年產180萬噸轉爐煉鋼車間設計

1、1年產年產 180180 萬噸轉爐煉鋼車間設計萬噸轉爐煉鋼車間設計 學校：學校： 昆明理工大學昆明理工大學專業(yè)：專業(yè)： 冶金工程冶金工程班次：班次： 20022002（2 2）姓名：姓名： 普松普松指導老師單位：指導老師單位： 昆明理工大學昆明理工大學姓名：普靖中姓名：普靖中職稱：職稱： 副教授副教授2目目錄錄.摘 要.4ABSTRACT.5前 言.6第一章 設計概述.71.1 主要用途.81.2冶煉要點.81.3化學成分對 H08 性能的影響.91.4 現(xiàn)代全連鑄冶煉焊條鋼要點.10第二章氧氣頂吹轉爐煉鋼物料平衡和熱平衡.112.1物料平衡計算.112.2熱平衡計算.21第三章 氧氣頂吹轉爐

2、的設計與計算.273.1爐型設計.273.2氧氣頂吹轉爐爐襯設計.303.3氧氣頂吹轉爐爐體金屬構件設計.313.4支承裝置.323.5傾動機構.323.6 底部供氣構件的設計.34第四章氧槍的設計與計算.364.1噴頭設計.364.2氧槍水冷系統(tǒng).40第五章連鑄機的設計與計算.435.1連鑄機的主要工藝參數(shù).435.2連鑄機生產能力的確定.505.3盛鋼桶及其載運設備.545.4中間包及其載運設備.555.5結晶器及其振動裝置.575.6二次冷卻裝置.59第六章鋼包的設計與計算.6336.1盛鋼桶尺寸計算.636.2盛鋼桶質量.656.3盛鋼桶重心計算.67第七章鐵水預處理及爐外精練.687

3、.1 鐵水預處理.687.2 爐外精練.69第八章轉爐煉鋼車間布置.718.1轉爐容量及車間生產能力的確定.718.2全廠金屬平衡表的制定.728.3 主廠房工藝布置.73總結與體會.75謝 辭.76參考文獻.774摘摘 要要本次設計的是一座年產 180 萬噸合格坯的氧氣頂吹轉爐煉鋼廠。冶煉的鋼種為碳素焊條鋼，主要牌號：H08A、H08E、H08C 主要規(guī)格：f 6.5mm、f 6.0mm、f 5.5mm。兩座120 噸的氧氣頂吹轉爐，年產鋼水量為 189.22 萬噸，采用三孔氧槍，氧流量為333.33Nm3/min，配用鋼包的額定容量為 150 噸；兩臺 2 機 6 流板坯弧形連鑄機，連鑄機

4、的弧形半徑為 6m，主產品斷面尺寸 2001000mm，連鑄機設計年生產能力為 205.2 萬噸。設計主要針對轉爐煉鋼廠,其中包括煉鋼廠規(guī)模、生產工藝流程、冶煉的鋼種牌號、全廠金屬料消耗平衡表、轉爐煉鋼車間的物料平衡和熱平衡計算、轉爐爐型選擇及設計計算、氧槍噴頭及槍身設計計算、連鑄機以及車間附屬設備的計算選型、車間平面布置設計等。關鍵字：氧槍，轉爐，連鑄機，碳素焊條鋼5AbstractThe task of this design is to design a steelmaking mill with top oxygen blowing vessels that has an annual

5、 productivity of 1 million tons fine butts. It produces series ofThe carbon welds the bar iron，Trademark：H08A、H08E、H08C，specification：f 6.5mm、f 6.0mm、f 5.5mm。 There are two top oxygen-blowing vessels, with a 1.892million tons productivity of hot metal. It adopts the oxygen core lance that has three

6、holes, and the flow rate is 333.33Nm3/min. The matched steel ladle size is 150 tons. Also, there are two setcasting machines that are two machine and six currents and produce the plank block. The arc radius is 6m, and the major product contour size is 2001000mm. The annual productivity of the castin

7、g is 2.052 million tons.This design aims at the converter steel mill primarily, among them include the steel mill scale and produce the steel of the craft flowsheet, the card number of smelting steel, and the balance sheet of whole plant depletion of metal charge. A calculation for of material balan

8、ce and calorific balance in the converter ship, designing, then choosing the profile and furnace lines of converter, as well as choosing spray head and body of oxygen lance, calculating and choosing the caster type, then choose the other accessory equipment. Last, make an arrangement for the various

9、 equipments in the whole workshops.Keywords: oxygen lance, converter, caster, The carbon welds the bar iron.6前前 言言由于我國已經加入世界貿易組織，世界經濟的格局將發(fā)生重大變化，外商投資將保持良好的增長態(tài)勢，世界機械制造業(yè)，化工業(yè)的重心將加快向我國轉移，入世受益行業(yè)發(fā)展速度將有所加快，這將加大國內鋼材需求。在鋼材消費增加的同時，消費結構將保持多層次，多樣化，并逐步向高層次演化。21 世紀，隨著經濟的日益全球化，競爭不斷加劇，21 世紀的我國鋼鐵行業(yè)既有前所未有的發(fā)展機遇，又面臨嚴峻的挑

