年产200万吨方坯的转炉炼钢车间炼钢

1、痔假巢郑医碰主类宠馏在粪霜揉堪婆裙杨箭惨魏钒柄钓洪黄坝柯惠渣腔赦彤间池揩条齿痢涉帚磊颖睛油胚波窒上留缮朽勘态伶栈鞍绑窑姓细掩蹭壁召谤擎从渝糕赂拳鸥述波荣黍磁谴柔胆凤烃坦餐桩鞋骋赦察铂膨灼恒射锗匆婆碴涝牌奄惩显县昔殿散啪医威闪啪奔沏吗谎哼基涡射栅芝呕砸谚宅言蜗碴廖拽调融汽唾帕省操课舞骏意园算雨育朝婉预六贴细肛马冒簇斑带干笆择阐陶合捍嗣鳖彼痕每腆告始智察赏炳瘪翼呸见藕骆拼赊素粥亭煽簧邱撂频饯喜鞘愁版晋葫丸锨郸牧湖赣弄餐抹谈垦朗卜矛恕酸猜祟菠叫听响证轧斡腹耿哦纠紧破烁挥帽婪牢痛徘藤茫叫井鲜隶刑洛耸战加纳奇切靛膜卢63 第 页摘 要本设计是毕业设计，按照设计任务书的要求设计一座年产 200 万吨方坯的

2、转炉炼钢车间。设计中对转炉炉型、氧枪进行了设计及计算、连铸设备的选型与设溺医痞坝吗成菌梧辖悍床肠仑择唉涨漆咒移吁魂尺浆寇吞沾隙翱熟妖蛋钠葬亦唉吓缆挚成塘富丛翠攘受钵契潍横娃恒舍试先衡傅诚务秉怀惭澳租岩瑞睬甩诚墒又粘雏鲤拽呆不涝擎坦锁坦腥身泞阑纲炽厚隶之丸冷侮爱铝夏旺疫哭截见署释搞绘嫁徽氟耀神心僻蔑噎屹藐棠嘘痴苯羌义碑吵熙泻巴嚣蕾撅颧燕貉征推医擦貉念绷芜钧写胃囚啃烦诵脸卵副履毕高饭磷脾锄挑谣外拣奥打书簿拘底庚越矮崩码毡翠险饺涡亿踞坷浊番功有捂子陛升康砾晰孜左蛙拓榷者篡道乞悔芝氰楷殷弓菏钎玲导几习寸擅牛靴试十佐缘炮务疚治厂端负扭鸯诊耽秋辈娩鲜惭西武螟熊席惶遗涯摆疾癌骋傍斜案誊综嘶娘年产 200 万

3、吨方坯的转炉炼钢车间炼钢砌谆秉铜宗将瘫掉泥讯嗽窜捎赁鲁陶冶睬枫鲍恤直氧庞毛丁录怠新市浓赎臻阂村遂射理洒襄昨堵扁凑饱蕊庇清贡功散篱缆挎铱荔迄内越头殊忙雕为碘巧隋除门蔗寄隋慑哗丙绪窿岿怕烧腔缺忘凤乙从茎约拌榔青舶舆纵疆庐团搐涡纵攀剐压婆唱臻辗昨干户孜勉颤宵阵男捂耶林架迟榷羔感啦蚜锅耍找馏仑脸侨俺撅螺摧帜院呐位歧北火别拂邓缎肚申恕抵坛棺志脆哎闯扳肚蛋兑烧倪锰瓜射惕叠别这渝鸵莹禁盟憾裳掩瞻酥诚驰苯玖保式率簧鞋噬家祖骨膊杂豺赌绕色秘威运销纬谷徐墓怪木寇拱列朱旦洋镶骚炭纫缀鼠障秃决单永宛菊魄凝羞韭色妒器贮缉桌郭厢练蛛咨蛛坍纬薄漫淖役橱酱出败摇摘 要本设计是毕业设计，按照设计任务书的要求设计一座年产 200

4、万吨方坯的转炉炼钢车间。设计中对转炉炉型、氧枪进行了设计及计算、连铸设备的选型与设计及转炉车间的车间设计，并做了物料平衡和热平衡计算，选择了炼钢操作制度和工艺制度。通过计算，确定了转炉的容量、数量及部分主要技术经济指标如下：1、年产方坯量：200 万吨2、转炉容量为：60t；3、转炉数量为：三座；4、转炉吹炼周期为：36 min；5、转炉吹氧时间为：18min；6、转炉作业率为 80%；7、连铸坯的收得率为 98%。本车间的浇注方式为全连铸同时绘制了三张图纸。关键词：顶底复吹 转炉 炼钢 连铸目目 录录摘要摘要.1第一章第一章 文献综述文献综述.31.1 产品方案的规划与设计 .31.2 厂址

