转炉炼钢课程设计

1 转炉物料平衡与热平衡计算 ........................................................................ 1

1.1 原始数据的选取 ...................................................................................................................... 1 1.2 物料平衡计算 .......................................................................................................................... 2 1.3 热平衡的计算 .......................................................................................................................... 6 1.4 吨钢物料平衡 .......................................................................................................................... 9

2 转炉炉型设计 ........................................................................................................... 10

2.1 炉型的选择 ............................................................................................................................ 10 2.2 几个重要参数 ........................................................................................................................ 10 2.3 转炉主要尺寸的确定 ............................................................................................................ 10

3 氧枪喷头设计 ........................................................................................................... 13

3.1 原始条件 ................................................................................................................................ 13 3.2 计算氧气流量 ........................................................................................................................ 13 3.3 计算设计工况氧压和喉口直径 ............................................................................................ 13 3.4 确定喷孔出口直径 ................................................................................................................ 14 3.5 确定喷孔其它几何尺寸 ........................................................................................................ 14 3.6 确定喷头五喷口中心分布圆直径 ........................................................................................ 14 3.7 枪身各层钢管计算 ................................................................................................................ 14 3.8 喷头简图 ................................................................................................................................ 15

参考文献 ................................................................................................................................ 16 结束语 ...................................................................................................................................... 17

1 转炉物料平衡与热平衡计算

物料平衡是计算转炉炼钢过程中加入炉内和参与炼钢的全部物料（如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、被侵蚀的炉衬等）和炼钢过程中的产物（如废钢、炉渣、烟尘等）之间的平衡关系。

热平衡是计算转炉炼钢过程的热量收入（如铁水的物理热、化学热）和热量支出计算（如钢水、炉渣、炉气的物理热、冷却剂融化和分解热）之间的平衡关系。

1.1 原始数据的选取

1.1.1原材成分（表1-1~1-4）

表1-1 铁水、废钢的成分（%）

原料 铁水 废钢

C 4.20 0.18

Si 0.50 0.20

Mn 0.34 0.52

P 0.13 0.022

S 0.025 0.025

温度/℃ 1255 25

表 1-2 渣料和炉衬材料成分（%）

种类 石灰 矿石 萤石 白云石 炉衬

CaO 91.0 1.0 55.0 54.0

SiO2 2.0 5.61 6.0 3.0 2.0

MgO 2.0 0.52 0.58 33.0 38.0

Al2O3 1.5 1.10 1.78 3.0 1.0

S 0.05 0.07 0.09

P 0.55

CaF2 89.0

FeO 29.4

Fe2O3 61.8 1.0

烧碱 3.45 5.0

H2O 0.05 2.00

C 5.0

表 1-3 各材料的热容

项目 生铁 钢 炉渣 炉气 烟尘 矿石

固态平均热容/kJ·kgk

0.745 0.699 1.000 1.046

-1-1

溶化潜热/kJ·kg

217.568 271.96 209.20 209.20 209.20

-1

液（气）态平均热容/kJ·kgk

0.8368 0.8368 1.247 1.136

-1-1

表 1-4 反应的热效应（25℃）

元素 C C Si P Mn

[C]+1/2＝CO [C]+O2＝CO2 [Si]+O2＝SiO2 2[P]+5/2O2＝ P2O5 [Mn]+1/2O2＝MnO

1 反应

反应热/ kJ.kg

10950 34520 28314 18923 7020

-1

Fe Fe SiO2 P2O5

Fe+1/2O2＝MnO Fe+3/2O2＝Fe2O3 Si O2+2CaO＝2CaO·SiO2 P2O5+4CaO＝4CaO·P2O5

5020 6670 2070 5020

1.1.2假设条件

根据各类转炉生产实践过程假设：

（1）渣中铁珠量为渣量的8%； （2）喷溅损失为铁水量的1%；

（3）熔池中碳的氧气化生成90%CO，10%CO2;

（4）烟尘量为铁水量的1.6%，其中FeO为77%，Fe2O3为20%; （5）炉衬的侵蚀量为铁水量的0.5%；

（6）炉气温度取1450℃，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%； （7）氧气成分：98.5%O2,1.5%N2。 1.1.3冶炼钢种及规格成分

