150t转炉毕业设计

第30页第一章转炉炼钢厂设计方案根据设计任务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。转炉车间生产能力的确定计算年出钢炉数每一吹炼炉座的年出钢炉数N为：N＝=1440×365×91.8％÷42＝11488炉/年式中；—每炉钢的平均冶炼时间，取42min/炉1440—一天的时间，min/d365—一年的日历天数，d/a—转炉作业率，取91.8％2、计算年车间产钢量车间年产钢量＝nNQ＝2×11488×250×98％＝5629120t式中；n—车间经常吹炼炉座数，采用三吹二制Q—转炉公称容量，取250t—连铸坯收得率，98％则该车间合格钢锭（坯）量近550万吨主要钢种的选择本设计主要生产碳素钢、碳素结构钢、低合金钢、船舶用钢等，也可根据市场的要求进行灵活调整。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如下：高炉铁水高炉铁水混铁车铁水预处理倒罐站铁水罐扒渣转炉精炼钢包渣场LF炉RH钢包回转台连铸机轧机预处理渣转炉渣精炼渣连铸坯废钢及其它辅料车间生产坚持四个“百分之百”，及百分之百的进行铁水预处理，百分之百的进行转炉复吹，百分之百的进行炉外精炼，百分之百的进行连铸。车间组成转炉车间由以下各部分组成：主厂房（包括原料跨、炉子跨、精炼跨、浇注跨），铁水预处理站及铁水倒灌间，废钢堆间及配料间，铁合金仓库及散装原料储运设施，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，备用备件库，机修间，生活福利设施，水、电、气供应设施。主厂房工艺布置1、原料跨布置在原料跨主要完成兑铁水、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间，倒渣站，铁水倒灌站。铁水预处理间和倒渣站位于炼铁车间与铁水倒灌站之间，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。铁水预处理的方法式混铁车喷吹法，同时脱硫、脱磷。废钢供应方式是在原料跨的一端的外侧另建废钢间，废钢间的废钢量装入料斗并称重，然后料斗送进原料跨待用。转炉渣罐的转运方式为将渣罐车横穿过原料跨，在主厂房之外的中间渣场处理。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。3、精炼跨的布置精炼采用两个RH精炼炉，沿精炼跨纵向布置，RH炉整体为真空移动型，真空室支持于旋转臂（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。原材料的供应及设备铁水的供应和预处理铁水室转炉炼钢的主要原料，高炉铁水采用混铁车运输，经预处理后转运兑入转炉。废钢的供应废钢主要依靠外购，也包括部分本厂返回废钢，生铁块由本厂供给，应分类存放，在转炉冶炼中也作冷却剂加入。对废钢有如下要求表面清洁少锈，无油污，无泥沙。废钢中不得有铅、锡、砷等有色金属。废钢中硫、磷的含量要低。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。对废钢管理有如下要求：废钢入厂后，必须进行分类存放。对废钢进行清除处理，以清楚油污、泥沙等杂质和有色金属、毒品等，使外形尺寸合格。炼钢车间在原料跨的一端设单独的废钢间，按每炉需用量装入废钢料斗送到炉前。废钢一次一斗装入。散状材料的供应氧气转炉散状材料包括石灰、白云石、萤石、铁矿石、焦炭等。供应系统包括散状料堆场，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，应设散状料堆场，尽可能靠近转炉。各种散状材料的储存量按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。各种散状料储存天数按3天考虑。从地下料仓向高位料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，运输设备能力按每日工作一个班（约7h）考虑。设置高位料仓在于起到临时储料的作用，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，两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。散状料的用途如下：石灰：主要的造渣材料。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铁合金间，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，运输量大，机械化程度高。氧气的供应及设备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，炼钢厂的供氧系统一般是由制氧机，加压机，中压储氧罐，输氧管，控制闸阀，测量仪表及喷枪等主要设备组成。氧枪升降装置布置于转炉的上方，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，其中一套供工作，一套备用。副枪和氧枪平行插入炉内。第二章物料平衡与热平衡一、物料平衡（1）计算所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成成分(%)类别CSiMnPS25#0.250.300.70<0.04<0.004铁水设定值4.200.800.600.2000.035废钢设定值0.250.300.700.0300.030终点钢水设定值*0.10痕迹0.180.0200.021*［C］和［Si］按实际生产情况选取［Mn］、［P］、［S］分别按贴水中相应成分含量的30%、10%、和60%留在钢水中设定。本计算设定的冶炼钢种为25#表2-2原材料成分成分类别CaOSiO2MgOAl2O3Fe2OCaF2P2O5sCO2H2OC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52.51.1536.921.448.00炉衬1.203.0078.801.401.6014.0焦炭0.5881.512.45.52表2-3铁合金成分（分子）及其回收率（分母）成成分(%)类别CSiMnAlPSFe硅铁—73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/90*0.50/7567.80/80—0.23/1000.13/10024.74/100*10%C与氧生成表2-4其它工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度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()折算烟尘量喷溅铁损%CaO/%=3.5为铁水量的0.5%为铁水量的2.5%为铁水量的0.3%15%，而（）/∑（FeO）=1/3，即（）=5%，（FeO）=8.25%为铁水量的1.5%（其中FeO为75%，为20%）为铁水量的1%渣中铁损（铁珠）氧气纯度炉气中的自由氧含量气化去硫量金属中［C］的氧化产物废钢量为渣量的6%99%，余者为0.5%（体积比）占总去硫量的1/390%C氧化成CO，10%氧化成由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的13.39%，即废钢比为11.81%（2）物料平衡基本项目收入项：铁水、废钢、熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金支出项：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅、（3）计算步骤第一步、计算脱氧合金化前的总渣量及其成。