(论文)钢铁冶金学设计(2013年优秀毕业设计论文)

XXXXXXX 大学大学 钢钢冶金学冶金学 毕业设计毕业设计 炉型：炉型：80t 顶顶吹氧气吹氧气转转炉炉 学院名称：学院名称：材料与建筑工程学院材料与建筑工程学院 专专 业业： ： 冶金技冶金技术术 年年 级级： ： 2007 级级 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 072108010037 指指导导老老师师： ： 完成完成时间时间： ： 20xx.xx.xx 前前 言言 氧气转炉是炼钢法是当前国内外主要的炼钢方法。氧气转炉炼钢 自 20 世纪 40 年代初问世以来，在世界各国得到了广泛的应用，技术 不断地进步，设备不断地改进，工艺不断地完善。在短短的五十几年 里，从顶吹发展到底吹、侧吹发展到复合吹炼。氧气转炉炼钢的飞速 发展，使炼钢生产进入了一个崭新的阶段，钢的产量不断增加，成本 不断的下降。从日前来看，转炉炼钢可以说是最佳的炼钢方法。 本设计是根据学校教学环节安排的一个实践学习环节过程，以社 会和经济发展需要为出发点，以职业需求为直接依据。是冶金技术专 业学生在学习专业课程之后进行的一个重要的独立性实践过程，培养 学生综合应用所学的炼钢理论知识去分析和解决实际问题的能力。这 也是我们步入社会和工作岗位之前的一次实训，通过这次课程设计的 学习，可以帮助我们巩固、深化和拓展炼钢学的知识面，更好的将理 论知识与生产实际相合起来，掌握一般设备工艺的基本思路和方法。 为以后踏入工作岗位奠定了一个良好的基础，为实际工程设计奠定基 础，使我们能够很快、很好的融入工作岗位和社会。 在本次的炉型设计中，参阅了大量有关转炉炼钢工艺、炼钢生产 设备等文献，得到首钢集团水城钢铁公司提供的资料与经验数据。还 得到了耿芃老师的指导和大力支持，广大同学的帮助。在此一并表示 衷心的感谢。 由于个人所学的知识和水平有限，加上没有实际的生产实践经验， 存在缺点和错误之处，敬请老师批评和指正。 2010 年 4 月 21 日 目目 录录 1设计目的 - 1 - 2设计内容 - 1 - 3 设计步骤及说明 - 1 - 3.1 物料平衡和热平衡计算 - 1 - 3.1.1 原始数据的选取 - 1 - 3.1.2物料平衡计算 - 3 - 3.1.3热平衡计算 - 9 - 3.2顶吹转炉炉型的设计及计算 - 13 - 3.2.1转炉的公称容量及其表示方法 - 13 - 3.2.2转炉炉型的选择 - 13 - 3.2.3转炉炉型主要参数的确定 - 13 - 3.2.4转炉炉型主要尺寸的确定 - 14 - 3.2.5 炉衬的组成、材质选择及厚度的确定 - 17 - 3.2.6炉壳厚度和转角半径的确定 - 17 - 480T 顶吹氧气转炉炉型的绘制 - 18 - 参考文献 - 18 - 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 1 - 1 1设计目的设计目的 本课程是冶金技术专业学生学习专业课程之后进行的一个重要的独立性实践教学环节。 其任务是通过转炉炉型设计的全过程，培养学生综合应用所学的炼钢理论知识去分析和解 决工程实际问题的能力，帮助学生巩固、深化和拓展知识面，使之得到一次比较全面的设 计训练。为实际工程设计奠定基础。学生通过课程设计的学习，将理论知识与生产实际相 结合，掌握一般设备工艺设计的基本思路和方法。理解设计工作是工程建设的重要环节和 先导，设计工作是将科学技术转化为生产力的纽带。 2 2设计内容设计内容 转炉是转炉炼钢车间的核心设备，转炉炉型及其主要参数对转炉炼钢的生产率、金属 收得率、炉龄等技术经济技术指标都有直接影响，炉型设计的是否合理关系到冶炼工艺能 否顺利进行，比如喷溅问题：除了与操作因素有关外，炉型的合理性也是一个重要的因素。 并且车间的主厂房的高度以及主要设备（除尘设备、倾动机构设备等）都与炉型尺寸密切 相关。所以设计一座炉型结构合理、满足工艺要求的转炉是保证转炉车间正常运行生产的 前提，面炉型设计又是整个转炉设计的关键。 转炉的炉型是指转炉炉膛的几何形状，即指由耐火材料砌成的内形。其设计内容主要 包括：炉型的选择、炉型主要参数的确定和炉型主要尺寸的设计计算。 3 3 设计步骤及说明设计步骤及说明 3.13.1 物料平衡和热平衡计算物料平衡和热平衡计算 氧气转炉炼钢是一个复杂的物理化学变化过程，但它同样遵循物质不灭和能量守恒定 律。氧气转炉炼钢过程的物料平衡和热平衡计算也是建立在物质不灭和能量守恒的基础上 的。