物料平衡与热平衡计算

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1、钢铁冶金专业设计资料（炼铁、炼钢）本钢工学院冶化教研室二00三年八月第一章 物料平衡与热平衡计算物料平衡和热平衡计算是氧气顶吹转炉冶炼工艺设计的一项基本的计算，它是建立在物质和能量不灭定律的基础上的。它以转炉作为考察对象，根据装入转炉内或参与炼钢过程的全部物料数据和炼钢过程的全部产物数据，如图1-1-1所示的收入项数据和支出项数据，来进行物料的重量和热平衡计算。通过计算，可以定量地掌握冶炼工重要参数，做到“胸中有数”。对指导生产和分析研究改进冶炼工艺，设计转炉炼钢车间等均有其重要意义。由于转炉炼钢过程是一个十分复杂的物理化学过程，很显然，要求进行精确的计算较为困难，特别是热平衡，只能是近似计算

2、，但它仍然有十分重要的指导意义。 物料平衡和热平衡计算，一般可分为两面种方案。第一种方案是为了设计转炉及其氧枪设备以及相应的转炉炼钢车间而进行的计算，通常侧重于理论计算，特别是新设计转炉而无实际炉型可以参考的情况下；另一种方案是为了校核和改善已投产的转炉冶炼工艺参数及其设备参数或者采用新工艺新技术等，而由实测数据进行的计算，后者侧重于实测。本计算是采用第一种方案。目前，我国顶吹转炉所采用的生铁基本上为低磷的（0.100.40%）和中磷的（0.401.00%）两种，对这两种不同含磷量生铁的冶炼工艺制度也不相同。因此，下面以50吨转炉为例，分别就低磷生铁和高磷生铁两种情况，进行物料平衡和热平衡计算

3、。1.1原始数据1.1.1铁水成分及温度表1-1-1成分CSiMnPS温度%4.2500.8500.5800.1500.03712501.1.2原材料成分30表1-1-2 原材料成分%种类CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3H2OC烧碱合计石灰91.381.261.541.420.064.34100.00矿石1.105.110.521.160.0728.861.80.50100.00萤石6.000.581.780.090.5589.002.00100.00轻烧白云石30.840.4620.160.740.040.1147.8100.00镁质炉衬54.501.0539.45

4、1.005.0100.00表2-1-1铁水成分与温度成分CSiMnPS温度%4.3000.6500.5600.1500.0381300转炉冶炼钢种常为普通碳素钢和低合金钢，在此以要求冶炼BD3钢考虑，其成分见表2-1-3成分（中限）CSiMnPS%0.160.240.160.280.350.650.0450.0451.1.4平均比热表1-1-4项 目固态平均比热千卡/公斤度熔化潜热千卡/公斤液态或气态平均比热千卡/公斤度生 铁钢炉 渣烟 尘矿 石炉 气COCO2SO2O2N2H2O0.1780.1670.238526550500.200.200.2980.3490.5580.5550.3650

5、.3460.4891.1.5冷却剂用废钢作冷却剂，其成份与冶炼钢种成份的中限相同。(见表1-1-3)1.1.6反应热效应虽然炉内化学反应，实际上是在炉料温度和炉内上部气相温度之间的任一温度发生的，但反应热效应通常仍采用25作为参考温度，值得指出的是，反应热还与组分在铁水中存在形态有关，至今对参与化学反应有关的实际组成物还有不同的看法。但是，比较常用的反应热数据见表1-1-5。 表1-1-5反 应放 出 热（千卡）每公斤分 子每公斤元素或化合物千 卡元素或化合物C (Fe3C)+ O2=COC (Fe3C)+O2=CO2Si (Fe3Si)+O2=SiO22P (Fe3P)+ O2=P2O5Mn

6、+O2=MnO0.95Fe+O2=Fe0.95OFe+O2=FeO2Fe+O2=Fe2O33Fe+2O2=Fe3O42CaO+SiO2=2CaOSiO24CaO+P2O5=4CaOP2O5FeO+SiO2=FeOSiO2MnO+SiO2=MnOSiO231397.099063.5190015.2280133.592007.463727.364430.0196910.0267243.429780.2165013.24500.45889.42616.98250.76767.24522.61677.91200.11150.51758.11594.6495.01162.180.6107.2CCSiPM

