年产350万吨转炉炼钢厂设计

1 西安建筑科技大学华清学院西安建筑科技大学华清学院 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350万吨连铸坯的转炉炼钢车间工 艺设计 院 系 专 业 冶金工程 学生姓名 学 号 指导教师 签名 主管院长 主任 签名 时 间 2013 年 2月 25 日 0 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350万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计 钢种 普碳钢 低合金钢 优质碳素结构钢等 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 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 炼钢节能技术思路与对策 不少于5000字 13 完成设计说明书一本 0 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2013 2 25 3 22 2 设计相关计算3 23 4 3 3 炉型 工艺 主设备设计和选择4 4 5 8 4 车间布置5 9 5 15 5 制图与翻译5 16 5 29 6 编制设计说明书5 30 6 7 7 准备答辩6 8 6 12 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 2003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 0 年产 350 万吨全连铸坯的转炉炼钢车间设计 专 业 冶金工程 姓 名 指导老师 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 350 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 1 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 结合设计任务书中普碳钢和普碳钢 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 并完成题目为炼钢节能技术思路与对策的专题 关键词 炼钢 顶底复吹 工艺流程 精炼 连铸 0 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 minuter in 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 fulfill continuous casting Finally the following process flow is choosed Pretreatment Converter LF CC On the base of the material and heat equilibrim calculation the size of steel making plant workshop span and device assign personnel placement is made A project instruction is redacted furnace 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 0 目 录 1 绪论 1 1 1 转炉冶炼原理简介 1 1 2 氧气转炉炼钢的特点 2 1 3 设计原则和指导思想 2 1 4 产品方案 3 2 氧气转炉炼钢车间 5 2 1 初始条件 5 2 2 公称容量选择 5 2 3 转炉座数的确定 5 2 4 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 6 2 5 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 6 3 转炉物料平衡和热平衡计算 8 3 1 氧气顶底复吹转炉的物料平衡和热平衡 8 3 2 热平衡计算 20 3 2 1 热平衡计算所需数据 20 3 2 2 计算步骤 21 4 氧气转炉及相关设备设计 25 4 1 炉型设计 25 4 1 1 炉型选择 25 4 1 2 主要参数的确定 25 4 2 炉衬设计 27 4 3 炉底供气构件的设计 28 4 4 转炉炉体金属构件设计 28 4 5 倾动机构 29 4 6 氧枪喷头设计 29 4 6 1 喷头设计 29 4 6 2 氧枪枪身设计 31 4 6 3 氧枪升降和更换机构 34 4 6 4 副枪设计 34 4 6 5 副枪的功能和要求 