设计一座年产150万吨良坯氧气转炉炼钢车间设计说明书

1、华北理工大学轻工学院QingGongCollegeNorthChinaUniversity of Science and Technology毕毕业业设设计计说说明明书书设计题目：设计一座年产设计题目：设计一座年产 150150 万吨良坯氧气转炉炼钢车间万吨良坯氧气转炉炼钢车间学生：学生：马勇蕾马勇蕾学学 号号：3 3 专业班级：专业班级：1111 冶金冶金 4 4 班班 学学 部：材料化工部部：材料化工部 指导教师：贾雅楠指导教师：贾雅楠2015 年 06 月 01 日I / 73摘 要本设计为设计一座年产 150 万吨的氧气转炉炼钢车间，主要产品是低碳钢和薄板坯。设计包括车间生产规模，各主

2、要系统，方案的选择和确定。车间主要设备的计算与确定，以与先进技术的选择和利用等。本设计的重点是车间的主要系统的方案确定。包括铁水供应系统，散装料供应系统，铁合金供应系统，铁水预处理系统，烟气净化系统，炉外精炼系统，浇注系统，炉渣处理系统等。这些方案都是经过比较而确定的较合理的设计方案，并且采用了国外的先进技术。本设计主要包括转炉炉型计算、氧枪计算、烟气净化系统计算与选择、炉外精炼的设备选择、车间设备的计算以与各跨间的布置，还包括连铸生产能力和车间各部分的尺寸。另外本设计还采用了许多新技术，如：溅渣护炉技术、铁水镁基预脱硫技术等，这些技术均已达到国际先进水平。关键词: 60 吨氧气顶吹转炉；车间

3、设计；系统。AbstractThis design is a steel-making plant with two sets of oxygen converters of 200 tons, which can produce threepoint five million tons of casting blank per year.It consist of the plant scale choosing and ensuring main system, the calculation and ensuring of the main equipment, and also inc

4、luding some new technology.The importance of the design is conforming the main system of the plant, including the system molten iron provided, the providing system of laxity, the providing system of ferroalloy, pretreatment of molten iron, the cleaning system ,the treatment system of slag and so on.

5、Compared with other schemes, these methods are quite adaptable to this design and they are advanced technologies in the world. The followings are mainly included in the design: the calculation of the converter, the calculation of oxygen-lance, the calculation and selection of flue-gas cleaning syste

6、m, the calculation of the workshop equipment and the arrangement of each span. Whats more, the design has adopted a lot of new technologies such as:slag-splash to protect the stove, molten iron predesulphurizing based on magnesium and so on. These technologies are all reached the advanced level in t

7、he world.Keywords: BOF of60tons,convert,the calculation of the plant design, systemIII / 73目 录摘要 IABSTRACTII第 1 章绪论 11.1 钢铁工业在国民经济中的地位和作用 11.2 炼钢工艺的发展与现状 11.3.本章小结 2第 2 章产品方案与金属料平衡估算 32.1 产品大纲 32.2 全厂金属料平衡估算 32.3 技术可行性 4第 3 章转炉车间生产工艺流程 53.1 设计原始条件 53.2 生产工艺流程图 53.3 本章小结 7第 4 章转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算 84.1 物料

8、平衡计算 84.2 热平衡计算 154.3 本章小结 20第 5 章原料供应与铁水预处理方案 215.1 原料供应 215.2 铁水预处理方案 245.3 本章小结 25第 6 章转炉座数与其年产量核算 266.1 转炉容量和座数的确定 266.2 车间生产能力的确定 266.3 确定转炉座数并核算年产量 27第 7 章转炉炉型选型设计与相关参数计算 297.1 转炉炉型设计 297.2 转炉炉衬设计 327.3 转炉炉体金属构件设计 33第 8 章转炉氧枪设计与相关参数计算 358.1 氧枪喷头尺寸计算 358.2 60T 转炉氧枪枪身尺寸计算 38第 9 章炉外精炼设备选型 419.1 炉

9、外精炼的功能 419.2 LF 精炼炉 419.3 RH 精炼炉 42第 10 章连铸机设备选型与相关参数确定 4310.1 连铸机机型选择 4310.2 连铸机主要参数的确定 4310.3 连铸机生产能力的计算 46第 11 章烟气净化系统的选型与相关计算 5011.1 转炉烟气净化与回收的意义 5011.2 转炉烟气净化与回收系统 5011.3 回收系统主要设备的设计和选择 5211.4 计算资料综合 53第 12 章车间工艺布置方案 5412.1 车间工艺布置方案 5412.2 转炉跨布置 5412.3 连铸各跨布置 5812.4 装料跨布置 61结论 63参考文献 64辞 661 /

