年产200万吨方坯的转炉炼钢车间炼钢论文 - 图文

摘 要

本设计是毕业设计，按照设计任务书的要求设计一座年产200万吨方坯的转炉炼钢车间。设计中对转炉炉型、氧枪进行了设计及计算、连铸设备的选型与设计及转炉车间的车间设计，并做了物料平衡和热平衡计算，选择了炼钢操作制度和工艺制度。通过计算，确定了转炉的容量、数量及部分主要技术经济指标如下： 1、年产方坯量：200万吨 2、转炉容量为：60t； 3、转炉数量为：三座； 4、转炉吹炼周期为：36 min； 5、转炉吹氧时间为：18min； 6、转炉作业率为80%；

7、连铸坯的收得率为98%。本车间的浇注方式为全连铸同时绘制了三张图纸。

关键词：顶底复吹 转炉 炼钢 连铸

目 录

摘要 .................................................................................................................................................... 0 第一章 文献综述 .................................................................................................................................. 2 1.1产品方案的规划与设计 ...................................................... 2 1.2 厂址选择 ................................................................. 4 1.3 我国钢铁工业的状况 ....................................................... 6 1.4 炼钢方法分类 ............................................................. 6 1.5 钢铁工业工艺流程 ......................................................... 7 1.6转炉炼钢的基本任务 ........................................................ 8 第二章 氧气转炉炼钢车间 .................................................................................................................. 9 2.1 初始条件 ................................................................. 9 2.2 转炉座数和公称容量确定 .................................................... 9 第三章 转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算 .................................................................................... 10 3.1 一炉钢冶炼过程分析 .............................................................................................................. 10 3.2 物料平衡计算 ......................................................................................................................... 11 3.3 热平衡计算 ............................................................................................................................. 21 第四章 转炉炉型设计 ........................................................................................................................ 26 4.1 炉型选择 ................................................................ 26 4.2 转炉炉体 ................................................................ 31 第五章 氧枪设计 ................................................................................................................................ 33 5.1 氧枪喷头设计 ............................................................ 33 5.2 氧枪枪身设计 ............................................................ 35 第六章 车间连铸机的选型及计算 .................................................................................................... 40 6.1 连铸机机型分类 .......................................................... 40 6.2 连铸机的特点 ............................................................ 40 6.3 连铸机的主要工艺参数计算 ................................................ 42 第七章 转炉车间主厂房的工艺布置和尺寸选择 ............................................................................ 51 7.1 主厂房主要尺寸的确定 .................................................... 51 7.2 连铸区域的布置 .......................................................... 55 第八章 炼钢车间三废净化与回收 ................................................................................................ 56 8.1 废渣的处理及利用 ........................................................ 56 8.2 废气的处理及利用 ......................................................... 56 8.3 烟气的净化与回收 ......................................................... 56 致 谢 ................................................................................................................................................ 58 参考文献 .......................................................................................................................................... 58

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第一章 文献综述

1.1产品方案的规划与设计 1.1.1生产规模

根据设计任务书要求，本设计生产规模为年产200万吨合格09Mn2钢坯的转炉炼钢车间设计。

1.1.2 09Mn2的用途、化学成分及机械性能

09Mn2用途：低合金结构钢由于合金元素作用，具有较高强度和韧性，工艺性能较好，生产成本低，应用广泛，大多直接使用，常用于铁路、桥梁、船舶、汽车、压力容器，常用作焊接结构件和机械构件等。

表1低合金结构钢牌号、化学成分（根据GB1591-881） 化学成分，% RE S P 牌号 C M Si V Ti Nb Cu N 加入不大于 量 1.400.20≤0.00.009Mn2 -1.8-0.5— — — — — — 0.12 45 45 0 5 表2低合金结构钢机械性能（根据GB1591-88） 伸180C弯屈服V型冲长曲试验 钢材厚度或抗拉强点бb 率d=弯心温击功2直径 度бN/mm δs% 直径 度°（纵2mm sN/mm C 向），J a=试样 厚度 不小于 不小于 440～590 420～>16-30 570 >30～100410～方、圆钢 560 ≤16 295 22 275 22 255 21 d＝2a d＝3a d＝3a 20 20 20 27 27 27 冲击试验 牌号 09Mn2 第 2 页

1.1.3金属平衡表

图1金属平衡表(单位万吨）

首先将炼铁罐车送来的铁水加进混铁炉储存，一方面保温、均匀成分和温度，另一方面把炼铁和炼钢的节奏衔接起来，随后再将铁水和废钢加入转炉，然后降低氧枪进行吹炼，吹炼过程中加入造渣料石灰、白云石、萤石等，待铁水中的碳降到要求范围，同时温度和P、S符合出钢要求时出钢，在出钢过程中进行脱氧合金化，然后吹氩均匀成分和温度，接着根据钢种要求上连铸或者进LF炉精炼后上连铸，通过连铸将钢水铸成质量合格的连铸坯。

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铁水预处理工艺对现在钢厂尤为重要，已经从最初为满足冶炼低硫或低硫钢种的需求，发展成为炼铁-炼钢-凝固过程优化不可分割的重要环节，特别是随着专用转炉脱硅、脱磷工艺技术的开发与进展，正在形成一种全量铁水进行“三脱”预处理的先进工艺。新一代钢厂应大胆采用全量铁水三脱预处理工艺，以建立起高效低成本的洁净钢生产工艺平台，增强产品竞争力，加快大型转炉节奏，提高生产效率，以实现紧凑、高效、节能的循环型经济发展模式。铁水预处理的选择需要考虑效果、成本、效率等因素。

①通过对不同“三脱”剂、不同处理顺序的热力学计算比较得出最佳铁水处理顺序为：预处理脱硫-预处理脱硅、脱磷。对不同处理容器、不同处理方法的动力学条件比较得出预处理容器应选定为：铁水包KR脱硫，专用转炉脱硅、脱磷。

②对不同处理容器、不同处理方法的动力学条件比较得出预处理容器应选定为：铁水包KR脱硫，专用转炉脱硅、脱磷。

其工艺流程如下：

高炉铁水→铁水供应（混铁车）→加废钢→加铁水→吹炼→测温、取样→出钢→溅渣护炉→倒渣→连铸机→200万钢坯（连铸坯）

1.2 厂址选择

本设计为年产200万吨钢坯的转炉炼钢车间，厂址选择红河钢铁有限公司，位于蒙自县城以西15公里处的雨过铺镇，占地面积1835亩。

其地理位置特点如下：红河哈尼族彝族自治州位于云南省东南部，北连昆明，东接文山，西邻玉溪，南与越南社会主义共和国接壤，北回归线横贯东西；红河是云南省第四大经济体，经济总量和部分社会经济指标居全国30个少数民族自治州之首；全州国土面积3.293平方公里，下辖3市10县，总人口450.1万人；有滇南政治、经济、军事、文化中心蒙自，有世界锡都个旧，有国家历史文化名城建水；有河口和金水河两个国家级口岸；有闻名遐迩的锡文化、陶瓷文化和梯田文化；红河是云南经济社会和人文自然的缩影，是云南近代工业的发祥地，也是中国走向东盟的陆路通道和桥头堡。

地形地貌：在中国—东盟自由贸易区和昆明—河内—海防经济走廊建设的大背景下，我州具有建设面向东南亚出口产品生产基地、口岸和转口贸易基地以及区域性综合保税区的地缘优势，具有加速发展外向型经济的良好条件；我州

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通往东南亚的国际大通道正在加快形成。目前，蒙河高速已经建成，石林至蒙自高速、玉溪至蒙自铁路、蒙自至河口铁路正在抓紧建设，云桂铁路、红河机场等一批重点交通建设项目开工在即，再经过三至五年的努力，全州境内的交通“瓶颈”制约将全面消除，通往东南亚最便捷的陆路国际通道将最终形成。 交通运输：五年累计完成全社会固定资产投资1705亿元，是“十五”时期的3.98倍。其中完成公路建设投资247.83亿元，是“十五”期间的3.2倍，通车里程由“十五”末的1.77万公里增加到1.97万公里，其中高速公路通车里程340公里。建成平锁、蒙新、新河高速公路和弥泸师、个屯一级公路，开工建设石蒙高速及元绿、蛮金等6条二级公路，完成农村公路通畅工程46个、通达工程561个，乡镇公路通畅率达95.3%，建制村通达率达99.2%。玉蒙、蒙河、云桂三条电气化铁路先后开工，在建里程达350公里，占全省在建里程的20%

水、电：新建中型和小（Ⅰ）型水库8座、实施除险加固36座，新增蓄水库容4000万立方米，建成了一批灌区配套、节水改造和山区五小水利工程，全州水资源利用率稳步提高。煤炭产能居全省第二位，建成了6座中型水电站和3座2×30万千瓦的火力发电机组，新增电力装机340万千瓦。“云电送粤”、“南通道”和对越送电等输变电工程相继建成。红河电网建设工程全面实施，供电保障能力不断增强。累计完成市政基础设施投资58.19亿元，建成了一批城市供排水、两污处理、城市道路和绿化亮化等工程。

气候特征：全州地处低纬度亚热带高原型湿润季风气候区，在大气环流与错综复杂的地形条件下，气候类型多样，具有独特的高原型立体气候特征。据近10年间统计,在海拔2000米以上的山区，年平均气温16.3℃，极端气温-9.0、31.5℃；年平均降雨量2026.5毫米，一般年最大降雨量为2508.1毫米，其中金平县分水岭老林地区年降雨量最大达3471.1毫米，个别年份最高达4338毫米，居全省之冠；一日最大降雨量可达212.4毫米，具有降雨强度大，持续时间长的特点。在海拔2000米以下的山间盆地、河谷地带，年平均气温分别为17.2℃、23.4℃，极端气温－2.0、40.7℃，年平均降雨量817.2毫米、1688.7毫米，年最大降雨量2257.2毫米，一日最大降雨量144.7毫米，与山区对比相对较小，但仍具有单点暴雨集中，强度大的特点。

