冶金毕业设计年产200万吨连铸坯的氧气转炉炼钢车间工艺设计

1、 第 I 页 年产年产 200200 万吨连铸坯的氧气转炉万吨连铸坯的氧气转炉炼钢车间工艺设计炼钢车间工艺设计 专 业： 冶金工程 姓 名： 指导老师： 设计总说明结合所学冶金理论知识与实践教学内容，对年产量为 200 万吨连铸坯的转炉炼钢车间的工艺进行了设计。在转炉炼钢物料平衡和热平衡及各种消耗指标计算的基础上，以转炉双联法对炼钢车间的主要设备参数包括 100t 复吹转炉和氧枪、连铸机和精炼设备等进行了计算和选择，进行了复吹转炉炼钢车间工艺布置和生产组织及人员初步编制。根据国内外转炉炼钢技术的发展趋势，结合设计任务书中碳素钢和压力容器用钢的品种需要，选择了 LF 炉外精炼设备，进行全连铸生产

2、。最终确定如下的的工艺流程：铁水预处理转炉炼钢LF、RH 精炼连铸。编制设计说明书，并绘制出转炉炉型图、车间平面布置图和车间剖面图各一张，并完成专题论文研究一篇。关键词：双联法， 复吹转炉，工艺设计，物料平衡与热平衡，炼钢 第 II 页 A Process Design of BOF Steelmaking Plant with An Annual Productivity of 2.0 mt Continuous Casting SlabSpeciality： Metallurgical Engineering Name： jinglinlinInstrctor： Yuan Shouqian

3、ABSTRACTBased on the theoretical knowledge and practical experience of metallurgical engineering, comprehensive steelmaking plant with an annual productivity of 2.0106 continuous casting(cc) billet is designed. According to the material and thermal balance calculation and various depletion index cal

4、culations and duplex melting process, main equipments including100t converter and its auxiliary equipments are designed. Casters and refining equipments were planned. Also converter workshop process layout were given，and the organization of production and personnel scheduling are roughly arranged.De

5、pending on the development trend of steel-making process and the quality requirement of carbon steel and pressure vessel steel, LF( ladle furnace) and RH refining is selected to fufill continuous casting. Finally, the following process flow is choosed as：PretreatmentBOFLF&RHCC. Finally, a design

6、 instruction, a furnace drawing, a workshop section drawing and a workshop layout drawing are submitted. And a research paper is completed too.KeyKey WordsWords: Duplex Melting Process Combined-Blown Converter, Process Design, Mass Balance and Thermal Equilibrium, Steelmaking 第 III 页 目 录设计总说明.I前 言.1

7、1 复吹转炉炼钢车间设计.21.1 炼钢车间生产工艺流程 .21.2 炼钢车间的产品规划（产品大纲） .31.3 炼钢车间组成 .32 炼钢厂总体工艺规划.52.1 车间年生产能力的确定 .52.2 主厂房工艺布置 .62.2.1 原料跨间布置.62.2.2 炉子跨间布置.62.2.3 出钢跨设计.72.2.4 浇注跨设计.72.2.5 切割出坯跨.72.3 原材料的供应及设备 .82.3.1 铁水的供应 .82.3.2 废钢的供应 .82.3.3 散装料的供应 .82.3.4 铁合金的供应.92.3.5 氧气的供应及设备.92.3.6 底吹氩气、氮气的供应及设备.93 转炉物料平衡及热平衡计

8、算 .10 第 IV 页 3.2 原始数据 .103.2 物料平衡基本项目 .143.3 脱磷炉物料平衡 .143.3.1 基本数据 .143.3.2 计算步骤.153.3.3 热平衡计算 .223.4 脱碳炉物料平衡 .263.4.1 基本数据 .263.4.2 计算步骤.263.4.3 热平衡计算.344 转炉炉型及氧枪设计 .384.1 转炉设计 .384.1.1 转炉炉型设计.384.1.2 主要参数的确定.384.1.3 支承结构 .434.1.4 倾动机构.444.2 氧枪设计 .444.2.1 专用脱磷氧枪 .444.2.2 专用脱碳氧枪.505 炼钢车间生产工艺设计 .555.