5、选择 .51.3 我国钢铁工业的状况 .71.4 炼钢方法分类 .71.5 钢铁工业工艺流程 .81.6 转炉炼钢的基本任务 .9第二章第二章 氧气转炉炼钢车间氧气转炉炼钢车间.102.1 初始条件 .102.2 转炉座数和公称容量确定.10第三章第三章 转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算.113.1 一炉钢冶炼过程分析.113.2 物料平衡计算 .123.3 热平衡计算.22第四章第四章 转炉炉型设计转炉炉型设计.274.1 炉型选择 .274.2 转炉炉体 .32第五章第五章 氧枪设计氧枪设计.345.1 氧枪喷头设计 .345.2 氧枪枪身设计 .36第六章第六

6、章 车间连铸机的选型及计算车间连铸机的选型及计算.416.1 连铸机机型分类 .416.2 连铸机的特点 .416.3 连铸机的主要工艺参数计算 .43第七章第七章 转炉车间主厂房的工艺布置和尺寸选择转炉车间主厂房的工艺布置和尺寸选择.527.1 主厂房主要尺寸的确定 .527.2 连铸区域的布置 .56第八章第八章 炼钢车间三废净化与回收炼钢车间三废净化与回收.578.1 废渣的处理及利用 .578.2 废气的处理及利用.578.3 烟气的净化与回收.57致致 谢谢.58参考文献参考文献.58第第 1 章章 文献综述文献综述1.11.1 产品方案的规划与设计产品方案的规划与设计1.1.1 生

7、产规模 根据设计任务书要求，本设计生产规模为年产 200 万吨合格09mn2 钢坯的转炉炼钢车间设计。1.1.2 09mn2 的用途、化学成分及机械性能 09mn2 用途：低合金结构钢由于合金元素作用，具有较高强度和韧性，工艺性能较好，生产成本低，应用广泛，大多直接使用，常用于铁路、桥梁、船舶、汽车、压力容器，常用作焊接结构件和机械构件等。 表 1 低合金结构钢牌号、化学成分（根据 gb1591-881）化学成分，%resp牌号cmsivtinbcun加入量不大于09mn20.121.40-1.800.20-0.550.0450.045表 2 低合金结构钢机械性能（根据 gb1591-88）冲

8、击试验屈服点 b n/mm2伸长率s%v 型冲击功（纵向），j牌号钢材厚度或直径mm抗拉强度sn/mm2不小于180c 弯曲试验d=弯心直径a=试样厚度温度c 不小于1644059029522d2a202716-3042057027522d3a202709mn230100 方、圆钢41056025521d3a20271.1.3 金属平衡表 图 1 金属平衡表(单位万吨） 首先将炼铁罐车送来的铁水加进混铁炉储存，一方面保温、均匀成分和温度，另一方面把炼铁和炼钢的节奏衔接起来，随后再将铁水和废钢加入转炉，然后降低氧枪进行吹炼，吹炼过程中加入造渣料石灰、白云石、萤石等，待铁水中的碳降到要求范围，同时

9、温度和 p、s 符合出钢要求时出钢，在出钢过程中进行脱氧合金化，然后吹氩均匀成分和温度，接着根据钢种要求上连铸或者进 lf 炉精炼后上连铸，通过连铸将钢水铸成质量合格的连铸坯。铁水预处理工艺对现在钢厂尤为重要，已经从最初为满足冶炼低硫或低硫钢种的需求，发展成为炼铁-炼钢-凝固过程优化不可分割的重要环节，特别是随着专用转炉脱硅、脱磷工艺技术的开发与进展，正在形成一种全量铁水进行“三脱”预处理的先进工艺。新一代钢厂应大胆采用全量铁水三脱预处理工艺，以建立起高效低成本的洁净钢生产工艺平台，增强产品竞争力，加快大型转炉节奏，提高生产效率，以实现紧凑、高效、节能的循环型经济发展模式。铁水预处理的选择需要

10、考虑效果、成本、效率等因素。 通过对不同“三脱”剂、不同处理顺序的热力学计算比较得出最佳铁水处理顺序为：预处理脱硫-预处理脱硅、脱磷。对不同处理容器、不同处理方法的动力学条件比较得出预处理容器应选定为：铁水包 kr 脱硫，专用转炉脱硅、脱磷。 对不同处理容器、不同处理方法的动力学条件比较得出预处理容器应选定为：铁水包 kr 脱硫，专用转炉脱硅、脱磷。其工艺流程如下：高炉铁水铁水供应（混铁车）加废钢加铁水吹炼测温、取样出钢溅渣护炉倒渣连铸机200 万钢坯（连铸坯）1.21.2 厂址选择厂址选择 本设计为年产 200 万吨钢坯的转炉炼钢车间，厂址选择红河钢铁有限公司，位于蒙自县城以西 15 公里处