35 4 7 底部供气元件设计 36 4 7 1 底气种类 36 4 7 2 供气构件的选择 36 0 4 7 3 喷嘴数量及布置 36 5 转炉车间烟气净化和回收 37 5 1 烟气量的计算 37 5 2 烟气净化系统类型的选择 38 5 3 烟气净化系统主要设备的选择 39 5 4 含尘污水处理 40 6 转炉炼钢的生产制度 41 6 1 主要原材料的技术要求 41 6 1 1 金属料 41 6 1 2 造渣材料 42 6 1 3 氧化剂 43 6 2 装料制度 44 6 3 供氧制度 45 6 3 1 供氧制度主要工艺参数 45 6 3 2 氧枪操作 45 6 4 造渣制度 46 6 4 1 采用单双渣操作 47 6 4 2 各种渣料用量计算及加 47 6 4 3 炉渣调整 48 6 5 温度制度 49 6 6 终点控制与出钢 50 6 7 脱氧合金化 51 6 7 1 脱氧合金化操作 51 6 7 2 影响合金元素吸收率的因素 52 6 8 精炼与连铸 52 7 连铸车间的设计 54 7 1 连铸机机型的选择 54 7 2 连铸机的主要工艺参数 54 7 2 1 钢包允许的最大浇注时间 54 7 2 2 铸坯断面 54 7 2 3 拉坯速度 54 7 2 4 连铸机的流数 56 7 2 5 铸坯的液相深度和冶金长度 56 7 2 6 弧形半径 56 7 3 连铸机生产能力的确定 57 7 3 1 理论小时产量 57 0 7 3 2 连铸机的平均年产量 57 7 3 3 连铸机台数的确定 57 7 4 结晶器的设计 58 7 4 1 结晶器的长度 58 7 4 2 结晶器断面尺寸 58 7 4 3 结晶器铜壁厚度 58 7 4 4 结晶器锥度 58 7 4 5 结晶器拉坯阻力 59 7 5 二次冷却装置 59 7 6 拉坯矫直装置及引锭装置 59 7 7 钢包 60 7 8 中间包 62 8 炼钢车间其它设备的选择与计算 63 8 1 渣罐车 63 8 1 1 渣罐车型号的选取 63 8 1 2 渣罐车数量的确定 63 8 2 混铁车 63 8 3 铁水罐 64 8 4 废钢供应系统 64 8 4 1 转炉车间昼夜所需废钢量 64 8 4 2 废钢贮仓容积或堆放场地所需面积计算 64 8 4 3 废钢料斗容量及数量 65 8 5 散装材料供应系统 65 8 5 1 地面料仓容积和数量的确定 65 8 5 2 上料方式的选择 66 8 5 3 高位料仓容积和数量的确定 66 8 6 钢包的其他工艺参数 67 8 7 起重机的选用 68 9 转炉车间的组成 类型和主厂房尺寸 69 9 1 车间组成 69 9 2 主厂房主要尺寸的确定 69 9 2 1 加料跨 69 9 2 2 炉子跨 71 9 2 3 浇铸跨 75 10 炼钢车间人员编制 78 11 炼钢车间经济指标 82 参考文献 83 致 谢 84 0 1 绪 论 1 1 转炉冶炼原理简介 1 转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里 使杂质硅 锰等氧化 在氧化的过 程中放出大量的热量 含 1 的硅可使生铁的温度升高 200 摄氏度 可使炉 内达到足够高的温度 因此转炉炼钢不需要另外使用燃料 氧气转炉生产的主 要原材料是铁水 大多数情况下铁水由高炉攻击 而高炉的原材料是铁矿石 转炉生产出来的产品是钢坯 或钢锭 他们还不是最终成品 而必须经由轧 钢机轧制成各种类型和规格的钢板 型钢和钢管等最终产品 提供给市场 因 此 氧气转炉不可能独立存在 它必须前有炼铁 后有轧钢 共同组成一个钢 铁生产的联合体 我们称这样的生产模式为钢铁联合企业 从化学成分来看 刚和生铁都是铁碳合金 并还有 Si Mn S P 等元素 由于 C 和其他元素的含量不同 所形成的组织不同 因而性能也不一样 根据 Fe C 相图 C 含量在 0 0218 2 11 之间的铁碳合金为钢 它的熔点在 1450 1500 C 含量在 2 11 以上的铁碳合金称为生铁 熔点在 1100 1200 C 含量在 0 0218 一下的铁碳合金称为工业纯铁 在钢中碳元素和铁元素形成 Fe3C 固熔体 随着碳含量的增加 其强度 硬度增加 而塑性和冲击韧性降 低 钢具有很好的物理 化学性能与力学性能 可进行拉 压 轧 冲 拔等 深加工 其用途十分广泛 若以生铁为原料炼钢 需氧化脱碳 钢种 P S 含量过高分别会造成钢的 冷脆 性和 热脆 性 炼钢过程应脱出 P S 钢中氧含量超过限度会加剧钢的 热脆 性 并形成大量氧化物夹杂 因而要脱出氧 钢种含有 H N 分别造成 钢的氢脆和时效性 应该降低钢中的有害气体含量 夹杂物的存在会破坏钢基 体的连续性 从而降低钢的力学性能 也应该去除 炼钢过程应提高温度达到 出钢要求 同时还要加入一定种类和数量的合金 使钢的成分达到所炼钢种的 规格 综上所述 