【正文】 Q y＋Q c＋Q 1＝第二步：計(jì)算熱支出。1）鋼水物理熱 Qg；先按求鐵水熔點(diǎn)的方法確定鋼水熔點(diǎn) Tg；再根據(jù)出鋼和鎮(zhèn)靜時(shí)的實(shí)際溫降（通常前者為 40～60℃，后者 3～5℃/min，具體時(shí)間與盛鋼桶大小和澆注條件有關(guān)）以及要求的過熱度（一般為 50～90℃）確定出鋼溫度 Tz；最后由鋼水量和熱容算出物理熱。根據(jù)其數(shù)據(jù)、相應(yīng)的溫度和熱容確定。4）生白云石分解熱 Qb：根據(jù)其用量、成分和表 2－19 所示的熱效應(yīng)計(jì)算。本計(jì)算取5％，則得： Qq＝5％＝表 2－22 某些物料的物料熱項(xiàng)目 參數(shù) kJ 備注爐氣物理熱 1450 為爐氣煙塵溫度煙塵物理熱 渣中鐵珠物理熱 1520 為鋼水熔點(diǎn)噴濺金屬物理熱 合計(jì) Qx 6）廢鋼吸熱 Qf：用于加熱廢鋼的熱量是剩余熱量，即： Qf＝Q s－Q g－Q r－Q x－Q b－Q q＝故廢鋼加入量 Wf 為： Wf＝ 即廢鋼比為: +＝%熱平衡計(jì)算結(jié)果列于表 2－23 中。對(duì)轉(zhuǎn)爐用一般生鐵冶煉低碳鋼來說。經(jīng)計(jì)算，其熱收入部分約占總收入的 ～％，熱支出部分約占 ～％，二者基本持平。其設(shè)計(jì)的質(zhì)量不僅直接影響到投產(chǎn)后的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)以及企業(yè)的的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，而且還關(guān)系到操作者的勞動(dòng)安全。轉(zhuǎn)爐由爐帽、爐身和爐底三部分組成。爐帽以下、熔池以上的爐身部分為圓筒形。所謂轉(zhuǎn)爐爐型，實(shí)際上是指由上述三部分組成的爐襯內(nèi)部空間或爐膛的幾何形狀。本次設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐的公稱容量為 120t，采用截錐型。在裝入量和熔池直徑相同的情況下，其熔池最深，因此不適宜于大容量轉(zhuǎn)爐。國(guó)外已很少用這種爐型。（1）熔池尺寸的確定。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)裝入量、供氧強(qiáng)度、噴嘴類型、冶煉動(dòng)力學(xué)條件以及對(duì)爐襯蝕損的影響綜合考慮。它主要取決于金屬裝入量和吹氧時(shí)間。此時(shí)，如不相應(yīng)增大熔池直徑，勢(shì)必會(huì)使噴濺和爐襯蝕損加劇。這意味著單位時(shí)間供氧量與熔池直徑的平方成正比，因此可得公式： ?式中 G——新爐金屬裝入量，t，可近似地取其公稱容量，120t ；t ——平均每爐鋼純吹氧時(shí)間，本設(shè)計(jì)取 18min；K——比例系數(shù)，本設(shè)計(jì)取 。對(duì)截錐型熔池： mDVc ＝＝ ??（2）爐身尺寸的確定。＝ ）（＝π＝ 池帽身身 ?（3）爐帽尺寸的確定。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以下因素：確保其穩(wěn)定性；便于兌鐵水和加廢鋼；減少熱損失；避免出鋼時(shí)鋼渣混出或從爐口流渣；減少噴濺。目前傾角多為 60177。小爐子取上限，大爐子取下限，這是因?yàn)榇鬆t子的爐口直徑相對(duì)來說要小些。實(shí)踐表明，取爐口直徑為熔池直徑的 43～53％較為適宜。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 的直線斷段。出鋼口內(nèi)口一般都設(shè)在爐帽與爐身交界處，以便當(dāng)轉(zhuǎn)爐處于水平位置時(shí)其位置最低，可使鋼水全部出凈。1）出鋼口中心線水平傾角 θ 1：為了縮短出鋼口長(zhǎng)度，以利維修和減少鋼液二次氧化及熱損失，大型轉(zhuǎn)爐的 θ 1 趨向減少。但 0176。國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐多為 45176。本設(shè)計(jì)取 45176。出鋼時(shí)間通常為 2～8min。時(shí)間過長(zhǎng)，即出鋼口太小，鋼液容易二次氧化和吸氣，散熱也大。3)　爐容比（或體積比）的確定。 Vt 系爐帽、爐身和熔池三個(gè)內(nèi)腔容積之和。確定爐容比時(shí)，應(yīng)綜合考慮以下因素：鐵水比，鐵水成分，冷卻劑種類，供氧強(qiáng)度，噴槍孔數(shù)，基建投資等。但過大的爐容比會(huì)使基建和設(shè)備投資增加。轉(zhuǎn)爐新砌爐襯的爐容比推薦值為 ～ 3/t，大轉(zhuǎn)爐取下限，小轉(zhuǎn)爐取上限。（6）高徑比的核定。實(shí)際上，它只作為爐型設(shè)計(jì)的校核數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)爐高徑比的推薦值為～?！⊙鯕忭敶缔D(zhuǎn)爐爐襯設(shè)計(jì)爐襯設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是選擇合適的爐襯材質(zhì)，確定合理的爐襯組成和厚度，并根據(jù)相應(yīng)的磚型和數(shù)量，以確保獲得經(jīng)濟(jì)上的最佳爐齡。合理選用爐襯，特別是工作層的材質(zhì)乃是提高爐齡的基礎(chǔ)。進(jìn)入 80 年代以來，氧氣轉(zhuǎn)爐爐襯材質(zhì)的最大變大是普遍推廣使用鎂碳磚，爐齡有明顯提高。