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1、重庆科技学院本科生课程设计重庆科技学院冶金工程设计 课程设计报告学院: 冶金与材料工程学院专业班级 : 冶金普 09-04学生姓名 : 学号: 设计地点（单位） : 重 庆 科 技 学 院设计题目 : 220t 顶吹氧气转炉的氧枪设计完成日期： 2013 年01 月04 日指导教师评语 : _ 成绩（五级记分制） : 指导教师（签字） : 重庆科技学院本科生课程设计目录绪论1 一 物料平衡计2（一）计算原始数据2 （二）物料平衡基本目3 （三）计算步骤3 1. 计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分3 2. 计算氧气消耗量3 3. 计算炉气量及其成分3 4. 计算脱氧和合金化前的钢水量7 5. 计
2、算加入废钢的物料平衡7 6. 计算脱氧合金化后的物料平衡 8 二 转炉氧枪设计11 （一） 氧枪喷头设计11 1. 氧流量或供氧强度11 2. 喷孔出口马赫数Ma 11 3. 理论计算氧压11 3. 喷孔夹角与喷孔间距11 5. 喉口直径d喉及喉口长度喉l12 6. 收缩段长度1l127. 喷孔出口直径及扩张段长度2l12 （二）氧枪枪身设计12 1. 内层管直径iD1122. 中层管直径iD2133. 外层管直径iD3134. 氧枪全长及有效行程13 重庆科技学院本科生课程设计1绪论氧气转炉炼钢在大型的钢铁企业中处于整个钢铁生产的中间环节，起到承上启下的作用，炼钢是决定钢材产量、质量的关键所
3、在。氧气转炉炼钢环节的任何延误或产量、质量变化都会影响前后生产工序的协调运转。这都与转炉炼钢的设备、 工艺、组织管理等因素有关。所以在设计转炉炼钢车间时，应当处理好各种设计问题，为正常生产，保持良好的生产秩序打下基础。 氧枪是转炉炼钢不可缺少的装置，并对转炉冶炼过程的各项技术指标具有重要的地位和决定性作用。顶吹转炉问世以来， 对氧枪进行了完善和改进， 主要集中在氧枪喷头上， 将过去的单孔变为多孔，由锻造喷头改进成整体铸造或组合喷头，极大地推进了转炉技术的发展。目前随着转炉容积的增大， 要求按比例的增加氧气流量， 使用一个单孔直筒型喷嘴供应氧气，会增大喷溅，降低金属收得率。所以现代企业逐渐地从直
4、筒型喷嘴过渡到收缩-扩张型拉瓦尔式多孔喷嘴。 多孔氧枪的主要优点是容易化渣、减少喷溅、吹炼过程平稳，提高金属收得率、并提高了氧气效率。但多孔喷头的缺点是氧射流的穿透能力减弱了。对同样的供氧能力， 多孔氧枪的操作枪位较低。 这意味着除增加设计、 制造的复杂性以外，多孔氧枪将处于更加恶劣的工作条件，使氧枪喷头易被侵蚀， 就需要更有效的水冷条件，就需增加冷却水用量，改善喷头内冷却水通道的设计。因此，如何选择氧枪的最佳参数是优化转炉生产操作的重要课程。物料平衡与热平衡计算是氧气转炉冶炼工艺设计的一项基本计算。它是建立在物质与能量守恒的基础上的。 它以氧气转炉作为考察对象， 根据装入转炉内或参与炼钢过程
5、的全部物质数据和炼钢过程的全部产物数据，来进行物料的质量和热量平衡计算。其主要目的是比较整个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项， 为改进操作工艺制度， 确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量依据。应当指出，由于炼钢是复杂的高温物理化学过程， 加上测试手段有限， 目前尚难以做到精确取值和计算，尤其是热平衡，只能近似计算。尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。重庆科技学院本科生课程设计2一 物料平衡计算（一）基本原始数据基本原始数据：冶炼钢种及其成分、铁水和废钢成分、终点钢水成分(表 1.1)；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分(表 1.2)； 脱氧和合金化用铁合金的成分及其
6、回收率(表 1.3)；其他工艺参数 (表 1.4)。表 1.1 钢水、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值成分含量/% 类别C Si Mn P S 钢种 Q235设定值0.17 0.24 0.56 0.045 0.050 铁水设定值4.11 0.80 0.62 0.15 0.040 废钢设定值0.18 0.24 0.56 0.030 0.030 终点钢水设定值0.10 痕迹0.19 0.015 0.024 本计算设定钢种为Q235A。C 和Si 按实际产生情况选取；Mn 、P 和S 分别按铁水中相应成分含量的30% 、10% 和 60% 留在刚水中设定。表 1.2 原材料成分成分 /% 类别CaO
7、 SiO2MnO Al2O3Fe2O3CaF2P2O5S CO2H2O C 灰分挥发分石灰88.00 2.49 2.60 1.51 0.50 0.10 0.06 4.64 0.10 萤石0.30 5.50 0.61 1.59 1.50 88.00 0.90 0.10 1.50 生白云石36.41 0.80 25.59 1.00 36.2 炉衬1.20 3.00 78.81 1.41 1.60 14.0 焦炭0.59 81.51 12.40 5.52 表 1.3 铁合金成分（分子）及其回收率成分含量 / 回收率 /% 类别C Si Mn Al P S Fe 硅铁73.00/75 0.50/80
