年产180万吨转炉炼钢车间设计

1、1年产年产 180180 万吨转炉炼钢车间设计万吨转炉炼钢车间设计 学校：学校： 昆明理工大学昆明理工大学专业：专业： 冶金工程冶金工程班次：班次： 20022002（2 2）姓名：姓名： 普松普松指导老师单位：指导老师单位： 昆明理工大学昆明理工大学姓名：普靖中姓名：普靖中职称：职称： 副教授副教授2目目录录.摘 要.4ABSTRACT.5前 言.6第一章 设计概述.71.1 主要用途.81.2冶炼要点.81.3化学成分对 H08 性能的影响.91.4 现代全连铸冶炼焊条钢要点.10第二章氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡.112.1物料平衡计算.112.2热平衡计算.21第三章 氧气顶吹转炉

2、的设计与计算.273.1炉型设计.273.2氧气顶吹转炉炉衬设计.303.3氧气顶吹转炉炉体金属构件设计.313.4支承装置.323.5倾动机构.323.6 底部供气构件的设计.34第四章氧枪的设计与计算.364.1喷头设计.364.2氧枪水冷系统.40第五章连铸机的设计与计算.435.1连铸机的主要工艺参数.435.2连铸机生产能力的确定.505.3盛钢桶及其载运设备.545.4中间包及其载运设备.555.5结晶器及其振动装置.575.6二次冷却装置.59第六章钢包的设计与计算.6336.1盛钢桶尺寸计算.636.2盛钢桶质量.656.3盛钢桶重心计算.67第七章铁水预处理及炉外精练.687

3、.1 铁水预处理.687.2 炉外精练.69第八章转炉炼钢车间布置.718.1转炉容量及车间生产能力的确定.718.2全厂金属平衡表的制定.728.3 主厂房工艺布置.73总结与体会.75谢 辞.76参考文献.774摘摘 要要本次设计的是一座年产 180 万吨合格坯的氧气顶吹转炉炼钢厂。冶炼的钢种为碳素焊条钢，主要牌号：H08A、H08E、H08C 主要规格：f 6.5mm、f 6.0mm、f 5.5mm。两座120 吨的氧气顶吹转炉，年产钢水量为 189.22 万吨，采用三孔氧枪，氧流量为333.33Nm3/min，配用钢包的额定容量为 150 吨；两台 2 机 6 流板坯弧形连铸机，连铸机

4、的弧形半径为 6m，主产品断面尺寸 2001000mm，连铸机设计年生产能力为 205.2 万吨。设计主要针对转炉炼钢厂,其中包括炼钢厂规模、生产工艺流程、冶炼的钢种牌号、全厂金属料消耗平衡表、转炉炼钢车间的物料平衡和热平衡计算、转炉炉型选择及设计计算、氧枪喷头及枪身设计计算、连铸机以及车间附属设备的计算选型、车间平面布置设计等。关键字：氧枪，转炉，连铸机，碳素焊条钢5AbstractThe task of this design is to design a steelmaking mill with top oxygen blowing vessels that has an annual

5、 productivity of 1 million tons fine butts. It produces series ofThe carbon welds the bar iron，Trademark：H08A、H08E、H08C，specification：f 6.5mm、f 6.0mm、f 5.5mm。 There are two top oxygen-blowing vessels, with a 1.892million tons productivity of hot metal. It adopts the oxygen core lance that has three

6、holes, and the flow rate is 333.33Nm3/min. The matched steel ladle size is 150 tons. Also, there are two setcasting machines that are two machine and six currents and produce the plank block. The arc radius is 6m, and the major product contour size is 2001000mm. The annual productivity of the castin

7、g is 2.052 million tons.This design aims at the converter steel mill primarily, among them include the steel mill scale and produce the steel of the craft flowsheet, the card number of smelting steel, and the balance sheet of whole plant depletion of metal charge. A calculation for of material balan

8、ce and calorific balance in the converter ship, designing, then choosing the profile and furnace lines of converter, as well as choosing spray head and body of oxygen lance, calculating and choosing the caster type, then choose the other accessory equipment. Last, make an arrangement for the various

9、 equipments in the whole workshops.Keywords: oxygen lance, converter, caster, The carbon welds the bar iron.6前前 言言由于我国已经加入世界贸易组织，世界经济的格局将发生重大变化，外商投资将保持良好的增长态势，世界机械制造业，化工业的重心将加快向我国转移，入世受益行业发展速度将有所加快，这将加大国内钢材需求。在钢材消费增加的同时，消费结构将保持多层次，多样化，并逐步向高层次演化。21 世纪，随着经济的日益全球化，竞争不断加剧，21 世纪的我国钢铁行业既有前所未有的发展机遇，又面临严峻的挑