9、1 主要原材料技术要求 .555.1.1 金属料 .555.1.2 造渣材料.555.1.3 气源 .565.2 装料制度 .565.2.1 脱磷转炉装料制度.565.2.2 脱碳转炉装料制度.56 第 V 页 5.3 供氧制度 .575.3.1 脱磷转炉吹炼制度 .575.3.2 脱碳转炉吹炼制度 .575.4 造渣制度 .585.4.1 脱磷炉渣制度 .585.5 温度控制 .595.5.1 出钢温度的确定 .595.5.2 过程温度控制要求 .605.6 终点控制和出钢 .605.7 脱氧合金化 .615.8 精炼和连铸 .616 车间主体设备选型.636.1 原料跨 .636.1.1

10、混铁车.636.1.2 铁水罐.646.1.3 废钢工段.646.1.4 渣罐及渣罐车.656.2 炉子跨 .666.2.1 盛钢桶 .666.2.2 精炼设备.706.3 浇注跨 .716.3.1 连铸机参数设计 .716.3.2 连铸机生产能力.736.3.3 结晶器设计 .766.3.4 钢包回转台.776.3.5 中间包及中间包.776.4 起重机的选择 .786.4.1 原料跨.78 第 VI 页 6.4.2 炉子跨.796.4.3 出钢跨.796.4.4 浇注跨.796.4.5 出坯跨.796.5 制氧机的选择 .797 车间工艺布置 .817.1 主厂房布置 .817.2 原料跨

11、布置及主要尺寸 .827.3 炉子跨 .837.3.1 炉子跨的高度布置 .837.3.2 炉子跨的纵向布置 .867.3.3 炉子跨的横向布置 .867.4 出钢跨的布置 .877.5 浇注跨布置 .877.6 出坯跨布置 .898 车间主要技术经济指标 .909 除尘系统 .9110 人员编制 .94参考文献.102专题：转炉冶炼不锈钢的发展.103致 谢.109 第 1 页 前 言四年的大学生活，我们先后学习了基础课程，专业基础课程及专业课程。并先后经过了认识实习，生产实习和毕业实习。从而对钢铁冶金这个行业有了比较全面、系统的了解。为了检验四年的学习成果，同时也为了将来的工作奠定坚实的基

12、础，我们进行了以炼钢车间为项目的毕业设计。首先我们在山西太原钢铁厂临汾分厂进行了毕业实习。收获了有关设计资料。在袁守谦老师的精心指导下，本着采用先进技术和设备的原则，以转炉双联法为基础进行了毕业设计。本次设计是对我们所学知识的概括、总结和应用。由于本次设计采用的双联法在国内应用的较少，可能在某些方面合理性与科学性缺点很多，望批评指正。在此特向袁守谦老师表示衷心的感谢。 第 2 页 1 复吹转炉炼钢车间设计1.1 炼钢车间生产工艺流程 随着世界转炉炼钢技术的发展及炼钢设备的多样化, 使传统的转炉炼钢过程(即在同一座转炉内进行脱磷、脱硫、脱碳、提温和精炼等) 逐步转向单一化, 即将冶炼过程分为几个

13、功能阶段, 一个冶炼设备进行单一功能的操作成为炼钢生产的发展方向。转炉双联法冶炼正是基于此背景发展起来的一项炼钢新技术, 该工艺核心是将转炉冶炼功能分为脱磷和脱碳两部分,两个转炉分别进行脱磷和脱碳操作。本次设计就是参照国内外部分钢厂的资料及已有书本资料作的一次设计。双联法的主要特点有:炉内自由空间大,允许强烈搅拌钢水;顶吹供氧;高强度底吹(0.3 / ( tmin) ) ;不需要预脱硅;废钢比较高(8%10% ) ;炉渣碱度较低(2.02.5);渣量少;处理后铁水温度较高(1350)。该设计的脱磷与脱碳炉均为顶底复吹转炉，顶底复吹转炉是于 70 年代中期的一种新型的转炉炼钢设备。顶底复吹兼有顶

14、吹的易于控制成渣过程和底吹可以增大熔池搅拌强度的优点，是节能降耗、扩大品种、提高产品质量的有效途径;特别对于容量较大的转炉，更具有其优越性。因此，近年来获得迅速的发展，我国目前转炉大多数采用顶底复吹。炉外精炼设备与工艺能完成的冶金功能如下：脱气、脱氧、脱硫、清洗钢液、脱碳、真空碳脱氧、调整钢液温度及成份。20 世纪 50 年代连续铸钢技术开始用于工业，从 60 年代起连续铸钢得到普遍应用和发展。世界各国连铸的发展非常迅速，它是衔接炼钢与轧钢的一个重要环节，是铸钢技术的重大突破。连铸技术的应用，节省了建厂投资、提高了钢的成材率，从而降低了钢材的成本；同时改善了劳动条件，节省了能耗。本次设计采用的

