年产180万吨转炉炼钢车间设计说明

. . 年产180万吨转炉炼钢车间设计 学校： 理工大学专业： 冶金工程班次： 2002（2）： 普松指导老师单位： 理工大学：普靖中职称： 副教授目录.摘要4Abstract5前言6第一章设计概述71.1主要用途81.2冶炼要点81.3化学成分对H08性能的影响91.4 现代全连铸冶炼焊条钢要点10第二章氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡112.1物料平衡计算112.2热平衡计算21第三章氧气顶吹转炉的设计与计算273.1炉型设计273.2氧气顶吹转炉炉衬设计303.3氧气顶吹转炉炉体金属构件设计313.4支承装置323.5倾动机构323.6 底部供气构件的设计34第四章氧枪的设计与计算364.1喷头设计364.2氧枪水冷系统40第五章连铸机的设计与计算435.1连铸机的主要工艺参数435.2连铸机生产能力的确定505.3盛钢桶与其载运设备545.4中间包与其载运设备555.5结晶器与其振动装置575.6二次冷却装置59第六章钢包的设计与计算636.1盛钢桶尺寸计算636.2盛钢桶质量656.3盛钢桶重心计算67第七章铁水预处理与炉外精练687.1铁水预处理687.2炉外精练69第八章转炉炼钢车间布置718.1转炉容量与车间生产能力的确定718.2全厂金属平衡表的制定728.3 主厂房工艺布置73总结与体会75辞76参考文献77摘 要本次设计的是一座年产180万吨合格坯的氧气顶吹转炉炼钢厂。冶炼的钢种为碳素焊条钢，主要牌号：H08A、H08E、H08C主要规格：f 6.5mm、f 6.0mm、f 5.5mm。两座120吨的氧气顶吹转炉，年产钢水量为189.22万吨，采用三孔氧枪，氧流量为333.33Nm3/min，配用钢包的额定容量为150吨；两台2机6流板坯弧形连铸机，连铸机的弧形半径为6m，主产品断面尺寸2001000mm，连铸机设计年生产能力为205.2万吨。设计主要针对转炉炼钢厂,其中包括炼钢厂规模、生产工艺流程、冶炼的钢种牌号、全厂金属料消耗平衡表、转炉炼钢车间的物料平衡和热平衡计算、转炉炉型选择与设计计算、氧枪喷头与枪身设计计算、连铸机以与车间附属设备的计算选型、车间平面布置设计等。关键字：氧枪，转炉，连铸机，碳素焊条钢AbstractThe task of this design is to design a steelmaking mill with top oxygen blowing vesselsthat has an annual 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 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 casting 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 balance 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 equipments in the whole workshops.Keywords:oxygen lance, converter, caster,The carbon welds the bar iron.前 言由于我国已经加入世界贸易组织，世界经济的格局将发生重大变化，外商投资将保持良好的增长态势，世界机械制造业，化工业的重心将加快向我国转移，入世受益行业发展速度将有所加快，这将加大国钢材需求。在钢材消费增加的同时，消费结构将保持多层次，多样化，并逐步向高层次演化。21世纪，随着经济的日益全球化，竞争不断加剧，21世纪的我国钢铁行业既有前所未有的发展机遇，又面临严峻的挑战。本设计说明书对毕业设计的整个过程与主要容进行了详细的说明。主要设计一座年产180万吨钢坯的转炉炼钢车间。设计围包括从铁水预处理到连铸的整个炼钢过程。设计容有主钢种碳素焊条钢的冶炼工艺流程和操作要点，炼钢厂的物料平衡计算和热平衡计算，与由此计算结果来确定的厂各设备生产能力、型号等。设备选定与其在厂房的布置，应力求使厂区有效面积得到充分利用，物料流向合理。由于本人水平有限，设计中错误和缺点在所难免，望老师和同学们批评指正。77 / 77第一章 设计概述本次设计的是年产180万吨碳素焊条钢的转炉炼钢厂。冶炼的主钢种为连铸碳素焊条钢，主要牌号：H08A、H08E、H08C，主要尺寸规格：f 6.5mm、f 6.0mm、f 5.5mm，执行标准：GB/T3429-2002。碳素焊条钢是焊接材料行业使用量最大的原料品种，主要用于制作不同牌号、不同规格的碳钢焊条，产销量大。随着我国钢材消费量的增长，焊接材料用钢不断增加，据最新统计，2002年全年需求量达到120万吨以上。此类碳素钢，存在成分偏析，尤其是硫、碳和磷在的上部和中心呈正偏析。为了保证盘条质量，冶炼时必须严格控制成分。其所要求的各化学成分的围如表1-1。表1-1连铸碳素焊条钢各化学成分围钢种C，%Mn,%P，%S，%H08A0.070.370.500.0200.020H08E0.040.070.370.500.0130.013H08C0.040.070.370.500.0100.010冶炼主要工艺流程是在高炉出铁后，铁水通过鱼雷罐车运到炼钢厂，经过铁水预处理，去除部分有害元素，从而减轻转炉脱P的负担。