年产510万t钢转炉炼钢厂项目设计方案.doc

年产510万t钢转炉炼钢厂项目设计方案第1章 绪 论1.1 选题背景本设计题目根据目前国内外转炉炼钢生产车间的生产状况，意在将学生四年的学习的基础和专业知识加以综合运用，并结合现有先进技术，对钢铁企业炼钢生产车间和连铸车间的工艺布置及主体设备进行设计和计算，从而对钢铁生产过程具有更加深刻的理解。1.2 我国钢铁工业现状长期以来，我国钢铁工业进行结构调整，以完成钢铁工业的合理布局，提高工艺装备水平，淘汰落后的工艺装备, 采用高新技术改革传统产业提高质量，增强企业的整体竞争能力，而不是以盲目的规模扩张为主旨。由于激烈的市场竞争和日益严格的环保要求，要求企业必须在充分保护环境的同时，不断降低生产成本，以提高竞争力1。钢铁企业都以增强市场竞争能力为核心，围绕着优化物流、优化工艺、减少消耗、降低成本、生产高质量产品来进行。随着计算机技术的迅猛发展，炼钢模型的开发和利用也不断进步。目前，中国大部分转炉实现了模型控制，这有利于转炉高效化与钢水洁净化。1.3 国外钢铁工业现状经过几年的结构调整、专业分工、技术升级、企业购并、资源整合，国外的大型钢铁企业通过加大对科学技术的投入和开发，实施产权战略等方式，不断巩固自身的国际竞争地位，并从中获得高额利润。美国转炉炼钢技术特点是普遍采用铁水脱硫、溅渣护炉、钢包炉精炼，并开发新的终点控制方法等。转炉大型化复合吹炼是日本的主要技术特征。日本转炉技术的进步突出在以下两个方面：一是分阶段精炼，二是智能控制。国外在转炉炼钢中研究出了许多新的加强熔池搅拌的方法以提高熔池搅拌强度。如比利时冶金研究开发中心开发的LD-HC、新日铁开发的LD-OB、川崎开发的K-BOP法等2。1.4 现代转炉炼钢工艺流程与新技术1.4.1 铁水预处理近年来，铁水炉外脱硫技术在工业生产中广泛应用。在处理方法上，KR机械搅拌法和喷吹法是最基本的两种方法；在脱硫剂的选择上，镁基脱硫剂是最佳的铁水脱硫剂之一。1.4.2 转炉炼钢（1）长寿转炉技术。国内大力开展溅渣护炉技术的研究开发和推广应用工作，使转炉炉龄逐步提高到30000炉以上。（2）副枪法动态控制。采用副枪能再不倒炉的情况下，快速检测转炉熔池钢水温度、碳含量、氧含量以及取钢样渣样等。 （3）复吹转炉强化冶炼技术。1.4.3 炉外精炼 炉外精炼方法都是一种或几种精炼手段的综合利用。目前与转炉配合常用的精炼方法有LF、RH、CAS-OB等，这些工艺促进了纯净钢生产技术的发展。1.4.4 连续铸钢（1）近终型连铸。它是对传统连铸工艺的一次重大改革，主要分为薄板坯连铸、带钢连铸、薄带连铸、异型坯连铸和中空原坯连铸。中国宝钢等大型钢厂从德国引进的CSP、ISP工艺流程逐渐走向成熟。（2）高效连铸。近年来，采用高效连铸技术对传统连铸机的改造取得了长足的进步，特别是高拉速技术已经引起了人们的高度重视。 1.5 节能环保技术（1）减少水的用量和废水的排放，串级供水技术进行水的循环利用等。 （2）钢渣水淬工艺、钢渣“闷渣”处理、钢渣用于烧结及其生产水泥等方面都有所发展3。 （3）采用干法除尘、湿法除尘、重力除尘技术对烟尘进行回收利用。 （4）尾气的回收利用。 1.6 转炉炼钢技术发展趋势展望21世纪，转炉炼钢会出现以下发展趋势：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连轧有机的结合起来，形成紧凑式连续化生产的专业生产线4。此外，随着社会对洁净钢的生产需求日益提高，迫切需要建立起一种全新的、能大规模廉价生产纯净钢的生产体系5。因此，如何降低生产成本、能耗，生产出大量的纯净钢以达到社会的需求是转炉炼钢的大致发展趋势。第2章 设计概述2.1 厂址选择论证本设计厂址选择在四川攀枝花市郊，随着四川省经济的迅速发展，各行业对钢材的需求也在不断上升。为了充分利用当地资源条件促进其他部门的发展，在攀枝花附近建立一个钢厂是很迫切的。同时，优越的地理位置更提供给我们在攀枝花市郊建设钢厂的条件：（1）目前，攀枝花市的公路建设与铁路建设齐头并进，以高速公路为重点的公路建设加速发展，2015年间将形成滨江大道机场路炳仁大道渡仁西线内环线和丽攀高速京昆高速西区仁和快速通道外环线两条环形线路；铁路建设将以“二纵一横”（南北向的成昆铁路和成昆铁路二线和东西向昭攀丽铁路）主干铁路为主通道，区域性综合交通枢纽的发展态势开始显现。（2）攀枝花市水能资源理论蕴藏量达492.9万kwh，全市可开发量占理论蕴藏量的83.2%，可开发量达到410.1万kw，年发电量可达271.5亿kwh，每平方千米占有年均发电量365.19万kwh，为全国的17.7倍，四川省的4倍，攀西地区的1.27倍。