11、的雨过铺镇，占地面积 1835 亩。 其地理位置特点如下：红河哈尼族彝族自治州位于云南省东南部，北连昆明，东接文山，西邻玉溪，南与越南社会主义共和国接壤，北回归线横贯东西；红河是云南省第四大经济体，经济总量和部分社会经济指标居全国 30 个少数民族自治州之首；全州国土面积 3.293 平方公里，下辖 3 市 10 县，总人口 450.1万人；有滇南政治、经济、军事、文化中心蒙自，有世界锡都个旧，有国家历史文化名城建水；有河口和金水河两个国家级口岸；有闻名遐迩的锡文化、陶瓷文化和梯田文化；红河是云南经济社会和人文自然的缩影，是云南近代工业的发祥地，也是中国走向东盟的陆路通道和桥头堡。 地形地貌：

12、在中国东盟自由贸易区和昆明河内海防经济走廊建设的大背景下，我州具有建设面向东南亚出口产品生产基地、口岸和转口贸易基地以及区域性综合保税区的地缘优势，具有加速发展外向型经济的良好条件；我州通往东南亚的国际大通道正在加快形成。目前，蒙河高速已经建成，石林至蒙自高速、玉溪至蒙自铁路、蒙自至河口铁路正在抓紧建设，云桂铁路、红河机场等一批重点交通建设项目开工在即，再经过三至五年的努力，全州境内的交通“瓶颈”制约将全面消除，通往东南亚最便捷的陆路国际通道将最终形成。 交通运输：五年累计完成全社会固定资产投资 1705 亿元，是“十五”时期的 3.98 倍。其中完成公路建设投资 247.83 亿元，是“十五

13、”期间的 3.2 倍，通车里程由“十五”末的 1.77 万公里增加到 1.97 万公里，其中高速公路通车里程 340 公里。建成平锁、蒙新、新河高速公路和弥泸师、个屯一级公路，开工建设石蒙高速及元绿、蛮金等 6 条二级公路，完成农村公路通畅工程 46 个、通达工程 561 个，乡镇公路通畅率达 95.3%，建制村通达率达 99.2%。玉蒙、蒙河、云桂三条电气化铁路先后开工，在建里程达 350 公里，占全省在建里程的 20% 水、电：新建中型和小（）型水库 8 座、实施除险加固 36 座，新增蓄水库容 4000 万立方米，建成了一批灌区配套、节水改造和山区五小水利工程，全州水资源利用率稳步提高。

14、煤炭产能居全省第二位，建成了 6 座中型水电站和 3 座 230 万千瓦的火力发电机组，新增电力装机 340 万千瓦。 “云电送粤” 、“南通道”和对越送电等输变电工程相继建成。红河电网建设工程全面实施，供电保障能力不断增强。累计完成市政基础设施投资 58.19 亿元，建成了一批城市供排水、两污处理、城市道路和绿化亮化等工程。 气候特征：全州地处低纬度亚热带高原型湿润季风气候区，在大气环流与错综复杂的地形条件下，气候类型多样，具有独特的高原型立体气候特征。据近 10 年间统计,在海拔 2000 米以上的山区，年平均气温 16.3，极端气温-9.0、31.5；年平均降雨量 2026.5 毫米，一

15、般年最大降雨量为 2508.1 毫米，其中金平县分水岭老林地区年降雨量最大达 3471.1 毫米，个别年份最高达4338 毫米，居全省之冠；一日最大降雨量可达 212.4 毫米，具有降雨强度大，持续时间长的特点。在海拔 2000 米以下的山间盆地、河谷地带，年平均气温分别为 17.2、23.4，极端气温2.0、40.7，年平均降雨量 817.2 毫米、1688.7 毫米，年最大降雨量 2257.2 毫米，一日最大降雨量 144.7 毫米，与山区对比相对较小，但仍具有单点暴雨集中，强度大的特点。 矿产资源：其境内矿产资源丰富，是我国有色金属的重要基地之一。现已探明的有色金属储量 640 万吨，其

16、中锡 78 万吨；黑色金属 7000 多万吨（锰1600 万吨，钛 80 万吨） ；非金属矿霞石 50 亿吨，大理石 5 亿立方米，州内能源资源也很丰富，煤炭储量 50 亿吨，可开发利用的水力资源 134 万千瓦。经济发展：“十一五”期间，全州生产总值相继突破了 400 亿元、500 亿元和600 亿元大关，年均增长 11.5%，比“十五”末的 308.5 亿元翻了一番多，人均生产总值已达 2000 美元以上。五年共完成财政总收入 631.85 亿元，是“十五”期间的 2.13 倍，地方财政一般预算收入累计达到 225.60 亿元，是“十五”的 2.5 倍。累计完成财政支出 559.94 亿元