10、战。本设计说明书对毕业设计的整个过程及主要内容进行了详细的说明。主要设计一座年产 180 万吨钢坯的转炉炼钢车间。设计范围包括从铁水预处理到连铸的整个炼钢过程。设计内容有主钢种碳素焊条钢的冶炼工艺流程和操作要点，炼钢厂内的物料平衡计算和热平衡计算，及由此计算结果来确定的厂内各设备生产能力、型号等。设备选定及其在厂房内的布置，应力求使厂区有效面积得到充分利用，物料流向合理。由于本人水平有限，设计中错误和缺点在所难免，望老师和同学们批评指正。7第一章第一章 设计概述设计概述本次设计的是年产 180 万吨碳素焊条钢的转炉炼钢厂。冶炼的主钢种为连铸碳素焊条钢，主要牌号：H08A、H08E、H08C，主

11、要尺寸规格：f 6.5mm、f 6.0mm、f 5.5mm，执行标准：GB/T3429-2002。碳素焊条钢是焊接材料行业使用量最大的原料品种，主要用于制作不同牌号、不同规格的碳钢焊条，产销量大。随着我国钢材消费量的增长，焊接材料用钢不断增加，据最新统计，2002 年全年需求量达到 120 万吨以上。此类碳素钢，存在成分偏析，尤其是硫、碳和磷在的上部和中心呈正偏析。为了保证盘条质量，冶炼时必须严格控制成分。其所要求的各化学成分的范围如表 1-1。表 1-1 连铸碳素焊条钢各化学成分范围钢种C，%Mn,%P，%S，%H08A0.070.370.500.0200.020H08E0.040.070.

12、370.500.0130.013H08C0.040.070.370.500.0100.010冶炼主要工艺流程是在高炉出铁后，铁水通过鱼雷罐车运到炼钢厂，经过铁水预处理，去除部分有害元素，从而减轻转炉脱 P 的负担。预处理后的铁水再通过转炉吹炼，脱去绝大部分的 C。冶炼主要工艺流程如图 1-1 所示：图 1-1 工艺流程图任何一个炼钢厂都不可能只炼一个钢种，都是由一个主钢种和多个副钢种组成的。为了便于冶炼及减少资金投入，在本设计中对副钢种的选择主要依据钢种的化学成分来8确定，使各钢种的化学成分相差不大，从而可以制定出相似的冶炼工艺。这里选取了三种副钢种。各钢种的化学成分要求如表 1-3 所示。表

13、表 1-31-3 各化学成分范围各化学成分范围CSiMnPS65Mn0.620.690.170.370.701.000.0250.020T9A0.850.930.350.400.0250.02055CrMnA0.520.600.170.370.650.950.0300.030表表 1-41-4 产品大纲产品大纲钢种占总产量的百分比钢水量(万吨)锰铁(万吨)硅铁(万吨)H0850%94.610.5140.00065Mn20%37.84 0.2050.082T9A15%28.380.1540.125 55CrMnA15%28.380.154 0.125 合计189.22 1.2070.332碳素焊

14、条钢的概述碳素焊条钢的概述1.1 主要用途主要用途碳素焊条钢盘条，最重要的是化学成分要求严格，尤其是碳、硅、硫成分要确保盘条成分符合标准规定。此外要求碳素焊条钢具有优良的拉拔性能。电焊条主要尺寸规格有：f4.0mm、f3.2mm、f2.5mm、f2.0mm。用户拉拔使用的主要特点有：碳素焊条钢合金含量少，属于非合金钢范畴，用户最终加工产品尺寸较大，因此与合金焊丝产品不同，碳素焊条钢盘条主要生产规格为 f6.5、f6.0mm，国内用户订购 f5.5 规格的很少。1.2冶炼要点冶炼要点1.铁水含硫量0.035%时方可冶炼此钢种，出铁时尽量少带高炉渣。 2.冶炼本钢种时要考虑到石灰、矿石、铁块、煤等

15、原材料含硫量。 3.装入量力求准确。废钢加入量以确保过程温度、终点温度为前提。副钢种化学成分9 4.冶炼过程中关键是去硫，要保证在转炉中去硫率，有两个问题必须注意。首先是前期高温去硫，要求第一次拉碳（熔池 C0.20%0.30%）时温度为 16501680。炉渣碱度为 3.03.6，尽量多倒炉渣。后吹用石灰石或生白云石调温造新炉渣，这样即可以防止熔池温度过高又可以有效地去硫。吹炼终点碳含量在 0.04%0.06%，熔池温度在16401660。炉渣碱度大于 3.2。 5.为了保持钢中合适的含氧量，用 1/3 中碳锰铁和 2/3 高碳锰铁合金化。这样钢水增碳约 0.02%，有利于模内钢液沸腾。其原

