设计年产550万吨转炉炼钢车间,产品板材.doc

学院 UNIVERSITY 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计 论文 题目 设计一座年产设计 论文 题目 设计一座年产 550550 万吨良坯的转炉车间 万吨良坯的转炉车间 产品以板坯为主产品以板坯为主 学生姓名 学生姓名 学学 号号 2009 专业班级 专业班级 09 冶金冶金 班班 学学 部 材料化工部部 材料化工部 指导教师 指导教师 赵赵 2012 年 05 月 31 日 河北理工大学信息学院 摘 要 现代转炉炼钢要求采用大型 连续 高效设备先进生产工艺 布局合理 管理先进 节约能耗 减少污染 降低投资成本 本设计主要任务是设计一座年产 550 万吨良坯的转炉炼钢车间 设计从物 料平衡和热平衡计算开始 主要包括以下几部分 物料平衡和热平衡计算 转 炉炼钢车间设计 连铸设备的选型及计算 炉外精炼设备的选型与工艺布置以 及炼钢车间烟气净化系统等 其中的重点和核心是转炉炼钢车间设计 本车间 的炉外精炼采用了 LF 精炼方式 本车间的浇注方式为全连铸 最终产品为板坯 转炉的原料供应主要有铁水 废钢以及其它一些辅助材料 关键词 顶底复吹转炉 氧枪 车间设计 连铸 Abstract I Abstract With the rapid development of iron steel industry now days modern steel plants require adopting long scale continuous and high efficient equipment advanced management It should save energy and make less pollution and reduce the investment cost This workshop is designed to produce 5500 thousand tons qualities ingots the design starting from the material balance calculations including the following components basic material balance and heat balance calculation converter steelmaking plant design selection and calculation of continuous casting equipment Refining outside the furnace equipment selection and proces arrangement and steel workshop flue gas purification system etc One of the focus and core is steelmaking plant design The workshop adopted the LF refining refining means This workshop pouring way is full continuous casting the final product is the slab The main materials supply of Converter are the molten iron scrap steel and other auxiliary materials Keywords examination system automatic test paper database genetic algorithm 目录 II 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 物料平衡计算 1 1 1 计算原始数据 1 1 2 物料平衡基本项目 2 1 3 计算步骤 2 第二章 热平衡计算 13 2 1 计算所需原始数据 13 2 2 计算步骤 14 第三章 转炉炉型设计及计算 18 3 1 转炉炉型及其选择 18 3 2 转炉熔池尺寸的确定 19 3 3 炉帽尺寸的确定 21 3 4 炉容比及炉身尺寸的确定 22 3 5 出钢口尺寸的确定 22 3 6 炉衬厚度的确定 23 3 7 炉壳钢板材质与厚度的确定 24 3 8 高径比的验算 25 第四章 转炉氧枪设计及相关参数计算 26 4 1 喷头主要参数计算公式 26 4 2 250T转炉氧枪喷头尺寸计算 27 4 3 250T转炉氧枪枪身尺寸计算 29 4 4 中心氧管管径 30 第五章 连铸设备的选型及计算 31 5 1 连铸机的选型 31 5 2 连铸机的主要工艺参数 31 5 2 1 钢包允许的最大浇注时间 31 5 2 2 铸坯断面 31 5 2 3 拉坯速度 32 5 2 4 连铸机的流数 33 5 2 5 铸坯的液相深度和冶金长度 34 5 2 6 弧形半径 按经验公式确定 35 5 3 连铸机生产能力的确定 35 5 3 1 连铸机与炼钢炉的合理匹配和台数的确定 35 5 3 2 连铸浇注周期计算 36 5 3 3 连铸机的作业率 36 5 3 4 连铸坯收得率 37 5 3 5 连铸机生产能力的计算 