现场管理-年产150万吨良坯氧气转炉炼钢车间设计说明书(doc 72页)

华北理工大学轻工学院 Qing Gong College North China University of Science and Technology 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计题目：设计一座年产设计题目：设计一座年产 150150 万吨良坯氧气转炉炼钢车间万吨良坯氧气转炉炼钢车间 学生姓名：学生姓名：马勇蕾马勇蕾 学学 号号：201124090413 专业班级：专业班级：11 冶金冶金 4 班班 学学 部：材料化工部部：材料化工部 指导教师：贾雅楠指导教师：贾雅楠 2015 年 06 月 01 日 摘 要 -I- 摘 要 本设计为设计一座年产 150 万吨的氧气转炉炼钢车间，主要产品是低碳钢 和薄板坯。设计包括车间生产规模，各主要系统，方案的选择和确定。车间主 要设备的计算与确定，以及先进技术的选择和利用等。 本设计的重点是车间的主要系统的方案确定。包括铁水供应系统，散装料 供应系统，铁合金供应系统，铁水预处理系统，烟气净化系统，炉外精炼系统， 浇注系统，炉渣处理系统等。 这些方案都是经过比较而确定的较合理的设计方案，并且采用了国内外的 先进技术。本设计主要包括转炉炉型计算、氧枪计算、烟气净化系统计算及选 择、炉外精炼的设备选择、车间设备的计算以及各跨间的布置，还包括连铸生 产能力和车间各部分的尺寸。另外本设计还采用了许多新技术，如：溅渣护炉 技术、铁水镁基预脱硫技术等，这些技术均已达到国际先进水平。 关键词: 60 吨氧气顶吹转炉；车间设计；系统。 Abstract -II- Abstract This design is a steel-making plant with two sets of oxygen converters of 200 tons, which can produce three point five million tons of casting blank per year. It consist of the plant scale choosing and ensuring main system, the calculation and ensuring of the main equipment, and also including some new technology. The importance of the design is conforming the main system of the plant, including the system molten iron provided, the providing system of laxity, the providing system of ferroalloy, pretreatment of molten iron, the cleaning system ,the treatment system of slag and so on. Compared with other schemes, these methods are quite adaptable to this design and they are advanced technologies in the world. The followings are mainly included in the design: the calculation of the converter, the calculation of oxygen-lance, the calculation and selection of flue-gas cleaning system, the calculation of the workshop equipment and the arrangement of each span. Whats more, the design has adopted a lot of new technologies such as:slag-splash to protect the stove, molten iron predesulphurizing based on magnesium and so on. These technologies are all reached the advanced level in the world. Keywords: BOF of 60 tons, convert, the calculation of the plant design, system 目 录 -III- 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论1 1.1 钢铁工业在国民经济中的地位和作用1 1.2 炼钢工艺的发展及现状1 1.3.