【正文】 傳動(dòng)裝置形式的不同，可將傾動(dòng)機(jī)構(gòu)分為三類(lèi)：落地式、半懸掛式和懸掛式，本設(shè)計(jì)采用懸掛式。懸掛式是將整個(gè)傳動(dòng)裝置全部懸掛在耳軸上。傳動(dòng)程序與半懸掛式基本相同。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備輕、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積少。特別是末級(jí)減速機(jī)中采用了由數(shù)個(gè)小齒輪驅(qū)動(dòng)同一大齒輪的多點(diǎn)嚙合傳動(dòng)方式，使設(shè)備的運(yùn)行安全可靠性大大提高。所以，一般情況下，宜采用這種傳動(dòng)裝置。35轉(zhuǎn)爐爐型參數(shù)表轉(zhuǎn)爐爐型的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)爐爐襯的設(shè)計(jì)比例系數(shù) K 永久層厚度（mm） 130熔池直徑 D 爐帽工作層厚度（mm） 600熔池體積 Vc 永久層厚度（mm） 150熔池深度 h 爐身（加料側(cè)） 工作層厚度（mm） 700爐容比 Vt/T（m3/t） 永久層厚度（mm） 150爐帽傾角 θ 爐身（出鋼側(cè)）工作層厚度（mm） 600爐口直徑 d 永久層厚度（mm） 350爐口直線(xiàn)段 H 口 （m） 爐底工作層厚度（mm） 600爐帽高度 H 帽 爐體金屬構(gòu)件的設(shè)計(jì)爐帽總?cè)莘e V 帽 爐帽鋼板厚度（mm ） 55轉(zhuǎn)爐有效容積 爐身 鋼板厚度（mm ） 60爐身高度 H 身 爐底鋼板厚度（mm ） 55出鋼口傾角 θ1 45 斷面形狀 箱式出鋼口直徑 d 出 （cm） 斷面高度（mm） 1750填充層（mm） 90 端面寬度（mm） 800轉(zhuǎn)爐總高 H 總 （m） 蓋板厚度（mm） 100截錐體底部直徑 (m) 腹板厚度（mm） 80爐殼外徑 D 殼 (m) 耳軸直徑（mm） Φ850轉(zhuǎn)爐高徑比 耳軸中心到爐底的距離 （mm） 4490 底部供氣構(gòu)件的設(shè)計(jì)選用 N2+Ar 為底氣氣源。以透氣磚為供氣構(gòu)件。N2 是惰性氣體中唯一價(jià)格最低，是制氧的副產(chǎn)品，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)廠(chǎng)最易獲得的氣體，用36N2 氣作為底部攪拌氣體時(shí)，無(wú)需采用冷卻介質(zhì)對(duì)供氣元件進(jìn)行保護(hù)，因而供氣元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)耐火材料的蝕損影響小，是目前采用最為廣泛的氣源，但使用不當(dāng)會(huì)引起鋼水增[N]，影響鋼質(zhì)。采用全程底吹 N2 時(shí)，即便使用較小的供 N2 強(qiáng)度，鋼水也要增[N]30～ 50ppm，但實(shí)踐表明吹煉前期和中期用 N2 極少有增[N]危險(xiǎn)，因此只要在吹煉中后期的適當(dāng)時(shí)刻以 Ar 氣切換 N2就不會(huì)增[N]。Ar 氣是最為理想的攪拌氣體，不僅可以保證攪拌效果，而且沒(méi)有增加鋼中有害氣體的危險(xiǎn)，但 Ar 資源來(lái)源有限，1000(標(biāo))m 3/h 制氧機(jī)僅產(chǎn) Ar25(標(biāo))m 3，同時(shí)制 Ar 設(shè)備昂貴。制氧副產(chǎn)的 Ar 十分昂貴，應(yīng)用又日益廣泛，以致在復(fù)吹中非特殊要求不采用全程供Ar,一般只用作于后期攪拌，Ar 耗量對(duì)鋼的成本影響頗大。N2—Ar 切換時(shí)根據(jù)吹氧累計(jì)量控制，在吹煉中期當(dāng)氧氣累計(jì)量達(dá)到預(yù)定值時(shí)，進(jìn)行切換。Ar－N 2 切換時(shí)一般按冶煉期分，當(dāng)出鋼完畢進(jìn)入排渣狀態(tài)時(shí)即進(jìn)行切換。