《炼钢厂课程设计》word版.doc

安徽工业大学 第一部分 转炉物料平衡和热平衡计算（一） 原始数据一、铁水成分和温度表1-1成分CSiMnPSC% 4.010.370.400.150.0371300刚中、影响渣质,喷溅和炉容比,Si影响炼铁焦比和转炉废钢加入量(目前要求Si0.80%)二、原材料成分（参2 、4、规程及6166）表1-2%CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧减H2OC活性石灰91.081.661.541.220.064.44100矿石1.005.610.521.100.0729.461.80.50100萤石6.000.581.780.090.55892.00100轻烧白云石56.0340.020.029.96100炉衬54.02.0537.951.05.0100三、冶炼钢种和废钢成分表1-3%CSiMnPS钢种Q2350.140.220.120.300.400.650.0450.045废钢取Q235中线0.180.200.520.0220.025四、平均比热表1-4项目kJ/kg（固体）kJ/kg(溶化)kJ/kg( 气，液态)生铁0.7452180.837钢0.6992720.837炉渣2091.248炉气1.137烟尘0.996209矿石1.046209五、反应热效率（认为25与炼铁温度下两者数值近似）表1-5反应式kJ/kmolkJ/kg（元素）元素C +O2=CO131365.010949.1C C+O2=CO2414481.734521.0C Si+O2=SiO2795023.628314.0Si 2P+O2=P2O51172078.618922.6P Mn+O2=MnO384959.07020.3Mn 2Fe+O2=Fe2O3822156.07340.7Fe 2CaO+SiO2=2CaOSiO2124600.42071.1SiO2 4CaO+P2O5=4CaOP2O5690414.95020.8P2O5 注：数据来自氧气转换炉炼钢原理（美），密执安大学，冶金工业出版社，1974年，75页六、有关参数的选用1、 渣中铁珠占渣重的8%；2、 金属中90%C CO 10%CCO2;3、 喷溅铁损占铁水量的1%；4、 炉气平均温度1450；含自愿氧0.5%；烟尘量占铁水量的1.16% 其中有77%FeO和20%Fe2O3;5、 炉衬侵蚀占铁水量的0.5%；6、 氧气成分为99.5%O2和0.5%N；（二） 物料平衡计算 由铁水成分冶炼钢种可选用单渣发不留渣的操作。 为简化计算，物料平衡以100kg铁水为计算基础。一、 炉渣量及炉渣成分的计算炉渣来自元素的氧化，造渣材料和炉衬侵蚀等。1. 铁水中各元素的氧化量%表1-6%CSiMnPS备注铁水4.010.370.400.1500.037铁水温度1300终点钢水0.150.17.150.0150.025实测氧化量3.860.370.230.1350.012转入表1-7说明：Si碱性渣操作时终点Si量为痕迹；P单渣发去磷约90%（5%）；Mn终点余锰量约3040%，这里实测为40%；S转炉去硫约3050%；C终点碳与钢种及磷量有关，要求出钢后加铁合金增碳的量能满足钢的规格中限，即：C终点=C中限C增碳 这里取C终=0.15,可满足去磷保碳与增碳两个条件。2、铁水中各元素的氧化量，耗氧量和氧化产物量的计算。表1-7元素 反应式元素氧化 （kg）消耗 （kg）氧化产物（kg）备注C：C +O2=CO3.8690=0.4743.474=4.6323.474=8.16C：C +O2=CO23.8610=0.3863.86=1.0293.86=1.415Si：Si+O2=(SiO2)0.370.37=0.4230.37=0.793Mn ：Mn+ O2=（MnO）0.410.41=0.1190.41=0.529P ：2P+O2=（P2O5）0.1350.135=0.1740.1=0.309S：S+O2=SO20.012=0.0040.004=0.0040.004=0.008设为气化去硫S：S+(CaO)=(CaS)+O0.012-0.004=0.0080.008（）=0.0040.008=0.018-0.004表还原出O量S消耗CaO量=0.008=0.014Fe：Fe+O2=(FeO)1.1581.158=0.3311.489见表1-13及说明Fe ：2Fe+O2=(Fe2O3)0.5220.522=0.2240.746见表1-13及说明共计6.3176.8223.