40200吨转炉炉型设计计算

第二部分200吨转炉炉型设计计算(一)转炉炉型及主要参数一、转炉三种炉型介绍转炉炉型应能适应炉内钢液、溶渣和高温气的循环运动规律，达到反应快、喷溅少和炉龄高等目的。内型应与残余炉衬的轮廓接近，以利减少炉衬的局部侵蚀和降低耐火材料的消耗，此外还要容易砌筑。目前，氧气顶吹转炉金属熔池形状可分为三种炉型：1.筒球形炉型这种炉子形状简单、砌砖方便、炉壳容易制造。球形底可使散热面积小，倒渣时炉底形成拱顶而强度相对要大。球底熔池的形状接近金属液的循环轨迹。.常用于≧50吨的炉子。2.锥球形炉型这种炉子的熔池形状更符合钢流循环的要求，且与筒球形相比，当熔池深度相同时，熔池直径与反应而积均可稍大而有利于去磷反应的进行(见式2-6和式2-6)。常用于20~80吨的炉子。3.截锥形炉型熔池循环有死角，故适用于≦30吨的炉子。这种倒圆台的炉底比球形炉底易于砌筑.二.炉子各部分主要尺寸参数的确定和计算转沪的主要尺寸如[4]254图23一1所示.下面分五个部分进行讨论(I)熔池部分1.熔池直径的计算D=K/Gt式中：G——新炉金属料装入量，T（由原始条件给出）t——吹氧时间，minK——系数30吨炉子K=1.85~2.1系数30吨炉子K=2.0~2.3t=33min´´前期出钢量[T]加废钢后耗氧量[Nm/T]供养强度[Nm/T]G[T]由表1-21可求“加废钢后每吨钢水耗氧量”=氧[kg]钢水[kg]×1000[Tkg]×332[kg]22.4[Nm]供氧强度可参表2—1，计算后，供养时间应符合表2—2的范围。参表2—1转炉供氧强度[Nm3/T·min]参数表厂名唐钢天津二钢首钢上海一厂太钢二炼全钢武钢二炼公称容量5153030505050喷头孔数单孔三孔三孔三孔三孔三孔三孔供氧强度4~6.53.5~3.83.4~3.63.4~3.02.75~3.12.75~3.12.85~3.3续表2—1厂名樊纲鞍钢（西德）萨尔茨吉特（日）加古川（意）塔兰托宝钢公称容量120150200250300300喷头孔数三孔三孔三孔三孔三孔三孔供氧强度2.52.4542.63~4.4表2—2转炉供氧时间参数表公称容量5050~80120供氧时间(min)12~1616~1814~202.金属熔池体积和熔池深度的计算①当取铁水密度ρ=6.8[T/m3]时则金属熔池体积V金属=G[T]×0.147[T/m3]②锥球形熔池深度h=320.0363D0.7D+金属V(m)③筒球形熔池深度h=320.046D0.79D+金属V(m)由：比较式2—6与式2—7可知，当深度两者相同时，锥球形熔池直径稍大而可扩大熔池的渣钢反应界面有利于去磷的反应。两种熔池相应尺寸见图2—1所示图2—1锥球形熔池（a）和筒形熔池（b）的示意图3.熔池深度的核算由[7]，对顶吹转炉要求有合适的熔池穿透比：表2—3熔池穿透比参数表h/h穿单孔喷头三孔喷头0.4~0.70.25~0.4(b)h’=R-hhDR=1.1Dh’(a)b=0.895Dh’=0.090Dh’DR=1.1D4.熔池穿透深度的三种计算式(结果近似可选用)①试算式h穿=[13(2.93.440h]/10[]dHPmmr-+锥穿设喉[（）[7]692-28式中：ρ=6.8[g/cm3]最高枪位H高=4.33d出·P0=35d出[mm][7]最佳枪位H佳=3.1d出·P0=25d出[mm]或H*=1.4H佳②三孔喷头单孔穿透式=d出·V单孔/(H佳+h穿)12[]mm其中：V单孔—[Nm3/S〕;其余参数的单位与试算式同。