畢業設計_年產200萬噸鋼的轉爐煉鋼車間設計_——鋼包設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 量不斷提高 ,使用效果更好 ,滿足不斷發展的需要。根據我國鋼鐵行業的發展趨勢 ,預計未來鋼包耐火材料的發展將主要從以下幾個方面開展工作： (1)開發壽命提高鋼包耐火材料 ,滿足高效連鑄和爐外精煉； (2)開發更好的耐腐蝕性和抗剝離性能的低碳和無碳鈣和鎂系列鋼包耐火材料 ,以滿足冶煉潔凈鋼、低碳鋼和超低碳鋼的需要； (3)開發節能鋼材合成耐火材料 ,如無定型耐火材料和綠色磚。 (4)發展資源節約型和環境友好的鋼合成耐火材料， (5)開展各種用后殘留耐火料的再次利用與研究 [3]。 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 2 轉爐座數、公稱容量及生產能力的確定 2 2 轉爐座數、公稱容量及生產能力的確定 轉爐的容量和座數的確定 轉爐煉鋼過程中，由于爐襯受到侵蝕而逐漸減薄，在一個爐役期內，爐容量隨之增大，因此需要一個統一的衡量標準，即公稱容量 [4]。氧氣轉爐的生產能力與作業指標的關系如下： tTnQ /1 4 4 03 6 5 ?????? 式中 Q－車間生產能力， 200 萬噸鋼 /年； n－車間經常吹煉座數； T－每座爐平均每爐產鋼量 ， 噸； t－每爐鋼的冶煉 周期 ， 在 38~48min，這里根據煉鋼廠設計原理， 取45min； η－轉爐車間有效作業率，與全連 鑄配合取 η=65%~80% [5]，根據煉鋼廠設計 原理，這里取 75%。 根據國家 工信部 2020 年 07 月 12 日 發布的 《 鋼鐵行業生產經營規范條件 》，新建轉爐容量應在 120t 以上，依據上述關系， 本設計車間轉爐數為 1 座；每爐鋼的平均出鋼量為 220噸。 計算年出鋼爐數 國內轉爐的平均冶煉時間如表 。 表 氧氣轉爐平均冶煉時間 [4] 公稱容量 /t 平均供氧時間 /min 平均冶煉時間 /min 15 12~14 25~28 30 14~15 28~30 50 15~16 30~33 100~120 16~18 33~36 150 18~19 36~38 200 19~20 38~40 250 20~21 40~42 300 21~22 42~45 每一座吹煉轉爐的出鋼爐數 N為： 985536514401440 11 2 ???? TT TN ? 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 2 轉爐座數、公稱容量及生產能力的確定 3 式中 T1— 每爐鋼的平均冶煉時間， min，參照表 ，取 40 min； T2 — 一年內有效作用的天數， d=365η=273 d； 1440— 一天的日歷時間， min； 365— 一年的日歷天數，天； η — 轉爐車間的有效作用率，取 75%。 故每天出鋼爐數為： N/273=9855/273=36 爐； 車間的年產鋼量的計算 在選定轉爐公稱容量和轉爐工 作制后，即可計算出車間的年產鋼水量 W: nNqw? 式中 W — 車間年產鋼水量， t； n — 車間經常吹煉爐座數；這里取 1 N — 每一座吹煉爐的年出鋼爐數； q — 轉爐公稱容量， t； 得出年產鋼量為 2027520t 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 鋼包尺寸數量的確定 4 3 鋼包尺寸及數量的確定 鋼包尺寸的計算 (1)鋼包容量的計算。轉爐的出鋼量與鋼包的容量應當匹配，如表 。 