180t顶吹氧转炉炉型设计_毕业设计

1、第一章 绪论1.1 炼钢技术的简史从人类社会步入工业时代开始，钢铁材料一直是人类社会最主要使用的结构材料,也是产量最大、应用最广泛的功能材料，在经济发展中发挥着举足轻重的作用，被称为“工业之脊梁”。尽管近年来钢铁面临着陶瓷材料、高分子材料、有色金属材料（如铝）等的竞争，但由于其在矿石储量、生产成本、回收再利用率、综合性能等方面所具有的明显优势，在可以预见的将来，钢铁在工业生产中相比其他各类材料所具备的优越性和重要地位仍不会改变。炼钢学是一门研究如何将高炉铁水（生铁）、直接还原铁（DRI、HBI）或废钢（铁）加热、融化，通过化学反应去除铁液中的有害杂质元素，配加合金并浇铸成半成品铸坯并不断优化和

2、创新的工程科学。炼钢包括以下主要过程：（a） 去除钢中的氮、磷、硫、氧、氢等杂质组分以及由废钢带入的混杂元素铜、锡、铅、铋等；（b） 为了保证冶炼和浇铸的顺利进行，需将钢水加热升温至16001700度；（c） 普通碳素钢通常需含锰、硅，低合金钢和合金钢则需含有鉻、镍、钼、钨、钒、钛、铌、铝等，为此在炼钢过程中需向钢液配加有关合金以使之合金化；（c） 去除钢液中内生和外来的各类非金属夹杂物；（d） 将合格钢水浇铸成方坯、小方坯、圆坯、板坯等；（e） 节能和减少排放，包括回收转炉炼钢煤气、炼钢烟气余热利用、减少烟尘和炉渣排放以及炼钢烟尘污泥、炉渣、耐火材料等的返回再利用。早在1856年英国人贝斯麦

3、就发明了底吹酸性转炉炼钢法，这种方法是近代炼钢法的开端，它为人类生产了大量廉价钢，促进了欧洲的工业革命。但由于此法采用酸性炉衬，故不能去除硫和磷两种元素，因而其发展受到了限制。 1879 年出现了托马斯底吹碱性转炉炼钢法，它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁。虽然转炉法可以大量生产钢，但它对生铁成分有着较严格的要求，而且一般不能多用废钢 。随着工业 的进一步发展，废钢越来越多。在酸性转炉炼钢法发明不到十年，法国人马丁利用蓄热原理，在1864年创立了平炉炼钢法，1888年出现了碱性平炉。平炉炼钢法对原料的要求不那么严格，容量大，生产的品种多，所以不到20年它就成为世界上主要的炼钢方法，直到20

4、世纪50年代，在世界钢产量中，约85%是平炉炼出来的。1952年在奥地利出现纯氧顶吹转炉，它解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题，使质量接近平炉钢，同时减少了随废气（当用普通空气吹炼时，空气含79 %无用的氮）损失的热量，可以吹炼温度较低的平炉生铁，因而节省了高炉的焦炭耗量，且能使用更多的废钢 。由于转炉炼钢速度快（炼一炉钢约10min，而平炉则需7h），负能炼钢，节约能源，故转炉炼钢成为当代炼钢的主流。在20世纪80年代中后期，西欧、日本、美等又相继开发成功了顶底复吹氧气转炉炼钢法，在此法中，氧气由顶部氧枪供入，同时由炉底喷口吹入氩，氮等气体对熔池进行搅拌（也可吹入少部分氧气）。顶底复吹转炉

5、炼钢既具备顶吹转炉炼钢化渣好、废钢用量多的长处，同时又兼备氧气底吹转炉炼钢熔池搅拌好、铁和锰氧化损失少、金属喷溅少等优点，因而目前世界上较大容量的转炉绝大多数都采用了顶底复合转炉炼钢工艺。氧气顶吹转炉在国外一般被称为LD转炉（Linz-Donawit工厂的缩写），或称为BOF转炉（Basic Oxygen furnace的缩写）。此炼钢方法继承了过去的空气吹炼转炉的优点，又克服了其缺点。与电炉炼钢相比，该方法具有如下优点：1.生产率高；2.对铁水成分的适应性强；3.废钢使用量高；4.可生产低硫、低磷、低氮及低杂质钢；5.可生产几乎所有主要钢品种。正因为有这些长处，氧气顶吹炼钢法在1950年后迅

6、速发展成为世界上主要的炼钢方法。1.3 氧气顶吹转炉的世界发展历程空气底吹转炉和平炉是氧气转炉出现以前的主要炼钢设备。炼钢是氧化熔炼过程，空气是自然界氧的主要来源。然而空气中45的气体是氮气，空气吹炼时，这样多的氮气在炉内穿行而过，白白带走大量的热,且有部分氮溶解在铁液中，成为恶化低碳钢品质的重要原因。氧在用于燃烧之后，过剩的氧要通过渣层传入钢水，所以反应速率极慢，这也就增加了热损失。因此，直接把氧气吹入熔池炼钢，成为许多冶金学家向往的目标。早在19世纪，现代炼钢法的创始人贝塞麦(HBessemer)就有了纯氧炼钢的设想，但因没有大量氧气而未进行试验。可就在20世纪20年代后期，以空气液化和分

