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100t顶底复吹转炉炉型设计说明书

目录前言 (1)一、转炉炉型及其选择 (1)二、炉容比的确定 (3)三、熔池尺寸的确定 (3)四、炉帽尺寸的确定 (5)五、炉身尺寸的确定 (6)六、出钢口尺寸的确定 (6)七、炉底喷嘴数量及布置 (7)八、高径比 (9)九、炉衬材质选择 (9)十、炉衬组成及厚度确定 (9)十一、砖型选择 (12)十二、炉壳钢板材质与厚度的确定 (14)十三、校核 (15)参考文献 (16)专业班级学号姓名成绩前言: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、金属收的率、炉龄等经济指标都有直接的影响,其设计是否合理也关系到冶炼工艺能否顺利进行,车间主厂房高度和与转炉配套的其他相关设备的选型。

所以,设计一座炉型结构合理,满足工艺要求的转炉是保证车间正常生产的前提,而炉型设计又是整个转炉车间设计的关键。

设计内容:100吨顶底复吹转炉炉型的选择与计算;耐火材料的选择;相关参数的选择与计算。

一、转炉炉型及其选择转炉有炉帽、炉身、炉底三部分组成。

转炉炉型是指由上述三部分组成的炉衬内部空间的几何形状。

由于炉帽和炉身的形状没有变化,所以通常按熔池形状将转炉炉型分为筒球形、锥球型和截锥形等三种。

炉型的选择往往与转炉的容量有关。

(1)筒球形。

熔池由球缺体和圆柱体两部分组成。

炉型形状简单,砌砖方便,炉壳容易制造,被国内外大、中型转炉普遍采用。

(2)锥球型。

熔池由球缺体和倒截锥体两部分组成。

与相同容量的筒球型比较,锥球型熔池较深,有利于保护炉底。

在同样熔池深度的情况下,熔池直径可以比筒球型大,增加了熔池反应面积,有利于去磷、硫。

我国中小型转炉普遍采用这种炉型,也用于大型炉。

(3)截锥形。

熔池为一个倒截锥体。

炉型构造较为简单,平的熔池底较球型底容易砌筑。

在装入量和熔池直径相同的情况下,其熔池最深,因此一般不适用于大容量炉,我国30t以下的转炉采用较多。

不过由于炉底是平的,便于安装底吹系统,往往被顶底复吹转炉所采用。

顶底复吹转炉炉型图顶底复吹转炉炉型的基本特征如下:(1)吹炼的平稳和喷溅程度优于顶吹转炉,而不及底吹转炉,故炉子的高宽比略小于顶吹转炉,却大于底吹转炉,即略呈矮胖型。

(2)炉底一般为平底,以便设置喷口,所以熔池常为截锥型。

(3)熔池深度主要取决于底部喷口直径和供气压力,同时兼顾顶吹氧流的穿透深度,力求保持吹炼平稳。

综上所述,100t 顶底复吹转炉采用截锥型炉型较为合适。

二、炉容比的确定炉容比系指转炉有效容积t V 与公称容量G 之比值)t /m (/3G V t 。

转炉炉容比主要与供氧强度有关,与炉容量关系不大。

当供氧强度提高时,随着炉内反应加剧,如果炉膛自由空间不足,必然会发生大量的渣钢喷溅或泡沫渣翻滚溢出,造成较多的金属损失。

为了在较高金属收的率基础上增大供氧强度,缩短吹炼时间,必须有适当的炉容比。

由于顶底复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳,且钢渣喷溅高度也比较低,所以顶底复吹转炉的炉容比可略小于顶吹转炉。