预处理后的铁水再通过转炉吹炼，脱去绝大部分的C。冶炼主要工艺流程如图1-1所示：图1-1 工艺流程图任何一个炼钢厂都不可能只炼一个钢种，都是由一个主钢种和多个副钢种组成的。为了便于冶炼与减少资金投入，在本设计中对副钢种的选择主要依据钢种的化学成分来确定，使各钢种的化学成分相差不大，从而可以制定出相似的冶炼工艺。这里选取了三种副钢种。各钢种的化学成分要求如表1-3所示。化学成分表1-3 各化学成分围副钢种CSiMnPS65Mn0.620.690.170.370.701.000.0250.020T9A0.850.930.350.400.0250.02055CrMnA0.520.600.170.370.650.950.0300.030表1-4 产品大纲钢种占总产量的百分比钢水量(万吨)锰铁(万吨)硅铁(万吨)H0850%94.610.5140.00065Mn20%37.840.2050.082T9A15%28.380.1540.12555CrMnA15%28.380.1540.125合计189.221.2070.332碳素焊条钢的概述1.1主要用途碳素焊条钢盘条，最重要的是化学成分要求严格，尤其是碳、硅、硫成分要确保盘条成分符合标准规定。此外要求碳素焊条钢具有优良的拉拔性能。电焊条主要尺寸规格有：f4.0mm、f3.2mm、f2.5mm、f2.0mm。用户拉拔使用的主要特点有：碳素焊条钢合金含量少，属于非合金钢畴，用户最终加工产品尺寸较大，因此与合金焊丝产品不同，碳素焊条钢盘条主要生产规格为f6.5、f6.0mm，国用户订购f5.5规格的很少。1.2冶炼要点1.铁水含硫量0.035%时方可冶炼此钢种，出铁时尽量少带高炉渣。 2.冶炼本钢种时要考虑到石灰、矿石、铁块、煤等原材料含硫量。 3.装入量力求准确。废钢加入量以确保过程温度、终点温度为前提。 4.冶炼过程中关键是去硫，要保证在转炉中去硫率，有两个问题必须注意。首先是前期高温去硫，要求第一次拉碳（熔池C0.20%0.30%）时温度为16501680。炉渣碱度为3.03.6，尽量多倒炉渣。后吹用石灰石或生白云石调温造新炉渣，这样即可以防止熔池温度过高又可以有效地去硫。吹炼终点碳含量在0.04%0.06%，熔池温度在16401660。炉渣碱度大于3.2。 5.为了保持钢中适宜的含氧量，用1/3中碳锰铁和2/3高碳锰铁合金化。这样钢水增碳约0.02%，有利于模钢液沸腾。其原因是钢液碳含量增加，碳氧乘积远超过平衡值；其次中碳锰铁含硅1.5%2%，不致因中碳锰铁加入数量多增硅而影响沸腾。 6.出钢时用铁芯铝调整包钢水氧化性。 7.开浇平稳，随时观察模钢液沸腾，浇注过程与刺铝调整钢水氧化性。尽量使用瓶口模浇注。用瓶口模浇注时，预留高度90100mm，然后加瓶塞。用敞口模浇注时必须采用铝封，加铝时要拨渣后搅拌，防止钢水冒窜而导致钢锭开坯轧制时脱落（调头）。严禁用硅铁封顶。主要是钢锭头部增硅，以致钢坯要切去1/31/2。焊条钢在锭模沸腾弱，是在开坯时造成掉头和坚壳带薄产生气泡裂纹的主要原因。因此保证钢水在锭模有良好的沸腾是十分重要的。1.3化学成分对H08性能的影响1.碳的影响：焊丝中含碳量增加，会使焊缝金属含碳量增加。应控制在0.06%0.09%。 2硅的影响：硅影响冷拔加工性能，在焊缝中有降低塑性的倾向，故国家标准规定碳素结构钢H08类硅含量0.03%。 3.锰的影响：锰会增加焊缝中的含锰量，不仅可提高抗拉强度，也使塑性和韧性提高同时还提高焊缝抗裂能力。 4.磷的影响（有害元素）：磷含量增加使焊缝冷裂倾向增大，同时低温冲击值迅速下降（H08钢中的S、P含量低，其盘条价格更高）。5.硫的影响（有害元素）：硫含量增加使焊缝热裂倾向增大，同时使焊缝产生表面气孔的可能性增加。 6.铜的影响：铜含量高时易产生焊缝开裂，所以要求铜0.20%，氧气转炉用铁水为主要原料炼钢，残余元素铜含量远远低于0.20%，故厂一般不做考核。1.4 现代全连铸冶炼焊条钢要点1.铁水脱硫：现代转炉炼钢厂都有铁水预处理。我国宝山钢铁总厂炼钢设有铁水喷吹脱硫和“三脱”（脱硅、脱磷、脱硫）装置。经过铁水预处理，入炉的铁水含硫量0.007%。铁水炉外脱硫是技术合理、经济的脱硫方法。2.钢水经过真空脱气装置，利用钢液的碳和氧作用，使钢中全含氧量4010-6（ppm）。虽然钢中无硅和少铝，铸坯或钢锭也不会产生皮下气泡。3.钢水通过连铸浇成铸坯。因为采用全保护浇注（大包保护套管和氩气密封、中间包至结晶器采用浸入式水口保护渣），不仅可以防止钢水二次氧化，而且在中间包和结晶器钢液中的夹杂物可以上浮，被保护渣捕捉，钢的纯洁度较高，冷拔加工性能好，适宜生产高强度高韧性等高级焊条。第二章氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡2.1物料平衡计算（1）计算所需原始数据炼钢过程的物料平衡与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技术经济指标提供某些定量依据。应当指出，由于炼钢系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，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。