辽 宁 科 技 学 院
课 程 实 践 报 告
课程实践名称：设计一座公称容量为X吨的转炉和氧枪
指 导 教 师：
班 级： 姓 名：
2011年7 月 12 日
辽宁科技学院就课程实践
课程设计（论文）任务书
题目： 设计一座公称容量为80吨的转炉和氧枪 系
别：
冶金工程系
专 业： 冶金技术
班级： 学生姓名：
学
号：
指导教师（签字）：
2011年 6 月一、课程设计的主要任务与内容
一、氧气转炉设计
氧气顶吹转炉炉型设计
1.2氧气转炉炉衬设计 1.3转炉炉体金属构件设计 二 转炉氧枪设计
2.1 氧枪喷头尺寸计算
2. 2氧枪枪身和氧枪水冷系统设计 2.3升降机构与更换装置设计 2.4氧气转炉炼钢车间供氧
二、设计（论文）的基本要求
1、说明书符合规范，要求打印成册。 、独立按时完成设计任务，遵守纪律。 、选取参数合理，要有计算过程。 、制图符合制图规范。 II
日
1.1 27 2 3 4
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三、推荐参考文献（一般4～6篇，其中外文文献至少1篇）
期刊:[序号] 作者.题名[J].期刊名称.出版年月，卷号（期号）：起止页码。 书籍：[序号] 著者.书写[M].编者.版次（第一版应省略）.出版地：出版者，出版年月：起止页码
论文集：[序号] 著者.题名[C].编者. 论文集名，出版地：出版者，出版年月：起止页码
学位论文：[序号] 作者.题名[D].保存地：保存单位，年份
专利文献：[序号] 专利所有者.专利题名[P].专利国别：专利号，发布日期
国际、国家标准：[序号] 标准代号，标准名称[S].出版地：出版者，出版年月
电子文献：[序号] 作者.电子文献题名[文献类型/载体类型].电子文献的出版或可获得地址，发表或更新日期/引用日期
报纸:［序号］作者.文名[N].报纸名称，出版日期（版次）
四、进度要求
序号 1 2 3 4 5 6 7 时间要求 2011年6月27日－2011年6月29日 2011年6月30日－2011年7月2日 2011年7月3日－2011年7月5日 2011年7月6日－2011年7月7日 2011年7月8日－2011年7月10日 2011年7月11日－2011年7月12日 2011年7月13日－2011年7月15日 应完成的内容（任务）提要 调研、搜集资料 论证、开题 中期检查 提交初稿 修改 定稿、打印 答辩
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五、专业教研室审核意见
教研室主任签字：
年 月 日
六、教学系审核意见
教学副主任签字：
年 月 日
注：1．本任务书由指导教师编制完成，经教研室及所在系审核同意后生效。
2．本任务书一式两份（可复印），原件在毕业设计（论文）手册中，复印件由 学生保存。
3．空白部分可根据内容多少自行增删。
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辽宁科技学院就课程实践
………………………..………装 订 线……..…………………………
课程设计内容及要求： 指导教师： （签字） 年 月 日
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………………………..………装 订 线……..………………………… 课程设计评语： 成绩： （五级分制） 指导教师： （签字） 年 月 日
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摘 要
本文着重介绍了80t转炉设备先进技术结构在中型转炉上的应用，对80t转炉设备进行了简要设计计算与理论研究。
介绍了氧枪喷头在炼钢过程中的应用和设计氧枪的计算过程和步骤，并对设计结果进行分析画出转炉及氧枪喷头的简图。
关键词：转炉设计；顶底复吹；氧枪
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Abstract
This paper emphatically introduces the advanced techniques and structures of 80t converter equipm ent allocated in Bao Shah Iron ＆ Steel General Works and their applications to the medlum-sized converter．Brief design calculatl—oils and theoretic research are carried out for the 80t codverter equipment．
For the gun must be introduced in the steel process applications and designing oxygen of a computation process, and steps, and to design the analysis of the converter and oxygen of the gun must be simplified.
