【正文】 因為流速過高會增加氧氣在管內(nèi)的阻力，對鋼管來說也不太安全；過低則會增大槍身直徑，使得熱損失及耗水量增大。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縫鋼管組成，其長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算如下：（1）中心鋼管直徑的確定：已知氧流量 Q＝ 3/min。為此，取收縮段進口尺寸 d 收 ＝38mm，其收縮段長度 L 收 ＝ 收 ＝40≈。4）計算設(shè)計工況氧壓和喉口直徑：查等熵流表，當(dāng) M＝ 時，P/P 0＝，取P＝P 膛 ＝ 代入，則設(shè)計工況氧壓為：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：取噴孔喉口的直線段長度為 3mm。2）計算氧氣流量。3）本次設(shè)計的是 120t 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的氧槍噴頭。通常用噴管流量系數(shù) CD 表示實際流量和理論流量的偏差，即： 理實＝ QCD/因此，噴管的實際氧氣流量計算式應(yīng)是：　　　Nm 3/＝對于加工一般的單孔噴頭，C D＝～；三孔噴頭的 CD＝～095。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)計和加工都良好的氧槍噴管，也不可能實現(xiàn)等熵流。根據(jù)喉口直徑和出口直徑，選定半錐角后便可算出擴張段長度。圓錐形噴管擴張段的半錐角一般 4176。而且要求收縮段和擴張段與直線段呈圓滑連接，不要出現(xiàn)棱角。時，則收縮段長度約相當(dāng)于喉口直徑的一倍。圓錐形噴管的收縮段的半錐角可允許大到 30176。因此，對噴管設(shè)計進行簡化，使噴管成圓錐形，也便于加工制造。設(shè)計一個氣動特性很好的超音速噴管需要進行大量的計算，而且噴管內(nèi)形是一個復(fù)雜的曲面，其喉口又是收縮段和擴張段曲面相接的一個面，其長度趨近于零，因此，加工十分困難。7）噴孔的形狀。這樣噴孔便成為正口拉瓦爾噴管。如果整個噴頭端面形狀是平面，則每個噴孔出口端面將呈斜面形狀，斜口超音速噴管射流流出的邊界條件是不對稱的，這時射流流態(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的復(fù)雜情況。對于單孔噴頭，其端面呈平面。本設(shè)計中取 m＝。因此，噴頭設(shè)計時原則上應(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。從降低噴孔之間的氧射流匯交趨勢考慮，增大噴孔間距（分散度）同增大噴孔夾角是一致的。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。本設(shè)計中 β 取 9176。選擇 R 比 時還應(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。生產(chǎn)經(jīng)驗證明，沖擊半徑 R 沖 和熔池半徑 R 熔之比（成為循環(huán)比 R 比 ）是對轉(zhuǎn)爐冶煉有重大影響的參數(shù)之一，因為它影響著熔池的循環(huán)運動。多孔噴頭的噴孔夾角是指噴孔幾何中心線和噴頭中軸線之間的夾角（β 角） ，它是多孔噴頭設(shè)計的重要參數(shù)之一，氧氣射流沿噴孔向外噴射過程中，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和噴頭中軸線之間的距離成為沖擊半徑。為了使氧氣射流的展開和速度衰減變慢，一般應(yīng)選取噴頭出口壓力等于爐膛壓力。另外，轉(zhuǎn)爐容量不同，爐膛壓力也稍有差異。噴頭出口的環(huán)境壓力對氧槍噴頭來說是指爐膛壓力，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)計的重要參數(shù)之一。