7、馏为基础的林德一弗兰克(LindeFrankel)制氧技术开发成功，大量的廉价氧气能够生产，供工业使用，氧气炼钢又为冶金界所注意。此后有诸多科学家在氧气炼钢上进行不断地实验，但都以这样或那样的失败告终。1948年丢勒尔(RDurrer)等在冯罗尔(VonRoll)公司建成25t的焦油白云石衬的试验转炉，以450的斜度将水冷喷嘴插入铁水吹氧炼钢，无论贝塞麦生铁或托马斯生铁都能成功炼成优质钢水，而且认识到喷嘴垂直向下时，最有利于喷嘴和炉衬的寿命，这样转炉吹氧炼钢的实验室试验宣告完成。从实验室研究向工业化试验的进一步发展是由奥地利的沃埃施特公司完成的。第二次世界大战后奥地利面临重建钢铁工业的需要，该

8、国缺少废钢使得平炉或电炉炼钢法缺乏竞争力。沃埃施特公司注意到了丢勒尔的试验，决心开发一个具有竞争力的新的炼钢方法。1949年5月在奥地利累欧本(Leoben)开了一次氧气炼钢的讨论会，决定冯罗尔、曼内斯曼(Mannesmann)、阿尔派(ALPINE)和沃埃施特4个公司协作，在沃埃施特的林茨(Linz)钢厂作进一步的试验。1949年6月在林茨建成2t顶吹氧试验转炉，由苏埃斯(TSuess)和豪特(HHauttmann)负责，在丢勒尔参与下，成功地解决了合适的氧气压力、流量和喷嘴与熔池面距离等工艺操作问题。之后迅速建立15t试验转炉，广泛研究新方法所冶炼钢的品质。由于钢的质量很好而且炼钢工艺的效

9、率很高，1949年末该公司决定在林茨投资建设世界第一个氧气顶吹转炉工厂。并命名该炼钢法为LD法。林茨的30tLD转炉工厂于1952年11月投产。翌年春季第2个30tLD转炉工厂在奥地利多纳维兹()onawitz)建成投产。1950年由苏埃斯申请得到专利权。推动炼钢工业再次大变革的氧气顶吹转炉炼钢法登上了历史舞台。该法问世后，数十年内迅速取代了平炉炼钢而成为世界上最主要的炼钢方法。美国是平炉炼钢大国，有平炉熔池吹氧的经验。美国同时又是第二次世界大战的最大战胜国，工业基础雄厚。在得知转炉氧气炼钢的信息后，美国麦克劳斯(McLouth)公司和加拿大多法斯柯(DOFASCO)公司于1954年各迅速建成

10、一个35t氧气顶吹转炉车间并投产。随后1957年琼斯一拉弗林(JonesLaughlin)公司阿里奎帕(Aliquippa)厂建成当时世界最大的(80t级)顶吹氧气转炉。美国人没有购买奥地利的专利，由此发生了关于氧气顶吹转炉炼钢专利权的纠纷，最终美国方面胜诉。BOF法(Basic oxygen Furnace的第一个字母构成)成为北美对氧气顶吹转炉炼钢的习惯称呼。但美国矿冶工程师协会(AIME)主持编写的权威著作BOFSteelmaking中明确承认丢勒尔(Durrer)在开发氧气转炉炼钢上的贡献。日本对于发展氧气转炉炼钢非常关注，先经过多次考察，在1951年用5t钢包改造的试验装置进行试验(

11、包括空气侧吹的试验)后，决心向沃埃施特和阿尔派(现已合并为奥钢联VAI)购买专利特许权，于1957年在八幡建设第一个LD车间，到1963年其LD钢产量662t超过平炉钢。1978年关闭所有的平炉，前后仅历20年。日本对顶吹转炉炼钢理论研究、扩大炼钢品种、改进炉衬耐火材料和提高炉龄、炉气回收技术、用副枪测取冶炼信息和计算机自动控制、分解炼钢操作功能使转炉冶炼更加简化、配合连铸机实现全连铸炼钢生产等方面，均进行了深入研究和技术创新。日本已成为氧气转炉炼钢技术最发达的国家。20世纪50年代中期，中国有科学家大力提倡发展氧气转炉炼钢，北京钢铁研究总院、中国科学院化工冶金研究所、北京钢铁学院(北京科技大

