毕业设计（论文）-设计两座300t高效转炉炼钢车间.doc

设计两座300t高效转炉炼钢车间摘 要本文主要介绍了300吨高效顶底复吹吹转炉及炼钢车间设计。炼钢过程就是铁水向钢水转变的过程，这对加入料及产物的成分、数量都有严格要求。本设计简要介绍了我国炼钢技术的发展历程。然后从物料平衡和热平衡方面进行计算，以100千克单位铁水量为基础进行计算确定了合理的原料成分及原料加入量，以确保物质和能量的守恒；再依给定的300吨氧顶底复吹转炉设计出其炉型及相应的氧腔及水冷装置等。然后对连铸的生产能力进行计算，采用三炉连浇、一机二流的三台连铸机进行同时生产，使连铸生产能力达到了预计的产量要求，确定炼钢厂的布置，最后简单设计烟气净化系统及精炼设备，最终完成设计。关键词：物料平衡和热平衡,氧气顶底复吹转炉,氧枪,炼钢车间,精炼设备AbstractThis paper introduces 300-tonefficient avoidances the combined-blowing converter and steel-making plant design .Steel-making process is the process of transformation of hot metal to the molten steel, which materials and products by adding ingredients, quantity, there are stringent requirements. The design briefly describes the history of steelmaking technology. And from the material balance and heat balance calculation to 100 kg units of iron water, calculated on the basis to determine a reasonable raw material components and raw materials by adding volume to ensure that materials and energy conservation; then follow the given 300 tons of BOF and the corresponding design of the furnace chamber and the water of oxygen devices. Then calculated the production capacity of continuous casting, continuous casting furnace with three, three second-rate one machine simultaneously casting machine production, the production capacity of continuous casting production reached the expected requirements, determine the layout of steel mills, and finally simple flue gas purification system design and refining equipment, complete the design requirements.Key words: material balance and heat balance, BOF, oxygen lance,steelmaking workshop, refining equipment.目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 中国炼钢生产技术的发展11.2 转炉高效吹炼工艺技术11.3 转炉顶底复合吹炼工艺21.4 煤气回收与负能炼钢21.5 21世纪我国炼钢技术的发展展望3第2章炼钢过程的物料平衡和热平衡计算42.1 物料平衡计算42.1.1 计算原始数据42.1.2 物料平衡基本项目72.1.3 计算步骤72.2 热平衡计算162.2.1 计算所需原始数据162.2.2 计算步骤18第3章复吹转炉炉型设计及计算223.1 氧气顶底复吹转炉炉型及各部分尺寸223.1.1 转炉炉型及其选择223.1.2 主要参数的确定233.2 