要求冶炼低碳钢；以Q235钢为例，其规格成分为（%）： C 0.15， Si 0.12， Mn 0.10， P 0.02， S 0.02

1.2 物料平衡计算

根据铁水、渣料质量以及冶炼钢种要求，采用单渣法操作。为了简化计算，以100kg铁水为计算基础。 1.2.1渣量及成分计算

（1）铁水中元素氧化量（表1-6）

表 1-5 铁水中元素氧化值

元素/% 项目 铁水 钢水 氧化量 C Si Mn P S 4.2 0.16 4.040 0.5 0 0.500 0.34 0.102 0.238 0.13 0.020 0.111 0.025 0.016 0.009 说明：本说明书取脱磷率85%，脱硫率35%；钢水中残余锰量取30%。

2

（2）各元素耗氧量及氧化产物量（表1-6）

表 1-6 铁水中元素氧化量、氧化产物量

元素 C C Si Mn P S S Fe Fe

反应

[C]+1/2O2＝CO [C]+ O2＝CO2 [Si]+ O2＝SiO2 [Mn]+1/2 O2＝MnO 2[P]+5/2 O2＝(P2O5) [S]+ O2＝S O2 [S]+(CaO)＝(CaS)+[O] [Fe]+1/2 O2＝(FeO) 2[Fe]+3/2 O2＝(Fe2O3)

总计

元素氧化量/kg 4.04×90%＝3.636 4.04×10%＝0.404

0.5 0.238 0.111 0..009×1/3＝0.003 0.009×2/3＝0.006

0.691 0.095 6.683

耗氧量/kg 3.645×16/12＝4.848 0.405×32/12＝1.078 0.5×32/28＝0.571 0.238×16/55＝0.069 0.111×80/62＝0.143 0.003×32/32＝0.003 0.006×(－16)/32＝－0.003 0.691×16/56＝0.197 0.095×48/112＝0.041

6.946

氧化产物量/kg 3.645×28/12＝8.484 0.405×44/12＝1.481 0.571×60/28＝1.071 0.238×71/55＝0.307 0.111×142/62＝0.252 0.003×64/32＝0.006 0.006×72/32＝0.013

0.888 0.135

注:假定炉内气化脱硫1/3；铁的氧化由表1-12得出。 （3）渣料加入量

1）矿石加入量及其成分（表1-7）：为了化渣，本例中加入矿石1%，而不另加氧化铁皮（若不加矿石，改用氧化铁皮，则成分不同）。

其中：

[S]+(CaO)＝(CaO)+[O]

(CaS)生成量＝0.001×72/32≈0.002 kg 消耗CaO量＝0.001×56/32≈0.002 kg

表 1-7 矿石加入量及成分

成分 Fe2O3 SiO2 CaO S

质量kg 1×61.80%＝0.618 1×5.61%＝0.0561 1×1.0%＝0.01 1×0.07%＝0.001

成分 Feo Al2O3 MgO H2O

质量kg 1×29.40%＝0.294 1×1.10%＝0.011 1×0.52%＝0.005 1×0.50%＝0.005

2)萤石加入量及其成分（表1-8）：根据冶金局（部）转炉操作规程，萤石加入量取3kg/t。

表 1-8 萤石加入量及成分

成分 CaF2 SiO2 Al2O3

质量/kg 0.3×89.0%＝0.267 0.3×6%＝0.018 0.3×1.78%＝0.005

成分 MgO P S H2O

质量/kg 0.3×0.58%＝0.002 0.3×0.55%＝0.002 0.3×0.09%≈0.000(忽略)

0.3×2%＝0.006

其中：

2[P]+2/5{O2}＝(P2O5)

(P2O5)生成量＝0.002×142/62＝0.004kg

3)白云石加入量及成分（表1-9）：为了提高炉衬的寿命，采用白云石造渣，控制渣中（MgO）含量在6%~8%范围内。根据已投产转炉的经验，轻烧白云石加入量取35kg/t。

3

表 1-9 轻烧白云石加入量及成分

成分 CaO SiO2 Al2O3

质量/kg 3.5×55%＝1.925 3.5×3%＝1.105 3.5×3%＝1.105

成分 MgO Fe2O3 烧碱

质量/kg 3.5×33%＝1.155 3.5×1%＝0.235 3.5×5%＝0.175

其中：烧碱是指白云石中CaCO3·MgCO3分解产生的CO2气体。 4）炉衬侵蚀量及其（表1-10）：转炉炉衬在炉渣作用下，将被侵蚀和冲刷进入渣中，本例取铁水量的0.5%。