表2-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值成分（）类别CSiMnPS钢种设定值0.0700.0000.4000.0050.010铁水设定值*3.6000.3310.3510.0930.032废钢设定值0.0700.000 0.400 0.0050.010终点钢水设定值*0.040 痕迹0.1050.0090.019*这里的铁水设定值为铁水预处理后的铁水成分，具体容见“第七章 铁水预处理与炉外精练”。*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。（2）物料平衡基本项目。 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）烟尘氧气渣中珠铁炉衬蚀损炉气铁合金喷溅表22 原材料成分成分类别CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石 灰88.00 2.50 2.60 1.50 0.50 0.10 0.06 4.64 0.10 萤石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 炉衬1.20 3.00 78.80 1.40 1.60 14.00 焦碳0.58 81.50 12.40 5.52 表23 硅铁合金的成分与回收率CSiMnAlPSFe硅铁73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.80/800.23/1000.13/10024.74/100（3）计算步骤。以100铁水为基础进行计算。第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量与其成分。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25、26和27。总渣量与其成分如表28所示。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29。第三步：计算炉气量与其成分。第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。表 24 其它工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度%CaO/%SiO2=3.5渣中铁损（铁珠）为渣量的6%萤石加入量为铁水量的0.5%氧气纯度99%，余者为N2生白云石加入量为铁水量的2.5%炉气中自由氧含量0.5%（体积比）炉衬蚀损量为铁水量的0.3%气化去硫量占总去硫量的1/3终渣（FeO）含量15%，即（Fe2O3）=5%金属中C的氧化90%C氧化成CO，10%C(Fe2O3)/(FeO)=1/3（FeO）=10%产物氧化成CO2烟尘量为铁水量的1.5%（其中废钢量由热平衡计算确定。本计FeO为75%，Fe2O3为20%算结果为铁水量的7.53%喷溅铁损为铁水量的1%即废钢量比为7.00%表25 铁水中元素的氧化产物与其成渣量元 素反应产物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）产出量（kg）备注CCCO3.2044.2727.476CCO20.3560.9491.305SiSi（SiO2）0.400 0.4570.857入渣MnMn（MnO）0.2460.0720.318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（见3-8）Fe（Fe2O3）0.2310.0990.329入渣（见表3-8）合计4.9916.088成 渣 量2.317入渣组分之和*由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量0.00956/320.016kg表 26 炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量成渣组分（kg）气态产物（kg）耗氧量（kg）（kg）CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO，CO20.30.0040.0090.2360.0040.0050.0880.0150.062（据表3-4）合计0.2580.103表27 加入熔剂的成渣量类别加入量成渣组分（kg）气态产物（kg）（kg）CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤石0.5（据表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（据表3-4）0.910 0.640 0.020 0.025 0.905 石灰2.899*12.247*20.0750.0720.0430.0140.0030.0040.0030.1350.001*3合计3.1590.7180.1200.0760.0220.0070.0050.440 0.0101.0400.001 成渣量4.548*1石灰加入量计算如下：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；因设定的终渣碱度R3.5；故石灰加入量为：R(SiO2)(CaO)/(%CaO石灰R%SiO2石灰)(3.50.9140.900)/(88.00%3.52.5%)2.899kg*2为（石灰中CaO含量）（石灰中SCaS自耗的CaO量）*3由CaO还原出的氧量，计算方法同表25。