7、nFeFeFeFeSiO2P2O5FeOMnO 通常近似认为是Fe+O2=FeO1.1.7 其它数据的选取 （根据国内同类转炉的实测数据选取）1渣中铁珠量为渣量的5%8%，本设计取8%。2金属中碳的氧化假定为：80%90%的碳氧化成CO，20%10%的碳氧化成CO2。3喷溅铁损为铁水量的0.7%1.0%，本设计取1.0%。4取炉气平均温度1450，炉气中自由氧含量为0.5%，烟尘量铁珠量的1.6%，其中FeO=77%，Fe2O3=20%。5氧气成分为98.5%O2，1.5%N2。6炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%。1.2物料平衡计算根据铁水成份，渣料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作，通常首先以

8、100公斤铁水为计算基础，然后再折算成100公斤金属料。1.2.1炉渣量及其成份的计算炉渣来自金属中元素的氧化产物，渣料以及炉衬侵蚀等。1铁水中各元素氧化量(见表2-2-1) 表1-2-1 成份重量项 目 （公斤）CSiMnPS铁 水终点钢水氧 化 量4.2500.1504.1000.850痕迹0.8500.5800.1740.4060.1500.0150.1350.0370.0220.015终点钢水成份是根据同类转炉冶炼钢种的实际数据选取，其中：C：应根据冶炼钢种含碳量的中限和预估计的脱氧剂的增碳量（0.20.3）之差来确定终点钢水含碳量，取0.150%。Si：在碱性转炉炼钢法中，铁水中的硅

9、几乎全部被氧化，随同加入的其它材料带入的SiO2一起进入炉渣中，故终点钢水硅的含量为痕迹。Mn：终点钢水残锰量，一般为铁水中锰含量的30%40%，取30%。P：采用低磷铁水操作，铁水中磷约8595%进入炉渣，在此取铁水中磷的90%进入炉渣，10%留在钢中。同时要考虑钢包中回磷的因素。S：氧气转炉内去硫率不高，一般在3050%的范围，取40%。2各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量见表1-2-2。表1-2-2元 素反应及其产物元素氧化量（公斤）耗氧量（公斤）氧化产物量（公斤）备 注CCSiMnPSSFeFeC+ O2=COC+O2=CO2Si+O2=(SiO2)Mn+ O2=(MnO)2P+ O2

10、=(P2O5)S+O2=SO2S+(CaO)=(CaS)+OFe+O2=(FeO)2Fe+O2=(Fe2O3)4.10090%=3.6904.10010%=0.4100.8500.4060.1350.015= 0.0050.015-0.005=0.011.0560.4753.690=4.9200.410=1.0930.850=0.9710.406=0.1180.135=0.1740.005=0.0050.010(-)=-0.0051.056= 0.3020.575= 0.2043.690=8.6100.410=1.5030.850= 1.8210.406= 0.5240.135= 0.3090

11、.005= 0.0100.010= 0.0231.3580.679假定气化硫率占总去硫率的。-0.005表示还原出的氧量，消耗CaO量为0.010=0.018见表2-2-8见表2-2-8 指生成的CaS量3造渣剂成分及数量50吨氧气转炉加入造渣剂数量，是根据国内同类转炉有关数据选取：1)矿石加入量及成分矿石加入量为1.00公斤100公斤铁水，其成分及重量见表1-2-3表1-2-3成 分重 量 (公斤)Fe2O3FeOSiO2Al2O3CaOMgOSH2O1.00 61.80% 0.6181.00 29.40% 0.2941.00 5.61% 0.0561.00 1.10% 0.0111.00

12、1.00% 0.0101.00 0.52% 0.0051.00 0.07% 0.0011.00 0.50% 0.005共 计 1.00S以S(CaO)(CaO)O的形式反应，其中生成CaS量为0.0010.002公斤，消耗CaO量为0.0010.002公斤，生成微量氧为0.0010.001公斤。2)萤石加入量及成分萤石加入量为0.50公斤100公斤铁水，其成分及重量见表2-2-4表1-2-4成分重量(公斤)CaF2SiO2Al2O3MgOPSH2O 0.5089.00%0.4450.506.00%0.0300.501.78%0.0090.500.58%0.0030.500.55%0.003 0

13、.500.09%0.00040.502.00%0.010共计 0.500P以2P+O2=（P2O5）的形式进行反应，其中生成P2O5量为0.003=0.007公斤，消耗氧量为0.003=0.004公斤。S微量，忽略之。3）炉衬侵蚀量为0.50公斤/100公斤铁水，其成分及重量见表1-2-5表1-2-5成分重量(公斤)CaOMgOSiO2Al2O3C0.5054.00%0.2700.5037.95%0.1900.502.05%0.0100.501.00%0.0050.505.00%0.025共计 0.500被浸蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳的氧化成CO，CO2的比例相同，即：C CO 0.025

