課程設(shè)計義務(wù)書-轉(zhuǎn)爐煉鋼

1、一、一、一、一、一、一、爐型設(shè)計計算爐型設(shè)計的主要任務(wù)是確定所選爐型各部分主要參數(shù)和尺寸，據(jù)此再繪制出工程圖。1、原始條件 爐子平均出鋼量為90t，鐵水密度/cm3，鐵水收得率為92%。 2、爐型選擇 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的爐型基本上與頂吹和底吹轉(zhuǎn)爐相似；它介于頂吹轉(zhuǎn)爐和底吹轉(zhuǎn)爐之間。為了滿足頂?shù)讖?fù)吹的要求爐型趨于矮胖型，由于在爐底上設(shè)置底吹噴嘴，爐底為平底，所以根據(jù)原始數(shù)據(jù)，為了便于設(shè)置底部供氣構(gòu)件，選擇截錐形爐型。 3、爐容比爐容比指轉(zhuǎn)爐有效容積Vt與公稱容量T之比值Vt/T(m3/t)。Vt系爐帽、爐身和熔池三個內(nèi)腔容積之和。公稱容量以轉(zhuǎn)爐爐役期的平均出鋼量表示，這種表示方法不受操作方法和澆注方

2、法的影響。本設(shè)計取爐容比1.05。 4、熔池尺寸的計算1）熔池直徑D：熔池直徑通常指熔池處于平靜狀態(tài)時金屬液面的直徑。D=K =×=m式中G 爐子公稱容量，t； t 平均每爐鋼純吹氧時間，取15分鐘； K比例系數(shù)，取1.5。2）熔池深度h：熔池深度系指熔池處于平衡狀態(tài)時從金屬液面到爐底最低處的距離。h=V=mh=m 3.爐帽尺寸的確定。頂吹轉(zhuǎn)爐一般都用正口爐帽，其主要尺寸有爐帽傾角、爐口直徑和爐帽高度。設(shè)計時應(yīng)考慮到以下因素：確保其穩(wěn)定性；便于兌鐵水和加廢鋼；減少熱損失；避免出鋼時鋼渣混出或從爐口流渣；減少噴濺。 1）爐帽傾角：傾角過小，爐帽，內(nèi)襯不穩(wěn)定性增加，容易倒塌；過大時出鋼時

3、容易鋼渣混出或從爐口流渣。本爐子取60°，因為大爐口的爐口直徑相對來說要小些。=60°2）爐口直徑d：一般來說，在滿足兌鐵水和加廢鋼的前提下，應(yīng)適當(dāng)減小爐口直徑，以利于減少熱損失，減少空氣進入爐內(nèi)影響爐襯壽命和改善爐前操作條件。實踐表明，取爐口直徑為熔池直徑的43-53%較為適宜。本設(shè)計取d=×48%=m3）爐帽高度H帽： H膛=（Dd）tan =() tan60° =m為了維護爐口的正常形狀，防止因磚襯蝕損而使其迅速擴大。在爐口上部設(shè)有高度為H口=300-400mm的直線段。取H口=400mm，因此爐帽高度為H帽=H膛+H口=2.75+0.4=3.15

4、 m在爐口處設(shè)置水箱式水冷爐口。4）爐帽的部分容積為:V帽=H膛(D2+Dd+d2）+d2H口 =××2）+×2× =313. 爐膛直徑D膛=D（無加厚段）。14. V金=315. 根據(jù)選定的爐容比為：1.05，可求出爐子的總?cè)轂?V總×300=315 m3 V身=V總-V池-V帽=315-41.67-48.83=3 （4）爐身高度H身=7.64 m 則爐型內(nèi)高H內(nèi)=h+H帽+H身=1.94+3.15+7.64=12.73 m5.出鋼口尺寸的確定。出鋼口一般都設(shè)在爐帽與爐身交界處，以便當(dāng)轉(zhuǎn)爐處于水平位置出鋼時其位置最低，可使鋼水全部出凈。出鋼口

5、的主要尺寸是其中心線的水平傾角和直徑。1）出鋼口中心線水平傾角：出鋼口角度是指出鋼口中心線與水平顯得夾角,其大小應(yīng)考慮縮短出鋼口長度，有利維修、減少鋼水二次氧氣及熱損失，大型轉(zhuǎn)爐的出鋼口角度趨向減小。國外不少采用0°，但0°傾角使鋼流對鋼包內(nèi)金屬的沖力變小。本設(shè)計取=18° 2）出鋼口直徑dT：出鋼口直徑?jīng)Q定著出鋼時間，因此隨爐子容量而異。出鋼時間通常為2-8min。通常d出可按下面經(jīng)驗公式確定： dT=0.24 m出鋼口襯磚外徑dsT=6 dT=6×0.24=1.44 m 6 .爐襯厚度確定 爐身工作層選800mm，永久層200mm，填充層100mm，