10、73第 1 章 绪论1.1 钢铁工业在国民经济中的地位和作用钢铁工业是国国民经济的支柱产业，是国民经济的中的主导产业。而钢铁材料是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占 90%以上。人们生活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁材料。钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量，都有着极大的影响。世界经济发展到今天，钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到根本性影响，而且，在可预见的围，这个地位也不会因世界新技术和新材料的进步而削弱。纵观世界主要发达国家的经济发展史，不难看出钢铁材料工业的发展

11、在美国、前联、日本、英国、德国、法国等国家的经济发展中都起到了决定性作用。这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车、造船、机械、电器等工业的发展和经济的腾飞都发挥了至关重要的作用。美国钢铁工业曾在 20 世纪 7080 年代遭到来自日本为主的国外进口材料的冲击而受到重创，钢铁产品生产能力急剧下降，但经过十几年的改造和重建，终于在 20 世纪90 年代中期恢复到其原有的钢铁生产规模，为其维持世界强国地位继续发挥着重要作用。由此可见钢铁工业在公民经济的重要作用，并且钢铁工业在整个国家的发展中都起着举足轻重的作用。1.2 炼钢工艺的发展与现状展望 21 世纪，转炉炼钢技术的发展将会出现以

12、下发展趋势。1.2.1 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。1.2.2 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,

13、年产炉数15000 炉，转炉炉龄15000 炉。1.2.3 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。1.2.4 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

14、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。1.3.本章小结目前我国正处在发展中的关键阶段，国民经济实力需要大力提升，各个方面的硬件设施都需要大力完善，而钢铁行业在其中起着举足轻重的作用，例如在国民生产中就会大量的需要建筑材料，特种钢材等等。国民经济水平也需要钢铁行业来做有力的支撑。现在，我国的钢铁产量虽然居世界首位，但是我们还要每年从国外进口很多的钢材，这是由于我国的技术力量还达不到，生产不出某些高尖端的钢种，所以我们只能依靠到国外去进口，从这一角度来说我国虽然是一个

15、钢铁大国，但是并不是一个钢铁强国，因此我们在修建钢铁厂的时候要注意加大高新技术的投入量，改进现有的设备和技术。做到科学合理布局，转炉炼钢，精练，连铸一体化，提高原材料使用率，降低能耗，减少污染，高效生产高质量钢材。3 / 73第 2 章 产品方案与金属料平衡估算2.1 产品大纲本设计产品大纲的基本原则是：生产有竞争力的优势产品，坚决淘汰落后的产品。主要有碳素工具钢、碳素结构钢、轴承钢三大钢系。见表 2-1。表表 2-12-1 本设计钢厂生产钢种本设计钢厂生产钢种钢 种钢号年产量/万 t断面形状断面尺寸/mmmm比例/%T1010矩形400400碳素工具钢T8Mn10矩形40040016.7Q2

16、3540矩形400400碳素结构钢Q27520方形200150050.0GCr1520方形2001500轴承钢GCr18Mo20方形200150033.32.2 全厂金属料平衡估算估算示意图：高炉产量混铁车铁水预处理(99%)转炉 360t(93%)废钢铁铁合金炉外精炼(96.7%)250250、1800200弧形连铸机(95.0%)热连轧机(92%)大方坯(75)小方坯(75)158.521.61.2177.6167.3156.8164.4150图 2-1 全厂金属平衡示意图(单位：万 t)该图为本设计年产钢 150 万 t 转炉炼钢厂的模型，由于在冶炼过程中的生产工艺的不同，在各生产阶段的

17、金属收得率不一样，同时还有一定量的金属流失而不可回收。生产过程中作为直接回收炉料的那一部分返回废钢为全部炉料的 6.0%,它与成品量之比达 7.9% ,占钢水量的 6.4%。所以，返回废钢的合理利用是钢厂配料的重要环节之一。总废钢比按钢水总量的 18%计算为 21.6 万 t。2.3 技术可行性本设计最终是为了生产高附加值的钢材，那么就要对工艺技术采取优化。为了更好地生产大纲中所例产品，本设计考虑采用优质铁水、铁水预处理、转炉少渣冶炼、挡渣出钢、钢水多功能炉外精炼与钢水全过程保护浇铸先进工艺。在原来的基础上使其更优化，设计出适合本设计要求的技术方案。5 / 73第 3 章 转炉车间生产工艺流程

