60吨转炉设计

一 转炉计算

炉型设计

1. 原始条件

炉子平均出钢量为60吨，钢水收得率取90%，铁水比取90.5%，采用废钢矿石法冷却。铁水采用P08低磷生铁[w(si)≤0.85% w(p)≤0.2% w(s)≤0.05%]； 氧枪采用三孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为1.0Mpa

2. 炉型选择

根据原始条件采用锥球型作为本设计炉型。 3. 炉容比

取V/T=1)(/3钢t m 4. 熔池尺寸的计算

1) 熔池直径的计算公式 t

G K

D = (1) 确定初期金属装入量G ：取B=15%则 G=

）

（金t B T 6290.01

%182602122=?+?=?+η ）

（金

金312.98

.662

m G V ==

=

ρ (1) 确定吹氧时间：

根据生产实践，吨钢耗氧量，一般低磷铁水约为50～57)(/3钢t m ，高磷铁水约为62～69)(/3钢t m ，本设计采用低磷铁水，取吨钢耗氧量为57)(/3钢t m 。并取吹氧时间为15min ，则 供氧强度=

min)]/([8.315

57

3?==t m 吹氧时间吨钢耗氧量

取K =1.80则 )(660.315

62

80

.1m D == 2) 熔池深度计算

锥球型熔池深度的计算公式为

)(162.166

.37.066.30363.01.970.00363.02

32

3

m D D V h =??+=+=

金 确定D =3.66m, h =1.162m

3) 熔池其他尺寸确定 (1) 球冠的弓形高度:

)(3294.066.309.009.01m D h =?==

(2) 炉底球冠曲率半径：

)(026.466.31.11.1m D R =?==

（3） m D h 3294.09.01== 5. 炉帽尺寸的确定 1) 炉口直径 0d :

()m D d 90.166.352.052.00=?==

2) 炉帽倾角θ：

取067=θ

3) 炉帽高度帽H

)(07.267tan )9.166.3(2

1

tan 2100m d D H =-=-=θ）

（锥 取mm H 380=口，则整个炉帽高度为： ）（口锥帽m H H H 45.238.007.2=+=+= 在炉口处设置水箱式水冷炉口

炉帽部分容积为：

口

锥帽）（H d d Dd D H V 2020024

12

π

π

+

++=

)06.1438.09.14

)9.19.166.366.3(07.212

3222m =??+

+?+??=

π

π

6. 炉身尺寸确定

1) 炉膛直径D D =膛=3.66m （无加厚段） 2) 根据选定的炉容比为1，可求出炉子总容积为

）

（容360601m V =?= ）

（帽池总身382.3606.1412.960m V V V V =--=--=

3) 炉身高度

)(50.366.34

82

.364

2

2

m D V H =?=

?=

π

π

身

身

4) 炉型内高

）（身帽内m H H h H 112.750.345.2162.1=++=++= 由

97.166

.3112

.7H ==

膛

内H 知符合2.2—1.85范围 7. 出钢口尺寸的确定

1) 出钢口直径)(13.0)(136075.16375.163m cm T d T =≈?+=+= 2) 出钢口衬砖外径)(78.013.066m d d T ST =?== 3) 出钢口长度)(91.013.077m d L T T =?== 4) 出钢口倾角β：取015=β

8. 炉衬厚度确定

炉身工作层选600mm,永久层115mm,填充层90mm,总厚度为600+115+90=805（mm ）

炉壳内径为27.52805.066.3=?+=壳内D

炉帽工作层500mm ，炉底工作层选550mm,炉帽永久层为150mm,炉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 ）,则炉底衬砖总厚度为550+230+195=975（mm ）,故炉壳内形高度为)087.8975.112.7m H （壳内=+=，工作层材质全部采用镁碳砖。

9. 炉壳厚度确定

炉身部分选60mm 厚的钢板，炉帽和炉底部分选用55mm 厚的钢板。则 )(8142558087mm H =+=总 )(53906025270mm D =?+=壳

炉壳转角半径 )4909755.05.0)

(800321mm SR mm SR SR （底=?====δ

10. 验算高宽比

51.15390

8142

==

壳

总D H

可见，

3.1?壳

总

D H ，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。

二．氧枪设计

2.1喷头设计

1. 原始数据

转炉公称容量60吨，低磷铁水，冶炼钢种以低碳钢为主。

转炉参数，炉容比V/T ＝1,熔池直径D ＝3660mm,有效高度H 内＝7112mm, 熔池深度h ＝1162mm 。

2. 计算氧流量

取吨钢耗氧量57m 3,吹氧时间15min,则氧流量 ()

m i n /22815/60573m q v =?=

3. 选用喷孔

出口马赫数为M ＝2.0 ,采用三孔喷头,喷孔夹角为10°。 4. 设计工况氧压

查等熵流表，当M ＝2.0时0，Pa P P P 50103.1,1278.0/?==膛定，则

()pa p p p p 55

01017.101278

.0103.1?=?==膛

设

5. 计算喉口直径

每孔氧流量 m i n /3763/2283m q q v === 利用公式,

1017.10,290,90.0,784.1500

Pa p K T C T p A C q D T D

?====设设

令则

290

41017.1090.0784.1765

2?????

