鋼冶金學(xué)畢業(yè)設(shè)計---80t頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐

1、<p>　　《鋼冶金學(xué)》畢業(yè)設(shè)計</p><p>　　爐型：80t頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐</p><p>　　學(xué)院名稱：材料與建筑工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)： 冶金技術(shù) </p><p>　　年 級： </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　氧氣轉(zhuǎn)爐是煉鋼法是當前國內(nèi)外主要的煉鋼方法。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼自20世紀40年代初問世以來，在世界各

3、國得到了廣泛的應(yīng)用，技術(shù)不斷地進步，設(shè)備不斷地改進，工藝不斷地完善。在短短的五十幾年里，從頂吹發(fā)展到底吹、側(cè)吹發(fā)展到復(fù)合吹煉。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的飛速發(fā)展，使煉鋼生產(chǎn)進入了一個嶄新的階段，鋼的產(chǎn)量不斷增加，成本不斷的下降。從日前來看，轉(zhuǎn)爐煉鋼可以說是最佳的煉鋼方法。</p><p>　　本設(shè)計是根據(jù)學(xué)校教學(xué)環(huán)節(jié)安排的一個實踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)過程，以社會和經(jīng)濟發(fā)展需要為出發(fā)點，以職業(yè)需求為直接依據(jù)。是冶金技術(shù)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課

4、程之后進行的一個重要的獨立性實踐過程，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的煉鋼理論知識去分析和解決實際問題的能力。這也是我們步入社會和工作崗位之前的一次實訓(xùn)，通過這次課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，可以幫助我們鞏固、深化和拓展煉鋼學(xué)的知識面，更好的將理論知識與生產(chǎn)實際相合起來，掌握一般設(shè)備工藝的基本思路和方法。為以后踏入工作崗位奠定了一個良好的基礎(chǔ)，為實際工程設(shè)計奠定基礎(chǔ)，使我們能夠很快、很好的融入工作崗位和社會。</p><p>　　在本次

5、的爐型設(shè)計中，參閱了大量有關(guān)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝、煉鋼生產(chǎn)設(shè)備等文獻，得到xx公司提供的資料與經(jīng)驗數(shù)據(jù)。還得到了xx老師的指導(dǎo)和大力支持，廣大同學(xué)的幫助。在此一并表示衷心的感謝。</p><p>　　由于個人所學(xué)的知識和水平有限，加上沒有實際的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，存在缺點和錯誤之處，敬請老師批評和指正。</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

6、t;p>　　1設(shè)計目的 - 1 -</p><p>　　2設(shè)計內(nèi)容 - 1 -</p><p>　　3 設(shè)計步驟及說明 - 1 -</p><p>　　3.1 物料平衡和熱平衡計算 - 1 -</p><p>　　3.1.1 原始數(shù)據(jù)的選取 - 1 -</p><p>　　3.1.2物料

7、平衡計算 - 3 -</p><p>　　3.1.3熱平衡計算 - 9 -</p><p>　　3.2頂吹轉(zhuǎn)爐爐型的設(shè)計及計算 - 13 -</p><p>　　3.2.1轉(zhuǎn)爐的公稱容量及其表示方法 - 13 -</p><p>　　3.2.2轉(zhuǎn)爐爐型的選擇 - 13 -</p><p>　　3.2

8、.3轉(zhuǎn)爐爐型主要參數(shù)的確定 - 13 -</p><p>　　3.2.4轉(zhuǎn)爐爐型主要尺寸的確定 - 14 -</p><p>　　3.2.5 爐襯的組成、材質(zhì)選擇及厚度的確定 - 17 -</p><p>　　3.2.6爐殼厚度和轉(zhuǎn)角半徑的確定 - 17 -</p><p>　　480t頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐爐型的繪制 - 18

9、-</p><p>　　參考文獻 - 18 -</p><p><b>　　設(shè)計目的</b></p><p>　　本課程是冶金技術(shù)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程之后進行的一個重要的獨立性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其任務(wù)是通過轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計的全過程，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的煉鋼理論知識去分析和解決工程實際問題的能力，幫助學(xué)生鞏固、深化和拓展知識面，使之得到一次比較全面的

10、設(shè)計訓(xùn)練。為實際工程設(shè)計奠定基礎(chǔ)。學(xué)生通過課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，將理論知識與生產(chǎn)實際相結(jié)合，掌握一般設(shè)備工藝設(shè)計的基本思路和方法。理解設(shè)計工作是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)和先導(dǎo)，設(shè)計工作是將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的紐帶。</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　轉(zhuǎn)爐是轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的核心設(shè)備，轉(zhuǎn)爐爐型及其主要參數(shù)對轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)率、金屬收得率、爐齡等技術(shù)經(jīng)濟技