矿产资源：其境内矿产资源丰富，是我国有色金属的重要基地之一。现已探明的有色金属储量640万吨，其中锡78万吨；黑色金属7000多万吨（锰1600万吨，钛80万吨）；非金属矿霞石50亿吨，大理石5亿立方米，州内能源资源也很丰富，煤炭储量50亿吨，可开发利用的水力资源134万千瓦。

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经济发展：“十一五”期间，全州生产总值相继突破了400亿元、500亿元和600亿元大关，年均增长11.5%，比“十五”末的308.5亿元翻了一番多，人均生产总值已达2000美元以上。五年共完成财政总收入631.85亿元，是“十五”期间的2.13倍，地方财政一般预算收入累计达到225.60亿元，是“十五”的2.5倍。累计完成财政支出559.94亿元，是“十五”的2.83倍。经济综合实力在全省州市排序中继续保持第四位。

1.3 我国钢铁工业的状况

图表明我国钢产量的变化情况，从中可以看出钢铁工业的发展状况。

图2我国钢铁工业的状况

通过图说明，我国的钢铁工业对世界产生重要影响，我国不仅是产钢大国，而且已进入钢铁强国的行列。

1.4 炼钢方法分类

炼钢方法可分为转炉炼钢法、电炉炼钢法、平炉炼钢法。

转炉炼钢法以氧气顶吹转炉炼钢为主，同时还有底吹氧气转炉炼钢法，顶底复合吹炼氧气转炉炼钢法。

电炉炼钢法以交流电弧炉炼钢为主，同时有少部分直流电弧炉炼钢、感应炉炼钢及电渣重溶等。

平炉炼钢法以煤气或重油为燃料，在燃烧火焰直接加热的状态下，将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液的炼钢的方法。

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其中转炉炼钢法是目前最主要的炼钢方法。其特点是技术不断进步，设备不断改进，工艺不断完善，从顶吹、底吹、侧吹发展到顶底复合炼钢，钢产量不断提高，钢的品种不断增加。与平炉、电炉炼钢法相比，氧气转炉炼钢具有生产率高、钢中气体含量低、钢的质量好等特点。氧气转炉炉内反应速度快，冶炼时间短，具有很高的生产效率。随着转炉容量的增大，生产率进一步提高。氧气转炉钢具有以下特点：①钢中气体含量少；②由于炼钢主要原材料为铁水，废钢用量所占比例不大，因此Ni、Cr、Mo、Cu、Sn等残余元素含量低，由于钢中气体和夹杂少，具有良好的抗时效能力、能加工变形性能和焊接性能，钢材内部缺陷少。不足之处是强度偏低，淬火性能稍次与平炉和电炉钢。此外，氧气转炉钢的机械性能及其他方面性能也是良好的；③原材料消耗少，热效率高，成本低。氧气转炉的金属消耗率一般为1100～1140kg/t，比平炉稍高些。耐火材料消耗仅为平炉的15～30%,一般为2～5kg/t。由于氧气转炉是利用炉料本身的化学热和物理热，热效率高，不需外加热源。因此燃料和动力消耗方面比平炉和电炉均低。氧气转炉的高效率和低消耗，使钢的成本较低；④原料适应性强，氧气转炉对原料的适应性强；⑤基建投资少，建设速度快。氧气转炉设备简单，重量轻，所占的厂商面积和所需要的重型设备的数量比平炉车间少，因此投资比相同产量的平炉低30～40%。而且生产规模越大，基建投资就越省。氧气转炉车间的建设比平炉车间快得多。氧气转炉炼钢生产比较均衡，有利于与连铸机配合。还有利于开展综合利用，如煤气回收及实现生产过程的自动化。

1.5 钢铁工业工艺流程

钢铁材料的生产包括采矿、选矿、烧结（球团）、焦化、炼铁、炼钢和各种轧钢的过程。

图3工艺流程

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由于各种钢材质量主要决定于炼钢工艺过程和设备，所炼钢成为钢铁工业生产中的重要环节。

过去钢铁冶炼工艺流程是铁水→炼钢炉（转炉、电炉、平炉）→浇注（模铸、连铸）→轧钢得模式，这种方式由于缺少铁水的预处理、炉外精炼工艺，只能冶炼普通钢种，难以冶炼优质高性能钢材。

现在转炉炼钢生产工艺流程是高炉→铁水预处理→转炉顶底复合吹炼→炉外精炼→连铸连扎或连铸→铸坯热送→直接轧制。

广而言之，随着工业和科学技术的发展，对钢材质量和性能提出更高要求。转炉冶炼采用铁水预处理、炉外精炼工艺后，质量大大提高，转炉钢品种增加，转炉不仅能冶炼普通钢种，甚至冶炼不锈钢。现代转炉炼钢生产效率和金属回收率高，工人劳动强度降低。

1.6转炉炼钢的基本任务

若以生铁为原料炼钢，需氧化脱碳:钢种P、S含量过高分别会造成钢的“冷脆”性和“热脆”性，炼钢过程应脱出P、S；钢中氧含量超过限度会加剧钢的“热脆”性，并形成大量氧化物夹杂，因而要脱出氧；钢种含有H、N分别造成钢的氢脆和时效性，应该降低钢中的有害气体含量；夹杂物的存在会破坏钢基体的连续性，从而降低钢的力学性能，也应该去除：炼钢过程应提高温度达到出钢要求，同时还要加入一定种类和数量的合金，使钢的成分达到所炼钢种的规格。

综合上述转炉炼钢的基本任务包括：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。可以归纳为：“四脱”（脱碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（调整成分和温度）。炼钢过程通过供氧、造渣、升温、加合金、加脱氧剂等操作完成炼钢基本任务。氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作则是控制供氧、造渣、温度及加入合金材料等，以获得要求的钢液，并浇成合格钢锭和铸坯。

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第二章 氧气转炉炼钢车间

2.1 初始条件

拟建年产量为200万吨连铸坯的氧气转炉炼钢车间，相关技术参数如下： (1)年产量：200万吨；

(2)主要钢种的选择钢种：09Mn2 (3)产品规格：方坯

2.2 转炉座数和公称容量确定

⑴计算年产200万吨钢坯车间的年产钢水量：

根据金属收得率98%，2000000÷98%=2040816吨钢水。 ⑵根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量

一座转炉年出钢炉数，根据转炉作业率80%，平均冶炼时间36min：

表3氧气转炉平均冶炼时间

公称容量/t 平均供 15 30 50 100～120 150 200 250 300 氧时间12～14 14～15 15～16 16～18 18～19 19～20 20～21 21～22 /min 平均冶 炼时间25～28 28～30 30～33 33～36 36～38 38～40 40～42 42～45 /min 第 9 页

年出钢炉数=1×年炼钢时间/炼一炉钢的平均冶炼时间=1440×365×80%/36=11680炉。

每天出钢炉数=年出钢炉数/年日历天数×转炉作业率=11680/(365×80%)=40炉 ⑶转炉座数的确定

为了减少车间内的设备互相干扰，终有固数目的炉子在吹炼，以发挥生产潜力。炉于座数不宜太多，但必须保持年间内始本设计是使用顶底复吹转炉冶炼，合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况，选用三座转炉。 ⑷公称容量的选择

W=nNq即q=2040816÷3÷11680,q=58.24,因此实际算出的转炉公称容量吨位取60t。

式中 W—车间年产钢水量，t。

n—车间经常吹炼炉子座数，n=3座; N—每一座吹炼炉子的年出钢炉数； q—转炉公称容量。

第三章 转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算

3.1 一炉钢冶炼过程分析

收入项：开吹前首先要向炉内加入钢铁料、铁水和废钢，然后降枪吹氧，同时加入造渣料、石灰、白云石、铁皮或矿石等，以及吹炼过程中炉衬要受到侵蚀而剥落下来进入炉内。

支出项：开吹后首先从炉口冒出炉气， 炉气中夹带着烟尘，吹炼过程中要产生一些喷溅，并且要产生炉渣，炉渣中夹带着铁珠，最后得到钢水。见图1-3

通过以上分析，可以给转炉物料平衡和热平衡下定义：

所谓物料平衡就是计算在炼钢过程中加入炉内并参与炼钢过程的全部物料和炼钢过程产生物之间的平衡关系。它是物质不灭定律在炼钢过程中具体应用。

所谓热平衡就是计算在炼钢过程中热量

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图4转炉炉型

的收入与支出之间的平衡关系。它是能量守恒定律在炼钢过程中的具体应用。

3.2 物料平衡计算

3.2.1计算原始数据

本原始数据有：冶炼钢种及其成分、铁水和废钢的成分、终点钢水成分（表4）；造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分（表5）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表6）；其他工艺参数（表7）。

表4钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值

原料 09Mn2 铁水 废钢 终点钢水设 定值 ①本计算设定的钢种为09Mn2。

②[C]和[Si]按实际生产情况选取；[Mn]、[P]和[S]分别按铁水中相应成分含量的30%、10%和60%留在钢水中设定。

表5原材料成分

成分含量/% ω（CaO）/% ω(SiO2)/% ω（MgO）/% ω（AL2O3）/% ω(Fe2O3)/% ω(CaF2)/% ω(P2O5)/% ω(S)/% ω(CO2)/% ω(H2O)/% ω(C)/% 灰分 挥发分 石灰 88.00 2.50 2.60 1.50 0.50 0.10 0.06 4.64 0.10 萤石 0.30 5.50 0.60 1.60 1.50 88.0 0.90 0.10 1.50 白云石 36.40 0.80 25.60 1.00 36.20 炉衬 1.20 3.00 78.80 1.40 1.60 14.00 焦炭 0.58 81.50 12.40 5.52 0.02 痕迹 0.066 0.008 0.016 C/% 0.12 4.3 0.18 Si 0.25 0.41 0.20 Mn 1.45 0.22 0.42 P 0.045 0.078 0.022 S 0.045 0.026 0.024 第 11 页