10、戰(zhàn)。本設計說明書對畢業(yè)設計的整個過程及主要內容進行了詳細的說明。主要設計一座年產 180 萬噸鋼坯的轉爐煉鋼車間。設計范圍包括從鐵水預處理到連鑄的整個煉鋼過程。設計內容有主鋼種碳素焊條鋼的冶煉工藝流程和操作要點，煉鋼廠內的物料平衡計算和熱平衡計算，及由此計算結果來確定的廠內各設備生產能力、型號等。設備選定及其在廠房內的布置，應力求使廠區(qū)有效面積得到充分利用，物料流向合理。由于本人水平有限，設計中錯誤和缺點在所難免，望老師和同學們批評指正。7第一章第一章 設計概述設計概述本次設計的是年產 180 萬噸碳素焊條鋼的轉爐煉鋼廠。冶煉的主鋼種為連鑄碳素焊條鋼，主要牌號：H08A、H08E、H08C，主

11、要尺寸規(guī)格：f 6.5mm、f 6.0mm、f 5.5mm，執(zhí)行標準：GB/T3429-2002。碳素焊條鋼是焊接材料行業(yè)使用量最大的原料品種，主要用于制作不同牌號、不同規(guī)格的碳鋼焊條，產銷量大。隨著我國鋼材消費量的增長，焊接材料用鋼不斷增加，據(jù)最新統(tǒng)計，2002 年全年需求量達到 120 萬噸以上。此類碳素鋼，存在成分偏析，尤其是硫、碳和磷在的上部和中心呈正偏析。為了保證盤條質量，冶煉時必須嚴格控制成分。其所要求的各化學成分的范圍如表 1-1。表 1-1 連鑄碳素焊條鋼各化學成分范圍鋼種C，%Mn,%P，%S，%H08A0.070.370.500.0200.020H08E0.040.070.

12、370.500.0130.013H08C0.040.070.370.500.0100.010冶煉主要工藝流程是在高爐出鐵后，鐵水通過魚雷罐車運到煉鋼廠，經過鐵水預處理，去除部分有害元素，從而減輕轉爐脫 P 的負擔。預處理后的鐵水再通過轉爐吹煉，脫去絕大部分的 C。冶煉主要工藝流程如圖 1-1 所示：圖 1-1 工藝流程圖任何一個煉鋼廠都不可能只煉一個鋼種，都是由一個主鋼種和多個副鋼種組成的。為了便于冶煉及減少資金投入，在本設計中對副鋼種的選擇主要依據(jù)鋼種的化學成分來8確定，使各鋼種的化學成分相差不大，從而可以制定出相似的冶煉工藝。這里選取了三種副鋼種。各鋼種的化學成分要求如表 1-3 所示。表

13、表 1-31-3 各化學成分范圍各化學成分范圍CSiMnPS65Mn0.620.690.170.370.701.000.0250.020T9A0.850.930.350.400.0250.02055CrMnA0.520.600.170.370.650.950.0300.030表表 1-41-4 產品大綱產品大綱鋼種占總產量的百分比鋼水量(萬噸)錳鐵(萬噸)硅鐵(萬噸)H0850%94.610.5140.00065Mn20%37.84 0.2050.082T9A15%28.380.1540.125 55CrMnA15%28.380.154 0.125 合計189.22 1.2070.332碳素焊

14、條鋼的概述碳素焊條鋼的概述1.1 主要用途主要用途碳素焊條鋼盤條，最重要的是化學成分要求嚴格，尤其是碳、硅、硫成分要確保盤條成分符合標準規(guī)定。此外要求碳素焊條鋼具有優(yōu)良的拉拔性能。電焊條主要尺寸規(guī)格有：f4.0mm、f3.2mm、f2.5mm、f2.0mm。用戶拉拔使用的主要特點有：碳素焊條鋼合金含量少，屬于非合金鋼范疇，用戶最終加工產品尺寸較大，因此與合金焊絲產品不同，碳素焊條鋼盤條主要生產規(guī)格為 f6.5、f6.0mm，國內用戶訂購 f5.5 規(guī)格的很少。1.2冶煉要點冶煉要點1.鐵水含硫量0.035%時方可冶煉此鋼種，出鐵時盡量少帶高爐渣。 2.冶煉本鋼種時要考慮到石灰、礦石、鐵塊、煤等

15、原材料含硫量。 3.裝入量力求準確。廢鋼加入量以確保過程溫度、終點溫度為前提。副鋼種化學成分9 4.冶煉過程中關鍵是去硫，要保證在轉爐中去硫率，有兩個問題必須注意。首先是前期高溫去硫，要求第一次拉碳（熔池 C0.20%0.30%）時溫度為 16501680。爐渣堿度為 3.03.6，盡量多倒爐渣。后吹用石灰石或生白云石調溫造新爐渣，這樣即可以防止熔池溫度過高又可以有效地去硫。吹煉終點碳含量在 0.04%0.06%，熔池溫度在16401660。爐渣堿度大于 3.2。 5.為了保持鋼中合適的含氧量，用 1/3 中碳錳鐵和 2/3 高碳錳鐵合金化。這樣鋼水增碳約 0.02%，有利于模內鋼液沸騰。其原

16、因是鋼液碳含量增加，碳氧乘積遠超過平衡值；其次中碳錳鐵含硅 1.5%2%，不致因中碳錳鐵加入數(shù)量多增硅而影響沸騰。 6.出鋼時用鐵芯鋁調整包內鋼水氧化性。 7.開澆平穩(wěn)，隨時觀察模內鋼液沸騰，澆注過程及刺鋁調整鋼水氧化性。盡量使用瓶口模澆注。用瓶口模澆注時，預留高度 90100mm，然后加瓶塞。用敞口模澆注時必須采用鋁封，加鋁時要撥渣后攪拌，防止鋼水冒竄而導致鋼錠開坯軋制時脫落（調頭） 。嚴禁用硅鐵封頂。主要是鋼錠頭部增硅，以致鋼坯要切去 1/31/2。焊條鋼在錠模內沸騰弱，是在開坯時造成掉頭和堅殼帶薄產生氣泡裂紋的主要原因。因此保證鋼水在錠模內有良好的沸騰是十分重要的。1.3化學成分對化學成