表 與轉爐配套的鋼包容量的配合 表 [6] 公稱容量 /t 最大出鋼量 /t 平均冶煉時間 /min 50 60 60 100 120 120 120 150 150 150 180 180 200 220 220 250 275 275 300 320 320 我們假設鋼包的額定容量為 ()Pt 。設計時一般需要考慮到鋼包 10%的凈空量，因此鋼包內鋼水實際容量可以表示為 P+= 250=275t (2)鋼包內渣量的計算。一般情況下， 渣量只是金屬量的一小部分，約為3％～ 5％ [6]，我們這里在設計時應取較大比例 15％。 故渣量可以計算為： % ????P (3)鋼包容積的計算。根據實際鋼包所能夠的容納金屬液與熔渣量計算進行。鋼液比容一般為 [4]，熔渣的比容一般為 [6]。因此，鋼渣的總體積即鋼包容積應該是： V = + = (m3)，如果使用 D/H＝ 1， 錐度用 15％ ， 則鋼包底部直徑 (鋼包空間尺寸如圖 所示 )： 15%HD D H?? = 圖 鋼包內空間尺寸 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 鋼包尺寸數量的確定 5 若鋼包容積根據圓錐臺來計算，即： 22()12 HHHV D D D D?? ? ? 把 HD? 和 ? 帶入上式得到： ? 又鋼和渣體積為 V = ，因此有 = ( ) PDP?? 可得到鋼包的基本尺寸同容量的關系 : ? ； ? ； HDP? 以上三個計算公式是基于一致條件下的襯砌厚度得出。 各部分設計過程參考文獻 [6]得到各部分參數。如圖 ： 圖 鋼包各部分尺寸 1) 0. 1 1. 1dH J D D D? ? ? ? ?1外 殼 內 高 H H1=H +Jd=D+= 2) 21 1. 1 0. 01 2 1. 11 2d D D D?? ? ? ?外 殼 全 高 H =H 3) 1 2 0. 07 1. 14bJ D D D? ? ? ?外 殼 上 部 內 徑 D =D +2 4) 2 2 1 .1 4 2 0 .0 1 1 .1 6bbJ D D D?? ? ? ? ?外 殼 上 部 外 徑 D = D + 2 5) 3 0 . 9 9HbJD?外 殼 下 部 內 徑 D = D + 2 6) 43 2 1. 01b D???外 殼 下 部 外 徑 D =D 說明： (1)鋼包磚襯厚度。鋼包磚襯包含保溫層 (外層 )與耐火材料工作層 (外層 )，一般砌筑總厚度 100～ 250mm。工作層磚的 型式有多種，列入標準的鋼包的襯磚攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 鋼包尺寸數量的確定 6 磚型外，根據錐度、直徑、高度等參數設計專用襯磚，針對專用鋼包，使得其砌筑工作變得更加方便流利，砌筑質量變得相當高。 鋼桶桶壁厚度約等于 bJ ＝ ； dJ ：包壁的厚度（上下應一致）， mm D：鋼包上部內徑， mm Jb:鋼包底襯厚度， mm（ Jb=） δb：鋼包殼壁厚， mm(δb=) δd：鋼包殼底厚， mm(δd=) 對磚襯部分的厚度需要進行擴 大或者修正，我們為了保證實際容積為 需要擴大 σ 值表示為 : K =。 K 為在 093～ 之間的一個系數。目的是使加厚磚襯部分而減小了 4％～ 7％的容積，同是為修正容積之不足因此在式字中需要乘以系數 K 從而可以得到下部內徑 : 4HDD???（一般情況下為 σ 30～ 60mm，這里取 σ 為 45mm）。 1/ 31/ 30. 66 7(0. 93 0. 96 )PD ? ～ 1/31/ 67 4D ??= 4HDD???