本章小结2 第 2 章 产品方案及金属料平衡估算3 2.1 产品大纲.3 2.2 全厂金属料平衡估算3 2.3 技术可行性4 第 3 章 转炉车间生产工艺流程5 3.1 设计原始条件5 3.2 生产工艺流程图5 3.3 本章小结7 第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算8 4.1 物料平衡计算.8 4.2 热平衡计算.15 4.3 本章小结.20 第 5 章 原料供应及铁水预处理方案21 5.1 原料供应.21 5.2 铁水预处理方案.24 5.3 本章小结.25 第 6 章 转炉座数及其年产量核算26 6.1 转炉容量和座数的确定.26 6.2 车间生产能力的确定.26 6.3 确定转炉座数并核算年产量.27 第 7 章 转炉炉型选型设计及相关参数计算29 7.1 转炉炉型设计.29 7.2 转炉炉衬设计.32 7.3 转炉炉体金属构件设计.33 第 8 章 转炉氧枪设计及相关参数计算35 8.1 氧枪喷头尺寸计算.35 8.2 60T 转炉氧枪枪身尺寸计算.38 第 9 章 炉外精炼设备选型41 9.1 炉外精炼的功能.41 9.2 LF 精炼炉.41 9.3 RH 精炼炉.42 第 10 章 连铸机设备选型及相关参数确定43 10.1 连铸机机型选择43 目 录 -IV- 10.2 连铸机主要参数的确定43 10.3 连铸机生产能力的计算46 第 11 章 烟气净化系统的选型及相关计算50 11.1 转炉烟气净化与回收的意义50 11.2 转炉烟气净化及回收系统50 11.3 回收系统主要设备的设计和选择52 11.4 计算资料综合53 第 12 章 车间工艺布置方案54 12.1 车间工艺布置方案54 12.2 转炉跨布置54 12.3 连铸各跨布置58 12.4 装料跨布置61 结论63 参考文献64 谢 辞66 第 1 章 绪论 -1- 第 1 章 绪论 1.1 钢铁工业在国民经济中的地位和作用 钢铁工业是国国民经济的支柱产业，是国民经济的中的主导产业。而钢铁 材料是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占 90%以上。人们生 活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁材 料。钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的 质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量，都有着极大的影响。 世界经济发展到今天，钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到 根本性影响，而且，在可预见的范围内，这个地位也不会因世界新技术和新材 料的进步而削弱。纵观世界主要发达国家的经济发展史，不难看出钢铁材料工 业的发展在美国、前苏联、日本、英国、德国、法国等国家的经济发展中都起 到了决定性作用。这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车、 造船、机械、电器等工业 的发展和经济的腾飞都发挥了至关重要的作用。美国 钢铁工业曾在 20 世纪 7080 年代遭到来自日本为主的国外进口材料的冲击而 受到重创，钢铁产品生产能力急剧下降，但经过十几年的改造和重建，终于在 20 世纪 90 年代中期恢复到其原有的钢铁生产规模，为其维持世界强国地位继 续发挥着重要作用。 由此可见钢铁工业在公民经济的重要作用，并且钢铁工业在整个国家的发 展中都起着举足轻重的作用。 1.2 炼钢工艺的发展及现状 展望 21 世纪，转炉炼钢技术的发展将会出现以下发展趋势。 1.2.1 合理优化工艺流程，形成紧凑式连续化的专业生产线 发展目标：以产品为核心，将铁水预处理转炉炼钢炉外精炼高效连 铸热送和热扎有机的结合起来，形成紧凑式的专业生产线。从铁水到成品钢 材的生产周期缩短到 2.53h,全员劳动生产率（不包括炼铁）将超过 3000t/(人.a)。 最近日本住友和歌山钢厂按上述原则建立起面向 21 世纪新型钢厂：实现了 100%铁水“三脱”预处理；100%钢水真空精炼；100%连铸坯热送和冶炼周期 20min 等先进工艺措施。 1.2.2 转炉高速吹连炼工艺 华北理工大学轻工学院 -2- 发展目标：建立一座转炉吹炼制，使一座转炉的产量达到传统两座转炉的 生产能力。转炉冶炼周期缩短到 2025min,年产炉数15000 炉，转炉炉龄 15000 炉。 1.2.3 节能和环境保护 发展目标：转炉炼钢工序实现“负能”炼钢，工序能耗达到-10kg（标准煤） /t（按输出煤气折算） 。减少炼钢全过程的炉渣量 50%60%，全部烟尘回收利 用。 现代转炉炼钢工艺的现状主要体现在： （1）转炉炼钢大型化，是转炉从诞生到成熟的标志； （2）转炉顶底复合吹炼工艺； （3）转炉长寿技术，溅渣护炉和炉体冷却技术的成熟都将提高转炉的炉龄。 研究开发长寿命水冷烟罩、烟道等附属设备，实现转炉整体设备长寿化； （4）全自动转炉吹炼技术。 1.2.4 精炼和连铸方面主要体现 （1）精炼技术的发展在很大程度上大大增加了转炉冶炼钢种的数量，现有 技术主要有 LF、RH、CASOB、VOD、AOD 等精炼技术； （2）连续铸钢方面主要有高速连续浇注技术和漏钢预报装置，高拉速与连 铸之间的矛盾是现在连铸工艺需要解决的方法。 1.3.本章小结 目前我国正处在发展中的关键阶段，国民经济实力需要大力提升，各个方 面的硬件设施都需要大力完善，而钢铁行业在其中起着举足轻重的作用，例如 在国民生产中就会大量的需要建筑材料，特种钢材等等。国民经济水平也需要 钢铁行业来做有力的支撑。