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。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C4.10×90%=3.6904.10×10%=0.4104.9201.0908.6101.500Si0.8000.9101.710入渣Mn0.4200.1200.520入渣P0.1800.2300.410入渣S0.014×1/3=0.0050.014×2/3=0.0090.005-0.005*0.0100.021（CaS）入渣Fe1.076×56/72=0.8370.606×112/160=0.4240.2390.1821.0760.606入渣（见表4-8）入渣（见表4-8）合计6.7757.691成渣量4.343入渣组分之和*CaO还原出来的氧量：消耗的CaO量为：0.009×56/32=0.016kg表2-6炉衬蚀损成渣量炉衬蚀损量（kg）成渣组分（kg）气态产物耗氧量(kg)，0.3(据表2-4)0.0040.0090.2360.0040.0050.3×14％×90％×28/12=0.0880.3×14％×10％×44/12＝0.0150.3×14％（90％×16/12+10％×32/12）＝0.062合计0.2580.103表2-7加入熔剂的成渣量类别加入量（kg）成渣组分（kg）气态产物（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*5.863**0.1730.1670.1000.0330.0070.0090.0070.3090.002***合计6.7750.8160.2150.1330.0410.0120.0100.4400.0121.2140.002成渣量8.442*石灰加入量计算如下：渣中已含（）＝-0.016+0.004+0.002+0.910＝0.900kg渣中已含（）＝1.710+0.009+0.028+0.020＝1.767kg设应加入石灰量为X，则X＝6.67**为（石灰中含量）-（石灰中S→自耗的量）***为还原出的氧量6.67×0.06％×32/56＝0.002表2-8总渣量及其成分炉渣成分合计元素氧化成渣量（kg）1.7100.5201.076**0.606***0.4100.0214.343石灰成渣量（kg）5.8630.1670.1730.1000.0330.0070.0096.352炉衬蚀损成渣量（kg）0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣量（kg）0.9100.0200.6400.0251.595萤石成渣量（kg）0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.0010.495总渣量（kg）6.7791.9341.0520.1370.5201.0760.6520.4400.4220.03113.043*％51.9714.838.071.053.998.255.003.373.230.24100.00*总渣量计算：表2-8除()和()以外的渣量为：6.779+1.934+1.052+0.137+0.520+0.440+0.422+0.031＝11.315kg由表2-4知，终渣∑（）＝15％，又因为（）/∑（）＝1/3，所以（）＝5％，（）＝8.25％（）+（）＝13.25％故总渣量为11.315/（1-13.25％）＝13.043**（）量＝13.043×8.25％＝1.076kg***（）量＝13.043×5％-0.033-0.005-0.008＝0.606kg表2-9实际耗氧量耗氧项（kg）供氧项实际氧气消耗量铁水中元素氧化耗氧量(表2-5)7.691铁水中S与CaO反应还原出的氧量（表2-5）0.0057.847-0.007+0.069*炉衬中碳氧化耗氧量（表2-6）0.062石灰中S与CaO反应还原出的氧量（表2-7）0.002烟尘中铁氧化耗氧量（表2-4）0.034炉气中自由氧含量（表2-10）0.060合计7.847合计0.0077.909*为炉气中重量（表2-10）表2-10炉气量及其成分炉气成分炉气量（kg）体积（）体积％CO8.6988.698×22.4/28＝6.95882.222.7292.729×22.4/44＝1.38916.400.0100.010×22.4/64＝0.0040.050.0120.012×22.4/18＝0.0150.180.060*0.042*0.500.069**0.055**0.65合计11.5788.463100.00炉气中含有CO、、、、和，其中CO、、和可由表2-5～表2-7查得，和则由炉气总体积确定：炉气总体积式中—CO、、和组8.698×22.4/28+2.729×22.4/44+0.010×22.4/64+0.012×22.4/18＝8.366—不计自由氧得氧气消耗量，其值为7.691+0.062+0.034＝7.787kg—铁水与石灰中得S与CaO反应还原出的氧量其值为0.007kg5％—炉气中的自由氧含量，99—氧气纯度99％转换而来*炉气中的体积为8.463×0.5％＝0.042重量为0.042×32/22.4=0.060kg**炉气中的体积8.463－6.958－1.389－0.004－0.015－0.042＝0.055重量为0.055×28/22.4＝0.069kg第二步、计算耗氧量（表2-9）第三步、计算炉气量及其成分（表2-10）第四步、计算脱氧合金化前的钢水量钢水量＝铁水量－铁水中元素的氧化量－烟尘－喷溅－渣中的铁损＝100－6.775－[1.50×（75％×56/72+20％×112/160＋1+13.043×60％）]＝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100.0084.85钢水90.3876.41石灰6.675.66炉渣13.0411.02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7.9096.72渣中铁珠0.780.66合计117.88100.00合计118.28100.00注：计算误差为（117.88－118.28）/117.88×100％＝－0.34％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）C13.39×0.15％×90％＝0.0180.0240.0429（入气）13.39×0.15％×10％＝0.0020.0050.007（入气）Si13.39×0.30％＝0.0400.0460.086（入渣）Mn13.39×0.52％＝0.0700.0200.090（入渣）P13.39×0.010％＝0.0010.0010.002（入渣）S13.39×0.009％×1/3＝0.00040.00040.0008（入气）13.39×0.009％×2/3＝0.0008－0.00040.0002（CaS入渣）合计0.1320.09613.39－0.132＝13.258成渣量（kg）0.180将表2-11与表2-12合并，得到加入废钢后的物料平衡。