年产500万吨转炉炼钢毕业设计.doc

第 I 页 摘要 本设计简要叙述了转炉炼钢技术的发展状况以及未来的技术动向 结合本 专业所学的理论知识 在老师的指导下 设计一个年产 500 万吨合格铸坯的转 炉炼钢厂 通过产品大纲的确定 转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算 转炉的 炉型设计 连铸设备选择 车间工艺设计及车间总体布置 确定了以两座 250 吨转炉 及一台连铸机为主要生产设备 并根据国内外炼钢技术的发展趋势 钢铁产品的发展方向 选择了先进且有较大发展余地的短流程工艺 废钢 转 炉 连铸 设计方案以技术新 效益高为原则 充分体现了先进 灵活 多功 能的特点 具备可持续发展性 提交的内容包括设计说明书一份 含专题和冶 金专业相关外文文献译文各一篇 转炉型图 车间平面布置图和剖面图各一 张 关键词 关键词 转炉 炼钢 连铸 工艺设计 第 II 页 Abstract The design brief description of the development of steelmaking technology and future technology trends Combining the theoretical knowledge learned profession under the guidance of the teacher to design an annual output of 500 million tons of converter steel mill slab qualified Determined by product outline the material balance and BOF heat balance calculation the converter furnace design continuous casting equipment selection process design and plant shop layout identified by two 250 t converter and a continuous casting machine as the main production equipment And in accordance with domestic and international steel making technology development trends development of steel products select the advanced and there is greater room for development of the short flow process scrap Converter continuous casting Design to new technology the principle of high efficiency fully reflects the advanced flexible multi function features with sustainability Includes design specifications submitted by a Including thematic and Metallurgy asked all foreign documents related article Converter type plans the workshop floor plan and sections of the piece Keywords converter steelmaking continuous casting process design 第 III 页 目 录 绪论 1 1 转炉炼钢厂设计方案 4 1 1 转炉车间生产能力的确定 4 1 2 主要钢种的选择 4 1 3 工艺流程 4 1 4 车间组成 5 1 5 主厂房工艺布置 5 1 5 1 原料跨布置 5 1 5 2 炉子跨的布置 6 1 5 3 精炼跨的布置 6 1 5 4 浇注跨与出坯跨 6 1 6 原材料的供应及设备 7 1 6 1 废钢的供应 7 1 6 2 散状材料的供应 7 1 7 氧气的供应及设备 8 2 物料平衡与热平衡 10 2 1 物料平衡计算 10 2 1 1 计算所需原始数据 10 2 1 2 物料平衡基本项目 12 2 1 3 计算步骤 12 2 2 热平衡计算 23 2 2 1 计算所需原始数据 23 2 2 2 计算步骤 25 3 顶底复吹转炉炉型设计 30 3 1 炉型设计 30 3 1 1 原始条件 30 3 1 2 熔池尺寸的计算 30 3 1 3 炉帽尺寸的确定 31 3 1 4 炉容比的确定 32 3 1 5 炉身尺寸的确定 32 3 1 6 出钢口的尺寸设计 32 3 1 7 炉衬尺寸的确定 33 3 1 8 炉子高宽比 33 第 IV 页 3 2 氧枪设计 34 3 2 1 氧枪喷头设计 34 3 3 氧枪水冷系统 37 3 4 底部供气构件的设计 39 4 生产工艺设计 41 4 1 装料制度 41 4 2 供氧制度 41 4 3 顶吹氧气转炉的氧枪操作 42 4 4 造渣制度 42 4 4 1 炉渣碱度的控制与石灰加入量的确定 42 4 4 2 