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1、1 / 13 1 转炉炉型选型设计及相关参数计算1转炉炉型设计1.1.1炉型选择氧气顶底复吹转炉是20 世纪 70年代中、后期，开始研究的一项新炼钢工艺。其优越性在于炉子的高宽比略小于顶吹转炉却又大于底吹转炉，略呈矮胖型；炉底一般为平底，以便设置底部喷口。综合以上特点选用转炉炉型为锥球型( 适用于中小型转炉见图1-1。图 1-1 常见转炉炉型(a筒球型； (b锥球型； (c截锥型1.1.2主要参数的确定本设计选用氧气顶吹转炉 ( 公称容量 50t。(1 炉容比炉容比系指转炉有效容积与公称容量之比值。转炉炉容比主要与供氧强度有 关， 与 炉 容 量 关 系 不 大 。 从 目 前 实 际 情 况
2、 来 看 ， 转 炉 炉 容 比 一 般 取0.91.05m3/t。本设计取炉容比为1.05m3/t。(2 高径比转炉高径比，通常取1.351.65。小炉子取上限，大炉子取下限。本设计取高径比： 1.40。(3 熔池直径精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页2 / 13 可按以下经验公式确定： (1-1 式中 D熔池直径， m； G新炉金属装入量， t，可取公称容量； K系数，参见表 1-1； t 平均每炉钢纯吹氧时间， min，参见表 1-2。表 1-1 系数 K 的推荐值转炉容量 /t 30 30100 100 备
3、 注K 1.852.101.751.851.501.75大容量取下限，小容量取上限表 1-2 平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量 /t 30 30100 100 备注冶炼时间/min 2832(1216 32 38(1418 3845(1620 结合供氧强度、铁水成分、所炼钢种等具体条件确定注：括号内数系吹氧时间参考值。设计中转炉的公称容量为50t，取 K 为 1.85，t 取 15min。可得：m (4 熔池深度锥球型熔池倒锥度一般为1230，当球缺体半径R=1.1D 时，球缺体高=0.09D的设计较多。熔池体积和熔池直径D 及熔池深度 h有如下的关系： (1-2 由可得：(m3 将代入式 (
4、7-2得：(m (5 炉身高度转炉炉帽以下，熔池面以上的圆柱体部分称为炉身。其直径与熔池直径是一致的，故须确定的尺寸是炉身高度。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页3 / 13 (1-3 式中、分别为炉帽、炉身和熔池的容积；Vt转炉的有效容积，为、三者之和，取决于容量和炉容比。代入数据可得：=3.19m 炉底球冠曲率半径：R=0.99D=0.99 3.38=3.3462 (m (7 炉帽尺寸炉帽尺寸包括炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。 炉帽倾角。炉帽倾角一般为6068，小炉子取上限，大炉子取下限。本设计取炉帽倾角为 6
5、5 炉口直径一般炉口直径为熔池直径的43%53%较为适宜。小炉子取上限，大炉子取下限。本设计取炉口直径为1.8m。 炉帽高度为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大，在炉口上部设有高度为=300400mm的直线段。炉帽高度为： (1-4 =0.5 那么，炉帽总容积为：=16.80(m3 (8 出钢口尺寸精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页4 / 13 出钢口一般都设在炉帽与炉身交界处，以使转炉出钢时其位置最低，便于钢水全部出净。出钢口的主要尺寸是中心线的水平倾角和直径。 出钢口中心线水平倾角。为了缩短出钢
6、口长度，以利维修和减少钢液二次氧化及热损失，大型转炉的 1趋于减小，一般为1520。本设计取 15 。 出钢口直径出钢口直径决定出钢时间，随炉子容量不同而异。通常又下面的经验式确定：=12.7(cm 式中转炉公称容量， t。出钢口衬砖外径：=6=6 0.127=0.762(m 出钢口长度：=7=7 0.127=0.889(m 无加厚段）转炉总容积根据选定的炉容比VT = 1.05可求出：V 总=1.05 50 = 52.5 底气用量在底部吹 N2、Ar、CO2等气体时，供气强度小于0.03 m3/tmin），其冶金特点接近顶吹法；达到0.20.3m3/tmin），则可以降低炉渣和金属的氧化精选
