产钢吨转炉炼钢车间设计

年产钢120吨转炉炼钢车间设计摘要2004年重庆政府在重庆西永划定并力争打造重庆西部教育基地，至今已修建了高新技术产业园西永微电园、10余所高校、房地产富力城及熙街生活娱乐圈。大体上满足人们的日常生活需求。但这只是重庆西部大开发的一部分，更多的建设项目也已经或者即将上马。这些项目更重要的一方面是拉动当地一代的经济发展，并与主城区的发展相补充。最终达到重庆人均GDP的提升，让重庆人民生活更加富裕。2009年，国家财政为了应对金融危机扩大内需，更是投入4万亿专项资金在全国进行基础设施建设。而重庆市是西部大开发的中心城市，因而对建筑用材特别是钢铁的需求量大幅增加。氧气顶底复吹转炉是20世纪70年代中、后期，开始研究的一项新炼钢工艺。其优越性在于炉子的高宽比略小于顶吹转炉却又大于底吹转炉，略呈矮胖型；炉底一般为平底，以便设置底部喷口。本设计在考虑到这方面的问题，拟定选址在重庆忠县修建年产钢120万吨新型钢铁厂。本钢厂主产碳素工具钢、碳素结构钢、轴承钢及弹簧钢。能够及时供应重庆西部开发的建材钢铁需求，此外还能满足重庆长安汽车板簧供应。关键词：西部大开发 转炉炼钢氧气顶底复吹转炉新型钢铁厂目录摘要I1 炼钢厂设计概论11.1 钢铁工业在国民经济中的地位和作用21.2 炼钢工艺的发展及现状21.3 钢铁厂设计的目的及意义32 厂址选择论证42.1 建厂条件42.2 产品市场53 产品方案及金属料平衡估算73.1 产品大纲73.2 全厂金属料平衡估算73.3 技术可行性84 转炉车间生产工艺流程104.1 设计原始条件104.2 生产工艺流程图105 转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算135.1 物料平衡计算135.2 热平衡计算206 原料供应及铁水预处理方案246.1 原料供应246.2 铁水预处理方案277 转炉座数及其年产量核算297.1 转炉容量和座数的确定297.2 车间生产能力的确定297.3 确定转炉座数并核算年产量308 转炉炉型选型设计及相关参数计算318.1转炉炉型设计318.2 转炉炉衬设计348.3 转炉炉体金属构件设计359 转炉氧枪设计及相关参数计算369.1 氧枪喷头尺寸计算369.2 50t转炉氧枪枪身尺寸计算3810 炉外精炼设备选型4110.1 炉外精炼的功能4110.2 LF精炼炉4110.3 RH精炼炉4211 钢包、起重机相关数据计算及车间经济指标4411.1 钢包尺寸及数量4411.2 起重机吨位及数量4711.3 车间主要技术经济指标及成本核算4812 连铸机设备选型及相关参数确定5112.1 连铸机机型选择5112.2 连铸机主要参数的确定5112.3 连铸机生产能力的计算5412.4 连铸操作规程5713 烟气净化系统的选型及相关计算6413.1 转炉烟气净化与回收的意义6413.2 转炉烟气净化及回收系统6413.3 回收系统主要设备的设计和选择6613.4 计算资料综合6714 车间工艺布置方案6814.1 车间工艺布置方案6814.2 转炉跨布置6814.3 连铸各跨布置7415 主炼钢种的操作规程7915.1 基本检测7915.2 精料7915.3 基本操作参数8015.4 装入制度8115.5 供氧制度8215.6 造渣制度8215.7 终点控制与出钢8315.8 脱氧与合金化8416 拟订生产组织及安全生产制度8516.1 生产组织安排8516.2 安全制度的制定86参考文献87致谢88附录附图1 转炉炉衬图附图2 氧枪喷头图附图3 车间厂房平面布置图附图4 车间厂房剖面布置图1炼钢厂设计概论2004年重庆政府在重庆西永划定并力争打造重庆西部教育基地，至今已修建了高新技术产业园西永微电园、10余所高校、房地产富力城及熙街生活娱乐圈。