年产320万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计毕业论文.doc

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320万吨合格铸坯的转炉炼钢车间 工艺设计 院 系 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 签名 主管院长 主任 签名 时 间 2012 年 2月 28 日 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320万吨合格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 弹簧钢 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 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 含钛高炉渣的利用 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 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 五 审核批准意见 教研室主任签 章 年产 320 万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计 设计总说明 本设计根据设计任务书的要求 结合所学专业理论知识 对炼钢厂从原料 供给到炼钢过程 最后到连铸出坯等流程进行了全面的设计 根据生产钢种及 车间规模 选择的工艺流程是 BOF LF CC 设计以炼钢车间为主体 并重点 针对顶底复吹转炉 在转炉物料平衡和热平衡计算的基础上 对炼钢车间的主 要设备型号及参数进行了选择和设计 对车间人员编制及技术经济指标进行了 计算 并且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 工作 编写说明书一份 绘制转炉炉型图 车间平面图和剖面图各一张 完成 专题写作及外文翻译 关键词 转炉炼钢车间 工艺设计 物料平衡及热平衡计算 炉外精炼 连铸 Designing of the BOF Steelmaking Processing for the Annual Output of 3 2Million ton Slab According to the design requirements of the mission statement combined with the theoretical knowledge from raw material supply to the steel making process a slab continuous casting processing was designed The processing is BOF LF CC The steel making plant is the main design project the top and bottom blowing converter was selected Based on the converter material balance and heat balance calculation we completed the main equipment for steel making plant selection and design parameters and the completion of the main equipment selection the design of steel making process Furthermore the technical economy parameters was calculated the main process plant layout and equipment layout were designed Prepared a manual drawing a converter furnace map areal workshop and section plane blueprint Translated a English paper into Chinese Key words BOF steel making workshop processing designing converter material balance and heat balance calculation Secondary refining casting 目录 1 炼钢车间设炼钢车间设计计方案方案 1 1 1 主要钢种及产品方案 1 1 2 工艺流程 1 1 3 转炉车间组成及生产能力的确定 2 1 3 1 车间组成 2 1 3 2 转炉车间生产能力的确定 2 1 4 主厂房工艺布置 3 1 4 1 原料跨间布置 3 1 4 2 炉子跨的布置 3 1 4 3 精炼跨的布置 3 1 4 4 浇注跨的布置 4 1 5 原材料方案设计 4 1 5 1 金属料 4 1 5 2 散状材料 5 2 物料平衡与热平衡物料平衡与热平衡 5 2 1 物料平衡 5 2 1 1 计算原始数据 5 2 1 2 物料平衡基本项目 7 2 1 3 计算步骤 7 2 2 