转炉炉衬253.2.1 炉衬材质选择253.2.2 炉衬组成及厚度确定263.2.3 砖型选择273.3 转炉金属部件273.3.1 炉壳273.3.2 支撑装置293.3.3 倾动机构303.4 顶底复吹底部供气构件323.4.1 底气种类323.4.2 底气用量333.4.3 供气构件333.4.4 喷嘴数量及布置34第四章转炉氧枪设计及相关参数计算354.1 喷头主要参数计算公式354.2 300吨转炉氧枪喷头尺寸计算364.3 300吨转炉氧枪枪身尺寸计算374.4 中心氧管直径39第五章车间设计405.1 转炉车间组成与生产能力计算405.1.1 转炉车间组成405.1.2 转炉容量和座数的确定405.1.3 转炉车间生产能力的确定405.2 转炉车间主厂房工艺布置415.3 主厂房主要尺寸的确定415.3.1 炉子跨主要尺寸的确定415.3.2 加料跨主要尺寸的确定465.3.3 精炼跨主要尺寸465.3.4 连铸跨主要尺寸的确定465.3.5 火焰切割跨495.3.6 精整、出坯跨495.3.7 渣跨49第六章铸造设备的选型及计算506.1 钢包允许的最大浇注时间506.2 铸坯断面506.3 拉坯速度506.4 连铸机流数的确定516.5 铸坯的液相深度和冶金长度526.5.1 铸坯的液相深度526.5.2 连铸机的冶金长度526.6 弧形半径的确定系数526.7 连铸机生产能力的确定526.7.1 连铸机与炼钢炉的合理匹配和台数的确定536.7.2 连铸浇注周期计算536.7.3 连铸机的作业率546.7.4 连铸坯收得率546.7.5 连铸机生产能力的计算55第七章炉外精炼设备的选型与工艺布置577.1 炉外精炼方法的选择577.1.1 炉外精炼的功能577.1.2 各种产品对精炼功能的一般要求587.1.3 选择炉外精炼技术的依据587.2 炉外精练设备的选取及主要参数597.2.1 吹氩597.2.2 RH精炼597.2.3 LF精炼617.3 IF钢冶炼过程637.3.1 铁水预处理637.3.2 转炉冶炼637.3.3 出钢操作637.3.4 RH精炼637.3.5 残余元素控制637.3.6 严格的保护浇注637.3.7 防止增碳64第八章炼钢车间烟气净化系统的选择658.1 烟气净化设备设计658.2 烟气特征658.3 烟尘的特征658.4 氧气转炉炉烟气净化系统658.5 烟气净化系统的主要设备66第九章新技术的采用689.1 高效转炉技术689.2 顶底复吹转炉技术689.3 副枪技术689.4 RH精练技术699.5 一机两流板坯连铸技术699.6 热连轧技术69结论71致谢72参考文献73附录174附录288V第1章 绪论1.1 中国炼钢生产技术的发展回顾60多年来我国炼钢生产工艺技术的发展,大致可划分为3个发展阶段:自力更生阶段、改革开放阶段和集成创新阶段。自力更生阶段(19491977年)：1949年10月新中国成立后,在自力更生、艰苦奋斗的方针指导下,新中国的炼钢生产得到了迅速恢复和较快发展。但由于受到西方工业发达国家的技术封锁,我国炼钢生产技术与国际先进水平有很大差距,炼钢生产仍以落后的平炉模铸工艺为主,中小型钢铁企业占相当大的比例。对20世纪5060年代国际上开发投产并迅速推广的氧气转炉、连铸、钢水炉外精炼和铁水预处理等新工艺、新技术国内迟迟未能大量采用。这一阶段建设了新中国钢铁工业的脊梁,培养了优良的作风和大批优秀的技术、管理人才,为中国钢铁工业的振兴奠定了基础。改革开放阶段(19781996年)：这一历史时期我国采取对外开放的基本国策,通过学习、引进、消化和吸收国外先进技术使我国炼钢生产技术逐步实现现代化。其中宝山钢铁(集团)公司(以下简称宝钢)的成功建设和迅速发展是最重要的历史标志,在国内第1次建设起现代化的具有国际一流水平大型钢铁联合企业。通过宝钢和武汉钢铁(集团)公司(以下简称武钢)1700工程以及其他企业的建设和发展,国内炼钢生产技术逐步提高,并掌握了铁水预处理、大型转炉炼钢、复合吹炼、终点动态控制、炉外精炼和连铸等重大的现代化炼钢生产技术。随着炼钢技术的飞速发展,中国钢铁工业的产量不断提高,1996年粗钢产量突破1亿t,钢产量位居世界第一。集成创新阶段(1997年至今)：20世纪90年代中期国内开始学习并引进美国溅渣护炉技术,通过不断的技术再创新和集成创新形成了具有中国特色的溅渣护炉技术,在全国广泛推广,获得巨大成绩。这标志着我国炼钢生产技术的发展开始从单纯学习、引进国外先进技术为主,逐渐转移到以国内自主创新和集成创新为主的发展道路。