年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计.doc

第 1 页 西安建筑科技大学西安建筑科技大学 本科毕业设计 论文 任务书本科毕业设计 论文 任务书 题 目 年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工 艺设计 院 系 冶金工程学院 专 业 冶金工程 学生姓名 XXX 学 号 指导教师 签名 主管院长 主任 签名 时 间 2012 年 2月 26 日 第 2 页 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370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计 钢种 普碳钢 低合金钢 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 第 3 页 二二 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 钢中非金属夹杂物及其危害 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 2012 2 27 3 23 2 设计相关计算3 24 4 6 3 炉型 工艺 主设备设计和选择4 7 5 9 4 车间布置5 10 5 16 5 制图与翻译5 17 5 30 6 编制设计说明书5 31 6 7 7 准备答辩6 8 6 14 第 4 页 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 1990 3 炼钢工艺学 高泽平编 冶金工业出版社 2006 4 钢铁厂设计原理 下册 李传薪编 冶金工业出版社 1995 5 普通冶金 西安建筑科技大学 2002 6 炼钢设计原理 冯聚和编 化学工业出版社 2005 7 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 2000 9 现代转炉炼钢 戴云阁等编 东北大学出版社 1998 10 与专题有关的最新文献 2002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 第 5 页 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 370 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 2 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 结合设计任务书中碳素钢和压力容 器用钢的品种需要 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 并完成题目为钢中非金属夹杂及其危害的专题 关键词 炼钢 顶底复吹 工艺流程 精炼 连铸 设计 第 6 页 Design Description At present there are two main steel making processes converter steelmaking process with blast furnace hot metal and steel scrap as the raw materials and the arc furnace process with pre reduction pellets or high quality industrial steel scrap as raw materials In this paper the representative process combined blowing oxygen converter process with a scale of 3 7 106 continuous casting billet annual is designed In the workshop main equipments including 2 150t converters and its auxiliary equipments with 2 LF refining furnaces 2 sets of slab continuous casting machines and a set of billet continuous casting machine are designed The Smelting period is set for 38 minutesin which the actual oxygen blowing time is only 16 minutes Depending on the development trend of steel making process and the quality requirement of carbon steel and pressure vessel steel LF refining is selected