热平衡计算 15 2 2 1 计算原始数据 15 2 2 2 计算步骤 16 3 顶底复吹转炉设计顶底复吹转炉设计 20 3 1 炉型设计 20 3 1 1 炉型选择 20 3 1 2 主要参数的确定 20 3 2 炉底供气构件的设计 23 3 3 转炉炉体金属构件设计 23 3 4 氧枪设计 24 3 5 氧枪装置与副枪 27 4 烟气净化系统烟气净化系统 28 4 1 烟气量的计算烟气量的计算 28 4 1 1 最大炉气量 qv0 28 4 1 2 烟气量 qv 28 4 1 3 烟气成分 29 4 1 4 煤气浓度修正 29 4 1 5 回收煤气量的计算 29 4 2 6 烟气净化系统类型的选择 29 4 3 烟气净化系统主要设备的选择 30 4 3 1 烟气收集设备 烟罩 30 4 3 2 烟气冷却设备 30 4 3 3 除尘设备 30 4 3 4 脱水设备 31 4 3 5 抽气设备 31 4 4 含尘污水处理 31 5 转炉炼钢的生产工艺转炉炼钢的生产工艺设设计计 32 5 1 炼钢用原材料 32 5 1 1 金属料 32 5 1 2 非金属料 34 5 2 装料制度 35 5 2 1 装料次序 35 5 2 2 装入量 35 5 2 3 装入量方法 36 5 2 4 装料操作 36 5 3 供氧制度 36 5 3 1 氧枪 36 5 3 2 供氧操作 37 5 4 造渣制度 38 5 4 1 炉渣碱度的控制与石灰加入量的确定 38 5 4 2 炉渣粘度的控制 39 5 4 3 炉渣氧化性的控制 39 5 4 4 泡沫渣及其控制 40 5 4 5 放渣及留渣操作 40 5 5 温度制度 40 5 5 1 出钢温度的确定 40 5 5 2 冷却剂及其加入量的确定 41 5 6 终点控制和出钢 42 5 7 精炼工艺 42 5 8 连铸工艺 43 5 8 1 钢水准备 43 5 8 2 连铸工艺 43 6 车间主要设备的选择车间主要设备的选择 45 6 1 原料跨 45 6 1 1 金属料供应及设备 45 6 1 2 散装料供应及设备 47 6 2 转炉跨 49 6 2 1 钢包需要量计算 49 6 2 2 渣罐和渣罐车数量的确定 49 6 3 精炼设备 50 6 4 连铸跨 50 6 4 1 板坯的生产 50 6 4 2 方坯的生产 53 6 4 3 其他工艺参数及设备的确定 54 6 5 制氧机的选择 57 7 主厂房工艺布置主厂房工艺布置 59 7 1 原料跨跨间布置 59 7 2 转炉跨间的布置 60 7 3 精炼设备的布置 66 7 4 连铸设备的布置 66 8 炼钢车间人员编制炼钢车间人员编制 69 9 炼钢车间经济指标炼钢车间经济指标 73 参考文参考文献献 74 致谢致谢 75 专专题题 76 1 炼钢车间设计方案 根据设计任务书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 主要钢种及产品方案 本设计主要生产普碳钢 低合金钢 优质碳素结构钢 弹簧钢 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 320 万吨铸坯的要求 确定其产品大纲 见表 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 普碳钢Q235A60 万吨18 7 150 150mm9000mm 低合金钢Q29560 万吨18 7 150 150mm9000mm 优质碳素结 构钢 20Mn100 万吨31 25 180 1000mm9000mm 弹簧钢65Mn100 万吨31 25 220 220mm9000mm 1 2 工艺流程 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 图 1 1 高炉铁水混铁车铁水预处理倒罐站 铁水罐 扒渣 转炉 废钢及其它废料 钢渣 LF炉连铸机轧制 钢液 连铸机 图 1 1 炼钢车间工艺流程 1 3 转炉车间组成及生产能力的确定 1 3 1 车间组成 现代氧气转炉炼钢车间由以下各部分组成 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 炉外精炼及钢包装运跨 浇注系统各跨间 铁合金仓库及散状原料储运设施 渣场 耐火材料仓库 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 3 2 转炉车间生产能力的确定 1 转炉容量及座数 根据年产 320 万吨生产能力的要求 冶炼周期取 40min 供氧时间为 16min 采用 2 吹 2 制度 故转炉公称容量 G 3200000 365 1440 40 2 122t 因此采取 2 座 150t 转炉 表 1 2 平均每炉钢冶炼时间推荐值 转炉容量 t 100备注 冶炼时间28 3232 3838 45 吹氧时间12 1614 1816 20 结合供氧强度 铁水成分和所炼 钢种具体确定 2 计算年出钢炉数 每一转炉的年出钢炉数 N 为 N 1 1440365 T 1440365 85 40 11169 炉 年 式中 T1 每炉钢的平均冶炼时间 40min 炉 1440 一天的时间 min d 365 一年的日历天数 d a 转炉作业率 取 85 车间年产钢水量 nNq 2 11169 150 3350700 t 炉外精炼收得率取 99 连铸收得率 98 所以年产铸坯量 3350700 99 98 