毕业设计（论文）-设计一个年产240万吨合格连铸坯的氧气转炉炼钢车间.docx

安徽工业大学毕业设计（论文）说明书专 业冶金工程班 级冶134姓 名学 号指导老师2017年06月01日安徽工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称设计一个年产240万吨合格连铸坯的氧气转炉炼钢车间学 院 冶金工程专业班级姓 名学 号毕业设计(论文)的主要内容及要求：（1） 查阅资料；（2）数据处理计算、制定设计方案；（3）进行工艺核算、炉型设计以及相关辅助设备选型；（4）运用CAD绘制平面布置图和剖面图各一张；（5）撰写设计说明书；（6）查阅相关外文资料及翻译外文资料。 指导教师签字： 摘要现代炼钢关键词：120吨顶底复吹转炉；管线钢；铁水预处理1炼钢厂设计设计概论1.1 钢铁工业概述钢铁工业系指生产生铁、钢、钢材、工业纯铁和铁合金的工业，是世界所有工业化国家的基础工业之一。经济学家通常把钢产量或人均钢产量作为衡量各国经济实力的一项重要指标。钢铁工业亦称黑色冶金工业。钢铁工业是重要的基础工业部门，是发展国民经济与国防建设的物质基础。冶金工业的水平也是衡量一个国家工业化的标志。钢铁工业是庞大的重工业部门。它的原料、燃料及辅助材料资源状况，影响着钢铁工业规模、产品质量、经济效益和布局方向。1.1.1 我国钢铁行业发展概述钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业 是国家经济水平和综合国力的重要标志 钢铁发展直接影响着与其相关的国防工业及建筑、机械、造船、汽车、家电等行业。随着国际产业的转移和我国国民经济的快速发展 我国钢铁工业取得了巨大成就。 我国钢铁工业发展主要经历三个阶段：第一阶段是 19491978 年，这 30 年来，钢产量由 1949 年的 15.8 万吨增加到 1978 年的 3178 万吨，年均增加 108 万吨。第二阶段是 1978 年至 20 世纪 90 年代中期，在改革开放政策的推动下，我国钢铁材料工业进入了持续、快速的发展阶段，其主要的标志就是 1996 年我国钢产量首次突破一亿吨。第三阶段是 1996 年之后连续几年一直位居世界第一产钢大国的地位，远远超过美国、日本。1.1.2 炼钢工业发展的趋势展望21世纪，转炉炼钢技术的发展将会出现以下发展趋势。1、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。2、转炉高速吹连炼工艺。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。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。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。1.2 炼钢厂设计的依据和原则1.2.1 设计任务书车间工艺设计的任务是以设计任务书为依据，课题设计题目为核心，对下列各项内容进行较详细的设计与计算，编制设计说明书并绘制相应的图纸。 (1)制订产品大纲； (2)制订生产工艺大纲； (3)确定主体设备，确定设备数量、型号等； (4)确定各种辅助设备，提出非标准设备的设计工艺要求； (5)设计并绘制车间的工艺布置平面图与剖面图； (6)提供水、电、热力、土建、照明、通风、设备制造及总图运输等各专业设计所需要的资料； (7)计算各项原材料的消耗量，计算炼钢浇铸生产过程的各项技术经济指标； 线 1.2.2 设计的依据炼钢厂(或车间)的设计工作应按照基建程序来安排，每一段工作均应以批准的前一段设计文件为依据批准文件不得任意修改。设计之前，应从有关领导部门取得设计任务书或建设单位提出的设计委托书。设计任务书或委托书是有关部门或厂家，根据国家计划或当地计划，经过充分讨论研究之后制定的。 设计任务书应包含下列基本内容： (1)车间生产规模，生产品种的基本设想或方案； (2)厂址选择方案。包括建厂所在地区的资源情况；原材料来源与可供情况；动力、供水、燃料的供应条件与解决途径，必要时应附有供应原料与供电、水等的协议书或意向书；厂区的水文地质资料和运输条件及地形图等； (3)建厂(车间)要求达到的经济效益和技术水平； (4)当地的环保情况与要求的环境质量； (5)投资的控制数字，与劳动定员控制数字。 