Keywords: Converter design; the combined—blowing system; oxygen gun
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辽宁科技学院课程毕业设计(论文)
一、氧气转炉设计.................................................... 2
1.1氧气顶吹转炉炉型设计......................................... 2
1.1.1原始条件 ............................................... 2 1.1.2炉型选择 ............................................... 2 1.1.3 炉容比................................................. 2 1.1.4熔池尺寸的计算 ......................................... 2 1.1.5炉帽尺寸的确定 ......................................... 3 1.1.6炉身尺寸的确定 ......................................... 4 1.1.7出钢口尺寸的确定 ....................................... 5 1.1.8底部供气构件设计 ....................................... 5 1.2氧气转炉炉衬设计............................................. 6
1.2.1炉衬材质的选择 ......................................... 6 1.2.2炉衬的组成和厚度的确定 ................................. 6 1.3转炉炉体金属构件设计......................................... 7
1.3.1炉壳作用 ............................................... 7 1.3.2炉壳材质 ............................................... 7 1.3.3炉壳厚度 ............................................... 7 1.3.4转角半径 ............................................... 8 1.3.5 支承装置............................................... 8
二 转炉氧枪设计.................................................... 10
2.1 氧枪喷头尺寸计算 ........................................... 10
2.1.1转炉氧枪喷头尺寸计算 .................................. 10 2. 2转炉氧枪枪身尺寸计算....................................... 12 2.3氧枪水冷系统设计............................................ 14
2.3.1氧枪受热机理分析 ...................................... 14 2.4 氧枪升降机构与更换装置 ..................................... 15 结论............................................................... 17 参考文献........................................................... 18 致谢............................................................... 19
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设计一座工称容量80吨的氧气转炉及所使
用的氧枪
一、氧气转炉设计
1.1氧气顶吹转炉炉型设计
