毕业论文--年产100万吨连铸坯的全连铸转炉炼钢车间工艺设计

1、毕业论文-年产100万吨连铸坯的全连铸转炉炼钢车间工艺设计年产1000万吨连铸坯的全连铸转炉炼钢车间工艺设计摘要本说明书在实习和参考文献的基础上，对所学知识进行综合利用。讲述了设计一转炉车间的方法和步骤，说明书中对车间主要系统例如铁水供应系统，废钢供应系统，散装料供应系统，铁合金供应系统，除尘系统等进行了充分论证和比较确定出一套最佳设计方案。并确定了车间的工艺布置，对跨数及相对位置进行设计，简述了其工艺流程，并在此基础上进行设备计算，包括转炉炉型计算，转炉炉衬计算及金属构件计算，氧枪设计，净化系统设备计算，然后进行车间计算和所用设备的规格和数量的设计，在此基础上进行车间尺寸计算，确定各层平台标

2、高。最后对转炉车间设计得环境和安全要求进行说明为了更加详细说明转炉车间设计中的一些工艺及设备结构，本设计穿插了图形，为能够明确、直观的介绍了转炉炼钢车间的工艺布置。AbstractIn practice this manual and reference, based on the comprehensive utilization of the knowledge. Design a workshop about the methods and procedures converter, manual systems such as hot metal on the workshop mai

3、nly supply system, scrap supply system, bulk material supply system, ferroalloy supply system, dust removal system was fully demonstrated and compared to determine a set of best good design. And determine the layout of the workshop process, the number and relative position of the cross design, outli

4、nes the process and devices based on this calculation, including the calculation of the converter furnace, converter lining calculation and calculation of metal components, oxygen lance design , purification system equipment, calculation, and then workshop equipment used in the calculation and the n

5、umber of design specifications and, in this workshop based on the size of calculations to determine the elevation of each floor platform. Finally, the converter workshop designed to explain environmental and safety requirements.For a more detailed description of some of the converter process plant d

6、esign and equipment in the structure, the design interspersed with graphics, to be able to clear, intuitive introduction to the process of converter steelmaking plant layout.Key Words: Steel, blowing converter, continuous casting, billet, slab, material balance, heat balance, furnace design目 录1 文献综述

7、11.1国外炼钢技术的发展11.2钢铁工业在国民经济中的地位和作用11.3现代转炉炼钢工艺流程21.4 我国氧气转炉炼钢技术展望20. 转炉大型化和流程优化2. 转炉高效化3. 钢水洁净化3. 控制模型化3. 资源综合利用化31.5 现代转炉炼钢技术存在的问题42 转炉炼钢厂设计方案52.1 转炉车间组成52.2 转炉座数、容量和车间生产能力的确定5. 转炉座数5. 车间生产能力的确定52.3 主要钢种的选择62.4 工艺流程62.5 原料方案7. 铁水的供应7. 废钢的供应7. 散装料的供应7. 铁合金的供应82.6 主厂房工艺布置8. 原料跨的布置8. 炉子跨的布置9. 精炼跨的布置93

8、物料平衡与热平衡计算103.1 物料平衡10.需原始数据10.衡基本项目11.骤113.2 热平衡计算18.需原始数据18.骤194 顶底复吹转炉炉型设计234.1 炉型选择234.2 原始条件234.3 主要参数的确定234.4 炉衬各层填充材料选择275 生产工艺设计285.1炼钢原料28.28.28.28.28.28.石29.295.2装料制度295.3供氧制度29.膛内氧气射流的特性29.流对转炉熔池的作用30.气转炉的氧枪操作305.4造渣制度30.度的控制与石灰加入量的确定30.灰熔解速度的因素31.度的控制31.化性的控制31.及其控制32.留渣操作325.5温度制度33.度的确