（3）攀枝花铁矿资源丰富，地质勘测表明，钒钛磁铁矿储量达100亿t，占全国铁矿储量的20。很好的原料供应为新厂的落建奠定了基础。（4）目前正处于西部大开发时期。攀枝花市作为全国城乡统筹综合配套改革试验区，这为攀枝花市的发展提供了新的历史机遇。大量优质钢材将被需要，用于西部开发的桥梁、建筑建设以及当地汽车、轮船等行业。综上所述，新厂落建是非常必要的，也是可行的。2.2 产品方案本设计的产品方案见表2.1所示。表2.1 产品方案钢 种连铸坯产量/(万ta-1)生产比例/%精炼方式普 碳 钢20039.22吹氩或LF低合金钢17033.33LF或LF+VD机械制造结构钢14027.45RH总 计510100本设计冶炼的钢种、代表钢号及其化学成分见表2.2所示。表2.2 冶炼的钢种、代表钢号及其化学成分钢 种钢 号化学成分w/%CSiMnPSCuAl普碳钢Q2350.140.220.120.300.350.550.0450.050.30Q2750.280.380.150.350.50.80.0450.050.30低合金钢16Mn0.120.200.200.601.0 1.60.0500.050.3020MnSi0.170.230.40.701.31.60.0450.0450.30机械制造结构钢40Cr0.380.430.150.350.751.00.0350.0438CrSi0.350.431.001.300.30.60.0350.0352.3 金属平衡 年产合格坯510万t。假定铁水预处理比100%，金属平衡见表2.3所示。预处理铁水583入转炉铁水576.9（99%）铁水损失5.83（1%）废钢40.2吹损49.4（7.7%）精炼前钢水592.1（92.3%）精炼损失55.1（9.3%）废品2.1（0.4%）清理损失5.7（1.1%）合格坯510（98.5%）注余钢水4.3（0.8%）氧化铁皮2.12（0.4%）切头切尾4.2（0.8%）精炼后钢水537.0（90.7%）事故及回炉钢水2.15（0.4%）中间包钢水530.5（98.8%）原坯517.8（97.6%）中间包损失6.4（1.2%）图2.3 金属平衡表2.4 转炉车间作业指标按照产品方案，转炉炼一炉钢的平均冶炼时间，见表2.4。表2.4 转炉炼一炉钢的平均冶炼时间平均冶炼时间/min炼一炉钢的时间/min装料吹氧辅助时间出钢倒渣合计51885339392.4.1 转炉作业率转炉作业率：指转炉一年的有效工作天数与日历天数之比。炉子非作业天数，包括计划停炉（指定期检修），准备（指修补出钢口及贴补炉衬渣线处，清除炉口结铁、更换氧枪等），等待（指吊车对准，等铁水以及调度的不平衡）和设备故障。由于采用溅渣护炉技术，转炉作业率可显著提高。一般非作业天数波动在1035天，即作业率为90%97%。本设计选取转炉作业率95%。2.4.2 铸坯收得率铸坯收得率：指炉产合格铸坯与炉产钢水量之比。2.5 转炉容量和座数的确定按转炉“一吹一”方案考虑，年出钢炉数为： 根据上面计算结果并参照转炉系列，为了减少车间内的设备互相干扰，炉子座数不宜太多，但必须保持车间内始终有固定数目的炉子在吹炼，以发挥生产潜力。本设计选定2座公称容量为250的顶底复吹转炉，采用“二吹二”方案。第3章 转炉物料平衡与热平衡计算物料平衡是计算转炉炼钢过程中加入炉内与参与炼钢的全部物料（如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、合金添加剂、被侵蚀的炉衬等）和炼钢过程的产物（如钢水、炉渣、炉气、烟尘等）之间的平衡关系。热平衡是计算转炉炼钢过程的热量收入（如铁水物理热、化学热）和热量支出（如钢水、炉渣、炉气的物理热、冷却剂溶化和分解热）之间的平衡关系。3.1 原始数据的选取 3.1.1 原材料成分原材料成分见表3.1表3.4。 