精品资料（2021-2022年收藏）年产320万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计

1、 西安建筑科技大学西安建筑科技大学本科毕业设计（论文）任务书本科毕业设计（论文）任务书题 目：年产320万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计院（系）：专 业：学生姓名：学 号：指导教师（签名）：主管院长（主任）（签名）：时 间：2012 年 2月 28 日 第 1 页一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）设计题目：年产320万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计钢种： 普碳钢、低合金钢、优质碳素结构钢、弹簧钢规格： 方坯 板坯包括转炉容量和座数的选择确定；转炉炉型设计；氧枪设计；炉外处理、连铸机以及除尘系统的设计与选择；炼钢过程物料平衡和热量平衡计算；转炉车间生产工艺设计和布置；车间主要设

2、备选择和车间平面设计以及总图运输方案的确定。进行毕业实习，收集有关资料；编制设计说明书一份，完成专题部分，翻译冶金专业相关外文文献一篇，绘制转炉炉型图、车间平面图和剖面图各一张，使学生能够理论联系实际，掌握转炉炼钢车间设计的基本原理，为今后从事相关的技术工作奠定基础。第 2 页二二、毕业设计（论文）题目应完成的工作（含图纸数量）1. 根据设计题目完成毕业实习并收集有关资料，进行技术准备；2. 炼钢厂车间总体设计；3. 转炉炉型设计；4. 物料平衡与热平衡计算；5. 生产工艺设计；6. 车间工艺布置；7. 车间主要设备选择；8. 生产组织与人员编制；9. 主要技术经济指标；10. 绘制设计图纸三

3、张（其中至少手绘一张）：转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张； 11. 翻译与冶金工程专业有关的外文文献一篇（不少于4000字） ；12. 完成专题：含钛高炉渣的利用（不少于5000字） ；13. 完成设计说明书一本。三、毕业设计（论文）进程的安排序号设计（论文）各阶段任务日 期备 注1毕业实习、收集资料2012.2.27-3.232设计相关计算3.244.63炉型、工艺、主设备设计和选择4.75.94车间布置5.105.165制图与翻译5.175.306编制设计说明书5.316.77准备答辩6.86.14第 3 页四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）1钢铁生产工艺概述 西安建

4、筑科技大学2钢铁冶金学 （炼钢部分） 陈家祥编 冶金工业出版社 19903炼钢工艺学 高泽平编 冶金工业出版社 20064钢铁厂设计原理 （下册） 李传薪编 冶金工业出版社 19955普通冶金 西安建筑科技大学 20026炼钢设计原理 冯聚和编 化学工业出版社 2005 7毕业设计参考资料 钢铁冶金专业 西安建筑科技大学 8金属提取冶金学 王成刚，王齐铭主编 西安地图出版社 20009现代转炉炼钢 戴云阁等编 东北大学出版社 199810 与专题有关的最新文献五、审核批准意见 教研室主任签（章） 第 1 页年产 320 万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计设计总说明本设计根据设计任务书的要求，结

5、合所学专业理论知识，对炼钢厂从原料供给到炼钢过程，最后到连铸出坯等流程进行了全面的设计。根据生产钢种及车间规模，选择的工艺流程是：BOF-LF-CC。设计以炼钢车间为主体，并重点针对顶底复吹转炉。在转炉物料平衡和热平衡计算的基础上，对炼钢车间的主要设备型号及参数进行了选择和设计，对车间人员编制及技术经济指标进行了计算，并且完成了主体设备选择、炼钢工艺设计、主厂房工艺布置和设备布置工作。编写说明书一份，绘制转炉炉型图、车间平面图和剖面图各一张，完成专题写作及外文翻译。关键词：转炉炼钢车间；工艺设计；物料平衡及热平衡计算；炉外精炼；连铸 第 2 页Designing of the BOF Stee

6、lmaking Processing for the Annual Output of 3.2Million-ton SlabAccording to the design requirements of the mission statement， combined with the theoretical knowledge， from raw material supply to the steel making process， a slab continuous casting processing was designed. The processing is BOF-LF-CC.