在转炉设计中，应根据当地资源情况确定各原始数据，再根据已投产的转炉实际生产 数据作出一定的假设，最后进行计算。通过计算结果，确定各项生产工艺参数。 3.1.13.1.1 原始数据的选取原始数据的选取 3.1.1.13.1.1.1 原材料成分原材料成分 铁水、废钢成分如下表 1。 表 1 铁水、废钢成分（/） 原料CSiMnPS温度/ 铁水4.2400.840.480.1400.0371240 废钢0.180.200.420.0220.02424 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 2 - 渣料和炉衬成分见表 2；各原料的热容见表 3；反应热效应见表 4. 表 2 渣料和炉衬材料成分（/） 种类CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧碱H2OC 石灰91.02.02.01.40.04 3.44 矿石1.04.610.421.100.07 29.461.8 0.40 萤石 6.00.481.780.090.4489.0 2.00 白云石44.03.033.03.0 4.0 4.0 炉衬44.02.01.01.0 表 3 各材料的比热容 项目 固态平均比热/kJkg-1K- 1 熔化潜/kJkg-1液（气）态平均比热容/kJkg-1K-1 生铁0.744217.4680.8368 钢0.699217.690.8368 炉渣 209.201.247 炉气 1.136 烟尘1.000209.20 矿石1.046209.20 表 4 反应热效应（24） 元素反应反应热/kJkg-1 CC + 1/2O2 = CO10940 CC + O2 = CO234420 SiSi + O2 = SiO228314 P2P + 5/2O2 = P2O518923 MnMn + 1/2O2 = MnO7020 FeFe + 1/2O2 = FeO4020 FeFe + 3/2O2 = Fe2O36670 SiO2SiO2 + 2CaO = 2CaOSiO22070 P2O5P2O5 + 4CaO = 4CaOP2O54020 3.1.1.23.1.1.2 假设条件假设条件 根据各类转炉生产实际过程假设: (1) 炉渣中铁珠量为渣量的 8； 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 3 - (2) 喷溅损失为铁水量的 1； (3)熔池中碳的氧化生成 90CO，10CO2； (4) 烟尘量为铁水量的 1.6，其中烟尘中 （FeO）=77，（Fe2O3）=20; (5) 炉衬侵蚀量为铁水量的 0.4； (6) 炉气温度取 1440，炉气中自由氧含量为总炉气量的 0.4； (7) 氧气成分：98.4氧气，1.4氮气； (8) 铁水温度：1250，废钢温度：24； (9)终点钢水成分(/)：C：0.14,Si:0,Mn:0.14,P:0.014,S:0.024。 3.1.1.33.1.1.3 冶炼钢种及规格成分要求冶炼钢种及规格成分要求 冶炼低碳钢，以 Q-234 钢为例，其规格成分如下： C=0.140.22,Si=0.120.30,Mn=0.400.64,P 0.044,S0.040。 3.1.23.1.2物料平衡计算物料平衡计算 根据铁水、渣料质量以及冶炼钢种要求，采用单渣法操作。以 100kg 铁水作为计算 基础。 3.1.2.13.1.2.1 渣量及成分计算渣量及成分计算 A 铁水中元素氧化量 说明：参考转炉脱磷、脱硫情况，取脱磷率 90，脱硫率 34；钢水中残余锰占 铁水Mn的 3040，钢水中C取规格下限，因合金加入后还要增碳。 C 元素的氧化量（/）=4.24-0.14=4.10 Si 元素的氧化量（/）=0.84-0 =0.84 Mn 元素的氧化量（/）=0.48-0.4830=0.34 P 元素的氧化量（/）=0.140-0.140 (1-90)=0.0126 S 元素的氧化量（/）=0.037-0.037（1-34）=0.013 汇总得下表： 表 5 铁水中元素氧化量（/） 元素 项目 SSiMnPS 铁水4.240.840.480.1400.037 钢水0.1400.140.0140.024 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 4 - 氧化量4.100.840.340.01260.013 B 各元素耗氧量及氧化产物量 各元素耗氧量及氧化产物量见下表： 表 6 铁水中元素氧化耗氧量、氧化产物量 元素反应元素氧化量/kg耗氧量/kg氧化产物量/kg