表28 总渣量与其成分炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量(kg)0.8570.3180.5880.3290.206 0.0202.317石灰成渣量(kg)2.2470.0720.0750.0430.0140.0030.0042.460炉衬蚀损成渣量(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 萤石成渣量(kg)0.002 0.028 0.003 0.008 0.008 0.440 0.005 0.001 0.493 总渣量(kg)3.1620.9860.9550.0810.3180.5880.3560.440 0.213 0.0257.123%44.39413.84413.4071.1334.4588.2505.00 6.1772.9950.345100.00 *总渣量计算如下：因为表28中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为：3.162+0.986+0.955+0.081+0.318+0.440+0.213+0.0256.180kg；而终渣(FeO)=15%（表24），故总渣量为：6.180/85.757.123kg(FeO)量7.1238.250.588kg(Fe2O3)量7.12350.0140.0050.0080.329kg炉气中含有CO、CO2、O2、N2、SO2和H2O。其中CO、CO2、SO2和H2O可由表(25)(27)查得，O2和N2则由炉气总体积来确定。现计算如下：炉气总体积V：10.039m3式中 VgCO、CO2、SO2和H2O诸组分之总体积，m3。本计算中，其值为7.56422.4/28+2.36022.4/44+0.00922.4/64+0.001022.4/187.2571Gs不计自由氧的氧气消耗量，。本计算中，其值为6.466m3(见表29)；Vx铁水与石灰中的S与CaO反应还原出的氧量，m3。本计算中，其值为 0.005(见表29)；0.5炉气中自由氧含量，m3；99由氧纯度为99转换得来。计算结果列于表210中：表29 实际耗氧量耗氧项（kg）供气项（kg）实际氧气消耗量（kg）铁水中元素氧化耗氧量（表3-5）6.088铁水中S与CaO反应还原出的氧量（表2-5）0.004炉衬中碳氧化耗氧量（表3-6）0.062石灰中S与CaO反应还原出的氧量（表2-7）0.001烟尘中铁氧化耗氧量（3-4）0.295炉气中自由氧含量（表3-10）0.0726.5160.005+3.396合计6.516合计0.0059.907*为炉气中N2的重量，详见表210表210 炉气量与其成分炉气成分炉气量（kg）体积（m3）体积 %CO7.5646.05160.280CO22.3601.20211.970SO20.0090.0060.060H2O0.00100.0130.129O20.0720.050*0.500 N23.3962.717*27.061合计13.41110.039100.000*炉气中O2的体积为10.0390.50.050m3；重量为0.05032/22.40.072kg*炉气中N2的体积系炉气总体积与其它成分的体积之差；重量为2.71728/22.43.396kg表 211 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100.000 86.128钢水92.49779.767石灰2.8992.497炉渣7.1236.143英石0.500（据表3-4）0.431炉气13.41111.565生白云石2.500（据表3-4）2.153喷溅1.000 0.862炉衬0.300 0.258烟尘1.500 1.294氧气9.9078.539渣中铁珠0.4270.369合计116.106100.000合计115.958100.000注：计算误差（116.106115.958）/116.1061000.127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1003.1591.5(75%56/72+20%112/160)+1+7.1236%92.497据此编制脱氧和合金化前的物料平衡表（表211）。第五步：计算加入废钢的物料平衡。如同“第一步”计算铁水中元素氧化量一样，利用表21的数据先确定废钢中元素的氧化量与其耗氧量和成渣量（表212），再将其与表211归类合并，就得出加入废钢后的物料平衡表213和214。第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。