to fufill continuous casting Finally the following process flow is choosed Pretreatment Converter LF CC On the base of the material and heat equilibrim caculation the size of steel making plant workshop span and device assign personnel placement is made A project instruction is redacted funace size graphic a ground plane and a sectional view of the workshop are also submitted And finally the monograph which is about non metallic inclusions in steel and its damagement is also finished Key words steel making combined blown process refining continuous casting design 第 7 页 目录 1 转炉炼钢车间设计方案 1 1 1 工艺流程 1 1 2 主要冶炼钢种及产品方案 2 1 3 转炉车间组成 2 1 4 转炉车间生产能力计算 2 1 4 1 转炉容量及座数的确定 2 1 4 2 计算年出钢炉数 2 1 4 3 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 3 1 4 4 按标准系列确定炉子的容量 3 1 4 5 核算车间年产量 3 2 转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 4 2 1 物料平衡计算 4 2 1 1 计算所需原始数据 4 2 1 2 物料平衡基本项目 4 2 1 3 计算步骤 6 2 2 热平衡计算 14 2 2 1 计算所需原始数据 14 2 2 2 计算步骤 16 3 氧气转炉及相关设备设计 19 3 1 炉型设计 19 3 1 1 炉型选择 19 3 1 2 主要参数的确定 19 3 2 炉衬设计 21 3 2 1 炉衬材质的选择 21 3 2 2 炉衬厚度的确定 21 3 3 炉底供气构件的设计 22 3 4 转炉炉体金属构件设计 22 3 4 1 炉壳 22 3 4 2 支承装置 22 3 5 倾动机构 23 3 6 氧枪设计 23 3 6 1 喷头设计 23 3 6 2 氧枪水冷系统 25 4 连铸车间的设计 28 第 8 页 4 1 连铸机机型的选择 28 4 2 连铸机的主要工艺参数 28 4 2 1 钢包允许的最大浇注时间 28 4 2 2 铸坯断面 28 4 2 3 拉坯速度 28 4 2 4 连铸机的流数 30 4 2 5 铸坯的液相深度和冶金长度 30 4 2 6 弧形半径 30 4 3 连铸机生产能力的确定 31 4 3 1 理论小时产量 31 4 3 2 连铸机的平均年产量 31 4 3 3 连铸机台数的确定 31 4 4 结晶器的设计 31 4 4 1 结晶器的长度 32 4 4 2 结晶器断面尺寸 32 4 4 3 结晶器铜壁厚度 32 4 4 4 结晶器锥度 32 4 4 5 结晶器拉坯阻力 32 4 5 二次冷却装置 33 4 6 拉坯矫直装置及引锭装置 33 4 7 钢包回转台 33 4 8 中间包 34 5 转炉车间烟气净化和回收 35 5 1 烟气量的计算 35 5 1 1 最大炉气量 qv0 35 5 1 2 烟气量 qv 35 5 1 3 烟气成分 36 5 1 4 煤气浓度修正 36 5 1 5 回收煤气量的计算 36 5 2 烟气净化系统类型的选择 36 5 3 烟气净化系统主要设备的选择 37 5 3 1 烟气收集设备 烟罩 37 5 3 2 烟气冷却设备 37 5 3 3 除尘设备 37 5 3 4 脱水设备 38 5 3 5 抽气设备 抽烟机 38 5 4 含尘污水处理 38 6 转炉炼钢的生产工艺设计 39 第 9 页 6 1 炼钢的主要原材料 39 6 1 1 金属料 39 6 1 2 造渣材料 39 6 1 3 其他 40 6 2 装料制度 40 6 3 供氧制度 41 6 3 1 供氧制度主要工艺参 41 6 3 2 氧枪操作 41 6 4 造渣制度 42 6 4 1 单双渣操作 42 6 4 2 各种渣料用量计算及加入 42 6 4 3 炉渣调整 43 6 5 温度制度 43 6 5 1 温度控制原则 43 6 5 2 出钢温度的确定 44 6 5 3 过程控制温度要求 44 6 6 终点控制与出钢 44 6 7 脱氧合金化 45 6 7 1 脱氧合金化操作 45 6 7 2 影响合金元素吸收率的因素 45 7 转炉车间的组成 类型和主厂房尺寸 47 7 1 车间组成 47 7 2 主厂房主要尺寸的确定 47 7 2 1 加料跨 47 7 2 2 炉子跨 49 7 2 3 浇铸跨 53 