表 1-10 炉衬侵蚀量及成分

成分 CaO MgO Al2O3

质量/kg 0.5×54%＝0.27 0.5×38%＝0.19 0.5×1%＝0.005

成分 SiO2 C

质量/kg 0.5×2%＝0.01 0.5×5%＝0.025

其中：炉衬中碳的氧化与金属中生成的CO和CO2比例相同。

CCO数量 0.025×90%×28/12＝0.053 kg CCO2数量 0.025×10%×44/12＝0.009 kg 共消耗氧量0.053×16/28+0.009×32/44＝0.037 kg 5）石灰加入量及成分（表1-11）：根据铁成分，取终渣监督R＝3.5。

石灰加入量＝（2.14×△[%Si]×R－白云石带入CaO量/%CaO有效×100 kg

＝（2.14×0.5×3.5－1.925）/(91－3.5×2)×100 ＝2.167 kg/100kg铁水

表 1-11 石灰的加入量及成分

成分 CaO MgO Al2O3

质量/kg 2.167×91%＝1.972 2.167×2%＝0.043 2.167×1.5%＝0.033

成分 Si S 烧碱

质量/kg 2.167×2%＝0.043 2.167×0.05%＝0.001 2.167×3.45%＝0.075

其中：SCaS 0.001×72/32＝0.002 kg

说明：若要详细计算石灰加入量，则可用下式：

石灰加入量＝{Σ(SiO2)×R－Σ(CaO)}/%CaO有效

Σ(SiO2)＝铁水[Si]生成（SiO2）+矿石、白云石、萤石带入(SiO2)

Σ（CaO）＝白云石、矿石、炉衬带入(CaO)－铁水矿石中S消耗CaO量 6）渣中铁的氧化物：对于冶炼Q235钢，根据已投产转炉渣中含Σ（FeO）＝12%,(Fe2O3)＝8%。

7）终渣总量及成分：根据表1-6表1-11中若不计（FeO）、(Fe2O3)在内的炉渣成分见表1-12。

由表1-12中可得：

CaO+MgO+SiO2+P2O5+MnO+Al2O3+CaF2+CaS＝7.883 kg

已知（FeO）＝12%，(Fe2O3)＝8%，则余渣应占渣量总数的80%。故总渣量为9.854/80%

4

＝9.854 kg。 由此可知：（FeO）＝9.854×8%＝1.182 kg、(Fe2O3)＝9.854×2%＝0.778 kg。

由于矿石和白云石中带入部分（FeO）和(Fe2O3)，实际铁氧化产物为（FeO）＝1.182－0.294＝0.888 kg, (Fe2O3)＝0.778－0.618－0.035＝0.135 kg。 故[Fe]氧化量＝0.888×56/72+0.135×112/160＝0.786 kg

表1-12 终渣总量及成分

成分 氧化产物/kg 石灰/kg CaO MgO SiO2 P2O5 MnO Al2O3 CaF2 CaS FeO Fe2O3 总计

1.071 0.253 0.307 0.013 0.888 0.135

1.972 0.043 0.043 0.033 0.002

矿石/kg 0.010 0.005 0.056 0.011 0.002 0.294 0.618

白云石/kg 1.925 1.155 0.105 0.105 0.035

炉衬/kg 萤石/kg 0.270 0.190 0.010 0.005

0.002 0.018 0.004 0.005 0.267

总计 /kg 4.177 1.395 1.304 0.257 0.307 0.159 0.267 0.018 1.182 0.788 9.854

% 42.39 14.16 13.23 2.61 3.12 1.61 2.71 0.18 12.00 8.00 100.00

1.2.2冶炼中的吹损计算

根据假设条件，渣中铁珠量为渣量的8%，喷溅损失为铁水量的1%，烟尘损失为铁水量的1.6%。故可得到

渣中铁珠量＝9.854×8%＝0.788 kg 喷溅铁损量＝100×1%＝1.0kg

烟尘铁损量＝100×1.6%（77%56/72+20%×112/160）＝1.182kg 元素氧化损失＝5.777 kg(见表1-6)

