冶金工程专业毕业论文-设计一个年产450万吨合格铸坯的转炉炼钢车间

第PAGEV页摘要该设计为年产450万吨合格连铸坯的转炉炼钢车间，以生产合金钢为主。设计的主要内容包括:物料平衡和热平衡计算,转炉炉型设计及计算,车间设计,各厂区长度,跨度,高度的确定等。转炉选取2座250吨顶底复吹转炉，精炼系统采用LF和RH两种精炼方式连铸部分采用弧形连铸机。设计采用国际上流行的工艺流程:高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连续铸钢。钢水采用炉外精炼,全连铸。专题部分介绍了如何提高LF精炼脱硫率的措施等。关键词：顶底复吹转炉，物料平衡，热量平衡，炉外精炼，连铸AbstractThedesignisqualifiedfortheannual450milliontonsofsteelmakingcontinuouscastingplanttoproducesteelbased.Designofthemaincontentsinclude:materialbalanceandheatbalancecalculation,andcalculationofconverterfurnacedesign,plantdesign,theplantlength,span,height,determining。Block2,250tonsofconverterselectedtopandbottomblowingconverter,LFandRHrefiningsystemusestwokindsofrefinedway.Castingpartofthecontinuouscastingmachinewithcircular-arctypecontinuouscastingmachine.Adoptinginternationalfashiondesignprocess:hotblastfurnace-ironpretreatment–convertersmelting-secondaryrefining-continuouscasting.Outsidethefurnaceandladlerefiningcasting.Theprojectssectioninconverterisintroduced,improvethedesulfurizationefficiencymeasuresLFrefining.Keyword:combinedtop-bottom-blownconverter，material’sbalance，heatbalance，refiningsteeloutoffurnace，continuouscastingbay目录摘要 IAbstract II绪论 1第一篇设计部分 21产品大纲及工艺流程的选择 21.1产品大纲 31.2产品方案 31.3工艺流程设计 42.物料平衡与热量平衡 52.1物料平衡计算 52.1.1计算所需原始数据 52.1.2物料平衡基本项目 52.1.3计算步骤 72.2热平衡计算 192.2.1计算所需原始数据 192.2.2计算步骤 203转炉主体设备的选择 233.1转炉的选择计算 233.1.1转炉容量计算 233.1.2转炉炉型计算 243.1.3转炉附属设备计算 273.2支承装置 303.3氧枪设计 313.3.1需要氧量计算 313.3.2氧机能力的选择： 313.3.3氧枪喷头设计 323.3.4设计要求 323.3.5喷头参数选择的原则： 323.4氧枪水冷系统 323.4.1氧枪枪身尺寸的确定： 323.5副枪装置 343.6氧气转炉炼钢车间供氧354盛钢桶 354.1盛钢桶的尺寸及计算 414.2盛钢桶质量计算 414.3盛钢桶重心计算 425.车间设计 445.1铁水供应系统 445.2废钢供应系统 445.2.1转炉车间昼夜所需废钢量 445.2.2废钢料斗的容量 445.2.3废钢贮料坑容积或堆放场地面积 455.3散料供应系统 455.4铁合金供应系统 455.5炉外精炼 465.5.2RH设备的选择计算 465.5.3LF精炼炉的选择计算 485.6连续铸钢系统 535.6.1连铸机型的选择 535.6.2主要工艺参数 535.6.3中间包设计计算 575.6.4结晶器的重要参数 595.6.5二冷区水量计算 626车间设计 646.1车间组成 646.2主厂房工艺布置 646.2.1原料跨间布置 646.2.2炉子跨间布置 656.2.3炉子跨各层平台的布置 656.2.4精炼跨的布置 666.2.5连铸设备的布置 676.2.6切割、二次清理跨 676.2.7横移跨 677.炼钢车间烟气净化系统的设计 697.1烟气特征 697.1.1烟气成分 697.1.2烟气温度 697.1.3烟气量 697.2烟尘性质 707.3烟气净化方法的选择 707.4烟气净化系统 707.5烟气净化系统的主要设备 707.5.1烟气收集设备 707.5.2烟气冷却设备 717.5.3除尘设备 717.5.4脱水设备 717.5.5抽气设备 717.6含尘污水处理 717.6.1含尘污水处理工艺 717.6.2污水的回收利用 72第二篇专题研究 73第三篇外文翻译 82参考文献 101致谢 102第102页绪论钢铁作为人类的重要的金属材料，无论在经济建设上还是国防上，都有举足轻重的作用。新中国成立后，我国的钢铁冶炼达到了一定的水平，现在我国年产钢量超过5亿吨，居世界首位。钢铁工业从其出现至今已有150多年历史。从古至今，钢铁工业一直在国民经济中占有着重要的地位。亨利·贝塞麦在1855年发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，第一次解决了铁水直接炼成液态钢的问题。从此以后，钢铁工业作为国民经济的基础，发展极为迅速。1952年奥地利林茨厂第一座LD转炉投产以来，转炉炼钢以强有力的生命力不断发展，至今在钢铁工业中已发展成为占主导地位的炼钢方法。目前，转炉钢产量已占全世界粗钢产量的80%以上。钢铁工业发展极为迅速。为贯彻国家经济政策和技术政策，需要设计出可提高产品质量、增加优良产品种类、并且环保节能的绿色钢厂，本设计设计了一个年产合格连铸坯量为450万吨的炼钢厂使用了两座转炉采用2吹2制运转。本设计的车间，主要生产合金钢，生产出的板坯价格高用量广，市场前景广阔。