年产150万吨良坯氧气转炉炼钢车间设计说明书.doc

华北理工大学轻工学院 Qing Gong College North China University of Science and Technology 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计题目 设计一座年产设计题目 设计一座年产 150150 万吨良坯氧气转炉炼钢车间万吨良坯氧气转炉炼钢车间 学生姓名 学生姓名 马勇蕾马勇蕾 学学 号号 201124090413 专业班级 专业班级 11 冶金冶金 4 班班 学学 部 材料化工部部 材料化工部 指导教师 贾雅楠指导教师 贾雅楠 2015 年 06 月 01 日 I 73 摘 要 本设计为设计一座年产 150 万吨的氧气转炉炼钢车间 主要产品是低碳钢 和薄板坯 设计包括车间生产规模 各主要系统 方案的选择和确定 车间主 要设备的计算与确定 以及先进技术的选择和利用等 本设计的重点是车间的主要系统的方案确定 包括铁水供应系统 散装料 供应系统 铁合金供应系统 铁水预处理系统 烟气净化系统 炉外精炼系统 浇注系统 炉渣处理系统等 这些方案都是经过比较而确定的较合理的设计方案 并且采用了国内外的 先进技术 本设计主要包括转炉炉型计算 氧枪计算 烟气净化系统计算及选 择 炉外精炼的设备选择 车间设备的计算以及各跨间的布置 还包括连铸生 产能力和车间各部分的尺寸 另外本设计还采用了许多新技术 如 溅渣护炉 技术 铁水镁基预脱硫技术等 这些技术均已达到国际先进水平 关键词 60 吨氧气顶吹转炉 车间设计 系统 Abstract This design is a steel making plant with two sets of oxygen converters of 200 tons which can produce three point five million tons of casting blank per year It consist of the plant scale choosing and ensuring main system the calculation and ensuring of the main equipment and also including some new technology The importance of the design is conforming the main system of the plant including the system molten iron provided the providing system of laxity the providing system of ferroalloy pretreatment of molten iron the cleaning system the treatment system of slag and so on Compared with other schemes these methods are quite adaptable to this design and they are advanced technologies in the world The followings are mainly included in the design the calculation of the converter the calculation of oxygen lance the calculation and selection of flue gas cleaning system the calculation of the workshop equipment and the arrangement of each span What s more the design has adopted a lot of new technologies such as slag splash to protect the stove molten iron predesulphurizing based on magnesium and so on These technologies are all reached the advanced level in the world Keywords BOF of 60 tons convert the calculation of the plant design system III 73 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 绪论 1 1 1 钢铁工业在国民经济中的地位和作用 1 1 2 炼钢工艺的发展及现状 1 1 3 本章小结 2 第 2 章 产品方案及金属料平衡估算 3 2 1 产品大纲 3 2 2 全厂金属料平衡估算 3 2 3 技术可行性 4 第 3 章 转炉车间生产工艺流程 5 3 1 设计原始条件 5 3 2 生产工艺流程图 5 3 3 本章小结 7 第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算 8 4 1 物料平衡计算 8 4 2 热平衡计算 15 4 3 本章小结 20 第 5 章 原料供应及铁水预处理方案 21 5 1 原料供应 21 5 2 铁水预处理方案 24 5 3 本章小结 25 第 6 章 转炉座数及其年产量核算 26 6 1 转炉容量和座数的确定 26 6 2 车间生产能力的确定 26 6 3 确定转炉座数并核算年产量 27 第 7 章 转炉炉型选型设计及相关参数计算 29 7 1 转炉炉型设计 29 7 2 转炉炉衬设计 32 7 3 转炉炉体金属构件设计 33 第 8 章 转炉氧枪设计及相关参数计算 35 8 1 氧枪喷头尺寸计算 35 8 2 60T 转炉氧枪枪身尺寸计算 38 第 9 章 炉外精炼设备选型 41 9 1 炉外精炼的功能 41 9 2 LF 精炼炉 41 9 3 RH 精炼炉 42 第 10 章 连铸机设备选型及相关参数确定 43 10 1 连铸机机型选择 43 10 2 连铸机主要参数的确定 43 10 3 连铸机生产能力的计算 46 第 11 章 烟气净化系统的选型及相关计算 