【導讀】對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文章以明。除此之外，本設計不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表?；蜃珜戇^的作品成果。本人完全意識到本聲明應承擔的責任。根據設計說明書要求，結合本。專業(yè)所學理論知識設計一座年產510萬t合格鑄坯的轉爐煉鋼車間。250t頂底復吹轉爐。采用了先進且具有較大發(fā)展余地的工藝流程：鐵水預處理?為提高鋼材質量并符合高效連鑄的要求，車間配備LF、VD和RH精煉設。本設計整個生產過程由計算機自動進行動態(tài)和靜態(tài)控制。主要設計內容包括：。形，為能夠明確、直觀的介紹了轉爐煉鋼車間的工藝布置。設計方案以技術新，效益高為原則，并充分體現(xiàn)了其可持續(xù)發(fā)展性。原始數據的選取…………………

　　

【正文】 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 21 第 5 章 氧槍及底部供氣構件設計 氧槍設計 氧槍由噴頭、槍身和尾部結構三部分組成。噴頭常用紫銅制成；槍身由三層無縫鋼管套裝而成；尾部結構連接輸氧管和冷卻水進出軟管。 氧氣流量 氧氣 流量是指單位時間通過氧槍的氧量。其計算根據物料平衡求得，如前面的計算結果，每噸鋼的耗氧量為 60m3，吹氧時間為 18min，則通過氧槍的氧氣流量為： Q = 60? 250/18= 833m3/min 工況氧壓和喉口直徑 （ 1）選用噴孔出口馬赫數 Ma 與噴孔數。 出口馬赫數 Ma 是滯止氧壓 P0和噴頭出口壓力 P 的比值，隨著出口馬赫數的增加，噴頭氧氣射流的出口速度 v 提高。設計中取 Ma = 。 為了保證氧氣流股有一定的沖擊面積與沖擊深度，使熔池內盡快形成 乳化區(qū)，減少噴濺，提高成渣速度和改善熱效率，參照同類轉爐氧槍的使用情況，對250 t 轉爐噴孔數取 5 孔。 （ 2）設計工況氧壓 P0(近似等于滯止氧壓 ) 根據等熵流表（見王令?！稛掍搹S設計原理》附錄 Ⅰ ），當 Ma = 2 時， P/ P0 = ，取 P = P 膛 =0. 101MPa，則工況氧壓為： P0 = （ 3） 計算喉口直徑。 噴頭每個噴孔的氧氣流量為： q = Q /5=833/5 = 3m /min 取 CD = ， T0 =300 K ， P0 = = 2/kg cm ，代入下式，求出喉口直徑： 001 7 .6 4 /Dq C P A T? 喉 由此得到， d 喉 = 53mm。 噴孔出口直徑 根據等熵流表，在 Ma = 2 時， / ?出 喉 ，即 ： 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 22 221 .6 8 7 5 / 44 dd? ??出 喉π 則 ： d 出 = 69mm。 噴孔其他幾何尺寸 （ 1）取噴孔喉口的直線段長度為 L 喉 = 8mm。擴散段的半錐角為 4176。，則擴張段長度 L 擴為： L 擴 =（ d 出 – d 喉 ） /2tan4176。 = 114mm。 （ 2）收縮段長度與收縮段進口直徑應該以能使整個噴頭布置下 五 個噴孔為原則，并盡可能使收縮孔大一些。 （ 3）確定噴孔傾角 按照經驗在本設計中取噴孔傾角為 15176。 槍身各層鋼管 （ 1）中心氧管管徑 中心氧管是向噴頭輸送氧氣的通道，其直徑主要取決于氧氣在管道內的流量和流速。