炼钢的基本任务包括 脱碳 脱氧 脱硫 脱磷 去除有害气 体和夹杂 提高温度 调节成分 炼钢过程通过供氧 造渣 加合金 搅拌 升温等手段完成炼钢基本任务 氧气顶吹转炉炼钢过程 主要是降碳 升温 脱硫 脱磷以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程 其工艺操作原则则 是控制供氧 造渣 温度 以及加入合金材料等 以获得所要求的钢液 并浇 成合格钢坯或钢锭 1 1 2 氧气转炉炼钢的特点 与平炉 电炉炼钢法相比 氧气转炉炼钢具有生产率高 刚中气体含量低 钢的质量好等特点 氧气转炉炉内反应速度快 冶炼时间短 具有很高的生产 效率 随着转炉容量的增大 生产率进一步提高 氧气转炉钢具有以下特点 1 钢中气体含量少 2 由于炼钢主要原材料为铁水 废钢用量所占比例不大 因此 Ni Cr Mo Cu Sn 等残余元素含量低 由于钢中气体和夹杂少 具有良好 的抗时效能力 能加工变形性能和焊接性能 钢材内部缺陷少 不足之处是强 度偏低 淬火性能稍次与平炉和电炉钢 此外 氧气转炉钢的机械性能及其他 方面性能也是良好的 3 原材料消耗少 热效率高 成本低 氧气转炉的金属消耗率一般为 1100 1140kg t 比平炉稍高些 耐火材料消耗仅为平炉的 15 30 一般为 2 5kg t 由于氧气转炉是利用炉料本身的化学热和物理热 热效率高 不需外 加热源 因此燃料和动力消耗方面比平炉和电炉均低 氧气转炉的高效率和低 消耗 使钢的成本较低 4 原料适应性强 氧气转炉对原料的适应性强 不仅能吹炼平炉生铁 而且能吹炼 P 0 5 1 5 和高 P 1 5 生铁 还可以吹炼钒 钛等特殊成 分的生铁 5 基建投资少 建设速度快 氧气转炉设备简单 重量轻 所占的厂 商面积和所需要的重型设备的数量比平炉车间少 因此投资比相同产量的平炉 低 30 40 而且生产规模越大 基建投资就越省 氧气转炉车间的建设比平 炉车间快得多 氧气转炉炼钢生产比较均衡 有利于与连铸机配合 还有利于 开展综合利用 如煤气回收及实现生产过程的自动化 近年来由于氧气转炉炼钢与炉外精炼技术相结合 所炼钢种进一步扩大 目前能生产的钢种近 300 个 1 3 设计原则和指导思想 对设计的总要求是技术先进 工艺上可行 经济上合理 所以 设计应遵 循的原则和指导思想是 1 遵守国家的法律 法规 执行行业设计有关标准 规范和规定 严格把关 精心设计 2 设计中对主要工艺流程进行多方案比较 以确定最佳方案 2 3 设计中应充分采用各项国内外成熟的新技术 因某种原因暂时不上的新技 术要预留充分的可能性 所采用的新工艺 新设备 新材料必须遵循经过工业 性试验或通过技术鉴定的原则 4 要按照国家有关劳动安全 工业卫生及消防的标准及行业设计规定进行设 计 5 在学习 总结国内外有关厂家的生产经验的基础上 移植适用可行的先进 技术 6 设计中应充分考虑节约能源 节约用地 实行资源的综合利用 改善劳动 条件以及保护生态环境 1 4 产品方案 一 冶炼的钢种 代表钢号及其化学成份 本设计冶炼的钢种 代表钢号及其化学成分见表2 1所示 表1 1 冶炼的钢种 代表钢号及其化学成分 化学成分 钢 种 钢号 CSiMnPSCuAl 普 钢 Q235 0 14 0 22 0 12 0 30 0 35 0 55 0 045 0 05 0 30 钢Q275 0 28 0 38 0 15 0 35 0 5 0 8 0 045 0 05 0 30 低 合 16Mn 0 12 0 23 0 20 0 60 1 2 1 6 0 0050 0 05 0 30 合 金 钢 20Mn Si 0 17 0 23 0 40 0 70 1 3 1 6 0 045 0 045 0 30 热轧 硅钢 0 08 3 80 4 40 0 20 0 20 0 20 0 0 5 0 1 2 硅 钢 冷轧 硅钢 0 072 8 3 20 0 05 0 08 0 015 0 025 0 05 0 025 0 0 2 3 二 产品方案 本设计产品方案见表2 2所示 表 1 2 产 品 方 案 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Q235A200 万吨57 180 700mm9000mm钢板 低合金钢Q345150 万吨43 150 150mm9000mm钢板 4 2 氧气转炉炼钢车间 2 1 初始条件 拟建年产量为 350 万吨连铸坯的氧气转炉炼钢车间 相关技术参数如下 1 年产量 方坯 150 万吨 板坯 200 万吨 2 产品方案 普碳钢 低碳钢 2 2 公称容量选择 2 1 选取时炉子容量应和国家标准浇注起重机的起重能力相适应 即吊车 的起重能力必须大于转炉最大出钢量和钢包 有衬 的重量之和 并应有一定的 富余能力 参见表2 1所示确定转炉的公称容量为150t 表2 