【正文】 可用下式： Nm3/min吹 氧 時(shí) 間出 鋼 量每 噸 鋼 耗 氧 量氧 流 量 ??對(duì)于普通鐵水，每噸鋼耗氧量為55～65Nm3/t，對(duì)于高磷鐵水，每噸鋼耗氧量為60～69Nm3/t。本設(shè)計(jì)取65 Nm3/t.(2) 噴頭孔數(shù)現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐氧槍都用多孔噴頭。一般中、小型轉(zhuǎn)爐用三孔或四孔噴頭，大型轉(zhuǎn)爐用五孔或五孔以上的噴頭。(3) 理論計(jì)算氧壓及噴頭出口馬赫數(shù)M理論計(jì)算氧壓（又稱設(shè)計(jì)工況氧壓）是指噴頭進(jìn)口處的氧氣壓強(qiáng)，近似等于滯止氧壓 ，它是噴頭設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。噴頭出口馬赫數(shù)M是噴頭設(shè)計(jì)的另0P一個(gè)重要參數(shù)，目前國(guó)內(nèi)外氧槍噴頭出口馬赫數(shù)M 。M 值與滯止氧壓 和噴頭出口壓力 P的比值（P/ ）有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖81。0 0華北理工大學(xué)輕工學(xué)院36圖81 M與Po、V之間的關(guān)系表 81 M、V 、P 0 之間的關(guān)系M 氧射流出口溫度/K 氧射流出口音速/m/s V/m/s P0/MPa 備 注200161129104270242217195405485542582假定氧氣滯止溫度為290K,爐內(nèi)環(huán)境壓力為 60t 轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭尺寸計(jì)算公稱容量 60t 轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)氧槍噴頭尺寸。采用普通鐵水。冶煉鋼種以碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼為主。(1) 計(jì)算氧流量 取每噸鋼耗氧量為65 ,純吹氧時(shí)間為18min，出鋼量按公稱容量60t3Nm計(jì)算，則通過(guò)氧槍的氧流量： /min ????吹 氧 時(shí) 間 出 鋼 量每 噸 鋼 耗 氧 量QNm(91) (2) 選用噴孔出口馬赫數(shù)與噴孔數(shù)馬赫數(shù)確定原則已如前述。綜合考慮，選取馬赫數(shù)M=。參照同類轉(zhuǎn)爐氧槍使用情況，對(duì)于60t轉(zhuǎn)爐噴孔數(shù)取3孔，能保證氧氣流股有一定的沖擊面積與沖擊深度，熔池內(nèi)盡快形成乳化區(qū)，減少噴濺，提高成渣速度和改善熱效率。(3) 設(shè)計(jì)工況氧壓根據(jù)等熵流表，當(dāng)M=, ；?oP（ 為爐膛壓力，此處按近似等于大氣壓力計(jì)算） ，則噴口MPaP10.?膛 膛滯止氧壓： (82). 取設(shè)計(jì)工況氧壓近似等于滯止氧壓。(4) 計(jì)算喉口直徑噴頭每個(gè)噴孔氧氣流量： Nm3/min (83)?Qq第 8 章 轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算37由噴管實(shí)際氧氣流量計(jì)算式： ，??喉取 ， ，又 ，代入上式，?。??喉d?由上式可求出 ?喉(5) 求噴孔出口直徑根據(jù)等熵流表，在M= 時(shí)， ，?喉出 A即 ，故噴孔出口直徑： dd???? (84)(6) 計(jì)算噴孔擴(kuò)張段長(zhǎng)度取擴(kuò)張段的半錐角 0,則擴(kuò)張段長(zhǎng)度? (85)????喉出擴(kuò)(7) 確定噴孔喉口直線段長(zhǎng)度喉口直線段的作用是保持喉口直徑穩(wěn)定。一般取3～10mm。在本例中取喉口直線段長(zhǎng)度 =5mm。喉L(8) 噴孔收縮段長(zhǎng)度與收縮段進(jìn)口直徑收縮段長(zhǎng)度與收縮段進(jìn)口直徑應(yīng)該以能使整個(gè)噴頭布置下三個(gè)噴孔為原則，并盡可能使收縮孔大一些。(9) 確定噴孔傾角β多孔噴頭的各個(gè)流股是否發(fā)生匯交以效應(yīng)角θ為界，大于θ則各流股很少匯交，小于θ則必定匯交。按照經(jīng)驗(yàn)，噴頭傾角β=176?！?76。