一般取t /m 00.1~80.03。

对于容量较小的炉子,铁水比大且Si 、P 、S 含量高,以及供氧强度增加和底部喷口直径大者,取上限。

综上所述,炉容比G V t /取值为0.95。

3m 9595.0==G V t三、熔池尺寸的确定(1)熔池直径D 。

熔池直径指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。

转炉吹氧时间t 与金属装入量G 成正比,而与单位时间供氧量Q 成反比,即:QGt ∝(2-1)在供氧量增大的情况下,若要避免喷溅趋于严重,就必须扩大熔池面积。

也就是说,单位时间供氧量Q 与熔池直径D 的平方成正比,即:D Q 2∝ (2-2) 将式(2-1)与式(2-2)合并,得: tG∝D (2-3) 上式可写为:tGK D = (2-4) 式中 D ——熔池直径,m; K ——系数,参见表2-1;G ——新炉金属装入量,t ,可取公称容量;t ——平均每炉钢纯吹氧时间,min ,参见表2-2。

表2-1 系数k 的推荐值表2-2 平均每炉钢吹氧时间推荐值综上所述,系数k 取值为1.75,吹氧时间t 取值为16min 熔池直径:m 375.41610075.1=⨯==t G KD 取D=4380mm 已知:3m /t 9.6=铁ρ 则:3m 4928.149.6100==池V (2)熔池深度h 。

熔池深度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后,可利用几何公式计算熔池深度h 。

截锥型熔池:通常倒截锥体顶面直径D b 7.0≈。

熔池体积池V 和熔池直径D 及熔池深度h 有如下关系:2574.0hD V =池因而2574.0D V h 池=则:m 3161.1380.4574.04928.14574.022=⨯==D V h 池 取h=1320mm四、炉帽尺寸的确定顶吹转炉一般都是正口炉帽,其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。

(1)炉帽倾角θ。

倾角过小,炉帽内衬不稳定,容易倒塌;过大则出钢时容易钢渣混出和从炉口大量流渣。

倾角一般为 68~60,小炉子取上限,大炉子取下限,这是因为大炉子的炉口直径相对要小些。

综上所述,取 64=θ(2)炉口直径d 。

在满足顺利兑铁水和加废钢的前提下,应适当减小炉口直径,以减少热损失。

一般炉口直径为熔池直径的43%~53%较为适宜。

小炉子取上限,大炉子取下限。

综上所述,取mm 2190m 19.2380.4%50%50==⨯==D d(2)炉帽高度帽H 。

为了维护炉口的正常形状,防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大,在炉口上部设有高度为m m 400~300=口H 的直线段。

因此炉帽高度帽H 为:口帽H d D H +-=θtan )(2/1炉帽总容积帽V 为:口口帽帽H d d Dd D H H V 2224))((12ππ+++-=综上所述,取m m 350=口Hm 595.2350.064tan 19.2380.42164tan 21=+-⨯=+-= )()(口帽H d D H取mm 2600=帽H()3222m 0943.21412=+++-=口口帽帽)(H d d Dd D H H V ππ五、炉身尺寸的确定转炉炉帽以下,熔池面以上的圆柱体部分称为炉身。

其直径与熔池直径是一致的,故需确定的尺寸是炉身高度身H 。

22)(44D V V V D V H t ππ池帽身身--==式中:帽V 、身V 、池V ——分别为炉帽、炉身和熔池的容积;t V ——转炉有效容积,为帽V 、身V 、池V 三者之和,取决于炉容量和炉容比。

综上所述:m 9431.3380.4)4928.149043.2195(4)(44222=⨯--⨯=--⨯==πππD V V V D V H t 池帽身身 取 mm 3950=身H六、出钢口尺寸的确定出钢口内口一般都设在炉帽与炉身交界处,以使转炉出钢时其位置最低,便于钢水全部出净。

