年产350万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计-毕业论文-副本摘要

西安建筑科技大学华清学院本科毕业设计（论文）任务书题目年产350万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计院（系）专业冶金工程学生姓名学号指导教师（签名）主管院长（主任）（签名）时间2013年2月25日一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）设计题目年产350万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计钢种普碳钢、低合金钢、优质碳素结构钢等规格方坯板坯包括转炉容量和座数的选择确定；转炉炉型设计；氧枪设计；炉外处理、连铸机以及除尘系统的设计与选择；炼钢过程物料平衡和热量平衡计算；转炉车间生产工艺设计和布置；车间主要设备选择和车间平面设计以及总图运输方案的确定。进行毕业实习，收集有关资料；编制设计说明书一份，完成专题部分，翻译冶金专业相关外文文献一篇，绘制转炉炉型图、车间平面图和剖面图各一张，使学生能够理论联系实际，掌握转炉炼钢车间设计的基本原理，为今后从事相关的技术工作奠定基础。二、毕业设计（论文）题目应完成的工作（含图纸数量）1根据设计题目完成毕业实习并收集有关资料，进行技术准备；2炼钢厂车间总体设计；3转炉炉型设计；4物料平衡与热平衡计算；5生产工艺设计；6车间工艺布置；7车间主要设备选择；8生产组织与人员编制；9主要技术经济指标；10绘制设计图纸三张（其中至少手绘一张）转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张；11翻译与冶金工程专业有关的外文文献一篇（不少于4000字）；12完成专题炼钢节能技术思路与对策（不少于5000字）；13完成设计说明书一本。三、毕业设计（论文）进程的安排序号设计（论文）各阶段任务日期备注1毕业实习、收集资料20132253222设计相关计算323433炉型、工艺、主设备设计和选择44584车间布置595155制图与翻译5165296编制设计说明书530677准备答辩68612四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）1钢铁生产工艺概述西安建筑科技大学2钢铁冶金学（炼钢部分）陈家祥编冶金工业出版社19903炼钢工艺学高泽平编冶金工业出版社20064钢铁厂设计原理（下册）李传薪编冶金工业出版社19955普通冶金西安建筑科技大学20026炼钢设计原理冯聚和编化学工业出版社20057毕业设计参考资料钢铁冶金专业西安建筑科技大学8金属提取冶金学王成刚，王齐铭主编西安地图出版社20009现代转炉炼钢戴云阁等编东北大学出版社199810与专题有关的最新文献2003年以后的文献，不少于10篇且至少有2篇外文文献五、审核批准意见教研室主任签（章）年产350万吨全连铸坯的转炉炼钢车间设计专业冶金工程姓名指导老师设计总说明当前的炼钢工艺中，较为普遍的是以高炉铁水为原料的转炉炼钢工艺和以预还原球团矿或高质量的工业废钢为原料的电弧（炉）工艺。本设计为具有代表性的氧气顶底复吹工艺，预计年生产能力为350万吨良坯钢。车间设有公称容量为150吨的转炉两座，LF精炼炉2座、板坯连铸机1台和方坯连铸机1台。转炉的冶炼周期38分钟，吹氧时间16分钟。根据国内外转炉炼钢技术的发展趋势，结合设计任务书中普碳钢和普碳钢的品种需要，选择了LF炉外精炼设备，进行全连铸生产。最终确定如下的的工艺流程铁水预处理转炉炼钢LF精炼连铸。本次设计在对转炉物料平衡和热平衡计算的基础上，对炼钢车间的主要设备参数进行了设计、选型，完成了主体设备选择、炼钢工艺设计、主厂房工艺布置和设备布置。编制说明书一份，绘制转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张，并完成题目为炼钢节能技术思路与对策的专题。关键词炼钢，顶底复吹，工艺流程，精炼，连铸，DESIGNDESCRIPTIONATPRESENT,THEREARETWOMAINSTEELMAKINGPROCESSESCONVERTERSTEELMAKINGPROCESSWITHBLASTFURNACEHOTMETALANDSTEELSCRAPASTHERAWMATERIALSANDTHEARCFURNACEPROCESSWITHPREREDUCTIONPELLETSORHIGHQUALITYINDUSTRIALSTEELSCRAPASRAWMATERIALSINTHISPAPER,THEREPRESENTATIVEPROCESSCOMBINEDBLOWINGOXYGENCONVERTERPROCESSWITHASCALEOF37106CONTINUOUSCASTINGBILLETANNUALISDESIGNEDINTHEWORKSHOP,MAINEQUIPMENTSINCLUDING2150TCONVERTERSANDITSAUXILIARYEQUIPMENTSWITH2LFREFININGFURNACES,2SETSOFSLABCONTINUOUSCASTINGMACHINESANDASETOFBILLETCONTINUOUSCASTINGMACHINEAREDESIGNEDTHESMELTINGPERIODISSETFOR38MINUTERINWHICHTHEACTUALOXYGENBLOWINGTIMEISONLY16MINUTESDEPENDINGONTHEDEVELOPMENTTRENDOFSTEELMAKINGPROCESSANDTHEQUALITYREQUIREMENTOFCARBONSTEELANDPRESSUREVESSELSTEEL,LFREFININGISSELECTEDTOFULFILLCONTINUOUSCASTINGFINALLY,THEFOLLOWINGPROCESSFLOWISCHOOSEDPRETREATMENTCONVERTERLFCCONTHEBASEOFTHEMATERIALANDHEATEQUILIBRIMCALCULATION,THESIZEOFSTEELMAKINGPLANTWORKSHOPSPANANDDEVICEASSIGN,PERSONNELPLACEMENTISMADEAPROJECTINSTRUCTIONISREDACTED,FURNACESIZEGRAPHIC,AGROUNDPLANEANDASECTIONALVIEWOFTHEWORKSHOPAREALSOSUBMITTEDANDFINALLY,THEMONOGRAPHWHICHISABOUTNONMETALLICINCLUSIONSINSTEELANDITSDAMAGEMENTISALSOFINISHEDKEYWORDSSTEELMAKING,COMBINEDBLOWN,PROCESS,REFINING,CONTINUOUSCASTING目录1绪论111转炉冶炼原理简介112氧气转炉炼钢的特点213设计原则和指导思想214产品方案32氧气转炉炼钢车间521初始条件522公称容量选择523转炉座数的确定524根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量。625根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量63转炉物料平衡和热平衡计算831氧气顶底复吹转炉的物料平衡和热平衡832热平衡计算20321热平衡计算所需数据20322计算步骤214氧气转炉及相关设备设计2541炉型设计25411炉型选择25412主要参数的确定2542炉衬设计2743炉底供气构件的设计2844转炉炉体金属构件设计2845倾动机构2946氧枪喷头设计29461喷头设计29462氧枪枪身设计31463氧枪升降和更换机构34464副枪设计34465副枪的功能和要求3547底部供气元件设计36471底气种类36472供气构件的选择36473喷嘴数量及布置365转炉车间烟气净化和回收3751烟气量的计算3752烟气净化系统类型的选择3853烟气净化系统主要设备的选择3954含尘污水处理406转炉炼钢的生产制度4161主要原材料的技术要求41611金属料41612造渣材料42613氧化剂4362装料制度4463供氧制度45631供氧制度主要工艺参数45632氧枪操作4564造渣制度46641采用单双渣操作47642各种渣料用量计算及加47643炉渣调整4865温度制度4966终点控制与出钢5067脱氧合金化51671脱氧合金化操作51672影响合金元素吸收率的因素5268精炼与连铸527连铸车间的设计5471连铸机机型的选择5472连铸机的主要工艺参数54721钢包允许的最大浇注时间54722铸坯断面54723拉坯速度54724连铸机的流数56725铸坯的液相深度和冶金长度56726弧形半径5673连铸机生产能力的确定57731理论小时产量57732连铸机的平均年产量57733连铸机台数的确定5774结晶器的设计58741结晶器的长度58742结晶器断面尺寸58743结晶器铜壁厚度58744结晶器锥度58745结晶器拉坯阻力5975二次冷却装置5976拉坯矫直装置及引锭装置5977钢包6078中间包628炼钢车间其它设备的选择与计算6381渣罐车63811渣罐车型号的选取63812渣罐车数量的确定6382混铁车6383铁水罐6484废钢供应系统64841转炉车间昼夜所需废钢量64842废钢贮仓容积或堆放场地所需面积计算64843废钢料斗容量及数量6585散装材料供应系统65851地面料仓容积和数量的确定65852上料方式的选择66853高位料仓容积和数量的确定6686钢包的其他工艺参数6787起重机的选用689转炉车间的组成、类型和主厂房尺寸6991车间组成6992主厂房主要尺寸的确定69921加料跨69922炉子跨71923浇铸跨7510炼钢车间人员编制7811炼钢车间经济指标82参考文献83致谢841绪论11转炉冶炼原理简介1转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含1的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。氧气转炉生产的主要原材料是铁水，大多数情况下铁水由高炉攻击，而高炉的原材料是铁矿石；转炉生产出来的产品是钢坯（或钢锭），他们还不是最终成品，而必须经由轧钢机轧制成各种类型和规格的钢板、型钢和钢管等最终产品，提供给市场。因此，氧气转炉不可能独立存在，它必须前有炼铁，后有轧钢，共同组成一个钢铁生产的联合体。我们称这样的生产模式为钢铁联合企业。从化学成分来看，刚和生铁都是铁碳合金，并还有SI、MN、S、P等元素，由于C和其他元素的含量不同，所形成的组织不同，因而性能也不一样。根据FEC相图，C含量在00218211之间的铁碳合金为钢，它的熔点在14501500。