设计任务书或委托书是进行各阶段设计的基本依据，此外，设计单位还要根据工作需要到建设单位的现场进行详细的调查，了解实况，收集资料。这是设计工作的准备阶段，或称设计前期工作。1.2.3 设计的基本原则根据中国钢铁企业设计工作经验和国家对工业基建设计的要求，钢铁企业设计的基本原则归纳如下： （1）贯彻执行党和国家工业建设的方针政策，符合国家的法律规定，厂址选择必须符合国家工业布局，城市或地区的发展规划要求，节约用地，尽可能不占或少占耕地、良田。我国可耕地少，而人口又多，设计时确应严格遵循这一政策。 （2）要采用国内外新技术、新工艺、新材料、新结构、新方法；设计方案反应出该领域内最新的成就，各项技术经济指标应该选择先进指标。 （3）设计中尽可能采用各种标准设计，这样可以减少设计工作量和缩短建设周期。 （4）设计中的技术决定必须紧密结合国情，保证技术先进与经济合理相结合，做到技术先进，经济合理，安排可靠；在多方案比较中，选择最经济合理的方案，使得吨钢产品的投资最低，经济效益最佳。 （5）设计所选用的指标和方案应以客观的数据为依据，做出的方案经得起全面的客观的推敲，保证所采用的方案有坚实的基础，并能成功的付诸实施。 （6）合理利用资源，努力节约能源，实现资源的合理开发、综合利用，中国矿产资源中共生矿居多，冶金设计工作尤其应该注意贯彻这一政策。 （7）充分利用当地自然资源和发挥现有工业基地的潜力，尽可能的就近选用材料，以减少运输费用，努力节约原材料、燃料，降低生产成本。（8）设计过程中各部分的设计方案要互相联系，局部方案应与总体方案相一致。 （9）贯彻环境保护法，执行“建设项目的三同时制度和环境影响评价制度”，使生产与环境保护协调发展，三废治理符合国家的排放标准，达标排放，贯彻节能综合利用方针。各专业的设计应以工艺设计部分为基础；尽可能回收利用，污水经处理后循环使用，炉渣资源化处理利用，降低噪声污染，使人们在优雅的环境中生产和生活。（10）设计中体现社会主义制度对劳动者安全健康的关怀。所有设备的设计都必须考虑应有的安全措施，防止意外事故发生。 （11）厂区和车间工作环境具有较好的布局和较好的劳动条件，厂区应具有排列美观，色彩明快，安全宜人的环境，以减少疲劳和提高劳动生产率。 （12）厂区布置、作业面积、车间高度、交通运输等设计方案确定时都应考虑未来发展的可能性，留有发展余地。2 设计方案的确定和论证2.1 产品大纲的制定2.1.1 产品大纲制定的依据管线钢冶金质量高，由于钢中的氮对管线钢成形性、焊接的低温韧性有不利影响，同时还降低钢的高温韧性和塑性、加速材料的晶间腐蚀，因此要严格控制钢中氮含量。 针对南钢管线钢生产采用铁水预处理-120t转炉-LF/VD-CC和铁水预处理-120t转炉-RH/LF-CC两种冶金工艺路线，研究了转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、VD处理及连铸过程影响管线钢氮含量的因素。转炉冶炼过程脱氮与吸氮同时存在，脱氮速度与脱碳反应速度一致，吹炼10min左右，脱氮速度达最大；吹炼10min后，钢液增氮量大于脱氮量，钢液中的氮含量升高。在底吹工艺中，当出钢C0.06%时，吹炼过程的氮/氩切换对钢液氮含量影响不大，可以采用全程吹氮的低吹制度；出钢C0.04%时，吹炼过程不同切换点对钢液中氮含量影响较大，90%氮/氩切换点钢中最低氮含量为29ppm。一次吹成，终点氮含量可基本保持在0.06%非管线钢，出钢至LF过程平均增氮量为6ppm； 对于C0.04%管线钢，出钢至LF过程平均增氮量为19ppm。 LF精炼是增氮过程，冶炼不同级别的管线钢精炼过程增氮不同，级别越高的管线钢，增越严重，对X65管线钢，增氮量可控制在5ppm以下，对于X80管线钢增氮量可控制在15ppm以下。通过对供电制度的试验室研究，提出了LF精炼过程应采用大功率供电的供电制度，减少高温渣存在的时间，同时配合泡沫渣有利于降低钢液中的氮含量措施。 VD的脱氮能力远大于RH的脱氮能力。试验炉次VD过程平均脱氮17.7ppm，RH通过后期强脱氧，可以脱去6ppm左右的氮。