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1.120t氧气顶吹转炉物料平衡与热平衡计算
1.1原始数据1)铁水成分及温度表1-1铁水成分及温度2)原材料成分表1-2原材料成分3)冶炼钢种及成分表1-3冶炼钢种(Q235)成分4)平均比热容表1-4原料平均比热容5)冷却剂用废钢做冷却剂,其它成分与冶炼钢种成分的中限皆同6)反应热效应(25℃)表1-5铁水中元素氧化放热注数据来源《氧气转炉炼钢原理》(美),密执安大学,冶金工业出版社,1974年,75页7)根据国内同类转炉的实测数据选取1渣中铁珠量为渣量的8%;2金属中碳的氧化,其中90%的碳氧化成CO,10%的碳氧化成CO2;3喷溅铁损为铁水量的1%;4炉气和烟尘量,取炉气平均温度1450℃炉气中自由氧含量为
0.5%烟尘量为铁水量的
1.6%,其中FeO=77%Fe2O3=20%;5炉衬侵蚀量为铁水量的
0.5%;6氧气成分,
98.5%O
2、
1.5%N
21.2物料平衡计算根据铁水成分、原材料质量以及冶炼钢种,采用单渣不留渣操作为了简化计算,以100kg钢铁料为基础进行计算,取废钢比
9.45%1)炉渣量及成分计算炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等1铁水中各元素氧化量表1-6铁水中各元素氧化量注终点钢水据国内同类转炉冶炼Q235钢种的实际数据选取,其中[Si]在碱性氧气转炉炼钢法中,铁水中的硅几乎全部被氧化,随同加入的其它材料而带入的SiO2起进入炉渣中,所以终点钢水硅的含量为痕迹[P]采用低磷铁水操作,炉料中磷约85~95%进入炉渣,本计算采用低磷铁水操作,取铁水中磷的90%进入炉渣,10%留在钢中,则终点钢水含P质量为
0.150×10%=
0.015kg[Mn]终点钢水余锰含量,一般为铁水中锰的含量30~40%,取30%则终点钢水含Mn质量为
0.580×30%=
0.170kg[S]去硫率,一般为30~50%的范围,取40%,则终点钢水含S质量为
0.037×60%=
0.25kg[C]终点钢水含碳量,根据冶炼钢种的含碳量和预估计脱氧剂等增碳量之差,则为终点含碳量本计算取
0.15%铁水中各元素氧化量计算过程如下a:成分%C铁水
4.25×
90.55%=
3.848废钢
0.180×
9.45%=
0.017终点钢水
0.150氧化量
3.848+
0.017-
0.150=
3.715b:成分%Si铁水
0.850×
90.55%=
0.770废钢
0.20×
9.45%=
0.019终点钢水痕迹氧化量
0.770+
0.019-0=
0.789c:成分%Mn铁水
0.580×
90.55%=
0.525废钢
0.520×
9.45%=
0.049终点钢水
0.170氧化量
0.525+
0.049-
0.170=
0.404d:成分%P铁水
0.150×
90.55%=
0.136废钢
0.022×
9.45%=
0.002终点钢水
0.015氧化量
0.136+
0.002-
0.015=
0.123e:成分%S铁水
0.037×
90.55%=
0.034废钢
0.025×
9.45%=
0.002终点钢水
0.025氧化量
0.034+
0.002-
0.025=
0.0112)各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量,见表1-7铁水中各元素氧化产物量1-73造渣剂成分及数量150t氧气顶吹转炉加入造渣剂数量,是根据国内同类转炉有关数据选取a矿石加入量及成分矿石加入量为
1.00/100Kg钢,其成分及重量见表1-8表1-8矿石加入量及其成分S*以[S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应其中生成CaS量为
0.001=
0.002kg消耗CaO量为
0.001=
0.002kg消耗微量氧,忽略之b萤石加入量及成分萤石加入量为
0.5/100kg钢,其成分及重量见表1-9表1-9萤石加入量及成分*P以2[P]+{O2}=P2O5的形式进行反应其中生成P2O5量为
0.0028=
0.007kg消耗氧气量为
0.0028=
0.004kg**S微量,忽略之c炉衬被侵蚀重量及成分炉衬被侵蚀量为
0.50kg/100kg(钢),其成分及重量见表1-10表1-10炉衬被侵蚀重量及成分*被侵蚀的炉衬中碳的氧化,同金属中碳氧化成CO、CO2的比例数相同,即C→CO
0.02590%=
0.053kgC→CO
20.02510%=
0.009kg其氧气消耗量
0.053=
0.030kg
0.009=
0.007kg共消耗氧气量为
0.030+
0.007=
0.037kgd生白云石加入量及成分为了提高转炉炉衬寿命,采用白云石造渣剂,其主要目的是提高炉渣中的MgO含量,降低炉渣对炉衬的侵蚀能力若使渣中MgO含量在
6.00~
8.00%的范围之内,其效果显著经试算后取生白云石加入量为
3.00Kg/100Kg(钢),其成分及重量见表1-11表1-11生白云石加入量及成分*烧减是指生白云石(MgCO3•CaCO3)分解后而产生的气体e炉渣碱度和石灰加入量取终渣碱度R==