C含量在211以上的铁碳合金称为生铁，熔点在11001200。C含量在00218一下的铁碳合金称为工业纯铁。在钢中碳元素和铁元素形成FE3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛。若以生铁为原料炼钢，需氧化脱碳钢种P、S含量过高分别会造成钢的“冷脆”性和“热脆”性，炼钢过程应脱出P、S；钢中氧含量超过限度会加剧钢的“热脆”性，并形成大量氧化物夹杂，因而要脱出氧；钢种含有H、N分别造成钢的氢脆和时效性，应该降低钢中的有害气体含量；夹杂物的存在会破坏钢基体的连续性，从而降低钢的力学性能，也应该去除炼钢过程应提高温度达到出钢要求，同时还要加入一定种类和数量的合金，使钢的成分达到所炼钢种的规格。综上所述，炼钢的基本任务包括脱碳、脱氧、脱硫、脱磷；去除有害气体和夹杂，提高温度；调节成分。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱硫、脱磷以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作原则则是控制供氧、造渣、温度，以及加入合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢坯或钢锭。12氧气转炉炼钢的特点与平炉、电炉炼钢法相比，氧气转炉炼钢具有生产率高、刚中气体含量低、钢的质量好等特点。氧气转炉炉内反应速度快，冶炼时间短，具有很高的生产效率。随着转炉容量的增大，生产率进一步提高。氧气转炉钢具有以下特点（1）钢中气体含量少（2）由于炼钢主要原材料为铁水，废钢用量所占比例不大，因此NI、CR、MO、CU、SN等残余元素含量低，由于钢中气体和夹杂少，具有良好的抗时效能力、能加工变形性能和焊接性能，钢材内部缺陷少。不足之处是强度偏低，淬火性能稍次与平炉和电炉钢。此外，氧气转炉钢的机械性能及其他方面性能也是良好的。（3）原材料消耗少，热效率高，成本低。氧气转炉的金属消耗率一般为11001140KG/T，比平炉稍高些。耐火材料消耗仅为平炉的1530,一般为25KG/T。由于氧气转炉是利用炉料本身的化学热和物理热，热效率高，不需外加热源。因此燃料和动力消耗方面比平炉和电炉均低。氧气转炉的高效率和低消耗，使钢的成本较低。（4）原料适应性强。氧气转炉对原料的适应性强，不仅能吹炼平炉生铁，而且能吹炼P（0515）和高P（15）生铁，还可以吹炼钒、钛等特殊成分的生铁。（5）基建投资少，建设速度快。氧气转炉设备简单，重量轻，所占的厂商面积和所需要的重型设备的数量比平炉车间少，因此投资比相同产量的平炉低3040。而且生产规模越大，基建投资就越省。氧气转炉车间的建设比平炉车间快得多。氧气转炉炼钢生产比较均衡，有利于与连铸机配合。还有利于开展综合利用，如煤气回收及实现生产过程的自动化。近年来由于氧气转炉炼钢与炉外精炼技术相结合，所炼钢种进一步扩大，目前能生产的钢种近300个。13设计原则和指导思想对设计的总要求是技术先进，工艺上可行经济上合理。所以，设计应遵循的原则和指导思想是1）遵守国家的法律、法规，执行行业设计有关标准、规范和规定，严格把关，精心设计2）设计中对主要工艺流程进行多方案比较，以确定最佳方案3）设计中应充分采用各项国内外成熟的新技术，因某种原因暂时不上的新技术要预留充分的可能性。所采用的新工艺、新设备、新材料必须遵循经过工业性试验或通过技术鉴定的原则4）要按照国家有关劳动安全、工业卫生及消防的标准及行业设计规定进行设计5）在学习、总结国内外有关厂家的生产经验的基础上，移植适用可行的先进技术6）设计中应充分考虑节约能源、节约用地，实行资源的综合利用，改善劳动条件以及保护生态环境。14产品方案一、冶炼的钢种、代表钢号及其化学成份本设计冶炼的钢种、代表钢号及其化学成分见表21所示。表11冶炼的钢种，代表钢号及其化学成分化学成分（）钢种钢号CSIMNPSCUAL普钢Q2350140220120300350550045005030钢Q27502803801503505080045005030低合16MN012023020060121600050005030合金钢20MNSI017023040070131600450045030热轧硅钢008380440020020020005012硅钢冷轧硅钢00728320005008001500250050025002二、产品方案本设计产品方案见表22所示表12产品方案钢种代表型号年产钢量所占比例铸坯断面长宽定长尺寸成品形式普碳钢Q235A200万吨57180700MM9000MM钢板低合金钢Q345150万吨43150150MM9000MM钢板2氧气转炉炼钢车间21初始条件拟建年产量为350万吨连铸坯的氧气转炉炼钢车间，相关技术参数如下1）年产量方坯150万吨，板坯200万吨；2）产品方案普碳钢、低碳钢；22公称容量选择21选取时炉子容量应和国家标准浇注起重机的起重能力相适应。即吊车的起重能力必须大于转炉最大出钢量和钢包有衬的重量之和，并应有一定的富余能力。参见表21所示确定转炉的公称容量为150T。表21与转炉配套的钢包容量和浇注起重机的配合23转炉座数的确定为了减少车间内的设备互相干扰，终有固数目的炉子在吹炼，以发挥生产潜力。炉于座数不宜太多，但必须保持年间内始本设计是使用顶底复吹转炉冶炼，合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况，选用“二吹二“的方案，这样同时也可以提高转炉的利用效率，减少资金的投入。