9、定33.及其加入量的确定335.6终点控制和出钢345.7脱氧制度和合金化35.气转炉炼钢的脱氧方法35.的一般原理356 转炉炉体金属构件设计376.1炉壳设计376.2支撑装置设计376.3倾动机构的设计387 氧气转炉供氧系统设计397.1氧气的供应39.钢车间需氧量计算39.能力的选择397.2氧枪设计39.型与选择40.计407.3氧枪枪身设计41.层尺寸的确定41.度的确定427.4转炉底部供气构件设计42.类42.量43.件43.件布置438 转炉车间烟气净化与回收448.1转炉烟气与烟尘44.特征44.特征448.2烟气净化方案选择44.近烟气处理方法44.气净化方法458.3

10、烟气净化系统458.4烟气净化回收系统主要设备45.45.尘器46.46车间主要设备的选择479.1原料跨47.的设计47.斗的计算489.2转炉跨48.48.量的确定499.3精炼跨499.4连铸跨50.生产： 尺寸为170mm1500mm 50.生产： 尺寸为150mm150mm 53.艺参数的确定54.主要工艺参数的确定54.的有关参数54.重机的选择5510 主厂房工艺布置5610.1 原料跨间的布置5610.2 转炉跨间的布置58.的布置58.各平台的确定5910.3 连铸设备的布置6211 总劳动定员表651 炼钢工序652 连铸工序663 燃气674 给排水675 热力686 通

11、风687 电气688 精炼工序689 机修6910 检化室6912 主要技术经济指标70致谢711 文献综述10-6。除了对钢水杂质元素控制外，还要对钢水的夹杂物进行控制，特别是氧化物夹杂。复吹转炉可以明显降低转炉终点游离氧含量，减少氧化物夹杂的生产。因此，转炉复吹技术的开发和应用，对于从源头上减少夹杂物有着重要作用。. 控制模型化中国钢铁产品的质量稳定性不够，其原因有很多，但转炉靠工人操作引起波动大是其主要原因。随着计算机技术的迅猛发展，炼钢模型的开发和利用不断进步。目前，中国大部分转炉实现了模型控制。转炉模型主要有转炉静态和动态模型、转炉自动吹炼模型、转炉合金模型等。模型的应用对生产操作的

12、稳定、提高劳动生产率、减少质量波动等起着促进作用。因此，有必要继续优化、完善冶金模型，进一步提高模型控制精度，全面推进大、中型转炉的全自动不倒炉炼钢技术，进行智能型转炉炼钢。. 资源综合利用化改变原有炼钢过程产生大量废弃物的概念，将炼钢过程产生的液态、固态和气态的物质定义为炼钢过程副产品加以利用。1.5 现代转炉炼钢技术存在的问题现代转炉炼钢技术普遍存在的问题主要是随着社会对洁净钢的生产需求日益提高，迫切需要建立起一种全新的、能大规模廉价生产纯净钢的生产体系。因此，如何降低生产成本、能耗，生产出大量的纯净钢以达到社会的需求是当前必须解决的问题。2 转炉炼钢厂设计方案2.1 转炉车间组成现代氧气

13、转炉炼钢车间一般由以下几个部分组成：主厂房（包括炉子跨、原料跨、炉外精炼及钢包转运跨、浇铸系统各跨间）；铁水预处理站及铁水倒罐间；废钢堆场与配料间；铁合金仓库及散装源料储存运输设施；中间渣场；耐火材料仓库；一、二次烟气净化设施及煤气回收设施；水处理设施；分析检测及计算机监控设施；备品备件库、机修间；生产必须的生活福利设施；水、电、气（氧气、氩气、氮气、压缩空气）等的供应设施。车间的主要生产操作都集中在主厂房内进行，主厂房也包括原料跨、炉子跨和浇铸跨。2.2 转炉座数、容量和车间生产能力的确定. 转炉座数转炉座数的确定与采用的吹炼制度有关，也与转炉的寿命有关。由于现代的转炉炼钢都采用“溅渣护炉”

14、操作，从而大大的提高了转炉的寿命，现代转炉寿命已经可以达到10.00020.000炉，因此，本设计采用“三吹三”制度（即三个转炉都同时进行吹炼工作）完全能够保持生产的顺利进行。. 车间生产能力的确定计算年出钢炉数每一座转炉的年出钢次数N为： 式中 T1每炉钢的平均冶炼时间，min，参照表2-1，本设计中取每炉钢平均冶炼时间为42min；1440一天的时间换算为分钟，min/d；365一年的日历天数，d/a；转炉作业率，本设计取87%。则每一座转炉的年出钢次数N为： （炉）表2-1 氧气转炉平均冶炼时间公称容积/t153050100120150200250300平均供氧时间/min1214141

