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1、北京科技大学喷粉罐设计任务书指导教师：朱荣教授作者: 王磊2010.10I目录一、设计任务 .1二、设计条件 .1三、设计要求 .1四、设计内容 .11 喷粉罐类型的选择 .22 喷粉罐容积的计算 2.23 喷粉罐几何尺寸的确定 3.34 喷粉罐的流态化装置 .45 输送气流速度的确定 .56 粉气比的计算 .67 输送管道的设计 6.68 对是否发生堵塞的验证 7.79 罐压的计算 8.810 阀门、流量计等设备的选取及其功能 .1211 喷粉罐自动控制及操作流程 .15五、设计总结 .17六、设计参考资料 .18北京科技大学1一、设计任务设计一个喷粉料为碳粉（平均粒度为 60 目）的喷粉罐
2、，采用压缩空气作为载气，要求喷吹碳粉的速率为 25kg/min，一次加料能够连续喷吹 30 分钟。二、设计条件本设计基于某钢厂电炉喷吹碳粉系统研发的，该电炉主要的技术参数为：公称容量为 70 吨，变压器容量 60MVA。三、设计要求在现场具有很好的适应性，保证其在高温、多尘等环境稳定可靠的运行。能够均匀稳定的将碳粉喷吹到熔池内，达到节能降耗的目的。（1）喷粉的全过程是完全自动控制：无论是喷粉罐排气、加料、充压，还是喷粉及喷粉流量的调节，能够用计算机自动控制；（2）喷粉流量可以适时调节：完全可以根据用户需要进行流量调节，调节准确稳定，工作可靠，寿命长；（3）喷粉罐采用流态化装置，保证喷吹稳定、脉
3、动小，克服喷碳时出时不出的现象，保证全过程均匀稳定喷碳；（4）对于阀门的选取，保证其有带压多尘的环境中稳定长期工作；四、设计内容喷粉罐的工作特性与喷粉罐的结构有关。空气动力学的因素，对气动罐来说是非常重要的，此外设计喷粉罐时要考虑供气条件、管路长度、物料性能等。喷射冶金工艺对喷粉罐性能的要求：喷吹过程中，在一定范围内，可调节北京科技大学2送粉速度。喷粉罐结构应简单，工作性能可靠，对各种粉料(输送性能)适应性强。喷粉罐是属于高压容器，要求耐压强度比较大。根据题目要求，所吹粉料为碳粉，载气为空气，现将这两种物质的重要物理性质列于下表 1 和表 2。表 1 空气的物理性质性质 分子量 密度（kg/m
4、 3） 粘度，10 -6，kg/ms空气 28.95 1.29 18.192表 2 碳粉的物理性质性质 粒度（m） 松装密度（kg/m 3）碳粉 0.0003 0.81031 喷粉罐类型的选择喷粉罐的类型主要分为两种，即上出粉和下出粉两大类。出粉方式为利用通入罐内气体使粉剂沸腾、流态化并加压后利用与输送管道间的差压从粉罐的上部流出。下出粉方式是在粉罐锥体段的下端配设粉管，通过流态化段使粉剂流体化并加压到一定压力后利用差压和粉剂自重使粉剂自粉罐下部流出。他们的区别在于：在输出粉量相等的情况下，上出粉比下出粉所需能量，要略微大一些。当输粉管与载气管汇合部位的压力为零时下出粉罐粉料可以借自重通过机械
5、给粉器流出 1。对于本喷粉罐的设计，要求喷吹严格，故采用下料均匀稳定度高，粉气控制较精确地锥体型下出料罐。2 喷粉罐容积的计算 2喷粉罐的容积主要决定于金属处理量、粉料的容积比重和耗量，可按下式计算：北京科技大学3V=1+(0.10.2)*Gs/式中：0.10.2 为喷粉罐松动空间所占的容积率；Gs：为粉料量， 为所喷物料密度。喷吹速率为 25kg/min，连续喷吹 30 分钟，则所需碳粉的质量为：m=2530=750kg即 Gs=750kg。碳粉的密度为：c=0.810 3kg/m3，喷粉罐松动空间所占的容积率取 0.2。则喷粉罐的体积为：V=(1+0.2)750/800=1.125m33