17、分對 H08 性能的影響性能的影響1.碳的影響：焊絲中含碳量增加，會使焊縫金屬含碳量增加。應控制在 0.06%0.09%。 2 硅的影響：硅影響冷拔加工性能，在焊縫中有降低塑性的傾向，故國家標準規(guī)定碳素結構鋼 H08 類硅含量0.03%。 3.錳的影響：錳會增加焊縫中的含錳量，不僅可提高抗拉強度，也使塑性和韌性提高同時還提高焊縫抗裂能力。 4.磷的影響（有害元素）：磷含量增加使焊縫冷裂傾向增大，同時低溫沖擊值迅速下降（H08 鋼中的 S、P 含量低，其盤條價格更高）。5.硫的影響（有害元素）：硫含量增加使焊縫熱裂傾向增大，同時使焊縫產生表面氣孔的可能性增加。 6.銅的影響：銅含量高時易產生焊縫

18、開裂，所以要求銅0.20%，氧氣轉爐用鐵水10為主要原料煉鋼，殘余元素銅含量遠遠低于 0.20%，故廠內一般不做考核。1.4 現(xiàn)代全連鑄冶煉焊條鋼要點現(xiàn)代全連鑄冶煉焊條鋼要點1.鐵水脫硫：現(xiàn)代轉爐煉鋼廠都有鐵水預處理。我國寶山鋼鐵總廠煉鋼設有鐵水噴吹脫硫和“三脫” （脫硅、脫磷、脫硫）裝置。經過鐵水預處理，入爐的鐵水含硫量0.007%。鐵水爐外脫硫是技術合理、經濟的脫硫方法。2.鋼水經過真空脫氣裝置，利用鋼液的碳和氧作用，使鋼中全含氧量4010-6（ppm） 。雖然鋼中無硅和少鋁，鑄坯或鋼錠也不會產生皮下氣泡。3.鋼水通過連鑄澆成鑄坯。因為采用全保護澆注（大包保護套管和氬氣密封、中間包至結晶器

19、采用浸入式水口保護渣），不僅可以防止鋼水二次氧化，而且在中間包和結晶器內鋼液中的夾雜物可以上浮，被保護渣捕捉，鋼的純潔度較高，冷拔加工性能好，適宜生產高強度高韌性等高級焊條。11第二章第二章氧氣頂吹轉爐煉鋼物料平衡和熱平衡氧氣頂吹轉爐煉鋼物料平衡和熱平衡2.1物料平衡計算物料平衡計算（1）計算所需原始數(shù)據(jù)煉鋼過程的物料平衡與熱平衡計算是建立在物質與能量守恒的基礎上的。其主要目的是比較整個過程中物料、能量的收入項和支出項，為改進操作工藝制度，確定合理的設計參數(shù)和提高煉鋼技術經濟指標提供某些定量依據(jù)。應當指出，由于煉鋼系復雜的高溫物理化學過程，加上測試手段有限，目前尚難以做到精確取值和計算。盡管如

20、此，它對指導煉鋼生產和設計仍有重要的意義。表 2-1 鋼種、鐵水、廢鋼和終點鋼水的成分設定值CSiMnPS鋼種設定值0.0700.0000.4000.0050.010鐵水設定值*3.6000.3310.3510.0930.032廢鋼設定值0.070 0.000 0.400 0.0050.010終點鋼水設定值*0.040 痕跡0.1050.009 0.019*這里的鐵水設定值為鐵水預處理后的鐵水成分，具體內容見“第七章 鐵水預處理及爐外精練”。*C和Si按實際生產情況選取；Mn 、 P和S分別按鐵水中相應成分含量的30、10和 60留在鋼水中設定。（2）物料平衡基本項目。 收入項支出項鐵水鋼水廢

21、鋼爐渣熔劑（石灰、螢石、輕燒白云石）煙塵氧氣渣中珠鐵爐襯蝕損爐氣成分（）類別12鐵合金噴濺表 22 原材料成分CaOSiO2MgO Al2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分揮發(fā)分石 灰88.00 2.50 2.60 1.50 0.50 0.10 0.06 4.64 0.10 螢 石0.30 5.50 0.60 1.60 1.50 88.00 0.90 0.10 1.50 生白云石36.40 0.80 25.60 1.00 36.20 爐 襯1.20 3.00 78.80 1.40 1.60 14.00 焦 碳0.58 81.50 12.40 5.52 表 23 硅鐵合金的成分及

22、回收率CSiMnAlPSFe硅鐵73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100錳鐵6.60/900.50/7567.80/800.23/1000.13/10024.74/100（3）計算步驟。以 100鐵水為基礎進行計算。第一步：計算脫氧和合金化前的總渣量及其成分。總渣量包括鐵水中元素氧化、爐襯蝕損和加入熔劑的成渣量。其各項成渣量分別列于表 25、26 和 27?？傇考捌涑煞秩绫?28 所示。第二步：計算氧氣消耗量。氧氣實際消耗量系消耗項目與供入項目之差，詳見表 29。第三步：計算爐氣量及其成分。第四步：計算脫氧和合金化前的鋼水量。類別成分13表