37 第六章 转炉炼钢车间设计及计算 40 目录 III 6 1 转炉车间组成与生产能力计算 40 6 1 1 转炉车间组成 40 6 1 2 转炉容量和座数的确定 40 6 2 转炉车间主厂房工艺布置 41 6 2 1 原料跨间布置 42 6 2 2 炉子跨布置 42 6 2 3 浇注跨布置 45 6 3 原材料供应设计和计算 47 6 3 1 铁水供应和预处理 47 6 3 2 废钢的供应 49 6 3 3 散状材料的供应 49 6 3 4 铁合金的供应 50 第七章 炉外精炼设备与工艺布置 52 7 1 炉外精炼技术的选择 52 7 2 钢水吹氩搅拌 52 7 3 喂丝 52 7 4 LF 精炼炉 52 第八章 炼钢车间烟气净化系统的选择 54 8 1 转炉烟气净化方法 54 8 2 烟气净化系统 54 8 3 烟气净化系统主要设备 54 结 论 55 参考文献 56 谢 辞 57 注 释 58 附 录 59 注 释 55 附 录 55 河北联合大学轻工学院 0 第一章第一章 物料平衡计算物料平衡计算 1 1 计算原始数据计算原始数据 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 造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分 脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率 其他工艺参数 根据要求 所冶炼钢种为 钢种 铁水 废钢和终点钢水成分按要求制得 表 1 1 如下 铁水成分 钢种等要求都是按照任务书中要求 表 1 1 钢种 铁水 废钢和终点钢水的成分设定值 CSiMnPS 钢种 Q235A 设 定值 0 18 0 250 55 0 045 0 050 铁水设定值4 1750 4300 5320 2700 032 废钢设定值0 180 250 550 0300 030 终点钢水设 定值 0 10痕迹0 1600 0270 019 原材料成分见表 1 2 铁合金成分及其回收率见表 1 3 其他工艺参数设定值见表 1 4 表 1 2 原材料成分 Ca O SiO 2 MgO Al2 O3 Fe2 O3 CaF 2 P2 O5 SCO2H2OC灰分 挥发 分 石灰 88 00 2 502 60 1 5 0 0 50 0 1 0 0 064 640 10 萤石 0 3 0 5 500 60 1 6 0 1 50 88 0 0 0 9 0 0 101 50 成 分 含 量 类 别 成 分 含 量 类 别 第一章 物料平衡计算 1 生白云 石 36 0 0 8025 901 0 0 36 3 0 炉衬 1 3 0 2 9078 801 2 0 1 6014 2 0 焦碳 0 5881 50 12 405 52 CSiMnAlPSFe 硅铁 73 00 7 5 0 50 8 0 2 50 00 05 10 0 0 03 10023 9 2 1 00 锰铁6 60 90 0 50 7567 8 8 0 0 23 10 0 0 13 10024 7 4 1 00 1 2 物料平衡基本项目物料平衡基本项目 物料平衡的收入项有 铁水 废钢 熔剂 石灰 萤石 轻烧白云石 氧 气 炉衬蚀损和铁合金 支出项有 钢水 炉渣 烟尘 渣中铁珠 炉气以及 喷溅 1 3 计算步骤计算步骤 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 量经计算后分别列于表 1 5 表 1 7 总渣量及其成分如表 1 8 所示 表 1 5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量 元反应产物元素氧化量 kg耗氧量 kg产物量 kg备注 成 分 含 量 回 收 率 类 别 河北联合大学轻工学院 2 素 C CO 4 075 90 3 6674 8898 556C C CO2 4 075 10 0 4081 0881 496 Si Si SiO2 0 4300 4910 921入渣 M n Mn MnO 0 3720 1080 480入渣 P P P2O5 0 2430 3140 557入渣 S SO2 0 013 1 3 0 0040 0040 008S S CaO CaS O 0 013 2 3 0 009 0 005 0 021入渣 Fe FeO 0 734 56 72 0 5710 1630 734入渣Fe Fe Fe2O3 0 416 112 160 0 2 91 0 1250 416入渣 合计5 9997 459 成渣量3 129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 1 6 炉衬蚀损的成渣量 成渣组分 kg气态产物 kg耗氧量 kg炉衬 蚀损 量 kg CaOSiO2MgO Al2O 3 Fe2O 3 C COC CO2 C CO C O2 0 3 0 00 4 0 00 9 0 23 6 0 0040 005 0 3 14 90 28 12 0 088 0 3 14 10 44 12 0 015 0 062 合计0 2580 1030 062 表 1 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 