【毕业设计】3×50t氧气转炉炼钢车间设计.doc

河北理工大学冶金专业毕业设计 15 拟订生产组织及安全生产制度 专科生毕业设计任务书 350t氧气转炉炼钢车间设计 冶金与能源学院摘要 唐山是一个资源性城市，铁矿丰富，有着其他城市无可比拟的先天优势。所以近年来唐山的钢铁企业发展迅猛，为国家和人民创造着财富。 氧气顶底复吹转炉是20世纪70年代中、后期，开始研究的一项新炼钢工艺。其优越性在于炉子的高宽比略小于顶吹转炉却又大于底吹转炉，略呈矮胖型；炉底一般为平底，以便设置底部喷口。本设计是基于拟定一个350t的中型氧气转炉炼钢车间，而采用三吹二制时可以充分利用转炉生产。因为公称容量50t的最大出钢量为60t，所以在转炉冶炼的同时超装10%即出钢量在55t较为理想。而正常使用2座转炉冶炼时的年总产量为：式中 w车间年产钢水量，t； n车间经常吹炼炉座数； n每一座吹炼炉的年出钢炉数； q转炉公称容量，t。综上核算，采用三座50t转炉和三吹二制生产。除去些额外因素，初步估算此车间生产能力为年产钢120万t左右。依此参数特作此设计。目录摘要i1 炼钢厂设计概论11.1 钢铁工业在国民经济中的地位和作用21.2 炼钢工艺的发展及现状21.3 钢铁厂设计的目的及意义32产品方案及金属料平衡估算32.1 产品大纲32.2 全厂金属料平衡估算32.3 技术可行性83 转炉车间生产工艺流程63.1 设计原始条件63.2 生产工艺流程图74 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算94.1 物料平衡计算134.2 热平衡计算205 原料供应及铁水预处理方案205.1 原料供应205.2 铁水预处理方案246 转炉座数及其年产量核算256.1 转炉容量和座数的确定256.2 车间生产能力的确定256.3 确定转炉座数并核算年产量267 转炉炉型选型设计及相关参数计算277.1 转炉炉型设计317.2 转炉炉衬设计307.3 转炉炉体金属构件设计318转炉氧枪设计及相关参数计算328.1 氧枪喷头尺寸计算328.2 50t转炉氧枪枪身尺寸计算349 炉外精炼设备选型379.1 炉外精炼的功能379.2 lf精炼炉379.3 rh精炼炉3810 钢包、起重机相关数据计算及车间经济指标4010.1 钢包尺寸及数量4010.2 起重机吨位及数量4310.3 车间主要技术经济指标及成本核算4411 连铸机设备选型及相关参数确定4711.1 连铸机机型选择4711.2 连铸机主要参数的确定4711.3 连铸机生产能力的计算5012 烟气净化系统的选型及相关计算5312.1 转炉烟气净化与回收的意义6312.2 转炉烟气净化及回收系统5312.3 回收系统主要设备的设计和选择5512.4 计算资料综合5613 车间工艺布置方案5713.1 车间工艺布置方案5713.2 转炉跨布置5713.3 连铸各跨布置6314 主炼钢种的操作规程 . 6814.1 基本检测 6814.2 精料 . 6814.3 基本操作参数 6914.4 装入制度 . 7014.5 供养制度 7114.6 造渣制度 7114.7 终点控制与出钢 7214.8 脱氧与合金化 7215 拟订生产组织及安全生产制度7415.1 生产组织安排7415.2 安全制度的制定75参 考 文 献76附图一：车间平面工艺布置图 附图二：车间横剖面图 附图三：车间转炉跨纵剖面图- 77 -1 炼钢厂设计概论1.1 钢铁工业在国民经济中的地位和作用钢铁工业是国国民经济的支柱产业，是国民经济的中的主导产业。而钢铁材料是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占90%以上。人们生活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁材料。钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量，都有着极大的影响。世界经济发展到今天，钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到根本性影响，而且，在可预见的范围内，这个地位也不会因世界新技术和新材料的进步而削弱。纵观世界主要发达国家的经济发展史，不难看出钢铁材料工业的发展在美国、前苏联、日本、英国、德国、法国等国家的经济发展中都起到了决定性作用。这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车、造船、机械、电器等工业 的发展和经济的腾飞都发挥了至关重要的作用。美国钢铁工业曾在20世纪7080年代遭到来自日本为主的国外进口材料的冲击而受到重创，钢铁产品生产能力急剧下降，但经过十几年的改造和重建，终于在20世纪90年代中期恢复到其原有的钢铁生产规模，为其维持世界强国地位继续发挥着重要作用。