表6铁合金成分（分子）及其回收率（分母）

类别 成分含量/回收率/% 硅铁 - 6.60锰铁 /90① ①10%与氧生成CO2。

表7其他工艺参数设定值

名称 终渣碱度 莹石加入量 生白云石加入量 炉衬蚀损量 参数 W(CaO)/W(SiO2)=3.5 为铁水量的0.5% 为铁水量的2.5% 为铁水量的0.3% 氧气纯度 量 气化去硫量 占总去硫量的1/3 10%C氧化成CO2 终渣∑w(FeO)含15%，而w(Fe2O3)/金属中[C]的氧化90%C氧化成CO，量（按向钢中传氧∑w(FeO)=1/3,即w产物 量w(Fe2O3)=1.35w（Fe2O3)=5%,w(FeO（FeO)折算） 烟尘量 )=8.25% 为铁水量的1.5%废钢量 （其中w(FeO)为75%,w(Fe2O3)20%） 喷溅铁损 为铁水量的1% 3.2.2物料平衡基本项目

收入项有：铁水、废钢、熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。

支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。 3.2.3计算步骤

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C Si 73.00/75 0.50/75 Mn 0.50/80 67.0/80 Al 2.50/0 - P 0.05/100 0.23/100 S 0.03/100 0.13/100 Fe 23.92/100 24.74/100 名称 渣中铁损(铁珠) 参数 为渣量的6% 99%，余者为N2 炉气中自由氧含0.5%（体积比） 由热平衡计算确定，本设计结果为铁水量的13.89%，即废钢比为12.2% 为

以100kg铁水为基础进行计算。

第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。

总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表8～表10。总渣量及其成分如表11所示。 第二步：计算氧气消耗量。

氧气实际耗量系消耗项目与供入项目之差。见表12。

表8铁水中元素的氧化产物及其成渣量

元反应产素 物 [C]→{CO} C [C]→{CO2} [si]→Si (SiO2） [Mn]→Mn (MnO） [P]→P （P2O5) [S]→{SO2} [S]+S （CaO)→(CaS）+（O） 元素氧化量/kg 4.28×90%=3.852 4.28×10%=0.428 0.41 0.22-0.066=0.154 0.078-0.008=0.07 耗氧量/kg 3.852×16/12=5.136 0.428×32/12=1.141 0.41×32/28=0.469 0.154×16/44=0.056 0.07×80/62=0.090 产物量/kg 3.852×28/12=8.988 0.428×44/12=1.569 备注 0.41×60/48=0.513 入渣 0.154×70/44=0.245 0.07×142/62=0.160 入渣 入渣 0.003×0.003×0.01×1/3=0.003 32/32=0.003 64/32=0.006 0.01×2/3=0.006 0.006×0.006×入渣 (-16)/32=-0.003 72/32=0.014(CaS） 入渣（见表1-8） 入渣（见表1-8） 入渣组分之和 [Fe]→（FeO） Fe [Fe]→（Fe2O3) 0.431×56/72=0.335 0.242×112/160=0.169 0.335×16/46=0.117 0.169×48/112=0.072 0.431 0.242 合计 成渣量 5.427 7.081 1.605 ①由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量=0.006×56/32=0.011kg。

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表9 炉衬蚀损的成渣量

炉衬蚀损量/kg CaO SiO2 0.3（据表7） 0.004 0.009 0.236 0.004 0.005 0.3×14%×90%×28/12=0.088 合计 加类别 入量/kg 萤石 生白灰 石1.32.5 0.5 0.002 0.910 1.210.003 0.640 0.036 0.679 0.028 0.008 0.008 0.005 CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 P2O5 0.3× 14%× 10%× 44/12=0.3× 14%(90%×16/12+10%× 62 0.258 0.103 0.062 MgO Al2O3 Fe2O3 C→CO C→CO2 C→CO,CO2 成渣组分/kg 气态产物/kg 耗氧量/kg 0.015 32/12)=0.0表10加入熔剂的成渣量

成渣组分/kg CaS 0.0Ga气态产物kg/s H2CO2 F2 O O2 0.40.005 0. 0. 001 0.40.006 905 0.064 0.969 01 40 0.020 0.025 灰 8① 1② 2.123 0.035 0.021 0.007 0.015 0.002 0.007 0.002 0.00.002③ 0.002 合计 成渣量 0.083 0.054 03 40 3.404 第 14 页

①石灰加入量计算如下：由表8～表10可知，渣中已含（CaO） =-0.011+0.004+0.002+0.910=0.905kg,

渣

中

已

含

（SiO2）;=0.513+0.009+0.028+0.020=0.57kg。因设定的终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为[R∑w（SiO2）-∑w（CaO)]/[w（CaO石灰）-R×w（SiO2石灰）]=（3.5×0.57-0.905）/(88.0%-3.5×2.50%)=1.09/0.79=1.38kg ②（石灰中CaO含量）-（石灰中S→CaS自耗的CaO量）。 ③由CaO还原出来的氧量，计算方法同表8的注。

表11总渣量及其成分

炉渣成分 元素氧化成渣量（kg） 石灰成（kg） 耐火材料蚀损轻烧白云石成（kg） 萤石成渣量 渣量0.910 0.020 0.640 0.025 CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO FeO Fe2O3 CaF2 P2O5 CaS 合计 0.513 0.245 ② 0. 0.021 ③ 0.002 0.002 1.314 0.258 0.133 0.007 1.574 0.4310.242渣量1.211 0.053 036 0.007 0.005 0.004 0.009 0.236 0.004 量（kg） 1.595 0.002 0.028 0.003 0.008 （kg） 0.008 0.440 0.005 0.001 0.495 总渣量 2.127 0.605 0.915 0.058 0.245 0.431 0.262 0.440 0.140 0.010 5.23 （kg） % 40.67 11.57 17.49 1.10 4.68 8.24 5.00 8.41 2,67 0.19 100 ①总渣量计算如下：因为表1-12中除（FeO）和（Fe2O3）以外的渣量为：2.127+0.605+0.915+0.058+0.245+0.440+0.140+0.01=4.54kg，而终渣∑w（FeO）

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=15%（表11），故总量为：4.54÷86.75%=5.23kg。 ②w（FeO）=5.23×8.25%=0.431kg。

③w（Fe2O3）=5.23×5%-0.007-0.005-0.008=0.242kg。

表12实际耗氧量

耗氧项/kg 铁水中元素氧化耗氧量（表8） 炉衬中碳氧化耗氧量 （表9） 烟尘中铁氧化耗氧量 （表7） 炉气自由氧含量 （表13） 合计 7.081 供氧项/kg 石灰中S与CaO反应0.062 还原出的氧化量（表10） 0.340 0.061 7.544 合计 0.002 7.544-0.002+ 0.061=7.603 0.002 实际氧气消耗量/kg ①炉气N2（存在于氧气中，见表8）的质量，详见表13。 第三步：计算炉气量及其成分。

炉气中含有CO、CO2、N2、SO2和H2O。其中CO、CO2、SO2和H2O可由表8～表10查得，O2和N2则有炉气总体积来确定。现计算如下。 炉气总体积V∑：

V∑=Vg+0.5%V∑+1/99（22.4Gs/32+0.5%V∑-Vx） V

∑

=(99Vg+0.7Gs-Vs)/98.50=(99×8.57+0.7×7.483-0.064×

22.4/32)/98.50

=8.666m2

式中Vg —CO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，m3。本计算中，其值为： 9.076×22.4/28+2.553×22.4/44+0.006×22.4/64+0.006×22.4/18 =8.570m3;

Gs—不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，其值为7.081+0.062+0.34=7.483kg（见表12）；

Vx-石灰中的S与CaO反应还原出的氧量（其质量为:0.002kg，见表12），m3； 0.5%—炉气中自由氧含量； 99—由氧气纯度为99%在转换得来。

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计算结果列于表13。

表13 炉气量及其成分

炉气成分 CO CO2 SO2 H2O O2 N2 合计 炉气/kg 9.076 2.553 0.006 0.006 0.061① 0.066② 11.77 体积/m3 9.076×22.4/28=7.261 2.553×22.4/44=1.30 0.006×22.4/64=0.002 0.006×22.4/18=0.007 0.043① 0.053② 8.666 体积分数/% 83.79 15.00 0.02 0.08 0.50 0.61 100 ①炉气中 O2的体积为8.666×0.5%=0.043m3；质量为0.043×32/22.4=0.061kg ②炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分的体积之差；质量为 0.053×28/22.4=0.066。

第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。

钢水量Qg=铁水量-铁水中元素的氧化量-烟尘、喷溅和渣中的铁损 =100-5.427-[1.50×(75%×56/72+20%×112/160)+1+5.23×6%] =100-5.427-[1.50×(0.583+0.14)+1+0.314] =92.18kg

据此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表14。

表14未加废钢时的物料平衡表 收入 项目 铁水 石灰 萤石 生白 云石 炉衬 氧气 合计 质量/kg 100 1.38 0.50 2.50 0.30 7.60 112.28 % 89.06 1.22 0.45 2.23 0.27 6.77 100.00 项目 钢水 炉渣 炉气 喷溅 烟尘 渣中铁珠 合计 支出 质量/kg 92.18 5.23 11.77 1.00 1.50 0.31 111.99 % 82.31 4.67 10.50 0.89 1.34 0.28 100.00 注：计算误差为（112.28-111.99）/112.28×100%=0.2%。 第五步：计算加入废钢的物料平衡。

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如同“第一步”计算铁水中元素氧化量一样，利用表4的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表15），再将其与表14归类合并，逐得加入废钢后的物料平衡表16和表17。

表15废钢中元素的氧化产物及其成分

元素 反应产物 元素氧化量/kg 耗氧产物0.04713.89×0.16%×90%=0.02 C [C]→{CO} [C]→{CO2} 13.89×0.16%×10%=0.002 Si Mn P 0.005 0.027 （入气） 0.007（入气） [si]→(SiO2） 13.89×0.2%=0.028 0.032 0.060 [Mn]→(MnO） [P]→（P2O5) 13.89×0.354%=0.049 13.89×0.014%=0.002 0.015 0.064 0.003 0.005 0.0000.000[S]→{SO2} S [S]+（CaO)→(CaS）+（O） 13.89×0.008%×1/3=0.0003 13.89×0.008%×2/3=0.0007 3 -0.0004 6 （入气） 0.002（CaS) 13.89- 合计 成渣量（kg）