15、5151616181819192020212122平均冶炼时间/min25282830303333363638384040424245计算转炉公称容量转炉车间年产钢水量：W nNQ式中：W转炉车间年产钢水量；n车间经常吹炼炉子座数； Q转炉公称容量，t； N每一座转炉年出钢炉数； 连铸坯收得率，本设计取98%。因此，转炉公称容量为： （吨）参照表2-2，本设计中取转炉公称容量为300吨。采用“三吹三”制度。不考虑转炉精炼收得率，验算连铸钢坯年产量：所以，本设计所选转炉符合产量要求。表2-2 氧气转炉公称容量系列转炉公称容量/t20 15 3050100120150200250300最大出钢量/

16、t30 20 3660120150180220275320钢包容量/t30 20 4060120150180220275320浇铸吊车起重量/t63/1680/20100/32180/63/20225/63/20280/80/20360/100/20400/100/20450/100/202.3 主要钢种的选择钢种：普碳钢，低合金钢产品规格：方坯，板坯2.4 工艺流程根据设计任务书的要求以及现代连铸技术的发展趋势，确定本设计方案的基本工艺流程如图2-1所示。图2-1 炼钢车间工艺流程图2.5 原料方案. 铁水的供应铁水是转炉炼钢主要原料，高炉铁水采用混铁车运输，经预处理后转运兑入转炉。. 废钢

17、的供应废钢主要靠外购，部分本厂返分废钢。生铁本厂供给，作冷却剂加入。废钢要求：表面清洁少锈、无油污、无泥沙废钢中不得有铅、锡、砷等有色金属废钢中硫、磷含量要低外形尺寸要合格，不能过大废钢中不得有密封容器、易燃易爆物品和毒品废钢管理要求：入场后，分类存放清除处理，清除油污、泥沙等杂质和有色金属、毒品使外形尺寸合格炼钢车间，在原料跨一端单独设废钢间，按每炉需用量装入废钢，料斗送到炉前。废钢一次一斗装入。. 散装料的供应散装料包括：石灰、白云石、萤石、铁矿石、焦炭等。供应系统包括散装堆场，地下料仓，由地下料仓送往主厂房的运料设施，转炉上方高位料仓，称量和向转炉加料的设施。为了保证转炉正常生产，应设散

18、装料堆场，尽可能靠近转炉。各种料储量按20天考虑。在靠近主厂房附近设置地下料仓，它兼有部分储存和转运作用。地下料仓为地下式，便于火车或汽车或运输带自动卸料。地下料仓量按3天考虑。从地下料仓向高位仓供料采用全胶带运输。往各高位料仓布料采用可逆活动胶带运输机。运输能力按每日工作一个班（约7h）考虑。设置高位料仓起临时储料的作用，并利用重力方式向转炉及时可靠的供料，保证转炉正常生产。高位料仓沿炉子跨纵向布置，三座转炉共用一套高位料仓，这样可以相互支持供料，并避免由于转炉停炉后料仓内剩余石灰的粉化。散装料的用途如下：石灰：主要是造渣材料。石灰极易潮湿，故在入炉前须烘烤，以提高石灰的活性，有利于冶炼。萤

19、石：用于稀释炉渣，提高炉渣的活性。白云石：用于提高炉渣的碱度，减小对炉衬的侵蚀。铁矿石：用作冷却剂。. 铁合金的供应铁合金的供应一般由炼钢厂的铁合金车间，铁合金料仓及称量和输送设施等几部分组成。铁合金主要用来调整钢液的成分、温度并进行合金化处理。其主要作用如下：硅铁：用于合金化，也作脱氧剂。锰铁：用于合金化，也作脱氧剂。根据碳含量可分为中碳、低碳、高碳锰铁，锰铁中碳含量越低，磷含量越低，价格越昂贵。铝铁：合金化材料，也作脱氧剂。在铁合金车间内储存、烘烤及加工合格块度，按铁合金的品种和牌号分类存放，并相应保存好出厂化验单。铁合金由铁合金车间运入转炉车间的方式为全胶带供料系统，这种系统工作可靠，运