大体上满足人们的日常生活需求。但这只是重庆西部大开发的一部分，更多的建设项目也已经或者即将上马。这些项目更重要的一方面是拉动当地一代的经济发展，并与主城区的发展相补充。最终达到重庆人均GDP的提升，让重庆人民生活更加富裕。2009年，国家财政为了应对金融危机扩大内需，更是投入4万亿专项资金在全国进行基础设施建设。而重庆市是西部大开发的中心城市，因而对建筑用材特别是钢铁的需求量大幅增加。为了实现这个目的，政府放宽了对当地发展的约束。至使很多企业和房产商纷纷圈地企图发展，整个重庆西部大开发进在如火如荼地建设中。一个城市的构建不仅需要政府的支持，资金的扶持，更离不开钢铁行业。而重庆现目前只有重庆钢铁股分一个中型钢铁公司，根本不能满足当地开发的钢铁供应。单估算当地开发的建房、修路所用钢材，每年大概需求量在200万吨左右。在重庆选地修建新的钢铁厂已是迫在眉睫的大事，新钢厂的建立就能够满足当地发展建设的钢材需求。本设计在考虑到这方面的问题，拟定选址在重庆忠县修建年产钢120万吨新型钢铁厂。重庆是中国的老工业基地和汽车、摩托车生产基地，目前正在创建“中国汽车名城”和“摩托车之都”。这些产业都需要很多优质的钢材，而我国其它地区所生产的关键汽车钢材品种都还不能满足汽车用户的需求，其中相当大部分汽车工业所需要的板簧等需要大量进口。这表明了钢铁工业在重庆的发展还不够。因此，在重庆非常有必要发展新型钢铁厂，能够生产并满足重庆汽车产业的需求。这就需要注重人力资源的应用，开发新产品，以满足重庆作为“中国汽车名城”和“摩托车之都”所需要的钢材。本钢厂主产碳素工具钢、碳素结构钢、轴承钢及弹簧钢。能够及时供应重庆西部开发的建材钢铁需求，此外还能满足重庆长安汽车板簧供应。除此之外，重庆也是西部开发的重点，城乡统筹改革试验区，由其重庆西部地区的工业设施还很落后。目前正在筹划铁路、公路、桥梁、高楼等的修建，大量钢材将被需求。因此，本设计中考虑生产高质量碳素结构钢用于建筑、桥梁、铁路用钢。为了生产高质量的钢材，必须对工艺技术优化，每个生产环节严格要求，要把钢铁生产当做一项精品工程。采用优质铁水，铁水预处理，转炉少渣冶炼，无渣出钢，钢水多功能炉外精炼，钢水全过程保护浇铸等工艺是完全能够生产大纲中的产品的。1.1钢铁工业在国民经济中的地位和作用钢铁工业是国国民经济的支柱产业，是国民经济的中的主导产业。而钢铁材料是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占90%以上。人们生活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁材料。钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量，都有着极大的影响。世界经济发展到今天，钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到根本性影响，而且，在可预见的范围内，这个地位也不会因世界新技术和新材料的进步而削弱。纵观世界主要发达国家的经济发展史，不难看出钢铁材料工业的发展在美国、前苏联、日本、英国、德国、法国等国家的经济发展中都起到了决定性作用。这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车、造船、机械、电器等工业的发展和经济的腾飞都发挥了至关重要的作用。美国钢铁工业曾在20世纪7080年代遭到来自日本为主的国外进口材料的冲击而受到重创，钢铁产品生产能力急剧下降，但经过十几年的改造和重建，终于在20世纪90年代中期恢复到其原有的钢铁生产规模，为其维持世界强国地位继续发挥着重要作用。