管內氧 氣工況流量為： 833273790000 3001013250 00 ????? QTP TPQ 標標 = 3/min=取中心氧管內氧氣流速 V1 = 50 m/s ，則中心氧管內徑為： 50961444 1011 ????? ??? .d VQF==223mm 根據標準熱軋無縫鋼管產品規(guī)格，選取選取中心鋼管為 ? 2198 mm。即外徑為 219 mm。 （ 2）中、外層鋼管管徑 高壓冷卻水從中層管內 側進入，經噴頭頂部轉彎 180176。后經中層管外側流出。根據生產實際經驗，選取氧槍冷卻水耗量 Q 水 = 250 3m /h，冷卻水進水速度6/v m s?進 ，出水速度 7/v m s?出 。又中心氧管外徑為 219mm，則： 進水環(huán)縫截面積： F2=Q 水 /V 進 = 250/(6? 3600) = = 出水環(huán)縫截面積： F3=Q 水 /V 出 =250/（ 7? 3600） = = 所以，中層鋼管的內徑為： ? ?? ?22i22 ?????? F = = 選取中層管為 ? 2538 mm。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 23 同理，外層管內徑： ??? ?22ii32 ?????? F = = 選取外層管為 ? 2808mm。 氧槍長度的確定 氧槍全長包括下部槍身長度 l1和尾部長度 l2。氧槍尾部裝有氧槍把持器、冷卻水進出管接頭、氧氣管接頭和吊環(huán)等。故 l2的長度取決于爐子容量和煙罩尺寸。 本設計取氧槍總長為 24m，氧槍工作行程 18m。 轉爐底部供氣構件設計 底氣種類 本設計確定采用加強攪拌型，所以頂槍吹氧，底部吹惰性氣體和中性氣體N2等。 底氣用量 采用底吹 N Ar、 CO2 等氣體時，供氣強度小于 ()時，其冶金特征已 接近頂吹法；達到 ~()；則可以降低爐渣和金屬的氧化性，并達到足夠的攪拌強度。最大供氣強度一般不超過 m3/()。全程吹 Ar，成本太高；全程吹 N2，又會增加鋼中的氮?？紤]到經濟效益和產品需求，底部全部供氣，只是前期吹 N2，末期再改吹 Ar。 供氣構件 本設計采用環(huán)縫式噴嘴，在環(huán)縫中設有許多細金屬管，它兼有透氣磚和噴嘴的優(yōu)點，適用于噴吹各種氣體和粉劑，還簡化了細金屬管磚的制作工藝，是很有發(fā)展前途的一種供氣構件。在本設計中，由于是 250t 轉爐，噴嘴數量選 5 個 。 底吹元件布置 底吹噴嘴布置應使底吹和頂吹產生的熔池環(huán)流運動同向，且使熔池攪拌均勻時間最短，以此獲得最佳的攪拌效果。噴嘴布置在爐底 φ 1= 和 φ 2= 同心圓上，且相互成 45186。分布，即偏心軸布置。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 第 6 章 生產工藝設計 裝料制度 對于轉爐煉鋼，裝入量過大，會使噴濺增加，熔池攪拌不好，造渣困難，爐襯特別是爐帽壽命縮短，供氧強度也因噴濺大而被被迫降低，裝入量過小，則會使爐產量減少，所以確定裝入量時應考慮以下因素： （ 1）保證合適的爐容比：通常波動在 ～ ，一般大于 。 （ 2）要有合適的熔池深度：合適的熔池深度應大于頂槍氧氣射流對熔池的最大穿透深度的一定尺寸。 （ 3）應與鋼包容量、澆鑄吊車起重能力、轉爐傾動力矩大小、鑄機拉速等相適應。 