14、90%= 0.053公斤C CO2 0.02510%= 0.009公斤其消耗氧气量为：0.053=0.030公斤 0.009=0.007公斤共消耗氧气量为 0.03+0.007=0.037公斤4）生白云石加入量及成份为了提高转炉炉衬寿命，在加入石灰造渣的同时，添加一部分白云作造渣剂，其目的是提高炉渣中MgO的含量。初期渣中（MgO）含量增高，使炉渣的熔点和粘度明显降低，减缓或阻碍石灰颗粒表面的硅酸二钙层（2CaOSiO2）的形成，从而加速石灰的熔解。同时，能减少初期渣中的（FeO）含量或者中和一部分氧化铁，因此降低了炉渣的有效氧化能力。这样就使得焦油白云石炉衬中碳的氧化作用减慢，有利于提高炉衬

15、浸蚀能力。另外，提高炉渣中的（MgO）含量，降低了炉渣对炉衬的浸蚀能力，在吹炼后期随着炉渣碱度的提高，其粘度相应提高，使得炉壁容易挂渣，从而保护避免受浸蚀，也有利于提高炉衬寿命。生产实践表明，渣中（MgO）含量为68%时，其效果较好。为此，必须保证渣中（MgO）含量在68%之间来计算白云石加入量。经试算后取生白云石加入量为2.0 3.0 / 100公斤铁水，本设计取3.0，其成份及重量见表1-2-6 表1-2-6成分重量(公斤)CaOMgOSiO2Al2O3烧碱3.0030.84%0.9253.0020.16%0.6053.000.46%0.0143.000.74%0.0223.0047.80

16、%1.434共计 3.000烧减是指生白云石（MgCO3CaCO3）分解后而生产的CO2气体。5）炉渣碱度和石灰加入量取终渣碱度 R=2.84.0 取3.5首先计算由上述造渣剂以及铁水中各元素氧化产物而进入炉渣中的SiO2和CaO 的重量，然后再计算石灰加入量。渣中已存在的(SiO2)量=铁水中Si氧化生成的SiO2量+炉衬带入的SiO2量+矿石带入的SiO2量+萤石带入的SiO2量+白云石带入的SiO2量=1.821+0.010+0.056+0.030+0.014=1.931公斤。渣中已存在的(CaO)量=白云石带入的CaO量+炉衬带入的CaO量+矿石带入的CaO量-铁水中S成渣消耗的CaO

17、量-矿石中S成渣消耗的CaO量=0.925+0.27+0.010-0.018-0.002=1.185公斤。石灰加入量= = = = 6.537公斤加入石灰所代入的各成份及重量见表1-2-7。表1-2-7成分重量(公斤)CaOMgOSiO2Al2O3S烧碱6.53791.08%5.9546.5371.54%0.1016.5371.66%0.1086.5371.22%0.0806.5370.06%0.0046.5374.44%0.290共计 6.537S以S+（CaO）=（CaS）+O的形式反应，其中生成（CaS）量为0.004=0.009，生成氧量为0.004=0.002公斤；消耗（CaO）量为

18、0.004=0.007公斤。烧减是指未烧透的CaCO3经受热分解所产生的CO2气体量。6）终点氧化铁的确定终渣中氧化铁的含量与钢水的终点含碳量和终渣的碱度有关，根据生产实践数据，终点钢水含碳量为0.15%和终渣碱度为3.5时，终渣中（Fe2O3）= 5% 和（FeO）= 10%。7）终渣量及其成份表1-2-8中不计（FeO）和（Fe2O3）在内的炉渣重量为：(CaO+MgO+SiO2+P2O5+MnO+Al2O3+CaF2+CaS)= 7.152+0.904+2.039+0.316+0.524+0.127+0.445+0.034=11.541公斤已知渣中氧化铁量为15%，则渣中其它成份之和为1

19、00%15%=85%故炉渣总重量为=13.578公斤 由此可知：（FeO）的重量=13.57810%=1.358公斤，其中铁重=1.358=1.056公斤（Fe2O3）的重量=13.5785%=0.679公斤，其中铁重量=0.679=0.474公斤将（FeO）和（Fe2O3）的值分别填入表2-3-2中。终渣量及其成份见表1-2-8。表1-2-8成份氧化产物量(公斤)石灰(公斤)矿石(公斤)轻烧白云石(公斤)炉衬(公斤)萤石(公斤)合计(公斤)%CaOMgOSiO2P2O5MnOAl2O3CaF2CaSFeOFe2O31.8210.3090.5240.0231.3580.6795.9470.10