由此可见钢铁工业在公民经济的重要作用，并且钢铁工业在整个国家的发展中都起着举足轻重的作用。1.2 炼钢工艺的发展及现状 展望21世纪，转炉炼钢技术的发展将会出现以下发展趋势。1.2.1 合理优化工艺流程，形成紧凑式连续化的专业生产线发展目标：以产品为核心，将铁水预处理转炉炼钢炉外精炼高效连铸热送和热扎有机的结合起来，形成紧凑式的专业生产线。从铁水到成品钢材的生产周期缩短到2.53h,全员劳动生产率（不包括炼铁）将超过3000t/(人.a)。最近日本住友和歌山钢厂按上述原则建立起面向21世纪新型钢厂：实现了100%铁水“三脱”预处理；100%钢水真空精炼；100%连铸坯热送和冶炼周期20min 等先进工艺措施。1.2.2 转炉高速吹连炼工艺发展目标：建立一座转炉吹炼制，使一座转炉的产量达到传统两座转炉的生产能力。转炉冶炼周期缩短到2025min,年产炉数15000炉，转炉炉龄15000炉。1.2.3 节能和环境保护发展目标：转炉炼钢工序实现“负能”炼钢，工序能耗达到-10kg（标准煤）/t（按输出煤气折算）。减少炼钢全过程的炉渣量50%60%，全部烟尘回收利用。 现代转炉炼钢工艺的现状主要体现在：（1）转炉炼钢大型化，是转炉从诞生到成熟的标志；（2）转炉顶底复合吹炼工艺；（3）转炉长寿技术，溅渣护炉和炉体冷却技术的成熟都将提高转炉的炉龄。研究开发长寿命水冷烟罩、烟道等附属设备，实现转炉整体设备长寿化；（4）全自动转炉吹炼技术。1.2.4 精炼和连铸方面主要体现（1）精炼技术的发展在很大程度上大大增加了转炉冶炼钢种的数量，现有技术主要有lf、rh、casob、vod、aod等精炼技术；（2）连续铸钢方面主要有高速连续浇注技术和漏钢预报装置，高拉速与连铸之间的矛盾是现在连铸工艺需要解决的方法。1.3 钢铁厂设计的目的及意义目前我国正处在发展中的关键阶段，国民经济实力需要大力提升，各个方面的硬件设施都需要大力完善，而钢铁行业在其中起着举足轻重的作用，例如在国民生产中就会大量的需要建筑材料，特种钢材等等。国民经济水平也需要钢铁行业来做有力的支撑。我国现在虽然的年产量为5亿多吨，世界排名第一位。现在，我国的钢铁产量虽然居世界首位，但是我们还要每年从国外进口很多的钢材，这是由于我国的技术力量还达不到，生产不出某些高尖端的钢种，所以我们只能依靠到国外去进口，从这一角度来说我国虽然是一个钢铁大国，但是并不是一个钢铁强国，因此我们在修建钢铁厂的时候要注意加大高新技术的投入量，改进现有的设备和技术。做到科学合理布局，转炉炼钢，精练，连铸一体化，提高原材料使用率，降低能耗，减少污染，高效生产高质量钢材。2 产品方案及金属料平衡估算2.1 产品大纲本设计产品大纲的基本原则是：生产有竞争力的优势产品，坚决淘汰落后的产品。主要有碳素工具钢、碳素结构钢、轴承钢三大钢系。见表3-1。 表3-1 本设计钢厂生产钢种钢 种钢号年产量/万t断面形状断面尺寸/mmmm比例/%碳素工具钢t1010矩形40040016.7t8mn10矩形400400碳素结构钢q23540矩形40040050.0q27520方形2001500轴承钢gcr1520方形200150033.3gcr18mo20方形20015002.2 全厂金属料平衡估算估算示意图：高炉产量混铁车铁水预处理(99%)转炉350t(93%)废钢铁铁合金炉外精炼(96.7%)250250、1800200弧形连铸机(95.0%)热连轧机(92%)板坯(60)方坯(60)138.221.61.2147.6137.3136.8130.4120 图3-1 全厂金属平衡示意图(单位：万t)该图为本设计年产钢120万t转炉炼钢厂的模型，由于在冶炼过程中的生产工艺的不同，在各生产阶段的金属收得率不相同，同时还有一定量的金属流失而不可回收。生产过程中作为直接回收炉料的那一部分返回废钢为全部炉料的6.0%,它与成品量之比达7.9% ,占钢水量的6.4%。所以，返回废钢的合理利用是钢厂配料的重要环节之一。总废钢比按钢水总量的18%计算为21.6万t。2.3 技术可行性本设计最终是为了生产高附加值的钢材，那么就要对工艺技术采取优化，在每个生产环节严格管理，把好最重要的一关。为了更好地生产大纲中所例产品，本设计考虑采用优质铁水、铁水预处理、转炉少渣冶炼、挡渣出钢、钢水多功能炉外精炼及钢水全过程保护浇铸先进工艺。经有关人士考查研究，以上技术在国内外炼钢厂广泛投于使用，已属于成熟技术。考虑本设计的情况均可借鉴，并在原来的基础上使其更优化，设计出适合本设计要求的技术方案。3转炉车间生产工艺流程3.1 设计原始条件表4-1 原始铁水成分元素csimnps铁水成分/%3.24.00.650.900.450.530.270.320.020.05铁水温度：12853.2 生产工艺流程图 本设计采用的基本工艺流程为：高炉混铁车铁水预处理顶底复吹转炉炉外精炼连铸连轧3.2.1 混铁车 高炉铁水直接热装入转炉时有混铁炉和混铁车两种方式。