但是在出鋼過(guò)程中，鋼水面下降到使風(fēng)口露出鋼水時(shí)，就可以切換成 N2，以節(jié)約用氬量。復(fù)合吹煉的冶金效果有以下幾點(diǎn)：1)加速脫碳反應(yīng)。由于底吹氣體的攪拌作用，改善了鋼渣反應(yīng)，促進(jìn)了碳的傳遞，降低了脫碳速度特性發(fā)生變化時(shí)的臨界碳含量。復(fù)吹對(duì)低碳范圍的脫碳反應(yīng)有促進(jìn)作用。因此，需修正吹煉終點(diǎn)動(dòng)態(tài)控制中的有關(guān)系數(shù)。2)降低渣中含鐵，Δ(TFe)≈5～6％；3)降低鋼水中氧含量，Δ[O]≈200ppm；4)提高鋼水中錳含量 20％；5)節(jié)約合金，鋁消耗量約降低 ，錳鐵消耗量約降低 ；6)減少石灰、白云石用量，約節(jié)約 10％；7)提高鋼水收得率，約提高 ％；37第四章　氧槍的設(shè)計(jì)與計(jì)算氧槍由噴頭、槍身和尾部結(jié)構(gòu)三部分組成。噴頭常用紫銅材質(zhì)，可由鍛造紫銅經(jīng)機(jī)械加工或用鑄造方法制成。槍身由無(wú)縫鋼管做成的三層套管組成。尾部結(jié)構(gòu)應(yīng)方便輸氧管、進(jìn)水和出水軟管同氧槍體的連接，保證三層套管之間密封及冷卻水道的間隙通暢，以及便于吊裝氧槍。主要根據(jù)可壓縮流體理論進(jìn)行氧氣噴管參數(shù)的計(jì)算。目前對(duì)氧槍的氧氣射流及其與熔池的互相作用的研究工作，主要是在常溫下利用冷態(tài)模型進(jìn)行的，因此，氧槍設(shè)計(jì)有的還要依賴(lài)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)?！婎^設(shè)計(jì)噴頭是氧槍的核心部分，其基本功能可以說(shuō)是個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，它將管中氧氣的高壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，并通過(guò)氧氣射流完成對(duì)熔池的作用。而氧氣射流的參數(shù)主要由噴頭參數(shù)所決定。（1）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼對(duì)噴頭設(shè)計(jì)的主要要求是：1）在一定的操作氧壓和氧位的條件下，為吹煉提供所需供氧強(qiáng)度，使氧氣射流獲得較大的動(dòng)能，以合適的穿透深度，對(duì)熔池?cái)嚢柰瑫r(shí)又不致引起較大的噴濺。為此，要求正確設(shè)計(jì)工況氧壓和噴孔的形狀、尺寸，并要求氧氣射流沿軸線(xiàn)的衰減應(yīng)盡可能的慢。2）在合適的槍位下，氧氣射流在熔池面上要形成合理的反應(yīng)區(qū)，保證熔池反應(yīng)均勻，對(duì)爐襯浸蝕小而均勻。尤其對(duì)多孔噴槍?zhuān)蟾鞴裳鯕馍淞鬟_(dá)到熔池表面上時(shí)不要匯合能形成多個(gè)反應(yīng)區(qū)。這要求氧氣射流在熔池面上有合適的沖擊直徑。3）氧槍噴頭壽命要長(zhǎng)，為此要求噴頭的結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，要求氧氣射流沿氧槍軸線(xiàn)不出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)和強(qiáng)的湍流運(yùn)動(dòng)。（2）噴頭參數(shù)選擇的原則：1）氧流量或供氧強(qiáng)度。氧流量是指單位時(shí)間通過(guò)氧槍的氧量（Nm 3/min 或 Nm3/h） 。供氧強(qiáng)度是指單位時(shí)間每噸鋼的供氧量，在轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)中常用單位時(shí)間轉(zhuǎn)爐每公稱(chēng)噸位的供氧量（Nm 3/tmin） 。氧流量是氧槍設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。