1.1.1原始条件
转炉的公称容量为80t 1.1.2炉型选择
提高 供氧强度和减少喷溅，从而加快炉内物理化学反应，降低原材料消耗， 考虑到转炉倾动力矩要小，炉壳容易制造，炉衬砖砌筑方便，以改善劳动条 件。结合中国已建成的转炉的设计经验，采用锥球型转炉。
1.1.3 炉容比
炉容比系指转炉有效容积与公称容量之比值。转炉炉容比主要与供氧强度有关，与炉容量关系不大。由于顶底复吹转炉吹炼过程比较平稳，产生泡沫渣的量比顶吹转炉要少得多，喷溅少，因此其炉容比比顶吹转炉小，但比底吹转炉要稍大。本设计选用的炉容比为0.98m3/t.. 1.1.4熔池尺寸的计算和转炉的公称容量及其表示方法 转炉容量/t K 表1-1 系数K的推荐值 ＜20 30～50 50～120 2.0～2.3 1.85～2.10 1.75～1.85 250 1.5～1.55 合理的炉型应能适应炉内金属液、炉渣和炉气的循环运动规律，有利于
转炉容量/t 冶炼时间/min 表1-2 平均每炉钢冶炼时间推荐值 备注 ＜50 30～100 ＞100 结合供氧强度、铁水28～32(12～32～38(14～38～45(16～成分、所炼钢种等具16) 18) 20) 体条件确定 熔池尺寸计算主要是确定熔池直径和熔池深度。熔池直径和熔池深度不
是两个孤立的尺寸，而是两个相互制约的尺寸参数。在设计时应保证熔池直径与熔池深度之比在一个适合的范围内，已建成转炉的熔池深度直径比值在0.23～0.54范围内波动，一般为0.31～0.33。
(1)熔池直径(D)。
熔池直径(D)是指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。利用统计方法，找出现有炉子直径和容量之间的关系，作为计算熔池直径的依据。根据武汉钢铁设计院推荐的公式，得：
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D = 0.39220?T 式中，T为转炉公称容量。 ? D = 0.39220?80 = 3.92m
(2)熔池深度(H0)。
熔池深度是指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。对于一定容量的转炉，炉型和熔池直径确定之后，便可利用几何公式计算出锥球型转炉熔池深度H0。
锥球型熔池由倒锥台和球缺体两部分组成，利用截锥体积和球冠体积公式，可进行计算：
?H022 V池 = ( H0-H1)(D+DD1+D1)+? H1(R-)式中，H1为缺球体部分的高度：
123 R为缺球体部分曲率半径； D为熔池直径； D1为倒锥台底面直径。
根据统计，取R=1.1D，H1=0.09D，D1=0.895D代入上式化简后得： V池 = 0.70D2H0 – 0.0363D3
又根据熔池定义，熔池体积V池应等于金属液体积V金，即 V池=V金 式中，V
金
为新炉金属装入量占有的体积，V
金
=G/?金，?金为金属液密度，取
?金=7.0t/m3。
? V池=V金=83/7.0=11.9?12m3
3V池?0.0363D312?0.0363?（3.92） ? H0===1.32m 20.70D20.70（?3.92）结合上面求得的熔池直径和熔池深度，得熔池深度直径比H0/D为：H0/D=1.3/3.92=0.33，符合设计要求。
(3)熔池其他尺寸的确定：
球冠的弓形高度：hl=0.09D=0.09?3.92=0.3528m 炉底球冠曲率半径：R=1.1D=1.1?3.92=4.312m 1.1.5炉帽尺寸的确定
氧气转炉一般采用正口炉帽，主要尺寸有炉口直径、炉帽倾角和炉帽高度。
(1)炉帽倾角?。
炉帽倾角?是指炉子处于直立位置时，炉帽与水平线之间的夹角。它的大小应便于炉气的逐渐收缩逸出，以减少炉气对炉帽衬砖的冲刷侵蚀。根据已建成投产的转炉的炉帽倾角一般为600～680， 大炉子取下限，小炉子取下限。故本例取?=650。
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(2)炉口直径d。
在满足兑铁水、加废钢和辅助材料、出渣修炉等操作要求的前提下，应尽量缩小炉口直径，以便减少喷溅、热量损失和冷空气的吸入量。一般炉口直径为：
d =(0.43～0.53)D
大炉子取上限，小炉子取下限。故取d=0.48D=0.48?3.92=1.88m
(3)炉帽高度H帽。
炉帽总高度是截锥体高度(H高)与炉口直线段高度(H直)之和。设置直线段的目的是为了保持炉口形状和保护水冷炉口，其高度H直一般为300～400mm,取H直=300mm。炉帽高度的计算公式如下：