6、喷粉罐几何尺寸的确定 3喷粉罐的罐体通常是圆柱形的，在下部有倒锥体，如图 1 所示。喷粉罐的主要参数是罐的直径 D，高度 H，倒锥角 。DH 1H 2Ha图 1 喷粉罐结构尺寸的示意图喷粉冶金用喷粉罐的 H/D 值约为 2.12.2。通常要求出料速度较大时，H/D 取较小值，反之，取较大值。喷粉罐下部的锥度对粉料在罐中的自然下降有很大的影响。为了保证粉料北京科技大学4能够从喷粉罐中顺利下降，喷粉罐的锥角 与粉料的静止角 之间的关系为r(1802)or依据张信昭编著的冶金喷粉基本原理354 页表 6-2某些粉料的松密度和静止角 ，取碳粉的静止角 =34 度。则 112 度。选取较小的 值有利于r
7、粉料的自然下降，但是 值过小，会使罐的高度和料柱高度增加，不利于粉料的流态化。因此在设计喷粉罐时要综合考虑各种因素。根据以往喷粉罐的设计，这里取 =45 度。下面近似计算喷粉罐的直径 D。（式 1）2214VDH设 H1/D=KD，式中 KD 为系数，约为 1.01.5，这里取 1.2。由图 1 可知：2()/tan将 H1 和 H2 值代入式 1 中可以得到334tanDVK因而得出： 13416tan2DVK把 V=1.8， KD=1.2， =45o 代入上式得到：D=0.96，实际取直径 D 为 1m。则 H1=1.2m， H2=1.2m。经验算，喷粉罐的实际体积为：V 实际 =1.25
8、6m3。北京科技大学54 喷粉罐的流态化装置流化装置是喷粉罐中使粉料松动和悬浮的机构，是喷粉罐的核心，它在很大程度上决定着喷粉罐的工作性能。为了保证均匀而稳定地输送粉料，通常在喷粉罐上或其内部设置流态化装置或松动装置。在喷粉罐的工作过程中，从流态化装置进入罐内的气体大部分将与粉料一起进入出料管而向外输送，但是必须控制小部分气体留在罐内以填补粉料输出后而空出的容积，这样能使罐压保持不变，实现均衡供料。此外，留在罐内的气体具有上升的趋势，并能松动料层，使粉料连续地流向出料口。在锥底型喷粉罐中，粉料流态化所需要的气体量比平底型喷粉罐的要少些。可以通过冷态实验确定合适的流态化气体的流量。这时能使粉料沿
9、罐壁发生流态化，随着粉料的下降，锥体直径逐渐减少，当达到出料口处时，实现完全的流态化。流化装置的类型较多，用于冶金喷粉罐的主要有流化孔板、直形多孔管和螺旋形多孔管等。目前多采用多孔流化板，因为这种装置能使气流均匀分布在整个流化板表面上，使粉料流态化较均匀稳定，比多孔管式流化装置效果好，且耗气量较少 4。通过以上的分析，本喷粉罐采用由多孔钢板和尼龙布钢丝网等迭合组成的复合多孔流化板。5 输送气流速度的确定确定合适的输送气流速度是非常重要的，在设计时可以采用简便的方法加以确定。首先根据理论计算或者实际测量来确定粉粒的沉降速度，然后再根据粉料的物理性质，混合比的大小和管路配置情况等选取经验系数，同时
10、参考已有的实例，最后确定合适的输送气流速度，这里我们逆向运算，首先确定输送气流速度，然后再确定混合比等气体参数，下面将有说明。水平管比垂直管要求有更大的输送气流速度；细粉状物料亦要求较大的输送气流速度。对于粘性较大，混合比大和管道布置复杂的情况，均应选取较大北京科技大学6的输送气流速度。根据张信昭编著的冶金喷粉基本原理366 页表 6-4各种物料的沉降速度和常用的输送气流速度 ，表中标明碳粉的输送气流速度一般为 2030m/s。在本喷粉罐的设计中，取中间值 25m/s。即输送气体的速度 Ug=25 m/s。6 粉气比的计算粉气比也称质量浓度，是指在单位时间内通过输料管有效截面积的固体物料量 Gs 与气体质量 Gg 之比，用 m 表示，即（ 式 2）SSggGmV式中 m质量浓度或称为粉气比，kgkg -1Gs物料的质量流量，kgs -1Gg气体的质量流量，kgs -1气体的密度，kgm -3g气体的体积流量，m 3s-1V在喷粉冶金中，采用稀相输送时的粉气比通常为 1040；采用浓相输送时的粉气比通常为 80150。应根据实际情况选定合适的粉气比值，并在以后
