年产180万吨转炉炼钢车间设计.doc

1 年产年产 180180 万吨转炉炼钢车间设计万吨转炉炼钢车间设计 学校 学校 昆明理工大学昆明理工大学 专业 专业 冶金工程冶金工程 班次 班次 20022002 2 2 姓名 姓名 普松普松 指导老师单位 指导老师单位 昆明理工大学昆明理工大学 姓名 普靖中姓名 普靖中 职称 职称 副教授副教授 2 目目 录录 摘 要 4 ABSTRACT 5 前 言 6 第一章 设计概述 7 1 1 主要用途 8 1 2 冶炼要点 8 1 3 化学成分对 H08 性能的影响 9 1 4 现代全连铸冶炼焊条钢要点 10 第二章 氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡 11 2 1 物料平衡计算 11 2 2 热平衡计算 21 第三章 氧气顶吹转炉的设计与计算 27 3 1 炉型设计 27 3 2 氧气顶吹转炉炉衬设计 30 3 3 氧气顶吹转炉炉体金属构件设计 31 3 4 支承装置 32 3 5 倾动机构 32 3 6 底部供气构件的设计 34 第四章 氧枪的设计与计算 36 4 1 喷头设计 36 4 2 氧枪水冷系统 40 第五章 连铸机的设计与计算 43 5 1 连铸机的主要工艺参数 43 5 2 连铸机生产能力的确定 50 5 3 盛钢桶及其载运设备 54 5 4 中间包及其载运设备 55 5 5 结晶器及其振动装置 57 5 6 二次冷却装置 59 第六章 钢包的设计与计算 63 3 6 1 盛钢桶尺寸计算 63 6 2 盛钢桶质量 65 6 3 盛钢桶重心计算 67 第七章 铁水预处理及炉外精练 68 7 1 铁水预处理 68 7 2 炉外精练 69 第八章 转炉炼钢车间布置 71 8 1 转炉容量及车间生产能力的确定 71 8 2 全厂金属平衡表的制定 72 8 3 主厂房工艺布置 73 总结与体会 75 谢 辞 76 参考文献 77 4 摘摘 要要 本次设计的是一座年产 180 万吨合格坯的氧气顶吹转炉炼钢厂 冶炼的钢种为碳素 焊条钢 主要牌号 H08A H08E H08C 主要规格 f 6 5mm f 6 0mm f 5 5mm 两座 120 吨的氧气顶吹转炉 年产钢水量为 189 22 万吨 采用三孔氧枪 氧流量为 333 33Nm3 min 配用钢包的额定容量为 150 吨 两台 2 机 6 流板坯弧形连铸机 连铸机 的弧形半径为 6m 主产品断面尺寸 200 1000mm 连铸机设计年生产能力为 205 2 万吨 设计主要针对转炉炼钢厂 其中包括炼钢厂规模 生产工艺流程 冶炼的钢种牌号 全厂金属料消耗平衡表 转炉炼钢车间的物料平衡和热平衡计算 转炉炉型选择及设计 计算 氧枪喷头及枪身设计计算 连铸机以及车间附属设备的计算选型 车间平面布置 设计等 关键字 氧枪 转炉 连铸机 碳素焊条钢 5 Abstract The task of this design is to design a steelmaking mill with top oxygen blowing vessels that has an annual productivity of 1 million tons fine butts It produces series ofThe carbon welds the bar iron Trademark H08A H08E H08C specification f 6 5mm f 6 0mm f 5 5mm There are two top oxygen blowing vessels with a 1 892million tons productivity of hot metal It adopts the oxygen core lance that has three holes and the flow rate is 333 33Nm3 min The matched steel ladle size is 150 tons Also there are two setcasting machines that are two machine and six currents and produce the plank block The arc radius is 6m and the major product contour size is 200 1000mm The annual productivity of the casting is 2 052 million tons This design aims at the converter steel mill primarily among them include the steel mill scale and produce the steel of the craft flowsheet the card number of smelting steel and the balance sheet of whole plant depletion of metal charge A calculation for of material balance and