16、因是钢液碳含量增加，碳氧乘积远超过平衡值；其次中碳锰铁含硅 1.5%2%，不致因中碳锰铁加入数量多增硅而影响沸腾。 6.出钢时用铁芯铝调整包内钢水氧化性。 7.开浇平稳，随时观察模内钢液沸腾，浇注过程及刺铝调整钢水氧化性。尽量使用瓶口模浇注。用瓶口模浇注时，预留高度 90100mm，然后加瓶塞。用敞口模浇注时必须采用铝封，加铝时要拨渣后搅拌，防止钢水冒窜而导致钢锭开坯轧制时脱落（调头） 。严禁用硅铁封顶。主要是钢锭头部增硅，以致钢坯要切去 1/31/2。焊条钢在锭模内沸腾弱，是在开坯时造成掉头和坚壳带薄产生气泡裂纹的主要原因。因此保证钢水在锭模内有良好的沸腾是十分重要的。1.3化学成分对化学成

17、分对 H08 性能的影响性能的影响1.碳的影响：焊丝中含碳量增加，会使焊缝金属含碳量增加。应控制在 0.06%0.09%。 2 硅的影响：硅影响冷拔加工性能，在焊缝中有降低塑性的倾向，故国家标准规定碳素结构钢 H08 类硅含量0.03%。 3.锰的影响：锰会增加焊缝中的含锰量，不仅可提高抗拉强度，也使塑性和韧性提高同时还提高焊缝抗裂能力。 4.磷的影响（有害元素）：磷含量增加使焊缝冷裂倾向增大，同时低温冲击值迅速下降（H08 钢中的 S、P 含量低，其盘条价格更高）。5.硫的影响（有害元素）：硫含量增加使焊缝热裂倾向增大，同时使焊缝产生表面气孔的可能性增加。 6.铜的影响：铜含量高时易产生焊缝

18、开裂，所以要求铜0.20%，氧气转炉用铁水10为主要原料炼钢，残余元素铜含量远远低于 0.20%，故厂内一般不做考核。1.4 现代全连铸冶炼焊条钢要点现代全连铸冶炼焊条钢要点1.铁水脱硫：现代转炉炼钢厂都有铁水预处理。我国宝山钢铁总厂炼钢设有铁水喷吹脱硫和“三脱” （脱硅、脱磷、脱硫）装置。经过铁水预处理，入炉的铁水含硫量0.007%。铁水炉外脱硫是技术合理、经济的脱硫方法。2.钢水经过真空脱气装置，利用钢液的碳和氧作用，使钢中全含氧量4010-6（ppm） 。虽然钢中无硅和少铝，铸坯或钢锭也不会产生皮下气泡。3.钢水通过连铸浇成铸坯。因为采用全保护浇注（大包保护套管和氩气密封、中间包至结晶器

19、采用浸入式水口保护渣），不仅可以防止钢水二次氧化，而且在中间包和结晶器内钢液中的夹杂物可以上浮，被保护渣捕捉，钢的纯洁度较高，冷拔加工性能好，适宜生产高强度高韧性等高级焊条。11第二章第二章氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡2.1物料平衡计算物料平衡计算（1）计算所需原始数据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技术经济指标提供某些定量依据。应当指出，由于炼钢系复杂的高温物理化学过程，加上测试手段有限，目前尚难以做到精确取值和计算。尽管如

20、此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。表 2-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值CSiMnPS钢种设定值0.0700.0000.4000.0050.010铁水设定值*3.6000.3310.3510.0930.032废钢设定值0.070 0.000 0.400 0.0050.010终点钢水设定值*0.040 痕迹0.1050.009 0.019*这里的铁水设定值为铁水预处理后的铁水成分，具体内容见“第七章 铁水预处理及炉外精练”。*C和Si按实际生产情况选取；Mn 、 P和S分别按铁水中相应成分含量的30、10和 60留在钢水中设定。（2）物料平衡基本项目。 收入项支出项铁水钢水废

21、钢炉渣熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石）烟尘氧气渣中珠铁炉衬蚀损炉气成分（）类别12铁合金喷溅表 22 原材料成分CaOSiO2MgO Al2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石 灰88.00 2.50 2.60 1.50 0.50 0.10 0.06 4.64 0.10 萤 石0.30 5.50 0.60 1.60 1.50 88.00 0.90 0.10 1.50 生白云石36.40 0.80 25.60 1.00 36.20 炉 衬1.20 3.00 78.80 1.40 1.60 14.00 焦 碳0.58 81.50 12.40 5.52 表 23 硅铁合金的成分及

22、回收率CSiMnAlPSFe硅铁73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.80/800.23/1000.13/10024.74/100（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、炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表 25、26 和 27。总渣量及其成分如表 28 所示。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 29。第三步：计算炉气量及其成分。第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。类别成分13表