50 11 1 转炉烟气净化与回收的意义 50 11 2 转炉烟气净化及回收系统 50 11 3 回收系统主要设备的设计和选择 52 11 4 计算资料综合 53 第 12 章 车间工艺布置方案 54 12 1 车间工艺布置方案 54 12 2 转炉跨布置 54 12 3 连铸各跨布置 58 12 4 装料跨布置 61 结论 63 参考文献 64 谢 辞 66 1 73 第 1 章 绪论 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 70 80 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 5 3h 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 20 25min 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 CAS OB 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 本章小结 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 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 3 73 第 2 章 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 2 1 表表 2 1 本设计钢厂生产钢种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 mm mm 比例 T1010矩形400 400 碳素工具钢 T8Mn10矩形400 400 16 7 Q23540矩形400 400 碳素结构钢 Q27520方形200 1500 50 0 GCr1520方形200 1500 轴承钢 GCr18Mo20方形200 1500 33 3 2 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 3 60t 93 废钢铁铁合金 炉外精炼 96 7 250 250 1800 200 弧形连铸机 95 0 热连轧机 92 大方坯 75 小方坯 75 158 5 21 6 1 2 177 6 167 3 156 8 164 4 150 图 2 1 全厂金属平衡示意图 单位 万 t 该图为本设计年产钢 150 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 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 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 5 73 第 3 章 转炉车间生产工艺流程 3 1 设计原始条件 表表 3 1 原始铁水成分原始铁水成分 元素CSiMnPS 铁水成分 3 2 4 00 65 0 900 45 0 530 27 0 320 02 0 05 铁水温度 1285 3 2 生产工艺流程图 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 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 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 7 73 用机械化 自动化程度高 提高产量 扩大了品种 3 3 本章小结 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 第 4 章 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 4 1 钢种 铁水 废钢和终点钢水的成分设定值 表 4 2 原材料成分 表 4 3 铁合金成分 分子 及其回收率 分母 表 4 4 其他工艺参数设定值 名称参数名称参数 成分含量 类别 CSiMnPS 钢种 Q235 设定值0 180 25 0 55 0 045 0 050 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 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 60 1 0036 20 炉衬1 203 0078 80 1 401 6014 0 焦炭0 5881 512 45 52 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 80 0 13 1000 23 10024 74 100 9 73 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 90 C 氧化成 CO 10 C 氧化成 CO2 烟尘量 为铁量的 1 5 其中 w FeO 为 75 w 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 1 4 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 4 5 表 4 7 总渣量及成分如表 4 8 所示 表 4 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 C CO 3 90 90 3 514 0118 190 C C CO2 3 90 10 0 390 8911 430 Si Si SiO2 0 800 9141 714 入渣 Mn Mn MnO 0 350 1020 452 入渣 P P P2O5 0 280 3610 641 入渣 S SO2 0 014 1 3 0 0050 0050 010 S S CaO CaS O 0 014 2 3 0 009 0 0050 021 入渣 Fe Fe FeO 1 065 56 72 0 8310 2381 069 入渣 表 5 8 Fe Fe2O3 0 600 112 160 