calorific balance in the converter ship designing then choosing the profile and furnace lines of converter as well as choosing spray head and body of oxygen lance calculating and choosing the caster type then choose the other accessory equipment Last make an arrangement for the various equipments in the whole workshops Keywords oxygen lance converter caster The carbon welds the bar iron 6 前前 言言 由于我国已经加入世界贸易组织 世界经济的格局将发生重大变化 外商投资将保 持良好的增长态势 世界机械制造业 化工业的重心将加快向我国转移 入世受益行业 发展速度将有所加快 这将加大国内钢材需求 在钢材消费增加的同时 消费结构将保 持多层次 多样化 并逐步向高层次演化 21 世纪 随着经济的日益全球化 竞争不断 加剧 21 世纪的我国钢铁行业既有前所未有的发展机遇 又面临严峻的挑战 本设计说明书对毕业设计的整个过程及主要内容进行了详细的说明 主要设计一座 年产 180 万吨钢坯的转炉炼钢车间 设计范围包括从铁水预处理到连铸的整个炼钢过程 设计内容有主钢种碳素焊条钢的冶炼工艺流程和操作要点 炼钢厂内的物料平衡计算和 热平衡计算 及由此计算结果来确定的厂内各设备生产能力 型号等 设备选定及其在 厂房内的布置 应力求使厂区有效面积得到充分利用 物料流向合理 由于本人水平有限 设计中错误和缺点在所难免 望老师和同学们批评指正 7 第一章第一章 设计概述设计概述 本次设计的是年产 180 万吨碳素焊条钢的转炉炼钢厂 冶炼的主钢种为连铸碳素焊 条钢 主要牌号 H08A H08E H08C 主要尺寸规格 f 6 5mm f 6 0mm f 5 5mm 执 行标准 GB T3429 2002 碳素焊条钢是焊接材料行业使用量最大的原料品种 主要用于 制作不同牌号 不同规格的碳钢焊条 产销量大 随着我国钢材消费量的增长 焊接材 料用钢不断增加 据最新统计 2002 年全年需求量达到 120 万吨以上 此类碳素钢 存 在成分偏析 尤其是硫 碳和磷在的上部和中心呈正偏析 为了保证盘条质量 冶炼时 必须严格控制成分 其所要求的各化学成分的范围如表 1 1 表 1 1 连铸碳素焊条钢各化学成分范围 钢种C Mn P S H08A 0 070 37 0 50 0 020 0 020 H08E0 04 0 070 37 0 50 0 013 0 013 H08C0 04 0 070 37 0 50 0 010 0 010 冶炼主要工艺流程是在高炉出铁后 铁水通过鱼雷罐车运到炼钢厂 经过铁水预处 理 去除部分有害元素 从而减轻转炉脱 P 的负担 预处理后的铁水再通过转炉吹炼 脱去绝大部分的 C 冶炼主要工艺流程如图 1 1 所示 图 1 1 工艺流程图 任何一个炼钢厂都不可能只炼一个钢种 都是由一个主钢种和多个副钢种组成的 为了便于冶炼及减少资金投入 在本设计中对副钢种的选择主要依据钢种的化学成分来 8 确定 使各钢种的化学成分相差不大 从而可以制定出相似的冶炼工艺 这里选取了三 种副钢种 各钢种的化学成分要求如表 1 3 所示 表表 1 31 3 各化学成分范围各化学成分范围 CSiMnPS 65Mn0 62 0 690 17 0 370 70 1 00 0 025 0 020 T9A0 85 0 93 0 35 0 40 0 025 0 020 55CrMnA0 52 0 600 17 0 370 65 0 95 0 030 0 030 表表 1 41 4 产品大纲产品大纲 钢种占总产量的百分比钢水量 万吨 锰铁 万吨 硅铁 万吨 H0850 94 610 5140 000 65Mn20 37 84 0 2050 082 T9A15 28 380 1540 125 55CrMnA15 28 380 154 0 125 合计189 22 1 2070 332 碳素焊条钢的概述碳素焊条钢的概述 1 1 主要用途主要用途 碳素焊条钢盘条 最重要的是化学成分要求严格 尤其是碳 硅 硫成分要确保盘 条成分符合标准规定 此外要求碳素焊条钢具有优良的拉拔性能 电焊条主要尺寸规格 有 f4 0mm f3 2mm f2 5mm f2 0mm 用户拉拔使用的主要特点有 碳素焊条钢合金 含量少 属于非合金钢范畴 用户最终加工产品尺寸较大 因此与合金焊丝产品不同 碳素焊条钢盘条主要生产规格为 f6 5 f6 0mm 国内用户订购 f5 5 规格的很少 1 2 冶炼要点冶炼要点 1 铁水含硫量 0 035 时方可冶炼此钢种 出铁时尽量少带高炉渣 2 冶炼本钢种时要考虑到石灰 矿石 铁块 煤等原材料含硫量 3 装入量力求准确 废钢加入量以确保过程温度 终点温度为前提 副钢种化学成分 9 4 冶炼过程中关键是去硫 要保证在转炉中去硫率 有两个问题必须注意 首先是 前期高温去硫 