18、3.1 设计原始条件表表 3-13-1 原始铁水成分原始铁水成分元素CSiMnPS铁水成分/%3.24.00.650.900.450.530.270.320.020.05铁水温度：12853.2 生产工艺流程图3.2.1 混铁车高炉铁水直接热装入转炉时有混铁炉和混铁车两种方式。考虑到投资占地方面，本设计中采用混铁车。因为其受铁口有盖，在运输过程中热损失较小。混铁车的结构如图，其形状可保证有较小的热损失。混铁车装有倾动机构，可使炉身转动向外倒铁，因此，不需建设专门的厂房，只需在主厂房留出必要的倒铁水位置。其容量根据转炉容量而言，一般为转炉容量的整数倍，并与高炉出铁量相适应。3.2.2 铁水预处理

19、初脱 Si、P、S分析本设计中铁水成分发现，铁水成分中 Si、P 含量较高，S 含量较低。通常铁水中的硅含量为 0.30%0.60%，Si 的氧势高于 P 的氧势，脱 P 前必须先脱 Si。但铁水中的硅是炼钢中的一种很重要的热源，对增加废钢比很有利，充分利用其热能可以提高吨铁的钢产量。对硅含量要求不高的钢钟可以不考虑预处理脱硅，反之可以利用其有利优势增加废钢量。铁水磷含量偏高，可以在混铁车喷吹生石灰类熔剂，进行脱磷反应。脱磷还可以在转炉吹炼时进一步脱除，即在铁水预处理时只需向混铁车喷吹一定量的生石灰熔剂即可。本设计中铁水含 S 量在正常围，对于普通钢种对 S 要求不高可以免除铁水预处理脱 S。

20、对特殊钢而言则在预处理采用向混铁车高速喷射 CaO-Mg 脱 S 粉剂，让其脱除，从而达到要求。3.2.3 顶底复吹转炉顶底复吹转炉有良好的冶金效果，碳氧反应接近平衡，冶炼低碳钢时避免了钢水的过氧化，有良好的脱磷、脱硫能力，提高了终点残锰量。石灰单耗低，渣量少，铁水收得率高，吹炼平稳，喷溅少。为了大幅度提高转炉炉龄,采用复吹转炉溅渣护炉工艺技术：(1) 采用高(FeO)炉渣溅渣工艺,注重对终渣(MgO)含量的调整；(2) 前期用轻烧白云石造渣, 控制过程渣(MgO)在 6%8%围(质量分数)；(3) 后期加入终渣改质剂采用高(MgO)炉渣操作工艺,炉渣改质后进行溅渣操作；(4) 溅渣注重对炉形

21、和炉底的控制,保持良好的炉膛型形状。(5) 控制好炉底,加强对炉底供气元件蘑菇头的维护和控制。采用上述溅渣工艺技术后,不仅炉龄大幅度提高,而且底吹元件得到良好的维护。3.2.4 炉外精炼随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂需要炉外精炼工艺，炉外精炼技术是一项提高产品质量，降低成本的先进技术，是现代化钢铁企业不可缺少的重要环节。它可以提高炼钢设备的生产能力，改善钢材质量，降低能耗，减少耐材、能源和铁合金消耗，从而提高企业的竞争力。LF 炉精炼工艺要求尽快形成泡沫渣，实现埋弧精炼。出钢过程加精炼渣渣洗有利于快速成渣，缩短 LF 精炼造渣时间。LF 泡沫渣的形成需要气泡源,精炼渣

22、中的 Na2CO3 分解产生 CO2，CO2气体弥散分布在渣中，同时，CO2气体与渣中的碳反应产生 CO，使气体体积成倍增长。这样,泡沫渣的形成就有了充足的气泡源,有利于实行埋弧精炼，减少了电弧的裸露；有利于提高加热效率，缩短供电时间，节约能源，而且使精炼时间缩短，提高了劳动生产率，同时对延长炉盖和包衬的寿命具有重要意义。钢水精炼是提高钢的质量、扩大钢的品种、优化炼钢工艺流程、提高生产效率的重要手段，是生产洁净钢不可缺少的关键工艺环节。3.2.5 连铸连轧连铸可以简化工序，缩短流程，提高金属收得率，降低能耗，生产过程采用机械化，自动化程度高，提高产量，扩大了品种。7 / 733.3 本章小结2