H帽= H高+ H直
1 =(D-d)tan? +300
21 =?(3920-1880)tan650+300=2.49m
2炉帽的有效容积V帽为： V帽=V锥+V直
?? =H锥(D2+Dd+d2)+d2H直
1243.14 =（?123.14222
?[(3.92)+3.92?1.88+(1.88)]+?(1.88)?0.30
433
=15.9m?16m1.1.6炉身尺寸的确定 熔池直径。炉身高度H身可按下式计算：
（1）炉膛直径 D膛=D=3.92m
（2）根据选定的炉容比为
2.49-0.3）
转炉在熔池面以上、炉帽以下的圆柱体部分称为炉身。一般炉身的直径就是
0.90m3/t，可求出炉子的总容积
V总=0.90?80=72m3
V身=V总-V池-V帽=72-11.26-15.9=44.84m3 （3） ? H身=
4?44.84=3.72m 23.14?(3.92)则炉型内高H内=H0+H帽+H身=1.32+2.49+3.72=7.53m 1.1.7出钢口尺寸的确定
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转炉设置出钢口的目的是为了便于渣钢分离，使炉内钢水以正常的速度和角度流入钢包中，阻止炉渣流入钢包，以利于在钢包内进行脱氧合金化作业和提高钢的质量。其主要的参数包括出钢口位置、出钢口角度、出钢口直径出钢口长度和出钢口外径。
(1)出钢口位置。
出钢口的内口应设在炉帽与炉身的连接处。此处在倒炉出钢时位置最低，钢水容易出净，又不易下渣。
(2)出钢口角度。
出钢口角度是指出钢口中心线与水平线的夹角。出钢口角度越小，出钢口长度就越短，钢流长度也越短，可以减少钢流的二次氧化和散热损失，并且易对准炉下钢包车；修砌和开启出钢口方便。出钢口角度一般为150～250，本例取出钢口角度为200。
(3)出钢口直径。
出钢口直径可按下列经验公式计算： d出=63?1.75T =63?1.75?80 =14.2cm?0.14m (4)出钢口长度。
出钢口长度一般为出钢口内径的7～8倍，取出钢口长度为出钢口内径的7倍，即
L出=d出=7?0.14=0.98m
(5)出钢口外径（衬砖+钢壳的厚度）。
出钢口的外径一般为出钢口内径的6倍左右，即 d外=6d内=6?0.14=0.84 1.1.8底部供气构件设计
本设计为增加废钢型顶底复合吹炼法。不仅在转炉底部布置喷吹惰性气体或中性气体N2来加强搅拌，还考虑在转炉底部喷吹小部分燃料与氧气。为炉膛提供更多热量，补偿废钢加入所吸收的热量，使转炉冶能够炼顺利进行。 ① 底吹气体 ② 底吹气体
N2 、Ar
BN2=0.03Nm／t·min
BAr0.05 Nm／t·min
5
=
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PAr≥2.8Mpa PN2≥1.8 Mpa
③.供气构件
本设计的底部喷吹N2 、Ar，选择细金属管砖式供气气体
1.2氧气转炉炉衬设计
1.2.1炉衬材质的选择
氧气转炉的炉衬一般由工作层、填充层和永久层所构成。
(1)工作层。工作层是指直接与液体金属、熔渣和炉气接触同内层炉衬。由于它的工作相当恶劣，经受钢、渣的冲刷，熔渣的化学侵蚀，高温和温度急变，物料冲击等一系列作用。所以，工作层选用镁碳砖砌成。
(2)填充层。介于工作层和永久之间，其作用是减轻工作层受热膨胀时对炉壳钢板的挤压作用。用焦油镁砂捣打而成。
(3)永久成。永久层是紧贴炉壳钢板，修炉时一般不拆除，其主要作用是保护炉壳钢板。该层用镁砖砌成。
1.2.2炉衬的组成和厚度的确定
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。该层用镁砖砌筑，填充层介于永久层与工作层之间，用焦油镁砖捣打而成，厚度约为100mm。工作层由镁砖和焦油白云石砖综合砌筑；炉帽用二步煅烧镁砖。
根据80t转炉炉衬衬材，本设计采用表1-2所示的值 炉衬厚度 永久层厚度/mm 填充层厚度/mm 工作层厚度/mm 炉帽 100 80 600 炉身 115 100 600 炉底 230 195 600
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1.3转炉炉体金属构件设计
炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成。 1.3.1炉壳作用
转炉炉壳类似于一个承受高温、高压的容器，它在使用过程中要承受下列作用力。