随着国内炼钢生产技术的发展,我国钢产量快速增长，目前我国粗钢年产量已达到7.82亿吨，中国不仅是全球第一的钢铁生产和消费国，也是全球第一的钢铁出口大国。目前,国内绝大多数炼钢厂均已实现了炼钢生产现代化,建立起包括铁水脱硫预处理-转炉复合吹炼-炉外精炼-连铸的现代化转炉炼钢生产流程和以大型超高功率电炉为主体,实现炼钢-精炼-连铸-连轧四位一体的短流程生产线,淘汰了平炉、模铸、化铁炼钢等落后的生产工艺。2005年我国大、中型钢铁企业连铸比已达到95.68%；转炉平均炉龄达到5647炉，最高炉龄超过30000炉;炉外精炼比接近30%。现代化炼钢生产流程的确立为我国迅速提高炼钢生产效率、改善产品质量和扩大生产品种发挥了极为重要和关键的作用。1.2 转炉高效吹炼工艺技术为了大幅度缩短吹炼时间，强化冶炼，提高产能从而发展处转炉高效吹炼工艺技术。为了满足国内市场对钢材产品的巨大需求,国内大力开展提高转炉生产效率,加大供氧强度,实现平稳吹炼的技术研究,开发出一整套转炉高效冶炼技术,使转炉的生产效率得到大幅度提高。其基本经验如下:(1)采用高速供氧技术，强化冶炼。小转炉的供氧强度(在标准状态下)一般在35 m3(tmin)以上，其中济钢、莱芜、唐钢二炼等十余家钢厂的供氧强度(在标准状态下)达到40 m3(tmin)以上，使纯吹氧时间缩短到118 min，冶炼周期缩短到24 min。(2)加快生产节奏，提高转炉作业率。小转炉采用各种措施，减少热停时间，避免各类事故，保证转炉高效、有序稳定地生产。(3)采用复合吹炼工艺，加快炉渣熔化速度，保证吹炼平稳是提高供氧强度的技术保证。随着供氧强度的提高，吹炼时间明显缩短，要求用更短的时间实现化渣，并尽可能减小炉渣金属喷溅。实践证明，采用底吹强搅拌技术可以加速转炉初渣的熔化，避免中期炉渣返干，减少喷溅。(4)适当扩大装入量。对于小转炉扩大装入量相对容易，但对大、中型转炉难以实现扩装。同时扩大装入量带来的问题使炉容比变小，给平稳吹炼造成困难。传统的观点认为提高转炉供氧强度受到炉容比的严格限制，但采用以下技术有利于进一步提高供氧强度，提高转炉的生产效率：(1)大幅度减少渣量，对于少渣冶炼转炉由于渣量减少，可以大幅度提高供氧强度；(2)优化改进氧枪结构，提高喷枪化渣速度，减少熔池喷溅和避免产生大量FeO粉尘是大幅度提高供氧强度的技术关键；(3)采用底吹强搅拌工艺，促进初渣熔化，实现渣钢反应平衡是提高熔池供氧强度的基础；(4)采用计算机终点动态控制，实现不倒炉出钢以及提高出钢口寿命，缩短出钢时间，进而缩短转炉辅助作业时间，也是提高转炉生产效率的重要技术措施。1.3 转炉顶底复合吹炼工艺所谓顶底复合吹炼工艺，对氧气顶吹转炉而言，就是除了从原有的顶部氧气喷枪保持一定距离向金属熔池喷吹氧气外，为了强化对金属熔池的搅拌，还通过炉底向金属熔池喷吹一定量的气体，以加快冶金反应，并使之趋近于平衡状态。氧气顶吹转炉在冶炼过程中，对金属熔池的搅拌力主要来自熔池内部脱碳反应生成的一氧化碳气泡的上浮力与膨胀力，其次才是顶吹氧枪氧气流股对金属熔池的冲击作用。冶炼初期和冶炼低碳钢的末期由于脱碳反应缓慢，生成的一氧化碳很少，因此熔池的搅拌很弱，结果冶金反应随之减慢，很难趋近于平衡状态，这是氧气顶吹转炉炼钢法工艺本身的弱点。采用复合吹炼法后，由于有底吹气体强化了金属熔池的搅拌，使冶炼反应比较容易趋近于平衡状态，从而克服了单纯顶吹的弱点。其结果是降低钢铁料消耗，并节约铁合金的用量，有利于低碳钢的冶炼和减少造渣材料的用量。顶吹转炉、底吹转炉和项底复吹转炉冶金特点的比较项目顶吹转炉底吹转炉复吹转炉反应速度脱碳速度快，氧效率较高脱碳速度更快，氧效率较更高脱碳速度快，氧效率较高热效率可二次燃烧，热效率高无二次燃烧，热效率低可二次燃烧，热效率高化渣速度化渣速度较快化渣困难更易于化渣脱磷能力较强弱强吹炼平稳性差，易发生喷溅好，基本不喷溅较好，可控制喷溅1.4 煤气回收与负能炼钢转炉炼钢属于“自热式”冶炼，依靠铁水中C，Si、Mn、P等元素的氧化反应放热，完成精炼过程，并生成大量高温CO燃气，燃气温度(物理热)约为1500摄氏度，燃气热值(化学潜热)约为2100kcalNm3，煤气发生量波动在97.1 15Nm3t之间。采用煤气回收技术回收转炉烟气的化学潜热；采用余热锅炉回收烟气的物理热。当炉气回收的总热量转炉生产消耗的能量时(如动力电、钢包烘烤燃料、氧气等)，实现了转炉“负能炼钢”当炉气回收的总热量炼钢厂生产消耗的总能量时(包括炼钢、精炼、连铸等工序的能量消耗实现了炼钢厂“负能炼钢”。炼钢节能潜力巨大。炼钢厂节能的技术措施是：(1)降低铁钢比。