通过改进连铸操作，中间包到结晶器及结晶器到连铸坯，钢中氮含量分别升高2ppm、3ppm。从低氮管线钢生产角度，采用BOF-LF-VD-CC工艺比采用BOF-RH-LF-CC工艺好。管线要求含碳量较低，而靠提高锰含量，添加铌、钛、钒、钼等微量元素来保证其强度。对于管线钢，除了要求强度、塑性指标外，对于韧性指标的要求是它的一个突出特点，包括了钢板的冲击功、冲击转变温度和焊接热影响区与焊接金属的韧性指标。此外，还有应变时效、可焊性、应力腐蚀等指标要求。2.1.2 厂址选择论证（1） 地理位置 南京钢铁联合有限公司是由南京钢铁集团有限公司与上海复星集团等共同合资成立的江苏省特大型钢铁企业。公司地处南京市沿江工业开发区。（2） 交通条件铁路：铁路干线有京沪铁路、陇海铁路、宁铜铁路。南京、徐州为苏南、苏北的铁路枢纽。京沪、宁铜铁路在南京交汇。公路：全省以南京为中心，沪宁、宁通、宁连、宁合、宁马、宁淳等6条高速公路呈放射状分布，京沪高速公路江苏段和盐靖高速公路也已全线建成通车。此外，还有宁杭、沿海、沿江、徐连等高速公路。水路：南钢自备万吨级码头依傍长江黄金水道，连接上海，通往世界。当前，南钢集团正以打造绿色南钢、智慧南钢、和谐南钢、卓越南钢为不懈追求，全力推动钢铁主业向着管理先进、环境优美，国内一流、国际知名的现代化钢铁企业目标前进。集团各子公司也不断拓展经营领域和范围，持续提升经营管理水平和盈利能力，积极谋求与钢铁主业协调健康发展。2.1.3产品大纲表2-1 产品分配钢级屈服强度Mpa抗拉强度Mpa伸长率%屈强比X70485570180.90表2-2 高级钢种X70的主要成分CSiMnPSGrMoNiCu0.05-0.080.251.620.0070.0010.030.150.150.2表2-3 其他钢种的主要成分牌号CSiMnPSGrMoNiCu碳素结构钢Q235B0.080.140.870.0080.0030.0350.0040.0130.015高温合金钢GH10400.040.271.190.0050.0020.030.020.110.23合金工具钢4CrW2Si0.010.31.80.0060.0020.050.20.020.22.1.4 典型钢种化学成分制定 X70是管线钢的一种，管线运输是输送石油、天然气经济合理的运输方式。随着对石油天然气需求量的不断增加，为了提高输送效率，管道的输送压力和管径不断增大，因而对管线钢的强度和韧性提出了更高的要求，为了适应市场需要，南钢结合自身生产条件，研究试验生产出高强度、高韧性的管线钢板材。 (1)管线钢中碳的作用与控制 碳是增加钢的强度的有效元素，但是它对钢的韧性、塑性和焊接性有负面影响。 降低碳含量可以改善脆性转变温度和焊接性极地管线和海洋管线对低温韧性、断裂抗力以及延性和成形性的需要，要求更低的含碳量。对于微合金化钢，低的碳含量可以提高抗HIC的能力和热塑性，按照API标准规定，管线钢中的碳通常为0.025一0.12。并趋向于向低碳方向或超低碳方向发展。在综合考虑管线钢抗HIC性能、野外可焊性和晶界脆化时，最佳C应控制在0.01一0.05之间。(2)管线钢中锰的作用与控制 为保证管线钢中低的含碳量，通常是以锰代碳Mn的加入引起固溶强化，用锰来提高其强度。锰在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性。但如果锰含量过高对管线钢的焊接性能造成不利影响，有可能导致在管线钢铸坯内发生锰的偏析，且随着碳含量的增加，这种缺陷会更显著。因此,根据板厚和强度，管线钢中锰的加入量一般是1.1-2.0。(3)管线钢中硫的作用与控制 硫是管线钢中影响抗HIC能力和抗SSC能力的主要元素。随着硫含量的增加HIC敏感性显著增加，只有当S0.0012时HIC明显降低。值得注意的是硫易与锰结合生成MnS夹杂物，当MnS夹杂变成粒状夹杂物时，随着钢强度的增加，单纯降低硫含量不能防止HIC。如X65级管线钢，当硫含量降到20ppm时，其裂纹长度比仍高达30以上。硫还影响管线钢的冲击韧性，硫含量升高冲击韧性值急剧下降。管线钢中硫的控制通常是在炉外精炼时采用喷粉、真空、加热造渣、喂丝、吹气搅拌进行,实践中常常是几种手段综合使用。此外,条状硫化物是产生氢致裂纹的必要条件,对钢水进行钙处理将其改变为球形,可降低其危害。