课程设计（论文）210吨转炉课程设计.doc

学 号：200706010218HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY课程设计说明书GRADUATE DESIGN (THESIS)课程设计题目：210吨转炉设计学生姓名：薛川专业班级： 07钢2 学 院：冶金与能源学院指导教师：冯聚合 2011年03月18日2.1转炉计算2.1.1炉型设计1. 原始条件 炉子平均出钢量为210吨，钢水收得率取91%，最大废钢比取10%，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. 2. 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=1.054. 熔池尺寸的计算1) 熔池直径的计算公式 (1) 确定初期金属装入量G：取B=15%则G=(2)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5057，高磷铁水约为6269，本设计采用低磷铁水，取吨钢耗氧量为57。并取吹氧时间为14min，则 供氧强度=取=1.57则 2) 熔池深度计算 锥球型熔池深度的计算公式为 确定=6.14m, =1.514m3) 熔池其他尺寸确定(1) 球冠的弓形: (2) 炉底球冠曲率半径： 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=6.14m（无加厚段）2) 根据选定的炉容比为1.05，可求出炉子总容积为 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. 炉衬厚度确定炉身工作层选750mm,永久层115mm,填充层100mm,总厚度为750+115+100=965（mm）炉壳内径为炉帽和炉底工作层均选600mm,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600+230+195=1025（mm）,故炉壳内形高度为，工作层材质全部采用镁碳砖。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65mm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. 转炉砖称(砌砖) 炉身砖称 炉身永久层选用M-28型(镁砖)。外圈砖数=（块）内圈砖数=（块）故，每层选用112块。层数=（层），根据实际炉型，选用67层，除去出钢口处的影响要减掉30块砖，共计7474块砖。 炉身填充层该层厚100mm，用焦油镁砂捣打而成。 炉身工作层选用氧气炼钢转炉用碱性砖，80/36。外圈砖数=（块）内圈砖数=（块）故，每层选用146块。层数=（层），根据实际炉型，选用44层，除去出钢口处的影响要减掉36块砖，共计6388块砖。炉帽砖称 炉帽永久层选用M-21型(镁砖)。估算层数=（层）第1层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用204块。 第2层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用210块。 第3层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用216块。 第4层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用221块。 第5层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用227块。 第6层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用233块。 第7层：外圈砖数= 内圈砖数=（块）故，该层选用239块。 第8层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用245块。 第9层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用251块。 第10层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用257块。 第11层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用263块。第12层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用268块。 第13层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用274块。 第14层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用280块。 第15层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用286块。 第16层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用292块。第17层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用297块。第18层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用204块。