铁钢比（%）=铁水入炉量（t）/出钢量（t）100%，铁钢比的主要影响因素有铁水入炉温度和铁水入炉量。增加铁水入炉温度和铁水入炉量都有利于入炉废钢的加入，从而降低铁钢比。降低铁钢比可降低吨钢能耗。每降低01铁钢比，可降低吨钢能耗7085kg标准煤；(2)提高连铸比。和模铸相比，连铸可降低能耗5080，提高成材率718%折合标准煤63162kgt；(3)回收利用转炉煤气，可降低吨钢能耗3llkg标准煤；(4)提高连铸坯热送比，可降低吨钢能耗1.92.1kg标准煤；(5)提高转炉作业率，可降低工序能耗3kg标准煤。1.521世纪我国炼钢技术的发展展望21世纪炼钢生产技术的发展方向是实现大批量、低成本、稳定生产超纯净钢。为实现这一目标要求在20世纪现代化炼钢的基础上研究和开发21世纪更先进的炼钢技术,其主要内容应包括：(1)进一步优化国内炼钢生产工艺装备技术,加速实现设备大型化,加快淘汰小转炉、小电炉、小连铸等落后设备；(2)在设备大型化的基础上研究开发高效化生产工艺技术,推广采用转炉铁水“三脱”预处理工艺、少渣转炉高速吹炼技术、高速连铸技术,使炼钢生产效率大幅度提高；(3)研究开发转炉全自动吹炼、连铸机无人操作等先进的控制技术,实现生产过程自动化、工艺控制智能化和生产调度信息化；(4)积极推广转炉负能炼钢、干法除尘、转炉渣集成处理与溅渣、留渣操作等先进工艺,实现炼钢厂“零”排放，无公害化生产。为了加速21世纪初先进钢铁厂的建设,应加大国内自主创新、原始创新和集成创新的力度,使中国炼钢生产工艺技术达到国际领先水平。第2章炼钢过程的物料平衡和热平衡计算炼钢过程的物料平衡和热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的。其主要目的是比较整个过程中物料、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技术经济指标提供定量依据。由于炼钢是一个复杂的高温物理化学变化过程，加上测试手段有限，目前还难以做到精确取值和计算。尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。 在组织炼钢生产中，为了制定合理的工艺制度和进行计算机控制，首先要知道各种物料的加入量和产生的产物量是多少。 为了确定合理的热工制度，确定合适的废钢加入量，需要知道炉子有多少的富余热量（因为转炉的热量除能满足出钢要求外还有富余，着部分富余热量可以用来多吃废钢，以降低炼钢成本）。总之，不论从设计方面讲，还是从工艺方面讲都需要知道一定的数据。这些数据都是通过转炉物料平衡计算得来的。因此做好物料平衡和热平衡计算，对于设计转炉炼钢车间及其主要设备（转炉，氧枪和除尘设备等），指导和组织炼钢生产、分析、研究和改进冶炼工艺，实现计算机自动化控制等都有着极其重要的意义。由于转炉内进行着极其复杂而又激烈的物理化学反应，不可能做到十分精确的计算，因此要结合生产实际情况进行一些假设处理，做近似计算，然后在实际生产中修正。2.1物料平衡计算12.1.1计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种及其成分，铁水和废钢的成分，终点钢水成分（见表2-1）；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（见表2-2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表2-3）；其他工艺参数（表2-4）。本次冶炼钢种为IF钢。IF钢概述：IF全称Interstitial-Free Steel，即无间隙原子钢，有时也称超低碳钢，具有极优异的深冲性能，现在伸长率和r值可达50%和2.0以上，在汽车工业上得到了广泛应用。在IF钢中，由于C、N含量低，再加入一定量的钛（Ti）、铌（Nb）等强碳氮化合物形成元素，将超低碳钢中的碳、氮等间隙原子完全固定为碳氮化合物，从而得到的无间隙原子的洁净铁素体钢，即为超低碳无间隙原子钢（Interstitial Free Steel）。发展历史：IF钢在1949年首次被研制成功，其基本原理是在钢中加入一定比例的Ti，使钢中固溶C和N的含量降到0.01%以下，使铁素体得到深层次的净化，从而得到良好的深冲性能。但由于受到当时冶炼技术的限制，钢中原始的固溶C、N含量较高，所以需要加入的Ti含量也很高，达到了0.25-0.35%，Ti是一种价格非常昂贵的稀有合金元素，在当时更是如此，因而阻止了其当时的商业化进程。