(参西安冶院编的炼钢设计参考资料)解：令x=，则x2=h穿可得一般式x3+ax2+bx+c=0(x有三个根)以x=y-3a代入则可得Y2+py+q=0(由y：即可得根x：=12h穿)∴y1=232333223223()()()()qqqqqq-+++--+=12h穿(参四川矿业学院编的数学手册第13页)式中：q=V单孔[mm·Nm/S]P=H佳=25d出[mm]V单孔=32422/]mcm-单孔流量[Nm/S]单孔出口面积[cm][10=3224(/4)[]10dcmp-出供氧强度[Nm/Tmin]G[T]/3[孔]60[S]③近似计种式（参[4]15(2—7)式）h穿=40·0.50.60.4[]/1.625pdr´0出(Ⅱ)炉帽部分（参[4]254图23—1）1、炉口炉口小有利于出钢不留渣可防回磷，也可减少炉口辐射损失和防喷，但要便于加废钢，兑铁水和补炉等操作。炉口尺寸与熔池直径之比为d/D=0.43~0.53炉口上部有柱形段高约300~400mm，可防炉口耐火材料因耗损而迅速扩大炉口尺寸。炉口外部有水冷炉圈(参图或[4]257图23-3和图23-2)可易于清除炉口上的结渣。2.炉帽倾角当炉帽高度一定时，增大倾角θ则炉子容积扩大。倾角小时则耐火材料成悬臂型负荷而容易使炉帽倾塌。一般倾角θ=55°~700°，大炉取下限。当耐火材料弧度高时可取θ=60°士3°3.炉帽高度H帽=12（D-d）tgθ（300~400)=H帽′+（300~400)〔mm〕(2一20)式中：300~400mrn为炉口上端柱形段的高度4.炉帽容积V帽=0.262H帽′（D2-d-D·d)+0.785d2(0.3一0.4)[m3](2一21)(Ⅲ)炉身部分1.炉身高度H身=2(1/4)pG身V(2一22)式中:炉身容积V身，由炉容比(V/T)确定，为转炉有效容积和公称容量的比值。转炉有效容积V=V金属+V身+V帽(参[4]图23一1)(2一23)2.炉熔比一般(V/T)=0.85~0.95(参附表)(2一24)当铁水中[Si、P、S]高，铁水比大，并用矿石作冷却剂，或提高供氧强度均要求相应增大炉熔比，这样可以容纳较多的渣量和顺利地排出CO炉气而防止喷溅和过度冲刷炉衬。3.出钢口取出钢口在炉帽与炉身的交界处([5]492)，有利于在出尽钢水的同时可少下渣而减少回磷，出钢口直径应保证出钢时间在3~6分钟左右。过小则出钢时间长使钢水降温大，且钢流冲力小不利混匀铁合金。过大则钢流易发展而氧化并加大下渣量影响回磷，缩短出钢口和长度可减少热损失便于维修。出钢口的水平倾角一般在0~30°之间出钢口直径可由经验式确定：d出钢口=631.75+[cm](2-25)T一一炉子容量[T](N)沪衬材质的选择，组成和厚度的确定我国目前炉衬砖主要有焦油白云石砖和焦油镁砂、砖两种。它们的耐火度都在2000℃以上，并有良好的抗碱性渣的能力。炉衬的组成可分为:工作层、填料层和永久层。分述如下:1.永久层用以保护钢板，用一层镁砖侧砌，厚约113~115:mm。炉底永久层为345mm([4]51)。2.填料层可减轻工作层在受热膨胀时对钢板的挤压作用，并可便于拆炉和调整炉容比，厚度86~175mm。3工作层厚度400~800mm,炉底350~600mrn,炉帽工作层由于使用三孔喷枪后，喷溅高度下移，因此可比炉身工作层稍薄，约为炉身工作层的86%。表2—4我国部分转炉炉衬厚度（mm）设计参考数据公称容量（T）炉帽工作层炉身永久层填料层工作层炉底工作层炉底厚度球形≦30400~60060~11540~60550~600400730≧50450~60011560~80550~700500~600900~10504416~(Ⅴ)炉子外形尺寸的宽度比（H总/D壳）（参[4]254图23—1）炉子高宽比大则增加转炉的倾翻力矩，并使厂房高度随之增加。