第19层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用309块。第20层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用315块。第21层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用321块。第22层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用327块。第23层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用333块。 根据实际炉型，选用23层，除去出钢口处的影响要减掉70块砖，共计6103块砖。 炉帽工作层估算层数=（层）由上至下，每两层砖为一组，前四层选用氧气炼钢转炉用碱性砖，60/60（）。第1、2层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用72块。第3、4层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用73块。由第5层开始，选用氧气炼钢转炉用碱性砖，60/36（）。第5、6层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块） 故，该层选用75块。第7、8层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用80块。第9、10层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用84块。第11、12层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用89块。第13、14层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用93块第15、16层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用97块。第17、18层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用102块。第19、20层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用106块。第21、22层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用111块。第23、24层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用113块。第25、26层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用117块。第27、28层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用120块。第29、30层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用120块。第31、32层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用127块。第33、34层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用131块。第35、36层：外圈砖数=（块） 内圈砖数=（块）故，该层选用134块。根据实际炉型，选用356层，除去出钢口处的影响要减掉42块砖，共计3648块砖。炉底砖称 炉底永久层选用标准镁砖(镁砖)立砌。行与行之间错缝半块砖，采用单层立砌。故，共计3124块砖。 炉底填充层选用标准黏土砖 ()平砌。行与行之间错缝半块砖，采用三层平砌。故，共计2685块砖。 炉底工作层选用氧气炼钢转炉用碱性砖，Tz-9 z307k立砌。行与行之间错缝半块砖，采用双层立砌。故，共计2630块砖。 炉底拐角处该处均选用不同型号的镁砖（砌法见砌砖图）。由上至下，依次为a.M-28型(镁砖)。 2363是什么？外圈砖数=（块）内圈砖数=（块）故，每层选用70块。b.M-23型(镁砖)。外圈砖数=（块）内圈砖数=（块）故，每层选用159块。c.M-28型(镁砖)。外圈砖数=（块）内圈砖数=（块）故，每层选用87块。d.M-23型(镁砖)。外圈砖数=（块）内圈砖数=（块）故，每层选用89块。e.M-23型(镁砖)。外圈砖数=（块）内圈砖数=（块）故，每层选用92块。f.M-22型(镁砖)。外圈砖数=（块）内圈砖数=（块）故，每层选用322块。g.M-26型(镁砖)。外圈砖数=（块）内圈砖数=（块）故，每层选用164块。根据实际炉型，选用14层，共计6721块砖。出钢口砖称 此处定做外径1260，内径，长1470的氧气炼钢转炉用碱性砖一块。转炉内型与炉壳之间没有砖称填充的地方均用焦油镁砂捣打而成的填充料填充。2.1.2 转炉倾动力距计算及电机功率确定1. 倾动力矩计算：包括转炉的重量及重心计算和倾动力矩计算两部分。计算步骤为：A空炉重心及重心计算；B铁水重量及重心计算；C确定最佳耳轴位置，计算倾动力矩。本设计通过计算机程序计算，依据全正力矩原则确定最佳耳轴位置。2. 倾动机构的选择：为满足兑铁水、加废钢、测温取样、出钢后倒渣等冶炼操作的要求，倾动机构应能使炉体连续正反旋转360，并能够平稳而准确的停在任何倾角位置。本设计采用两个全悬挂式机构，慢速为0.2m/min ，快速为0.8m/min 。