23、1 世纪的钢铁工业在世界经济中仍占支柱地位，同时也将经历激烈的竞争。薄板坯连铸连轧技术已受到了世界各国的普遍重视，它的推广应用改变了钢铁工业的面貌，带来了巨大的经济效益和社会效益。虽然目前还存在着较多问题,但可以相信，在各国科研工作者的共同努力下，薄板坯连铸连轧技术与产品将会进一步发展。第 4 章 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算4.1 物料平衡计算4.1.1 计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种与成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂与炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分与回收率；其他工艺参数。表 4-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值表 4-2 原材料成分 成分含量

24、/%类别CSiMnPS钢种 Q235 设定值0.180.25.0.550.0450.050铁水设定值4.000.800.500.300.035废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值0.10痕迹0.150.0200.021成分含量/%类别CaSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰88.002.50.2.601.500.500.10 0.060.10萤石0.305.500.601.601.5088.000.90 0.101.50生白云石36.400.8025.601.0036.20炉衬1.203.0078.801.401.60

25、14.0焦炭0.58 81.5 12.4 5.52 成分回收率/%类别CSiMnAlPSFe硅铁73.00/750.50/802.50/00.03/1000.05/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.8/800.13/1000.23/10024.74/1009 / 73表 4-3 铁合金成分（分子）与其回收率（分母）表 4-4 其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度w(CaO)/w(SiO)=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

26、0.3气化去硫量占总去硫量的 1/3终渣w(FeO)含量(按向钢中传氧量w(Fe2O3)1.35w(FeO)折算)15而 (Fe2O3)/ (FeO)=1/3,即金属中C的氧化产物 w(Fe2O3)5，w(FeO)=8.25金属中C的氧化物90C 氧化成CO，10C 氧化成CO2烟尘量为铁量的 1.5(其中w(FeO)为 75w(Fe2O3)的20)废钢量由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的13.35，即废钢比为 11.78喷溅铁损为铁水量的 14.1.2 物料平衡的基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、轻烧白云石） 、氧气、炉衬蚀损、铁合金。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、

27、炉气、喷溅。4.1.3 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与其成分。总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬腐蚀和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表 4-5表 4-7。总渣量与成分如表 4-8 所示。表 4-5 铁水中元素的氧化产物与其成渣量元素反应产物元素氧化量/耗氧量/产物量/备注CCO3.9090%=3.514.0118.190CCCO23.9010%=0.390.8911.430SiSi(SiO2)0.800.9141.714入渣MnMn(MnO)0.350.1020.452入渣PP(P2O5)0.280.3610.641入渣SSO20.0141/3=

28、0.0050.0050.010SS+CaO(CaS)+(O)0.0142/3=0.009-0.0050.021入渣FeFe(FeO)1.06556/72=0.8310.2381.069入渣（表 5-8）Fe(Fe2O3)0.600112/160=0.4210.1810.602入渣（表 5-8）合计6.5966.698成渣量4.499入渣组分之和由 CaO 还原出的氧量；消耗 CaO 量=0.00956/32=0.016。表 4-6 炉衬腐蚀的成渣量成渣组分/气态氧化物/耗氧量/炉衬蚀损渣量/ CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO，CO20.3(表 5-4)0.0040.

29、0090.2360.0040.0050.0880.0150.062合计0.2580.1040.062表 4-7 加入溶剂的成渣量成渣组分/气态氧化物类别加入量 CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤石0.50.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.440.008白云石2.50.910.640.020.0250.905石灰6.675.8540.1730.1670.10.0330.0070.0090.0070.3090.002合计6.7650.8160.2150.1330.0410.0120.010.440.0151.214

30、0.002成渣量8.43211.2305.石灰加入量：渣中已含 CaO=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.900；渣中已含SiO2=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767；因设定终渣碱度 R=3.5，故石灰加入量为：5.285/(88.0%-3.52.50%)=6.67.石灰加入量=(石灰中 CaO 含量）-（石灰中 SCaS 自耗的 CaO 量）表 4-8 总渣量与其成分炉渣成分/ CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5 CaS合计元素氧化成渣1.710.4521.0650.60.410.0214.264石灰石成渣量5.8

31、540.1670.1730.10.0330.0070.0096.343炉衬蚀损成渣0.0040.0090.236 0.0040.0050.258生白云石成渣0.910.020.640.0251.595萤石成渣量0.0020.0280.003 0.0080.0080.440.0050.0010.495总成渣量6.771.9341.052 0.1370.4521.0650.6460.440.4220.03112.955质量分数/%52.2614.938.121.063.498.255.003.403.260.24100.表中除(FeO)和(Fe2O3)以外的总渣量为 6.779+1.934+1.0

32、52+0.137+0.452+0.440+0.422+0.031=11.238，而终渣 (FeO)=15%(表 5-4)，故总渣量为 11.238/86.75%=12.955。11 / 73.(FeO)=12.9108.25%=1.069 (Fe2O3)=12.9105%-0.033-0.005-0.008=0.602第二步：计算氧气消耗量。氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。见表 4-9表 4-9 实际耗氧量耗氧项/供氧项/实际耗氧量/铁水中元素氧化耗氧量（表 4-5） 6.698炉衬中碳氧化消耗氧量（表 4-6） 0.062石灰中 S 与 CaO 反应还原出的氧化量（表 5-7）0.