24根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量。根据表22选取每炉钢的平均冶炼周期取37MIN，平均供氧时间为18MIN。项目单位数值转炉公称容量T100120150220250180最大出钢量T120150180220275320钢包容量T120150180220275320表22转炉冶炼周期和吹氧时间推荐值转炉公称吨位/T3030100100备注冶炼周期/MIN283232383845吹氧时间/MIN121614181620结合供氧强度、铁水成分和所炼钢种等具体条件确定年出钢炉数2间炼一炉钢的平均冶炼时年炼钢时间2间炼一炉钢的平均冶炼时转炉作业率年日历时间26142（炉38459610转炉作业率取94525根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量每炉钢的平均冶炼周期取38MIN。年需良坯量年需合格钢水量良坯收得率炉外精炼回收率炉外精炼收得率取99；连铸收得率取98；代入数据得；万吨年需合格钢水量75360985年需钢水量平均炉产钢水量年出钢炉数代入数据得。138T264075平均炉产钢水量按标准系列确定炉子的容量故取公称容量为150吨。核算车间年产量本设计中选定150吨转炉两座，按照二吹二生产方式。车间年产量15026142989938044万吨350万吨，故设计选取合格。3转炉物料平衡和热平衡计算炼钢过程的物料平衡与热平能量衡计算是建立在物质和能量的基础上的。其主要目的是比较这个冶炼过程中物料、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经济技术指标提供定量依据。由于炼钢是一个复杂的高温物理化学过程加上测试手段有限，现在还难以做到精确测量。本章主要对转炉的物料平衡和热平衡加以计算以确定其具体参数并加以设计。31氧气顶底复吹转炉的物料平衡和热平衡311物料平衡计算3111计算原始数据基本数据有冶炼钢种及其成分铁水和废钢成分、终点钢水成分（表31）；造渣用熔剂及炉衬等的原材料的成分（表32）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表33）；其它工艺参数（表34）。表31钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值注终点钢水成分中，C和SI按实际生产情况选取；MN、P和S分别按铁水中相应成分含量的30，10和60留在钢水中设定。本计算设定的冶炼钢种为Q235A表32原材料的成分含量类别CAOO2MGOAL2O3FE2O3GAF2P2O5SCO2H2O灰分挥发分成分含量/类别CSIMNPS钢种Q235A设定值02002705200450050铁水设定值41008006002000035废钢设定值01802505500300030终点钢水设定值010痕迹01800200021石灰8800250260150050010006464010萤石0305500601601508800090010150白云石364008025601003620炉衬12030078801401601400焦炭05881501240552表33铁合金成分及其回收率含量/类别CSIMNALPSFE硅铁7300,75050,80250,0005,100003,1002392,100锰铁660,90050,75678,80023,100013,1002474,10010C与氧生成CO表34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侵蚀量终渣WFEO含按WFEO135WFEO折算WGAO/WSIO235为铁水的05为铁水的25为铁水的0315，而WFE2O3/WFEO1/3,即WFE2O35，WFEO825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699，余者为N205（体积比）占总去硫量的1/390C氧化成CO，10C氧化成CO2由热平衡计算来确定，本计算结果为铁水量的烟尘度喷溅铁损为铁水量的15（其中WFEO为75，WFE2O3为20为铁水量的11943，即废钢比为16273112物料平衡的基本项目收入项支出项铁水钢水废钢炉渣熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石）烟尘氧气渣中铁珠炉衬蚀损炉气铁合金喷溅3113计算步骤以100KG铁水为基础进行计算。第一步计算脱氧合金化前的总渣量及其成分。总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表35，表36，表37。总渣量及其成分如表38所示。第二步计算氧气消耗量。氧气实际消耗量为消耗项与攻入项之差，见表39。表35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CCO40090360048008400CCCO240010040010671470SISISIO2080009101710入渣MNMN（MNO2）042001200540入渣PPP2O5018002300410入渣SSO200141/3000500050010SSCAOCAS（O）00142/3000900050021CAS入渣FEFEO107656/72083702391076入渣FEFEFE2O3060112/160042401820606入渣总计66757548成渣量4363入渣组分之和由CAO还原出的氧量消耗的CAO量000956/320016KG。