11、術(shù)指標都有直接影響，爐型設(shè)計的是否合理關(guān)系到冶煉工藝能否順利進行，比如噴濺問題：除了與操作因素有關(guān)外，爐型的合理性也是一個重要的因素。并且車間的主廠房的高度以及主要設(shè)備（除塵設(shè)備、傾動機構(gòu)設(shè)備等）都與爐型尺寸密切相關(guān)。所以設(shè)計一座爐型結(jié)構(gòu)合理、滿足工藝要求的轉(zhuǎn)爐是保證轉(zhuǎn)爐車間正常運行生產(chǎn)的前提，面爐型設(shè)計又是整個轉(zhuǎn)爐設(shè)計的關(guān)鍵。</p><p>　　轉(zhuǎn)爐的爐型是指轉(zhuǎn)爐爐膛的幾何形狀，即指由耐火材料砌成的內(nèi)形。其設(shè)

12、計內(nèi)容主要包括：爐型的選擇、爐型主要參數(shù)的確定和爐型主要尺寸的設(shè)計計算。</p><p>　　3 設(shè)計步驟及說明</p><p>　　3.1 物料平衡和熱平衡計算</p><p>　　氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼是一個復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，但它同樣遵循物質(zhì)不滅和能量守恒定律。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計算也是建立在物質(zhì)不滅和能量守恒的基礎(chǔ)上的。在轉(zhuǎn)爐設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)當?shù)?/p>

13、資源情況確定各原始數(shù)據(jù)，再根據(jù)已投產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)作出一定的假設(shè)，最后進行計算。通過計算結(jié)果，確定各項生產(chǎn)工藝參數(shù)。</p><p>　　3.1.1 原始數(shù)據(jù)的選取</p><p>　　3.1.1.1 原材料成分</p><p>　　鐵水、廢鋼成分如下表1。</p><p>　　渣料和爐襯成分見表2；各原料的熱容見表3；反應(yīng)熱效應(yīng)見表

14、4.</p><p>　　3.1.1.2 假設(shè)條件</p><p>　　根據(jù)各類轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實際過程假設(shè):</p><p>　　爐渣中鐵珠量為渣量的8％；</p><p>　　噴濺損失為鐵水量的1％；</p><p>　　熔池中碳的氧化生成90％CO，10％CO2；</p><p>　　煙塵量為鐵

15、水量的1.6％，其中煙塵中ω（FeO）=77％，ω（Fe2O3）=20％; </p><p>　　爐襯侵蝕量為鐵水量的0.4％；</p><p>　　爐氣溫度取1440℃，爐氣中自由氧含量為總爐氣量的0.4％；</p><p>　　氧氣成分：98.4％氧氣，1.4％氮氣；</p><p>　　鐵水溫度：1250℃，廢鋼溫度：24℃；</

16、p><p>　　(9)終點鋼水成分(ω/％)：C：0.14,Si:0,Mn:0.14,P:0.014,S:0.024。</p><p>　　3.1.1.3 冶煉鋼種及規(guī)格成分要求</p><p>　　冶煉低碳鋼，以Q-234鋼為例，其規(guī)格成分如下：</p><p>　　ω[C]=0.14％～0.22％,ω[Si]=0.12％～0.30％,ω[Mn

17、]=0.40％～0.64％,ω[P]≤0.044％,ω[S]≤0.040％。</p><p><b>　　物料平衡計算</b></p><p>　　根據(jù)鐵水、渣料質(zhì)量以及冶煉鋼種要求，采用單渣法操作。以100kg鐵水作為計算基礎(chǔ)。</p><p>　　3.1.2.1 渣量及成分計算</p><p>　　A 鐵水中元素

18、氧化量</p><p>　　說明：參考轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硫情況，取脫磷率90％，脫硫率34％；鋼水中殘余錳占鐵水[Mn]的30％～40％，鋼水中[C]取規(guī)格下限，因合金加入后還要增碳。</p><p>　　C元素的氧化量（ω/％）=4.24％-0.14％=4.10％</p><p>　　Si元素的氧化量（ω/％）=0.84％-0 =0.84％</p><

19、;p>　　Mn元素的氧化量（ω/％）=0.48％-0.48％30％=0.34％</p><p>　　P元素的氧化量（ω/％）=0.140％-0.140％ (1-90％)=0.0126％</p><p>　　S元素的氧化量（ω/％）=0.037％-0.037％（1-34％）=0.013％</p><p><b>　　匯總得下表：</b>&l

20、t;/p><p>　　B 各元素耗氧量及氧化產(chǎn)物量</p><p>　　各元素耗氧量及氧化產(chǎn)物量見下表：</p><p><b>　　C 渣料加入量</b></p><p>　?。?）礦石加入量及成分見下表7。為了化渣，本設(shè)計中加入礦石1％，而不另加氧化鐵皮（若不加礦石，改用氧化鐵皮，則成分不同）。其中：</p&g

21、t;<p>　　[S] + (CaO) = (CaS) + [O]</p><p>　　(CaS)生成量=0.001≈0.002kg/t</p><p>　　消耗（CaO）量=0.001≈0.002kg/t</p><p>　?。?）螢石加入量及成分見下表8。根據(jù)冶金部轉(zhuǎn)爐操作規(guī)程，螢石加入量≤4kg/t，取4kg/t。其中：</p>&