7、 The steel-making plant is the main design project， the top and bottom blowing converter was selected. Based on the converter material balance and heat balance calculation， we completed the main equipment for steel-making plant selection and design parameters， and the completion of the main equipmen

8、t selection， the design of steel-making process. Furthermore， the technical economy parameters was calculated， the main process plant layout and equipment layout were designed. Prepared a manual， drawing a converter furnace map， areal workshop and section plane blueprint .Translated a English paper

9、into Chinese.Key words: BOF steel-making workshop；processing designing；converter material balance and heat balance calculation；Secondary refining；casting第 3 页目录1 炼钢车间设炼钢车间设计计方案方案 .11.1 主要钢种及产品方案.11.2 工艺流程.11.3 转炉车间组成及生产能力的确定.21.3.1 车间组成 .21.3.2 转炉车间生产能力的确定 .21.4 主厂房工艺布置.31.4.1 原料跨间布置 .31.4.2 炉子跨的布置

10、.31.4.3 精炼跨的布置 .31.4.4 浇注跨的布置 .41.5 原材料方案设计.41.5.1 金属料 .41.5.2 散状材料 .52 物料平衡与热平衡物料平衡与热平衡 .52.1 物料平衡.52.1.1 计算原始数据 .52.1.2 物料平衡基本项目 .72.1.3 计算步骤 .72.2 热平衡计算.152.2.1 计算原始数据 .152.2.2 计算步骤 .163 顶底复吹转炉设计顶底复吹转炉设计 .203.1 炉型设计.203.1.1 炉型选择 .203.1.2 主要参数的确定。 .203.2 炉底供气构件的设计.233.3 转炉炉体金属构件设计.233.4 氧枪设计.243.5

11、 氧枪装置与副枪.274 烟气净化系统烟气净化系统 .284.1 烟气量的计算烟气量的计算 .28第 4 页4.1.1 最大炉气量 qv0.284.1.2 烟气量 qv .284.1.3 烟气成分 .294.1.4 煤气浓度修正 .294.1.5 回收煤气量的计算 .294.2.6 烟气净化系统类型的选择 .294.3 烟气净化系统主要设备的选择.304.3.1 烟气收集设备-烟罩.304.3.2 烟气冷却设备 .304.3.3 除尘设备 .304.3.4 脱水设备 .314.3.5 抽气设备 .314.4 含尘污水处理.315 转炉炼钢的生产工艺转炉炼钢的生产工艺设设计计 .325.1 炼钢

12、用原材料.325.1.1 金属料 .325.1.2 非金属料 .345.2 装料制度.355.2.1 装料次序 .355.2.2 装入量 .355.2.3 装入量方法 .365.2.4 装料操作 .365.3 供氧制度.365.3.1 氧枪 .365.3.2 供氧操作 .375.4 造渣制度.385.4.1 炉渣碱度的控制与石灰加入量的确定 .385.4.2 炉渣粘度的控制 .395.4.3 炉渣氧化性的控制 .395.4.4 泡沫渣及其控制 .405.4.5 放渣及留渣操作 .405.5 温度制度.405.5.1 出钢温度的确定 .405.5.2 冷却剂及其加入量的确定 .415.6 终点控

13、制和出钢.425.7 精炼工艺.425.8 连铸工艺.435.8.1 钢水准备 .43第 5 页5.8.2 连铸工艺 .436 车间主要设备的选择车间主要设备的选择 .456.1 原料跨.456.1.1 金属料供应及设备 .456.1.2 散装料供应及设备 .476.2 转炉跨.496.2.1 钢包需要量计算 .496.2.2 渣罐和渣罐车数量的确定 .496.3 精炼设备.506.4 连铸跨.506.4.1 板坯的生产 .506.4.2 方坯的生产 .536.4.3 其他工艺参数及设备的确定 .546.5 制氧机的选择.577 主厂房工艺布置主厂房工艺布置 .597.1 原料跨跨间布置.59

14、7.2 转炉跨间的布置.607.3 精炼设备的布置.667.4 连铸设备的布置.668 炼钢车间人员编制炼钢车间人员编制 .699 炼钢车间经济指标炼钢车间经济指标 .73参考文参考文献献 .74致谢致谢 .75专专题题 .76第 1 页1 炼钢车间设计方案根据设计任务书的要求及各种设计条件提出初步设计思路，这是对设计工作一个框架式的设定。方案的确定要求设计合理，能顺利生产。1.1 主要钢种及产品方案本设计主要生产普碳钢、低合金钢，优质碳素结构钢，弹簧钢，也可根据市场的要求进行灵活调整。根据毕业设计任务书中年产 320 万吨铸坯的要求，确定其产品大纲。见表 1-1。表 1-1 产品大纲钢种代表

15、型号 年产钢量 所占比例铸坯断面长宽定长尺寸普碳钢Q235A60 万吨18.7%150150mm9000mm低合金钢Q29560 万吨18.7%150150mm9000mm优质碳素结构钢20Mn100 万吨31.25%1801000mm9000mm弹簧钢65Mn100 万吨31.25%220220mm9000mm1.2 工艺流程根据设计任务书的要求以及现代转炉炼钢的发展趋势，确定本设计方案其基本的工艺流程（图 1-1） 。高炉铁水混铁车铁水预处理倒罐站铁水罐扒渣转炉废钢及其它废料钢渣LF炉连铸机轧制钢液连铸机图 1-1 炼钢车间工艺流程第 2 页1.3 转炉车间组成及生产能力的确定1.3.1