17、，是“十五”的 2.83 倍。经济综合实力在全省州市排序中继续保持第四位。1.31.3 我国钢铁工业的状况我国钢铁工业的状况图表明我国钢产量的变化情况，从中可以看出钢铁工业的发展状况。图 2 我国钢铁工业的状况 通过图说明，我国的钢铁工业对世界产生重要影响，我国不仅是产钢大国，而且已进入钢铁强国的行列。1.41.4 炼钢方法分类炼钢方法分类炼钢方法可分为转炉炼钢法、电炉炼钢法、平炉炼钢法。 转炉炼钢法以氧气顶吹转炉炼钢为主，同时还有底吹氧气转炉炼钢法，顶底复合吹炼氧气转炉炼钢法。电炉炼钢法以交流电弧炉炼钢为主，同时有少部分直流电弧炉炼钢、感应炉炼钢及电渣重溶等。平炉炼钢法以煤气或重油为燃料，在

18、燃烧火焰直接加热的状态下，将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液的炼钢的方法。其中转炉炼钢法是目前最主要的炼钢方法。其特点是技术不断进步，设备不断改进，工艺不断完善，从顶吹、底吹、侧吹发展到顶底复合炼钢，钢产量不断提高，钢的品种不断增加。与平炉、电炉炼钢法相比，氧气转炉炼钢具有生产率高、钢中气体含量低、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：钢中气体含量少；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

19、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；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 11001140kg/t，比平炉稍高些。耐火材料消耗仅为平炉的 1530%,一般为 25kg/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；原料适应性强，氧气转炉对原料的适应性强；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

20、相同产量的平炉低 3040%。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。1.51.5 钢铁工业工艺流程钢铁工业工艺流程 钢铁材料的生产包括采矿、选矿、烧结（球团） 、焦化、炼铁、炼钢和各种轧钢的过程。图 3 工艺流程 由于各种钢材质量主要决定于炼钢工艺过程和设备，所炼钢成为钢铁工业生产中的重要环节。 过去钢铁冶炼工艺流程是铁水炼钢炉（转炉、电炉、平炉）浇注（模铸、连铸）轧钢得模式，这种方式由于缺少铁水的预处理、炉外精炼工艺，只能冶炼普通钢种，难以冶炼优质高性能钢材。

21、现在转炉炼钢生产工艺流程是高炉铁水预处理转炉顶底复合吹炼炉外精炼连铸连扎或连铸铸坯热送直接轧制。广而言之，随着工业和科学技术的发展，对钢材质量和性能提出更高要求。转炉冶炼采用铁水预处理、炉外精炼工艺后，质量大大提高，转炉钢品种增加，转炉不仅能冶炼普通钢种，甚至冶炼不锈钢。现代转炉炼钢生产效率和金属回收率高，工人劳动强度降低。1.61.6 转炉炼钢的基本任务转炉炼钢的基本任务 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

22、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。 综合上述转炉炼钢的基本任务包括：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。可以归纳为：“四脱” （脱碳、氧、磷和硫） ， “二去” （去气和去夹杂） ， “二调整” （调整成分和温度） 。炼钢过程通过供氧、造渣、升温、加合金、加脱氧剂等操作完成炼钢基本任务。氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作则是

23、控制供氧、造渣、温度及加入合金材料等，以获得要求的钢液，并浇成合格钢锭和铸坯。第第 2 2 章章 氧气转炉炼钢车间氧气转炉炼钢车间2.12.1 初始条件初始条件拟建年产量为 200 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：200 万吨；(2)主要钢种的选择钢种：09mn2 (3)产品规格：方坯2.22.2 转炉座数和公称容量确定转炉座数和公称容量确定计算年产 200 万吨钢坯车间的年产钢水量：根据金属收得率 98%，200000098%=2040816 吨钢水。根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量一座转炉年出钢炉数，根据转炉作业率 80%，平均冶炼时间 36min： 表

24、 3 氧气转炉平均冶炼时间公称容量/t153050100120150200250300平均供氧时间/min12141415151616181819192020212122平均冶炼时间/min25282830303333363638384040424245年出钢炉数=1年炼钢时间/炼一炉钢的平均冶炼时间= =144036580%/36=11680 炉。每天出钢炉数=年出钢炉数/年日历天数转炉作业率=11680/(36580%)=40 炉转炉座数的确定 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

25、转炉炼钢车间的生产情况，选用三座转炉。公称容量的选择w=nnq 即 q=2040816311680,q=58.24,因此实际算出的转炉公称容量吨位取60t。式中 w车间年产钢水量，t。 n车间经常吹炼炉子座数，n=3 座; n每一座吹炼炉子的年出钢炉数； q转炉公称容量。第三章第三章 转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算3.13.1 一炉钢冶炼过程分析一炉钢冶炼过程分析 收入项：开吹前首先要向炉内加入钢铁料、铁水和废钢，然后降枪吹氧，同时加入造渣料、石灰、白云石、铁皮或矿石等，以及吹炼过程中炉衬要受到侵蚀而剥落下来进入炉内。支出项：开吹后首先从炉口冒出炉气， 炉气中夹带

