300吨转炉设计0000

课程设计说明书
题 目：300吨顶底复吹转炉设计说明书 学生姓名：
学 院： 材料科学与工程 系 别： 材料与冶金工程 班 级： 指导教师：
二〇一二年十二月
300t 顶底复吹转炉炉型设计
转炉的设计包括炉型设计、转炉中心及倾动力矩的计算、转炉机构的设计计算。

炉型设计包括确定所设计炉子的公称容量、选择炉型、确定炉型主要设计参数、计算熔池尺寸、整个炉型尺寸。

1 炉型选择
结合中国已建成的转炉的设计经验，在选择炉型时，250-300t 的转炉，采用筒球形炉型，所以本设计采用筒球形[1]。

2转炉主要尺寸参数的确定及计算
2.1 熔池形状及尺寸计算
① 熔池直径：D=K 式中：G — 新炉子金属装入量
t — 吹氧时间（取18min ）
K — 比例系数(取1.5) 确定初期装入量G ：
取B=10﹪ 08.1=η ==ηη1金0.925
B —老炉比新炉多产钢系数
η—金属消耗系数
η金—金属收得率
t 57.308G B
2T
2=⨯=
+η
D = 1.5×
18
57.308 =6.211 m
② 熔池深度h ：
2
3
D
79.0D
046.0+=
金V h
取37m kg =金ρ 3
m 08.447
57.308G
===
金
金ρV
m h 816
.1= 校核：29.0=D h 符合要求[2]。

2.2 炉帽尺寸的计算
① 炉口直径0d
取m
6.30=d [3]
② 帽锥角θ
取 ︒=60θ
③ 炉帽高度 帽H
400~300H =口mm （本设计取400mm ） ()m
261.2t a n d D
2
1H 0=-=
θ锥
m 661.2469.24.0H H H =+=+=锥口帽 ④ 炉帽容积帽V
炉帽体积约为炉熔体积的30%[4]。

m 90%30300V =⨯=帽
2.3 炉身尺寸的确定
① 炉膛直径 D =膛D （炉衬无加厚段的转炉） ② 选取炉容比为 t m /13
炉膛体积 3300m V = ③ 炉身高度
m D V V V D H 479.5/)(4/V 422=--==ππ池帽身身
④ 炉型内高
m 688.10H h =++=身帽内H H
2.4 出钢口尺寸的确定
① 出钢口中心线与水平倾角取 018=β ② 出钢口直径 m
T d T 242.030075.16375.163=⨯+=
+=
③ 出钢口衬砖外径 m d d T st 455.1243.066=⨯== ④ 出钢口长度 m
d L T T 819.1243.05.75.7=⨯==[5]
3 炉衬的组成、材质选择及厚度确定
炉衬一般由永久层和工作层组成。

永久层选用轻质高铝砖侧砌而成。

炉身工作层800mm ，永久层150mm ，填充层100mm ，钢板85mm ，总厚度1135mm;炉帽炉底工作层700mm ，填充层90mm ，钢板75mm ，炉帽永久层115mm ，总厚度980mm;炉底永久层230mm ，炉底填充层195mm ，钢板75mm ， 总厚度11200mm [6]。

m
481.8D m 156.11==总总H
校核：32.1=D H 符合要求。

4 氧枪的设计
氧流量=吨钢耗氧量×出钢量／吹炼时间 本设计采用低磷铁水.取吨钢耗氧量为57m 3／t 吹炼时间为18min
氧流量Q=57×300／18=950m 3／min [7]
4.1选定氧枪的喷孔数
本设计选定的喷孔数为4孔，且为拉瓦尔喷孔，喷孔夹角为12°
出口马赫数为M=2.0。

4.2 设计工况氧压
查等熵流表,当M=2.0时，o p p =0.1278 取P=P 膛=1.5510⨯Pa 工况氧压pa 107.11p p P 5
⨯==
膛设P
4.3 计算喉口直径
每孔氧流量min 5.2374q 3m q v == 利用公式：0
T D
T P A C 784.1q 设
=
取C D =0.9，T 0=290K 。

式中：q —每个喷孔的氧流量（极态）m 3／min At —喉口面积 cm 2
Po —喷头前的氧气压力MPa 取0.79MPa To---喷头前的氧气温度 K 取290K C D --- 喷孔流量系数 4孔喷头 C D =0.9 求得：d T =52mm ， 取喉口长度L T =20mm
4.4 确定喷孔出口直径
当M=2.0时，查等熵流表得喉出A A 688.1=
mm 68A A d d T =⨯
=喉出出
4.5 确定喷孔其他几何尺寸
取喷口喉口的收缩角ɑ收=50o 。

收缩段的作用是将气流从低速（M=0.2马赫）加速到声速。

由于起初的气流速度比较低。

所以从中心氧管到收缩段的精度要求并不高。

收缩段到喉口的过渡平缓和光滑，收缩段入口直径与中心氧管的内径相等。

扩张角ɑ扩=10o 扩张段长度mm 902
a tan 2d d L T =⎪⎪⎭
⎫ ⎝
⎛-=
扩
出扩
4.6 氧枪水冷系统设计
4.6.1 氧枪枪身尺寸确定
氧枪枪身由三层无缝钢管组成，其长度决定于炉子尺寸与工艺布置要求。