15、工艺流程如下：高炉铁水铁水预脱硫转炉脱磷转炉脱碳炉外精炼(LF&RH精炼)连 第 3 页 铸1.2 炼钢车间的产品规划（产品大纲） 车间年生产合格连铸坯 200 万吨，生产钢种及产量分配和代表钢号的化学成分见下表：表 1-1 车间生产规模及产品方案钢种代表钢号年产量/万吨浇注方式比例/%0Cr18Ni950不锈钢1Cr18Ni9200全连铸50表 1-2 代表钢号化学成分化学成分/%钢号CSiMnPS0Cr18Ni90.081.002.000.0450.0301Cr18Ni90.151.002.000.0100.00151.3 炼钢车间组成转炉车间主要由以下几部分组成，主厂房（包括炉子

16、跨，原料跨，出钢跨，浇注垮，切割出坯跨，精整跨）；废钢堆间及配料间，铁合金仓库及散装原料储运设施，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，监测及计算机监控设施；备品备件库，机修间，生活福利设施；水电，气供应设施。通过在陕西龙门钢铁厂的毕业实习考察学习，加上查找一些资料，主要要进行以下几个方面的设计：1、炼钢厂总体工艺规划； 第 4 页 2、转炉物料平衡和热平衡计算；3、车间主体设备选型；4、车间工艺设计。本设计在做到设计应遵循的共同原则基础上，权衡各种有利于不利的因素，经过计算、比较、选择而完成的。由于该技术在我国乃至全世界还未得以大量应用，课本介绍较少，加之资

17、料有限，所做设计必有大量不足之处，请老师给与指教。 第 5 页 2 炼钢厂总体工艺规划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，是对设计工作的一个框架式设定，方案的确定要求设计合理，保证生产的顺利进行。2.1 车间年生产能力的确定1） 根据任务书的要求需年产 200 万吨的连铸方坯，由于采用炉外精炼，方坯的收得率为 98%，炉外精炼金属收得率为 95%。则年产钢水量： 200/98%/95%=214.8 万吨 2） 根据各厂经验及钢铁厂设计原理下册，冶炼周期取 36min，其中脱 P炉、脱 C 炉各 18min。3） 根据经验数据，转炉作业率取 80%，则年出钢炉数为： 236580

18、%2460/36=23360 炉 其中：3651 年的时间 4） 为提高企业生产效率，本设计采用“二吹二” 。5） 转炉公称容量的确定 q=车间年产钢水量/年出钢炉数 =214.8 万吨/23360 =91.9 吨 按转炉工艺设计技术规范制定的转炉容量标准选定 100 吨转炉两座。6） 核算车间年产量： 1002336098%95%=217 万吨 第 6 页 2.2 主厂房工艺布置主厂房的设置包括原料跨、炉子跨、出钢跨、浇注跨、切割跨、出坯跨。2.2.1 原料跨间布置在原料跨内主要完成兑铁水、加废钢和转炉炉前的的工艺操作，在原料跨两端布置铁水和废钢工段。 因为转炉容量为 100 吨，所以高炉铁

19、水由混铁车运输，采用 300 吨混铁车，中途设铁水预处理间、倒灌站及倒渣间，铁水经处理后送至铁水倒灌站，经受铁坑进入铁水包，又铁水包车送至原料跨待用，铁水预处理间与倒渣间平行布置，铁水预处理间设计在辅助跨。 废钢由火车或汽车运到主厂房外的废钢处理存放间，再由火车运到废钢坑，用电磁盘吊车转入废钢料斗，称量后待用，在废钢料槽处布置一个 50 吨的磅秤。 转炉渣罐的转运方法：将渣罐车横穿原料跨，在主厂房之外的中间渣场倒运或处理。2.2.2 炉子跨间布置 炉子跨是氧气转炉炼钢车间中厂房最高，结构最复杂和单位投资最多的跨间。设置转炉、转炉倾动系统、散状料供应系统、加料系统、供氧系统、底吹气系、烟气净化系

20、统。 炉子跨设置平台有：转炉操作平台、氧枪孔及料仓留槽平台、高位料仓平台、称重料斗平台和汇总料斗平台。 转炉操作平台设在炉子跨中部，上设两座转炉，分别为脱磷炉与脱碳炉及一套 LF 精炼设备和一套 RH 精炼设备。（1）横向布置 第 7 页 横向布置是指跨间横向柱列中心线之间的布置。应使各个系统的设置及其操作互不干扰；生产畅通。转炉在横向上的布置，应靠近原料跨，转炉中心线和靠近原料跨的厂房纵向柱列中心线的距离，既要保证原料跨的吊车顺利的向转炉兑铁水和加废钢，又要在可能的条件下。尽量保持足够大的距离，以便较好的布置氧枪升降机构，保证氧枪的正常工作。烟罩和烟道皆沿跨间横向朝炉后弯曲，一是便于氧枪和副