16、车间组成现代氧气转炉炼钢车间由以下各部分组成：铁水预处理站及铁水倒罐站；废钢堆场与配料间；主厂房（包括炉子跨、原料跨、炉外精炼及钢包装运跨、浇注系统各跨间） ；铁合金仓库及散状原料储运设施；渣场；耐火材料仓库；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、生产必需的生活福利设施；水、电、气（氧、氩、氮、压缩空气）等的供应设施。1.3.2 转炉车间生产能力的确定（1）转炉容量及座数。根据年产 320 万吨生产能力的要求，冶炼周期取 40min，供氧时间为16min。采用 2 吹 2 制度，故转炉公称容量 G=3200000/365(1440/40)2=1

17、22t，因此采取 2 座 150t 转炉。表 1-2 平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量（t）100备注冶炼时间283232383845吹氧时间121614181620结合供氧强度，铁水成分和所炼钢种具体确定（2）计算年出钢炉数。每一转炉的年出钢炉数 N 为：N=11440365T=144036585%40=11169 炉/年式中：T1每炉钢的平均冶炼时间，40min/炉； 1440一天的时间，min/d； 365一年的日历天数，d/a； 转炉作业率，取 85%。车间年产钢水量=nNq=211169150=3350700(t)炉外精炼收得率取：99% 连铸收得率：98%所以年产铸坯量=33507

18、0099%98%=3250849t3200000t，则该车间年产合格钢坯量可以满足设计需求。第 3 页1.4 主厂房工艺布置氧气转炉炼钢车间的主体部分是主厂房，包括原料跨、炉子跨和浇注跨三大跨间。为了使各种物流运行顺向，将原料跨和浇注跨布置在炉子跨的两侧。1.4.1 原料跨间布置原料跨内主要完成兑铁水、加废钢和转炉炉前的工艺操作。其两端分别布置铁水和废钢工段，采用混铁车运输铁水。其中布置铁水预处理站、铁水倒罐站。铁水预处理采取三站工作制，脱硫预处理站脱硅预处理站脱磷预处理站。由于脱硫的条件和脱硅脱磷不一样，考虑到工艺的顺畅，故将脱硫处理布置在铁水预处理第一站，由于脱磷要求硅含量低于 0.15%

19、，因此将脱硅预处理置于脱磷之前。铁水预处理站内设置两条运输线和与其垂直的受铁坑（铁水坑位于铁水线下面） ，一个受铁坑有两个铁水转注位置。铁水预处理采用喷粉处理工艺，喷吹石灰粉配加石灰石粉及石灰系脱磷剂，预处理后采用机械扒渣。在原料跨的一端设废钢工段供应废钢，用电磁吊车装入废钢料斗，称量后待用。1.4.2 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，转炉倾动系统，散装料供应系统和加料、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

20、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。 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。转炉烟气净化采用湿法文氏管洗涤器，布置在炉子跨内。 转炉修炉方法采用上修法，烟罩下部可侧向移动。1.4.3 精炼跨的布置由于产品大纲要求，本设计的精炼工艺流程为：转炉LF 炉。LF 主要起脱氧、脱硫及调温调整成份作用，提高连铸率和钢水收得率。1.4.4 浇注跨的布置本设计采取全连铸工艺，在连铸跨内安放中间包、结晶器、二冷段、拉矫第 4 页机。在出坯跨中设置毛刺喷印设备、在线监控和检测设备、废坯清除、精整设

21、备和铸坯热运输设备。这种布置简化了工艺流程和运输组织，占地少，机械化和自动化程度高，有利于实现铸坯直接热送、热装及连铸连轧。连铸设备采用横向布置，钢水运送距离短、物料流程合理，便于增加和扩大连铸机的生产能力，把不同的作业分开，各项操作互不干扰，适于全连铸车间。连铸车间工艺布置的原则是：钢水供应方便，重视中间包拆卸、修砌和烘烤，以及对结晶器和二冷扇形段的更换、对弧等设备设置专门工作区，留有适当的铸坯精整区域，采用计算机技术等。1.5 原材料方案设计 1.5.1 金属料（1）铁水铁水是转炉的主要金属原料，占金属料装入量的 70%100%，为了保证冶炼过程顺利，铁水必须满足要求。转炉通常要求铁水温度