本設計采用分階段定量裝入，大體上保持了比較適當的熔池深度和裝入量的相對穩(wěn)定性 [6]。 供氧制度 氧槍的結構、類型和尺寸等確定后，吹煉過程中能夠調節(jié)的供氧參數是槍位和工作氧壓，氧槍操作首先應滿足化渣快和不 ―返干 ‖的要求，同時，也要滿足減少噴濺，準確控制終點，以及延長爐齡的要求，變動槍位是目前控制吹煉過程的重要手段 ，槍位的變動主要由以下因素決定： （ 1）吹煉的不同時期 （ 2）熔池的深度 （ 3）造渣材料的加入量及其質量 （ 4）鐵水溫度和成分 （ 5）噴頭結構 頂底復吹轉爐的熔池攪拌主要依靠底部吹氣和 CO 氣體產生的攪拌來實現(xiàn)，因此其頂吹的供氧壓力有所降低，槍位有所提高。本設計采用高 —低 —高 —低的恒壓變槍操作：開吹時采取高槍位化渣，使渣 中 w(FeO)達 25%~30%，促進石灰熔化，盡快形成具有一定堿度的爐渣，增大前期脫磷 和脫硫效率，同時也避免酸性渣對爐襯的侵蝕。在爐渣化好后降槍脫碳，為避免在碳氧化劇烈反應期出現(xiàn)返干現(xiàn)象，適當 提高槍位，使渣中 w(FeO)保持在 10%~15%，以利于磷、硫繼續(xù)去除。在接近終點時再降槍加強熔池攪拌，繼 續(xù)脫碳和均勻熔池成分和溫度，降低終渣 w(FeO)含 量。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 造渣制度 爐渣堿度的控制與石灰加入量的確定 爐渣堿度是脫硫、脫磷能力的基本標志，早期爐渣的堿度一般控制在 ～ 之內，在冶煉含磷硫較高的原料和低磷硫的鋼種時，要提高堿度，一般控制在 ～ 。 石灰加入量主要根據鐵水中硅磷含量和爐渣堿度確定 在鐵水含磷量較低，采用單渣法和廢鋼做冷卻劑時，石灰加入 量可按下式計算： 石灰加入量 =[%Si]R1000 /（ %CaO） 有效 kg/t 金屬料 式中 R=)w(SiOw(CaO)2； （ %CaO） 有效 ＝ （ %CaO） R（ %SiO2） 。 當鐵水中含磷較高并假定金屬料中含磷量的 90％氧化進入爐渣，則石灰加入量按下式計算： 石灰加入量＝ 1000R（ [%Si]+[%P]） /（ %CaO） 有效 式中 R＝ ? ?? ? ? ?2 2 5%% 0 .6 3 4 %C a OS iO P O? 。 爐渣粘度的控制 過粘的爐渣去除磷、硫緩慢，含有大量的 金屬珠，降低鋼水的收得率；過稀的爐渣則強烈侵蝕爐襯。原因通常是爐渣的熔點與當時的熔池溫度接近，熔池的溫度低于爐渣的液相線時，爐渣特別粘稠。此時，提高渣中 CaF ∑(FeO)、 MnO 、MgO 等含量都能使爐渣熔點降低，流動性改善。在確保去硫、磷的條件下，加入白云石等含 MgO 的材料，適當提高終渣的粘度，可以在終渣停吹時，部分粘附在爐襯內表面，使爐齡延長。 爐渣氧化性的控制 用渣中氧化鐵的活度 FeOa 表示爐渣的氧化性使最合理的， 因為渣中的氧化鐵不會呈自由狀態(tài)存 在，但是，由于確定 FeOa 的數值相當復雜，因此一般只用于研究工作，生產中普遍用氧化鐵的濃度表示爐渣的氧化性，影響爐渣氧化性的主要因素 ： （ 1）槍位和氧壓：在一定的供氧強度下，槍位提高或氧壓降低時，爐渣的氧化性增強。 （ 2）脫碳速度：脫碳速度越大，碳奪取爐渣中的氧越強烈，而且熔池攪拌越有力，促進爐渣中的氧化鐵向金屬中傳遞，爐渣氧化性大大減弱。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 （ 3）溫度對爐渣的氧化性是間接的，熔池溫度低而使金屬和爐渣粘度增大，爐渣向金屬傳遞氧和金屬吸收射流的氧減慢，爐渣的氧化性增強。 