21、枪穿过烟罩插入转炉内，而是有一个连续的更换氧枪的通道，换枪方便，氧枪通道宽 1 米左右。 高位料仓沿炉子跨纵向布置，在其顶部分配皮带机或震动管通道，布置在紧靠烟道后面，这样烟道倾角较大，不易积灰。2.2.3 出钢跨设计出钢跨主要用于钢包车的吊运与运输，出钢跨两侧并设有材料堆放区与一个 LF 炉修理区和一套 RH 修理区。2.2.4 浇注跨设计 浇注方式采用全连铸，连铸机共享一个平台，在连铸跨内安放中间包、结晶器、二冷段、拉矫机、切割机。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、精整设备和方坯热运输设备。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生产

22、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、重视中间包的拆卸、修砌和烘烤以及对结晶器和二冷区扇形段的更换，对弧形设备设置专门作业区，留有适当的铸坯精炼区域，采用计算机控制。 第 8 页 2.2.5 切割出坯跨采用机械切割。进行二次切割冷却，机械清理器，清理头次清理后的残余缺陷及切割后余渣等。2.3 原材料的供应及设备炼钢车间的原料一般有铁水、废钢、合金料、造渣剂等。2.3.1 铁水的供应采用混铁车供应铁水，由于受铁口有盖，在运输过程中热损小。混铁车的形状可保证有较少的热损失，混铁车专有倾动机构，可回转炉身向外倒铁，因此，不需要专门的厂房，只

23、需在主厂房留出必要的倒铁水位置。2.3.2 废钢的供应 废钢应尽量分类存放，特别是含合金元素的废钢更应该注意存放。对废钢中易爆炸物和封闭容器要十分注意清除和处理，保证生产安全。 在与原料跨的一端垂直的位置上设废钢间，按废钢的需用量装入废钢料斗运至炉前。2.3.3 散装料的供应散装料包括石灰、轻烧白云石、萤石、铁矿石、焦炭等，散装料供应系统包括散装料堆场、地下料仓、皮带运输机、高位料仓、称重和向转炉加料设施。为保证转炉正常生产，自设散装料堆场，尽可能靠近转炉。散装量的储存量1030 天，在靠近主厂房附近设置地下料仓，兼有部分储存和转运作用，便于火车运输带自动卸料。从地下料仓向高位料仓的供应方式采

24、用全胶带运输，并用可逆活动胶带运输机往高位料仓布料，运输设备能力按每日工作一班（约 7小时）考虑。 第 9 页 散装料的用途如下：石灰：主要的造渣材料，石灰极易吸潮，故在入炉前须烘烤，以提高石灰的活性，有利于冶炼萤石：用于稀释炉渣，提高炉渣的活性。轻烧白云石：用于提高炉渣的碱度，减小对炉衬的侵蚀。铁矿石：用作冷却剂。2.3.4 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运输设施、向钢包加料设施等几部分组成。铁合金主要用来调整钢液的成分，温度并进行合金化处理。2.3.5 氧气的供应及设备 氧气转炉需用大量纯度在 99.5%以上的工业纯氧。为了适应氧气转炉炼钢工艺的要求

25、，炼钢的供氧系统一般由制氧机、加压机、中压储氧罐、输氧管、控制闸阀、测量仪表及喷枪等主要设备组成。2.3.6 底吹氩气、氮气的供应及设备底吹采用中压复吹、全程供气、在吹氮气至 2/3 时间时切换成 Ar 气源。底吹构件采用环缝式喷嘴，供气强度不超过 0.3Nm/t min。底吹气源为 N、Ar，预留喷粉可能。 第 10 页 3 转炉物料平衡及热平衡计算3.2 原始数据 基本的原始数据有：冶炼钢种及成份（表 31）;金属料铁水和废钢的成份（表 31） ；终点钢水成份（表 31） ；造渣溶剂及炉衬等原料的成份（表32） ；脱氧和合金化用铁合金的成份极其回收率（表 33） ；矿石成分（表34） ；其

26、它工艺参数（表 35） ；各种入炉料及产物的温度（表 36） ；物料平均热容（表 37） ；反应热效应（表 38） ；溶入铁水的元素对铁熔点的影响（表 39） 。表 31 钢种、废钢和终点铁水的成份设定值 成 分/ %类 别CSiMnPS不锈钢 0Cr18Ni90.081.002.000.0450.035预处理铁水设定值4.30.350.60.200.040废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值*0.10痕迹0.130.0200.020本计算设计的冶炼钢种为不锈钢 0Cr18Ni9。表 3-2 原材料的成分成分类别CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P