由此可见钢铁工业在公民经济的重要作用，并且钢铁工业在整个国家的发展中都起着举足轻重的作用。1.2 炼钢工艺的发展及现状展望21世纪，转炉炼钢技术的发展将会出现以下发展趋势。合理优化工艺流程，形成紧凑式连续化的专业生产线发展目标：以产品为核心，将铁水预处理转炉炼钢炉外精炼高效连铸热送和热扎有机的结合起来，形成紧凑式的专业生产线。从铁水到成品钢材的生产周期缩短到2.53h,全员劳动生产率（不包括炼铁）将超过3000t/(人.a)。最近日本住友和歌山钢厂按上述原则建立起面向21世纪新型钢厂：实现了100%铁水“三脱”预处理；100%钢水真空精炼；100%连铸坯热送和冶炼周期20min 等先进工艺措施。转炉高速吹连炼工艺发展目标：建立一座转炉吹炼制，使一座转炉的产量达到传统两座转炉的生产能力。转炉冶炼周期缩短到2025min,年产炉数15000炉，转炉炉龄15000炉。节能和环境保护发展目标：转炉炼钢工序实现“负能”炼钢，工序能耗达到-10kg（标准煤）/t（按输出煤气折算）。减少炼钢全过程的炉渣量50%60%，全部烟尘回收利用。现代转炉炼钢工艺的现状主要体现在：（1）转炉炼钢大型化，是转炉从诞生到成熟的标志；（2）转炉顶底复合吹炼工艺；（3）转炉长寿技术，溅渣护炉和炉体冷却技术的成熟都将提高转炉的炉龄。研究开发长寿命水冷烟罩、烟道等附属设备，实现转炉整体设备长寿化；（4）全自动转炉吹炼技术。精炼和连铸方面主要体现（1）精炼技术的发展在很大程度上大大增加了转炉冶炼钢种的数量，现有技术主要有LF、RH、CASOB、VOD、AOD等精炼技术；（2）连续铸钢方面主要有高速连续浇注技术和漏钢预报装置，高拉速与连铸之间的矛盾是现在连铸工艺需要解决的方法。1.3 钢铁厂设计的目的及意义目前我国正处在发展中的关键阶段，国民经济实力需要大力提升，各个方面的硬件设施都需要大力完善，而钢铁行业在其中起着举足轻重的作用，例如在国民生产中就会大量的需要建筑材料，特种钢材等等。国民经济水平也需要钢铁行业来做有力的支撑。我国现在虽然的年产量为5亿多吨，世界排名第一位。现在，我国的钢铁产量虽然居世界首位，但是我们还要每年从国外进口很多的钢材，这是由于我国的技术力量还达不到，生产不出某些高尖端的钢种，所以我们只能依靠到国外去进口，从这一角度来说我国虽然是一个钢铁大国，但是并不是一个钢铁强国，因此我们在修建钢铁厂的时候要注意加大高新技术的投入量，改进现有的设备和技术。做到科学合理布局，转炉炼钢，精练，连铸一体化，提高原材料使用率，降低能耗，减少污染，高效生产高质量钢材。2厂址选择论证经过仔细考察，在重庆忠县建钢厂是非常合适的重庆市忠县位于重庆市中部、三峡库区腹心地带，是重庆陆路的交通枢纽和长江上游的重要港口。是国家东西大通道沪蓉高速公路G50与长江黄金航道在上游地区的唯一交点，是东中部进入西部和四川盆地最便捷路径上的节点，区位十分重要。高速公路贯穿全境，在长江北岸已有设新立、永丰、城区三个互通出口，南岸设两个互通出口。忠梁高速公路（西班牙投资BOT）、忠万高速公路也将于近期开工建设，区域主干快速交通网进一步完善优化。长江黄金水道绕城而过，横贯县境88公里，多个数百万吨级码头正在投建。此外全县还有3条省级公路交汇，全县通车里程1300公里（2006年）。忠县资源丰富。现已探明的18种矿产资源储量丰富。其中其中天然气储量500亿立方米，现年产气7亿立方米；石灰石储量44亿立方米，氧化钙平均含量在52%以上。忠县主要生活生产用水主要依托世界最大的水库-三峡库区，总库容393亿立方米。