CaO Mg O SiO 2 Al2O 3 Fe2O 3 P2O5CaS CaF 2 H2 O CO 2 O2 萤 石 0 5 0 00 2 0 00 3 0 02 8 0 0080 008 0 00 5 0 0 01 0 44 0 0 0 05 生 白 云 石 2 5 0 91 0 0 64 0 0 02 0 0 025 0 9 05 石 灰 3 1 84 3 18 1 0 08 3 0 08 0 0 0480 016 0 00 3 0 0 04 0 0 03 0 1 48 0 00 第一章 物料平衡计算 3 1 合计 2 90 1 0 72 6 0 12 8 0 0810 024 0 00 8 0 0 05 0 44 0 0 0 08 1 0 53 0 00 1 成渣量8 442 1 石灰石加入量计算如下 由表 1 5 表 1 7 可知 渣中已含 CaO 0 016 0 004 0 002 0 910 0 900kg 渣中已含 SiO2 0 921 0 009 0 028 0 020 0 978kg 因设定终渣碱度 R 3 5 则石灰加入量为 R SiO2 CaO CaO 石灰 R SiO2 石灰 2 523 88 0 3 5 2 5 3 184kg 2 石灰石中 Ca 含量 石灰石中 S CaS 自耗的 CaO 量 3 有 CaO 还原出来的氧量 计算方法同表 1 7 的注 表 1 8 总渣量及其成分 炉 渣 成 分 Ca O SiO2 Mg O Al2O 3 MnOFeO Fe2O 3 CaF2 P2O 5 Ca S 合 计 元 素 氧 化 成 渣 量 kg 0 92 1 0 480 730 416 0 57 7 0 0 21 3 12 9 石 灰 成 渣 量 kg 3 1 81 0 08 0 0 08 3 0 0480 016 0 00 3 0 0 04 3 41 5 炉 衬 蚀 损 成 渣 量 0 0 04 0 00 9 0 23 6 0 0040 005 0 25 8 河北联合大学轻工学院 4 kg 生 白 云 石 成 渣 量 kg 0 9 10 0 02 0 0 64 0 0 025 1 59 5 萤 石 成 渣 量 kg 0 0 02 0 02 8 0 00 3 0 0080 008 0 44 0 0 00 5 0 0 01 0 49 5 总 渣 量 kg 4 0 97 1 05 8 0 96 2 0 0850 480 0 73 4 0 445 0 44 0 0 56 5 0 0 26 8 89 2 质 量 分 数 46 08 11 9 0 10 8 2 0 965 408 255 004 956 35 0 2 9 10 0 0 总渣量计算如下 元素氧化成渣量由表 1 5 得到 石灰成渣量由表 1 7 取得 除 FeO 和 Fe2O3 以外渣量为 4 097 1 058 0 962 0 085 0 480 0 440 0 565 0 026 7 71kg 又由表 1 4 得 终渣 FeO 15 所以总量为 7 713 86 75 8 892kg 因此 FeO 8 892 8 25 0 734kg Fe2O3 8 892 5 0 16 0 005 0 008 0 416kg 第二步 计算氧气消耗量 氧气实际消耗量为消耗项与供入项之差 如下表 1 9 所示 表 1 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 1 5 7 459 铁水中 S 与 CaO 反应还原出 的氧化量 表 3 5 0 005 炉衬中碳氧化耗氧量 表 1 6 0 062 石灰中 S 与 CaO 反应还原出 的氧化量 表 3 7 0 001 第一章 物料平衡计算 5 烟尘中铁氧化耗氧量 表 1 4 0 340 炉气自由氧含量 表 1 10 0 060 合计 7 921 合计 0 006 7 921 0 005 0 064 7 980 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 SO2 CO2 和 H2O 可由 表 1 5 表 1 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 Vg 0 5 V 1 99 22 4 32 GS 0 5 V VX V 99Vg 0 7GS VX 98 50 式中 Vg CO CO2 SO2 和 H2O 各组分总体积 8 233m3 GS 不计自由氧的氧气消耗量 7 861kg VX 铁水与石灰中的 S 与 CaO 反应还原出的氧量 其质量为 0 006kg 见表 3 9 m3 0 5 炉气中自由氧含量 99 由氧气纯度为 99 转换得来 V 99 8 233 0 7 7 861 0 006 98 51 8 330 m3 所以炉气自由氧含量 8 330 0 5 0 042m3 质量 0 042 32 22 4 0 06kg N2 体积系炉气总体积与其它成分的体积之差 重量为 0 056 28 22 4 0 07kg 表 1 10 炉气量及其成分 炉气成分炉气量 kg体积 m3体积分数 CO8 6448 644 22 4 28 6 91 5 83 00 CO22 5642 564 22 4 44 1 30 5 15 66 SO20 0080 008 22 4 64 0 00 