①静载荷产生的应力 ②动载荷产生的应力 ③炉衬的膨胀应力 ④热应力 ⑤其他应力
1.3.2炉壳材质
根据炉壳的使用特点，要求炉壳使用的材质应具有在高温时耐时效性、抗蠕变及良好的成型性和焊接性能，大型转炉用低合金钢，如Q235、16Mn、15MnTi、
14MnNb等。
1.3.3炉壳厚度
不同容量转炉的炉壳钢板厚度如表1-3-1所示 容量/t 炉帽/mm 炉身/mm 炉底/mm
≤50 16~32 18~36 16~32 50~90 50~60 50~65 50~60 100~150 53~60 52~70 53~60 炉身/mm 65 160~200 60~65 70~75 60~65 210~250 65~70 76~80 65~70 ≥250 70~75 80~85 70~75 炉帽/mm 55
炉底/mm 55 由于炉壳各部位受力不均匀，炉身、炉帽和炉底应选用不同厚度的钢板。炉身受力最大，使用最厚的钢板，炉底为炉身厚度的80％左右。根据经验值，炉身部分选取65mm厚的钢板，炉帽和炉底部分选取55mm厚的钢板，则
H总= 8845 + 55 = 8900mm D壳= 5550 + 2?65 = 5680mm
验算高宽比，
H总8900H总==1.57。可见≥1.3，符合高宽比的设计推荐值,D壳5680D壳因此认为所设计的炉子基本上是适合的，能够保证转炉的正常冶炼进行。
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1.3.4转角半径
在转炉炉壳的帽锥与炉身直筒段连接处，直筒段与池锥，池锥与炉底球冠连接。为了减少应力集中，增加炉壳的坚固性，以圆弧相接，称为拐弧炉壳，其圆半径叫转角半径。炉壳弧形段的转角半径可按下式确定：
SR1=SR2≤?身 SR3=0.5?底 式中，SR1为炉壳帽锥与直筒段相接处转角半径； SR2为炉壳池锥与直筒段相接处转角半径； SR3为炉壳池锥与炉底球冠连接处转角半径； ?身、?底分别为炉身、炉底的衬砖总厚度。 ? SR1=SR2 = 800mm
SR3=0.5?1025=510mm 1.3.5 支承装置 （1）托圈
托圈的断面形状为矩形
① 托圈与炉壳之间的间隙△，mm △ =0.03DL=,DL-炉壳外径 所以△=0.03×5680=170.4mm ② 托圈的内径Dn Dn=DL+2△=5680+2×170.4=6020.8mm ③ 托圈的外径Dw Dw=Dn+2B=6020.8+2×800=7620.8mm ④ 托圈的高度H H=0.23HL=0.23×8900=2047mm ⑤ 托圈的宽度B
根据推荐值选取800mm ⑥ 托圈上盖板厚度
δ1=0.050H=0.050×2047=102.35mm ⑦ 托圈下盖板厚度
δ2=0.09H=0.09×2047=184.23mm
验算高宽比 H/B=2047/800=2.56 符合推荐值
其中B：托圈断面高度；HL：炉体全高
不同容量转炉托圈主要参数 转炉容量30 50 120 150 /t 断面形状矩形（铸） 矩形 矩形 矩形 /mm 断面高度1500 16650 1800 2400
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300 矩形 2500 辽宁科技学院课程毕业设计(论文)
/mm 断面宽度400 730 900 760 /mm 盖板厚度255 80 100 83 /mm 腹板厚度130 55 80 75 /mm 质量/t 64 182
（2）耳轴与托圈的连接方式 法兰螺栓连接
（3）炉壳与托圈的连接选用吊挂式连接装置。 且与焊在托圈盖板上的支座绞接。 （4）耳轴
耳轴直径的确定
不同容量的转炉耳轴直径如表1-3-1所示 转炉容量/t 30 50 130 200 1000~1050 300 1100~1200 835 150 70 该结构是用螺栓将炉壳吊挂在托圈上，三个螺栓在圆周上呈120?布置，
耳轴直径630~650 800~820 850~900 /mm 根据需要本设计选择的耳轴直径为840mm
二 转炉氧枪设计
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2.1 氧枪喷头尺寸计算
喷头主要参数计算公式
(1) 氧流量计算
氧流量是指单位时间通过氧枪的氧量（Nm3/min）。氧流量的精确计算应根据物料平衡求得。简单计算氧流量则可用下式：
氧流量?每吨钢耗氧量?出钢量 Nm3/min
吹氧时间对于普通铁水，每吨钢耗氧量为55～65Nm3/t，对于高磷铁水，每吨钢耗氧量为60～69Nm3/t。本设计取60 Nm3/t.