造渣剂成分及数量：（选自国内有关生产炉）1）矿石成分及重量的计算（1.0kg矿石/100kg铁水）表1-8矿石成分重量（kg）矿石成分重量(kg)Fe2O31.061.8=0.6180MgO1.00.52=0.005FeO1.029.4=0.2940S1.00.07=0.001SiO21.05.61=0.0561H2O1.00.50=0.005CaO1.01.00=0.0100共计1.000Al2O31.01.1=0.0110S*:反应式为S+( CaO)= (CaS)+O 其中：(CaS)重为0.001=0.002S消耗（CaO) 重为0.001=0.002O微量，可不计。2）萤石成分及重量的计算（0.5萤石100铁水）表19:P*反应式为 2P+5/2O2=(P2O5)萤石成分重量（）萤石成分重量（）CaF20.589.0%=0.445P*0.50.55%=0.0028SiO20.56%=0.030S*0.50.09%=0.0004Al2O30.51.78%=0.0089H2O0.52.00%=0.010MgO0.50.58%=0.0029共计0.500其中：(P2O5)重为0.0028=0.007(P)消耗O重为0.0028=0.004O微量，可不计。3）炉衬侵蚀成分及重量的计算（0.5炉衬100铁水）表110C*:其中 90%CCO 0.0790%=0.147炉衬成分重量（）炉衬成分重量（）CaO0.56.00%=0.03Al2O30.52.50%=0.012MgO0.574.00%=0.37C*0.514.00%=0.07SiO20.53.50%=0.018共计0.50010%CCO2 0.0710%=0.026 消耗O2 ： 0.147=0.084 0.026=0.0189炉衬中C共消耗O2重 0.1034）轻烧白云石成分及重量的计算（2.0轻烧白云石100铁水）表111成分重量（）成分重量（）CaO3.056%=1.680SiO2-MgO-灼减3.09.96%=0.2988Al2O3-共计3.0*加入轻烧白云石后经炉渣成分计算，应满足MgO=812%范围（见表113），目的是可以提高炉衬抗熔渣的侵蚀能力，提高炉龄。* *烧碱是指轻烧白云石或石灰中未分解的CO2及其重量。5）活性石灰成分及重量的计算（6.52石灰/100铁水）表112活性石灰成分重量（）石灰成分重量（）CaO6.5291.08%=5.940Al2O36.521.22%=0.078SiO26.521.66%=0.108S*6.520.06%=0.005MgO6.521.54%=0.100烧减6.524.44%=0.289共计6.520说明：石灰加入量计算如下：取终渣碱度R=% CaO/%SiO2=3.5 (参炼钢原理P167图519)式中 (SiO2) = (铁水+炉衬+矿石+萤石+轻烧白云石)中带入=（1.820+0.010+0.056+0.030+0.014）=1.944参表：（17、18、19、110、111）(CaO ) = (轻烧白云石+炉衬+矿石铁水S消耗矿石S消耗)=（0.925+0.270+0.010-0.0141-0.002）=1.189参表：（17、18、19、110、111）Q石灰=1.369S*:反应式为S+( CaO)= (CaS)+O 其中：生成(CaS)重:0.005=0.011还原O: 0.005=0.003消耗（CaO）量：0.005=0.0096）.终渣(FeO)的确定取R=3.5及(FeO)=15%时可满足终点钢水中P=0.015%的要求(参表16及炼钢原理P167图519)这里取(FeO)= (%FeO) +0.9（%FeO) =15%取（Fe2O3）/(FeO)= 。