（2-13）与（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100.0076.13钢水90.38+13.258＝103.6478.65废钢13.3910.19炉渣13.04+0.180＝13.2210.03石灰6.675.08炉气11.58+0.050*＝11.618.82萤石0.500.38喷溅1.000.76轻烧白云石2.501.91烟尘1.501.14炉衬0.300.23渣中铁珠0.780.60氧气7.89+0.096＝7.996.08合计131.35100.00合计131.77100.00*为2-12中的入气成分0.042+0.007+0.0008＝0.0502-14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88.1876.13钢水91.4178.65废钢11.8110.19炉渣11.6610.03萤石0.440.38炉气10.258.82轻烧白云石2.211.91喷溅0.880.76炉衬0.270.23烟尘1.331.14石灰5.885.08渣中铁珠0.700.60氧气7.046.08合计115.83100.00116.23100.00第六步：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。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）锰铁C0.88×6.60％×10％＝0.0060.0160.022（）0.88×6.60％×90％＝0.048Mn0.88×67.80％×20％＝0.1190.0350.1540.88×67.80％×80％＝0.477Si.88×0.50%×25％＝0.0010.0010.0020.88×0.50％×75%=0.003P0.88×0.23%=0.002S0.88×0.13％＝0.001Fe0.88×24.74％＝0.218合计0.1260.0520.1560.0220.531硅铁Al0.50×2.50％×100％＝0.0130.0120.025Mn0.50×0.50％×20％＝0.00050.0001*0.00060.50×0.50％×80％＝0.002Si0.50×73.00％×25％＝0.0910.1040.1950.50×73.00％×75％＝0.273P0.50×0.05％＝0.0003*S0.50×0.03％＝0.0002*Fe0.50×23.92％＝0.120合计0.1050.1160.2210.395总计0.2310.1680.3770.0220.926*表示可以忽略。脱氧合金化后的钢水成分C：Si:：Mn：P：S：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，则焦粉生成的产物如下：表2-16焦粉生成的产物碳烧损量（kg）耗氧量（kg）气体量*（kg）成渣量（kg）碳入钢量（kg）0.15×81.50％×25％＝0.0310.031×32/12＝0.0830.114+0.15×（0.58+5.52）％＝0.1230.15×12.40％＝0.0190.15×81.50％×75％＝0.092*、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项目质量（kg）%项目质量（kg）％铁水88.1874.98钢水91.41+0.926+0.092＝92.4378.46废钢11.8110.04炉渣11.66+0.377+0.019＝12.0610.24石灰5.885.00炉气10.25+0.022+0.123＝10.408.83萤石0.440.37喷溅0.880.74轻烧白云石2.211.88烟尘1.331.13炉衬0.270.23渣中铁珠0.700.60氧气7.04+0.168+0.083＝7.29*6.20锰铁0.880.75硅铁0.500.42焦粉0.150.13合计117.61100.00117.80100.00*可近似认为（0.168+0.083）之氧量系出钢时钢水二次氧化所带入的计算误差：（117.61－117.80）/117.61×100％＝－0.16％二、热平衡计算（1）计算所需原始数据：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名称入炉物料产物铁水*废钢其它原料炉渣炉气烟尘温度（℃）12502525与钢水相同14501450*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/kg·k）0.7450.699—1.0470.996—熔化潜热218272209209209—液态或气态平均热容（kJ/kg·k）0.8370.8371.248——1.137表2-20炼钢温度下的反应热效应组员化学反应△（kJ/mol）△（kJ/kg）C氧化反应－139420－11639C氧化反应－418072－34834Si氧化反应－817682－29202Mn氧化反应－361740－6594P氧化反应－1176563－18980Fe氧化反应－238229－4250Fe氧化反应－722432－6460成渣反应－97133－1620成渣反应－693054－4880分解反应1690501690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5.4118.5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、氧溶入铁熔点的降低值（℃）∑＝6适用含量范围（％）＜1.01.02.02.53.03.54.0≤3≤15≤0.7≤0.08≤1≤18（2）计算步骤：以100kg铁水为基础第一步：计算热收入。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。