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)表明，操作氧壓低于設(shè)計工況氧壓（負偏離）約 10％，或不超過設(shè)計工況氧壓（正偏離）的 50％時，產(chǎn)生的激波或膨脹波不嚴重。目前國內(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 ～。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。馬赫數(shù) M 是噴頭設(shè)計的又一重要參數(shù)。設(shè)計工況又稱理論計算氧壓，它是指噴頭進口處的氧氣壓強，它近似等于制止氧壓 P0（絕對壓力） 。本設(shè)計采用三孔噴頭，噴孔拉瓦爾型。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。2）噴頭的孔數(shù)。氧流量計算式為： 吹 氧 時 間 出 鋼 量每 噸 鋼 耗 氧 量氧 流 量 ＝ ?吹氧時間一般約 12～20min，小容量轉(zhuǎn)爐取下限。氧流量是氧槍設(shè)計的重要參數(shù)。供氧強度是指單位時間每噸鋼的供氧量，在轉(zhuǎn)爐設(shè)計中常用單位時間轉(zhuǎn)爐每公稱噸位的供氧量（Nm 3/t（2）噴頭參數(shù)選擇的原則：1）氧流量或供氧強度。這要求氧氣射流在熔池面上有合適的沖擊直徑。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，對爐襯浸蝕小而均勻。（1）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼對噴頭設(shè)計的主要要求是：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度，使氧氣射流獲得較大的動能，以合適的穿透深度，對熔池攪拌同時又不致引起較大的噴濺?！婎^設(shè)計噴頭是氧槍的核心部分，其基本功能可以說是個能量轉(zhuǎn)換器，它將管中氧氣的高壓力能轉(zhuǎn)化為動能，并通過氧氣射流完成對熔池的作用。主要根據(jù)可壓縮流體理論進行氧氣噴管參數(shù)的計算。槍身由無縫鋼管做成的三層套管組成。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)計與計算氧槍由噴頭、槍身和尾部結(jié)構(gòu)三部分組成。復(fù)吹對低碳范圍的脫碳反應(yīng)有促進作用。復(fù)合吹煉的冶金效果有以下幾點：1)加速脫碳反應(yīng)。Ar－N 2 切換時一般按冶煉期分，當(dāng)出鋼完畢進入排渣狀態(tài)時即進行切換。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 耗量對鋼的成本影響頗大。采用全程底吹 N2 時，即便使用較小的供 N2 強度，鋼水也要增[N]30～ 50ppm，但實踐表明吹煉前期和中期用 N2 極少有增[N]危險，因此只要在吹煉中后期的適當(dāng)時刻以 Ar 氣切換 N2就不會增[N]。以透氣磚為供氣構(gòu)件。所以，一般情況下，宜采用這種傳動裝置。這種布置方式的優(yōu)點是設(shè)備輕、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積少。懸掛式是將整個傳動裝置全部懸掛在耳軸上。目前轉(zhuǎn)爐傾動機構(gòu)一般都采用電動機—齒輪傳動方式。所謂最佳位置的確定，即應(yīng)兼顧到安全性和經(jīng)濟性。3）最佳耳軸位置的確定：從安全觀點考慮，當(dāng)用“全正力矩”來確定。本設(shè)計采用兩級調(diào)速：低速為 ，高速為 。傾動機構(gòu)的主要參數(shù)有傾動速度、傾動力矩和耳軸位置。此外，傾動機構(gòu)尚需與氧槍和煙罩升降機構(gòu)聯(lián)鎖，且能適應(yīng)載34荷的變化和結(jié)構(gòu)的變形。