7、学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页5 / 13 性，并达到足够的搅拌强度。最大供气强度一般不超过0.3 m3/。(2 供气构件根据本设计的底部喷吹N2和 Ar，选择砖型供气元件，且为弥散型透气砖。1.2 转炉炉衬设计炉衬设计的主要任务是选择合适的炉衬材质，确定合理的炉衬组成和厚度，并提出相应的砖型和数量，以确保获得经济上的最佳炉龄。1.2.1炉衬材质的选择目前常用的工作层衬砖有：沥青结合镁砖，含碳量为56%；烧成浸渍镁砖，含碳量为2%左右；焦油或沥青结合的白云石砖，含碳量约2%；沥青或树脂结合的白云石碳砖，含碳量为71
8、5%；沥青或树脂结合的镁碳砖加入或不加防氧化剂），含碳量通常为1025%。现在，氧气转炉炉衬材质普遍使用镁碳砖，炉龄有明显提高。但由于镁碳砖成本较高，因此一般只将其用在诸如耳轴区、渣线等炉衬易损部位，即炉衬工作层采用均衡炉衬，综合砌炉。1.2.2炉衬的组成和厚度的确定通常炉衬由永久层、填充层和工作层组成。有些转炉则在永久层与炉壳钢板之间夹有一层石棉板绝热层。永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除。该层用镁碳砖砌筑。填充层介于永久层与工作层之间，用焦油镁砖沙捣打而成，厚度约为 80100mm。工作层用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑。炉帽用二步煅烧镁砖。其选择依据为表1-3。一般炉身工作层厚度为4008
9、00 ，炉底工作层比炉身稍薄，约350600 ，填充层为60100 ，炉身永久层为113200 ，多数为113115，炉底永久层为300500 ，转炉各层炉衬厚度如表：表 1-3 转炉容积和工作层对照表容积 / t 100 t 100200 200 炉帽工作层 /炉身工作层 /炉底工作层 /炉身永久层 /400600550700550600115150500600700800600650115200550650750850600750115200炉底耐材总厚/8501050950 11009501200精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第
10、 5 页，共 13 页6 / 13 根据 50t 转炉炉衬衬材，本设计炉衬采用表1-4 所示值。表 1-4 本设计转炉炉衬厚度值炉衬厚度永久层厚度 /mm 工作层厚度 /mm 填充层 /mm 炉帽80 500 炉身130 600=7.21 m ；转炉外壳直径：=3.38+2 (0.08+0.13+0.05+0.6+0.55 =5.15 m 。验算高径比：=1.40，符合要求的范围，也与取值相符。由上述数据可画出转炉炉型图 ( 见附录图 1。1.3.2支承装置托圈选取大型转炉剖分式焊接托圈。其具体尺寸见下表1-5。表 1-5 设计中的托圈尺寸断面形状断面高度 /mm 断面宽度 /mm 盖板厚度
11、/mm 腹板厚度 /mm 箱2400 760 83 75 炉壳与托圈的连接选用吊挂式连接装置。该结构是用螺栓将炉壳吊挂在托圈上，三个螺栓在圆周上呈120 布置，且与焊在托圈盖板上的支座绞接。耳轴要受多种负荷的作用，必须有足够的强度和刚度。该处耳轴选用合金钢，且耳轴直径为800mm，耳轴轴承采用双列向心滚子轴承。1.3.3 倾动装置精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页7 / 13 该处转炉采用电动机一齿轮传动方式。且倾动速度为0.5r/min，倾动角度为 360 ，无极调速。2 转炉氧枪设计及相关参数计算2.1 氧枪喷
12、头尺寸计算喷头是氧枪的核心部分，其基本功能可以说是一个能量转换器，它将氧管中氧气的高压能转换为动能，并通过氧气射流完成对熔池的作用。而氧气射流的参数主要由喷头参数所决定。2.1.1喷头主要参数计算公式(1 氧流量计算氧流量是指单位时间通过氧枪的氧量 喷头孔数现代转炉氧枪都用多孔喷头。一般中、小型转炉用三孔或四孔喷头，大型转炉用五孔或五孔以上的喷头。(3 理论计算氧压及喷头出口马赫数M 理论计算氧压 又称设计工况氧压）是指喷头进口处的氧气压强，近似等于滞止氧压，它是喷头设计的重要参数。喷头出口马赫数M 是喷头设计的另一个重要参数，目前国内外氧枪喷头出口马赫数M 多选用 2.0 左右。 M 值与滞