23、 24 其它工艺参数设定值名 称参 数名 称参 数终渣碱度%CaO/%SiO2=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 （FeO）含量 15%，即（Fe2O3）=5%金属中C的氧化90%C 氧化成 CO，10%C(Fe2O3)/(FeO)=1/3（FeO）=10%产物氧化成 CO2烟尘量为铁水量的 1.5%（其中 废钢量由热平衡计算确定。本计FeO 为 75%，Fe2O3为20%算结果为铁水量的 7.53%喷

24、溅铁损为铁水量的 1%即废钢量比为 7.00%表 25 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（kg）耗氧量（kg） 产出量（kg）备 注CCCO3.204 4.2727.476CCO20.3560.949 1.305 SiSi（SiO2）0.400 0.457 0.857入 渣MnMn（MnO）0.2460.072 0.318 入 渣PP（P2O5）0.0840.1080.206 入 渣SSSO20.0040.0040.009S（CaO）=（CaS）+（O）0.009-0.0040.020入 渣FeFe（FeO）0.4570.1310.588 入渣（见 3-8）Fe（Fe

25、2O3）0.2310.0990.329入渣（见表 3-8）14 合 计4.9916.088 成 渣 量2.317入渣组分之和*由 CaO 还原出的氧量；消耗的 CaO 量0.00956/320.016kg表 26 炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量成渣组分（kg）气态产物（kg）耗氧量（kg） （kg）CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO，CO20.3（据表 3-4）0.0040.0090.2360.0040.0050.0880.0150.062合 计0.2580.103表 27 加入熔剂的成渣量加 入 量成 渣 组 分（kg）气态产物（kg）类 别（kg）CaOMgOSiO2

26、Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤 石0.5（据表3-4）0.002 0.003 0.028 0.008 0.008 0.005 0.001 0.440 0.008 生白云石2.5（据表3-4）0.910 0.640 0.020 0.025 0.905 石 灰2.899*1 2.247 *20.075 0.072 0.043 0.014 0.003 0.004 0.003 0.135 0.001*3 合 计3.159 0.718 0.120 0.076 0.022 0.007 0.005 0.440 0.010 1.040 0.001 成 渣 量4.548*1 石灰加

27、入量计算如下：由表（25）（27）可知，渣中已含（CaO）0.016+0.004+0.002+0.9100.900kg；渣中已含（SiO2）0.857+0.009+0.028+0.0200.914kg；因设定的终渣碱度 R3.5；故石灰加入量为：R(SiO2)(CaO)/(%CaO石灰R%SiO2 石灰)15(3.50.9140.900)/(88.00%3.52.5%)2.899kg*2 为（石灰中 CaO 含量）（石灰中 SCaS 自耗的 CaO 量）*3 由 CaO 还原出的氧量，计算方法同表 25。表 28 总渣量及其成分炉 渣 成 分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3

28、CaF2P2O5CaS合 计元素氧化成渣量(kg)0.857 0.318 0.5880.3290.206 0.020 2.317石灰成渣量(kg)2.247 0.072 0.075 0.043 0.014 0.003 0.0042.460 炉衬蚀损成渣量(kg)0.004 0.009 0.236 0.004 0.005 0.258 生白云石成渣量(kg)0.910 0.020 0.640 0.025 1.595 萤石成渣量(kg)0.002 0.028 0.003 0.008 0.008 0.440 0.005 0.001 0.493 总渣量(kg)3.1620.986 0.955 0.081

29、 0.318 0.588 0.356 0.440 0.213 0.025 7.123%44.394 13.844 13.407 1.133 4.458 8.2505.00 6.177 2.995 0.345 100.00 *总渣量计算如下：因为表 28 中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为：3.162+0.986+0.955+0.081+0.318+0.440+0.213+0.0256.180kg；而终渣 (FeO)=15%（表 24） ，故总渣量为：6.180/85.757.123kg(FeO)量7.1238.250.588kg(Fe2O3)量7.12350.0140.0050.008

30、0.329kg炉气中含有 CO、CO2、O2、N2、SO2和 H2O。其中 CO、CO2、SO2和 H2O 可由表(25)(27)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：）（xsgVVGVVV5 . 0324 .229915 . 01610.039m351.987 . 099xsgVGVV式中 VgCO、CO2、SO2和 H2O 诸组分之总体积，m3。本计算中，其值为7.56422.4/28+2.36022.4/44+0.00922.4/64+0.001022.4/187.2571Gs不计自由氧的氧气消耗量，。本计算中，其值为 6.466m3(见表 29)；Vx铁水