6、 總厚度為800+200+100=1100 mm 爐殼內(nèi)徑為D殼內(nèi)×2=8.32 m 爐帽和爐底工作層選650mm，爐帽永久層為150mm，爐底永久層用標(biāo)準(zhǔn)鎂磚 立砌一層230mm，粘土磚平砌三層65×3=195mm， 則爐底磚襯總厚度為650+230+195=1075mm 故爐殼內(nèi)型高度為H殼內(nèi)=12.73+1.075=13.805 m 工作層材質(zhì)全采用鎂碳磚。表2.1 轉(zhuǎn)爐爐襯厚度的設(shè)計值爐襯各部位名稱轉(zhuǎn)爐容量300t爐帽永久層厚度（mm）150工作層厚度（mm）650爐身永久層厚度（mm）200工作層厚度（mm）800爐底永久層厚度（mm）230工作層厚度（mm）65

7、04) 材質(zhì)的選擇選用瀝青或樹脂結(jié)合的鎂碳轉(zhuǎn)，含碳量為14%。鎂碳磚具有耐高溫、耐渣侵和耐剝落等優(yōu)良的使用性能。與其他鎂磚相比，在使用過程中變質(zhì)層變薄，不至于引起磚體結(jié)構(gòu)的剝落，加入相當(dāng)?shù)臄?shù)量的石墨改善了磚的導(dǎo)熱性能，具有良好的抗震性。用鎂碳磚砌筑爐襯，大幅度的提高了爐襯的使用壽命，再配合濺渣護爐等護爐技術(shù)，爐襯壽命可達1萬次以上。但由于鎂碳磚成本較高，因此根據(jù)在冶煉過程中，工作層不同部位受損情況的不同，采用不同檔次的鎂碳磚，這樣整個爐襯的受損情況較為均勻，就是綜合砌爐。 爐口部位。該部位溫度變化劇烈，熔渣和高溫廢氣的沖刷較嚴重，在加料和清理殘鋼、殘渣時。爐口受到撞擊，因此用于爐口的耐火磚必須

8、具有抗熱震性和抗渣性，耐熔渣和高溫廢氣的沖刷，且不易粘鋼的易于清理的鎂碳磚。 爐帽部位。該部位是受熔渣侵蝕最嚴重的部位，同時還受溫度急變的影響和含塵廢氣的沖刷，故使用抗渣性強和抗熱震性好的鎂碳磚。 爐襯裝料側(cè)。該部位除受吹煉過程熔渣和鋼水時的直接撞擊與沖刷、化學(xué)侵蝕外，還要受到裝入料廢鋼和兌鐵水時的沖蝕，給爐襯帶來嚴重的機械性損傷，因此應(yīng)砌筑具有較高抗渣性、高強度、高抗熱震性的鎂碳磚。 爐襯出鋼側(cè)。此部位主要是受出鋼時鋼水的熱沖擊和沖刷作用，損壞速度低于裝料側(cè)，所以可砌筑檔次低一些的鎂碳磚，并且砌筑厚度可薄一些。出鋼口除受高溫鋼水的沖刷外，還經(jīng)受溫度急變的影響，蝕損嚴重，需要經(jīng)常更換，影響冶煉

9、時間，而出鋼口則采用等靜壓成型的整體鎂碳磚出鋼口，整體結(jié)構(gòu)方便更換。 渣線部位。此部位在吹煉過程中，爐襯與熔渣長期接觸受到嚴重侵蝕而形成。在出鋼側(cè)渣線位置的變化并不明顯，但在排渣側(cè)受到熔渣的強烈侵蝕，再加上吹煉過程中其他作用的共同影響，襯磚損毀較為嚴重，應(yīng)砌筑抗渣性良好的鎂碳磚。 兩側(cè)耳軸部位。該部位出受吹煉過程的蝕損外，其表面又無保護渣層覆蓋，磚體中的碳素極易被氧化，并難于修補，因而損壞嚴重。故此部位應(yīng)砌筑抗渣性好、抗氧化性能強的高級鎂碳磚。 熔池和爐底部位。此部位爐襯在吹煉過程中受鋼水強烈沖蝕，并且采用頂?shù)讖?fù)吹工藝，爐底中心部位容易損毀，可與裝料側(cè)砌筑相同材質(zhì)的鎂磚。爐襯由永久層、填充層和

