60万吨方坯连铸车间的设计说明

1、 . . . 第1章 概述1.1 方坯连铸1.1.1 方坯连铸概述 早在十九世纪中期H.贝塞麦（H.Bessemer）就提出连续浇注液态金属的设想。随后还有其他人对此项技术进行过研究。但由于当时科学技术的限制，并未能用于工业生产直到1933年。现代连铸的奠基人S.容汉斯（S.Jungans）提出并发展了结晶器振动装置后，才奠定了连铸在工业上应用的基础，1950年容汉斯和曼斯曼（Mannesmann）公式合作，建成世界上第一台能浇铸5t钢水的连铸机。60年代后，连铸进入稳步发展时期。机型方面，70年代以来，连铸生产技术围绕提高连铸生产率，改善铸坯质量，降低连铸坯能耗这几个人中心课题，已经有了长足

2、的发展。80年代连铸技术的进步，主要表现在对铸坯质量设计和质量控制方面到一个新的水平，以逐步实现连铸坯热送和直接轧制。由于这一新的工艺能够大幅度地降低能耗、缩短生产周期，因而已成为目前连铸发展的主要方向1。 中国是世纪上开发和应用连铸技术较早的国家之一，上世纪50年代就进行过连续铸钢方面的试验研究。 进入29世纪80年代末和90年代以来，宝山钢铁公司和鞍钢钢铁公司分别在1989年和1990年投产了从日本引进的大型双流板坯连铸机，改革开放以来，国家对发展连铸技术一直予以高度重视，大力发展连铸生产和建设成为我国钢铁技术发展中的重要政策。1.1.2方坯常见的缺陷举例与其影响因素 表面缺陷有：异常振痕

3、、鼓肚、脱方、横裂、夹杂、皮下气泡、角裂和漏钢。异常振痕：振痕不规则，振痕深和带钩振痕。鼓肚脱方：由于冷制度不足或不均匀造成的。横裂和纵裂：冷却不均造成初生坯壳厚度不一，应力过大。水口不对中或初生偏斜极易造成初生坯壳不均匀，致使应力过大，振痕深。角裂：结晶器铜管角部R角设计不合理。角裂水冷却不足。保护渣粘度偏小。夹杂：脱氧残余物，中间液面波动大，卷渣保护渣吸附夹杂能力差或吸附夹杂后化学稳定性差，挑渣圈不当，水口材质和所浇钢种不匹配。结疤：在铸坯表面呈现横向不连续，有明显不完全焊合痕迹，叫重皮，亦称为结巴现象。结晶器注流突然停浇或停止拉坯，钢水太黏，温度太低，水口堵塞，注流偏斜，拉坯速度变化频繁

4、，易造成凝固不均引起重皮。皮下气孔和夹杂物：钢种残留气体，脱氧不良，整个过程用耐火材料，水分高或中间烘烤时间不足。液面波动大，皮下夹杂、脱氧残余物分离不好易造成夹杂。中间液面下降过多，易造成夹杂，吹氩时间不足，钢水中微小夹杂物分离不彻底或弥散质点不均。方坯漏钢：常见的有开浇漏钢、结疤漏钢、粘接漏钢、角裂漏钢、横裂漏钢、拉速过快漏钢。 方坯皮下气泡：钢中气含量高，耐火材料水分高，没有实行全保护渣浇铸10。1.2 连铸技术的新发展1.2.1连铸坯热送热装技术 连铸坯热送热装工艺，是一项具有降低热轧加热燃耗、减少钢坯氧化烧损和提高热轧产量等多方面经济效益的技术。该项工艺是连铸技术的一项重大突破，它不

5、仅对节能有重要意义，而且对改革传统的钢铁工业结构有深远的意义，它涉与从炼钢到热轧之间各个生产环节，是一项系统工程。 （1）热送热装的工艺特点 连铸坯热送热装分为热送装炉轧制和直接装炉轧制两种。热送装炉轧制是将高温无缺陷或经高温热清理后的铸坯，离线装入保温坑进行保温，根据生产计划再将连铸坯装入加热炉加热，连铸坯入炉温度一般大于400，然后再进行扎制。热送装炉轧制工艺为了保证连铸坯具有一定的装炉温度，一般在连铸与轧钢之间设有保温坑，由于生产工序间增加了保温坑作为缓冲，所以连铸坯的热送并不影响轧钢工序进行相对独立的生产，然而由于连铸坯是热坯装炉，降低了能耗，节约了成本9。直接装炉轧制则是将高温无缺陷