现在，我国的钢铁产量虽然居世界首位，但是我们 还要每年从国外进口很多的钢材，这是由于我国的技术力量还达不到，生产不 出某些高尖端的钢种，所以我们只能依靠到国外去进口，从这一角度来说我国 虽然是一个钢铁大国，但是并不是一个钢铁强国，因此我们在修建钢铁厂的时 候要注意加大高新技术的投入量，改进现有的设备和技术。做到科学合理布局， 转炉炼钢，精练，连铸一体化，提高原材料使用率，降低能耗，减少污染，高 效生产高质量钢材。 第 2 章 产品方案及金属料平衡估算 -3- 第 2 章 产品方案及金属料平衡估算 2.1 产品大纲 本设计产品大纲的基本原则是：生产有竞争力的优势产品，坚决淘汰落后 的产品。主要有碳素工具钢、碳素结构钢、轴承钢三大钢系。见表 2-1。 表表 2-1 本设计钢厂生产钢种本设计钢厂生产钢种 钢 种钢号年产量/万 t 断面形 状 断面尺寸 /mmmm 比例/% T1010矩形400400 碳素工具钢 T8Mn10矩形400400 16.7 Q23540矩形400400 碳素结构钢 Q27520方形2001500 50.0 GCr1520方形2001500 轴承钢 GCr18Mo20方形2001500 33.3 2.2 全厂金属料平衡估算 估算示意图： 华北理工大学轻工学院 -4- 高炉产量 混铁车铁水预处理(99%) 转炉 360t(93%)废钢铁铁合金 炉外精炼(96.7%) 250250、1800200 弧形连铸机(95.0%) 热连轧机(92%) 大方坯(75)小方坯(75) 158.5 21.6 1.2 177.6 167.3 156.8 164.4 150 图 2-1 全厂金属平衡示意图(单位：万 t) 该图为本设计年产钢 150 万 t 转炉炼钢厂的模型，由于在冶炼过程中的生 产工艺的不同，在各生产阶段的金属收得率不相同，同时还有一定量的金属流 失而不可回收。生产过程中作为直接回收炉料的那一部分返回废钢为全部炉料 的 6.0%,它与成品量之比达 7.9% ,占钢水量的 6.4%。所以，返回废钢的合理利 用是钢厂配料的重要环节之一。总废钢比按钢水总量的 18%计算为 21.6 万 t。 2.3 技术可行性 本设计最终是为了生产高附加值的钢材，那么就要对工艺技术采取优化。 为了更好地生产大纲中所例产品，本设计考虑采用优质铁水、铁水预处理、转 炉少渣冶炼、挡渣出钢、钢水多功能炉外精炼及钢水全过程保护浇铸先进工艺。 在原来的基础上使其更优化，设计出适合本设计要求的技术方案。 第 3 章 转炉车间生产工艺流程 -5- 第 3 章 转炉车间生产工艺流程 3.1 设计原始条件 表表 3-1 原始铁水成分原始铁水成分 元素CSiMnPS 铁水成分/%3.24.00.650.900.450.530.270.320.020.05 铁水温度：1285 3.2 生产工艺流程图 3.2.1 混铁车 高炉铁水直接热装入转炉时有混铁炉和混铁车两种方式。考虑到投资占地 方面，本设计中采用混铁车。因为其受铁口有盖，在运输过程中热损失较小。 混铁车的结构如图，其形状可保证有较小的热损失。混铁车装有倾动机构， 可使炉身转动向外倒铁，因此，不需建设专门的厂房，只需在主厂房内留出必 要的倒铁水位置。其容量根据转炉容量而言，一般为转炉容量的整数倍，并与 高炉出铁量相适应。 3.2.2 铁水预处理初脱 Si、P、S 分析本设计中铁水成分发现，铁水成分中 Si、P 含量较高，S 含量较低。 通常铁水中的硅含量为 0.30%0.60%，Si 的氧势高于 P 的氧势，脱 P 前必 须先脱 Si。但铁水中的硅是炼钢中的一种很重要的热源，对增加废钢比很有利， 充分利用其热能可以提高吨铁的钢产量。对硅含量要求不高的钢钟可以不考虑 预处理脱硅，反之可以利用其有利优势增加废钢量。 铁水磷含量偏高，可以在混铁车内喷吹生石灰类熔剂，进行脱磷反应。脱 磷还可以在转炉吹炼时进一步脱除，即在铁水预处理时只需向混铁车内喷吹一 定量的生石灰熔剂即可。 本设计中铁水含 S 量在正常范围内，对于普通钢种对 S 要求不高可以免除 华北理工大学轻工学院 -6- 铁水预处理脱 S。对特殊钢而言则在预处理采用向混铁车内高速喷射 CaO-Mg 脱 S 粉剂，让其脱除，从而达到要求。 3.2.3 顶底复吹转炉 顶底复吹转炉有良好的冶金效果，碳氧反应接近平衡，冶炼低碳钢时避免 了钢水的过氧化，有良好的脱磷、脱硫能力，提高了终点残锰量。石灰单耗低， 渣量少，铁水收得率高，吹炼平稳，喷溅少。 为了大幅度提高转炉炉龄,采用复吹转炉溅渣护炉工艺技术： (1) 采用高(FeO)炉渣溅渣工艺,注重对终渣(MgO)含量的调整； (2) 前期用轻烧白云石造渣, 控制过程渣(MgO)在 6%8%范围内(质量分数)； (3) 后期加入终渣改质剂采用高(MgO)炉渣操作工艺,炉渣改质后进行溅渣 操作； (4) 溅渣注重对炉形和炉底的控制,保持良好的炉膛内型形状。 (5) 控制好炉底,加强对炉底供气元件蘑菇头的维护和控制。 采用上述溅渣工艺技术后,不仅炉龄大幅度提高,而且底吹元件得到良好的 维护。 3.2.4 炉外精炼 随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂需要炉外 精炼工艺，炉外精炼技术是一项提高产品质量，降低成本的先进技术，是现代 化钢铁企业不可缺少的重要环节。它可以提高炼钢设备的生产能力，改善钢材 质量，降低能耗，减少耐材、能源和铁合金消耗，从而提高企业的竞争力。 