8 炼钢车间其它设备的选择与计算 56 8 1 渣罐车 56 8 1 1 渣罐车型号的选取 56 8 1 2 渣罐车数量的确定 56 8 2 混铁车 56 8 3 铁水罐 57 8 4 废钢供应系统 57 8 4 1 转炉车间昼夜所需废钢量 57 8 4 2 废钢贮仓容积或堆放场地所需面积计算 57 8 4 3 废钢料斗容量及数量 58 8 5 散装材料供应系统 58 8 5 1 地面料仓容积和数量的确定 58 第 10 页 8 5 2 上料方式的选择 59 8 5 3 高位料仓容积和数量的确定 59 8 5 4 60 8 6 钢包的工艺参数 60 8 7 起重机的选用 61 9 炼钢车间人员编制 62 10 炼钢车间经济指标 66 参考文献 67 致 谢 68 专题 69 第 1 页 1 转炉炼钢车间设计方案 1 1 工艺流程 高炉铁水用混铁车运到倒罐站后 转移到铁水罐中 鉴于铁水罐比混铁车 操作方便且易于扒渣 为了优化工艺 进行一系列的铁水预处理 由于脱硫 需要氧化性条件 和脱硅 脱磷的气氛条件不一样 且采取的渣处理工艺也不 一样 所以从工艺上考虑将其放到其它两个预处理工艺之前 脱硫渣送到渣场 处理 经过磨碎提取其中的铁粉后 剩余脱硫渣送到厂外用于建材生产 建筑 填料等工业 脱硫后铁水必须保证硅含量低于 0 15 才能实现脱磷处理 因此 将脱硅处理置于脱磷之前 脱硅渣属于酸性渣且硫含量较低 可以将其送到高 炉或烧结车间 进行返回利用 脱硅达到要求后 可以进行脱磷操作 脱磷渣 送到脱磷渣再生器中 此过程产生的炉渣考虑到整个流程的最优化 分别取 50 返 回脱磷和脱硅程序 当高磷铁水达到一定量时 将其转移到一个脱磷包中进行 深脱磷 产生的磷含量 10 的炉渣可以送到化肥厂生产磷肥 剩余的高磷铁 水送到其他小型的铸造厂用于铸造 经过铁水预处理后的铁水兑到转炉进行脱碳处理 此时硅 硫 磷的含量 都比较低 其产生的转炉渣可以继续返回到脱硅程序 工艺流程如图 1 1 高炉铁水 混铁车 铁水预处理 倒罐站 铁水罐 预处理渣 渣 场 扒渣 转炉渣 钢液 钢液 钢包回转台 L F 炉 转炉 钢液 连铸坯 连铸机 废钢及其它辅料 图 1 1 工艺流程图 第 2 页 1 2 主要冶炼钢种及产品方案 本设计主要生产普碳钢 低合金钢 也可根据市场的要求进行灵活调整 根据毕业设计任务书中年产 370 万吨铸坯的要求 可确定其产品大纲 详 见于表 1 1 表 1 1 产品大纲 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Q235B200 万吨54 180 700mm 9000mm钢板 低合金钢Q345170 万吨46 150 150mm 9000mm钢板 1 3 转炉车间组成 现代氧气转炉炼钢车间一般由以下各部分组成 铁水预处理站及铁水倒罐 站 废钢堆场与配料间 主厂房 包括炉子跨 原料跨 炉外精炼跨 浇铸系 统各跨间 铁合金仓库及散状原料储运设施 中间渣场 耐火材料仓库 一 二次烟气净化设施及煤气回收设施 水处理设施 分析 检测及计算机监控设 施 备品备件库 机修间 生产必需的生活福利设施 水 电 气 氧 氩 氮 压缩空气 等的供应设施 1 4 转炉车间生产能力计算 1 4 1 转炉容量及座数的确定 综合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况 本设计采 二吹二 制 每炉钢的 平均冶炼周期取 38min 平均供氧时间为 16min 转炉作业率 取 94 5 炉外精炼收得率 取 99 连铸收得率 取 98 以提高转炉的利用效率 减 少资金的投入 1 4 2 计算年出钢炉数 转炉的年出钢炉数 N 按下式计算 1 3651440 2 T N 38 5 943651440 2 年炉26142 第 3 页 式中 T1 每炉钢的平均冶炼时间 38min 炉 1440 一天的时间 min d 345 一年的工作天数 d a 转炉作业率 T2 一年的工作天数 100 365 2 T 94 5 1 4 3 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36 381 99 98 370 年需钢水量 平均炉产钢水量 年出钢炉数 代入数据得 151 43t 26142 3813600 平均炉产钢水量 1 4 4 按标准系列确定炉子的容量 故取公称容量为 150 吨 1 4 5 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 150 26142 98 99 380 44 万吨 370 万吨 故设计选取合格 第 4 页 2 转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 2 1 物料平衡计算 2 1 1 计算所需原始数据 基本原始数据有 冶炼钢种及其成分 表 2 1 金属料 铁水成分和 废钢的成分 表 2 1 终点钢水成分 表 2 1 造渣用熔剂及炉衬等原材 料的成分 表 2 2 脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率 表 2 