影响石灰溶解速度的因素 43 4 4 3 炉渣粘度的控制 43 4 4 4 炉渣氧化性的控制 44 4 4 5 泡沫渣及其控制 44 4 4 6 放渣及留渣操作 45 4 5 温度制度 45 4 5 1 出钢温度的确定 45 4 5 2 冷却剂及其加入量的确定 45 4 6 终点控制和出钢 46 4 7 脱氧制度及合金化 47 4 8 合金化的一般原理 47 5 生产工艺布置 48 5 1 原料跨间布置 48 5 2 转炉跨间的布置 50 5 2 1 横向布置 50 5 2 2 转炉跨各层平台的确定 52 5 3 转炉跨起重机轨面标高 52 5 4 连铸设备的布置 54 6 车间主要设备的选择 58 6 1 原料跨 58 6 1 1 混铁车 58 6 1 2 废钢料斗的计算 59 6 2 转炉跨 59 6 2 1 钢包 59 6 2 2 渣罐数量的确定 60 6 3 精炼跨 60 6 4 连铸跨 61 第 V 页 6 5 制氧机的选择 65 6 6 车间起重机的选择 66 7 烟气净化系统 67 7 1 转炉烟气的产生与回收价值 67 7 2 转炉烟气净化的方式 67 7 3 转炉烟罩 67 7 3 1 烟罩 67 7 3 2 烟道的类型和结构 68 7 4 烟气净化及回收系统 69 8 生产组织和人员编制 70 9 主要技术经济指标 76 专题 近终形连铸技术的发展 78 致谢 87 第 1 页 绪论 钢铁称谓产业界的脊梁 是支撑 20 世纪的金属 特别是后半世纪受旺盛 的工业需求所驱使 产量 生产技术都得到了飞跃的发展 可大规模生产钢铁 的高炉 转炉技术承担了重要的任务 出于回收利用社会废钢冶炼高级钢的目 的 近年来炉炼钢技术得到了飞速发展 转炉炼钢 converter steelmaking 是 以铁水 废钢 铁合金为主要原料 不借助外加能源 靠铁液本身的物理热和 铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程 转炉按耐火材料分为 酸性和碱性 按气体吹入炉内的部位有顶吹 底吹和侧吹 按气体种类为分空 气转炉和氧气转炉 碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快 产量大 单炉产量高 成本低 投资少 为目前使用最普遍的炼钢设备 转炉主要用于 生产碳钢 合金钢及铜和镍的冶炼 1 转炉发展历程 早在 1856 年德国人贝斯麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法 这种方法是近 代炼钢法的开端 它为人类生产了大量廉价钢 促进了 欧洲的工业革命 但 由于此法不能去除硫和磷 因而其发展受到了限制 1879 年出现 了托马斯 底吹碱性转炉炼钢法 它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁 虽然转 炉法可 以大量生产钢 但它对生铁成分有着较严格的要求 而且一般不能多 用废钢 随着工业 的进一步发展 废钢越来越多 在酸性转炉炼钢法发明 不到十年 法国人马丁利用蓄热原理 在 1864 年创立了平炉炼钢法 1888 年出现了碱性平炉 平炉炼钢法对原料的要求不那么严格 容量大 生产的 品种多 所以不到 20 年它就成为世界上主要的炼钢方法 直到 20 世纪 50 年代 在世界钢产量中 约 85 是平炉炼出来的 1952 年在奥地利 出现纯 氧顶吹转炉 它解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题 使质量接近平炉 钢 同时减少了随废气 当用普通空气吹炼时 空气含 79 无用的氮 损 失的热量 可以吹炼温度较低的平炉生铁 因而节省了高炉的焦炭耗量 且 能使用更多的废钢 由于转炉炼钢速度快 炼一炉钢约 10min 而平炉则 需 7h 负能炼钢 节约能源 故转炉炼钢成为当代炼钢的主流 2 我国转炉炼钢发展 1951 年碱性空气侧吹转炉炼钢法首先在我国唐山钢厂试验成功 并于 1952 年投入工业生产 1954 年开始厂小型氧气顶吹转炉炼钢 的试验研究工 作 1962 年将首钢试验厂空气侧吹转炉改建成 3t 氧气顶吹转炉 开始了工 业性试验 在试验取得成功的基础上 我国第一个氧气顶吹转炉炼钢车间 2 30t 在首钢建成 于 1964 年 12 月 26 日投入生产 以后 又在唐山 上海 杭州等地改建 了一批 3 5 5t 的小型氧气顶吹转炉 1966 年上钢一厂 将原有的一个空气侧吹转炉炼钢车间 改建成 3 座 30t 的氧气顶吹转炉炼钢 第 2 页 车间 并首次采用了先进的烟气净化回收系统 于当年 8 月投入生产 还建 设了弧形连铸机与之相配套 试验和扩大了氧气顶吹转炉炼钢 的品种 这 些都为我 国日后氧气顶吹转炉炼钢技术的发展提供了宝贵经验 此后 我国 原有的一些空气侧吹转炉车 间逐渐改建成中小型氧气顶吹炼钢车 间 并新 建了一批中 大型氧气顶吹转炉车 间 小型顶吹转炉有天津钢厂 20t 转炉 济南钢厂 13t 转炉 邯郸钢厂 15t 转炉 太原钢铁公司引进 的 50t 转炉 包 头钢铁公司 50t 转炉 武钢 50t 转炉 马鞍山钢厂 50t 转炉等 中型的有鞍 钢 150t 和 180t 转炉 攀枝花钢铁公司 120t 转炉 本溪钢铁公司 120t 转炉等 20 世纪 80 年代宝钢从日本引进建成具 70 年代末技术水平的 