LF 炉精炼工艺要求尽快形成泡沫渣，实现埋弧精炼。出钢过程加精炼渣渣 洗有利于快速成渣，缩短 LF 精炼造渣时间。LF 泡沫渣的形成需要气泡源,精炼 渣中的 Na2CO3 分解产生 CO2，CO2气体弥散分布在渣中，同时，CO2气体与渣中 的碳反应产生 CO，使气体体积成倍增长。这样,泡沫渣的形成就有了充足的气 泡源,有利于实行埋弧精炼，减少了电弧的裸露；有利于提高加热效率，缩短供 电时间，节约能源，而且使精炼时间缩短，提高了劳动生产率，同时对延长炉 盖和包衬的寿命具有重要意义。 钢水精炼是提高钢的质量、扩大钢的品种、优化炼钢工艺流程、提高生产 效率的重要手段，是生产洁净钢不可缺少的关键工艺环节。 3.2.5 连铸连轧 连铸可以简化工序，缩短流程，提高金属收得率，降低能耗，生产过程采 第 3 章 转炉车间生产工艺流程 -7- 用机械化，自动化程度高，提高产量，扩大了品种。 3.3 本章小结 21 世纪的钢铁工业在世界经济中仍占支柱地位，同时也将经历激烈的竞争。 薄板坯连铸连轧技术已受到了世界各国的普遍重视，它的推广应用改变了钢铁 工业的面貌，带来了巨大的经济效益和社会效益。虽然目前还存在着较多问题, 但可以相信，在各国科研工作者的共同努力下，薄板坯连铸连轧技术及产品将 会进一步发展。 华北理工大学轻工学院 -8- 第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算 4.1 物料平衡计算 4.1.1 计算原始数据 基本原始数据有：冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分； 造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其 他工艺参数。 表 4-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 表 4-2 原材料成分 表 4-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母） 表 4-4 其他工艺参数设定值 名称参数名称参数 成分含量/% 类别 CSiMnPS 钢种 Q235 设定值0.180.25.0.55 0.0450.050 铁水设定值4.000.800.500.300.035 废钢设定值0.180.250.550.0300.030 终点钢水设定值0.10痕迹0.150.0200.021 成分含量/% 类别 CaSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分 石灰88.002.50.2.601.500.500.100.060.10 萤石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50 生白云石36.400.8025.60 1.0036.20 炉衬1.203.0078.80 1.401.6014.0 焦炭0.5881.512.45.52 成分回收率/% 类别 CSiMnAlPSFe 硅铁 73.00/750.50/802.50/00.03/1000.05/10023.92/100 锰铁6.60/900.50/7567.8/80 0.13/1000.23/10024.74/100 第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算 -9- 终渣碱度w(CaO)/w(SiO)=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w(FeO)含量 (按向钢中传氧量 w(Fe2O3)1.35w(FeO) 折算) 15而 (Fe2O3)/ (FeO) =1/3,即金属中C的氧化产 物 w(Fe2O3)5，w(FeO) =8.25 金属中C的氧化 物 90C 氧化成 CO， 10C 氧化成 CO2 烟尘量 为铁量的 1.5(其中 w(FeO) 为 75w(Fe2O3)的 20) 废钢量 由热平衡计算确 定，本计算结果 为铁水量的 13.35，即废钢比 为 11.78 喷溅铁损 为铁水量的 1 4.1.2 物料平衡的基本项目 收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、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。 4.1.3 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及其成分。 总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬腐蚀和加入溶剂的成渣量。其各项成渣 量分别列于表 4-5表 4-7。总渣量及成分如表 4-8 所示。 