360 度，以滿足兌鐵水、加廢鋼、取樣、測溫、補爐、出渣、出鋼等的需要?！A動機構(gòu)（1）冶煉工藝對傾動機構(gòu)的要求。這種軸承的特點是能承受重載、自動調(diào)位和保持良好的潤滑。耳軸材質(zhì)一般為合金鋼。爐體和托圈的全部載荷都通過耳軸，經(jīng)軸承座傳給地基；同時，傾動機構(gòu)的傾動力矩又通過耳軸傳給托圈和爐體。支架數(shù)目通常為 3～6 組，裝在同一水平上。本設(shè)計采用支承托架夾持器。（2）爐殼與托圈的連接裝置。托圈的基本尺寸是斷面尺寸，高寬比可按 ～ 選取。大型轉(zhuǎn)爐的托圈直徑較大，一般將其剖分成四段，運往現(xiàn)場組裝。托圈是轉(zhuǎn)爐的重要承載和傳動部件，通常是用鋼板焊接成的且呈箱形斷面的環(huán)形結(jié)構(gòu)。其主要部件有托圈，爐體與托圈的連接裝置，耳軸及其軸承。國內(nèi)用于制作爐殼的低合金高強度鋼有 16Mn、14MnNb 等。就材質(zhì)而言，力求選用抗蠕變強度高、焊接性能又好的材料。實踐表明，熱應(yīng)力在此起主導(dǎo)作用。轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，爐殼承受多種負荷的作用：有爐殼、爐襯自重和爐料重引起的靜負荷；有兌鐵水、加廢鋼時的沖擊以及爐體旋轉(zhuǎn)時的加速度或減速度產(chǎn)生的動力等引起的動負荷；還有爐襯熱膨脹和爐殼本身溫度分布不均33勻引起的熱負荷。對于只能采用上修法的死爐底結(jié)構(gòu)，爐底與爐身可以焊死；有時為了增加修爐的靈活性，也用可拆卸的小爐底結(jié)構(gòu)。對于死爐帽活爐底的結(jié)構(gòu)，爐帽與爐身是焊死的，爐身與爐底多用丁字形銷釘和斜楔聯(lián)結(jié)。前者制作和內(nèi)襯砌筑均較后者復(fù)雜，但強度優(yōu)于后者，所以多用于大型轉(zhuǎn)爐。爐身制成圓柱型，它是整個爐子的承載部分，受力最大。前者制作方便，但容易燒穿；后者制作難度大，但使用安全。這樣既提高了爐帽壽命，又能減少爐口粘渣。爐帽制成截圓錐型。（1）爐殼組成及結(jié)構(gòu)型式?！⊙鯕忭敶缔D(zhuǎn)爐爐體金屬構(gòu)件設(shè)計轉(zhuǎn)爐爐體金屬構(gòu)件由爐殼、爐體裝置及傾動機構(gòu)組成。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)。工作層系指與金屬、熔渣和爐氣接觸的內(nèi)層爐襯，工作條件相當(dāng)惡劣。該層的主要功能是減輕爐襯受熱膨脹時對爐殼產(chǎn)生擠壓和便于拆除工作層。有些工廠則不作規(guī)定，一般只要達到找平的目的即可。有些轉(zhuǎn)爐則在永久層與爐殼鋼板之間夾有一層石棉板絕熱層。但由于鎂碳磚成本較高，因此一般只將其用在諸如耳軸區(qū)、渣線等爐襯易損部位，即爐襯工作層采用均衡爐襯，綜合砌爐。目前常用的工作層襯磚有：瀝青結(jié)合鎂磚（瀝青浸漬或不浸漬） ，含碳量為 5～6％；燒成浸漬鎂磚，含碳量為 2％左右；焦油或瀝青結(jié)合的白云石磚，含碳量約 2％；瀝青或樹脂結(jié)合的白云石碳磚，含碳量為 7～15％；瀝青或樹脂結(jié)合的鎂碳磚（加入或不加防氧化及），含碳量通常為 10～25％。（1）爐襯材質(zhì)的選擇。大爐子取下限，小爐子取上限。因為通過上述計算，當(dāng)爐膛內(nèi)高 H 內(nèi)和內(nèi)徑 D 確定之后，再根據(jù)所設(shè)計的爐襯和爐殼的厚度，高徑比也就被定下來了。高徑比系指轉(zhuǎn)爐爐殼總高 H 總 與爐殼外徑 D 殼 之比值。本設(shè)計取 m3/t。對于大型轉(zhuǎn)爐，由于采用多31孔噴槍，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。通常，鐵水比增加，鐵水中 Si、P、S 含量高，用礦石作冷卻劑，以及供氧強度提高時，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，爐容比要相應(yīng)增大。