33、002烟尘中铁氧化消耗氧量（表 4-4） 0.340炉气自由氧含量（表-10） 0.057合计 7.157合计 0.0027.157-0.002+0.064=7.219第三步：计算炉气量与其成分。炉气中含有 CO、CO2、N2、SO2和 H2O.其中 CO、CO2、SO2和 H2O 可由表 4-5表 4-7 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 VV=+0.5%V+ (V) gV991%5 . 0324 .22sGxV=5 .9832/4 .22007. 010. 77 . 0998. 79950.987 . 099VxGsVg=8.089 m式中 VgCO、CO2、

34、SO2和 H2O 各组分总体积，m。本计算中其值为：=7.998m184 .22015. 0644 .22010. 0444 .22659. 2284 .22278. 8 Gs不计自由氧的氧气消耗量，。本计算中其值为：6.698+0.062+0.34=7.10（见表 5-9） Vx石灰中的 S 和 CaO 反应还原出的氧量（其质量为：0.002，见表 4-9） ，m。0.5%炉气中自由氧含量。 99自由氧纯度为 99%转换得来。计算结果列于表 4-10表 4-10 炉气量与其成分炉气成分炉气量/炉气体积/ m体积分数/%CO8.2788.27822.4/28=6.62281.87CO22.65

35、92.65922.4/44=1.35316.73SO20.0100.01022.4/64=0.0040.04H2O0.0150.01522.4/18=0.0190.23O20.0570.040.50N20.0640.0510.63合计11.0838.089100.00.炉气中 O2 的体积为 8.089*0.5%=0.040m；质量为0.04032/22.4=0.057。.炉气中 N2 的体积系炉气总体积与其他成分体积之差；质量为0.051*28/22.4=0.064第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。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 100-6.596-1.50

36、(75%56/72+20%112/160)+1+12.9556% 90.542由此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表 4-11表 4-11 未加废钢时的物料平衡表收入支出项目质量/%项目质量/%铁水10085.33钢水90.5476.82石灰6.675.69炉渣12.9610.00萤石0.500.43炉气11.089.40生白云石2.502.13喷溅1.000.85炉衬0.300.26烟尘1.501.27氧气7.216.16渣中铁珠0.770.66合计117.39100.00合计117.55100注：计算误差为（117.39-117.55）/117.39100%=-0.1%第五步：

37、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 4-1 中的数据先确定废钢种元素的氧化量与其消耗量和成渣量（表 4-12） ，再将其与表 4-11 归类合并，逐得到加入废钢后的物料平衡表 4-13 和表 4-14。表 4-12 废钢中元素的氧化产物与其成渣量元素反应产物元素氧化量/耗氧量产物量 进入钢中的量/13 / 73CCO13.350.08%90%=0.0100.0130.023CCCO213.350.08%90%=0.0010.0030.004SiSi(SiO2)13.350.25%=0.330.0380.071MnMn(MnO)13.350.37%=0.0490.

38、0150.065PP(P2O5)13.350.01%=0.0010.0010.002SSO213.350.009%1/3=0.00040.00040.0008SS+CaO(CaS)+(O)13.350.009%2/3=0.0008-0.00040.002合计0.0950.0713.35-0.095=13.255成渣量/0.14表 4-13 加入废钢的物料平衡表（以 100铁水为基础）收入支出项目质量/%项目质量/%铁水10076.56钢水90.54+13.25=103.7979.06废钢13.3510.22炉渣12.96+0.14=13.109.98石灰6.675.107炉气11.08+0.0

39、28=11.108.46萤石0.50.383喷溅1.000.76轻烧白云石2.51.914烟尘1.501.14炉衬0.30.230渣中铁珠0.780.59氧气7.295.5820合计130.61100.00合计130.77100.00注：计算误差为（130.61-130.77）/130.61100%=-0.1%表 4-14 加入废钢的物料平衡表（以 100铁水+废钢为基础）收入支出项目质量/%项目质量/%铁水88.2076.56钢水91.5579.06废钢11.7710.22炉渣11.569.98石灰5.895.11炉气9.808.46萤石0.440.38喷溅0.880.76轻烧白云石2.21