3 其 他工艺参数 表 2 4 表 2 1 钢种 铁水 废钢和终点钢水的成分设定值 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 Q235B 2 1 2 物料平衡基本项目 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 表 2 2 原材料成分 成分 类别 CaOSiO 2 MgOAl2 O3 Fe2 O3 CaF 2 P2O 5 SCO2H2O C 灰 分 挥 发 分 成分 类别 C Si Mn P S 钢种 Q235B 设定值 0 16 0 25 0 50 0 045 0 045 铁水设定值 4 20 0 80 0 60 0 200 0 035 废钢设定值 0 16 0 25 0 50 0 030 0 030 终点钢水 设定值 0 09 0 002 0 18 0 020 0 021 第 5 页 石 灰88 00 2 5 0 2 6 0 1 5 0 0 5 0 0 1 0 0 0 6 4 6 4 0 1 0 萤 石0 3 0 5 5 0 0 6 0 1 6 0 1 5 0 88 00 0 9 0 0 1 0 1 5 0 生白云石36 40 0 8 0 25 60 1 0 0 36 20 炉 衬1 2 0 3 0 0 78 80 1 4 0 1 6 0 14 00 焦 炭0 5 8 81 50 12 40 5 5 2 续 表 2 2 原材料成分 名 称CSiMnPSFe 碳素废钢0 160 250 500 0300 030余量 炼钢生铁4 200 800 600 2000 035余量 表 2 3 铁合金成分 分子 及其回收率 分母 成分 回收 率 类别 C Si Mn Al P S Fe 硅 铁 73 00 7 5 0 50 802 50 00 05 10 0 0 03 10 0 23 92 1 00 锰 铁6 60 90 0 50 7567 80 8 0 0 23 10 0 0 13 10 0 24 74 1 00 10 C 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 CaO SiO2 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 FeO 含 量 按 FeO 1 35 Fe3O3 折算 15 而 Fe2O3 FeO 1 3 即 Fe2O3 5 FeO 8 25 金属中 C 的 氧化产物 90 C 氧化成 CO 10 C 氧化成 CO2 由热平衡计算确定 第 6 页 烟尘量 为铁水量的 1 5 其 中 FeO 为 75 Fe2O3为 20 废 钢 本计算结果为铁水量 的 13 39 即废钢 比为 11 81 喷溅铁损 为铁水量的 1 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 炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量 其各项成渣 量分别列于表 2 5 2 6 和 2 7 总渣量及其成分如表 2 8 所示 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 2 9 第三步 计算炉气量及其成分 表 2 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 kg 耗氧量 kg 产物量 kg 备 注 C CO 4 11 90 3 699 4 932 8 631C C CO2 4 11 10 0 411 1 096 1 507 Si Si SiO2 0 800 0 910 1 710 入 渣 Mn Mn MnO 0 420 0 120 0 520 入 渣 P P P2O5 0 180 0 230 0 410 入 渣 S SO2 0 035 40 1 3 0 005 0 005 0 010 S S CaO CaS O 0 035 40 2 3 0 009 0 005 0 021 CaS 入 渣 Fe FeO 1 076 56 72 0 837 0 239 1 076入渣 见表 2 8 Fe Fe Fe2O3 0 606 112 160 0 424 0 182 0 606入渣 见表 2 8 合 计 6 785 7 709 成 渣 量 4 371 入渣组分之 和 由 CaO 还原出的氧量 消耗的 CaO 量 0 009 56 32 0 016kg 表 2 6 炉衬蚀损的成渣量 第 7 页 成渣组分 kg 气态产物 kg 耗氧量 kg 炉衬蚀 损量 kg CaOSiO2MgO Al2O3Fe2O3 C COC CO2C CO CO2 0 3 据 表 2 4 0 00 4 0 0090 2360 0040 0050 3 14 90 28 12 0 088 0 3 14 10 28 12 0 015 0 3 14 90 16 12 10 32 12 0 062 合计合计 0 258 0 103 表 2 7 加入熔剂的成渣量 成渣组分 Kg 气态产物 Kg 类 别 加入量 kg CaOMg O