吹损总量＝0.788+1.0+1.182+5.777＝8.748 kg 钢水量＝100－8.748＝91.252 kg 1.2.3氧气消耗量计算

主要是元素氧化耗氧6.837kg（见表1-6），烟尘氧化消耗氧：

100×1.6%（77%×16/72+20%×48/160）＝0.37kg。

其次炉衬中碳氧化耗氧0.037kg。故总耗氧量为7.434 kg。换算为标准体积为7.434×22.4/32＝5.14 m3/100kg。若考虑到氧气利用率为75%~90%，生产实际中供氧量为50~60m3/t。

由于氧气不纯，含有1.5%N2，故供时带入N2为：7.434×1.5%＝0.110 kg，其体积量为： 0.110×22.4/28＝0.088 m3/100kg。

5

1.2.4炉气量及成分

炉内产生的炉气由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由O2组成，把以上计算的炉气成分除自由O2以外占力气体积总量的98.5%，表1-13可得：

CO+CO2+SO2+H2O+N2＝7.819 m3

故炉气总量为77.819/99.5%＝7.938 m3。自由O2量为7.915×1.5%＝0.04m3，其质量为 0.04×32/22.4＝0.057kg。

表 1-13 炉气量及成分

成分 CO CO2 SO2 H2O N2 O2 总计

质量/% 8.484+0.053 0.075+0.004+0.175+1.481

0.006 0.005+0.006 0.110 0.057 10.461

体积/ m3 8.337×22.4/28＝6.830 1.740×22.4/44＝0.886 0.006×22.4/64＝0.002 0.011×22.4/18＝0.014

0.088 0.04 7.859

体积/% 86.90 11.27 0.03 0.17 1.12 0.51 100.00

1.2.5物料平衡表

把以上各种物质的总收入和总支出汇总起来，使可得到物料平衡表1-14.

计算误差＝｛（收入项－支出项）/收入项｝×100%＝－0.03%

表 1-14 物料平衡表

收入

项目 铁水 石灰 白云石 矿石 萤石 炉衬 氧气 氮气 总计

质量/kg 100.000 2.167 3.500 1.000 0.300 0.500 7.343 0.110 114.920

% 87.02 1.89 3.05 0.87 0.26 0.44 6.39 0.01 100.00

项目 钢水 炉渣 炉气 烟尘 喷溅 铁珠 总计

支出 质量/kg 91.252 9.854 10.461 1.600 1.000 0.788 114.955

% 79.38 8.57 9.10 1.39 0.87 0.69

100.00

1.3 热平衡的计算

为了简化计算，去加入炉内的炉料温度均为25℃。 1.3.1热收入

热收入主要是铁水的物理热和元素氧化的化学热。

6

（1）铁水物理热

铁水凝固温度Tf＝1539－Σ[%i] Δti计算，即

Tf＝1539－(100×4.2+8×0.5+5×0.34+30×0.13+25×0.225)－4

＝1104 ℃

铁水物理热可用表达式Q物＝CsTf+Qf+C1(T－Tf)计算，即

Q物＝100[0.745×(1104－25)+217.568+0.8368×(1255－1104)]

＝114770.86 KJ

注：式中 [%i]—铁水中元素含量；

ΔTf—1%的元素使纯铁凝固温度的降低值。 C1、Cs—分别为液态和固态的热容量，kJ/kg·K; Tf、T—分别为冷却剂的熔点和熔池温度，K; Qf—冷却剂的溶化潜热，kJ/kg。

（2）铁水中元素氧化放热和成渣热

根据表1-4、表1-6和表1-12数据可以计算如下： CCO 3.636×10950＝39814.2 kJ

CCO2 0.404×34520＝13946.08 kJ SSiO20.5×28314＝14157.00kJ

MnMnO 0.34×7020＝1670.76kJ

PP2O5 0.011×18923＝2090.992kJ

FeFeO 0.6910×5020＝3944.348 kJ FeFe2O3 0.095×6670＝630.815 kJ SiO22CaO·SiO2 1.304×2070＝2698.787 kJ P2O54CaO·P2O5 0.257×5020＝1289.436KJ 总计 80241.98kJ （3）烟气氧化放热