27、2O5SCO2H2OC灰分挥发 第 11 页 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轻烧白云石36.40.8025.61.0036.2炉衬1.203.0078.81.401.601.40焦炭0.5881.512.45.52表 3-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）成分回收率/%CSiCr PSFeNi镍铁0.05/901.0/750.50/750.03/1000.01/10039.8/1005060/95微碳铬铁0.03/90*1.0/75 63.075.0/80 0.03

28、/100 0.025/100 25.9/100*10%C 与氧生成 CO2 表 3-4 矿石成分锰矿44.6930.90 2.23 3.070.050.0144.6911.68铁矿石1.00 5.61 0.52 1.10 61.80 29.40.070.50 表 3-5 其它工艺参数 第 12 页 名称参数名称参数脱磷转炉终渣碱度脱碳转炉终渣碱度%CaO/%SiO2=2.3%CaO/%SiO2=2.5渣中铁损为渣量的 6%萤石加入量脱磷炉为 0.5kg氧气纯度99%，其余为 N2轻烧白云石加入量脱磷炉为：0.3kg脱碳炉为：0.1kg炉气中自由氧含量1%（体积比）炉衬蚀损量为铁水量的 0.3%

29、气化中去硫量占总去硫量的 1/3终渣（FeO）含量15%，而（Fe2O3）/(FeO)=1/3，即（Fe2O3）=5%，(FeO)=8.25%金属中（C）的氧化产物90%氧化成 CO2，10%氧化 CO烟尘量为铁水量的1.5%（其中FeO 为 75%，Fe2O3为 20%）喷溅铁水为铁水量的 1.0%废钢量由热平衡计算得，脱磷炉废钢比为 9.82%，脱碳转炉废钢比为 1.8%表 3-6 物料及产物的温度设定入炉物料产物名称铁水废钢其它原料炉渣炉气烟尘温度()1250*2525与钢水相同14501450表 3-7 物料平均热容 第 13 页 物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热容（kJ/kg

30、.k）0.7450.699-1.0470.996-熔化潜热218272209209209-液态或气态平均热容0.8370.8371.2481.248-1.137表 3-8 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-1394020-11639CC+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-1176503-18980FeFe+1/2O2=(FeO) 氧化

31、反应-238229-4250Fe2Fe+3/2O2=(Fe2O3) 氧化反应-722432-6460SiO2(SiO2)+2(CaO)=(2CaO.SiO2)成渣反应-97133-6620P2O5(P2O5)+4(CaO)=(4CaO.P2O5) 成渣反应-693054-4880CaCO3CaO3=(Cao)+CO2 分解反应1090501690MgCO3MgCO3=(MgO)+ CO2 分解反应1180201405表 3-9 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5.4118.5 无 2.8 0.18 35.0 无 =6 第 14 页 度（%）

32、限限溶入 1%元素使铁熔点的降低值（）6570 75 80 85 90 100 85302531.5适用含量范围（%）1.01.02.53.03.54.03 150.70.08 1 183.2 物料平衡基本项目 表 3-10 物料平衡的基本项目收 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损蚀炉气铁合金喷溅3.3 脱磷炉物料平衡3.3.1 基本数据表 311 钢种、废钢和终点铁水的成份设定值 成 分/ %类 别CSiMnPS预处理铁水设定值4.30.350.60.200.040废钢设定值0.180.250.550.0300.030 第 15 页 终点钢水

33、设定值*3.0痕迹0.250.0200.0213.3.2 计算步骤为计算方便，以100kg铁水为基础进行计算。第一步：计算进入脱碳炉前的总渣量及其成分表 3-12 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耗氧量氧化产物量备注CCO1.390%=1.171.5602.730CCCO21.310%=0.130.3500.480SiSi(SiO2)0.3500.4000.750入渣MnMn(MnO)0.3500.1020.450入渣PP(P2O5)0.1800.2300.410入渣SSO20.031/3=0.010.0100.020S(S)+(CaO)=(CaS)+(0)0.032/3=

34、0.02-0.0100.045入渣Fe(FeO)0.43656/72=0.3390.0970.436入渣FeFe(Fe2O3)0.240112/160=0.1680.0720.240入渣合计2.7112.819成渣量2.331由CaO还原S出的氧量，其中消耗的CaO量为0.035表 3-13 炉衬蚀损的成渣量 第 16 页 成渣组分（kg）气态产物（kg）耗氧量（kg）炉衬蚀损量（kg）CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO,CCO20.3（据表 315）0.0040.0090.2360.0040.0050.314%90%28/12=0.0880.314%10%44/12

35、=0.0150.062合计0.2580.103表 3-14 加入熔剂的成渣量成渣组分（kg）气态产物（kg）类别加入量（kg）CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H20CO2O2萤石0.5（据表 35）0.002 0.0030.0280.008 0.008 0.0050.0010.4400.008轻烧白云石0.3 据表（35）0.109 0.0770.0020.0010.018石灰2.11*11.855*20.0550.0530.032 0.011 0.0020.0020.0020.0980.001*3合计2.9101.966 0.1350.0830.041 0.01