SiO2 Al2O 3 Fe2O 3 P2O5CaS CaF2H2OCO2O2 萤 石 0 5 据 表 2 4 0 00 2 0 00 3 0 02 8 0 00 8 0 00 8 0 00 5 0 00 1 0 44 0 0 00 5 生 白 云 石 2 5 据 表 2 4 0 91 0 0 64 0 0 02 0 0 02 5 0 90 5 石 灰 6 67 15 86 3 3 0 17 3 0 16 7 0 10 0 0 03 3 0 00 7 0 00 9 0 00 7 0 30 9 0 00 2 3 合计6 77 5 0 86 1 0 21 5 0 13 3 0 04 1 0 01 2 0 01 0 0 44 0 0 01 2 1 21 4 0 00 2 成渣量成渣量8 442 1 石灰加入量计算如下 由表 2 5 2 7 可知 渣中已含的 CaO 0 016 0 004 0 002 0 910 0 9000kg 渣中已含 SiO2 1 710 0 009 0 028 0 020 1 767kg 因设定的终 渣碱度 R 3 5 故石灰加入量为 R SiO2 CaO CaO石灰 R SiO2 石灰 5 285 88 00 3 5 2 50 6 67kg 2 为 石灰中 CaO 含量 石灰中 S CaS 自耗的 CaO 量 3 由 CaO 还原出的氧量 计算方法同表 2 5 之注 表 2 8 总渣量及其成分 炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O 3 MnOFeOFe2 O3 CaF 2 P2O5CaS合计 元素氧化成 渣量 kg 1 71 0 0 52 0 1 07 6 0 60 6 0 41 0 0 02 1 4 34 3 石灰成渣量 kg 5 86 3 0 16 7 0 17 3 0 10 0 0 03 3 0 00 7 0 00 9 6 35 2 第 8 页 炉衬侵蚀成 渣量 kg 0 00 4 0 00 9 0 23 6 0 00 4 0 00 5 0 25 8 生白云石成 渣量 kg 0 09 1 0 02 0 0 64 0 0 02 5 1 59 5 萤石成渣量 kg 0 00 2 0 02 8 0 00 3 0 00 8 0 00 8 0 44 0 0 00 5 0 00 1 0 49 5 总渣量 kg 6 79 9 1 93 4 1 05 2 0 13 7 0 52 0 1 07 6 0 65 2 0 44 0 0 42 2 0 03 1 13 0 43 51 9 7 14 8 3 8 071 053 998 255 003 373 230 24100 00 总渣量计算如下 因为表 2 8 中除 FeO 和 Fe2O3 以外的渣为 6 799 1 934 1 052 0 137 0 520 0 440 0 422 0 031 11 315kg 而终渣 FeO 15 故总渣量为 11 315 86 75 13 043kg FeO 量 13 043 8 25 1 076kg Fe2O3 量 13 043 5 0 033 0 005 0 008 0 606kg 表 2 9 实际耗氧量 耗氧项 kg 供氧项 kg 实际氧气消耗量 kg 铁水中元素氧化耗氧量 表 2 5 7 709 铁水中 S 与 CaO 反应还原 出的氧量 表 2 5 0 005 炉衬中碳氧化耗氧量 表 2 6 0 062 石灰中 S 与 CaO 反应还原 出的氧量 表 2 7 0 002 烟尘中铁氧化耗氧量 表 2 4 0 340 炉气中自由氧耗量 表 2 10 0 060 8 171 0 007 0 071 8 235 合计合计 8 171合计 0 0078 235 为炉气中 N2之重量 详见表 2 10 炉气中含有 CO CO2 O2 N2 SO2和 H2O 其中 CO CO2 SO2和 H2O 可由表 2 5 2 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 5 0 32 422 99 1 5 0 sgx VVGVVV 3sg m463 8 51 98 7099 x VGV V 式中 Vg CO CO2 SO2和 H2O 诸组分之总体积 m3 本计算中 其 第 9 页 值 为 8 719 22 4 28 2 736 22 4 44 0 010 22 4 64 0 012 22 4 18 8 387 m3 Gs 不计自由氧的氧气消耗量 kg 本计算中 其值为 8 111 m3 见表 2 9 Vx 铁水铁水与石灰中的 S 与 CaO 反应还原出的氧量 m3 本计 算中 其值为 0 007 kg 见表 2 9 5 炉气中自由氧含量 99 由氧气纯度为 99 转换得来 计算结果列于表 2 10 表 2 10 炉气量及其成分 炉气成分 炉气量 kg 体积 m3 体积 CO 8 7198 719 22 4 28 6 97582 19 CO22 7362 736 22 4 44 1 39316 41 SO20 0100 010 22 4 64 0 0040 05 H2O0 0120 012 22 4 18 0 015 0 18 O20 060 0 