3250849t 3200000t 则该车间年产 合格钢坯量可以满足设计需求 1 4 主厂房工艺布置 氧气转炉炼钢车间的主体部分是主厂房 包括原料跨 炉子跨和浇注跨三 大跨间 为了使各种物流运行顺向 将原料跨和浇注跨布置在炉子跨的两侧 1 4 1 原料跨间布置 原料跨内主要完成兑铁水 加废钢和转炉炉前的工艺操作 其两端分别布 置铁水和废钢工段 采用混铁车运输铁水 其中布置铁水预处理站 铁水倒罐站 铁水预处理采取三站工作制 脱硫 预处理站 脱硅预处理站 脱磷预处理站 由于脱硫的条件和脱硅脱磷不一样 考虑到工艺的顺畅 故将脱硫处理布置在铁水预处理第一站 由于脱磷要求硅 含量低于 0 15 因此将脱硅预处理置于脱磷之前 铁水预处理站内设置两条 运输线和与其垂直的受铁坑 铁水坑位于铁水线下面 一个受铁坑有两个铁 水转注位置 铁水预处理采用喷粉处理工艺 喷吹石灰粉配加石灰石粉及石灰系脱磷剂 预处理后采用机械扒渣 在原料跨的一端设废钢工段供应废钢 用电磁吊车装 入废钢料斗 称量后待用 1 4 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 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 4 3 精炼跨的布置 由于产品大纲要求 本设计的精炼工艺流程为 转炉 LF 炉 LF 主要起 脱氧 脱硫及调温调整成份作用 提高连铸率和钢水收得率 1 4 4 浇注跨的布置 本设计采取全连铸工艺 在连铸跨内安放中间包 结晶器 二冷段 拉矫 机 在出坯跨中设置毛刺喷印设备 在线监控和检测设备 废坯清除 精整设 备和铸坯热运输设备 这种布置简化了工艺流程和运输组织 占地少 机械化 和自动化程度高 有利于实现铸坯直接热送 热装及连铸连轧 连铸设备采用 横向布置 钢水运送距离短 物料流程合理 便于增加和扩大连铸机的生产能 力 把不同的作业分开 各项操作互不干扰 适于全连铸车间 连铸车间工艺布置的原则是 钢水供应方便 重视中间包拆卸 修砌和烘 烤 以及对结晶器和二冷扇形段的更换 对弧等设备设置专门工作区 留有适 当的铸坯精整区域 采用计算机技术等 1 5 原材料方案设计 1 5 1 金属料 1 铁水 铁水是转炉的主要金属原料 占金属料装入量的 70 100 为了保证 冶炼过程顺利 铁水必须满足要求 转炉通常要求铁水温度必须大于 1350 硅是铁水中主要发热元素之一 生成的 SiO2是渣中的酸性成分 转炉铁水含 硅量以在 0 3 0 8 为宜 前后波动应为0 15 锰是钢中有益元素 锰可 加速石灰熔化 提高终点钢水残锰量和提高脱硫效果 通常含量在 0 5 左右 磷是高炉中不能去除的元素 各种碱性炼钢法都能脱磷 但转炉的冶炼要求尽 量有稳定的含磷量 以稳定转炉的吹炼制度 硫在大多数钢种是有害元素 在 氧化性气氛下 采用双渣 换渣或大渣量 可以脱除较多的硫 硫含量通常小 于 0 5 2 废钢 氧气转炉用铁水炼钢因热量富余故可加入 10 30 的废钢 作为调正吹 炼温度的冷却剂 采用废钢冷却可降低转炉的钢铁料 造渣料和氧气的消耗 对外形尺寸和单重过大的废钢 应预先进行解体和切割 不装伤炉衬和加速熔 化 对轻薄料应打包或压块 以缩短装料时间 块度最长 0 5m 最大重量 100kg 最大面积 0 15m2 3 铁合金 炼钢生产中广泛使用各种脱氧合金化元素与铁的合金 铁合金必须加工成 一定块度使用 并要数量准 成分明 干燥纯净 不混料 在保证钢质量的前 提下 选用适当牌号铁合金 对熔点较低和易氧化的合金 可在低温 200 下烘烤 熔点高和不易氧化的合金应在高温 800 下烘烤并要保证足够 的时间 1 5 2 散状材料 1 石灰 石灰是碱性炼钢法的基本造渣材料 对石灰化学成分的要求是 CaO 含量 应高而 SiO2和 S 的含量应尽可能低 把灼减控制在 4 70 块度一般以 5 40mm 为宜石灰质量要求 CaO 90 SiO2 3 S 0 1 过烧率 14 2 萤石 萤石能使 CaO 和阻碍石灰熔解的 2CaO SiO2外壳的熔点显著降低 加速 石灰熔解 迅速改善炉渣流动性 对萤石的成分要求 CaF2高 硫成分和水分 要低 其块度一般为 5 40mm 3 生白云石 其主要成分是 CaCO3 MgCO3 用白云石造渣可使渣中保持一定量的 MgO 以减少炉渣对炉衬的倾蚀 对白云石的要求 一般为 MgO 20 块度为 5 40mm 4 其他 合成渣料采用 FexOy 或 CaF2或 MgO 作熔剂与石灰制成的复合渣料 氧气 要求纯度大于 99 5 铁矿石要求是 Fe2O3或 Fe3O4含量高的富矿 增碳剂含 量应大 95 粒度适中 2 物料平衡与热平衡 2 1 物料平衡 2 1 1 计算原始数据 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 质量百分数 CSiMnPS 20Mn0 200 300 80 0 035 0 035 成 分类 别 铁水设定值4 200 800 600 2000 035 废钢设定值0 200 300 800 0300 030 终点钢水设定值 1 0 10痕迹0 180 0200 021 1 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 注 本计算设定的冶炼钢种为 20Mn 表 2 2 原材料成分 质量百分数 成分 类别 CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC 灰 分 挥发 分 石灰88 02 502 601 500 500 100 064 640 10 萤石0 305 500 601 601 5088 00 900 101 50 白云 石 36 400 8025 601 0036 2 炉衬1 203 0078 801 401 6014 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 1 0 50 7567 80 80 0 23 1000 13 10024 74 100 1 10 C 与氧生成 CO2 表 2 4 其它工艺参数设定值 名称参数名称参数 终渣碱度 萤石加入量 生白云石加入量 CaO SiO2 3 5 为铁水量的 0 5 为铁水量的 2 5 渣中铁损 铁珠 氧气纯度 炉气中的自由氧量 气化去硫量 金属中 C 的氧化产物 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 成 分 类 别 炉衬蚀损量 终渣 FeO 含量 按 FeO 1 35 Fe2O3 折 算 烟尘量 喷溅铁损 为铁水量的 0 3 15 而 Fe2O3 FeO 1 3 即 Fe2O3 5 FeO 8 25 为铁水量的 1 5 其中 FeO 为 75 为 20 为铁水量的 1 废钢量 氧化成 CO2 由热平衡计算确定 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 2 1 3 计算步骤 1 计算脱氧合金化前的总渣量及其成 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 2 7 总渣量及其成分如表 2 8 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 C CO C CO2 4 10 90 3 690 4 10 10 0 410 4 920 1 090 8 610 1 500 Si Si SiO2 0 8000 9101 710入渣 Mn Mn MnO 0 4200 1200 540入渣 P P P2O5 0 1800 2300 410入渣 S S SO2 S CaO CaS O 0 014 1 3 0 005 0 014 2 3 0 009 0 005 0 005 1 0 010 0 021 CaS 入渣 Fe Fe FeO Fe Fe2O3 1 076 56 72 0 837 0 606 112 160 0 42 4 0 239 0 182 1 076 0 606 入渣 入渣 合计6 7757 691 成渣量4 343入渣组分之和 1 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 CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3C COC CO2C CO CO2 0 3 据表 2 4 0 0040 0090 2360 0040 005 0 3 14 90 28 12 0 088 0 3 14 10 44 12 0 015 0 3 14 90 16 12 10 32 12 0 062 合计0 2580 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 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 0200 0250 905 石 灰 6 67 1 5 863 2 0 1730 1670 1000 0330 0070 0090 0070 3090 002 3 合 计 6 7750 8160 2150 1330 0410 0120 0100 4400 0121 2140 002 成渣量8 442 1 石灰加入量计算如下 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 SiO2 CaO CaO石灰 R SiO2 石灰 6 67kg 2 为 石灰中 CaO 含量 石灰中 S CaS 自耗 CaO 的量 3 为 CaO 还原出的氧量 6 67 0 06 32 56 0 002 表 2 8 总渣量及其成分 kg 炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计 元素氧化 成渣量 kg1 7100 5401 076 2 0 606 3 0 4100 0214 343 石灰成渣 量 kg5 8630 1670 1730 1000 0330 0070 0096 352 炉衬蚀损 成渣量 kg0 0040 0090 2360 0040 0050 258 生白云石 成渣量 kg0 9100 0200 6400 025 1 595 萤石成渣 量 kg0 0020 0280 0030 0080 0080 4400 0050 0010 495 总渣量 kg 6 7791 9341 0520 1370 5401 0760 6520 4400 4220 03113 043 1 51 9714 838 071 053 998 255 003 373 230 24100 00 1 总渣量计算 表 2 8 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 由表 2 4 知 终渣 FeO 