出钢口的主要尺寸是中心线的水平倾角和直径。

(1)出钢口中心线水平倾角1θ。

为了缩短出钢口长度,以利于维修和减少钢液二次氧化及热损失,大型转炉的1θ趋于减小。

国外不少转炉采用 0,一般为20~15。

综上所述,取 151=θ(2)出钢口直径出d 。

出钢口直径决定着出钢时间,因此随炉子容量而异。

出钢时间通常为2~8min 。

出钢时间过短(即出钢口过大),难以控制下渣,且钢包内静压力增长过快,脱氧产物不易上浮。

时间过长(即出钢口过小),钢液容易二次氧化和吸气,散热也大。

通常出d (cm )按下面的经验公式确定:G d 75.163+=出式中 G ——转炉的公称容量,t 。

综上所述:cm 43.1510075.16375.163=⨯+=+=G d 出取mm 154=出d七、炉底喷嘴数量及布置目前对最佳喷嘴数量和布置方式尚无一致看法。

一般说来,喷嘴多而直径小些好。

生产中喷嘴数量常为2~4个,具体视炉子容量和布置形式而定。

本炉喷嘴取3个。

合理的布置应使底吹和顶吹产生的熔池环流运动方向相同,以获得最佳的搅拌效果,即最快的熔池混匀时间。

为此,应满足以下关系:c c R X R 3.1max ≤≤ (7-1) 而)21tan(211θθ+=H R c (7-2)式中 m ax X ——炉底喷嘴至炉底中心的最大距离,mm ; c R ——顶吹氧流对熔池的冲击半径,mm ; 1H ——顶吹氧枪枪位,mm ; 1θ——顶吹氧枪喷孔夹角; 2θ——顶枪喷出射流的扩张角。

顺便指出,如果炉底喷嘴较多,一般只要半数以上能满足式(7-1)的要求也就可以了。

另外,从实际情况来看,喷嘴呈非对称布置似乎更好些。

要想算出m ax X ,必先算出喉d ,进而求出1H 。

(标态)吹氧时间出钢量每吨钢耗氧量氧流量m in /m 3⨯=对于普通铁水,每吨钢耗氧量为55~65t /m 3(标态),对高磷铁水,每吨钢耗氧量为60~69t /m 3(标态)。

计算氧枪喷头喉口直径:计算氧流量。

取每吨钢耗氧量为603m (标态),纯吹氧时间为16min ,出钢量按公称容量100t 计算,则通过氧枪的氧气流量:(标态)min /m 37516100603=⨯=Q 当Ma=2.0时,1278.0/= p p ;取喷头出口压力MPa 101.0==膛p p ,则喷口滞止氧压为:MPa 790.01278.0101.0==p每个喷孔氧气流量为:min /m 75.93437543===Q q (标态) 由于 0783.1T p A C q D⨯=喉 取95.0=D C ,K T 3000=,又MPa p 790.00=,代入上式,则30010790.0495.0783.175.9362⨯⨯⨯⨯=喉d π由上式可求出 mm 3.39=喉d 顶吹氧枪枪位1H 一般为35~50倍的喉d因此取 m m 5.1768451=⨯=喉d H 取 101=θ 102=θmm 9.473)510(tan 1783)21tan(211=+⨯=+= θθH R c则07.6169.473max ≤≤X取 mm 550max =X八、高径比高径比系指转炉炉壳总高度总H 与炉壳外径壳D 之比值。

实际上它只是作为炉型设计的校核数据。

因此当炉膛内高内H 和内径D 确定后,再根据所设计的炉衬和炉壳厚度,高径比也就被确定下来了。

增大高径比对减少喷溅和溢渣,提高金属收的率有利。

但是高径比过大,在炉膛体积一定时,反应面积反而小,氧气流股易冲刷炉壁,对炉衬寿命不利,而且导致厂房高,基建费用大,转炉倾动力矩大,耗电大。

随着转炉大型化和顶底复吹技术的采用,转炉由细高型趋于矮胖型,即高径比趋于减小。

顶底复吹转炉高径比推荐值为 1.25~1.45。

大炉子取下限,小炉子取上限。

对于容量较小的炉子,铁水比大且Si 、P 、S 含量高,以及供氧强度增加和底部喷口直径大者,取上限。

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