表3.1 铁水、废钢成分（%）原料CSiMnPS温度/铁水4.20.50.550.120.041300废钢0.200.250.550.0300.03025 表3.2 渣料和炉衬材料成分（%）种类CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧减H2OC石灰882.52.61.50.065.34矿石1.05.610.521.100.0746.245.00.50萤石6.00.581.880.090.5588.02.00白云石55.03.033.03.01.05.0炉衬52.02.040.01.05.0 表3.3 各材料的热容项目固态平均热容/kJkg-1K-1熔化潜热/kJkg-1液（气）态平均热/kJkg-1K-1生铁0.745217.5680.8368钢0.699271.960.8368炉渣209.201.247炉气1.136烟尘1.000209.20矿石1.046209.20 表3.4 反应热效应（25）元 素反 应反应热/kJkg-1元素C C+1/2O2=CO10950 C+O2=CO234520Si Si+O2=SiO228314P2P+5/2O2=P2O518923Mn Mn+1/2O2=MnO7020Fe Fe+1/2O2=FeO5020 Fe+3/2O2=Fe2O36670SiO2SiO2+2CaO=2CaOSiO22070P2O5P2O5+4CaO=4CaO P2O550203.1.2 假设条件根据各类转炉生产实际过程假设：（1）渣中铁珠量为渣量的8%；（2）喷溅损失为铁水量的1%；（3）熔池中碳的氧化生成90%CO，10% CO2；（4）烟尘量为铁水量的1.6%，其中wFeO为77%，wFe2O3=20%；（5）炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%；（6）炉气温度取1450，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%；（7）氧气成分：98.5%氧气，1.5%氮气。3.2 物料平衡计算物料平衡基本项目：（1） 收入项：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。（2） 支出项：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。根据铁水、渣料质量及其冶炼钢种的要求，采用单渣法操作。为了简化运算，以100 kg铁水为计算基础。3.2.1 渣量及其成分计算（1）铁水中元素氧化量 铁水中各元素的氧化量见表3.5。表3.5 铁水中的元素氧化量 元素/%项目CSiMnPS铁水4.20.50.550.120.04钢水0.1800.180.0180.02氧化量4.020.50.370.1020.007注：脱磷率 85%90% ，取90%；脱硫率 30%40% ，取35%；钢水中残余锰占铁水Mn的30%40%，取30%；钢水中C取规格下限，因合金加入后还要增碳。（2）各元素耗氧量及氧化产物量铁水中各元素的耗氧量及氧化产物量见表3.6。表3.6 铁水中元素氧化量、氧化产物量 元素反应元素氧化量/kg耗氧量/kg氧化产物量/kgCC+1/2O2=CO4.0290%=3.6183.61816/12=4.823.61828/12=8.442C+O2=CO24.0210%=0.4020.40232/12=1.070.40244/12=1.474SiSi+O2=SiO20.50.532/28=0.5710.560/28=1.071MnMn+1/2O2=MnO0.370.3716/55=0.1080.3771/55=0.478P2P+5/2O2=P2O50.1020.10280/62=0.1320.102142/62=0.234SS+O2=SO20.021/3=0.0070.00732/32=0.0070.00764/32=0.014*SS+(CaO)=(CaS)+O0.022/3=0.0050.013（-16）/32=-0.0070.01372/32=0.029FeFe+1/2O2=（Fe0）0.3800.38016/56=0.1090.489*2Fe+3/2O2=Fe2O30.0180.01848/112=0.0080.026总计5.4106.818*注：假定炉内气化脱硫1/3；铁的氧化由表3.12得出。（3）渣料的加入量1）矿石加入量：为了化渣，加入矿石1%，即1001% =1kg ，其成分质量计算见表3.7。