CC + 1/2O2 = CO4.1090%=3.693.6916/12=4.923.69x28/12=8.61 CC + O2 = CO24.1010%=0.410.4132/12=1.090.4144/12=1.50 SiSi + O2 = SiO20.840.84x32/28=0.960.8460/28=1.8 MnMn + 1/2O2 = MnO0.340.3416/55=0.100.3471/55=0.44 P 2P + 5/2O2 = P2O5 0.1260.12680/62=0.1630.126142/62=0.289 SS + O2 = SO20.0131/3=0.0040.00432/32=0.0040.00464/32=0.008 S S + (CaO) = CaS +O 0.0132/3=0.0090.009(-16)/32=-0.0050.00972/32=0.020 FeFe + 1/2O2 = FeO0.836083616/56=0.2391.075 Fe Fe + 3/2O2 = Fe2O3 0.0250.02548/112=0.0110.036 总计6.287.482 注：假定炉内汽化脱硫 1/3；铁的氧化由渣量反算得出。 C 渣料加入量 （1）矿石加入量及成分见下表 7。为了化渣，本设计中加入矿石 1，而不另加氧化 铁皮（若不加矿石，改用氧化铁皮，则成分不同） 。其中： S + (CaO) = (CaS) + O (CaS)生成量=0.0010.002kg/t 32 72 消耗（CaO）量=0.0010.002kg/t 32 56 表 7 矿石加入量及成分 成分质量/kg成分质量/kg Fe2O3161.8=0.294FeO129.4=0.294 SiO214.61=0.0461Al2O311.10=0.011 CaO1x1.0=0.01MgO10.42=0.004 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 5 - S1x0.070.001H2O10.40=0.004 （2）萤石加入量及成分见下表 8。根据冶金部转炉操作规程，萤石加入量4kg/t， 取 4kg/t。其中： 2P + O2 = (P2O5) 2 5 (P2O5)生成量= 0.002 = 0.004kg 62 142 表 8 萤石加入量及成分 成分质量/kg成分质量/kg CaF20.489.0=0.356MgO0.40.48=0.002 SiO20.46.0=0.024S0.40.09=0.0004(忽略) Al2O30.41.78=0.007H2O0.42.00=0.008 P0.40.44=0.002 （3）白云石加入量及成分见下表 9。为了提高炉衬寿命，采用白云石造渣，控制渣中 （MgO）含量在 68范围内。根据已投产转炉的经验，生白云石加入量在 3040kg/t，轻烧白云石加入量在 2040kg/t，选取轻烧白云石 30kg/t。 表 9 轻烧白云石加入量及成分 成分质量/kg成分质量/kg CaO3.044=1.32MgO3.033=0.99 SiO23.03.0=0.09Fe2O33.0x1.0=0.03 Al2O33.03.0=0.09烧碱3.04.0=0.12 注：烧碱是指白云石中 CaMgCO3分解产生的 CO2气体。 (4)炉衬侵蚀量及成分见下表 10。转炉炉衬在炉渣作用下，将被侵蚀和冲刷进入渣 中，根据假设条件，取铁水量的 0.4。 炉衬侵蚀量及成分 成分质量/kg成分质量/kg CaO0.4x44=0.176SiO20.42.0=0.008 MgO0.438=0.152C0.44.0=0.016 Al2O30.41.0=0.004 其中：炉衬中碳的氧化与金属中氧化生成的 CO 和 CO2比例相同。 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 6 - C CO 数量： 0.01690 = 0.034kg 12 28 C CO2数量： 0.01610 = 0.006kg 12 44 共消耗氧量： 0.034 + 0.006 = 0.024kg 28 16 44 32 (5)石灰加入量及成分见下表 11。根据铁水成分，取终渣碱度 R= 3.5。 石灰加入量=100 ）（ 量白云石带入 有效CaO CaORSi )(14 . 2 =100 25 . 391 32 . 1 5 . 385 . 0 14 . 