15 又因为 Fe2O3 FeO 1 3 所以 Fe2O3 5 FeO 8 25 总渣量为 11 315 86 75 13 066kg 2 FeO 量 13 043 8 25 1 076kg 3 Fe2O3 量 13 043 5 0 033 0 005 0 008 0 606kg 2 计算氧气消耗量 氧气实际消耗量系消耗项目与攻入项目之差 详见表 2 9 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 7 691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 0 034 炉气中自由氧含量 0 060 7 829 0 007 0 069 1 合计 8 135合计 0 0077 891 1 为炉气中氮气重量 表 2 10 3 计算炉气量及其成分 炉气中含有 CO CO2 O2 N2 SO2和 H2O 其中 CO CO2 SO2和 H2O 可由表 5 7 查得 O2和 N2则由炉气总体积来确定 先计算如下 炉气总体积 V 122 4 0 5 0 5 9932 gsx VVVGVV 990 7 98 51 gsx VGV V 3 8 463m 式中 Vg CO CO2 SO2和 H2O 诸组分之总体积 m3 本计算中 其 值为 8 698 22 4 28 2 729 22 4 44 0 010 22 4 64 0 012 22 4 18 8 366m3 Gs 不计自由氧的氧气消耗量 kg 本计算中 其值为 8 093kg 见表 2 9 Vx 铁水与石灰中的 S 与 CaO 反应还原出的氧量 本计算中 其值为 0 007kg 见表 2 9 0 5 炉气中自由氧含量 m3 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 CO8 6988 698 22 4 28 6 95882 22 CO22 7292 729 22 4 44 1 38916 40 SO20 0100 010 22 4 64 0 0040 05 H2O0 0120 012 22 4 18 0 0150 18 O20 060 0 042 1 0 50 N20 069 0 055 2 0 65 合计11 578 8 463100 00 1 炉气中 O2体积为 8 463 0 5 0 042m3 重量为 0 042 32 22 4 0 060kg 2 炉气中 N2的体积系炉气总体积与其它成分的体积之差 4 计算脱氧合金化前的钢水量 钢水量 Qy 铁水量 铁水中元素的氧化量 烟尘 喷溅 渣中的铁损 100 6 775 1 50 75 56 72 20 112 160 1 13 066 6 90 377kg 列出脱氧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 0084 61钢水90 3876 40 石灰6 675 65炉渣13 0711 03 萤石0 500 42炉气11 589 79 生白云石2 502 12喷溅1 000 85 炉衬0 300 25烟尘1 501 27 氧气8 226 95渣中铁珠0 780 66 合计118 19100 00合计118 31100 00 注 计算误差为 118 19 118 3 118 19 100 0 10 第五步 计算加入废钢的物料平衡 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 计算过程和表 2 5 计算过程一样 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 C CO 13 98 0 08 90 0 0100 0130 023 入气 C C CO2 13 98 0 08 10 0 0010 0030 004 入气 Si Si SiO2 13 98 0 25 0 0350 0400 075 入渣 Mn Mn MnO 13 98 0 37 0 0520 0150 067 入渣 P P P2O5 13 98 0 010 0 0010 0010 002 入渣 S SO2 13 98 0 009 1 3 0 00040 00040 0008 入 气 S S CaO CaS O 13 98 0 009 2 3 0 0008 0 00040 002 CaS 入渣 合计0 1000 06813 98 0 10 0 13 88 成渣量 kg 0 146 将表 2 11 与表 2 12 合并 得到加入废钢后的物料平衡 表 2 13 与表 2 14 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 0076 58钢水90 38 13 98 104 3678 80 废钢13 989 70炉渣13 04 0 15 13 1910 00 石灰6 675 11炉气11 58 0 028 11 618 77 萤石0 500 38喷溅1 000 76 轻烧白云 石 2 501 91烟尘1 501 13 炉衬0 300 23渣中铁珠0 780 60 氧气8 215 0 07 8 28 5 6 09 合计132 24100 00合计132 44100 00 注 计算误差为 132 24 132 44 132 24 100 0 15 表 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86 