12、学前身)等也进行了实验室规模的氧气转炉炼钢试验。然而对于中国发展氧气转炉炼钢的可行性，冶金界没有统一认识。当时西方国家对中国实行经济封锁，只有前苏联可以提供平炉炼钢成套设备，中国的制氧机制造工业也还十分薄弱，由于这些客观情况，加上一些主观上的原因，中国氧气转炉炼钢发展比较缓慢。1964年中国的第一座30t氧气顶吹转炉车间才在石景山钢铁厂(首都钢铁公司前身)建成投产。1979年全国氧气转炉钢产量超过平炉钢，19781985年建设了宝山钢铁总厂300t氧气顶吹转炉，转炉炼钢技术方达到国际水平。1986年氧气转炉钢产量超过总产钢量的50。中国在氧气转炉炼钢的基本操作制度、可压缩性氧气射流结构和多孔喷

13、枪的设计、含钒生铁吹炼工艺、创造不烘炉炼钢操作、改进白云石炉衬质量和研究白云石造渣工艺以提高转炉炉龄等方面，也进行了许多研究和开发工作。而现如今作为转炉炼钢主要炉料的生铁逐年增长, 为转炉炼钢钢产量的大幅度增长提供了良好而充裕的原料条件, 平炉被淘汰, 充裕的生铁资源， 给转炉钢产量的增长提供了良好条件, 因此转炉钢产量近年来获得了快速增长。其次，由于新建一批大、中型转炉以及原有小型转炉的扩容改造， 转炉炼钢厂生产规模均有所扩大, 因此大、中型转炉钢产量大幅度提高，再加上转炉冶炼新钢种的开发与高附加值钢种的大幅度增长，转炉生产工艺进一步优化，转炉自动化水平不断提高，转炉消耗指标逐步降低和市场的

14、强劲需求，在将来转炉炼钢仍然具有相当可观的前景和工业生产地位。1.4 氧气顶吹转炉炼钢的未来氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制1。由参考文献1得知转炉炼钢工艺各项指标取决于铁水的化学成分，所以提高铁水成分质量对转炉炼钢的优化有着重要意义。而对铁水的主要要求是含硫量低（低于0.03%），相应要求较高含硅（0.7%-0.9%）及具有优化造渣所需的锰量（0.8%-1.0%）。所以其趋势主要是：（1） 提高钢水洁净度铁水预处理有助于改进

15、转炉操作指标及提高钢的质量。美国及西欧各国铁水预处理只限于脱硫，而日本铁水预处理则包括脱硫、脱硅及脱磷。例如1989年日本经预处理的铁水比例为：NKK公司京滨厂为55%，新日铁君津厂为74%，神户厂为85%，川崎千叶厂为90%。（2） 优化转炉炼钢工艺炼铁炼钢各阶段脱硫过程规律表明，在铁水中比在钢水中更容易保证脱硫反应，因为在含碳量较高及氧化度较低条件下硫具有更高的活性。然而在高炉炼铁当中很难脱硫，因为在高炉一系列复杂的氧化还原反应中，深脱硫的各种热动力条件的能量不可避免地会增高硅含量并因此导致石灰及焦炭消耗的增加及产量的下降。在转炉吹炼中脱硫也无效果，因为钢渣系中达不到平衡状态，渣与钢间的硫

16、分配系数因熔池氧化度高及碳含量低仅为2-7。如此低的硫分配系数使得在转炉冶炼中难以实现深脱硫，并导致炼钢生产在技术及经济上的巨大消耗。 无论是在高炉炼铁，还是在转炉炼钢当中都保证不了金属有效脱硫所需的热动力条件，因此进行高炉炼铁及转炉炼钢过程中的深脱硫研究，在技术及经济上都是不可取的。而合理的作法是将脱硫过程从高炉及转炉中分离出来。将脱硫从高炉及转炉中分离出来，在冶炼低硅铁的同时不必再为保证转炉中的精炼进行代价很高的高炉炉外脱硅。铁水原始硅含量低还可降低锰含量。在氧气转炉炼钢中锰的作用非常重要，它决定着及造渣所需的条件并对出钢前终点钢水氧化度起调节作用，长期实践证明，需设法使铁水中锰保持0.8

17、%-1.0%的水平，因而在烧结混合料中必需补充锰，而这就提高了成本。锰在高炉里还原、然后在转炉里氧化导致锰原料及锰本身不可弥补的巨大损失，而且还给各生产流程操作增加很多麻烦。在碳含量很低（0.05%-0.07%）条件下停止吹炼时，氧化度的影响如此之大，以致会把锰的最终含量定在极窄范围内，实际上已很少再与铁水原始锰含量相关。在这种条件下，尽管铁水原始锰含量达0.5%-1.2%，但钢的最终锰含量实际上都一样（0.07%-0.11%）。因此在当代转炉炼钢工艺条件下（各炉次都有过吹操作），没必要在烧结混合料中使用含锰原料来提高铁水原始锰含量，更合理的作法是冶炼低锰铁。同时为节约低锰铁在转炉炼钢中脱氧的