20、输量大，机械化程度高。2.6 主厂房工艺布置. 原料跨的布置主要完成对铁水，加废钢和转炉炉前的工艺操作，在原料跨的两端分别布置铁水和废钢工段。铁水供应方式采用300t混铁车，并进行铁水预处理。该方案包括铁水预处理车间，倒渣站，铁水倒灌站。铁水预处理车间和倒渣站位于炼铁车间与铁水罐站之间，且彼此平行布置。经处理后的混铁车，每隔三次送到倒渣站倒渣。铁水倒灌站设有两条运输线和与其垂直布置的受铁坑，受铁坑位于铁水线下面。一个铁水坑由两个铁水转注位置。铁水预处理的方式是混铁车喷吹法，同时脱硫脱磷。废钢供应方式是在原料跨的一端外侧另建废钢间，废钢装入料斗并称重，然后料斗送进原料跨待用。转炉渣罐的转运方式为

21、将渣罐车横穿过原料跨，在主厂房之外的中间渣场处理。. 炉子跨的布置炉子跨是车间中厂房最高、建筑结构最复杂和单位投资最多的跨间。很多重要的生产设备与辅助设备都布置在这里，其中包括转炉、转炉倾动机构系统、散料供应系统和加料、供氧系统、底吹气系统、烟气净化系统，出渣、出钢设施、拆修炉设备。炉子跨采用横向布置。烟道和烟罩皆沿跨间朝炉后弯曲，一是便于氧枪和副枪穿过烟罩插入转炉内，二是有一个连续的更换氧枪的通道，换枪方便。副枪布置在靠近烟道的一侧。散装料的各个高位料仓沿炉子跨纵向布置，在其顶部有分配皮带机通过，高位料仓布置在紧靠烟道的后面，这样烟道倾角较大，不易积灰。转炉烟气净化系统采用湿法文氏洗涤器，布

22、置在炉子跨内。转炉修炉方法采用上修法，烟罩下部可侧向移动。. 精炼跨的布置精炼采用两个LF精炼炉，沿精炼跨纵向布置，LF炉支持于支架上，真空室旋转有两个工作位置：钢水处理位置，真空室下降进行处理；准备工位，修砌、喷补真空室内衬、更换上升、下降管，预热、氧气供应。氧气转炉炼钢要消耗大量的工业纯氧，为了适应氧气转炉炼钢工艺的要求，炼钢厂的供应系统一般是由制氧机、加压机、中压储氧罐、输氧管、控制闸阀、测量仪表和喷枪等主要设备组成。氧枪升降装置布置于转炉上方，这样其结构简单，运行可靠，换枪迅速。当氧枪烧坏时须及时更换，设置横移装置及换枪装置。在横移装置上并排设有两套氧枪升降小车。其中一套工作，一套备用

23、。氧枪和副枪平行插入炉内。3 物料平衡与热平衡计算3.1 物料平衡.需原始数据基本数据有冶炼钢种及其成分，金属料铁水和废钢的成分。终点钢水成分（表3-1），造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表3-2），脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3-3），其他工艺参数（表3-4）。根据毕业设计任务书要求，本设计冶炼普碳钢、低碳钢，据此选定转炉冶炼钢种的牌号为Q235A。表3-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分含量/%类别CSiMnPS钢种Q235设定值0.20.20.50.0450.050铁水设定值4.180.820.620.2200.033废钢设定值0.160.270.530.028

24、0.032终点钢水设定值0.08痕迹0.1860.0220.020CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰86.002.402.401.700.300.120.044.660.08石0.285.480.621.581.5287.800.880.121.48生白云石36.380.8225.580.9636.18炉衬1.182.9078.701.381.6214.10焦炭0.6081.5212.405.50表3-3 铁合金成分及其回收率成分含量回收率类别CSiMnAlPSFe硅铁73.00,780.4,802.50,00.04,1000.05,1002