第一篇设计部分1产品大纲及工艺流程的选择在现代炼钢生产中，顶底复吹转炉炼钢占有重要地位，我国从1980年开始研究转炉复吹技术，到现在转炉复吹技术逐渐成熟，复吹比例逐渐增大，复吹工艺的发展与铁水预先处理和炉外精炼的结合开始形成了现在化炼钢新工艺，使得转炉生产的钢种逐渐增大，给转炉炼钢带来新发展。尤其是顶底复吹转炉技术，其生产能力大，炉数多，生产频率高。因此，在设计确定氧气顶底复吹转炉炼钢车间的总体布置和工艺流程时，必须处理好车间内外部各工序环节的衔接关系，以及与炼铁、轧钢的协调，保证各个流程顺利，互不交叉干扰，各工序作业顺畅，以充分满足生产需要，采用机械化、自动化的操作和管理，且要保证工程项目在建设与通入生产后技术先进、经济合理、安全运行和具有良好的劳动生产条件。所以，合理的选择工艺流程是设计工作的重要环节。本设计采用了国际上流行的工艺流程，即“高炉铁水—铁水预处理—顶底复吹转炉—炉外精炼—连续铸钢”的流程，钢水采用全精炼、全连铸。主要跨间包括原料跨、炼钢跨、精炼跨、连铸跨四个主体跨，辅助跨间有切割跨、铸坯横移存放区等。在铁水预处理的过程中脱S、P能够减轻炼钢的负担，使炼钢能够迅速、顺利的完成。炉外精炼主要是脱氧、脱硫；去气、去除夹杂；调整钢液成分及温度，能够大大提高钢液的质量，使其能满足更多的要求。1.1产品大纲表1-1产品大纲钢种代表钢号化学成分(%)CSiMnPS碳素结构钢Q215B0.09-5-0.550.0450.045Q235A0.14-5-0.650.0450.050Q255A0.18-0.280.30.4-0.70.0450.05低合金钢Q295B0.160.550.80-1.50.0400.040Q390A0.20.551.0-1.70.0450.045Q345D0.180.551.0-1.70.0450.045合金结构钢20Mn20.17-0.240.17-0.371.4-1.80.0350.03550Mn20.42-0.490.17-0.371.4-1.80.0350.03535SiMn0.32-0.41.1-1.41.1-1.4≤0.035≤0.035轴承钢GCr150.95-1.050.15-0.350.25-0.450.0250.025G20CrMo0.17-0.230.2-0.350.65-0.950.030.03G4Mo4V0.75-0.850.350.350.0270.021.2产品方案序号产品产量(万吨/年)连铸坯规格轧机--最终产品1方坯300400×40010—2板坯150400×15003—表1-2产品方案表1-3主要技术经济指标序号项目单位数值备注1生产合格铸坯万吨450—2精炼收得率%99.0—3连铸成材率%99—4转炉生产率%95—5转炉生产周期Min39—6钢水收得率%90.1—7最大废钢比%10.66—1.3工艺流程设计本设计设计的是生产规模为年产450万吨合格钢坯的炼钢车间。其主要流程示意图如下：渣料铁合金↓↓铁水→铁水预处理→转炉→钢包→精炼→连铸机→出坯↑↑废钢铁合金

2.物料平衡与热平衡炼钢过程的物料平衡和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冶炼过程中的物料、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数据。应当指出，由于炼钢是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。尽管如此，它对炼钢生产和设计仍有重要意义。2.1物料平衡计算2.1.1原始数据铁水成分及温度铁水成分及温度见表1-1表1-1铁水成分及温度成分ω(C)ω(Si)ω(Mn)ω(P)ω(S)含量/%4.4500.8600.6200.1500.035温度/℃12501250125012501250原材料成分原材料成分见表1-2表1-2原材料成分组成原材料石灰矿石萤石白云石炉料ω（CaO）/%91.81.0030.8454.00ω（SiO2）/%1.665.616.000.462.05ω（MgO）/%1.540.520.5820.1637.75ω（Al2O3）/%80.741.00ω（S）/%0.060.070.09——ω（P）/%——0.55——ω（CaF2）/%——90.00——ω（FeO）/%—29.40———ω（Fe2O3）/%—61.80———烧碱/%4.44——47.80—ω（H2O）/%—0.502.00——ω（C）/%————5.00∑100.00100.00100.00100.00100.00冶炼钢种及成分冶炼钢种及成分见表1-3表1-3冶炼钢种（Q235）成分成分ω(C)ω(Si)ω(Mn)ω(P)ω(S)含量/%≤0.17≤0.300.35-0.80≤0.035≤0.035平均比热容原料平均比热容见表1-4表1-4原料平均比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·℃）]熔化潜热/kJ/kg）液态或气态平均热容/（kJ/kg·℃）0.7452180.8370.6992720.837—2091.2481.047209—0.996209———1.137冷却剂用废钢做冷却剂，其他成分与冶炼钢种成分的中限皆同。反应热效应（25℃）铁水中元素氧化放热见表1-5表1-5铁水中元素氧化放热元素化学反应△HkJ/kmol△HkJ/kgCCSiMnPFeFeSiO2P2O5C+1/2O2=COC+O2=CO2Si+O2=SiO2Mn+1/2O2=MnO2P+5/2O2=P2O5Fe+1/2O2=FeO2Fe+3/2O2=Fe2O3SiO2+2CaO=2CaO·SiO2P2O5+4CaO=4CaO·P2O5131365.0414481.7795023.6384959.01172078.6266635.0822156.0124600.4690414.910949.134521.029314.07020.318922.65021.27340.72071.15020.8注：数据来自《氧气转炉炼钢原理》（美），密执安大学，冶金工业出版社，1974年，75页。根据国内同类转炉的实测数据选取渣中铁珠量为渣量的8%；（2）金属中碳的氧化，其中90%的碳氧化成CO，10%的碳氧化成CO2；（3）喷溅铁损为铁水的1%；（4）炉气和烟尘量，取炉气平均温度1450℃。炉气中自由氧含量为0.5%。烟尘量为铁水量的1.6%，其中ω(FeO)=77%,ω(Fe2O3)=20%；（5）炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%；（6）氧气成分，氧气为98.5%，氮气为1.5%。