表3.7 矿石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgFe2O3145.0% = 0.450FeO146.2% = 0.462SO215.61% = 0.0561Al2O311.10% = 0.011CaO11.0%=0.01MgO10.52% = 0.00510.07%0.001H2O10.50% = 0.005其中：S+(CaO)=(CaS)+O（CaS）生成量 = 0.00172/320.002 kg消耗CaO量 = 0.00156/320.002 kg2）萤石加入量 ：根据冶金局（部）转炉操作规程，并参考炼钢工艺学，取萤石加入量4 kg/t，在本设计中，即为：0.14=0.4 kg，其成分质量计算见表3.8. (质量计算中各成分质量百分数见表3.2)表3.8 萤石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaF20.488.0% = 0.352MgO0.40.58% = 0.002SiO20.46% = 0.02 P0.40.55% = 0.002Al2O30.41.88% = 0.008S0.40.09%0.000(忽略)H2O0.42% = 0.008其中：2P+5/2O2=P2O5(P2O5)生成量 = 0.002142/62 = 0.005 kg 3）白云石加入量 ：为了提高转炉寿命，采用白云石造渣，控制渣中w（MgO）在6% 8%范围内。根据已投产转炉的经验，取生白云石30 kg/t，在本设计中即为：300.1 = 3 kg，其成分质量见表3.9(质量计算中各成分质量百分数见表3.2) 。表3.9 生白云石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO355% = 1.65MgO333% = 0.99SiO233% = 0.09Fe2O331% = 0.03Al2O333% = 0.09烧减35% = 0.15其中：烧减是白云石中CaCO3 MgCO3分解产生的CO2气体。4）炉衬侵蚀量：转炉炉衬在炉渣作用下，将被侵蚀和冲刷进入渣中，本设计中取铁水量的0.5%，即1000.5% = 0.5 kg ,其成分质量计算见表3.10 （质量计算中各成分质量百分数见表3.2）。表3.10 炉衬侵蚀量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO0.552% = 0.26SiO20.52% = 0.01MgO0.540% = 0.20C0.55% = 0.025Al2O30.51% = 0.005其中： 炉衬中碳的氧化与金属中氧化生成的CO和CO2比例相同。即：C+1/2O2=CO：氧化产物CO量为：0.02590%28/12 = 0.053 kg 耗氧量为：0.02590%16/12 = 0.03 kgC+O2=CO2：氧化产物CO2量为：0.02510%44/12 = 0.009 kg 耗氧量为：0.00932/44 = 0.007 kg共消耗氧量=0.03+0.007 = 0.037 kg5）石灰加入量：根据铁水成分，取终渣碱度R=3.5.石灰加入量 = （2.14(SiO2)R -白云石带入CaO量)/%CaO有效100 = （2.140.53.5 1.65）/(88 3.52.5) 100= 2.64kg/100kg铁水表3.11 石灰加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO2.6488% = 2.32SiO22.642.5% = 0.07MgO2.642.6% = 0.07S2.640.06% = 0.002Al2O32.641.5% = 0.04烧减2.55.34% = 0.14 其中： S+(CaO)=(CaS)+O生成的(CaS) = 0.00272/32 = 0.004kg 6）渣中的铁氧化物：对于冶炼Q235钢，根据已投产转炉渣中含(FeO)量，取w(FeO)= 10%，w(Fe2O3)= 5%。7）终渣总量及成分：根据表3.6表3.11中的数据，确定终渣总量及成分，见表3.12，若不计（FeO）、（Fe2O3），由表3.12中可得：CaO+MgO+SiO2+P2O5+MgO+Al2O3+CaF2+CaS=8.086 kg已知w（FeO）= 10% ，w(Fe2O3）= 5% ，则其余渣应占渣量总数的85%。故总渣量为8.086/85% = 9.51 kg 由此可知：（FeO）=9.51 10% =0.951 kg, （Fe2O3）=9.51 5% = 0.476 kg。由于矿石和白云石中带入部分（FeO）和（Fe2O3），其含量参见表3.7和3.10，实际铁氧化物为：（FeO）= 0.951 - 0.462 = 0.489kg ；其值列入表3.6。（Fe2O3）=0.476- 0.450 = 0.026kg .其值列入表3.6。