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 0 009 56 32 0 016 表 4 6 炉衬腐蚀的成渣量 成渣组分 气态氧化物 耗氧量 炉衬蚀损渣量 CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3C COC CO2 C CO CO2 0 3 表 5 4 0 0040 0090 2360 0040 0050 0880 0150 062 合计 0 2580 1040 062 表 4 7 加入溶剂的成渣量 成渣组分 气态氧化物类 别 加入 量 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 5 2 50 6 67 石灰加入量 石灰中 CaO 含量 石灰中 S CaS 自耗的 CaO 量 表 4 8 总渣量及其成分 炉渣成分 CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5 CaS 合计 元素氧化成渣 1 71 0 4521 0650 6 0 410 0214 264 石灰石成渣量 5 8540 1670 1730 1 0 033 0 0070 0096 343 炉衬蚀损成渣 0 0040 0090 236 0 004 0 005 0 258 生白云石成渣 0 910 020 640 025 1 595 萤石成渣量 0 0020 0280 003 0 008 0 0080 440 0050 0010 495 总成渣量 6 771 9341 052 0 1370 4521 0650 6460 440 4220 03112 955 质量分数 52 2614 938 121 063 498 255 003 403 260 24100 11 73 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 12 910 8 25 1 069 Fe2O3 12 910 5 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 4 9 表 4 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 4 5 6 698 炉衬中碳氧化消耗氧量 表 4 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 4 4 0 340 炉气自由氧含量 表 10 0 057 合计 7 157合计 0 002 7 157 0 002 0 064 7 219 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 4 5 表 4 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 V 0 5 V V g V 99 1 5 0 32 4 22 s G x V 5 98 32 4 22007 0 10 7 7 0998 7 99 50 98 7 099 VxGsVg 8 089 m 式中 Vg CO CO2 SO2和 H2O 各组分总体积 m 本计算中其值为 7 998m 18 4 22015 0 64 4 22010 0 44 4 22659 2 28 4 22278 8 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 4 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 4 10 表 4 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 278 22 4 28 6 62281 87 CO22 6592 659 22 4 44 1 35316 73 SO20 0100 010 22 4 64 0 0040 04 H2O0 0150 015 22 4 18 0 0190 23 O20 0570 040 50 N20 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 0 040 32 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 12 955 6 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 4 11 表 4 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 39 100 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 4 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 4 12 再将其与表 4 11 归类合并 13 73 逐得到加入废钢后的物料平衡表 4 13 和表 4 14 表 4 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 C CO 13 35 0 08 90 0 0100 0130 023 C C CO2 13 35 0 08 90 0 0010 0030 004 Si Si SiO2 13 35 0 25 0 330 0380 071 Mn Mn MnO 13 35 0 37 0 0490 0150 065 P P P2O5 13 35 0 01 0 0010 0010 002 S SO2 13 35 0 009 1 3 0 00 04 0 00040 0008 S S CaO CaS O 13 35 0 009 2 3 0 00 08 0 0004 0 002 合计 0 0950 07 13 35 0 095 13 255 成渣量 0 14 表 4 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 61 100 0 1 表 4 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 4 1 和铁合金成分及其回收率 表 4 