表36炉衬蚀损的成渣量成渣组分/KG气态产物/KG耗氧量/KG炉料蚀损量/KGCAOSIO2MGOAL2O3FE2O3COCCO2CCO，CCO203（见表40004000902360004000503149028/12008803141044/12001503149016/121032/120062合计025801030062表37加入溶剂成渣量类加入成渣组分/KG气态产物KG/S由表36表37可知，渣中已含（CAO）00160004000209100900KG；渣中已含（SIO2）17100009002800201767KG。因设定的终渣碱度R35；故石灰加入量为RWSIO2W（CAO）/W（CAO石灰）RWSIO2石灰5285/88035250667KG石灰中CAO含量石灰中SCAS自耗的CAO含量。由CAO还原出来的氧气，计算方法同表36注。表38总渣量及其成分炉渣成分CAOSIO2MGOAL2O3MNOFEOFE2O3CAF2P2O5CAS合计元素氧化成渣量（KG）171005410780607041000214366石灰成渣量（KG）58630167017301000033000700096352耐火材料蚀损量（KG）000400090236000400050258轻烧白云石成渣量（KG）09100020064000251595别量/KGCAOMGOSIO2AL2O3FE2O3P2O5GASGAF2H2OCO2O2萤石05000200030028000800080005000100400005生白灰2509100640002000250905石灰6675863017301670100003300070009000703090002合计66750816021501330041001200100040001212140002成渣量8442萤石成渣量（KG）00020028000300080008044000050492总渣量（KG）677919341052013705410780653044004220031130665197148380710539982550033732302410000总渣量计算如下因为表39中除FEO和FE2O3以外的渣量为6779193410520137054004400422003111335KG,而终渣FEO15表5故总渣量为11335/867513066KG。FEO量130668251078KG。FE2O3量1306650033000500080607KG。第二步计算氧气消耗量氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。详见表39。表39实际耗氧量耗氧量项/（KG）供氧项/（KG）实际氧气消耗量/（KG）铁水中元素耗氧量7548铁水中S与CAO反应还原出的氧量0005炉衬中碳氧化耗氧量0062石灰中S与CAO反应还原出的氧量0002烟尘中铁氧化耗氧量0340炉气中自由氧耗氧量0059合计8010合计00078062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可表查得，O2和N2则有炉气总体积来确定。先计算如下炉气总体积VVVG05V1/99224/32GS05VVXV99VG07GSVS/9850998183077950007/98508281M3式中VGSO2,CO,CO2,和H2O各组分总体积M。本计算中，其值为38488224/282699224/440010224/640012224/188183GS不计自由氧的氧气消耗量，KG。本计算中，其值为75480062034795VX铁水与石灰石的S与GAO反应氧气质量为0007见表310，M305炉气中自由氧含量；99由氧气纯度99转换得来的。计算结果列于表310。表310炉气量及其成分炉气成分炉气量（KG）体积（M3体积CO84888488224/2867908206CO226992699224/4413741661SO200100010224/640004005HO00120012224/180015018O200590042051N00610049059合计11330827410000炉气中O2的体积为8283050041M，重量为004132/2240059KG3炉气中的N2的体积为炉气总体积与其它成分的体积之差；重量为004928/2240061KG。第四步计算脱氧和合金化的钢水量。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；QG100667515（7556/7220112/160）10013066690477KG。据此可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表（表312）表311未加废钢的物料平衡表收入支出项目质量（KG）项目质量（KG）铁水100008472钢水90487657石灰667565炉渣13071106萤石050042炉气1133959白云石250212喷溅100085炉衬030025烟尘150127氧气806684渣中铁珠078066总计1180310000合计1181610000第五步计算加入废钢的物料平衡如同第一步中计算铁水中元素氧化量一样。