40、1.92烟尘1.321.14炉衬0.260.23渣中铁珠0.690.6氧气6.435.58合计115.40100合计115.60100第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。现根据钢种成分设定值（表 4-1）和铁合金成分与其回收率（表 4-3）算出锰铁和硅铁的加入量，在计算其元素的烧损量。将所有的结果与表 4-14 合并，与得到炼一炉钢的总物料平衡表。锰铁加入量 WMn 为：钢水量回收率量锰铁含终点钢种MnMnwMnWMnMnw59. 055.91%80%80.67%15. 0%50. 0 硅铁加入量 WSi 为： 回收率量锰铁含加锰铁后的钢水量终点钢种SiSiSi)SiwSi(WFeSiMnw

41、wkg42. 0%75%00.73002. 0)51. 055.91(%25. 0 铁合金中元素烧损量和产物量列于表 4-15。脱氧和合金化后的钢水成分如下：%14. 0%10039.92035. 0%10. 0)(wC%25. 0%10039.92230. 0002. 0) i(wS%05 . 0%10039.92002. 0320. 0%51 . 0)(wMn%021. 0%10039.92001. 0%020. 0)(wP%022. 0%10039.92001. 0%021. 0)(wS表 4-15 铁合金中元素烧损量和产物量类别元素烧损量脱氧量/成渣量/炉气量/入钢量C0.596.60

42、%10%=0.0040.0110.0150.596.60%90%=0.035锰铁Mn0.5967.80%20%=0.0800.0230.1030.5967.80%80%=0.32015 / 73Si0.590.50%25%=0.0010.0010.0020.590.50%75%=0.002P0.590.23%=0.001S0.590.13%=0.001Fe0.5924.74%=0.146合计0.0850.0350.1050.0150.505Al0.422.50%100%=0.0110.0100.021Mn0.420.50%20%=0.00040.00010.0010.420.50%80%=0.

43、002Si0.4273.00%25%=0.0770.0880.1650.4273.00%75%=0.230P0.420.05%=0.0002S0.420.03%=0.0001Fe0.4223.92%=0.100硅铁合计0.0880.0980.1870.332总计0.1730.1330.2920.0150.837可见，含碳量尚未达到设定值。为此需在钢包加焦炭增碳。其加入量 W1 为：钢水量回收率量焦炭含）（CC14. 018. 0W1）（0.0692.3975%81.50%14. 018. 0焦粉生成的产物如下：碳烧损量/耗氧量/气体量/成渣量/碳入钢量/0.0681.50%25%=0.0120

44、.0320.044+0.06（0.58+5.52）%=0.0470.0612.40%=0.0070.0681.50%75%=0.037由此可得整个冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表 4-16。表 4-16 总物料平衡表收入支出项目质量/%项目质量/%铁水88.274.47钢水91.55+0.837+0.037=92.4277.24废钢11.779.94炉渣11.56+2.92+0.007=14.4912.11石灰5.894.97炉气9.80+0.015+0.047=9.868.24萤石0.440.37喷溅0.880.74轻烧白云石2.211.87烟尘1.321.10炉衬2.261.91

45、渣中铁珠0.690.57氧气6.65.57锰铁0.590.50硅铁0.420.35焦粉0.060.05合计119.44100.00合计119.56100.计算误差为(119.44-119.56)/119.44100%=-0.1%.可以近似的认为(0.133+0.032)的氧量系出钢水二次氧化带入。4.2 热平衡计算4.2.1 计算所需的原始数据计算所需的基本原始数据有：各种入炉料与产物的温度（表 4-17） ；物料平均热熔（表 4-18） ；反应热效应（表 4-19） ；融入铁水的元素对铁水熔点的影响（表 4-20） 。其他工艺参数参照物料平衡选取。表 4-17 入炉物料与产物的温度设定值入炉

46、物料产物名称铁水废钢其他原料炉渣炉气烟尘温度/12852525与钢水一样14501450表 4-18 物料平均热熔物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热熔 kJ/（K）0.7450.699-1.0470.996-融化潜热 kJ/218272209209209-液态或气态平均热熔kJ/（K）0.8370.8371.248-1.137表 4-19 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应/kJk mol-1/kJkg-1CC+1/2 O2=CO 氧化反C+ O2=CO2氧化反应41807234834SiSi + O2= (SiO2 氧化反应81768229202MnMn +1