25、4,100锰铁6.58,90 0.4,7868,800.2,1000.1,10025,100 10%C与氧生成CO2表3-4 其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度W CaO /W SiO2 3.5渣中铁损（铁珠）为渣量的6%萤石加入量为铁水量的0.4%氧气纯度99%，余者为N2生白云石的加入量为铁水量的2.7%炉气中自由氧含量0.6%（体积比）炉衬蚀损量为铁水量的0.4%气化去硫量占总去硫量的1/3终渣W FeO 含量（按W（Fe2O3） 1.35W（FeO）折算）15%，而W Fe2O3 /W FeO 1/3。即W Fe2O3 5%,W FeO 8.25%金属中C的氧化物90% C氧化

26、成CO，10% C氧化成CO2烟尘量为铁水的1.5%（其中W FeO 为75%，W Fe2O3 为20%）废钢量由热平衡计算确定。本计算结果为铁水量的12.76%，废钢比为11.32%喷溅铁损为铁水的1%CC CO 4.1090% 3.6904.9208.610C CO2 4.1010% 0.4101.0901.500SiSi SiO2 0.8200.9371.757入渣MnMn MnO 0.4600.1340.594入渣PP P2O5 0.1980.2550.453入渣SS SO2 0.0131/3 0.0040.0040.008s+ CaO CaS + O 0.0132/3 0.009-0

27、.005 0.020 CaS 入渣FeFe FeO 1.10956/72 0.8630.1881.109入渣（见表3-8）Fe Fe2O3 0.626112/160 0.4380.2460.626入渣（见表3-8）合计6.8927.769成渣量4.559入渣组分之和 由CaO还原出的氧量；消耗的CaO的量 0.00956/32 0.016 kg表3-6 炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量成渣组成/kg气态产物/kg耗氧量/kgCaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO,CO20.4 据表3-4 0.0040.0090.2360.0040.0050.414%90%28/12 0.118

28、0.414%10%44/12 0.0210.414% 90%16/12+10%32/12 0.082合计0.2560.1380.082表3-7 加入溶剂的成渣量类别加入量/kg成渣组分/kg气态产物/kgCaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤石0.40.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005生白云石2.70.9100.6400.0200.0250.905石灰6.876 6.0440.1730.1670.1000.0330.0070.0090.0070.3090.002合计6.9560.8160.2150.

29、1330.0410.0120.0100.4400.0121.2140.002成渣量8.623注： 石灰加入量计算如下：有表3-5表3-7知，渣中已含 CaO -0.016+0.004+0.002+0.910 0.900kg。渣中已含 SiO2 1.757+0.009+0.028+0.020 1.814kg。因设定的终渣碱度R 3.5；故石灰加入量为设A 石灰加入量，由 得上式为 石灰中CaO含量 - 石灰中S生成CaS自耗的CaO量 为CaO还原出的氧量，计算同表3-5的注表3-8 总渣量及其成分 未注明单位/kg 炉渣成分SiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合

30、计元素氧化成渣量/kg1.7570.5941.1090.6260.4530.020石灰成渣量6.0440.1670.1730.1000.0330.0070.0096.533炉衬蚀损成渣量0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣量0.9100.0200.6400.0251.595萤石成渣量0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.001总渣量6.961.9811.0520.1370.5941.1090.6720.4400.4650.03013.440 质量分数%51.7914.747.831.024.428.5253.273.460

31、.22100注： 总渣量计算如下：因为表中除FeO和Fe2O3以外的渣量为6.96+1.981+1.052+0.137+0.594+0.440+0.465+0.030 11.659 kg，而终渣， 表3-4 ，故总渣量表3-9 实际耗氧量耗氧项/kg供氧项/kg实际氧气消耗量/kg铁水中元素氧化耗氧量 表3-5 7.769铁水中S与CaO反应还原出的氧化量 表3-5 0.005炉衬中碳氧化耗氧量 表3-6 0.082石灰中S与CaO反应还原出的氧化量 表3-7 0.002烟尘中铁氧化耗氧量 表3-4 0.34烟气自由氧含量 表3-10 0.0608.251-0.07+0.075 8.256合计