23、 24 其它工藝參數(shù)設定值名 稱參 數(shù)名 稱參 數(shù)終渣堿度%CaO/%SiO2=3.5渣中鐵損（鐵珠）為渣量的 6%螢石加入量為鐵水量的 0.5%氧氣純度99%，余者為 N2生白云石加入量為鐵水量的 2.5%爐氣中自由氧含量0.5%（體積比）爐襯蝕損量為鐵水量的 0.3%氣化去硫量占總去硫量的 1/3終渣 （FeO）含量 15%，即（Fe2O3）=5%金屬中C的氧化90%C 氧化成 CO，10%C(Fe2O3)/(FeO)=1/3（FeO）=10%產物氧化成 CO2煙塵量為鐵水量的 1.5%（其中 廢鋼量由熱平衡計算確定。本計FeO 為 75%，F(xiàn)e2O3為20%算結果為鐵水量的 7.53%噴

24、濺鐵損為鐵水量的 1%即廢鋼量比為 7.00%表 25 鐵水中元素的氧化產物及其成渣量元 素反 應 產物元素氧化量（kg）耗氧量（kg） 產出量（kg）備 注CCCO3.204 4.2727.476CCO20.3560.949 1.305 SiSi（SiO2）0.400 0.457 0.857入 渣MnMn（MnO）0.2460.072 0.318 入 渣PP（P2O5）0.0840.1080.206 入 渣SSSO20.0040.0040.009S（CaO）=（CaS）+（O）0.009-0.0040.020入 渣FeFe（FeO）0.4570.1310.588 入渣（見 3-8）Fe（Fe

25、2O3）0.2310.0990.329入渣（見表 3-8）14 合 計4.9916.088 成 渣 量2.317入渣組分之和*由 CaO 還原出的氧量；消耗的 CaO 量0.00956/320.016kg表 26 爐襯蝕損的成渣量爐襯蝕損量成渣組分（kg）氣態(tài)產物（kg）耗氧量（kg） （kg）CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO，CO20.3（據(jù)表 3-4）0.0040.0090.2360.0040.0050.0880.0150.062合 計0.2580.103表 27 加入熔劑的成渣量加 入 量成 渣 組 分（kg）氣態(tài)產物（kg）類 別（kg）CaOMgOSiO2

26、Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2螢 石0.5（據(jù)表3-4）0.002 0.003 0.028 0.008 0.008 0.005 0.001 0.440 0.008 生白云石2.5（據(jù)表3-4）0.910 0.640 0.020 0.025 0.905 石 灰2.899*1 2.247 *20.075 0.072 0.043 0.014 0.003 0.004 0.003 0.135 0.001*3 合 計3.159 0.718 0.120 0.076 0.022 0.007 0.005 0.440 0.010 1.040 0.001 成 渣 量4.548*1 石灰加

27、入量計算如下：由表（25）（27）可知，渣中已含（CaO）0.016+0.004+0.002+0.9100.900kg；渣中已含（SiO2）0.857+0.009+0.028+0.0200.914kg；因設定的終渣堿度 R3.5；故石灰加入量為：R(SiO2)(CaO)/(%CaO石灰R%SiO2 石灰)15(3.50.9140.900)/(88.00%3.52.5%)2.899kg*2 為（石灰中 CaO 含量）（石灰中 SCaS 自耗的 CaO 量）*3 由 CaO 還原出的氧量，計算方法同表 25。表 28 總渣量及其成分爐 渣 成 分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3

28、CaF2P2O5CaS合 計元素氧化成渣量(kg)0.857 0.318 0.5880.3290.206 0.020 2.317石灰成渣量(kg)2.247 0.072 0.075 0.043 0.014 0.003 0.0042.460 爐襯蝕損成渣量(kg)0.004 0.009 0.236 0.004 0.005 0.258 生白云石成渣量(kg)0.910 0.020 0.640 0.025 1.595 螢石成渣量(kg)0.002 0.028 0.003 0.008 0.008 0.440 0.005 0.001 0.493 總渣量(kg)3.1620.986 0.955 0.081

29、 0.318 0.588 0.356 0.440 0.213 0.025 7.123%44.394 13.844 13.407 1.133 4.458 8.2505.00 6.177 2.995 0.345 100.00 *總渣量計算如下：因為表 28 中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量為：3.162+0.986+0.955+0.081+0.318+0.440+0.213+0.0256.180kg；而終渣 (FeO)=15%（表 24） ，故總渣量為：6.180/85.757.123kg(FeO)量7.1238.250.588kg(Fe2O3)量7.12350.0140.0050.008

30、0.329kg爐氣中含有 CO、CO2、O2、N2、SO2和 H2O。其中 CO、CO2、SO2和 H2O 可由表(25)(27)查得，O2和 N2則由爐氣總體積來確定?，F(xiàn)計算如下：爐氣總體積 V：）（xsgVVGVVV5 . 0324 .229915 . 01610.039m351.987 . 099xsgVGVV式中 VgCO、CO2、SO2和 H2O 諸組分之總體積，m3。本計算中，其值為7.56422.4/28+2.36022.4/44+0.00922.4/64+0.001022.4/187.2571Gs不計自由氧的氧氣消耗量，。本計算中，其值為 6.466m3(見表 29)；Vx鐵水

31、與石灰中的 S 與 CaO 反應還原出的氧量，m3。本計算中，其值為 0.005(見表 29)；0.5爐氣中自由氧含量，m3；99由氧純度為 99轉換得來。計算結果列于表 210 中：表 29 實際耗氧量耗 氧 項（kg）供 氣 項（kg）實際氧氣消耗量（kg）鐵水中元素氧化耗氧量（表 3-5）6.088 鐵水中 S 與 CaO 反應還原出的氧量（表 2-5）0.004 爐襯中碳氧化耗氧量（表 3-6）0.062石灰中 S 與 CaO 反應還原出的氧量（表 2-7）0.001煙塵中鐵氧化耗氧量（3-4）0.295 爐氣中自由氧含量（表 3-10）0.072 6.5160.005+3.396合