36、9 0.0070.0030.4400.0100.206 0.001成渣量5.6041 石灰加入量计算如下：由表 2-112-13 可知，渣中已含（CaO）=-0.035+0.004+0.002+0.109=0.08kg; （SiO2）=0.750+0.009+0.028+0.002=0.789kg。 第 17 页 因设定的终渣碱度 R=2.3；故石灰加入量R(SiO2)-(CaO)/(%CaO 石灰-R%SiO2石灰石)=2.11kg2 为（石灰中 CaO 含量）-（石灰中 SCaS 自消耗的 CaO 量） 。0.00256/72=0.002kg3 由 CaO 还原 S 出的氧量，计算方法同表

37、 3-12 之注 2.110.06%=0.001kg表 3-15 总渣量及其成分炉渣成分CaOSiO2MgO Al2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS 合计/%元素氧化成渣量（kg）0.7500.4500.4360.2400.4100.045 2.331石灰成渣量（kg）1.8550.0530.0550.0320.0110.0020.002 2.010耐火材料蚀损量（kg）0.0040.0090.2360.0040.0050.258轻烧白云石成渣量（kg）0.1090.0020.0770.0010.189萤石成渣量（kg）0.0020.0280.0030.0080.0080.44

38、00.0050.001 0.495总渣量 （kg）1.9700.8420.3710.0450.4500.436 0.2640.4400.4170.0485.283%37.2915.94 7.02 0.85 8.52 8.25 5.00 8.33 7.89 0.91 100.00*总渣量计算如下；因为表 3-9 中除（FeO）和（Fe2O3）以外的渣量为：1.970+0.842+0.371+0.045+0.450+0.440+0.417+0.048=4.583kg，而终渣（FeO）=15%（表35）故总渣量为 4.583/86.75%=5.283kg 第 18 页 （FeO）量=5.2838.2

39、5%=0.436kg（Fe2O3）量=5.2835%-0.011-0.005-0.008=0.240kg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 3-16。表 3-16 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 312） 2.819铁水中 S 与 CaO 反应还原出的氧量（表 3-6） 0.01炉衬中碳氧化耗氧量（表 313） 0.062石灰中 S 与 CaO 反应还原出的氧量 （表 3-8） 0.001烟尘中铁氧化耗氧量（表 3-12） 0.363炉气中自由氧耗氧量 0.0293.273-0.11+0.029=合计

40、3.273合计 0.0113.291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：V = Vg+0.5% V +1/99.6(22.4/32Gs+0.5% V -Vx ) 第 19 页 V =2.666m51.987 . 099xsgVGV99 2.630.7 3.2440.01198.503计算结果列于表 3-17。表 3-17 炉气量及其成分炉气成分炉气量（kg）体积（m3）体积%CO2.8182.81822.4/28=2.25484.55CO20.

41、7010.70122.4/44=0.35713.40SO20.0200.02022.4/64=0.0070.26H2O0.010.0122.4/18=0.0120.45O20.02 0.013 0.49N20.029 0.021 0.86合计3.5982.666100炉气中 O2的体积为 2.6660.5%=0.013m ，重量为 0.013 32/22.4=0.020 kg3炉气中 N2系炉气总体积与其它成分的体积之差，为 2.666-2.254-0.357-0.007-0.012-0.013=0.023,重量为:0.02328/22.4=0.029kg第四步: 计算钢水量。钢水量 Qg=铁

42、水量铁水中元素的氧化量烟尘喷溅和渣中的铁损；=100-2.717-1.50（75%56/72+20%112/160）+1+5.2836%=94.532kg据此可以编制进入脱碳炉前的物料平衡表（表 3-18）表 3-18 未加废钢的物料平衡表 第 20 页 收入支出项目质量（kg）%项目质量（kg）%铁水100.0093.90钢水94.53289.00石灰2.111.98炉渣5.283 4.97萤石0.500.47炉气3.5983.28轻烧白云石0.30 0.28喷溅1.00 0.94炉衬0.30 0.28烟尘1.501.41氧气3.291 3.10渣中铁珠0.3170.30合计106.5011

43、00.00合计106.230100.00注：计算误差为（106.501-106.23）/106.501100%=0.25%第五步：计算加入废钢的物料平衡。如同第一步中计算铁水中元素氧化量一样。利用已知的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量，再将其与表 3-18 归类合并，遂得加入废钢的物料平衡表 3-19 和 3-20。表 3-19 废钢中元素的氧化量及其耗氧量和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） 第 21 页 C CO8.5370.2%90%= 0.0160.0210.037（入气）CC CO28.5370.2%10%= 0.001