1.6×（77%×56/72×5020+20%×112/160×6670）＝6304.4 kJ

（4）炉衬中碳氧化放热

0.5×5%（90%×10950+10%×34520）＝332.7 kJ

因此，炉内热收入总量为：

114770.866+ 80241.98+6304.4+332.7＝201649.88kJ 1.3.2热支出

（1）钢水物理热

钢水熔点Tf＝1539－（65×0.16+5×0.102+30×0.02+25×0.016）－4＝1527 ℃

出钢温度T＝Tf+ΔT1+Δ2+ΔT3＝1527+70+20+35＝1652 ℃

注：式中Tf—钢水凝固温度；ΔT1—钢水过热度；ΔT2—出钢、吹氩、运输、镇静过程降温；ΔT3—浇注过程降温。

钢水物理热＝91.464×[0.669×（1527－25）+271.96+0.8368×（1652－1527）] ＝126061.36kJ

（2）炉渣物理热

计算取炉渣终点温度与钢水温度相同。

炉渣物理热＝9.854×[1.247×（1652－25）+209.20]＝22054.587kJ

7

（3）矿石分解吸热

1×（29.4%×56/72×5020+61.8%×112/160×6670+209.20）＝4242.5kJ （4）烟尘物理热 1.6[10.×（1450－25）+209.20]＝2614.7kJ （5）炉气物理热 10.461×1.136×（1450－25）＝16933.892 kJ （6）渣中铁珠物理热

0.788×[0.745（1527－25）+217.568+0.8368（1652－1527）]＝1136.123 kJ （7）喷溅金属物理热

1.0×[0.745（1527－25）+217.568+0.8368（1652－1527）]＝1141.232 kJ （8）吹炼过程热损失

吹炼过程热损失包括炉体和炉口的热辐射、对流和传导热、冷却水带走热等，它根据炉容大小而异，一般为热量总收入的3%~8%，本例去热损失的为5%。所以吹炼过程热损失为： 201253.018×5%＝10082.494 kJ

（9）废钢耗热

总的热收入减去以上热支出，得到的富余热量用加入的废钢来调节。 富余热量＝201253.018－（126061.5+22054.6+4242.5+2614.7+16933.9+1136.1+1141.2+10082.5） ＝17082.927 kJ

1kg废钢熔化耗热＝1×[0.699×（1527－25）+271.96+0.8368×（1652－1527）]＝1426.5 kJ 废钢加入量＝17082.927/1426.527＝11.927 kg 1.3.3 热平衡表

把以上各种物质的热收入和热支出汇总，得到热平衡表1-15。

表1-15 热平衡表

热收入

项目 铁水物理热 元素放热和成渣热

C Si Mn P Fe SiO2 P2O5 烟尘氧化放热 炉衬C放热

总计

热量/ kJ 114770.866 79611.603 53760.280 14157.000 1670.760 2090.992 3944.348 2698.787 1289.436 6304.400 332.700 201019.568

% 57.09 39.60 26.74 7.04 0.83 1.04 1.96 1.34 0.64 3.14 0.17 100.00

项目 钢水物理热 炉渣物理热 矿石分解热 烟尘物理热 炉气物理热 铁珠物理热 喷溅物理热 吹炼过程热损 废钢熔化热

总计

热支出 热量/ kJ 126061.360 22054.587 4242.549 2614.720 16933.892 1136.123 1441.232 10082.494 17082.927

201649.883

% 62.51 10.94 2.10 1.30 8.40 0.56 0.71 5.00 8.47 100.00

热效率＝（钢水物理热+矿石分解热+废钢熔化热）/收入×100%＝73.33%

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1.4 吨钢物料平衡

废钢加入后，忽略废钢中含硅、锰元素的氧化损失，使钢水量达到103.227/kg,即使用100kg铁水、11.93kg废钢可以生产出103.227kg钢水。根据比例关，用1000/107.444去乘以表1-14中各项，就可得吨钢物料平衡表1-16。

表 1-16 吨钢物料平衡

收入

项目 铁水 石灰 白云石 矿石 萤石 炉衬 氧气 氮气 废钢 总计

质量/kg 968.737 20.989 33.906 9.687 2.906 4.844 71.137 1.067 116.008 1229.281

% 78.81 1.71 2.76 0.79 0.24 0.39 5.79 0.09 9.44 100.00

项目 钢水 炉渣 炉气 烟尘 喷溅 铁珠 总计

支出 质量/kg 1000.000 95.457 101.337 15.500 9.687 7.637 1229.618

% 81.33 7.76 8.24 1.26 0.79 0.62 100.00

钢水收得率＝1000/（968.7+116）＝92.2%

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2 转炉炉型设计

炉型设计的任务是确定所选炉型各部位的主要参数和尺寸，据此再绘制出工程图。

2.1 炉型的选择

本设计为150t氧气转炉，根据熔池形状，采用筒球型炉型。

2.2 几个重要参数

设计转炉炉型并确定其尺寸时，应考虑如下几个参数。 2.2.1炉容比（V/T,m3/t）

我国设计部门对铁水比>＝90%及用废钢矿石冷却，采用冶标P08生铁，在供氧强度为3~3.5m3/t·min的条件下，本设计中取0.95。 2.2.2高宽比（H总/D壳）