當(dāng)出口馬赫數(shù)和操作氧壓選定后，噴頭的喉口面積38就取決于氧流量。氧流量計(jì)算式為： 吹 氧 時(shí) 間 出 鋼 量每 噸 鋼 耗 氧 量氧 流 量 ＝ ?吹氧時(shí)間一般約 12～20min，小容量轉(zhuǎn)爐取下限。每噸鋼耗氧量，若用低磷鐵水約為45～55Nm 3/t 左右，采用高磷鐵水約為 60～90Nm 3/t，若用鐵水預(yù)處理，則可選用低限值。2）噴頭的孔數(shù)。除小容量轉(zhuǎn)爐外，現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐皆用多孔噴頭，有 5 孔等。由于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，取得了顯著的吹煉效果。但是，與單孔噴頭比較，多孔噴頭氧射流衰減較快，吹煉槍位較低，從而對(duì)噴頭的冷卻要求更高，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。本設(shè)計(jì)采用三孔噴頭，噴孔拉瓦爾型。3）噴頭出口處馬赫數(shù)（M）與設(shè)計(jì)工況氧壓。設(shè)計(jì)工況又稱(chēng)理論計(jì)算氧壓，它是指噴頭進(jìn)口處的氧氣壓強(qiáng)，它近似等于制止氧壓 P0（絕對(duì)壓力） 。因?yàn)檠鯕鉁y(cè)壓點(diǎn)一般在快速切斷閥之前，從此處至噴頭前還有壓力損失，但又無(wú)法測(cè)量，因此，就難于保證設(shè)計(jì)工況氧壓的精確度。馬赫數(shù) M 是噴頭設(shè)計(jì)的又一重要參數(shù)。M 值與設(shè)計(jì)工況氧壓 P0 和出口壓力 P 的比值（P/P 0）有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而 P 值基本不變，因此， P0 的選定實(shí)質(zhì)上就是出口馬赫數(shù)M 的選定。隨著 M 值的增大，噴頭氧氣射流出口速度 V 要提高，從提高轉(zhuǎn)爐熔池的攪拌力出發(fā)，希望選用更高的 M，然而 P0 也要相應(yīng)提高。當(dāng) M＞2 以后，氧氣射流出口速度V 增加變慢，而 P0 提高很快，這在經(jīng)濟(jì)上也是不合適的。目前國(guó)內(nèi)外氧槍噴頭出口馬赫數(shù)多選用 左右，在總管氧壓允許條件下，也有的選用 ～。當(dāng)選好 P0 后，一般是將爐役期的最低操作氧壓定為設(shè)計(jì)工況氧壓來(lái)進(jìn)行噴頭設(shè)計(jì)的。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，操作氧壓低于設(shè)計(jì)工況氧壓（負(fù)偏離）約 10％，或不超過(guò)設(shè)計(jì)工況氧壓（正偏離）的 50％時(shí)，產(chǎn)生的激波或膨脹波不嚴(yán)重。4）爐膛壓力。噴頭出口的環(huán)境壓力對(duì)氧槍噴頭來(lái)說(shuō)是指爐膛壓力，它與噴頭出口壓力的差異決定了氧氣出口后的流態(tài)，所以，爐膛壓力亦是噴頭設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。在吹煉過(guò)程中噴頭周?chē)那闆r是復(fù)雜的（如泡沫渣形成前或后） ，爐膛壓力也隨之變化，其影響尚需專(zhuān)題討論研究。另外，轉(zhuǎn)爐容量不同，爐膛壓力也稍有差異。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，39一般爐膛壓力可選為 ～ 02MPa。為了使氧氣射流的展開(kāi)和速度衰減變慢，一般應(yīng)選取噴頭出口壓力等于爐膛壓力。5）噴孔夾角和噴孔間距。多孔噴頭的噴孔夾角是指噴孔幾何中心線(xiàn)和噴頭中軸線(xiàn)之間的夾角（β 角） ，它是多孔噴頭設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一，氧氣射流沿噴孔向外噴射過(guò)程中，多股射流之間發(fā)生相互吸引而使射流向中心偏移，每股射流在同熔池作用處的最大沖力點(diǎn)和噴頭中軸線(xiàn)之間的距離成為沖擊半徑。