02 76 58 钢水89 77 78 60 废钢13 98 9 70 炉渣11 35 10 05 石灰5 88 5 11 炉气9 99 8 85 萤石0 44 0 38 喷溅0 86 0 76 轻烧白云石2 20 1 91 烟尘1 29 1 14 炉衬0 26 0 23 渣中铁珠0 67 0 60 氧气7 316 09 合计116 09 100 00 113 93 100 00 5 计算脱氧合金化后的物料平衡 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 锰铁加入量 WMn为 Mn Mn Mn Mn Mn W 钢种终点 钢水量 锰铁含回收率 0 80 0 18 89 77 67 80 80 1 02kg 硅铁加入量 WSi为 FeMn Si Si Si Si W Si Si 钢种终点加锰铁后的钢水量 硅铁含回收率 25 89 771 02 0 002 73 00 75 0 49kg 铁合金中元素的损量和产物量列于表 2 15 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 C1 02 6 60 10 0 007 0 0180 026 CO2 1 02 6 60 90 0 061 Mn1 02 67 80 20 0 138 0 0450 1831 02 67 80 80 0 553 Si1 02 0 50 25 0 001 0 0010 0021 02 0 50 75 0 004 P1 02 0 23 0 002 S1 02 0 13 0 001 Fe1 02 24 74 0 252 锰 铁 合计0 1460 0640 1850 0260 875 Al0 49 2 50 100 0 012 0 0100 006 Mn0 49 0 50 20 0 0005 0 0001 1 0 00050 49 0 50 80 0 002 Si0 49 73 00 25 0 089 0 1020 1910 49 73 00 75 0 268 P0 49 0 05 0 000 2 S0 49 0 03 0 000 1 Fe0 49 23 92 0 11 7 硅 铁 合计0 1020 1120 1980 387 总计0 2480 1760 3820 0261 262 1 表示可以忽略 脱氧合金化后的钢水成分 C 0 061 0 10 100 0 17 91 03 Si 0 0040 268 100 0 30 91 03 Mn 0 5530 002 0 180 100 0 79 91 03 P 0 002 0 020 100 0 022 91 03 S 0 001 0 021 100 0 022 92 25 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 W1 则 1 0 200 17 C W 钢水量 焦炭含碳量 回收率 0 03 91 03 81 50 75 0 036kg 焦粉生成的产物如表 2 16 表 2 16 焦粉生成的产物 碳烧损量 kg 耗氧量 kg 气体量 1 kg 成渣量 kg 碳入钢量 kg 0 036 81 50 25 0 007 0 007 32 12 0 019 0 026 0 036 0 58 5 52 0 025 0 036 12 40 0 004 0 036 81 50 75 0 022 1 CO2 H2O 和挥发分之总和 将表 2 14 2 15 2 16 合并归类 得到总物料平衡表 2 17 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86 0273 00 钢水89 77 1 26 0 022 91 0778 69 废钢13 9811 86 炉渣11 35 0 382 0 004 11 7410 14 石灰5 885 00 炉气9 99 0 026 0 025 10 048 67 萤石0 440 37 喷溅0 880 76 轻烧白云石2 201 90 烟尘1 321 14 炉衬0 260 22 渣中铁珠0 690 60 氧气7 516 37 锰铁1 020 87 硅铁0 490 42 焦粉0 0360 03 合计117 84100 00 115 74100 00 计算误差 115 74 117 84 115 74 100 1 81 2 2 热平衡计算 2 2 1 计算原始数据 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 1 废钢其它原料炉渣炉气烟尘 温度 12502525与钢水相同14501450 1 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 组元化学反应 kJ mol 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 CO2 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 238229 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 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 铁水为基础 1 计算热收入 Qs 包括铁水物理热 元素氧化热及成渣热 炉衬中碳的 氧化热 烟尘氧化热 