故 Fe氧化量=0.48956/72+ 0.026112/160 = 0.3985kg表3.12 终渣总量及成分成分氧化产物石灰/kg矿石/kg白云石/kg炉衬/kg萤石/kg总计/kg%CaO2.320.011.650.264.2440.14MgO0.070.0050.990.200.0021.26711.99SiO2 1.0710.070.0560.090.010.0241.32112.51P2O5 0.2340.0050.2392.59MnO 0.4780.47812.83Al2O30.040.0110090.0050.0080.1541.46CaF2110.3520.3523.33CaS0.0290.0040.0020.0350.15FeO0.4890.4620.95110.00Fe2O30.0260.4500.030.5065.00总计9.511003.2.2 冶炼中的吹损计算根据假设条件，渣中铁珠量为渣量的8%，喷溅损失为铁水量的1%，烟尘损失为铁水量的1.6%。故可得到：渣中铁珠量 = 9.51 8% = 0.761 kg；喷溅损失量 = 100 1% = 1.0 kg；烟尘铁损失量 = 100 1.6%（77%56/72 + 20%112/160）= 1.182 kg；元素氧化损失 = 5.410 kg； （见表3-6）吹损总量 = 0.761 + 1.0 + 1.182 + 5.410= 8.353 kg； 钢水量 = 100 8.353 = 91.647 kg 3.2.3 氧气消耗量计算1）元素氧化耗氧 = 6.818 kg；（见表3.6）；2）烟尘铁氧化耗氧 = 1001.6%（77%16/72 + 20%48/160）= 0.37 kg；3) 炉衬中碳氧化耗氧 = 0.037 kg；（见表3.10下）。故总耗氧量 = 6.818+ 0.37 + 0.037 = 7.225 kg，换算为标准体积为：7.22522.4/32 = 5.06 m3 即冶炼100 kg 铁水需要5.06氧气。由于氧气不纯，含有1.5%的氮气，故供氧时带入的氮气为：7.225 1.5% = 0.108 kg，其体积量为：0.108 22.4/28 = 0.086 m3/100kg。3.2.4 炉气量及成分计算 炉内产生的炉气由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由 O2 组成。其中：CO来源于铁水和炉衬中的碳氧化；CO2来源于铁水、炉衬中碳氧化，以及白云石和石灰石中的烧减量；SO2来源于铁水中硫氧化；H2O来源于矿石和萤石中；N2来源于供氧时被带入。自由O2约占炉气总量的0.5%，即以上气体占炉气总量的99.5%，则炉气总量为：（6.80 + 0.903 + 0.005+ 0.016 + 0.086）/99.5% = 7.849 m3自由O2量为 7.849 0.5% = 0.04 m3，其质量为0.0432/22.4 = 0.057 kg。表3.13 炉气量及成分成分质量/kg体积/ m3体积/%CO8.442 + 0.053 8.49522.4/28 = 6.8086.65CO21.474 + 0.14 +0.009+0.151.77322.4/44 = 0.90311.49SO20.0140.01422.4/64 = 0.0050.01H2O0.005 + 0.008 0.01322.4/18 = 0.0160.20N20.1080.0861.14O20.0570.040.51总计10.467.8501003.2.5 物料平衡表把以上各种物质的总收入和总支出汇总起来，得到未加合金时的物料平衡表3.14。表3.14 未加废钢和合金时的物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%铁水10086.83钢水91.64780.16石灰2.642.29炉渣9.518.97白云石3.02.60炉气10.468.86矿石1.00.87烟尘1.601.39萤石0.40.35喷溅1.00.87炉衬0.50.43铁珠0.7610.74氧气7.2256.53氮气0.1080.10总计114.873100总计114.978100计算误差=收入项支出项/收入项100% =114.873114.978/114.873100%=0.001%.3.3 热平衡计算 为了简化运算，取加入炉内的炉料温度均为25。3.3.1 热收入 热收入主要是铁水的物理热和元素氧化的化学热。