考虑到投资占地方面，本设计中采用混铁车。因为其受铁口有盖，在运输过程中热损失较小。混铁车的结构如图4-1，其形状可保证有较小的热损失。混铁车装有倾动机构，可使炉身转动向外倒铁，因此，不需建设专门的厂房，只需在主厂房内留出必要的倒铁水位置。其容量根据转炉容量而言，一般为转炉容量的整数倍，并与高炉出铁量相适应。图4-1 混铁车3.2.2 铁水预处理初脱si、p、s分析本设计中铁水成分发现，铁水成分中si、p含量较高，s含量较低。通常铁水中的硅含量为0.30%0.60%，si的氧势高于p的氧势，脱p前必须先脱si。但铁水中的硅是炼钢中的一种很重要的热源，对增加废钢比很有利，充分利用其热能可以提高吨铁的钢产量。对硅含量要求不高的钢钟可以不考虑预处理脱硅，反之可以利用其有利优势增加废钢量。铁水磷含量偏高，可以在混铁车内喷吹生石灰类熔剂，进行脱磷反应。脱磷还可以在转炉吹炼时进一步脱除，即在铁水预处理时只需向混铁车内喷吹一定量的生石灰熔剂即可。本设计中铁水含s量在正常范围内，对于普通钢种对s要求不高可以免除铁水预处理脱s。对特殊钢而言则在预处理采用向混铁车内高速喷射cao-mg脱s粉剂，让其脱除，从而达到要求。3.2.3 顶底复吹转炉顶底复吹转炉有良好的冶金效果，碳氧反应接近平衡，冶炼低碳钢时避免了钢水的过氧化，有良好的脱磷、脱硫能力，提高了终点残锰量。石灰单耗低，渣量少，铁水收得率高，吹炼平稳，喷溅少。为了大幅度提高转炉炉龄,采用复吹转炉溅渣护炉工艺技术：(1) 采用高(feo)炉渣溅渣工艺,注重对终渣(mgo)含量的调整；(2) 前期用轻烧白云石造渣, 控制过程渣(mgo)在6%8%范围内(质量分数)；(3) 后期加入终渣改质剂采用高(mgo)炉渣操作工艺,炉渣改质后进行溅渣操作；(4) 溅渣注重对炉形和炉底的控制,保持良好的炉膛内型形状。(5) 控制好炉底,加强对炉底供气元件蘑菇头的维护和控制。采用上述溅渣工艺技术后,不仅炉龄大幅度提高,而且底吹元件得到良好的维护。3.2.4 炉外精炼随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂需要炉外精炼工艺，炉外精炼技术是一项提高产品质量，降低成本的先进技术，是现代化钢铁企业不可缺少的重要环节。它可以提高炼钢设备的生产能力，改善钢材质量，降低能耗，减少耐材、能源和铁合金消耗，从而提高企业的竞争力。lf炉精炼工艺要求尽快形成泡沫渣，实现埋弧精炼。出钢过程加精炼渣渣洗有利于快速成渣，缩短lf精炼造渣时间。lf泡沫渣的形成需要气泡源,精炼渣中的na2co3 分解产生co2，co2气体弥散分布在渣中，同时，co2气体与渣中的碳反应产生co，使气体体积成倍增长。这样,泡沫渣的形成就有了充足的气泡源,有利于实行埋弧精炼，减少了电弧的裸露；有利于提高加热效率，缩短供电时间，节约能源，而且使精炼时间缩短，提高了劳动生产率，同时对延长炉盖和包衬的寿命具有重要意义。钢水精炼是提高钢的质量、扩大钢的品种、优化炼钢工艺流程、提高生产效率的重要手段，是生产洁净钢不可缺少的关键工艺环节。3.2.5 连铸连轧连铸可以简化工序，缩短流程，提高金属收得率，降低能耗，生产过程采用机械化，自动化程度高，提高产量，扩大了品种。21世纪的钢铁工业在世界经济中仍占支柱地位，同时也将经历激烈的竞争。薄板坯连铸连轧技术已受到了世界各国的普遍重视，它的推广应用改变了钢铁工业的面貌，带来了巨大的经济效益和社会效益。虽然目前还存在着较多问题,但可以相信，在各国科研工作者的共同努力下，薄板坯连铸连轧技术及产品将会进一步发展。4 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算4.1 物料平衡计算4.1.1 计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其他工艺参数。表5-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分含量/%类别csimnps钢种q235设定值0.180.25.0.550.0450.050铁水设定值4.000.800.500.300.035废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值0.10痕迹0.150.0200.021表5-2 原材料成分成分含量/%类别casio2mgoal2o3fe2o3caf2p2o5sco2h2oc灰分挥发分石灰88.002.50.2.601.500.500.100.060.10萤石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50生白云石36.400.8025.601.0036.20炉衬1.203.0078.801.401.6014.0焦炭0.5881.512.45.52表5-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母） 