表16 加入废钢的物料平衡表（以100kg铁水为基础）

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进入刚中的量 量/kg 量/kg 0.102 0.062 0.131 0.102= 13.788

收入 项目 铁水 废钢 石灰 萤石 生白 云石 炉衬 氧气 合计 质量/kg 100 13.89 1.38 0.50 2.50 0.30 7.67 126.24 % 79.21 11.01 1.09 0.40 1.98 0.24 6.07 100.00 项目 钢水 炉渣 炉气 喷溅 烟尘 渣中铁珠 合计 支出 质量/kg 105.97 5.36 11.82 1.00 1.50 0.31 125.96 % 84.13 4.26 9.38 0.79 1.19 0.25 100.00 注：计算误差为（126.24-125.96）/126.24×100%=0.2%

表17加入废钢的物料平衡表（以100kg（铁水+废钢）为基础）

收入 项目 铁水 废钢 石灰 萤石 生白 云石 炉衬 氧气 合计 质量/kg 87.78 12.22 1.21 0.44 2.19 0.26 6.85 110.95 % 79.12 11.01 1.09 0.41 1.97 0.23 6.17 100.00 项目 钢水 炉渣 炉气 喷溅 烟尘 渣中铁珠 合计 支出 质量/kg 93.05 4.71 10.38 0.88 1.32 0.27 110.61 % 84.12 4.26 9.38 0.80 1.19 0.25 100.00 第六步：计算脱氧后和合金化后的物料平衡。

先根据钢种成分设定值（表4）和铁合金成分及其回收率（表6）算出锰铁和硅铁的加入量，再计算其元素的烧损量。将所有结果与表17归类合并，既得冶炼一炉钢的总物料平衡表。 锰铁加入量

W锰=[(w[Mn]钢种－w[Mn]终点)/(锰铁含Mn量×Mn回收率)]×钢水量

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式中 v－工作拉速，m/min；

f―速度换算系数，m?mm/min，其值与钢种、铸坯形状、结晶器长

度和结构、冷却制度等因素有关，按经验根据板坯 的断面尺寸取其值为150 m?mm/min；

l－铸坯横断面周边长，mm； s－铸坯横断面面积，mm2。 （2）最大拉速的确定

工作拉速一般为最大拉速的0.9-0.95倍，本设计取连铸机的最大拉速为2ｍ/min

6.4.2 铸机的弧形半径的确定

本设计铸机的弧形半径R=KD=40×0.15=6m(K取40mm/min1/2，D取0.15m) 6.4.3铸坯液心长度、冶金长度和铸机长度，以及高度 （1）铸坯的液相深度计算

铸坯的液相深度：是指钢液从结晶器液面到铸坯全部凝固完毕时的长度。它是确定弧形连铸机弧形半径和二次冷却区长度的一个重要工艺参数，也决定了拉矫机的设计位置。

D2??1502?1.87L???26.30m 224K4?20式中 L—铸坯的液相深度，m；

D—铸坯厚度，mm,铸坯断150×150mm，即D=150mm; v－铸坯拉速1.87m/min;

K－铸坯综合凝固系数，mm/min1/2。指铸坯在结晶器和二次冷却区的凝固系数的平均值，主要取决于钢种和冷却凝固条件。根据经验取其值为20mm/min1/2。 （2）冶金长度的计算

D2??max1502?2.00??28.125 m LC?4K24?202（3）铸机长度的计算

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?L?1?.128?.125m3 L?1.1 0BC（4）连铸机高度的计算

H?R?H?01?H2?H3?H46?1.6.4.4 钢包的设计 （1）钢包内衬材质的确定

钢包是用于盛接钢液并进行浇注的设备，也是钢液炉外精炼的容器。钢包的工作条件极为苛刻，内衬承受高温钢水的静压力与出钢时的剧烈冲击，经受急剧的机械冲刷、化学侵蚀和温度的激冷激热作用。钢包内衬隔热层使用轻质粘土砖，工作层用铝镁碳砖衬，注口则使用高铝质耐火材料制作。内衬砌筑成阶梯形，即沿高度分段砖衬厚度不同 （2）钢包的主要尺寸及工艺参数的确定

钢包容纳钢水量：一般考虑有10％的过装余量，即钢包实际容量P为 P＝1.1P（t）＝1.1×150＝165（t）

钢包内渣量：渣量一般为金属量的3～5%，设计取较大比例为15％，即渣量为

15％P＝15％×165＝24.75 （t）

钢包的容积：钢液比容取0.14m3/t，熔渣比容取0.28m3/t，因此钢与渣的总体积即钢包容积为

0.14×1.1P+0.28×15%P＝30（m3）

钢包沿高度方向分为上、中、下各1/3H分段，中下两段内衬分别加厚?和2?，选取?＝40mm。

选径高比D/H=1（D为上口内径），锥度为15％，则钢包基本尺寸为 D＝0.667×30.?45?0.12?2? 9.m57P(t)＝0.667k

3（K取0.95） 165/0.95＝3.721（m）

H=D＝3.721m

钢包下部内径为 D下=0.85D—4?＝0.85×3.721—3×0.04=3.043 (m)

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钢包砖衬厚度：钢包砖衬包含保温层与耐火层。 一般砌筑总厚度为100~250mm.

外壳内高 H1＝1.1D＝4.093（m） 外壳全高 H2=1.112D=4.130（m） 外壳上部内径 D1＝1.14D＝4.145（m） 外壳上部外径 D2＝1.16D＝4.316（m） 外壳下部内径 D3＝0.99D＝3.684（m） 外壳下部外径 D4＝1.01D＝3.758（m）

精炼用钢包需加高，故取内高为4.145+0.8＝4.945（m），其底部装有滑动水口和吹氩透气砖。 （3）钢包的结构

钢包由外壳.内衬和注流控制机构三部分组成。钢包内衬一般由保温层.；

永久层和工作层组成。钢包内衬厚度如下表

表33钢包内衬厚度

保温层 永久层 工作层 钢板 （4）滑动水口

钢包通过滑动水口开启、关闭来调节钢液注流。滑动水口由上水口.上滑

板.下水口及下滑板组成。 （5）长水口

长水口用于钢包与中间包这间保护注流防止二次氧化，同时也避免了注流的飞溅以及敞开注流的卷渣问题。 （6）钢包回转台

钢包回转台是把钢水包运送到浇注位置，并在浇注过程中起支承作用。

钢包厚度（mm） 15 30 280～250 25 钢包底厚（mm） 30 60 370 40 第 47 页

6.4.5中间包的设计

中间包是钢水与结晶之间过渡装置。中间包的作用是贮存一定量钢液，减压稳流.分流且还有中间包冶金功能。

（1）中间包尺寸的确定 a. 中间包容量确定

中间包的容量主要根据钢包容量,铸坯断面和流数以及浇注速度确定。

G=1.3FvρtN

式中 F－铸坯断面积,0.0225m2;

v－工作拉速,1.87m/s; ρ－钢水密度,7.8t/m3; t－更换钢包的时间,10min ; N－流数，4。 计算得:G=31.7t。

中间包的容量也可按钢包的20%～40%确定，有的已达50%左右。 本设计取中间包容量为钢包容量的35%，即165×35%=52.5t

(2)中间包的主要尺寸 b． 中间包高度确定

因为其可浇液面为500mm，终了钢液深度为600mm，则标准液面深为：500+600=1100mm，将标准液面再加上100mm，为最大液面Hmax，即为1200mm。中间包耐火材料层厚度h2取为500mm，钢液面距包口距离h1 取为200mm，则中间包高度H?h1?Hmax?h2?200?1200?500?1900mm

C．中间包的宽度:

能保证钢水浇入点到中间包水口的距离大于等于500 mm,并尽可能使注入点到每个水口的距离相等,但又不影响正常工作的视线。因此取中间包的宽度为1000mm。

d. 中间包的长度:取决于中间包的流数和流间距。对于2-4流的连铸机，流间距为1300-1600mm，这里取为1400mm。对于本设计，取中间包的长度为4200mm

e．包的侧壁斜度?2?12? （2）中间包的构造 （1） 中间包外形

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本设计采用T型中间包 （2） 中间包内衬

中间包内衬也是由保温层、永久层和工作层组成。内衬厚度如表34

表34中间包内衬厚度

保温层 永久层 工作层 钢板 （3）浸入式水口

浸入式水口主要是保护钢流防止二次氧化；改变注流在结晶器内的流动状态，减少注流的冲击深度，促进夹杂物在结晶器的上浮，分散注流带入热量，有利于坯壳均匀生长。

（4）中间包水口流量控制 本设计中间包采用滑动水口。 （5）中间包车

中间包车是用来支承、运输、更换中间包的设备。本设计采用门型中间包。 6.4.6结晶器的设计

结晶器是连铸设备中非常重要的部件，称为连铸机的“心脏”。钢液在结晶器内冷却，初步凝固成型，形成一定厚的坯壳。这一过程是在坯壳与结晶器壁连续相对运动下进行的。

（1）结晶器的构造

按外部形状结晶器可分为直结晶器和弧形结晶器。按结晶器的结构可分为整体式、管式及组合式结晶器。本设计采用组合式结晶器。

（2）结晶器尺寸的确定 a、结晶器长度确定

本设计取结晶器长度为900mm。 b、倒锥度的确定

本设计取板坯结晶器宽面倒锥度

（3） 结晶器断面尺寸计算

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中间包壁厚（mm） 15 30 230 25 中间包底厚（mm） 30 60 370 40 ?宽?1%/m，窄面倒锥度