20、10.1080.0800.0090.0100.0050.0560.0110.0020.9250.6050.0140.0220.2700.1900.0100.0050.0030.0300.0070.0090.4457.1520.9042.0390.3160.5240.1270.4450.0341.3580.67952.676.6615.022.333.860.933.280.2510.005.00总计4.7146.2450.0841.5660.4750.49413.578100.005.947=石灰中CaO含量石灰中S自耗CaO重量=5.9540.007=5.947和是元素铁被氧化成氧化亚铁和三

21、氧化二铁的重量。1.2.2矿石、烟尘中的铁及重量假定矿石中（FeO）全部被还原成铁，则：矿石带入铁量=1.00 (29.40%+ 61.80% )=0.661公斤 烟尘带走铁量=1.60 (77%+ 20%)=1.182公斤矿石代入的氧量=1.00 (29.40% + 61.8%)=0.251公斤烟尘消耗氧量=1.60 (77%+20%)=0.370公斤 1.2.3炉气成份及重量 表1-2-9成份重量(公斤)体积，米3%（体积）COCO2SO2O2N2H2O8.6633.2360.0100.0630.1080.0158.663=6.9303.236=1.6470.010=0.004 0.044

22、0.0860.015=0.01979.3818.870.040.500.990.22共计12.0958.730100.00表1-2-9中各项的计算如下；CO的重量=铁水中的C被氧化成CO的重量+炉衬中的C被氧化成CO的重量=8.610+0.053=8.663公斤CO2的重量=铁水中的C被氧化成CO2的重量+炉衬中的C被氧化成CO2的重量+白云石烧减的重量+石灰烧减的=1.503+0.009+1.434+0.290=3.236公斤SO2的重量 = 铁水中的S气化而产生的氧化物重量=0.010公斤H2O汽的重量=矿石代入的水分全部汽化的重量+萤石代入的水分全部汽化的重量=0.005+0.010=0

23、.015公斤和分别是自由氧和氮气的重量和体积，它是由表1-2-9中炉气的其它成份反算出来的，即已知氧气成份为98.5%O2，1.5%N2和炉气中自由氧体积比为0.50%，求自由氧和氮气的体积和重量，其求法如下：设炉气总体积为X米3，则X=元素氧化生成的气体体积和水蒸汽的体积+自由氧体积+氮气体积，即：X=6.930+1.647+0.004+0.019+0.50%X+(1-98.5%)=8.600+0.50%X+(0.085+0.008%X)整理得：X=8.730米3故炉气中自由氧体积=8.7300.50%=0.044米3 自由氧重量=0.044=0.063公斤 炉气中氮气体积=0.085+0.

24、008% 8.730=0.086米3炉气中氮气重量=0.086=0.108公斤括号内的数据参看下面氧气消耗项目。1.2.4氧气消耗量计算消耗和代入氧气的项目为：为元素氧化耗氧重量 7.782公斤烟尘中铁氧化耗氧重量 0.370公斤炉衬中碳氧化耗氧重量 0.037公斤萤石中磷氧化耗氧重量 0.004公斤炉气中自由氧重量 0.063公斤炉气中氮气重量 0.108公斤矿石分解代入及其中硫把氧化钙还原出的氧的重量为：1.0(61.80%+2.04%)+0.001=0.252公斤石灰中硫把氧化钙还原出的氧重量0.002公斤故氧气实际消耗重量为：7.782+0.370+0.037+0.004+0.063+

25、0.108-0.252-0.002 = 8.110公斤 换算成体积=8.110=5.68标米3/100公斤铁水或56.8标米3/吨铁水.吨钢耗氧量，即供氧强度在55-65m3/t则计算合理。1.2.5钢水量计算吹损包括下列组成项目：化学损失（元素氧化）量 7.037公斤烟尘中铁损失量 1.182公斤渣中铁珠损失量 13.5788%=1.086公斤喷溅铁损失量 1.000公斤但是，矿石 代入铁量 0.661公斤故钢水重量为 100-(7.037+1.182+1.086+1.000)+0.661= 90.356公斤 即钢水收得率为 90.36%1.2.6物料平衡表（以100公斤铁水为基础）表1-2

