年产350万吨转炉炼钢厂设计

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1、西安建筑科技大学华清学院本科毕业设计（论文）任务书题 目：年产350万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计院（系）：专 业：冶金工程学生姓名：学 号：指导教师（签名）：主管院长（主任）（签名）：时 间：2013 年 2月 25 日 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350万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计钢种： 普碳钢、低合金钢、优质碳素结构钢等规格： 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、连铸机以和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；车间主要设备选择和车间平面设计以和总图运输方案的确定。进行

2、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。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

3、； 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：炼钢节能技术思路与对策（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2013.2.25-3.222设计相关计算3.234.33炉型、工艺、主设备设计和选择4.45.84车间布置5.95.155制图与翻译5.165.296编制设计说明书5.306.77准备答辩6.86.12四、主要参考资料和文献阅读任务（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 1990

4、3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(2003年以后的文献，不少于10篇且至少有2篇外文文献)五、审核批准意见 教研室主任签（章） 年产350万吨全连铸坯的转炉炼钢车间设计专 业：冶金工程 姓 名： 指导老师：设计总说明当前的炼钢工艺中，较为普遍

5、的是以高炉铁水为原料的转炉炼钢工艺和以预还原球团矿或高质量的工业废钢为原料的电弧（炉）工艺。本设计为具有代表性的氧气顶底复吹工艺，预计年生产能力为350万吨良坯钢。车间设有公称容量为150吨的转炉两座，LF精炼炉2座、板坯连铸机1台和方坯连铸机1台。转炉的冶炼周期38分钟，吹氧时间16分钟。根据国内外转炉炼钢技术的发展趋势，结合设计任务书中普碳钢和普碳钢的品种需要，选择了LF炉外精炼设备，进行全连铸生产。最终确定如下的的工艺流程：铁水预处理转炉炼钢LF精炼连铸。本次设计在对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参数进行了设计、选型，完成了主体设备选择、炼钢工艺设计、主厂房工艺布

6、置和设备布置。编制说明书一份，绘制转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张，并完成题目为炼钢节能技术思路与对策的专题。关键词：炼钢，顶底复吹，工艺流程，精炼，连铸，Design DescriptionAt present, there are two main steel-making processes: converter steelmaking process with blast furnace hot metal and steel scrap as the raw materials and the arc (furnace) process with pre-reduction pe

7、llets or high-quality industrial steel scrap as raw materials. In this paper, the representative process combined-blowing oxygen converter process with a scale of 3.7106 continuous casting billet annual is designed. In the workshop, main equipments including 2150t converters and its auxiliary equipm

8、ents with 2 LF refining furnaces, 2 sets of slab continuous casting machines and a set of billet continuous casting machine are designed. The Smelting period is set for 38 minuter in which the actual oxygen blowing time is only 16 minutes. Depending on the development trend of steel-making process a

9、nd the quality requirement of carbon steel and pressure vessel steel, LF refining is selected to fulfill continuous casting. Finally,the following process flow is choosed: PretreatmentConverterLFCC. On the base of the material and heat equilibrim calculation,the size of steel-making plant workshop s

10、pan and device assign, personnel placement is made .A project instruction is redacted ,furnace size graphic, a ground plane and a sectional view of the workshop are also submitted. And finally, the monograph which is about non-metallic inclusions in steel and its damagement is also finished.Key word

11、s:steel making, combined-blown, process, refining, continuous casting 目 录1 绪论11.1 转炉冶炼原理简介11.2 氧气转炉炼钢的特点21.3设计原则和指导思想21.4 产品方案32 氧气转炉炼钢车间52.1 初始条件52.2 公称容量选择52.3 转炉座数的确定52.4根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量。62.5 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量63 转炉物料平衡和热平衡计算83.1 氧气顶底复吹转炉的物料平衡和热平衡83.2热平衡计算203.2.1热平衡计算所需数据203.2.2计算步骤214 氧气转炉和相

12、关设备设计254.1 炉型设计254.1.1炉型选择254.1.2 主要参数的确定254.2 炉衬设计274.3 炉底供气构件的设计284.4 转炉炉体金属构件设计284.5 倾动机构294.6 氧枪喷头设计294.6.1喷头设计294.6.2 氧枪枪身设计314.6.3氧枪升降和更换机构344.6.4 副枪设计344.6.5 副枪的功能和要求354.7 底部供气元件设计364.7.1底气种类364.7.2供气构件的选择364.7.3喷嘴数量和布置365 转炉车间烟气净化和回收37 5.1 烟气量的计算375.2 烟气净化系统类型的选择385.3 烟气净化系统主要设备的选择395.4 含尘污水