47、/2 O2= (MnO) 氧化反应3617406594P2P+5/2 O2= (P2O5) 氧化反应117656318980FeFe +1/2 O2= (FeO) 氧化反应2382294250Fe2Fe +3/2 O2= (Fe2O3) 氧化反应7224326460SiO2(SiO2)+2(CaO)=(2CaOSiO2) 成渣反应971331620P2O5(P2O5)+4(CaO)=(4 CaOP2O5) 成渣反应6930544880CaCO3CaCO3=(CaO)+ CO2 分解反应169050169017 / 73MgCO3MgCO3=MgO+ CO2 分解反应1180201405表 4-

48、20 融入铁水的元素对铁熔点的降低值元素CSiMnPSAlCrN、H、O在铁中极限溶解度/%5.4118.5无限2.80.1835.0无限融入 1%元素使铁熔点降低值/65707580859010085302531.5N、H、O 融入使铁熔点降低值/=6适用含量围/%11.02.02.53.03.54.03150.70.081184.2.2 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；元素氧化热与成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。(1) 铁水物理热WQ先根据纯铁熔点、铁水成分以与溶入元素对铁熔点的降低值(见表 4-17、表 4-1 和表 4-20)计算铁

49、水熔点 Tt，然后由铁水温度和生铁热容(见表 4-17 和表 4-18)确定 。WQ =1536(4.0100+0.88+0. 55+0.330+0.03525)6=1111 ()tT =100 0.745(111125)+218+0.837(12851111)WQ=117270.8(KJ)(2) 元素氧化热与成渣热yQ由铁水中元素氧化量和反应热效应(见表 4-19)可以算出，其结果列于表 4-21。 表表 4-214-21元素氧化热和成渣热元素氧化热和成渣热SiSiO20.8029202=23361.6P2O54CaOP2O50.4224880=2059.36MnMnO0.4206594=2

50、769.48SiO22CaOSiO21.9341620=3133.08FeFeO0.8314250=3531.75合计 Qy97327.48(3) 烟尘氧化热CQ由表 5-4 中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。1.5(7556/724250+20%112/1606460)=5075.35kJCQ(4) 炉衬中碳的氧化热0.31490116390.3141034834586.25kJ1Q故热收入总量为=117270.8+97327.48+5075.35+586.25=220259.88SQWQyQCQ1QkJ第二步：计算热支出。ZQ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

51、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，后者约为 35/min，具体时间与盛钢桶大小和浇注条件有关)以与要求的过热度(一般为 5090)确定出钢温度 TZ ；最后由钢水热容算出物理热。Tg1536(0.10650.1550.020300.02125)61522式中，0.10、0.15、0.020 和 0.021 分别为终点钢水中 C、Mn、P、S 的含量。TZ15225050701692式中，50、50、70 分别为出钢过程中的温降、镇静与

52、炉后处理过程中的温降和过热度。Qg90.540.699(1522-25)2720.837(1692-1522)132251.14kJ(2) 炉渣物理热 Qr令终渣温度与钢水温度一样，则得：Qr12.9551.248(1649-25)20928964.17kJ(3) 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19 / 73度和热容确定。详见表 4-22。表表 4-224-22某些物料的物理热某些物料的物理热项 目参 数/kJ备 注炉气物理热11.0831.137(145025)=179571450系炉气和烟尘的温度烟尘物理热1.50.996(145025)+209=2442

53、.45渣中铁珠物理热12.9556% 0.699(152025)+272+0.837(16921522)=1134.31522系钢水熔点喷溅金属物理热10.699(152225)+272+0.837(16921522)=1460.7合计Qx22994(4) 生白云石分解热 Qb 根据其用量、成分和表 5-19 所示的热效应计算的。Qb2.5(36.40169025.601045)2437.10kJ(5) 热损失 其他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 220259.88511012.99kJ(6) 废钢吸热 Qf 用于加热废钢的热量系剩余热量，即QfQSQgQrQxQ

54、b =220259.88132251.14289641011012.99=22600.48故废钢加入量为：fWf 0272251522699. 0148.22600 15.47kg即废钢比为：%4 .13%10047.1510047.15热平衡计算结果列于表 4-23。热效率热收入总量热废钢吸热钢水物理热炉渣物理100 =（132251.14+28964.17+11012.99）/220259.88=78.19%若不计算炉渣带走的热量时：热效率%04.65100热收入总量钢水物理热废钢吸热表表 4-234-23热平衡表热平衡表收入支出项目热量

