炼钢设计原理课程思考题2015氧气顶吹转炉设计转炉公称容量一般用炉役期的平均出钢量表示。

转炉炉型：指转炉炉膛的几何形状，亦指由耐火材料砌成的炉衬内形。

氧气顶吹氧气转炉炉型有三种炉型：筒球型，锥球型和截锥型。

转炉的帽锥角：指炉帽锥与炉身交接处，炉帽与炉子水平线之间的夹角。

转炉三种炉型及特点？1）筒球形炉型：形状简单，砌砖简便，炉壳易制造，在相同熔池直径D和熔池深度h下，与其他两种炉型笔，此炉型熔池的容积大，金属装入量大，形状接近于金属液的循环运动轨迹，适用于大型转炉。

2）锥球形炉型（橄榄型）：与同容量的其他炉型比，在相同熔池深度h下，反映面积大，有利于钢、渣间反应，适用于吹炼高磷铁水。

熔池形状比较符合钢、渣环流的要求，熔池侵蚀均匀，熔池深度变化小，新炉炉型接近于停炉后残余炉衬的轮廓，炉型上下对称，空炉重心接近于炉体的几何重心位置，使得转炉的倾动力矩小。

3）截锥形炉型：形状简单，炉底砌筑简便，其形状基本上满足炼钢反映的要求，与同容量的其他炉型比，在熔池直径相同情况下，熔池最深，适用于小型转炉。

转炉熔池直径：熔池处于平静状态时金属液面的直径。

转炉熔池深度：熔池处于平静状态时金属液面到炉底的深度。

均衡炉衬砌筑：根据不同部位的侵蚀情况，使用不同材质的耐火材料和砌成不同厚度的炉衬，使之各部位的砌蚀基本均匀，又叫均衡砌炉或平衡炉衬。

铁水比：指铁水占钢铁料的比例 7、废钢比：指废钢占钢铁料的比例。

炉型主要参数包括：炉容比（V/T）,高宽比（H/D）,熔池深度直径比（h/D）,炉口直径比（d0/D）,帽锥角（θ）,出钢口参数（dT,β,LT）转炉炉容比V/T：指新炉时转炉的炉膛有效容积（V）与公称容积（T）的比值（m3/T）转炉炉容比过小和过大有什么危害？炉容比过小（即反应空间小）：A 因为反应空间过小，满足不了冶炼反应所需要的空间，容易喷溅和溢渣，金属收得率η金降低，操作困难，工人劳动强度增加。

B 加剧钢，渣对炉衬的冲刷侵蚀，使得炉龄降低。

C 不利于提高供氧强度（B），强化冶炼，限制了生产率的提高，因为供氧强度大，炉容比小，易喷溅。

炉容比过大：炉容比过大势必增加炉子高度H(H还受H/D的影响)，增加厂房高度和倾动力矩。

实践证明，炉子高度增加1米，厂房高度增加2米，将导致投资增大，设备庞大和电耗增加。

影响转炉炉容比大小的因素？一般炉容比的大小？（1）炉子吨位本身的影响；小炉子因炉膛小，操作困难，炉容比应适当小些；大炉子因炉膛大，容易控制，炉容比适当小些。

（2）铁水成分的影响：如果铁水中Si，P，S高，产生的渣量大，炉容比就应大些，反应炉容比小些。

（3）铁水比的影响：铁水比大，则铁水多废钢少，渣量大，炉容比应大些。

（4）供氧强度大，反应激烈，单位时间内从熔池排除的CO 气体量大，炉容比应大些；否则，产生大量的喷溅，金属收得率η金低；供氧强度小,反应缓和,炉容比可小些。

（5）冷却剂的影响：用矿石冷却，渣量大，高宽比大些；用废钢冷却，渣量小，炉容比就小些。

转炉高宽比过大过小的危害？正常取值范围？BOF的高宽比，正常的范围是1.35～1.65。

高宽比过小，喷溅严重，为避免喷溅，需要把氧压降低，会使吹氧时间延长。

高宽比过大：①炉膛体积V由高宽比确定，炉膛体积V一定，H大则D小，反应面积小→氧气流股冲刷炉墙→炉龄低；②高宽比大，厂房高度大，基建投资大；③倾动力矩大→倾动电机功率大→投资、电耗大。