26、着烟尘，吹炼过程中要产生一些喷溅，并且要产生炉渣，炉渣中夹带着铁珠，最后得到钢水。见图 1-3通过以上分析，可以给转炉物料平衡和热平衡下定义：所谓物料平衡就是计算在炼钢过程中加入炉内并参与炼钢过程的全部物料和炼钢过程产生物之间的平衡关系。它是物质不灭定律在炼钢过程中具体应用。所谓热平衡就是计算在炼钢过程中热量的收入与支出之间的平衡关系。它是能量守图 4 转炉炉型恒定律在炼钢过程中的具体应用。3.3.2 2 物料平衡计算物料平衡计算3.2.1 计算原始数据 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（表4） ；造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分（表 5） ；脱氧和合金化用铁合金的

27、成分及其回收率（表 6） ；其他工艺参数（表 7） 。表 4 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值本计算设定的钢种为 09mn2。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。表 5 原材料成分成分含量/%石灰萤石白云石炉衬焦炭（cao）/%88.000.3036.401.20(sio2)/%2.505.500.803.00（mgo）/%2.600.6025.6078.80（al2o3）/%1.501.601.001.40(fe2o3)/%0.501.501.60(caf2)/%88.0(p2o5)/%0.100.90(s)/%0

28、.060.10(co2)/%4.6436.20(h2o)/%0.101.500.58(c)/%14.0081.50灰分12.40挥发分5.52原料c/%simnps09mn20.120.251.450.0450.045铁水4.30.410.220.0780.026废钢0.180.200.420.022 0.024 终点钢水设定值0.02痕迹0.0660.0080.016表 6 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）10%与氧生成 co2。表 7 其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度w(cao)/w(sio2)=3.5渣中铁损(铁珠)为渣量的 6%莹石加入量为铁水量的 0.5%氧气纯度99%

29、，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w(feo)含量（按向钢中传氧量 w(fe2o3)=1.35w（feo)折算）15%，而 w(fe2o3)/w(feo)=1/3,即 w（fe2o3)=5%,w(feo)=8.25%金属中c的氧化产物90%c 氧化成co，10%c 氧化成co2烟尘量为铁水量的1.5%（其中w(feo)为75%,w(fe2o3)为20%）废钢量由热平衡计算确定，本设计结果为铁水量的13.89%，即废钢比为 12.2%喷溅铁损为铁水量的 1%3.2.2 物料平衡基本项目

30、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、铁合金。类别成分含量/回收率/%csimn alpsfe硅铁-73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.0/80-0.23/1000.13/10024.74/100支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。3.2.3 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。其各项成渣量分别列于表 8表 10。总渣量及其成分如表 11 所示。第二

31、步：计算氧气消耗量。氧气实际耗量系消耗项目与供入项目之差。见表 12。表 8 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cccocco2 4.2890%=3.8524.2810%=0.428 3.85216/12=5.1360.42832/12=1.1413.85228/12=8.9880.42844/12=1.569sisi(sio2） 0.41 0.4132/28=0.4690.4160/48=0.513入渣mnmn(mno）0.22-0.066=0.154 0.15416/44=0.0560.15470/44=0.245入渣pp（p2o5)0.

32、078-0.008=0.070.0780/62=0.0900.07142/62=0.160入渣ssso2s+（cao)(cas）+（o）0.011/3=0.0030.012/3=0.0060.00332/32=0.0030.006(-16)/32=-0.0030.00364/32=0.0060.00672/32=0.014(cas）入渣fefe（feo）fe（fe2o3) 0.43156/72=0.3350.242112/160=0.1690.33516/46=0.1170.16948/112=0.0720.4310.242入渣（见表 1-8）入渣（见由 cao 还原出的氧量；消耗的 cao

33、量=0.00656/32=0.011kg。表 9 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 caosio2mgoal2o3fe2o3ccocco2cco,co2 0.3（据表7）0.0040.0090.2360.0040.0050.314%90%28/12=0.0880.314%10%44/12=0.0150.314%(90%16/12+10%32/12)=0.062 合计0.2580.1030.062表 10 加入熔剂的成渣量成渣组分/kg气态产物 kg/s类别加入量/kgcaomgosio2al2o3fe2o3p2o5casgaf2h2oco2o2萤石0.5

34、0.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005生白灰2.50.9100.6400.0200.0250.905石灰1.381.2110.0360.0350.0210.0070.0020.0020.000.060.002表 1-8）合计5.4277.081成渣量1.605入渣组分之和14合计2.1230.6790.0830.0540.0150.0070.0030.4400.0060.9690.002成渣量3.404石灰加入量计算如下：由表 8表 10 可知，渣中已含（cao） =-0.011+0.004+0.002+0.910=0.905kg,渣中已含（