55、/kJ项目热量/kJ铁水物理热117270.8353.24钢水物理热132251.1460.04元素氧化和成渣热97327.4844.19炉渣物理热28964.1713.15其中 C 氧化54438.1524.72废钢吸热22600.4810.26Si 氧化23361.610.61炉气物理热179578.15Mn 氧化2769.481.26烟尘物理热2442.451.11P 氧化6251.412.84渣中铁珠物理热1134.30.52Fe 氧化3133.081.42喷溅金属物理热1460.70.66SiO2成渣2059.360.93轻烧白云石分解热2437.11.11P2O5成渣1859.28

56、0.84热损失11012.995.00烟尘氧化热5075.352.30炉衬中碳的氧化热586.250.27合计220260.33100合计220260.33100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，其热收入部分约占总热收入的 0.81.0，热支出部分约占0.50.8，二者基本持平。4.3 本章小结本章主要对转炉炼钢的物料平衡和热平衡做了详细计算。21 / 73第 5 章 原料供应与铁水预处理方案5.1 原料供应5.1.1 铁水供应铁水是转炉炼钢的主要材料，一般在新建钢铁厂时彩高炉直接供应。高

57、炉铁水直接热装入转炉时又有混铁炉和混铁车两种方式。采用混铁炉时能保持铁水成分和温度均匀稳定，有利转炉吹炼。但混铁炉需要多倒一次铁，增加温度损失，而且混铁炉投资相对较大，占地也多。随着高炉的大型化和炼铁操作的精确化，高炉铁水成分波动减小；又因转炉的大型化，混铁炉的混合作用已不明显。因此，混铁车在大中型转炉炼钢已被广泛采用，由于其受铁口有盖，在运输过程中热损失较小，特别是高炉距离炼钢车间较远时，用混铁车更为有利。混铁车即混铁炉型铁水罐车。兼有运送和贮存铁水的两种作用。采用混铁车供应铁水的优点：(1) 投资省（不另建混铁炉、铁水罐和起重吊车数量可减少） ；(2) 作为铁水运输设备比较适应高炉大型化；

58、(3) 从高炉向转炉运送铁水温降小，减少铁水转移过程的热损失，铁水粘罐损失少；(4) 操作简便、维修费用低。综合考虑，采用混铁车供应铁水。混铁车的形状可保证有较小的热损失。混铁车装有倾动机构，可使炉身转动向外倒铁，因此，不需建设专门的厂房，只需在主厂房留出必要的倒铁水位置。混铁车的容量根据转炉容量而定，一般为转炉容量的整数倍，并与高炉出铁量相适应。转炉炼钢车间所需混铁车台数 N(台)计算式如下： (5-1)22maxNQncPPN式中 高炉铁水最高日产量，t/d；maxP混铁车容量，t；Qn混铁车装满系数，可取 0.9；c混铁车日周转次数，一般取 23 次/d；混铁车作业率，约取 0.75；钢

59、锭模车间所需铁水量，t/d；2P钢锭模车间所需混铁车台数。2N混铁车容量系列参考数据见下表：表表 5 5-1 1 混铁车系列参考数据混铁车系列参考数据5.1.2 废钢供应(1) 废钢加入量转炉炼钢中的废钢比一般在 10%左右，因为废钢比随炉容大小和铁水中Si、P 含量变化而变动。为了增加废钢在转炉冶炼中的比例，除了在转炉炼钢过程中使用高温铁水外，还可以采用二次燃烧氧枪在复吹转炉底部喷吹部分燃料，增加转炉热量。 (2) 废钢存放注意事项废钢应尽量分类存放，特别是含合金元素的废钢。另外对废钢中的易爆物和密闭容器要十分注意清理和处理，保证生产安全。对外形尺寸和单重过大的废钢，应预先进行解体和切割，单

60、块废钢的单重应小于 0.5 吨，最大废钢边长应小于 0.5 倍炉口直径，应尽量减少轻薄废钢入炉用量。废钢中的硫、磷含量应小于 0.05，夹渣小于 5。大型转炉炼钢车间通常设单独的废钢间，按每炉需用量装入废钢料斗运到炉前。较小的炼钢车间的废钢堆场设在原料跨的一端。废钢间面积的大小决定于废钢需要的堆存用的面积、铁路条数、料槽（或料坑）位置与称量设备占用的面积，高度取决于工艺操作所需要的吊车轨面标高。废钢堆场的面积取决于废钢存储定额（天数） ，当企业有自己的废钢加工站公称容量/t150250300350400600新衬时150250300350400600装铁水量/ t旧衬时180290345400