顶吹转炉炉容应该比顶底复吹转炉的炉容比大，主要原因是后者喷溅倾向小。

熔池直径和熔池深度的概念？熔池直径D：熔池处于平静状态时金属液面的直径。

熔池深度h：熔池处于平静状态时金属液面到炉底的深度。

为什么要选择合适的炉口直径比？合适的炉口直径比为多少？炉口直径比过小，则d0太小，兑铁水加废钢困难，所以从快速装料考虑，希望d0大些，炉口直径比不小于0.4；但是炉口直径比太大，即炉口直径太大，热损失大，从炉口吸入的冷空气多，喷溅严重，金属收得率低。

特别是出钢困难，容易造成钢渣混出，这是转炉出钢最忌讳的一个问题，其危害是钢水回磷和钢流夹渣。

合适的炉口直径比d0/D＝0.43－0.53，小炉子取上限，大炉子取下限。

转炉出钢口设置在转炉什么部位？为什么？出钢口位置通常设在炉身与炉帽耐火材料的交界处，这样出钢时钢水能集中到帽锥处，保证了出钢时出钢口上方的钢水始终处于最深状态，钢水能在一定压力下以较快的流速流出流净，若出钢口设在炉帽或炉身段部位则：①出钢时在出钢口见渣时，炉内还有部分钢水没有流净；②钢水夹渣。

为什么炉口过大会出钢困难？钢水尚未集中到帽锥处以前，渣面就已达到炉口，无法再往前摇炉，再摇，则渣子从炉口流入钢包沾污钢水、只好边出钢边进炉，出钢过程中不能保持出钢口上方的钢水始终处于最深，必然增加了钢渣混出的程度。

转炉炉口直径过大有什么弊病？炉口直径过大，热损失大，从炉口吸入的冷空气多，喷溅严重，金属收得率低，最不利的还是出钢困难，容易造成钢渣混出，这是转炉出钢最忌讳的一个问题，其危害是钢水回磷和钢流夹渣。

减小出钢口角度有什么好处？（1）可以缩短出钢口长度，便于维护；（2）可以缩短钢流长度，减少钢流的的吸气和散热损失；（3）出钢时炉内钢水不发生漩涡运动，避免钢流夹渣；（4）出钢时钢包车行走距离短，出钢口倾角大，则行车距离长。

BOF炉型参数，①炉容比V/T；②高宽比H/D；③炉口直径比d0/D均会涉及到转炉炉渣喷溅。

炼钢过程的物料平衡与热平衡计算物料平衡：在炼钢过程中加入炉内并参与炼钢过程的全部物料和炼钢过程产生物之间的平衡关系。

热平衡：在炼钢过程中热量的收入与支出之间的平衡关系。

吹损由哪几部分组成(1)化学损失量(2)烟尘中铁损失量(3)渣中铁珠损失量(4)喷溅铁损失量。

进行转炉物料平衡和热平衡计算有什么意义？设计转炉烟气净化系统时需要知道单位时间内产生的炉气量是多少，设计转炉车间时需要知道一炉钢产生的渣量是多少。

在组织炼钢生产时，为了制定合理的工艺制度和进行计算机自动控制，要知道各种物料的加入量是多少和产生的产物量是多少。

为了制定合理的热工制度，确定合适的废钢加入量，需要知道炉子有多少富余的热量。

因为转炉的热量除能满足出钢要求外还有富余，这部分富余热量可以用来多吃废钢，以降低炼钢成本。

总之，不论从设计方面，还是从工艺方面都需要知道一些定量的数据。

这些数据都是通过转炉物料平衡和热平衡计算得来的。

因此，做好物料平衡和热平衡计算，对于设计转炉炼钢车间及其主要设备（转炉，氧枪和除尘设备等），指导和组织炼钢生产，分析、研究和改进冶炼工艺，实现计算机自动控制等都有着极其重要的意义。

转炉炼钢石灰加入量的计算（不加废钢的条件下，以100kg铁水为基础）？炉渣量的计算？转炉炼钢热平衡计算的热收入项包括哪几项？其中哪些占主要部分，约占热收入的比例，影响其大小的主要参数？答：转炉炼钢热平衡计算的热收入项包括:（1）铁水物理热；（2）元素氧化热及成渣热；（3）烟尘氧化热；（4）炉衬中碳的氧化热。