6、或经高温热清理后的铸坯，直接装入加热炉进行加热，连铸坯入炉温度一般大于700，然后再进行轧制。连铸坯直接装炉轧制与轧钢之间没有保温坑，热送板坯直接装入加热炉进行加热，显著提高了连铸坯的入炉温度，从而缩短了连铸与轧钢之间的生产周期，大大提高了节能效果9。（2） 连铸坯热送热装的主要优点 1）节约能源。提高连铸坯的入炉温度，可以缩短连铸坯的加热时间，从而提高加热炉的生产能力。 2）提高成材率。连铸坯热送热装的入炉温度越高，加热时间越短，连铸坯的氧化越少，从而提高了连铸坯的成材率。 3）缩短生产周期。不论是热送装炉轧制工艺还是直接装炉轧制工艺，由于连铸坯入炉温度的提高，加热时间的缩短，相对于传统的冷

7、坯装炉轧制工艺而言，都大大缩短了从钢水冶炼到轧制成品所需要的时间，简化了产品的生产工艺，缩短了生产周期。 4）优化产品性能。连铸坯热坯装炉，缩短了加热时间，减少了氧化铁皮的产生，在轧制时如能较好地对控轧控冷技术进行控制应用，将能生产出比常规冷坯装炉表面质量好、组织均匀、性能优良的产品8。1.2.2近终形连铸技术 近终形连铸技术是指浇铸接近最终产品（板坯或者带坯）形状的连铸技术。作为一种新型的连铸技术，对钢铁生产工艺进步产生了巨大的影响。近终形连铸主要包括薄板坯连铸技术，薄带连铸技术和异性坯连铸技术等。同传统工艺相比，它主要具有工艺简单、生产周期短、低能量消耗、生产成本低、质量较高等优点，这些优

8、点恰好弥补了传统工艺加工量较大、工序复杂、能耗大、生产周期长、成本较高、劳动强度大等不足。此外，利用薄带连铸技术的快速凝固效应可以获得一些难以生产的材料和新功能材料7。薄板坯连铸是目前技术最为成熟、工业化应用最大的近终形连铸。该项工艺一出现，就在世界围引起了广泛关注并得到迅速发展。到2004年底，全世界已经有薄板坯连铸连轧生产线38条，年生产能力达5500万吨左右。我国已经投产的薄板坯连铸连轧生产线7条，正在建设的有3条，还有一些生产线在积极筹备中，国目前已形成总的薄板坯连铸连轧生产能力约2000万吨/年。我国已成为世界上薄板坯连铸连轧生产能力最大的国家。采用薄板坯（厚度一般50至100mm）

9、连铸连轧工艺生产超薄规格的带钢（厚度小于1mm），在技术上成熟可靠，但仍然不是最经济的方法。就带钢生产而言，连铸坯的厚度还可以进一步降低。用连铸机直接浇铸厚度为1至10mm连铸坯的生产工艺为带钢连铸。经带钢连铸机生产的产品可直接当成热轧带钢使用，也可进入冷轧机轧成厚度小于1mm的冷轧带钢。薄带连铸工艺可以基本取消或大幅度减少投资十分巨大的热轧机组，而且可以取消连铸与轧钢之间的加热炉或均热炉。与传统的板坯或薄板坯连铸经热轧、再进行冷轧生产厚度小于0.5mm的冷轧带钢工艺相比，带钢连铸可节省设备投资50%，生产成本降低20%，生产过程中的能耗、污染、温室气体的排放也会大幅度下降。随着连铸坯厚度变薄

10、，采用传统的固体结晶器的连铸方法变得十分困难，而薄带连铸与传统的连铸方法大不一样。双辊薄带连铸技术早在1856年就被提出，但直到进入21世纪后才真正步入工业化实用的阶段。世界上第一条商业规模运行的薄带连铸生产线，于2002年5月在美国印第安纳州的纽柯公司Crawfordsville厂建成投产，被称为Castrip工艺。这项技术由美国纽柯公司、澳大利亚BPH公司以与日本IHI公司共同开发，其工作原理正是150年前贝斯麦提出的双辊连铸法。纽柯Castrip薄带生产线的设计年产量为50万吨，主要设备包括大包、中间包、小中间包、冷却辊、夹送辊、1机架轧机、带钢冷却、卷取设备；薄带连铸的拉速为80m/m