042 0 50 N20 071 0 057 0 67 合计合计11 608 8 486 炉气中 O2的体积为 8 486 0 5 0 042 m3 重量为 0 042 32 22 4 0 060 kg 炉气中 N2的体积系炉气总体积与其它成分的体积之差 重量为 0 057 28 22 4 0 071 kg 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 6 785 1 50 75 56 72 20 112 160 1 13 043 6 90 348 kg 据此可编制脱氧和合金化前的物料平衡表 表 2 11 表 2 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 100 00 84 59钢 水 90 3576 37 石 灰 6 675 64炉 渣 13 04 11 03 萤 石0 50 0 42炉 气11 61 9 82 生白云石2 502 11喷 溅 1 000 85 炉 衬 0 30 0 26烟 尘1 501 27 氧 气8 24 6 97渣中铁珠 0 780 66 合合 计计 118 21 100 00合 计118 31100 00 第 10 页 注 计算误差为 118 21 118 31 118 21 100 0 08 第五步 计算加入废钢的物料平衡 如同 第一部 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 遂的加入废钢后的物料平衡表 2 13 和表 2 14 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 2 1 和铁合金成分及其烧损率 表 2 3 算出锰铁和硅铁的加入量 再计算其元素的烧损量 将所得结果和表 2 14 归 类合并 即得冶炼一炉钢的总物料平衡表 锰铁加入量 WMn 为 钢水量 回收率锰铁含 终点钢种 nn n n n MM MM WM kg54 0 41 91 80 80 67 8 10 0 50 硅铁加入量 WSi 为 ii i i i ne i 回收率硅铁含 加锰铁后的钢水量 终点钢种 SS SSS W MF S kg42 0 75 00 73 002 046 0 41 91 5 20 表 2 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 kg 耗氧量 kg 产物量 kg 备 注 C CO 13 39 0 07 90 0 0 08 0 0110 019 入 气 C C CO2 13 39 0 07 10 0 0 01 0 0030 004 入 气 Si Si SiO2 13 39 0 25 0 033 0 038 0 071 Mn Mn MnO 13 39 0 32 0 043 0 013 0 056 P P P2O5 13 39 0 010 0 0010 001 0 002 S SO2 13 39 0 009 1 3 0 0 04 0 00040 0008 入气 S S CaO CaS O 13 39 0 009 2 3 0 0 08 0 00040 002 CaS 合计 0 0880 06613 39 0 088 13 302 第 11 页 成渣成渣 量量 0 131 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 00 75 95钢 水 90 35 13 302 103 65 76 37 废 钢 13 39 10 17渣中铁珠 0 78 0 59 石 灰 6 67 5 06炉 渣 13 04 0 13 13 17 11 03 萤 石 0 50 0 38炉 气 11 61 0 024 11 63 9 82 生白云石 2 50 1 90喷 溅 1 00 0 76 炉 衬 0 30 0 23烟 尘 1 50 1 14 氧 气 8 24 0 066 8 31 6 31 合合 计计 131 67 100 00合 计 131 73 100 00 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 88 19 75 95 钢 水 91 41 78 69 废 钢 11 81 10 17 渣中铁珠 0 69 0 59 石 灰 5 88 5 07 炉 渣 11 61 9 99 萤 石 0 44 0 38 炉 气 110 26 8 83 轻烧白云石 2 20 1 90 喷 溅 0 88 0 76 炉 衬 0 26 0 22 烟 尘 1 32 1 14 氧 气 7 33 6 31 合合 计计 116 11 100 00 合 计 116 17 100 00 铁合金中元素的烧损量和产物量列于表 2 15 表 2 15 铁合金中元素的烧损量和产物量 类 别 元素 烧损量 kg 脱氧量 kg 成渣量 kg 炉气量 kg 入钢量 kg C0 54 6 60 10 0 004 0 010 0 015 CO2 0 54 6 60 90 0 032 Mn0 54 67 80 20 0 073 0 0210 094 0 54 67 80 80 0 