其中铁水物理热和元素氧化热及成渣热占主要部分，约各占热收入的50%。

铁水物理热的大小主要由铁水的温度所决定。

元素氧化热及成渣热的大小主要由铁水和废钢的成分和终点成分（碳、Si、Mn含量）所决定。

3转炉炼钢的热支出包括：钢水物理热；炉渣物理热；烟尘物理热；炉气物理热；渣中铁珠物理热；喷溅物(金属)物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。

4 转炉炼钢常用的冷却剂为哪几种？各在什么情况下使用？转炉炼钢常用的冷却剂为废钢和矿石，有时采用石灰和白云石。

转炉氧枪设计供氧强度：单位时间转炉公称吨位的供氧量，Nm3/(t.min)。

氧流量：单位时间通过氧枪的氧量，一般以体积流量表示，Nm3/h。

转炉炼钢对喷头性能有哪些要求？(1) 提供冶炼工艺所需的供氧量(2) 在一定的操作氧压和枪位下，流股对溶池有足够的冲击能力,保证冶炼效果所需要的冲击深度，使溶池得到激烈而又均匀的搅拌。

(3) 多孔喷头的流股以多个中心射向熔池，在金属熔池面上形成多个反应中心，使得反应面积大，且又不冲刷炉墙。

(4) 在保证有一定冲击深度的前提下，尽可能采用高枪位操作,以便改善喷头的工作环境，增加喷头寿命。

(5) 化渣块，尽早去除P、S (6) 喷溅少，增加金属收得率η金1氧枪由哪三部分组成？氧枪由喷头、枪身、和尾部结构三部分组成。

氧枪喷头内孔为何种形状？主要功能是什么？氧枪喷头内孔为拉瓦尔型喷管。

它是一个能量转换器，其功能是输氧管内氧气的高压力能转换成动能来冲击熔池，满足炼钢工艺所要求的供氧强度、熔池搅拌、造渣等要求。

氧枪喷孔尺寸主要包括哪些参数？喷孔形状和尺寸包括：喷孔出口马赫数M、喷孔夹角α、喉口直径dt等。

喷孔夹角：喷孔中心线和碰头几何中心线之间的夹角。

喷孔间距:（A）是指喷头断面上喷孔出口处喷孔中心线与碰头轴线之间的距离。

根据氧枪喷孔出口马赫数M与滞止氧压、出口流速之间的关系，说明如何确定合适的喷孔出口马赫数M。

马赫数的大小决定了氧气流股的出口速度的大小，也就是说决定了氧气流股对熔池的冲击能力的大小。

随着出口马赫数的增大，氧气出口速度相应增大，即氧气射流所具有的冲击力相应增大。

同时较大的马赫数也对应着较大的滞止氧压P0。

从提高熔池的搅拌能力考虑，希望氧气射流具有较大的冲击力，这就需要选用更高的出口马赫数，与此同时，滞止氧压也必须相应提高。

但是，在M>2.0以后随着马赫数增加，出口速度增加并不太多，而相应的滞止氧压P0却要求很高，使得氧气的输送压力太大，在经济上很不合算。

因此应选用合适的喷头出口马赫数，选在2.0左右，出口速度一般达到450~500m/s左右，可以满足冶炼的需要。

如总管氧压允许，可选用2.0以上，但是最大不应大于2.5。

氧枪结构尺寸一定情况下，说明使用的氧压偏离设计氧压时对出口的氧气射流的影响？氧枪喷头喉口直径计算需要确定哪些参数？当喷头的出口马赫数M和设计工况氧压P设确定之后，喷孔的喉口面积主要取决于通过喷孔的氧气流量。

因此喉口直径应该根据氧流量确定；反之，确定了喉口直径也就相当于确定了氧流量。

为什么喷孔的扩张角不宜太大？如果扩过小，出口直径d出一定，则扩张段过长，使得该段的附面层增加，相当于减小了出口直径。

压力损失也增加；如果α扩过大，则会使扩张段过短；气流在某一截面处实际截面膨胀不到该处的喷孔截面积，可能出现流股与管壁脱离的现象，即A气<A孔，这样势必导致流股不稳定，并在管壁附近形成负压区，其后果是喷孔内可能吸进钢渣而烧坏喷孔或因吸进质量比氧气大的物质而损失能量。

多孔喷头有什么特点？变单孔喷头的集中供氧为多孔的分散供氧，在熔池面上形成多个反应区，增大了氧气射流对熔池的冲击面积R冲，有利于加快炉内的物理化学反应，促使熔池内钢液的成分和温度更加均匀。