eq\o\ac(○,1)铁水物理热；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，由铁水温度和生铁比热（表2-18和表2-19）确定＝1536－（4.2×100+0.8×8+0.6×5+0.2×30+0.035×25）－6＝109＝100×[0.745×（1094－25）+218+0.837×（1250－1094）]＝114500.00Kjeq\o\ac(○,2)元素氧化热及成渣量热：根据铁水中元素氧化量和反应热效应（表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）3.690×11639＝42947.910.424×6460＝2739.040.410×34834＝14281.940.180×18980＝3416.400.800×29202＝23361.600.422×4880＝2059.360.420×6594＝2769.481.934×1620＝3133.080.837×4250＝3557.25合计98266.08eq\o\ac(○,3)炉衬中碳的氧化热：根据炉衬蚀损量及其含碳量确定＝0.3×14％×90％×11639+0.3×14％×10％×34834＝586.25kJeq\o\ac(○,4)烟尘氧化热：由表2-4给出的烟尘量参数和反应热效应计算＝1.5（75％×56/72×4250+20％×112/160×6460）＝5075.36kJ故热收入总值为：＝+++＝218427.67kJ第二步：计算热支出热支出项包括：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，喷溅物理（金属热），轻烧白云石分解热，热损失，废钢吸热。eq\o\ac(○,1)钢水物理热：先根据铁水熔点的方法确定钢水熔点，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50～90℃）确定出钢温度；最后由钢水量和热容算出物理热。＝1536－（0.10×65+0.18×5+0.020×30+0.021×25）－6＝1520（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）＝1520+50+50+70＝1690（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）＝90.377×[0.699×（1520－25）+272+0.837×（1690－1520）]＝131887.16kJeq\o\ac(○,2)炉渣物理热：令终渣温度与钢水温度相同，则得：＝13.043×[1.248×（1690－25）+209]＝29828.29kJeq\o\ac(○,3)炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热，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×（1450－25）]＝18762.211450烟尘物理热1.5×[0.996×（1450－25）+209]＝2442.45渣中铁珠物理热0.78×[0.699×（1520－25）+272+0.887×（1690－1520）]＝1144.881520喷溅金属物理热1×[0.699×（1520－25）+272+0.887×（1690－1520）]＝1467.80合计＝23817.34eq\o\ac(○,4)生白云石分解热：根据其用量、成分和表2-20所示的热效应计算＝2.5×（36.40％×1690+25.60％×1405）＝2437.10kJeq\o\ac(○,5)热损失：其它热损失带走的热量一般约占总热收入的3～8％，在这取5％，则＝218427.67×5％＝10921.38kJeq\o\ac(○,6)废钢吸热：用于加热废钢的热量系剩余热量，即：＝19536.40kJ故废钢加入量为：＝19536.40{1×[0.699×（1520－25）+272+0.837×（1690－1520）]}＝13.39kJ故废钢比为：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131887.1660.38元素氧化热和成渣热98266.0644.99炉渣物理热29828.2913.66其中C氧化57229.8526.20废钢吸热19536.408.94Si氧化23361.6010.70炉气物理热18762.218.59Mn氧化2769.481.27烟尘物理热2442.4511.12P氧化3416.401.57渣中铁珠物理热1144.880.52Fe氧化6296.292.88喷溅金属物理热467.800.67成渣3133.081.43轻烧白云石分解热2437.101.12成渣2059.360.94热损失10921.385.00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。经计算其热收入部分占总热收入的0.8～1.0％，热支出部分约占0.5～0.8％，二者基本持平。热效率若不计炉渣带走的热量时：热效率第三章顶底复吹转炉炉型设计顶底复吹转炉的出现，对大幅度提高钢的产量有着重要意义。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。炉型设计转炉炉型有筒球型、锥球型、截锥型，熔池形状选用截锥型。1、原始条件（1）年产550万吨连铸坯。（2）炉外精炼收得率95%，连铸坯收得率96%。（3）转炉作业率91.8%，铁水密度7.6（4）常吹座数取“三吹二”所以公称T=250t2、熔池尺寸的计算熔池是容纳金属并进行一系列复杂物理化学反应的地方，其主要尺寸有熔池直径和熔池深度。（1）熔池直径G—新炉金属装入量，可近似取其公称容量T—平均每炉纯吹氧时间，min.可参照表1-1K—比例系数，可参照表1-2表3-1平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量（t）<3030～100>100备注冶炼时间28～3232～3838～45结合供氧强度，铁水成分和所炼钢种具体确定吹氧时间12～1614～1816～20表3-2系数K的推荐值转炉容量<3030～100>100备注K1.85～2.101.75～1.851.50～1.75大容量取下限小容量取上限结合炉子公称容量T的大小,取t=18minK=1.55故=1.55=5.776m（2）熔池的深度h对截锥型熔池其中故3、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。炉口直径取炉帽倾角取57°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的直线段，所以炉帽高度=1.444×1.54+0.4=2.624m炉帽总容积4、炉容比的确定炉容比系指转炉有效容积与公称容量T之比值。系炉帽、炉身、和容池三个内腔容积之和。