?窄?0.5%/m。

=(1.45%-0.066%)×93.05/(67.80%×80%)=2.42kg

硅铁加入量W硅= 0.25%×(93.05+2.073) -0.002/(73.00%×75%)=0.43kg 铁合金中元素的烧损量和产物量列于表18

表18铁合金中元素烧损量及其产物量

类元别 素 C Mn Si 锰 P 铁 S Fe 合计 Al Mn Si 硅 铁 P S Fe 合计 总计 ①可以忽略。

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烧损量 0.016 0.328 0.003 0.347 0.011 0.0004 0.078 0.089 0.436 脱氧量 成渣量 炉气量 0.043 0.059（CO2) 0.059 入钢量 0.144 1.313 0.009 0.005 0.003 0.599 2.073 0.002 0.235 0.0002① 0.0001 ① 0.102 0.339 2.412 0.097 0.425 0.003 0.006 0.143 0.431 0.010 0.006 0.00010.0005 ① 0.089 0.167 0.099 0.173 0.242 0.604 0.059

脱氧和合金化后的钢水成分如下：

W(C)=(0.02%+0.016/95.46×100%)=0.12% W(Si)=(0.009+0.235)/95.46×100%=0.25% W(Mn)=[0.066%+(1.313+0.002)/95.46×100%=1.45% W (P)=(0.008%+0.005/95.46×100%)=0.045% W(S)=(0.016%+0.003/95.46×100%)=0.045%。

3.3 热平衡计算

3.3.1热平衡计算所需数据

计算所需基本原始数据有：各种炉料及产物的温度（表19）物料平均热容（表20）反映热效应（表21）溶入铁水的元素对铁水的熔点的影响（表22）其他参照物料平衡选取。

表19入炉物料及产物的温度设定 入炉物料 名称 铁水 废钢 温度(℃) 1310 25 其他原料 25 炉渣 与钢水相同 炉气 1450 烟尘 1450 产物 ①纯铁熔点为1536℃。

表20物料平均热容

物料名称 固态平均热容/kJ·(kg.k)-1 熔化潜热/kJ·(kg.k) -1生铁 钢 炉渣 矿石 烟尘 炉气 — 209 1.047 0.996 209 209 — — — 1.137 0.745 0.699 218 272 液态或气态平均热容/kJ·(kg.k)-1 0.837 0.837 1.248 1.248 表21炼钢温度下的反应热效应

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组元 C C Si Mn P Fe Fe SiO2 P2O5 CaCO3 MgCO3 化学反应 [C]+1/2{O2}={CO} 氧化反应 [C]+{O2}={CO2} 氧化反应 [Si]++{O2}=(SiO2) 氧化反应 [Mn]+1/2{O2}=(MnO) 氧化反应 2[P]+5/2{O2}=(P2O5) 氧化反应 [Fe]+1/2{O2}=(FeO) 氧化反应 2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3) 氧化反应 (SiO2)+2(CaO)=(2CaO.SiO2) 成渣反应 (P2O5)+4(CaO)=(4CaO.P2O5) 成渣反应 CaO3=(Cao)+{CO2} 分解反应 MgCO3=(MgO)+ {CO2} 分解反应 ?H（kJ/kmol） （kJ/kmol） -139420 -418072 -817682 -361740 -1176563 -238229 -722432 -97133 -693054 169050 118020 -11639 -34834 -29202 -6594 -18980 -4250 -6460 -1620 -4880 1690 1405 ?H表22溶入铁中的元素对铁的熔点的降低值

元素 在铁中的极 限溶解度 （%） 溶入1%元素使铁5.41 C Si Mn 18.P S Al Cr N,H,O 无无限 2.8 0.18 35.0 5 限 ?=6 5 30 25 3 1.5 65 70 75 80 85 90 100 8 熔点的降低值（℃） 适用含量范围（%） ?1 1 2 2.5 3 3.5 4 ≤3 ≤15 ?0.7 ?0.08 ?1 ?18 3.3.2计算步骤

以100Kg铁水为基础。 第一步：计算热收入Qs。

热收入项包括：铁水物理热；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。

(1)铁水物理热Qw：先根据纯铁熔点，铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值（表19、表4和表22）计算铁水的熔点Tt，然后由铁水温度和生铁比热（表19和表20）确定Qw。

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Tt=1536－（4.30×100+0.41×8+0.22×5+0.078×30+0.026×25）－6=1093℃

Qw=100×[0.745×(1093－25)+218+0.837×(1310－1093)]=119528.9KJ (2) 元素氧化热及成渣热Qy：由铁水中元素氧化量和反应效应（表21）可以算出。其结果列表23。

表23元素氧化热和成渣热

反应产物 C→CO C→CO2 Si→SiO2 Mn→MnO Fe→FeO 反应产物 Fe→Fe2O3 P→P2O5 P2O5→4CaO. SiO2 SiO2→2CaO.SiO 合计Qy 78238.07 0.605×1620=980.1 氧化热或成渣热 3.852×11639=44833.43 0.428×34834=14908.95 0.41×29202=11972.82 0.154×6594=1015.48 0.335×4250=1423.75 氧化热或成渣热 0.169×6460=1091.74 0.07×18980=1328.6 0.14×4880=683.2 (3)烟尘氧化热Qc:由表7中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。 Qc=1.5?(75%×56/72×4250+20%×112/160×6460)=5075.35KJ (4)炉衬中碳的氧化热QL：根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。 Q1=0.3×14%×90%×11639+0.3×14%×10%×34834=586.25 KJ 故热收入总值为QS= Qw+Qy+Qc+Q1=203428.57KJ 第二步：计算热支出Qz。

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热支出项包括：钢水物理热；炉渣物理热；烟尘物理热；炉气物理热；渣中铁珠物理热；喷溅物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。

(1) 钢水物理热Qg ：先按求铁水熔点的方法确定钢水的熔点Tg；再根据出钢和镇静时的实际降温（通常前者为40-60℃，后者约为3-5℃/min,具体时间与盛钢桶大小和浇注条件有关）以及要求的过热度（一般为50-90℃）确定出钢温度Tz ; 最后有钢水量和热容算出物理热。

Tg=1536－(0.02×65+0.066×5+0.008×30+0.016×25) －6=1528(℃) 式中：0.02、0.066、0.008和0.016分别为终点钢水C、Mn、P和S的含量。

Tz＝1528+50+50+70=1698（℃）

式中：50、50和70分别为出钢过程中的温降、镇静及炉后处理过程中的温降和钢水的过热度，吹氩调温过程温降。

Qg=92.18×[0.699×（1528 －25）+272+0.837×（1698－1528）] =135033.56KJ

(2) 炉渣物理热Qr:温度与钢水温度相同，则得： Qr=5.23×[1.248×（1698 －25）+209]=12012.81KJ

(3) 炉气，烟尘，铁珠和喷溅金属的物理热Qx。根据其数量。相应的温度和热容确定。详见表24。

表24某些物料的物理热

项目 参数（kJ） 备注 1520℃系钢水熔点 炉气物理热 11.77×[1.137×（1450－25）]=19070.05 1450℃为炉气和烟尘温度 烟尘物理热 1.5×[0.996×(1450-25)+209]=2442.45 渣中铁珠物0.31× [0.699×（1528-25）+272+0.837×理热 合计 (1698-1528)]=454.11 1.0×[0.699×（1528－25）+272+0.887×(1698－1528)]=1464.89 Qx=23431.5 (4) 生白云石分解热Qb：根据其用量，成分和表21所示的热效应计算。

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Qb=2.5×（36.40%×1690+25.60%×1405）=2437.10kJ

(5) 热损失Qq：用与加热废钢的热量一般占总热收入的3～8%。本计算取5%，则得：Qq=203428.57×5%=10171.43kJ；

(6)废钢吸热Qf：用于加热废钢的热量系剩余热量，即： Qf=QS－Qg－Qr－Qb－Qq－Qr=20342.45kJ ； 故加入的废钢量Wf为： Wf=20342.45?{1

×

[0.699

×

(1528-25)+272+0.837

×

(1698-1528)]}=13.89Kg

即废钢比：13.89/(100+13.89)×100%=12.2%

热效率η=（钢水物理热+炉渣物理热+废钢吸热）/热收入总值?100%=82.2% 若不计算炉渣带走的热量时：

热效率η=（钢水物理热+废钢吸热）/热收入总量×100%=76.3% 第三步：列出热平衡表（表25）。

表25热平衡表

收入 项目 铁水物理热 元素氧化热和成渣热 其中C 氧化 Si 氧化 Mn 氧化 P 氧化 Fe 氧化 SiO2成渣 P2O5成渣 烟尘氧化热 炉衬中碳的氧化热 合计 热量 % 项目 119528.9 58.76 钢水物理热 78238.07 38.46 59742.38 29.37 11972.82 1015.48 1328.6 2515.49 980.1 683.2 5075.35 586.25 203428.57 5.89 0.50 炉渣物理热 废钢物理热 炉气物理热 烟尘物理热 支出 热量 % 135033.56 66.38 12012.81 20342.17 19070.05 2442.45 5.91 10.00 9.37 1.20 0.22 0.72 1.20 5.00 0.65 渣中铁珠物理热 454.11 1.24 喷溅金属物理热 1464.89 0.48 白云石分解热 0.34 2.49 0.29 100.00 热损失 合计 2437.10 10171.43 203428.57 100.00 应当指出。加入合金进行脱氧和合金化。会对热平衡数据产生一定的影响。

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对转炉用一般生铁冶炼低碳钢来说。所用的铁合金种类有限。数量也不多。经计算。其热收入部分约占总收入的0.8-1.0%热支出部分约占0.5-0.8%。二者基本持平。

第四章 转炉炉型设计

转炉炉型是指砌筑耐火材料后的转炉内部形状。炉型设计是炉体设计的关键。炉型的选择和各部尺寸确定是否合理，直接影响着工艺操作，转炉寿命，钢的产量和质量以及炉子的生产率。选择炉型要根据生产规模所确定的转炉吨位、原材料条件，并对已投产的各类型转炉进行调查，了解生产情况，炉衬侵蚀情况和供氧参数与炉型的关系，为炉型选择提供实际数据。选择炉型应考虑因素如下：