11、in，带钢宽度为1200mm、厚度在2mm以下；在线热轧机可以对带钢进行压下，最大压下量为50%，一般情况下为30%。在试生产的初期，薄带连铸存在不少问题，主要有金属收得率小于50%、侧封耐火材料的寿命限制了连浇炉数、薄带的边部质量不容乐观、生产的钢种也仅限于碳钢等。随着经验的积累以与技术不断完善，这些问题逐渐得到解决：金属收得率不断提高，2004年5月已超过80%；连浇炉数逐渐提高，Castrip工艺在2004年8月份创下了连浇7炉、连浇时间达10小时、总产量达832吨的新纪录；试生产过的钢种逐渐扩大，目前已包括低碳钢、中碳钢、409不锈钢、高磷钢和电工钢；所生产的薄带厚度逐渐降低，由初期的

12、平均厚度为2mm降低到目前的平均厚度为1.3mm，最薄的薄带厚度为0.84mm。该生产线自投产以来，已生产了10万吨热轧卷，已有5万吨供应给市场，主要用于建筑业。 直接浇铸碳钢薄带的Castrip技术的优势是显而易见的，可以说是连铸领域的一项革命性技术，尽管存在一些问题，但薄带连铸工艺在减少设备投资、节约能源方面仍具有巨大的吸引力。一旦薄带连铸技术发展到工业化推广阶段，则应用薄带连铸工艺生产的热轧或冷轧带钢的成本会大大降低，对目前的带钢市场将造成巨大冲击，也会对传统的板坯连铸工艺甚至薄板坯连铸连轧工艺提出严峻挑战7。1.2.3水平连铸技术（1）水平连铸机简介 水平连铸是国际上70 年代后期发展

13、起来的新技术,它与常规的立式和弧形连铸相比有许多优点.水平连铸机的设备比弧形连铸机轻高度低可在旧有厂房安装,从而大量节约工程造价特别适合于小钢铁厂的技术改造。 由于水平连铸的结晶器成水平布置,钢水在结晶器的静压力低避免了铸坯鼓肚,水平连铸的中间罐和结晶器之间是密封连接的有效地防止了钢流二次氧化;铸坯清洁度高其夹杂含量一般仅为弧形坯的1/8 1/16,故铸坯质量好,利于浇含易氧化元素的合金钢等钢种和小断面优质钢坯铸坯;水平连铸不需矫直,所以可浇注弧形连铸机不能浇注的裂纹敏感的特殊钢种。 水平连铸机几乎可以连铸所有的特殊钢高合金钢和非铁基合金.目前发展水平连铸机的三大关键技术:即分离环、结晶器和拉

14、坯机构已得到解决,影响水平连铸坯质量的拉程冷隔缺陷和夹杂物聚集在上表面附近的问题,中心疏松、中心偏析等这些缺陷与立式、弧形连铸机相比并不严重。现有的技术措施（中间包加热控制钢水温度、结晶器与二冷段电磁搅拌、结晶器与二冷段的控制冷却技术等）已能减轻这些缺陷对水平铸坯的危害。为此水平连铸机很早就受到了国有关方面的重视。国已有许多钢厂用水平连铸机生产圆管坯、方坯、矩形坯等。水平连铸机继立式立弯式和弧形连铸机之后即将成为第四代连铸机而广泛发展起来，因此有资料称它是连铸机的未来。 （2）水平连铸机的优点 水平连铸与传统的弧形连铸相比有以下优点： 1）由于设备水平布置、机身低，现有厂房即可安装，所以基建投

15、资低。 2）铸坯质量高。由于中间包与结晶器是直接相连，防止了二次氧化，且钢水中夹杂物易在中间包上浮，提高了钢清洁度。据实际统计，钢中夹杂物含量在一般弧形连铸机中为190mg/l0kg钢，水平连铸中只有20mg/l0kg钢。由于实现了密封浇铸无“二次氧化”，铸坯中含氧量少，据实际统计弧形连铸为80ppm。而水平连铸只有31ppm。此外，铸坯不弯曲、无矫直裂、无鼓肚疏松等。特别是水平连铸中结晶器导热集中于前端，铸坯出结晶器后不用喷水，冷却均匀，铸坯表面质量好。特别适用于高合金钢的铸造。3） 能直接浇铸成小型铸坯(如70mm方坯)，甚至几毫米的线坯，因此能用最小的轧制比取得终了产品，大缩短了冶金生产

