【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)（論文）題目：設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)550萬(wàn)噸良坯的轉(zhuǎn)爐車間，理先進(jìn)、節(jié)約能耗、減少污染、降低投資成本。車間煙氣凈化系統(tǒng)等。煉采用了LF精煉方式。本車間的澆注方式為全連鑄，最終產(chǎn)品為板坯。原料供應(yīng)主要有鐵水、廢鋼以及其它一些輔助材料。

　　

【正文】 爐帽尺寸的確定 （ 1）爐口直徑 dD，在滿足順利兌鐵水和加廢鋼的前提下，適當(dāng)減小爐口直徑，以減少熱損失。一般爐口直徑為熔池直徑的 43％ ~53％較為適宜。本爐爐口直徑為： dD =48%D=48%179。 5059=2428mm （ 2）爐帽傾角 : 爐帽傾角θ 選取原則：便于爐氣逐漸收縮逸出，減少爐氣對(duì)爐帽襯磚的沖刷侵蝕；使帽錐各層磚逐漸收縮，縮短砌磚的錯(cuò)臺(tái)長(zhǎng)度，增加砌磚的穩(wěn)定性。如果角度值過大，砌磚錯(cuò)臺(tái)太長(zhǎng)容易脫落。目前傾角多為 60176。177。 3176。，本設(shè)計(jì)取 ??60? . （ 3）爐帽高度 H 帽 : 為了維護(hù)爐口的正常形狀，防止因磚襯蝕損而使其迅速擴(kuò)大，在爐口上部設(shè)有高度為 H 口 =300~400mm 的直線段。本爐取 H 口 =300mm。關(guān)于爐帽高度有如下公式： H 帽 = 21 （ DdD ） tanθ+H 口 （ ） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： H帽 = 21 （ 50592428） tan60176。+300=2600mm 爐帽總?cè)莘e V 帽 為： V 帽 =（ π/12） （ H 帽 H 口 ） （ D2+D dD + dD 2） +（ π/4） dD 2H 口 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 22 （ ） =（ π/12） （ ） （ ++） +（ π/4） = 在爐口處設(shè)置水箱試水冷爐口 。 爐容比及爐身尺寸的確定 爐容比是指轉(zhuǎn)爐有效容積 Vt 與公稱容量 G 之比值 Vt/G（ m3/t）。 Vt 是爐帽、爐身和熔池三個(gè)內(nèi)腔容積之和。公稱容量以轉(zhuǎn)爐爐役期的平均出鋼量來表示。 確定爐容比應(yīng)綜合考慮。通常，鐵水比增大，鐵水中 Si、 S、 P 含量高，用礦石作冷卻劑以及供氧強(qiáng)度提高時(shí)，為了減少噴濺或溢渣損失，提高金屬收得率和操作穩(wěn)定性，爐容比要適當(dāng)增大。但過大的爐容比又會(huì)使基建和設(shè)備投資增加。對(duì)于大 型轉(zhuǎn)爐，由于采用多孔噴槍和頂?shù)讖?fù)吹，操作比較穩(wěn)定，因此在其他條件相同的情況下，爐容比有所減少。 轉(zhuǎn)爐新砌爐襯的爐容比推薦值為 ~，大轉(zhuǎn)爐取下限，小轉(zhuǎn)爐取上限。 本次設(shè)計(jì)中，取爐容比為： Vt/G= m3/t 由選定的爐容比為 ，可求出爐子的總?cè)莘e為： V總 =179。 250=225m3； 則可得出爐身容積： V身 =225 池V 帽V ==161m3 求出爐身容積，則可算得爐身高度： H 身 =（ 4V 身） /（π D2） =（ 4179。 161） /（ π） =7906m， () 則爐型內(nèi)高可算出： H 內(nèi) =H 帽 +H 身 +h=2600+7906+2059=12565mm 。 () 出鋼口尺寸的確定 出鋼口尺寸一般都設(shè)在爐帽與爐身的交界處，以使轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)其位置最低，便于鋼水全部出凈。出鋼口的主要尺寸 是中心線的水平傾角和直徑。 （ 1）出鋼口直徑 d 出。 第三章 轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計(jì)及計(jì)算 23 出鋼口直徑?jīng)Q定出鋼時(shí)間，隨爐子容量不同而異。出鋼時(shí)間通常為 2 至 8 分鐘。時(shí)間縮短（即出鋼口過大），難以控制下渣，且鋼包內(nèi)鋼液靜壓力增長(zhǎng)過快，脫氧產(chǎn)物不易上浮。時(shí)間過長(zhǎng)（即出鋼口過?。?，鋼液容易二次氧化和吸氣，散熱也大。 通常按下面的公式來確定： d 出 =（ 63+） 1/2 （ ） 式中 G 為轉(zhuǎn)爐公稱容量， t。 在式（ ）中代入數(shù)據(jù)計(jì)算，得 d 出 =（ 63+179。 250） 1/2=。 （ 2）出鋼 口中心線水平傾角β。 為了縮短出鋼口長(zhǎng)度，以利于維修和減少鋼液二次氧化及熱損失，大型轉(zhuǎn)爐的β趨于減小。國(guó)外不少轉(zhuǎn)爐采用了 0176。，國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐多為 45176。以下。從實(shí)際情況考慮，本爐傾角β取 o30 (3)出鋼口爐襯外徑 STd =6出d=1501mm (4)出鋼口長(zhǎng)度 出dLT 7? =1751mm 爐襯厚度的確定 通常爐襯由永久層、填充層、工作層組成。