22、必须大于 1350，硅是铁水中主要发热元素之一，生成的 SiO2是渣中的酸性成分。转炉铁水含硅量以在 0.3%0.8%为宜，前后波动应为0.15%。锰是钢中有益元素，锰可加速石灰熔化，提高终点钢水残锰量和提高脱硫效果，通常含量在 0.5% 左右。磷是高炉中不能去除的元素，各种碱性炼钢法都能脱磷，但转炉的冶炼要求尽量有稳定的含磷量，以稳定转炉的吹炼制度。硫在大多数钢种是有害元素，在氧化性气氛下，采用双渣、换渣或大渣量，可以脱除较多的硫，硫含量通常小于 0.5%。（2）废钢氧气转炉用铁水炼钢因热量富余故可加入 10%30%的废钢，作为调正吹炼温度的冷却剂，采用废钢冷却可降低转炉的钢铁料、造渣料和氧

23、气的消耗。对外形尺寸和单重过大的废钢，应预先进行解体和切割、不装伤炉衬和加速熔化。对轻薄料应打包或压块，以缩短装料时间，块度最长0.5m，最大重量100kg，最大面积0.15m2。（3）铁合金 炼钢生产中广泛使用各种脱氧合金化元素与铁的合金，铁合金必须加工成一定块度使用，并要数量准，成分明，干燥纯净，不混料，在保证钢质量的前提下，选用适当牌号铁合金，对熔点较低和易氧化的合金，可在低温（200）下烘烤。熔点高和不易氧化的合金应在高温（800）下烘烤并要保证足够第 5 页的时间。1.5.2 散状材料（1）石灰石灰是碱性炼钢法的基本造渣材料，对石灰化学成分的要求是 CaO 含量应高而 SiO2和 S

24、 的含量应尽可能低，把灼减控制在 4%70%，块度一般以540mm 为宜石灰质量要求：CaO90%，SiO23%，S0.1%，过烧率14%。（2）萤石萤石能使 CaO 和阻碍石灰熔解的 2CaOSiO2外壳的熔点显著降低，加速石灰熔解，迅速改善炉渣流动性。对萤石的成分要求 CaF2高，硫成分和水分要低。其块度一般为 540mm。（3）生白云石其主要成分是 CaCO3MgCO3，用白云石造渣可使渣中保持一定量的 MgO以减少炉渣对炉衬的倾蚀，对白云石的要求，一般为 MgO20%，块度为540mm（4）其他合成渣料采用 FexOy 或 CaF2或 MgO 作熔剂与石灰制成的复合渣料，氧气要求纯度大

25、于 99.5%，铁矿石要求是 Fe2O3或 Fe3O4含量高的富矿，增碳剂含量应大 95%，粒度适中。 2 物料平衡与热平衡2.1 物料平衡2.1.1 计算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 2-1）造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表 2-2） ，脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表 2-3）其它工艺参数（表 2-4） 。表 2-1 钢种、铁水、废钢、和终点钢水的成分设定值（质量百分数）第 6 页CSiMnPS20Mn0.200.300.800.0350.035铁水设定值4.200.800.600.2000.035废钢设定值0.200.300.80

26、0.0300.030终点钢水设定值(1)0.10痕迹0.180.0200.021(1) C和Si按实际生产情况选取 Mn 、 P 、 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。 注： 本计算设定的冶炼钢种为 20Mn表 2-2 原材料成分（质量百分数）成分类别CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰88.02.502.601.500.500.100.064.640.10萤石0.305.500.601.601.5088.00.900.101.50白云石36.400.8025.601.0036.2炉衬1.203.0078.

27、801.401.6014焦炭0.5881.512.45.52表 2-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）CSiMnAlPSFe硅铁73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/90(1)0.50/7567.80/800.23/1000.13/10024.74/100(1) 10%C 与氧生成 CO2表 2-4 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%成分类别成分类别第 7 页萤石加入量生白云石加入量炉衬蚀损量终渣（FeO）含量按（FeO=1.35(Fe2O3)折算烟尘量喷

28、溅铁损为铁水量的 0.5%为铁水量的 2.5%为铁水量的 0.3%15%，而（Fe2O3）/ （FeO）=1/3，即（Fe2O3）=5%， （FeO）=8.25%为铁水量的 1.5%（其中FeO 为 75%，为 20%）为铁水量的 1%氧气纯度炉气中的自由氧量气化去硫量金属中C的氧化产物废钢量99%，余者为 N20.5%（体积比）占总去硫量的 1/390%C 氧化成 CO，10%氧化成 CO2由热平衡计算确定2.1.2 物料平衡基本项目收入项 支出项铁水 钢水废钢 炉渣熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石） 烟尘氧气 渣中铁珠炉衬蚀损 炉气铁合金 喷溅2.1.3 计算步骤（1）计算脱氧合金化前的总渣量