293 锰 Si0 54 0 50 25 0 001 0 0010 002 0 54 0 50 75 0 002 第 12 页 P 0 54 0 23 0 001 S 0 54 0 13 0 001 Fe 0 54 24 74 0 134 铁 合计0 0780 0320 096 0 0150 463 Al 0 42 2 50 100 0 011 0 010 0 006 Mn0 42 0 50 20 0 0004 0 0001 0 0005 0 42 0 50 80 0 002 Si0 42 73 00 25 0 077 0 0880 165 0 42 73 00 75 0 230 P 0 42 0 05 0 0002 S 0 42 0 03 0 0001 Fe 0 42 23 92 0 100 硅 铁 合计 0 098 0 1720 332 总计总计 0 166 0 130 0 268 0 0150 795 可以忽略 脱氧和合金化后的钢水成分如下 C Si 0 12 0 25 100 1 292 32 00 9 00 100 1 292 30 2002 00 Mn P 0 50 0 021 100 1 292 02 0093 20 80 10 100 21 92 001 0 20 00 S 0 022 100 1 292 01 00 21 00 可见 含碳量尚未达到设定值 为此需在钢包内加入焦粉增碳 加入量 W1为 第 13 页 回收率 量 焦炭含 钢水量 12 06 10 1 CC W kg6 00 75 0 581 1 292 4 00 焦炭生成产物如下表 2 16 表 2 16 焦炭生成产物 碳烧损量 kg 耗氧量 kg 气体量 kg 成渣量 kg 碳入钢量 kg 0 06 81 5 5 0 012 0 0320 044 0 06 0 58 5 52 0 047 0 06 12 40 0 007 0 06 81 50 7 5 0 037 系 CO H2O 和挥发份之总和 未挥发份燃烧的影响 由此可得冶炼过程 即脱氧和合金化后 的总物料平衡表 2 17 表 2 17 总物料平衡表 收 入 支 出 项目重量 kg 项目重量 kg 铁 水 88 1975 19钢水92 24 91 41 0 795 0 03 2 78 60 废 钢11 81 10 07炉渣11 89 11 61 0 268 0 007 10 13 石 灰 5 88 5 01炉气10 33 10 26 0 015 0 047 8 80 萤 石 0 44 0 37喷溅0 880 75 轻烧白 云石 2 201 88烟尘1 321 13 炉 衬 0 260 22渣中 铁珠 0 690 59 氧 气 7 49 7 33 0 133 0 032 6 39 锰 铁0 540 46 硅 铁0 420 36 焦 粉 0 060 05 合合 计计117 29100 00合计117 35100 00 可以近似认为 0 133 0 032 之氧量系出钢时钢水二次氧化带入 计算误差 117 29 117 35 117 29 0 05 第 14 页 2 2 热平衡计算 2 2 1 计算所需原始数据 计算所需基本原始数据有 各种入炉料及产物的温度 表 2 18 物理平 均热容 表 2 19 反应热效应 表 2 20 溶入铁水中的元素对铁熔点的 影响 表 2 21 其他数据参照物料平衡选取 表 2 18 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 1250 2525与钢水相同14501450 纯铁熔点为 1535 表 2 19 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 g K 0 7450 699 1 0470 996 熔化潜热 kJ kg 218 272 209 209 209 液态或气态平均热容 kJ kg K 0 8730 8871 248 1 137 表 2 20 炼钢温度下的反应热效应 组 元化学反应 kJ kmol kJ kg 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 238299 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 4CaO P2O5 成渣反应 693054 4880 CaCO3CaCO3 CaO CO2 分解反应1690501690 MgCO3MgCO3 MgO CO2 分解反应1180201405 表 2 21 溶入铁中的元素对铁熔点的降低值 元 素 CSiMn PSAlCrN 第 15 页 H O 在铁中的极 限溶解度 65797580859010 0 18 5 无 限 2 80 1 8 35 0 无 限 溶入 1 元 素使铁熔点 的降低值 85302531 5 氮 氢 氧 溶入使铁熔 点的降低值 6 适用含量范 围 1 0 1 02 02 53 03 54 0 3 15 0 7 0 08 1 18 2 2 2 计算步骤 以 100Kg 铁水量为基础 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 