300t 大型转炉 3 座 首钢购入二手设备建成 210t 转炉车间 90 年代宝钢又建成 250t 转炉 车间 武钢引进 250 转炉 唐钢建成 150 转炉车间 重钢和首钢又建成 80t 转炉炼钢车间 许多平炉车间改建成氧气顶吹转炉车间等 到 1998 年我国 氧气顶吹转炉共有 221 座 其中 100t 以下的转炉有 188 座 50 90t 的转炉 有 25 座 100 200t 的转炉有 23 座 200t 以上的转炉有 10 座 最大公称吨 位为 300t 顶吹转炉钢占年总钢产量的 82 67 氧气顶吹转炉炼钢钢的品种和质量 钢中气体和夹杂物是评价钢的冶金质量的主要指标 氧气顶吹转炉炼钢 反应速率快 沸腾激烈 所以钢中 H N O 含量较低 H 为 3 5 10 4 N 为 2 4 10 3 低碳钢 O 为 0 06 0 10 夹杂物和脱氧 及凝固操作有关 影响顶吹转炉钢含氮量的重要因素是氧气纯度 由表 4 数 据可以看出 所以用于转炉炼钢的氧气应该是 99 以上的纯氧 低碳钢是转炉炼钢的主要产品 由于转炉脱碳快 钢中气体含量低 所 以钢的塑性和低温塑性好 有良好的深冲性和焊接性能 用转炉钢制造热轧 薄板 冷轧薄板 镀锌板 汽车板 冷弯型钢 低碳软钢丝等 都具有良好 的性能 转炉冶炼中 高碳钢虽然有一些困难 但也能保证钢的质量 转炉钢制 造的各种结构钢 轴承钢 硬钢丝等都已广泛使用 冶炼高碳钢的困难是拉 碳和脱磷 在 C 0 2 时靠经验拉碳很难控制准确 如果有副枪可借副枪控 制 没有副枪时需要炉前快速分析 这就耽误了时间 高碳钢终点 FeO 低 脱磷时间短 因此需要采用双渣操作 即在脱碳期开始时放掉初期渣 把前 期进入渣中的磷放走 然而双渣操作损失大量热量和渣中的铁 没有特殊必 要不宜采用 增碳法是冶炼中 高碳钢的另一种操作法 这时吹炼操作和低 碳钢一样 只是在钢包内用增碳剂增碳 使含碳量达到丘冈绅的要求 增碳 剂为焦炭 石油焦等 中碳钢的增碳量小 容易完成 高碳钢增碳要很好控 制 但轨钢 硬线等用增碳法冶炼可以保证质量合乎要求 转炉冶炼低合金钢没有特殊困难 冶炼合金钢时 因为合金化需要加入 钢包的铁合金数量大 会降低钢水温度 而过分提高出钢温度又使脱磷不利 所以冶炼合金钢应与炉外精炼相结合 用钢包炉完成合金化 另外 随着对 钢的成分的控制要求不断严格 为减少钢性能的波动 要求成分范围越窄越 第 3 页 好 这也需要在钢包精炼时进行合金成分微调的操作 顶吹转炉冶炼超低碳钢 0 03 C 尚有困难 首先因为在临界含碳量 以下 脱碳速率下降 熔池搅拌减弱 加强供氧只能促使铁氧化而不能使碳 去除 其次 C O 0 0025 当 C 0 01 时 O 0 25 已经是 0 的饱和浓度 也就是说 0 01 C 是脱碳的理论极限 如果要进一步脱碳 必 须降低气相的 CO 分压 这需要采用炉外精炼的方法来完成 第 4 页 1 转炉炼钢厂设计方案 根据设计任务的要求及各种设计条件提出初步设计思路 这是对设计工作 一个框架式的设定 方案的确定要求设计合理 能顺利生产 1 1 转炉车间生产能力的确定 1 计算年出钢炉数 n 每一吹炼炉座的年出钢炉数 N 为 N 1440 365 88 5 42 11075 炉 年 1 1440 365T 式中 每炉钢的平均冶炼时间 取 42min 炉 1 T 1440 一天的时间 min d 365 一年的日历天数 d a 转炉作业率 取 88 5 2 计算年车间产钢量 车间年产钢量 nNQ 1 2 2 11075 250 99 97 5317661t 式中 n 车间吹炼炉座数 采用二吹二制 Q 转炉公称容量 取 250t 1 连铸坯收得率 99 2 炉外精炼收得率 97 则该车间合格钢锭坯量近 500 万吨 1 2 主要钢种的选择 本设计主要生产普碳钢 低合金钢 锅炉用钢等 也可根据市场的要求进 行灵活调整 1 3 工艺流程 第 5 页 根据设计任务书的要求以及现代转炉炼钢的发展趋势 确定本设计方案其 基本的工艺流程如下 高炉铁水混铁车铁水预处理倒罐站铁水罐 扒渣 转炉精炼钢包 渣场 RH钢包回转台 连铸机轧机 预处理渣 转炉渣精炼渣 连铸坯 废钢及其它辅料 车间生产坚持四个 百分之百 及百分之百的进行铁水预处理 百分之百 的进行转炉复吹 百分之百的进行炉外精炼 百分之百的进行连铸 1 4 车间组成 转炉车间由以下各部分组成 主厂房 包括原料跨 炉子跨 精炼跨 浇 注跨 铁水预处理站及铁水倒灌间 废钢堆间及配料间 铁合金仓库及散装 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 备用备件库 机修间 生 活福利设施 水 电 气供应设施 1 5 主厂房工艺布置 1 5 1 原料跨布置 在原料跨主要完成兑铁水 加废钢和转炉炉前的工艺操作 在原料跨的两 端分别布置铁水和废钢工段 铁水供应方式采用 500 t 混铁车 并进行铁水预处理 该方案包括铁水预 处理间 倒渣站 铁水倒灌站 铁水预处理间和倒渣站位于炼铁车间与铁水倒 灌站之间 且彼此平行布置 经处理后的混铁车 每隔三次送到倒渣站倒渣 铁水倒灌站设有两条运输线和与其垂直布置的受铁坑 受铁坑位于铁水线下面 第 6 页 一个铁水坑由两个铁水转注位置 铁水预处理的方法式混铁车喷吹法 同时脱 硫 脱磷 废钢供应方式是在原料跨的一端的外侧另建废钢间 废钢间的废钢量装入 料斗并称重 然后料斗送进原料跨待用 