成分回收率/%类别csimnalpsfe硅铁73.00/750.50/802.50/00.03/1000.05/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.8/800.13/1000.23/10024.74/100表5-4 其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度w(cao)/w(sio)=3.5渣中铁损(铁珠)为渣量的6萤石加入量为铁水量的0.5氧气纯度99，余者为n2生白云石加入量为铁水量的2.5炉气中自由氧含量0.5(体积比)炉衬蚀损量为铁水量的0.3气化去硫量占总去硫量的1/3终渣w(feo)含量(按向钢中传氧量w(fe2o3)1.35w(feo)折算)15而(fe2o3)/ (feo)=1/3,即金属中c的氧化产物w(fe2o3)5，w(feo)=8.25金属中c的氧化物90c氧化成co，10c氧化成co2烟尘量为铁量的1.5(其中w(feo)为75w(fe2o3)的20)废钢量由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的13.35，即废钢比为11.78喷溅铁损为铁水量的14.1.2物料平衡的基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。4.1.3 计算步骤以100铁水为基础进行计算。第一步：计算脱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，炉衬腐蚀和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表5-5表5-7。总渣量及成分如表5-8所示。表5-5 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/耗氧量/产物量/备注ccco3.9090%=3.514.0118.190cco23.9010%=0.390.8911.430sisi(sio2)0.800.9141.714入渣mnmn(mno)0.350.1020.452入渣pp(p2o5)0.280.3610.641入渣ssso20.0141/3=0.0050.0050.010s+cao(cas)+(o)0.0142/3=0.009-0.0050.021入渣fefe(feo)1.06556/72=0.8310.2381.069入渣（表5-8）fe(fe2o3)0.600112/160=0.4210.1810.602入渣（表5-8）合计6.5966.698成渣量4.499入渣组分之和由cao还原出的氧量；消耗cao量=0.00956/32=0.016。表5-6 炉衬腐蚀的成渣量炉衬蚀损渣量/成渣组分/气态氧化物/耗氧量/caosio2mgoal2o3fe2o3ccocco2cco，co20.3(表5-4)0.0040.0090.2360.0040.0050.0880.0150.062合计0.2580.1040.062表5-7 加入溶剂的成渣量类别加入量成渣组分/气态氧化物caomgosio2al2o3fe2o3p2o5cascaf2h2oco2o2萤石0.50.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.440.008白云石2.50.910.640.020.0250.905石灰6.675.8540.1730.1670.10.0330.0070.0090.0070.3090.002合计6.7650.8160.2150.1330.0410.0120.010.440.0151.2140.002成渣量8.43211.2305.石灰加入量：渣中已含cao=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.900；渣中已含sio2=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767；因设定终渣碱度r=3.5，故石灰加入量为：5.285/(88.0%-3.52.50%)=6.67.石灰加入量=(石灰中cao含量）-（石灰中scas自耗的cao量）表5-8 总渣量及其成分炉渣成分/caosio2mgoal2o3mnofeofe2o3caf2p2o5cas合计元素氧化成渣1.710.4521.0650.60.410.0214.264石灰石成渣量5.8540.1670.1730.10.0330.0070.0096.343炉衬蚀损成渣0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣0.910.020.640.0251.595萤石成渣量0.0020.0280.0030.0080.0080.440.0050.0010.495总成渣量6.771.9341.0520.1370.4521.0650.6460.440.4220.03112.955质量分数/%52.2614.938.121.063.498.255.003.403.260.24100.