（1）铁水物理热铁水凝固温度Tf可用表达式 Tf = 1539%iTi计算，即：Tf = 1539 - (1004.20 + 80.5 +50.55 + 300.12 + 250.04) - 4=1104 铁水物理热Q物 = CsTf + Qf + C1( T Tf )计算，即：Q物 = 1000.745(1104-25) + 217.568 + 0.8368(1300-1104) =118543.58 kJ式中 %i铁水中元素含量； Ti 1%的元素使纯铁凝固温度的降低值，参考高泽平炼钢工艺学表5.9； Cs、Cl分别为固态、液态的热容量，kJ/kgK，参考表3.3； Tf、T分别为冷却剂（生铁）的熔点和熔池温度，K；Tf见表3.3。（2）铁水中元素氧化放热和成渣热 根据表3.4、表3.7、表3.12数据计算如下： C+1/2O2=CO 3.618 10950 =39617.1 kJ C+O2=CO2 0.402 34520 = 13877.0 kJ Si+O2=SiO2 0.5 28314 =14157.0kJ Mn+1/2O2=MnO 0.37 7020 = 2597kJ 2P+5/2O2=P2O5 0.102 18923 =1930kJ Fe+1/2O2=FeO 0.380 5020 = 1907.6kJ Fe+3/2O2=Fe2O3 0.018 6670 = 120.1 kJ SiO2+2CaO=2CaOSiO2 1.321 2070 = 2734.5 kJ P2O5+4CaO=4CaO P2O5 0.239 5020 = 1199.8 kJ 总 计 78140.1kJ（3）烟尘氧化放热 1.6（77%56/725020 + 20%112/1606670）= 6304.4 kJ（4）炉衬中碳氧化放热 0.55%（90%10950 + 10%34520）= 332.7 kJ因此，炉内热收入总量为： 118543.58+ 78140.1+ 6304.4 + 332.7 = 203320.78 kJ3.3.2 热支出（1）钢水物理热钢水熔点Tf = 1539 - (650.18 + 50.18 + 300.18 + 250.02) - 4 = 1521 取钢水过热度为70，浇注过程温降为21，出钢、吹氩、运输、镇静过程温降为50（取值参考见高泽平炼钢工艺学P136），则出钢温度T = 1521 + 70 + 21 + 50 = 1662 钢水物理热= 90.7530.699(1521-25) + 271.96 + 0.8368（1662-1521） =130289.8 kJ（2）炉渣物理热计算时取炉渣终点温度与钢水温度相同。炉渣物理热 = 9.511.247（1662-25）+ 209.20 = 21402.6 kJ（3）矿石分解吸热 1 (46.2%56/725020 + 45%112/1606670 + 209.20) = 4114.1 kJ（4）烟尘物理热 1.61.0(1450-25) + 209.20 = 2614.7 kJ（5）炉气物理热 10.461.136(1450-25) = 16932.6 kJ（6）渣中铁珠物理热0.7610.745(1521-25) + 217.568 + 0.8368(1662-1521) = 1103.5 kJ（7）喷溅金属物理热 10.745(1521-25) + 217.568 + 0.8368(1662-1521)=1450.1 kJ（8）吹炼热损失吹炼过程热损失包括炉体和炉口的热辐射、对流、和传导传热、冷却水带走热等。在本设计中，取吹炼热损失为热量总收入的5%，所以吹炼过程热损失为：203320.785% =10166.0kJ。（9）废钢耗热总的热收入减去热支出，得到的富余热量用加入废钢来调节。富余热量=203320.78-（1130289.8+21402.6+4114.1+2614.7+16932.6+1103.5+1450.1+10166）=15247.41kJ废钢熔化耗热=10.699（1521-25）+ 271.96 + 0.8368(1662-1521)=1435.7kJ则废钢加入量 = 15247.41435.7 = 10.62 kg3.3.3 热平衡表把全部热收入和热支出汇总，得到热平衡表3.15。