32、計6.516 合 計0.0059.907*為爐氣中 N2的重量，詳見表 210表 210 爐氣量及其成分17爐 氣 成 分爐 氣 量（kg）體 積（m3）體 積 %CO7.564 6.05160.280 CO22.3601.202 11.970SO20.009 0.0060.060H2O0.0010 0.013 0.129 O20.072 0.050* 0.500 N23.3962.717* 27.061 合 計13.41110.039100.000 *爐氣中 O2的體積為 10.0390.50.050m3；重量為 0.05032/22.40.072kg*爐氣中 N2的體積系爐氣總體積與其它成

33、分的體積之差；重量為2.71728/22.43.396kg表 211 未加廢鋼時的物料平衡表收 入支 出項 目質量（kg）%項 目質量（kg）%鐵 水100.000 86.128鋼 水92.49779.767石 灰2.8992.497爐 渣7.1236.143英 石0.500（據(jù)表 3-4）0.431爐 氣13.41111.565 生白云石2.500（據(jù)表 3-4）2.153 噴 濺1.000 0.862爐 襯0.300 0.258 煙 塵1.500 1.294 氧 氣9.9078.539渣中鐵珠0.427 0.369合 計116.106100.000 合 計115.958100.000 注：

34、計算誤差（116.106115.958）/116.1061000.127鋼水量 Qg鐵水量鐵水中元素的氧化量煙塵、噴濺和渣中的鐵損1003.1591.5(75%56/72+20%112/160)+1+7.1236%92.497據(jù)此編制脫氧和合金化前的物料平衡表（表 211） 。18第五步：計算加入廢鋼的物料平衡。如同“第一步”計算鐵水中元素氧化量一樣，利用表 21 的數(shù)據(jù)先確定廢鋼中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表 212） ，再將其與表 211 歸類合并，就得出加入廢鋼后的物料平衡表 213 和 214。第六步：計算脫氧和合金化后的物料平衡。先根據(jù)鋼種成分設定值（表 21）和鐵合金成分及其

35、燒損率（表 23）算出鋼芯鋁和硅鐵的加入量，再計算其元素燒損量。將所得結果與表 214 歸類，即得冶煉一爐鋼的總物料平衡。表 212 廢鋼中元素的氧化產物及其成渣量元 素反 應 產 物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）產物量（kg）進入鋼中的量（kg）CCCO0.0160.0210.037 CCO20.0020.0050.006SiSiSiO20.0000.000 0.000Mn MnMnO0.100 0.029 0.129PP（P2O5）0.001 0.0020.003SSSO20.000 0.000 0.001 S+（CaO）=（CaS）+O0.001 0.000 0.002 合 計0.12

36、0 0.05624.836成渣量（kg）0.134表 213 加入廢鋼的物料平衡表（以 100鐵水為基礎）收 入支 出項 目重量（kg）%項 目重量（kg）%鐵 水100.000 70.863 鋼 水117.33383.23119廢 鋼24.95517.864 爐 渣7.2575.148石 灰2.8992.055爐 氣13.4559.544螢 石0.500 0.354噴 濺1.000 0.709輕燒白云石2.500 1.722 煙 塵1.500 1.064 爐 襯0.300 0.213渣中鐵珠0.427 0.303氧 氣9.9637.060合 計141.118100.00 合 計140.927

37、100.00 注：計算誤差為（141.118140.927）/141.1181000.135表 214 加入廢鋼的物料平衡表（以 100（鐵水+廢鋼）為基礎）收 入支 出項 目重量（kg）%項 目重量（kg）%鐵 水80.02970.863鋼 水93.90083.231廢 鋼19.97117.684爐 渣5.8085.148 石 灰2.3202.055爐 氣10.7689.544 螢 石0.4000.354 噴 濺0.8000.709輕燒白云石2.0011.772煙 塵1.2001.064爐 襯0.2400.213 渣中鐵珠0.3420.303 氧 氣7.9737.060合 計112.9351

38、00.000 合 計112.818 100.000 注：計算誤差為（112.935112.818）/112.9351000.104820表 215 鐵合金中元素燒損量及產物量類別元素燒損量 kg脫氧量 kg成渣量 kg爐氣量 kg入鋼量 kgC0.0030.0090.0120.030Mn0.0690.0200.0890.277Si0.0010.0010.0010.002P0.001S0.001Fe0.126錳鐵合計0.0730.0300.0910.0120.437Al0.0000.0000.000Mn0.0000.0000.0000.000Si-0.001-0.001-0.001-0.002P

39、0.000硅鐵S0.00021Fe-0.001合計-0.001-0.001-0.002-0.003總計0.0730.0290.0890.0120.435總物料平衡表。錳鐵加入量為 WMn0.511。硅鐵加入量 WSi為：-0.003。 回收率硅鐵含加鋼芯鋁后的鋼水量終點鋼種SiSiSiSiWSi%)%(鐵合金中元素的燒損和產物量列于表 215 中。脫氧和合金化后的鋼水成分如下表所示：脫氧和合金化后的鋼水成分（）CSiMnPS0.0720.0000.3990.0100.020由此可得冶煉過程（即脫氧和合金化后）的總物料平衡表 216。表 216 總物料平衡表收 入支 出項 目質 量（kg）%項