31、与石灰中的 S 与 CaO 反应还原出的氧量，m3。本计算中，其值为 0.005(见表 29)；0.5炉气中自由氧含量，m3；99由氧纯度为 99转换得来。计算结果列于表 210 中：表 29 实际耗氧量耗 氧 项（kg）供 气 项（kg）实际氧气消耗量（kg）铁水中元素氧化耗氧量（表 3-5）6.088 铁水中 S 与 CaO 反应还原出的氧量（表 2-5）0.004 炉衬中碳氧化耗氧量（表 3-6）0.062石灰中 S 与 CaO 反应还原出的氧量（表 2-7）0.001烟尘中铁氧化耗氧量（3-4）0.295 炉气中自由氧含量（表 3-10）0.072 6.5160.005+3.396合

32、计6.516 合 计0.0059.907*为炉气中 N2的重量，详见表 210表 210 炉气量及其成分17炉 气 成 分炉 气 量（kg）体 积（m3）体 积 %CO7.564 6.05160.280 CO22.3601.202 11.970SO20.009 0.0060.060H2O0.0010 0.013 0.129 O20.072 0.050* 0.500 N23.3962.717* 27.061 合 计13.41110.039100.000 *炉气中 O2的体积为 10.0390.50.050m3；重量为 0.05032/22.40.072kg*炉气中 N2的体积系炉气总体积与其它成

33、分的体积之差；重量为2.71728/22.43.396kg表 211 未加废钢时的物料平衡表收 入支 出项 目质量（kg）%项 目质量（kg）%铁 水100.000 86.128钢 水92.49779.767石 灰2.8992.497炉 渣7.1236.143英 石0.500（据表 3-4）0.431炉 气13.41111.565 生白云石2.500（据表 3-4）2.153 喷 溅1.000 0.862炉 衬0.300 0.258 烟 尘1.500 1.294 氧 气9.9078.539渣中铁珠0.427 0.369合 计116.106100.000 合 计115.958100.000 注：

34、计算误差（116.106115.958）/116.1061000.127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1003.1591.5(75%56/72+20%112/160)+1+7.1236%92.497据此编制脱氧和合金化前的物料平衡表（表 211） 。18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 21 的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表 212） ，再将其与表 211 归类合并，就得出加入废钢后的物料平衡表 213 和 214。第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。先根据钢种成分设定值（表 21）和铁合金成分及其

35、烧损率（表 23）算出钢芯铝和硅铁的加入量，再计算其元素烧损量。将所得结果与表 214 归类，即得冶炼一炉钢的总物料平衡。表 212 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（kg）耗氧量（kg）产物量（kg）进入钢中的量（kg）CCCO0.0160.0210.037 CCO20.0020.0050.006SiSiSiO20.0000.000 0.000Mn MnMnO0.100 0.029 0.129PP（P2O5）0.001 0.0020.003SSSO20.000 0.000 0.001 S+（CaO）=（CaS）+O0.001 0.000 0.002 合 计0.12

36、0 0.05624.836成渣量（kg）0.134表 213 加入废钢的物料平衡表（以 100铁水为基础）收 入支 出项 目重量（kg）%项 目重量（kg）%铁 水100.000 70.863 钢 水117.33383.23119废 钢24.95517.864 炉 渣7.2575.148石 灰2.8992.055炉 气13.4559.544萤 石0.500 0.354喷 溅1.000 0.709轻烧白云石2.500 1.722 烟 尘1.500 1.064 炉 衬0.300 0.213渣中铁珠0.427 0.303氧 气9.9637.060合 计141.118100.00 合 计140.927

37、100.00 注：计算误差为（141.118140.927）/141.1181000.135表 214 加入废钢的物料平衡表（以 100（铁水+废钢）为基础）收 入支 出项 目重量（kg）%项 目重量（kg）%铁 水80.02970.863钢 水93.90083.231废 钢19.97117.684炉 渣5.8085.148 石 灰2.3202.055炉 气10.7689.544 萤 石0.4000.354 喷 溅0.8000.709轻烧白云石2.0011.772烟 尘1.2001.064炉 衬0.2400.213 渣中铁珠0.3420.303 氧 气7.9737.060合 计112.9351

38、00.000 合 计112.818 100.000 注：计算误差为（112.935112.818）/112.9351000.104820表 215 铁合金中元素烧损量及产物量类别元素烧损量 kg脱氧量 kg成渣量 kg炉气量 kg入钢量 kgC0.0030.0090.0120.030Mn0.0690.0200.0890.277Si0.0010.0010.0010.002P0.001S0.001Fe0.126锰铁合计0.0730.0300.0910.0120.437Al0.0000.0000.000Mn0.0000.0000.0000.000Si-0.001-0.001-0.001-0.002P