2.1.2根据铁水成分，原材料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作。为了简化计算，以100kg铁水为计算基础。炉渣量及成分计算炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等。铁水中各元素氧化量见表1-6表1-6铁水中各元素氧化量成分（千克）项目CSiMnPS铁水氧化量终点钢水4.4504.3000.1500.8600.860痕迹0.6200.4500.1700.1500.1350.0150.0350.0100.025注：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%、53%留在钢水中设定。ω（P）：采用低磷铁水操作，炉料中磷约85%~95%进入炉渣，本计算采用低磷铁水操作，取铁水中磷的90%进入炉渣，10%留在钢中。ω（Mn）：终点钢水余锰量，一般为铁水中锰含量的30%~40%，取30%。ω（S）：去硫率，一般为30%~50%的范围，取40%。ω（C）：终点钢水含碳量，根据冶炼钢种的含碳量和预估计脱氧剂等增碳量之差，则为终点含碳量。本计算取0.15%。各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量见表1-7表1-7铁水中各元素氧化产物量元素反应产物元素氧化量(kg)耗氧量(kg)氧化产物量(kg)备注CSi[C]→{CO}[C]→{CO2}4.300×90%=3.8704.300×10%=0.4305.1601.1479.030 1.577[Si]→{SiO2}0.8600.9831.843Mn[Mn]→{MnO}0.4500.1310.581P[P]→{P2O5}0.1350.1740.309S[S]→{SO2}[S]+(CaO)=(CaS)+(O)0.010×1/3=0.0030.010-0.003=0.0070.003-0.0040.0060.016(CaS)消CaO量0.012Fe[Fe]→(FeO)[Fe]→(Fe2O3)1.0610.4770.3090.2041.3640.682合计7.2938.104造渣剂成分及数量。（1）矿石加入量及成分。矿石加入量为1.00kg/100kg（铁水），成分及质量见表1-8表1-8矿石加入量及其成分成分质量/kgm(Fe2O3)m(FeO)m(SiO2)m(Al2O3)m(CaO)m(MgO)m(S)m(H2O)1.00×61.8%=0.6181.00×29.40%=0.2941.00×5.61%=0.0561.00×1.10%=0.0111.00×1.00%=0.0101.00×0.50%=0.0051.00×0.07%=0.0051.00×0.50%=0.005共计1.000注：S以[S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应,其中生成CaS量为0.0007×72／32=0.002(kg)。消耗CaO量为0.0007×56／32=0.002(kg).消耗微量氧，忽略之。(2)萤石加入量及成分。萤石加入量0.50kg/100kg（铁水），其成分及质量见表1-9表1-9萤石加入量及成分成分质量/kgm(CaF2)m(SiO2)m(Al2O3)m(MgO)m(P)m(S)m(H2O)0.50×90.00%=0.450.50×6.00%=0.0300.50×1.78%=0.00890.50×0.58%=0.00290.50×0.55%=0.00280.50×0.09%=0.00040.50×2.00%=0.010共计0.500注：P以2[P]+5/2{O2}=(P2O5)的形式进行反应,其中生产P2O5量为0.0028×142／62=0.007（kg）。消耗氧气量为0.0028×80／62=0.004（kg）。硫微量，忽略之。(3)炉衬被侵蚀质量及成分。炉衬被侵蚀量为0.50kg／100kg（铁水），其成分及质量见表1-10。表1-10炉衬被侵蚀质量及成分成分质量／kgm(CaO)m(MgO)m(SiO2)m(Al2O3)m(C)0.50×54.00%=0.2700.50×37.95%=0.1900.50×2.05%=0.0100.50×1.00%=0.0050.50×5.00%=0.025共计0.500注：被侵蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳的氧化成CO、CO2的比例数相同。即：C→CO0.025×90%×28／12=0.053（kg）。C→CO20.025×10%×42／12=0.009（kg）。其氧气消耗量：0.053×16／28=0.030（kg）。0.009×32／44=0.007（kg）。共消耗氧气量为0.030+0.007=0.037（kg）。（4）生白云石加入量及成分。为了提高转炉炉衬的寿命，采用白云石造渣剂，其主要目的是提高炉渣的MgO含量，降低炉渣对炉衬的侵蚀能力。若使渣中MgO含量在6.00%-8.00%的范围之内，其效果显著。经试算后取生白云石加入量为3.00kg/100kg（铁水），其成分及质量见表1-11表1-11生白云石加入量及成分成分质量/kgm(CaO)m(MgO)m(SiO2)m(Al2O3)烧碱3.00×30.84%=0.2703.00×20.16%=0.1903.00×0.46%=0.0143.00×0.74%=0.0223.00×47.8%=1.434共计3.000注：烧碱是指生白云石分解后而产生的气体。（5）炉渣碱度和石灰加入量。取终渣碱度R=%CaO/%SiO2=3.5首先渣中已纯在的SiO2=1.843+0.010+0.056+0.030+0.014=1.953kg。渣中已存在CaO=0.925+0.270+0.010-0.002-0.014=1.189kg。石灰加入量为3.5×1.953-1.189/91.08%-3.5×1.66%=6.62kg。