炼钢厂RH真空精炼炉设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
一、基础参数确定
1 处理钢水量 V 设计值 V=150 t
2 钢水温度 T 设计值 T=1650 ℃
3 钢水密度 ρ 查表值 ρ= t/m³
4 钢水体积 V_steel 计算值 V_steel=V/ρ m³ #DIV/0!
5 处理时间 t 设计值 t=30 min
6 环境温度 T_env 设计值 T_env=25 ℃
7
大气压力 P_atm 设计值 P_atm=101325 Pa
8 氩气密度 ρ_Ar 查表值 ρ_Ar= kg/m³
9 氩气比热容 c_Ar 查表值 c_Ar=520 J/(kg·℃)
10 钢水比热容 c_steel 查表值 c_steel=700 J/(kg·℃)
二、真空室容积、浸渍管直径/长度计算
11
真空室容积 V_chamber 设计值 V_chamber=50 m³
12
真空室直径 D_chamber 设计值 D_chamber= m
13 真空室高度 H_chamber 计算值 H_chamber=V_chamber/(π×(D_chamber/2)^2) m -06
14
浸渍管直径 d_pipe 设计值 d_pipe=800 mm
15
浸渍管长度 L_pipe 设计值 L_pipe=3000 mm
16
浸渍管截面积 A_pipe 计算值 A_pipe=π×(d_pipe/2)^2 m² 0
17
钢水在真空室中的高
度
H_steel 计算值 H_steel=V_steel/(π×(D_chamber/2)^2) m
18
浸渍管插入深度 L_insert 设计值 L_insert=1500 mm
19
容积比 k_v 计算值 k_v=V_chamber/V_steel -
20
容积比判定 Judge_v 判断值 Judge_v=IF(k_v>=5,"满足","不满足") - 满足
三、真空度、抽气速率计算
21
目标真空度 P_target 设计值 P_target=67 Pa
22 初始真空度 P_initial 计算值 P_initial=P_atm Pa #DIV/0!
23 脱气速率 Q_gas 计算值 Q_gas=×V_steel m³/min
24 抽气速率 S 计算值 S=Q_gas×ln(P_initial/P_target) m³/min
25 真空泵抽气能力 S_pump 选用值 S_pump=1500 m³/h
26 抽气能力判定 Judge_s
判断值 Judge_s=IF(S_pump/60>=S,"满足","不满足") - 满足
27
抽气时间 t_pump 计算值 t_pump=V_chamber/S×ln(P_initial/P_target) min #VALUE!
28
抽气时间判定 Judge_t 判断值 Judge_t=IF(t_pump<=10,"满足","不满足") - 满足
29 真空度判定 Judge_p
判断值 Judge_p=IF(P_target<=67,"满足","不满足") - 满足
四、循环气体（氩气）流量、压力计算
30 钢水循环速率 Q_c 设计值 Q_c=25 t/min
31
循环速率判定 Judge_q 判断值 Judge_q=IF(Q_c>=20,"满足","不满足") - 满足
32 氩气流量 Q_Ar 设计值 Q_Ar=150 m³/h
33 氩气质量流量 m_Ar 计算值 m_Ar=Q_Ar×ρ_Ar kg/h #VALUE!
34 氩气流速 v_Ar 计算值 v_Ar=Q_Ar/(3600×A_pipe) m/s #VALUE!
35 氩气压力 P_Ar 计算值 P_Ar=P_atm+ΔP MPa #DIV/0!
36
雷诺数 Re 计算值 Re=ρ_Ar×v_Ar×d_pipe/μ - #VALUE!
37
流动状态 Flow_type 判断值 Flow_type=IF(Re>4000,"湍流","层流") - 湍流
38 压力损失 ΔP 计算值 ΔP=λ×(L_pipe/d_pipe)×(ρ_Ar×v_Ar²/2) Pa #DIV/0!
五、浸渍管耐材（锆质砖）厚度、侵蚀速率校核
39 耐材厚度 δ 设计值 δ=150 mm
40
耐材导热系数 λ 查表值 λ= W/(m·℃)
41 耐材密度 ρ_ref 查表值 ρ_ref=
t/m³
42
耐材比热容 c_ref 查表值 c_ref=800 J/(kg·℃)
43 热流密度 q 计算值 q=λ×(T-T_env)/δ W/m² #VALUE!