16、流程。4）安全可靠性好。由于设备水平布置，一旦拉漏对后续设备烧损少，而且水平连铸中安有专门的拉漏监控装置可以对拉漏进行监控。第2章 转炉物料平衡与热平衡计算 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。2.1 物料平衡计算(Q235A)2.1.1 计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种与其成分、铁水和废钢的成分、终点钢水成分（表2.1）；造渣用溶剂与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与其回收率（表2.3）；其他工艺参数（表2

17、.4）3。表2.1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分含量 类别CSiMnSP钢种Q235A设定值0.180.250.550.0450.050铁水设定值4.200.800.600.2000.035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本计算设计的钢种为Q235A。C和Si按实际生产情况选取；Mn、S和P分别按铁水中相应成分的30%、10%和60% 留在钢水中设定。成分含量 / %类别CaOSiO2MgOAl2O3Fe3O2CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰88.02.502.601.500.500.10

18、0.064.640.10萤石0.305.500.601.601.500.900.101.50生白云石36.40.8025.61.0088.036.2炉衬1.203.0078.81.401.6014.0焦炭0.5881.512.45.52表2.2 原材料成分表2.3 铁合金成分（分子）与其回收率（分母） 成分含量 /回收率 /% 类别CSiMnAlPSFe硅铁73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.8/800.23/1000.13/10024.74/10010%与氧生成CO2。表2.4 其它工艺参数设定值3

19、名称参数名称参数终渣碱度(CaO)/(SiO2)=3.5渣中铁损（铁水）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N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%，而(Fe2O3)/金属中C的氧90%C氧化成CO，（按向钢中传氧量(FeO)=1/3,即（Fe2O3）化产物10%C氧化成CO2（Fe2O3）=1.35(FeO)=5%,(FeO)=8.25%废钢量由热平衡计算确折算）为铁水量的1.5%（其中定，本设计结果为烟尘量(FeO)为75%，（Fe2O3）铁水量的13.35

20、%，为20%）即废钢比为喷溅铁损为铁水量的1%11.78%2.1.2 物料平衡基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰石、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。2.1.3 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与成分8。总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表2.5表2.7。总渣量与其成分如表2.8所示1。第二步：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2.9。表2.5 铁水中元素氧化产物与成渣量元素反应产物元素氧化量/耗氧量/产物量/备注CSiMnPSF

21、eCCOCCO2Si（SiO2）Mn（MnO）P（P2O5）SSO2S+（CaO）（CaS）+（O）Fe（FeO）Fe（Fe2O3）4.10×90%=3.6904.10×10%=0.4100.8000.4200.1800.014×1/3=0.0050.014×2/3=0.0091.076×56/72=0.8370.606×112/160=0.4244.9201.0900.9100.1200.2300.005-0.0050.2390.1828.6101.5001.7100.5400.4100.0100.021（CaS）1.0760.60

22、6入渣入渣入渣入渣入渣（见表2-7）入渣（见表2-8）合计6.7757.691成渣量/4.363入渣组分之和注：由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量=0.009×56/32=0.016。表2.6 炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量/成渣组分/气态产物/kg耗氧量/kgCaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO，CO20.3(据表2.4)0.0040.0090.2360.0040.0050.3×14%×90%×28/12=0. 0880.3×14%×10%×44/12=0. 0150.3×14%(90%&#

23、215;16/12+10%×32/12)=0.0620.2580.1030.062表2.7 加入溶剂的成渣量 类别加入量/成渣组分/ 气态产物/CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCa F2H2OCO2O2萤石0.50.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005生白云石2.50.9100.6400.0200.0250.905石灰6.6758630.1730.1670.1000.0330.0070.0090.0070.3090.002合计6.7750.8160.2150.1330.0410.0120.0100.4400.01

24、21.2140.002成渣量注：石灰加入量计算如下：由表2.5表2.7可知渣中已含；渣中已含.因设定的终渣碱度，故石灰加入量为：（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2.5的注。根据表2.4表2.8 总渣量与其成分炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量/1.7100.5401.0780.6070.4100.0214.366石灰成渣量/5.8630.1670.1730.1000.0330.0070.0096.352炉衬蚀损成渣量/0.0040.0090.2360.0040.0050