石灰成分及质量见表1-12表1-12石灰成分及质量成分质量／Kgm(CaO)m(SiO2)m(MgO)m(Al2O3)m(S)烧碱6.62×91.08%=6.0296.62×1.66%=0.1106.62×1.54%=0.1026.62×1.22%=0.0816.62×0.06%=0.0036.62×4.44%=0.29共计6.615注：S以[S]+(CaO)=(CaS)+[O]的形式反应，其中生成(CaS)量为0.004×72/32=0.009kg生成氧量为0.004×16/32=0.002kg消耗(CaO)量为0.004×56/32=0.007kg烧碱指未烧透的CaCO3经受热分解后产生的CO2气体质量。（6）终点氧化铁的确定。对于低磷铁水，参照国内同类转炉有关数据，ω（Fe2O3)=5%，ω(FeO)=10%。（7）终渣量及成分除FeO和Fe2O3以外的渣量为7.136+0.903+2.060+0.316+0.581+0.125+0.445+0.029=11.595kg终渣含FeO和Fe2O3共15%，则渣中其他成分之和为100%-15%=85%，故炉渣质量为11.595/85%=13.641kg，所以m(FeO)=13.641×10%=1.364kg，其中m(Fe)=1.364×56/72=1.061kgm(Fe2O3)=13.641×5%=0.682kg,其中m(Fe)=0.682×112/160=0.477kg表1-13炉渣终渣量及成分成分氧化产物量（kg）石灰（kg）炉衬（kg）生白云石（kg）萤石（kg）矿石（kg）总渣量（kg）%CaO—5.9310.270.925—0.017.13652.31SiO21.8430.1080.0100.0140.030.0562.06015.10MgO—0.1000.190.6050.0030.0050.9036.62Al2O3—0.0780.0050.0220.0090.0110.1250.92MnO0.581—————0.5814.20FeO1.364—————1.36410.00Fe2O30.682—————0.6825.00CaF2————0.445—0.4453.26P2O50.309———0.007—0.3162.32CaS0.0160.009———0.0020.0290.21合计4.7956.2260.4751.5660.4940.08413.641100.00注：5.931=石灰中w(CaO)-石灰中S自耗m(CaO)=5.94-0.009=5.931kg。（8）矿石、烟尘中铁及氧量假定矿石中m(FeO)全部被还原成铁，则矿石带人铁量m(Fe)=1.00×（29.40%×56/72+61.8%×112/160）=0.661kg。矿石带入氧量m(O2)=1.00×（29.40%×16/72+61.8%×48/160）=0.251kg。烟尘带走铁量m(Fe)=1.60×（77%×56/72+20%×112/160）=1.182kg。烟尘消耗氧量m(O2)=1.60×（77%×16/72+20%×48/160）=0.370kg。2.1.3炉气成分及质量表中各项的计算。m(CO)=9.030+0.053=9.083kgm(CO2)=1.577+0.009+1.434+0.289=3.309kgm(SO2)=0.006kgm(H2O)=0.005+0.010=0.015kg。成分质量（kg）体积（m3）含量(%)CO9.0839.083×22.4/28=7.26676.47CO23.3093.309×22.4/44=1.68517.73SO20.0060.006×22.4/64=0.0020.02H2O0.0150.015×22.4/18=0.0190.20O20.0660.0460.48N20.1110.08870.93合计12.599.502100.00表1-14炉气成分及质量注：O2、N2是自由氧和氮气的质量。它是由上表中其他成分反复计算出来的，即已知氧气成分为98.50%，氮气为1.5%和炉气中自由氧体积比为0.5%，求自由氧和氮气的体积及质量。解设炉气的总体积为X,则X=元素燃烧生成的气体体积和水蒸气的体积+自由氧体积+氮气体积。即X=(7.266+1.685+0.002+0.019)+0.50%X+{22.4/32[（8.104+0.37+0.037+0.004-0.251-0.002）]+0.50%X／98.5%}(1-98.5%)=8.972+0.50%X+(0.088+0.008%X)整理X=（8.972+0.088）/1-0.5%-0.008%=9.060/99.492%=9.106m3炉气中自由氧体积=9.106×0.5%=0.046m3炉气中自由氧质量=0.046×32/22.4=0.066kg炉气中氮气体积=0.008%×9.106+0.088=0.0887m3炉气中氮气质量=0.0887×28/22.4=0.111kg2.1.4氧气消耗计算消耗和带入氧气的项目：元素氧化耗氧质量/kg8.104烟尘中铁氧化耗氧质量/kg0.370炉衬中碳氧化耗氧质量/kg0.037萤石中磷氧化耗氧质量/kg0.004自由氧质量/kg0.066炉气中氮气质量/kg0.111矿石分解带人氧的质量/kg0.251石灰中硫把氧化钙还原出的氧质量/kg0.002故，氧气实际消耗量8.104+0.37+0.037+0.004+0.066+0.111-0.251-0.002=8.4kg换算成体积量=8.44×22.4/32=5.71m3）/100kg（铁水）或57.1m3）/t铁水2.1.5钢水量计算吹损组成项目：化学损失（元素氧化）量/kg7.293烟尘中铁损失量/kg1.182渣中铁珠损失量/kg13.641×8%=1.091喷溅铁损失量/kg1.00矿石带入铁量/kg0.661故，钢水质量（收得率）为100-（7.293+1.182+1.091+1.00）+0.661=90.095kg2.1.6物料平衡表物料平衡见表1-15表1-15物料平衡表收入项支出项项目质量（kg）含量%项目质量（kg）含量%铁水100.0083.36钢水90.1075.70石灰6.625.44炉渣13.6411.30萤石0.50.42炉气12.5910.49白云石3.002.50喷溅1.000.84炉衬0.500.42烟尘1.601.33氧气8.447.04渣中铁珠1.090.90矿石1.000.83合计119.96100.00合计119.49100.00计算误差=收入项-支出项/收入项=119.96-120.02/119.96=-0.05%2.1.7加入废钢的物料平衡（1）废钢中各元素应被氧化量废钢中各元素被氧化量见表1-16表1-16废钢中各元素被氧化量项目C（kg）Si（kg）Mn（kg）P（kg）S（kg）废钢成分取冶炼钢种中限终点钢水废钢中