1 铁水物理热 Qw 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 由铁水温度和生铁比热 表 2 18 和表 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 元素氧化热及成渣量热 Qy 根据铁水中元素氧化量和反应热效应 表 2 20 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 C CO3 690 11639 42947 91Fe Fe2O30 424 6460 2739 04 C CO20 410 34834 14281 94P P2O50 180 18980 3416 40 Si SiO20 800 29202 23361 60P2O5 4CaO P2O50 422 4880 2059 36 Mn MnO0 420 6594 2769 48SiO2 2CaO SiO21 934 1620 3133 08 Fe FeO0 837 4250 3557 25合计 Qy98266 06 3 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 25kJ 4 烟尘氧化热 Qc 由表 2 4 给出的烟尘量参数和反应热效应计算 Qc 1 5 75 56 72 4250 20 112 160 6460 5075 36kJ 故热收入总值为 Qs Qw Qy Ql Qc 218427 82kJ 2 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 金属热 轻烧白云石分解热 热损失 废钢吸热 1 钢水物理热 Qg 先根据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 以及要求的过热度 一般为 50 90 确定出钢温度 Tg 最后由钢水量和热容算出物理热 Tg 1536 0 10 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 60 1680 式中 50 50 和 60 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 90 377 0 699 1520 25 272 0 837 1680 1520 131130 20kJ 2 炉渣物理热 Qr 令终渣温度与钢水温度相同 则得 Qr 13 066 1 248 1680 25 209 29717 83 kJ 3 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 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 58 1 137 1450 25 18762 211450 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 0 887 1680 1520 1267 87 1520 系钢水熔点 喷溅金属物理 热 1 0 699 1520 25 272 0 887 1680 1520 1457 33 合计Qx 23929 86 4 生白云石分解热 Qb 根据其用量 成分和表 2 20 所示的热效应计算 Qb 2 5 36 40 1690 25 60 1405 2437 10 kJ 5 热损失 Qq 其它热损失带走的热量一般约占总热收入的 3 8 在这 取 5 则 Qq 218427 67 5 10921 38kJ 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 20291 29 故废钢加入量 Wf 为 Wf 20291 29 1 0 699 1520 25 272 0 837 1680 1520 13 98kg 故废钢比为 13 98 100 13 98 100 12 27 热平衡表计算结果列于表 2 24 表 2 24 热平衡表 收入支出 项目热量 kJ 项目热量 kJ 铁水中物理热114500 0052 42钢水物理热131130 2060 34 元素氧化热和 成渣热 98266 0644 99炉渣物理热29717 8313 68 其中 C 氧化57229 8526 20废钢吸热20291 299 29 Si 氧化23361 6010 70炉气物理热18762 218 59 Mn 氧化2769 481 27烟尘物理热2442 451 12 P 氧化3416 401 57渣中铁珠物理 热 1267 870 58 Fe 氧化6296 292 88喷溅金属物理 热 1457 330 67 成渣 2 SiO 3133 081 43轻烧白云石分 解热 2437 101 11 成渣 25 PO 2059 360 94热损失10921 385 00 烟尘氧化热5075 362 32 炉衬中碳的氧 化热 586 250 27 合计218427 67100 00合计218427 67100 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 经计算其热收入部分占总热收入的 0 8 1 0 热支出部分约占 0 5 0 8 二者基本持平 热效率 100 热收入总量 废钢吸热炉渣物理热钢水物理热 82 93 若不计炉渣带走的热量时 热效率 100 热