现根据纯铁熔点 铁水成分以及溶入元素对铁熔点 的降低值 表 2 18 2 1 和 2 21 计算铁水熔点 Tt 然后由铁水温度和生 铁比热 表 2 18 和 2 19 确定 Qw Tt 1536 4 2 100 0 8 8 0 6 5 0 2 30 0 035 25 6 1094 Qw 100 0 745 1094 25 218 0 837 1250 1094 114500 00kJ 2 元素氧化热及成渣热 Qy 由铁水中元素氧化量和反应热效应 表 2 20 可以算出 其结果列于表 2 22 表 2 22 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 699 11639 43052 66Fe Fe2O3 0 424 6460 2739 04 C CO20 411 34834 14316 77P P2O50 180 18980 3416 40 Si SiO20 800 29202 23361 60P2O5 4CaO P2O5 0 422 4880 2059 36 Mn MnO 0 420 6594 2769 48SiO2 2CaO SiO2 1 934 1620 3133 08 Fe FeO 0 837 4250 3557 25 合 计 Qy 98405 64 第 16 页 3 烟尘氧化热 Qc 由表 2 4 中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可 得 Qc 1 5 75 56 72 4250 20 112 160 6460 5075 36 kJ 4 炉衬中碳的氧化热 Ql 根据炉衬蚀损量及其含碳量确定 Ql 0 3 14 90 11639 0 3 14 10 34834 586 25 kJ 故热收入总值为 Qs Qw Qy Qc Ql 218567 25 kJ 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 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 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 最后由钢水量和热容算出物理热 Tg 1536 0 09 65 0 18 5 0 020 30 0 021 25 6 1520 式中 0 10 0 18 0 020 和 0 021 分别为终点钢水 C Mn P 和 S 的含 量 Tz 1520 50 50 70 1690 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 温降和过热度 Qg 90 348 0 699 1520 25 272 0 837 1690 1520 131844 38kJ 2 炉渣物理热 Qr 令终渣温度与钢水温度相同 则得 Qr 13 043 1 248 1690 25 209 29828 29 kJ 3 炉气 烟尘 铁珠和喷溅金属的物理热 Qx 根据其数据 相应的温 度和热容确定 详见表 2 23 表 2 23 某些物料的物理热 项 目 参 数 kJ 备 注 炉气物理热11 61 1 137 1450 25 18810 81 1450 系炉气和烟尘温度 烟尘物理热1 5 0 996 1450 25 209 2442 45 渣中铁珠物理 热 0 78 0 699 1520 25 272 0 887 1690 1520 1144 88 1520 系钢水熔点 喷溅金属物理 热 1 0 699 1520 25 272 0 887 1690 1520 1467 80 合合 计计 Qx 23865 94 4 生白云石分解热 Qb 根据其用量 成分和表 2 20 所示热效应计算 之 Qb 2 5 36 40 1690 25 60 1405 2437 10kJ 第 17 页 5 热损失 Qq 其它热损失带走的热量一般占总热收入的 3 8 本 计算取 5 则得 Qq 218567 25 5 10928 36 kJ 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 19663 18 kJ 故废钢加入量 Wf 为 Wf 19663 18 1 0 699 1520 25 272 0 887 1690 1520 13 39 kg 即废钢比为 1 811 100 9 313100 9 313 热平衡计算结果列于表 2 24 7 982 100 热收入总值 废钢吸热炉渣物理热钢水物理热 热效率 若不计算炉渣带走的热量时 100 热收入总值 废钢吸热钢水物理热 热效率 69 32 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些影响 对转炉用一般生铁冶炼低碳钢来说 所用铁合金数量有限 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 表 2 24 热平衡表 收 入 支 出 项 目热 量 项 目热 量 铁水物理热114500 00 52 39钢水物理热13184