3 0 05 H2O0 0080 008 22 4 18 0 01 0 0 12 O20 0600 0420 50 N20 0700 0560 67 合计11 3548 330100 00 河北联合大学轻工学院 6 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 5 999 1 50 75 56 72 20 112 160 1 8 892 6 91 382kg 据此 可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表 1 11 表 1 11 未加入废钢时物料平衡表 收入支出 项目质量 kg 项目质量 kg 铁水100 0087 4钢水91 3879 70 石灰3 1842 78炉渣8 8927 76 萤石0 500 44炉气11 3549 90 生白云石2 502 18喷溅1 000 87 炉衬0 300 26烟尘1 501 31 氧气7 986 94渣中铁珠0 530 46 合计114 46100 00合计114 66100 00 注 计算误差为 114 46 114 66 114 46 100 0 17 误差在允许范围内 说明结果是合理可取的 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 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 制得表 1 12 再将其与表 1 11 归类合并 遂 得加入废钢后的物料平衡表 1 13 和表 1 14 由后面的热平衡计算 可得出加入废钢量为铁水量的 14 55 即废钢比为 12 70 由此按表 1 1 数据 计算所的表 1 12 如下 表 1 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 进入钢 中量 kg C CO 14 55 0 18 90 0 0 24 0 032 0 056 入气 C C CO2 14 55 0 18 10 0 0 03 0 008 0 011 入气 Si Si SiO2 14 55 0 25 0 0360 0410 077 Mn Mn Mn O 14 55 0 55 0 080 0250 105 P P P2O5 14 55 0 030 0 00440 0440 0484 S S SO2 14 55 0 030 1 3 0 00 00150 003 第一章 物料平衡计算 7 015入气 S CaO CaS O 18 16 0 011 2 3 0 0 009 0 0005 0 002 CaS 合计 0 1500 151 14 55 0 150 1 4 4 成渣量 kg0 232 表 1 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 0077 42钢水 91 38 14 4 10 5 78 81 77 废钢14 5511 27炉渣 8 892 0 232 9 124 7 05 石灰3 1842 47炉气 11 354 0 07 1 1 424 8 83 萤石0 500 39喷溅1 000 77 轻烧生白云石2 501 94烟尘1 501 16 炉衬0 300 23 渣中铁 珠 0 530 42 氧气 7 980 0 151 8 131 6 28 合计129 16100 00合计129 36 100 0 0 上表中 由表 1 9 得 实际耗氧量 7 980kg 所以 氧气量 7 980 0 151 8 131kg 钢水量 91 38 14 4 105 78kg 其他数据均由前面列出的表中取得 计算误差 误差 129 16 129 36 129 16 100 0 15 误差在允许范围内 说明结果可取 在列表 1 14 时 由后面热平衡计算所得 可知废钢比 12 70 按铁水量 河北联合大学轻工学院 8 100kg 进行计算 则可得 废钢量 12 70kg 再按照 100kg 铁水 废钢 为基础 进行计算 其中比例皆出自表 1 13 则可得 合计总量 12 70 11 27 112 69kg 铁水量 112 69 77 42 87 24kg 石灰量 112 69 2 47 2 78kg 萤石量 112 69 0 39 0 44kg 轻烧生白云石量 112 69 1 94 2 19kg 炉衬量 112 69 0 23 0 26kg 氧气量 112 69 6 28 7 08kg 根据误差 0 15 进行计算 可得 支出总量 112 69 112 69 0 15 112 86kg 按照表 1 13 中的比例进行计算支出表中其他项 计算过程同上计算收入项 过程 将所得数据列入表 1 14 如下 表 1 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87 2477 42钢水92 29 81 7 7 废钢12 7011 27炉渣7 967 05 石灰2 782 47炉气9 978 83 萤石0 440 39喷溅0 870 77 轻烧生白云石2 191 94烟尘 1 31 1 16 炉衬0 260 23渣中铁珠0 460 42 氧气7 086 28 合计112 69100 00合计112 86 100 