表3-3国外部分大型转炉炉容比公称容量100～150150～200200～250250～300300吨以上炉容比0.62～1.09（0.7～0.9）居多0.64～1.17（0.7～0.9）居多0.68～1.19（0.7～1.0）居多0.706～1.05（0.7～0.9）居多0.68～0.941（0.9居多）取炉容比为0.9则=0.9×250=2255、炉身尺寸的确定=7.026m6、出钢口的尺寸设计出钢口一般都设在炉帽与炉身交界处出钢口中心线水平倾角，为了缩短出钢口长度，为了维修和减少钢液二次氧化及热损失，取=15°出钢口直径=22.4cm7、炉衬尺寸的确定炉身工作层选650mm永久层选115mm填充层选80mm总厚度650+115+80=845mm故炉壳内径为:5.776+0.845×2=7.446m炉底和炉帽工作层均选600mm.炉底永久层用标准镁砖砌一层230mm.粘土砖平砌三层65×3=195mm.故总厚度为600+230+195=1.025m因而炉壳内型高度为:11.368+1.025=12.293m8、炉子高宽比若钢壳钢板炉身熔池皆用55mm.炉底部分采用45mm.则炉子高度比为项目项目公称容量T250t炉壳外径D7.446m炉壳全高H10.914m炉口直径2.888m炉型内高12.293m炉帽倾角57°有效容积V225炉帽厚775mm炉容比0.9炉身厚845mm熔池直径5.776m出钢口直径225mm熔池面积26.19出钢口倾角15°熔池体积32.8951.64第四章氧枪设计顶底复吹转炉是在氧气射流对熔池的冲击作用下进行的，依靠氧气射流向熔池供氧并搅动熔池，以保证转炉炼钢的高速度。因此氧气射流的特性及其对熔池作用对转炉炼钢过程产生重大影响，氧枪设计就是要保证提供适合于转炉炼钢过程得氧气射流。转炉氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部分组成，喷头一般由锻造紫铜加工而成，也可用铸造方法制造，枪身由无缝钢管制作得三层套管组成。尾部结构是保证氧气管路、进水和出水软管便于同氧枪相连接，同时保证三层管之间密封。需要特别指出的是当外层管受热膨胀时，尾部结构必须保证氧管能随外层管伸缩移动，氧管和外层管之间的中层管时冷却水进出的隔水套管，隔水套管必须保证在喷头冷却水拐弯处有适当间隙，当外层管受热膨胀向下延伸时，为保证这一间隙大小不变，隔水套管也应随外层管向下移动。氧枪喷头设计1、原始条件：

氧流量计算式：每吨钢耗氧量，若用低磷铁水约为45～55左右，采用高磷铁水约为60～69左右。表4-1之间的关系氧射流出口温度（K）氧射流出口音速（m/s）（m/s）（）备注1.52002704050.371假定氧气滞止温度为290K，炉内环境压力为1.012.01612424850.7902.51292175421.7263.01041955823.711炉膛压力：根据实测数据，一般炉膛压力可选为0.099～0.102表4-2多孔喷头孔数和喷孔夹角之间的关系孔数345＞5夹角9°～11°10°～13°13°～15°15°～17°氧气时间流量计算式：表示实际流量和理论流量的偏差实际流量对于加工水平一般的单孔喷头，＝0.95～0.96；三孔喷头的＝0.90～0.95。铁水成分（％）CSiMnPS4.0～4.50.5～1.00.15～0.250.10～0.160.02～0.06冶炼钢种以碳素钢为主，外加一些低合金钢。2、计算氧流量每吨钢耗氧量取55，吹氧时间取20min3、选用喷孔出口马赫数为2.0、采用5孔喷头（如下图所示），喷头夹角为14°喷孔为拉瓦尔型。4、设计工况氧压和喉口直径查等熵流表，当＝2.0时，＝0.1287，取P==0.100,则设计工况氧压为：每孔流量：取代入下式：则＝4.9cm5、确定喷孔出口直径根据M=2.0查等熵流表得：＝1.688，即则＝6.4cm6、确定喷孔其他几何尺寸：取喷孔喉口得直线长度为3mm，扩散段的半锥角取4°，则扩散段长度L为：7、收缩段根据喷头实际尺寸确定。设计出的喷头真图基本如下氧枪水冷系统氧枪枪身尺寸的确定：氧枪枪身由三层同心无缝钢管组成，其长度决定于炉子尺寸与工艺布置要求，枪身各层钢管的直径和厚度计算如下：A：中心钢管直径的确定已知洋流量Q＝687.5。氧气流在中心管内的流速按40～60m/s考虑，因为流速过高会增加氧气在管内的阻力，对钢管来说也部安全，过低则会增加枪身直径，使得热损失及耗水量增大。依据气体状态方程，在中心钢管内的实际状态下的氧流量为：取中心钢管内氧气流速为60m/s，则中心钢管直径为中心钢管的壁厚及直径根据标准无缝钢管产品规格选定为B:中层钢管和外层钢管直径的确定中层及外层钢管的直径主要根据冷却水的流速和流量来选定。冷却水从中心钢管和中层钢管之间形成的环缝进入，经过喷头端部，由外层和中层钢管之间形成的环缝流出。为保证良好的冷却效果，进水流速可按5～6m/s选取，出水流速按6～7m/s选取，因为出水温度升高，体积增大，出水速度略高于进水温度。根据生产实践统计，冷却水在氧枪中的温升控制＜20℃，出水温度＜50℃，氧枪受热表面所受的平均最大负荷值大约为（0.90～1.71）×对于250t转炉冷却水耗量取250t/h的条件下，则：进水环缝截面积：出水环缝截面积：已知中心管外径＝203mm，则中层钢管的内径为：

选取中层钢管为同理外层钢管内径为：选取外层钢管为2、冷却水在铜头底部的流通间隙：

由于铜头底部受的热流最大，为保证铜头能有较高的寿命，故应适当增加冷却水在端头处的流速。若δ为间隙高度，A为外冷却水层环缝厚度，应使A＞δ，或端头处的流速取为7～8m/s三、底部供气构件的设计1、底气种类采用惰性气体和中性气体底气用量常用的有两种：一种是当冶炼含碳低于0.02％的钢时，待碳降至0.035～0.040％左右时，切断顶枪的氧气，改为底吹，吹炼时间约为5～10min，另一种是在底部全程供气，只是前期吹，末期Ar，本设计采用后者。供气构件目前常用的供气构件主要有以下三类：eq\o\ac(○,1)透气砖：早期透气砖，内有大小约100目的无数微细孔。其主要缺点是砖的致密性差，寿命底，气流通过阻力大。组合式透气砖有多块耐火砖按不同形式组合成各种砖缝并包不锈钢板而成，这种透气砖致密度增加，寿命提高，但气流分布不够均匀，组片式透气砖的优点是膨胀系数较小，可以防止剥落，寿命较长。eq\o\ac(○,2)喷嘴：炉底喷嘴有单管式、套管式和实心环缝式三种。单管式吹喷嘴供气量调节范围小，生产过程中，当气流出口速度低于音速时，容易引起气流脉动,造成间断式供气，从而导致喷嘴粘结，甚至灌钢。套管式喷嘴的内管和环缝均供气，所供气体的压力和流量各异。为防止内管粘钢，环缝送入速度较高气体。通过调整内外管中气流的压力和面积，可以改善气流的性能。一般要求P内/P缝≥1.89，1≤A内/A缝≤3。内外管压差越大，气体方向冲击次数就越小，这样又提高喷嘴寿命和减轻炉底耐火材料的损毁是有利的。流量通过改变内管压力来调节的，但可调节的气量范围仍嫌小，其最大气量与最小气量之比值≤2.0，环缝式喷嘴只有环缝供气，内管用耐火材料填实。这样可消除喷嘴结瘤，后应力也大大减小，气量调节范围大，约达10，但不易于喷粉。eq\o\ac(○,3)类环缝管式喷嘴：环缝中设有许多细金属管。它兼有透气砖和喷嘴的优点，适用于喷吹各种气体，还简化了细金属管砖的制作工艺，是很有发展前途的一种供气构件。本设计中底部供气元件选为类环缝管式喷嘴。