先根据钢种成分设定值（表21）和铁合金成分与其烧损率（表23）算出钢芯铝和硅铁的加入量，再计算其元素烧损量。将所得结果与表214归类，即得冶炼一炉钢的总物料平衡。表212 废钢中元素的氧化产物与其成渣量元素反应产物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）产物量（kg）进入钢中的量（kg）CCCO0.0160.0210.037CCO20.0020.0050.006SiSiSiO20.0000.0000.000MnMnMnO0.1000.0290.129PP（P2O5）0.001 0.0020.003SSSO20.000 0.000 0.001 S+（CaO）=（CaS）+O0.001 0.000 0.002 合计0.1200.05624.836成渣量（kg）0.134表213 加入废钢的物料平衡表（以100铁水为基础）收入支出项目重量（kg）%项目重量（kg）%铁水100.000 70.863钢水117.33383.231废钢24.95517.864炉渣7.2575.148石灰2.8992.055炉气13.4559.544萤石0.500 0.354喷溅1.000 0.709轻烧白云石2.500 1.722烟尘1.500 1.064炉衬0.300 0.213渣中铁珠0.4270.303氧气9.9637.060合计141.118100.00 合计140.927100.00 注：计算误差为（141.118140.927）/141.1181000.135表214 加入废钢的物料平衡表（以100（铁水+废钢）为基础）收入支出项目重量（kg）%项目重量（kg）%铁水80.02970.863钢水93.90083.231废钢19.97117.684炉渣5.8085.148石灰2.3202.055炉气10.7689.544萤石0.4000.354喷溅0.8000.709轻烧白云石2.0011.772烟尘1.2001.064炉衬0.2400.213渣中铁珠0.3420.303 氧气7.9737.060合计112.935100.000 合计112.818100.000 注：计算误差为（112.935112.818）/112.9351000.1048表215 铁合金中元素烧损量与产物量类别元素烧损量kg脱氧量kg成渣量kg炉气量kg入钢量kg锰铁C0.0030.0090.0120.030Mn0.0690.0200.0890.277Si0.0010.0010.0010.002P0.001S0.001Fe0.126合计0.0730.0300.0910.0120.437硅铁Al0.0000.0000.000Mn0.0000.0000.0000.000Si-0.001-0.001-0.001-0.002P0.000S0.000Fe-0.001合计-0.001-0.001-0.002-0.003总计0.0730.0290.0890.0120.435总物料平衡表。锰铁加入量为WMn0.511。硅铁加入量WSi为：-0.003。 铁合金中元素的烧损和产物量列于表215中。脱氧和合金化后的钢水成分如下表所示：脱氧和合金化后的钢水成分（）CSiMnPS0.0720.0000.3990.0100.020由此可得冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表216。表216 总物料平衡表收入支出项目质量（kg）%项目质量（kg）%铁水80.02970.548钢水94.33283.404废钢19.97117.606石灰2.3202.046炉渣5.8965.213 萤石0.4000.353轻烧白云石2.0011.764炉气10.5319.311炉衬0.2400.212氧气7.9737.029喷溅0.8000.708锰铁0.5110.450烟尘1.2001.061硅铁-0.003-0.003渣中铁珠0.3420.302焦粉-0.003-0.003合计113.438100.00 113.102100.00 注：计算误差为（113.438113.102）/113.4381000.2962.2热平衡计算（1）计算所需原始数据。计算所需基本原始数据有：各种入炉料与产物的温度（表217）；物料平均热容（表218）；反应热效应（表219）；溶入铁水中的元素对铁熔点的影响（表220）。其它数据参照物料平衡选取。（2）计算步骤。以100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；元素氧化热与成渣热；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、铁水成分以与溶入元素对铁熔点的降低值（表217、21和220）计算铁水熔点Tt，然后由铁水温度和生铁比热（表217和218）确定Qw。