直到1967-1970，由于真空脱气技术在冶金生产中的应用，大大减少了需要添加的Ti合金元素含量(大约为0.15%左右)才正式出现了商用的IF钢，几乎在同时，人们也发现了Nb具有和Ti几乎相同的作用，但还是受到价格因素的制约，其应用也只限于少量特殊的零件。20世纪70年代在日本开始用连退线生产少量的IF钢，70年代末，IF钢成分大致为：0.005-0.01%C、0.003%N、0.15%Ti或Nb。到20世纪80年代，冶炼技术进一步发展，采用改进的RH处理可经济的生产C0.002%的超低碳钢，RH处理时间也缩短到10-20min。现代IF钢的成分大致为：C0.005%、N0.003%，Ti或Nb一般约0.05%。到1994年全世界IF钢的产量超过了1000万吨。归根到底，IF钢的迅速发展来自于市场需求的急剧增加和生产成本的降低。研究进展2：国外：汽车工业的飞速发展带动了IF钢（Interstitial Free Steel，无间隙原子钢）的生产。世界许多先进钢铁厂都非常重视IF钢的生产，安赛乐米塔尔、新日铁、JFE、蒂森克虏伯、美钢联、浦项等先进钢厂的IF钢年产量均在200万吨以上。20世纪末，日本IF钢年产量已超过1000万吨，并呈逐年上升趋势。许多大型钢铁公司均积极发展IF钢生产，如日本的川崎制钢公司、新日铁公司，德国的Thyssen钢铁公司、Hoesch钢铁公司,美国的Armco钢铁公司、Inland钢铁公司，韩国的浦项钢铁公司等，其IF钢年产量均在100万吨以上。近年来，为适应汽车减重、降低材料消耗和节约燃油的需要，对汽车用钢板强度的要求越来越高。“超低碳”钢是高端产品，新日铁、JFE、蒂森克虏伯等钢厂在钢的化学成分、夹杂物含量以及每道工序的控制等方面均有成熟的经验。国内：从2000年以来，由于IF钢具有优良的深冲性和无时效性，已逐渐成为继沸腾钢和铝镇静钢之后的新一代冲压用钢，是一个国家汽车用钢板生产水平的标志。我国研制IF钢始于1989年，宝钢集团公司、鞍钢集团公司、武钢集团公司、攀钢集团公司、本钢集团公司等先后开展IF钢的研究开发工作，并大力发展IF钢生产。到2009年，我国的IF钢生产已具有一定规模，但仍处于初级发展阶段。以汽车板用IF钢为例，国产的IF钢仅可以满足中低档轿车和卡车用钢板的质量要求，中高档轿车用高品质钢板仍然需要大量进口，尤其是对于表面质量要求非常严格的汽车面板，与国外同类型IF钢产品的质量差距更大。到2010年，我国的汽车产量达800万辆，其中轿车600万辆。可见我国对汽车板的需求量之大。2009年我国宝钢生产的IF钢的成分已能控制在C 0.002%、N 0.002%、S 0.001%、TO 0.002%的水平。本钢生产的IF钢的成分控制在C 0.003%、N 0.004%、S 0.005%的水平。我国武钢、鞍钢也已批量生产IF钢。中钢公司（中国钢铁集团公司）采用BOF+RH 真空脱气工艺，并改造了关键设备，开发出优质IF钢。工艺流程34：IF钢对钢水纯净度有着较为苛刻的要求，生产工艺流程的选取直接影响到IF钢的品质和生产的顺行。当前IF钢的生产有三种典型的工艺流程，必须根据企业现有的装备条件来选择合适的流程。工艺路线A：高炉铁水脱硫顶底复吹转炉氩气搅拌RH真空处理连铸工艺路线B：高炉铁水脱硫转炉冶炼氩气搅拌RH真空处理LF精炼连铸工艺路线C：高炉铁水脱硫转炉冶炼氩气搅拌LF精炼RH真空处理连铸工艺A是目前国内外生产IF钢最常用的方法，适用于传统厚板坯连铸机，由于其不需要经过LF精炼处理，生产成本最低，工艺设备基本上能满足IF钢的生产需要。工艺B和工艺C由于采用了LF精炼，能使大包渣得到很好改性，有利于渣吸收夹杂物，净化钢液。目前马钢、本钢采用LF-RH双联法在薄板坯连铸机上成功实现IF钢的批量生产，但是这两种工艺路线相对复杂，成本相对较高。在本设计中采用工艺路线B。表2-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值类别成分含量/%CSiMnPS钢种IF钢设定值0.0030.020.10.150.0150.010铁水设定值4.0000.5800.4200.2600.034废钢设定值0.1800.2500.5500.0300.030终点钢水设定值0.040痕迹0.1260.0260.020注：本设计设定的钢中为IF钢C和Si按实际生产情况选取；Mn、P、S分别按铁水中相应成分含量的30%、10%、和60%留在钢水中。