泡沫渣及其控制 在頂底復吹轉爐吹煉的前、中期，提高爐渣中 ∑(FeO)的含量以加入石灰的熔化和促進去磷，產生泡沫渣是不可避免的，往往是在爐渣 ∑(FeO)高和熔池溫度較低時產生的。目前對泡沫渣還不能完全控制，通常在吹煉中期或稍微偏前一些，泡沫化程度達到最大值，熔池面上漲出現(xiàn)在堿度 ～ 和脫碳速度最大的時候。 在開吹的初期，由于渣量很少和脫碳速度不大，熔池面上漲很少，爐渣的泡沫化不致造成溢渣和噴濺。隨著吹煉的進行，渣量迅速增大，在采用高 ∑(FeO)化渣時，爐渣的泡沫化程度迅速增 大。如果熔池溫度較低，爐渣較粘，一旦碳開始劇烈氧化，泡沫渣將大量從爐口溢出，并產生強烈噴濺。吹煉末期，脫碳速度下降，熔池溫度升高，爐渣的泡沫化程度隨之減小。 為了避免爐渣的過分泡沫化，應盡可能保持吹煉初期的熱量。在鐵水溫度較低時，應先提溫，待溫度上升后，再提槍化渣。鐵礦石或其他固體氧化劑不應一次加入過多，以免使熔池溫度劇烈下降，渣中 ∑(FeO)急劇增多。采用軟燒石灰，可降低化渣所需要的 ∑(FeO)含量，爐渣流動性也好，可使爐渣泡沫化程度減小，鐵水含硅量降低可以減少渣量，減輕泡沫渣危害。 放渣及留渣操作 目前，頂吹氧氣轉爐的造渣操作有吹煉中途不放渣的 ―單渣法 ‖，中途放出部分爐渣的 ―雙渣法 ‖，以及將上爐的部分或全部終渣留在爐內作為下一爐渣料的―雙渣留渣法 ‖， 本設計采用雙渣法。 溫度制度 溫度控制的辦法主要是適時的加入需要數量的冷卻劑，以控制好過程溫度，并為直接命中終點溫度提供保證。冷卻劑的加入時間因條件不同而異。由于廢鋼在吹煉時加入不方便，通常是在開吹前加入。利用礦石或鐵皮做冷卻劑時，由于他們同時又是化渣劑，加入時間往往與造渣同時考慮，多采用分批加入方式。 終點控制和出鋼 終點控制是轉爐吹煉末期的重要操作。有于脫磷比脫碳操作復雜，因此總是盡可能提前讓磷、硫去除到終點要求的范圍內。這樣，終點控制便簡化為脫碳和鋼水溫度控制，所以把停止吹氧又稱為 ―拉碳 ‖，從廣義上講，終點控制應包括所有影響鋼質量的終點操作和工藝因素控制。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 27 轉爐的自動控制可以達到準確控制吹煉過程和終點的目的，具有較高的命中率，經驗控制經常采用 ―增碳法 ‖和 ―拉碳法 ‖。 增碳法省去倒爐、取樣及隨后的補吹時間，因而生產率高，終渣 w(FeO)高，化渣耗，去磷率高，熱量收入較多，有利于增加廢鋼用量。拉碳法具有終 點鋼水氧含量和終渣 w(FeO)較低，終點鋼水含錳量較高、氧氣消耗較少等優(yōu)點。 轉爐出鋼時間約 2～ 6min，應采用紅包出鋼和擋渣出鋼法。 脫氧制度及合金化 目前頂吹氧氣轉爐煉鋼絕大多數采用沉淀脫氧，對一些有特殊要求的鋼種還可以配合以包內擴散脫氧（合成渣渣洗）和真空碳脫氧（真空處理及吹氬攪拌等）。 本設計鋼種采用鋼包內脫氧，即在出鋼過程中將全部合金加到鋼包內，這種方法簡便，大大縮短了冶煉時間，而且能提高合金元素的收得率。合金的加入時間，一般在鋼水流出總量的 1/4 時開始，到流出 3/4 時加完。為了保證合 金熔化和攪拌均勻，同時吹氬攪拌。出鋼過程中避免下渣，并在鋼包內加一些干凈的石灰粉，以避免回磷。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 第 7 章