26、-10收 入 项支 出 项项 目重量（公斤）%项 目重量（公斤）%铁 水石 灰矿 石萤 石白云石炉 衬氧 气100.000 6.537 1.000 0.500 3.000 0.500 8.11083.585.460.340.422.510.426.77钢 水炉 渣炉 气烟 尘铁 珠喷 溅90.35613.57812.095 1.600 1.086 1.00075.4811.3410.101.340.910.88总 计119.647100.00总 计119.715100.00计算误差=100% =100% =-0.06% 0.5% 则合格1.3 热平衡计算1.3.1热收入项1铁水物理热 (为了简

27、化计算，取冷料入炉温度均为25.)铁水熔点:=1536-(4.25100+0.868+0.585+0.1830+0.03725)-7=1089 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O2、H2、N共降低铁水熔点值；1536为纯铁熔点，取铁水温度为1250，则：铁水物理热=1000.178(1089-25)+52+0.201250-1089=27360千卡2铁水中各元素氧化放热及成渣热C CO 3.6902616.9 = 9656.4千卡 C CO2 0.4108250.7 = 3882.8千卡Si SiO2 0.8506767.2 =

28、 5752.1千卡Mn MnO 0.4061677.9 = 681.2千卡Fe FeO 1.0561150.5 = 1214.9千卡Fe Fe2O3 0.4751758.1 = 885.1千卡P P2O5 0.1354522.6 = 610.6千卡P2O5 4CaOP2O5 0.3161162.1 = 367.2千卡SiO2 2CaOSiO2 2.039495.0 = 1009.3千卡共 计 23509.6千卡3.烟尘氧化放热1.6(77%1150.5+20%1758.1) = 1496.2千卡则热收入总量为：27360+26509.6+1496.2 = 52365.8千卡注：对于炉衬中的C和

29、萤石中的P，其氧化放热甚少，故忽略之。1.3.2热支出项1钢水物理热钢水熔点:=1536-(0.15065+0.1745+0.01530+0.02225)-7=1517 式中65、5、30、25分别为钢中元素C、Mn、P、S增加1% 时钢水熔点的降低值。确定出钢温度：（1）钢水过热度，镇静钢一般在7090，取70（2）镇静温度降，按13/分钟计，镇静时间为79分，故其温度降为21（3）出钢温度降，一般在4050, 取50.故出钢温度=钢水熔点+过热度+镇静温度降+出钢温度降=1517+70+21+50=1658则钢水物理热=90.3560.107(1517-25)+65+0.20(1658-1

30、517) =30934.6千卡2炉渣物理热取终点炉渣温度与钢水温度相同，即1658故炉渣物理热=13.5780.298(1658-25)+50=7286.4千卡3矿石分解吸热: 1(29.40%1150.5+61.8%758.1)=1023.6千卡4烟尘物理热: 1.60.233(1450-25)+50 = 622.6千卡5炉气物理热: (6.9300.349+1.647) 1450 = 4921.36渣中铁珠物理热:1.0860.167(1517-25)+65+0.20(1658-1517) = 371.87喷溅金属物理热:10.167(1517-25)+65+0.20(1658-1517)

31、 = 342.4千卡8白云石分解吸热:取生白云石中的CaCO3在1183K分解，MgCO3在750K分解，经过计算，生白云石的分解热效应为生340千卡/公斤生白云石，故3公斤生白云石分解吸热为3340=1020千卡上述各项热支出量为:30934.6+7286.4+1023.6+622.6+4921.3+371.8+342.4+1020=46522.7千卡9剩余热量:吹炼过程转炉热辐射、对流、传导、传热以及冷却等带走的热量，与炉容量小，操作等因素有关，一般为总收入热量的38%，本计算取5%，故热损失为52365.85%=2618.3千卡则剩余热量为52365.8-46522.7-2618.3=3

32、224.8千卡10废钢加入量:1公斤废钢吸收热量为:10.167(1517-25)+65+0.21658-1517 = 342.4千卡则可加入的废钢量为：=9.42公斤 即废钢比为: 100% = 8.61%11.热平衡表 表1-3-1收 入 项支 出 项项 目热 量（千卡）%项 目热 量（千卡）%铁水物理热27360.052.25钢水物理热30934.659.08元素氧化放热和成渣热23509.644.89炉渣物理热7286.413.91其中C13039.224.90矿石分解热1023.61.96Si5752.110.90烟尘物理热622.61.19Mn681.21.30炉气物理热4921.