表2-2 原料成分成分类别CaOSiO2MgOAL2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石 灰88.002.502.601.500.500.100.064.640.10萤 石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50白云石36.400.8025.601.0036.20炉 衬1.203.0078.801.401.6014.00焦 炭0.5881.5012.405.52表2-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）5成品含量 /回收率/ %类别CSiMnAlPSFeTi钛铁0.1/901.0/752.0/805/00.03/1000.02/10051.85/ 10040/80注：上表中的C中10%与氧生成CO2。表2-4 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蚀损量终渣(FeO)含量(按向钢中传氧量(FeO）=1.35(Fe2O3)折算)烟尘量喷溅铁损(CaO)(SiO2)=3.5为铁水量的0.5%为铁水量的2.5%为铁水量的0.3%15%，而(Fe2O3）/(FeO)=1/3,即(Fe2O3）=5%，(FeO)=8.25%为铁水量的1.5%（其中(FeO)为75%，(Fe2O3）为20%)为铁水量的1%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6%99%，余者为N20.5%（体积比）占总去硫量的1/390%的C氧化成CO，10%的C氧化成CO2由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的16.51%，即废钢比为14.17%2.1.2 物料平衡基本项目收入项有：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。2.1.3 计算步骤以100Kg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、炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表2-5、2-6和2-7。总渣量及其成分列于表2-8中。表2-5 铁水中元素的氧化产物及其渣量元素反应产物元素氧化量()耗氧量()产物量()备注CCCO3.9690%=3.5644.8008.484CCO23.9610%=0.3961.0701.481SiSiSiO20.5800.6631.371入渣MnMnMnO0.2840.0860.486入渣PPP2O50.2340.3020.410入渣SSSO20.0141/3=0.0050.0050.009S+(CaO)(CaS)+(O)0.0142/3=0.009-0.0050.021(CaS)入渣FeFeFeO0.84356/72=0.6560.1870.905入渣见表2-8FeFe2O30.475112/160=0.3330.1430.510入渣见表2-8合计6.1117.388成渣量3.703入渣组分之和注：由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量=0.00856/32=0.016kg。表2-6 炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量/成渣组分/kg气态产物/kg耗氧量/CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO,CO2接表2-60.3(据表2.5)0.0040.0090.2360.0040.0050.314%90%28/12=0.0880.314%10%44/12=0.0150.314%(90%28/12+10%44/12)=0.062合计0.2580.1030.062表2-7 加入溶剂的成渣量类别加入量/成渣组分/kg气态产物/kgCaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤石0.5(据表2-4)0.