1与转炉配套的钢包容量和浇注起重机的配合 2 3 转炉座数的确定 为了减少车间内的设备互相干扰 终有固数目的炉子在吹炼 以发挥生产 潜力 炉于座数不宜太多 但必须保持年间内始本设计是使用顶底复吹转炉冶 炼 合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况 选用 二吹二 的方案 这样同时也 可以提高转炉的利用效率 减少资金的投入 项目单位数值 转炉公 称容量 t100120150220250180 最大出 钢量 t120150180220275320 钢包容 量 t120150180220275320 5 2 4 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 根据表 2 2 选取每炉钢的平均冶炼周期取 37min 平均供氧时间为 18min 表 2 2 转炉冶炼周期和吹氧时间推荐值 转炉公称吨位 t 3030 100 100备 注 冶炼周期 min28 3232 3838 45 吹氧时间 min12 1614 1816 20 结合供氧强度 铁水成分和 所炼钢种等具体条件确定 年出钢炉数 2 间炼一炉钢的平均冶炼时 年炼钢时间 2 间炼一炉钢的平均冶炼时 转炉作业率年日历时间 26142 炉 38 4 5 93651440 2 转炉作业率 取 94 5 2 5 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75 360 99 98 350 年需钢水量 平均炉产钢水量 年出钢炉数 6 代入数据得 138t 26142 3607500 平均炉产钢水量 按标准系列确定炉子的容量 故取公称容量为 150 吨 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 350 万吨 故设计选取合格 7 3 转炉物料平衡和热平衡计算 炼钢过程的物料平衡与热平能量衡计算是建立在物质和能量的基础上的 其主要目的是比较这个冶炼过程中物料 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经济技术指标提供定量依据 由于 炼钢是一个复杂的高温物理化学过程加上测试手段有限 现在还难以做到精确 测量 本章主要对转炉的物料平衡和热平衡加以计算以确定其具体参数并加以设 计 3 1 氧气顶底复吹转炉的物料平衡和热平衡 3 1 1 物料平衡计算 3 1 1 1 计算原始数据 基本数据有 冶炼钢种及其成分铁水和废钢成分 终点钢水成分 表 3 1 造渣用熔剂及炉衬等的原材料的成分 表 3 2 脱氧和合金化用铁合金的成 分及其回收率 表 3 3 其它工艺参数 表 3 4 表 3 1 钢种 铁水 废钢和终点钢水的成分设定值 注 终点钢水成分中 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 成分含量 类别 C Si Mn P S 钢种 Q235A 设定值 0 200 270 52 0 045 0 050 铁水设定值4 100 800 600 2000 035 废钢设定值0 180 250 550 0300 030 终点钢水设定值0 10痕迹0 180 0200 021 8 钢种为 Q235A 表 3 2 原材料的成分 含 量 类 别 Ca O O2 M gO Al 2O 3 Fe2 O3 Ga F2 P2O 5 S CO 2 H2 O 灰 分 挥发 分 石 灰 88 00 2 5 0 2 6 0 1 5 0 0 50 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 50 88 00 0 9 0 0 1 0 1 5 0 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 60 14 00 焦 炭 0 5 8 81 50 12 4 0 5 52 表 3 3 铁合金成分及其回收率 含量 类别 CSiMnAlPS Fe 硅铁 73 00 75 0 50 80 2 50 0 0 05 100 0 03 10023 92 100 锰铁 6 6 0 90 0 50 75 67 8 80 0 23 100 0 13 100 24 74 100 10 C 与氧生成 CO 表 3 4 其他工艺参数设定值 名称参数名称参数 9 终渣碱度 萤石加入量 生白云石加入量 炉衬侵蚀量 终渣 W FeO 含 按 W FeO 1 35 W FeO 折算 烟尘度 喷溅铁损 W GaO W SiO2 3 5 为铁水的 0 5 为铁水的 2 5 为铁水的 0 3 15 而 W Fe2O3 W FeO 1 3 即 W Fe2O3 5 W FeO 8 25 为铁水量的 1 5 其中 W FeO 为 75 W 