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 1 1 和铁合金成分及其回收率 表 1 3 算出 铬铁 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 1 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 WMn Mn 钢种 Mn 终点 锰铁中 Mn 含量 Mn 回收率 钢水 量 查表 1 1 表 1 3 和表 1 14 可得 WMn 0 55 0 16 67 80 80 92 29 0 66kg 第一章 物料平衡计算 9 硅铁加入量 WSi 为 WSi Si 钢种 Si 终点 加锰铁后的钢水量 Si FeMn 硅铁中的 Si 含量 Si 回收率 查表 1 1 表 1 3 并根据下表 1 15 进行计算 可得 WSi 0 25 0 92 29 0 53 0 002 73 00 75 0 42kg 表 1 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 C 0 62 6 60 10 0 004 0 010 0 015 CO2 0 62 6 60 90 0 037 Mn 0 62 67 80 20 0 084 0 0240 108 0 62 67 80 80 0 335 Si 0 6 0 50 25 0 001 0 0010 002 0 62 0 50 75 0 002 P 0 62 0 23 0 0 01 S 0 62 0 13 0 0 01 Fe 0 62 24 74 0 154 锰 铁 合 计 0 0890 0350 1100 0150 530 Al 0 42 2 50 100 0 011 0 0100 021 Mn 0 42 0 50 20 0 0004 0 00010 001 0 42 0 50 80 0 002 Si 0 42 73 00 20 0 077 0 0880 165 0 42 73 00 75 0 230 P 0 42 0 05 0 0 002 S 0 42 0 03 0 0 001 Fe 0 42 23 92 0 100 硅 铁 合 计 0 0880 0980 1870 332 总计0 1770 1330 2820 0150 862 钢水 92 29 0 862 93 15kg C 0 10 0 037 93 15 100 0 14 河北联合大学轻工学院 10 Si 0 002 0 230 93 15 100 0 25 Mn 0 180 0 334 0 002 100 0 55 P 0 02 0 001 0 0001 93 15 100 0 021 S 0 021 0 001 93 15 100 0 022 可见 含碳量尚未达到设定值 为此需在钢包内加焦粉增碳 其加入量 W1 为 W1 0 18 0 14 钢水量 焦碳中的 C 含量 C 回收率 0 04 92 26 81 50 75 0 06kg 焦粉生成的产物如下表 1 16 所示 在下表中 气体量为 CO2 H2O 和挥发分的总和 未计算挥发分燃烧的影响 表 1 16 焦粉生成产物表 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 50 25 0 0 012 0 03 2 0 047 0 04 12 40 0 007 0 06 81 50 75 0 037 由此可得冶炼过程 即脱氧和合金化后 的总物料平衡表 1 17 如下 表 1 17 总物料平衡表 收 入支 出 项目质量 kg 项目质量 kg 铁水87 2476 69钢水93 1981 40 废钢12 7011 16炉渣 8 249 7 96 0 007 0 282 7 20 石灰2 782 44炉气 10 412 10 35 0 015 0 047 9 09 萤石0 440 39喷溅0 870 76 轻烧生 白云石 2 191 93烟尘1 311 14 炉衬0 260 23 渣中铁 珠 0 460 41 氧气 7 2456 37 第一章 物料平衡计算 11 0 032 0 133 7 08 锰铁0 530 47 硅铁0 3320 29 焦粉 0 040 03 合计113 76100 00合计114 49100 上表中数据均由前面表中数据取得或计算所得 计算方法同表 1 13 表 1 14 计算方法 不再赘述 计算误差 误差 113 76 114 49 113 76 100 0 64 误差在允许范围内 说明所得物料平衡数据可取 以上为本次设计的物料平衡的计算过程和结果 河北联合大学轻工学院 12 第二章第二章 热平衡计算热平衡计算 2 1 计算所需原始数据计算所需原始数据 计算所需基本原始数据有 各种入炉料及产物的温度 物料平均热容 反 应热效应 熔入铁水中的元素对铁熔点的影响 其他数据参照物料平衡选取 各种入炉料及产物的温度见表 2 1 如下 铁水的温度根据任务书中要求 获得 表 2 1 入炉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 13702525 与钢水相 同 14501450 纯铁熔点为 1536 物料平均热容见表 2 2 如下 表 2 2 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 