13、处理406 转炉炼钢的生产制度416.1主要原材料的技术要求416.1.1金属料416.1.2造渣材料426.1.3氧化剂436.2装料制度446.3供氧制度456.3.1供氧制度主要工艺参数456.3.2氧枪操作456.4造渣制度466.4.1采用单双渣操作476.4.2各种渣料用量计算和加476.4.3炉渣调整486.5 温度制度496.6 终点控制与出钢506.7 脱氧合金化516.7.1脱氧合金化操作516.7.2 影响合金元素吸收率的因素526.8 精炼与连铸527 连铸车间的设计547.1 连铸机机型的选择547.2 连铸机的主要工艺参数547.2.1 钢包允许的最大浇注时间547

14、.2.2 铸坯断面547.2.3 拉坯速度547.2.4 连铸机的流数567.2.5 铸坯的液相深度和冶金长度567.2.6 弧形半径567.3 连铸机生产能力的确定577.3.1 理论小时产量577.3.2 连铸机的平均年产量577.3.3 连铸机台数的确定577.4 结晶器的设计587.4.1 结晶器的长度587.4.2 结晶器断面尺寸587.4.3 结晶器铜壁厚度587.4.4 结晶器锥度587.4.5 结晶器拉坯阻力597.5 二次冷却装置597.6 拉坯矫直装置和引锭装置597.7 钢包607.8 中间包628 炼钢车间其它设备的选择与计算638.1渣罐车638.1.1渣罐车型号的选

15、取638.1.2渣罐车数量的确定638.2 混铁车638.3 铁水罐648.4 废钢供应系统648.4.1转炉车间昼夜所需废钢量648.4.2废钢贮仓容积或堆放场地所需面积计算648.4.3废钢料斗容量和数量658.5 散装材料供应系统658.5.1 地面料仓容积和数量的确定658.5.2 上料方式的选择668.5.3 高位料仓容积和数量的确定668.6 钢包的其他工艺参数678.7起重机的选用689 转炉车间的组成、类型和主厂房尺寸699.1 车间组成699.2主厂房主要尺寸的确定699.2.1加料跨699.2.2炉子跨719.2.3 浇铸跨7510 炼钢车间人员编制7811 炼钢车间经济指

16、标82参考文献83致 谢841 绪 论1.1 转炉冶炼原理简介1转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量 （含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。氧气转炉生产的主要原材料是铁水，大多数情况下铁水由高炉攻击，而高炉的原材料是铁矿石；转炉生产出来的产品是钢坯（或钢锭），他们还不是最终成品，而必须经由轧钢机轧制成各种类型和规格的钢板、型钢和钢管等最终产品，提供给市场。因此，氧气转炉不可能独立存在，它必须前有炼铁，后有轧钢，共同组成一个钢铁生产的联合体。我们称这样的生产模式为钢铁联合企业。从化学成

17、分来看，刚和生铁都是铁碳合金，并还有Si、Mn、S、P等元素，由于C和其他元素的含量不同，所形成的组织不同，因而性能也不一样。根据FeC相图，C含量在0.0218%-2.11%之间的铁碳合金为钢，它的熔点在1450-1500。C含量在2.11%以上的铁碳合金称为生铁，熔点在1100-1200。C含量在0.0218%一下的铁碳合金称为工业纯铁。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛。若以生铁为原料炼钢，需氧化脱碳:钢种P、S含量过高分别会造成钢的“冷脆

18、”性和“热脆”性，炼钢过程应脱出P、S；钢中氧含量超过限度会加剧钢的“热脆”性，并形成大量氧化物夹杂，因而要脱出氧；钢种含有H、N分别造成钢的氢脆和时效性，应该降低钢中的有害气体含量；夹杂物的存在会破坏钢基体的连续性，从而降低钢的力学性能，也应该去除：炼钢过程应提高温度达到出钢要求，同时还要加入一定种类和数量的合金，使钢的成分达到所炼钢种的规格。综上所述，炼钢的基本任务包括：脱碳、脱氧、脱硫、脱磷；去除有害气体和夹杂，提高温度；调节成分。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱硫、脱磷以和脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，