（1） 要求炉型有利于炼钢物理化学反应的顺利进行，有利于金属液、炉渣、

炉气的运动，有利于熔池的均匀搅拌； （2） 有较高的炉衬寿命；

（3） 炉内喷溅物要少，金属消耗要低； （4） 炉衬砌筑和维护方便，炉壳容易加工制造； （5） 能够改善劳动条件和提高作业率。

随公称吨位的增大，炉型由细长型向矮胖型方向发展。

4.1 炉型选择

国内外氧气顶吹转炉所采用的炉型，依据熔池的形状来分，其炉身、炉身部位都相同，大体上分为三类：

①筒球形炉型：熔池由一个圆筒和一个球冠两部分组成，炉帽为截锥形，炉身为圆筒形。优点是形状简单、砌砖简便、炉壳易于制造。与相同熔池直径、熔池深度的熔池相比，熔池容积较大，金属装入量大，形状接近于金属液的循环运动轨迹，适用于大型转炉。

②锥球形炉型：熔池由一个倒置截锥体和一个球冠体两部分组成，炉帽为截锥形，炉身为圆筒形。优点是：与相同熔池直径、熔池深度的熔池相比，反应

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面积最大，有利于钢、渣之间的反应，适应于吹炼高磷铁水。熔池形状比较符合钢、渣环流的要求，熔池侵蚀均匀，熔池深度变化较小，新炉炉型接近于停炉后残余的轮廓，炉型上下对称，空炉重心接近于炉体的几何重心位置，使得转炉的传动力矩小。生铁含P较高的国家采用的较多，并取得了较多的经验。

③截锥形炉型：该炉型的熔池由一个倒置的截锥体组成。其特点是形状简单，炉底砌筑简便；其形状基本可以满足转炉炼钢的工艺要求，与相同熔池直径、相同的容量的熔池相比，熔池最深，适用于小型转炉。

结合中国已建成转炉的设计经验，在选择炉型时，考虑： 100—200t以上的大型转炉，采用筒球型； 50—80t中型转炉，采用锥球型； 30t以下的小型转炉，截锥型；

此外还应考虑到当地的铁水条件，根据含P,S的多少，来确定具体的炉型。本设计所采用公称容量为60吨，故采用锥球型。

4.1.1转炉的公称吨位

转炉的公称吨位又称公称容量，是炉型设计的重要依据，有以下三种表示方法：

一种是用转炉的平均铁水装入量表示公称吨位；一种是用平均出钢量表示；还有一种是用转炉平均炉产良坯量表示。出钢量介于装入量和良坯量之间，其数量不受装料中铁水比例的限制，也不受浇注方法的影响，所以大多数采用炉役平均出钢量作为转炉的公称吨位，本设计是新建转炉，以炉役平均出钢量作为转炉的公称吨位，选取其公称容量为60t,最大出钢量为66t，钢包容量为66t，根据出钢量可以计算出装入量和良坯量。

出钢量＝装入量/金属消耗系数 装入量＝出钢量×金属消耗系数

金属消耗系数是指吹炼1吨钢所消耗的金属料数量。由于原材料和操作方法的不同，其系数也不相同。表26是金属消耗系数与铁水Si、P含量的关系。

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表26 金属消耗系数与铁水Si、P含量的关系

铁水w[Si']/% 铁水w[P]/% 金属消耗系数 ＜0.70 ＜0.20 1.10 ＜0.90 ＜0.60 1.15 ＜1.50 ＜1.60 1.2 本设计选取其金属消耗系数为1.1，则，装入量＝出钢量×金属消耗系数=66t。 4.1.2炉型主要参数的确定 ⑴炉容比确定

转炉的炉容比又称为容积系数，以V/T表示，即转炉的工作容积与公称吨位之比。它表示每单位公称吨位所需转炉有效冶炼空间的体积，其单位是m3/t。 合适的炉容比，能够满足吹炼过程中炉内激烈的物理化学反应的需要，从而能获得较好的技术经济效果和劳动条件。炉容比过大，增加设备重量、厂房高度，耐火材料消耗也增加，因而使整个车间费用增加，成本较高；而炉容比过小，炉内没有足够的反应空间，势必引起喷溅，对炉衬的冲刷加剧，操作恶化，导致金属消耗增多，炉衬寿命降低，不利于提高生产率。 选择炉容比时应考虑以下因素：

①铁水比、铁水成分。随着铁水比和铁水中Si、P、S含量增加，炉容比应相应增大。若采用铁水预处理工艺时，炉容比可以小些；

②供氧强度。供氧强度增大时，吹炼速度较快，为了不引起喷溅就要保证有足够的反应空间，炉容比相应增大些；

③冷却剂的种类。采用铁矿石或氧化铁皮为主的冷却剂，成渣量大，炉容比也需相应增大些；若采用废钢为主的冷却剂，成渣量小，则炉容比可适当选择小些。

本设计取V/T=0.92m3/t。 ⑵高宽比

高宽比指转炉总高与炉壳外径之比，用H总/D壳表示。一般是在炉型设计完成以后，对H总/D壳进行核算。必须防止两种倾向：转炉炉体过于细长，必然导致厂房高度和相关设备的高度有所增加，使基建投资和设备费用增加；过于矮胖的炉型，炉内喷溅物易于喷出炉外，热量和金属损失较大。因此，高宽比是转炉设计是否合理、各参数选择是否恰当的一个尺度。

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新设计转炉的高宽比一般在1.25～1.45范围内选取，小转炉取上限，大转炉取下限。本设计中取1.36。 ⑶熔池尺寸

①熔池直径的计算公式为：D=KG/t 式中D—熔池直径，m；

G—新炉金属装入量，t，可取公称容量； K—系数，参见表27； t—平均每炉钢纯吹氧时间，min，参见表28。

表27系数K的推荐值

转炉容量/t <30 30-100 >100 备注 K 1.85-2.10 1.75-1.85 1.50-1.75 大容量取下限，小容量取上限 表28平均每炉钢冶炼时间推荐值 转炉容量/t 冶炼时间/min <30 28-32 (12-16） 30-100 32-38 （14-18） >100 38-45 备注 结合供氧强度，铁等具体条件确定 a.确定初期金属装入量G,取B=13%,则 G=60（t）

V池=G/ρ=60×6.8=8.82(m3)

b.确定吹氧时间：低磷铁水去吨钢消耗氧量为60m3 /t(钢）,参照表28取吹氧时间为18分钟。

则供氧强度=吨钢耗氧量/吹炼时间=60/18=3.33m3/（t·min） 取K=1.75，则D=K·G/t=1.7569?18=2.592(m)

②锥球型熔池深度的计算公式为：h池=V池＋0.033D3/0.665D2=(8.82＋0.033×2.592×2.592×2.592)/(0.665×2.592×2.592)=2.11(m) ⑷炉帽尺寸

a.炉帽倾角θ取60°

b.炉口直径d口=0.48×2.592=1.24（m）

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（16-20） 水成分和所炼钢种

c.炉帽高度帽高度为 H帽=1/2(D-d)tan60°＋H口 , tan60=2.13m 整个炉帽高度为

H帽=1/2(2.592-1.24)×2.13+0.4=1.56(m)

式中H口取400mm 炉帽总容积V帽为：

V帽=(3.14/12)×1.56×(2.592×2.592+2.592×1.24+1.24×1.24)+ (3.14/4)×1.24×1.24×0.4=5.15(m3) ⑸炉身尺寸

a.炉膛直径D=2.592m

b.根据炉容比为0.92，求出炉子总容积为

V总=0.92×60=55.2(m3)

V身=V总-V池-V帽=55.2-8.82-5.15=41.23（m) ⑹炉身高度

H身=(4V身)/(πD2)=(4×41.23)/(3.14×2.592×2.592)=7.85（m） 则炉型内高

H内=H帽＋H身＋h池=1.56＋7.85＋2.11=11.52（m) ⑺出钢口尺寸

a.出钢口中心线水平倾角β=20°

G=63?1.75?60＝12.96（cm）=0.13（m） b.出钢口直径dT=63?1.75c.出钢口衬砖外径：dST=6dT=6×0.13=0.78(m)

d.出钢口长度：LT=7dT=7×0.13=0.91（m） ⑻炉衬厚度确定

炉身工作层选700mm，永久层选115mm，填充层选100mm 总厚度为：700＋115＋100=915mm

炉壳内径为：D壳内=D＋2×0.99=2.592+0.915×2=4.422(m)

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炉帽工作层600mm，永久层150mm，炉底工作层600mm，炉底永久层用标准镁砖砌一层230mm，黏土砖平砌三层65×3=195mm 炉底砖衬总厚度为600+230+195=1025mm 故炉壳内型高度为H壳内=8.556+1.025=9.581m 工作层材质全部采用镁碳砖。 ⑼炉壳厚度

炉身部分选75mm厚的钢板，炉帽和炉底部分选用65mm厚的钢板，则H总=H＋65=9.581+65=9646（mm） D壳=6946＋2×75=7096（mm) ⑽验算高宽比

H总/D壳=9646/7096=1.36＞1.3

复合顶底复合吹炼转炉高宽比推荐值范围（1.3～1.45）。因此，认为设计的转炉炉子尺寸基本上是合适的，能够保证转炉的正常冶炼进行。 ⑾耳轴位置的确定：

取耳因地制宜发从炉底钢板外表面算起的炉子全高的0.52倍。

即H轴=H总×0.52=5015.92mm

壳内

4.2 转炉炉体

炉体分为炉底、炉身、炉帽三部分，均由炉衬和相应的钢板外壳构成。

（1）炉衬：分为三层：永久层、工作层、填充层，炉壳与永久层之间为石棉板。

1）永久层：主要是保护炉壳钢板；

2）填充层：用焦油镁砂捣打而成。其作用是为了减轻工作层受热膨胀对炉壳的压力和便于拆炉；

3）工作层：它承受高温及温度波动、化学侵蚀、机械冲刷和冲击等作用。

（2）炉壳：为了适应高温频繁作业的特点，要求炉壳在高温下不变形、在

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热应力作用下不破裂，必须具有足够的强度和刚度。转炉炉壳是由普通锅炉钢板，或低合金钢板焊接而成的。 4.2.1转炉炉衬设计