公稱容量以轉(zhuǎn)爐爐役期的平均出鋼量來表示，這種表示法不受操作方法和澆注方法的影響。爐容比系指轉(zhuǎn)爐有效容積 Vt 與公稱容量 T 之比值Vt/T（m 3/t） 。通常，d 出 可按下面經(jīng)驗式確定： ）　 （　 ＝＋＝出 式中　　T— —轉(zhuǎn)爐公稱容量， t。時間過短，即出鋼口過大，難以控制下渣，且鋼包內(nèi)鋼液靜壓力增長過快，脫氧產(chǎn)物不易上浮。2）出鋼口直徑 d 出 ：出鋼口直徑?jīng)Q定著出鋼時間，因此隨爐子容量而異。以下。傾角使鋼流對鋼包內(nèi)金屬的沖擊力變小。國外不少轉(zhuǎn)爐采用 0176。出鋼口的主要尺寸是其中心線的水平傾角和直徑。因此爐帽高度為 ＝ θ ＋）（＝ HtgdD?21爐帽總?cè)莘e為： 222 ＝）＋＋） （－（　 ＝ πθ ＋）（π＝ 口口帽 口帽 HddHtV?（4）出鋼口尺寸的確定。另外，從減少噴濺考慮，要求爐氣從爐口30排出的速度小于 15m/s。2）爐口的直徑 d：一般來說，在滿足兌鐵水和廢鋼的前提下，應(yīng)適當(dāng)減小爐口直徑，以利于減少熱損失，減少空氣進入爐內(nèi)影響爐襯壽命和改善爐前操作條件。3176。1）爐帽傾角 θ：傾角過小，爐帽內(nèi)襯不穩(wěn)定性增加，容易倒塌；過大時，出鋼時容易鋼渣混出和從爐口大量流渣。頂吹轉(zhuǎn)爐一般用正口爐帽，其主要尺寸有爐帽傾角、爐口直徑和爐帽高度。對于圓筒形爐身，因其直徑與熔池直徑一致，故需確定的尺寸即為爐身高度 H 身 。2）熔池深度 h：熔池深度系指熔池處于平靜狀態(tài)時從金屬液面到爐底最低處的距離。轉(zhuǎn)爐吹氧時間 t 與裝入量 G 成正比，而與單位時間供氧量 Q 成反比，即若要增大供氧量還要使噴濺維持一定，就需擴大熔池面。隨著裝入量增加和吹氧時間縮短，單位時間的脫氧量和從熔29池排出的 CO 氣體量增加。1）熔池直徑 D：熔池直徑通常指熔池處于平靜狀態(tài)時金屬液面的直徑。熔池是容納金屬并進行一系列復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)的地方，其主要尺寸有熔池直徑和熔池深度。通常倒截錐體的底部直徑 d≈，這時熔池體積 Vc（m 3）與熔池直徑 D（m ）和熔池深度 h（m ）有如下關(guān)系： ?　爐型設(shè)計爐型設(shè)計的主要任務(wù)是確定所選爐型各部位的主要參數(shù)和尺寸，據(jù)此再繪制出工程圖。我國過去已建成的 30t 以下的小爐子應(yīng)用較多，新制定的技術(shù)規(guī)定中提出“≤100t 轉(zhuǎn)爐一般采用截錐型活爐底” 。截錐型熔池形狀為一倒錐體。由于爐帽和爐身的形狀并無變化，所以通常就按熔池形狀劃分為三種：筒球型、截球型和截錐型。熔池面以下的爐底部分，其形狀視熔池形狀而定，根據(jù)修爐方式的不同，有死爐底與活爐底之分，前者適用于上修，后者適用于下修。目前常用的爐帽是一上小下大的正口形截圓錐體。為了正確、合理的設(shè)計，達到預(yù)定的目標(biāo)，必須依據(jù)建廠的具體條件，充分調(diào)查和掌握同類轉(zhuǎn)爐的發(fā)展現(xiàn)狀，切實做到理論與實際緊密結(jié)合。28第三章 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的設(shè)計與計算氧氣轉(zhuǎn)爐是轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的主體設(shè)備。所用鐵合金種類有限，數(shù)量也不多。 ％％ ＝熱 收 入 總 值 熱 ＋ 廢 鋼 吸 熱鋼 水 物 理 熱 ＋ 爐 渣 物 理＝熱 效 率 ??表 2－23 熱平衡表收 入 支 出項 目 熱量 （kJ） % 項 目 熱量 （kJ） %鐵水物理熱 鋼水物理熱 元素氧化熱和成渣熱 爐渣物理熱 其中 C 氧化 廢鋼吸熱 Si 氧化 爐氣物理熱 Mn 氧化