沖擊半徑大小主要決定于噴孔夾角和槍位，同時(shí)也受馬赫數(shù)、氧壓、噴孔間距的影響。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，沖擊半徑 R 沖 和熔池半徑 R 熔之比（成為循環(huán)比 R 比 ）是對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉有重大影響的參數(shù)之一，因?yàn)樗绊懼鄢氐难h(huán)運(yùn)動(dòng)。多孔噴頭要求 R 比 ＝～，中小型轉(zhuǎn)爐 R 比 ＝～。選擇 R 比 時(shí)還應(yīng)參考熔池深度與熔池直徑的比值大小，該比值大，則 R 比 可小些，反之，則 R 比大些。隨著噴頭孔數(shù)的增加，噴孔夾角應(yīng)增大。本設(shè)計(jì)中 β 取 9176。噴孔間距（d 間）是指噴頭噴孔出口處噴孔中心線(xiàn)與噴頭中軸線(xiàn)之間的距離，它對(duì)射流之間的相互作用也產(chǎn)生很大的影響。其值大小通常用噴孔分散度 m（它等于噴孔間距和噴孔出口直徑之比 d 間 /d 出 ）表示。如果噴孔間距（分散度）過(guò)小，會(huì)增大氧射流之間的吸引程度。從降低噴孔之間的氧射流匯交趨勢(shì)考慮，增大噴孔間距（分散度）同增大噴孔夾角是一致的。但是增大噴孔間距不會(huì)降低射流中心最大流速，而增大噴孔夾角則有降低射流中心最大流速的趨勢(shì)。因此，噴頭設(shè)計(jì)時(shí)原則上應(yīng)盡可能增大噴孔間距（分散度） ，而不應(yīng)輕易增大噴孔夾角，但增大噴孔間距又往往受到噴頭尺寸的限制。根據(jù)三孔噴頭的冷態(tài)測(cè)定表明，在噴頭端面，當(dāng)噴孔分散度 m＝～ 時(shí)，不會(huì)對(duì)氧射流的速度衰減產(chǎn)生明顯的影響。本設(shè)計(jì)中取 m＝。6）噴孔端面的形狀。對(duì)于單孔噴頭，其端面呈平面。對(duì)于多孔噴頭由于每個(gè)噴孔同噴頭中軸線(xiàn)呈一定夾角。如果整個(gè)噴頭端面形狀是平面，則每個(gè)噴孔出口端面將呈斜面形狀，斜口超音速?lài)姽苌淞髁鞒龅倪吔鐥l件是不對(duì)稱(chēng)的，這時(shí)射流流態(tài)必然受到邊界幾何條件的影響，產(chǎn)生射流沿斜口管壁流動(dòng)的復(fù)雜情況。因此，噴頭端面應(yīng)設(shè)計(jì)成與噴頭軸線(xiàn)的垂直平面相交的夾角為 β 的圓錐面，而 β 角正相當(dāng)于噴孔夾角。這樣噴孔便成為正口拉瓦爾噴管。為了改善錐面受熱情況，若噴頭中心軸線(xiàn)處未設(shè)噴孔，可用一個(gè)垂40直于噴頭中心軸線(xiàn)的小平面替代尖錐頂較為合適。7）噴孔的形狀?，F(xiàn)在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐噴頭基本上都用超音速的拉瓦爾噴頭，它由收縮段、喉口和擴(kuò)張段三部分組成。設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)特性很好的超音速?lài)姽苄枰M(jìn)行大量的計(jì)算，而且噴管內(nèi)形是一個(gè)復(fù)雜的曲面，其喉口又是收縮段和擴(kuò)張段曲面相接的一個(gè)面，其長(zhǎng)度趨近于零，因此，加工十分困難。氧氣噴孔主要作用是將壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使獲得的氧氣射流對(duì)熔池有較大的沖擊能力。因此，對(duì)噴管設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)化，使噴管成圓錐形，也便于加工制造。實(shí)踐證明，可以滿(mǎn)足冶煉要求。圓錐形噴管的收縮段的半錐角可允許大到 30176。左右，收縮段入口處的直徑一般希望大于喉口直徑的二倍，若半錐角為 30176。