22、lt;p>　　2[P] + {O2} = (P2O5)</p><p>　　(P2O5)生成量= 0.002 = 0.004kg</p><p>　　（3）白云石加入量及成分見下表9。為了提高爐襯壽命，采用白云石造渣，控制渣中ω（MgO）含量在6％～8％范圍內(nèi)。根據(jù)已投產(chǎn)轉(zhuǎn)爐的經(jīng)驗，生白云石加入量在30～40kg/t，輕燒白云石加入量在20～40kg/t，選取輕燒白云石30kg/t。

23、</p><p>　　(4)爐襯侵蝕量及成分見下表10。轉(zhuǎn)爐爐襯在爐渣作用下，將被侵蝕和沖刷進入渣中，根據(jù)假設(shè)條件，取鐵水量的0.4％。</p><p>　　其中：爐襯中碳的氧化與金屬中氧化生成的CO和CO2比例相同。</p><p>　　C → CO數(shù)量： 0.01690％ = 0.034kg</p><p>　　C → CO2數(shù)量

24、： 0.01610％ = 0.006kg</p><p>　　共消耗氧量： 0.034 + 0.006 = 0.024kg</p><p>　　(5)石灰加入量及成分見下表11。根據(jù)鐵水成分，取終渣堿度R= 3.5。</p><p>　　石灰加入量=100％ </p><p><b>　　=100％</b&

25、gt;</p><p>　　= 6kg/100kg鐵水</p><p>　?。?）渣中鐵的氧化物。對于冶煉Q-234鋼，根據(jù)已投產(chǎn)轉(zhuǎn)爐渣中含量，取（FeO）= 10％,(Fe2O3)= 5％。</p><p>　?。?）終渣總量及成分見下表12。根據(jù)表6～表11中若不計（FeO）、(Fe2O3)在內(nèi)的爐渣成分得：</p><p>　　CaO

26、+ MgO + SiO2 + P205 + MnO + Al2O3 + CaF2 + CaS = 11.6321kg</p><p>　　已知ω(FeO)=10％、ω(Fe2O3)=5％,則其余渣應(yīng)占渣量總數(shù)的85％。故總渣量為11.632185％=13.6851kg</p><p>　　由此可見：(FeO)=13.685110％=1.369、(Fe2O3)=13.68515％=0.684

27、kg</p><p>　　由于礦石和白云石中帶入部分(FeO)和(Fe2O3),實際鐵氧化產(chǎn)物為：</p><p>　　(FeO)=1.369-0.294=1.075kg,(Fe2O3)=0.684-0.618-0.03=0.036kg。</p><p>　　故：[Fe]氧化量=1.075+ 0.036=0.861kg</p><p>　　終

28、渣質(zhì)量及成分見下表12：</p><p>　　3.1.2.2 冶煉中的吹損計算</p><p>　　根據(jù)假設(shè)條件，渣中鐵珠為渣量的8％，噴濺損失為鐵水量的1％，煙塵損失為鐵水量的1.6％。故可得到：</p><p>　　渣中鐵珠量=13.68518％=1.095kg</p><p>　　噴濺鐵損量=1001％ = 1.0kg</p&g

29、t;<p>　　煙塵鐵損量=1001.6％（77％ + 20％）=1.182kg</p><p>　　元素氧化損失=6.28kg（見表6）</p><p>　　吹損總量=1.095+1.0+1.182+6.28=9.557kg</p><p>　　鋼水量=100-9.557=90.443kg</p><p>　　3.1.2.3

30、 氧氣消耗量計算</p><p>　　主要是元素氧化耗氧7.482kg(見表6)，煙塵氧化消耗氧1001.6％(77％+20％=0.37kg，其次是爐襯中碳氧化耗氧0.024kg(見爐襯侵蝕量計算部分)，故總耗氧量為7.876kg，換算為標準體積為7.876=5.513m3/100kg=55.13m3/t，若考慮到氧氣利用率為74％～90％，實際生產(chǎn)供氧量為61～75m3/t。</p><p&

31、gt;　　由于氧氣不純，含有1.4％N2，故供氧時帶入N2為7.876×1.4％=0.110kg,其體積量為：0.110×22.428=0.088m3/100kg</p><p><b>　　爐氣量及成分</b></p><p>　　爐內(nèi)產(chǎn)生的爐氣由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由O2組成，已知爐氣中自由O2含量為總爐氣量的0.4％，把以上

32、計算的爐氣成分除自由O2以外占爐氣體積總量的99.6％，得下表13。</p><p><b>　　由上表得：</b></p><p>　　CO+CO2+SO2+H2O+N2= 7.954m3/100kg</p><p>　　故爐氣總量為：7.954(1 - 0.4％)=7.986m3/100kg。自由O2量為7.9860.4％=0.032m3,

33、其質(zhì)量為：0.032=0.046kg。</p><p>　　3.1.2.5 物料平衡表</p><p>　　把以上各種物質(zhì)的總收入和總支出匯總起來，便可得到物料平衡表14。</p><p>　　計算誤差=||×100％</p><p><b>　　=||×100％</b></p>&l