转炉渣罐的转运方式为将渣罐车横穿 过原料跨 在主厂房之外的中间渣场处理 1 5 2 炉子跨的布置 炉子跨是车间中厂房最高 建筑结构最复杂和单位投资最多的跨间 很多 重要的生产设备与辅助设备都布置在这里 其中包括转炉 转炉倾动系统 散 装料供应系统和加料 供氧系统 底吹气系统 烟气净化系统 出渣 出钢设 施 拆修炉设备 炉子跨采用横向布置 烟道和烟罩皆沿跨间朝炉后弯曲 一是便于氧枪和 副枪穿过烟罩插入转炉内 二是有一个连续的更换氧枪的通道 换枪方便 副 枪布置在靠烟道的一侧 散装料的各个高位料仓沿炉子跨纵向布置 在其顶部有分配皮带机通过 高位料仓布置在紧靠烟道的后面 这样烟道倾角较大 不易积灰 转炉烟气净化采用湿法文氏管洗涤器 布置在炉子跨内 转炉修炉方法采用上修法 烟罩下部可侧向移动 1 5 3 精炼跨的布置 精炼采用两个 RH 精炼炉 沿精炼跨纵向布置 RH 炉整体为真空移动型 真空室支持于旋转臂 支架 上 真空室旋转有两个工作位置 1 钢水处理位置 真空室下降进行处理 2 准备工位 修砌 喷补真空室内衬 更换上升 下降管 预热 1 5 4 浇注跨与出坯跨 本设计中 全连铸氧气顶底复吹转炉炼钢车间的主体部分依然是主厂房部 分 是以加料跨 炉子跨和浇铸跨三个主体跨间为核心部分 为使各种物流运 行顺畅 加料跨和浇铸跨采取异侧布置 即 炉子跨布置在主厂房的中间部位 第 7 页 炉子跨的一侧为原料跨 另一侧为浇注跨 可实行两面操作 一侧兑铁水和加 废钢 另一侧出钢 同时 考虑到设计车间的冶炼钢种 厂房布置最终确定为以三跨为核心的 多跨式布置 即在三跨的基础上加设钢水跨 出坯垮等跨间 1 6 原材料的供应及设备 铁水的供应和预处理 铁水室转炉炼钢的主要原料 高炉铁水采用混铁车运输 经预处理后转运 兑入转炉 1 6 1 废钢的供应 废钢主要依靠外购 也包括部分本厂返回废钢 生铁块由本厂供给 应分类存 放 在转炉冶炼中也作冷却剂加入 对废钢有如下要求 1 表面清洁少锈 无油污 无泥沙 2 废钢中不得有铅 锡 砷等有色金属 3 废钢中硫 磷的含量要低 4 外形尺寸要合格 不能过大 5 废钢中不得有密封容器 易燃易爆物品和毒品 对废钢管理有如下要求 1 必须进行分类存放 2 对废钢进行清除处理 以清楚油污 泥沙等杂质和有色金属 毒品 等 使外形尺寸合格 炼钢车间在原料跨的一端设单独的废钢间 按每炉需用量装入废钢料斗送 到炉前 废钢一次一斗装入 1 6 2 散状材料的供应 氧气转炉散状材料包括石灰 白云石 萤石 铁矿石 焦炭等 供应系统 包括散状料堆场 地下料仓 由地下料仓送往主厂房的运料设施 转炉上方高 位料仓 称量和向转炉加料的设施 为了保证转炉正常生产 应设散状料堆场 尽可能靠近转炉 各种散状材 料的储存量按 20 天考虑 在靠近主厂房附近设置地下料仓 它兼有部分储存 第 8 页 和转运作用 地下料仓为地下式 便于火车或汽车或运输带自动卸料 各种散 状料储存天数按 3 天考虑 从地下料仓向高位料仓供料采用全胶带运输 往各 高位料仓布料采用可逆活动胶带运输机 运输设备能力按每日工作一个班 约 7h 考虑 设置高位料仓在于起到临时储料的作用 并利用重力方式向转炉及时可靠 的供料 保证转炉正常生产 高位料仓沿炉子跨纵向布置 两座转炉共用一套 高位料仓 这样可以相互支持供料 并避免由于转炉停炉后料仓内剩余石灰的 粉化 散状料的用途如下 1 石灰 主要的造渣材料 石灰极易潮湿 故在入炉前须烘烤 以提 高灰含量 有利于冶炼 2 萤石 用于稀释炉渣 提高炉渣的活性 3 白云石 用于提高炉渣的碱度 减小对炉衬的侵蚀 4 铁矿石 用作冷却剂 1 6 3 铁合金的供应 铁合金的供应一般由炼钢厂铁合金间 车间铁合金料仓及称量和输送设 施等几部分组成 铁合金主要用来调整钢液的成分 温度并进行合金化处理 其主要作用如下 1 硅铁 用于合金化 也作脱氧剂 2 锰铁 用于合金化 也作脱氧剂 根据碳含量可分为中碳 低碳 高 碳 锰铁 锰铁中碳含量越低 磷含量越低 价格越昂贵 3 铝铁 合金化材料 也作脱氧剂 在铁合金间内储存 烘烤及加工合格块度 按铁合金的品种和牌号分类存 放 并相应保存好出厂化验单 铁合金由铁合金间运入转炉车间的方式为全胶 带供料系统 这种系统工作可靠 运输量大 机械化程度高 1 7 氧气的供应及设备 氧气转炉炼钢要消耗大量的工业纯氧 为了适应氧气转炉炼钢工艺的要求 炼钢厂的供氧系统一般是由制氧机 加压机 中压储氧罐 输氧管 控制闸阀 第 9 页 测量仪表及喷枪等主要设备组成 氧枪升降装置布置于转炉的上方 这样其结 构简单 运行可靠 换枪迅速 当氧枪烧坏时须及时更换 设置横移装置及换 枪装置 在横移装置上并排设有两套氧枪升降小车 其中一套供工作 一套备 用 副枪和氧枪平行插入炉内 第 10 页 2 物料平衡与热平衡 2 12 1 物料平衡计算物料平衡计算 以 100kg 铁水为基础基础进行计算 2 1 1 计算所需原始数据 基本数据有冶炼钢种及其成分 金属料 铁水和废钢的成分 终点钢水成 分 表 2 1 造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分 表 2 2 脱氧和合金化用铁 合金的成分及其回收率 表 2 3 其它工艺参数 表 2 4 表 2 1 钢种 铁水 废钢 和终点钢水的成分设定值 CSiMnPS 钢种 Q235A 设定 值 0 180 250 55 0 045 0 050 