13、止氧压和喷头出口压力P的比值 计算氧流量取每吨钢耗氧量为 65,纯吹氧时间为 15min，出钢量按公称容量50t计算，则通过氧枪的氧流量：/min (2-1 (2 选用喷孔出口马赫数与喷孔数马赫数确定原则已如前述。综合考虑，选取马赫数M=2.0。参照同类转炉氧枪使用情况，对于50t转炉喷孔数取 3孔，能保证氧气流股有一定的冲击面积与冲击深度，熔池内尽快形成乳化区，减少喷溅，提高成渣速度和改善热效率。(3 设计工况氧压根 据 等 熵 流 表 ， 当 M=2.0 时 ,； 取 喷 头 出 口 压 力 取设计工况氧压近似等于滞止氧压。(4 计算喉口直径喷头每个喷孔氧气流量： Nm3/min (2-3
14、 由喷管实际氧气流量计算式：，取，又，代入上式，则。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页9 / 13 由上式可求出 mm (5 求喷孔出口直径根据等熵流表，在 M=2.0 时，即，故喷孔出口直径： (2-4 (6 计算喷孔扩张段长度取扩张段的半锥角为3.50,则扩张段长度 (2-5 (7 确定喷孔喉口直线段长度喉口直线段的作用是保持喉口直径稳定。一般取310mm。在本例中取喉口直线段长度=5mm。(8 喷孔收缩段长度与收缩段进口直径收缩段长度与收缩段进口直径应该以能使整个喷头布置下三个喷孔为原则，并尽可能使收缩孔大一
15、些。(9 确定喷孔倾角 多孔喷头的各个流股是否发生汇交以效应角 为界，大于 则各流股很少汇交，小于 则必定汇交。按照经验，喷头倾角=12.815.4 为宜。综合考虑取=15。(10 喷头五喷孔中心分布圆直径在喷孔倾角 确定以后，喷孔中心分布圆。2.2 50t转炉氧枪枪身尺寸计算氧枪枪身由三层无缝钢管套装而成，内层管是氧气通道，内层管与中层管之间是冷却水进水通道，中层管与外层管之间是冷却水出水通道。参见图2-2。计算相关公式：按气体状态方程，标准状态下的流量向工况流量的换算：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页10 /
16、 13 2-6 ）式中标准大气压， Pa；管内氧气工况压力， Pa；标准温度， 273K；管内氧气实际温度 即氧气滞止温度）。图 2-2 氧枪示意图中心氧管内截面积： 2-7 ）式中中心氧管内截面积， m ；管内氧气工况流量， m /s；管内氧气流速， m/s，一般取 4050m/s。将、代入式 9-7），即可求。则中心氧管内径 2-8 ）进水环缝截面积： 2-9 ）中层管内径：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页11 / 13 2-10 ）式中中层管内径， m；内层管外径， m；进水环形通道截面 图9-8），m
17、；高压冷却水进口流量， m /s；高压冷却水进水流速，一般选用56m/s。2.2.1 中心氧管管径套用上述公式可得。按式9-6），管内氧气工况流量取中心管内氧气流速，则中心氧管内径：根据标准热轧无缝钢管产品规格，选取中心钢管为。2.2.2 中、外层钢管管径根据生产实践经验，选取氧枪冷却水耗量；冷却水进水速度， 出 水 速 度）。又中心氧管外径，则进水环缝截面积：出水环缝面积：所以，中层钢管的内径：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页12 / 13 根据标准热轧无缝钢管产品规格选取中层钢管为。同理，外层钢管内径：根据
18、标准热轧无缝钢管产品规格选取外层钢管为。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页13 / 13 参 考 文 献1 王令福等 .炼钢设备及车间设计 M. 北京:冶金工业出版社 ,2007 2 李传薪 .钢铁厂设计原理 (下M. 北京:冶金工业出版社3 冯聚和 .钢铁设计原理 M.北京:冶金工业出版社 ,2005 4 刘志昌 .氧枪M.北京:冶金工业出版社 ,2008 5 王令福 .炼钢厂设计原理 M. 北京:冶金工业出版社 ,2009 6 戴云阁等 .现代转炉炼钢 M. 沈阳:东北大学出版社 ,1998.12 7 徐文派等 .转炉炼钢学 M.沈阳:东北大学出版社8 贾凌云 .转炉-连铸工艺设计与程序 M.北京:冶金工业出版社 ,2005 9 郑沛然 .连续铸钢工艺及设备 M. 北京:冶金工业出版社 ,1991 10 袁熙志 .冶金工艺工程设计 M. 北京:冶金工业出版社 ,2003 11 赵荣玖 ,阎峰等 .国外转炉顶底复合吹炼技术M.北京 :冶金工业部情报研究总所 ,1987 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页