(4)管线钢中磷的作用与控制 由于磷在管线钢中是一种易偏析元素,在偏析区其淬硬性约为碳的二倍。由二倍磷含量与碳当量2P+Ceq对管线钢硬度的影响可知,随着2P+Ceq的增加,含碳0.12-0.22%的管线钢的硬度呈线性增加,而含碳0.02-0.03%的管线钢,当2P+Ceq大于0.6%时,管线钢硬度的增加趋势明显减缓。 磷还会恶化焊接性能,对于严格要求焊接性能的管线钢,应将磷限制在0.04%以下。磷能显著降低钢的低温冲击韧性,提高钢的脆性转变温度,使钢管发生冷脆。而且低温环境用的高级管线钢,当磷含量大于0.015%时,磷的偏析也会急剧增加.对于高质量的管线钢应严格控制钢中的磷含量越低越好。通常采用铁水预处理去除鳞。在炼钢整个过程中均可脱磷,如铁水预处理、转炉以及炉外精炼,但最终脱磷都是采用炉外精炼来完成。 (5)管线钢中氢的作用与控制 管线钢中氢的质量分数越高HIC产生的几率越大,腐蚀率越高,平均裂纹长度增加越显著,自真空处理技术出现以后,钢中氢已可稳定控制在0.0002以下。 钢中氢是导致白点和发裂的主要原因。管线钢中的氢含量越高HIC产生的几率越大,腐蚀率越高,平均裂纹长度增加越显著。 利用转炉CO气泡沸腾脱氢和炉外精炼脱气过程可很好地控制钢中的氢含量。采用RH、DH或吹氩搅拌等均可控制H1.5ppm。另外,要防止炼钢的其它阶段增氢。采用钢包和中间包预热烘烤可以有效降低钢水的吸氢量。连铸过程中,在钢包和中间包系统中对保护套管加热和同一保护套管的反复使用可明显降低钢液的吸氢量。 (6)管线钢中氧的作用与控制 钢中氧含量过高,氧化物夹杂以及宏观夹杂增加,严重影响管线钢的洁净度。钢中氧化物夹杂是管线钢产生HIC和SSCC的根源之一,对钢的各种性能都起着有害的作用,尤其是当夹杂物直径大于50m后,严重恶化钢的各种性能。为了防止钢中出现直径大于50m(10-6 m)的氧化物夹杂,减少氧化物夹杂数量,一般控制钢中氧含量小于0.0015。 另外,由于耐火材料供氧,钢水在运输和浇注过程中应尽量减少二次氧化。通过改进以及选择良好的中间包覆盖渣和连铸保护渣,取得较好的效果。目前工业上已能生产杂质含量小于0.01的高纯钢,预计到21世纪中叶有可能生产出杂质含量只有百万分之几的高纯钢。 (7)管线钢中铜的作用与控制 加入适量的铜可以显著改善管线钢抗HIC的能力。随着铜含量的增加可以更有效地防止氢原子渗入钢中,平均裂纹长度明显减少。当铜含量超过0.2%时,能在钢的表面形成致密保护层HIC会显著降低,钢板的平均腐蚀率明显下降,平均裂纹长度几乎接近于零。但是,对于耐CO腐蚀的管线钢,添加Cu会增加腐蚀速度。当钢中不添加Cr时添加0.5%Cu会使腐蚀速度提高2倍。而添加0.5%Cr以后Cu小于0.2%时,腐蚀速度基本不受影响,当Cu达到0.5%时,腐蚀速度明显加快。 (8)管线钢中其它元素的作用与控制 化学成分中的碳和铌是控制钢板的强度、韧性、可焊性和焊接热影响区裂纹敏感性及对氢诱裂纹和应力腐蚀裂纹敏感性的主要因素。 微合金元素Nb、V、Ti、Mo在管线钢中的作用与这些元素的碳化物、氮化物和碳氮化物的溶解和析出行为有关。管线钢除了以上三种普遍使用的合金元素外,还应根据钢的性能要求加入其它少量合金元素,例如B、Mo、Ni、Cr、Cu等。铌是管线钢中不可缺少的微合金元素,能改善低温韧性。API标准中规定的管线钢铌含量下限为0.005%然而实际在钢中的控制水平都在0.03-0.05%之间为标准中的下限值的6-10倍。 钒有较高的沉淀强化和较弱的细化晶粒作用,一般在管线钢设计中不单独使用钒。管线钢中加入微量的钒,可以通过增加沉淀硬化效果来提高钢板的强度。国外实物钢板中的含钒量多数控制在0.05-0.10%之间,为API标准中的下限值的2.5-5.0倍。 钛与钢中的C、N等形成化合物,为了降低钢中固溶氮含量,通常采用微钛处理,使钢中的氮被钛固定。钢中加入微量的钛,可以通过提高提高钢板强度和韧性的目的,尤其是对提高焊接热影响区的韧性具有独特的贡献。 钼也是管线钢中主要的合金元素之一,随着钼含量的升高,抗拉强度升高。钢中钼有利于针状组织的发展,随着钢中钼的质量分数增加,针状铁素体的含量增加,因而能在极低的碳含量下得到很高的强度。 钢中加入钙、锆、稀土金属,可以改变硫化物和氧化物的成分,使其塑性降低。