2 = 6kg/100kg 铁水 表 11 石灰加入量及成分 成分质量/kg成分质量/kg CaO69.0=5.46SiO262.0=0.12 MgO62.0=0.12S60.04=0.002 Al2O360.14=0.084烧碱63.44=0.206 （6）渣中铁的氧化物。对于冶炼 Q-234 钢，根据已投产转炉渣中含量，取)(FeO （FeO）= 10,(Fe2O3)= 5。 （7）终渣总量及成分见下表 12。根据表 6表 11 中若不计（FeO） 、(Fe2O3)在内的炉 渣成分得： CaO + MgO + SiO2 + P205 + MnO + Al2O3 + CaF2 + CaS = 11.6321kg 已知 (FeO)=10、(Fe2O3)=5,则其余渣应占渣量总数的 85。故总渣量为 11.632185=13.6851kg 由此可见：(FeO)=13.685110=1.369、(Fe2O3)=13.68515=0.684kg 由于矿石和白云石中带入部分(FeO)和(Fe2O3),实际铁氧化产物为： (FeO)=1.369-0.294=1.075kg,(Fe2O3)=0.684-0.618-0.03=0.036kg。 故：Fe氧化量=1.075+ 0.036=0.861kg 72 56 160 112 终渣质量及成分见下表 12： 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 7 - 表 12 终渣质量及成分 成分氧化产物量/kg石灰/kg矿石/kg白云石/kg炉衬/kg萤石/kg 总计/kg CaO 5.460.011.320.176 6.96650.9 MgO 0.120.0040.990.1520.0021.2689.27 SiO21.80.120.04610.090.0080.0242.088115.26 P2O50.289 0.0020.2912.13 MnO0.44 0.443.22 Al2O3 0.0840.0110.090.0040.0070.1961.43 CaF2 0.3560.3562.6 CaS0.020.0050.002 0.0270.2 FeO1.075 0.294 1.36910 Fe2O30.036 0.6180.03 0.6845 合计 13.6851100 3.1.2.23.1.2.2 冶炼中的吹损计算冶炼中的吹损计算 根据假设条件，渣中铁珠为渣量的 8，喷溅损失为铁水量的 1，烟尘损失为铁水量 的 1.6。故可得到： 渣中铁珠量=13.68518=1.095kg 喷溅铁损量=1001 = 1.0kg 烟尘铁损量=1001.6（77 + 20）=1.182kg 72 56 160 112 元素氧化损失=6.28kg（见表 6） 吹损总量=1.095+1.0+1.182+6.28=9.557kg 钢水量=100-9.557=90.443kg 3.1.2.33.1.2.3 氧气消耗量计算氧气消耗量计算 主要是元素氧化耗氧 7.482kg(见表 6)，烟尘氧化消耗氧 1001.6(77+20 72 16 =0.37kg，其次是炉衬中碳氧化耗氧 0.024kg(见炉衬侵蚀量计算部分)，故总耗氧量 160 48 为 7.876kg，换算为标准体积为 7.876=5.513m3/100kg=55.13m3/t，若考虑到氧气 32 4 . 22 利用率为 7490，实际生产供氧量为 6175m3/t。 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 8 - 由于氧气不纯，含有 1.4N2，故供氧时带入 N2为 7.8761.4=0.110kg,其体积量 为：0.11022.428=0.088m3/100kg 3.1.2.43.1.2.4炉气量及成分炉气量及成分 炉内产生的炉气由 CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由 O2组成，已知炉气中自由 O2含量为 总炉气量的 0.4，把以上计算的炉气成分除自由 O2以外占炉气体积总量的 99.6，得下 表 13。 表 13 炉气量及成分 成分质量/kg体积/m3体积分数/ CO8.60+0.0348.64422.4/28=6.91586.59 CO21.50+0.12+0.006+0.2061.83222.4/44=0.93311.68 SO20.0080.00822.4/64=0.0030.04 H2O0.004+0.0080.01222.4/18=0.0150.19 N20.1100.11022.4/28=0.0881.1 O20.0460.04622.4/32=0.0320.4 总计10.6427.986100 由上表得： CO+CO2+SO2+H2O+N2= 7.954m3/100kg 故炉气总量为：7.954(1 - 0.4)=7.986m3/100kg。