表 4-5 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/耗氧量/产物量/备注 CCO3.9090%=3.514.0118.190 C CCO23.9010%=0.390.8911.430 SiSi(SiO2)0.800.9141.714 入渣 华北理工大学轻工学院 -10- MnMn(MnO)0.350.1020.452 入渣 PP(P2O5)0.280.3610.641 入渣 SSO20.0141/3=0.0050.0050.010 S S+CaO(CaS)+ (O) 0.0142/3=0.009-0.0050.021 入渣 FeFe(FeO)1.06556/72=0.8310.2381.069 入渣（表 5-8） Fe(Fe2O3)0.600112/160=0.4210.1810.602 入渣（表 5-8） 合计 6.5966.698 成渣量 4.499 入渣组分之和 由 CaO 还原出的氧量；消耗 CaO 量=0.00956/32=0.016。 表 4-6 炉衬腐蚀的成渣量 成渣组分/气态氧化物/耗氧量/炉衬蚀损渣量 / CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2 CCO，CO2 0.3(表 5-4) 0.0040.0090.2360.0040.0050.0880.0150.062 合计 0.2580.1040.062 表 4-7 加入溶剂的成渣量 成渣组分/气态氧化物类 别 加入 量 CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2 萤 石 0.50.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.440.008 白云 石 2.50.910.640.020.0250.905 石 灰 6.675.8540.1730.1670.10.0330.0070.0090.0070.3090.002 合计 6.7650.8160.2150.1330.0410.0120.010.440.0151.2140.002 成渣量 8.43211.2305 .石灰加入量：渣中已含 CaO=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.900；渣中已含 SiO2=1.710+0.009+0.028 +0.020=1.767；因设定终渣碱度 R=3.5，故石灰加入量为：5.285/(88.0%-3.52.50%)=6.67 .石灰加入量=(石灰中 CaO 含量）-（石灰中 SCaS 自耗的 CaO 量） 表 4-8 总渣量及其成分 炉渣成分/ CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5 CaS 合计 元素氧化成渣 1.71 0.4521.0650.6 0.410.0214.264 石灰石成渣量 5.8540.1670.1730.1 0.033 0.0070.0096.343 炉衬蚀损成渣 0.0040.0090.236 0.004 0.005 0.258 生白云石成渣 0.910.020.640.025 1.595 萤石成渣量 0.0020.0280.003 0.008 0.0080.440.0050.0010.495 总成渣量 6.771.9341.052 0.1370.4521.0650.6460.440.4220.03112.955 质量分数/% 52.2614.938.121.063.498.255.003.403.260.24100 第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算 -11- .表中除(FeO)和(Fe2O3)以外的总渣量为 6.779+1.934+1.052+0.137+0.452+0.440+0.422+0.031= 11.238，而终渣 (FeO)=15%(表 5-4)，故总渣量为 11.238/86.75%=12.955。 .(FeO)=12.9108.25%=1.069 (Fe2O3)=12.9105%-0.033-0.005-0.008=0.602 第二步：计算氧气消耗量。 氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。见表 4-9 表 4-9 实际耗氧量 耗氧项/供氧项/实际耗氧量/ 铁水中元素氧化耗氧量（表 4-5） 6.698 炉衬中碳氧化消耗氧量（表 4-6） 0.062 石灰中 S 与 CaO 反应还原出 的氧化量（表 5-7）0.002 烟尘中铁氧化消耗氧量（表 4-4） 0.340 炉气自由氧含量（表-10） 0.057 合计 7.157合计 0.002 7.157-0.002+0.064=7.219 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 4-5表 4-7 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 V=+0.5%V+ (V) g V 99 1 %5 . 0 32 4 . 22 s G x V = 5 . 98 32/ 4 . 22007 . 0 10 . 7 7 . 0998 . 7 99 50.98 7 . 099 VxGsVg =8.089 m 式中 VgCO、CO2、SO2和 H2O 各组分总体积，m。本计算中其值为： =7.998m 18 4 . 22015 . 0 64 4 . 22010 . 0 44 4 . 22659 . 2 28 4 . 22278 . 8 Gs不计自由氧的氧气消耗量，。本计算中其值为： 6.698+0.062+0.34=7.10（见表 5-9） Vx石灰中的 S 和 CaO 反应还原出的氧量（其质量为：0.002， 见表 4-9） ， m。