10、工作層組成。無絕熱層時，永久層緊貼爐殼，修爐時一般不予拆除，作用是保護爐殼，常用鎂磚砌筑。填充層介于永久層與工作層之間，一般用焦油鎂砂搗打而成，厚度約80100 mm。工作層與金屬、熔渣和爐氣接觸的內(nèi)層爐襯，工作條件相當(dāng)惡劣，用高、中、低不同檔次的鎂碳磚砌筑。爐帽可用二步煅燒鎂磚。3、磚型選擇盡可能使用大磚，以提高筑爐速度，減少磚逢，減輕勞動強度。力爭砌筑過程中不打磚和少打磚，以提高磚的利用率和保證磚的質(zhì)量。對用小磚組合起來有困難或難以保證砌筑質(zhì)量的部位，如出鋼口和爐底，則選用異型磚。盡量減少磚型種。5.爐殼厚度和轉(zhuǎn)角半徑的確定爐殼由爐帽、爐身和爐底三部分組成。爐帽制成截圓錐型。由于爐帽，特別

11、是爐口部位受高溫作用易變形，所以采用水冷爐口，這樣既提高了爐帽的壽命，又減少爐口粘渣。采用埋管式水冷爐口結(jié)構(gòu)，將通冷卻水用的蛇形鋼管埋鑄在鑄鐵的爐口圈內(nèi)。雖然制作難度大，但使用安全,也比水箱式壽命長。水冷口采用適合于中、小型轉(zhuǎn)爐的卡板連接方式，將爐口固定在爐帽上，即可拆式的，便于修理爐身制成圓柱型，它是整個爐子的承載部分，受力最大。轉(zhuǎn)爐的整個重量通過爐身鋼板支撐在托圈上，并承受傾動力矩，因此用于爐身的鋼板要比爐帽和爐底的鋼板適當(dāng)厚些。為防止?fàn)t殼受熱變形，延長其使用壽命，可將爐帽外殼上盤旋焊上角鋼，內(nèi)通冷卻水；將爐身焊上盤旋槽鋼，內(nèi)通冷卻水。爐底采用錐球型。1、爐殼厚度確定 查表選擇：爐帽：75

12、mm厚鋼板 爐身：85mm厚鋼板 爐底：75mm厚鋼板 2、驗算高寬比： 由以上數(shù)據(jù)可計算得：H總=13805+75=13880mm D殼=8320+2×85=8490mm 則： = 由此可知，1.3，符合高寬比的推薦值，因此所設(shè)計的爐子尺寸基本上是合適的，能夠保證轉(zhuǎn)爐的正常冶煉。5.2頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐底部供氣構(gòu)件的設(shè)計 支撐裝置承載著轉(zhuǎn)爐爐體的全部重量。其中主要部件有托圈，爐體與托圈的連接裝置，耳軸及其軸承。托圈(1) 托圈是轉(zhuǎn)爐的重要承載和傳動部件，材質(zhì)選用Q235鋼板制作。托圈斷面為箱形。為增加托圈剛度，在其中間焊有垂直筋板。托圈內(nèi)通水冷卻，以降低熱應(yīng)力。托圈的高寬比為3,托圈與爐

13、殼之間有一定的空隙，以改善爐身的散熱條件，并留有爐殼受熱膨脹變形之空間，安確定，高度為，寬度為托盤基本尺寸參數(shù)的確定爐殼與托圈的連接裝置托圈與爐殼連接必須牢固可靠，同時又要適應(yīng)爐殼和托圈熱膨脹時在徑向和軸向產(chǎn)生的相對位移，以免造成爐殼或托圈嚴重變形或破壞。薄帶連接裝置是在兩側(cè)耳軸的下部各裝有五組薄鋼帶，每組鋼帶均由多層薄鋼片組成，鋼帶的下端通過螺絲釘固定在爐殼的下部；鋼帶的上端固定在托圈的下部，在耳軸處托圈上部裝有一個鉸接連桿，它是輔助支撐裝置。當(dāng)爐體直立時，10組多層薄鋼帶想一個“托籠”一樣托住爐體，支撐爐體全部重量，爐體的傾動是由離耳軸軸線最遠的鋼帶傳遞扭矩；若爐體倒置時，爐體的重量由鋼帶