33、89.4P610.61.17铁珠物理热371.80.71Fe2050.23.91喷溅物理热34240.65P2O5367.20.70白云石分解热10201.95SiO21009.31.93其它热损失2618.85.00烟尘氧化热1496.22.86废钢物理热3224.86.16共计52365.8100.00共计52365.8100.00热效率=100%=100% =0.0430.50% 则合格。1.4 加入废钢和脱氧剂后的物料平衡1.4.1 加入废钢后的物料平衡1废钢中各元素应被氧化量，见表2-4-1。表1-4-1成 份 %数 值CSiMnPS废钢成份取同一冶炼钢种中限终点钢水废钢中各元素应被

34、氧化量0.180.150.0030.20痕迹0.200.5200.1740.3460.0220.0150.0070.0250.0220.00529.42公斤废钢各元素氧化量，进入钢中的量，耗氧量及氧化产物量见表1-4-2。把表1-4-3内的金属料（铁水+废钢）换算以100公斤金属料为基础，得到重新整理加入废钢后的物料平衡。3加入废钢后物料平衡，见表1-4-4。计算误差=100% = -0.05%表1-4-2项目反应废钢中各元素 氧化量（公斤）废钢进入钢中量（公斤）耗氧量（公斤）氧化产物量（公斤）备注C CO9.420.03%90%=0.0030.003=0.0040.003=0.007生成物C

35、O,CO2均进入炉气中，其和为0.007+0.001=0.008生成物SiO2、MnO、P2O5、CaS均进入炉渣中，其和为0.041+0.043+0.002+0.0005=0.087SO2量极微，忽略之C CO29.420.03%10%=0.00030.0003=0.0010.0008=0.001Si SiO29.420.20%=0.0190.019=0.0220.019=0.041Mn MnO9.420.346%=0.0330.033=0.0100.033=0.043P P2O59.420.007%=0.0010.001=0.0010.001=0.002S SO29.420.003%=0.

36、00010.0001=0.00010.0001=0.0002S CaS9.420.003%=0.00020.0002- =-0.00010.0002=0.0005共计0.0579.42-0.057=9.3630.038废钢中C同铁水中C氧化成CO、CO2的比例相同把表1-2-10和表1-4-2有关项目合并整理为表1-4-3表1-4-3收 入 项支 出 项项 目重量（公斤）项 目重量（公斤）90.356+9.363=99.71913.578+0.087=13.66512.095+0.008=12.103 1.600 1.086 1.000铁 水废 钢石 灰矿 石萤 石白云石炉 衬氧 气100.0

37、009.420 6.537 1.000 0.500 3.000 0.5008.110+0.038=8.148钢 水炉 渣炉 气烟 尘铁 珠喷 溅总 计129.105总 计129.173表1-4-4 收 入 项支 出 项项 目重量（公斤）%项 目重量（公斤）%铁 水废 钢石 灰矿 石萤 石白云石炉 衬氧 气91.391 8.609 5.974 0.914 0.457 2.742 0.4577.44777.46 7.30 5.06 0.77 0.39 2.32 0.39 6.31钢 水炉 渣炉 气烟 尘铁 珠喷 溅91.13412.48911.061 1.462 0.993 0.91477.201

38、0.539.37 1.24 0.84 0.77总 计117.991100.00总 计118.053100.001.4.2脱氧后的物料平衡1冶炼BD3钢选用锰铁和硅铁脱氧，其成份如表4-2-5表1-4-5成份%合金CSiMnPSFe备注锰铁7.52.575.00.380.0314.59牌号n3硅铁/70.00.70.050.0429.21S1752.计算锰铁、硅铁加入量根据国内同类转炉冶炼BD3钢种的有关数据选取：锰铁：Mn的收得率为75%，Si的收得率为70%,C的收得率为90%，其中10%的C被氧化成CO2.硅铁：Mn的收得率为80%，Si收得率为75%.两种脱氧剂含有的P、S、Fe均全部进

39、入钢中。故锰铁加入量=91.134=0.561公斤硅铁加入量=(91.134+0.448)公斤= 0.331公斤0.01是锰铁中硅进入钢中所占的重量百分数。0.448是锰铁中各元素进入钢中的总重量。以上两者均见表4-2-6。3脱氧剂中各元素的计算和的数据见表4-2-8。0.113公斤为脱氧剂总脱氧量。终点钢水含氧量，是根据终点钢水含C=0.15%，查C-O平衡曲线，得终点钢水含O=0.017%，其重量为0.017%91.134 = 0.015公斤 。此含氧量远不能满足脱氧剂的耗氧量，其差值是由于出钢时钢水二次氧化所获得的氧。4脱氧后的钢水成份把表1-2-1和表1-4-6中有关元素进入钢中的项目