34、t;p><b>　　= 0.067％</b></p><p><b>　　熱平衡計算</b></p><p>　　為了簡化計算，取加入的廢鋼、渣料、氧氣的溫度均為24℃。</p><p>　　3.1.3.1 熱收入</p><p>　　熱收入主要是鐵水的物理熱和元素氧化的化學(xué)熱，此外還有成渣

35、熱、煙塵氧化熱、爐襯中碳氧化熱，下面分別進行計算。</p><p>　　(1)鐵水物理熱。根據(jù)傳熱原理得，</p><p>　　鐵水熔點Tf = 1538 - </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Tf為鐵水熔點，℃；</p><p>　　1538為純鐵熔點，℃；<

36、;/p><p>　　ω[i]為鋼水中某元素的質(zhì)量分數(shù)，％；</p><p>　　為1％的i元素使純鐵凝固溫度的降低值。</p><p>　　根據(jù)表1的鐵水、廢鋼成分、表3和下表14。</p><p>　　假設(shè)鐵水中氣體(氧、氮、氫)對鐵水熔點影響降溫為7℃，得：</p><p>　　Tf = 1538-(100×

37、4.24+8×0.84+4×0.48+30×0.14+24×0.037+7)=1092℃</p><p>　　100kg鐵水1250℃時的物理熱為：</p><p>　　Q鐵水 = C固·(t熔-t0)++C液·(t鐵水-t熔)</p><p>　　=100×[0.744×(1092-2

38、4)+217.468+0.8368×(1250-1092)]</p><p>　　=114427.44kJ</p><p>　　(2)鐵水中元素氧化熱和成渣熱。根據(jù)表4、表6和表12數(shù)據(jù)可以計算如下：</p><p>　　C→CO 3.69×10940=40368.6kJ</p><p>　

39、　C→CO2 0.41×34420=14112.2kJ</p><p>　　Si→SiO2 0.84×28314=23783.76kJ</p><p>　　Mn→MnO 0.34×7020=2386.8kJ</p><p>　　P→P2O5

40、 0.126×18923=2384.298kJ</p><p>　　Fe→FeO 0.836×4020=3360.72kJ</p><p>　　Fe→Fe2O3 0.025×6670=166.75kJ</p><p>　　SiO2→2CaO·SiO2

41、 2.0881×2070=4322.367kJ</p><p>　　P2O5→4CaO·P2O5 0.293×4020=1177.86kJ</p><p>　　總計 92063.355kJ</p><p>　　其中，元素氧化放熱Q氧化=86563.128kJ,Q成渣=5500

42、.227kJ。</p><p>　　(3)煙塵氧化放熱。</p><p>　　煙塵氧化放熱Q塵=1.6×(77％×4020+20％×6670)=5346.13kJ</p><p>　　(4)爐襯中碳氧化放熱。</p><p>　　根據(jù)假設(shè)的原始條件，爐襯中碳的氧化放熱為：</p><p>

43、　　Q襯=0.016×(90％×10940+10％×34420)=212.608kJ</p><p>　　將上述項熱收入累加可得到轉(zhuǎn)爐總的熱收入，即</p><p>　　Q入 = Q鐵水+Q氧化+ Q成渣+Q塵+ Q襯</p><p>　　=114427.44+86563.128+5500.227+5346.13+212.608<

44、/p><p>　　=212049.533kJ</p><p>　　由于石灰、螢石、氧氣等原料均從24℃入爐，其帶入的物理熱很少，可以忽略不計。</p><p>　　3.1.3.2 熱支出</p><p>　　轉(zhuǎn)爐的熱支出包括鋼水和爐渣的物理熱、煙塵、爐氣、鐵珠、噴濺的物理熱以及礦石的分解熱、廢鋼熔化熱和吹煉熱的損失。</p>&l

45、t;p>　　(1)鋼水物理熱Q鋼水。</p><p>　　計算方法與計算鐵水物理熱相同，根據(jù)表5和表14，得</p><p>　　鋼水熔點Tf=1538 - </p><p>　　=1538-(64×0.14+4×0.144+30×0.014+24×0.024+7)</p><p><b&g

46、t;　　=1520℃</b></p><p>　　出鋼溫度T出=Tf+++</p><p>　　式中：為鋼水過熱度，取70℃；</p><p>　　為澆注前的溫降，取50℃；</p><p>　　為澆注過程溫降，取20℃。</p><p>　　T出 = 1520+70+50+20 =1660℃</p&

47、gt;<p>　　鋼水物理熱的計算也與鐵水物理熱的計算相同，根據(jù)前計算100kg鐵水產(chǎn)生90.443kg鋼水、表3，得</p><p>　　Q鋼水=90.443[0.699(1520-24)+271.96+0.8368(1660-1520)]</p><p>　　=129769.064kJ</p><p>　　(2)爐渣的物理熱Q渣。</p>

48、;<p>　　根據(jù)前計算、表3，100kg鐵水的渣量為13.6851kg，爐渣溫度取1660℃與鋼液溫度相同，則爐渣帶走的物理熱為：</p><p>　　Q渣=13.6851[1.247(1660-24)+209.20]</p><p>　　=30781.786kJ</p><p>　　(3)礦石分解熱Q礦。</p><p>　

49、　根據(jù)表3和表7，得：</p><p>　　Q礦=1(29.4％4020+209.20+61.8％6670)</p><p>　　=4013.882kJ</p><p>　　(4)煙塵物理熱Q塵。</p><p>　　根據(jù)表3，煙塵溫度與爐氣溫度相同，為1440℃，則煙塵帶走的物理熱為：</p><p>　　Q塵=1.