18、用量，研究直接采用锰矿石的效果具有重要意义。冶炼铁水不添加锰矿石，而在转炉炼钢中添加锰矿石，与用含锰1.13%的铁水炼钢，这两种炼钢法相比，前者每吨生铁可节省锰矿石和其他诸多原料，如：锰铁、石灰、氧气等，并可大大缩短吹炼时间。铁水中硅、锰含量低及无需脱硫，这些条件会改变造渣机理及动力特性，因为这时石灰消耗下降，渣量减少，渣碱度及氧化度增高。在这样的条件下，渣的精炼功能只限于铁水脱磷。这样就能在转炉冶炼本身中多次利用渣，使渣具有很高的精炼能力。根据这些原则开发出转炉炼钢新工艺，即在转炉炼钢本身中多次（3-5次）利用后期渣（循环造渣），可降低石灰消耗及渣中铁损，也可及早造就高碱度氧化渣，即使硅、锰

19、含量低仍可提供钢水深脱磷所需的强劲动力。（3） 采用复合吹炼的吹炼方法因为复合吹炼能促进各项冶炼参数稳定，对熔池能进行高水平搅拌，还能进行检测，并在预定的吹炼时间结束前的几分钟内，正确使用此枪可保证极高的含碳量及钢水温度命中率，使90%-95%的炉次都能在停吹后立即出钢，无需再检验化学成分，也无需补吹，产量提高，补衬磨损也大大减少。所以综合多项复合吹炼具有的优点，复合吹炼在许多国家推广，并成为当下吹炼发展的主要方向2由参考文献2得知从转炉炉顶吹氧的同时又向炉底吹入不同气体进行吹炼的转炉炼钢方法。这是在氧气顶吹转炉炼钢法和氧气底吹转炉炼钢法两种方法基础上发展起来的一种方法。它发挥了氧气顶吹转炉和

20、氧气底吹转炉两种炼钢方法的优点，从而在一定程度上弥补了这两种方法的不足之处。3由参考文献3可得知。（1） 复吹方法的吹炼特点顶底复合吹炼转炉结构基本结构和顶吹转炉类似，不同处是炉底装设供气系统以吹入不同的气体。从炼钢熔池上部通过顶吹氧枪供应炼钢主要用氧，同时从埋入炉底的喷嘴将氧或惰性气体，有时伴之必要的粉剂吹入熔池，以增强熔池的搅拌和相应的冶金反应。由于顶吹法熔池上下温差大，渣中FeO高，易于发生喷溅，使得脱碳反应在泡沫渣内进行，尽管通过调节氧枪位置，能将炉内部CO燃烧成CO2，适当提高废钢比但顶吹法冶炼超低碳钢困难，过氧化现象严重。 而因为底吹法则具有的搅拌力远大于顶吹法，所以熔池

21、内温差小，CO燃烧率小，不生成泡沫渣，过氧化程度低。所以顶底复吹的相互弥补可以有效的改善纯粹顶吹氧时所遇到的不良现象。而且尽管熔池搅拌在复吹转炉中，其动力来源有顶吹氧、底吹气体和碳氧反应沸腾三者。除碳氧反应的搅拌力决定于脱碳速率外，但是顶吹和底吹的搅拌力都能根据要求灵活调节。（2） 顶吹和底吹方法可作互相补充的主要冶金特点顶吹法熔池上下温差大，渣中FeO高，易于发生喷溅；脱碳反应在泡沫渣内进行；通过调节氧枪位置，能将炉内部CO燃烧成CO2，可适当提高废钢比；顶吹法冶炼超低碳钢困难，过氧化现象严重。底吹法则具有搅拌力远大于顶吹法，熔池内温差小；CO燃烧率小，不生成泡沫渣，前期脱磷较困难；熔池接近

22、平衡状态，过氧化程度低等特点。顶底复合吹炼转炉结构基本结构和顶吹转炉类似，不同处是炉底装设供气系统以吹入不同的气体。调节底吹气体流量可以按照冶金要求来改变熔池搅拌情况。所以要从熔池搅拌出发，了解复合吹炼的工艺原理和设备配置。熔池搅拌 在复吹转炉中，搅拌熔池的动力来源有顶吹氧、底吹气体和碳氧反应沸腾三者。除碳氧反应的搅拌力决定于脱碳速率外，顶吹和底吹的搅拌力都能根据要求灵活调节。改变顶吹射流搅拌功率的主要因素是氧枪高度(或氧压)，影响底吹气体搅拌功率的主要因素是底吹气体流量。（3） 底吹所用气体有氩、氮、氧、二氧化碳、一氧化碳以及天然气等。由于各种气体的性质及价格不同，在复吹转炉上大多

23、将不同气体结合使用。4由参考文献4可得知（4） 顶底复吹的类型复吹转炉炼钢法名称极多，大同小异，也各有特点。一般可分为4种：a)顶吹氧占l00，底吹惰性气体搅拌，顶部加石灰块造渣；b)顶吹氧占9095，底吹氧占510，顶部加石灰块造渣；c)顶吹氧占7080，底吹氧占2030，底吹石灰粉造渣；d)顶吹氧占2040，底吹氧占6080，附加喷吹燃料以预热废钢。基于以上分类，各种复吹法可作如下归纳： (a) LDKG，LBE，LDOTB，NKCB，LDAB诸法。靠底吹惰性气体以搅拌熔池，所用气体主要为Ar、N2及CO2。N2便宜，使用较多。不过使用N2使钢液增氮。为避免钢液增氮，有时可使用Ar和CO2