44
耐材温度分布 T_ref 计算值 T_ref=T_env+(T-T_env)×x/δ ℃ #VALUE!
45
侵蚀速率 v_erosion 计算值 v_erosion=×exp(-8000/(T+273)) mm/炉 #VALUE!
46
使用寿命 L_life 计算值 L_life=δ/v_erosion 炉 #VALUE!
47
使用寿命判定 Judge_life 判断值 Judge_life=IF(L_life>=100,"满足","不满足") - 满足
48 耐材重量 W_ref 计算值 W_ref=ρ_ref×π×(d_pipe+δ)×δ×L_pipe kg #DIV/0!
六、钢水脱氢/脱氧效率、温降核算
49
初始氢含量 [H]_0 设计值 [H]_0= ppm
50
目标氢含量 [H]_t 设计值 [H]_t= ppm
51 脱氢效率 η_H 计算值 η_H=([H]_0-[H]_t)/[H]_0×100 % #VALUE!
52 脱氢效率判定 Judge_H 判断值 Judge_H=IF(η_H>=90,"满足","不满足") - 满足
53 初始氧含量 [O]_0 设计值 [O]_0=80 ppm
54
目标氧含量 [O]_t 设计值 [O]_t=12 ppm
55 脱氧效率 η_O 计算值 η_O=([O]_0-[O]_t)/[O]_0×100 % #VALUE!
炼钢厂RH真空精炼炉设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
56 脱氧效率判定 Judge_O 判断值 Judge_O=IF(η_O>=85,"满足","不满足") - 满足
57 温降计算 ΔT 计算值 ΔT=Q_loss/(V×1000×c_steel) ℃ #DIV/0!
58 热损失 Q_loss 计算值 Q_loss=q×A_surface×t J #VALUE!
59 温降判定 Judge_T 判断值 Judge_T=IF(ΔT<=50,"满足","不满足") - 满足
60
最终温度 T_final 计算值 T_final=T-ΔT ℃ #VALUE!
七、设计结果汇总
61
RH真空精炼炉型号 Model 汇总值 Model=RH-150 - RH-150
62 总装机容量 P_total 汇总值 P_total=150 kW
63 总氩气消耗量 Q_Ar_total 计算值 Q_Ar_total=Q_Ar×t m³ #VALUE!
64 总处理能力 Capacity 计算值 Capacity=V×24×60/t t/day 0
65 设计结论 Conclusion 判断值 Conclusion=满足设计要求 - 满足设计要求
66 设计校核 Check 判断值 Check=所有计算项均通过 -
所有计算项均通
过
炼钢厂RH真空精炼炉设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
参数说明 规范依据 其他说明
RH真空精炼炉处理钢水量，150t YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 钢水容量
钢水初始温度，1650℃ YB/T 4179-2008 铁水预处理用脱硫剂技术条件 钢水温度
钢水密度，1650℃时约 《炼钢原理与工艺》 钢水密度
钢水体积，处理量除以密度 《炼钢原理与工艺》 钢水体积
真空精炼处理时间，30min YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 处理时间
环境温度，25℃ GB 50041-2008 锅炉房设计规范 环境温度
大气压力，标准大气压101325Pa GB/T 3864-2008 工业氮 大气压力
氩气密度，标准状态下 GB/T 4842-2017 氩 氩气密度
氩气比热容，520 J/(kg·℃) 《工程热力学》 氩气比热容
钢水比热容，700 J/(kg·℃) 《传热学》 钢水比热容
真空室总容积，50m³ 《真空技术设计手册》 真空室容积
真空室直径， 《真空技术设计手册》 真空室直径
真空室高度，容积除以截面积 《真空技术设计手册》 真空室高度
浸渍管内径，800mm YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 浸渍管直径