32、8.251合计0.007 炉气N2 存在于氧气中，见表3-4 的质量，详见表3-10。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3-5表3-7差得。O2和N2则由炉气总体积来确定。计算如下：炉气总体积：化得式中，VgCO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，m3。本计算中，其值为 Gs不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，其值为 见表3-9 Vx铁水与石灰中的S与CaO反应还原出的氧量，其质量为0.007kg 见表3-9 ,m3 0.5%炉气中自由氧含量 99由氧气纯度为99%转换得来计算结果见列于表3-10表3-10

33、炉气量及其成分炉气成分炉气量/kg体积/m3体积分数/%CO8.7288.728*22.4/28 6.98282.20CO22.7352.735*22.4/44 1.39216.39SO20.0080.008*22.4/64 0.0030.04H2O0.0120.012*22.4/18 0.0150.18O20.060 0.042 0.50N20.0750.0600.71合计11.6188.494100注： 炉气中O2的体积为8.494*0.5% 0.042；质量为0.042*32/22.4 0.060kg炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分的体积之差，即8.494- 0.042+0.015

34、+0.003+1.392+6.982 0.06;质量为0.06*28/22.4 0.075kg第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量刚水量据此可编制脱氧和合金化前的物料平衡表表3-11 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100.0084.29铁水91.8876.41石灰6.8765.80炉渣13.4411.18萤石0.400.34炉气11.629.66生白云石2.702.28喷溅1.000.83炉衬0.400.34烟尘1.501.25氧气8.266.96渣中铁珠0.810.67合计118.64100合计120.25100注：计算误差为第五步：计算加入废钢的物料平衡如

35、同“第一步”计算铁水中元素氧化量一样，利用表3-1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3-12 ，再将其与表3-11归类合并，遂得加入废钢后的物料平衡表3-13和表3-14表3-12 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/kg耗氧量/kg产物量/kg进入钢中的量/kgCC CO 12.76*0.08%*90% 0.0100.0130.023 入气 C CO2 12.76*0.08%*10% 0.0010.0030.004 入气 SiSi SiO2 12.76*0.27% 0.0340.0390.073MnMn MnO 12.76*0.37% 0.0470.014

36、0.061PP P2O5 12.76*0.006% 0.0010.0010.002SS SO2 12.76*0.012%*1/3 0.00050.00050.0005 入气 S CaO CaS +O12.76*0.012%*2/3 0.001-0.00050.002 CaS 合计0.0950.07012.76-0.095 12.665成渣量/kg0.166表3-13 加入废钢的物料平衡表 以100kg铁水为基础 收入支出项目质量%项目质量%铁水10076.06钢水91.88+12.655 104.5578.54废钢12.769.71炉渣13.44+0.166 13.6110.22石灰6.885

37、.23炉气11.62+0.028 11.658.75萤石0.400.30喷溅1.000.75轻烧生白云石2.72.05烟尘1.501.13炉衬0.400.30渣中铁珠0.810.61氧气8.26+0.07 8.336.34合计131.47100合计133.12100注：本计算误差为表3-14 加入废钢的物料平衡表 以100kg 铁水+废钢 为基础 收入支出项目质量%项目质量%铁水88.6876.07钢水92.7178.53废钢11.329.71炉渣12.0710.22石灰6.105.23炉气10.338.75萤石0.350.30喷溅0.890.75轻烧生白云石2.392.05烟尘1.331.1

38、3炉衬0.350.30渣中铁珠0.720.61氧气7.396.34合计116.58100合计118.05100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3-1 和铁合金成分及其回收率 表3-3 算出锰铁和硅铁的加入量，再计算其元素的烧损值。将所有结果与表3-14归类合并，即得出冶炼一炉钢的总物料平衡表。锰铁加入量WMn为硅铁加入量WSi为铁合金中元素的烧损量和产物量列表3-15表3-15 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/kg锰铁C0.58*6.58%*10% 0.0040.0110.015 CO2 0.58*6.58%

39、*90% 0.034Mn0.58*68%*20% 0.0790.0230.1020.58*68%*80% 0.316Si0.58*0.4%*22% 0.0010.0010.0020.58*0.4%*78% 0.002P0.58*0.2% 0.001S0.58*0.1% 0.001Fe0.58*25% 0.145合计Al0.33*2.5%*100% 0.0080.0070.015Mn0.33*0.4%*20% 0.00030.0001 0.00040.33*0.4%*80% 0.001Si0.33*73%*22% 0.0530.0610.1140.33*73%*78% 0.188P0.33*0.