喷嘴数量为4个，如图所示为环缝管式供气构件，环缝喷嘴直径的确定：经验公式：=70mm=40mm第五章车间生产工艺炼钢原料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必须大于1350℃，硅是铁水中主要发热元素之一，生成的是渣中的酸性成分。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裕故可加入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≤0.7m，最大重量≤150kg,最大面积≤0.25。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，并药数量准，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（＞8004、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含量应高而和S的含量应尽可能低，把灼减控制在4%～70%，块度一般以5～40mm为宜石灰质量要求：CaO≥90%,≤3%,S≤0.1%,过烧率≤14%，活性度≥ml。5、萤石萤石能使CaO和阻碍石灰熔解的外壳的熔点显著降低，加速石灰熔解，迅速改善炉渣流动性。对萤石的成分要求高，硫成分和水分要低。其块度一般为5～40mm为宜。6、生白云石其主要成分是，用白云石造渣可使渣中保持一定量的以减少炉渣对炉衬的倾蚀，对白云石的要求，一般为＞20%，块度为5～40mm7、其他合成渣料采用或或作熔剂与石灰制成的复合渣料，氧气要求纯度大于99.5%，铁矿石要求是或含量高的富矿，增碳剂含量应大95%，粒度适中。装料制度对于转炉炼钢，装入量过大，会使喷溅增加，熔池搅拌不好，造渣困难，炉衬特别是炉帽寿命缩短，供氧强度也因喷溅大而被被迫降低，装入量过小，则会使炉产量减少，所以确定装入量时应考虑以下因素：eq\o\ac(○,1)保证合适的炉容比：通常波动在0.7～1.0，一般大于0.75。eq\o\ac(○,2)要有合适的熔池深度：合适的熔池深度应大于顶枪氧气射流对熔池的最大穿透深度的一定尺寸。eq\o\ac(○,3)应与钢包容量、浇铸吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、铸机拉速等相适应。本设计采用分阶段定量装入，大体上保持了比较适当的熔池深度和装入量的相对稳定性。供氧制度转炉炉膛内氧气射流的特性eq\o\ac(○,1)氧枪经常在出口马赫数远大于1的条件下工作。eq\o\ac(○,2)在转炉膛内，氧气射流遭到与射流运动方向相反，以CO为主的相遇气流的作用，使射流的衰减加速，该作用在强烈脱碳的吹炼中期影响最大。eq\o\ac(○,3)氧气射流在转炉炉膛内向下流动的过程中，将从周围抽吸烟尘、金属滴和渣滴等比重很大的质点，使射流的速度降低，扩张角减小。eq\o\ac(○,4)转炉膛内的氧气射流，初始温度比周围介质的温度低的多，当射流与周围抽吸的高温介质混合时，射流被加热。eq\o\ac(○,5)氧枪出口处的氧气射流，其密度显著大于周围气相介质的密度，这有利于射程增大。氧气射流对转炉熔池的作用物理作用：物理作用与吹炼过程有密切的关系，穿透深度和冲击面积的大小主要决定于氧气射流接触熔池时的气体动力学参数，其中最主要的是在该断面上的轴心速度、速度分布和射流的直径。在通常的吹炼条件下，氧气射流的能量约有20%消耗于熔池的搅拌，5%～10%消耗于克服阿基米德力，70%～80%消耗于非弹性碰撞的能量损失，射流与熔池之间的相互破碎和乳化，在氧气射流及因射流而产生的CO气体的共同作用下，引起射流与金属、炉渣之间的相互破碎，并形成金属—炉渣乳浊液，使它们相互之间的接触面积剧烈增大，而使吹炼过程加速进行。化学作用：进入熔池的高速氧气射流，在开始的一段时间里，将射流周围坑穴中的金属表面层以及卷入射流中的金属滴表面层氧化成。由于液滴的表面积很大，卷入射流的金属滴中的任何元素在强氧化性气氛下氧化都极迅速，因而液滴是将氧传给熔池的基本载体，载氧液滴随射流急速前进，参与熔池的循环运动，并在熔池中进行二次氧化，将氧传给金属，射流被熔池的反作用击散产生的氧气气泡同样参与熔池的循环，并在循环过程中进行金属的氧化。顶吹氧气转炉的氧枪操作氧强的结构、类型和尺寸等确定后，吹炼过程中能够调节的供氧参数是枪位和工作氧压，氧枪操作首先应满足化渣快和不“返干”的要求，同时，也要满足减少喷溅，准确控制终点，以及延长炉龄的要求，变动枪位是目前控制吹炼过程的重要手段，枪位的变动主要由以下因素决定：eq\o\ac(○,1)吹炼的不同时期eq\o\ac(○,2)熔池的深度eq\o\ac(○,3)造渣材料的加入量及其质量eq\o\ac(○,4)铁水温度和成分eq\o\ac(○,5)喷头结构造渣制度炉渣碱度的控制与石灰加入量的确定炉渣碱度是脱硫、脱磷能力的基本标志，早期炉渣的碱度一般控制在2.4～2.8之内，在冶炼含磷硫较高的原料和低磷硫的钢种时，要提高碱度，一般控制在3.0～3.5。石灰加入量主要根据铁水中硅磷含量和炉渣碱度确定在铁含磷量较低，采用单渣法和废钢做冷却剂时，石灰加入量可安下式计算：石灰加入量=kg/t金属料式中R=(%CaO)/(%)—碱度—石灰中的有效含量＝石灰当铁水中含磷较高并假定金属料中含磷量的90％氧化进入炉渣，则石灰加入量按下式计算：石灰加入量＝式中R＝;1.31＝0.634×0.90×；为相对分子质量与相对分子质量之比影响石灰溶解速度的因素eq\o\ac(○,1)FeO是石灰的基本熔剂，有利于时会的溶解，FeO能降低炉渣的粘度，加速石灰块外部的传质，并改善炉渣对石灰的润湿和炉渣向石灰孔隙中的渗透，FeO和CaO同是立方晶系，有利于氧化铁向石灰晶格中迁移和扩散。eq\o\ac(○,2)中期炉渣“返干”使石灰溶解缓慢。“返干”主要使碳的激烈氧化使渣中氧化铁浓度降低较多，致使炉渣的熔点显著升高，炉渣变稠而不活跃，成为半固体状态而失去精练能力。eq\o\ac(○,3)温度对石灰的熔解速度也有影响，高温使外部和内部的传质加速，使生成的渣壳和硅酸二钙迅速熔解。兑铁水前，预热石灰，能显著增加成渣过程。eq\o\ac(○,4)萤石能降低CaO以及的熔点，吹炼中期加入萤石可以防止炉渣“返干”。炉渣粘度的控制过粘的炉渣去除磷、硫缓慢，含有大量的金属珠，降低钢水的收得率；过稀得炉渣则强烈侵蚀炉衬。渣粘得原因通常是炉渣得熔点与当时的熔池温度接近，熔池的温度低于炉渣的液相线时，炉渣特别粘稠。此时，提高渣中、∑（FeO）、MnO、MgO等含量都能使炉渣熔点降低，流动性改善。在确保去硫、磷的条件下，加入白云石等含MgO的材料，适当提高终渣的粘度，可以在终渣停吹时，部分粘附在炉衬内表面，使炉龄延长。炉渣氧化性的控制用渣中氧化铁的活度表示炉渣的氧化性使最合理的，因为渣中的氧化铁不会呈自由状态存在，但是，由于确定的数值相当复杂，因此一般只用于研究工作，生产中普遍用氧化铁的浓度表示炉渣的氧化性，影响炉渣氧化性的主要因素:eq\o\ac(○,1)枪位和氧压：在一定的供氧强度下，枪位提高或氧压降低时，炉渣的氧化性增强。eq\o\ac(○,2)脱碳速度：脱碳速度越大，碳夺取炉渣中的氧越强烈，而且熔池搅拌越有力，促进炉渣中的氧化铁向金属中传递，炉渣氧化性大大减弱。