有些轉(zhuǎn)爐則在永久層和爐殼鋼板之間夾有一層石棉板絕熱層。 永久層緊貼爐殼（無絕熱層時(shí)），修爐時(shí)一般不予拆除。其主要作用是保護(hù)爐殼。該層常用鎂磚砌筑。 填充層介于永久層和工作層之間，一般用焦油鎂砂搗打而成。其主要作用是減輕爐襯受熱膨脹時(shí)對(duì)爐殼產(chǎn)生擠壓和便于拆除工作層。 工作層是指與金屬、熔渣和爐氣接觸的內(nèi)層爐襯，工作條件極其苛刻，目前多用鎂碳磚和焦油白云磚綜合砌筑。 爐帽可用 二步煅燒鎂磚，也可根據(jù)具體條件選用其它材質(zhì)。 轉(zhuǎn)爐各部位的爐襯厚度設(shè)計(jì)參考值如表 34 所示。 表 34 轉(zhuǎn)爐爐襯厚度設(shè)計(jì)參考值 爐襯各部分名稱 轉(zhuǎn)爐容量 /t 100 100200 200 爐帽 永久層厚度 60115 115150 115150 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 24 /mm 工作層厚度/mm 400600 500600 550650 爐身（加料側(cè)） 永久層厚度/mm 115150 115200 115200 工作層厚度/mm 550700 700800 750850 爐身（出鋼側(cè)） 永久層厚度/mm 115150 115200 115200 工作層厚度/mm 500650 600700 650700 爐底 永久層厚度/mm 300450 350450 350450 工作層厚度/mm 550600 600650 600750 砌筑轉(zhuǎn)爐爐襯選擇磚型時(shí)應(yīng)考慮以下一些原則： （ 1）在可能條件下，盡量選用大磚，以減少磚縫，還可以提高筑爐速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； （ 2）力爭(zhēng)砌筑過程中不打或少打磚，以提高磚的利用率和保證磚的砌筑質(zhì)量； （ 3）出鋼口用高壓整體成 型專用磚，更換方便、快捷；爐底用帶弧形的異型磚； （ 4）盡量減少磚型種類。 根據(jù)表 34 和公稱容量，對(duì)爐襯厚度進(jìn)行選擇： 爐身工作層厚度 出鋼側(cè) 700mm， 加料側(cè) 750mm,永久層 155mm，填充層100mm。 爐帽工作層厚度選 650mm，永久層 100mm，填充層 100mm。 爐底工作層厚度選 7000mm，永久層 500mm。 爐殼鋼板材質(zhì)與厚度的確定 在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，爐殼承受多種負(fù)荷，有爐殼、爐襯自重和爐料重引起的靜負(fù)荷，有兌鐵水、加廢鋼時(shí)的沖擊以及爐體旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)負(fù)荷，還有爐襯熱膨脹和爐殼本 身溫度分布不均勻引起的熱負(fù)荷。這些負(fù)荷必然使?fàn)t殼承受相應(yīng)的應(yīng)力，以致引起不同程度的變形。研究表明，其中熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用。所以設(shè)計(jì)時(shí)力求選用抗蠕變強(qiáng)度高、焊接性能好的材料。大中型轉(zhuǎn)爐多用耐高溫高壓的鍋爐鋼板制作爐殼，也有用合金鋼板的。國(guó)內(nèi)用于制作爐殼的低合金高強(qiáng)度鋼 第三章 轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計(jì)及計(jì)算 25 有 16Mn、 14MnNb、 20g 等。本爐選用 16Mn 低合金鋼作為爐殼鋼板。 轉(zhuǎn)爐爐殼各部位鋼板厚度如下表 35 所示。 表 35 轉(zhuǎn)爐爐殼厚度設(shè)計(jì)參考值 爐子容量 /t 15 30 50 100 150 200 250 300 爐帽鋼板厚度/mm 25 30 45 55 60 60 65 70 爐身鋼板厚度/mm 30 35 55 70 70 75 80 80 爐底鋼板厚度/mm 25 30 45 60 60 60 65 70 根據(jù)上表，可選定爐帽、爐身、爐底的鋼板厚度分別為： 6 80、 65mm。 高徑比的驗(yàn)算 高 徑 比是指轉(zhuǎn)爐爐殼總高 H 總與爐殼外徑 D 殼的比值。實(shí)際上它只是作為爐型設(shè)計(jì)的校核數(shù)據(jù)。因?yàn)楫?dāng)爐膛內(nèi)高 H 內(nèi)和內(nèi)徑 D 確定后，再根據(jù)所設(shè)計(jì)的爐襯和爐殼厚度，高寬比也被確定。增大高寬比對(duì)減少噴濺和溢渣、提高金屬收得率有利。但是 高寬比過大，在爐膛體積一定時(shí)，反應(yīng)面積反而小，氧氣流股易沖刷爐壁，對(duì)爐襯壽命不利；而且導(dǎo)致廠房過高，基建費(fèi)用大，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩大，耗電大。隨著轉(zhuǎn)爐大型化和頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)的采用，轉(zhuǎn)爐由細(xì)高型趨于矮胖型，即高寬比趨于減小。