19、其工艺操作原则则是控制供氧、造渣、温度，以和加入合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢坯或钢锭。1.2 氧气转炉炼钢的特点与平炉、电炉炼钢法相比，氧气转炉炼钢具有生产率高、刚中气体含量低、钢的质量好等特点。氧气转炉炉内反应速度快，冶炼时间短，具有很高的生产效率。随着转炉容量的增大，生产率进一步提高。氧气转炉钢具有以下特点：（1） 钢中气体含量少（2） 由于炼钢主要原材料为铁水，废钢用量所占比例不大，因此Ni、Cr、Mo、Cu、Sn等残余元素含量低，由于钢中气体和夹杂少，具有良好的抗时效能力、能加工变形性能和焊接性能，钢材内部缺陷少。不足之处是强度偏低，淬火性能稍次与平炉和电炉钢。此外，氧

20、气转炉钢的机械性能和其他方面性能也是良好的。（3） 原材料消耗少，热效率高，成本低。氧气转炉的金属消耗率一般为11001140kg/t，比平炉稍高些。耐火材料消耗仅为平炉的1530%,一般为25kg/t。由于氧气转炉是利用炉料本身的化学热和物理热，热效率高，不需外加热源。因此燃料和动力消耗方面比平炉和电炉均低。氧气转炉的高效率和低消耗，使钢的成本较低。（4） 原料适应性强。氧气转炉对原料的适应性强，不仅能吹炼平炉生铁，而且能吹炼P（0.51.5%）和高P（1.5%）生铁，还可以吹炼钒、钛等特殊成分的生铁。（5） 基建投资少，建设速度快。氧气转炉设备简单，重量轻，所占的厂商面积和所需要的重型设备

21、的数量比平炉车间少，因此投资比相同产量的平炉低3040%。而且生产规模越大，基建投资就越省。氧气转炉车间的建设比平炉车间快得多。氧气转炉炼钢生产比较均衡，有利于与连铸机配合。还有利于开展综合利用，如煤气回收和实现生产过程的自动化。近年来由于氧气转炉炼钢与炉外精炼技术相结合，所炼钢种进一步扩大，目前能生产的钢种近300个。1.3设计原则和指导思想对设计的总要求是技术先进，工艺上可行;经济上合理。所以，设计应遵循的原则和指导思想是：1）遵守国家的法律、法规，执行行业设计有关标准、规范和规定，严格把关，精心设计;2）设计中对主要工艺流程进行多方案比较，以确定最佳方案;3）设计中应充分采用各项国内外成

22、熟的新技术，因某种原因暂时不上的新技术要预留充分的可能性。所采用的新工艺、新设备、新材料必须遵循经过工业性试验或通过技术鉴定的原则;4）要按照国家有关劳动安全、工业卫生和消防的标准和行业设计规定进行设计;5）在学习、总结国内外有关厂家的生产经验的基础上，移植适用可行的先进技术;6）设计中应充分考虑节约能源、节约用地，实行资源的综合利用，改善劳动条件以和保护生态环境。1.4 产品方案一、冶炼的钢种、代表钢号和其化学成份本设计冶炼的钢种、代表钢号和其化学成分见表2-1所示。表1-1 冶炼的钢种，代表钢号和其化学成分钢种钢号化学成分（%）CSiMnPSCuAl普钢Q2350.14-0.220.12-

23、0.300.35-0.550.0450.050.30钢Q2750.28-0.380.15-0.350.5-0.80.0450.050.30低合16Mn0.12-0.230.20-0.601.2-1.60.00500.050.30合金钢20MnSi0.17-0.230.40-0.701.3-1.60.0450.0450.30硅钢热轧硅钢0.083.80-4.400.200.200.200.05-0.12冷轧硅钢0.072.8-3.200.05-0.080.015-0.0250.05-0.0250.02二、产品方案本设计产品方案见表2-2所示钢种代表型号年产钢量所占比例铸坯断面长宽定长尺寸成品形式