14、壓縮變形與托圈上部的輔助支撐裝置來平衡。該裝置是將爐殼的主要承重點放到托圈下部爐殼溫度較低的部位，這可以消除爐殼與托圈間連接處熱膨脹的影響，也減少爐殼連接的熱應(yīng)力。由于采用了多層撓性薄鋼帶做連接件，它能適應(yīng)爐殼與托圈受熱變形所產(chǎn)生的位移，同時還可以減緩連接件在爐殼與托圈連接處引起的局部應(yīng)力。耳軸及其軸承耳軸因承受多種負荷的作用依次要有足夠的強度和剛度。耳軸材質(zhì)一般為合金鋼。耳軸直徑選1000mm，耳軸軸承型式為重型雙列向心球面輥子軸承，它能承受重載，自動調(diào)位和保持良好的潤滑，耳軸與托圈采用法蘭螺栓連接。傾動機構(gòu) 傾動機構(gòu)滿足兌鐵水、加廢鋼、取樣、測溫、補爐出渣、出鋼的需要。此外，傾動機構(gòu)尚需與

15、氧槍和煙罩升降機構(gòu)連鎖，且能適應(yīng)載荷的變化和結(jié)構(gòu)的變形。我們采用懸掛式傾動機構(gòu)。優(yōu)點是設(shè)備輕、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、設(shè)備安全可靠性大大提高。一、一、 6氧槍設(shè)計氧槍是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要設(shè)備，氧槍設(shè)計的好壞也關(guān)系到爐內(nèi)的溫度、鋼液質(zhì)量等。氧槍由噴頭、槍身和尾部三部分組成。氧槍設(shè)計的內(nèi)容包括：噴頭設(shè)計、槍身設(shè)計。 噴頭是氧槍的核心部件，它是一個能量轉(zhuǎn)換器，其基本功能是將氧管中氧氣的高壓力能轉(zhuǎn)化為動能來沖擊熔池。原始數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)爐公稱容量300t，低磷鐵水，冶煉鋼種以低碳鋼為主，轉(zhuǎn)錄參數(shù)，爐容比為1.05，熔池直徑為6.12m，有效高度13.805 m，熔池深度1.94m。氧流量和供氧強度 氧流量是指單位時

16、間通過氧槍的氧量。供氧強度指單位時間每噸鋼的供氧量，在轉(zhuǎn)爐設(shè)計中常用單位時間轉(zhuǎn)爐每工程稱單位的供氧量。氧流量： 氧流量= =833.3(Nm3/min)供氧強度： 供氧強度= m3/（t.min）噴頭孔數(shù) 本設(shè)計采用4孔噴頭，噴空拉瓦爾型，噴空夾角120，取馬赫數(shù) 。多孔噴頭變集中供氧為分散供氧，增大了氧射流同熔池的沖擊面積，渣中FeO含量高，化渣快，熱效率高，廢鋼比高，吹煉平穩(wěn)，噴濺減少，爐口結(jié)渣少等優(yōu)點。噴頭出口射流馬赫數(shù)的大小決定了噴嘴氧氣出口速度，即決定了氧氣射流對熔池的沖擊能力。射流馬赫數(shù)過大會出現(xiàn)噴濺，清渣費時，熱損失增大，增大了渣料消耗及鐵損，容易損壞轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯及爐底；射流馬赫數(shù)過

17、低，氣流攪拌作用減弱，降低氧氣利用率，渣中鐵含量增高，也會引起噴濺。一般推薦氧氣射流馬赫數(shù)選取的范圍為Ma=1.82.1。對于大于120t轉(zhuǎn)爐，馬赫數(shù)Ma=2.02.1.所以本設(shè)計取馬赫數(shù) 。設(shè)計工程氧壓根據(jù)等熵表來確定，當(dāng)Ma=2.0時，P/P0=0.1278，取P=P膛×105 Pa。則： P設(shè)=×105×105（ Pa）計算喉口直徑：每孔氧流量： q=Q/4=833.3/4=208.3（m/min） 利用公式q=，令CD=0.90,T0=290K，P設(shè)×105（ Pa）， 多空噴頭流量系數(shù)， 喉口總斷面面積，= 氧氣滯止溫度，一般按當(dāng)?shù)叵奶鞙囟冗x取

18、，=273+（3040）K，本設(shè)計取 290K。 則：××× 求得 d喉=53mm噴嘴喉口長度：噴嘴喉口段長度對穩(wěn)定氣流影響較大，過長的喉口段會增大阻損，同時為了收縮段和擴張段加工方便，喉口長度一般取值510mm.本設(shè)計=20mm。噴孔出口直徑： 根據(jù)等熵表來確定，當(dāng)Ma=2.0時，查等熵表得/=1.688，即： × =53×=69mm 擴張段的長度為：取半錐角為5o，則擴張段長度： =（）/2tan（/2） =(69-53)/2tan5 =91mm（/2）擴張段的半錐角，一般為4°6°，可保證氣流不脫離孔壁收縮段長度為：&