要求第一次拉碳 熔池 C0 20 0 30 时温度为 1650 1680 炉渣 碱度为 3 0 3 6 尽量多倒炉渣 后吹用石灰石或生白云石调温造新炉渣 这样即可以 防止熔池温度过高又可以有效地去硫 吹炼终点碳含量在 0 04 0 06 熔池温度在 1640 1660 炉渣碱度大于 3 2 5 为了保持钢中合适的含氧量 用 1 3 中碳锰铁和 2 3 高碳锰铁合金化 这样钢水 增碳约 0 02 有利于模内钢液沸腾 其原因是钢液碳含量增加 碳氧乘积远超过平衡值 其次中碳锰铁含硅 1 5 2 不致因中碳锰铁加入数量多增硅而影响沸腾 6 出钢时用铁芯铝调整包内钢水氧化性 7 开浇平稳 随时观察模内钢液沸腾 浇注过程及刺铝调整钢水氧化性 尽量使用 瓶口模浇注 用瓶口模浇注时 预留高度 90 100mm 然后加瓶塞 用敞口模浇注时必须 采用铝封 加铝时要拨渣后搅拌 防止钢水冒窜而导致钢锭开坯轧制时脱落 调头 严 禁用硅铁封顶 主要是钢锭头部增硅 以致钢坯要切去 1 3 1 2 焊条钢在锭模内沸腾 弱 是在开坯时造成掉头和坚壳带薄产生气泡裂纹的主要原因 因此保证钢水在锭模内 有良好的沸腾是十分重要的 1 3 化学成分对化学成分对 H08 性能的影响性能的影响 1 碳的影响 焊丝中含碳量增加 会使焊缝金属含碳量增加 应控制在 0 06 0 09 2 硅的影响 硅影响冷拔加工性能 在焊缝中有降低塑性的倾向 故国家标准规定 碳素结构钢 H08 类硅含量 0 03 3 锰的影响 锰会增加焊缝中的含锰量 不仅可提高抗拉强度 也使塑性和韧性提 高同时还提高焊缝抗裂能力 4 磷的影响 有害元素 磷含量增加使焊缝冷裂倾向增大 同时低温冲击值迅速 下降 H08 钢中的 S P 含量低 其盘条价格更高 5 硫的影响 有害元素 硫含量增加使焊缝热裂倾向增大 同时使焊缝产生表面 气孔的可能性增加 6 铜的影响 铜含量高时易产生焊缝开裂 所以要求铜 0 20 氧气转炉用铁水 10 为主要原料炼钢 残余元素铜含量远远低于 0 20 故厂内一般不做考核 1 4 现代全连铸冶炼焊条钢要点现代全连铸冶炼焊条钢要点 1 铁水脱硫 现代转炉炼钢厂都有铁水预处理 我国宝山钢铁总厂炼钢设有铁水喷 吹脱硫和 三脱 脱硅 脱磷 脱硫 装置 经过铁水预处理 入炉的铁水含硫量 0 007 铁水炉外脱硫是技术合理 经济的脱硫方法 2 钢水经过真空脱气装置 利用钢液的碳和氧作用 使钢中全含氧量 40 10 6 ppm 虽然钢中无硅和少铝 铸坯或钢锭也不会产生皮下气泡 3 钢水通过连铸浇成铸坯 因为采用全保护浇注 大包保护套管和氩气密封 中间 包至结晶器采用浸入式水口保护渣 不仅可以防止钢水二次氧化 而且在中间包和结 晶器内钢液中的夹杂物可以上浮 被保护渣捕捉 钢的纯洁度较高 冷拔加工性能好 适宜生产高强度高韧性等高级焊条 11 第二章第二章 氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡 2 1 物料平衡计算物料平衡计算 1 计算所需原始数据 炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的 其主要 目的是比较整个过程中物料 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技术经济指标提供某些定量依据 应当指出 由于炼钢系复 杂的高温物理化学过程 加上测试手段有限 目前尚难以做到精确取值和计算 尽管 如此 它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义 表 2 1 钢种 铁水 废钢和终点钢水的成分设定值 CSiMnPS 钢种设定值0 0700 0000 4000 0050 010 铁水设定值 3 6000 3310 3510 0930 032 废钢设定值0 070 0 000 0 400 0 0050 010 终点钢水设定值 0 040 痕迹0 1050 009 0 019 这里的铁水设定值为铁水预处理后的铁水成分 具体内容见 第七章 铁水预处理及炉外精练 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 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 氧气渣中珠铁 炉衬蚀损炉气 成分 类别 12 铁合金喷溅 表 2 2 原材料成分 CaOSiO2MgO Al2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分 石 灰 88 00 2 50 2 60 1 50 0 50 0 10 0 06 4 64 0 10 萤 石0 30 5 50 0 60 1 60 1 50 88 00 0 90 0 10 1 50 生白云石36 40 0 80 25 60 1 00 36 20 炉 衬1 20 3 00 78 80 1 40 1 60 14 00 焦 碳 0 58 81 50 12 40 5 52 表 2 3 硅铁合金的成分及回收率 CSiMnAlPSFe 硅铁73 00 750 50 802 50 00 05 1000 03 10023 92 