忠县2009年实现地区国内生产总值93.69亿元，其中工业对全县经济增长贡献率为38.6%。随着忠县金龙造船、金龙电子、云河集团、川江汽车等机电产业企业的产业升级，忠县大力发展机械制造、机电一体和装备制造业，并大力延伸产业链条、扩展配套产业、充实相关产业，实现集群化发展。忠县的优势在于：位处三峡库区，临江靠铁，水源供应充沛，交通便利，3000吨货轮可直达，175米水位后5000吨货轮可直达，用电环境好，电力有保证，该区发展重化工产业，可与重钢配套发展。2.1 建厂条件忠县位于重庆市中部、三峡库区腹心地带。东北与万州相邻，西接垫江县，东南与石柱县毗邻，西南与丰都县接壤，北与梁平县为界。东西长66.45公里，南北宽60.15公里，幅员面积2183平方公里。2.1.1地形地貌忠县境内低山起伏，溪河纵横交错，其地貌由金华山、方斗山、猫耳山三个背斜和其间的拔山、忠州两个向斜构成，最高海拔1680米，最低海拔117米，属典型的丘陵地貌。浩荡长江，穿流而过，流径88公里，汇合溪河28条。2.1.2气象条件忠县地处暖湿亚热带东南季风区，属亚热带东南季风区山地气候。温热寒凉，四季分明，雨量充沛，日照充足。10年积温5787，年均温18.2，无霜期341天，日照时数1327.5小时，日照率29，太阳总辐射能83.7千卡平方厘米，年降雨量1200毫米，相对湿度80。2.1.3交通运输忠县是国家东西大通道沪蓉高速公路G50与长江黄金航道在上游地区的唯一交点，是东中部进入西部和四川盆地最便捷路径上的节点，区位十分重要。高速公路贯穿全境，在长江北岸已有设新立、永丰、城区三个互通出口，于2007年12月28日通车；南岸设两个互通出口，已于2009年贯通。忠梁高速公路（西班牙投资BOT）、忠万高速公路也将于近期开工建设，区域主干快速交通网进一步完善优化。长江横贯县境88公里，多个数百万吨级码头正在投建。此外全县还有3条省级公路交汇。2.1.4原料资源忠县资源丰富。现已探明的18种矿产资源储量丰富。其中其中天然气储量500亿立方米，现年产气7亿立方米；石灰石储量44亿立方米，氧化钙平均含量在52%以上。忠县位于长江边上，全厂的生产、生活水源均取自长江江水。其原材料来源和产品的运输又依赖于长江的航运。长江的状况如何与重钢的生产建设息息相关。由于三峡工程的建成，该区所在位置的水位可达到175米，5000吨级货轮可直达。水流较缓。长江流域水资源量约占全国的35%，流域排污总量约占全国的34%，呈现水量大、排污量也大、但总体水质尚好。其特点主要表现为干流及较大支流总体水质尚好，支流劣于干流，岸边劣于中泓，城市江段劣于非城市江段，干流近岸水域存在明显岸边污染带，流域内湖泊富营养化趋势明显。 尽管如此，从工业用水主要指标来看，仍然是令人满意的。一个钢铁企业需要大量的冷却水，冷却水的水温直接关系着设备的效率和寿命。重庆长江段69月份，水温在27度左右，112月份，水温在10多度左右。年平均水温为18。忠县依托长江沿岸水电产业，具有优越的供电环境和强大的电力供应能力，能解决炼钢厂的用电问题。2.1.5人力资源重庆人力资源丰富，拥有很多优秀的冶金工程专家，更有重庆大学和重庆科技学院的冶金工程专业，能形成良好的人才培养体系。同时，重庆钢铁集团设计院是国家建设部批准的冶金行业甲级单位。这些都为重钢的人力资源发展奠定了良好的基础。另外，新厂在重庆忠县，该地方经济发展刚刚起步，原有90%的人务农或者外出务工。新厂建成后可解决近万余人的就业问题，务农的人将减少到55%。增强了当地的经济基础。目前，不少高中结业生在参加重钢的就业培训，为新厂的发展奠定了坚实基础。2.2 产品市场以重庆西部开发为重点，重庆市做为全国城乡统筹综合配套改革试验区，这为重庆市的发展提供了新的历史机遇。