表217 入炉物料与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（）13502525与钢水相同14501450表218 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/kgK）0.7450.6991.0470.996熔化潜热（kJ/kg）218272209209209液态或气态平均热容（kJ/kgK）0.8370.8371.2481.137表219 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应H（kJ/kg）H（kJ/kg）CC+1/2O2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-1176563-18980FeFe+1/2O2=（FeO）氧化反应-238229-4250Fe2Fe+3/2O2=（Fe2O3）氧化反应-722432-6460SiO2（SiO2）+2（CaO）=（2CaOSiO2）成渣反应-97133-1620P2O5（P2O5）+4（CaO）=（4CaOP2O5）成渣反应-693054-4880CaCO3CaCO3=（CaO）+CO2分解反应1690501690MgCO3MgCO3=（MgO）+CO2分解反应1180201405表220 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、氧溶入使铁熔点的降低值（）=6适用含量围（%）1.01.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 3150.70.08118表221 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）CCO37291.356 FeFe2O31489.338CCO212400.904 PP2O51594.320SiSiO211680.800P2O54CaOP2O51041.074MnMnO1622.124SiO22CaOSiO21597.529FeFeO1942.507合计Qy70659.953Tt 1536(3.6100+0.3318+0.3515+0.09330+0.03225)61190.6Qw1000.745(1190.625)+218+0.837(13501190.6)151701.780kJ2）元素氧化热与成渣热Qy：由铁水中元素氧化量和反应热效应（表219）可以算出，其结果列于表221中。3）烟尘氧化热Qc：由表24中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。kJ4）炉衬中碳的氧化热Q1：根据炉衬蚀损量与其含碳量确定。 Q10.314(90%11639+10%34834)586.257kJ故热收入总值为：QsQwQyQcQ1228023.340kJ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（金属）物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。1）钢水物理热Qg；先按求铁水熔点的方法确定钢水熔点Tg；再根据出钢和镇静时的实际温降（通常前者为4060，后者35/min，具体时间与盛钢桶大小和浇注条件有关）以与要求的过热度（一般为5090）确定出钢温度Tz；最后由钢水量和热容算出物理热。 Tg1536(0.10650.04550.006300.01825)61522.65（式中：0.10、0.045、0.006和0.018分别为终点钢水C、Mn、P和S的含量） Tz1522.655050701692.65（式中：50、50和70分别为出钢过程中的温降、镇静与炉后处理过程中的温降和过热度）Qg91.5590.699(1522.6525)+272+0.837(1692.651522.65)135151.439kJ2）炉渣物理热Qr：令终渣温度与钢水温度相同，则得： Qr11.4811.248(1692.6525)+20916313.292kJ3）炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热Qx。根据其数据、相应的温度和热容确定。详见表222。4）生白云石分解热Qb：根据其用量、成分和表219所示的热效应计算。 Qb2.5(36.40%169025.60%1405)2437.100kJ5）热损失 ：其它热损失带走的热量一般约占总热收入的38。本计算取5，则得： 228023.340511401.167kJ表222 某些物料的物料热项目参数kJ备注炉气物理热21728.7841450为炉气烟尘温度烟尘物理热2442.450渣中铁珠物理热624.4661520为钢水熔点喷溅金属物理热1461.144合计Qx26256.8436）废钢吸热Qf：用于加热废钢的热量是剩余热量，即： QfQsQgQrQxQb 36463.499kJ故废钢加入量Wf为： Wf24.955kg即废钢比为: 24.955/100+24.95519.971%热平衡计算结果列于表223中。