100 锰铁6 60 900 50 7567 80 800 23 1000 13 10024 74 100 3 计算步骤 以 100 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 第四步 计算脱氧和合金化前的钢水量 类别 成分 13 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 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 15 即 Fe2O3 5 金属中 C 的氧化90 C 氧化成 CO 10 C Fe2O3 FeO 1 3 FeO 10 产物氧化成 CO2 烟尘量为铁水量的 1 5 其中 废钢量由热平衡计算确定 本计 FeO 为 75 Fe2O3为 20 算结果为铁水量的 7 53 喷溅铁损为铁水量的 1 即废钢量比为 7 00 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 产出量 kg 备 注 C C CO 3 204 4 2727 476 C CO2 0 3560 949 1 305 Si Si SiO2 0 400 0 457 0 857入 渣 Mn Mn MnO 0 2460 072 0 318 入 渣 P P P2O5 0 0840 1080 206 入 渣 S S SO2 0 0040 0040 009 S CaO CaS O 0 009 0 004 0 020入 渣 Fe Fe FeO 0 4570 1310 588 入渣 见 3 8 Fe Fe2O3 0 2310 0990 329 入渣 见表 3 8 14 合 计 4 9916 088 成 渣 量 2 317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 炉衬蚀损量 成渣组分 kg 气态产物 kg 耗氧量 kg kg CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3 C COC CO2C CO CO2 0 3 据表 3 4 0 0040 0090 2360 0040 0050 0880 0150 062 合 计0 2580 103 表 2 7 加入熔剂的成渣量 加 入 量 成 渣 组 分 kg 气态产物 kg 类 别 kg CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2 萤 石 0 5 据表 3 4 0 002 0 003 0 028 0 008 0 008 0 005 0 001 0 440 0 008 生白云石 2 5 据表 3 4 0 910 0 640 0 020 0 025 0 905 石 灰2 899 1 2 247 20 075 0 072 0 043 0 014 0 003 0 004 0 003 0 135 0 001 3 合 计 3 159 0 718 0 120 0 076 0 022 0 007 0 005 0 440 0 010 1 040 0 001 成 渣 量4 548 1 石灰加入量计算如下 由表 2 5 2 7 可知 渣中已含 CaO 0 016 0 004 0 002 0 910 0 900kg 渣中已含 SiO2 0 857 0 009 0 028 0 020 0 914kg 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 15 3 5 0 914 0 900 88 00 3 5 2 5 2 899kg 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 表 2 8 总渣量及其成分 炉 渣 成 分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合 计 元素氧化成渣量 kg 0 857 0 318 0 588 0 329 0 206 0 020 2 317 石灰成渣量 kg 2 247 0 072 0 075 0 043 0 014 0 003 0 0042 460 炉衬蚀损成渣量 kg 0 004 0 009 0 236 0 004 0 005 0 258 生白云石成渣量 kg 0 910 0 020 0 640 0 025 1 595 萤石成渣量 kg 0 002 0 028 0 003 0 008 0 008 0 440 0 005 0 001 0 493 总渣量 kg 3 1620 986 0 955 0 081 0 318 0 588 0 356 0 440 0 213 0 025 7 123 44 394 13 844 13 407 1 133 4 458 8 2505 00 6 177 2 995 0 345 100 00 总渣量计算如下 因为表 2 8 中除 FeO 和 Fe2O3 以外的渣量为 3 162 0 986 0 955 0 081 0 318 0 440 0 213 0 025 6 180kg 而终渣 FeO 15 表 2 4 故总渣量为 6 180 85 75 7 