但可减少炉子的喷溅，炉子高宽比小则增加熔池的反应面积。表2—5我国推荐的转炉高宽比和炉壳厚度公称容量（T）≦3050~80120~150300高宽比1.5~1.61.4~1.51.3~1.41.488炉壳厚3255~7070~8080~90（二)炉型设计计计算以175吨氧气顶吹转炉设计：一、原始条件1.炉子前期平均出钢量为175吨钢水(前三炉除外)。钢水收得率在90%左右（也可由“加废钢后物料平衡”表中选取)，则新炉金属装入量G=15%)*0.92(2200*21B22T=202（T）。2.原料用平炉生铁P08(参[2]101)或给定条件(参表1一1)，冷却剂为矿石和废钢。3.氧枪用四孔拉瓦尔型喷咀，设计氧压P。取1.0MPa。二、熔池尺寸计算1.熔池直径计算据生产炉的情况选用供氧时间为t=14min，则供氧强度：07.41457吹氧时间吨钢耗氧量供氧强度Nm3/T·min每吨钢水的耗氧量57m3/t低磷铁水时为50~57[Nm3/T]左右，高磷铁水时在62~69[Nm3/T]左右。具体计算如下：由式（2—3）可求“加废钢后每吨钢水耗氧量”=kg91.9146.7kg×1000[㎏/T]×322.4[]32[]Nm㎏=57[Nm3/T].因此可得熔池直径D=K/Gt=1.57×14202=5.96m2.熔池深度的计算选用筒球形熔池时h=320.046D0.79D+金属V=235.960.7996.5046.07.29=1.405m式中：V金=G[T]/6.8[m3/T]=202/6.8=29.7m3球冠的拱形高度h1=0.15D=0.15*5.96=0.894m炉底球冠曲率半径R=0.91D=0.91*5.96=5.414m三、炉帽尺寸计算1、取炉口直径与炉膛直径之比d/D=0.48（动范围为0.43~0.53)则可得直径d=5.96×0.48=2.86m2、炉帽角为为64°(一般为60士3°)3、炉帽高度计算H帽=21（D-d）tanθ=21×(5.96-2.86)×tan64°=3.18m4、炉帽容积计算V帽=12×3.18(D-d)tanθ×(22DdDd)+24d×0.4[m3]=12×3.18(5.96-2.86)×tan64°×(5.962+5.96×2.86+2.862）+4×2.862×0.4=48.4[m3]四、出钢口尺寸计算由经验式出钢口直径d出钢=631.75T+[cm]=20075.163=20cm=0.2m出钢口衬砖外径dST=6d出钢=1.2m出钢口长度LT=7d出钢=1.4m由附表取水平倾角Φ为18°五、炉子内型高度的计算根据铁水成分，铁水比90.3%和渣量8.07%的条件(表1一1和表1—22)，并参附，选用炉容比(V/T)=1.05，则新炉时炉膛有效容积V=G[T]×V/T=200×1.05=210[m3]。因此可得：炉身容积V身=V一(V金+V帽)=210一(29.7+48.35)=131.95[m3]炉身高度H身=296.5495.131=4.73m炉型内高H内=h十H身十H帽=1.405+3.58+4.73=9.715m六、炉衬厚度的选定炉衬工作层选700mm，填充层100mm，永久层115mm总厚度为700+100十115=915[mm]炉壳内径为：5.96+0.915×2=7.5[m]=7.79m炉帽和炉底工作层均选600mm,炉衬砖用焦油白砖振动成型的大砖。炉底永久层用标准煤粉砖立砌一层230mm，粘土石云平砌三层65×3=195mm。炉底总厚度为：600+230+195=1025[mm]炉壳内型总高H总=9.715+1.025=10.74m七、炉子高宽比的确定取炉壳的高宽比H/D=27577906510740=1.361.3故符合设计要求