29、及其成。总渣量包括铁水中元素的氧化、炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表 2-52-7.总渣量及其成分如表 2-8.表 2-5 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）产物量（kg）备注CC-COC-CO24.1090%=3.6904.1010%=0.4104.9201.0908.6101.500SiSi-(SiO2)0.8000.9101.710入渣MnMn-(MnO)0.4200.1200.540入渣PP-(P2O5)0.1800.2300.410入渣SS-SO20.0141/3=0.0050.0050.010入渣第 8 页S+(CaO)=(

30、CaS)+(O)0.0142/3=0.009-0.005(1)0.021（CaS）FeFe-(FeOFe-(Fe2O31.07656/72=0.8370.606112/160=0.4240.2390.1821.0760.606入渣入渣合计6.7757.691成渣量4.343入渣组分之和(1) CaO 还原出来的氧量：消耗的 CaO 量为：0.00956/32=0.016kg表 2-6 炉衬蚀损成渣量成渣组分（kg）气态产物耗氧量(kg)炉衬蚀损量（kg）CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3C-COC-CO2C-CO，CO20.3(据表2-4)0.0040.0090.2360.0040.00

31、50.3149028/12=0.0880.3141044/120.0150.314（9016/12+1032/12）0.062合计0.2580.103表 2-7 加入熔剂的成渣量成渣组分（kg）气态产物（kg）类别加入量（kg）CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤石0.5（据表2-4）0.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005生白云石2.5（据表2-4）0.9100.6400.0200.0250.905石灰6.67(1)5.863(2)0.1730.1670.1000.0330.0070.0090.00

32、70.3090.002(3)第 9 页合计6.7750.8160.2150.1330.0410.0120.0100.4400.0121.2140.002成渣量8.442(1) 石灰加入量计算如下： 渣中已含（CaO）0.016+0.004+0.002+0.9100.900kg渣中已含（SiO2）1.710+0.009+0.028+0.0201.767kg。因设定的终渣碱度 R=3.5，故石灰加入量为R(SiO2)-(CaO)/(%CaO石灰-R%SiO2 石灰)=6.67kg(2) 为（石灰中 CaO 含量）-（石灰中 SCaS 自耗 CaO 的量）(3) 为 CaO 还原出的氧量： 6.67

33、0.0632/560.002表 2-8 总渣量及其成分（kg）炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量 kg1.7100.5401.076(2)0.606(3)0.4100.0214.343石灰成渣量 kg5.8630.1670.1730.1000.0330.0070.0096.352炉衬蚀损成渣量 kg0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣量 kg0.9100.0200.6400.0251.595萤石成渣量 kg0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.0010.49

34、5总渣量 kg6.7791.9341.0520.1370.5401.0760.6520.4400.4220.03113.043(1)51.9714.838.071.053.998.255.003.373.230.24100.00(1) 总渣量计算：表 2-8 除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为：6.779+1.934+1.052+0.137+0.540+0.440+0.422+0.03111.335kg。由表 2-4 知，终渣（FeO）15，又因为（Fe2O3）/（FeO）1/3，所以（Fe2O3）5， （FeO）8.25，总渣量为 11.315/86.75%=13.066kg(2) (

35、FeO)量=13.0438.25%=1.076kg(3) (Fe2O3)量=13.0435%-0.033-0.005-0.008=0.606kg（2）计算氧气消耗量氧气实际消耗量系消耗项目与攻入项目之差，详见表 2-9。表 2-9 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 7.691铁水中 S 与 CaO 反应还原出的氧量 0.005第 10 页炉衬中碳氧化耗氧量 0.062石灰中 S 与 CaO 反应还原出的氧量 0.002烟尘中铁氧化耗氧量 0.034炉气中自由氧含量 0.0607.829-0.007+0.069(1)=合计 8.135合计 0.00

36、77.891(1) 为炉气中氮气重量（表 2-10）（3）计算炉气量及其成分炉气中含有 CO、CO2、O2、N2、SO2和 H2O。其中 CO、CO2、SO2和H2O 可由表 57 查得，O2和 N2则由炉气总体积来确定。先计算如下。炉气总体积 V:122.40.5%0.5%9932gsxVVVGVV990.798.51gsxVGVV3=8.463m式中 VgCO、CO2、SO2和 H2O 诸组分之总体积，m3。本计算中，其值为 8.69822.4/28+2.72922.4/44+0.01022.4/64+0.01222.4/18=8.366m3；Gs不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，其

37、值为 8.093kg（见表2-9） ；Vx铁水与石灰中的 S 与 CaO 反应还原出的氧量。本计算中，其值为0.007kg（见表 2-9）0.5%炉气中自由氧含量，m3；99由氧气纯度为 99%转换得来计算结果列于表 2-10表 2-10 炉气量及其成分炉气成分炉气量（kg）体积（m3）体积CO8.6988.69822.4/286.95882.22CO22.7292.72922.4/441.38916.40SO20.0100.01022.4/640.0040.05H2O0.0120.01222.4/180.0150.18O20.060* 0.042(1)0.50N20.069* 0.055(2