39、0.000硅铁S0.00021Fe-0.001合计-0.001-0.001-0.002-0.003总计0.0730.0290.0890.0120.435总物料平衡表。锰铁加入量为 WMn0.511。硅铁加入量 WSi为：-0.003。 回收率硅铁含加钢芯铝后的钢水量终点钢种SiSiSiSiWSi%)%(铁合金中元素的烧损和产物量列于表 215 中。脱氧和合金化后的钢水成分如下表所示：脱氧和合金化后的钢水成分（）CSiMnPS0.0720.0000.3990.0100.020由此可得冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表 216。表 216 总物料平衡表收 入支 出项 目质 量（kg）%项

40、目质 量（kg）%铁 水80.02970.548废 钢19.97117.606钢 水94.33283.404石 灰2.3202.046萤 石0.400 0.353 炉 渣5.8965.213 轻烧白云石2.0011.764炉 气10.5319.31122炉 衬0.2400.212氧 气7.9737.029 喷 溅0.8000.708 锰 铁0.5110.450 烟 尘1.2001.061硅 铁-0.003 -0.003 渣中铁珠0.3420.302 焦 粉-0.003-0.003合 计113.438100.00 113.102100.00 注：计算误差为（113.438113.102）/113

41、.4381000.2962.2热平衡计算热平衡计算（1）计算所需原始数据。计算所需基本原始数据有：各种入炉料及产物的温度（表 217） ；物料平均热容（表 218） ；反应热效应（表 219） ；溶入铁水中的元素对铁熔点的影响（表 220） 。其它数据参照物料平衡选取。（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 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 217、21 和 220）计算铁水熔点 Tt，然后由铁水温度和生铁比热（表217 和 218）确定 Qw。表

42、217 入炉物料及产物的温度设定值入 炉 物 料产 物名 称铁 水*废 钢其它原料炉 渣炉 气烟 尘温度（）13502525与钢水相同14501450表 218 物料平均热容物 料 名 称生 铁钢炉 渣矿 石烟 尘炉 气23固态平均热容（kJ/kgK）0.7450.6991.0470.996熔化潜热（kJ/kg）218272209209209液态或气态平均热容（kJ/kgK）0.8370.8371.2481.137表 219 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应H（kJ/kg）H（kJ/kg）CC+1/2O2氧化反应-139420-11639CC+O2=CO2氧化反应-418072-34834S

43、iSi+O2=（SiO2）氧化反应-817682-29202MnMn+1/2O2=（MnO）氧化反应-361740-6594P2P+5/2O2=（P2O5）氧化反应-1176563-18980FeFe+1/2O2=（FeO）氧化反应-238229-4250Fe2Fe+3/2O2=（Fe2O3）氧化反应-722432-6460SiO2（SiO2）+2（CaO）=（2CaOSiO2）成渣反应-97133-162024P2O5（P2O5）+4（CaO）=（4CaOP2O5）成渣反应-693054-4880CaCO3CaCO3=（CaO）+CO2分解反应1690501690MgCO3MgCO3=（Mg

44、O）+CO2分解反应1180201405表 220 溶入铁中的元素对铁熔点的降低值元 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%元素使铁熔点的降低值（）65707580859010085302531.5氮、氢、氧溶入使铁熔点的降低值（）=6适用含量范围（%）1.01.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 3 15 0.7 0.08118表 221 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）CCO37291.356 FeFe2O31489.338CCO212400.904 PP

45、2O51594.320SiSiO211680.800P2O54CaOP2O51041.074 MnMnO1622.124SiO22CaOSiO21597.529FeFeO1942.507合 计 Qy70659.953Tt 1536(3.6100+0.3318+0.3515+0.09330+0.03225)61190.625Qw1000.745(1190.625)+218+0.837(13501190.6)151701.780kJ2）元素氧化热及成渣热 Qy：由铁水中元素氧化量和反应热效应（表 219）可以算出，其结果列于表 221 中。3）烟尘氧化热 Qc：由表 24 中给出的烟尘量参数和反应

46、热效应计算可得。 kJ35.5075)64601601122042507256755 . 1（cQ4）炉衬中碳的氧化热 Q1：根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。 Q10.314(90%11639+10%34834)586.257kJ故热收入总值为：QsQwQyQcQ1228023.340kJ第二步：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 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 35/min，具体时间与盛钢桶大小和

47、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；最后由钢水量和热容算出物理热。 Tg1536(0.10650.04550.006300.01825)61522.65（式中：0.10、0.045、0.006 和 0.018 分别为终点钢水 C、Mn、P 和 S 的含量） Tz1522.655050701692.65（式中：50、50 和 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）Qg91.5590.699(1522.6525)+272+0.837(1692.651522.65)135151.439kJ2）炉渣物理热 Qr：令终渣温度与钢水温度相同，则