枪身各层钢管的直径厚度计算如下： A 、中心钢管直径的确定：
已知氧流量min 3m 950q v =氧气流在中心管内的流速按40-60m/s 考虑（相当马赫数M=2）取50m/s
v 0v q A 工=
min 3m 44.1T p T p q q 00v
v ==标
标工
取中心管内氧气流速为50m/s,则中心管直径为：
m 192.0A 4d 0
1==
π
中心管的厚度及直径根据标准无缝钢管产品规格选定为mm 6203⨯φ[8]
验算氧气在钢管内的实际流速
s m 3.50A q 0
v 0==
工V 符合要求。

B 、中心钢管和外层钢管的直径的确定：
进水速度取7m/s ，出水速度取8m/s ；冷却水在氧枪中上温差控制小于20 o C ；出水温度小于50 o C
对300t 转炉冷却水消耗量取300t/h 的条件下，则： 进出水环缝截面积 j
j v A mw q =
式中 2
j m —环缝的流通面积—A
mw q ——冷却水流量 s /m 3 j V ——冷却水进出速度 2
j
mw 0119.07
3600300q m
V A j =⨯=
=
中心钢管内径为 mm d 237d A
42
1j
2=+=
外
π
选取中层管为 mm 3245⨯Φ[8]。

验算：()
m 8.6191
.0239
.04
3600300
vj 2
2
=-⨯
=
π
符合要求。

C 、外套管：
出水通道面积为：2
3
p
mw p m 0104.083600h
m
300v q A =⨯==
外套管内径为：m 271.0A 4d d p
2
23=-
=
π
外
选取外层钢管为 mm 14299⨯Φ[8]。

验算：()
m 9.7245
.0271
.04
3600300
vp 2
2
=-⨯
=
π
符合要求。

4.6.2 冷却水在铜头底部的流通间隙
由于铜头底部承受的热流量最大，为保证铜头有较高的寿命，故应适当增加冷却水在端头处的流速，若δ为间隙高度，A 为外冷却水层环缝，应使δ>A 或端头处的水流速度为s m 9。

中层套管至下沿至喷头面间隙h 的计算： 该处的间隙面积为 2
3
10
39.13600
960%75%75m V A h
mw h -⨯=⨯⨯
=⨯=δ
又知 2
h
)(22'
+=
d d A h π 解得 mm 9h =
4.6.3 氧枪总长度和行程的确定
8
76543210h h h h h h h h h H ++++++++=
0h ——氧枪伸进金属液的深度，取0.6m
1h ——氧枪最低位置至炉口的距离，取11.66-2.103=9.497m 2h ——炉口至烟罩下沿的距离，取0.5m
3h ——烟罩下沿烟道拐点的距离，取
4m
4h ——烟罩下沿至氧枪插入孔的距离，取5.033m
5h ——为清理结渣和换枪需要的距离，取0.800m 6h ——根据把持器下端要求决定的距离，取0.800m 7h ——把持器的
两个卡座重心之间的距离，取2.3m
8h ——根据把持器上要求决定的距离，取2.103-0.6m
氧枪的行程为
m 43.2054321=++++=h h h h h H m 2.15H =中 m 50.14H =外[9] 4.6.4 氧枪的热平衡计算
根据实际生产实践，转炉在正常吹炼条件下，氧枪单位工作表面在单位时间内吸收的热量，即热负荷为)(10983.0261h m KJ ⋅⨯=δ。

则氧枪每小时吸收的热量，即热流为
F 1δδ=
F ——氧枪外层管的总表面积，2m 。

33l d F '=π
'
3d ——氧枪外层管径，m 3l ——枪身外层管径，m
1δ——氧枪单位表面上每小时吸收的热h m kJ t 2610893.0⨯=δ 冷却水消耗量计算 h
t t t c v /55.100)
2045(10186.45.1429.010983.0)
(36
12=-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
-=
πδ
δ
mw v δδ≤ 证明计算选择耗水量符合要求。

参考文献
[1] 云正宽等编冶金工程设计第3册机电设备与工业炉窑设计冶金工业出版社
北京 2006.06
[2] 郭鸿发等编冶金工程设计第1册设计基础冶金工业出版社北京 2006.06.
[3] 云正宽等编冶金工程设计第2册工艺设计冶金工业出版社北京 2006.06.
[4] 冯聚和等编炼钢设计原理化学工业出版社北京 2005.08.
[5] 潘毓淳等编炼钢设备冶金工业出版社北京 1992.06.
[6] 戴云阁等编现代转炉炼钢东北大学出版社沈阳 1998.12.
[7] 唐谟堂等编火法冶金设备中南大学出版社长沙
[8] 张至贤等编管道施工技术手册中国建筑工业出版社北京 2009.04
[9] 贾凌云等编转炉-连铸工艺设计与程序冶金工业出版社北京 2005.10。