0.5%炉气中自由氧含量。 华北理工大学轻工学院 -12- 99自由氧纯度为 99%转换得来。计算结果列于表 4-10 表 4-10 炉气量及其成分 炉气成分炉气量/炉气体积/ m体积分数/% CO8.2788.27822.4/28=6.62281.87 CO22.6592.65922.4/44=1.35316.73 SO20.0100.01022.4/64=0.0040.04 H2O0.0150.01522.4/18=0.0190.23 O20.0570.040.50 N20.0640.0510.63 合计 11.0838.089100.00 .炉气中 O2 的体积为 8.089*0.5%=0.040m；质量为 0.04032/22.4=0.057。 .炉气中 N2 的体积系炉气总体积与其他成分体积之差；质量为 0.051*28/22.4=0.064 第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。 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 100-6.596-1.50(75%56/72+20%112/160)+1+12.9556% 90.542 由此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表 4-11 表 4-11 未加废钢时的物料平衡表 收入支出 项目质量/%项目质量/% 铁水10085.33钢水90.5476.82 石灰6.675.69炉渣12.9610.00 萤石0.500.43炉气11.089.40 生白云石2.502.13喷溅1.000.85 炉衬0.300.26烟尘1.501.27 氧气7.216.16渣中铁珠0.770.66 合计117.39100.00合计117.55100 注：计算误差为（117.39-117.55）/117.39100%=-0.1% 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 4-1 中的数据先确定废钢 种元素的氧化量及其消耗量和成渣量（表 4-12） ，再将其与表 4-11 归类合并， 第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算 -13- 逐得到加入废钢后的物料平衡表 4-13 和表 4-14。 表 4-12 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/ 耗氧量 产物量 进入钢中的量/ CCO13.350.08%90%=0.0100.0130.023 C CCO213.350.08%90%=0.0010.0030.004 Si Si(SiO2 ) 13.350.25%=0.330.0380.071 Mn Mn(MnO ) 13.350.37%=0.0490.0150.065 P P(P2O5 ) 13.350.01%=0.0010.0010.002 SSO2 13.350.009%1/3=0.00 04 0.00040.0008 S S+CaO (CaS)+(O) 13.350.009%2/3=0.00 08 - 0.0004 0.002 合计 0.0950.07 13.35- 0.095=13.255 成渣量/ 0.14 表 4-13 加入废钢的物料平衡表（以 100铁水为基础） 收入支出 项目质量/%项目质量/% 铁水10076.56钢水90.54+13.25=103.7979.06 废钢13.3510.22炉渣12.96+0.14=13.109.98 石灰6.675.107炉气11.08+0.028=11.108.46 萤石0.50.383喷溅1.000.76 轻烧白云石2.51.914烟尘1.501.14 炉衬0.30.230渣中铁珠0.780.59 氧气7.295.5820 合计130.61100.00合计130.77100.00 注：计算误差为（130.61-130.77）/130.61100%=-0.1% 表 4-14 加入废钢的物料平衡表（以 100铁水+废钢为基础） 收入支出 项目质量/%项目质量/% 铁水88.2076.56钢水91.5579.06 废钢11.7710.22炉渣11.569.98 华北理工大学轻工学院 -14- 石灰5.895.11炉气9.808.46 萤石0.440.38喷溅0.880.76 轻烧白云石2.211.92烟尘1.321.14 炉衬0.260.23渣中铁珠0.690.6 氧气6.435.58 合计115.40100合计115.60100 第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。 现根据钢种成分设定值（表 4-1）和铁合金成分及其回收率（表 4-3）算出 锰铁和硅铁的加入量，在计算其元素的烧损量。将所有的结果与表 4-14 合并， 及得到炼一炉钢的总物料平衡表。 锰铁加入量 WMn 为： 钢水量 回收率量锰铁含 终点钢种 MnMn wMn WMn Mnw 59 . 0 55.91 %80%80.67 %15 . 0 %50 . 0 硅铁加入量 WSi 为： 回收率量锰铁含 加锰铁后的钢水量 终点钢种 SiSi Si)SiwSi( W Fe Si Mn ww kg42 . 