采用这种方法,可以使钢板的各向异性大大减轻,使横向夏比冲击功增加一倍,达到或接近纵向夏比冲击功数值。为了使钢板各向异性达到最小,稀土与硫的比例控制在2.0左右最为合适。 (9)管线钢中夹杂物的作用与控制 在大多数情况下HIC(氢诱裂纹)都起源于夹杂物,钢中的塑性夹杂物和脆性夹杂物是产生HIC的主要根源。分析表明HIC端口表面有延伸的MnS和Al2O3点链状夹杂,而SSCC硫化物应力腐蚀开裂的形成与HIC的形成密切相关。因此,为了提高抗HIC和抗SSCC能力,必须尽量减少钢中的夹杂物、精确控制夹杂物形态。钙处理可以很好地控制钢中夹杂物的形态,从而改善管线钢的抗HIC和SSCC能力。当钢中含硫0.0020.005%时,随着Ca/S的增加,钢的HIC敏感性下降。但是,当Ca/S达到一定值时,形成CaS夹杂物HIC会显著增加。因此,对于低硫钢来说Ca/S应控制在一个极其狭窄的范围内,否则,钢的抗HIC能力明显减弱。降低其危害。2.2.1 转炉炉容量与座数的确定在确定转炉容量和炉子座数时，应考虑原材料来源、水、电、煤及交通条件，产品在市场有无竞争能力。考虑到转炉生产特点，转炉座数不宜过多，一般保持在2-3座比较合理。 转炉座数的确定与采用的吹炼制度有关。即采用“三吹二”制或“二吹一”制。所谓“三吹二”，就是保持两个转炉生产，一个转炉处于修炉或待用状态；“二吹一”即一个转炉生产，另一个转炉处于修炉或待用状态。“三吹二”制与“二吹一”制比较，前者炉座利用率高，操作频率高，可达66以上；后者车间布置相对简单，而转炉容量较大 由于炉衬材质的改进以及溅渣护炉技术的采用，炉龄大幅度提高，生产实践中为提高生产效率，往往采用“二吹二”或“三吹三”模式，同时公称容量日趋大型化。 本设计中取转炉的冶炼周期为40min ,年作业天数300天，选取平均先进指标连铸坯的收得率为96%，选用2吹2的配置模式进行初步计算，计算步骤如下：（1）根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量年需钢水量=年需良坯量良坯收得率 已知年需方坯量 240104 t则年需钢水量 = 240104/96%=250104 t（2）计算年出钢炉数（按2吹2计算）出钢炉数=2年炼钢时间冶炼周期=2日历时间转炉作业率冶炼周期转炉作业率=转炉有效作业天数日历天数100%=300365100%=82.2% 年出钢炉数 = 236582.5%2460/40=21600（炉）每天出钢炉数=年出钢炉数年作业天数=21600300=72（炉） 吨 （3）确定转炉容量为了简化设计和便于计算本设计选定120t转炉2座，采用2吹2的方式生产（4）核算车间年产量1202160096%=248.83104 t 240104 t 3 物料平衡和热平衡计算3.1 物料平衡与热平衡计算的意义和目的物料平衡是炼钢过程中加入炉内参与炼钢过程的全部物料与炼钢过程的产物之间的平衡关系。热平衡是炼钢过程的热量来源与支出之间的平衡关系。物料平衡和热平衡计算的理论依据是质量守恒定律和能量守恒定律。进行物料平衡和热平衡计算的意义是在对进行炼钢设计和组织炼钢生产过程中出现的一些量的关系的回答。在组织炼钢生产时，为了制定合理的工艺制度和进行计算机自动控制，首先要知道各种物料的加入量是多少和产生的物理量是多少；为了制定合理的热工制度，确定合适的废钢加入量，需要知道路子有多少富余的热量（因为转炉的热量出能满足出钢要求外还有富余，这部分富余热量可以用来多吃废钢，以降低钢铁成本）。总之，炼钢工艺的各个方面都离不开内在数据的支撑，物料平衡和热平衡就是其主要骨架。虽然转炉内进行着极其复杂而又激烈的物理化学反应，不可能做到十分精确的计算，但是结合炼钢生产的实践，进行修正，可以确定许多重要的工艺参数。对于指导生产和分析、研究、改进冶炼工艺、设计炼钢车间、选用炼钢设备以及实现炼钢过程的自动控制都具有重要意义。