3.5首先计算由上述造渣剂以及元素氧化产物而进入炉渣中的SiO2和CaO的重量渣中已存在的质量=铁水中Si氧化成SiO2质量+炉衬带入的SiO2质量+矿石带入的SiO2质量+萤石带入的SiO2质量+白云石带入的SiO2质量=
1.821+
0.010+
0.056+
0.030+
0.014=
1.931kg渣中已存在的量=白云石带入的CaO量+炉衬带入的CaO量+矿石带入的CaO量-铁水中S成渣耗CaO量-矿石中S成渣耗CaO量=
0.925+
0.270+
0.010-
0.014-
0.002=
1.189kg再计算石灰加入量石灰加入量====
6.52kg表1-12石灰成分及质量*S以[S]+CaO=CaS+[O]的形式反应,其中生成(CaS)质量为
0.004=
0.009kg生成氧量为
0.004=
0.002kg消耗(CaO)质量为
0.004=
0.007kg**烧减指未烧透的CaCO3经受热分解后产生的CO2气体质量f终点氧化铁的确定对于低磷铁水,参照国内同类转炉有关数据,取冶炼BD3钢的终渣=15%其中百分含量比w(Fe2O3)/w(FeO)=1/3故w(Fe2O3)=5%wFeO=10%g终渣量及成分表1-13中不计(Fe2O3)、(FeO)在内的炉渣重量为:m(CaO+MgO+SiO2+P2O5+MnO+Al2O3+CaF2+CaS)=
7.136+
0.903+
2.038+
0.316+
0.529+
0.125+
0.445+
0.031=
11.523kg又知=15%则渣中其它成分之和为100%-15%=85%故炉渣重量为kg由此可知mFeO的重量=
13.55710%=
1.356kg其中mFe重量=
1.356mFe2O3的重量=
13.5575%=
0.678kg其中mFe重量=
0.678×=
0.475Kg表1-13炉渣终渣量及成分*
5.931=石灰中mCaO-石灰中S自耗mCaO=
5.940-
0.009=
5.931Kg*****是元素被氧化成氧化铁的重量,其重量是这样计算出来的将其值分别代入表1-
7、1-13内2)矿石、烟尘中铁及氧量假定矿石中∑(FeO质量全部被还原成铁,则矿石带入铁量mFe=
1.00×(
29.40%×+
61.80%×)=
0.661Kg矿石带入氧量mO2=
1.00×(
29.40%×+
61.80%×)=
0.251Kg烟尘带走铁量mFe=
1.60×(77%×+20%×)=
1.182Kg烟尘消耗氧量mO2=
1.60×(77%×+20%×)=
0.370Kg3)炉气成分及重量表1-14中各项的计算:CO的重量=铁水中的C被氧化成CO的重量+炉衬中的C被氧化成CO的重量=
7.803+
0.053=
7.856KgCO2重量=铁水中的C被氧化成CO2的重量+炉衬中的C被氧化成CO2的重量+白云石烧碱的重量+石灰烧碱的重量=
1.364+
0.009+
1.434+
0.289=
3.096Kg表1-14炉气成分及重量SO2的重量=铁水中的S的气化氧化物重量=
0.008kgH2O汽的重量=矿石带入的重量+萤石带入的重量=
0.005+
0.010=
0.015kg*、**是自由氧和氮气的重量它是由表9中炉气的其它成分反复计算出来,即已知氧气成分为
98.50%O
2、
1.50%N2和炉气中自由氧体积比为
0.50%,求自由氧和氮气的体积及重量解设炉气的总体积为X,则X=元素燃烧生成的气体体积和水蒸气的体积+自由氧体积+氮气体积即:X=(
6.285+
1.576+
0.004+
0.019)+
0.50%•X=
8.594+
0.50%•X+(
5.134+
0.50%•X)=
8.594+
0.50%•X+(
0.085+
0.008%•X)整理:X=,故炉气中自由氧体积=
8.723×
0.50%=
0.044炉气中自由氧重量=
0.044×炉气中氮气体积=
0.008%×
8.723+
0.084=
0.0846m3炉气中氮气重量=
0.0846×*炉气的总体积公式中分子括号内数据参考下面氧气消耗项目4)氧气消耗计算消耗和带入氧气的项目元素氧化耗氧重量
7.787kg烟尘中铁氧化耗氧重量
0.370kg炉衬中碳氧化耗氧重量
0.037kg萤石中磷氧化耗氧重量
0.004kg自由氧重量
0.063kg炉气中氮气重量
0.106kg矿石分解带入氧的重量
0.251kg石灰中硫把氧化钙还原出的氧重量为
0.002kg故,氧气实际消耗重量为
7.787+
0.370+
0.037+
0.004+
0.063+
0.106-
0.251-
0.002=
7.461kg换算成体积量=
7.461×=
5.22m3/100kg钢或
52.2m3/t(钢)5)钢水量计算吹损组成项目化学损失(元素氧化)量
6.580kg烟尘中铁损失量
1.182kg渣中铁珠损失量
13.557×8%=
1.080kg喷溅铁损失量
1.000kg矿石带入铁量
0.661kg故,钢水重量(收得率)为:100-(
6.580+
1.182+
1.080+
1.000)+
0.661=
90.82kg6)物料平衡表表1-15物料平衡表计算误差==[