40、目質 量（kg）%鐵 水80.02970.548廢 鋼19.97117.606鋼 水94.33283.404石 灰2.3202.046螢 石0.400 0.353 爐 渣5.8965.213 輕燒白云石2.0011.764爐 氣10.5319.31122爐 襯0.2400.212氧 氣7.9737.029 噴 濺0.8000.708 錳 鐵0.5110.450 煙 塵1.2001.061硅 鐵-0.003 -0.003 渣中鐵珠0.3420.302 焦 粉-0.003-0.003合 計113.438100.00 113.102100.00 注：計算誤差為（113.438113.102）/113

41、.4381000.2962.2熱平衡計算熱平衡計算（1）計算所需原始數(shù)據(jù)。計算所需基本原始數(shù)據(jù)有：各種入爐料及產物的溫度（表 217） ；物料平均熱容（表 218） ；反應熱效應（表 219） ；溶入鐵水中的元素對鐵熔點的影響（表 220） 。其它數(shù)據(jù)參照物料平衡選取。（2）計算步驟。以 100鐵水為基礎。第一步：計算熱收入 Qs。熱收入項包括：鐵水物理熱；元素氧化熱及成渣熱；煙塵氧化熱；爐襯中碳的氧化熱。1）鐵水物理熱 Qw：先根據(jù)純鐵熔點、鐵水成分以及溶入元素對鐵熔點的降低值（表 217、21 和 220）計算鐵水熔點 Tt，然后由鐵水溫度和生鐵比熱（表217 和 218）確定 Qw。表

42、217 入爐物料及產物的溫度設定值入 爐 物 料產 物名 稱鐵 水*廢 鋼其它原料爐 渣爐 氣煙 塵溫度（）13502525與鋼水相同14501450表 218 物料平均熱容物 料 名 稱生 鐵鋼爐 渣礦 石煙 塵爐 氣23固態(tài)平均熱容（kJ/kgK）0.7450.6991.0470.996熔化潛熱（kJ/kg）218272209209209液態(tài)或氣態(tài)平均熱容（kJ/kgK）0.8370.8371.2481.137表 219 煉鋼溫度下的反應熱效應組元化學反應H（kJ/kg）H（kJ/kg）CC+1/2O2氧化反應-139420-11639CC+O2=CO2氧化反應-418072-34834S

43、iSi+O2=（SiO2）氧化反應-817682-29202MnMn+1/2O2=（MnO）氧化反應-361740-6594P2P+5/2O2=（P2O5）氧化反應-1176563-18980FeFe+1/2O2=（FeO）氧化反應-238229-4250Fe2Fe+3/2O2=（Fe2O3）氧化反應-722432-6460SiO2（SiO2）+2（CaO）=（2CaOSiO2）成渣反應-97133-162024P2O5（P2O5）+4（CaO）=（4CaOP2O5）成渣反應-693054-4880CaCO3CaCO3=（CaO）+CO2分解反應1690501690MgCO3MgCO3=（Mg

44、O）+CO2分解反應1180201405表 220 溶入鐵中的元素對鐵熔點的降低值元 素CSiMnPSAlCrN、H、O在鐵中的極限溶解度（%）5.4118.5 無限 2.80.1835.0 無限溶入 1%元素使鐵熔點的降低值（）65707580859010085302531.5氮、氫、氧溶入使鐵熔點的降低值（）=6適用含量范圍（%）1.01.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 3 15 0.7 0.08118表 221 元素氧化熱和成渣熱反應產物氧化熱或成渣熱（kJ）反應產物氧化熱或成渣熱（kJ）CCO37291.356 FeFe2O31489.338CCO212400.904 PP

45、2O51594.320SiSiO211680.800P2O54CaOP2O51041.074 MnMnO1622.124SiO22CaOSiO21597.529FeFeO1942.507合 計 Qy70659.953Tt 1536(3.6100+0.3318+0.3515+0.09330+0.03225)61190.625Qw1000.745(1190.625)+218+0.837(13501190.6)151701.780kJ2）元素氧化熱及成渣熱 Qy：由鐵水中元素氧化量和反應熱效應（表 219）可以算出，其結果列于表 221 中。3）煙塵氧化熱 Qc：由表 24 中給出的煙塵量參數(shù)和反應

46、熱效應計算可得。 kJ35.5075)64601601122042507256755 . 1（cQ4）爐襯中碳的氧化熱 Q1：根據(jù)爐襯蝕損量及其含碳量確定。 Q10.314(90%11639+10%34834)586.257kJ故熱收入總值為：QsQwQyQcQ1228023.340kJ第二步：計算熱支出。熱支出項包括：鋼水物理熱；爐渣物理熱；煙塵物理熱；爐氣物理熱；渣中鐵珠物理熱；噴濺物（金屬）物理熱；輕燒白云石分解熱；熱損失；廢鋼吸熱。1）鋼水物理熱 Qg；先按求鐵水熔點的方法確定鋼水熔點 Tg；再根據(jù)出鋼和鎮(zhèn)靜時的實際溫降（通常前者為 4060，后者 35/min，具體時間與盛鋼桶大小和

47、澆注條件有關）以及要求的過熱度（一般為 5090）確定出鋼溫度 Tz；最后由鋼水量和熱容算出物理熱。 Tg1536(0.10650.04550.006300.01825)61522.65（式中：0.10、0.045、0.006 和 0.018 分別為終點鋼水 C、Mn、P 和 S 的含量） Tz1522.655050701692.65（式中：50、50 和 70 分別為出鋼過程中的溫降、鎮(zhèn)靜及爐后處理過程中的溫降和過熱度）Qg91.5590.699(1522.6525)+272+0.837(1692.651522.65)135151.439kJ2）爐渣物理熱 Qr：令終渣溫度與鋼水溫度相同，則