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005白云石2.5(据表2-5)0.9100.6400.0200.0250.905石灰4.564.0080.1160.1140.0680.0230.0050.0060.0050.2160.001合计4.9200.7590.1620.1010.0310.0100.0070.4400.0101.1210.001成渣量6.43注：石灰加入量计算如下：由表4-54-7可知，渣中已含(CaO)=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.900；渣中已含(SiO2)=1.243+0.009+0.028+0.020=1.291。因设定的终渣碱度R=3.5；故石灰的加入量为：R(SiO2)- (CaO)/ (CaO石灰)-R(SiO2石灰)=（3.51.291）/(88.0%-3.52.50%)=4.56kg (石灰中CaO含量)-(石灰中SCaS消耗的CaO量)。由CaO还原出来的氧量，计算方法同表2-5的注。表2-8 总渣量及其成分炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量/kg1.2430.3760.8430.4750.5360.0213.525石灰成渣量/kg4.0080.1140.1160.0680.0230.0050.0064.340炉衬蚀损成渣量/kg0.0040.0090.2360.0040.0050.258接表2-8生白云石成渣量/kg0.9100.0200.6400.0251.595萤石成渣量/kg0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.0010.495总成渣量/kg4.9241.4140.9950.1050.3760.8430.5110.4400.5460.02810.213质量分数/%48.2113.859.741.343.688.255.004.315.350.27100.00注：总渣量计算如下：因为表2-9中除(FeO)和(Fe2O3)以外总渣量为：4.924+1.414+0.995+0.137+0.376+0.440+0.546+0.028=8.86Kg，而终渣(FeO)=15%(表2-4)，故总渣量为8.8686.75%=10.213Kg。(FeO)=10.2138.25%=0.0.843Kg。同理 (Fe2O3)=10.2135%-0.023-0.005-0.008=0.475Kg。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。见表2-9表2-9 实际耗氧量耗氧项/Kg供氧项/Kg实际氧气消耗量/Kg铁水中元素氧化消耗量 (表2-5) 7.251炉衬中碳氧化消耗量（表2-6） 0.062石灰中S与CaO反应还原出的氧化量（表2-7） 0.002烟尘中铁氧化消耗量（表2-4） 0.340炉气自由氧含量（表2-10） 0.0587.711-0.002+0.073=7.783合计 7.711合计 0.002注：炉气N2(存在于氧气中，见表2-4)的质量，详见表2-10。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2-52-7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V：m3式中 VgCO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，m。本设计中，其值为8.48822.4/28+2.63522.4/44+0.01022.4/64+0.01222.4/18=8.159m； GS不计自由氧的氧气消耗量，Kg。其值为：7.388+0.062+0.34=7.790Kg； VX石灰中的S与CaO反应还原出的氧气量（其质量为：0.002Kg）； 99由氧气纯度99%转换得来； 0.5%炉气中自由氧含量。表2-10 炉气量及其成分炉气成分炉气量/Kg体积/m体积分数/%CO8.488679082.24CO22.6531.35016.35SO20.0100.0030.04H2O0.0120.0140.17O20.0580.0410.50N20.0730.0590.70合计11.2948.256100.00注：炉气中O2的体积为8.2560.5%=0.041m；质量为0.04032/22.4=0.058kg。 炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分的体积之差，即8.256-6.790-1.350-0.003-0.014-0.041=0.059m3；质量为0.05928/22.4=0.073kg。