24、普碳钢Q235A200万吨57%180700mm9000mm钢板低合金钢Q345150万吨43%150150mm9000mm钢板表 1-2 产 品 方 案2 氧气转炉炼钢车间2.1 初始条件 拟建年产量为350万吨连铸坯的氧气转炉炼钢车间，相关技术参数如下：1） 年产量：方坯150万吨，板坯200万吨；2） 产品方案：普碳钢、低碳钢；2.2 公称容量选择21)选取时炉子容量应和国家标准浇注起重机的起重能力相适应。即吊车的起重能力必须大于转炉最大出钢量和钢包(有衬)的重量之和，并应有一定的富余能力。参见表2-1所示确定转炉的公称容量为150t。表2-1与转炉配套的钢包容量和浇注起重机的配合项目单

25、位数值转炉公称容量t100120150220250180最大出钢量t120150180220275320钢包容量t1201501802202753202.3 转炉座数的确定为了减少车间内的设备互相干扰，终有固数目的炉子在吹炼，以发挥生产潜力。炉于座数不宜太多，但必须保持年间内始本设计是使用顶底复吹转炉冶炼，合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况，选用二吹二的方案，这样同时也可以提高转炉的利用效率，减少资金的投入。 2.4根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量。根据表22选取每炉钢的平均冶炼周期取37min，平均供氧时间为18min。表22转炉冶炼周期和吹氧时间推荐值转炉公称吨位/t303010010

26、0备 注冶炼周期/min283232383845结合供氧强度、铁水成分和所炼钢种等具体条件确定吹氧时间/min121614181620年出钢炉数=2=2=26142（炉)转炉作业率：取=94.5%2.5 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量每炉钢的平均冶炼周期取38min。炉外精炼收得率：取99%；连铸收得率：取98%；代入数据得：；代入数据得：。 按标准系列确定炉子的容量 故取公称容量为：150吨。 核算车间年产量 本设计中选定150吨转炉两座，按照二吹二生产方式。车间年产量=1502614298%99%=380.44万吨350万吨，故设计选取合格。3 转炉物料平衡和热平衡计算 炼钢过程的

27、物料平衡与热平能量衡计算是建立在物质和能量的基础上的。其主要目的是比较这个冶炼过程中物料、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经济技术指标提供定量依据。由于炼钢是一个复杂的高温物理化学过程加上测试手段有限，现在还难以做到精确测量。本章主要对转炉的物料平衡和热平衡加以计算以确定其具体参数并加以设计。3.1 氧气顶底复吹转炉的物料平衡和热平衡3.1.1 物料平衡计算3.1.1.1 计算原始数据基本数据有：冶炼钢种和其成分铁水和废钢成分、终点钢水成分（表3-1）；造渣用熔剂和炉衬等的原材料的成分（表3-2）；脱氧和合金化用铁合金的成分和其回收率（表3-3）；其它工艺

28、参数（表3-4）。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C Si Mn P S钢种Q235A设定值0.200.270.520.0450.050铁水设定值4.100.800.600.2000.035废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值0.10痕迹0.180.0200.021 注：终点钢水成分中，C和Si按实际生产情况选取；Mn、P和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。本计算设定的冶炼钢种为Q235A.表3-2 原材料的成分含量%类别CaOO2MgOAl2O3Fe2O3GaF2P2O5SCO2H2O灰分挥发分

29、石灰88.002.502.601.500.500.100.064.640.10萤石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50白云石36.400.8025.601.0036.20炉衬1.203.0078.801.401.6014.00焦炭0.5881.5012.405.52表3-3 铁合金成分和其回收率 含量/%类别CSiMnAlPS Fe硅铁73.00,750.50,802.50,00.05,1000.03,10023.92,100锰铁6.60,900.50,7567.8,800.23,1000.13,10024.74,10010%C与氧生成CO表3-4 其他工

30、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侵蚀量终渣W(FeO)含按W(FeO)=1.35 W(FeO)折算烟尘度喷溅铁损W(GaO/W(SiO2)=3.5为铁水的0.5%为铁水的2.5%为铁水的0.3%15%，而W(Fe2O3)/W(FeO)=1/3,即W(Fe2O3)=5%，W(FeO)=8.25%为铁水量的1.5%（其中W(FeO)为75%，W(Fe2O3)为20%为铁水量的1%渣中铁损（铁珠）氧气纯度炉气中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N20.5%（体积比）占总去硫量的1/390%C氧化成CO，10%C氧化成CO2由热平衡计