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 N2 0 5 体积比 占总去硫量的 1 3 90 C 氧化成 CO 10 C 氧化 成 CO2 由热平衡计算来确 定 本计算结果为 铁水量的 19 43 即废钢 比为 16 27 3 1 1 2 物料平衡的基本项目 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 3 1 1 3 计算步骤 以 100kg 铁水为基础进行计算 第一步 计算脱氧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 3 5 表 3 6 表 3 7 总渣量及其成分如表 3 8 所示 第二步 计算氧气消耗量 氧气实际消耗量为消耗项与攻入项之差 见表 3 9 表 3 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 10 C CO 4 00 90 3 6004 8008 400 C C CO2 4 00 10 0 4001 0671 470 Si Si SiO2 0 8000 9101 710入渣 Mn Mn MnO2 0 4200 1200 540入渣 P P P2O5 0 1800 2300 410入渣 S SO2 0 014 1 3 0 0050 0050 010 S S CaO CaS O 0 014 2 3 0 009 0 005 0 021 CaS 入渣 Fe FeO 1 076 56 72 0 8370 2391 076入渣 Fe Fe Fe2O3 0 60 112 160 0 4240 1820 606入渣 总计6 6757 548 成渣量4 363 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 3 6 炉衬蚀损的成渣量 炉 料 蚀 成渣组分 kg气态产物 kg耗氧量 kg 11 损 量 kg CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3C OC CO2 C CO C CO2 0 3 见 表 4 0 0040 0090 2360 0040 005 0 3 14 90 28 12 0 088 0 3 14 10 4 4 12 0 015 0 3 14 90 16 12 10 3 2 12 0 062 合 计 0 2580 1030 062 表 3 7 加入溶剂成渣量 由表 3 6 表 3 7 可知 渣中已含 CaO 0 016 0 004 0 002 0 910 0 900kg 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 w SiO2 w CaO w CaO 石灰 R w SiO2 石灰 5 285 88 0 3 5 2 50 6 67kg 石灰中 CaO 含量 石灰中 S CaS 自耗的 CaO 含量 类 别 加入 量 kg 成渣组分 kg气态产物 kg s CaOMgOSiO2 Al2 O3 Fe2 O3 P2O 5 Gas GaF 2 H2 O CO 2 O2 萤 石 0 5 0 00 2 0 003 0 02 8 0 00 8 0 0 08 0 0 05 0 0 01 0 0 40 0 0 05 生 白 灰 2 5 0 91 0 0 640 0 02 0 0 02 5 0 9 05 石 灰 6 67 5 8 63 0 173 0 16 7 0 10 0 0 0 33 0 0 07 0 0 09 0 0 07 0 3 09 0 00 2 合计 6 6 75 0 816 0 21 5 0 13 3 0 0 41 0 0 12 0 0 10 0 0 40 0 0 12 1 2 14 0 00 2 成渣量8 442 12 由 CaO 还原出来的氧气 计算方法同表 3 6 注 表 3 8 总渣量及其成分 炉渣成分 CaO SiO2 MgO Al2O3MnO FeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计 元素氧化 成渣量 kg 1 7100 54 1 078 0 607 0 410 0 0214 366 石灰成渣 量 kg 5 863 0 167 0 173 0 1000 0330 007 0 0096 352 耐火材料 蚀损量 kg 0 004 0 009 0 236 0 0040 0050 258 轻烧白云 石成渣量 kg 0 910 0 020 0 640 0 0251 595 萤石成渣 量 kg 0 002 0 028 0 003 0 0080 008 0 440 0 0050 492 总渣量 kg 6 779 1 934 1 052 0 137 0 54 1 078 