各元素应被氧化量30.20痕迹0.200.520.170.350.0220.0150.0070.0250.025—（2）10.35kg废钢中各元素氧化量、进入钢中的量、耗氧量及氧化产物量表1-17废钢中各元素氧化量、耗氧量及氧化产物量元素反应产物元素氧化量(kg)耗氧量(kg)产物量(kg)进入钢中量(kg)CC→COC→CO211.25×0.03%×90%=0.00311.25×0.08%×10%=0.00030.0040.00080.0070.001—SiSi→SiO211.25×0.24%=0.0230.0260.049—MnMn→MnO11.25×0.37%=0.0390.0110.050—PP→P2O511.25×0.005%=0.00080.0010.002—合计0.0660.043—11.25-0.066=11.184表1-18加入废钢后的物料平衡表收入项支出项项目质量（kg）含量%项目质量（kg）含量%铁水100.0076.20钢水90.33+11.18477.13石灰6.524.97炉渣13.64+0.10110.46萤石0.500.38炉气12.59+0.0089.59白云石3.002.28喷溅1.000.76炉衬0.500.38烟尘1.601.22氧气8.44+0.0436.46渣中铁珠1.090.83矿石1.000.76———废钢11.258.57———合计131.25100.00合计131.309100.00

（3）加入废钢的物料平衡表把上表的铁水+废钢之和换算成以100kg为计算基础，得重新整理加入废钢后的物料平衡见表1-19表1-19加入废钢后的物料平衡表收入项支出项项目质量（kg）含量%项目质量（kg）含量%铁水89.8975.90钢水91.2377.11石灰5.864.95炉渣12.3110.55萤石0.450.38炉气10.959.54白云石2.702.28喷溅0.910.76炉衬0.450.38烟尘1.461.21氧气7.626.43铁珠0.980.83矿石0.900.76———废钢10.118.54———合计118.43100.00合计118.66100.00计算误差=（118.43-118.66/118.43）×100%=-0.19%2.1.8脱氧后的物料平衡（1）冶炼Q235钢选用锰铁和硅铁脱氧锰铁和硅铁的成分见表1-20表1-20锰铁和硅铁的成分成分类别C（%）Si（%）Mn（%）P（%）S（%）Fe（%）硅铁—70.00.70．050.0429.21锰铁7.52.575.00.380.03014.59（2）计算锰铁、硅铁的加入量根据国内同类转炉冶炼的有关数据选择：锰铁：锰的收得率75%；硅的收得率70%；碳的收得率为90%，10%的碳被氧化成二氧化碳。硅铁：锰的收得率为80%；硅的收得率为75%。两种脱氧剂含有P、S、Fe均全部进入钢中，脱氧后的钢水成分见表1-21故，锰铁加入量为（0.55-0.18）%/75%×75%×91.50=0.586kg硅铁加入量为（0.25-0.01）%/70%×75%×（91.50+0.466）=0.333kg表1-21脱氧后的钢水成分成分ω（C）ω（si）ω（Mn）ω（P）ω（S）%0.15（0.10+0.05）0.25（0.01+0.24）0.55（0.18+0.37）0.022（0.02+0.002）0.016表1-22锰铁和硅铁各元素氧化量及其氧化产物量类别元素烧损率kg耗氧量kg渣量kg炉气量kg入钢质量kg入钢质量分数/%锰铁C0.586×7.5%×(1-90%)=0.0040.010—0.0180.586×7.5%×90%=0.0400.040/91.96×100%=0.04%Mn0.586×75%×(1-75)%=0.1100.0320.008—0.586×75%×75%=0.3290.339/91.95×100%=0.36%Si0.586×2.5%×(1-70%)=0.0040.0050.008—0.586×2.50%×70%=0.0110.011/91.95×100%=0.012%P0.586×0.38%=0.0020.002/91.95×100%=0.002%S0.586×0.03%=0.0002微量不计Fe0.586×14.59%=0.085合计0.1180.0470.1450.0150.466硅铁Fe0.333×29.21%=0.097Mn0.333×0.7%×（1-80%）=0.00050.00010.00010.333×0.70%×80%=0.00240.0024/92.3×100%=0.002%Si0.42×70%×（1-75%）=0.07350.0660.15750.333×70%×75%=0.1750.175/92.3×100%=0.19%P0.333×0.05%=0.0002S0.333×0.04%=0.0001合计0.0590.0660.1240.274合计0.1770.1130.2690.0150.740（3）脱氧后的物料平衡脱氧后的物料平衡见表1-23表1-23脱氧后的物料平衡项目质量(kg)%项目质量（kg）%铁水89.8975.53钢水91.96（91.50+0.466）77.05废钢10.118.50石灰5.864.92炉渣12.82(12.52+0.269）10.71萤石0.450.38白云石2.702.27炉气11.335(11.32+0.015）9.47炉衬0.450.38氧气7.73(7.62+0.113）6.50喷溅0.900.75锰铁0.590.50烟尘1.441.24硅铁0.330.28铁珠0.980.82矿石0.900.76合计119.01100.0119.705100.0计算误差=119.01-119.70/119.01×100%=-0.58%2.2热平衡计算为了简化计算，取冷料入炉温度均为25℃。2.2.1热量收入项（1）铁水物理热铁水熔点=1536-（4.45×100+0.86×8+0.62×5+0.15×30+0.035×25）-7=1068℃式中，100、8、5、30、25分别为C、Si、Mn、P、S元素增加1%含量降低铁水熔点值℃；7为气体O、H、N共降低铁水熔点值℃；1536℃为纯铁熔点。铁水物理热=100×[0.745×(1068-25)+218+0.837×(1250-1068)]=114571kJ（2）铁水中各元素氧化放热及成渣热表1-24铁水中各元素氧化放热及成渣热。