31、算来确定，本计算结果为铁水量的19.43%，即废钢比为16.27%3.1.1.2物料平衡的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3.1.1.3计算步骤 以100kg铁水为基础进行计算。第一步：计算脱氧合金化前的总渣量和其成分。总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表3-5，表3-6，表3-7。总渣量和其成分如表3-8所示。第二步：计算氧气消耗量。氧气实际消耗量为消耗项与攻入项之差，见表3-9。 表3-5铁水中元素的氧化产物和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

32、CO4.0090%=3.6004.8008.400C CO24.0010%=0.4001.0671.470SiSi (SiO2)0.8000.9101.710入渣MnMn （MnO2）0.4200.1200.540入渣PP (P2O5)0.1800.2300.410入渣SS SO20.0141/3=0.0050.0050.010S+(CaO)(CaS)+（O）0.0142/3=0.009-0.0050.021(CaS)入渣FeFe (FeO)1.07656/72=0.8370.2391.076入渣Fe (Fe2O3)0.60112/160=0.4240.1820.606入渣总计6.6757.5

33、48成渣量4.363入渣组分之和 由CaO还原出的氧量;消耗的CaO量=0.00956/32=0.016kg。表3-6 炉衬蚀损的成渣量炉料蚀损量/kg成渣组分/kg气态产物/kg耗氧量/kgCaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3COCCO2CCO，CCO20.3（见表4)0.0040.0090.2360.0040.0050.314%90%28/12=0.0880.314%10%44/12=0.0150.314%(90%16/12+10%32/12)=0.062合计0.2580.1030.062表3-7 加入溶剂成渣量类别加入量/kg成渣组分/kg气态产物kg/sCaOMgOSiO2Al2O

34、3Fe2O3P2O5GasGaF2H2OCO2O2萤石0.50.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.0400.005生白灰2.50.9100.6400.0200.0250.905石灰6.675.8630.1730.1670.1000.0330.0070.0090.0070.3090.002合计6.6750.8160.2150.1330.0410.0120.0100.0400.0121.2140.002成渣量8.442 ：由表3-6表3-7可知，渣中已含（CaO）=0.016+0.004+0.002+0.910=0.900kg；渣中已含（SiO2）=1.710+

35、0.009+0.028+0.020=1.767kg。因设定的终渣碱度R=3.5；故石灰加入量为Rw (SiO2)w（CaO）/w（CaO石灰）Rw (SiO2石灰)=5.285/(88.0%3.52.50%)=6.67kg(石灰中CaO含量) (石灰中SCaS自耗的CaO含量)。 由CaO还原出来的氧气，计算方法同表3-6注。表3-8总渣量和其成分炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量（kg）1.7100.541.0780.6070.4100.0214.366石灰成渣量（kg）5.8630.1670.1730.1000.0330.0

36、070.0096.352耐火材料蚀损量（kg）0.0040.0090.2360.0040.0050.258轻烧白云石成渣量（kg）0.9100.0200.6400.0251.595萤石成渣量（kg）0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.492总渣量 （kg）6.7791.9341.0520.1370.541.0780.6530.4400.4220.03113.066%51.9714.838.071.053.998.255.003.373.230.24100.00总渣量计算如下:因为表3-9中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为:6.779+1.934+1

37、.052+0.137+0.540+0.440+0.422+0.031=11.335Kg,而终渣(FeO)=15%(表5)故总渣量为11.335/86.75%=13.066Kg。 (FeO)量=13.0668.25%=1.078Kg。 (Fe2O3)量=13.066.5%0.0330.0050.008=0.607Kg。第二步：计算氧气消耗量氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。详见表3-9。表3-9 实际耗氧量耗氧量项/（Kg）供氧项/（Kg）实际氧气消耗量/（Kg）铁水中元素耗氧量7.548铁水中S与CaO反应还原出的氧量0.005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

38、0.002烟尘中铁氧化耗氧量0.340炉气中自由氧耗氧量0.059合计 8.010合计 0.0078.062第三步：计算炉气量和其成分炉气中含有CO，CO2，N2，SO2和H2O。其中CO，CO2，SO2和H2O可表查得，O2和N2则有炉气总体积来确定。先计算如下：炉气总体积V：V=Vg+0.5%V+1/99(22.4/32Gs+0.5%VVx)V=(99Vg+0.7Gs-Vs)/98.50=(998.183+0.77.95-0.007)/98.50=8.281m式中VgSO2,CO,CO2,和H2O各组分总体积m。本计算中，其值为8.48822.4/28+2.69922.4/44+0.010