0 653 0 440 0 422 0 031 13 066 51 97 14 83 8 071 053 998 255 003 373 230 24100 00 总渣量计算如下 因为表 3 9 中除 FeO 和 Fe2O3 以外的渣量为 6 779 1 934 1 052 0 137 0 540 0 440 0 422 0 031 11 335Kg 而终渣 FeO 15 表 5 故总渣量为 11 335 86 75 13 066Kg FeO 量 13 066 8 25 1 078Kg Fe2O3 量 13 066 5 0 033 0 005 0 008 0 607Kg 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 3 9 表 3 9 实际耗氧量 耗氧量项 Kg 供氧项 Kg 实际氧气消耗量 Kg 13 铁水中元素耗氧量 7 548 铁水中 S 与 CaO 反应还原 出的氧量 0 005 炉衬中碳氧化耗氧量 0 062 石灰中 S 与 CaO 反应还原 出的氧量 0 002 烟尘中铁氧化耗氧量 0 340 炉气中自由氧耗氧量 0 059 合计 8 010合计 0 0078 062 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 可表 查得 O2 和 N2 则有炉气总体积来确定 先计算如下 炉气总体积 V V Vg 0 5 V 1 99 22 4 32Gs 0 5 V Vx V 99Vg 0 7Gs Vs 98 50 99 8 183 0 7 7 95 0 007 98 50 8 281m 3 式中 Vg SO2 CO CO2 和 H2O 各组分总体积 m 本计算中 其值为 3 8 488 22 4 28 2 699 22 4 44 0 010 22 4 64 0 012 22 4 18 8 183 Gs 不计自由氧的氧气消耗量 Kg 本计算中 其值为 7 548 0 062 0 34 7 95 Vx 铁水与石灰石的 S 与 GaO 反应氧气质量为 0 007 见表 3 10 m 3 0 5 炉气中自由氧含量 99 由氧气纯度 99 转换得来的 计算结果列于表 3 10 表 3 10 炉气量及其成分 14 炉气成分炉气量 Kg 体积 m 3 体积 CO8 4888 488 22 4 28 6 79082 06 CO22 6992 699 22 4 44 1 37416 61 SO20 0100 010 22 4 64 0 0040 05 H O20 0120 012 22 4 18 0 0150 18 O20 059 0 0420 51 N20 0610 0490 59 合计11 3308 274100 00 炉气中 O2 的体积为 8 283 0 5 0 041 m 重量为 0 041 32 22 4 0 059Kg 3 炉气中的 N2的体积为炉气总体积与其它成分的体积之差 重量为 0 049 28 22 4 0 061Kg 第四步 计算脱氧和合金化的钢水量 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 Qg 100 6 675 1 5 75 56 72 20 112 160 1 00 13 066 6 90 477Kg 据此可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表 表 3 12 表 3 11 未加废钢的物料平衡表 收入支出 项目 质量 Kg 项目 质量 Kg 15 铁水100 0084 72钢水90 4876 57 石灰6 675 65炉渣13 0711 06 萤石0 500 42炉气11 339 59 白云石2 502 12喷溅1 000 85 炉衬0 300 25烟尘1 501 27 氧气8 066 84渣中铁珠0 780 66 总计118 03100 00合计118 16100 00 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 的数据先确定废钢种元素 的氧化量及其耗氧量和成渣量 表 3 13 表 3 12 废钢种元素的氧化产物及成渣量 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 Kg C CO 19 43 0 08 90 0 014 0 019 0 033 入气 C C CO 19 43 0 08 10 0 002 0 005 0 007 入气 Si Si SiO2 19 43 0 25 0 00 49 0 0560 105 Mn Mn MnO 19 43 0 37 0 07 2 0 0210 093 P P P2O5 19 43 0 01 0 00 2 0 0030 005 S SO2 