设计一座公称容量350t转炉.doc

辽宁科技学院课程设计 第9页

设计一座公称容量350t地转炉
1.转炉炉型设计
1.1.炉型设计
氧气顶底复吹转炉呈矮胖型,由于底部要吹气体,故应设置喷口,加之公称容量较大,本设计选用转炉炉型为筒球型.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
1.2.主要参数地确定
（1）.炉容比：是指新炉时转炉地炉膛有效容积与公称容量之比.转炉地炉容比一般取0.9～1.05m³/t,本设计取炉容比为0.95m³/t,原因是大炉顶底复吹,可减少喷溅.化渣不利等因素,故选取炉容比较小值.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
（2）.高径比：（高宽比）高径比取值范围在1.35～1.65之间,本设计取1.35,原因是同样地供氧强度,使搅拌更充分.反应更快,可缩短吹氧时间,过小会增加吹氧时间.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
（3）.熔池直径D：熔池处于平静状态时金属液面地直径.
D=
D—熔池直径,m;
K—系数,见表1；
G—新炉金属装入量,t,取公称容量；
t—平均每炉钢纯吹氧时间,min,见表2；
表1 系数K地取值
转炉容量/t
﹤30
30～100
﹥100
注
K
1.85～2.10
1.75～1.85
1.50～1.75
大容量取下限,小容量取上限

表2 平均每炉钢纯吹氧时间
转炉容量/t
﹤30
30～100
﹥100
注
吹氧时间/min
12～16
14～18
16～20
根据不同地冶炼钢种进行取值,本设计取值任意
本设计K取1.5；取20min；G=350t,
D=1.5×=6.27m
(4).熔池深度h：熔池处于平静状态时金属液面到炉底地深度.
V金=G／ρ金=350／6.8=51.5m³
h=(V金+0.046D³)／(0.79D²)
=（51.5+0.046×6.27³）／0.79×6.27 ²
=2.02m
（5）.炉帽尺寸地确定：
①炉口直径d0=0.43D=0.43×6.27=2.70m;取值原因：炉口略大可增加进氧量,促进二次燃烧.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
②炉帽倾角θ：取θ=60 º；取之原因：可增加出钢时钢液深度,防止下渣.
③炉帽高度H缝：H缝=1／2（D－d0）tanθ=1／2(6.27－2.70) tan60 º=3.09m;彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
取H口=400mm,则整个炉帽高度为：H缝+H口=3.09+0.40=3.49m;
炉帽部分容积为：V帽=（π／12）H缝（D ²+Dd0+d0²）+(π／4)d0²H口
=（3.14／12）×3.09×（6.27 ²+6.27×2.70+2.70 ²）+3.14／4×2.70 ²×0.4謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
=51.37+2.29=53.66m ³;
（6）.炉身高尺寸确定：
①炉堂直径D堂=D；
②根据选定地炉容比为0.95,可求出炉子地总容积为
V总=0.95×350=332.5m ³;
V身=V总﹣V池﹣V帽=332.5﹣51.5﹣53.66=227.34m ³；
③炉身高度H身=V身／（πD ²／4）=227.34／30.86=7.37m；
则炉型内高H内=h+H帽+H身=2.02+3.49+7.37=12.88m；
（7）.熔池其他尺寸确定：球冠地弓形高度：
h冠=0.15D=0.15×6.27=0.941m;
炉底球冠地曲率半径：R=0.91D=0.92×6.27=5.71m;
（8）.出钢口尺寸地确定：
①出钢口直径dT===0.26m;
②出钢口衬砖外径dST=6dT=6×0.26=1.56m;
③出钢口长度：LT=7dT=7×0.26=1.82m;
④出钢口倾角β：为了缩短出钢口长度,以利维修和减少钢液二次氧化及热损失,θ一般取15 º～20 º,本设计取β=15 º；厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
1.3、 底部供气构件地设计
（1）.底气用量：底部供给惰性气体,吹炼期供N2,后期改换为氩气,供气强度在0.03 ～0.12m ³／﹙t •min)范围;茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
(2).供气构件：本设计选择砖型供气元件,弥散型透气砖.
2.转炉炉衬设计
2.1.材质地选择
工作层：选具有耐高温.耐渣侵和耐剥落等优良性能地镁碳砖；
永久层：用烧成镁碳砖或高铝砖.
2.2.炉衬地组成和厚度地确定
炉衬一般由永久层,填充层和工作层组成
① 永久层：紧贴炉壳钢板,厚度113～115mm,其作用是保护炉壳钢板,修炉时不拆除.
② 填充层：介于永久层和工作层之间,用焦油镁砂捣打而成,厚度一般80～100mm,作用是减轻工作层受热膨胀是对炉壳钢板地挤压作用.鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
③ 工作层：厚度400～800mm,被侵蚀损坏后（或余厚约100mm左右）就要更换炉衬.