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 =100-6.111-1.5(75%56/72+20%112/160)-10.213 6%-1 =91.19Kg据此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表2-112-11 未加废钢时的物料平衡表收入支出项目质量/ kg%项目质量/Kg%铁水1000086.47钢水91.1978.75石灰4.563.94炉渣10.218.83萤石0.50.43炉气11.299.76生白云石2.502.16喷溅1.000.86炉衬0.300.26烟尘1.501.27氧气7.786.74渣中铁珠0.610.53合计115.64100.00合计115.80100.00注：计算误差为（115.64-115.80）/115.64100%=-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2-1的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表2-12），再将其与表2-11归类合并，遂得加入废钢后的物料平衡表2-13和表2-14。表2-12 废钢中元素的氧化量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进入钢中的量/kgCCCO16.510.14%90%=0.0200.0270.047(入气)CCO216.510.14%10%=0.0020.0050.007(入气)SiSiSiO216.510.25%=0.0410.0470.088MnMnMnO16.510.424%=0.0700.0200.090PPP2O516.510.004%=0.0010.0010.002SSSO216.510.01%1/3=0.00050.00050.001(入气)S+(CaO)(CaS)+O14.140.01%2/3=0.001-0.00050.002（CaS）合计0.1360.10016.51-0.136=16.374成渣量/kg0.182表2-13 加入废钢的物料平衡表(以100Kg铁水为基础)收入支出项目质量/Kg%项目质量/Kg%铁水100.0075.56钢水91.19+16.37=107.5681.23废钢16.5112.48炉渣10.21+0.182=10.397.85石灰4.563.45炉气11.29+0.055=11.368.58萤石0.500.38喷溅1.000.76轻烧生白云石2.501.89烟尘1.501.12炉衬0.300.23渣中铁珠0.610.46氧气7.78+0.100=7.886.01合计132.25100.00合计132.42100.00注：计算误差为(132.25-132.42)/ 132.25100%=-0.13%。表2-14 加入废钢的物料平衡表（以100Kg（铁水+废钢）为基础）收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%铁水85.8375.56钢水92.4581.23废钢14.1712.48炉渣8.937.85石灰3.92345炉气9768.58萤石0.430.38喷溅0.860.76轻烧生白云石2.151.89烟尘1.291.12炉衬0.260.23渣中铁珠0.20.46氧气6.836.01合计11359100.00合计114.43100.00第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。先根据钢种成分设定值（表2-1）和铁合金成分及其烧损率（表2-3）钛铁的加入量，再计算其元素的烧损量。将所得结果与表2-14归类合并，即得冶炼一炉钢的总物料平衡表。由于所炼钢种为IF钢，钢水中残留的Mn和Si已达到钢种要求，故不需再加入硅铁和锰铁在进行合金化。只需要加入Fe-Ti合金以形成氮和碳化合物。钛铁加入量WTi:WTi=Ti钢中-Ti终点钛铁含Ti量Ti回收率钢水量 =0.05%-040%80%92.45 =0.14Kg 表2-15 铁合金中元素烧损量及产物量类别元素烧损量/Kg脱氧量/Kg成渣量/Kg炉气量/Kg入钢量/Kg铁铁C0.140.1%10%=0000.140.1%90%=0.0001Mn0.142.0%20%=0.00050.00010.00060.142.0%80%=0.002Si0.141.0%25%=0.00030