自由 O2 量为 7.9860.4=0.032m3,其 质量为：0.032=0.046kg。 4 . 22 32 3.1.2.53.1.2.5 物料平衡表物料平衡表 把以上各种物质的总收入和总支出汇总起来，便可得到物料平衡表 14。 表 14 物料平衡表 收入支出 项目质量/kg项目质量/kg 铁水10084.47钢水90.44376.35 石灰65.07炉渣13.68511.55 白云石32.53炉气10.6428.98 矿石10.84烟尘1.61.35 萤石0.40.34喷溅10.84 炉衬0.40.34铁珠1.0950.92 氧气7.8766.65 氮气0.1100.09 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 9 - 总计118.386100总计118.465100 计算误差=|100 收入项 支出项收入项- =|100 386.118 465.118-386.118 = 0.067 3.1.33.1.3热平衡计算热平衡计算 为了简化计算，取加入的废钢、渣料、氧气的温度均为 24。 3.1.3.13.1.3.1 热收入热收入 热收入主要是铁水的物理热和元素氧化的化学热，此外还有成渣热、烟尘氧化热、炉 衬中碳氧化热，下面分别进行计算。 (1)铁水物理热。根据传热原理得， 铁水熔点 Tf = 1538 - Tii 式中： Tf为铁水熔点，； 1538 为纯铁熔点，； i为钢水中某元素的质量分数，； 为 1的 i 元素使纯铁凝固温度的降低值。 Ti 根据表 1 的铁水、废钢成分、表 3 和下表 14。 表 14 1的 i 元素使纯铁凝固温度的降低值 元素适用范围/T/元素适用范围/T/ C1.064V1.02 Si3.08Ti18 Mn1.44Cu0.34 P0.730H20.0031300 S0.0824N20.0380 Al1.03O20.0390 假设铁水中气体(氧、氮、氢)对铁水熔点影响降温为 7，得： Tf = 1538-(1004.24+80.84+40.48+300.14+240.037+7)=1092 100kg 铁水 1250时的物理热为： 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 10 - Q铁水 = C固(t熔-t0)+C液(t铁水-t熔)熔 =1000.744(1092-24)+217.468+0.8368(1250-1092) =114427.44kJ (2)铁水中元素氧化热和成渣热。根据表 4、表 6 和表 12 数据可以计算如下： CCO 3.6910940=40368.6kJ CCO2 0.4134420=14112.2kJ SiSiO2 0.8428314=23783.76kJ MnMnO 0.347020=2386.8kJ PP2O5 0.12618923=2384.298kJ FeFeO 0.8364020=3360.72kJ FeFe2O3 0.0256670=166.75kJ SiO22CaOSiO2 2.08812070=4322.367kJ P2O54CaOP2O5 0.2934020=1177.86kJ 总计 92063.355kJ 其中，元素氧化放热 Q氧化=86563.128kJ,Q成渣=5500.227kJ。 (3)烟尘氧化放热。 烟尘氧化放热 Q尘=1.6(774020+206670)=5346.13kJ 72 56 160 112 (4)炉衬中碳氧化放热。 根据假设的原始条件，炉衬中碳的氧化放热为： Q衬=0.016(9010940+1034420)=212.608kJ 将上述项热收入累加可得到转炉总的热收入，即 Q入 = Q铁水+Q氧化+ Q成渣+Q尘+ Q衬 =114427.44+86563.128+5500.227+5346.13+212.608 =212049.533kJ 由于石灰、萤石、氧气等原料均从 24入炉，其带入的物理热很少，可以忽略不计。 3.1.3.23.1.3.2 热支出热支出 转炉的热支出包括钢水和炉渣的物理热、烟尘、炉气、铁珠、喷溅的物理热以及矿石 的分解热、废钢熔化热和吹炼热的损失。 (1)钢水物理热 Q钢水。 