通常炉衬由永久层、填充层和工作层组成，永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除，主要用于保护炉壳，该层用镁砖砌成。填充层介于永久层和工作层之间，一般用焦油镁沙捣打而成，厚度约80～100mm，设计中取100mm。工作层指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣，所以采用了镁碳砖，但由于镁碳砖的成本较高，因此只在出钢口，渣线等易损部位用。选取了炉衬厚度如下

表29炉衬厚度 永久层厚度（mm） 炉帽 工作层厚度（mm） 永久层厚度（mm） 炉身 工作层厚度（mm） 永久层厚度（mm） 炉底 工作层厚度（mm） 4.2.2转炉炉壳设计

炉壳由炉帽、炉身、炉底三部分组成。炉帽制成截圆锥型，由于炉帽，特别是炉口部位受高温作用易变形，所以普遍采用水冷炉口。水冷炉口采用蛇形钢管铸在铸铁的炉口圈内结构。炉身制成圆柱型，是整个炉子的承载部分，受力最大。炉底用球型结构，对于60t的炉子采用活炉底。

表30炉壳钢板材质与厚度的确定

600 700 400 600 200 150 第 32 页

炉帽钢板厚度（mm） 炉身钢板厚度（mm） 炉底钢板厚度（mm） 炉壳高度（mm） 炉壳外径（mm） 50 70 70 9750 6670 高径比H总/D宽=9750/6670=1.46≥1.35，符合高宽比的推荐值，因此认为所设计的炉子尺寸基本是合适的，能够保证转炉正常冶炼进行，所以上述计算均合理。

第五章 氧枪设计

氧枪由喷头、枪身和尾部结构构成。喷头是氧枪的核心部分，其基本功能可以说是一个能量转换器，它将氧管中氧气的高压能转换为动能，并通过氧气射流完成对熔池的作用。而氧气射流的参数主要由喷头参数所决定。

5.1 氧枪喷头设计

5.1.1原始数据

转炉公称容量60t，冶炼钢种为09Mn2；转炉参数：炉容比V/T=0.92，熔池直径D=5705mm，有效高度H总=10223mm，熔池深度h=1559mm。 5.1.2氧流量计算

氧流量是指单位时间通过氧枪的氧量。氧流量的精确计算应根据物料平衡求得。根据生产实践，对于普通铁水每吨钢耗氧量为55-65m3/t(标态），取每吨钢

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耗氧量63m3/t。

表31推荐的转炉纯吹氧时间

公称容量/t 纯吹氧时间/min 3<50 12-16 50-80 14-18 ≧120 16-20 吨钢耗氧量为60m/t；纯吹氧时间为18min； 则：每吨钢耗氧量×出钢量/吹氧时间=60×60/18=200m/min 5.1.3选用喷孔

表2多孔喷头孔数和喷孔倾角之间的关系

孔数 倾角

根据国内同类型厂家经验数据，选取出口马赫数为M=2.0，采用5孔喷头，喷孔夹角为15°。

5.1.4设计工况氧压

设计工况氧压是指喷头进口处的氧气压强，近似等于滞止氧压PO，它是喷头设计的重要参数。

查表，当M=2.0时，p/po=0.1278，定p膛=1.28?105pa，则

3 9°-11° 4 10°-13° 5 13°-15° >5 15°-17° 31.28?105p设???10.02?105pa

p/p00.1278取设计工况氧压近似等于滞止氧压。

5.1.5 计算喉口直径

喷头每个孔氧气流量：q?qv700??175m3/min(标态） 44p膛 第 34 页

利用公式q?1.784?CDATP设，令CD=0.90，To=292K，P设=10.02?105pa， To 则175?1.784?0.90?dT=0.0356m=36 mm

?dT?10.02?105429211取喉口长度为LT=(～)dT=17 mm

325.1.6计算d出

依据M=2.0时， 查等熵流表A/A0 =1.688。依据如下公式计算：

d出= dT×A/AO =36×1.688 =47 mm 5.1.7计算扩张段长度

取半锥角5度，则扩张长度L2的计算公式如下：

L2?d出?dT2tan?扩2?47?36?63mm

2?tan5?5.1.8 收缩段长度

取收缩角为50°，则收缩半角为25°，由作图法求得收缩段的长度25 mm

5.2 氧枪枪身设计

氧枪枪身为三层同心圆无缝钢管套管组成，由内向外依次为中心氧管、中层套管和外层套管。其中心氧管为输送氧气的通道，中心氧关于中层套管之间的环缝为冷却水的进水通道，中层套与外层套管之间的环缝通道为冷却水的回水通道。枪身设计内容主要是各层套管的管径和长度。

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5.2.1原始数据

冷却水进水速度为?j?6m/s,冷却水喷头出流速?h?7m/s；中心氧管内氧气流速???50m/s； 5.2.2中心氧管管径的确定

公式为A0?qVI?qVqVI，管内氧气的工况体积流量为： V0P标T01?292?700??74.72(m3/min)?1.25(m3/s) P0T标10.02?2731.25?0.0296(m2) 42中心管的内截面积A0?中心氧管的内径 d1?4?A0??4?0.0296?0.194(m)。

3.14 根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为203×8mm的钢管，验算氧气在钢管内的实际流速：

V0?qVI1.25??42.29(m/s) 验算结果符合要求。

2A0??(0.194)45.2.3中层套管管径的确定

环缝间隙的流通面积：Aj?中层管的内径为：

d2?(d11)?2qmv185??0.01(m2)。 Vj5?36004Aj??(0.203)2?4?0.01??0.232(m)?232mm。

根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为245×6mm的钢管，验算实际水速：

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Vj?1853600?[(0.232)?(0.203)]4??5.0(m/s) 验算结果符合要求。

225.2.4外层套管管径的确定

出水通道的面积为AP?外

管

2qmv185??0.00856(m2)?85.6(cm2)。 VP6?3600内

径

为

：

d3?(d12)?4AP??(2?4?03.140?0.m?..mm2 024065根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为299×16mm的钢管，验算实际水速：

VP?3600?185?4?5.80(m/s) 验算结果符合要求。

22?[(0.267)?(0.245)]5.2.5中层套管下沿至喷头面间隙h

计算该处间隙面积为：Ah?75%?又知：Ah?故：h?qmv185?75%??0.00482(m2) Vh8?3600?(d2?d12)h2

2Ah2?0.00482??0.0053(m)?5.3(mm) ??(d2?d2)3.14?(0.232?0.245)5.2.6氧枪总长度和行程确定

氧枪总长和行程根据公式可确定氧枪总长为：

H枪?h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8

=4.642+0.4+3.5+5+0.8+0.6+1+0.5 =18442mm

式中: h1?氧枪最低位置至炉口距离，mm；

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h2?炉口至烟罩下沿的距离，mm，一般取350～500mm，本设计中取400mm；

h3?烟罩下沿至烟道拐点的距离，mm，一般取3000～4000mm，本设计中取3500mm；

h4?烟罩下沿至氧枪插入孔的距离，5.2mm；

h5?为清理结渣和换枪需要的距离，mm，一般取500～800mm,本设计中取800mm；

h6?根据把持器下段的要求决定的距离，600mm； h7-把持器的两个卡座中心线间的距离，1000mm； h8-根据把持器上段要求决定的距离，500mm；

氧枪行程为： H行?h1?h2?h3?h4?h5=4.642+0.4+3.5+5+0.8=14.342m 5.3氧枪升降和更换机构

5.3.1 对氧枪升降和更换机构设备的要求

转炉在吹炼过程中，氧枪需要多次升降以调整枪位。对氧枪的升降机构和更换装置提出以下要求：

（1）应具有合适的升降速度，并且可以变速。为了缩短冶炼周期，在吹炼过程中氧枪应快速提升，在炉口以上可快速下降；当氧枪进入炉口以下时，应慢速下降，以便控制熔池的反应和保证氧枪安全。在设计中转炉氧枪升降速度的快速为50 m/min，慢速为5～10 m/min。

（2）应保证氧枪升降平稳、控制灵活、操作安全、结构简单、便于维护； （3）能快速更换氧枪； （4）应具有安全连锁装置；

为了保证安全生产，氧枪升降机构设有下列安全连锁装置： 1）当转炉不在垂直位置（允许误差?3°）时，氧枪不能下降。当氧枪进入炉口后，转炉不能作任何方向的倾动；

2）当氧枪下降到炉内经过氧气开、关点时，氧气切断阀自动打开，当氧枪提升通过此点时，氧气切断阀自动关闭；

3）当氧压或冷却水水压低于给定值，或冷却水升温高于给定值时，氧枪能自动提升并报警；

4）副枪与氧枪也应有相应连锁装置；

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5）车间临时停电时能使氧枪自动提升。 5.4副枪设计

为提高控制的准确性，获取吹炼过程的中间数据，实现计算机自动化控制，其有效的方法是采用副枪。它也是一支水冷枪。副枪和氧枪是并列位置插入转炉内的，副枪有测试副枪和操作副枪之分。

测试副枪是在不倒炉的情况下快速检测转炉熔池钢水温度、碳含量和氧含量的液面高度，它还可用以获得熔池钢样和渣样。 5.4.1副枪的功能和要求

(1) 副枪的功能

测试副枪在吹炼进程和终点均能进行测温、取样、定碳定氧和测试液面高度等，并留有开发其它功能的余地。

(2) 对副枪的要求

a、探头自动装卸，方便可靠；

b、与计算机连接，具有实现计算机——副枪自动化闭环控制的条件； c、既能自动操作，也能手动操作；既能集中操作，也能就地操作；既能弱电控制，又能强电控制；

d、副枪升降速度应能在较大范围内调节（0.5～90 mm/min），而且调速平稳，能准确定位；

e、当探头未装上，或未装好；二次仪表未接通或不正常；枪管内冷却水断流或流量过低，水温过高等的任一情况，副枪均不可运行并报警；

f、如遇突然停电或电机拖动系统出现故障，或者断绳、乱绳时，通过风动马达能迅速提升副枪。

(2) 副枪结构与类型

副枪装置主要由副枪枪身、导轨小车、卷扬传动装置、换枪机构等部分组成。 副枪探头的供给方式分为“上给头”和“下给头”。此设计采用“下给头”。下给头测试副枪是由三层同心圆管组成的水冷枪体，内管中心装有信号传输线，并通保护气体氮气；二层与外层分别为进出冷却水通道；在枪体的下部底端装有导电环和探头固定装置。