铁水设定值4 220 810 580 2000 035 废钢设定值0 260 290 720 0290 030 终点钢水设定值 0 12痕迹0 180 0200 021 C 和 Si 按实际生产情况选取 Mn P 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 Q235A 成 分 类 别 第 11 页 表 2 2 原材料成分 成 分 类 别 CaOSiO2MGOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC 灰 分 挥 发 分 石 灰 87 02 502 651 500 500 100 064 690 10 萤 石 0 385 700 601 621 5087 70 900 101 50 白 云 石 36 450 8025 501 0036 20 炉 衬 1 203 0078 801 401 6014 0 焦 炭 0 5881 512 45 52 表 2 3 铁合金成分 分子 及其回收率 分母 CSiMnAlPSFe 硅铁 73 00 750 50 802 50 00 05 1000 03 10023 92 100 锰铁6 60 90 0 50 7567 80 8 0 0 23 1000 13 10024 74 100 10 C 与氧生成 2 CO 成 分 类 别 第 12 页 表 2 4 其它工艺参数设定值 名称参数名称参数 终渣碱度 CaO 3 5 2 SiO 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 s 2 N 生白云石加入量为铁水量的 2 5 炉气中的自由氧含 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 折算 23 Fe O 15 而 23 Fe O FeO 1 3 即 23 Fe O 5 FeO 8 25 金属中 C 的氧化 产物 废钢量 90 C 氧化成 CO 10 氧化成 2 CO 由热平衡计算确 定 本计算结果 为铁水量的 烟尘量 为铁水量的 1 5 其 中 FeO 为 75 Fe2O3为 20 13 35 即废钢 比为 11 2 喷溅铁损为铁水量的 1 2 1 2 物料平衡基本项目 收入项 铁水 废钢 熔剂 石灰 萤石 轻烧白云石 氧气 炉衬蚀 损 铁合金 支出项 钢水 炉渣 烟尘 渣中铁珠 炉气 喷溅 2 1 3 计算步骤 以 100Kg 铁水为基础进行 第 13 页 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 的氧化 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 表 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 氧气实际消耗量为消耗项与供入项之差 见表 2 9 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 2 CCO CCO 4 1 90 3 690 4 1 10 0 410 4 920 1 090 8 610 1 500 Si 2 SiSiO 0 8100 9251 735入渣 Mn MnMnO 0 4000 1160 516入渣 P 25 PPO 0 1800 2300 410入渣 S 2 SSO SCaOCaSO 0 014 1 3 0 005 0 014 2 3 0 009 0 005 0 005 0 010 0 021 C aS 入渣 Fe 23 FeFeO FeFe O 1 067 56 72 0 837 0 606 112 160 0 42 4 0 239 0 182 1 076 0 606 入渣 见表 2 8 入渣 见表 2 8 合计6 7657 712 成渣量4 374入渣组 分之和 CaO 还原出来的氧量 消耗的 CaO 量为 0 009 56 32 0 016kg 表 2 6 炉衬蚀损成渣量 成渣组分 kg 气态产物耗氧量 kg 炉衬蚀 损量 kg 2 SiOMgO 23 Al O 23 Fe OCCO 2 CCO CCO 2 CO 第 14 页 0 3 据 表 2 4 0 0040 0090 2360 0040 0050 3 14 90 28 12 0 0 88 0 3 14 10 44 1 2 0 015 0 3 14 9 0 16 12 1 0 32 12 0 062 合计0 2580 1030 062 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 CaOMgoSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2 萤石 0 5 据 表 2 4 0 0020 0030 0280 0080 0080 0050 0010 4400 005 生白 云石 2 5 据 表 2 4 0 9100 6400 0250 0250 905 石灰6 805 9770 1730 1670 1000 0330 0070 0090 0070 3090 002 合计6 7750 8160 2150 1330 0410 0120 0100 4400 0121 2140 002 成渣量8 442 石灰加入量计算如下 