?=t d π

求得mm m d T 32032.0==，取喉口长度mm L T 10=。 6. 计算d 出

依据M ＝2.0，查等熵流表 688.1=喉出A A

()mm A A d d T 42688.1320=?=?=出

7. 计算扩张段长度

取半锥角为50，则扩张段长度 ()

()mm d d L T 575

tan 232

422tan 20

2=-=

?

??

? ??-=

扩出α 8. 收缩段长度

取.643060100mm L ＝=法确定，，收缩段的长度由作图，则收缩半角为收α 2.2氧枪枪身设计

1. 原始数据

冷却水流量,/150h t q w m =冷却水进水速度s m v j /5=，冷却水回水速度

s m v p /6=，冷却水喷头处流速s m v h /7=，中心氧管内氧气流速s m v /500=，吹炼过程中水温升C t 025=?，其中回水温度C t 0245=，进水温度C t 0120=；枪身外管长,5.14m L p =枪身中层管长,0.15m L j =中心氧管长,5.150m L =1800局部阻损系数5.1=ξ。

2. 中心氧管管颈的确定 1) 中心氧管管颈的公式为:

0v qv A 工

=

2) 管内氧气的工矿体积流量:

()()

s m m T p T p qv qv /40.0min /8.23273

1017.102901012283

35

500

==?????==标标工

3) 中心氧管的内截面积: ()20008.050

40.0m A ==

4) 中心氧管的内径:

()m A d 101

.040

1=?=

π

5) 根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为mm mm 5108?Φ的

钢管验算氧气在钢管内的实际流速:

()s m A qv v /53)098.0(4

40

.020

0=?==

π工 符合要求。

3. 中层套管管径的确定 1) 环缝间隙的流通面积:

()

20083.03600

5150

m v q A j

m j w =?=

=

2) 中层管的内径为:

()

()()()

mm m A d d j

149149.00083.04108.0422'1

2==?+=

+

=

π

π

根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为mm mm 5.4159?Φ的钢管。

3) 验算实际水速 :

[]

()s m v j /90.4)108.0()150.0(4

3600150

2

2=-??=π

符合要求。

4. 外层套管管径的确定 1) 出水通道的面积:

ph A =

p

m v q w =

3600

6150

?=0.00694()

2m

2) 外管内径为：

()π

p

A d d 42

2

3+

'=

=

()()()mm m 184184.000694.04159.02==?+π

根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为 mm mm 0.6194?Φ的

钢管。

3) 验算实际水速:

()()

[]

()s m v p /76.6159.0182.04

3600150

2

2=-??=π

符合要求。

5. 中层套管下沿至喷头面间隙h 的计算 该处的间隙面积为:

h

m h v q A w ?

=%75=()

20045.03600

7150

%75m =??

又知 ()2

2

2h d d A h '+=

π，

故 ()2

22d d A h h '+=

π=()()()mm m 3.90093

.015.0159.00045

.02==+??π 6. 氧枪总长度和行程确定

1) 根据公式氧枪总长为：

()m h h h h h h h h H 145.14457

.0502.0538.08.0713.0403.4212.1520.58

7654321=+++++++=+++++++=枪

式中：

1h —氧枪最低位置至炉口距离；

2h —炉口至烟罩下沿的距离，取1.121m ；

3h —烟罩下沿至烟道拐点的距离，取4.403m ； 4h —烟道拐点至氧枪孔的距离；

5h —为清理结渣和换枪需要的距离，取0.800m ； 6h —根据把持器下段要求决定的距离； 7h —把持器的两个卡座中心线间的距离； 8h —根据把持器上段要求决定的距离。 2) 氧枪行程

为:)(648.128.0713.0403.4212.1520.554321m h h h h h H =++++=++++=行

7. 氧枪热平衡计算 冷却水消耗量的计算:

()

12t t c q q v -=

()()

h m h m /150/76.103)

2545(10186.45.14194.010983.0333

6<=-??????π＝

w

m v q q <，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，大约占总阻力损失的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的柏努力方程式，即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:

212

002112

2-+?+?+=?++失h v g Z P v g Z P P

j

ρρρρ

式中:

01,P P —进、出口压力，Pa; 01,Z Z —Ⅰ

-Ⅱ面高度，m; P v v ,1—进、出水速度，m/s;

ρ—水的密度，（1000㎏/m 3）;

g —重力加速度，m/s 2.