123kg FeO 量 7 123 8 25 0 588kg Fe2O3 量 7 123 5 0 014 0 005 0 008 0 329kg 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 xsg VVGVVV 5 0 32 4 22 99 1 5 0 16 10 039m3 51 98 7 099 xsg VGV V 式中 Vg CO CO2 SO2和 H2O 诸组分之总体积 m3 本计算中 其值为 7 564 22 4 28 2 360 22 4 44 0 009 22 4 64 0 0010 22 4 18 7 2571 Gs 不计自由氧的氧气消耗量 本计算中 其值为 6 466m3 见表 2 9 Vx 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 0 005 见表 2 9 0 5 炉气中自由氧含量 m3 99 由氧纯度为 99 转换得来 计算结果列于表 2 10 中 表 2 9 实际耗氧量 耗 氧 项 kg 供 气 项 kg 实际氧气消耗量 kg 铁水中元素氧化耗 氧量 表 3 5 6 088 铁水中 S 与 CaO 反应还原 出的氧量 表 2 5 0 004 炉衬中碳氧化耗氧 量 表 3 6 0 062 石灰中 S 与 CaO 反应还原 出的氧量 表 2 7 0 001 烟尘中铁氧化耗氧 量 3 4 0 295 炉气中自由氧含量 表 3 10 0 072 6 516 0 005 3 396 合 计6 516 合 计0 0059 907 为炉气中 N2的重量 详见表 2 10 表 2 10 炉气量及其成分 17 炉 气 成 分炉 气 量 kg 体 积 m3 体 积 CO7 564 6 05160 280 CO22 3601 202 11 970 SO20 009 0 0060 060 H2O0 0010 0 013 0 129 O20 072 0 050 0 500 N23 3962 717 27 061 合 计13 41110 039100 000 炉气中 O2的体积为 10 039 0 5 0 050m3 重量为 0 050 32 22 4 0 072kg 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 2 717 28 22 4 3 396kg 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100 000 86 128钢 水92 49779 767 石 灰2 8992 497炉 渣7 1236 143 英 石0 500 据表 3 4 0 431炉 气13 41111 565 生白云石2 500 据表 3 4 2 153 喷 溅1 000 0 862 炉 衬0 300 0 258 烟 尘1 500 1 294 氧 气9 9078 539渣中铁珠0 427 0 369 合 计116 106100 000 合 计115 958100 000 注 计算误差 116 106 115 958 116 106 100 0 127 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 3 159 1 5 75 56 72 20 112 160 1 7 123 6 92 497 据此编制脱氧和合金化前的物料平衡表 表 2 11 18 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 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 就得出 加入废钢后的物料平衡表 2 13 和 2 14 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 2 1 和铁合金成分及其烧损率 表 2 3 算出钢 芯铝和硅铁的加入量 再计算其元素烧损量 将所得结果与表 2 14 归类 即得冶炼 一炉钢的总物料平衡 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 进入钢中的量 kg C C CO 0 0160 0210 037 C CO2 0 0020 0050 006 Si Si SiO2 0 0000 000 0 000 Mn Mn MnO 0 100 0 029 0 129 P P P2O5 0 001 0 0020 003 S S SO2 0 000 0 000 0 001 S CaO CaS O 0 001 0 000 0 002 合 计0 120 0 056 24 836 成渣量 kg 0 134 表 2 13 加入废钢的物料平衡表 以 100 铁水为基础 收 入支 出 项 目重量 kg 项 目重量 kg 铁 水100 000 70 863 钢 水117 33383 231 19 废 钢24 95517 864 炉 渣7 2575 148 石 灰2 8992 055炉 气13 4559 544 萤 石0 500 0 354喷 溅1 000 0 709 轻烧白云石2 500 1 722 烟 