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→CO3.87×10949.1=42373.0Fe→Fe2O30.477×7340.7=3501.2C→CO20.43×34521=14844.0P→P2O50.135×18922.6=2554.6Si→SiO20.86×28314=24350.0P2O5→4CaO.P2O50.316×5020.8=1586.6Mn→MnO0.45×7020.3=3159.0SiO2→2CaO.SiO22.060×2071.1=4266.5Fe→FeO1.061×5021.2=5327.0合计101678.9（3）烟尘氧化放热1.6×(77%×56/72×5021.2+20%×112/160×7340.7)=6455.7kJ则热量收入总量为114736+101678.9+6455.7=222871kJ注：对于炉衬中的C和萤石中的p，其氧化放热微量，故忽略之。2.2.2热支出项（1）钢水物理热=1536－(0.15×65+0.168×5+0.015×30+0.022×25)－7=1517℃式中，65、5、30、25分别为钢中元素C、Mn、P、S增加1%时，钢水熔点降低值℃。确定出钢温度过程如下。1）过热度，连铸普碳钢一般在20-40℃，取30℃2）吹氩后到中间包开浇5分钟期间的钢液降温，取502℃3）.吹氩搅拌过程降温，取10℃4）出钢后到吹氩前降温，取11℃5）出钢过程温降，一般在40-50℃，取40℃故，出钢温度=1517+30+40+11+50=1658℃那么，钢水物理热=90.10×[0.699×(1517－25)+272+0.837×(1658－1517)]=131177.5kJ（2）炉渣物理热取终点炉渣温度与铁水温度相同，即1658℃。故、炉渣物理热=13.64×[1.248×(1658－25)+209]=30648.91kJ（3）矿石分解吸热1×（29.4%×56/72×5021.2+61.8%×112/160×7340.7）=4323.8kJ（4）烟尘物理热1.6×[0.996×(1450－25)+209]=2605.3kJ（5）炉气物理热11.94×[1.137×(1450－25)]=19345.5kJ（6）渣中铁珠物理热1.09×[0.699×(1517－25)+272+0.837×(1658－1517)]=1561.8kJ（7）喷溅金属物理热1×[0.699×(1517－25)+272+0.837×(1658－1517)]=1432.9kJ（8）白云石分解吸热取生白云石中的碳酸钙在1183K分解，碳化镁在750K分解。经过计算，生白云石的分解热效应为1422.6KJ/kg生白云石,故3kg生白云石分解吸热为3×1422.6=4267.8kJ上述各项热支出量为131177.5+30648.9+4323.8+2605.3+19345.5+1561.8+1432.9+4267.8=195606.5kJ（9）剩余热量吹炼过程炉子热辐射、对流、传导传热、冷却水等带走的热量与炉子大小等因素有关。一般为总收入热量的3-8%，本设计取5%。故热损失为222871×5%=11143.6kJ则，剩余热量为222871-195606.5-11143.6=16121.9kJ（10）废钢加入量1kg废钢吸收热量为1×[0.699×(1517－25)+272+0.837×(1658－1517)]=1432.9kJ那么，用剩余热量可加热废钢量为16121.9/1432.9=11.25kg其废钢比为（11.25/100+11.25）×100%=10.11%2.2.3热平衡表热平衡表见表1-25表1-25热平衡表收入项支出项项目热量（kJ）含量%项目热量(kJ)含量%铁水物理热11473651.48钢水物理热131177.558.86元素氧化热和成渣热101678.945.62炉渣物理热30648.913.75其中C氧化5721725.67废钢物理热149327.23Si氧化2435010.91炉气物理热19588.58.79Mn氧化31591.42烟尘物理热2605.31.17P氧化2554.61.15铁珠物理热1561.80.70Fe氧化8828.23.95喷溅金属物理热1432.90.64SiO2成渣4266.51.70白云石分解热4267.81.91P2O5成渣1586.60.70其他热损失11143.66.00烟尘氧化热6455.72.90矿石分解热4323.81.98合计222871100.00合计222871100.00热效率=127198.5+16121.9+30648.9/222871=78.06%

3转炉主体设备的选择3.1转炉的选择计算3.1.1转炉容量计算转炉平均冶炼周期的确定加废钢、兑铁水 4min吹炼14min后搅、测温取样 3min镇静等分析 1min补吹、后处理（平均） 2min出钢 5min溅渣护炉 5min出渣 4min合计：平均每炉钢冶炼周期： 40min转炉作业率计算转炉全年非作业时间：年集中检修 10天定检18天修炉（换衬）11天设备故障影响16天（非计划设备停修）准备时间12天（修出钢口、更换氧枪、清理炉口等）等待时间13天（配合耽误、起重机耽误、等铁水等）转炉全年非作业时间合计：75天转炉全年有效作业天数：365-75=290转炉年有效作业率：290÷365×100%=79.5%(1)、计算年出钢炉数。年出钢炉数=2×=2×（3-1）=2×365×79.5%×24×60/40=20880炉每天出钢炉数=年出钢炉数/年作业率=20880/290=72炉（3-2）平均炉产钢水量=年产钢水量/年出钢炉数=4500000/20880=215.5t(3-3)(2)转炉座数的确定：本计算中选“二吹二”制度(3)选用二座250吨顶底复吹转炉。最后核算车间年产量：250×20880×95%=4959000t3.1.2转炉炉型计算炉型设计的主要任务是确定所选炉型各部分主要参数和尺寸，据此再绘制出工程图。1、原始条件炉子平均出钢量为250t，铁水密度6.8g/cm3，铁水收得率为90%。2、炉型选择顶底复吹转炉的炉型基本上与顶吹和底吹转炉相似；它介于顶吹转炉和底吹转炉之间。为了满足顶底复吹的要求炉型趋于矮胖型，由于在炉底上设置底吹喷嘴，炉底为平底，所以根据原始数据，为了便于设置底部供气构件，选择截锥形炉型。3、炉容比炉容比指转炉有效容积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表示，这种表示方法不受操作方法和浇注方法的影响。