24、作为搅拌气体，或在吹炼全程使用，或于吹炼后期使用。(b) BSCBAP，LDOB，LDHC，STB及STBP和STBS诸法。从炉底吹入O2或其他氧化性气体搅拌熔池。使用上述气体时，采用双套管喷嘴，屏蔽氧，以免氧气等与炉底耐火材料直接接触。 (c) KBOP法。与OBM法相似，底部吹氧量控制在40以下，其余氧气由顶吹供给熔池。KBOP法通过使用顶枪，可减少底部供氧量简化了炉底结构。(d) OBMS，KMS，KS，：HoogovensBSC，ALCI等法。都为克服OBM法渣中FeO含量少和CO燃烧量少带来的炉料中废钢比小的缺点。主要措施是增加炉气在炉内的二次燃烧。（5） 技术经济效果复吹方法集合了

25、顶吹方法和底吹方法之长处，从而获得较好的技术经济效果。主要有：（a）渣中含铁降低约2.55.0；（b）金属收得率提高约0.51.5；石灰消耗减少约310kgt；（c）终点碳可降至0.010.03；（d）残Mn提高约0.020.06；（e）磷含量降低约0002；（f）减少或消除钢液喷溅；（g）降低氧耗约8，并缩短了吹炼时间。1.5 本文研究的目的与意义在矿产资源有限，国内钢铁行业屡屡因为高品位铁矿受制于巴西，澳大利亚等原材料出产国，而产出钢则因诸多不利技术因素，不能畅销于国际市场的背景下，去潜心认真学习和研究炼钢方面的诸项知识，找寻具有更高利用率和经济效益的新技术，是作为一个冶金行业的后辈应该有

26、的觉悟和使命感。本文所提及的观点和技术都是前辈们在辛苦实践和不断实验中总结反思所得，而我只能算是拾人牙慧，站在前辈们的肩膀上。本文没有什么创新之处，只是在前辈们的理论和知识的指导下进行设计，旨在通过这次设计的过程对大学过程中诸项专业知识进行重新的回顾，和对设计过程中遇到的新知识进行学习，进而达到补充自己的目的。而在设计过程中的不断思考和对于各项具体数据的处理，记忆，选择等，相信也会让我在以后的职业生涯中大获裨益。第二章 转炉物料平衡和热平衡计算原始数据（1） 铁水成分和温度；表2-1 铁水和终点钢水成分原料CSiMnPS温度/铁水1250（以1240为准）终点钢水实测钢中、影响渣质,喷溅和炉容

27、比,Si影响炼铁焦比和转炉废钢加入(目前要求Si<0.80%)。（2） 渣料和炉衬成分；表2-2 渣料和炉衬成分种类CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧碱H2OC 石 灰矿石萤石生白云石炉衬（3） 冶炼钢种和废钢成分；表2-3 目标冶炼钢种和废钢成分%CSiMnPS钢种Q-234废钢002成品钢和废钢温度以室温为准。（4） 各材料的比热容；表2-4 各材料的比热容项目固态平均比热/KJ·kg-1·k-1溶化潜/KJ·kg-1液（气）态平均比热容/ KJ·kg-1·k-1生铁钢炉渣炉气烟尘矿石（5） 各反应热效应（认

28、为25与炼铁温度下两者数值近似）；表2-5 反应热效应元素反应反应热/KJ·kg-1C10940C34420Si28314P18923Mn7020Fe4020Fe6670SiO22070P2O54020根据各类转炉生产实际工程假设：（1）炉渣中铁珠量为渣量的8%；（2）喷溅损失为铁水量的0.85%；（3）熔池中碳的氧化生成90%CO，10%；（4）烟尘量为铁水量的1.6%，其中烟尘中，；（5）炉衬侵蚀量为铁水量的0.4%；（6）炉气温度取，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%；（7）氧气成分：98.4%氧气，1.4%氮气。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

29、衡以100kg铁水为计算基础。炉渣来自元素的氧化，造渣材料和炉衬侵蚀等。2.2.1.1铁水中各元素的氧化量（%）表2-6 铁水中各元素的氧化量%原料CSiMnPS温度/铁水1250（以1240为准）终点钢水实测氧化量转入表2-7说明：Si碱性渣操作时终点Si量为痕迹；P单渣法去磷约90%（±5%）；Mn终点余锰量约3040%，这里实测为30%；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。铁水中各元素的氧化量，耗氧量和氧化产物量的计算。表2-7 铁水中各