故（Fe2O3）=5%，(FeO) 10%7）终渣成分及重量的计算表113终渣成分氧化产物石灰矿石轻烧白云石炉衬萤石总重% CaO5.9310.0101.68000.2707.89153.80MgO01000.0051.020.1900.0031.3188.97SiO21.82001080.0560.0100.0302.02413.78P2O50.3090.0070.3162.15MnO0.5290.5293.61Al2O300780.0110.0050.0090.1030.71CaF20.4450.4453.03CaS0.01800110.0020.0310.21 FeO1.4891.4899.23 Fe2O30.7450.7454.61共计4.7106.2880.0842.7000.4750.49414.691100.00 说明1总渣量的计算如下：表中CaO+MgO +SiO2+ P2O5 +MnO+ Al2O3 +CaF2 +CaS =8.011+1.198+2.024+0.316+0.529+0.103+0.445+0.031+1.489+0.745 =12.657总渣量 (FeO)=100%15%=85%因此总渣量=12.657/85%=14.72(FeO)重14.8919.23%=1.374，其中Fe氧化量 1,374=1.069 (转入表17)（Fe2O3）重14.8914.61%=0.686 其中Fe氧化量0.686=0.48(转入表17) *3.631= CaO石灰中 CaOS消耗 5.94-0.009=5.931(表112及附注)二、矿石及烟尘中的铁量和氧量的计算1、加入1.0矿石/100带入的铁量和氧量为：Fe（矿石中）=1.0(29.40%61.80%)=0.661矿石中：FeO=29.40%； Fe2O3=61.80%O2（矿石中）=1.0(29.40%61.80%)=0.2512、1.16烟尘/100铁水带入的铁量和氧量为：Fe（烟尘中）=1.16(77%20%)=0.857烟尘中：FeO=77%； Fe2O3=20%（做课程设计时可改为：烟尘为铁水量的1.16%）O2（烟尘中）=1.16(77%20%)=0.76三、炉气成分及重量的计算表114炉气成分重量，体 积 （Nm3）%CO8.1598.159=6.527278.74CO22.01182.0118=1.02419.42SO20.0080.008=0.0030.073O20.0540.0040.52N20.1050.0841H2O0.0150.015=0.0190.148共计10.36188.678100.00CO重=（铁水+炉衬）中C氧化生成=8.106（表17）+0.053（表110）=8.159kgCO2重=（铁水+炉衬）中C氧化生成+（生白云石+石灰）的烧碱=1.415（表17）+0.009（表110）0.3（表111）+0.289表1-12）=2.0118kgSO2重=铁水中气化去硫重=0.008kg（表17）H2O汽重=矿石及萤石带入=0.005（表18）+0.010（表19）=0.015kg*与* *：为炉气中O2 与N2重，可由炉气总体积V(Nm3),反算求出。其中已知氧气纯度为99.5%O2，0.5%的N2炉气总体积V=( CO +CO2 +SO2 + H2O)体积（表1-14）+自由氧的体积+ N2体积=6.53+1.024+0.003+0.019+0.5% V+ N2其中：N2=(7.930+0.268+0.037+0.04-0.251-0.03)+0.5%v)x(1-99.5%)x(22.4/32)/99.5%* * * ：括号内的参数为“氧气的消耗和带入项目” （见表1-15）分式部分为氧气纯度99.5%时氧的体积。（1-99.5%）。表示换算成N2体积。