表223 热平衡表收入支出项目热量（kJ）%项目热量（kJ）%铁水物理热151701.78066.529钢水物理热135151.43959.271元素氧化热和成渣热70659.95330.988炉渣物理热16313.2927.154其中C氧化49692.26021.793废钢吸热36463.49915.991Si氧化11680.8005.123炉气物理热21728.7849.529Mn氧化1622.1240.711烟尘物理热2442.4501.071P氧化1594.3200.699渣中铁珠物理热624.4660.274Fe氧化3431.8451.505喷溅金属物理热1461.1440.641SiO2成渣1597.5290.701轻烧白云石分解热2437.1001.069P2O5成渣1041.0740.457热损失11401.1675.000烟尘氧化热5075.3502.226炉衬中碳的氧化热586.2570.257合计228023.340100.000合计228023.340100.000若不计算炉渣带走的热量时：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，其热收入部分约占总收入的0.81.0，热支出部分约占0.50.8，二者基本持平。第三章 氧气顶吹转炉的设计与计算氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。其设计的质量不仅直接影响到投产后的各项技术经济以与企业的的经济效益和社会效益，而且还关系到操作者的劳动安全。为了正确、合理的设计，达到预定的目标，必须依据建厂的具体条件，充分调查和掌握同类转炉的发展现状，切实做到理论与实际紧密结合。转炉由炉帽、炉身和炉底三部分组成。目前常用的炉帽是一上小下大的正口形截圆锥体。炉帽以下、熔池以上的炉身部分为圆筒形。熔池面以下的炉底部分，其形状视熔池形状而定，根据修炉方式的不同，有死炉底与活炉底之分，前者适用于上修，后者适用于下修。所谓转炉炉型，实际上是指由上述三部分组成的炉衬部空间或炉膛的几何形状。由于炉帽和炉身的形状并无变化，所以通常就按熔池形状划分为三种：筒球型、截球型和截锥型。本次设计转炉的公称容量为120t，采用截锥型。截锥型熔池形状为一倒锥体。在装入量和熔池直径相同的情况下，其熔池最深，因此不适宜于大容量转炉。我国过去已建成的30t以下的小炉子应用较多，新制定的技术规定中提出“100t转炉一般采用截锥型活炉底”。国外已很少用这种炉型。通常倒截锥体的底部直径d0.7D，这时熔池体积Vc（m3）与熔池直径D（m）和熔池深度h（m）有如下关系：3.1炉型设计炉型设计的主要任务是确定所选炉型各部位的主要参数和尺寸，据此再绘制出工程图。（1）熔池尺寸的确定。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。设计时，应根据装入量、供氧强度、喷嘴类型、冶炼动力学条件以与对炉衬蚀损的影响综合考虑。1）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。它主要取决于金属装入量和吹氧时间。随着装入量增加和吹氧时间缩短，单位时间的脱氧量和从熔池排出的CO气体量增加。此时，如不相应增大熔池直径，势必会使喷溅和炉衬蚀损加剧。转炉吹氧时间t与装入量G成正比，而与单位时间供氧量Q成反比，即若要增大供氧量还要使喷溅维持一定，就需扩大熔池面。这意味着单位时间供氧量与熔池直径的平方成正比，因此可得公式：式中 G新炉金属装入量，t，可近似地取其公称容量，120t；t平均每炉钢纯吹氧时间，本设计取18min；K比例系数，本设计取1.50。2）熔池深度h：熔池深度系指熔池处于平静状态时从金属液面到炉底最低处的距离。对截锥型熔池：（2）炉身尺寸的确定。对于圆筒形炉身，因其直径与熔池直径一致，故需确定的尺寸即为炉身高度H身。5.760m（3）炉帽尺寸的确定。顶吹转炉一般用正口炉帽，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：倾角过小，炉帽衬不稳定性增加，容易倒塌；过大时，出钢时容易钢渣混出和从炉口大量流渣。目前倾角多为603，小炉子取上限，大炉子取下限，这是因为大炉子的炉口直径相对来说要小些。2）炉口的直径d：一般来说，在满足兑铁水和废钢的前提下，应适当减小炉口直径，以利于减少热损失，减少空气进入炉影响炉衬寿命和改善炉前操作条件。实践说明，取炉口直径为熔池直径的4353较为适宜。另外，从减少喷溅考虑，要求炉气从炉口排出的速度小于15m/s。3）炉帽高度H帽：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300400mm的直线断段。因此炉帽高度为2.130m炉帽总容积为：（4）出钢口尺寸的确定。出钢口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1：为了缩短出钢口长度，以利维修和减少钢液二次氧化与热损失，大型转炉的1趋向减少。国外不少转炉采用0，但0倾角使钢流对钢包金属的冲击力变小。国转炉多为45以下。本设计取45。2）出钢口直径d出：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28min。时间过短，即出钢口过大，难以控制下渣，且钢包钢液静压力增长过快，脱氧产物不易上浮。时间过长，即出钢口太小，钢液容易二次氧化和吸气，散热也大。通常，d出可按下面经验式确定：式中T转炉公称容量，t。3)炉容比（或体积比）的确定。炉容比系指转炉有效容积Vt与公称容量T之比值Vt/T（m3/t）。Vt系炉帽、炉身和熔池三个腔容积之和。公称容量以