為宜。綜合考慮取β=15176。(10) 噴頭五噴孔中心分布圓直徑在噴孔傾角β確定以后，噴孔中心分布圓（即噴孔間距）是影響氧射流是否匯交的另一個(gè)因素。從降低氧射流匯交考慮，噴孔中心分布圓大為好，但噴孔中心公布圓要受到噴頭尺寸的限制。綜合考慮，取三噴孔中心分布圓直徑： md15?華北理工大學(xué)輕工學(xué)院38 60T 轉(zhuǎn)爐氧槍槍身尺寸計(jì)算氧槍槍身由三層無(wú)縫鋼管套裝而成，內(nèi)層管是氧氣通道，內(nèi)層管與中層管之間是冷卻水進(jìn)水通道，中層管與外層管之間是冷卻水出水通道。參見(jiàn)圖 82。計(jì)算相關(guān)公式：按氣體狀態(tài)方程，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量 向工況流量 的換算：Q0 （86）TPQ標(biāo)標(biāo) 00??式中 ——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓， Pa；標(biāo) ——管內(nèi)氧氣工況壓力，Pa；0——標(biāo)準(zhǔn)溫度，273K；標(biāo)T——管內(nèi)氧氣實(shí)際溫度（即氧氣滯止溫度） 。0圖 82 氧槍示意圖中心氧管內(nèi)截面積： （87）oVQF01?第 8 章 轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算39式中 ——中心氧管內(nèi)截面積，m ；1F2 ——管內(nèi)氧氣工況流量，m /s；0Q3 ——管內(nèi)氧氣流速，m/s，一般取 40～50m/s。oV將 、 代入式（97） ，即可求 。則中心氧管內(nèi)徑0 1F （88）?114d?進(jìn)水環(huán)縫截面積： （89）進(jìn)水VQF2中層管內(nèi)徑： （810）?2124Fd??外 式中 ——中層管內(nèi)徑，m；2d——內(nèi)層管外徑，m；外1——進(jìn)水環(huán)形通道截面，m ；2F2——高壓冷卻水進(jìn)口流量，m /s；水Q3——高壓冷卻水進(jìn)水流速，一般選用 5～6m/s。進(jìn)V 中心氧管管徑套用上述公式可得。按式（96） ，管內(nèi)氧氣工況流量 smQTPo /????標(biāo)標(biāo)取中心管內(nèi)氧氣流速 ，則中心氧管內(nèi)徑：smV/Fdo ??????華北理工大學(xué)輕工學(xué)院40根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱軋無(wú)縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格，選取中心鋼管為 。m613?? 中、外層鋼管管徑根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選取氧槍冷卻水耗量 ；冷卻水進(jìn)水速度hQ/203?水，出水速度 （因?yàn)槌鏊疁囟壬?，體積增大，故 ） 。smV/6?進(jìn) smV/7?出 出V進(jìn)又中心氧管外徑 ，則d13外進(jìn)水環(huán)縫截面積 ：2F222 ???進(jìn)水出水環(huán)縫面積 ： 223 ???出水所以，中層鋼管的內(nèi)徑： mcdFd )(422122 ?????外根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱軋無(wú)縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格選取中層鋼管為 。9??同理，外層鋼管內(nèi)徑： mcdFd )(42233 ????????外根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱軋無(wú)縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格選取外層鋼管為 。80??第 9 章 爐外精煉設(shè)備選型41第 9 章 爐外精煉設(shè)備選型 爐外精煉的功能鋼水爐外精煉又稱鋼水二次精煉,而各種精煉設(shè)備的冶金功能又是多種多樣的。為了能獲得低碳或超低碳鋼種，采用真空脫碳或真空下吹氧脫碳的技術(shù)；為了煉得極低硫的鋼種，而有爐外脫硫手段；為促進(jìn)鋼水成分和溫度的均勻化，吹入惰性氣體或通過(guò)電磁攪拌鋼水，更有利于脫除氣體和使夾雜物聚集上浮。