19 43 0 01 1 3 0 0005 0 0005 0 001 入气 S S CaO CaS O 19 43 0 01 2 3 0 0012 0 0006 0 003 CaS 合计0 1410 103 19 43 0 141 19 29 成渣量 Kg 0 206 表 3 13 加入废钢的物料平衡表 以 100Kg 铁水为基准 收入支出 项目质量 Kg 项目质量 Kg 16 铁水 100 0072 69 90 48 19 29 109 7 7 79 73 废钢 19 4314 12 炉渣 13 07 0 206 13 2769 64 石灰 6 674 85 炉气 11 33 0 028 11 3588 25 萤石 0 500 36 喷溅 1 000 73 白云石 2 501 82 烟尘 1 501 09 炉衬 0 300 22 渣中铁珠 0 780 57 氧气 8 06 0 103 8 1635 94 总计 137 563 100 0 0 合计 137 684 100 0 0 注 计算误差为 137 563 137 684 137 563 100 0 09 表 3 14 加入废钢的物料平衡表以 100Kg 铁水 废钢 为基准 收入支出 项目 质量 Kg 项目质量 Kg 铁水88 7372 69钢水92 7179 73 废钢16 2714 12炉渣11 219 64 石灰5 584 85炉气9 608 25 萤石0 420 36喷溅0 840 73 白云 石 2 091 82烟尘1 261 09 炉衬0 250 22渣中铁珠0 650 57 氧气6 855 94 总计115 19100 00合计116 27100 00 第六步 计算脱氧后和合金化后的物料平衡 先根据钢种成分设定值和 3 1 和铁合金成分及其回收率 3 3 算出锰铁和硅铁的加入量 再计算其元素的烧损量 将所有结果与表归类合并 17 既得冶炼一炉钢的总物料平衡表 锰铁加入量 W 锰 0 55 0 18 92 71 67 80 80 0 62Kg 硅铁加入量 W 硅 0 25 92 71 0 53 0 002 73 00 75 0 42Kg 3 15 铁合金中元素烧损量及其产物量 类 别 元 素 烧损量 脱氧 量 成渣 量 炉气 量 入钢量 C 0 62 6 60 10 0 004 0 01 0 0 0159 CO2 0 62 6 60 90 0 037 M n 0 62 67 8 10 0 084 0 02 4 0 10 8 0 62 67 80 80 0 334 Si 0 62 0 50 25 0 001 0 00 1 0 00 2 0 62 0 50 75 0 002 P0 62 0 23 0 001 S0 62 0 13 0 001 Fe0 62 24 74 0 154 锰 铁 合 计 0 089 0 03 5 0 11 0 0 0150 529 Al 0 42 2 50 100 0 011 0 01 0 0 00 6 M n 0 42 0 50 20 0 0004 0 00 01 0 00 05 0 42 0 5 80 0 002 Si 0 42 73 0 25 0 0077 0 08 8 0 16 5 0 42 73 0 75 0 230 P0 42 0 05 0 0002 S0 42 0 03 0 0001 Fe0 42 23 92 0 1006 硅 铁 合 计 0 098 0 17 2 0 332 总计0 177 0 13 3 0 28 2 0 0150 861 脱氧和合金化后的钢水成分如下 18 W C 0 10 0 037 93 57 100 0 14 W Si 0 002 0 230 93 57 100 0 25 W Mn 0 180 0 334 0 002 93 57 100 0 55 W P 0 020 0 001 93 57 100 0 021 W S 0 21 0 001 93 57 100 0 022 可见 含碳量尚未达到设定值 为需要在钢包内加焦粉增碳 其加入量 W1 为 W1 0 18 0 14 钢水量 焦炭中 C 含量 C 回收率 0 04 93 57 81 50 75 0 06Kg 表 3 15 焦粉生成的产物 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 50 25 0 0 12 0 032 0 044 0 06 0 58 5 5 2 0 047 0 06 12 40 0 007 0 06 81 50 75 0 037 为 CO2 H2O 和挥发分的总和 未计算挥发分燃烧的影响 由此可得冶炼过程 即脱氧和合金化后 的总物料平衡表 表 3 16 总物料平衡表 收入支出 项目质量 kg 项目质量 kg 19 铁水 废钢 石灰 萤石 白云石 炉衬 氧气 锰铁 硅铁 焦粉 88 73 16 27 5 58 0 