40、合并起来，故得脱氧后的钢水成份（见表1-4-7）表1-4-6合金成 份元素烧损量（公斤）耗氧量（公斤）产 物元素进入钢中成渣量成炉气量重量（公斤）重量百分数%硅铁总计Si SiO20.33170%(1-75%)=0.0580.058=0.0660.058=0.1240.33170%75%=0.174100%=0.19%Mn MnO0.3310.7(1-80%)=0.00050.005=0.00010.0005=0.00060.3310.7%80%=0.002100%=0.002%P0.3310.05%=0.0002微量不计S0.3310.04%=0.0001微量不计Fe0.3319.21%=0

41、.097合计0.05850.06610.12460.27330.1720.1130.2700.0150.721合金成 份元素烧损量（公斤）耗氧量（公斤）产 物元素进入钢中成渣量成炉气量重量（公斤）重量百分数%锰铁C CO20.5617.5%(1-90%)=0.0040.004=0.0110.004=0.0150.5617.5%90%=0.038100%=0.040%Si SiO20.5612.5%(1-70%)=0.0040.004=0.0050.004=0.0090.5612.5%70%=0.010100%=0.01%Mn MnO0.56175%(1-75%)=0.1050.105=0.03

42、10.105=0.1360.56175%75%=0.316100%=0.35%P0.5610.38%=0.002100%=0.002%S0.5610.03%=0.0微量不计Fe0.56114.59=0.082合计0.1130.0470.1450.0150.448表1-4-7成份CSiMnPS%0.190.15+0.040.200.01+0.190.530.174+0.35+0.0020.0170.015+0.0020.0225脱氧后的物料平衡见下表 表1-4-8收 入 项支 出 项项 目重量（公斤）%项 目重量（公斤）%铁 水废 钢石 灰矿 石萤 石白云石炉 衬锰 铁硅 铁91.3918.60

43、95.9740.9140.4572.7420.4570.5610.33176.887.245.030.770.382.310.380.470.28钢 水炉 渣炉 气烟 尘铁 珠喷 溅91.85591.134+0.448=91.58291.582+0.273=91.85512.759(12.489+0.270)11.076(11.061+0.015)1.4620.9930.91477.1510.729.30 1.23 0.83 0.77总 计118.883100.00总 计119.059100.00计算误差=100% = -0.15% 0.5% 则合格。表第二章 连铸机的总体设计及有关参数的确定

44、一、 连铸机的总体设计（一） 设计原则从系统工程的观点出发，建立“总体设计”的感念。稳定性原则保持连铸过程的稳定性，应该成为连铸设计的优先考虑原则。前后匹配衔接的原则连铸和炼钢炉必须匹配，与热轧机必须衔接。凝固传热是连铸的工艺理论基础，而钢坯力学则是连铸机设计的理论基础，应建立和完善连铸机工程设计的技术理论基础和体系。板坯连铸机设计的核心技术铸流设计和辊列设计。三性原则可靠性，维修性和经济性是连铸机设计的基本思想，设备的通用性互换性及标准化始终是设备设计和图形要遵循的基本原则。（二） 铸机机型方案的选择1. 铸机的类型：立式铸机、立弯式铸机、弧形铸机、椭圆形铸机、水平式铸机。2. 铸机特点：A

45、. 立式铸机优点：（1）占地面积小； （2）夹杂物容易上浮； （3）无弯曲，内部裂纹小； （4）铸坯冷却均匀；（5）结构简单；缺点：（1）钢水静压力大，铸坯易产生鼓肚；（2）基建费用高； （3）不适于高拉速，生产率低； （4）铸坯定尺有限； （5）切割很难，只能生产小方坯；B.立弯式铸机优点：（1）夹杂物容易上浮； （2）机身高度降低，节省投资； （3）水平方向出坯，加长机身容易； （4）可以实现高拉速；缺点：（1）铸坯一次弯曲，一次矫直内部裂纹增多； （2）不适和大断面铸坯；C.弧形铸机优点：（1）高度低； （2）钢水静压力小，鼓肚小； （3）加长机身容易，提高拉速；缺点：（1）夹杂物聚集，

46、在内弧侧； （2）铸坯冷却不均匀； （3）设备复杂；D.椭圆形铸机优点：（1）高度低； （2）钢水静压力小，维修方便； （3）投资可比弧形连铸机约低20%30%；缺点：（1）夹杂物不易上浮； （2）设备安装、对中不方便；E.水平式铸机优点：（1）设备高度最低，投资省，建设首速度快，适合中、小电炉钢厂技术改造； （2）钢水无二次养活纯净度高，中间包与结晶器密不可分，铸坯内部质量得到改善； （3）钢水在水平位置凝固成型，不受弯曲矫直作用，有利防止生产裂纹，适合于特殊钢和高合计钢的浇注； （4）设备维护简单，处理事故方便； （5）不加保护渣；缺点：（1）中间包与结晶器的连接的分离环的材质寿命及成本很