50、6[1.0(1440-24)+209.20]</p><p>　　=2600.32kJ</p><p>　　(5)爐氣物理熱Q氣。</p><p>　　Q氣=10.6421.136(1440-24)=17118.466kJ</p><p>　　(6)渣中鐵珠物理熱Q珠。</p><p>　　鐵珠量根據(jù)前計算為1.095

51、kg，物理熱的計算與鐵水相同，即：</p><p>　　Q珠=1.095[0.744(1520-24)+271.468+0.8368(1660-1520)]</p><p>　　=1644.300kJ</p><p>　　(7)噴濺金屬物理熱Q噴。</p><p>　　鐵的噴濺量為1kg，噴濺熱與鐵珠相同，即：</p><

52、p>　　Q噴=1[0.744(1520-24)+271.468+0.8368(1660-1520)</p><p>　　=1501.644kJ</p><p>　　(8)石灰、輕燒白云石分解熱Q分。</p><p>　　石灰、輕燒白云石均有殘留碳酸鹽，如表2中的燒堿，石灰為3.44％，輕燒白云石為4.0％，現(xiàn)假定輕燒白云石中的燒堿是由CaCO3所致，現(xiàn)計算石灰

53、和輕燒白去石未分解的CO2總量為63.44％+34.0％=0.384kg,相當于CaCO3的量為0.384=0.873kg。已知CaCO3的分解熱為1648kJ/kg，則碳酸鹽的分解熱為：</p><p>　　Q分=0.8731648=14387.704kJ</p><p>　　吹煉過程熱損失Q損。</p><p>　　吹煉過程熱損失包括爐體和爐口的熱輻射、對流和傳

54、導(dǎo)熱、冷卻水帶走熱等。它隨爐容大小、操作情況、爐役期長短而異，一般為熱總收入的3％～8％，取5％。得</p><p>　　Q損=5％212049.533=10602.477kJ</p><p><b>　　廢鋼耗熱Q廢鋼。</b></p><p>　　廢鋼耗熱等于總的熱收入減去上熱支出，得到富于熱量用加入廢鋼來調(diào)節(jié)，即：</p>

55、<p>　　Q廢鋼=Q入-Q鋼水-Q渣-Q礦-Q塵-Q氣-Q珠-Q噴-Q分-Q損</p><p>　　=212049.533-129769.064-30781.786-4013.882-2600.32-17118.466-1644.3- 1501.644-1438.704-10602.477</p><p>　　=12578.89kJ</p><p>　　

56、1kg廢鋼熔化至1660℃耗熱=1[0.699(1520-24)+271.96+08368(1660-1520)]</p><p>　　=1434.816kJ</p><p>　　廢鋼加入量為：12578.89/1434.816=8.77kg</p><p>　　廢鐵鋼比為：100％=8％</p><p>　　3.1.3.3 熱平衡表<

57、;/p><p>　　把全部熱收入和熱支出匯總，得到熱平衡表15。</p><p><b>　　熱效率=100％</b></p><p><b>　　=100％</b></p><p><b>　　= 69％</b></p><p>　　頂吹轉(zhuǎn)爐爐型的設(shè)計及計

58、算</p><p>　　轉(zhuǎn)爐爐型是指用耐火材料砌成的爐襯內(nèi)形。轉(zhuǎn)爐的爐型是否合理直接影響著工藝操作、爐襯壽命、鋼的產(chǎn)量與質(zhì)量以及轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)率。</p><p>　　合理的爐型應(yīng)滿足以下要求：</p><p>　　要滿足煉鋼的物理化學(xué)反應(yīng)和流體力學(xué)的要求，使熔池有強烈而均勻的攪拌；</p><p>　　符合爐襯被侵蝕的形狀以利于提高爐齡；<

59、;/p><p>　　減輕噴濺和爐口結(jié)渣，改善勞動條件；</p><p>　　爐殼易于制造，爐襯的砌筑和維修方便。</p><p>　　轉(zhuǎn)爐的公稱容量及其表示方法</p><p>　　公稱容量（T），對轉(zhuǎn)爐容量大小的稱謂，即平時所說的轉(zhuǎn)爐的噸位。本例以平均出鋼量（t）表示公稱容量，則轉(zhuǎn)爐的公稱容量為80t轉(zhuǎn)爐。</p><p&g

60、t;　　新爐金屬裝入量（G）可由下列公式求出：</p><p><b>　　G = </b></p><p>　　式中，T為平均出鋼量；</p><p>　　B為老爐比新爐多產(chǎn)鋼系數(shù)，一般B=10％～40％大型轉(zhuǎn)爐取下限，小型轉(zhuǎn)爐取上限，故取B=10％；</p><p>　　為金屬消耗系數(shù)，=，為金屬收得率，取=92％。