kg K 10 7450 6991 0470 996 熔化潜热 kJ kg 1218272209209209 液态或气态平均热容 kJ kg K 1 0 8370 8371 248 1 13 7 反应热效应见表 2 3 如下 表 2 3 炼钢温度下的反应热效应 组元化学反应 H kJ kmol 1 H 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 1176563 18980 第二章 热平衡计算 13 氧化反应 Fe Fe 1 2 O2 FeO 氧化反应 238229 4250 Fe 2 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 CaCO3 CaCO3 CaO CO2 分解反应 1690501690 MgCO 3 MgCO3 MgO CO2 分解反应 1180201405 熔入铁水中的元素对铁熔点的影响见表 2 4 如下 表 2 4 熔入铁水中的元素对铁熔点的降低值 元素CSiMnPS A l Cr N H O 在铁水中 的极限溶 解度 5 41 18 5 无 限 2 8 0 1 8 3 5 0 无 限 熔入 1 元 素使铁熔 点降低值 65707580859010085 3 0 253 1 5 氦 氢 氧熔入使 铁熔点的 降低值 6 适用含量 范围 1 1 0 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 3 15 0 7 0 0 8 1 18 2 2 计算步骤计算步骤 以 100kg 铁水为基础 第一步 计算热收入 Qs 河北联合大学轻工学院 14 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 铁水成分以及熔入元素对铁熔点 的降低值计算铁水的熔点 Tt 其根据是表 2 1 表 1 1 和表 2 4 然后由铁水 温度和生铁热容确定 Qw 所需数据由表 2 1 和表 2 2 查得 铁水熔点 Tt 1536 4 3 100 0 8 8 0 64 5 0 2 30 0 035 25 6 1084 铁水物理热 Qw 100 0 745 1084 25 218 0 837 1370 1084 114600 00kJ 2 元素氧化热及成渣热 Qy 根据表 2 3 中的数据 由铁水中的元素氧 化量和反应热效应可以算出 其结果列于表 2 5 如下 表 2 5 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 CO 3 780 11639 43995 4 2 Fe Fe2O30 426 6460 2751 96 C CO20 42 34834 14630 28P P2O5 0 180 18980 3416 4 0 Si SiO2 0 800 29202 11972 8 2 P2O5 4CaO P2O50 422 4880 2059 36 Mn MnO0 448 6594 2954 11SiO2 2CaO SiO21 934 1620 3133 08 Fe FeO0 841 4250 3574 25合计 Qy99876 46 3 烟尘氧化热 Qc 由表 1 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 35kJ 4 炉衬中石灰的氧化热 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 25kJ 所以热收入总值为 Qs Qw Qy Qc Ql 114600 00 99876 46 5075 35 586 25 220138 06kJ 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 后者约为 3 5 min 具体时间 第二章 热平衡计算 15 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 钢水熔点 Tg 1536 0 10 65 0 18 5 0 020 30 0 021 25 6 1520 式中 0 10 0 159 0 028 0 019 分别是终点钢水中 C Mn P 和 S 的含量 出钢温度 Tz 1520 50 50 70 1690 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 钢水物理热 Qg 90 251 0 699 1521 25 272 0 841 1690 1520 131764 20kJ 2 炉渣物理热 Qr 令终渣温度与钢水温度相同 则得 炉渣物理热 Qr 13 066 1 248 1690 25 209 29880 90kJ 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 具体情况见表 2 6 如下 表 2 6 某些物料的物理热 项 目参数 kJ备 注 炉气物理热 11 58 1 137 1450 25 18762 21 1450 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 0 78 0 699 1520 25 272 