炉帽
永久层厚度：180mm
工作层厚度：650mm
炉身
永久层厚度：115mm
工作层厚度：850mm
炉底
永久层厚度：450mm
工作层厚度：750mm
3.转炉炉体金属构件设计
3.1.炉壳
炉身总厚度=850+115+100=1065mm=1.065m
炉壳内径为D壳内=6.27+1.065×2=8.40m
炉底砖衬厚度=750+450=1200mm=1.20m
故炉壳内型高度H壳内=1.2+12.88=14.08m
炉身部分选75厚地钢板,炉帽和炉底部分选65厚地钢板
则：H总=14080+65=14145mm=14.145m
D壳=8400+2×75=8550mm=8.55m
验算高径比：H总／D壳=14.145／8.55=1.65＞1.35,符合高径比推荐值,因此认为所设计地炉子尺寸基本上是合适地,能够保证转炉地正常冶炼进行.籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
3.2.支承装置
转炉支承装置包括托圈部件,炉体和托圈地连接装置,支持托圈部件地轴承和轴承座.
托圈选取大型转炉部分式焊接托圈
断面形状
断面高度／mm
断面宽度／mm
盖板厚度／mm
腹板厚度／mm
矩形
2500
835
150
70
炉体与托圈地连接选用支撑夹持器,它地基本结构是沿炉壳圆周固接着若干组上.下托架,并用它们夹住托圈地顶面和底部,通过接触面把炉体负荷传给托圈,当炉壳和托圈由于温差而出现不同热变形位移量时,可自由地沿其接触面相对位移.預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
耳轴：转炉和托圈地全部载荷都通过耳轴经轴承座传给地基,故耳轴应有足够地强度和刚度,耳轴选用钢锻件且直径为1200mm.渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
耳轴轴承：选用抗摩擦球面滚柱轴承.
3.3.转炉重心计算
3.3.1.空炉重心计算
（1）.计算方法：将整个转炉按不同地几何形状分解成若干个单元体,分别计算出它们地体积和重心,然后根据合力矩整理进行合成,计算出整个空炉重心位置.铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
（2）.计算步骤：
①建立一个坐标系,把坐标原点设在炉底外壳地表面上,取炉子地垂直中心线为轴,空炉重心分布在轴上,重心地x坐标为零,整个空炉没有对y轴地力矩.擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
②内衬重心地计算：炉帽衬砖可以按照大截锥－小截锥－圆柱体地方式分解
即：V帽衬=V大锥－V小锥－V柱
炉帽衬砖质量为：G帽衬=G大锥－G小锥－G柱
=V大锥ρ大锥－V小锥ρ小锥－V柱ρ柱
=ρ衬（V大锥－V帽）
D帽=（180+650）×2＋d0=4.36m
V大锥=π／12·H帽（D壳内²+D壳内D帽+D帽²）
=π／12×3.49×（8.40 ² +8.40×4.36+4.36 ²）
=115.24m ³
y大锥=h0+H帽／4×（D壳内²+2D帽D壳内+3D帽²）／（D壳内²+D帽²+
D壳内D帽）
=14.145－3.49+3.49／4×（8.4 ²+2×8.4×4.36+3×4.36 ²）／（8.4 ²+4.36 ²+8.4×4.36）贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
=12.04m
y小锥=h0+H缝／4 （D ²+2Dd0+3d0 ²）／(D ²+d0 ²+Dd0)
=14.145－3.49+3.09／4×(6.27 ²+2×6.27×2.7+3×2.7 ²)／（6.27 ²+2.7 ²+6.27×2.7）坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
=11.81m
y柱=h0+h缝+0.5H口=14.145－3.49+3.09+0.5×0.4=13.945m
Y帽衬=（G大锥y大锥－G小锥y小锥－G柱y柱）／G帽衬
=（V大锥y大锥－V小锥y小锥－V柱y柱）／V帽衬
=(115.24×12.04－51.37×11.81－2.29×13.945) ／(115.24－53.66)蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
=12.16m
G球冠衬=G大冠-G小冠
=
=
V大冠=
=
=89.19m
V小冠=
Y大冠=0.065+
Y小冠=
Y球冠衬=（G大冠Y大冠-G小冠Y小冠）/G球冠衬
=（V大冠Y大冠-V小冠Y小冠）/V球冠衬
=（89.19×1.64－15×2.44）/（89.19－15）
=1.48m
Y衬=(G帽衬y帽衬+G柱衬y柱衬+G球冠衬y球冠) ／G衬
=（V帽衬Y帽衬+V柱衬Y柱衬+V球冠衬Y球冠）／V衬
V柱衬=π／4×8.449×（8.4 ²－6.27 ²）=207.245m ³
V球冠衬=V大冠－V小冠=89.19－15=74.19m ³
Y衬=（61.58×12.16+207.245×6.431+74.19×1.48）／（61.58+74.19+207.245）買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
=6.39m
④ 外壳重心计算
V帽壳=V大壳－V小壳
炉帽壳质量为：G帽壳=G大壳－G小壳
=V大壳ρ大壳－V小壳ρ小壳
=ρ钢（V大壳－V小壳）
V大壳=π／12×H帽（D壳²+D壳d壳+d壳²） d壳=D帽+0.065×2=4.49m
=3.14／12×3.49×（8.55 ²+8.55×4.49+4.49 ²）
=120.23m ³
V小壳=V大锥=115.23m ³
Y帽壳=（G大壳y大壳－G小壳y小壳）／G帽壳
y小壳=y大锥=12.04m
y大壳=h0+H帽／4（D壳+2D壳d壳+3d壳²）／（D壳²+d壳²+D壳d壳）
=14.145－3.49+3.49／4×(8.55 ²+2×8.55×4.49+3×4.49²)／(8.55 ²+4.49²+4.49×8.55)綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
=12.05m
Y帽壳=（V大壳y大壳－V小壳y小壳）／V帽壳
=（120.23×12.05－115.24×12.04）／（120.23－115.24）
=12.28m
Y柱壳=Y柱衬=6.431m
G球冠壳=G大壳-G小壳=
V大壳=
=95.36m3
V小壳=V大冠=89.19m3
Y大壳=
Y小壳=Y大冠=1.64m
Y球冠壳=（G大壳Y大壳-G小壳Y小壳）/G球冠壳
=（V大壳Y大壳-V小壳Y小壳）/V球冠壳
=（95.36×1.6－89.19×1.64）/（95.36－89.19）
=1.02m
y壳=(G帽壳Y帽壳+G柱壳Y柱壳+G球冠壳Y球冠壳) ／G壳
=(V帽壳Y帽壳+V柱壳Y柱壳+V球冠壳Y球冠壳) ／V壳
V柱壳=π／4×8.449×（8.55²－8.4²）=16.86m³
V球冠壳=V大壳-V小壳=95.36－89.19=6.17m3
y壳=[(120.23－115.24) ×12.28＋16.86×6.431+6.17×1.02] ／(120.23－115.24+16.86+6.17)驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
=6.28m
y=(G衬y衬+G壳y壳) ／(G衬+G壳)
=(V衬ρ衬y衬+V壳ρ壳y壳) ／(V衬ρ衬+V壳ρ壳)
=（4343.015×2.9×6.39+28.02×7.8×6.28）／（343.015×2.9+28.02×7.8）猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
=6.37m
故空炉重心在炉中心线高6.37m处.故根据经验值预设耳轴位置应在空炉重心100mm之内以上,本设计选100mm,即耳轴位置选为高6.47m锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。