（2）爐襯的組成和厚度的確定通常爐襯由永久層、填充層和工作層組成。永久層緊貼爐殼（無絕熱層時(shí)） ，一般用焦油鎂砂搗打而成，厚度約 80～100mm。本設(shè)計(jì)取 90mm。也有的轉(zhuǎn)爐不設(shè)填充層。目前該層多用鎂碳磚和焦油白云石磚綜合砌筑。32本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)爐各部位的爐襯厚度設(shè)計(jì)值如表所示：（3）磚型選擇選擇磚型時(shí)應(yīng)考慮以下一些原則：1）在可能條件下，盡量選用大磚，以提高筑爐速度，減少磚縫，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；2）力爭(zhēng)砌筑過程中不打或少大磚，以提高磚的利用率和保證磚的質(zhì)量；3）對(duì)用小磚組合起來有困難或難以保證修筑質(zhì)量的部位，如出鋼口和爐底等，則選用異磚型；4）盡量減少磚型種類。其選型或設(shè)計(jì)是否合理，將直接影響到設(shè)備、操作安全性和轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率。爐殼通常由爐帽、爐身和爐底三部分組成。由于爐帽，特別是爐口部位受高溫作用易變形，所以目前普遍采用水冷爐口。水冷爐口有兩種結(jié)構(gòu)：其一是鋼板焊成的水箱；其二是把蛇形鋼管鑄在鑄鐵的爐口圈內(nèi)。水冷爐口可用銷釘與爐帽連接，或用卡板焊在爐帽上。爐底有球型和截錐型兩種。爐帽、爐身和爐底三段間的聯(lián)結(jié)有以下幾種方式。這種結(jié)構(gòu)適用于下修法。（2）爐殼鋼板材質(zhì)與厚度的確定。受此種種負(fù)荷的影響，必然使?fàn)t殼產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，以致引起不同程度的變形。所以設(shè)計(jì)時(shí)必須給予足夠的重視。對(duì)于 30t 以上的轉(zhuǎn)爐，各國(guó)多用耐高壓的鍋爐鋼板制作爐殼，也有合金鋼板的。　支承裝置支承裝置承載著轉(zhuǎn)爐爐體的全部重量。（1）托圈。兩側(cè)焊有鑄鋼的耳軸座，供裝耳軸用。為增加托圈的剛度，中間焊有垂直筋板。托圈與爐殼之間間隙宜適當(dāng)留大，以改善爐身通風(fēng)條件和適當(dāng)留有擴(kuò)容潛力，可以參照爐殼可能生產(chǎn)的最大變形量（為爐殼直徑的 3％）確定。連接裝置的基本型式有兩種。其結(jié)構(gòu)是沿爐殼圓周固接若干組上、下托架，由它們夾住托圈的頂?shù)酌?。?）耳軸及其軸承?？梢姸S要受多種負(fù)荷的作用，因此應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。本設(shè)計(jì)中采用的耳軸直徑為 850mm，耳軸采用重型雙列向心球面滾子軸承。耳軸與托圈的連接方式主要有三種，本設(shè)計(jì)采用靜配合連接。轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中要前后傾轉(zhuǎn)，傾動(dòng)角度為177。必要時(shí)，傾動(dòng)速度也應(yīng)是可調(diào)的。（2）傾動(dòng)機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的確定。1）傾動(dòng)速度：轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)速通常為 ～，而傾動(dòng)機(jī)構(gòu)是低轉(zhuǎn)速，故其減速比很大，約為 800～1000。2）傾動(dòng)力矩：計(jì)算傾動(dòng)力矩的目的是確定不同情況下的傾動(dòng)力矩值和合理選擇耳軸位置，以確保操作安全。若從經(jīng)濟(jì)效果出發(fā)，宜用“正負(fù)力矩等值”的原則。（3）傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型。根據(jù)傳動(dòng)裝置形式的不同，可將傾動(dòng)機(jī)構(gòu)分為三類：落地式、半懸掛式和懸掛式，本設(shè)計(jì)采用懸掛式。傳動(dòng)程序與半懸掛式基本相同。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。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。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)廠最易獲得的氣體，用36N2 氣作為底部攪拌氣體時(shí)，無需采用冷卻介質(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)。Ar 氣是最為理想的攪拌氣體，不僅可以保證攪拌效果，而且沒有增加鋼中有害氣體的危險(xiǎn)，但 Ar 資源來源有限，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。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。但是在出鋼過程中，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。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。