(2) 喷头孔数
现代转炉氧枪都用多孔喷头，本设计采用四孔喷头。 (3) 理论计算氧压及喷头出口马赫数M
理论计算氧压（又称设计工况氧压）是指喷头进口处的氧气压强，近似等于滞止氧压P0，它是喷头设计的重要参数。喷头出口马赫数M是喷头设计的另一个重要参数，目前国内外氧枪喷头出口马赫数M多选用2.0左右。M值与滞止氧压P0和喷头出口压力P的比值（P/P0）有确定的对应关系。如图1-4-1。
图1-4-1 M与Po、V之间的关系
表1-4-1 M、V、P0之间的关系 氧射流出口温度氧射流出口音速M V/m/s P0/MPa 备 注 /K /m/s 1.5 200 270 405 0.371 假定氧气滞止温度2.0 161 242 485 0.790 为290K,炉内环境2.5 129 217 542 1.726 压力为1.01MPa 3.0 104 195 582 3.711 2.1.1转炉氧枪喷头尺寸计算 公称容量80t转炉设计氧枪喷头尺寸。采用普通铁水。冶炼钢种以碳素结构 钢和低合金钢为主。 (1) 计算氧流量
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取每吨钢耗氧量为60Nm3,纯吹氧时间为16min，出钢量按公称容量80t 计算，则通过氧枪的氧流量： Q?每吨钢耗氧量?出钢量60?80??300Nm3/min
吹氧时间16(2) 选用喷孔出口马赫数与喷孔数
马赫数确定原则已如前述。综合考虑，选取马赫数M=2.0。
参照同类转炉氧枪使用情况，对于80t转炉喷孔数取4孔，能保证氧气 流股有一定的冲击面积与冲击深度，熔池内尽快形成乳化区，减少喷溅，提 高成渣速度和改善热效率。 (3) 设计工况氧压
根据等熵流表，当M=2.0时,P/Po?0.1278；取喷头出口压力
5（P膛为炉膛压力，此处按近似等于大气压力计算）， P?P膛?1.3?10MPa则喷口滞止氧压：
Po?P膛P/P0?10.17?105Pa
取设计工况氧压近似等于滞止氧压。
(4) 计算喉口直径
喷头每个喷孔氧气流量：
Q300 q?? ?75m3/min44A?P由喷管实际氧气流量计算式： q?1.784CD喉0，
T05取CD?0.90，T0?290K，又P?10.17?10Pa，代入上式，则 o2?d喉10.17?10575?1.784?0.90?4?290。
由上式可求出 d喉?0.03 m=30mm (5) 求喷孔出口直径
根据等熵流表，在M=2.0 时，A出/A喉?1.6875， 即
?42d出?1.6875??42d喉，故喷孔出口直径：
d出?1.6875d喉?1.6875?30?39mm
(6) 计算喷孔扩张段长度
取扩张段的半锥角?为50,则扩张段长度 L扩?d出?d喉2tan??39-30?51.4mm
2tan5? 11
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(7)收缩段长度
取收缩α收=50°，则收缩半角为25°收缩段的长度由作图法确定，
L1=91mm
2. 2转炉氧枪枪身尺寸计算
氧枪枪身由三层无缝钢管套装而成，内层管是氧气通道，内层管与中层 管之间是冷却水进水通道，中层管与外层管之间是冷却水出水通道。参见图 1-4-1。 计算相关公式：
按气体状态方程，标准状态下的流量Q向工况流量Q0的换算： Q0?P标T0?Q （1-1） P0T标 式中 P标——标准大气压，Pa； P0——管内氧气工况压力，Pa；
T标——标准温度，273K；
T0——管内氧气实际温度（即氧气滞止温度）。
图1-4-1 氧枪示意图
中心氧管内截面积：
Q F1?0 （1-2）
Vo
12
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式中 F1——中心氧管内截面积，m2； Q0——管内氧气工况流量，m3/s；
Vo——管内氧气流速，m/s，一般取40～50m/s。
将Q0、Vo代入式（9-7），即可求F1。则中心氧管内径 d1?4F1? （1-3）
进水环缝截面积：
Q水 F2? （1-4）
V进中层管内径：
d2?d12外?4F2? （1-5）