根据我国现行的工艺水平及设计炉型的公称容量，本设计取1.43。

2.3 转炉主要尺寸的确定

2.3.1熔池尺寸 （1）熔池直径D

D＝KG/t ＝1.6162.69/0.922＝5.05 m

式中： G—新炉装入量，t;（装入量＝出钢量/钢水收得率），钢水收得率由1-16表得。 T—吹氧时间，min，取18min K—比例系数，取1.68

（2）熔池深度ho

ho＝（Vc－0.046D3）/（0.79D2）

＝（23.58+0.046×D3）/（0.79D2）

＝（23.58+0.046×5.053）/（0.79×5.052） ＝1.46 m

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式中： Vc—熔池的体积（金属的体积），可由装入量算出（装入量/比重）。 Vc＝装入量/比重 ＝162.69/6.9 ＝23.58 m3 2.3.2炉帽尺寸

（1）炉帽倾角α

目前倾角多为60±3°，小炉子取上限，大炉子取下限，在此取60°。 （2）炉口直径d0

取炉口直径为熔池直径的48%。 d0＝D×48% ＝2.32 m

（3）炉帽高度H帽

在炉口上部设有高度为300~400mm的直线段在此取350mm。因此炉帽高度为 H帽＝1/2（D－d0）tgα+H0 ＝2.71 m 2.3.3炉身尺寸

对于圆筒炉身，因其直径与熔池直径一致，故只需确定炉身高度H身。 H身＝4V身/（πD2）＝4（Vb+V帽+Vc）/（πD2） ＝4.54 m

式中：V身、V帽、Vc—分别为炉身、炉帽、熔池的容积；

Vb—转炉有效容积，为V帽、V身、Vc三者之和，取决于容量和炉容比。

其中V帽＝π/24（D3－d03）tgα+π/4d3h0 ＝0.262（H帽－H0）（D3+Dd0+d2）+0.785×d20H0 ＝27.87 m3/t 2.3.4出钢口尺寸

（1）出钢口中心线水平倾角β

大型转炉的β趋向减小。国外不少转炉采用

0°，但0°倾角使钢流对钢包内金属的冲击力变小。国内转炉多为45°以下。 （2）钢口直径d出

d出＝631.75Tcm ＝631.75150cm

＝18.04 cm

式中 T—转炉公称容量，t。

另外，一般出钢口衬砖外径为出钢口直径的6倍左右，出钢口长度为其直径的7~8倍。

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2.3.5炉衬

通常炉衬由永久层、填充层和工作层组成。也有的转炉不设填充层。永久层常用镁砖砌筑，工作层多用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑。 转炉各部分的炉衬厚度设计参考值如表2-1所示。

表 2-1转炉炉衬厚度取值（mm） 炉帽 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 150 500 150 700 200 700 450 650 炉身（加料侧） 炉身（出钢侧） 炉底 2.3.6炉壳

炉壳钢板常用的材质用14MnNb。 炉壳钢板厚度根据经验公式可得：

炉身δ2＝ 65 mm 炉帽δ1＝60 mm 炉底δ3＝65 mm

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3 氧枪喷头设计

3.1 原始条件

3.1.1铁水成分（%）

C 4.2

Si 4.2000

Mn 0.5000

P 0.3400

S 0.1300

3.1.2冶炼钢种

以低碳钢为主，多数钢种C≤0.10%。 3.1.3转炉新炉子参数

内径5.05 m，有效高度8.72m，炉容比0.95m3/t。 3.1.4供氧制度

根据铁水成分和所炼钢种进行物料平衡计算，取每顿钢铁料耗氧量为50.21 m3；依国内中型转炉目前所达到的供氧强度和冶炼技术水平，吹氧时间取18min。 输氧管测压点氧气最高压力为1018MPa，氧气平均温度17℃。 氧枪枪位高度：化渣枪位1.8m，吹炼枪位1.2m。 3.1.5装入制度