计算方法与计算铁水物理热相同，根据表 5 和表 14，得 钢水熔点 Tf=1538 - Tii =1538-(640.14+40.144+300.014+240.024+7) =1520 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 11 - 出钢温度 T出=Tf+1T2T3T 式中：为钢水过热度，取 70；1T 为浇注前的温降，取 50；2T 为浇注过程温降，取 20。3T T出 = 1520+70+50+20 =1660 钢水物理热的计算也与铁水物理热的计算相同，根据前计算 100kg 铁水产生 90.443kg 钢水、表 3，得 Q钢水=90.4430.699(1520-24)+271.96+0.8368(1660-1520) =129769.064kJ (2)炉渣的物理热 Q渣。 根据前计算、表 3，100kg 铁水的渣量为 13.6851kg，炉渣温度取 1660与钢液温度相 同，则炉渣带走的物理热为： Q渣=13.68511.247(1660-24)+209.20 =30781.786kJ (3)矿石分解热 Q矿。 根据表 3 和表 7，得： Q矿=1(29.44020+209.20+61.86670) 72 56 160 112 =4013.882kJ (4)烟尘物理热 Q尘。 根据表 3，烟尘温度与炉气温度相同，为 1440，则烟尘带走的物理热为： Q尘=1.61.0(1440-24)+209.20 =2600.32kJ (5)炉气物理热 Q气。 Q气=10.6421.136(1440-24)=17118.466kJ (6)渣中铁珠物理热 Q珠。 铁珠量根据前计算为 1.095kg，物理热的计算与铁水相同，即： Q珠=1.0950.744(1520-24)+271.468+0.8368(1660-1520) =1644.300kJ (7)喷溅金属物理热 Q喷。 铁的喷溅量为 1kg，喷溅热与铁珠相同，即： Q喷=10.744(1520-24)+271.468+0.8368(1660-1520) =1501.644kJ (8)石灰、轻烧白云石分解热 Q分。 石灰、轻烧白云石均有残留碳酸盐，如表 2 中的烧碱，石灰为 3.44，轻烧白云石为 4.0，现假定轻烧白云石中的烧碱是由 CaCO3所致，现计算石灰和轻烧白去石未分解的 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 12 - CO2总量为 63.44+34.0=0.384kg,相当于 CaCO3的量为 0.384=0.873kg。已知 44 100 CaCO3的分解热为 1648kJ/kg，则碳酸盐的分解热为： Q分=0.8731648=14387.704kJ (9) 吹炼过程热损失 Q损。 吹炼过程热损失包括炉体和炉口的热辐射、对流和传导热、冷却水带走热等。它随炉容 大小、操作情况、炉役期长短而异，一般为热总收入的 38，取 5。得 Q损=5212049.533=10602.477kJ (10) 废钢耗热 Q废钢。 废钢耗热等于总的热收入减去上热支出，得到富于热量用加入废钢来调节，即： Q废钢=Q入-Q钢水-Q渣-Q矿-Q尘-Q气-Q珠-Q喷-Q分-Q损 =212049.533-129769.064-30781.786-4013.882-2600.32-17118.466-1644.3- 1501.644-1438.704-10602.477 =12578.89kJ 1kg 废钢熔化至 1660耗热=10.699(1520-24)+271.96+08368(1660-1520) =1434.816kJ 废钢加入量为：12578.89/1434.816=8.77kg 废铁钢比为：100=8 10077 . 8 77 . 8 3.1.3.33.1.3.3 热平衡表热平衡表 把全部热收入和热支出汇总，得到热平衡表 15。 表 15 热平衡表 热收入热支出 项目热量/kJ项目热量/kJ 铁水物理热114427.4453.96钢水物理热129769.06461.2 C54480.825.69炉渣物理热30781.78614.52 Si23783.7611.22矿石分解热4013.8821.89 Mn2386.81.23烟尘物理热2600.321.23 P2384.2981.24炉气物理热17118.4668.07 元 素 放 热 Fe3527.471.66铁珠物理热1644.300.78 SiO24322.3672.04喷溅物理热1501.6440.71成 渣 热 P2O51177.860.56石灰、轻烧白云石分解热1438.7040.68 