25、.258生白云石成渣量/0.9100.0200.6400.0251.595萤石成渣量/0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.0010.495总渣量/6.7791.9341.0520.1370.5401.0780.6520.4400.4220.03113.006质量分数/%51.9714.838.071.053.998.255.003.373.230.24100.00注： 总渣量计算如下：因为表2-8中除（FeO）和（Fe2O3）以外的渣量为：，而终渣（表7.4），故总量为：。表2.9 实际耗氧量耗氧项/供氧项/实际氧气消耗量/铁水中元素氧化耗氧量（表2.5）

26、 7.691炉衬中碳氧化耗氧量（表2.6） 0.062石灰中S与CaO反应还原出的氧化量（表2-7） 0.002烟尘中铁氧化耗氧量（表2.4） 0.348.153-0.002+0.069=8.22炉气自由氧含量（表2.10） 0.060 合计 8.153合计 0.002注：炉气中N2（存在于氧气中，见表2.4）的质量，详见于表2.10。第三步：计算炉气含量与成分。炉气中含有、和。其中CO、和可由表2.52.7查得，和则由炉气总体积来确定。现计算如下：式中 CO、CO2、SO2和H2O各组分体积，m3.本计算中，其值为：；不计自由氧的氧气消耗量，本计算中，其值为：石灰中的S与CaO反应还原出的氧

27、量（其质量为：0.002kg，见表2.9），m3；炉气中自由氧含量由氧纯度为99%转换得来。计算结果列于表2.10。表2.10 炉气量与其成分炉气成分炉气量/体积/m3体积分数/%COCO2SO2H2OO2N28.6982.7290.0100.0120.0600.0728.698×22.4/28=6.9582.729×22.4/44=1.3890.010×22.4/64=0.0040.012×22.4/18=0.0150.0420.05882.1816.400.050.180.500.69合计11.5818.466100.00注：炉气中O2体积为；质量为

28、。炉气中N2的体积系炉气总体积与其它成分的体积之差；质量为.第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。钢水量铁水量-铁水中元素的氧化量-烟尘、喷溅和渣中的铁损据此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表2.11。表2.11 未加废钢时的物料平衡收入支出项目质量/%项目质量/%铁水石灰萤石生白云石炉衬氧气100.006.670.502.500.308.2284.615.650.422.120.256.95钢水炉渣炉气喷溅烟尘渣中铁珠90.3813.0711.581.001.500.7876.4011.039.790.851.270.66合计118.19100.00合计118.31100.00注：

29、计算误差为（118.19-118.31）/118.19×100%=-0.1%表2.12 废钢中元素的氧化产物与其成渣量元素反应产物元素氧化量耗氧量/kg产物量/kg进入钢中的量/kgCCCO13.35×0.08%×90%=0.0100.0130.023(入气)CCO213.35×0.08%×10%=0.0010.0030.004(入气)Si SiSiO213.35×0.25%=0.0330.0380.071MnMnMnO13.35×0.37%=0.0490.0150.065PPP2O513.35×0.010%=0.

30、0010.0010.002SSSO213.35×0.009%×1/3=0.00040.00040.0008(入气)S(CaO)=(CaS)+(O)13.35×0.009%×2/3=0.0008-0.00040.002(CaS)合计0.0950.07013.35-0.095=13.255成渣量/kg0.140 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与其耗氧量和成渣量（表2.12），再将其与表2.11归类合并，遂得到加入废钢厚的物料平衡表2.13和表2.14。表2.13 加入废钢的物

31、料平衡表（以100Kg铁水为基础）收入支出项目质量/%项目质量/%铁水废钢石灰萤石轻烧生白云石炉衬氧气100.0013.356.670.502.500.308.22+0.07=8.2975.9810.145.070.381.900.236.30钢水炉渣炉气喷溅烟尘渣中铁珠90.38+13.255=103.6413.07+0.14=13.2111.58+0.028=11.611.001.500.7878.6710.038.810.761.140.59合计131.16100.00合计131.74100.00 注：计算误差为（131.61-131.74）/131.61×100%=-0.10

32、%表2.14 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88.2275.98钢水91.4378.67废钢11.7810.14炉渣11.6510.03石灰5.885.07炉气10.248.81萤石0.440.38喷溅0.880.76轻烧生白云石2.201.90烟尘1.321.14炉衬0.260.23渣中铁珠0.690.59氧气7.316.30合计116.09100.00合计116.21100.00第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。先跟据钢种的成分设定值（表2.1）和铁合金成分与其回收率（表2.3）算出锰铁和硅铁的加入量，在计算其元素的