渣中已含 0 004 0 002 0 910 0 016 0 900kgCaO 渣中已含 1 735 0 009 0 028 0 025 1 797kg 2 SiO 设应加入石灰量为 X 则 X 6 80 88 0 9 3 5 2 5 1 797 X X 石灰中含量 石灰中 S 自耗的量 CaOCaSCaO 56 6 80 88 6 80 0 06 5 977 32 还原出的氧量为CaO 6 80 0 06 32 56 0 002 第 15 页 表 2 8 总渣量及其成分 炉渣成 分 CaOSiO2 MgO Al2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计 元素氧 化成渣 量 kg 1 7350 5161 0890 6140 4100 0214 364 石灰成 渣量 kg 5 9770 1670 1730 1000 0330 0070 0096 466 炉衬蚀 损成渣 量 kg 0 0040 0090 2360 0040 0050 258 生白云 石成渣 量 kg 0 9100 0200 6400 0251 595 萤石成 渣量 kg 0 0020 0280 0030 0080 0080 4400 0050 0010 495 总渣量 kg 6 8931 9591 0520 1370 5161 0890 660 4400 4220 03113 19 9 52 2214 847 971 043 918 255 003 333 200 24100 0 0 总渣量计算 表 2 8 除 和 以外的渣量为 FeO 23 Fe O 6 893 1 959 1 052 0 137 0 516 0 440 0 422 0 031 11 45kg 由表 2 4 知 终渣 15 又因为 1 3 FeO 23 Fe OFeO 所以 5 8 25 23 Fe OFeO 第 16 页 13 25 23 Fe OFeO 故总渣量为 11 45 1 13 25 13 199 量 13 199 8 25 1 089kgFeO 量 13 199 5 0 033 0 005 0 008 0 614kg 23 Fe O 表 2 9 实际耗氧量 耗氧项 kg 供氧项实际氧气消耗量 铁水中元素氧化耗氧量 表 2 5 7 691 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 0 034 炉气中自由氧含量 表 2 10 0 060 7 847 0 007 0 069 合计 7 847合计 0 0077 909 第三步 计算炉气量及其成分 炉气含有炉气中含有 CO 和 其中 CO 2 CO 2 O 2 N 2 SO 2 H O 2 CO 和可由表 2 5 表 2 7 查得 和则由炉气总体积确定 现计算如 2 SO 2 H O 2 O 2 N 下 炉气总体积V 3 122 4 0 5 0 5 9932 990 7 98 51 99 8 400 7 7 8360 007 98 51 8 497 ggx gsx VVVGVV VGV m 式中 CO 和组 g V 2 CO 2 SO 2 H O 8 740 22 4 28 2 739 22 4 44 0 010 22 4 64 0 012 22 4 18 第 17 页 8 400 3 m 不计自由氧的氧气消耗量 其值为 7 712 0 062 0 034 7 808kg s G 铁水与石灰中的 S 与 CaO 反应还原出的氧量其值为 0 007kg x V 5 炉气中的自由氧含量 3 m 99 氧气纯度 99 转换而来 炉气中的体积为 8 497 0 5 0 042 2 O 3 m 重量为 0 042 32 22 4 0 060kg 炉气中的体积 8 497 6 992 1 394 0 004 0 015 0 042 0 05 2 N 3 m 重量为 0 05 28 22 4 0 0625kg 表 2 10 炉气量及其成分 炉气成分炉气量 kg 体积 3 m体积 CO8 740 8 740 22 4 28 6 992 82 29 2 CO 2 739 2 739 22 4 44 1 394 16 41 2 SO 0 010 0 010 22 4 64 0 004 0 05 2 H O 0 012 0 012 22 4 18 0 015 0 18 2 O 0 0600 042 0 49 2 N 0 06250 050 59 合计11 6248 497100 00 第四步 计算脱氧合金化前的钢水量 钢水量 铁水量 铁水中元素的氧化量 烟尘 喷溅 渣中的铁损 y Q 100 6 765 1 50 75 56 72 20 112 160 1 13 043 60 90 387kg 列出脱氧合金化前的物料平衡表 表 2 11 第 18 页 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 0084 70钢水90 2576 31 石灰6 805 76炉渣13 1211 09 萤石0 500 42炉气11 629 83 生白云石2 502 12喷溅1 000 85 炉衬0 300 25烟尘1 501 27 氧气7 9526 74渣中铁珠0 780 66 合计118 05100 00合计118 27100 00 注 计算误差为 117 88 118 28 