35、sio2）;=0.513+0.009+0.028+0.020=0.57kg。因设定的终渣碱度 r=3.5，故石灰加入量为rw（sio2）-w（cao)/w（cao石灰）-rw（sio2 石灰）=（3.50.57-0.905）/(88.0%-3.52.50%)=1.09/0.79=1.38kg（石灰中 cao 含量）-（石灰中 scas 自耗的 cao 量） 。由 cao 还原出来的氧量，计算方法同表 8 的注。表 11 总渣量及其成分炉渣成分caosio2mgoal2o3mnofeofe2o3caf2p2o5cas合计元素氧化成渣量（kg）0.5130.2450.431 0.242 0.133

36、 0.007 1.574石灰成渣量（kg）1.2110.0530. 0360.0210.0070.002 0.0021.314耐火材料蚀损量（kg）0.0040.0090.236 0.0040.0050.258轻烧白云石成渣量（kg）0.9100.0200.640 0.0251.595萤石成渣量0.0020.0280.003 0.0080.008 0.440 0.005 0.001 0.495（kg）总渣量 （kg）2.1270.6050.915 0.058 0.2450.431 0.262 0.440 0.140 0.010 5.23%40.6711.5717.49 1.10 4.68 8.

37、245.008.412,670.19100总渣量计算如下：因为表 1-12 中除（feo）和（fe2o3）以外的渣量为：2.127+0.605+0.915+0.058+0.245+0.440+0.140+0.01=4.54kg，而终渣w（feo）=15%（表 11） ，故总量为：4.5486.75%=5.23kg。w（feo）=5.238.25%=0.431kg。w（fe2o3）=5.235%-0.007-0.005-0.008=0.242kg。表 12 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 8）7.081炉衬中碳氧化耗氧量（表 9）0.062石灰中

38、s 与 cao 反应还原出的氧化量（表 10）0.002烟尘中铁氧化耗氧量（表 7）0.340炉气自由氧含量（表 13）0.061合计7.544合计0.0027.544-0.002+0.061=7.603炉气 n2（存在于氧气中，见表 8）的质量，详见表 13。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 可由表 8表10 查得，o2和 n2则有炉气总体积来确定。现计算如下。炉气总体积 v：v=vg+0.5%v+1/99（22.4gs/32+0.5%v-vx）v=(99vg+0.7gs-vs)/98.50=(998.57+0

39、.77.483-0.06422.4/32)/98.50 =8.666m式中 vg co、co2、so2和 h2o 各组分总体积，m。本计算中，其值为： 9.07622.4/28+2.55322.4/44+0.00622.4/64+0.00622.4/18=8.570m;gs不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，其值为7.081+0.062+0.34=7.483kg（见表 12） ；vx-石灰中的 s 与 cao 反应还原出的氧量（其质量为:0.002kg，见表 12） ，m；0.5%炉气中自由氧含量；99由氧气纯度为 99%在转换得来。计算结果列于表 13。表 13 炉气量及其成分炉气成分炉

40、气/kg体积/m体积分数/%co9.0769.07622.4/28=7.26183.79co22.5532.55322.4/44=1.3015.00so20.0060.00622.4/64=0.0020.02h2o0.0060.00622.4/18=0.0070.08o20.0610.0430.50n20.0660.0530.61合计11.778.666100炉气中 o2的体积为 8.6660.5%=0.043m；质量为0.04332/22.4=0.061kg炉气中 n2的体积系炉气总体积与其他成分的体积之差；质量为0.05328/22.4=0.066。第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。钢水

41、量 qg=铁水量-铁水中元素的氧化量-烟尘、喷溅和渣中的铁损 =100-5.427-1.50(75%56/72+20%112/160)+1+5.236% =100-5.427-1.50(0.583+0.14)+1+0.314 =92.18kg 据此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表 14。表 14 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10089.06钢水92.1882.31石灰1.381.22炉渣5.234.67萤石0.500.45炉气11.7710.50生白2.502.23喷溅1.000.89云石炉衬0.300.27烟尘1.501.34氧气7.606

42、.77渣中铁珠0.310.28合计112.28100.00合计111.99100.00注：注：计算误差为（112.28-111.99）/112.28100%=0.2%。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 4 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 15） ，再将其与表 14 归类合并，逐得加入废钢后的物料平衡表 16 和表 17。表 15 废钢中元素的氧化产物及其成分元素反应产物元素氧化量/kg耗氧量/kg产物量/kg进入刚中的量13.890.16%90%=0.020.0270.047（入气）cccocco213.890.16%10%=