式中 d2——中层管内径，m；
d1外——内层管外径，m；
F2——进水环形通道截面（图9-8），m2；
Q水——高压冷却水进口流量，m3/s；
V进——高压冷却水进水流速，一般选用5～6m/s。
（1） 中心氧管管径
套用上述公式可得。
按式（1-1），管内氧气工况流量
1.01325?105?29033Qo?Q??300?31.75m/min?0.53m/s 5PoT标10.17?10?273取中心管内氧气流速V1?50m/s，则中心氧管内径：
P标Tod1?4?F1?4Qo40.53????0.116m ?V1?50根据标准热轧无缝钢管产品规格，选取中心钢管为?203mm?8mm。 （2） 中、外层钢管管径
根据生产实践经验，选取氧枪冷却水耗量Q水?200t/h；冷却水进水速度
V进?6m/s，出水速度V出?7m/s（因为出水温度升高，体积增大，故V出>V进）。
又中心氧管外径d1外?200mm，d2=245mm,则
进水环缝截面积F2：
Q水200F2???0.0093m2
V进6?3600
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出水环缝面积F3：
Q水200F3???0.00794m2?79.4cm2
V出7?3600所以，中层钢管的内径：
d2?4F2??(d1外)2?4?0.0093??0.22?0.23cm?230mm
根据标准热轧无缝钢管产品规格选取中层钢管为?245mm?7mm。
同理，外层钢管内径：
d3?4F3??(d2外)2?4?0.00794??0.2452?0.265cm?265mm
根据标准热轧无缝钢管产品规格选取外层钢管为?299mm?16mm。
2.3氧枪水冷系统设计
氧气顶吹转炉吹炼过程中氧枪收到炉内高温环境的作用，其受热状态较为复杂。为保证氧枪正常吹炼和提高枪龄，必须对氧枪受热状态进行正确分析，才能设计出良好的氧枪水冷系统。
吹炼过程中炉内强大的热流传给氧枪外层套管外壁，再经过传导传热方式将热量传给外管内壁，然后由高压冷却水通过对流传热进行冷却。下面根据转炉吹Ｃ炼实际情况，对氧枪的受热机理进行简略的分析。
2.3.1氧枪受热机理分析
① 氧枪喷头端面及其附近侧面受氧气射流冲击而形成高温反应区的辐射传热。反应区的温度一般认为可高达2200-2400℃，产生很大的热流，但由于端面面积小，传给氧枪的实际热量并不大。
② 吹炼中、后期炉内充满着泡沫渣。实测表明，泡沫渣高度可达炉膛高度的三分之二。此时氧枪下部实际埋入泡沫渣中吹炼。氧枪枪身下部必然会凝结一层炉渣。这时炉内泡沫渣将通过凝结在枪身的渣壳向氧枪传热。凝结炉壳内层温度应接近氧枪外壁温度，而渣壳外层的温度应为炉渣熔点。渣壳的侯度由氧枪冷却条件、炉渣熔点、炉渣温度和炉渣内氧枪传热条件决定，一般渣壳厚度为10~20mm。
③ 深入炉内的氧枪上部没有凝结炉渣，直接受炉壁的辐射传热。炉壁温度等于钢水温度。
④ 在氧气射流冲击下，大量金属飞溅，一部分作用于喷头端面，一部分为
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氧气射流所吸引，冲刷喷头外壁和同喷头相连的枪身外管壁。这种高温的金属液滴直接冲刷氧枪，将传给氧枪以巨大热流。
⑤ 眼罩中的高温烟气也对氧枪进行辐射传热。对燃烧法除尘系统，眼罩中烟气温度决定于空气燃烧指数，一般为1800℃左右。未燃法除尘系统，眼罩中的烟气温度可取炉气出口温度，一般为1500℃左右。
综上所述，氧枪接受的热量主要来自熔渣向氧枪传热、炉壁的辐射传热和飞溅金属液滴的传热。飞溅的金属液滴在泡沫渣没有形成之前，可能起很大作用，当泡沫渣形成以后，飞溅的金属液滴将为泡沫渣所吸收，它的传热作用将大大减轻。
上述分析仅仅是从热平衡角度dui9转炉氧枪受热机理进行分析。至于烧抢则是瞬间的局部巨大热流所引起的。根据计算，氧枪单位面积平均热流并不大，而局部瞬时出现的热负荷则比平衡热负荷大许多倍。如大片钢水直接冲刷氧枪便是这种情况。对此，在氧枪水冷系统设计时，必须予以充分注意。
进行氧枪水冷系统设计时应当首先确定氧枪墙体尺寸，然后进行氧枪传热计算及冷却水流量、流速计算，确定要求的供水压力等。