61、</p><p><b>　　G = ≈ 83t</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)爐爐型的選擇</b></p><p>　　合理的爐型應(yīng)能適應(yīng)爐內(nèi)金屬液、爐渣和爐氣的循環(huán)運動規(guī)律，有利于提高供氧強度和減少噴濺，從而加快爐內(nèi)物理化學(xué)反應(yīng)，降低原材料消耗，考慮到轉(zhuǎn)爐傾動力矩要小，爐殼容易制造，爐襯磚砌筑方便，以改善勞動條

62、件。結(jié)合中國已建成的轉(zhuǎn)爐的設(shè)計經(jīng)驗，采用錐球型轉(zhuǎn)爐。</p><p>　　轉(zhuǎn)爐爐型主要參數(shù)的確定</p><p>　　3.2.3.1 爐容比（V/T）</p><p>　　爐容比是指轉(zhuǎn)爐爐膛的有效容積V與轉(zhuǎn)爐公稱容量T之比；單位是m3/t。它的意義是指單位公稱容量所占有的爐膛有效容積的大小。可根據(jù)經(jīng)驗公式計算：</p><p>　　V = 0

63、.75[7.5ω(C)+0.121+0.151] + 0.26</p><p>　　式中，ω(C)、ω(Si)、ω(P)分別為鐵水含碳、硅、磷量，％；</p><p>　　B為供氧強度，根據(jù)已建成投產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐經(jīng)驗植，取B=3.5m3/(t·min)。</p><p>　　V =0.75(7.50.0424+0.121+0.151)+0.26</p>

64、;<p><b>　　=0.98m3/t</b></p><p>　　3.2.3.2 高寬比(H/D)</p><p>　　轉(zhuǎn)爐的高寬比是指轉(zhuǎn)爐的高度與直徑之比。以轉(zhuǎn)爐的爐膛的內(nèi)高H內(nèi)與內(nèi)徑D內(nèi)之比表示，常用的是H/D表示?？捎萌缦陆?jīng)驗公式計算：</p><p>　　H/D = 2.65/T0.1 + 0.1B – 0.3<

65、/p><p>　　式中，T為轉(zhuǎn)爐公稱容量，t；</p><p>　　B為供氧強度，m3/(t·min)。</p><p>　　H/D = 2.65/(80)0.1 + 0.13.5 – 0.3</p><p><b>　　= 1.76</b></p><p>　　轉(zhuǎn)爐爐型主要尺寸的確定<

66、;/p><p>　　3.2.4.1 熔池部分尺寸</p><p>　　熔池尺寸計算主要是確定熔池直徑和熔池深度。熔池直徑和熔池深度不是兩個孤立的尺寸，而是兩個相互制約的尺寸參數(shù)。在設(shè)計時應(yīng)保證熔池直徑與熔池深度之比在一個適合的范圍內(nèi)，已建成轉(zhuǎn)爐的熔池深度直徑比值在0.23～0.54范圍內(nèi)波動，一般為0.31～0.33。</p><p>　　(1)熔池直徑(D)。<

67、/p><p>　　熔池直徑(D)是指轉(zhuǎn)爐熔池在平靜狀態(tài)時金屬液面的直徑。利用統(tǒng)計方法，找出現(xiàn)有爐子直徑和容量之間的關(guān)系，作為計算熔池直徑的依據(jù)。根據(jù)武漢鋼鐵設(shè)計院推薦的公式，得：</p><p><b>　　D = 0.392</b></p><p>　　式中，T為轉(zhuǎn)爐公稱容量。</p><p>　　D = 0.392 =

68、3.92m</p><p>　　(2)熔池深度(H0)。</p><p>　　熔池深度是指轉(zhuǎn)爐熔池在平靜狀態(tài)時，從金屬液面到爐底的深度。對于一定容量的轉(zhuǎn)爐，爐型和熔池直徑確定之后，便可利用幾何公式計算出錐球型轉(zhuǎn)爐熔池深度H0。</p><p>　　錐球型熔池由倒錐臺和球缺體兩部分組成，利用截錐體積和球冠體積公式，可進行計算：</p><p>

69、　　V池 = ( H0-H1)(D2+DD1+)+ H1(R-)</p><p>　　式中，H1為缺球體部分的高度；</p><p>　　R為缺球體部分曲率半徑；</p><p><b>　　D為熔池直徑；</b></p><p>　　D1為倒錐臺底面直徑。</p><p>　　根據(jù)統(tǒng)計，取R=1

70、.1D，H1=0.09D，D1=0.895D代入上式化簡后得：</p><p>　　V池 = 0.70D2H0 – 0.0363D3</p><p>　　又根據(jù)熔池定義，熔池體積V池應(yīng)等于金屬液體積V金，即</p><p><b>　　V池=V金</b></p><p>　　式中，V金為新爐金屬裝入量占有的體積，V金=G