40、04% 0.0001 S0.33*0.05% 0.0002 Fe0.33*24% 0.079合计可见，含碳量尚未达到设定值。为此需要在钢包内加入焦粉增碳。其加入量W1为：焦粉生成的产物如下碳烧损量/kg耗氧量/kg气体量/kg 成渣量/kg碳入钢量/kg0.12*81.52%*25% 0.0240.0640.088+0.12* 0.60+5.50 % 0.0950.12*12.4% 0.0150.12*81.52%*75% 0.073 为CO2、H2O和挥发分的总和 未计算挥发分燃烧的影响 由此可得冶炼过程 即脱氧和合金化后 的总物料平衡表3-16表3-16 总物料平衡表收入支出项目质量/kg

41、%项目质量/kg%铁水88.6875.29钢水92.71+0.768+0.073 93.5578.45废钢11.329.61炉渣12.07+0.234+0.015 12.3210.33石灰6.105.18炉气10.33+0.015+0.095 10.448.75萤石0.350.30喷溅0.890.75轻烧生白云石2.392.03烟尘1.331.12炉衬0.350.30渣中铁珠0.720.60氧气7.39+0.064+0.103 7.56 6.42锰铁0.580.49硅铁0.330.28焦粉0.120.10合计117.78100合计119.25100注：计算误差为 可近似认为 0.064+0.1

42、03 的氧量系出钢二次氧化带入3.2 热平衡计算.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3-17 ；物料平均热熔 表3-18 ；反应热效应 表3-19 ；溶入铁中的元素对铁熔点的影响 表3-20 。其他数据参照物料平衡选取。表3-17 入炉物料及产物的温度设定值名称入炉物料产物铁水 废钢其他原料炉渣炉气烟尘温度/12502525与钢水相同14501450 纯铁熔点为1536表3-18 物料平均热容物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热容/KJ. Kg.K -10.7450.6991.0470.996熔化潜热/KJ.Kg-1218272209209209液态或气态平均热容

43、/KJ. Kg.K -10.8370.8371.2481.137表3-19 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应H/KJ.Kmol-1H/KJ.Kg-1CC+1/2 O2 CO 氧化反应-139420-11639CC+ O2 CO2 氧化反应-418072-34834SiSi+ O2 SiO2 氧化反应-817682-29202MnMn+1/2 O2 MnO 氧化反应-361740-6594P2P+5/2 O2 P2O5 氧化反应-1176563-18980FeFe+1/2 O2 FeO 氧化反应-238229-4250Fe2Fe+3/2 O2 Fe2O3 氧化反应-722432-6460SiO

44、2 SiO2 +2 CaO 2CaO.SiO2 成渣反应-97133-1620P2O5 P2O5 +4 CaO 4CaO.P2O5 成渣反应-693054-4880CaCO3CaCO3 CaO + CO2 分解反应1690501690MgCO3MgCO3 MgO + CO2 分解反应1180201405表3-20 熔入铁水中的元素对铁熔点的降低值元素CSiMnPSAlCr.在铁中的极限溶解度/%5.1418.5无限2.80.1835.0无限 6熔入1%元素使铁熔点降低值/65707580859010085302531.5.铁熔点降低的值/适用含量范围/% 11.02.02.53.03.54.0

45、3150.70.08118.骤以100Kg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。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3-17，表3-1，表3-20 计算铁水熔点Tt，然后由铁水温度和生铁热容 见表3-17和表3-18 确定Qw。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3-19 可以算出，其结果列于表3-21表3-21 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/KJCCO3.690*11639 42947.91FeFe2O30.438*6460

46、2829.48CCO20.410*34834 14281.94PP2O50.198*18980 3758.04SiSiO20.820*29202 23945.64P2O54CaO.P2O50.465*4880 2269.2MnMnO0.460*6594 3033.24SiO22CaO.SiO21.981*1620 3209.22FeFeO0.863*4250 3667.75合计Qy炉衬中碳的氧化热Q1，根据炉衬蚀损量及其含碳量确定故，热收入总值为第二步：计算热支出Q2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