117 88 100 0 34 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 2 1 中的数据计算废钢中元 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 遂得 加入废钢后的物料平衡表 2 13 与 2 14 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 进入钢中的 来量 kg CCO 13 62 0 12 90 0 01470 0200 0343 入 气 C 2 CCO 13 62 0 12 10 0 00160 00440 006 入 气 Si 2 SiSiO 13 62 0 29 0 03950 0450 085 入 渣 Mn MnMnO 13 62 0 48 0 06540 0190 084 入 渣 P 25 PPO 13 62 0 010 0 0010 0010 002 入 渣 S 2 SSiO 13 362 0 009 1 3 0 0 004 0 00040 0008 入 气 第 19 页 SCaOCaSCO 13 39 0 009 2 3 0 00 08 0 00040 0002 Ca S 入渣 合计0 12340 089413 62 0 123 13 497 成渣量 kg 0 171 表 2 13 加入废钢的物料平衡表 以 100kg 铁水为基础 收入支出 项目重量 kg 项目重量 kg 铁水100 0075 89钢水90 29 13 497 103 75 78 62 废钢13 6210 34炉渣13 116 0 171 13 287 10 07 石灰6 805 16炉气11 62 0 041 11 66 8 84 萤石0 500 38喷溅1 000 76 轻烧白云石2 501 89烟尘1 501 14 炉衬0 300 23渣中铁珠0 780 59 氧气7 952 0 0894 8 04 6 10 合计131 76100 00合计131 97100 00 为 2 12 中的入气成分 0 0343 0 006 0 0008 0 041 2 14 加入废钢后的物料平衡表 以 100kg 铁水 废钢 为基础 收 入支 出 项目重量 kg 项目重量 kg 铁水88 0175 89钢水91 3178 62 废钢11 9910 34炉渣11 6910 07 萤石0 440 38炉气10 268 84 轻烧白云石2 201 89喷溅0 880 76 炉衬0 2640 23烟尘1 321 14 石灰5 985 16渣中铁珠0 6870 59 氧气7 0766 10 合计115 97100 00116 15100 00 第六步 计算脱氧合金化后的物料平衡 第 20 页 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 铁和硅铁的加入量及其元素的烧损量 将所得结果与表 2 14 合并 得到冶炼 一炉钢的总物料平衡表 0 700 18 91 41 67 8080 0 88 Mn Mn Mn kg 钢种终点 锰铁加入量W 为 M n M n W 钢水量 锰铁含 锰回收率 0 25 91 31 0 620 62 0 5 75 73 00 75 0 42 FeMn Si SiSi W SiSi kg Si 钢种 硅铁加入量W为 终点 加锰铁后的钢水量 Si 硅铁含 回收率 第 21 页 表 2 15 铁合金中元素及产物量 类别元素烧损量脱氧量成渣量炉气量入钢量 kg C 0 62 6 60 10 0 004 0 0110 015 2 CO 0 62 6 60 90 0 037 Mn 0 62 67 80 20 0 084 0 0250 109 0 62 67 80 80 0 336 Si 0 62 0 50 25 0 0009 0 0010 002 0 62 0 50 75 0 002 P 0 62 0 23 0 001 S 0 62 0 13 0 0 01 Fe 0 62 24 74 0 154 锰 铁 合计0 0890 0350 1100 0150 529 Al 0 42 2 50 100 0 011 0 0100 006 Mn 0 42 0 50 20 0 0004 0 00010 00065 0 42 0 50 80 0 002 Si 0 42 73 00 25 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 10 硅 铁 合计0 0880 0980 1720 332 总计0 1770 1330 2820 0150 861 表示可以忽略 脱氧合金化后的钢水成分 C 0 037 0 12 100 0 16 91 31 0 861 第 22 页 Si 0 002 0 230 100 0 25 91 31 0 861 Mn 0 336 0 002 0 18 100 0 55 93 31 0 861 P 0 010 0002 0 020 100 0 021 91 310 861 S 0 001 0 021 100 0 022 91 41 0 926 碳含量未达到设定值 则需向钢包内加焦粉增碳 设其加入量为 则 1 W 1 0 180 16 0 02 92 17 81 5 75 0 03 W kg 钢水量 焦炭含碳量碳回收率 焦粉生成的产物如下 表 