表中除(feo)和(fe2o3)以外的总渣量为6.779+1.934+1.052+0.137+0.452+0.440+0.422+0.031=11.238，而终渣(feo)=15%(表5-4)，故总渣量为11.238/86.75%=12.955。.(feo)=12.9108.25%=1.069 (fe2o3)=12.9105%-0.033-0.005-0.008=0.602第二步：计算氧气消耗量。氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。见表5-9表5-9 实际耗氧量耗氧项/供氧项/实际耗氧量/铁水中元素氧化耗氧量（表5-5） 6.698炉衬中碳氧化消耗氧量（表5-6） 0.062石灰中s与cao反应还原出的氧化量（表5-7）0.002烟尘中铁氧化消耗氧量（表5-4） 0.3407.157-0.002+0.064=7.219炉气自由氧含量（表7-10） 0.057合计 7.157合计 0.002第三步：计算炉气量及其成分。炉气中含有co、co2、n2、so2和h2o.其中co、co2、so2和h2o可由表7-5表7-7查得，o2和n2则由炉气总体积来确定。现计算如下：炉气总体积vv=+0.5%v+ (v) =8.089 m式中vgco、co2、so2和h2o各组分总体积，m。本计算中其值为：=7.998m gs不计自由氧的氧气消耗量，。本计算中其值为：6.698+0.062+0.34=7.10（见表5-9） vx石灰中的s和cao反应还原出的氧量（其质量为：0.002，见表5-9），m。0.5%炉气中自由氧含量。 99自由氧纯度为99%转换得来。计算结果列于表5-10表5-10 炉气量及其成分炉气成分炉气量/炉气体积/ m体积分数/%co8.2788.27822.4/28=6.62281.87co22.6592.65922.4/44=1.35316.73so20.0100.01022.4/64=0.0040.04h2o0.0150.01522.4/18=0.0190.23o20.0570.040.50n20.0640.0510.63合计11.0838.089100.00.炉气中o2的体积为8.089*0.5%=0.040m；质量为0.04032/22.4=0.057。.炉气中n2的体积系炉气总体积与其他成分体积之差；质量为0.051*28/22.4=0.064第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。钢水量qg铁水量-铁水中元素的氧化量-烟尘、喷溅和渣中的铁损 100-6.596-1.50(75%56/72+20%112/160)+1+12.9556% 90.542由此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表5-11表5-11 未加废钢时的物料平衡表收入支出项目质量/%项目质量/%铁水10085.33钢水90.5476.82石灰6.675.69炉渣12.9610.00萤石0.500.43炉气11.089.40生白云石2.502.13喷溅1.000.85炉衬0.300.26烟尘1.501.27氧气7.216.16渣中铁珠0.770.66合计117.39100.00合计117.55100注：计算误差为（117.39-117.55）/117.39100%=-0.1%第五步：计算加入废钢的物料平衡。如同第一步计算铁水中元素氧化量一样，利用表5-1中的数据先确定废钢种元素的氧化量及其消耗量和成渣量（表5-12），再将其与表5-11归类合并，逐得到加入废钢后的物料平衡表5-13和表5-14。表5-12 废钢中元素的氧化产物及其成渣量元素反应产物元素氧化量/耗氧量产物量进入钢中的量/ccco13.350.08%90%=0.0100.0130.023cco213.350.08%90%=0.0010.0030.004sisi(sio2)13.350.25%=0.330.0380.071mnmn(mno)13.350.37%=0.0490.0150.065pp(p2o5)13.350.01%=0.0010.0010.002ssso213.350.009%1/3=0.00040.00040.0008s+cao(cas)+(o)13.350.009%2/3=0.0008-0.00040.002合计0.0950.0713.35-0.095=13.255成渣量/0.14表5-13 