38、)0.65合计11.578 8.463100.00(1) 炉气中 O2体积为 8.4630.5%=0.042m3；重量为 0.04232/22.4=0.060kg(2) 炉气中 N2的体积系炉气总体积与其它成分的体积之差第 11 页（4）计算脱氧合金化前的钢水量钢水量 Qy铁水量铁水中元素的氧化量烟尘喷溅渣中的铁损 1006.7751.50（7556/72+20112/1601+13.0666） 90.377kg 列出脱氧合金化前的物料平衡表（表 2-11）表 2-11 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100.0084.61钢水90.3876.40石灰6.67

39、5.65炉渣13.0711.03萤石0.500.42炉气11.589.79生白云石2.502.12喷溅1.000.85炉衬0.300.25烟尘1.501.27氧气8.226.95渣中铁珠0.780.66合计118.19100.00合计118.31100.00注：计算误差为（118.19118.3）/118.191000.10第五步：计算加入废钢的物料平衡，利用表 2-1 中的数据计算废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表 2-12） ，计算过程和表 2-5 计算过程一样。表 2-12 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）进入钢中的来量（kg

40、）C-CO13.980.08900.0100.0130.023（入气）CC-CO213.980.08100.0010.0030.004（入气）SiSi-SiO213.980.250.0350.0400.075（入渣）MnMn-MnO13.980.370.0520.0150.067（入渣）PP-(P2O5)13.980.0100.0010.0010.002（入渣）S-SO213.980.0091/30.00040.00040.0008（入气）SS+(CaO)=(CaS)+O13.980.0092/30.00080.00040.002（CaS入渣）第 12 页合计0.1000.06813.980.

41、10013.88成渣量（kg）0.146将表 2-11 与表 2-12 合并，得到加入废钢后的物料平衡。 （表 2-13 与表 2-14）表 2-13 加入废钢的物料平衡表（以 100kg 铁水为基础）收入支出项目重量（kg）项目重量（kg）铁水100.0076.58钢水90.38+13.98104.3678.80废钢13.989.70炉渣13.04+0.1513.1910.00石灰6.675.11炉气11.58+0.02811.618.77萤石0.500.38喷溅1.000.76轻烧白云石2.501.91烟尘1.501.13炉衬0.300.23渣中铁珠0.780.60氧气8.215+0.07

42、8.2856.09合计132.24100.00合计132.44100.00注：计算误差为（132.24132.44）/132.241000.15表 2-14 加入废钢后的物料平衡表（以 100kg（铁水+废钢）为基础）收 入支 出项目重量（kg）项目重量（kg）铁水86.02 76.58 钢水89.77 78.60 废钢13.98 9.70 炉渣11.35 10.05 石灰5.88 5.11 炉气9.99 8.85 萤石0.44 0.38 喷溅0.86 0.76 轻烧白云石2.20 1.91 烟尘1.29 1.14 炉衬0.26 0.23 渣中铁珠0.67 0.60 氧气7. 316.09 合

43、计116.09 100.00 113.93 100.00 （5）计算脱氧合金化后的物料平衡。根据钢种成分设定值（表 2-1）和铁合金成分及其烧损率（表 2-3）算出锰铁和硅铁的加入量及其元素的烧损量，将所得结果与表 2-14 合并，得到冶炼一炉钢的总物料平衡表。锰铁加入量 WMn为：第 13 页 %Mn%Mn%Mn%MnMnW钢种终点钢水量锰铁含回收率 =0.80% 0.18%89.7767.80%80%-=1.02kg硅铁加入量 WSi为：FeMnSiSi%Si%SiW =Si%Si%钢种终点加锰铁后的钢水量硅铁含回收率=25%(89.771.02)0.00273.00%75%= 0.49k

44、g铁合金中元素的损量和产物量列于表 2-15表 2-15 铁合金中元素及产物量类别元素烧损量脱氧量成渣量炉气量入钢量（kg）C1.026.60100.0070.0180.026（CO2）1.026.60900.061Mn1.0267.80200.1380.0450.1831.0267.80800.553Si1.020.50%250.0010.0010.0021.020.5075%=0.004P1.020.23%=0.002S1.020.13=0.001Fe1.0224.74=0.252锰铁合计0.1460.0640.1850.0260.875Al0.492.501000.0120.0100.0