(3) 测试探头

测试头又称探头，分为单功能探头和复合探头。本设计采用测温定碳测注式复合探头。

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第六章 车间连铸机的选型及计算

连铸机主要由以下几个部分组成：钢包、中间包、结晶器、二次冷却装置、拉坯矫直装置、铸坯切割装置、引锭装置、运输辊道及冷床等。 连铸系统的工艺流程：

冷却→精整→检验→存放 钢包→钢包回转台→中间包→结晶器→二冷区 热送

6.1 连铸机机型分类

连铸机可以按多种方法来分类：

（1）按结构的外形可分为立式连铸机、立弯式连铸机、多点弯曲的立弯式连铸机、弧形连铸机、多半径弧形连铸机和水平连铸机等。近年来，随着连铸技术的发展，又开发了轮式连铸机的研究。

（2）按铸坯断面的形状可分为板坯连铸机、方坯连铸机、圆坯连铸机和异形坯连铸机等。

（3）按拉速分类可分为高拉速连铸机和低拉速连铸机。

（4）按铸坯所承受的钢水静压头，可将连铸机分为高头型、标准头型、低头型和超低头型四种。随着炼钢和炉外精炼技术的提高，浇注前及浇注过程中对钢水纯净度的有效控制，低头和超低头连铸机的采用逐渐增多。

连铸新技术的重要发展目标是：

（1）浇注接近于最终产品形状和尺寸的钢材，以便减少加工工序； （2）建立连续生产线，如连铸连轧。

6.2 连铸机的特点

（1）立式连铸机

其结晶器、二冷段和全凝固铸坯的剪切等设备均设置在一条垂直线上，因此有利于钢水中夹杂物的上浮，铸坯各方向冷却条件较均匀，并且铸坯在整个凝固过程中不受弯曲、矫直等变形作用，即使裂纹敏感性高的钢种也能顺利地连铸。但缺点是铸机设备高，钢水静压力大，设备较笨重，维修也不方便，安

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装立式连铸机需要很高的厂房或地坑，基建费用也高。 （2）立弯式连铸机

是连铸发展过程中的一种过渡机型。其上半部与立式相同，而在铸坯全凝固后把铸坯顶弯90°，使铸坯沿水平方向出坯。这样既具有立式铸机夹杂物上浮条件好的优点，又比立式连铸机高度低，而且水平出坯，铸坯定尺长度不受限制，铸坯的运送也较方便。

立弯式一般适用于浇注断面较小的铸坯，对于大断面铸坯来说，全凝固后在顶弯，冶金长度已经很长了，降低设备高度方面的优点已不明显。此外铸坯在顶弯和矫直点内部应力较大，容易产生内部裂纹。 （3）弧形连铸机

弧形连铸机是目前国内外最主要的连铸机型式。又分为直结晶器和弧形结晶器两种弧形连铸机，其主要特点是：

1）由于布置在1/4圆弧范围内，因此其高度低于立式与立弯式，这就使得它的设备重量较轻，投资费用较低，设备安装与维护方便，因此得到广泛应用。

2）由于设备高度较低，铸坯在凝固过程中承受的钢水静压力较小，可减小坯壳因鼓肚变形而产生的内裂与偏析，有利于改善铸坯质量和提高拉速。

3）弧形连铸机的主要问题在于钢水凝固过程中非金属夹杂物有向内弧聚集的倾向，容易造成铸坯内部分布不均匀。此外，内外弧容易产生冷却不均匀，造成铸坯中心偏析而影响铸坯质量。 （4）椭圆形连铸机

为了进一步降低铸机高度，发展了椭圆形连铸机。即从结晶器向下圆弧半径逐渐变大，将结晶器和二冷段夹辊布置在1/4椭圆弧上，又称为超低头连铸机。这种机型除了弧形区采用多半径，高度有所降低外，基本特点与弧形结晶器的铸机相同。但是由于是多半径的，铸机的安装、对弧调整均较复杂，弧度的检查与铸机的维护也较困难。 （5）水平连铸机

为了最大限度地降低铸机高度，把铸机的主要设备（中间包、结晶器、二冷段、拉坯机和切割设备）均布置在水平位置上，这种铸机称为水平连铸机。

水平连铸机的中间包与结晶器是密封连接的，在水口与结晶器连接处安装有分离环，拉坯时不象普通连铸机那样使结晶器振动，而是拉坯机带着铸坯作拉→停→反推→停的周期运动。

水平连铸机与弧形连铸机相比较，有以下特点：

1）设备高度低、投资省、建设快，适合于现有炼钢车间的改造。

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2）中间包与结晶器全封闭，实现无氧化浇注，铸坯质量好。不需要结晶器钢液液面检测和控制系统。

3）铸坯在凝固过程中无弯曲和矫直，对于用弧形连铸机浇注有困难的合金钢和特殊钢可用水平连铸机浇注。

4）所有设备安装在地面上，操作、事故处理和维护都较方便。

水平连铸机存在的主要问题是，受拉坯时的惯性力限制，所浇注的铸坯断面较小。结晶器的石墨套和分离环价格较高，增加了铸坯成本。

综合上述连铸机的特点，充分考虑本设计中的钢种要求和车间条件，故采用弧形方坯连铸机。

6.3 连铸机的主要工艺参数计算

6.3.1 铸坯断面的断定

由连铸机机型的选择本设计以断面为150×150mm。 6.3.2 连铸机流数的确定

钢包允许的最大浇注时间，可按下列经验：

t=[(logG-0.2)/0.3]×f=[log(60-0.2)/0.3]×11=72.50min 式中 t—钢包允许的最大浇注时间，min； G—钢包容量，由工艺设计部分知G=60t;

f—质量系数，主要取决于对浇注温度控制的要求，取f=11。 则流数N=G/(t×F×v×ρ）=60/(72.5×0.022×1.87×7.8)=6.3 式中 G－钢包容量，t；

t－钢包浇注时间，min，由炼钢炉与连铸的工艺配合而定，其

值不大于钢包允许的最大浇注时间，取t＝72.5min；

F－铸坯断面面积，m2，；

v－该断面时的工作拉速，m/min； ?－铸坯密度，取为7.8t/m3。

根据相关已知条件查方坯连铸机流数诺漠图得铸坯流数为4流。 6.3.3 连铸机的作业率

按年非作业时间计算：（本设计取连铸机非作业时间占总作业时间的20%）

A1?H18760?8760?20%Y2??100%??100%?80?8760

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6.3.4金属收得率

钢水收得率为??93% 铸坯合格率为?2?98%

金属收得率为：???1??2?93%?98%?91.14% 6.3.5浇注周期的计算

(1) 浇注时间是准备与浇注时间之和。

G150 单炉浇注时间：?2???115.75min

B?D?????N0.15?0.15?7.7?1.87?4式中 G－平均每炉产钢水量，t，新炉时150t； B－铸坯宽度，m，为0.15m； D－铸坯厚度，m，为0.15m； ?－铸坯密度，取为7.7t/m3； v－工作拉速，为1.87m/min；

N－连铸机的流数，为4流。 （2）准备时间的确定

准备时间是从上一炉浇注的中间包水口关闭到下一炉浇注时完成结晶器内引锭头的密封为止所需的辅助操作时间。

a、尾坯封顶及拉出尾坯 中间包车开走一般为1 min，

b、清理连铸机

板坯的作业时间取为7 min。

c、送入引定杆

采用上装引定杆作业时间取22 min，它可以与拉尾坯和清扫结晶器的作业同时进行，待尾坯拉完，引定杆边装完不需另外作业时间。

d、堵塞引定杆

引锭头送入结晶器后，先定位，然后用石绵绳堵塞引定周边和结晶器内壁的空隙，再铺上一层清洁废钢。对方坯取9 min。

e、钢包定位并装长水口

钢包回转台放上满包钢水后，旋转180度到浇注位置，并利用安装设备安装好钢包的长水口，作业时间取2min。

f、向中间包注钢水

长水口安装完后，开启滑动水口向中间包注钢水，待钢水达到中间包工作

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液面高度的2/3时，打开中间包水口开始浇钢，作业时间取为2 min。

∴准备时间：30min

浇注周期：T=?1?n?2?30?4?115.75?493min（平均连烧炉数n取为4） 式中 T－连铸浇注周期，min；

?1－ 准备时间，min，指从上一连铸炉次中间包浇完至下一连铸炉次

开浇的间隔，取为30min；

n－平均连浇炉数，就提高连铸机产量而言，连浇炉数越多，铸机产量就越高，但考虑到连铸机抗高温蠕变能力以及合理调配和均衡组织生产，取n＝4；

?2－单炉浇注时间，min，是指从中间包，开浇至浇完的时间。

连铸机产量的计算

a、 连铸机小时产量

p?60BDv??N?60?4?0.15?0.15?1.87?7.7＝77.75t/h

式中各符号含义及其数值同前 b、平均日产量计算

方坯收得率?=浇注收得率×精整收得率=98%×100%=98%。

1440?4?150?98%?1?n?2?A?＝1717.5t/h

493c、 平均年产量计算

Q?365AY?365?1272.6?80%?3716060t﹥3300000t

符合要求。

6.4 连铸机基本参数的确定

6.4.1拉坯速度

拉坯速度有两种含义：一种是由于铸机设备的限制所能达到的拉速，称为理论速度（又叫最大拉速）；另一种则是由于铸坯质量的限制所能达到的拉速，称为工作拉速（又叫常用拉速）。一般所说的拉速是指工作拉速。

（1）工作拉速的计算

铸坯的厚度对拉速的影响最大，由于板坯的宽厚比比较大，所以根据铸坯的宽厚比选取拉速，采用经验公式算拉速： V=fL/S=150×600/22500=1.87m/s

C

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