烟尘氧化放热2600.321.23吹炼过程热损10602.4775.00 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 13 - 炉衬 C 放热212.6080.1废钢熔化热12578.895.93 共计212049.533100共计212049.533100 热效率=100 热收入 废钢熔化热矿石分解热钢水物理热 =100 533.212049 89.12578882.4013064.129769 = 69 3.23.2顶吹转炉炉型的设计及计算顶吹转炉炉型的设计及计算 转炉炉型是指用耐火材料砌成的炉衬内形。转炉的炉型是否合理直接影响着工艺操作、 炉衬寿命、钢的产量与质量以及转炉的生产率。 合理的炉型应满足以下要求： (1) 要满足炼钢的物理化学反应和流体力学的要求，使熔池有强烈而均匀的搅拌； (2) 符合炉衬被侵蚀的形状以利于提高炉龄； (3) 减轻喷溅和炉口结渣，改善劳动条件； (4) 炉壳易于制造，炉衬的砌筑和维修方便。 3.2.13.2.1转炉的公称容量及其表示方法转炉的公称容量及其表示方法 公称容量（T） ，对转炉容量大小的称谓，即平时所说的转炉的吨位。本例以平均出钢 量（t）表示公称容量，则转炉的公称容量为 80t 转炉。 新炉金属装入量（G）可由下列公式求出： G = B T 2 2 式中，T 为平均出钢量； B 为老炉比新炉多产钢系数，一般 B=1040大型转炉取下限，小型转炉取 上限，故取 B=10； 为金属消耗系数，=，为金属收得率，取=92。 金 1 金金 G = 83t 1 . 02 802 92 . 0 1 3.2.23.2.2转炉炉型的选择转炉炉型的选择 合理的炉型应能适应炉内金属液、炉渣和炉气的循环运动规律，有利于提高供氧强度 和减少喷溅，从而加快炉内物理化学反应，降低原材料消耗，考虑到转炉倾动力矩要小， 炉壳容易制造，炉衬砖砌筑方便，以改善劳动条件。结合中国已建成的转炉的设计经验， 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 14 - 采用锥球型转炉。 3.2.33.2.3转炉炉型主要参数的确定转炉炉型主要参数的确定 3.2.3.13.2.3.1 炉容比（炉容比（V/TV/T） 炉容比是指转炉炉膛的有效容积 V 与转炉公称容量 T 之比；单位是 m3/t。它的意义是 指单位公称容量所占有的炉膛有效容积的大小。可根据经验公式计算： V = 0.757.5(C)+0.121+0.151 + 0.26 3 )(100Si 3 )(100PB 式中，(C)、(Si)、(P)分别为铁水含碳、硅、磷量，； B 为供氧强度，根据已建成投产的转炉经验植，取 B=3.5m3/(tmin)。 V =0.75(7.50.0424+0.121+0.151)+0.26 3 0084 . 0 100 3 0014 . 0 1005 . 3 =0.98m3/t 3.2.3.23.2.3.2 高宽比高宽比(H/D)(H/D) 转炉的高宽比是指转炉的高度与直径之比。以转炉的炉膛的内高 H内与内径 D内之比表 示，常用的是 H/D 表示。可用如下经验公式计算： H/D = 2.65/T0.1 + 0.1B 0.3 式中，T 为转炉公称容量，t； B 为供氧强度，m3/(tmin)。 H/D = 2.65/(80)0.1 + 0.13.5 0.3 = 1.76 3.2.43.2.4转炉炉型主要尺寸的确定转炉炉型主要尺寸的确定 3.2.4.13.2.4.1 熔池部分尺寸熔池部分尺寸 熔池尺寸计算主要是确定熔池直径和熔池深度。熔池直径和熔池深度不是两个孤立的 尺寸，而是两个相互制约的尺寸参数。在设计时应保证熔池直径与熔池深度之比在一个适 合的范围内，已建成转炉的熔池深度直径比值在 0.230.54 范围内波动，一般为 0.310.33。 (1)熔池直径(D)。 熔池直径(D)是指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。利用统计方法，找出现有炉 子直径和容量之间的关系，作为计算熔池直径的依据。根据武汉钢铁设计院推荐的公式， 得： D = 0.392T20 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 15 - 式中，T 为转炉公称容量。 D = 0.392 = 3.92m8020 (2)熔池深度(H0)。 熔池深度是指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。