時(shí)，則收縮段長(zhǎng)度約相當(dāng)于喉口直徑的一倍。圓錐形噴管的喉口有一定的長(zhǎng)度，其等截面長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，一般取 2～10mm。而且要求收縮段和擴(kuò)張段與直線(xiàn)段呈圓滑連接，不要出現(xiàn)棱角。這種噴管加工容易，可確保喉口尺寸精確。圓錐形噴管擴(kuò)張段的半錐角一般 4176?！?176。，根據(jù)喉口直徑和出口直徑，選定半錐角后便可算出擴(kuò)張段長(zhǎng)度。8）噴管流量系數(shù)。噴管氧氣流量的公式是根據(jù)等熵流理論導(dǎo)出的，但是，即使設(shè)計(jì)和加工都良好的氧槍噴管，也不可能實(shí)現(xiàn)等熵流。生產(chǎn)上所用氧槍噴管當(dāng)氧流流過(guò)時(shí)必定有摩擦，不完全決熱，因此，必然存在一定的偏差。通常用噴管流量系數(shù) CD 表示實(shí)際流量和理論流量的偏差，即： 理實(shí)＝ QCD/因此，噴管的實(shí)際氧氣流量計(jì)算式應(yīng)是：　　　Nm 3/＝對(duì)于加工一般的單孔噴頭，C D＝～；三孔噴頭的 CD＝～095。若喉口處出現(xiàn)棱角將顯著降低噴管流量系數(shù)。3）本次設(shè)計(jì)的是 120t 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的氧槍噴頭。1）冶煉鋼種以低碳鋼為主，多數(shù)鋼種 C≤％，根據(jù)鐵水成分和所煉鋼種進(jìn)行物41料平衡計(jì)算，取每噸鋼鐵料耗氧量為 50m3，依國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐目前所達(dá)到的供氧強(qiáng)度和冶煉技術(shù)水平，吹氧時(shí)間取 18min。2）計(jì)算氧氣流量。當(dāng)裝入量為 120t 時(shí)氧氣流量為： min/??3）選定噴孔出口馬赫數(shù) M=，采用三孔噴頭，噴孔拉瓦爾型，噴孔夾角 9176。4）計(jì)算設(shè)計(jì)工況氧壓和喉口直徑：查等熵流表，當(dāng) M＝ 時(shí)，P/P 0＝，取P＝P 膛 ＝ 代入，則設(shè)計(jì)工況氧壓為：P 0＝ ＝ ，每孔氧流量： min/??取 CD＝，T 0＝290K， P0＝=，則喉口直徑為：，∴　　　d 喉 ＝5）確定噴孔出口直徑：根據(jù) M＝，查等熵流表的：A 出 /A 喉 ＝，即 　π＝π 喉出 ?則　　　　　　 . ＝＝＝ 喉出 ?6）確定噴孔其它幾何尺寸：取噴孔喉口的直線(xiàn)段長(zhǎng)度為 3mm。擴(kuò)散段的半錐角取5 度，則擴(kuò)張段長(zhǎng)度 L 為： ＝－＝－ 喉出 ???收縮段的直徑以能使整個(gè)噴頭布置得下三個(gè)噴孔為原則，盡可能采取收縮孔大一些。為此，取收縮段進(jìn)口尺寸 d 收 ＝38mm，其收縮段長(zhǎng)度 L 收 ＝ 收 ＝40≈。收縮段半錐角 θ 錐 為： ??＝＝θ 收 喉收錐 Ltg喉口直線(xiàn)段兩端以光滑圓弧與兩個(gè)圓錐相切。42　氧槍水冷系統(tǒng)氧槍槍身尺寸的確定（以上面 120t 轉(zhuǎn)爐為例）：氧槍槍身由三層同心無(wú)縫鋼管組成，其長(zhǎng)度決定于爐子尺寸與工藝布置要求，槍身各層鋼管的直徑和厚度計(jì)算如下：（1）中心鋼管直徑的確定：已知氧流量 Q＝ 3/min。氧氣流在中心管內(nèi)的流速按 40～60m/s 考慮（相當(dāng)于馬赫數(shù) M＝ 左右） ，這樣較為經(jīng)濟(jì)和安全。因?yàn)榱魉龠^(guò)高會(huì)增加氧氣在管內(nèi)的阻力，對(duì)鋼管來(lái)說(shuō)也不太安全；過(guò)低則會(huì)增大槍身直徑，使得熱損失及耗水量增大。依據(jù)氣體狀態(tài)方程，在中心管內(nèi)的實(shí)際狀態(tài)下的氧流量為： smQ/＝＝實(shí) ?取中心管內(nèi)氧氣流速為 50m/s