= 表 鋼包各部分尺寸值 參數名稱 數值 /mm 參數名稱 數值 /mm 鋼包上部內徑 D 4289 深度 H 4289 外殼上部內徑 D1 4889 外殼內高 H1 4718 外殼上部外徑 D2 4975 外殼全高 H2 4769 外殼下部內徑 D3 4246 包壁的厚度 Jd 429 外殼下部外徑 D4 4332 鋼包底襯厚度 Jb 300 鋼包殼底厚 δd 51 鋼包殼壁厚 δb 43 以上設計鋼包的凈空高度 為 300～ 400mm,但為了與現代真空冶煉相適應需要相應的增 加其凈空高度，本設計凈空度取 800， 從而得到鋼包的各部分尺寸如下表 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 鋼包尺寸數量的確定 7 表 改進后鋼包各部分的值 參數名稱 數值 (mm) 參數名稱 數值 (mm) 鋼包上部內徑 D 4289+120 深度 H 4289+800 外殼上部內徑 D1 4889+137 外殼內高 H1 4718+800 外殼上部外徑 D2 4975+139 外殼全高 H2 4769+800 外殼下部內徑 D3 4246+119 包壁的厚度 Jd 429 外殼下部外徑 D4 4332+121 鋼包底襯厚度 Jb 300 鋼包殼底厚 δd 51 鋼包殼壁厚 δb 43 鋼包質量的計算 在完成鋼包的外殼、支撐腿、滑動水口、吊掛耳抽等部件的計算后，再對鋼包的質量進行精確的計算，根據以上以上選定的材料和確定的尺寸可以大概的計算得出鋼包的質量。 (1)包襯質量的計算。磚襯總體積與總質量為： 鋼包壁磚襯體積計算為 : 2 2 2 2 2 3[ ( 1 . 1 4 ) ( 0 . 9 9 ) 0 . 9 9 1 . 1 4 ( 0 . 8 5 ) 0 . 8 5 ] 0 . 2 1 912b DV D D D D D D D D?? ? ? ? ? ? ? ?鋼包底磚襯體積計算為： 2 3( ) d DV D D?? ? ? 鋼包磚襯總體積計算為 : 3 3 30 . 2 1 9 D 0 . 0 7 7 0 . 2 9 6 DVD? ? ?襯 鋼包磚襯總質量計算為 (這里取平均密度大約 3/tm) ? ?3 3 3 3 3W 0 . 2 1 9 D 0 . 0 7 7 D 1 . 8 1 0 . 3 9 6 D 0 . 1 3 9 D 0 . 5 3 5 D? ? ? ? ? ?襯 （ 2）鋼包外殼鋼板質量的計算 鋼包底鋼板體積計算為： 2 3(1. 01 ) 0. 01 2 0. 014 D DD? ?? 鋼包壁鋼板體積計算為 : 3( 1 . 1 6 1 . 0 1 ) 1 . 1 1 5 0 . 0 1 0 . 0 3 92 D D D D D? ? ? ? ? 鋼包外殼鋼板質量計算為 : ? ? 33W 0 . 0 3 9 0 . 0 1 D 7 . 8 5 0 . 3 8 4 D? ? ? ?殼 （ 3）空鋼包質量的計算 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 鋼包尺寸數量的確定 8 3W W 0 .9 1 9WD? ? ?1 襯 殼 ，將式 ? 代入得： 1 ? 則空鋼包的質量大約為鋼包額定容量值的 27％～ 28％之間。但是在考慮到其它未計入的鋼結構件與耐火磚質量的前提下，應在這基礎上增加 10％左右，則空鋼包的質量應該為額定鋼包容量值的 30％～ 31％之間。 1 0 3 0 31WP?（ .～ . ）（這里取為 30%） W1= 250=75（ t） （ 4）盛滿熔渣與鋼水后的總質量的計算。鋼包的渣量一般為金屬量的 15%，容量則按過裝量 10%的進行計算， 則裝滿渣和鋼水后的質量計算為： 2W P P ? ? ? ? = 250= 因此 ,在選擇鑄造起重機 ,其承載能力應大于添加門形狀鉤的質量。