118.98-
118.96/
118.98]×100%=
0.02%
1.3热平衡计算为了简化计算,取冷料入炉温度均为25℃1)热收入项1铁水物理热铁水熔点=1536-(
4.25×
90.55%×100+
0.85×
90.55%×8+
0.58×
90.55%×5+
0.15×
90.55%×30+
0.037×
90.55%×25)-7=1123℃式中
100、
8、
5、
30、25分别为C、Si、Mn、P、S元素增加1%含量降低铁水熔点值℃;7为气体O、H、N共降低铁水熔点值℃;1536℃为纯铁熔点铁水物理热=
90.55×[
0.745×1123-25+218+
0.837×(1250-1123)]=114544KJ2)铁水中各元素氧化放热及成渣热C→CO
3.344×
10949.1=42706KJC→CO
20.372×34521=12842KJSi→SiO
20.789×28314=22340KJMn→MnO
0.404×
7020.3=2836KJFe→FeO
1.055×
5021.2=5297KJFe→Fe2O
30.475×
7340.7=
3486.8KJP→P2O
50.123×
18922.6=
2327.5KJP2O5→4CaO•P2O
50.316×
5020.8=
1586.6KSiO2→2CaO•SiO
22.04×
2071.1=
4225.0KJ共计:
97646.9KJ3)烟尘氧化放热
1.45×(77%××
5021.2+20%××
7340.7)=
5455.7KJ则,热收入总量为:114544+
97646.9+
5455.7=
217646.6KJ[注]对于炉衬中的C和萤石中的P,其氧化放热微量,故忽略之2)热支出项1)钢水物理热钢水熔点=1536-(
0.15×65+
0.17×5+
0.015×30+
0.025×25)-7=1517℃式中
65、
5、
30、25分别为钢中元素C、Mn、P、S增加1%时,钢水熔点降低值℃确定出钢温度过程如下a过热度,连续普碳钢一般在20~40℃,取30℃b吹氩后到中间包开浇5分钟期间的钢液温降,取50℃c吹氩搅拌过程温降,取10℃d出钢后到吹氩前的温降,取11℃e出钢过程温降,一般在40~50℃,取40℃故,出钢温度=钢水熔点+过热度+出钢温度降+出钢搅拌前温降+吹氩搅拌过程温降=1517+30+40+11+50=1658℃那么,钢水物理热=
90.82×[
0.699×(1517-25)+272+
0.837×(1658-1517)]=
139479.5KJ2)炉渣物理热取终点炉渣温度与钢水温度相同,即1658℃故,炉渣物理热=
13.56×[
1.248×(1658-25)+209]=
30469.1KJ3)矿石分解吸热1×(
29.40%×+
61.80%)=
4323.8KJ4)烟尘物理热
1.45×[
0.996×1450-25+209]=
2361.0KJ5)炉气物理热
11.14×[
1.137×1450-25]=
19049.3KJ6)渣中铁珠物理热
1.08×[
0.699×1517-25+272+
0.837]×1658-1517=
1547.6KJ7)喷溅金属物理热
0.91×[
0.699×1517-25+272+
0.837×1658-1517]=
1408.6KJ8)白云石分解吸热取生白云石中的CaCO3在1183K分解,MgCO3在750K分解经过计算,生白云石的分解热效应为
1422.6KJ/kg生白云石,故3kg生白云石分解吸热为3×
1422.6=
4267.8KJ上述各项热支出量为
139497.5+
30469.1+
4323.8+
2361.0+
19049.3+
1547.6+
1408.6+
4267.8=
202906.7KJ9)废钢物理热
9.45×[
0.699×(1517-25)+272+
0.837×(1658-1517)]=
13540.9KJ
(10)其他热损失:吹炼过程炉子热辐射、对流、传导传热、冷却水等带走的热量与炉子大小等因素有关其他热损失为
217646.6-
202906.7-
13540.9=1199KJ
(11)热平衡表表1-16热平衡表热效率==[(
139479.5+
13540.9+
30469.1)/
217646.6]×100%=
84.31%
2.120t氧气顶吹转炉设计
2.1转炉炉型设计1)原始条件炉子平均出钢量120t钢水收得率取
90.82%最大废钢比10%铁水条件采用P08低磷生铁【Si≤
0.85%P≤
0.2%S≤
0.05%】氧枪类型采用四孔拉瓦尔型喷头,设计氧压为
1.0Mpa2)炉型选择根据原始条件采锥球型作为本设计炉型3)炉容比取V/T=
1.034)熔池尺寸的计算(1熔池直径的计算公式确定初期金属装入量G取B=15%则G=确定吹氧时间吨钢耗氧量为
52.2,并取吹氧时间为15min,则供氧强度=取=
1.75则(2熔池深度计算锥球型熔池体积的计算公式为=
0.70—
0.0363其中==
17.84,D=
4.96代入上式得h=
1.29m3熔池其他尺寸确定球冠的弓形高度:炉底球冠曲率半径R=
1.1D=
1.