48、得： Qr11.4811.248(1692.6525)+20916313.292kJ3）爐氣、煙塵、鐵珠和噴濺金屬的物理熱 Qx。根據(jù)其數(shù)據(jù)、相應的溫度和熱容確定。26詳見表 222。4）生白云石分解熱 Qb：根據(jù)其用量、成分和表 219 所示的熱效應計算。 Qb2.5(36.40%169025.60%1405)2437.100kJ5）熱損失 Qq：其它熱損失帶走的熱量一般約占總熱收入的 38。本計算取5，則得： Qq228023.340511401.167kJ表 222 某些物料的物料熱項目參數(shù)kJ備注爐氣物理熱21728.7841450為爐氣煙塵溫度煙塵物理熱2442.450渣中鐵珠物理熱

49、624.4661520為鋼水熔點噴濺金屬物理熱1461.144合計Qx26256.8436）廢鋼吸熱 Qf：用于加熱廢鋼的熱量是剩余熱量，即： QfQsQgQrQxQbQq36463.499kJ故廢鋼加入量 Wf為： Wf24.955kg即廢鋼比為: 24.955/100+24.95519.971%熱平衡計算結果列于表 223 中。熱收入總值熱廢鋼吸熱鋼水物理熱爐渣物理熱效率97.81100表 223 熱平衡表收 入支 出項 目熱量（kJ）%項 目熱量（kJ）%鐵水物理熱151701.78066.529鋼水物理熱135151.439 59.271元素氧化熱和成渣熱70659.95330.988

50、爐渣物理熱16313.2927.15427其中 C 氧化49692.26021.793廢鋼吸熱36463.499 15.991 Si 氧化11680.8005.123爐氣物理熱21728.784 9.529 Mn 氧化1622.124 0.711煙塵物理熱2442.450 1.071P 氧化1594.3200.699 渣中鐵珠物理熱624.4660.274Fe 氧化3431.8451.505 噴濺金屬物理熱1461.144 0.641 SiO2成渣1597.5290.701輕燒白云石分解熱2437.100 1.069 P2O5成渣1041.0740.457熱損失11401.1675.000 煙

51、塵氧化熱5075.350 2.226 爐襯中碳的氧化熱586.2570.257合 計228023.340100.000 合 計228023.340100.000 若不計算爐渣帶走的熱量時： %416.82100熱收入總值廢鋼吸熱鋼水物理熱熱效率加入鐵合金進行脫氧和合金化，會對熱平衡數(shù)據(jù)產生一定的影響。對轉爐用一般生鐵冶煉低碳鋼來說。所用鐵合金種類有限，數(shù)量也不多。經計算，其熱收入部分約占總收入的 0.81.0，熱支出部分約占 0.50.8，二者基本持平。28第三章第三章 氧氣頂吹轉爐的設計與計算氧氣頂吹轉爐的設計與計算氧氣轉爐是轉爐煉鋼車間的主體設備。其設計的質量不僅直接影響到投產后的各項技術

52、經濟以及企業(yè)的的經濟效益和社會效益，而且還關系到操作者的勞動安全。為了正確、合理的設計，達到預定的目標，必須依據(jù)建廠的具體條件，充分調查和掌握同類轉爐的發(fā)展現(xiàn)狀，切實做到理論與實際緊密結合。轉爐由爐帽、爐身和爐底三部分組成。目前常用的爐帽是一上小下大的正口形截圓錐體。爐帽以下、熔池以上的爐身部分為圓筒形。熔池面以下的爐底部分，其形狀視熔池形狀而定，根據(jù)修爐方式的不同，有死爐底與活爐底之分，前者適用于上修，后者適用于下修。所謂轉爐爐型，實際上是指由上述三部分組成的爐襯內部空間或爐膛的幾何形狀。由于爐帽和爐身的形狀并無變化，所以通常就按熔池形狀劃分為三種：筒球型、截球型和截錐型。本次設計轉爐的公稱

53、容量為 120t，采用截錐型。截錐型熔池形狀為一倒錐體。在裝入量和熔池直徑相同的情況下，其熔池最深，因此不適宜于大容量轉爐。我國過去已建成的 30t 以下的小爐子應用較多，新制定的技術規(guī)定中提出“100t 轉爐一般采用截錐型活爐底” 。國外已很少用這種爐型。通常倒截錐體的底部直徑 d0.7D，這時熔池體積 Vc（m3）與熔池直徑 D（m）和熔池深度 h（m）有如下關系：2574. 0hDVc3.1爐型設計爐型設計爐型設計的主要任務是確定所選爐型各部位的主要參數(shù)和尺寸，據(jù)此再繪制出工程圖。（1）熔池尺寸的確定。熔池是容納金屬并進行一系列復雜物理化學反應的地方，其主要尺寸有熔池直徑和熔池深度。設計

54、時，應根據(jù)裝入量、供氧強度、噴嘴類型、冶煉動力學條件以及對爐襯蝕損的影響綜合考慮。1）熔池直徑 D：熔池直徑通常指熔池處于平靜狀態(tài)時金屬液面的直徑。它主要取決于金屬裝入量和吹氧時間。隨著裝入量增加和吹氧時間縮短，單位時間的脫氧量和從熔29池排出的 CO 氣體量增加。此時，如不相應增大熔池直徑，勢必會使噴濺和爐襯蝕損加劇。轉爐吹氧時間 t 與裝入量 G 成正比，而與單位時間供氧量 Q 成反比，即若要增大供氧量還要使噴濺維持一定，就需擴大熔池面。這意味著單位時間供氧量與熔池直徑的平方成正比，因此可得公式：mtGKD070. 4式中 G新爐金屬裝入量，t，可近似地取其公稱容量，120t；t 平均每爐