30、元素的氧化量，耗氧量和氧化产物量数据元素反应式元素氧化（kg）消耗 （kg）氧化产物（kg）备注CC +O2=CO3.83×0.9=3.4473.447×1612=4.596CC +O2=CO23.83×0.1=0.3830.383×3212=1.02SiSi+O2=(SiO2)0.65×3228=0.743MnMn+ O2=（MnO）0.31×1655=0.09P2P+O2=（P2O5）0.107×8062=0.138SS+O2=SO20.01×12=0.0050.005×3232=0.005设12为气

31、化去硫FeFe+O2=(FeO)见表2-13及说明SS+(CaO)=(CaS)+O0.01×12=0.0050.005×-1632=-0.0025产生的CaS有：0.005×7232=0.011此处剩下1/2S元素由CaO除去并生成O；S消耗CaO的量为：0.005×5632=0.00875Fe2Fe+O2=(Fe2O3)见表2-13及说明共计 造渣剂成分及数量：（选自国内有关生产炉和取用生产最常用Fe铁矿石）（1） 矿石成分及重量的计算（矿石/100kg铁水）；表2-8矿石各成分数据矿石成分重量（kg）矿石成分重量(kg)Fe2O31×61.

32、5%=0.615MgO1×0.44%=0.0044FeO1×29.4%=0.294S1×0.07%=0.0007（取0.001）SiO21×4.61%=0.0461H2O1×0.4%=0.004CaO1×1%=0.01共计Al2O31×1.10%=0.011说明：S*: 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2-9 萤石各成分数据萤石成分重

33、量（）萤石成分重量（）CaF2P*SiO2S*Al2O3H2OMgO共计说明：P*反应式为 2P+5/2O2=(P2O5)其中：(P2O5)重为0.0022×=0.005(P)消耗O重为0.0022×=0.003O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 2-10 炉衬各侵蚀成分数据炉衬成分重量（）炉衬成分重量（）CaOAl2O3×MgOC*SiO2共计C*微量，C*消耗的氧也为微量，可忽略不计。（4） 生白云石成分及重量的计算（3.0生白云石100铁水）；表2-11生白云石的各成分数据成分重量（）成分重量（）CaOSiO2MgO

34、烧碱*Al2O3共计加入生白云石后经经炉渣成分计算，应满足MgO=68%范围（见表2-13），目的是可以提高炉衬抗熔渣的侵蚀能力，提高炉龄。烧碱是指生白云石或石灰中未分解的CO2及其重量。（5） 石灰成分及重量的计算（6.25石灰/100铁水）；表2-12 石灰成分各数据石灰成分重量（）石灰成分重量（）CaOAl2O3SiO2S*MgO烧碱共计6.250说明：石灰加入量计算如下：取终渣碱度R=% CaO/%SiO2=5 。由参考文献5可得知 （2-1）式中 (SiO2) = (铁水+炉衬+矿石+萤石+生白云石)中带入=（1.39+0.0125+0.0461+0.03+0.06）=1.539 参

35、考表2-7、2-8、2-9、2-10、2-11、2-12；(CaO ) = (生白云石+炉衬+矿石铁水S消耗矿石S消耗) =（1.32+0.27+0.010.008750.002） =1.5kg参考表2-7、2-8、2-9、2-10、2-11； Q【石灰】=3.5×1.54-1.590.5%-3.5×2%=4.66S*:反应式为S+( CaO)= (CaS)+O 其中：生成(CaS)重:0.0625×=0.141 ；还原O:0.0625×=0.031 ；消耗（CaO）量：0.0625×=0.109；（6） 终渣(FeO)的确定；取R=3.5及(

36、FeO)=15%时可满足终点钢水中P=0.013%的要求这里取(FeO)= (%FeO) +0.9（%FeO) =15%取（Fe2O3）/(FeO)= 。故（Fe2O3）=5%，(FeO) 10%。5由参考文献5可得知（7） 终渣成分及重量的计算；表2-13 终渣各成分数据（kg）终渣成分氧化产物石灰矿石生白云石炉衬萤石总重CaOMgOSiO2P2O5MnOAl2O3CaF2CaSFeOFe2O3共计说明（a） 总渣量的计算如下：表中CaO+MgO +SiO2+ P2O5 +MnO+ Al2O3 +CaF2 +CaS = 11.168，总渣量 (FeO)=100%15%=85%因此总渣量=11

37、.168÷85%=13.139；（b） (FeO)重13.557×10%=1.314;其中Fe氧化量: 1.314×5672=1.021 (转入表2-7)（Fe2O3）重13.139×5%=0.657 ;其中Fe氧化量:0.657×=0.460 (转入表2-7)*CaO= CaO石灰中 CaOS消耗 =5.565-0.109=5.456kg(表2-12及附注)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%×61.50%×)=0.659 ；（据表