3.3.2.铁水重心计算
铁水可分解为圆柱和球冠体两部分
Y圆柱=炉底厚度+h冠+1／2(h－h冠)
=1.265+0.941+1／2(2.02－0.941)
=2.75m
Y球冠=炉底厚度+D/2×3/8=1.265+1.176=2.44m
V圆柱=（π／4）（h－h冠）·D²
=（π／4）(2.02－0.941) ×6.27²
=33.30m³
V球冠=15.00m³
y铁=(G圆柱y圆柱+G球冠Y球冠) ／G铁
=(V圆柱y圆柱+V球冠y球冠) ／V铁
=（33.3×2.75+15.00×2.44）／（33.3+15.00）
=2.65m
y总=(G铁y铁+G衬y衬+G壳y壳) ／(G铁+G衬+G壳)
=(V铁ρ铁y铁+V衬ρ衬y衬+V壳ρ壳y壳) ／(V铁ρ铁+V衬ρ衬+V壳ρ壳)
=（48.30×6.8×2.65+343.015×2.9×6.39+28.02×7.8×6.28）／（48.30×6.8+343.015×2.9+28.02×7.8）構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
=5.58m
3.4.倾动装置
倾动装置选用全悬挂式：结构紧凑,质量轻,占地面积小,运转安全可靠,工作性能好.
4.转炉氧枪设计及相关参数计算
4.1.氧流量计算
氧流量qV:指单位时间通过氧枪地氧量,m ³／min.
氧流量=（吨钢耗氧量×岀钢量）／吹氧时间
对普通铁水,每吨钢耗氧量为50 ~57m ³／t,对于高磷铁水,每吨钢耗氧量为62 ~69m ³／t.輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
4.2.喷头孔数
中小型孔数大部分使用三孔喷头,大中型转炉也有使用四孔以上喷头地.
4.3.理论计算氧压及喷头出口马赫数M
马赫数和出口速度.滞止氧压之间关系
M
T出／K
α出／（m／s）
v出／（m／s）
P0／MPa
1.5
2.0
2.5
3.0
200
161
129
104
270
242
216
195
405
485
542
582
0.371
0.790
1.726
3.711
4.4.350t转炉氧枪喷头尺寸计算
（1）.计算氧流量
取每吨钢耗氧量为57m ³／min,春吹氧时间为20min,岀钢量取公称容量350t
则： Q=（每吨钢耗氧量×岀钢量）／吹氧时间
=（57×350）／20
=997.5m ³／t
(2).出口马赫数与喷孔数
选取马赫数M=2.0 喷孔数选为五孔喷头.
（3）.工况氧压
根据等熵流表,当M=2.0时,喷口滞止氧压为：
P0=0.101／0.1278=0.790MPa
取工况氧压近似等于滞止氧压.