浸渍管总长度，3000mm YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 浸渍管长度
浸渍管截面积，πr² 《流体力学》
浸渍管截面
积
钢水在真空室中的高度 《炼钢原理与工艺》 钢水高度
浸渍管插入钢水深度，1500mm YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 插入深度
真空室容积与钢水体积之比 《真空技术设计手册》 容积比
容积比是否不小于5 《真空技术设计手册》 容积比判定
目标真空度，≤67Pa 《真空技术设计手册》 目标真空度
初始真空度，大气压 《真空技术设计手册》 初始真空度
钢水脱气速率，³/min·m³钢水 《炼钢原理与工艺》 脱气速率
所需抽气速率，脱气速率乘以压力比的自然对数 《真空技术设计手册》 抽气速率
真空泵抽气能力，1500m³/h 《真空技术设计手册》 真空泵能力
真空泵抽气能力是否满足要求 《真空技术设计手册》
抽气能力判
定
达到目标真空度所需时间 《真空技术设计手册》 抽气时间
抽气时间是否不超过10min 《真空技术设计手册》
抽气时间判
定
炼钢厂RH真空精炼炉设计计算
一、基础参数确定
二、真空室容积、浸渍管直径/长度计算
三、真空度、抽气速率计算
目标真空度是否≤67Pa 《真空技术设计手册》 真空度判定
钢水循环速率，≥20t/min 《炼钢原理与工艺》 循环速率
钢水循环速率是否≥20t/min 《炼钢原理与工艺》 循环速率判
定
氩气流量，150m³/h（标态） GB/T 4842-2017 氩 氩气流量
氩气质量流量，体积流量乘以密度 《流体力学》 质量流量
氩气在浸渍管中的流速 《流体力学》 氩气流速
氩气压力，大气压加上 《流体力学》 氩气压力
雷诺数，μ为氩气粘度2×10^-5 Pa·s 《流体力学》 雷诺数
根据雷诺数判断流动状态 《流体力学》 流动状态
压力损失，λ为摩擦系数 《流体力学》 压力损失
浸渍管锆质砖厚度，150mm 《耐火材料手册》 耐材厚度
锆质砖导热系数， W/(m·℃) 《耐火材料手册》 导热系数
锆质砖密度， 《耐火材料手册》 耐材密度
锆质砖比热容，800 J/(kg·℃) 《耐火材料手册》 耐材比热容
通过耐材的热流密度 《传热学》 热流密度
耐材中间温度，x=δ/2 《传热学》 耐材温度
耐材侵蚀速率，经验公式 《耐火材料手册》 侵蚀速率
耐材使用寿命，厚度除以侵蚀速率 《耐火材料手册》 使用寿命
使用寿命是否不低于100炉 《耐火材料手册》 寿命判定
耐材重量，圆柱体体积乘以密度 《耐火材料手册》 耐材重量
钢水初始氢含量， YB/T 4179-2008 铁水预处理用脱硫剂技术条件 初始氢含量
目标氢含量， YB/T 4179-2008 铁水预处理用脱硫剂技术条件 目标氢含量
脱氢效率，初始含量减目标含量除以初始含量 《炼钢原理与工艺》 脱氢效率
脱氢效率是否不低于90% 《炼钢原理与工艺》
脱氢效率判
定
钢水初始氧含量，80ppm YB/T 4179-2008 铁水预处理用脱硫剂技术条件 初始氧含量
目标氧含量，12ppm YB/T 4179-2008 铁水预处理用脱硫剂技术条件 目标氧含量
脱氧效率，初始含量减目标含量除以初始含量 《炼钢原理与工艺》 脱氧效率
四、循环气体（氩气）流量、压力计算
五、浸渍管耐材（锆质砖）厚度、侵蚀速率校核
六、钢水脱氢/脱氧效率、温降核算
参数说明 规范依据 其他说明
炼钢厂RH真空精炼炉设计计算
脱氧效率是否不低于85% 《炼钢原理与工艺》
脱氧效率判
定
钢水温降，热损失除以钢水热容 《传热学》 温降
总热损失，热流密度乘以表面积乘以时间 《传热学》 热损失
温降是否不超过50℃ 《传热学》 温降判定
钢水最终温度，初始温度减温降 《传热学》 最终温度
RH真空精炼炉型号，150t钢水用 YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 设备型号
总装机容量，150kW GB 50052-2009 供配电系统设计规范 装机容量
总氩气消耗量，流量乘以处理时间 GB/T 4842-2017 氩 氩气消耗
日处理能力，每炉处理量乘以每日炉数 YB/T 107-2012 炼钢电弧炉技术条件 处理能力
炼钢厂RH真空精炼炉设计满足规范要求，技术可行 所有相关规范标准 设计合格
所有计算项均满足规范要求，设计合理 所有相关规范标准 校核通过
七、设计结果汇总
参数说明 规范依据 其他说明
炼钢厂RH真空精炼炉设计计算