38、2-2中矿石成分注：矿石中：FeO=29.40%； Fe2O3=61.50%）O2（矿石中）=1.0×(29.40%×61.50%×)=0.185；（2） 1.6烟尘/100铁水带入的铁量和氧量为：Fe（烟尘中）=1.6×(77%×20%×)=1.182；（据假设条件注：烟尘中：FeO=77%； Fe2O3=20%）O2（烟尘中）=1.6×(77%×20%×)=0.37；炉气成分及重量的计算表2-14 炉气各成分数据炉气成分重量，体 积 （Nm3）CO8.043×22.428=6.434CO21

39、.798×22.444=0.915SO20.01×22.464=0.005O2N2H2O0.014×22.418=0.017共计【注：标况下1mol气体的体积为22.4L】说明：CO重=（铁水+炉衬）中C氧化生成=8.043（表7）+0（表10）=8.043 kgCO2重=（铁水+炉衬）中C氧化生成+（生白云石+石灰）的烧碱=1.4（表2-7）+0（表10）+0.12(表11)+0.278（表12）=1.798kgSO2重=铁水中气化去硫重=0.01kg（表7）H2O汽重=矿石及萤石带入=0.004（表8）+0.1（表9）=0.014kg炉气中O2 与N2重，可由

40、炉气总体积V(Nm3),反算求出。其中已知氧气纯度为98.4%的O2，1.4%的N2和炉气中含自由氧的体积为0.5%，因此炉气总体积：V=( CO +CO2 +SO2+ H2O)体积（表14）+自由氧的体积+ N2体积=（6.434+0.915+0.005+0.017）+0.5% V+ N2其中：V（N2）=22.4327.079+0.37+0.003+0.001-0.185-0.031+0.5%V×1.4%98.4%；【注：大括号内的参数为“氧气的消耗和带入项目” （见表2-15）分式部分为氧气纯度98.4%时氧的体积。×1.4%。表示换算成N2体积。】因此可得V=（7.

41、371+0.5%V）+（5.066+0.5%V）×1.4%98.4%整理后 V=7.480 Nm3；3；炉气中自由氧重=0.037×=0.053 ；炉气中氮体积=（0.037+5.066）×1.4%98.4%=0.071 Nm3；炉气中氮重=0.071×=0.089 。2.未加废钢时氧气的消耗量的计算表2-15 氧气的消耗和带入项目项目重量kg备注项目重量kg备注元素氧化耗氧见表7说明萤石中P耗氧表2-9说明矿石耗氧量见二自由氧重表2-14说明烟尘耗氧量见二炉气中氮重表2-14说明矿石S消耗氧量取见表8说明石灰中S反应耗氧量表2-12说明= 7.379k

42、g或实耗氧体积=7.379×=5.165 Nm3100铁水=51.65 Nm3T铁水。钢水量计算吹喷项目：元素氧化量：6.383 kg（见表2-7）烟尘中铁损量：1.182kg（见二，烟尘中的Fe，O2计算）渣中铁珠重：1.055kg(注：由假设条件和终渣总重确定，见表2-13)喷溅铁损量:0.85kg（注：由假设条件确定）矿石带入铁重:0.659（见二，矿石带入的Fe，O2计算）因此100kg铁水可得钢水收得率为：100-（6.383+1.182+1.055+0.85）+0.659kg=91.189 kg。未加废钢时的物料平衡表表2-16 未加废钢时的物料平衡收入项重量kg支出项重

43、量kg铁水石灰矿石萤石生白云石炉衬氧气钢水炉渣炉气烟尘铁珠喷溅共计共计计算误差：117.90-118.90118.90×100%=-0.84%。（误差大时应检查原因或重算）2.3热平衡计算（取冷料为25）（1） 铁水物理热；铁水熔点=1538-（3.95×100+0.65×8+0.45×5+0.12×30+0.035×25）-7= 112425式中：1538为纯铁熔点,100、8、5、30、25分别为C、Si、Mn、P、S每1%含量时铁水熔点降低。7为气体O、N、H对熔点总的影响。6由参考文献6可得知 铁水物理热：Q铁水=100

44、15;0.744×1124-25+217.468+0.8368×1240-1124=113219.28KJ；（2）铁水中各元素氧化热与成渣热表2-17铁水中各元素的氧化热和成渣热元素反应式产生热量KJCCSiMnFeFePP2O50.25×4020=1005SiO2共计（3） 烟尘氧化放热1.6(77%××4020+20%××6670) =5346.133 KJ；热收入总计= 113219.28 +85120.2+5346.133=203685.613 KJ。【注：炉衬中C和萤石中P因放热量低未计入内】热支出（1） 钢水物理

45、热钢水熔点=1538-(0.12×65+0. 14 ×5+0. 013×30.+0. 025× 25)-7=1521 式中: 1538为纯铁熔点；65、5、30、25分别为C、Mn、P、S四个元素每 1%量对钢水量熔点的影响6由参考文献6得知出钢温度=钢水熔点+过热温度十钢液温降+出钢温降=1521 +30+21+30=1602【注：低碳钢过热取30；钢液温降按7分钟计算，每分钟温降取3；出钢温降取30(一般为2040之间)。】钢水物理热：Q钢水=91.189×0.699×1521-25+217.69+0.8368×1602