因为Z Ⅰ≈Z 0,v j ≈v p ,P 0＝0，所以P Ⅰ≈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: 2

222

2221h

ep

p p p

ej

j

j j

v d v l d v l h ρε

ρλρλ

++=-失

=160714.29+431217.39+36750=628682.29Pa

进水压力为

2.3转炉烟气干法静电除尘及回收系统设计

2.3.1.吹炼条件

转炉公称容量为60吨，金属最大装入量为G=62吨，铁水含碳量w 1（c ）＝4.25％，钢水含碳量w 2（c ）＝0.15％，吹氧时间为15min ，废钢比10%，B 值15%

1. 烟气及烟尘有关参数

炉气成分：CO=86% , CO 2=10% , N 2=3.5% ,O 2=0.5% 炉气烟尘浓度80—150千克每立方米 供氧强度 B=3.73 m 3/(t·min) 燃烧系数 α＝0.08

进入净化系统的气温 t gj =900℃ 2. 供水温度30℃，干法除尘系统阻力约为7500Pa 1) 炉气量q V o 的计算

[]8.160

124.22)()(210???-=t

c w c w G q v

()()

h

m q h

m v /35000/48.341648.115

60

124.22%15.0%25.410623330==???-??=故

2) 烟气量计算

采用未然法，空气燃烧系数α=0.08，燃烧后的干烟气量

v q = （1+1.88×α×CO%）·0v q

= (1+1.88×0.08×86%)×35000 =39527.04()

h m /3

假定燃烧后烟气仍残留有氧气，则烟气成分为：

()()()()%

06.7004.39527/35000%8608.01/10'=??-=Φ-=Φv v q q CO CO α()()()[]()()()()[]()()%

44.004.39527/35000%5.0/%5.0%

55.1404.39527/35000%5.3%8608.088.1/88.1%95.1404.39527/35000%10%8608.0/0002'22'22'=?==Φ=?+??=Φ+?Φ=Φ=?+?=Φ+Φ?=Φv v v v v v q q O q q N CO N q q CO CO CO αα 3. 烟气浓度的修正

根据回收中期，烟气量为炉气量的04.39527/35000=1.123倍，故进口烟尘浓度应作修正，即：

D C =0.1/1.1293=0.0886()

3

/m kg

4. 回收煤气量的计算 每吨钢产生的炉气量等于

1000×（4.25％－0.15％）×22.4÷12×1÷（0.86+0.1）＝79.72()

3m

按烟气生成倍率为1.1293倍，则每吨钢产生的煤气量等于1.1293×79.72=90.03m 3,

考虑到前后期不回收煤气，定回收率为70％，即每吨钢可以回收的煤气量为0.70×90.03＝63.02()

3m

5. 烟气的物理数据的计算

1) 重度ρ0

先求烟气相对分子量M

222%%%%222O N CO CO M O M N M CO M CO M ?+?+?+?=

=0.7006×28+0.1495×44+0.1455×28+0.0044×32 =19.6168+6.578+4.074+0.1408 =30.5504

4.220M =ρ=30.5504/22.4=1.364 ()3/m kg

2) 定压比热容p C 气温为900℃时，

2

22222%%%%1O C O N C N CO C CO CO C O C C p p p p p ??+??'

+??'+??'= = 0.7006×0.335＋0.1495×0.521＋0.1455×0.331＋0.0044×0.350

= 0.2347+0.0778+0.0482+0.0015 = 0.362×4.186

= 1.516 ()[]

C m kJ 03/?

气温小于100℃时：

2p C ＝ 0.7006×

0.311＋0.1495×0.410＋0.1455×0.310＋0.0044×0.315

＝ 0.3257×4.186 ＝1.363 ()[]

C m kJ 03/?

静电除尘设计

由资料查的 氧气顶吹转炉的有效驱进速度在0.07~0.09m/s 选取驱进速度8.00=υm/s,选择4个电场，除尘效率=η99.99%，电场风速取值1~1.5m/s ，蒸发

冷却器入口煤气温度 900t gj =度，蒸冷却器出口温度

gp

t =200度 煤气的平均

比热=PGm C 1.38Kj/m 3 k,水的汽化潜热w I =2500Kj/Kg ，煤气流量（表态）V=39527.04m 3/h

蒸发冷却器喷水量)(10W 3gp gj w

PGm

t t V I C -???= )200900(39527.04102500

38

.13-???=

- =15.27 m 3/h 极板比表面积 11508

.0)

9999.01()1(S =--=--=

In In υη m 2/（ m 3/s ） 极板总表面积7.612623600/1154.039527

QS S A =?== m 2 实际需要的极板表面积3.717677.61262.41KS S A =?==实际 m 2 （K 为

备用系数取1~1.5）

分为四个电场则每个电场的沉淀极板总面积为1767.73/4=441.9m 2 依据此选择SHWB 静电除尘器20 主要参数有效面积20.11 m 2 ，生产

能力57900~54700 m 3/h ，电场风速0.6~0.8 m/s

验算电场风速：62.011

.2036004

.0395273600f =?==

F q v υ m/s 满足要求

流程图设计见于附图

放散烟囱设计

直径取1000mm 高度高出厂房最高点 3~5m 。

煤气柜设计

采用低压湿式气柜，

905015.127

.01)40101(.0263621)1(G V 21210=???-??=??-

=n n K t t V g m 3 132064000

100000100000)27360273)(804.01975.01(9050100000)273273)(084.0d 1(0=+++=++

=p t V V m 3

选取煤气柜16000 m 3

风机选择

依据煤气流量选择风机的型号D700-12 具体参数见《炼钢设计原理》145页.