表3.15 热平衡表热收入热支出项目热量/kJ%项目热量/kJ%铁水物理热118543.5856.45铁水物理热130289.866.22元素放热和成渣热78120.138.21炉渣物理热21402.610.50C53494.124.78矿石分解热4114.12.14Si141577.12烟尘物理热2614.71.32Mn25973.79炉气物理热16932.68.12P19301.29铁珠物理热1103.50.54Fe2027.72.09喷溅物理热1450.10.73SiO22734.51.35吹炼热损10166.00.73P2O51199.80.79废钢熔化热15247.45.43烟尘氧化放热6304.43.17炉衬碳放热332.30.17共计203320.78100共计203320.78100热效率 =(钢水物理热 + 矿石分解热 + 废钢熔化热)/热收入100% =（130289.8 + 4114.1 +15247.4）/203320.78100% = 73.6%3.4 吨钢物料平衡废钢加入之后，忽略废钢中含硅、锰元素的氧化损失，使钢水达到102.267 kg，（91.647+10.62），即使用100kg铁水、10.62kg废钢可以生产出102.267kg钢水。 根据比例关系，用1000/102.267去乘以表3.14中各项，就可以得到吨钢物料平衡表，如表3.16所示。 表3.16 吨钢物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%铁水97882.01钢水100081.44废钢103.96.15炉渣93.017.62石灰25.82.05炉气102.38.20萤石3.90.33烟尘15.651.27白云石29.32.46喷溅9.780.82炉衬4.90.41铁珠7.440.61氧气70.665.68氮气1.060.09矿石9.780.82合计1227.3100.00合计1228.18100.00金属收得率 = 钢水质量/(铁水+废钢) =1000/（978+103.9）=92.4。第4章 转炉炉型设计炉型设计的任务是确定所选炉型各部位的主要尺寸，据此绘出工程图。4.1 转炉炉型的选择本设计为250t的小型转炉，选用桶球型炉底。4.2 转炉炉容比与高宽比4.2.1 炉容比炉容比（V/T）是转炉有效容积与公容量的比值，主要与供氧强度有关。250t转炉采用多孔喷枪喷吹，操作比较稳定，选取炉容比为0.95 m3/t。4.2.2 高宽比高宽比是指转炉炉壳总高度与炉壳外径的比值，是作为炉型设计的校核数据。其范围一般是1.351.65，大炉子取下限。4.3 转炉主要尺寸的确定4.3.1 熔池尺寸（1）熔池直径D熔池直径是指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。可根据公式：式中 G 新炉金属装入量，t；（装入量 = 出钢量/钢水收得率）t 吹氧时间，min，取18min；K比例系数，取1.5；则熔池直径为D =5590 mm。（2）熔池深度h0熔池深度是指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。对于筒球型熔池，熔池体积与熔池直径存在如下关系： 。熔池体积 = G / T=250/6.9= 36.23 则熔池深度：4.3.2 炉帽尺寸 炉帽倾角a倾角过小，炉帽内衬不稳定，容易倒塌；过大则出钢时容易钢渣混出和从炉口大量流渣。在本设计中取a=60。（1）炉口直径d口本设计中取取炉口直径为熔池直径的46%，即d口 = 559046%=2571 mm。 （2）炉帽高度H帽取炉口上部直线段高度H口 = 350 mm，则炉帽高度为：H帽 = 1/2（D-d口）tan+H口= 1/2（5590-2571）tan60+ 350 = 2964 mm4.3.3 炉身尺寸 （3）炉身直径转炉炉帽以下，熔池面以上的圆柱体部分称为炉身。其直径与熔池直径一致，即为D。 （4）炉身高度H身 式中 、 、分别为炉身、炉帽、熔池的容积。其中： =0.262（2.964-0.35）（5.592+5.592.57+2.572）+0.7852.5720.35 =37.58 m3所以H身 = 6673 mm4.3.4 出钢口尺寸出钢口内口一般设在炉帽与炉身交界处，以使转炉出钢时其位置最低，便于钢水全部出净。（1）出钢口中心线水平倾角 为了缩短出钢口长度，以利于维修和减少钢液二次氧化及热损失，大型转炉出钢口中心线水平倾角趋于减小，本设计中取 = 20.（2）出钢口直径d口 = 22.37 cm式中 T转炉公称容量，t 。另外，一般出钢口衬砖外径为出钢口直径的6倍左右，出钢口长度为其直径的78倍，取7，则：D外=134.2 cm ，L=156.59cm4.3.5 炉衬通常炉衬由永久层、填充层和工作层组成，也有的转炉不设填充层。在本设计中不设填充层。永久层紧贴炉壳，修炉时不予拆除。其主要作用是保护炉壳，用镁砖砌筑。