eq\o\ac(○,3)温度对炉渣的氧化性是间接的，熔池温度低而使金属和炉渣粘度增大，炉渣向金属传递氧和金属吸收射流的氧减慢，炉渣的氧化性增强。对镇静钢和沸腾钢的终渣氧化性，有不同的要求。镇静钢要求尽可能完全脱氧，因此，在保证去除磷，硫的条件下，应将渣中∑（FeO）控制在尽可能低的限度内。沸腾钢要求有适当的含氧量，吹炼含碳＞0.2%的沸腾钢时，往往需要增强炉渣的氧化性以提高钢水的含氧量，吹炼含碳＜0.08%沸腾钢时，应避免终渣氧化性过强。泡沫渣及其控制在顶吹氧气转炉吹炼的前、中期，提高炉渣中∑（FeO）的含量以加入石灰的熔化和促进去磷，产生泡沫渣是不可避免的，往往是在炉渣∑（FeO）高和熔池温度较低时产生的。目前对泡沫渣还不能完全控制，通常在吹炼中期或稍微偏前一些，泡沫化程度达到最大值，熔池面上涨出现在碱度1.5～1.7和脱碳速度最大的时候。在开吹的初期，由于渣量很少和脱碳速度不大，熔池面上涨很少，炉渣的泡沫化不致造成溢渣和喷溅。随着吹炼的进行，渣量迅速增大，在采用高∑（FeO）化渣时，炉渣的泡沫化程度迅速增大。如果熔池温度较低，炉渣较粘，一旦碳开始剧烈氧化，泡沫渣将大量从炉口溢出，并产生强烈喷溅。吹炼末期，脱碳速度下降，熔池温度升高，炉渣的泡沫化程度随之减小。为了避免炉渣的过分泡沫化，还应尽可能保持吹炼初期的热行。在铁水温度较低时，应先提温，待温度上升后，再提枪化渣。铁矿石或其他固体氧化剂不应一次加入过多，以免使熔池温度剧烈下降，渣中∑（FeO）急剧增多。采用软烧石灰，可降低化渣所需要的∑（FeO）含量，炉渣流动性也好，可使炉渣泡沫化程度减小，铁水含硅量降低可以减少渣量，减轻泡沫渣危害。放渣及留渣操作目前，顶吹氧气转炉的造渣操作有吹炼中途不放渣的“单渣法”，中途放出部分炉渣的“双渣法”，以及将上炉的部分或全部终渣留在炉内作为下一炉渣料的“双渣留渣法”，。单渣法：用含硅量＜1.0%和含磷量≤0.3％～0.4％的铁水吹炼低碳钢，在去硫率达40％即可满足所炼钢种要求时，通常采用单渣法。双渣法：当铁水含硅量＞1.0％，产去硫率＞40％的钢种，水含磷量达0.5％～1.5％；或原料含磷量虽＜0.5％，但要求生产低磷的高、中碳钢；以及要在炉内加入大量含有易氧化元素的合金废钢时，应用双渣法。双渣留渣法：双渣法的终渣，一般有高的碱度和比较高的∑（FeO）含量，它对铁水具有一定的去磷和去硫能力，熔点不高，本身含有大量的物理热。将这种炉渣部分地、甚至全部留在炉内，可以显著加速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期的去磷和去硫率，节省石灰用量和提高炉子的热效率，温度制度出钢温度的确定出钢温度可按下式确定：△△式中—所浇钢种的液相线温度△—浇注过程种钢水的温降△—从出钢、钢水精炼导开浇时钢水的温降，eq\o\ac(○,1)：决定于钢液成分，钢种不同或者同一钢种成分有差异时，其液相线温度液不同，可按下列推荐公式计算=1537℃—[88%C+8%Si+5%Mn+30%P+25%S+5%Cu+4%Ni+2%Mo+2%V+1.5%Cr]eq\o\ac(○,2)△它是钢水浇注过程中的温降，即钢水开浇时必须保持的过热温度。合适的开浇温度主要由生产条件和浇注质量所决定，连铸过热度通常为5～30℃，内部质量要求严格的钢以过热度偏低为好。eq\o\ac(○,3)△其值随生产条件不同而异，它与出钢时间、钢流状态、盛钢桶大小、桶衬温度、加入铁合金状况、镇静时间等有关，一般为30～80℃。对于连铸，由于增加了中间包热损失，中间包水口小，浇注时间长，因此钢水温度要比模铸高20～50℃，对于有精炼工序的车间，还必须考虑精炼过程中钢水温度的升降。冷却剂及其加入量的确定冷却剂的冷却效果为加热冷却剂到一定的熔池温度时消耗的物理热（）和冷却剂发生化学反应消耗的化学热（）之和，即＝+顶吹氧气转炉炼钢所用的冷却剂一般有废钢、铁矿石、氧化铁皮，废钢作为冷却剂的优点是杂质少，可减少成渣量。铁矿石用作冷却剂的优点是加料时不占用吹炼时间，有利于快速成渣和去磷，并能降低氧耗和钢铁料消耗，吹炼过程中调节温度比较方便，氧化铁皮是轧钢的铁屑，其冷却效果比矿石稳定，含杂质少，生成渣量也少。废钢加入量的计算假设需要废钢进行冷却的富余热量为，废钢的冷却效果为，则应加入的废钢量为：铁矿石加入量的计算。由于铁矿石含，故用铁矿石作冷却剂时，为了保持炉渣的规定碱度R，需要补加石灰。因此在计算铁矿石加入量时，应考虑补加石灰的冷却作用。如果表示矿石的加入量，表示补加石灰量，表示铁矿石的冷却效果，表示石灰的冷却效果，为富余热量，则＝×+×eq\o\ac(○,1)为了保持规定的炉渣碱度R，需补加的石灰量可根据矿石中的含量和石灰中自由的求出。＝eq\o\ac(○,2)将eq\o\ac(○,2)式代入eq\o\ac(○,1)式得出铁矿石的加入量假设普通低碳废钢的冷却效果为1，则常用冷却剂效果如下图所示冷却剂与废钢相比的冷却效果加入1％冷却剂的金属温度降低值/℃废钢18.5～9.5铁矿石，铁皮（90％作用）4～4.535～40石灰石～4.2534～38终点控制和出钢终点控制是转炉吹炼末期的重要操作。有于脱磷比脱碳操作复杂，因此总是尽可能提前让磷、硫去除到终点要求的范围内。这样，终点控制便简化为脱碳和钢水温度控制，所以把停止吹氧又称为“拉碳”，从广义上讲，终点控制应包括所有影响钢质量的终点操作和工艺因素控制。转炉的自动控制可以达到准确控制吹炼过程和终点的目的，具有较高的命中率，经验控制经常采用“增碳法”和“拉碳法”。增碳法省去倒炉、取样及随后的补吹时间，因而生产率高，终渣（FeO）高，化渣耗，去磷率高，热量收入较多，有利于增加废钢用量。拉碳法具有终点钢水氧含量和终渣（FeO）较低，终点钢水含锰量较高、氧气消耗较少等优点。转炉出钢时间约2～6min，应采用红包出钢和挡渣出钢法。脱氧制度及合金化目前顶吹氧气转炉炼钢绝大多数采用沉淀脱氧，对一些有特殊要求的钢种还可以配合以包内扩散脱氧（合成渣渣洗）和真空碳脱氧（真空处理及吹氩搅拌等）。顶吹氧气转炉炼钢的脱氧方法eq\o\ac(○,1)炉内加硅锰合金和铝（或铝铁）预脱氧，包内加锰铁等补充脱氧。其操作要点：到达终点后，倒出大部分炉渣，再加少量石灰使渣稠化，以提高合金收的率和防止回磷；加入脱氧剂后摇炉助熔。包内所加脱氧剂应在出钢至1/4～1/3时开始加入，到2/3～3/4时加完，以利于钢水成分，温度的均匀化和稳定合金收得率。eq\o\ac(○,2)包内脱氧：全部脱氧剂都加入包内。操作要点是:锰铁加入量较多时，应适当提高出钢温度；而硅铁加入量大时，则应相应降低出钢温度。脱氧剂力求在出钢中期均匀加入（加入量大时可将1/2合金在出钢前加在包底）。加入次序一般是先弱后强，即先加锰铁，而后加硅铁、硅锰和铝。出钢时避免过早下渣，特别是对含磷量有严格要求限制得钢种。包内应加少量石灰，防止回磷。镇静钢主要采用炉内预脱氧—钢包内补充脱氧或全部脱氧剂加入钢包内的脱氧方法。沸腾钢主要采用Fe—Mn脱氧、脱氧剂全部加入钢包内，出钢时加入少量铝调整钢水氧化性。合金化的一般原理加入某一种或几种合金元素，使其在钢水中的含量达到成品钢规格的操作过程，通称合金化。