39、22.4/64+0.01222.4/18=8.183Gs不计自由氧的氧气消耗量，Kg。本计算中，其值为 7.548+0.062+0.34=7.95 Vx- 铁水与石灰石的S与GaO反应氧气质量为0.007见表3-10，m 0.5%炉气中自由氧含量； 99由氧气纯度99%转换得来的。计算结果列于表3-10。表3-10 炉气量和其成分炉气成分炉气量（Kg）体积（m)体积%CO8.4888.48822.4/28=6.79082.06CO22.6992.69922.4/44=1.37416.61SO0.0100.01022.4/64=0.0040. 05HO0.0120.01222.4/18=0.01

40、50.18O0.0590.0420.51N0.0610.0490.59合计11.3308.274100.00炉气中O2的体积为8.2830.5%=0.041 m，重量为0.04132/22.4=0.059Kg炉气中的N2的体积为炉气总体积与其它成分的体积之差；重量为0.04928/22.4=0.061Kg。第四步： 计算脱氧和合金化的钢水量。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；Qg=1006.6751.5（75%56/7220%112/160）+1.00+13.0666%=90.477Kg。据此可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表（表3-12）表3-11 未加废钢的物料平衡

41、表收入支出项目质量（Kg）%项目质量（Kg）%铁水100.0084.72钢水90.4876.57石灰6.675.65炉渣13.0711.06萤石0.500.42炉气11.339.59白云石2.502.12喷溅1.000.85炉衬0.300.25烟尘1.501.27氧气8.066.84渣中铁珠0.780.66总计118.03100.00合计118.16100.00第五步：计算加入废钢的物料平衡如同第一步中计算铁水中元素氧化量一样。利用表1的数据先确定废钢种元素的氧化量和其耗氧量和成渣量（表3-13）。表3-12废钢种元素的氧化产物和成渣量元素反应产物元素氧化量（Kg）耗氧量（Kg）产物量（Kg）

42、进入钢中的量（Kg） CCCO19.430.08%90%=0.0140.0190.033(入气)CCO19.430.08%10%=0.0020.0050.007(入气)SiSi（SiO2）19.430.25%=0.00490.0560.105MnMn(MnO)19.430.37%=0.0720.0210.093PP (P2O5)19.430.01%=0.0020.0030.005SS (SO2)19.430.01%1/3=0.00050.00050.001(入气)S (CaO)= (CaS)+O19.430.01%2/3=0.0012-0.00060.003(CaS)合计0.1410.1031

43、9.43-0.141=19.29成渣量/Kg0.206 表3-13加入废钢的物料平衡表(以100Kg铁水为基准)收入支出项目质量（Kg）%项目质量（Kg）%铁水100.0072.6990.48+19.29+=109.7779.73废钢19.4314.12炉渣13.07+0.206=13.2769.64石灰6.674.85炉气11.33+0.028=11.3588.25萤石0.500.36喷溅1.000.73白云石2.501.82烟尘1.501.09炉衬0.300.22渣中铁珠0.780.57氧气8.06+0.103=8.1635.94总计137.563100.00合计137.684100.00

44、注：计算误差为（137.563-137.684）/137.563100%=-0.09%表3-14 加入废钢的物料平衡表以100Kg(铁水+废钢)为基准收入支出项目质量（Kg）%项目质量（Kg）%铁水88.7372.69钢水92.7179.73废钢16.2714.12炉渣11.219.64石灰5.584.85炉气9.608.25萤石0.420.36喷溅0.840.73白云石2.091.82烟尘1.261.09炉衬0.250.22渣中铁珠0.650.57氧气6.855.94总计115.19100.00合计116.27100.00第六步：计算脱氧后和合金化后的物料平衡。先根据钢种成分设定值和（3-1

45、）和铁合金成分和其回收率（3-3）算出锰铁和硅铁的加入量，再计算其元素的烧损量。将所有结果与表归类合并，既得冶炼一炉钢的总物料平衡表。锰铁加入量W锰=(0.55%-0.18%)92.71/(67.80%80%)=0.62Kg硅铁加入量W硅= 0.25%(92.71+0.53) -0.002/(73.00%75%)=0.42Kg3-15铁合金中元素烧损量和其产物量类别元素烧损量脱氧量成渣量炉气量入钢量锰铁C0.626.60%10%=0.0040.0100.0159 (CO2)0.626.60%90%=0.037Mn0.6267.8%10%=0.0840.0240.1080.6267.80%80%