33、烧损量。将所有结果与表2.14归类合并，既得冶炼一炉钢的总物料平衡表。表2.15 铁合金元素烧损量与产物量类别元素烧损量/kg脱氧量成渣量炉气量入钢量锰铁C0.62×6.60%×10%=0.0010.0100.0150.62×6.60%×90%=0.037Mn0.62×67.80%×20%=0.0010.0240.1080.62×67.80%×80%=0.335Si0.62×0.50%×25%=0.0010.0010.0020.62×0.50%×75%=0.002P0.62&

34、#215;0.23%=0.001S0.62×0.13%=0.001Fe0.62×24.74%=0.154合计0.0890.0350.1100.0150.530硅铁Al0.42×2.50%×100%=0.0110.0100.006Mn0.42×0.50%×20%=0.00040.00050.42×0.50%×80%=0.002Si0.42×73.00%×25%=0.0770.0880.1650.42×73.00%×75%=0.230P0.42×0.05%=0.0002

35、S0.42×0.03%=0.0001Fe0.42×23.92%=0.100合计0.0880.0980.1720.332总计0.1770.1330.2820.0150.862可以忽略。锰铁加入量WMn为：硅铁加入量WSi为：铁合金中元素的烧损量和产物量列于表2.15。脱氧和合金化后的钢水的成分如下：可见，含碳量尚未达到设定值。为此需在钢包加焦粉增碳。Q235A钢种中加入量W1为：焦粉生成产物如下：碳烧损量/耗氧量/气体量/成渣量/碳入钢量/0.06×81.50%×25%=0.0120.0320.044+0.06×(0.58+5.52)%=0.04

36、70.06×12.40%=0.0070.06×81.5%×75%=0.037注：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）的物料平衡表2.16。表2.16 Q235总物料平衡收入支出项目质量/%项目质量/%铁水88.2275.18钢水92.33（91.43+0.862+0.037）78.61废钢11.7810.04炉渣11.94(11.65+0.282+0.007)10.16石灰5.885.01炉气10.30(10.24+0.015+0.047)8.77萤石0.440.37喷溅0.880.75轻烧白云石2.201.

37、87烟尘1.321.12炉衬0.260.22渣中铁珠0.690.59氧气7.47（7.31+0.133+0.032）6.37锰铁0.620.53硅铁0.420.36焦粉0.060.05合计117.35100.00合计117.46100.00注：计算误差为（117.35-117.17）/117.35×100%=-0.10%。可近似认为（0.133+0.032）的氧量系出钢水二次氧化所带入1。2.2 热平衡计算(Q235A)2.2.1 计算所需原始数据 计算所需基本原始数据有：各种入炉料与产物的温度（表2.17）；物料平衡热容（表2.18）；反应热效应（表2.19）；溶入铁水中的元素对铁

38、熔点的影响（表2.20）。其它数据参照物料平衡选取。表2.17 入炉物料与产物的温度设定值名称入炉物料产物铁水废钢其他原料炉渣炉气烟尘温度/12502525与钢水一样14501450 注纯铁熔点为1536表2.18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·(·K)-10.7450.6991.0470.996熔化潜热/kJ·-1218272209209209 液态或气态平均热容/kJ·(·K)-10.8370.8371.2481.137表2.19 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应H/kJ·kmol-1H/kJ

39、83;kg-1CCSiMnPFeFeSiO2P2O5CaCO3MgCO3C+1/2O2=CO 氧化反应C+O2=CO2 氧化反应Si+O2=(SiO2) 氧化反应Mn+1/2O2=(MnO) 氧化反应2P+5/2O2=(P2O5) 氧化反应Fe+1/2O2=(FeO) 氧化反应2Fe+3/2O2=(Fe2O3) 氧化反应(SiO2)+2(CaO)=(2CaO·SiO2) 成渣反应(P2O5)+4(CaO)=(4CaO·P2O5) 成渣反应CaCO3=（CaO）+CO2 分解反应MgCO3=（MgO）+CO2 分解反应-139420-418072-817682-361740-