根據(jù)實(shí)際情況，轉(zhuǎn)爐高寬比的推薦值為 ~。一般大爐子取下限，小爐子取上限。 根據(jù)前面進(jìn)行的計(jì)算和設(shè)計(jì)，可以得出： 轉(zhuǎn)爐總高 H 總 =H 內(nèi) +450+650+100+150=14015mm； 爐殼外徑 D 殼 =D+2179。 75+2179。 (750+155+100) =5690+150+2021=8452mm 由此可知 高徑比 H 總 /D 殼 =14015/8452= 在 ~ 的轉(zhuǎn)爐高寬比推薦值范圍內(nèi)，符合條件。因此可以認(rèn)為所設(shè)計(jì)的爐子尺寸基本上是合適的，能夠保證轉(zhuǎn)爐的正常冶煉進(jìn)行。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 26 第四章 轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算 噴頭是氧槍的核心部分，其基本功能可以說是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，它將氧管中氧氣的高壓能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，并通過氧氣射流完成對(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 。 噴頭主要參數(shù)計(jì)算公式 (1) 氧流量計(jì)算 氧流量是指單位時(shí)間通過氧槍的氧 量（ Nm3/min）。氧流量的精確計(jì)算應(yīng)根據(jù)物料平衡求得。簡(jiǎn)單計(jì)算氧流量則可用下式： 吹氧時(shí)間 出鋼量每噸鋼耗氧量氧流量 ?? Nm3/min 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 50 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 0P ，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多選用 左右。 M值與滯止氧壓 0P 和噴頭出口壓力 P 的比值（ P/ 0P ）有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖 3。 第四章 轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算 27 圖 3 M 與 Po、 V之間的關(guān)系 表 41 M、 V、 P0 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 200 161 129 104 270 242 217 195 405 485 542 582 假定氧氣滯止溫度為290K,爐內(nèi)環(huán)境壓力為 250t 轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭尺寸計(jì)算 公稱容量 250t轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)氧槍噴頭尺寸。采用普通鐵水。冶煉 Q235A。 (1) 計(jì)算氧流量 : 取每噸鋼耗氧量為 50 3Nm ,純吹氧時(shí)間為 20min，出鋼量按公稱容量 250t計(jì)算，則通過氧槍的氧流量： 62520 25050 ????? 吹氧時(shí)間 出鋼量每噸鋼耗氧量Q 3Nm /min () (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 250t轉(zhuǎn)爐噴孔數(shù)取 6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= 時(shí) , ?oPP ； 取 噴 頭 出 口 壓 力MPaPP ?? 膛 （ 膛P 為爐膛壓力，此處按近似等于大氣壓力計(jì)算），則噴口 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 28 滯止氧壓： MP aPo ?? () 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： ??? Qq Nm3/min () 由噴管實(shí)際氧氣流量計(jì)算式 ： 0 T PACq D ?? 喉， 取 ?DC ， KT 2900 ? ，又 MPaPo ? ，代入上式，則 290 62 ????? 喉d? 由上式可求出 ?喉d mm (取 37mm) (5) 求噴孔出口直徑 : 根據(jù)等熵流表，在 M= 時(shí)， ?喉出 AA ， 即 22 喉出 dd ?? ??，故噴孔出口直徑： mmdd 48376 8 7 8 7 ???? 喉出 () (6) 計(jì)算噴孔擴(kuò)張段長(zhǎng)度 : 取擴(kuò)張段的半錐角 ? 為 40,則擴(kuò)張段長(zhǎng)度 : mmddL a n2 3748t a n2 ????? ??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 喉L =5mm。 (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