因此可得： V=7.687m3炉气中自由氧体积=7.6870.5%=0.038m3炉气中自由氧重=0.038=0.054炉气中氮体积=0.028+0.008%7.687=0.029m3炉气中氮重=0.028=0.035四、未加废钢时氧气的消耗量的计算表115氧气的消耗和带入项目元素氧化耗氧量6.882（表17）萤石中P耗氧量0.004表19说明烟尘中铁氧化耗氧量1.05（见二）自由氧重0.063表114炉衬中碳氧化耗氧量1.05（见表17）炉气中氮重0.105表114矿石带入氧量0.251（见二）石灰中S反应带入氧重0.003表112说明由此可得实耗氧量=6.882+0.76+0.76+0.004+0.063+0.105-0.251-0.003=8.343kg或实耗氧体积=8.343 X=5.841Nm3100铁水=58.41m3T铁水五、钢水量计算吹喷项目：元素氧化量： 6.317kg表17烟尘中铁损量：1.182kg渣中铁珠重：1.080kg喷溅铁损量:1.000kg矿石带入铁重: 0.661kg（见二）因此100kg铁水可得钢水收得率为：100-（6.317+1.182+1.080+1）+0.661kg=91.082kg六、未加废钢时的物料平衡表表116收入项支出项铁水石灰矿石萤石轻烧白云石炉衬氧气100.006.521.000.503.000.508.2683.495.450.83 0.422.500.426.90钢水炉渣炉气烟尘铁珠喷溅91.08214.69110.30181.161.081.0076.9212.308.680.97 0.940.84共计119.78100.00共计119.37100.00计算误差=(119.78-119.37)/119.78 x100%=0.14% （三）热平衡计算（取冷料为25）一、热收入项1、铁水物理热铁水熔点 1536（4.01100+0.378+0.585+0.1530+0.03725）71119.615 式中100、8、5、30、25分别为C、Si、Mn、P、S元素增加1含量降低铁水熔点值；7为气体O、H、N共降低铁水熔点值；1536为纯铁熔点。铁水物理热1000.745(1119.61525)+218+0.837（13001119.65） 115005.5J2、铁水中各元素氧化热与成渣热CCO 3.47410949.1=38037.1734KJCCO2 0.38634521=13325.106KJSiSiO2 0.3728314=10409.58KJMnMnO 0.417020.3=2878 KJFeFeO 1.1585021.2=5814.5 KJFeFe2O3 0.5227340.7=3831.8 KJPP2O5 0.13518922.6=2554.6KJP2O54CaOP2O5 0.3165020.8=1586.6 KJSiO22CaOSiO2 2.0242071.1=4220.9KJ 共计 82658.2594KJ3、烟尘氧化放热1.16(77%5021.2+20%7340.7) =4680.4 kJ热收入总计= 115005.5J + 82658.2594+4680.4=202344 kJ注：炉衬中C和萤石中P因放热量低未计入内。二、热支出项1.钢水物理热钢水熔点=1536-(0.1565+0. 175+0. 01530.+0. 02525)-7=1517式中:65为C30吨炉子 K=1.852.1系数 30吨炉子 K=2.02.3t=由表1-21可求“加废钢后每吨钢水耗氧量”=1000供氧强度可参表21，计算后，供养时间应符合表22的范围。参表21 转炉供氧强度Nm3/Tmin参数表厂名唐钢天津二钢首钢上海一厂太钢二炼全钢武钢二炼公称容量5153030505050喷头孔数单孔三孔三孔三孔三孔三孔三孔供氧强度46.53.53.83.43.63.43.02.753.12.753.12.853.3续表21厂名樊纲鞍钢（西德）萨尔茨吉特（日）加古川（意）塔兰托宝钢公称容量120150200250300300喷头孔数三孔三孔三孔三孔三孔三孔供氧强度2.52.4542.634.4表22 转炉供氧时间参数表公称容量120供氧时间(min)1216161814202.金属熔池体积和熔池深度的计算当取铁水密度=6.8T/m3时则金属熔池体积V金属=GT0.147T/m3锥球形熔池深度h=(m)筒球形熔池深度h=(m)由：比较以上两式，当深度两者相同时，锥球形熔池直径稍大而可扩大熔池的渣钢反应界面有利于去磷的反应。3.熔池深度的核算由7，对顶吹转炉要求有合适的熔池穿透比：表23 熔池穿透比参数表h/h穿单孔喷头三孔喷头0.40.70.250.44.