42 2 09 0 25 7 02 0 63 0 42 0 06 71 89 13 97 4 79 0 36 1 79 0 21 6 03 0 54 0 36 0 05 钢水 炉渣 炉气 喷溅 烟尘 渣中溅珠 93 61 11 50 9 66 0 88 1 32 0 69 79 56 9 77 8 21 0 75 1 12 0 59 合计116 47100 00117 66100 00 注 计算误差 116 47 117 66 116 47 100 0 87 可近似认为 0 133 0 032 的氧量系出钢水二次氧化所带入 3 2 热平衡计算 3 2 1 热平衡计算所需数据 计算所需基本原始数据有 各种炉料及产物的温度 3 17 物料平均热容 表 3 18 反映热效应 表 3 19 溶入铁水的元素对铁水的熔点的影响 表 3 20 其他参照物料平衡选取 表 3 17 入炉物料及产物的温度设定 入炉物料产物 名称 铁水废钢其他原料炉渣炉气烟尘 温度 12502525与钢水相同14501450 表 3 18 物料平均热容 物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气 20 固态平均热容 kJ kg k 0 7450 699 1 0470 996 熔化潜热218272209209209 液态或气态平均热容0 8370 8371 2481 248 1 137 表 3 19 炼钢温度下的反应热效应 组元化学反应 H kJ kmol H kJ kmol C C 1 2 O2 CO 氧化反应 11639 C C O2 CO2 氧化反应 34834 Si Si O2 SiO2 氧化反应 29202 Mn Mn 1 2 O2 MnO 氧化反应 6594 P2 P 5 2 O2 P2O5 氧化反应 18980 Fe Fe 1 2 O2 FeO 氧化反应 4250 Fe2 Fe 3 2 O2 Fe2O3 氧化反应 6460 SiO2 SiO2 2 CaO 2CaO SiO2 成渣反应 97133 1620 P2O5 P2O5 4 CaO 4CaO P2O5 成渣反应 4880 CaCO3CaO3 Cao CO2 分解反应1690 MgCO3MgCO3 MgO CO2 分解反应1405 表 3 20 溶入铁中的元素对铁的熔点的降低值 元素CSiMnPSAlCr N H O 在铁中 的极限 溶解度 5 4118 5 无限 2 80 18 35 0 无 限 溶入 1 元素 使铁熔 点的降 低值 6570 75 80 85 9010085302531 5 适用含 1 0 1 0 2 5 3 0 3 5 4 0 3 15 0 7 0 08 1 18 6 21 量范围 3 2 2 计算步骤 以 100Kg 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 Qw 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 表 3 17 3 1 3 20 计算铁水的熔点 Tt 然后由铁水温度和生铁比 热 表 17 和 18 确定 Qw Tt 1536 4 10 100 0 80 8 0 6 5 0 20 30 0 035 25 6 1104 Qw 100 0 745 1104 25 218 0 837 1250 1104 70KJ 2 元素氧化热及成渣热 Qy 由铁水中元素氧化量和反应效应 表 3 19 可以算出 其结果列表 3 21 表 3 21 元素氧化热和成渣热 反应产物氧化热或成渣热反应产物 氧化热或成渣 热 C CO3 41900 40 Fe Fe2O3 0 420 6460 2 713 2 C CO20 410 34834 13933 60P P2O5 0 18 18980 3 416 40 Si SiO 2 0 400 29202 23361 60 P2O5 4CaO SiO2 0 422 4880 2 059 36 Mn Mn O 0 420 6594 2769 48 SiO2 2CaO Si O 1 934 1620 3 133 08 Fe FeO0 837 4250 3557 25合计96896 05 3 烟尘氧化热 Qc 由表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 22 故热收入总值为 QS Qw Qy Qc QL 35 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的熔点 Tg 再根据 出钢和镇静时的实际降温 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 最后有钢水量和热容算出物理热 Tg 1536 0 10 65 0 18 5 0