45、06Mn0.490.50200.00050.0001（1）0.00050.490.50800.002Si0.4973.00250.0890.1020.1910.4973.00750.268 硅 P0.490.050.0002*第 14 页S0.490.030.0001*Fe0.4923.920.117铁合计0.1020.1120.1980.387总计0.2480.1760.3820.0261.262（1）表示可以忽略。脱氧合金化后的钢水成分 C: 0.0610.10%100%0.17%91.03 Si: 0.0040.268100%0.30%91.03 Mn:0.5530.0020.180%1

46、00%0.79%91.03 P: 0.0020.020%100%0.022%91.03 S: 0.0010.021%100%0.022%92.25碳含量未达到设定值，则需向钢包内加焦粉增碳。设其加入量为 W1，则 1(0.200.17)%C%W钢水量焦炭含碳量（）回收率（） 0.03%91.0381.50%75%= 0.036kg=焦粉生成的产物如表 2-16表 2-16 焦粉生成的产物 碳烧损量（kg）耗氧量（kg）气体量(1)（kg）成渣量（kg）碳入钢量（kg）0.03681.50250.0070.00732/120.0190.026+0.036（0.58+5.52）0.0250.036

47、12.400.0040.03681.50750.022(1) CO2、H2O 和挥发分之总和将表 2-14、2-15、2-16 合并归类，得到总物料平衡表 2-17表 2-17 总物料平衡表收入支出第 15 页项目质量（kg）%项目质量（kg）铁水86.0273.00 钢水89.77+1.26+0.022=91.0778.69 废钢13.9811.86 炉渣11.35+0.382+0.004=11.7410.14 石灰5.885.00 炉气9.99+0.026+0.025=10.048.67萤石0.440.37 喷溅0.880.76 轻烧白云石2.201.90 烟尘1.321.14 炉衬0.2

48、60.22 渣中铁珠0.690.60 氧气7.516.37 锰铁1.020.87 硅铁0.490.42 焦粉0.0360.03 合计117.84100.00 115.74100.00 计算误差：（115.74-117.84）/115.741001.812.2 热平衡计算2.2.1 计算原始数据各种入炉料及产物的温度（表 2-18） 、物料平均热容（表 2-19） 、反应热效应（表 4-20） ，溶入铁水中的元素对铁熔点的影响（表 2-21） 。其他数据参照物料平衡选取。表 2-18 入炉物料及产物的温度设定值入炉物料产物名称铁水(1)废钢其它原料炉渣炉气烟尘温度（）12502525与钢水相同1

49、4501450(1) 纯铁熔点 1536表 2-19 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/kgk）0.7450.6991.0470.996熔化潜热218272209209209液态或气态平均热容（kJ/kgk）0.8370.8371.2481.137表 2-20 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应（kJ/mol）（kJ/kg）CC+1/2O2=CO 氧化反C+O2=CO2 氧化反应41807234834第 16 页SiSi+O2=(CO2) 氧化反应81768229202MnMn+1/2O2=(MnO) 氧化反应3617406594P2P+5

50、/2O2=(P2O5) 氧化反应117656318980FeFe+1/2O2=(FeO) 氧化反应2382294250Fe2Fe+3/2O2=(Fe2O3) 氧化反应7224326460SiO2（SiO2)+2(CaO)=(2CaOSiO2) 成渣反应971331620P2O5（P2O5)+4(CaO)=(4CaOP2O5) 成渣反应6930544880CaCO3CaCO3=(CaO)+CO2 分解反应1690501690MgCO3MgCO3=(MgO)+CO2 分解反应11802014052-21 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5.411

51、8.5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、氧溶入铁熔点降低值6适用含量范围（）1.01.02.02.53.03.54.03150.70.081182.2.2 计算步骤以 100kg 铁水为基础（1）计算热收入 Qs。包括铁水物理热、元素氧化热及成渣热、炉衬中碳的氧化热、烟尘氧化热。1）铁水物理热 Qw；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 2-18、2-1 和 2-21）计算铁水熔点 Tt，由铁水温度和生铁比热（表 2-18 和表 2-19）确定 QwTt1536（4.2100+0.88+0.65

52、+0.230+0.03525）6 1094Qw1000.745（109425）+218+0.837（12501094） 114500.00KJ2）元素氧化热及成渣量热 Qy：根据铁水中元素氧化量和反应热效应（表第 17 页2-20）算出，其结果列于表 2-22 中。表 2-22 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）C-CO3.6901163942947.91Fe-Fe2O30.42464602739.04C-CO20.4103483414281.94P-P2O50.180189803416.40Si-SiO20.8002920223361.60P2O5