利用表1的数据先确定废钢种元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表313）。表312废钢种元素的氧化产物及成渣量元素反应产物元素氧化量（KG）耗氧量（KG）产物量（KG）进入钢中的量（KG）CCO194300890001400190033入气CCCO194300810000200050007入气SISI（SIO2）19430250004900560105MNMNMNO1943037007200210093PPP2O51943001000200030005SSO219430011/300005000050001入气SSCAOCASO19430012/300012000060003CAS合计01410103194301411929成渣量/KG0206表313加入废钢的物料平衡表以100KG铁水为基准收入支出项目质量（KG）项目质量（KG）铁水10000726990481929109777973废钢19431412炉渣1307020613276964石灰667485炉气1133002811358825萤石050036喷溅100073白云石250182烟尘150109炉衬030022渣中铁珠078057氧气80601038163594总计算误差为（137563137684）/137563100009表314加入废钢的物料平衡表以100KG铁水废钢为基准收入支出项目质量（KG）项目质量（KG）铁水88737269钢水92717973废钢16271412炉渣1121964石灰558485炉气960825萤石042036喷溅084073白云石209182烟尘126109炉衬025022渣中铁珠065057氧气685594总计1151910000合计1162710000第六步计算脱氧后和合金化后的物料平衡。先根据钢种成分设定值和（31）和铁合金成分及其回收率（33）算出锰铁和硅铁的加入量，再计算其元素的烧损量。将所有结果与表归类合并，既得冶炼一炉钢的总物料平衡表。锰铁加入量W锰0550189271/678080062KG硅铁加入量W硅02592710530002/730075042KG315铁合金中元素烧损量及其产物量类别元素烧损量脱氧量成渣量炉气量入钢量C062660100004001000159CO2062660900037MN062678100084002401080626780800334SI06205025000100010002062050750002P0620230001S0620130001FE06224740154锰铁合计00890035011000150529硅铁AL042250100001100100006MN0420502000004000010000504205800002SI042730250007700880165042730750230P04200500002S04200300001FE042239201006合计009801720332总计01770133028200150861脱氧和合金化后的钢水成分如下WC0100037/9357100014WSI00020230/9357100025WMN018003340002/9357100055WP00200001/93571000021WS0210001/93571000022。可见，含碳量尚未达到设定值，为需要在钢包内加焦粉增碳。其加入量W1为W1018014钢水量/焦炭中C含量C回收率0049357/815075006KG表315焦粉生成的产物碳烧损量/KG耗氧量/KG气体量/KG成渣量/KG碳入钢量/KG0068150250012003200440060585520047006124000070068150750037为CO2、H2O和挥发分的总和（未计算挥发分燃烧的影响）。由此可得冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表。表316总物料平衡表收入支出项目质量（KG）项目质量（KG）铁水废钢石灰萤石白云石炉衬氧气锰铁硅铁焦粉8873162755804220902570206304200671891397479036179021603054036005钢水炉渣炉气喷溅烟尘渣中溅珠936111509660881320697956977821075112059合计11647100001176610000注计算误差（1164711766）/11647100087；可近似认为（01330032）的氧量系出钢水二次氧化所带入。32热平衡计算321热平衡计算所需数据计算所需基本原始数据有各种炉料及产物的温度（317）物料平均热容（表318）反映热效应（表319）溶入铁水的元素对铁水的熔点的影响（表320）其他参照物料平衡选取。