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 4 14 合并 及得到炼一炉钢的总物料平衡表 锰铁加入量 WMn 为 钢水量 回收率量锰铁含 终点钢种 MnMn wMn WMn Mnw 59 0 55 91 80 80 67 15 0 50 0 硅铁加入量 WSi 为 回收率量锰铁含 加锰铁后的钢水量 终点钢种 SiSi Si SiwSi W Fe Si Mn ww kg42 0 75 00 73 002 0 51 0 55 91 25 0 铁合金中元素烧损量和产物量列于表 4 15 脱氧和合金化后的钢水成分如下 14 0 100 39 92 035 0 10 0 w C 25 0 100 39 92 230 0 002 0 i w S 05 0 100 39 92 002 0 320 0 51 0 w Mn 021 0 100 39 92 001 0 020 0 w P 022 0 100 39 92 001 0 021 0 w S 表 4 15 铁合金中元素烧损量和产物量 15 73 类别 元 素 烧损量 脱氧量 成渣量 炉气量 入钢量 C0 59 6 60 10 0 0040 0110 0150 59 6 60 90 0 035 Mn0 59 67 80 20 0 0800 0230 1030 59 67 80 80 0 320 Si0 59 0 50 25 0 0010 0010 0020 59 0 50 75 0 002 P0 59 0 23 0 001 S0 59 0 13 0 001 Fe0 59 24 74 0 146 锰铁 合计 0 0850 0350 1050 0150 505 Al0 42 2 50 100 0 0110 0100 021 Mn0 42 0 50 20 0 00040 00010 0010 42 0 50 80 0 002 Si0 42 73 00 25 0 0770 0880 1650 42 73 00 75 0 230 P0 42 0 05 0 0002 S0 42 0 03 0 0001 Fe0 42 23 92 0 100 硅铁 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 钢水量 回收率量焦炭含 CC 14 0 18 0 W1 0 0692 39 75 81 50 14 0 18 0 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 06 81 50 2 5 0 0120 032 0 044 0 06 0 58 5 52 0 047 0 06 12 40 0 007 0 06 81 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 4 16 表 4 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 44 100 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 4 17 物料 平均热熔 表 4 18 反应热效应 表 4 19 融入铁水的元素对铁水熔点的影 响 表 4 20 其他工艺参数参照物料平衡选取 表 4 17 入炉物料及产物的温度设定值 入炉物料产物 名称 铁水废钢其他原料炉渣炉气烟尘 温度 12852525与钢水相同14501450 表 4 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 4 19 炼钢温度下的反应热效应 组元化学反应 kJ k mol 1 kJ kg 1 C C 1 2 O2 CO 氧化反应 139420 11639 C C O2 CO2 氧化反应 418072 34834 Si Si O2 SiO2 氧化 反应 817682 29202 Mn Mn 1 2 O2 MnO 氧化反应 361740 6594 P2 P 5 2 O2 P2O5 氧化反应 1176563 18980 Fe Fe 1 2 O2 FeO 氧化反应 238229 4250 Fe2 Fe 3 2 O2 Fe2O3 氧化反应 722432 6460 SiO2 SiO2 2 CaO 2CaO SiO2 成渣反应 97133 1620 P2O5 P2O5 4 CaO 4 CaO P2O5 成渣反应 693054 4880 CaCO3CaCO3 CaO CO2 分解反应1690501690 MgCO3MgCO3 MgO CO2 分解反应1180201405 表 4 20 融入铁水的元素对铁熔点的降低值 元素CSiMnPSAlCr N H O 在铁中极限溶5 4118 无2 80 1835 0无 17 73 解度 5限限 融入 1 元素使 铁熔点降低值 65707580859010085302531 5 N H O 融入 使铁熔点降低 值 6 适用含量范围 11 0 2 02 53 03 54 0 3 15 0 7 0 08 1 18 4 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 W Q 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 4 17 表 4 1 和表 4 20 计算铁水熔点 Tt 然后由铁水温度和生铁热容 见表 4 17 和 表 4 18 确定 W Q 1536 4 0 100 0 8 8 0 5 5 0 3 30 0 035 25 t T 6 1111 100 0 745 1111 25 218 0 837 1285 1111 W Q 117270 8 KJ 2 元素氧化热及成渣热 y Q 由铁水中元素氧化量和反应热效应 见表 4 19 可以算出 其结果列于表 4 21 表表 4 21 元素氧化热和成渣热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 kJ C CO3 51 11639 40852 89Fe Fe2O30 421 6460 2719 66 C CO20 39 34834 135853 26P P2O50 28 18980 5314 4 Si SiO20 80 29202 23361 6P2O5 4CaO P2O50 