47、钢吸热。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度降 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T2；最后由钢水量和热容计算出物理热。式中，0.08、0.16、.为终点钢水中C、Mn、P和S的含量。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。炉渣物理热Qr：令终渣温度与钢水温度相同，则得炉气、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3-22。表3-22 某些物料的物理热项目参数备注炉气物理热11.62*

48、1.137* 1450-25 18827.021450系炉气和烟尘的温度烟尘物理热1.5*0.996* 1450-25 +209 2442.45渣中铁珠物理热13.44*6%*0.699* 1520-25 +272+0.837* 1690-1520 1188.911520系钢水熔点喷溅金属物理热1*0.699* 1520-25 +272+0.837* 1690-1520 1467.80合计Qx 23926.18生白云石分解热Qb：根据其用量、成分和表3-19所示的热效应计算热损失：其他热损失带走的热量一般约占总热收入的3%8%。本计算取5%,则得废钢吸热Qf：用于加热废钢的热量系剩余热量，即故

49、废钢加入量Wf为即废钢比为热平衡计算结果列于表3-23表3-23 热平衡表收入支出项目铁水物理热元素氧化热成渣热其中C氧化Si氧化Mn氧化P氧化Fe氧化SiO2成渣P2O5成渣烟尘氧化热炉衬中碳的氧化热若不计算炉渣带走的热量时热效率 4 顶底复吹转炉炉型设计顶底复吹转炉的出现，对大幅提高钢的产量有着重要的意义。当前世界各国多采用和发展这种炼钢方法。在我国从1962年起在首都钢铁公司采用这种方法进行试验以后，全国各地相继建造了大、中、小型顶吹氧气转炉，发展速度很快。4.1 炉型选择转炉炉型有筒球型、锥球型和截锥形。图4-1 常见转炉炉型 a 筒球型 b 锥球型 c 截锥形本设计根据设计要求选择锥

50、球型。因为锥球型与形同容量的筒球型相比，其熔池较深，有利于保护炉底。在同样熔池深度的情况下，熔池直径可以比筒球型大，增加了熔池反应面积，有利于去磷、硫。4.2 原始条件年产960万吨铸坯连铸坯收得率98%作业率87%工制“三吹三”转炉公称容量300吨铁水密度取7.9K kg/m3，即7.9t/m34.3 主要参数的确定炉容比。由于复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳，且钢渣喷溅高度也较低，所以复吹转炉的炉容比可略小于顶吹转炉。从目前实际情况来看，二者炉容比基本相同，及复吹转炉一般也取0.850.95m3/t。对于容量较小的炉子，铁水比大且Si、P、S含量高，以及供氧强度增加和底部喷口直径大者取上限。

51、本计算取0.85m3/t。高径比。复吹转炉的高径比略小于顶吹转炉，通常取1.251.45。同样，对于容量小的炉子，铁水比大且Si、P、S含量高，以及供氧强度增加和底部喷口直径大者，取上限。熔池直径D。按以下经验公式确定式中 D熔池直径，m； G新炉金属装入量，t，可取公称容量； K系数，参见表4-1； t平均每炉钢纯吹氧时间,min，参见表4-2。表4-1 系数K的推荐值转炉容量/t 3030100 100备注K1.852.101.751.851.501.75大容量取下限，小容量取上限表4-2 平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量/t 3030100 100备注冶炼时间/min2832 1216 3238 1418 3845 1620 结合供氧强度、铁水成分、所炼钢种等具体条件确定注，括号内数系吹氧时间参考值设计中转炉的公称容量为300t，取K为1.5，t取17min。可得：熔池深度h由可得：锥球型熔池倒锥度一般为12o30o，本设计取30o。当球缺体半径R 1.1D 6.93m 时，球缺体高h1 0.09D 0.567m 的设计较多。熔池体积和熔池直径D及熔池深度h有如下的关系：带入数据得：防止炉底直接接受氧气射流冲击，氧气射流穿透深度