尘1 500 1 064 炉 衬0 300 0 213渣中铁珠0 427 0 303 氧 气9 9637 060 合 计141 118100 00 合 计140 927100 00 注 计算误差为 141 118 140 927 141 118 100 0 135 表 2 14 加入废钢的物料平衡表 以 100 铁水 废钢 为基础 收 入支 出 项 目重量 kg 项 目重量 kg 铁 水80 02970 863钢 水93 90083 231 废 钢19 97117 684炉 渣5 8085 148 石 灰2 3202 055炉 气10 7689 544 萤 石0 4000 354 喷 溅0 8000 709 轻烧白云石2 0011 772烟 尘1 2001 064 炉 衬0 2400 213 渣中铁珠0 3420 303 氧 气7 9737 060 合 计112 935100 000 合 计112 818 100 000 注 计算误差为 112 935 112 818 112 935 100 0 1048 20 表 2 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 C0 0030 0090 0120 030 Mn0 0690 0200 0890 277 Si0 0010 0010 0010 002 P0 001 S0 001 Fe0 126 锰铁 合计 0 0730 0300 0910 0120 437 Al0 0000 0000 000 Mn0 0000 0000 0000 000 Si 0 001 0 001 0 001 0 002 P0 000 硅铁 S0 000 21 Fe 0 001 合计 0 001 0 001 0 002 0 003 总计 0 0730 0290 0890 0120 435 总物料平衡表 锰铁加入量为 WMn 0 511 硅铁加入量 WSi为 0 003 回收率 硅铁含 加钢芯铝后的钢水量 终点钢种 SiSi SiSi WSi 铁合金中元素的烧损和产物量列于表 2 15 中 脱氧和合金化后的钢水成分如下表所示 脱氧和合金化后的钢水成分 CSiMnPS 0 0720 0000 3990 0100 020 由此可得冶炼过程 即脱氧和合金化后 的总物料平衡表 2 16 表 2 16 总物料平衡表 收 入支 出 项 目质 量 kg 项 目质 量 kg 铁 水80 02970 548 废 钢19 97117 606 钢 水94 33283 404 石 灰2 3202 046 萤 石0 400 0 353 炉 渣5 8965 213 轻烧白云石2 0011 764炉 气10 5319 311 22 炉 衬0 2400 212 氧 气7 9737 029 喷 溅0 8000 708 锰 铁0 5110 450 烟 尘1 2001 061 硅 铁 0 003 0 003 渣中铁珠0 3420 302 焦 粉 0 003 0 003 合 计113 438100 00 113 102100 00 注 计算误差为 113 438 113 102 113 438 100 0 296 2 2 热平衡计算热平衡计算 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 17 物料平均热容 表 2 18 反应热效应 表 2 19 溶入铁水中的元 素对铁熔点的影响 表 2 20 其它数据参照物料平衡选取 2 计算步骤 以 100 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 2 17 2 1 和 2 20 计算铁水熔点 Tt 然后由铁水温度和生铁比热 表 2 17 和 2 18 确定 Qw 表 2 17 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 13502525与钢水相同14501450 表 2 18 物料平均热容 物 料 名 称生 铁钢炉 渣矿 石烟 尘炉 气 23 固态平均热容 kJ kg K 0 7450 699 1 0470 996 熔化潜热 kJ kg 218272209209209 液态或气态平均热容 kJ kg K 0 8370 8371 248 1 137 表 2 19 炼钢温度下的反应热效应 组元化学反应 H kJ kg H kJ kg C C 1 2 O2 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 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 24 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 20 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 氧溶入使 铁熔点的降低值 6 适用含量范围 1 01 0 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 3 15 0 7 0 08 1 18 表 2 21 