422 4880 2059 36 Mn MnO0 420 6594 2769 48SiO2 2CaO SiO21 934 1620 3133 08 Fe FeO0 831 4250 3531 75合计 Qy97327 48 3 烟尘氧化热 C Q 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 75 56 72 4250 20 112 160 6460 5075 35kJ C Q 4 炉衬中碳的氧化热 0 3 14 90 11639 0 3 14 10 34834 586 25kJ 1 Q 故热收入总量为 117270 8 97327 48 5075 35 586 25 220259 88 S Q W Q y Q C Q 1 Q kJ 第二步 计算热支出 Z Q 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 40 60 后者约为 3 5 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 50 90 确定出钢温度 TZ 最后由钢 水热容算出物理热 Tg 1536 0 10 65 0 15 5 0 020 30 0 021 25 6 1522 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 TZ 1522 50 50 70 1692 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 Qg 90 54 0 699 1522 25 272 0 837 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 Qr 12 955 1 248 1649 25 209 28964 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 4 22 表表 4 22 某些物料的物理热某些物料的物理热 项 目参 数 kJ备 注 19 73 炉气物理热11 083 1 137 1450 25 179571450 系炉气和 烟尘的温度 烟尘物理热 1 5 0 996 1450 25 209 2442 45 渣中铁珠物理热12 955 6 0 699 1520 25 272 0 837 1692 1522 1134 3 1522 系钢水熔 点 喷溅金属物理热1 0 699 1522 25 272 0 837 1692 1522 1460 7 合计Qx 22994 4 生白云石分解热 Qb 根据其用量 成分和表 5 19 所示的热效应计算的 Qb 2 5 36 40 1690 25 60 1045 2437 10kJ 5 热损失 Qq 其他热损失带走的热量一般约占总热收入的 3 8 本计算取 5 则 得 Qq 220259 88 5 11012 99kJ 6 废钢吸热 Qf 用于加热废钢的热量系剩余热量 即 Qf QS Qg Qr Qx Qb Qq 220259 88 132251 14 28964 17 22994 2437 10 11012 99 22600 48 故废钢加入量为 f W f W0 272251522699 0 148 22600 15 47kg 即废钢比为 4 13 100 47 15100 47 15 热平衡计算结果列于表 4 23 热效率 热收入总量 热 废钢吸热钢水物理热 炉渣物理 100 132251 14 28964 17 11012 99 220259 88 78 19 若不计算炉渣带走的热量时 热效率 04 65100 热收入总量 钢水物理热 废钢吸热 表表 4 23 热平衡表热平衡表 收 入支 出 项 目热量 kJ 项 目热量 kJ 铁水物理热117270 8353 24钢水物理热132251 1460 04 元素氧化和成渣 热 97327 4844 19炉渣物理热28964 1713 15 其中 C 氧化54438 1524 72废钢吸热22600 4810 26 Si 氧化23361 610 61炉气物理热179578 15 Mn 氧化2769 481 26烟尘物理热2442 451 11 P 氧化6251 412 84渣中铁珠物理热1134 30 52 Fe 氧化3133 081 42喷溅金属物理热1460 70 66 SiO2成渣2059 360 93 轻烧白云石分解 热2437 11 11 P2O5成渣1859 280 84热损失11012 995 00 烟尘氧化热5075 352 30 炉衬中碳的氧化 热 586 250 27 合 计220260 33100合 计220260 33100 应当指出 加入铁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 所用铁合金种类有限 数量也不多 经计算 其热收入部分约占总热收入的 0 8 1 0 热支出部分约占 0 5 0 8 二者基本持平 4 3 本章小结 本章主要对转炉炼钢的物料平衡和热平衡做了详细计算 21 73 第 5 章 原料供应及铁水预处理方案 5 1 原料供应 5 1 1 铁水供应 铁水是转炉炼钢的主要材料 一般在新建钢铁厂时彩高炉直接供应 高炉铁水直接热装入转炉时又有混铁炉和混铁车两种方式 采用混铁炉时 能保持铁水成分和温度均匀稳定 有利转炉吹炼 但混铁炉需要多倒一次铁 增加温度损失 而且混铁炉投资相对较大 占地也多 随着高炉的大型化和炼 铁操作的精确化 高炉铁水成分波动减小 又因转炉的大型化 混铁炉的混合 作用已不明显 因此 混铁车在大中型转炉炼钢已被广泛采用 由于其受铁口 有盖 在运输过程中热损失较小 特别是高炉距离炼钢车间较远时 用混铁车 更为有利 混铁车即混铁炉型铁水罐车 兼有运送和贮存铁水的两种作用 采用混铁 车供应铁水的优点 1 投资省 不另建混铁炉 铁水罐和起重吊车数量可减少 2 作为铁水运输设备比较适应高炉大型化 3 从高炉向转炉运送铁水温降小 减少铁水转移过程的热损失 铁水粘 罐损失少 4 操作简便 维修费用低 综合考虑 采用混铁车供应铁水 混铁车的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 混铁车的容量根据转炉容量而定 一般为转炉容量