通過(guò)爐外精煉對(duì)鋼水進(jìn)行處理，能夠加快鋼水成分的穩(wěn)定，從而取得傳統(tǒng)熔煉爐所難以達(dá)到的冶煉標(biāo)準(zhǔn)。精煉設(shè)備能夠完成的冶金功能包括：脫氣（脫氫、脫氮、脫氧） ，脫硫，脫碳，清潔鋼液，調(diào)整鋼液成份和溫度。 LF 精煉爐 LF 精煉爐的特點(diǎn)LF 精煉爐 (圖 91)在常壓下通過(guò)電弧加熱鋼包內(nèi)鋼水，并同時(shí)造高堿度合成渣精煉和底部吹氬攪拌。LF 爐能夠承擔(dān)電弧爐煉鋼的精煉工作，如造渣、還原、脫氧、脫氣、均勻溫度成分等。除此之外還可以保溫度、升溫，作為煉鋼和連鑄之間的緩沖裝置，協(xié)調(diào)煉鋼和連鑄生產(chǎn)周期不匹配的矛盾，所以現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)爐和電弧爐煉鋼車間都采用它作為精煉設(shè)備。圖 91 LF 法原理圖a—埋弧加熱； b—真空處理；1—加熱蓋；2—電極；3—加料槽；4—真空蓋； 5—鋼包；6—堿性還原渣；7—鋼包車LF 爐具有工藝靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)不同精煉要求的鋼種用不同的工藝過(guò)程：華北理工大學(xué)輕工學(xué)院42(1) 轉(zhuǎn)爐鋼水 —LF(無(wú)真空)精煉—澆注；(2) 轉(zhuǎn)爐、電爐鋼水 —LF(無(wú)真空)精煉—RH 或 DH 處理—澆注；(3) 電爐鋼水 —LF 精煉—澆注。轉(zhuǎn)爐作為初煉爐時(shí)，因原始含氫量低，主要任務(wù)是脫硫與合金化，則只進(jìn)行埋弧、密封下加熱進(jìn)行還原精煉，吹氬攪拌即可，可使[S]≤%，∑[O]≤30ppm。而電弧爐鋼水則應(yīng)經(jīng)過(guò)真空脫氣精煉，鋼水在較長(zhǎng)時(shí)間的爐渣與真空精煉作用下，例如軸承鋼可∑[O]＜20ppm。 RH 精煉爐 RH 精煉爐的特點(diǎn)RH 設(shè)備( 圖 92)是真空裝置中最龐大、最復(fù)雜、投資最大的一種，但由于周期短，生產(chǎn)能力大、脫氣效果好，仍然是目前大多數(shù)大型轉(zhuǎn)爐車間首選的精煉設(shè)備。RH 設(shè)備真空室下端設(shè)置兩根吸引和排放鋼液的上升管和下降管，鋼液脫氣處理時(shí)，兩根管插入鋼包內(nèi)的鋼水中，通過(guò)抽真空和在上升管下部 1/3處向鋼水吹入氬氣等驅(qū)動(dòng)氣體，使鋼水上下循環(huán)脫氣。同時(shí)可以加入合金微調(diào)成分。圖 92 RH 法示意圖1—加料裝置；2—真空室；3—鋼包；4—石墨電阻電極加熱裝置。 RH 精煉爐設(shè)備脫氣原理RH 真空脫氣室為圓筒型容器，外殼由鋼板焊成，內(nèi)襯耐火材料一般由頂部、中部和底部組成。底部連通循環(huán)管(上升與下降)二支。而循環(huán)管在結(jié)構(gòu)上又由兩段連成，上段與真空室底殼連接，下段與上段用法蘭盤連接，即工作時(shí)侵入第 9 章 爐外精煉設(shè)備選型43鋼水的部分。真空室頂部有加料孔、排煙孔、攝像孔等。真空脫氣時(shí)應(yīng)能使鋼水進(jìn)入后有適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間，和足夠的脫氣表面積，脫氣過(guò)程中熱損失要小。華北理工大學(xué)輕工學(xué)院44第 10 章 連鑄機(jī)設(shè)備選型及相關(guān)參數(shù)確定本設(shè)計(jì)中使用三臺(tái)連鑄機(jī)，兩臺(tái)大方坯連鑄機(jī)(250mm250mm)和一臺(tái)板坯連鑄機(jī)(200mm1500mm)。 連鑄機(jī)機(jī)型選擇連鑄機(jī)按結(jié)構(gòu)的外形可分為立式連鑄機(jī)、立彎工連鑄機(jī)、多點(diǎn)彎曲的立彎式連鑄機(jī)、弧形連鑄機(jī)、多半徑弧形連鑄機(jī)和水平連鑄機(jī)等。本設(shè)計(jì)中采用弧形連鑄機(jī)。