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 37291 356 Fe Fe2O3 1489 338 C CO2 12400 904 P P2O5 1594 320 Si SiO2 11680 800 P2O5 4CaO P2O5 1041 074 Mn MnO 1622 124 SiO2 2CaO SiO2 1597 529 Fe FeO 1942 507合 计 Qy70659 953 Tt 1536 3 6 100 0 331 8 0 351 5 0 093 30 0 032 25 6 1190 6 25 Qw 100 0 745 1190 6 25 218 0 837 1350 1190 6 151701 780kJ 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 19 可以算出 其结果列于表 2 21 中 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 kJ35 5075 6460 160 112 204250 72 56 755 1 c Q 4 炉衬中碳的氧化热 Q1 根据炉衬蚀损量及其含碳量确定 Q1 0 3 14 90 11639 10 34834 586 257kJ 故热收入总值为 Qs Qw Qy Qc Q1 228023 340kJ 第二步 计算热支出 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 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 10 65 0 045 5 0 006 30 0 018 25 6 1522 65 式中 0 10 0 045 0 006 和 0 018 分别为终点钢水 C Mn P 和 S 的含量 Tz 1522 65 50 50 70 1692 65 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 91 559 0 699 1522 65 25 272 0 837 1692 65 1522 65 135151 439kJ 2 炉渣物理热 Qr 令终渣温度与钢水温度相同 则得 Qr 11 481 1 248 1692 65 25 209 16313 292kJ 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 26 详见表 2 22 4 生白云石分解热 Qb 根据其用量 成分和表 2 19 所示的热效应计算 Qb 2 5 36 40 1690 25 60 1405 2437 100kJ 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 本计算取 5 则得 Qq 228023 340 5 11401 167kJ 表 2 22 某些物料的物料热 项目参数kJ备注 炉气物理热21728 7841450为炉气烟尘温度 烟尘物理热2442 450 渣中铁珠物理热624 4661520为钢水熔点 喷溅金属物理热1461 144 合计Qx26256 843 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 36463 499kJ 故废钢加入量 Wf为 Wf 24 955kg 即废钢比为 24 955 100 24 955 19 971 热平衡计算结果列于表 2 23 中 热收入总值 热 废钢吸热钢水物理热 炉渣物理 热效率97 81100 表 2 23 热平衡表 收 入支 出 项 目热量 kJ 项 目热量 kJ 铁水物理热151701 78066 529钢水物理热135151 439 59 271 元素氧化热和成渣热70659 95330 988炉渣物理热16313 2927 154 27 其中 C 氧化49692 26021 793废钢吸热36463 499 15 991 Si 氧化11680 8005 123炉气物理热21728 784 9 529 Mn 氧化1622 124 0 711烟尘物理热2442 450 1 071 P 氧化1594 3200 699 渣中铁珠物理热624 4660 274 Fe 氧化3431 8451 505 喷溅金属物理热1461 144 0 641 SiO2成渣1597 5290 701轻烧白云石分解热2437 100 1 069 P2O5成渣1041 0740 457热损失11401 1675 000 烟尘氧化热5075 350 2 226 炉衬中碳的氧化热586 2570 257 合 计228023 340100 000 合 计228023 340100 000 若不计算炉渣带走的热量时 416 82100 热收入总值 废钢吸热钢水物理热 热效率 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 其热收入部分约 占总收入的 0 8 1 0 热支出部分约占 0 5 0 8 二者基本持平 28 第三章第三章 氧气顶吹转炉的设计与计算氧气顶吹转炉的设计与计算 氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备 其设计的质量不仅直接影响到投产后的各项 技术经济以及企业的的经济效益和社会效益 而且还关系到操作者的劳动安全 为了正 确 合理的设计 达到预定的目标 必须依据建厂的具体条件 充分调查和掌握同类转 炉的发展现状 切实做到理论与实际紧密结合 转炉由炉帽 炉身和炉底三部分组成 目前常用的炉帽是一上小下大的正口形截圆 锥体 炉帽以下 熔池以上的炉身部分为圆筒形 熔池面以下的炉底部分 其形状视熔 池形状而定 根据修炉方式的不同 有死炉底与活炉底之分 前者适用于上修 后者适 用于下修 所谓转炉炉型 实际上是指由上述三部分组成的炉衬内部空间或炉膛的几何形状 由于炉帽和炉身的形状并无变化 所以通常就按熔池形状划分为三种 筒球型 截球型 和截锥型 本次设计转炉的公称容量为 120t 采用截锥型 截锥型熔池形状为一倒锥体 在装入量和熔池直径相同的情况下 其熔池最深 因 此不适宜于大容量转炉 我国过去已建成的 30t 以下的小炉子应用较多 新制定的技术规 定中提出 100t 转炉一般采用截锥型活炉底 国外已很少用这种炉型 通常倒截锥体 的底部直径 d 0 7D 这时熔池体积 Vc m3 与熔池直径 D m 和熔池深度 h m 有 如下关系 2 574 0 hDVc 3 1 炉型设计炉型设计 炉型设计的主要任务是确定所选炉型各部位的主要参数和尺寸 据此再绘制出工程 图 1 熔池尺寸的确定 熔池是容纳金属并进行一系列复杂物理化学反应的地方 其 主要尺寸有熔池直径和熔池深度 设计时 应根据装入量 供氧强度 喷嘴类型 冶炼 动力学条件以及对炉衬蚀损的影响综合考虑 1 熔池直径 D 熔池直径通常指熔池处于平静状态时金属液面的直径 它主要取决 于金属装入量和吹氧时间 随着装入量增加和吹氧时间缩短 单位时间的脱氧量和从熔 29 池排出的 CO 气体量增加 此时 如不相应增大熔池直径 势必会使喷溅和炉衬蚀损加剧 转炉吹氧时间 t 与装入量 G 成正比 而与单位时间供氧量 Q 成反比 即若要增大供氧量 还要使喷溅维持一定 就需扩大熔池面 这意味着单位时间供氧量与熔池直径的平方成 正比 因此可得公式 m t G KD070 4 式中 G 新炉金属装入量 t 可近似地取其公称容量 120t t 平均每炉钢纯吹氧时间 本设计取 18min K 比例系数 本设计取 1 50 2 熔池深度 h 熔池深度系指熔池处于平静状态时从金属液面到炉底最低处的距离 对截锥型熔池 m D V h c 931 1 070 4 574 0 33 18 574 0 22 2 炉身尺寸的确定 对于圆筒形炉身 因其直径与熔池直径一致 故需确定的尺 寸即为炉身高度 H身 5 760m 22 44 D VVV D V H t 池帽身 身 3 炉帽尺寸的确定 顶吹转炉一般用正口炉帽 其主要尺寸有炉帽倾角 炉口直 径和炉帽高度 设计时 应考虑以下因素 确保其稳定性 便于兑铁水和加废钢 减少 热损失 避免出钢时钢渣混出或从炉口流渣 减少喷溅 1 炉帽倾角 倾角过小 炉帽内衬不稳定性增加 容易倒塌 过大时 出钢时容 易钢渣混出和从炉口大量流渣 目前倾角多为 60 3 小炉子取上限 大炉子取下限 这是因为大炉子的炉口直径相对来说要小些 2 炉口的直径 d 一般来说 在满足兑铁水和废钢的前提下 应适当减小炉口直径 以利于减少热损失 减少空气进入炉内影响炉衬寿命和改善炉前操作条件 实践表明 取炉口直径为熔池直径的 43 53 较为适宜 另外 从减少喷溅考虑 要求炉气从炉口 30 排出的速度小于 15m s 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 的直线断段 因此炉帽高度为 2 130m 口帽 HtgdDH 2 1 炉帽总容积为 60 14785 0 262 0 424 222 2 口口帽 口帽 HddDdDHH HdtgdDV 4 出钢口尺寸的确定 出钢口内口一般都设在炉帽与炉身交界处 以便当转炉处 于水平位置时其位置最低 可使钢水全部出净 出钢口的主要尺寸是其中心线的水平倾 角和直径 1 出钢口中心线水平倾角 1 为了缩短出钢口长度 以利维修和减少钢液二次氧 化及热损失 大型转炉的 1趋向减少 国外不少转炉采用 0 但 0 倾角使钢流对钢 包内金属的冲击力变小 国内转炉多为 45 以下 本设计取 45 2 出钢口直径 d出 出钢口直径决定着出钢时间 因此随炉子容量而异 出钢时间 通常为 2 8min 时间过短 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 即出钢口太小 钢液容易二次氧化和吸气 散热也 大 通常 d出可按下面经验式确定 出 cmTd00 1675 1 63 式中 T 转炉公称容量 t 3 炉容比 或体积比 的确定 炉容比系指转炉有效容积 Vt与公称容量 T 之比值 Vt T m3 t Vt系炉帽 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 这种表示法不受操作方法和浇注方法的影响 确定炉容比时 应综合考虑以下因素 铁水比 铁水成分 冷却剂种类 供氧强度 喷枪孔数 基建投资等 通常 铁