14.96=
5.456m锥台底面直径D1=5炉帽尺寸的确定1炉口直径:2炉帽倾角取3炉帽高度取,则整个炉帽高度为在炉口处设置水箱式水冷炉口炉帽部分容积为6炉身尺寸确定1炉膛直径(无加厚段)2根据选定的炉容比为
1.03,炉子总容积为3炉身高度4炉型内高7出钢口尺寸的确定1出钢口直径2出钢口衬砖外径3出钢口长度4出钢口倾角取8炉衬厚度确定
(1)炉身工作层700mm炉身填充层100mm炉身永久层115mm炉身炉衬总厚度为700+100+115=915(mm)炉壳内径为m
(2)炉帽工作层600mm炉帽永久层150mm炉帽衬砖厚度为600+150=750mm3炉底工作层600mm炉底永久层底永久层用标准镁砖立砌,一层230mm粘土砖平砌三层65×3=195(mm)炉底衬砖总厚度为600+230+195=1025(mm)故炉壳内型高度为工作层材质全部采用镁碳砖其余部分材质镁砖9炉壳厚度确定炉身部分选70mm厚的钢板,炉帽和炉底部分选用60mm厚的钢板则炉壳转角半径10验算高宽比可见,,符合高宽比的推荐值因此所设计的炉子尺寸基本上是合适的能够保证转炉的正常冶炼进行11砌砖1炉底θ=
14.80b=600mmc=140mm错台=tanθ×140=
36.99mm取37mm估算层数844/140=
6.03取6层第一层2257/2857=ax/ad取ax=150,ad=190K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/190-150=
94.2取94块砖型600×(190/150)×140第二层2257+37)/2857+37=ax/ad取ax=150,ad=189K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/189-150=
96.6取96块砖型600×(189/150)×140第三层2257+37×2)/2857+37×2=ax/ad取ax=151ad=190K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/190-151=
96.6取96块砖型600×(190/151)×140第四层2257+37×3)/2857+37×3=ax/ad取ax=146ad=183K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/183-146=
101.8取101块砖型600×(183/146)×140第五层2257+37×4)/2857+37×4=ax/ad取ax=152ad=190K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/190-152=
99.1取99块砖型600×(190/152)×140第六层2257+37×5)/2857+37×5=ax/ad取ax=146ad=182K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/182-146=
104.6取104块砖型600×(182/146)×140总转数=94+96+96+101+99+104=5902)炉身估算层数3770/150=
25.1取25层b=700c=1502480/2480+700=ax/ad取ax=140ad=180K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/180-140=
94.2取94块砖型700×(180/140)×1503770-25×150=20剩20mm总转数=25×94=23503)炉帽θ=600取c=150mmb=600mm错台=tan(900-θ)×150=73mm估算层数2650mm/150=
17.7层取18层第一层2480-73)/3080-73=ax/ad取ax=144,ad=180K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/180-144=
104.6取104块砖型600×(180/144)×150第二层2480-73×2)/3080-73×2=ax/ad取ax=143,ad=180K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/180-143=
101.8取101块砖型600×(180/143)×150第三层2480-73×3)/3080-73×3=ax/ad取ax=150,ad=190K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/190-150=
94.2取94块砖型600×(190/150)×150第四层2480-73×4)/3080-73×4=ax/ad取ax=149,ad=190K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/190-149=
91.9取91块砖型600×(190/149)×150第五层2480-73×5)/3080-73×5=ax/ad取ax=140,ad=180K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/180-140=
94.2取94块砖型600×(180/140)×150第六层2480-73×6)/3080-73×6=ax/ad取ax=139,ad=180K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/180-139=