48、得： Qr11.4811.248(1692.6525)+20916313.292kJ3）炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热 Qx。根据其数据、相应的温度和热容确定。26详见表 222。4）生白云石分解热 Qb：根据其用量、成分和表 219 所示的热效应计算。 Qb2.5(36.40%169025.60%1405)2437.100kJ5）热损失 Qq：其它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： Qq228023.340511401.167kJ表 222 某些物料的物料热项目参数kJ备注炉气物理热21728.7841450为炉气烟尘温度烟尘物理热2442.450渣中铁珠物理热

49、624.4661520为钢水熔点喷溅金属物理热1461.144合计Qx26256.8436）废钢吸热 Qf：用于加热废钢的热量是剩余热量，即： QfQsQgQrQxQbQq36463.499kJ故废钢加入量 Wf为： Wf24.955kg即废钢比为: 24.955/100+24.95519.971%热平衡计算结果列于表 223 中。热收入总值热废钢吸热钢水物理热炉渣物理热效率97.81100表 223 热平衡表收 入支 出项 目热量（kJ）%项 目热量（kJ）%铁水物理热151701.78066.529钢水物理热135151.439 59.271元素氧化热和成渣热70659.95330.988

50、炉渣物理热16313.2927.15427其中 C 氧化49692.26021.793废钢吸热36463.499 15.991 Si 氧化11680.8005.123炉气物理热21728.784 9.529 Mn 氧化1622.124 0.711烟尘物理热2442.450 1.071P 氧化1594.3200.699 渣中铁珠物理热624.4660.274Fe 氧化3431.8451.505 喷溅金属物理热1461.144 0.641 SiO2成渣1597.5290.701轻烧白云石分解热2437.100 1.069 P2O5成渣1041.0740.457热损失11401.1675.000 烟

51、尘氧化热5075.350 2.226 炉衬中碳的氧化热586.2570.257合 计228023.340100.000 合 计228023.340100.000 若不计算炉渣带走的热量时： %416.82100热收入总值废钢吸热钢水物理热热效率加入铁合金进行脱氧和合金化，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收入的 0.81.0，热支出部分约占 0.50.8，二者基本持平。28第三章第三章 氧气顶吹转炉的设计与计算氧气顶吹转炉的设计与计算氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。其设计的质量不仅直接影响到投产后的各项技术

52、经济以及企业的的经济效益和社会效益，而且还关系到操作者的劳动安全。为了正确、合理的设计，达到预定的目标，必须依据建厂的具体条件，充分调查和掌握同类转炉的发展现状，切实做到理论与实际紧密结合。转炉由炉帽、炉身和炉底三部分组成。目前常用的炉帽是一上小下大的正口形截圆锥体。炉帽以下、熔池以上的炉身部分为圆筒形。熔池面以下的炉底部分，其形状视熔池形状而定，根据修炉方式的不同，有死炉底与活炉底之分，前者适用于上修，后者适用于下修。所谓转炉炉型，实际上是指由上述三部分组成的炉衬内部空间或炉膛的几何形状。由于炉帽和炉身的形状并无变化，所以通常就按熔池形状划分为三种：筒球型、截球型和截锥型。本次设计转炉的公称

53、容量为 120t，采用截锥型。截锥型熔池形状为一倒锥体。在装入量和熔池直径相同的情况下，其熔池最深，因此不适宜于大容量转炉。我国过去已建成的 30t 以下的小炉子应用较多，新制定的技术规定中提出“100t 转炉一般采用截锥型活炉底” 。国外已很少用这种炉型。通常倒截锥体的底部直径 d0.7D，这时熔池体积 Vc（m3）与熔池直径 D（m）和熔池深度 h（m）有如下关系：2574. 0hDVc3.1炉型设计炉型设计炉型设计的主要任务是确定所选炉型各部位的主要参数和尺寸，据此再绘制出工程图。（1）熔池尺寸的确定。熔池是容纳金属并进行一系列复杂物理化学反应的地方，其主要尺寸有熔池直径和熔池深度。设计

54、时，应根据装入量、供氧强度、喷嘴类型、冶炼动力学条件以及对炉衬蚀损的影响综合考虑。1）熔池直径 D：熔池直径通常指熔池处于平静状态时金属液面的直径。它主要取决于金属装入量和吹氧时间。随着装入量增加和吹氧时间缩短，单位时间的脱氧量和从熔29池排出的 CO 气体量增加。此时，如不相应增大熔池直径，势必会使喷溅和炉衬蚀损加剧。转炉吹氧时间 t 与装入量 G 成正比，而与单位时间供氧量 Q 成反比，即若要增大供氧量还要使喷溅维持一定，就需扩大熔池面。这意味着单位时间供氧量与熔池直径的平方成正比，因此可得公式：mtGKD070. 4式中 G新炉金属装入量，t，可近似地取其公称容量，120t；t 平均每炉