40、1176563-2382279-722432-97133-693054169050118020-11639-34834-29202-6594-18980-4250-6460-1620-4880-1690-1405表2.20溶入铁水中的元素对铁溶点的降低值元素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元素使铁熔点降低值/65707580859010085302531.5氦、氢、氧溶入使铁溶点的降低值/=6适用含量围/%<11.02.02.53.03.54.03150.170.081182.2.2 计算步骤以100kg铁水为基础

41、。第一步：计算热收入8。热收入项包括：铁水物理热；元素氧化热与成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。（1）铁水物理热：先跟据纯铁熔点贴水成分以与溶入元素对铁熔点的降低值（表2.17、表2.1和表2.20）计算铁水熔点，然后由铁水温度和生铁热容（表2.17和表2.18）确定。（2） 元素氧化热与成渣热：由铁水中元素氧化量和反应热效应（表2.20）可以算出，其结果列于表2.21。表2.21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/CCO3.690×11369=42947.91FeFe2O30.424×6460=2739.04CCO20.410×

42、34834=14281.94PP2O50.180×18980=3416.40SiSiO20.800×29202=23361.60P2O54CaO·P2O50.422×48880=2059.36MnMnO0.420×6594=2769.48SiO22CaO·SiO21.934×1620=3.33.08FeFeO0.837×4250=3557.25合计Qy98266.06（3）烟尘氧化热：由表2.4中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。（4）炉衬中碳的氧化热Q1：根据炉衬蚀损量与其含碳量确定。故热收入总值为：第二步：

43、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：先按求铁水熔点的方法确定钢水熔点；再根据出钢和镇静时的实际温降（通常前者为4060，后者约为35/min，具体时间与钢包大小和浇注条件有关）以与要求的过热度（一般为5090）确定出钢温度；最后由钢水量和热容算出物理热。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。式中，50、50和70分别为出钢过程的温降、镇静与炉后处理过程中的温降和过热度。（2）炉渣物理热Qr：令终渣温度与钢水温度一样，则得

44、：（3）炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热。根据其数量、相应的温度和热容确定。详见表2.22。表2.22 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)=2442.45渣中铁珠物理热0.78×0.699×(1520-25)+272+0.837×(1690-1520)=1144.881520系钢水溶点喷溅金属物理热1×0.699×(1520-25)+272+0.837×

45、;(1690-1520)=1467.80合计=23817.34（4）生白云石分解热：根据其用量、成分和表2.20所示的热效应计算。 （5）热损失：其他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：（6）废钢吸热：用于加热废钢的热量系剩余热量，即：故废钢加入量为： 即废钢比为：若不计炉渣带走的热量时:第三步列出热平衡表（表2.23）表2.23 Q235A热平衡表 收入支出项目热量/kJ%项目热量/kJ%铁水物理热114500.0052.42钢水物理热131886.7060.38元素氧化热和成渣热98266.0644.99炉渣物理热29880.9013.68其中C氧化57229.

46、8526.20废钢吸热19484.248.92Si氧化23361.6010.70炉气物理热18762.218.59Mn氧化2769.481.27烟尘物理热2442.451.12P氧化3416.401.57渣中铁珠物理热1144.880.52Fe氧化6296.292.88喷溅金属物理热1467.800.67SiO2成渣3133.081.43轻烧白云石分解热2437.101.12P2O5成渣2059.360.94热损失10921.385.00烟尘氧化热5057.362.32炉衬中碳的氧化热586.250.27合计218427.66100.00合计218427.66100.00 应当指出，加入铁合金

47、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。2.3 物料平衡计算(16Mn)2.3.1 计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种与其成分、铁水和废钢的成分、终点钢水成分（表2.24）；造渣用溶剂与炉衬等原材料的成分（表2.25）；脱氧和合金化用铁合金的成分与其回收率（表2.26）；其他工艺参数（表2.27）3。表2.24 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分含量 类别CSiMnSP钢种16Mn设定值0.180.251.4铁水设

48、定值4.200.800.600.030.03废钢设定值0.180.251.40.020.030终点钢水设定值0.10痕迹0.180.020.018本计算设计的钢种为16Mn。C和Si按实际生产情况选取；Mn、S和P分别按铁水中相应成分的30%、10%和60% 留在 钢水中设定。表2.25 原材料成分成分含量 / %类别CaOSiO2MgOAl2O3Fe3O2CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰88.02.502.601.500.500.100.064.640.10萤石0.305.500.601.601.500.900.101.50生白云石36.40.8025.61.0088.036.2炉衬1.2