转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为0.85-0.95m3/t,大转炉取上限，本设计取V/T=0.92m3/t。4、熔池尺寸的计算1、熔熔池直径D：熔池直径通常指熔池处于平静状态时金属液面的直径。D=K(3-4)=1.52×=6.21mG：新炉金属装入量，可近似地取其公称容量253t:K：比例系数我取1.52T：平均每炉钢吹氧时间14min2、熔池深度h：熔池深度系指熔池处于平衡状态时从金属液面到炉底最低出的距离。可按下式确定对熔池Vc=253/6.8==37.2m3（式3-5）Vc=0.574D2hh==1.68m3.炉帽尺寸的确定。顶吹转炉一般都用正口炉帽，其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。设计时应考虑到以下因素：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θ：倾角过小，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或从炉口流渣。本炉子取64°，因为大炉口的炉口直径相对来说要小些。θ=64°2）炉口直径d：一般来说，在满足兑铁水和加废钢的前提下，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43-53%较为适宜。本设计取d=6.21×48%=2.98m3）炉帽高度H帽：H膛=1/2（D－d）tanθ(3-6)=1/2(6.21－2.98)tan64°=3.31m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=300-400mm的直线段。取H口=400mm，因此炉帽高度为H帽=H膛+H口=3.31+0.4=3.71m在炉口处设置水箱式水冷炉口。4）炉帽的部分容积为:V帽=H膛(D2+Dd+d2）+d2H口(3-7)=3.31×（6.212+6.21×2.98+2.982）+×2.982×0.4=60m34.炉身尺寸确定炉膛直径D膛=D（无加厚段）。V金===37.2m3根据选定的炉容比为：0.92，可求出炉子的总容积为V总=0.92×250=230m3V身=V总-V池-V帽=230-37.2-60=132.8m3（4）炉身高度H身=V身/×D2=132..8/×6.212=4.39m(3-8)则炉型内高H内=h+H帽+H身=1.68+3.71+4.39=9.78m5.出钢口尺寸的确定。出钢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出钢时其位置最低，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θ：出钢口角度是指出钢口中心线与水平显得夹角，，其大小应考虑缩短出钢口长度，有利维修、减少钢水二次氧气及热损失，大型转炉的出钢口角度趋向减小。国外不少采用0，但0°倾角使钢流对钢包内金属的冲力变小。本设计取θ=18°2）出钢口直径dT：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2-8min。通常d出可按下面经验公式确定：dT===22.370.22m(3-9)出钢口衬砖外径dsT=6dT=6×0.22=1.32m6.炉衬厚度确定炉身工作层选750mm，永久层116mm，填充层100mm，总厚度为760+116+100=976mm炉壳内径为D壳内=6.21+0.976×2=8.16m炉帽和炉底工作层选650mm，炉帽永久层为150mm，炉底永久层用标准镁砖立砌一层230mm，粘土砖平砌三层65×3=195mm，则炉底砖衬总厚度为650+230+195=1075mm故炉壳内型高度为H壳内=9.78+1.075=10.855m工作层材质全采用镁碳砖。表3.1转炉炉衬厚度的设计值炉衬各部位名称转炉容量250t炉帽永久层厚度（mm）150工作层厚度（mm）650炉身永久层厚度（mm）116工作层厚度（mm）750炉底永久层厚度（mm）230工作层厚度（mm）6503.1.3转炉附属设备计算1顶底复吹转炉底部供气构件的设计1）选择加强搅拌型：其特点的顶部氧枪吹氧；底部吹惰性气体或者中性气体N2气等。2）底部气用量：采用底吹氩气、氮气、二氧化碳等气体时，供气强度应小于0.03m3/t.min.根据所炼钢种的要求，采用不同的吹炼工艺，目前有两种：一是当冶炼含碳量低于0.02%的钢时，待碳降低至0.035~0.04%左右时，切断顶吹氧气，改为底吹氮气，吹炼大约5~10分钟；二是底部前期一直吹氮气，末期改为氩气。①选择套管式喷嘴作为底部供气构件：套管式喷嘴的内管和环缝都可供气，所供气体的压力和流量各异。为了防止内管粘钢，环缝应该送入速度较高的气体。一般要求P内/P外≥1.89，1≤A内/A缝≤3。这种喷嘴的优点是即可喷吹非氧化性气体或氧化性气体，又可以进行喷粉。2顶底复吹转炉炉衬设计⑴炉口部位。该部位温度变化剧烈，熔渣和高温废气的冲刷较严重，在加料和清理残钢、残渣时。炉口受到撞击，因此用于炉口的耐火砖必须具有抗热震性和抗渣性，耐熔渣和高温废气的冲刷，且不易粘钢的易于清理的镁碳砖。⑵炉帽部位。该部位是受熔渣侵蚀最严重的部位，同时还受温度急变的影响和含尘废气的冲刷，故使用抗渣性强和抗热震性好的镁碳砖。⑶炉衬装料侧。该部位除受吹炼过程熔渣和钢水时的直接撞击与冲刷、化学侵蚀外，还要受到装入料废钢和兑铁水时的冲蚀，给炉衬带来严重的机械性损伤，因此应砌筑具有较高抗渣性、高强度、高抗热震性的镁碳砖。⑷炉衬出钢侧。此部位主要是受出钢时钢水的热冲击和冲刷作用，损坏速度低于装料侧，所以可砌筑档次低一些的镁碳砖，并且砌筑厚度可薄一些。出钢口除受高温钢水的冲刷外，还经受温度急变的影响，蚀损严重，需要经常更换，影响冶炼时间，而出钢口则采用等静压成型的整体镁碳砖出钢口，整体结构方便更换。⑸渣线部位。此部位在吹炼过程中，炉衬与熔渣长期接触受到严重侵蚀而形成。在出钢侧渣线位置的变化并不明显，但在排渣侧受到熔渣的强烈侵蚀，再加上吹炼过程中其他作用的共同影响，衬砖损毁较为严重，应砌筑抗渣性良好的镁碳砖。⑹两侧耳轴部位。该部位出受吹炼过程的蚀损外，其表面又无保护渣层覆盖，砖体中的碳素极易被氧化，并难于修补，因而损坏严重。故此部位应砌筑抗渣性好、抗氧化性能强的高级镁碳砖。⑺熔池和炉底部位。