門戶鉤固定在鋼包 (與耳 鈾餃接 )和分離型兩種 ,應包括在總起重之內 。 鋼包重心計算 鋼包的重心計算是為了確定鋼包耳軸位置 ,鋼水和渣包的起重和澆注工藝穩定 ,沒有傾翻的危險 ,讓它在傾銷出鋼不需要太費力。重心是通過傳統的力學方法計算的。 對鋼包來說 ,如簡化無論鑄造操作機構 (塞桿或滑動澆道 )的質量 ,這是忽略它們造成重心偏移，視鋼 包、鋼水、內襯和熔渣是繞鉛垂軸線完全對稱。所以計算重心只考慮一個正直的方向是好的距離。 (1)鋼包包壁磚襯的重心點的確定 經計算包壁磚襯重心與上口的距離為： 01 ? (2)鋼包包底磚襯的重心點的確定 經計算包底磚襯重心與上口的距離為： 02 ? (3)鋼包外殼側壁的重心點的確定 經計算包底外殼側壁重心與上口的距離為： 03 ? (4)包底底殼的重心點的確定 經計算底殼重心與上 口的距離為： 04 ? (5)鋼包渣層的重心點的確定 經計算渣層重心與上口的距離為： 05 ? (6)鋼包內金屬的重心點的確定 經計算鋼包內金屬重心與上口的距離為： 06 ? 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 鋼包尺寸數量的確定 9 (7)總重心的計算。通過已知鋼包各部分重心計算所得的數據，求出總重心。因鋼包是對稱的，故其重心都在其對稱袖上面，則有以下方程式： 0 0 0 1 0 1 0 2 0 2 0 3 0 3 0 0...... mmW y W y W y W y W y? ? ? 0W = 2W ? 盛滿鋼水的鋼包質量： 32 1 .5 3 8 3 .3 6 5WD?? 鋼水容量有 : 331 .1 1 .1 3 .3 6 5 3 .7 0 2P D D? ? ? 經化簡得：0 2 .7 9 5 D 0 .5 4 D5 .1 7 5y ?? 0y = = 同時，鋼包的上緣與耳軸中心線的距離應小于 才能夠使鋼包保持穩定。通過相同的方法，計算得到空鋼包的重心位置 0 `yD? ，即空鋼包比盛滿熔渣、鋼水時重心時低，更加穩定，沒有傾覆的危險。 表 鋼包各部分參數 參數名稱 數值 /mm 參數名稱 數值 /mm 鋼包上部內徑 D 4409 深度 H 5089 外殼上部內徑 D1 5026 外殼內高 H1 5518 外殼上部外徑 D2 5114 外殼全高 H2 5569 外殼下部內徑 D3 4365 包壁的厚度 Jd 429 外殼下部外徑 D4 4453 鋼包底襯厚度 Jb 300 鋼包殼底厚 δd 51 鋼包殼壁厚 δb 43 總重心 y0 鋼包數量的計算 車間需要 鋼包的數量 Q10的計算 ： )246024( 113121110 ????????? FtT 上式中： Q11－車間每晝夜生產周轉使用的鋼包個數， Q11=AT1/(2460）； Q12－車間每晝夜冷修的鋼包數量， Q12=At/24F。 Q13－車間備用的鋼包數量，去鋼包的總數的 10~20%，這里取 10%； A－車間每晝夜的出鋼爐數； T1－每爐鋼使用鋼包作業時間，即周轉時間（ min），取 260min； t－每個冷修鋼包周轉時間（ h），這里取 44h； F－使用壽命，視鋼包容量、包襯材質及砌筑方式等而不同，取 20。 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 4 鋼包用耐火材料的設計 10 4 鋼包用耐火材料的設計 隨著煉鋼工業的不斷發展，鋼包的使用壽命也在不斷的提高，但是提高鋼包的使用壽命不能只靠單純的提高材質的質量，還要根據鋼包的使用環境和損毀部位合理的砌筑鋼包內襯，從而達到提