加入废钢的物料平衡表（以100铁水为基础）收入支出项目质量/%项目质量/%铁水10076.56钢水90.54+13.25=103.7979.06废钢13.3510.22炉渣12.96+0.14=13.109.98石灰6.675.107炉气11.08+0.028=11.108.46萤石0.50.383喷溅1.000.76轻烧白云石2.51.914烟尘1.501.14炉衬0.30.230渣中铁珠0.780.59氧气7.295.5820合计130.61100.00合计130.77100.00注：计算误差为（130.61-130.77）/130.61100%=-0.1%表5-14 加入废钢的物料平衡表（以100铁水+废钢为基础）收入支出项目质量/%项目质量/%铁水88.2076.56钢水91.5579.06废钢11.7710.22炉渣11.569.98石灰5.895.11炉气9.808.46萤石0.440.38喷溅0.880.76轻烧白云石2.211.92烟尘1.321.14炉衬0.260.23渣中铁珠0.690.6氧气6.435.58合计115.40100合计115.60100第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。现根据钢种成分设定值（表5-1）和铁合金成分及其回收率（表5-3）算出锰铁和硅铁的加入量，在计算其元素的烧损量。将所有的结果与表7-14合并，及得到炼一炉钢的总物料平衡表。锰铁加入量wmn为： 硅铁加入量wsi为： 铁合金中元素烧损量和产物量列于表5-15。脱氧和合金化后的钢水成分如下：表5-15 铁合金中元素烧损量和产物量类别元素烧损量脱氧量/成渣量/炉气量/入钢量锰铁c0.596.60%10%=0.0040.0110.0150.596.60%90%=0.035mn0.5967.80%20%=0.0800.0230.1030.5967.80%80%=0.320si0.590.50%25%=0.0010.0010.0020.590.50%75%=0.002p0.590.23%=0.001s0.590.13%=0.001fe0.5924.74%=0.146合计0.0850.0350.1050.0150.505硅铁al0.422.50%100%=0.0110.0100.021mn0.420.50%20%=0.00040.00010.0010.420.50%80%=0.002si0.4273.00%25%=0.0770.0880.1650.4273.00%75%=0.230p0.420.05%=0.0002s0.420.03%=0.0001fe0.4223.92%=0.100合计0.0880.0980.1870.332总计0.1730.1330.2920.0150.837可见，含碳量尚未达到设定值。为此需在钢包内加焦炭增碳。其加入量w1为： 焦粉生成的产物如下：碳烧损量/耗氧量/气体量/成渣量/碳入钢量/0.0681.50%25%=0.0120.0320.044+0.06（0.58+5.52）%=0.0470.0612.40%=0.0070.0681.50%75%=0.037由此可得整个冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表5-16。表5-16 总物料平衡表收入支出项目质量/%项目质量/%铁水88.274.47钢水91.55+0.837+0.037=92.4277.24废钢11.779.94炉渣11.56+2.92+0.007=14.4912.11石灰5.894.97炉气9.80+0.015+0.047=9.868.24萤石0.440.37喷溅0.880.74轻烧白云石2.211.87烟尘1.321.10炉衬2.261.91渣中铁珠0.690.57氧气6.65.57锰铁0.590.50硅铁0.420.35焦粉0.060.05合计119.44100.00合计119.56100.计算误差为(119.44-119.56)/119.44100%=-0.1%.可以近似的认为(0.133+0.032)的氧量系出钢水二次氧化带入。4.2 热平衡计算4.2.1计算所需的原始数据计算所需的基本原始数据有：各种入炉料及产物的温度（表5-17）；物料平均热熔（表5-18）；反应热效应（表5-19）；融入铁水的元素对铁水熔点的影响（表5-20）。其他工艺参数参照物料平衡选取。