因此，需修正吹煉終點(diǎn)動(dòng)態(tài)控制中的有關(guān)系數(shù)。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。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。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)有的還要依賴實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。而氧氣射流的參數(shù)主要由噴頭參數(shù)所決定。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的衰減應(yīng)盡可能的慢。尤其對(duì)多孔噴槍，要求各股氧氣射流達(dá)到熔池表面上時(shí)不要匯合能形成多個(gè)反應(yīng)區(qū)。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不出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)和強(qiáng)的湍流運(yùn)動(dòng)。氧流量是指單位時(shí)間通過氧槍的氧量（Nm 3/min 或 Nm3/h） 。min） 。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。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。除小容量轉(zhuǎn)爐外，現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐皆用多孔噴頭，有 5 孔等。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。3）噴頭出口處馬赫數(shù)（M）與設(shè)計(jì)工況氧壓。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，但又無法測(cè)量，因此，就難于保證設(shè)計(jì)工況氧壓的精確度。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。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。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)工況氧壓來進(jìn)行噴頭設(shè)計(jì)的。4）爐膛壓力。在吹煉過程中噴頭周圍的情況是復(fù)雜的（如泡沫渣形成前或后） ，爐膛壓力也隨之變化，其影響尚需專題討論研究。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，39一般爐膛壓力可選為 ～ 02MPa。5）噴孔夾角和噴孔間距。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。多孔噴頭要求 R 比 ＝～，中小型轉(zhuǎn)爐 R 比 ＝～。隨著噴頭孔數(shù)的增加，噴孔夾角應(yīng)增大。噴孔間距（d 間）是指噴頭噴孔出口處噴孔中心線與噴頭中軸線之間的距離，它對(duì)射流之間的相互作用也產(chǎn)生很大的影響。如果噴孔間距（分散度）過小，會(huì)增大氧射流之間的吸引程度。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)。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。6）噴孔端面的形狀。對(duì)于多孔噴頭由于每個(gè)噴孔同噴頭中軸線呈一定夾角。因此，噴頭端面應(yīng)設(shè)計(jì)成與噴頭軸線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。為了改善錐面受熱情況，若噴頭中心軸線處未設(shè)噴孔，可用一個(gè)垂40直于噴頭中心軸線的小平面替代尖錐頂較為合適。現(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。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。實(shí)踐證明，可以滿足冶煉要求。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。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。這種噴管加工容易，可確保喉口尺寸精確?！?176。8）噴管流量系數(shù)。生產(chǎn)上所用氧槍噴管當(dāng)氧流流過時(shí)必定有摩擦，不完全決熱，因此，必然存在一定的偏差。若喉口處出現(xiàn)棱角將顯著降低噴管流量系數(shù)。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。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。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。收縮段半錐角 θ 錐 為： ??＝＝θ 收 喉收錐 Ltg喉口直線段兩端以光滑圓弧與兩個(gè)圓錐相切。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。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