对于一定容量的转 炉，炉型和熔池直径确定之后，便可利用几何公式计算出锥球型转炉熔池深度 H0。 锥球型熔池由倒锥台和球缺体两部分组成，利用截锥体积和球冠体积公式，可进行计 算： V池 = ( H0-H1)(D2+DD1+)+ H1(R-) 12 D21 3 0H 式中，H1为缺球体部分的高度； R 为缺球体部分曲率半径； D 为熔池直径； D1为倒锥台底面直径。 根据统计，取 R=1.1D，H1=0.09D，D1=0.895D 代入上式化简后得： V池 = 0.70D2H0 0.0363D3 又根据熔池定义，熔池体积 V池应等于金属液体积 V金，即 V池=V金 式中，V金为新炉金属装入量占有的体积，V金=G/，为金属液密度，取金金 =7.0t/m3。金 V池=V金=83/7.0=11.912m3 H0=1.32m D D V 2 3 70 . 0 363.00池 ）（ ）（ 92 . 3 70 . 0 92 . 3 0363 . 0 12 2 3 结合上面求得的熔池直径和熔池深度，得熔池深度直径比 H0/D 为： H0/D=1.3/3.92=0.33，符合设计要求。 3.2.4.23.2.4.2 炉帽部分尺寸炉帽部分尺寸 氧气转炉一般采用正口炉帽，主要尺寸有炉口直径、炉帽倾角和炉帽高度。 (1)炉帽倾角。 炉帽倾角是指炉子处于直立位置时，炉帽与水平线之间的夹角。它的大小应便于炉 气的逐渐收缩逸出，以减少炉气对炉帽衬砖的冲刷侵蚀。根据已建成投产的转炉的炉帽倾 角一般为 600680， 大炉子取下限，小炉子取下限。故本例取=650。 (2)炉口直径 d。 在满足兑铁水、加废钢和辅助材料、出渣修炉等操作要求的前提下，应尽量缩小炉口 直径，以便减少喷溅、热量损失和冷空气的吸入量。一般炉口直径为： 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 16 - d =(0.430.53)D 大炉子取上限，小炉子取下限。故取 d=0.48D=0.483.92=1.88m (3)炉帽高度 H帽。 炉帽总高度是截锥体高度(H高)与炉口直线段高度(H直)之和。设置直线段的目的是为 了保持炉口形状和保护水冷炉口，其高度 H直一般为 300400mm,取 H直=300mm。炉帽高度 的计算公式如下： H帽= H高+ H直 =(D-d)tan +300 2 1 =(3920-1880)tan650+300=2540mm=2.49m 2 1 炉帽的有效容积 V帽为： V帽=V锥+V直 =H锥(D2+Dd+d2)+d2H直 12 4 =2.54(3.92)2+3.921.88+(1.88)2+(1.88)20.30 12 14 . 3 4 14 . 3 =18.3m318m3 3.2.4.33.2.4.3 炉身部分尺寸炉身部分尺寸 转炉在熔池面以上、炉帽以下的圆柱体部分称为炉身。一般炉身的直径就是熔池直径。 炉身高度 H身可按下式计算： V身=V总-V帽-V熔 V身=D2H身 4 H身= D V 2 4 身 式中，V总为转炉的有效容积，V总=T。 T V V身=800.98-18-12=48.4m3 H身=4.01m )92 . 3 (14 . 3 4 . 484 2 则炉型内高 H内=H0+H帽+H身=1.32+2.49+4.01=7.82m 3.2.4.43.2.4.4 出钢口位置和尺寸出钢口位置和尺寸 转炉设置出钢口的目的是为了便于渣钢分离，使炉内钢水以正常的速度和角度流入钢 包中，阻止炉渣流入钢包，以利于在钢包内进行脱氧合金化作业和提高钢的质量。其主要 的参数包括出钢口位置、出钢口角度、出钢口直径出钢口长度和出钢口外径。 (1) 出钢口位置。 80t 顶吹氧气转炉炉型设计 - 17 - 出钢口的内口应设在炉帽与炉身的连接处。此处在倒炉出钢时位置最低，钢水容易出 净，又不易下渣。 (2) 出钢口角度。 出钢口角度是指出钢口中心线与水平线的夹角。出钢口角度越小，出钢口长度就越短， 钢流长度也越短，可以减少钢流的二次氧化和散热损失，并且易对准炉下钢包车；修砌和 开启出钢口方便。出钢口角度一般为 150250，本例取出钢口角度为 200。 (3) 出钢口直径。 出钢口直径可按下列经验公式计算： d出=T75 . 1 63 =8075 . 1 63 =14.2cm0.14m (4) 出钢口长度。 出钢口长度一般为出钢口内径的 78 倍，取出钢口长度为出钢口内径的 7 倍，即 L出=d出=70.14=0.98m (5) 出钢口外径（衬砖+钢壳的厚度） 。 出钢口的外径一