表5-17 入炉物料及产物的温度设定值名称入炉物料产物铁水废钢其他原料炉渣炉气烟尘温度/12852525与钢水相同14501450表5-18 物料平均热熔物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热熔kj/（k）0.7450.699-1.0470.996-融化潜热kj/218272209209209-液态或气态平均热熔kj/（k）0.8370.8371.248-1.137表5-19 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应/kjk mol-1/kjkg-1cc+1/2 o2=co 氧化反c+ o2=co2氧化反应41807234834sisi + o2= (sio2 氧化反应81768229202mnmn +1/2 o2= (mno) 氧化反应3617406594p2p+5/2 o2= (p2o5) 氧化反应117656318980fefe +1/2 o2= (feo) 氧化反应2382294250fe2fe +3/2 o2= (fe2o3) 氧化反应7224326460sio2(sio2)+2(cao)=(2caosio2) 成渣反应971331620p2o5(p2o5)+4(cao)=(4 caop2o5) 成渣反应6930544880caco3caco3=(cao)+ co2 分解反应1690501690mgco3mgco3=mgo+ co2 分解反应1180201405表5-20 融入铁水的元素对铁熔点的降低值元素csimnpsalcrn、h、o在铁中极限溶解度/%5.4118.5无限2.80.1835.0无限融入1%元素使铁熔点降低值/65707580859010085302531.5n、h、o融入使铁熔点降低值/=6适用含量范围/%11.02.02.53.03.54.03150.70.081184.2.2 计算步骤以100铁水为基础第一步：计算热收入qs。热收入项包括：铁水物理热；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。(1) 铁水物理热先根据纯铁熔点、铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值(见表5-17、表5-1和表5-20)计算铁水熔点tt，然后由铁水温度和生铁热容(见表5-17和表5-18)确定 。 =1536(4.0100+0.88+0. 55+0.330+0.03525)6=1111 () =100 0.745(111125)+218+0.837(12851111)=117270.8(kj)(2) 元素氧化热及成渣热由铁水中元素氧化量和反应热效应(见表5-19)可以算出，其结果列于表5-21。 表5-21元素氧化热和成渣热反应产物氧化热或成渣热/kj反应产物氧化热或成渣热/kjcco3.5111639=40852.89fefe2o30.4216460=2719.66cco20.3934834=135853.26pp2o50.2818980=5314.4sisio20.8029202=23361.6p2o54caop2o50.4224880=2059.36mnmno0.4206594=2769.48sio22caosio21.9341620=3133.08fefeo0.8314250=3531.75合计qy97327.48(3) 烟尘氧化热由表5-4中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。1.5(7556/724250+20%112/1606460)=5075.35kj(4) 炉衬中碳的氧化热0.31490116390.3141034834586.25kj故热收入总量为=117270.8+97327.48+5075.35+586.25=220259.88kj第二步：计算热支出。热支出项包括：钢水物理热；炉渣物理热；烟尘物理热；炉气物理热；渣中铁珠物理热；喷溅物(金属)物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。(1) 钢水物理热qg先按求铁水熔点的方法确定钢水熔点tg；再根据出钢和镇静时的实际温降(通常前者为4060，后者约为35/min，具体时间与盛钢桶大小和浇注条件有关)以及要求的过热度(一般为5090)确定出钢温度tz ；最后由钢水热容算出物理热。tg1536(0.10650.1550.020300.02125)61522式中，0.10、0.15、0.020和0.021分别为终点钢水中c、mn、p、s的含量。tz15225050701692式中，50、50、70分别为出钢过程中的温降、镇静及炉后处理过程中的温降和过热度。qg90.540.699(1522-25)2720.837(1692-1522)132251.14kj(2) 炉渣物理热qr令终渣温度与钢水温度相同，则得：qr12.9551.248(1649-25)20928964.17kj(3) 炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热qx 。根据其数量、相应的温度和热容确定。详见表5-22。表5-22某些物料的物理热项 目参 数/kj备 注炉气物理热11.0831.137(145025)=179571450系炉气和烟尘的温度烟尘物理热 1.