46、=0.334Si0.620.50%25%=0.0010.0010.0020.620.50%75%=0.002P0.620.23%=0.001S0.620.13%=0.001Fe0.6224.74%=0.154合计0.0890.0350.1100.0150.529硅铁Al0.422.50%100%=0.0110.0100.006Mn0.420.50%20%=0.00040.00010.00050.420.5%80%=0.002Si0.4273.0%25%=0.00770.0880.1650.4273.0%75%=0.230P0.420.05%=0.0002*S0.420.03%=0.0001*F

47、e0.4223.92%=0.1006合计0.0980.1720.332总计0.1770.1330.2820.0150.861脱氧和合金化后的钢水成分如下： W(C)=(0.10%+0.037/93.57100%)=0.14% W(Si)=(0.002+0.230)/93.57100%=0.25% W(Mn)=0.180%+(0.334+0.002)/93.57100%=0.55% W (P)=(0.020%+0.001/93.57100%)=0.021% W(S)=(0.21%+0.001/93.57100%)=0.022%。可见，含碳量尚未达到设定值，为需要在钢包内加焦粉增碳。其加入量W1为

48、： W1=(0.18-0.14)%钢水量/焦炭中C含量C回收率 =0.04%93.57%/81.50%75% =0.06Kg表3-15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/kg0.0681.50%25%=0.0120.0320.044+0.06(0.58+5.52)%=0.0470.0612.40%=0.0070.0681.50%75%=0.037 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。表3-16总物料平衡表收入支出项目质量（kg）%项目质量（kg） 铁水废钢石灰萤石白云石炉衬氧气锰铁硅

49、铁焦粉88.7316.275.580.422.090.257.020.630.420.0671.8913.974.790.361.790.216.030.540.360.05钢水炉渣炉气喷溅烟尘渣中溅珠93.6111.509.660.881.320.6979.569.778.210.751.12 0.59合计116.47100.00117.66100.00注：计算误差：（116.47-117.66）/116.47100%=-0.87%；可近似认为（0.133+0.032）的氧量系出钢水二次氧化所带入。3.2热平衡计算3.2.1热平衡计算所需数据计算所需基本原始数据有：各种炉料和产物的温度（3-

50、17）物料平均热容（表3-18）反映热效应（表3-19）溶入铁水的元素对铁水的熔点的影响（表3-20）其他参照物料平衡选取。表3-17 入炉物料和产物的温度设定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）0.7450.699-1.0470.996-熔化潜热218272209209209-液态或气态平均热容0.8370.8371.2481.248-1.137表3-19炼钢温度下的反应热效应组元化学反应DH（kJ/kmol）DH（kJ/kmol）CC+1/2O2=C

51、O 氧化反应-139420-11639CC+O2=CO2 氧化反应-418072-34834SiSi+O2=(SiO2) 氧化反应-817682-29202MnMn+1/2O2=(MnO) 氧化反应-361740-6594P2P+5/2O2=(P2O5) 氧化反应-1176563-18980Fe Fe+1/2O2=(FeO) 氧化反应-238229-4250Fe2Fe+3/2O2=(Fe2O3) 氧化反应-722432-6460SiO2(SiO2)+2(CaO)=(2CaO.SiO2) 成渣反应-97133-1620P2O5(P2O5)+4(CaO)=(4CaO.P2O5) 成渣反应-6930

52、54-4880CaCO3CaO3=(Cao)+CO2 分解反应1690501690MgCO3MgCO3=(MgO)+ CO2 分解反应1180201405表 3-20 溶入铁中的元素对铁的熔点的降低值元素CSiMnPSAlCrN,H,O在铁中的极限溶解度（%）5.4118.5无限2.80.1835.0无限S=6溶入1%元素使铁熔点的降低值（）65707580859010085302531.5适用含量范围（%）1.01.02.53.03.54.03150.70.081183.2.2计算步骤 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；元素氧化热和成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。 (1)铁水物理热Qw：先根据纯铁熔点，铁水成分以和溶入元素对铁熔点的降低值（表3-1