91.9取91块砖型600×(180/139)×150第七层2480-73×7)/3080-73×7=ax/ad取ax=138,ad=180K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/180-138=
89.7取89块砖型600×(180/138)×150第八层2480-73×8)/3080-73×8=ax/ad取ax=130,ad=170K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/170-130=
94.2取94块砖型600×(170/130)×150第九层2480-73×9)/3080-73×9=ax/ad取ax=128,ad=170K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/170-128=
89.7取89块砖型600×(170/128)×150第十层2480-73×10)/3080-73×10=ax/ad取ax=134,ad=180K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/180-134=
104.6取104块砖型600×(180/134)×150第十一层2480-73×11)/3080-73×11=ax/ad取ax=125,ad=170K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/170-125=
83.7取83块砖型600×(170/125)×150第十二层2480-73×12)/3080-73×12=ax/ad取ax=131,ad=170K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/170-131=
96.6取96块砖型600×(170/131)×150第十三层2480-73×13)/3080-73×13=ax/ad取ax=122,ad=170K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/170-122=
78.5取78块砖型600×(170/122)×150第十四层2480-73×14)/3080-73×14=ax/ad取ax=119,ad=168K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/168-119=
76.8取76块砖型600×(168/119)×150第十五层2480-73×15)/3080-73×15=ax/ad取ax=122,ad=175K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/175-122=
71.1取71块砖型600×(175/122)×150第十六层2480-73×16)/3080-73×16=ax/ad取ax=103,ad=150K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/150-103=
80.2取80块砖型600×(150/103)×150第十七层2480-73×17)/3080-73×17=ax/ad取ax=101,ad=150K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/150-101=
76.9取76块砖型600×(150/101)×150第十八层2480-73×18)/3080-73×18=ax/ad取ax=99,ad=150K0=2πb/θ=2πb/ad-ax=2×
3.14×600/150-99=
73.8取73块砖型600×(150/99)×150总转数=104+101+94+91+94+91+89+94+89+104+83+96+78+76+71+80+76+73=
15842.2转炉空炉重心计算1炉衬重心以炉壳底为原点
①帽锥圆柱体体积公式为圆柱体重心公式为截锥体体积公式为截锥体重心公式为由以上公式求得V大锥=×3×(++
6.79×
4.234)=
72.83m3 y大锥==
1.272mV小锥=×
2.65×()=
29.17m3 y小锥==
1.027mV柱==
1.556m3 y柱=
2.65+
0.35×=
2.825mV帽=V大锥-V小锥-V柱=
72.
8329.
171.556=
42.104m3
②炉身圆筒V筒=V大柱-V小柱=)=
63.636m3y筒=
2.375+=
4.260m
③炉底V大锥=
28.58m3y大锥=
0.412mV小锥=
14.878m3y小锥=
0.415mV帽=V大锥-V小锥=
28.58-
14.
4.878=
13.702m3=
1.940m
④球冠体球缺体积公式为球缺重心公式为V大球缺==
43.149m3y大球缺==
5.870mV小球缺==
3.315m3y小球缺==
5.160mV球冠=V大球缺-V小球缺=
43.149-
3.315=
39.834m3y球缺=
5.989my球冠=
6.841-
5.989=
0.852mV衬=V帽+V筒+V底锥+V球=
42.104+
63.636+
13.702+
39.834=
159.276m3y衬=(V帽y帽+V筒y筒+V底锥y底+V球冠y球)=
4.072mG衬=
2.8×
159.276=
445.973t2炉壳重心以炉壳底为原点
①炉帽V大锥=×3×(++
6.91×
4.354)=
75.981m3 y大锥==
1.363mV小锥=×
2.65×()=
64.335m3 y小锥==
1.124mV帽=V大锥-V小锥=
75.