44、0.0030.005（入气）SiSi(SiO2)8.5370.25%=0.0220.0250.047MnMn(MnO)8.5370.38%=0.0330.0100.043PP(P2O5)8.5370.01%=0.0010.0010.002S(S O2)8.5370.009%1/3=0.00030.00030.0006S(S)+(CaO)(CaS)+(O)8.5370.009%2/3=0.0005-0.00030.001合计0.07380.068.537-0.0738=8.661成渣量（kg）0.093表 3-20 加入废钢的物料平衡表（以 100kg 铁水为基础）项目重量（kg）%项目重量（k

45、g）%铁水100.0086.78钢水94.532+8.537=89.72 第 22 页 103.267废钢8.5377.60炉渣5.283+0.093=5.3764.67石灰2.111.83炉气3.598+0.037+0.005+0.0006=3.6413.16萤石0.50.43喷溅1.000.87轻烧白云石0.300.26烟尘1.501.30炉衬0.300.26渣中铁珠0.3170.28氧气3.2912.86合计115.236100.00合计115.101100.00表 3-21 废钢的物料平衡表（以 100 千克（铁水+废钢）为基础）收入支出项目重量（kg）%项目重量（kg）%铁水91.2

46、6586.78钢水94.2589.74废钢8.5378.25炉渣4.914.67石灰1.931.82炉气 3.303.14萤石0.460.43喷溅0.900.85轻烧白云石0.27 0.25烟尘1.371.30炉衬0.270.25渣中铁珠0.290.28氧气3.002.83 第 23 页 合计105.93100.00合计105.03100.003.3.3 热平衡计算（1）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 3-20，3-21，3-22） ，计算铁水的熔点 Tt

47、。然后由铁水温度和生铁比热（表 18 和 19）确定 Qw。 Tt=1536-（4.3100+0.358+0.605+0.230+0.0425）-6=1087Qw=1000.745(1087-25)+218+0.837(1250-1087)=114562.00KJ2) 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 3-20）可以算出。其结果列表 3-23。表 3-22 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CCO1.1711639=13617.63FeFe2O30.1686460=1085.28CCO20.1334834=4528.42PP2O50.180

48、18980=3416.4SiSiO20.3529202=10220.7P2O54CaO. SiO20.4124880=2010.56MnMnO0.356594=2307.9SiO22CaO.SiO1.7141620=2776.68FeFeO0.3394250=1440.75合计 Qy41404.323）烟尘氧化热 Qc。由表 5 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)=5075.4KJ4) 炉衬中碳的氧化热 Qt，根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。 第 24 页 Qt=0.314%90%11639+0.314%10%34834

49、=586.3KJ故热收入总值为 QS= Qw+Qy+ Qc+ Qt=161628.02KJ（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；喷溅物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。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-(3.085+0.255+0.0230+0.0125)-6=1272.

50、9 ()式中：3.0、0.25、0.02 、0.01 分别为终点钢水 C、Mn、P 和 S 的含量。Tz1272.9+50+50+70=1442.9 （0C）式中：50、50 分别为出钢过程中的温降、镇静过程中的温降和钢水的过热度。Qg=94.5320.699（1272.9-25）+272+0.837（1442.9-1272.9）=121623.93 KJ炉渣物理热 Qr:温度与钢水温度相同，则得：Qr=5.2831.248（1442.9-25）+209=10452.62KJ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 3-23.表 3-23 某些物料的物

51、理热项目参数（kJ）备注炉气物理热3.5981.137（1450-25）=5829.571450为炉气 第 25 页 和烟尘温度烟尘物理热1.50.996(1450-25)+209=2442.45渣中铁珠物理热0.317 0.699（1272.9-25）+272+0.837（1442.9-1272.9）=407.85喷溅金属物理热10.699(1272.9-25)+272+0.837(1442.9-1272.9)=1286.601272.9系钢水熔点合计Qx=121623.93轻烧白云石分解热 Qb：根据其用量，成分和表 3-21 所示的热效应计算之。Qb=0.3(36.4%1442.9+25

52、.60%1405)=265.47KJ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=161628.025%=8081.40 KJ；废钢吸热 Qf：用于加热废钢的热量系剩余热量，即：Qf=QS-Qg- Qr- Qb- Qq -Qr=11238.13KJ ；故加入的废钢量 Wf 为： Wf=11238.13/10.699(1272.9-25)+272+0.837(1442.9-1272.9)=8.735kg 即废钢比：8.735/(100+8.735)100%=8.03%热平衡表列于表 3-24。表 3-24 热平衡表收入支出项目热量%项目热量% 第 26 页