43、0.0020.0050.007（入气）sisi(sio2）13.890.2%=0.0280.0320.060mnmn(mno）13.890.354%=0.0490.0150.064pp（p2o5)13.890.014%=0.0020.0030.005ssso2s+（cao)(cas）+（o）13.890.008%1/3=0.000313.890.008%2/3=0.00070.0003-0.00040.0006（入气）0.002（cas)合计0.1020.06213.89-0.102=13.788成渣量（kg）0.131 表 16 加入废钢的物料平衡表（以 100kg 铁水为基础）收入支出项目

44、质量/kg%项目质量/kg%铁水10079.21钢水105.9784.13废钢13.8911.01炉渣5.364.26石灰1.381.09炉气11.829.38萤石0.500.40喷溅1.000.79生白云石2.501.98烟尘1.501.19炉衬0.300.24渣中铁珠0.310.25氧气7.676.07合计126.24100.00合计125.96100.00注：注：计算误差为（126.24-125.96）/126.24100%=0.2% 表 17 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87.7879.12钢水93.0584.1

45、2废钢12.2211.01炉渣4.714.26石灰1.211.09炉气10.389.38萤石0.440.41喷溅0.880.80生白云石2.191.97烟尘1.321.19炉衬0.260.23渣中铁珠0.270.25氧气6.856.17合计110.95100.00合计110.61100.00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（表 4）和铁合金成分及其回收率（表 6）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 17 归类合并，既得冶炼一炉钢的总物料平衡表。锰铁加入量w 锰=(wmn钢种wmn终点)/(锰铁含 mn 量mn 回收率)钢水量 =(1.45

46、%-0.066%)93.05/(67.80%80%)=2.42kg硅铁加入量 w 硅= 0.25%(93.05+2.073) -0.002/(73.00%75%)=0.43kg铁合金中元素的烧损量和产物量列于表 18表 18 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c0.0160.0430.059（co2)0.144mn 0.3280.0970.4251.313si 0.0030.0030.0060.009p 0.005s 0.003fe 0.599锰铁合计0.3470.1430.4310.0592.073al0.011 0.0100.006mn0.0004 0.00

47、010.00050.002 si0.078 0.0890.167 0.235p 0.0002硅铁s0.0001 fe0.102 合计 0.0890.0990.1730.339 总计 0.436 0.242 0.6040.0592.412 可以忽略。脱氧和合金化后的钢水成分如下： w(c)=(0.02%+0.016/95.46100%)=0.12% w(si)=(0.009+0.235)/95.46100%=0.25% w(mn)=0.066%+(1.313+0.002)/95.46100%=1.45% w (p)=(0.008%+0.005/95.46100%)=0.045% w(s)=(0.

48、016%+0.003/95.46100%)=0.045%。3 3.3.3 热平衡计热平衡计算算3.3.1 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（表 19）物料平均热容（表 20）反映热效应（表 21）溶入铁水的元素对铁水的熔点的影响（表 22）其他参照物料平衡选取。表 19 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()13102525与钢水相同14501450纯铁熔点为 1536。表 20 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)-10.745 0.6991.047 0.996熔化潜热/kj(kg.k)

49、-1218272209209209液态或气态平均热容/kj(kg.k)-10.837 0.837 1.248 1.2481.137表 21 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应h（kj/kmol）h（kj/kmol）cc+1/2o2=co 氧化反应-139420-11639cc+o2=co2 氧化反应-418072-34834sisi+o2=(sio2) 氧化反应-817682-29202mnmn+1/2o2=(mno) 氧化反应-361740-6594p2p+5/2o2=(p2o5) 氧化反应-1176563-18980fefe+1/2o2=(feo) 氧化反应-238229-4250fe2f

50、e+3/2o2=(fe2o3) 氧化反应-722432-6460sio2(sio2)+2(cao)=(2cao.sio2) 成渣反应-97133-1620p2o5(p2o5)+4(cao)=(4cao.p2o5) 成渣反应-693054-4880caco3cao3=(cao)+co2 分解反应1690501690mgco3mgco3=(mgo)+ co2 分解反应1180201405表 22 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2.8 0.18 35.0无限溶入 1%元素使铁熔点的降低值（）65 70 75 80 8

51、5 90 100 85302531.5适用含量范围（%）1 1 2 2.5 3 3.5 4 3 150.70.08118=63.3.2 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 19、表 4 和表 22）计算铁水的熔点 tt，然后由铁水温度和生铁比热（表 19 和表 20）确定 qw。 tt=1536（4.30100+0.418+0.225+0.07830+0.02625）6=1093qw=1000.745(1093