19、#215;×64mm取收縮段的收 =50o，則收縮半角為25o，收縮段的長度為=91mm。氧槍槍身設(shè)計中心鋼管直徑的確定： 依據(jù)氣體狀態(tài)方程，在中心管內(nèi)的實際狀態(tài)下的氧流量為：Q實=×=m3/min=m3/s 取中心管內(nèi)氧氣流速為50m/s，則中心鋼管直徑為：d內(nèi)=m。中心管的壁厚及直徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格選定為245×25mm。 中層鋼管和外層鋼管直徑的確定本設(shè)計300t轉(zhuǎn)爐冷卻水流量初選為V=250 t/h,計算后校核。高壓冷卻水進水流量一般=56m/s，本設(shè)計取=6 m/s，=7m/s。進水環(huán)縫截面積：F1=57m2 出水環(huán)縫截面積：F2=92m2已知中

20、心鋼管外徑d內(nèi)l=192mm，則中層鋼管的內(nèi)徑為：d中=27m。選取中層鋼管直徑為245×9mm同理外層鋼管內(nèi)徑為：d外=53m選取外層鋼管為299×50mm。氧槍槍身尺寸的確定：如圖 氧槍總長= 式中，在爐役后期，熔池液面下降，要保證氧槍的點火槍位。因此，一般取 200400mm最低位置至爐口的距離；氧槍最低位置至爐口的距離; 爐口至煙罩下沿的距離；一般取350500mm；煙罩下沿?zé)煹拦?點的距離，一般取30004000mm；煙罩下沿至氧槍插入孔的距離；清理結(jié)渣和換槍需要的距離，一般取500800mm;一般取把持器長度；本設(shè)計取值=300mm; =400 mm; =350

21、0 mm; =5000mm；=700 mm， =2300mm。 =+-=5970+2880300=8550mm；所以， = =8550+400+3500+5000+700+2300=20450mm。氧槍裝置和副槍裝置氧槍裝置 為了適應(yīng)轉(zhuǎn)爐工藝變化的要求，一爐鋼吹煉過程中需要多次升降槍位，開、停吹也要升降槍位，因此，需設(shè)置氧槍升降裝置，還應(yīng)設(shè)置換槍裝置。對氧槍裝置的主要要求：合適的升降速度，可變速；保證氧槍在鉛直位置，升降平穩(wěn)，控制靈活，操作安全；能快速更換氧槍；有完善的安全裝置和電氣連鎖裝置。當(dāng)氧槍燒壞時需要及時更換，在橫移裝置上并排安設(shè)有兩套氧槍升降小車，其中一套工作，一套備用，整個換槍時間

22、約1.5分鐘左右。副槍裝置 副槍裝置用于在轉(zhuǎn)爐吹煉后期或停吹后測定鋼水溫度、碳含量、氧含量和取樣等，為轉(zhuǎn)爐提供了一個有效的工具，使其能在不間斷吹煉的情況下進行熔池溫度的測量及取樣，以配合計算機實現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐冶煉的動態(tài)控制。考慮到目前國內(nèi)的技術(shù)水平，副槍系統(tǒng)將以引進為主。副槍一般情況配有三種探頭：測溫定碳取樣探頭、測溫定氧取樣探頭、測溫探頭。相應(yīng)有五種功能：測定鋼水溫度、測定鋼水含碳量、測定鋼水含氧量、取樣供分析鋼水化學(xué)成分、測定熔池液位。 副槍設(shè)備從探頭儲存箱中取出選定的探頭，自動連接到槍體下頂端并移到轉(zhuǎn)爐上方。打開轉(zhuǎn)爐上部煙道上副槍專用入口，副槍小車帶著副槍下降，將探頭插入熔池中。根據(jù)所用探頭的類型，熱電偶和測量單元發(fā)出信號，幾秒種之后提升副槍探頭并自動取下探頭，取出試樣送化驗室分析。所發(fā)出的信號經(jīng)處理，傳給轉(zhuǎn)爐二級計算機系統(tǒng)，以指導(dǎo)吹煉操作。副槍可使用各種探頭，如：測溫、取樣、定碳探頭，測溫、取樣、定氧探頭，測溫探頭等。第一種用于吹煉中測量，第二種