71、/，為金屬液密度，取=7.0t/m3。</p><p>　　V池=V金=83/7.0=11.912m3</p><p>　　H0===1.32m</p><p>　　結(jié)合上面求得的熔池直徑和熔池深度，得熔池深度直徑比H0/D為：H0/D=1.3/3.92=0.33，符合設(shè)計要求。</p><p>　　3.2.4.2 爐帽部分尺寸</p

72、><p>　　氧氣轉(zhuǎn)爐一般采用正口爐帽，主要尺寸有爐口直徑、爐帽傾角和爐帽高度。</p><p><b>　　(1)爐帽傾角。</b></p><p>　　爐帽傾角是指爐子處于直立位置時，爐帽與水平線之間的夾角。它的大小應(yīng)便于爐氣的逐漸收縮逸出，以減少爐氣對爐帽襯磚的沖刷侵蝕。根據(jù)已建成投產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐的爐帽傾角一般為600～680， 大爐子取下限，小爐

73、子取下限。故本例取=650。</p><p><b>　　(2)爐口直徑d。</b></p><p>　　在滿足兌鐵水、加廢鋼和輔助材料、出渣修爐等操作要求的前提下，應(yīng)盡量縮小爐口直徑，以便減少噴濺、熱量損失和冷空氣的吸入量。一般爐口直徑為：</p><p>　　d =(0.43～0.53)D</p><p>　　大爐子

74、取上限，小爐子取下限。故取d=0.48D=0.483.92=1.88m</p><p>　　(3)爐帽高度H帽。</p><p>　　爐帽總高度是截錐體高度(H高)與爐口直線段高度(H直)之和。設(shè)置直線段的目的是為了保持爐口形狀和保護水冷爐口，其高度H直一般為300～400mm,取H直=300mm。爐帽高度的計算公式如下：</p><p>　　H帽= H高+ H直&

75、lt;/p><p>　　=(D-d)tan +300</p><p>　　=(3920-1880)tan650+300=2540mm=2.49m</p><p>　　爐帽的有效容積V帽為：</p><p><b>　　V帽=V錐+V直</b></p><p>　　=H錐(D2+Dd+d2)+d2H直&

76、lt;/p><p>　　=2.54[(3.92)2+3.921.88+(1.88)2]+(1.88)20.30</p><p>　　=18.3m318m3</p><p>　　3.2.4.3 爐身部分尺寸</p><p>　　轉(zhuǎn)爐在熔池面以上、爐帽以下的圓柱體部分稱為爐身。一般爐身的直徑就是熔池直徑。爐身高度H身可按下式計算：</p>

77、;<p>　　V身=V總-V帽-V熔</p><p><b>　　V身=D2H身</b></p><p><b>　　H身=</b></p><p>　　式中，V總為轉(zhuǎn)爐的有效容積，V總=T。</p><p>　　V身=800.98-18-12=48.4m3</p>&l

78、t;p><b>　　H身==4.01m</b></p><p>　　則爐型內(nèi)高H內(nèi)=H0+H帽+H身=1.32+2.49+4.01=7.82m</p><p>　　3.2.4.4 出鋼口位置和尺寸</p><p>　　轉(zhuǎn)爐設(shè)置出鋼口的目的是為了便于渣鋼分離，使爐內(nèi)鋼水以正常的速度和角度流入鋼包中，阻止爐渣流入鋼包，以利于在鋼包內(nèi)進行脫氧合

79、金化作業(yè)和提高鋼的質(zhì)量。其主要的參數(shù)包括出鋼口位置、出鋼口角度、出鋼口直徑出鋼口長度和出鋼口外徑。</p><p><b>　　出鋼口位置。</b></p><p>　　出鋼口的內(nèi)口應(yīng)設(shè)在爐帽與爐身的連接處。此處在倒爐出鋼時位置最低，鋼水容易出凈，又不易下渣。</p><p><b>　　出鋼口角度。</b></p&

80、gt;<p>　　出鋼口角度是指出鋼口中心線與水平線的夾角。出鋼口角度越小，出鋼口長度就越短，鋼流長度也越短，可以減少鋼流的二次氧化和散熱損失，并且易對準爐下鋼包車；修砌和開啟出鋼口方便。出鋼口角度一般為150～250，本例取出鋼口角度為200。</p><p><b>　　出鋼口直徑。</b></p><p>　　出鋼口直徑可按下列經(jīng)驗公式計算：<

81、;/p><p><b>　　d出=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=14.2cm0.14m</p><p><b>　　出鋼口長度。</b></p><p>　　出鋼口長度一般為出鋼口內(nèi)徑的7～8倍，取出鋼口長度為出鋼口

82、內(nèi)徑的7倍，即</p><p>　　L出=d出=70.14=0.98m</p><p>　　出鋼口外徑（襯磚+鋼殼的厚度）。</p><p>　　出鋼口的外徑一般為出鋼口內(nèi)徑的6倍左右，即</p><p>　　d外=6d內(nèi)=60.14=0.84m </p><p>　　3.2.5 爐襯的組成、材質(zhì)選擇及厚度的確定&l