实际上，脱氧和合金化经常是同时进行的。加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧，转化为脱氧产物而排出，另一部分则为钢水所吸收，起到合金化的作用。而加入钢中的合金元素，因其与氧的亲和力多半比铁强，也必然起一定的脱氧作用。冶炼一般合金和低合金钢时，合金加入量公式如下：合金加入量＝kg冶炼高合金钢时，合金加入量较大，因此，加入的合金量对钢水重量和终点成分的影响不可忽略各种合金元素应该根据它们与氧的亲和力大小，熔点高低以及热物理特性，决定其合理的加入时间、地点和必须采取的助熔或防氧化措施。第六章主厂房工艺布置氧气转炉炼钢车间的主体部分是主厂房，它包括原料跨，转炉跨和浇注跨。一、原料跨间布置在原料跨内主要完成兑铁水、加废钢和转炉炉前的工艺操作，一般在原料跨的两端分别布置铁水和废钢工段，由于本设计中转炉容量为250t，所以采用混铁车水。图6-1采用混铁车方案时铁水供应系统图采用混铁车方案进行铁水预处理时（图6-1），一般包括铁水预处理间2、倒渣站3和铁水倒罐站4。铁水预处理间（脱硫或同时脱硫磷）和倒渣站大多数位于炼铁车间与铁水倒罐站之间，且彼此平行布置。一般情况，经处理后的混铁车，每隔2～3次送到倒渣站倒渣，倒渣站扒渣机布置见图6-2，铁水预处理站间图6-3所示。不需处理的混铁车每隔10次左右到倒渣站倒渣，铁水倒罐站内一般设有二条运输线和与其垂直布置的受铁坑，一个受铁坑有两个铁水转注位置。在高炉和转炉中将应该增加铁水预处理工序，进行脱硫或同时脱硫脱磷处理，当前，最有效的方法是喷粉处理。例如脱硫用石灰粉配加少量石灰石粉。脱磷有石灰系和苏打系两类，石灰系处理后渣较粘，可用机械扒渣发除渣，苏打系处理时渣稀，可用真空吸渣法除渣效果较好。废钢的供应：在原料跨一端的外侧另建废钢间（一般垂直于原料跨），在废钢间内加工处理后的废钢装入料斗并称重，然后，料斗由地面或高架台车送进原料跨待用。转炉渣罐的转运将渣罐车横穿原料跨，在主厂房之外的中间渣厂到运或处理。原料跨厂房的长度为铁水供应区，废钢供应区和转炉加料区三者之和，并加入两端检修吊车所需的长度。原料跨厂房的宽度取决于转炉容量及工艺布置，本设计取26m。原料跨厂房的高度:用混铁车时,兑铁水调车轨面标高应保证能把铁水包中的铁水全部兑入转炉,如图6-4所示。此时铁水吊车的轨面标高H为:式中:—铁水吊车的升高极限,区1.5m—安全距离,取1m—铁水包兑铁水时,铁水耳轴中心至转炉耳轴中心的距离,取8.5m—转炉耳轴中心标高图6-5氧枪副枪布置示意图二、转炉跨间的布置转炉跨是氧气转炉炼钢车间中厂房最高建筑结构最复杂和单位投资最多的跨间。重要的生产设备和辅助设备都布置在这里，如、转炉、转炉倾动系统、加料系统、供氧系统、底吹系统、烟气净化系统、出钢、出渣设施等。本设计中炉子跨采用横向布置，横向布置是指跨间横向柱列中心线之间的布置，各个系统的设备及其操作互不干扰，生产通畅。转炉在横向上的位置，如图6-4所示，转炉应布置在靠近原料跨，转炉中心线与靠近原料跨的厂房向柱列中心线的距离a，既要保证原料跨的吊车能顺利向转炉兑入铁水和加入废钢，又要在可能的条件下，尽量保持足够大的距离，以便较好的布置氧枪升降机构，保证氧枪和副枪的正常工作，a值的关系式为：a=R+r-()式中：R—转炉倾动到受铁位置（一般是倾动角）时，转炉炉口（新炉衬时）内缘到转炉直立中心线的水平距离，取2.725m；r—铁水罐内全部铁水兑入转炉（倾动角104°左右）时，罐咀前沿到铁水罐耳轴中心线的水平距离，取2.1m。—厂房纵向柱列中心线与吊车轨道中心线的距离，取0.5m；—兑铁水吊车主钩中心线至吊车轨道中心线的极限距离，取2.15m。—向转炉兑铁水时，吊车主钩中心线至其水平极限位置的富余尺寸，取0.3m。a=2.725+2.1-(0.5+2.15+0.3)=1.875m；烟罩、烟道和氧枪、副枪的位置：通常烟罩和烟道皆沿跨间横向朝炉后弯曲，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。氧枪通道宽约1m左右，而且副枪总是布置在靠烟道一侧（如图6-5）。高位料仓示意图高位料仓的布置：散状料的各个高位料仓一般是沿炉子跨纵向布置，在其顶部有分配皮带机通过。所以高位料仓职能布置在紧靠固定烟道的前面或后面。除尘系统设备布置：除尘系统大多布置于炉子跨内，可按其中设备宽度最大尺寸来决定，同时也与除尘系统类型有关。此外，应留出必要的设备检修空间和人行通道等炉子跨的跨度主要依据转炉容量容量的大小和该跨内各设备的布置要求来确定。本设计取24m.（2）转炉跨各层平台的确定①转炉工作平台转炉工作平台的标高是根据已确定的转炉耳轴中心标高，将转炉倾动至大致水平位置时，以操作工人站在炉前操作平台上，能方便地炉内一定深度取出金属和炉渣的试样为准，如图6-6所示，经验公式为：式中—转炉工作平台标高H—转炉耳轴中心标高，取12md—转炉新炉砌衬后炉口内直径，取2.888mK—常数，取0.26m则=（12-2.888/2）+0.26=10.816meq\o\ac(○,2)炉口平台（或称烟罩平台）标高稍低于转炉炉口标高，主要是布置检修和转炉砌筑设施，以及堆放转炉衬砖。eq\o\ac(○,2)散状料系统平台氧气转炉车间一般自上而下设置料仓平台、给料机和称量料斗平台、汇总密封料斗和加流槽平台，以便布置散状料的运输、贮存、给料称量和加入设备，检查设备运行情况和维修，还可以利用这些平台布置铁合金系统设备。图6-7转炉耳轴中心线的标高图eq\o\ac(○,2)烟气净化系统平台大中型转炉车间斗布置有转炉净化系统和汽化冷却烟道系统平台，分别布置烟气净化设备（如一级和二级文氏管，弯头脱水器等）和烟道汽化冷却设备（如除氧器、汽化冷却器、汽包等）eq\o\ac(○,5)供氧系统平台转炉的供氧系统一般自上而下设置氧枪升降和横移机构平台，氧枪孔平台以及氧气和冷却水进出软管联接平台，相应设有副枪平台。表5-1为不同容量转炉操作平台标高的数据。表6-1炉子容量与操作平台标高的关系炉子容量（t）153050120300操作平台标高（m）5.85.857.09.0010.80（3）转炉跨起重机轨面标高转炉垮起重机轨面标高按副枪系统的最高点而定，转炉跨起重机轨面标高确定后，转炉之总高度就已确定。①副枪行程式中:—副枪行程—吹氧管下降到最低点,喷头到转炉耳轴中心线的高度—转炉耳轴中心线到炉口的高度—转炉路口到活动眼罩骨顶端下院的高度,取1700mm—斜烟道拐角点到副枪孔出口的高度,取5500mm—副枪孔出口到副枪探头装配平台的高度,其中包括副枪孔压盖装置,拔脱探头装置,切割装置及接样管等,取2800mm—探头装配平台面到探头导向筒上缘的高度,取1800mm—副枪喷头至氧枪喷头距离则=2.365+4.35+1.7+3+5.5+2.8+1.8+0.750=22.265m②副枪总长式中:—副枪总长—探头装配平台面到副枪导向轮下降到最低极限的高度,取700mm—副枪小车长,取1250mm则=22.265+0.7+1.25-1.8=22.415m③副枪长式中:—副枪长—副枪在副枪小车内的一段距离,取600mm则=22.415-1.25+0.6=21.765mm④副枪中心至