0 841 1690 1520 1138 78 1520 系钢水熔点 喷溅金属物理 热 1 0 699 1520 25 241 0 837 1690 1520 1459 98 合计Qx 23803 22 4 生白云石分解热 Qb 根据其用量 成分和表 2 3 所示的热效应计算所 得 生白云石分解热 Qb 2 5 36 40 1690 25 60 1405 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 则可得 Qq 215035 66 5 10751 78kJ 6 废钢吸热 Qf 用于加热废钢的热量是剩余热量 即 Qf Qs Qg Qr Qx Qb Qq 220138 06 131764 20 29880 90 23817 34 2437 10 11006 90 21231 62kJ 所以 废钢加入量 Wf 为 河北联合大学轻工学院 16 Wf 21231 62 1 0 669 1520 25 272 0 841 1690 1520 14 55kg 即废钢比为 14 55 100 14 55 100 12 70 将热平衡计算结果列于表 2 7 如下 由此可计算热效率 热效率 钢水物理热 炉渣物理热 废钢吸热 热收入总量 100 Qg Qr Qf Qs 100 133650 77 18808 74 26517 89 215035 66 100 83 23 若不计算炉渣带走的热量在内时 热效率 钢水物理热 废钢吸热 热收入总量 100 Qg Qf Qs 100 131764 20 21231 62 220138 06 100 69 50 表 2 7 热平衡表 收 入支 出 项 目热量 kJ 项 目热量 kJ 铁水物理 热 114600 0035 8钢水物理热131764 2059 9 元素氧化 热和成渣 热 99876 4631 2炉渣物理热29880 9013 6 其中 C 氧 化 58625 7018 4废钢吸热21231 629 6 Si 氧化23361 607 3炉气物理热18762 218 5 Mn 氧化2954 110 9烟尘物理热2442 451 1 P 氧化3416 401 1渣中铁珠物理热 1138 780 5 Fe 氧化6146 211 9喷溅金属物理热1459 980 7 SiO2成渣3133 081 0 轻烧白云石分解 热 2437 101 1 P2O5成渣2059 360 6热损失11006 905 0 烟尘氧化 热 5075 351 6 炉衬中碳 的氧化热 586 250 2 合 计319834 5100 00合 计220124 1100 00 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 热收入部分约占总热收入的 0 8 1 0 热支出部分约占总热支出的 第二章 热平衡计算 17 0 5 0 8 二者基本持平 河北联合大学轻工学院 18 第三章第三章 转炉炉型设计及计算转炉炉型设计及计算 3 1 转炉炉型及其选择转炉炉型及其选择 转炉由炉帽 炉身 炉底三部分组成 转炉炉型是指由上述三部分组成的 炉衬内部空间的几何形状 由于炉帽和炉身的形状没有变化 所以通常按熔池 形状将转炉炉型分为筒球型 锥球型和截锥型三种 炉型的选择往往与转炉的 容量有关 1 筒球型 熔池由球缺体和圆柱体两部分组成 炉型形状简单 砌筑方 便 炉壳容易制作 我国最新新颁布的 YB 9058 92 炼钢工艺设计技术规定 提出 150t 的转炉采用筒球型死炉底 2 锥球型 熔池由球缺体和倒截锥体两部分组成 与相同容量的筒球型 比较 锥球型熔池较深 有利于保护炉底 在同样熔池深度的情况下 熔池直 径可以比筒球型大 增加了熔池反应面积 有利于去磷 硫 我国中小型转炉 普遍采用这种炉型 3 截锥型 熔池为一个倒截锥体 炉型构造比较简单 平的熔池底较球 型底容易砌筑 在装入量和熔池直径相同的情况下 其熔池最深 因此不适用 于大容量转炉 我国 30t 以下的转炉采用较多 新制订的技术规定提出 100t 转炉一般采用截锥型活炉底 图 1 转炉炉型图 根据要求 本设计为年产 550 万吨三吹二制转炉车间 1 计算年出钢炉数 N 如下 第三章 转炉炉型设计及计算 19 N 炉数 每年 3 1 1 2 1440 T T 1 3651440 T 式中 T 每炉钢的平均冶炼时间 min 炉 该数值可参考表 3 1 1 T 年有效作业天数 d 2 1440 年非生产天数 d 365 一年的日历天数 d 转炉作业率 如下公式 100 100 365 2 T 365 365 3 T 转炉与连铸机相配合 全连铸时 80 90 本车间取 85 T 按表 3 1 取 40min 1 则 N 11169 炉 年 40 853651440 表 3 1 氧气转炉平均冶炼时间 公称容量 t153050 100 1 20 150200250300 平均供氧时间 min 12 1 4 14 1 5 15 1 6 16 18 18 1 9 19 2 0 20 2 1 21 2 2 平均冶炼时间 min 25 2 8 28 3 0 30 3 3 33 36 36 3 8 38 4 0 40 4 2 42 4 5 2 转炉公称容量 车间年产钢水量 nNq 3 2 式中 n 车间吹炼炉座数 本设计中经常吹炼转炉座数为两座 