83、t;/p><p>　　轉(zhuǎn)爐的爐襯壽命反映了一個企業(yè)的管理水平和技術(shù)水平，并且直接影響轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)率，因此要提高爐襯壽命，就是要堅持合理的操作制度，應(yīng)注意選擇優(yōu)質(zhì)的耐火材料做爐襯，確定最佳的爐襯厚度。</p><p>　　3.2.5.1 爐襯的組成和材質(zhì)選擇</p><p>　　氧氣轉(zhuǎn)爐的爐襯一般由工作層、填充層和永久層所構(gòu)成。</p><p>　

84、　(1)工作層。工作層是指直接與液體金屬、熔渣和爐氣接觸同內(nèi)層爐襯。由于它的工作相當惡劣，經(jīng)受鋼、渣的沖刷，熔渣的化學(xué)侵蝕，高溫和溫度急變，物料沖擊等一系列作用。所以，工作層選用鎂碳磚砌成。</p><p>　　(2)填充層。介于工作層和永久之間，其作用是減輕工作層受熱膨脹時對爐殼鋼板的擠壓作用。用焦油鎂砂搗打而成。</p><p>　　(3)永久成。永久層是緊貼爐殼鋼板，修爐時一般不拆除

85、，其主要作用是保護爐殼鋼板。該層用鎂磚砌成。</p><p>　　3.2.5.2 爐襯厚度的確定</p><p>　　爐身工作層選600mm,永久層選115mm，填充層選100mm，總厚度為600+115+100=815mm。</p><p>　　爐殼內(nèi)徑為：D殼內(nèi)=3.92+0.8152=5.55m</p><p>　　爐帽和爐底工作層均選

86、600mm,爐帽永久層為100mm，爐底永久層用標準鎂磚立砌一層230mm，黏土磚平砌三層653=195mm，則爐底磚襯總厚度為：600+230+195=1025mm。</p><p>　　故，爐殼內(nèi)型高度為：H殼內(nèi)=7.82+1.025=8.845m</p><p>　　爐殼厚度和轉(zhuǎn)角半徑的確定</p><p>　　爐殼主要是由三部分組成：錐形爐帽、圓柱形爐身和爐

87、底。其作用是承受耐火材料、鋼液、渣液的全部重量，保持爐子有固定的形狀，傾動時承受扭轉(zhuǎn)力矩。</p><p>　　3.2.6.1 爐殼厚度</p><p>　　由于爐殼各部位受力不均勻，爐身、爐帽和爐底應(yīng)選用不同厚度的鋼板。爐身受力最大，使用最厚的鋼板，爐底為爐身厚度的80％左右。根據(jù)經(jīng)驗值，爐身部分選取65mm厚的鋼板，爐帽和爐底部分選取55mm厚的鋼板，則</p><

88、p>　　H總= 8845 + 55 = 8900mm</p><p>　　D殼= 5550 + 265 = 5680mm</p><p>　　3.2.6.2 轉(zhuǎn)角半徑</p><p>　　在轉(zhuǎn)爐爐殼的帽錐與爐身直筒段連接處，直筒段與池錐，池錐與爐底球冠連接。為了減少應(yīng)力集中，增加爐殼的堅固性，以圓弧相接，稱為拐弧爐殼，其圓半徑叫轉(zhuǎn)角半徑。爐殼弧形段的轉(zhuǎn)角半徑可

89、按下式確定：</p><p><b>　　SR1=SR2≤</b></p><p><b>　　SR3=0.5</b></p><p>　　式中，SR1為爐殼帽錐與直筒段相接處轉(zhuǎn)角半徑；</p><p>　　SR2為爐殼池錐與直筒段相接處轉(zhuǎn)角半徑；</p><p>　　SR3

90、為爐殼池錐與爐底球冠連接處轉(zhuǎn)角半徑；</p><p>　　、分別為爐身、爐底的襯磚總厚度。</p><p>　　SR1=SR2 = 800mm</p><p>　　SR3=0.51025=510mm</p><p>　　驗算高寬比，==1.57。可見≥1.3，符合高寬比的設(shè)計推薦值,因此認為所設(shè)計的爐子基本上是適合的，能夠保證轉(zhuǎn)爐的正常冶煉進

91、行。</p><p>　　80t頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐爐型的繪制</p><p>　　根據(jù)以上述所計算得的爐型的基本尺寸，繪制出轉(zhuǎn)爐爐型的簡圖。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　王雅貞等.氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝與設(shè)備.北京：冶金工業(yè)出版社，2001</p><p>　　馮捷

92、，張紅文.轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn).北京：冶金工業(yè)出版社，2006</p><p>　　馮聚和.氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼.北京：冶金工業(yè)出版社，1995</p><p>　　朱苗勇.現(xiàn)代冶金學(xué)（鋼鐵冶金卷）.北京：冶金工業(yè)出版社，2008</p><p>　　李方連.金屬學(xué)及熱處理.北京：冶金工業(yè)出版社，2007</p><p>　　上海市職業(yè)技術(shù)教育課程改革與