2 16 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 03 81 50 25 0 006 0 006 32 12 0 016 0 022 0 03 0 58 5 52 0 024 0 03 12 40 0 004 0 03 81 50 7 5 0 018 和挥发分之总和 2 CO 2 H O 将表 2 14 2 15 2 16 合并归类 得到总物料平衡表 2 17 第 23 页 表 2 17 总物料平衡表 收入支出 项目质量 kg 项目质量 kg 铁水88 0175 11钢水91 31 0 861 0 018 92 1979 15 废钢11 9910 23炉渣11 69 0 282 0 004 11 9810 29 石灰5 985 10炉气10 26 0 015 0 024 10 38 84 萤石0 440 38喷溅0 880 76 轻烧白云石2 221 88烟尘1 321 13 炉衬0 2640 23渣中 铁珠 0 6870 59 氧气7 06 0 133 0 016 7 225 6 17 锰铁0 620 53 硅铁0 420 36 焦粉0 030 26 合计117 18100 00116 48100 00 可近似认为 0 168 0 083 之氧量系出钢时钢水二次氧化所带入的 计算误差 117 18 116 48 117 61 100 0 59 2 2 热平衡计算 2 2 1 计算所需原始数据 各种入炉料及产物的温度 表 2 18 物料平均热容 表 2 19 反应热效 应 表 4 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 废钢其它原料炉渣炉气烟尘 温度 12502525与钢水相同14501450 第 24 页 纯铁熔点 1536 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 kg k 0 7450 699 1 0470 996 熔化潜热218272209209209 液态或气态平均热容 kJ kg k 0 8370 8371 248 1 137 表 2 20 炼钢温度下的反应热效应 组员化学反应 kJ mol kJ kg C 氧化反应 2 1 2 COCO 139420 11639 C 氧化反应 22 COCO 418072 34834 Si 氧化反应 22 SiOSiO 817682 29202 Mn 氧化反应 2 1 2 MnOMnO 361740 6594 P 氧化反应 225 5 2 2 POPO 1176563 18980 Fe 氧化反应 2 1 2 FeOFeO 238229 4250 Fe 氧化反应 223 3 2 2 FeOFe O 722432 6460 2 SiO成渣 22 22SiOCaOCaO SiO 反应 97133 1620 25 PO成渣 2525 4 4POCaOCaO PO 反应 693054 4880 3 CaCO 分解反应 32 CaCOCaOCO 1690501690 3 MgCO 分解反应 32 MgCOMgOCO 1180201405 第 25 页 2 21 溶入铁中的元素对铁熔点的降低值 元素CSiMnPSAlCrN H O 在铁中的极 限溶解度 5 4118 5无 限 2 80 1835 0无 限 溶入 1 元素 使铁熔点的 降低值 65707580859010085302531 5 氮 氢 氧 溶入铁熔点 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 0 8 1 1 8 2 2 2 计算步骤 以 100kg 铁水为基础 第一步 计算热收入 包括铁水物理热 元素氧化热及成渣热 炉衬中碳 s Q 的氧化热 烟尘氧化热 铁水物理热 根据纯铁熔点 铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值 1 w Q 表 2 18 2 1 和 2 21 计算铁水熔点 由铁水温度和生铁比热 表 2 18 和 t T 第 26 页 表 2 19 确定 w Q 1536 4 22 100 0 81 8 0 58 5 0 2 30 0 035 25 6 t T 1091 75 100 0 745 1091 75 25 218 0 837 1250 1091 75 w Q 114518 00Kj 元素氧化热及成渣量热 根据铁水中元素氧化量和反应热效应 表 2 20 2 y Q 算出 其结果列于表 2 22 中 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 CCO 3 7 0 8 1 1 6 3 9 43157 14 23 FeFe O 0 424 6460 2739 0 4 2 CCO 0 412 34834 14351 61 25 PPO 0 180 18980 3416 40 2 SiSiO 0 810 29202 23653 62 2525 4POCaO PO 0 422 4880 2059 3 6 MnMnO 0 416 6594 2743 1 22 2SiOCaO SiO 1 934 1620 3133 0 8 FeFeO 0 837 4250 3557 25 合计 y Q 98266 08 炉衬中碳的氧化热 根据炉衬蚀