炉次 装入量/t

1~5 150

6~50 160

51~100 167

>100 180

3.2 计算氧气流量

当装入量300t时氧气流量为：Q＝（50.21×150）/18＝418.38 m3/min

3.3 计算设计工况氧压和喉口直径

选定喷孔出口马赫数M＝2.0，采用五孔喷头，喷头为拉瓦尔型，喷孔夹角为15°。 查熵流表（见附录），当M＝2.0时，P/P0＝0.1278，取P＝P膛＝0.099Mpa代入，则设计工况氧压为：P0＝0.099/0.1287＝0.775MPa

每孔氧流量：q＝Q/5＝418.381/5＝83.676 m3/min

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取CD＝0.92,T0＝290K,P0＝0.775MPa＝7.9kg/cm2,带入下式，求出喉口直径：

q＝17.64CDP0A喉/T0

83.676＝17.64×0.92×7.9A喉/290＝17.64×0.96×7.9290×πd2喉/4

∴ d喉＝3.683 cm

3.4 确定喷孔出口直径

根据M＝2.0，查等熵流表得：A出/A喉＝1.688，即π/d2出＝1.688×πd2喉/4

则d出＝1.688d喉＝1.688×36.83＝47.85 mm

3.5 确定喷孔其它几何尺寸

取喷孔喉口的直线段长度为5mm。扩散段的半锥角取4°则扩张段长度L为： L扩＝（d出－d喉）/（2tg4°）＝（47.85－36.83）/0.1385＝78.79 mm

收缩段的直径以能使整个喷头布置得下五个喷孔为原则，尽可能采取收缩孔大一些。为此，取收缩段进口尺寸d收＝38mm，取收缩段长度L收＝0.8d收＝0.8×38＝30 mm。收缩段半锥角θ锥为：

θ锥＝tg-1（d收-d喉）/（2L收）＝ tg-1（80-60）/（2×60）＝736′

喉口直线段两端以光滑圆弧和圆锥相切。

3.6确定喷头五喷口中心分布圆直径

喷头端面中央部分可采用平面，取其直径为105mm，然后取成与氧枪轴线的垂直平面夹角为10°的圆锥面。

3.7枪身各层钢管计算

计算工程容量150t转炉用氧枪枪身各层钢管尺寸。 （1）中心氧管管径。

管内氧气工况流量

Q0＝（P标T0/P0T标）Q＝（1.01×105×290×418.381）/（7.9×105×273）＝56.82 m3/min＝0.947 m3/s

取中心管内氧气流速：Vo＝50m/s，则中心氧管内径

d1＝155 mm

取中心管外径为175mm×6mm

取冷却水耗量为300t/h；冷却水进水管速度V进＝6m/s，出水管速度V出＝7m/s。又中

心氧管外径d外＝175 mm。

（2）进水环缝面积：

F2＝Q水/V进＝150/（6×3600）＝69.4 cm2

出水环缝面积：

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F3＝Q水/V出＝150/（7×3600）＝59.5 cm2

所以，中层管内径：

d2＝198 mm

选取中层管外径为：

210mm×6mm

（3）同理，外层管内径：

d3＝227 mm

取外层管外径为：

235mm×12mm

3.8喷头简图

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参考文献

[1] 王令福.炼钢设备及车间设计（第二版），冶金工业出版社 2007. [2] 高泽平. 炼钢工艺学，冶金工业出版社 2006. [3] 朱光俊等. 冶金热工基础，冶金工业出版社 2006. [4] 李传薪. 钢铁厂设计原理，冶金工业出版社2003. [5] 高泽平. 转炉炼钢课程设计参考资料，自编.

[6] 王雅贞. 氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备，冶金工业出版社，2003.5.

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结束语

这次转炉设计是设计公称容量为150t的氧气转炉及其氧枪喷头。在设计过程通过自己的思考和参考湖南工业大学冶金工程学院高泽平编著的《转炉炼钢课程设计指导书》扩其它参考资料，使得早本次设计中学到了不少知识，对于一次成功的设计不仅需要科学的依据与论证，同时还需要我们设计者的认真与细心。整个过程就是一个不断完善的过程其结果达到了设计的要求，设计过程中得到了指导老师高泽平老师和贺道中老师的细心指导和大力支持，在此表示诚挚的感谢！

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