(1) 弧形連鑄機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備高度較低，設(shè)備質(zhì)量輕，投資費(fèi)用低，設(shè)備的安裝和維護(hù)方便；由于設(shè)備高度低，鑄坯在凝固過(guò)程中承受的鋼水靜壓力相對(duì)較小，可減小坯殼因肚獨(dú)變形而產(chǎn)生的內(nèi)裂和偏析，有利于改善鑄坯質(zhì)量和提高拉速。(2) 弧形連鑄機(jī)的缺點(diǎn)：鋼水在凝固過(guò)程中非金屬夾雜物有向內(nèi)弧側(cè)聚集的傾向，易造成鑄坯內(nèi)部夾雜物分布不均勻，另外，由于內(nèi)、外弧冷卻不均勻，容易造成鑄坯中心偏析而降低鑄坯質(zhì)量。 連鑄機(jī)主要參數(shù)的確定 鋼包允許澆鑄時(shí)間 ?????fGt式中 ——鋼包允許的最長(zhǎng)澆鑄時(shí)間，min；axtG——鋼包的容量，t；?——質(zhì)量系數(shù)，對(duì)要求嚴(yán)格的鋼種 ?=10，要求較低的鋼種 ?=16，一般取 ?=10～12。本設(shè)計(jì)取 10。 鑄坯斷面鑄坯斷面尺寸以其冷態(tài)時(shí)的尺寸表示，稱為鑄坯端面的公稱尺寸。鑄坯斷面的形狀和尺寸主要根據(jù)鑄坯的用途來(lái)確定。本設(shè)計(jì)中的端面 (250mm250mm)和(200mm1500mm)。第 10 章 連鑄機(jī)設(shè)備選型及相關(guān)參數(shù)確定45 拉坯速度拉坯速度(簡(jiǎn)稱拉速)以鑄機(jī)每一流每分鐘拉出的鑄坯長(zhǎng)度(m)來(lái)表示。在一定的工藝條件下，為得到最好的經(jīng)濟(jì)效益，在尋求最佳拉速時(shí)，必須滿足兩個(gè)最基本的要求：一是鑄坯出結(jié)晶器下口時(shí)具有一定的坯殼厚度，以防止過(guò)大變形和拉漏；二是鑄坯內(nèi)、外部質(zhì)量良好。拉速分為理論拉速和工作拉速。工作拉速應(yīng)該小于最大理論拉速。本設(shè)計(jì)中只討論其工作拉速。在設(shè)計(jì)中常用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算工作拉速： (101)SlfV?式中 ——工作拉速，m/min； ——鑄坯橫斷面周邊長(zhǎng)， mm；l ——鑄坯橫斷面面積，mm2S ——速度換算系數(shù)；相關(guān)數(shù)據(jù)參照表 101f表 101 拉坯速度換算系數(shù)斷面形狀 小方坯 大方坯 板坯 圓坯f65～85 55～75 55～65 45～55則利用上式可計(jì)算出工作拉速：板坯： m/min；)(61 ????SlfV 大方坯： m/min；)(72lf 冶金長(zhǎng)度鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)首先凝固成一層坯殼，中心仍為液相，液相穴的深度是指鋼水從結(jié)晶器液面開(kāi)始到鑄坯全部凝固完畢所走過(guò)的路程。鑄機(jī)的冶金長(zhǎng)度取決于鑄坯的液相深度，一般情況下冶金長(zhǎng)度等于或大于液相深度。因此，要決定鑄機(jī)的冶金長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)必須確定鑄坯的液相深度。(1) 液相深度華北理工大學(xué)輕工學(xué)院46板坯： m； ????????????????VKDtL大方坯： m；式中 ——鑄坯厚度，mm；——鑄坯液芯長(zhǎng)度， m；L——工作拉速，m/min；V——綜合凝固系數(shù)，mm/ ，一般為 24～30 mm/ ，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，K2/1in2/1in板坯取較小值。(2) 冶金長(zhǎng)度 ≈液相深度max2VDL???????冶由上式可以看出，鑄坯的液相深度與鑄坯的厚度、拉速和冷卻強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)增加冷卻強(qiáng)度時(shí)有助于縮短液芯長(zhǎng)度。如果鑄坯越厚拉速越大，則液相深度就越長(zhǎng)，連鑄機(jī)的長(zhǎng)度也越長(zhǎng)，就會(huì)增加經(jīng)濟(jì)投入。所以適當(dāng)?shù)剡x取拉速是減少成本的根本措施。 連鑄機(jī)弧形半徑連鑄機(jī)弧形半徑是指鑄機(jī)彎曲時(shí)的外弧半徑，它是弧形連鑄機(jī)的重要參數(shù)之一，它標(biāo)志著連鑄機(jī)的形式和可能澆鑄的