53、 铁水物理热114562.00 70.88钢水物理热121623.93 75.25元素氧化热和成渣热 41404.32 25.62炉渣物理热10452.62 6.47其中 C 氧化18146.05 11.23废钢物理热11238.13 6.95Si 氧化10220.76.32炉气物理热5829.573.61P 氧化3416.44.50 渣中铁珠物理热 407.850.25Fe 氧化2526.031.56 喷溅金属物理热 1286.60 0.80SiO2成渣2776.681.72白云石分解热265.470.16P2O5成渣2010.561.24热损失8081.405.00烟尘氧化热5075.40

54、3.14烟尘物理热2442.451.51炉衬中 C 的氧化热586.300.36合计161628.02100.00合计161628.02100.00 3.4 脱碳炉物料平衡3.4.1 基本数据 表 3-25 钢种，铁水，废钢，终点钢水的成分及温度 成 分/ %类 别CSiMnPS温度/不锈钢 0Cr18Ni90.081.002.000.0450.030脱磷铁水铁水设定值2.8痕迹0。250.030.0201300终点钢水设定值*0.08痕迹0.1200.0100.0101691 第 27 页 3.4.2 计算步骤为计算方便，以 100kg 铁水为基础进行计算。表 3-26 铁水中元素的氧化产物

55、及其成渣量元素反应产物元素氧化量耗氧量氧化产物量备注CCO2.7790%=2.53.335.83CCCO22.7710%=0.30.801.10MnMn(MnO)0.1300.0760.168入渣PP(P2O5)0.020.0260.046入渣SSO20.011/3=0.0030.0030.006S(S)+(CaO)=(CaS)+(0)0.012/3=0.007-0.0030.016入渣Fe(FeO)0.13156/72=0.1020.0290.131入渣FeFe(Fe2O3)0.0722112/160=0.0510.0220.0722入渣合计3.114.29成渣量0.4332表 3-27 炉

56、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,CCO2 第 28 页 0.30.0040.0090.2360.0040.0050.314%90%28/12=0.0880.314%10%44/12=0.0150.062合计0.2580.103表 3-28 加入熔剂的成渣量成渣组分（kg）气态产物（kg）类别 加入量（kg）CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H20CO2O2锰矿0.60.268 0.0130.1850.018铁矿石0.70.007 0.0040.0390.007

57、0.443轻烧白云石0.10.036 0.0260.0010.0010.036石灰 0.3*10.264*20.0080.0080.0050.0020.00030.00050.00030.0140.0001合计0.575 0.0510.2330.0310.4330.0003 0.0030.0003 0.05 0.0001成渣量1.32331 石灰加入量计算如下：由表 3-263-28 可知，渣中已含(CaO)=-0.012+0.004+0.268+0.007+0.036=0.303kg; （SiO2）=0.009+0.185+0.039+0.001=0.234kg渣中已含。因设定的终渣碱度 R

58、=2.5；故石灰加入量R(SiO2)-(CaO)/(%CaO 石灰-R%SiO2石灰石)=0.3449kg2 为（石灰中 CaO 含量）-（石灰中 SCaS 自消耗的 CaO 量）。 第 29 页 表 3-29 总渣量及其成分 炉渣成分CaOSiO2MgO Al2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计元素氧化成渣量（kg）0.1680.1310.07220.046 0.016 0.4332石灰成渣量（kg）0.2640.0080.0080.0050.002 0.00030.00050.2878锰矿（kg）0.2680.1850.0130.0180.484炉衬蚀损量（kg）0.0040.0

59、090.2360.0040.0050.258轻烧白云石成渣量（kg）0.0360.0010.0260.0010.064铁矿石成渣量（kg）0.0070.0390.0040.0070.057总渣量 （kg）0.5790.2420.2870.0350.1680.131 0.079 0.046 0.017 1.584*质量分数 %36.5515.2818.12 2.21 10.61 8.27 4.992.921.04100.00总渣量计算如下；因为表 3-29 中除（FeO）和（Fe2O3）以外的渣量为：0.579+0.242+0.287+0.035+0.168+0.046+0.016=1.374k

60、g，而终渣（FeO）=15%故总渣量为 1.374/86.75%=1.584kg。（FeO）量=1.5848.25%=0.131kg（Fe2O3）量=1.5845%-0.002-0.005=0.0722kg。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 3-30。表 3-30 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 4.29铁矿石中 S 与 CaO 反应还原出的氧量 0.0035 第 30 页 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 0.0001(忽略)烟尘中铁氧化耗氧量 0.340炉气中自由氧耗氧量 0.37