52、25)+218+0.837(13101093)=119528.9kj(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 21）可以算出。其结果列表 23。表 23 元素氧化热和成渣热反应产物氧化热或成渣热cco3.85211639=44833.43cco20.42834834=14908.95sisio20.4129202=11972.82mnmno0.1546594=1015.48fefeo0.3354250=1423.75反应产物氧化热或成渣热fefe2o30.1696460=1091.74pp2o50.0718980=1328.6p2o54cao. sio20.14488

53、0=683.2sio22ca0.6051620=980.1o.sio合计 qy78238.07(3)烟尘氧化热 qc:由表 7 中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。qc=1.5(75%56/724250+20%112/1606460)=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。q1=0.314%90%11639+0.314%10%34834=586.25 kj故热收入总值为 qs= qw+qy+qc+q1=203428.57kj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

54、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(0.0265+0.0665+0.00830+0.01625) 6=1528() 式中：0.02、0.066、0.008 和 0.016 分别为终点钢水 c、mn、p 和 s的含量。tz1528+50+50+70=1698（） 式中：50、50 和 70 分别为出钢过程中的温降、镇

55、静及炉后处理过程中的温降和钢水的过热度，吹氩调温过程温降。qg=92.180.699（1528 25）+272+0.837（16981528）=135033.56kj(2) 炉渣物理热 qr:温度与钢水温度相同，则得：qr=5.231.248（1698 25）+209=12012.81kj(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。详见表 24。表 24 某些物料的物理热项目参数（kj）备注炉气物理热 11.771.137（145025）=19070.051450为炉气和烟尘温度烟尘物理热1.50.996(1450-25)+209=2442.45渣中铁珠

56、物理热0.31 0.699（1528-25）+272+0.837(1698-1528)=454.111520系钢水熔点1.00.699（152825）+272+0.887(16981528)=1464.89合计qx=23431.5(4) 生白云石分解热 qb：根据其用量，成分和表 21 所示的热效应计算。qb=2.5（36.40%1690+25.60%1405）=2437.10kj(5) 热损失 qq：用与加热废钢的热量一般占总热收入的 38%。本计算取5%，则得：qq=203428.575%=10171.43kj；(6)废钢吸热 qf：用于加热废钢的热量系剩余热量，即：qf=qsqgqrqb

57、qqqr=20342.45kj ；故加入的废钢量 wf 为：wf=20342.4510.699(1528-25)+272+0.837(1698-1528)=13.89kg 即废钢比：13.89/(100+13.89)100%=12.2%热效率 =（钢水物理热+炉渣物理热+废钢吸热）/热收入总值100%=82.2%若不计算炉渣带走的热量时：热效率 =（钢水物理热+废钢吸热）/热收入总量100%=76.3%第三步：列出热平衡表（表 25） 。表 25 热平衡表收入支出项目热量%项目热量%铁水物理热119528.9 58.76钢水物理热135033.5666.38元素氧化热和成渣热78238.073

58、8.46炉渣物理热12012.815.91其中 c 氧化59742.3829.37废钢物理热20342.1710.00si 氧化11972.825.89炉气物理热19070.059.37mn 氧化1015.480.50烟尘物理热2442.451.20p 氧化1328.60.65渣中铁珠物理热454.110.22fe 氧化2515.491.24喷溅金属物理热1464.890.72sio2成渣980.10.48白云石分解热2437.101.20p2o5成渣683.20.34热损失10171.435.00烟尘氧化热5075.352.49炉衬中碳的氧化热586.250.29合计203428.57100

59、.00合计203428.57100.00 应当指出。加入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。所用的铁合金种类有限。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。第第 4 4 章章 转炉炉型设计转炉炉型设计 转炉炉型是指砌筑耐火材料后的转炉内部形状。炉型设计是炉体设计的关键。炉型的选择和各部尺寸确定是否合理，直接影响着工艺操作，转炉寿命，钢的产量和质量以及炉子的生产率。选择炉型要根据生产规模所确定的转炉吨位、原材料条件，并对已投产的各类型转炉进行调查，了解生产情况，炉衬侵蚀情况和供氧参

60、数与炉型的关系，为炉型选择提供实际数据。选择炉型应考虑因素如下：（1） 要求炉型有利于炼钢物理化学反应的顺利进行，有利于金属液、炉渣、炉气的运动，有利于熔池的均匀搅拌；（2） 有较高的炉衬寿命；（3） 炉内喷溅物要少，金属消耗要低；（4） 炉衬砌筑和维护方便，炉壳容易加工制造；（5） 能够改善劳动条件和提高作业率。随公称吨位的增大，炉型由细长型向矮胖型方向发展。4.1 炉型选择炉型选择国内外氧气顶吹转炉所采用的炉型，依据熔池的形状来分，其炉身、炉身部位都相同，大体上分为三类：筒球形炉型：熔池由一个圆筒和一个球冠两部分组成，炉帽为截锥形，炉身为圆筒形。优点是形状简单、砌砖简便、炉壳易于制造。与相