此部位炉衬在吹炼过程中受钢水强烈冲蚀，并且采用顶底复吹工艺，炉底中心部位容易损毁，可与装料侧砌筑相同材质的镁砖。炉衬由永久层、填充层和工作层组成。无绝热层时，永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除，作用是保护炉壳，常用镁砖砌筑。填充层介于永久层与工作层之间，一般用焦油镁砂捣打而成，厚度约80～100mm。工作层与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣，用高、中、低不同档次的镁碳砖砌筑。炉帽可用二步煅烧镁砖。3、砖型选择尽可能使用大砖，以提高筑炉速度，减少砖逢，减轻劳动强度。力争砌筑过程中不打砖和少打砖，以提高砖的利用率和保证砖的质量。对用小砖组合起来有困难或难以保证砌筑质量的部位，如出钢口和炉底，则选用异型砖。尽量减少砖型种。4、炉壳厚度和转角半径的确定炉壳由炉帽、炉身和炉底三部分组成。炉帽制成截圆锥型。由于炉帽，特别是炉口部位受高温作用易变形，所以采用水冷炉口，这样既提高了炉帽的寿命，又减少炉口粘渣。采用埋管式水冷炉口结构，将通冷却水用的蛇形钢管埋铸在铸铁的炉口圈内。虽然制作难度大，但使用安全,也比水箱式寿命长。水冷口采用适合于中、小型转炉的卡板连接方式，将炉口固定在炉帽上，即可拆式的，便于修理炉身制成圆柱型，它是整个炉子的承载部分，受力最大。转炉的整个重量通过炉身钢板支撑在托圈上，并承受倾动力矩，因此用于炉身的钢板要比炉帽和炉底的钢板适当厚些。为防止炉壳受热变形，延长其使用寿命，可将炉帽外壳上盘旋焊上角钢，内通冷却水；将炉身焊上盘旋槽钢，内通冷却水。炉底采用锥球型。1、炉壳厚度确定查表选择：炉帽：70mm厚钢板炉身：80mm厚钢板炉底：70mm厚钢板2、炉壳转角半径：SR1=SR2=900(mm）SR3=0.5δ底=0.5×1075=537.5mm（3-10）验算高宽比：由以上数据可计算得：H总=10855+70=10925mmD壳=8160+2×80=8320mm则：==1.31由此可知，的比值符合高宽比的推荐值，因此所设计的炉子尺寸基本上是合适的，能够保证转炉的正常冶炼3.2支承装置支撑装置承载着转炉炉体的全部重量。其中主要部件有托圈，炉体与托圈的连接装置，耳轴及其轴承。1）托圈托圈是转炉的重要承载和传动部件，材质选用Q235钢板制作。托圈断面为箱形。为增加托圈刚度，在其中间焊有垂直筋板。托圈内通水冷却，以降低热应力。托圈的高宽比为3,托圈与炉壳之间有一定的空隙，以改善炉身的散热条件，并留有炉壳受热膨胀变形之空间，安确定，高度为，宽度为2）炉壳与托圈的连接装置托圈与炉壳连接必须牢固可靠，同时又要适应炉壳和托圈热膨胀时在径向和轴向产生的相对位移，以免造成炉壳或托圈严重变形或破坏。薄带连接装置是在两侧耳轴的下部各装有五组薄钢带，每组钢带均由多层薄钢片组成，钢带的下端通过螺丝钉固定在炉壳的下部；钢带的上端固定在托圈的下部，在耳轴处托圈上部装有一个铰接连杆，它是辅助支撑装置。当炉体直立时，10组多层薄钢带想一个“托笼”一样托住炉体，支撑炉体全部重量，炉体的倾动是由离耳轴轴线最远的钢带传递扭矩；若炉体倒置时，炉体的重量由钢带压缩变形与托圈上部的辅助支撑装置来平衡。该装置是将炉壳的主要承重点放到托圈下部炉壳温度较低的部位，这可以消除炉壳与托圈间连接处热膨胀的影响，也减少炉壳连接的热应力。由于采用了多层挠性薄钢带做连接件，它能适应炉壳与托圈受热变形所产生的位移，同时还可以减缓连接件在炉壳与托圈连接处引起的局部应力。3）耳轴及其轴承耳轴因承受多种负荷的作用依次要有足够的强度和刚度。耳轴材质一般为合金钢。耳轴直径选1000mm，耳轴轴承型式为重型双列向心球面辊子轴承，它能承受重载，自动调位和保持良好的润滑，耳轴与托圈采用法兰螺栓连接。4）倾动机构倾动机构满足兑铁水、加废钢、取样、测温、补炉出渣、出钢的需要。此外，倾动机构尚需与氧枪和烟罩升降机构连锁，且能适应载荷的变化和结构的变形。我们采用悬挂式倾动机构。优点是设备轻、结构紧凑、占地面积小、设备安全可靠性大大提高。3.3氧枪设计氧枪是转炉炼钢的主要设备，氧枪设计的好坏也关系到炉内的温度、钢液质量等。氧枪由喷头、枪身和尾部三部分组成。氧枪设计的内容包括：喷头设计、枪身设计。3.3.喷头是氧枪的核心部件，它是一个能量转换器，其基本功能是将氧管中氧气的高压力能转化为动能来冲击熔池。3.3.2原始数据转炉公称容量250t，低磷铁水，冶炼钢种以低碳钢为主，转录参数，炉容比为0.95，熔池直径为6.36m，有效高度9.946m，熔池深度1.602m。3.3.3计算氧流量取吨钢耗氧量57m3/t，吹氧时间14min，则氧流量==(Nm3/min)3.3.4选用喷孔出口马赫数为M=2.0时，采用五孔喷头，喷孔夹角为12○。3.3.5设计工程氧压根据等熵表来确定，当Ma=2.0时，P/P0=0.1278，取P=P膛=1.3×105Pa。则：P设==1.3×105/0.1278=10.17×105（Pa）3.3.6计算喉口直径每孔氧流量：q=Q/4=1017.8/4=254.3（m/min）利用公式q=，令CD=0.90,T0=290K，P设=10.17×105（Pa），则：254.3=1.784×0.90××求得dT=0.058m=58mm式中：——多空喷头流量系数，=（0.90～0.96），本设计取0.90。——喉口总断面面积，=。——氧气滞止温度，一般按当地夏天温度选取，=273+（30～40）K，本设计取=290K。喉口长度一般取值5～20mm.本设计=18mm。3.3.7喷孔出口直径当Ma=2.0时，查等熵表得/=1.688，即：==58×=75mm3.3.8计算扩张段的长度取半锥角为5o，则扩张段长度：=（—）/[2tan（/2）]=(75-58)/2tan5o=97mm3.3.9收缩段长度为=1.2×=1.2×58=69.6mm取收缩段的α收=50o，则收缩半角为25o，收缩段的长度为=69.6mm。3.4氧枪枪身设计3.4.1原始数据冷却水流量200t/h,冷却水进水速度v=6m/s，冷却水回水速度v=7m/s,冷却水喷头处流速v=9m/s，中心氧管内氧气流速v=50m/s。3.4.2中心氧管管径的确定中心氧管管径的公式为A0=qv工/v0管内氧气的工况体积流量qv工=P标／P0·T0／T标·qv=（1/10.17）×（290/273）×1017=106.23m³／min=1.77m³／s中心氧管的内截面积A0=1.77/50=0.0354m2中心氧管的内径