工作层是与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件苛刻，设计中用镁碳砖砌筑。各层厚度参考高泽平炼钢工艺学表2.3，设计中取值见表4.1。表4.1 转炉炉衬厚度取值炉衬各部分名称厚度取值/mm炉 帽永久层140工作层600炉身（加料侧）永久层140工作层800炉身（出钢侧）永久层140工作层700炉 底永久层400工作层6204.3.6 炉壳炉壳由钢板制成，常用材质有16Mn 、15MnTi 、14MnNb等。炉壳钢板厚度有如下经验公式：炉身：2=（0.00890.0115）D壳 ,取2=60mm；炉帽：1=（0.71.0）2 取1=65mm ；炉底：3=(0.750.94)2 取3=65mm； 4.3.7 高径比确定，符合推荐值1.351.65。表4.2 顶底复吹转炉炉型参数项目符号数值项目符号数值公称容量G250t炉壳外径D7.5m转炉全高H11.345m炉口直径D出2.571m炉型内高H内10.26m炉帽倾角Q60有效容积Vt263m3炉帽高度H帽2.96m炉容比Vt/G0.95m3/t炉身高度H身6.67m熔池直径D5.59m出钢口直径d出0.22m熔池高度h01.79m出钢口倾角20熔池体积Vc36.23m3高径比H/D1.54.4 炉壳设计炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成。主要承受钢水、炉渣及耐材的静载荷，以及金属料冲击，热应力作用。其材质应具有较高的强度，本设计采用锅炉钢板和合金钢板。炉帽制成截圆锥形。由于炉帽，特别是炉口受高温作用易变形，所以普遍采用水冷炉口。这样既能提高炉帽寿命，又能减少炉口粘渣。本设计采用埋管式水冷炉口，即把蛇形钢管埋铸在铸铁的炉口圈内。其特点是使用安全，但制作难度较大。水冷炉口采用销钉与炉帽连接，方便拆卸。炉身制成圆柱形。它是整个炉子的承载部分，受力最大。炉底为球冠形，其强度优于截锥形。因炉衬修砌本设计采用上修法，所以炉身与炉底的联结采用固定式。4.5 炉衬各层填充材料选择永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除，其主要作用是保护炉壳。该层采用镁砖砌筑。填充层介于永久层和工作层之间，采用焦油镁砂捣打而成，其主要功能是减轻炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压和便于拆除工作层。工作层指与金属、炉渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件及其苛刻。该层采用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑。炉帽工作层采用二步煅烧镁砖。砌筑转炉炉衬选择砖型时应考虑一下一些原则：（1）在可能条件下，尽量选用大砖，以减少砖缝，还可提高筑炉速度，减轻劳动强度；（2）力争砌筑过程中不打或少打砖，以提高砖的利用率和保证砖的砌筑质量；（3）出钢口用高压整体型专用砖，更换方便、快捷；炉底用带弧形的异型砖；（4）尽量减少砖型种类。第5章 氧枪及底部供气构件设计5.1 氧枪设计氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部分组成。喷头常用紫铜制成；枪身由三层无缝钢管套装而成；尾部结构连接输氧管和冷却水进出软管。5.1.1 氧气流量氧气流量是指单位时间通过氧枪的氧量。其计算根据物料平衡求得，如前面的计算结果，每吨钢的耗氧量为60m3，吹氧时间为18min，则通过氧枪的氧气流量为：Q = 60250/18= 833m3/min 5.1.2 工况氧压和喉口直径（1）选用喷孔出口马赫数Ma与喷孔数。出口马赫数Ma是滞止氧压P0和喷头出口压力P的比值，随着出口马赫数的增加，喷头氧气射流的出口速度v提高。设计中取Ma = 2.0 。为了保证氧气流股有一定的冲击面积与冲击深度，使熔池内尽快形成乳化区，减少喷溅，提高成渣速度和改善热效率，参照同类转炉氧枪的使用情况，对250 t 转炉喷孔数取5孔。 （2）设计工况氧压P0(近似等于滞止氧压) 根据等熵流表（见王令福炼钢厂设计原理附录），当Ma = 2 时，P/ P0 = 0.1278 ，取P = P膛 =0. 101MPa，则工况氧压为： P0 = 0.101/0.1287 = 0.790MPa（3）计算喉口直径。喷头每个喷孔的氧气流量为：q = Q /5=833/5 = 166.6/min取CD = 0.95，T0 =300 K ，P0 = 0.