47、贵； （2）结晶器的涂层与润滑困难； （3）拉坯时结晶器不振动；（三）铸机机型选择的依据1.根据产品大纲中的铸坯断面规格范围，选择铸机机型的范围。2.根据钢种性质特点，确定铸机为主的钢种（普通钢、特殊钢）。3.根据生产规模大小，作业率高低，质量控制的水平等确定机型的装备水平和设备造型的合理性。4.研究和解决采用本机型中碰到的技术关键问题，如采用弧形结晶器多点矫直，还是直结晶器多点弯曲多点矫直。5.根据用户提出的特殊条件和要求选择采用的机型，如厂房高度的限制，要求低高度的铸机。（四）铸机与后步轧机的衔接配合1.连铸和后步轧机的衔接配合的最终目标就是实现直接轧制或者称为连铸连轧CCDR。2.CCD

48、R工艺的实质是：连铸要生产高温无缺陷铸坯，热坯无需清理，中间加热，就直接进行轧制，则要求把转炉（LD）连铸（CC）热连轧（HOT）组成一条稳定保持高生产效率，高产品质量，高金属收得率，低能耗，短流程，高度连续化，自动化的生产流程线。二、连铸机升级的依据条件（一）生产任务本设计的任务是年产600万吨合格铸坯的连铸车间（二）炼钢炉的参数1.炼钢车间年产钢谁水量：G=G/（万吨）：从钢水到合格铸坯的收得率（95%98%）由物料平衡计算所得取96%；G：年产铸坯量；设计任务（年产量 万吨）G=1041.7（万吨）2.转炉冶炼周期：（3035min）取32min；3.转炉年作业天数：取365-（5565

49、）=300天4.转炉公称容量= =772（吨）5.转炉座数：“三吹三”方式；6.每座转炉公称容量为：772/3280（吨）（三）铸坯的断面尺寸铸坯断面尺寸规格是确定连铸机机型和功能的设计依据。铸坯断面尺寸受冶炼设备的容量、轧机组成、轧材产品规格和产品质量等因素的制约。三、铸坯断面选择原则1.要根据轧材需要的压缩比确定，不同的产品质量要求不同的压缩比。2.连铸机生产能力和炼钢能力合理匹配，在设计中连铸机的生产能力和炼钢能力必须合理匹配，以便充分发挥设备的生产能力。3.根据轧机组成、轧材品种和规格来确定，连铸坯是作为轧钢的原料，因此连铸坯的断必须跟轧机组成、轧材品种和规格来确定。4.要适合连铸工艺

50、要求，采用侵入式水口浇注，板坯的厚度应在120mm以上。 一般来说，铸坯断面尺寸越大，浇注顺利并容易保证质量；断面尺寸越小，对投资及轧制操候选作费用减少越有利，应寻求保证铸坯质量的最小断面。本设计根据热连轧厂的轧机是3300mm的，故： 铸坯断面选为：（120350）（12002500）mm 即：厚320mm、330mm、350mm； 宽：2500mm 长:9000mm（一） 浇注速度的确定根据铸坯厚度选取注速的经验公式：Uc=1/Df m/minf:（300350）取350；D：铸坯的厚度（取23厚度）取320mm、350mm；Uc=1/320350=1.1m/min Uc=1/350350

51、=1.0m/min(二) 铸机的最大拉坯速度和极限速度最大拉坯速度= m/min结晶器内的凝固速度Km=20mm/min铸坯出结晶器下口时安全的凝结厚度：板坯1015mm，本设计取12mm结晶器有效长度Lm：（700900mm） 取900mm；=1.13m/min （三）、铸机的冶金长度铸坯的液芯长度又称液相穴深度，是指铸坯从结晶器钢液面开始到铸坯中心液相完全凝固点的长度称铸坯的液芯长度。连铸坯液芯长度是确定弧形连铸机的圆弧半径和二冷区长度的一个重要参数。铸坯的液芯长度与铸坯的厚度、拉速和冷却强度有关。铸坯越厚，拉速越快，液芯长度就越大。液芯长度与冷却强度（喷水量）也有关，增加冷却强度有助于缩短液芯长度，但是冷却强度变化对液芯长度影响幅度小。冶金长度是连铸机的重要结