3. 电机功率的：1) 转炉耳轴上的扭矩：为最大合力矩；为摩擦力矩2) 低速轴功率：由机械手册知：全悬挂式有17对轴承(滚动轴承)，12次齿轮啮合。3) 高速轴上的功率为：全悬挂式采用4个电机传动，所以每个电机的功率为：450/4=112.5KW所以选用的电机表4最佳耳轴位置托圈重量摩擦系数齿轮组重耳轴直径4980mm180t0.0577t1 m4. 附计算结果：空炉重心坐标 横坐标x=0mm 纵坐标y=4784mm空炉重量为 707.78t 最小合力距 ，99度时取得；最大合力距 ，75度时取得2.2氧枪设计2.2.1喷头设计1. 原始数据转炉公称容量210吨，低磷铁水，冶炼钢种以低碳钢为主。转炉参数，炉容比V/T1.05,熔池直径D6140mm,有效高度H内9699mm, 熔池深度h1514mm。2. 计算氧流量取吨钢耗氧量57m3,吹氧时间14min,则氧流量 3. 选用喷孔出口马赫数为M2.0 ,采用四孔喷头,喷孔夹角为12°。4. 设计工况氧压查等熵流表，当M2.0时0，则 5. 计算喉口直径每孔氧流量 利用公式则求得，取喉口长度。6. 计算d出依据2.0，查等熵流表 7. 计算扩张段长度取半锥角为50，则扩张段长度 8. 收缩段长度取2.2.2氧枪枪身设计1. 原始数据冷却水流量冷却水进水速度，冷却水回水速度，冷却水喷头处流速，中心氧管内氧气流速，吹炼过程中水温升，其中回水温度，进水温度；枪身外管长枪身中层管长中心氧管长1800局部阻损系数。2. 中心氧管管颈的确定1) 中心氧管管颈的公式为:2) 管内氧气的工矿体积流量:3) 中心氧管的内截面积:4) 中心氧管的内径:5) 根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为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1) 环缝间隙的流通面积: 2) 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的钢管。3) 验算实际水速 : 符合要求。4. 外层套管管径的确定1) 出水通道的面积:Ap=0.00832) 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 的钢管。3) 验算实际水速: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: =又知 ，故 =6. 氧枪总长度和行程确定1) 根据公式氧枪总长为：式中：氧枪最低位置至炉口距离；炉口至烟罩下沿的距离，取1.212m；烟罩下沿至烟道拐点的距离，取4.403m；烟道拐点至氧枪孔的距离；为清理结渣和换枪需要的距离，取0.800m；根据把持器下段要求决定的距离；把持器的两个卡座中心线间的距离；根据把持器上段要求决定的距离。2) 氧枪行程为: 7. 氧枪热平衡计算冷却水消耗量的计算: ，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。 设进水管入口为面，回水管出口为面，则:式中: 进、出口压力，Pa;-面高度，m;进、出水速度，m/s;水的密度，（1000/m3）;重力加速度，m/s2.因为ZZ0,vjvp,P00，所以Ph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: h失1-2=1099326.8Pa11×10Pa2.3烟气净化系统设备设计及计算2.3.1.吹炼条件转炉公称容量为210吨，2吹2，金属最大装入量为G=243吨，铁水含碳量w1（c）4，钢水含碳量w2（c）0.1，冶炼周期为36min，吹氧时间为14min。1. 烟气及烟尘有关参数炉气成分：CO=86% , CO2=10% , N2=3.5% ,O2=0.5%烟气进口尘浓为 Co=0.109 kg/m3供氧强度 B=4.07 m3/(t·min)燃烧系数 0.08进入净化系统的气温 tgj=9002. 供水温度一文用不经冷却循环水为40，二文用循环水经冷却为30，供水压力为Pw=0.3MPa（送至用户最高点） 1) 炉气量qVo的计算2) 烟气量计算采用未然法，空气燃烧系数=0.08，燃烧后的干烟气量= （1+1.88××CO%）· = (1+1.88×0.08×86%)×136000 =154120 假定燃烧后烟气仍残留有氧气，则烟气成分为： 3. 烟气浓度的修正根据回收中期，烟气量为炉气量的103000/92000=1.12倍，故进口烟尘浓度应作修正，即：=0.109/1.1293=0.09654. 回收煤气量的计算每吨钢产生的炉气量等于1000×（40.1）×22.4÷12×1÷（0.86+0.1）75.8按烟气生成倍率为1.1293倍，则每吨钢产生的煤气量等于1.12×75.8=85.6m3,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0.70×85.659.925. 烟气的物理数据的计算1) 重度0先求烟气相对分子量M =0.7006×28+0.1495×44+0.1455×28+0.0044×32=19.6168+6.578+4.074+0.1408=30.5504=30.5504/22.4=1.364 2) 定压比热容气温为900时， = 0.7006×0.3350.1495×0.5210.1455×0.3310.0044×0.350= 0.2347+0.0778+0.0482+0.0015= 0.362×4.186= 1.516 气温小于100时： 0.7006×0.3110.1495×0.4100.1455×0.3100.0044×0.315 0.3257×4.186 1.363 2.4.2流程简介如下采用全湿法未燃法净化回收系统，在抽风机上装配液力耦合器，以降低非吹炼期的电耗，并使用抽风机在低转速下得以进行冲水。