98164.335=
11.646m3
②炉身V筒=V大柱-V小柱=)=
5.685m3y筒=
2.375+
1.885=
4.260m
③炉底V大锥=
29.593m3y大锥=
0.412mV小锥=
28.583m3y小锥=
0.412mV帽=V大锥-V小锥=
29.593-
28.583=
1.01m3=
1.939m
④球冠体球缺体积公式为球缺重心公式为V大球缺==
47.036m3y大球缺==
5.891mV小球缺==
43.149m3y小球缺==
5.869mV球冠=V大球缺-V小球缺=
47.036-
43.149=
3.887m3y球缺=
6.135my球冠=
6.901-
6.135=
0.766mV壳=V帽+V筒+V底锥+V球冠=
22.228m3Y壳=(V帽y帽+V筒y筒+V底锥y底+V球冠y球)=
5.937mG壳=
7.8×
22.228=
173.378t3空炉重心Y空炉=(G衬y衬+G壳y壳)=
4.594m4耳轴位置为
4.594+
0.1=
4.694m
3.120t氧气顶吹转炉氧枪设计
3.1喷头设计1原始数据原始数据公称容量120t铁水条件低P主要冶炼钢种低C钢吹氧时间15min吨钢耗氧量
52.2m3/t钢转炉参数炉容比V/T=
1.03熔池直径D熔=4960㎜有效高度H内=8060mm熔池深度h=1290mm2计算氧流量吨钢耗氧量取m3/t钢,吹氧时间取15分,则氧枪氧流量qv=
52.2×120/15=489m3/min3选用喷孔参数喷孔出口马赫数为M=
2.0,采用四孔喷头,喷孔夹角为4设计工况氧压查等熵流表,当M=
2.0时,P/Po=
0.1278,定P膛=
1.3×105Pa则P设=Pa5计算喉口直径每孔氧流量q=qv/4=489/4=
122.3m3/min利用公式q=
1.784CD令CD=
0.9To=290KP设=
10.17×Pa,则
122.3=
1.784×
0.9×求得喉口直径dT=
0.0445m=
44.5mm取喉口长度LT=14㎜6计算d出依据M=
2.0,查等熵流表A出/A喉=
1.688d出=dT×=
45.5×=
57.8㎜7)计算扩张段长度取半锥角为,则扩张段长度L2===80㎜8)收缩段长度取收缩半角为,则α收=,收缩段的长度由作图法确定,L1=80mm
3.2氧枪枪身设计1)原始数据冷却水流量qmw=120t/h冷却水进水速度υj=6m/s冷却水回水速度υp=7m/s冷却水喷头处流速υh=9m/s中心氧管内氧气流速υ0=50m/s吹炼过程中水升温Δt=20℃其中回水温度t2=45℃进水温度t1=25℃枪身外管长Lp=
18.804m枪身中层管长Lj=
19.804m中心氧管长L0=
21.804m180°局部阻损系数ξ=
1.52)中心氧管管径的确定中心氧管管径的公式为管内氧气的工况体积流量中心氧管的内截面积 中心氧管的内径 根据热轧无缝钢管产品目录,选择标准系列产品规格为φ152×6mm的钢管验算氧气在钢管内的实际流速符合要求3)中层套管管径的确定环缝间隙的流通面积 中层管的内径为根据热轧无缝钢管产品目录,选择标准系列产品规格为φ194×5mm的钢管验算实际水速符合要求4外层套管管径的确定出水通道的面积为外管内径为根据热轧无缝钢管产品目录,选择标准系列产品规格为φ245×17mm的钢管验算实际水速符合要求5中层套管下沿至喷头面间隙h见下图的计算该处的间隙面积为又知 ,故 6氧枪总长度和行程确定根据公式氧枪总长为:式中: h1—氧枪最低位置至路口距离,m;h2—炉口至下沿的距离,取
1.212m;h3—炉口下沿至烟道拐点的距离,取
4.401m;h4—烟道拐点至氧枪空的距离,m;h5—为清理结渣和换枪需要的距离,取
0.800m;h6—根据把持器下段要求决定的距离,m;h7—把持器的两个卡座中心线间的距离,m;h8—根据把持器上段要求决定的距离,m氧枪行程为图3-1氧枪长度计算7氧枪热平衡计算冷却水消耗量计算qVqmw,证明前面设计中选择的耗水量是足够的,且也是合适的8氧枪冷却水阻力计算氧枪冷却水系统是由输水管路、软管和氧枪三部分串联而成的冷却水系统最大阻力损失部分是氧枪,大约占阻力损失的80%以上利用氧枪进水管入口和回水管出口两个平面的实际气体柏努力方程式,及其能量平衡关系来确定氧枪冷却水的进水压力设进水管入口为Ⅰ面,回水管出口为Ⅱ面,则式中: pⅠ,pⅡ—进、出口压力,Pa;ZⅠ,ZⅡ—面高度,m;υj,υp—进回水速度,m/s;ρ—水的密度,1000kg/m3;g—重力加速度,m/s2因为ZⅠ≈ZⅡ,υj≈υp,pⅡ≈0,所以pⅠ≈h失1-2,即氧枪冷却水的进水压力近似等于氧枪冷却水的阻力损失其阻力损失为:式中: lj、lp—进、回水管的长度,m;λj、λp—进、回水管的摩擦阻力系数,λj=
0.036,λp=
0.038υj、υp、υh—进、回水管和底部的水速,m/s;ξ—180°局部阻力系数,ξ=
1.5;ρ—水的密度,1000kg/m3;dej,dep—进、回水管的有效直径,也叫当量直径dej=d2-d′1,dep=d3-d′2冷却水进水压力p1=
1573369.223Pa≈16×105Pa
4.参考文献
[1]冯聚和编著.炼钢设计原理.北京:化学工业出版社
2005.