熔池穿透深度的三种计算式(结果近似可选用)试算式h穿=13( 769 2-28式中： = 6.8 g/cm3最高枪位 H高=4.33d出P0=35d出mm7最佳枪位 H佳=3.1d出P0=25d出mm或 H*=1.4H佳 三孔喷头单孔穿透式= d出V单孔/(H佳+ h穿) 其中：V单孔Nm3/S;其余参数的单位与试算式同。 (参西安冶院编的炼钢设计参考资料)解：令x=，则x2= h穿 可得一般式x3+ax2+bx+c=0 (x有三个根)以x=y-代入则可得Y2+py+q=0 (由y：即可得根x：=)y1=(参四川矿业学院编的数学手册第13页)式中：q= V单孔mmNm/SP= H佳=25 d出 mmV单孔=近似计种式 （参415(27)式） =40()炉帽部分（参4254图231）1、炉口 炉口小有利于出钢不留渣可防回磷，也可减少炉口辐射损失和防喷，但要便于加废钢，兑铁水和补炉等操作。炉口尺寸与熔池直径之比为 d/D=0.430.53炉口上部有柱形段高约300400mm，可防炉口耐火材料因耗损而迅速扩大炉口尺寸。炉口外部有水冷炉圈(参图或4257图23-3和图23-2)可易于清除炉口上的结渣。2.炉帽倾角当炉帽高度一定时，增大倾角则炉子容积扩大。倾角小时则耐火材料成悬臂型负荷而容易使炉帽倾塌。一般倾角=5570，大炉取下限。当耐火材料弧度高时可取= 60士33.炉帽高度H帽=（D-d）tg（300400)= H帽+（300400)mm (2一20)式中：300400mrn为炉口上端柱形段的高度4.炉帽容积 V帽=0.262 H帽（D2- d-Dd)+0.785d2(0.3一0.4) m3 (2一21)()炉身部分1.炉身高度 H身 = (2一22)式中:炉身容积V身，由炉容比(V/T)确定，为转炉有效容积和公称容量的比值。 转炉有效容积V=V金属+V身+V帽 (参4图23一1) (2一23)2. 炉熔比一般(V/T)=0.850.95(参附表) (2一24)当铁水中Si、P、S高，铁水比大，并用矿石作冷却剂，或提高供氧强度均要求相应增大炉熔比，这样可以容纳较多的渣量和顺利地排出CO炉气而防止喷溅和过度冲刷炉衬。3.出钢口取出钢口在炉帽与炉身的交界处(5492)，有利于在出尽钢水的同时可少下渣而减少回磷，出钢口直径应保证出钢时间在36分钟左右。过小则出钢时间长使钢水降温大，且钢流冲力小不利混匀铁合金。过大则钢流易发展而氧化并加大下渣量影响回磷，缩短出钢口和长度可减少热损失便于维修。出钢口的水平倾角一般在030之间出钢口直径可由经验式确定：d出钢口=cm (2-25)T一一炉子容量T(N)沪衬材质的选择，组成和厚度的确定我国目前炉衬砖主要有焦油白云石砖和焦油镁砂、砖两种。它们的耐火度都在2000以上，并有良好的抗碱性渣的能力。炉衬的组成可分为:工作层、填料层和永久层。分述如下:1.永久层 用以保护钢板，用一层镁砖侧砌，厚约113115:mm。炉底永久层为345mm(451)。2.填料层 可减轻工作层在受热膨胀时对钢板的挤压作用，并可便于拆炉和调整炉容比，厚度86175mm。3工作层 厚度400800mm,炉底350600mrn,炉帽工作层由于使用三孔喷枪后，喷溅高度下移，因此可比炉身工作层稍薄，约为炉身工作层的86%。表24 我国部分转炉炉衬厚度（mm）设计参考数据公称容量（T）炉帽工作层炉身永久层填料层工作层炉底工作层炉底厚度球形3040060060115406055060040073050450600115608055070050060090010504416()炉子外形尺寸的宽度比（H总/D壳）（参4254图231）炉子高宽比大则增加转炉的倾翻力矩，并使厂房高度随之增加。但可减少炉子的喷溅，炉子高宽比小则增加熔池的反应面积。表25 我国推荐的转炉高宽比和炉壳厚度公称容量（T）305080120150300高宽比1.51.61.41.51.31.41.488炉壳厚32557070808090 （二)炉型设计计计算 原始条件 炉子平均出钢量为140t，钢水收得率为91%，废钢比为8.36%，采用废钢矿石法冷却； 铁水采用表11给定铁水； 氧枪采用四孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为0.8MPa。 炉型选择 根据原始条件采用筒球形炉型作为本设计炉型。 炉容比 取V/T=0.92熔池