3.2 原始数据1、铁水成分及温度表2-1 铁水及废钢成分（wt%）成分CSiMnPS温度/铁水4.080.440.390.080.0351337废钢0.180.200.520.0220.02525终点钢水0.1500.2730.0080.2116602、原材料成分表2-2 原材料成分（wt%）组成石灰矿石炉衬轻烧白云石CaO92.151556.6SiO21.525.612MgO0.820.528033.7Al2O31.021.11S0.020.070.02P0.02CaF2FeO29.4Fe2O361.8烧减4.449.66H2O0.5C12总计1001001001003、冶炼钢种及成分表2-3冶炼钢种（管线钢）成份（tw%）钢种成分CSiMnPSCrMoX70max0.220.300.40 0.045 0.0550.650.15min0.140.12 0.65 0.000 0.000 0.350.084、平均比热容表2-4原料平均比热容固态平均比热容熔化潜热/(Kj/kg)液态或气态平均比热容生铁0.178520.2钢0.167650.2炉渣500.298炉气0.275烟尘0.23850矿石0.25505、冷却剂用废钢做冷却剂，其他成分与冶炼钢种成分的中限皆同6、反应热效应表2-5 铁水中元素氧化放热反应元素氧化放热KJ/KmolKJ/Kg元素C+1/2O2=CO31397.02616.9CC+O2=CO2 99063.58250.7CSi+O2=SiO2190015.26767.2Si2P+5/2O2=P2O5280133.54522.6PMn+1/2O2=MnO92007.41677.9MnFe+1/2O2=FeO89081.11063.1Fe2Fe+3/2O2=Fe2O3267243.41594.6Fe2CaO+SiO2=2CaOSiO229780.2495.0SiO24CaO+P2O5=4CaOP2O5165013.21200.0P2O57、铁合金成分及其收得率表2-6 铁合金成分(分子)及其收得率（分母）铁合金化学成分（%）及收得率（%）牌号粒度CSiMnPSFe锰铁FeMn78C2.010-50mm1.5/901/7580/750.20.0217.28硅铁FeSi755-50mm073/750.5/800.050.0326.428、根据转炉实测数据选取渣中铁珠量为渣量的百分比 8% 金属中碳的氧化，其中碳氧化为CO的比例 90%金属中碳的氧化，其中碳氧化为CO2的比例 10%喷溅铁损为铁水量的百分比 1%炉衬侵蚀量为铁水量的百分比 0.50%氧气成分O2 99.50%氧气成分N2 0.50%烟尘量为铁水量的百分比 1.16%烟尘中FeO的比例 77%烟尘中Fe2O3的比例 20%炉气平均温度/ 1450炉气中自由氧含量 0.50%2.3 未加废钢的物料平衡计算根据铁水成分冶炼钢种的要求，采用单渣法不留渣的操作。为了简化运算，以100 kg铁水为计算基础。1、炉渣量及成分计算炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等。铁水中各元素的氧化量见表2-7脱P率：0.135/0.15100%=90%脱S率：0.015/0.035100%=43%残Mn量：0.22/0.65100%=34%表2-7 铁水中各元素的氧化量表2-7 铁水中各元素的氧化量项 目成 分（kg）CSiMnPS铁水4.080 0.440 0.390 0.080 0.035 终点钢水0.150 0.000 0.273 0.008 0.021 氧化量3.930 0.440 0.117 0.072 0.014 注：转炉脱硫热力学条件不成立，是气化脱硫，转炉终点钢水会因副原料中带入的硫而使硫含量增加。 各元素氧化量、耗氧量及氧化产物量（表2-8）表2-8元素氧化量、耗氧量及氧化产物量元素反应及其产物元素氧化量/kg耗氧量/kg氧化产物量/kgCC+1/2O2=CO3.537 4.476 8.253 CC+O2=CO20.393 1.048 1.441 SiSi+O2=(SiO2)0.440 0.503 0.943 MnMn+1/2O2=(MnO)0.117 0.034 0.151 P2P+5/2O2=(P2O5)0.072 0.093 0.165 SS+O2=SO20.005 0.005 0.009 SS+(CaO)=(CaS)+O0.009 -0.005 0.021 FeFe+1/2O2=(FeO)0.532 0.152 0.684 Fe2Fe+3/2O2=(Fe2O3)0.239 0.102 0.342 共计5.344 6.408 12.009 造渣剂成分及数量a. 