8.
[2]冯聚和.氧气顶吹转炉炼钢.北京冶金工业出版社,
1995.
[3]炼钢工艺及设备.蒋仲乐主编.北京:冶金工业出版社,
2006.
[4]钢铁厂设计原理李传薪冶金工业出版社.
[5]现代转炉炼钢.戴云阁等.沈阳东北大学出版社,
1998.
[6]编写组.炼钢设计参考资料(工艺设计部分).北京冶金工业出版社
1972.
11.
[7]编写组.炼钢设计参考资料(通用资料部分).北京冶金工业出版社
1972.
7.
[8]王雅贞等.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备.北京冶金工业出版社,
2001.
[9]冯捷,张红文.转炉炼钢生产.北京冶金工业出版社,
2006.
[10]陈家祥.钢铁冶金学(炼钢部分).北京化学工业出版社,
1990.
5.附录…………………………………………………
455.1转炉炉型尺寸图…………………………………
465.2转炉炉型砌砖图…………………………………
475.3转炉炉底砌砖图…………………………………
485.4炉底炉身砖型图…………………………………
495.5炉帽砖型图1……………………………………
505.6炉帽砖型图2……………………………………
515.7氧枪与枪身装配图………………………………52成分WCWSiWMnWPWS温度℃含量%
4.
2500.
8500.
5800.
1500.0371250成分%种类石灰矿石萤石白云石炉衬WCaO/%
91.
081.
0030.
8454.00wSiO2/%
1.
665.
616.
000.
462.05wMgO/%
1.
540.
520.
5820.
1637.75wAl2O3/%
1.
221.
100.
780.
741.00wS/%
0.
060.
070.09wP/%
0.55wCaF2/%
90.00wFeO/%
29.40wFe2O3/%
61.80烧减/%
4.
4447.80wH2O/%
0.
502.00wC/%
5.
00100.
00100.
00100.
00100.
00100.00成分WCWSiWMnWPWS含量/%≤
0.17≤
0.
300.35~
0.80≦
0.035≦
0.035项目固态平均比热KJ/(kg•℃)熔化潜热KJ/kg液态或气态平均比热容KJ/(kg•℃)生铁
0.
7452180.837钢
0.
6992720.837炉渣
2091.248炉气
1.137烟尘
0.996209矿石
1.046209反应元素氧化放热KJ/KmolKJ/kg元素元素C+O2=CO
131365.
010949.1CC+O2=CO
2414481.
734521.0CSi+O2=SiO
2795023.
628314.0Si2P+O2=P2O
51172078.
618922.6PMn+O2=MnO
384959.
07020.3MnFe+O2=FeO
266635.
05021.2Fe2Fe+O2=Fe2O
3822156.
07340.7Fe2CaO+SiO2=2CaO•SiO
2124600.
42071.1SiO24CaO+P2O5=4CaO•P2O
5690414.
95020.8P2O5成分项目MCMSiMMnMPMS铁水
4.
2500.
8500.
5800.
1500.037废钢
0.
1800.
200.
5200.
0220.025终点钢水
0.150痕迹
0.
1700.
0150.025氧化量
3.
7150.
7890.
4040.
1230.011元素反应极其产物元素氧化量kg耗氧量kg氧化产物量kg备注C[C]+{O2}={CO}
3.71590%=
3.
3443.344=
4.
4593.344=
7.803C[C]+{O2}={CO2}
3.71510%=
0.
3720.372=
0.
9920.372=
1.364Si[Si]+{O2}=SiO
20.
7890.789=
0.
9020.789=
1.691Mn[Mn]+{O2}=MnO
0.
4040.404=
0.
1180.404=
0.522P2[P]+{O2}=P2O
50.
1230.123=
0.
1590.123=
0.282S[S]+{O2}={SO2}
0.011=
0.
0040.004=
0.
0040.004=
0.008S[S]+CaO=CaS+[O]
0.011-
0.004=
0.
0070.078-=-
0.
0040.007=
0.016-
0.004表示还原出氧量消耗CaO量
0.007×=
0.012Fe[Fe]+{O2}=FeO
1.
0551.055=
0.
3071.356见表1-13Fe2[Fe]+{O2}=Fe2O
30.
4750.475=
0.
2030.678见表1-13共计
6.
5807.140成分m质量kgFe2O
31.00×
61.80%=
0.618FeO
1.00×
29.40%=
0.294SiO
21.00×
5.61%=
0.056Al2O
31.00×
1.10%=
0.011CaO
1.00×
1.00%=
0.010MgO
1.00×
0.50%=
0.005S*
1.00×
0.07%=
0.0007H2O
1.00×
0.50%=
0.005共计
1.000成分m质量,kg成分质量,kgCaF
20.