表317入炉物料及产物的温度设定入炉物料产物名称铁水废钢其他原料炉渣炉气烟尘温度12502525与钢水相同14501450表318物料平均热容物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热容（KJ/KGK）0745069910470996熔化潜热218272209209209液态或气态平均热容08370837124812481137表319炼钢温度下的反应热效应组元化学反应H（KJ/KMOL）H（KJ/KMOL）CC1/2O2CO氧化反CO2CO2氧化反应41807234834SISIO2SIO2氧化反应81768229202MNMN1/2O2MNO氧化反应3617406594P2P5/2O2P2O5氧化反应117656318980FEFE1/2O2FEO氧化反应2382294250FE2FE3/2O2FE2O3氧化反应7224326460SIO2SIO22CAO2CAOSIO2成渣反应971331620P2O5P2O54CAO4CAOP2O5成渣反应6930544880CACO3CAO3CAOCO2分解反应1690501690MGCO3MGCO3MGOCO2分解反应1180201405表320溶入铁中的元素对铁的熔点的降低值元素CSIMNPSALCRN,H,O在铁中的极限溶解度（）541185无限28018350无限溶入1元素使铁熔点的降低值（）6570758085901008530253156适用含量范围（）10102530354031507008118322计算步骤以100KG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QW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（表317，31，320），计算铁水的熔点TT。然后由铁水温度和生铁比热（表17和18）确定QW。TT1536（410100080806502030003525）61104QW100074511042521808371250110411449770KJ2元素氧化热及成渣热QY由铁水中元素氧化量和反应效应（表319）可以算出。其结果列表321。表321元素氧化热和成渣热反应产物氧化热或成渣热反应产物氧化热或成渣热CCO360116394190040FEFE2O30420646027132CCO20410348341393360PP2O501818980341640SISIO20400292022336160P2O54CAOSIO204224880205936MNMNO04206594276948SIO22CAOSIO19341620313308FEFEO08374250355725合计96896053烟尘氧化热QC。由表中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。QC157556/72425020112/1606460507535KJ4炉衬中碳的氧化热QL根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。QL031490116390314103483458625KJ故热收入总值为QSQWQYQCQL21705535KJ第二步计算热支出QZ。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的熔点TG；再根据出钢和镇静时的实际降温（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最后有钢水量和热容算出物理热。TG153601065018500203000212561520式中010、018、0020和0021分别为终点钢水C、MN、P和S的含量。TZ15205050701690（）式中50、50和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钢水的过热度，吹氩调温过程温降。QG90480699（152025）2720837（16901520）13203701KJ2炉渣物理热QR温度与钢水温度相同，则得QR130661248（169025）2092988090KJ3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321表322某些物料的物理热项目参数（KJ）备注11331137（145025炉气和烟尘温度烟尘物理热150996145025209244245渣中铁珠物理热0780699（152025）2720837169015201144881520系钢水熔点100699（152025）272088716901520146780合计QX23412284生白云石分解热QB根据其用量，成分和表322所示的热效应计算之。QB25（3640169025601405）243710KJ5热损失QQ用与加热废钢的热量一般占总热收入的38。本计算取5，则得QQ2170553551085277KJ；6废钢吸热QF用于加热废钢的热量系剩余热量，即QFQQGQRQQBQQQR1843529KJ；SZ故加入的废钢量WF为WF1843529106991520252720837169015201399KG即废钢比1399/10013991001227热效率（钢水物理热炉渣物理热废钢吸热）/热收入总值1008309若不计算炉渣带走的热量时热效率（钢水物理热废钢吸热）/热收入总量1006932表323热平衡表收入支出项目热量项目热量铁水物理热114497705276钢水物理热132037016083元素氧化热和成渣热96896054463炉渣物理热29880901377其中C氧化55834002573废钢物理热1843529849SI氧化23361601076炉气物理热1835715845MN氧化276948128烟尘物理热244245113P氧化341640157渣中铁珠物理热114488053FE氧化629629290喷溅金属物理热146780068SIO2成渣313308144白云石分解热243710112P2O5成渣2025936095热损失1085277500烟尘氧化热507536234炉衬中碳的氧化热58625027合计2170553510000合计2170553510000应当指出。