采用三吹二 制 q 转炉公称容量 则 q 246 2t nN 年产钢水量 111692 5500000 考虑到钢厂的发展空间 本设计中将转炉的公称容量去为 250t 炉型选择 上选择筒球型炉型 3 2 转炉熔池尺寸的确定转炉熔池尺寸的确定 转炉炉型的各部分尺寸 主要是通过总结现有转炉的实际情况 结合一些 经验公式并通过模型试验来确定 河北联合大学轻工学院 20 1 熔池直径 D 熔池直径指转炉熔池在平静状态下金属液面的直径 它 主要与金属装入量和吹氧时间有关 以下为计算熔池直径的经验公式 3 3 t G kD 式中 D 熔池直径 m G 新炉金属装入量 t 可取公称容量 K 比例系数 参照表 3 2 确定 t 平均每炉钢纯吹氧时间 min 参照表 3 3 确定 表 3 2 不同吨位下的 K 值 转炉吨位 t100备注 K1 85 2 101 75 1 851 50 1 75 大容量取下限 小容量 取上限 表 3 3 平均每炉钢冶炼时间推荐值 转炉容量 t100备注 冶炼时间 min 28 32 12 16 32 38 14 18 38 45 16 20 结合供氧强 度 铁水成 分和所炼钢 种等具体条 件确定 查表 取 K 1 6 t 20min 又已知 G 250t 则 mm5690 20 200 8 1 T G kD 2 筒球型熔池深度 h 的确定 3 4 2 3 790 0 046 0 D DV h C 熔池体积 Vc G 35 7m3 其中 7 0t m3 则 mm2059 06 5 790 0 06 5 046 0 7 35 2 3 h 熔池的穿透深度 第三章 转炉炉型设计及计算 21 h 0 36 穿 6 Tq 2o 256 0 3 5 式中 T 转炉容量 此处为 250t q 供氧强度 m t min 2o 3 6 氧枪喷头孔数 q 2 75m t min 3 6 2o min m3 吹氧时间 吨钢耗氧量t 20 55 3 则 h 1917mm 它小于熔池的深度 h 则说明熔池深度合格 穿 3 筒球型球缺体半径 R 的确定 4553mm DR9 0 3 3 炉帽尺寸的确定炉帽尺寸的确定 1 炉口直径 d 在满足顺利兑铁水和加废钢的前提下 适当减小炉口 D 直径 以减少热损失 一般炉口直径为熔池直径的 43 53 较为适宜 本炉 炉口直径为 d 48 D 48 5059 2428mm D 2 炉帽倾角 炉帽倾角 选取原则 便于炉气逐渐收缩逸出 减少炉气对炉帽衬砖的冲刷侵蚀 使 帽锥各层砖逐渐收缩 缩短砌砖的错台长度 增加砌砖的稳定性 如果角度值 过大 砌砖错台太长容易脱落 目前倾角多为 60 3 本设计取 60 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 在炉口上部 设有高度为 H 口 300 400mm 的直线段 本炉取 H 口 300mm 关于炉帽高度 有如下公式 H帽 D d tan H口 2 1 D 3 8 代入数据计算得 河北联合大学轻工学院 22 H 5059 2428 tan60 300 2600mm 帽2 1 炉帽总容积 V帽为 V帽 12 H帽 H口 D2 D d d 2 4 d2H 口 DDD 3 9 12 2 6 0 3 5 092 5 09 2 42 2 422 4 2 422 0 3 28 00m 3 在炉口处设置水箱试水冷炉口 3 4 炉容比及炉身尺寸的确定炉容比及炉身尺寸的确定 炉容比是指转炉有效容积 Vt 与公称容量 G 之比值 Vt G m3 t Vt 是炉帽 炉身和熔池三个内腔容积之和 公称容量以转炉炉役期的平均出钢量来表示 确定炉容比应综合考虑 通常 铁水比增大 铁水中 Si S P 含量高 用 矿石作冷却剂以及供氧强度提高时 为了减少喷溅或溢渣损失 提高金属收得 率和操作稳定性 炉容比要适当增大 但过大的炉容比又会使基建和设备投资 增加 对于大型转炉 由于采用多孔喷枪和顶底复吹 操作比较稳定 因此在 其他条件相同的情况下 炉容比有所减少 转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为 0 90 0 95m3 t 大转炉取下限 小转炉取 上限 本次设计中 取炉容比为 Vt G 0 90 m3 t 由选定的炉容比为 0 90 可求出炉子的总容积为 V 总 0 90 250 225m3 则可得出炉身容积 V 身 225 225 35 70 28 00 161m3 池 V 帽 V 求出炉身容积 则可算得炉身高度 H 身 4V 身 D2 4 161 5 0922 7906m 3 10 则炉型内高可算出 H 内 H 帽 H 身 h 2600 7906 2059 12565mm 3 11 第三章 转炉炉型设计及计算 23 3 5 出钢口尺寸的确定出钢口尺寸的确定 出钢口尺寸一般都设在炉帽与炉身的交界处 以使转炉出钢时其位置最低 便于钢水全部出净 出钢口的主要尺寸是中心线的水平倾角和直径 1 出钢口直径 d 出 出钢口直径决定出钢时间 随炉子容量不同而异 出钢时间通常为 2 至 8 分钟 时间缩短 即出钢口过大 难以控制下渣 且钢包内钢液静压力增长过 快 脱氧产物不易上浮 时间过长 即出钢口过小 钢液容易二次氧化和吸气 散热也大 通常按下面的公式来确定 d 出 63 1 75G 1 2 3 12 式中 G 为转炉公称容量 t 在式