53、-4CaOP2O50.42248802059.36Mn-MnO0.42065942769.48SiO2-2CaOSiO21.93416203133.08Fe-FeO0.83742503557.25合计 Qy98266.063）炉衬中碳的氧化热 Ql：根据炉衬蚀损量及其含碳量确定Ql0.3149011639+0.3141034834586.25kJ4）烟尘氧化热 Qc：由表 2-4 给出的烟尘量参数和反应热效应计算Qc1.5（7556/724250+20112/1606460）5075.36kJ 故热收入总值为：QsQw+Qy+Ql+Qc218427.82kJ（2）计算热支出 Qz热支出项包括：

54、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，喷溅物理（金属热） ，轻烧白云石分解热，热损失，废钢吸热。1）钢水物理热 Qg：先根据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，以及要求的过热度（一般为 5090）确定出钢温度Tg；最后由钢水量和热容算出物理热。 Tg1536（0.1065+0.185+0.02030+0.02125）61520（式中:0.10，0.18，0.020，和 0.021 分别为终点钢水 C、Mn、P 和 S 的含量） Tz1520+50+50+601680（式中：50，50 和 60 分别为出钢过程中的温降、镇静及炉后处理过程中的

55、温降和过热度） Qg90.3770.699（152025）+272+0.837（16801520）131130.20kJ2）炉渣物理热 Qr：令终渣温度与钢水温度相同，则得： Qr13.0661.248（168025）+20929717.83 kJ3）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（表 2-23）表 2-23 某些物料的物理热项目参数（kJ）备注炉气物理热11.58 1.137（145025）18762.211450系炉气和烟尘的温第 18 页度烟尘物理热1.50.996（145025）+2092442.45渣中铁珠物理热0.78 0.699（152

56、025）+272+0.887（16801520）1267.871520系钢水熔点喷溅金属物理热10.699（152025）+272+0.887（16801520）1457.33合计Qx23929.864）生白云石分解热 Qb：根据其用量、成分和表 2-20 所示的热效应计算 Qb2.5（36.401690+25.601405）2437.10 kJ5）热损失 Qq：其它热损失带走的热量一般约占总热收入的 38，在这取 5，则Qq218427.67510921.38kJ6）废钢吸热 Qf：用于加热废钢的热量系剩余热量，即：Qf=Qs-Qg-Qr-Qx-Qb-Qq=20291.29故废钢加入量 Wf

57、 为：Wf20291.2910.699（152025）+272+0.837（16801520） 13.98kg故废钢比为：13.98/(100+13.98) 100%=12.27%热平衡表计算结果列于表 2-24表 2-24 热平衡表收入支出项目热量（kJ）项目热量（kJ）铁水中物理热114500.0052.42钢水物理热131130.2060.34元素氧化热和成渣热98266.0644.99炉渣物理热29717.8313.68其中 C 氧化57229.8526.20废钢吸热20291.299.29Si 氧化23361.6010.70炉气物理热18762.218.59Mn 氧化2769.481

58、.27烟尘物理热2442.451.12P 氧化3416.401.57渣中铁珠物理热1267.870.58Fe 氧化6296.292.88喷溅金属物理热1457.330.67成渣2SiO3133.081.43轻烧白云石分解热2437.101.11成渣25PO2059.360.94热损失10921.385.00第 19 页烟尘氧化热5075.362.32炉衬中碳的氧化热586.250.27合计218427.67100.00合计218427.67100.00应当指出：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

59、入部分占总热收入的 0.81.0，热支出部分约占 0.50.8，二者基本持平。 热效率%100热收入总量废钢吸热炉渣物理热钢水物理热 =82.93% 若不计炉渣带走的热量时： 热效率%100热收入总量废钢吸热钢水物理热 =69.32%第 20 页3 顶底复吹转炉设计氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。本章以顶底复吹转炉为重点，对其炉型、炉衬、炉体金属结构和倾动机构以及底部供气构件进行选型和设计。顶底复吹转炉是继氧气顶吹转炉和底吹转炉之后，于 70 年代中期出现的一种新型转炉炼钢设备。顶底复吹兼有顶吹易于控制成渣过程和底吹可以增大熔池搅拌器强度的优点，是节能降耗、扩大品种、提高产品质量的有效途径；

60、特别对于容量较大的转炉，更具有其优越性。因此，近几年来获得迅速发展。据报道，日本基本淘汰了单纯顶吹法，国内转炉的发展方向也是积极采用复吹。3.1 炉型设计3.1.1 炉型选择本设计转炉公称容量为 150 吨，属于大中型转炉，采用筒球形炉型。3.1.2 主要参数的确定。（1）炉容比：由于复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳，其钢渣喷溅高度相应低于后，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，即复吹转炉一般也取 0.850.95m3/t 炉容比取 0.92m3/t。（2）熔池尺寸： 1）熔池直径GDKt=4.90m1.6150 /16D 式中 D熔池直径，mG新炉金属装入