8、2.50/0 0.05/100 0.03/100 23.92/100 锰铁6.60/900.50/75 67.8/80 0.23/100 0.13/100 24.74/100 10% 与氧生成CO2。重庆科技学院本科生课程设计3表 1.4 其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度萤石加入量生 白 云 石 加 入量炉衬蚀损量终渣 (FeO)含量 ( 按向钢中传氧量(Fe2O3)=1.35(FeO) 折算 ) 烟尘量喷吹铁损W(CaO)/W(SiO2)=3.5为铁水量得0.5% 为铁水量得2.5% 为铁水量得0.3% 15%, 而W(Fe2O3)/w(FeO)=1/3 ，即W(Fe2O3)=5%
9、W(FeO)=8.25% 为铁水量得1.5%( 其中W(FeO) 为75%,W(Fe2O3) 为 20%) 为铁水量得1% 渣中铁损（铁珠）氧气纯度炉气中自由氧含量气化去硫量金 属 中 C 的 氧 化产物废钢量为渣量的6% 99%, 余者为 N2 0.5%( 体积比 ) 占总去硫量得1/3 90%C氧化成 CO,10%C 氧化成 CO2 由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量得15% ，即废钢比为13.04% （二）物料平衡基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂、氧气、炉衬损失、铁合金。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。 （三）计算步骤以 100kg 铁水为基础进行计算。1. 计算脱
10、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，炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表1.5 表1.7 。总渣量及其成分如表1.8 所示。表 1.5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量元素反应产物元素氧化量 /kg 耗氧量 /kg 产物量 /kg 备注C Si Mn P S Fe C CO C CO2 Si(SiO2) Mn (MnO) P (P2O5) S SO2 S+(CaO) (CaS)+(O) Fe (FeO) Fe (Fe2O3) 4.01 90%=3.609 4.01 10%=0.401 0.800 0.430 0.135 0.016 1/3=0.005 0.016
11、2/3=0.011 1.069 56/72=0.831 0.602 112/160=0.421 4.812 1.069 0.910 0.125 0.174 0.005 -0.0060.237 0.180 8.421 1.470 1.710 0.555 0.309 0.010 0.025 （CaS ）1.069 0.602 入渣入渣入渣入渣入渣 （见表 8）入渣 （见表 8）合计6.643 7.506 成渣量14.171 入渣组分之和由 CaO还原出的氧量；消耗的CaO量=0.011 56/32=0.019kg 。重庆科技学院本科生课程设计4表 1.6 炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量 /kg 成渣组
12、分 /kg 气态产物 /kg 耗氧量 /kg CaO SiO2MgO Al2O3Fe2O3CCO CCO2CCO,CO20.3 （据表4）0.004 0.009 0.236 0.004 0.005 0.3 14% 90% 28/12=0.088 0.3 14% 10% 44/12=0.015 0.3 14%(90% 16/1210% 32/12)=0.062 合计0.258 0.103 0.062 表 1.7 加入溶剂的成渣量类别加入量/kg 成渣组分 /kg 气态产物 /kg CaO MgO SiO2Al2O3Fe2O3P2O5CsS CaF2H2O CO2O2萤石0.5( 表4) 0.00
13、2 0.003 0.028 0.008 0.008 0.005 0.001 0.440 0.008 生白云石2.5( 表4) 0.910 0.640 0.020 0.025 0.905 石灰7.6345.851 0.198 0.190 0.115 0.038 0.008 0.010 0.008 0.354 0.002合计6.763 0.841 0.238 0.148 0.046 0.013 0.011 0.440 0.015 1.259 0.002 成渣量8.430 石灰 加入 量计 算如 下 ： 由表1.5 表1.7可 知 ， 渣中 已 含 (CaO)= 0.019+0.004+0.002+
14、0.910=0.897kg；渣中已含(SiO2)=1.929+0.009+0.028+0.020=1.986kg。因设定的 终 渣碱 度R=3.5， 故石 灰加 入量 为 ： R (SiO2)- (CaO)/ (CaO石 灰)-R (SiO2石灰)=5.288/(88.0%-3.52.50%)=6.67kg 。（石灰中CaO含量）（石灰中S CaS自耗的 CaO量）由 CaO还原出来的氧量，计算方法同表1.5 的注。表 1.8 总渣量及其成分炉渣成分CaO SiO2MgOAl2O3MnO FeO Fe2O3CaF2P2O5CsS合计元素氧化成渣量/kg 石灰成渣量 /kg 炉衬蚀损成渣量/kg 生