矿石加入量及其成分矿石其成分及质量见下表，加入量为每100kg铁水（kg)成分质量成分质量Fe2O30.309MgO0.003 FeO0.147S0.001 SiO20.028H2O0.001 Al2O30.006总计1CaO0.005 b.炉衬被侵蚀质量及成分。炉衬其成分及质量见下表，被侵蚀量为每100kg铁水成分质量成分质量CaO0.025 Al2O30.005 MgO0.400 C0.060 SiO20.010 共计0.500 c.轻烧白云石加入量及成分。 采用轻烧白云石造渣，提高渣中MgO，降低炉渣对炉衬的侵蚀能力，CO含量较少。轻烧白云石加入量是为是根据炉渣中的(%MgO)含量在6-8%范围内而设定的，这里取1.0 kg。轻烧白云石加入量及其成分见下表，其加入量为每100kg铁水(kg)成分质量/kg成分质量/kgCaO0.566 烧减0.097 MgO0.337 P0.000 SiO20.000 S0.00020 Al2O30.000 共计1.000 d.炉渣碱度和石灰加入量取终渣石灰碱度 R=w(CaO)/w(SiO2)=3.5首先计算由上述造渣剂以及元素氧化产物而进入炉渣中的SiO2和CaO的质量。渣中已存在的m(SiO2)量=铁水中Si氧化成SiO2量+矿石带入的SiO2量+炉衬带入的SiO2量+轻烧白云石带入的SiO2量=0.943+0.0281+0.01=0 。9811kg渣中已存在的m(CaO)量=矿石带入的CaO量+炉衬带入的CaO量+轻烧白云石带入的CaO量-矿石中S成渣消耗CaO量-轻烧白云石中S成渣消耗CaO量-铁水中的S氧化消耗氧化钙的量=0.566+0.025+0.005-0.016-0.001=0.579kg 在计算石灰加入量：石灰加入量 = m(SiO2)R - m(CaO)/w(CaO)有效=m(SiO2)R - m(CaO)/w(CaO)石灰 -Rw(SiO2)石灰=3.292 kg终渣碱度平衡(R)3.5000 石灰加入量成分质量/kg成分质量/kgCaO3.0340 S0.0006 MgO0.0270 烧减0.1460 SiO20.0510 Al2O30.0340 共计3.2926 e:终点氧化铁的确定根据转炉实况，取渣中含（FeO）=15%量，w(Fe2O3)/w(FeO)为1/3故：w（FeO）= 10%，w（Fe2O3）=5%。f:终渣量及成分组成氧化产物量/Kg石灰/Kg矿石/Kg生白云石/Kg轻烧白云石/kg轻烧镁球/kg炉衬/Kg萤石/Kg共计/Kg组成/%m(CaO)3.034 0.005 0.00 0.5660.000 0.025 3.63 53.07 m(MgO)0.0270.00250.000 0.337 0.00 0.40 0.00 0.76711.21 m(SiO2)0.9430.051 0.02810.0000 0.000 0.0002 0.010 0.00 0.165 15.06 m(P2O5)0.165 0.000 0.1652.41 m(MnO)0.151 0.1512.21 m(Al2O3)0.034 0.00550.0000 0.000 0.0000 0.0050.00 0.045 0.66 m(CaF2)0.00 0.000 0.00 m(CaS)0.0210.0000.00100.0002 0.0000 0.000 0.024 0.35 m(FeO)0.684 0.684 10.0 m(Fe2O3)0.342 0.342 5.0总计2.3063.147 0.04210.00 0.90340.00 0.44 0.00 6.84 100.00 （1）表中不计(FeO)、(Fe2O3)在内的炉渣质量为 m=m(CaO+MgO+SiO2+P2O5+MnO+Al2O3+CaF2+CaS)/kg=5.812(kg)。又知（FeO）=15%，则其余渣应占渣量总数的85%。故总炉渣质量为5.812/85% =6.84 kg 由此可知：w（FeO）=6.8410% =0.684kg，其中m(Fe)为0.684*56/72=0.532kg；w（Fe2O3）=6.845% =0.342kg，其中m(Fe)为0.342*56/72=0.239 kg。