5090.00%=
0.45P*
0.
500.55%=
0.0028SiO
20.
566.00%=
0.030S**
0.
500.09%=
0.0004Al2O
30.
501.78%=
0.0089H2O
0.
502.00%=
0.010MgO
0.
500.58%=
0.0029共计
0.500成分m质量kg成分m质量kgCaO
0.
5054.00%=
0.270Al2O
30.
501.00%=
0.005MgO
0.
5037.95%=
0.190C*
0.
505.00%=
0.025SiO
20.50%=
0.010共计
0.500成分重量kg成分重量kgCaO
3.00×
30.84%=
0.925SiO
23.
000.46%=
0.014MgO
3.00×
20.16%=
0.605烧减*
3.
0047.80%=
1.434Al2O
33.00×
0.74%=
0.022共计
3.000成分(m)质量kg成分(m)质量kgCaO
6.52×
91.08%=
5.940S*
6.
520.06%=
0.004SiO
26.52×
1.66%=
0.108烧减**
6.
524.44%=
0.289MgO
6.52×
1.54%=
0.100共计
6.520Al2O
36.52×
1.22%=
0.0795成分(m)氧化产物量Kg石灰Kg矿石Kg生白云石Kg炉衬Kg萤石Kg共计Kg组成/%CaO
5.931*
0.
0100.
9250.
2707.
13652.65MgO
0.
1000.
0050.
6050.
1900.
0030.
9036.65SiO
21.
8210.
1080.
0560.
0140.
0100.
0302.
0415.03P2O
50.
3090.
0070.
3162.33MnO
0.
5290.
5293.92Al2O
30.
0780.
0110.
0220.
0050.
0090.
1250.92CaF
20.
4450.
4453.28CaS
0.
0180.
0090.
0020.
0310.22FeO
1.
3561.356**
10.00Fe2O
30.
6780.678***
5.00共计
4.
7116.
2260.
0841.
5660.
4750.
49413.
557100.00成分重量,kg体积,m3%CO
7.
8567.856×=
6.
28578.49CO
23.
0963.096×=
1.
64719.68SO
20.
0080.008×
0.04O
20.
0570.040*
0.50N
20.
1060.0846**
1.05H2O
0.
0150.015×
0.24共计
11.
1388.
007100.00收入支出项目量kg含量%项目重量kg含量%铁水
90.
5576.11钢水
90.
8276.35废钢
9.
457.94炉渣
13.
5611.40石灰
6.
525.48炉气
11.
149.36矿石
1.
000.84烟尘
90.55%×
1.6%=
1.
451.22萤石
0.
500.42铁珠
13.56×8%=
1.
080.91白云石
3.
002.52喷溅
90.55×1%=
0.
910.76炉衬
0.
500.42氧气
7.
466.27总计
118.
98100.00总计
118.
96100.00收入项支出项项目热量KJ含量%项目热量KJ含量%铁水物理热
11454452.63钢水物理热
139479.
564.09元素氧化放热和成渣热
97646.
944.86炉渣物理热
30469.
114.00其中C
5491825.23矿石分解热
4323.
81.99Si
2234010.26烟尘物理热
2361.
01.08Mn
28361.30炉气物理热
19049.
38.75P
2327.
51.07铁珠物理热
1547.
60.71Fe
8783.
84.04喷溅金属物理热
1408.
60.65P2O
51586.
60.73白云石分解热
4267.
81.96SiO
24225.
01.94其它热损失
11990.55烟尘氧化热
5455.
72.51废钢物理热
13540.
96.22共计
217646.
6100.00共计
217646.
6100.00砖号层数规格块数使用部位1#1600×(190/150)×14094炉底2#2600×(189/150)×14096炉底3#3600×(190/151)×14096炉底4#4600×(183/146)×140101炉底5#5600×(190/152)×14099炉底6#6600×(182/146)×140104炉底7#7~31700×(180/140)×1502350炉身8#32600×(180/144)×150104炉帽9#33600×(180/143)×150101炉帽10#34600×(190/150)×15094炉帽11#35600×(190/149)×15091炉帽12#36600×(180/140)×15094炉帽13#37600×(180/139)×15091炉帽14#38600×(180/138)×15089炉帽15#39600×(170/130)×15094炉帽16#40600×(170/128)×15089炉帽17#41600×(180/134)×150104炉帽18#42600×(170/125)×15083炉帽19#43600×(170/131)×15096炉帽20#44600×(170/122)×15078炉帽21#45600×(168/119)×15076炉帽22#46600×(175/122)×15071炉帽23#47600×(150/103)×15080炉帽24#48600×(150/101)×15076炉帽25#49600×(150/99)×15073炉帽。