加入合金进行脱氧和合金化。会对热平衡数据产生一定的影响。对转炉用一般生铁冶炼低碳钢来说。所用的铁合金种类有限。数量也不多。经计算。其热收入部分约占总收入的0810热支出部分约占0508。二者基本持平。4氧气转炉及相关设备设计氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。本章以顶底复吹转炉为重点，对其炉型、炉衬、炉体金属结构和倾动机构以及底部供气构件进行选型和设计。顶底复吹转炉是继氧气顶吹转炉和底吹转炉之后，于70年代中期出现的一种新型转炉炼钢设备。顶底复吹兼有顶吹易于控制成渣过程和底吹可以增大熔池搅拌器强度的优点，是节能降耗、扩大品种、提高产品质量的有效途径；特别对于容量较大的转炉，更具有其优越性。因此，近几年来获得迅速发展。据报道，日本基本淘汰了单纯顶吹法，国内转炉的发展方向也是积极采用复吹。41炉型设计411炉型选择从冶金特征来说，顶底复吹转炉更类似于底吹转炉，因此它们的炉型更为接近。就吹炼的平稳和喷溅程度而言，它优于顶吹转炉，而不及顶吹转炉，故炉子高宽比略小于顶吹转炉，却大于底吹转炉，即略呈矮胖型。炉底一般作成平底，以便设置喷口，所以熔池常为截锥型。通常其底部直径D07D,其熔池体积VCM3与熔池直径DM、熔池深度HM有如下关系VC0547HD2412主要参数的确定（1）炉容比一方面由于复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳，其钢渣喷溅高度相应低于后者；另一方面，复吹转炉呈矮胖型，特别是采用截锥型熔池时，在装入量和熔池直径均相同的情况下，其熔池又比较深，以至熔池面以上的炉膛高度已比筒球型或锥球型的顶吹转炉有所降低。综上所述，复吹转炉的炉容比可略小于顶吹转炉。从目前实际情况来看，炉容比取089M3/T。（2）高径比其值略小于氧气顶吹转炉高径比，取130。（3）熔池直径D计算DKTG/式中D熔池直径，MG新炉金属装入量，T,可取公称容量150T吹氧时间，MIN，取16K比例系数，取167带入数据得M105671DV池V金G/金150/682206M3（4）熔池深度HHV池/0574D22206/057451021477MM（5）炉帽尺寸的确定设计时考虑以下因素稳定性，便于兑铁水和加废钢，减少热损失，避免出钢时钢渣混出或从炉口流渣，减少喷溅。主要确定炉帽倾角、炉口直径D口和炉帽高度H帽。1）炉帽倾角对于150T的转炉，选取63O。2）炉口直径D口考虑到满足兑铁水和加废钢的要求，减少热损失，减少喷溅，减少空气进入炉内和改善炉前操作条件等因素，炉口直径D口53D。3）炉帽高度H帽为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大，在路口上部设有高度为H口300MM的直线段。因此炉帽高度为H帽1/2（DD口）TANH口1/25102751TAN63O0302596M炉帽总体积为V帽（H帽H口）（D2DD口D口2）D口2H口1240262259603051025102751275207852752033040M3（6）炉身尺寸的确定因其直径与熔池上直径一致，故只需确定其炉身高度H身。224TVVHD池身帽身）210534368904043M式中V帽、V身、V池分别为炉帽、炉身和熔池的容积；VT转入有效容积，转入有效容积炉容比公称容量。（7）出钢口尺寸的确定出钢口内口设在炉帽与炉身交界处，为了缩短出钢口长度，利于维修和减少钢液二次氧化及热损失，出钢口中心线水平倾角取15。1）出钢口直径D出可按如下经验式确定63175G出0CM取18CM82）出钢口衬砖外径DST6D出6018108M3）出钢口长度LT7D出7018126M42炉衬设计炉衬设计的主要任务是选择合适的炉衬材质，确定合理的炉衬组成和厚度，并提出相应的砖型方案，以确保获得经济上的最佳炉龄。421炉衬材质的选择（1）工作层是与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣。炉帽倾斜部，直筒部，炉底部的工作层均采用镁碳砖。（2）永久层紧贴炉壳钢板（或绝热层），其作用是保护炉壳，常用镁砖。（3）出钢口捣打料一般用焦油镁砂；炉身的填充层，也是用焦油镁砂捣打而成。422炉衬厚度的确定表41转炉炉衬厚度设定值（MM）炉衬部位工作层填充层永久层总厚度炉帽6000150750炉身700100115915炉底60004251025炉壳内径510091526930M炉壳内型高度14772596404310259141M砖型选择尽量选用大砖，砌筑过程中力争不打或少打砖，对于小砖组合起来困难或难以保证修筑质量的部位，选用异型砖，尽量减少砖型种类。43炉底供气构件的设计底部供气装置是顶底复吹技术关键之一。它既满足复合吹炼工艺特点，又要结构简单，使用安全可靠，并且具有与炉衬同步的使用寿命。采用四个双套管式喷嘴，喷嘴对称分布置于炉底，应使底吹和顶吹产生的熔池环流运动同向，以获得最佳的搅拌效果，即最快的熔池混匀。顶底复吹转炉为加强搅拌型，对底部进行供气，实行顶部吹氧和底部吹N2、AR，先吹氧后吹氩，从而扩大了复合吹炼的使用范围。44转炉炉体金属构件设计转炉炉体金属构件由炉壳、炉体支承装置及倾动机构组成。441炉壳炉壳炉壳由炉帽、炉身和炉底组成。炉帽制成圆椎型。采用铸铁埋管式水冷炉口，是把通冷却水的蛇形钢管铸在铸铁的炉口圈内制成，用卡板焊在炉帽上。炉身呈圆柱形，炉底采用截锥型。