调速比为2900/750=3.87。流程：氧气转炉活动烟罩固定烟罩汽化冷却烟道连接管溢流定径文氏管重力挡板脱水器矩形滑板调径文氏管1800弯头脱水器复挡脱水流量孔板风机前切断阀抽风机三通切断阀水封逆止阀煤气主管道煤气贮气柜 放散阀点火器2.4.3主要设备的设计和选择如下：1. 溢流定径文氏管（一级文氏管） 一级文氏管主要设计参数定为：喉口气速vT=65m/s,水气比LT=0.55L/m3,（按进口气温900时的烟气量），收缩角1=240，扩散角，喉口长度，溢流水量，排水温度=排气温度。进口气温下烟气量供水量，一级文氏管用水不经冷却水温，取一级文氏管前管道阻力损失为196Pa,一级文氏管出口负压。1) 热平衡计算:进口一级文氏管的总热量为： = =(1) 试用出口温度，做热平衡计算：时，水汽分压，含湿量限度: =蒸发水量:排水量:水汽热焓:则出一级文氏管总热量为： = =，即小于进口热量。(2) 试用75为排气温度，做计算： 出一级文氏管的总热量为： =根据以上两次计算，用插入法求： 求得：。 出一级文氏管的饱和烟气量为： 饱和烟气密度2) 结构尺寸(1) 收缩管入口管径：一级文氏管入口前负压为0.195KPa 入口处工矿烟气量 = =入口气速取，则入口直径: (2) 喉口直径和喉口长度:一级文氏管出口负压在喉口的气量取饱和至时的气量即 设；喉口直径:喉口实际气速:喉口长度:(3) 收缩段长度：取收缩角 (4) 扩散管出口管径：出口气速取 取外径为即内径为。(5) 扩散管长度：取扩散角 3) 喷水装置(1) 溢流水量:，总溢流水量为取。(2) 喷嘴喷水量:，水压，选用碗形喷嘴，喷口口径流量系数，外径每个喷水量为：共用喷嘴数为，取12个。图8溢流定径文氏管1溢流水箱, 2手孔,3喷嘴,4文氏管4) 阻力计算。图9按求出，连同，得出则干阻力系数 溢流阻力系数 =已知，得湿阻系数。文氏管阻力图10 = =5)除尘效率和尘浓计算一级文氏管的除尘效率为95%，出一级文氏管的游离尘浓度为： 出一级文氏管的水中尘浓度为 2. 重力挡板脱水器1)结构尺寸。(1) 取入口气速为一级文氏管扩散管出口气速为。(2) 筒体内气速取，筒体直径为： ，取。(3) 出口管径取，其气速等于入口气速。(4) 为降低除尘设备的高度，将一级文氏管扩散管直接插入重力脱水器内部。2)脱水效率与尘浓度(1) 筒体上升气速为： (2) 被沉降的最小水滴直径： 在文氏管喉口雾化的水滴直径为96，出喉管后将逐步凝聚增粒，因缺乏实测数据，不能与上式的做比较，现按一般实测数据的脱水情况，取脱水率为85%。(3) 按脱水效率为85%，计算重力脱水器后尘浓度：水中尘浓度为进入烟气中的污水量（重力脱水器出口）为： 烟气中的尘浓为： 即为进入二级文氏管的烟气中包括污水的尘浓。一级文氏管与重力脱水器的总除尘效率为： 3) 阻力计算。取，则阻力： 3. 矩形滑板调径文氏管（二级文氏管）二级文氏管主要设计参数定为如下。喉口气速：最小截面处取，水气比（出口饱和状态），收缩角，扩散角，烟气在二级文氏管内降温，即，排水温度，循环水经过冷却，设喷水量为。先将二级文氏管阻力调至，二级文氏管后负压为，即。1) 热平衡计算进二级文氏管的总热量为：= =，对应水气分压 含湿量限度水气热焓排水量 =出二级文氏管热量： = =由热平衡式即=求得供水量出二级文氏管饱和烟气量： =水气比 2) 结构尺寸(1) 空喉口直径采用无喉径，空喉口截面积为 (2) 收缩管管径取收缩段长度 (3) 扩散管：取，扩散管管径 取扩散管长度 3) 阻力选用二级文氏管系调径，故阻力值可以随意在一定范围内调节，设计中在回收期阻力为，放散期为。4) 除尘效率及尘浓度。二级文氏管除尘效率取99%，二级文氏管出口的游离尘浓度为： 出二级文氏管的污水量为： = =水中尘浓为： = =5) 喷嘴选用采用碗型喷嘴，其个数，水压，水量等参数与一级文氏管相同。4. 弯头脱水器1) 外形尺寸进口气速取，叶片间距采用200mm，进口面积为 出口气速取，出口面积为： 2) 阻力损失 3) 脱水效率与尘浓度脱水效率取95%，二级文氏管排水量为，则带出弯头脱水器的水量为： 烟气中的尘浓度为： 5. 复挡脱水器1) 结构尺寸(1) 进口管直径。进口气速取，进口面积为 (2) 筒体及各层挡板直径。取芯管外径为 筒体内径为定筒体外径为，即，使用厚度为的钢板。(3) 筒体及各层挡板高度。取，气流回转角，气流回转系数则筒体高度为 = =各层挡板高 = =芯管高。(4) 排气管内径。取出口气速为，则排气管面积 (5) 排污水口内径(6) 上下锥体角度定为2) 阻力计算阻力系数 复挡的阻力为 进入复挡的烟气密度 3) 脱水效率，一般为99.5%。出复挡的污水量为： 烟尘最终尘浓度为： = =此处的烟气尘浓即为系统的最终排放烟气尘浓度小于的排放标准。6. 贮气柜选择1) 参数选定转炉每炉最大产钢量为最大铁水量的94%，即，冶炼周期每吨钢回收煤气量为，同时吹炼座数为2，选定每炉实际回收煤气时间，不平衡系数，进气柜时煤气温度为。2) 容积计算贮气柜容积 = =气柜操作容积 = =选用48000m湿式螺旋式贮气柜一座。7. 风机选择设风机入口温度为，机前负压（回收期最大）： 烟气含湿量限度为风机操作风量 = =机前烟气密度（回收期）系统全压：回收期 放散期选用型双进风涡轮鼓风机，用液力耦合器进行调速，风机转速为600-1430，电动机功率为。