0 %75%00.73 002 . 0 )51 . 0 55.91(%25 . 0 铁合金中元素烧损量和产物量列于表 4-15。 脱氧和合金化后的钢水成分如下： %14 . 0 %100 39.92 035 . 0 %10 . 0 )(wC %25 . 0 %100 39.92 230 . 0 002 . 0 ) i(w S %05 . 0%100 39.92 002 . 0 320. 0 %51 . 0)(w Mn %021 . 0 %100 39.92 001 . 0 %020 . 0 )(wP %022 . 0 %100 39.92 001 . 0 %021 . 0 )(wS 表 4-15 铁合金中元素烧损量和产物量 第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算 -15- 类别 元 素 烧损量 脱氧量 / 成渣量 / 炉气量 / 入钢量 C0.596.60%10%=0.0040.0110.0150.596.60%90%=0.035 Mn0.5967.80%20%=0.0800.0230.1030.5967.80%80%=0.320 Si0.590.50%25%=0.0010.0010.0020.590.50%75%=0.002 P0.590.23%=0.001 S0.590.13%=0.001 Fe0.5924.74%=0.146 锰铁 合计 0.0850.0350.1050.0150.505 Al0.422.50%100%=0.0110.0100.021 Mn0.420.50%20%=0.00040.00010.0010.420.50%80%=0.002 Si0.4273.00%25%=0.0770.0880.1650.4273.00%75%=0.230 P0.420.05%=0.0002 S0.420.03%=0.0001 Fe0.4223.92%=0.100 硅铁 合计 0.0880.0980.1870.332 总计 0.1730.1330.2920.0150.837 可见，含碳量尚未达到设定值。为此需在钢包内加焦炭增碳。其加入量 W1 为： 钢水量 回收率量焦炭含 ）（ CC 14 . 0 18 . 0 W1 ）（ 0.0692.39 75%81.50% 14 . 0 18 . 0 焦粉生成的产物如下： 碳烧损量/耗氧量/气体量/成渣量/碳入钢量/ 0.0681.50%2 5%=0.0120.032 0.044+0.06（0.58+5.52 ）% =0.047 0.0612.40 % =0.007 0.0681.50%75 % =0.037 由此可得整个冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表 4-16。 表 4-16 总物料平衡表 收入支出 项目质量/%项目质量/% 铁水88.274.47钢水91.55+0.837+0.037=92.4277.24 废钢11.779.94炉渣11.56+2.92+0.007=14.4912.11 石灰5.894.97炉气9.80+0.015+0.047=9.868.24 萤石0.440.37喷溅0.880.74 轻烧白云石2.211.87烟尘1.321.10 炉衬2.261.91渣中铁珠0.690.57 氧气6.65.57 锰铁0.590.50 硅铁0.420.35 华北理工大学轻工学院 -16- 焦粉0.060.05 合计119.44100.00合计119.56100 .计算误差为(119.44-119.56)/119.44100%=-0.1% .可以近似的认为(0.133+0.032)的氧量系出钢水二次氧化带入。 4.2 热平衡计算 4.2.1 计算所需的原始数据 计算所需的基本原始数据有：各种入炉料及产物的温度（表 4-17） ；物料 平均热熔（表 4-18） ；反应热效应（表 4-19） ；融入铁水的元素对铁水熔点的影 响（表 4-20） 。其他工艺参数参照物料平衡选取。 表 4-17 入炉物料及产物的温度设定值 入炉物料产物 名称 铁水废钢其他原料炉渣炉气烟尘 温度/12852525与钢水相同14501450 表 4-18 物料平均热熔 物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气 固态平均热熔 kJ/（K）0.7450.699-1.0470.996- 融化潜热 kJ/218272209209209- 液态或气态平均热熔 kJ/（K）0.8370.8371.248-1.137 表 4-19 炼钢温度下的反应热效应 组元化学反应/kJk mol-1/kJkg-1 CC+1/2 O2=CO 氧化反CC+ O2=CO2 氧化反应41807234834 Si Si + O2= (SiO2 氧化 反应 81768229202 MnMn +1/2 O2= (MnO) 氧化反应3617406594 P2P+5/2 O2= (P2O5) 氧化反应117656318980 FeFe +1/2 O2= (FeO) 氧化反应2382294250 Fe2Fe +3/2 O2= (Fe2O3) 氧化反应7224326460 SiO2(SiO2)+2(CaO)=(2CaOSiO2) 成渣反应971331620 P2O5(P2O5)+4(CaO)=(4 CaOP2O5) 成渣反应6930544880 CaCO3CaCO3=(CaO)+ CO2 分解反应1690501690 MgCO3MgCO3=MgO+ CO2 分解反应1180201405 表 4-20 融入铁水的元素对铁熔点的降低值 元素CSiMnPSAlCr N、 H 、O 在铁中极限溶5.4118.