（2）矿石、烟尘中铁及氧量假定矿石中（FeO）、（Fe2O3）全部被还原成铁，则矿石带入铁量/kg0.331 矿石带入氧量/kg0.1255 烟尘带走铁量/kg0.857 烟尘消耗氧量/kg0.268 （3）炉气成分及质量 m(CO)=铁水中的C被氧化成m(CO)+ 炉衬中的C被氧化成m(CO)= 8.379kgm(CO2)=铁水中的C被氧化成m(CO2)+ 炉衬中的C被氧化成m(CO2)+白云石中m(CO2)质量+石灰中m(CO2)质量=1.7056kgm(SO2)=铁水中的S被氧化成m(SO2)+其他=0.0094(kg)m(H2O)=矿石带入的质量=0.0025kg炉气的成分和质量成分质量/kg体积/m体积分数/%CO8.379 6.703 79.400 CO21.706 0.869 18.890 SO20.009 0.003 0.030 O20.006 0.004 0.500 N20.001 0.084 0.900 H2O0.003 0.003 0.220 共计10.152 8.722 100.000 O2、N2分别表示自由氧和氮气。它是由表中炉气的其他成分计算出来，即已知吹入氧气成分为（O2）=99.5%，（N2）=0.5% ；炉气中自由氧体积比为0.50%，求自由氧和氮气的体积及质量。解：设炉气的总体积为X，则X=元素燃烧生成的气体体积+水蒸气的体积+自由氧体积+氮气体积（吹入氮气+自由氮气）X=(7.567+0.90-0.0005+0.006)+0.50%X+【22.4/32(6.408+0.088+0.0003-0.0003-0.1255)+ 0.50% X】/ 99.5%(1-99.5%)整理得：X=【(7.567+0.90-0.0005+0.006)+22.4/32(6.408+0.088+0.0003-0.0003-0.1255)(1-98.5%)/ 98.5%】/【1-0.50%-(1-99.5%)0.50%/ 99.5%】=7.617m3故：炉气中自由氧体积=7.6170.50%=0.0381(m3) 炉气中自由氧质量=0.03832/22.4=0.054(kg) 炉气中氮气体积=【22.4/32*(6.408+0.088+0.0003-0.0003-0.1255)+0.0430】*(1-99.5%)/ 99.5%=0.00125 (m3) 炉气中氮气质量=0.0012528/22.4=0.0016(kg)（4）氧气消耗计算消耗和带入的氧气项目：元素氧化耗氧量=6.408 kg烟尘消耗氧量=0.268kg炉衬中碳的氧化耗氧量=0.088 kg矿石中产生的氧量=0.1255/kg 石灰中产生的氧量=0.0003/kg 矿石分解带入的氧量=0.125 kg 自由氧质量=0.055kg炉气中氮气质量=0.001kg故氧气（含少量氮气）实际消耗量为：6.408+0.088+0.0003-0.1255+0.054+0.0016-0.0003=6.426换算成体积量=6.42622.4/32=4.498 Nm3/100 kg铁水（5）钢水量计算吹损组成项目：化学损失量/kg5.344烟尘中铁损失量/kg0.857渣中铁珠损失量/kg1.080 喷溅铁损失量/kg1矿石带入铁量/kg0.033故，钢水的收得率为：100 (5.344+0.857+1.080+1.000)+ 0.033=91.752kg（6）物料平衡表收入项支出项项目质量/kg含量/%项目质量/kg含量/%铁水100.0000 83.650 钢水91.7520 75.4800 石灰3.2920 5.640 炉渣 6.8400 11.3300 矿石0.5000 0.840 炉气10.1520 10.1000 轻烧白云石1.0000 2.510 烟尘1.1600 1.3400 炉衬0.5000 0.420 铁珠0.5500 0.9100 气体6.4260 6.700 喷溅1.0000 0.8400 总计111.7180 100.000 总计111.4540 100.0000 计算误差为0.240 计算误差=（收入项-支出项）/收入项100%=（111.718-111.452）/111.718100%=0.24% （合格）2.4 热平衡计算为了简化计算，取炉料入炉温度均为25。（1）热量收入项 铁水物理热 铁水