2.4 氧枪升降机构与更换装置
为了适应转炉冶炼操作要求，一炉钢吹炼过程中需要多次升降氧枪以调整枪位。因此，氧枪升降机构和更换装置应具有以下特性。
应具有合适的升降速度并可以变速。冶炼过程中氧枪在炉口以上应快速升降，以缩短冶炼周期；当氧枪进入炉口以下时则应慢速升降，以便准确控制枪位来控制熔池反应。目前国内大、中型转炉氧枪升降速度，快速高达50m/min，慢速为5m/min左右，小型转炉一般为8~15m/min。
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。
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时，氧枪不能下降。当氧枪进入炉口后，炉子不能做任何方向的倾动。
② 当氧枪下降到炉内经过氧气开、关点时，氧气能自动切断。
③ 当氧气压力或冷却后随压力低于给定值，或冷却水升温高于给定值时，氧枪能自动提升。
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④ 车间临时停电时有可能利用手动控制，使氧枪自动提升。 (1) 氧枪升降机构的组成
当前氧枪升降机构的基本形式是用起重卷扬机垂直升降氧枪。有如下两 种类型：
① 单卷扬型氧枪升降机构 ② 双卷扬型氧枪升降机构 (2) 升降卷扬机变速方式
有电动机变速和爽电动机-行星差动减速器变速两种。 （2）升降小车与固定导轨
升降小车在固定导轨引导下，一方面使得氧枪严格沿垂线升降，另外亦 可减轻吹炼时氧气流不稳定所造成的管体振动。
升降小车主要由车架、车轮及制动装置组成。 (3) 安全装置
① 断电事故保证装置。 ② 断绳保护装置。 ③ 制动装置。 ④ 失载保护装置。 ⑤ 氧枪极限位置保护。
⑥ 各机构和各工艺操作间的电器联锁。 (4) 氧枪更换装置
换枪装置的作用是在氧枪损坏时，能在最短时间内将备用氧枪换上投入 工作。单卷扬型升降机构，一般使用安装在转炉跨最高平台上的横移小车换枪。该装置主要由横移小车、横移小车传动装置及氧枪升降装置组成。
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结论
熔池直径 熔池深度 球冠的弓形高度 炉底球冠曲率半径 炉口直径d0 帽锥角 H帽 炉身高度 炉底永久层 填充层 炉身钢板 断面高度 盖板厚度 耳轴直径 喷孔夹角 喉口直径
3.92m 1.32m 0.353m 4.312m 1.88m 65° 2.49m 4.01m 0.23m 0.080m 0.065m 2.047m 0.286m 0.84m 12° 0.030m 炉型内高 出钢口直径 出钢口衬砖外径 出钢口长度 出钢口倾角β 炉壳内径D壳内 炉帽工作层 炉底工作层 炉帽永久层 炉帽钢板 炉底钢板 断面宽度 腹板厚度 喷头类型 喉口长度 扩张段长度 7.82m 0.14m 0.84m 0.98m 0° 5.55m 0.600m 0.600m 0.1m 0.055m 0.055m 0.800m 0.184m 四孔拉瓦尔型 0.020m 0.0514m 17
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参考文献
[1] 冯聚和.炼钢设计原理[M].冶金工业出版社，北京：2009，8:34-80 [2] 李传薪.钢铁厂设计原理（下册）[M].冶金工业出版社，北京：2005，8:15-39
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致 谢
本研究及设计是在尹雪亮老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从设计的开始到完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来，老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
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