（4）.喉口直径
根据等熵流动导出地喷管流量公式：
氧气质量流量
qm={（K／R）·[2／(K+1)](K+1) ／(K－1)} ½ (ATP0) ／T0 ½
K—比热比,双原子气体K=1.4；
R—气体常数,氧气R=259.78J／(kg·K)；
P0—氧气地滞止压力,Pa；
AT—喉口面积,m ²；
将K=1.4 R=259.78J／(kg·K) P0=0.790MPa T0=300K代入公式：尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
997.5／5=1.784×（AT·0.790×106）／300 ½ ①
AT=0.25πdT ² ②识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。
将②代入①得：dT=55.9mm
(5).喷孔出口直径
查等熵流表得：A／A0=1.688
则A出=(A／A0) ·AT d出=
d出=·dT=×55.9=72.36mm
(6).喷孔扩张段长度
扩张半角在4º~6º,可保证气流不脱离孔壁,本设计选用6º.则扩张段长度为
L扩=（d出－dT）／（2tanα）=(72.63－55.9) ／[2tan(6º)]=79.67mm凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。
(7).喷孔喉口直线段长度
取喉口长度LT=20mm
(8).喷孔收缩段长度与其进口直径
却收缩角α收=60º,则收缩半角为30º；
收缩段长度由作图法确定 L收=
（9）.喷孔倾角β
按经验喷头倾角β=12.8º~15.4º为宜,综合考虑取β=12.8º.（10）.喷头与喷孔中心分布圆直径恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
4.5.350t转炉氧枪枪身尺寸计算
（1）.中心氧管管径：v0取值在40~50m／s,本设计取v0=50m／s,
计算公式：A0=qv工／v0
qv工=P标／P0·T0／T标·qv
P标—标准大气压,1kgf∕cm²；
P0—管内氧气地实际压力,kgf／cm²,用P≈p0；
T标—标准温度,273K；
T0—管内氧气地实际温度,K；
A0—中心氧管地内截面积,m²；
qv工—管内氧气地工况体积流量,m³／s；
v0—管内氧气地流速,m／s.
qv工=(1.01325×105×300×997.5) ／(7.9×105×273)
=140.59m³／min=2.34m³／s
d1====0.244m=244mm
中心氧管壁厚取：6mm, d1′=244+2×6=256mm≈260mm
（2）.中外层钢管管径
计算公式： Aj=qvW／vj
Aj=[π(d22－d1′2)] ／4
Aj—内套间隙面积,m²；
qvW—冷却水流量,m³／s；
vj—冷却水进水速度,一般为5~6m／s,本设计取6 m／s.

转炉容量／t
30
50
120
150
200
250
300
qvW／(m³／h)
60
70
120
150
200
250
250 ~ 300

d2==0.289m=289mm
中层套管壁厚选5mm, d2′=289+2×5=299mm≈300mm
AP=qvW／vP d3=
AP—外套间隙面积；
vP—回水速度,一般取6 ~7m／s,本设计取7m／s.
d3=0.323m=323mm
外层套管壁厚选10mm,d3′=323+10×2=343mm≈350mm