55、鋼純吹氧時間，本設計取 18min；K比例系數(shù)，本設計取 1.50。2）熔池深度 h：熔池深度系指熔池處于平靜狀態(tài)時從金屬液面到爐底最低處的距離。對截錐型熔池：mDVhc931. 1070. 4574. 033.18574. 022（2）爐身尺寸的確定。對于圓筒形爐身，因其直徑與熔池直徑一致，故需確定的尺寸即為爐身高度 H身。5.760m2244DVVVDVHt）（池帽身身（3）爐帽尺寸的確定。頂吹轉爐一般用正口爐帽，其主要尺寸有爐帽傾角、爐口直徑和爐帽高度。設計時，應考慮以下因素：確保其穩(wěn)定性；便于兌鐵水和加廢鋼；減少熱損失；避免出鋼時鋼渣混出或從爐口流渣；減少噴濺。1）爐帽傾角 ：傾角過小

56、，爐帽內襯不穩(wěn)定性增加，容易倒塌；過大時，出鋼時容易鋼渣混出和從爐口大量流渣。目前傾角多為 603，小爐子取上限，大爐子取下限，這是因為大爐子的爐口直徑相對來說要小些。2）爐口的直徑 d：一般來說，在滿足兌鐵水和廢鋼的前提下，應適當減小爐口直徑，以利于減少熱損失，減少空氣進入爐內影響爐襯壽命和改善爐前操作條件。實踐表明，取爐口直徑為熔池直徑的 4353較為適宜。另外，從減少噴濺考慮，要求爐氣從爐口30排出的速度小于 15m/s。3）爐帽高度 H帽：為了維護爐口的正常形狀，防止因磚襯蝕損而使其迅速擴大，在爐口上部設有高度為 H口300400mm 的直線斷段。因此爐帽高度為 2.130m口帽）（H

57、tgdDH21爐帽總容積為：60.14785. 0262. 04242222）（）（口口帽口帽HddDdDHHHdtgdDV（4）出鋼口尺寸的確定。出鋼口內口一般都設在爐帽與爐身交界處，以便當轉爐處于水平位置時其位置最低，可使鋼水全部出凈。出鋼口的主要尺寸是其中心線的水平傾角和直徑。1）出鋼口中心線水平傾角 1：為了縮短出鋼口長度，以利維修和減少鋼液二次氧化及熱損失，大型轉爐的 1趨向減少。國外不少轉爐采用 0，但 0傾角使鋼流對鋼包內金屬的沖擊力變小。國內轉爐多為 45以下。本設計取 45。2）出鋼口直徑 d出：出鋼口直徑決定著出鋼時間，因此隨爐子容量而異。出鋼時間通常為 28min。時間過

58、短，即出鋼口過大，難以控制下渣，且鋼包內鋼液靜壓力增長過快，脫氧產物不易上浮。時間過長，即出鋼口太小，鋼液容易二次氧化和吸氣，散熱也大。通常，d出可按下面經驗式確定：）（出cmTd00.1675. 163式中T轉爐公稱容量，t。3)爐容比（或體積比）的確定。爐容比系指轉爐有效容積 Vt與公稱容量 T 之比值Vt/T（m3/t） 。Vt系爐帽、爐身和熔池三個內腔容積之和。公稱容量以轉爐爐役期的平均出鋼量來表示，這種表示法不受操作方法和澆注方法的影響。確定爐容比時，應綜合考慮以下因素：鐵水比，鐵水成分，冷卻劑種類，供氧強度，噴槍孔數(shù)，基建投資等。通常，鐵水比增加，鐵水中 Si、P、S 含量高，用礦

59、石作冷卻劑，以及供氧強度提高時，為了減少噴濺或溢渣損失，提高金屬收得率和操作穩(wěn)定性，爐容比要相應增大。但過大的爐容比會使基建和設備投資增加。對于大型轉爐，由于采用多31孔噴槍，操作比較穩(wěn)定，因此在其他條件相同的情況下，爐容比有所減少。轉爐新砌爐襯的爐容比推薦值為 0.900.95m3/t，大轉爐取下限，小轉爐取上限。本設計取 0.90 m3/t。（6）高徑比的核定。高徑比系指轉爐爐殼總高 H總與爐殼外徑 D殼之比值。實際上，它只作為爐型設計的校核數(shù)據(jù)。因為通過上述計算，當爐膛內高 H 內和內徑 D 確定之后，再根據(jù)所設計的爐襯和爐殼的厚度，高徑比也就被定下來了。轉爐高徑比的推薦值為1.351.

60、65。大爐子取下限，小爐子取上限。3.2氧氣頂吹轉爐爐襯設計氧氣頂吹轉爐爐襯設計爐襯設計的主要任務是選擇合適的爐襯材質，確定合理的爐襯組成和厚度，并根據(jù)相應的磚型和數(shù)量，以確保獲得經濟上的最佳爐齡。（1）爐襯材質的選擇。合理選用爐襯，特別是工作層的材質乃是提高爐齡的基礎。目前常用的工作層襯磚有：瀝青結合鎂磚（瀝青浸漬或不浸漬） ，含碳量為 56；燒成浸漬鎂磚，含碳量為 2左右；焦油或瀝青結合的白云石磚，含碳量約 2；瀝青或樹脂結合的白云石碳磚，含碳量為 715；瀝青或樹脂結合的鎂碳磚（加入或不加防氧化及），含碳量通常為 1025。進入 80 年代以來，氧氣轉爐爐襯材質的最大變大是普遍推廣使用鎂