无2.80.1835.0无 第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算 -17- 解度/%5限限 融入 1%元素使 铁熔点降低值 / 65707580859010085302531.5 N、H、O 融入 使铁熔点降低 值/ = 6 适用含量范围 /% 11.0 2.02.53.03.54.0 3 15 0.7 0. 08 1 18 4.2.2 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 W Q 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(见表 4-17、 表 4-1 和表 4-20)计算铁水熔点 Tt，然后由铁水温度和生铁热容(见表 4-17 和 表 4-18)确定 。 W Q =1536(4.0100+0.88+0. 55+0.330+0.03525) t T 6=1111 () =100 0.745(111125)+218+0.837(12851111) W Q =117270.8(KJ) (2) 元素氧化热及成渣热 y Q 由铁水中元素氧化量和反应热效应(见表 4-19)可以算出，其结果列于表 4- 21。 表表 4-21 元素氧化热和成渣热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 CCO3.5111639=40852.89FeFe2O30.4216460=2719.66 CCO20.3934834=135853.26PP2O50.2818980=5314.4 SiSiO20.8029202=23361.6P2O54CaOP2O50.4224880=2059.36 MnMnO0.4206594=2769.48SiO22CaOSiO21.9341620=3133.08 FeFeO0.8314250=3531.75合计 Qy97327.48 (3) 烟尘氧化热 C Q 华北理工大学轻工学院 -18- 由表 5-4 中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。 1.5(7556/724250+20%112/1606460)=5075.35kJ C Q (4) 炉衬中碳的氧化热 0.31490116390.3141034834586.25kJ 1 Q 故热收入总量为 =117270.8+97327.48+5075.35+586.25=220259.88 S Q W Q y Q C Q 1 Q kJ 第二步：计算热支出。 Z Q 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 4060，后者约为 35/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 5090)确定出钢温度 TZ ；最后由钢 水热容算出物理热。 Tg1536(0.10650.1550.020300.02125)61522 式中，0.10、0.15、0.020 和 0.021 分别为终点钢水中 C、Mn、P、S 的含 量。 TZ15225050701692 式中，50、50、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。 Qg90.540.699(1522-25)2720.837(1692-1522) 132251.14kJ (2) 炉渣物理热 Qr 令终渣温度与钢水温度相同，则得： Qr12.9551.248(1649-25)20928964.17kJ (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 4-22。 表表 4-22 某些物料的物理热某些物料的物理热 项 目参 数/kJ备 注 第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算 -19- 炉气物理热11.0831.137(145025)=179571450系炉气和 烟尘的温度 烟尘物理热 1.50.996(145025)+209=2442.45 渣中铁珠物理热12.9556% 0.699(152025)+272+0.837(16921522) =1134.3 1522系钢水熔 点 喷溅金属物理热10.699(152225)+272+0.837(16921522)=1460.7 合计Qx22994 (4) 生白云石分解热 Qb 根据其用量、成分和表 5-19 所示的热效应计算的。 Qb2.5(36.40169025.601045)2437.10kJ (5) 热损失 Qq 其他热损失带走的热量一般约占总热收入的 38。本计算取 5，则 得 Qq220259.88511012.99kJ (6) 废钢吸热 Qf 用于加热废钢的热量系剩余热量，即 QfQSQgQrQxQbQq =220