46、-1521=121388.499 KJ；（2） 炉渣物理热(设温度与出钢温度相同)所以炉渣物理热：Q炉渣=13.56×1.247×1622-25+209.2=29840.936KJ；（3） 矿石分解吸热×(29.40%××4020+61.50%××6670)=3790.675KJ；（4） 烟尘物理热Q烟尘=1.6×1×1440-25+209.2=2598.72KJ；（5） 炉气物理热××(1440-25)=16085.652KJ；（6）渣中铁珠物理热Q铁珠=1.055×0.6

47、99×1521-25+217.69+0.8368×1602-1521=1404.389 KJ；（7） 喷溅金属物理热Q喷金=0.85×0.699×1521-25+217.69+0.8368×1602-1521=1144.499KJ；（8） 生白云石分解吸热Q白云石=3.0×1422.6=4267.8KJ【注：CaCO3=CaO+CO2，反应热为1422.6KJ/kg】；热支出总计:Q总=121388.499+29840.936+3790.675+2598.72+16085.652+1404.389+1144.499+4267.8=18

48、0521.17KJ;（9） 剩余热量热收入一热支出一热损=203685.613-180521.17-8255.425=12872.162KJ，热损失占热收入的38%,这里取4%×203685.613 =8255.425KJ；（10）废钢加入量lkg废钢吸热量为：Q废= 1×0.699×1521-25+217.69+0.8368×1602-1521=1331.175KJ；因此可加废钢重=12872.1621331.175=9.67kg；得废钢比=9.67100+9.67×100%=8.8%；铁水比=100100+9.67×100%=91

49、.2%；【注：水的汽化吸热和气化去硫，吸热甚微未计入。】热平衡表表2-18 热平衡表热收入KJ热支出KJ铁水物理热113219.28钢水物理热元素氧化和成渣热炉渣物理热其中：矿石物理热C烟尘物理热Si炉气物理热Mn铁珠物理热P喷溅金属物理热P2O51005其他热损失SiO2废钢物理热烟尘氧化热共计转炉热效率=钢水物理热+矿石物理热+废钢物理热总热收入×100%=121388.499+3790.675+12872.162203685.613×100%=67.8%。（1） 废钢中各元素的氧化量（%）；表2-19 废钢中各元素的氧化量（%）成分CSiMnPS废钢终点钢水废钢元素消

50、耗量0（2） 废钢中各元素的氧化量、耗氧量、氧化物量和进入钢中量的计算；表2-20 废钢中各元素的氧化量、耗氧量、氧化物量项目废钢中元素化量kg耗氧量kg氧化物量kg备注CCO0.003×1612CO和CO2进入炉气CCO29.67×0.03%×10%SiSiO29.67×0.2%0.019×3228SiO2、Mn、P2O5进入炉渣MnMnO9.67×0.32%0.031×1655PP2O59.67×0.007%0.001×8062共计废钢各元素氧化，则废钢进入钢中量9.616 kg（3） 将表2-16和

51、表2-20合成新的物料平衡表（金属料100kg）；表2-21 100kg情况下加废钢的物料平衡表收入项目重量kg支出项目重量kg钢水钢水废钢炉渣石灰炉气矿石烟尘萤石铁珠生白云石喷溅炉衬氧气（4） 加入废钢后的物料平衡表（钢水+废钢=100kg）；表2-22 加入废钢后的物料平衡表收入项目重量kg支出项目重量kg钢水钢水废钢炉渣石灰炉气矿石铁珠萤石喷溅生白云石烟尘炉衬氧气共计共计计算误差=117.59-116.3117.6×100%=0.9%。根据低碳钢Q-234钢固定的成分区间，属于半镇静钢脱氧，即进行锰铁和硅铁脱氧。78 由参考文献78可得知（1） 冶炼Q-234钢时选锰铁和硅铁脱

52、氧表2-23锰铁和硅铁各中元素成分含量（%）成分CSiMnPSFeFe-MnFe-Si70（2 ）计算铁合金加入量根据国内同类转炉冶炼Q-234钢种时选取一下元素的收得率表2-24 Q-234钢的元素收得率Fe-MnMnSiC说明Fe-SiMnSi收得率757090其中10%CCO2收得率%8075两种脱氧剂中的P、S、Fe则全部进入钢中，故:Fe-Mn加入量=0.52-0.17%75%×75%×91.914=0.572kg；【注：0.52取自目标钢种Q-234的Mn中限】（3） Fe-Mn中的硅进入钢中的重量%（见表2-25）表2-25 Fe-Mn合金各成分元素损耗和去向合合金成分元素烧损重kg耗氧量kg产物元素进入钢中成渣量kg炉气kg重量kg重量百分数%锰 铁CCO20.004×0.03992.369×100%=0.04%SiSiO20