55、钢纯吹氧时间，本设计取 18min；K比例系数，本设计取 1.50。2）熔池深度 h：熔池深度系指熔池处于平静状态时从金属液面到炉底最低处的距离。对截锥型熔池：mDVhc931. 1070. 4574. 033.18574. 022（2）炉身尺寸的确定。对于圆筒形炉身，因其直径与熔池直径一致，故需确定的尺寸即为炉身高度 H身。5.760m2244DVVVDVHt）（池帽身身（3）炉帽尺寸的确定。顶吹转炉一般用正口炉帽，其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。设计时，应考虑以下因素：确保其稳定性；便于兑铁水和加废钢；减少热损失；避免出钢时钢渣混出或从炉口流渣；减少喷溅。1）炉帽倾角 ：倾角过小

56、，炉帽内衬不稳定性增加，容易倒塌；过大时，出钢时容易钢渣混出和从炉口大量流渣。目前倾角多为 603，小炉子取上限，大炉子取下限，这是因为大炉子的炉口直径相对来说要小些。2）炉口的直径 d：一般来说，在满足兑铁水和废钢的前提下，应适当减小炉口直径，以利于减少热损失，减少空气进入炉内影响炉衬寿命和改善炉前操作条件。实践表明，取炉口直径为熔池直径的 4353较为适宜。另外，从减少喷溅考虑，要求炉气从炉口30排出的速度小于 15m/s。3）炉帽高度 H帽：为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大，在炉口上部设有高度为 H口300400mm 的直线断段。因此炉帽高度为 2.130m口帽）（H

57、tgdDH21炉帽总容积为：60.14785. 0262. 04242222）（）（口口帽口帽HddDdDHHHdtgdDV（4）出钢口尺寸的确定。出钢口内口一般都设在炉帽与炉身交界处，以便当转炉处于水平位置时其位置最低，可使钢水全部出净。出钢口的主要尺寸是其中心线的水平倾角和直径。1）出钢口中心线水平倾角 1：为了缩短出钢口长度，以利维修和减少钢液二次氧化及热损失，大型转炉的 1趋向减少。国外不少转炉采用 0，但 0倾角使钢流对钢包内金属的冲击力变小。国内转炉多为 45以下。本设计取 45。2）出钢口直径 d出：出钢口直径决定着出钢时间，因此随炉子容量而异。出钢时间通常为 28min。时间过

58、短，即出钢口过大，难以控制下渣，且钢包内钢液静压力增长过快，脱氧产物不易上浮。时间过长，即出钢口太小，钢液容易二次氧化和吸气，散热也大。通常，d出可按下面经验式确定：）（出cmTd00.1675. 163式中T转炉公称容量，t。3)炉容比（或体积比）的确定。炉容比系指转炉有效容积 Vt与公称容量 T 之比值Vt/T（m3/t） 。Vt系炉帽、炉身和熔池三个内腔容积之和。公称容量以转炉炉役期的平均出钢量来表示，这种表示法不受操作方法和浇注方法的影响。确定炉容比时，应综合考虑以下因素：铁水比，铁水成分，冷却剂种类，供氧强度，喷枪孔数，基建投资等。通常，铁水比增加，铁水中 Si、P、S 含量高，用矿

59、石作冷却剂，以及供氧强度提高时，为了减少喷溅或溢渣损失，提高金属收得率和操作稳定性，炉容比要相应增大。但过大的炉容比会使基建和设备投资增加。对于大型转炉，由于采用多31孔喷枪，操作比较稳定，因此在其他条件相同的情况下，炉容比有所减少。转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为 0.900.95m3/t，大转炉取下限，小转炉取上限。本设计取 0.90 m3/t。（6）高径比的核定。高径比系指转炉炉壳总高 H总与炉壳外径 D壳之比值。实际上，它只作为炉型设计的校核数据。因为通过上述计算，当炉膛内高 H 内和内径 D 确定之后，再根据所设计的炉衬和炉壳的厚度，高径比也就被定下来了。转炉高径比的推荐值为1.351.

60、65。大炉子取下限，小炉子取上限。3.2氧气顶吹转炉炉衬设计氧气顶吹转炉炉衬设计炉衬设计的主要任务是选择合适的炉衬材质，确定合理的炉衬组成和厚度，并根据相应的砖型和数量，以确保获得经济上的最佳炉龄。（1）炉衬材质的选择。合理选用炉衬，特别是工作层的材质乃是提高炉龄的基础。目前常用的工作层衬砖有：沥青结合镁砖（沥青浸渍或不浸渍） ，含碳量为 56；烧成浸渍镁砖，含碳量为 2左右；焦油或沥青结合的白云石砖，含碳量约 2；沥青或树脂结合的白云石碳砖，含碳量为 715；沥青或树脂结合的镁碳砖（加入或不加防氧化及），含碳量通常为 1025。进入 80 年代以来，氧气转炉炉衬材质的最大变大是普遍推广使用镁