同时，也为该新厂的发展提供了历史机遇。大量优质的钢材将被需要，用于重庆西部开发的桥梁、建筑建设及当地汽车、摩托车、轮船等行业。综上所述，新厂落建是非常必要的，也是非常可行的。3产品方案及金属料平衡估算3.1 产品大纲本设计产品大纲的基本原则是：生产有竞争力的优势产品，坚决淘汰落后的产品。主要有碳素工具钢、碳素结构钢、轴承钢三大钢系。见表3-1。表3-1 本设计钢厂生产钢种钢 种钢号年产量/万t断面形状断面尺寸/mmmm比例/%碳素工具钢T1010矩形40040016.7T8Mn10矩形400400碳素结构钢Q23540矩形40040050.0Q27520方形2001500轴承钢GCr1520方形200150033.3GCr18Mo20方形2001500重庆是中国的老工业基地和汽车、摩托车生产基地，目前正在创建“中国汽车名城”和“摩托车之都”。这些产业都需要很多优质的钢材，而我国其它地区所生产的关键汽车钢材品种都还不能满足汽车用户的需求，其中相当大部分汽车工业所需要的板簧等需要大量进口。这表明了钢铁工业在重庆的发展还不够。因此，在重庆非常有必要发展新型钢铁厂，能够生产并满足重庆汽车产业的需求。这就需要注重人力资源的应用，开发新产品，以满足重庆作为“中国汽车名城”和“摩托车之都”所需要的钢材。除此之外，重庆也是西部开发的重点，城乡统筹改革试验区，由其重庆西部地区的工业设施还很落后。目前正在筹划铁路、公路、桥梁、高楼等的修建，大量钢材将被需求。因此，本设计中考虑生产高质量碳素结构钢用于建筑、桥梁、铁路用钢。为了生产高质量的钢材，必须对工艺技术优化，每个生产环节严格要求，要把钢铁生产当做一项精品工程。采用优质铁水，铁水预处理，转炉少渣冶炼，无渣出钢，钢水多功能炉外精炼，钢水全过程保护浇铸等工艺是完全能够生产大纲中的产品的。3.2全厂金属料平衡估算估算示意图：高炉产量混铁车铁水预处理(99%)转炉350t(93%)废钢铁铁合金炉外精炼(96.7%)250250、1800200弧形连铸机(95.0%)热连轧机(92%)板坯(60)方坯(60)138.221.61.2147.6137.3136.8130.4120图3-1 全厂金属平衡示意图(单位：万t)该图为本设计年产钢120万t转炉炼钢厂的模型，由于在冶炼过程中的生产工艺的不同，在各生产阶段的金属收得率不相同，同时还有一定量的金属流失而不可回收。生产过程中作为直接回收炉料的那一部分返回废钢为全部炉料的6.0%,它与成品量之比达7.9%,占钢水量的6.4%。所以，返回废钢的合理利用是钢厂配料的重要环节之一。总废钢比按钢水总量的18%计算为21.6万t。3.3 技术可行性本设计最终是为了生产高附加值的钢材，那么就要对工艺技术采取优化，在每个生产环节严格管理，把好最重要的一关。为了更好地生产大纲中所例产品，本设计考虑采用优质铁水、铁水预处理、转炉少渣冶炼、挡渣出钢、钢水多功能炉外精炼及钢水全过程保护浇铸先进工艺。经有关人士考查研究，以上技术在国内外炼钢厂广泛投于使用，已属于成熟技术。考虑本设计的情况均可借鉴，并在原来的基础上使其更优化，设计出适合本设计要求的技术方案。4转炉车间生产工艺流程4.1 设计原始条件表4-1 原始铁水成分元素CSiMnPS铁水成分/%3.24.00.650.900.450.530.270.320.020.05铁水温度：12854.2 生产工艺流程图本设计采用的基本工艺流程为：高炉混铁车铁水预处理顶底复吹转炉炉外精炼连铸连轧4.2.1混铁车高炉铁水直接热装入转炉时有混铁炉和混铁车两种方式。考虑到投资占地方面，本设计中采用混铁车。因为其受铁口有盖，在运输过程中热损失较小。混铁车的结构如图4-1，其形状可保证有较小的热损失。混铁车装有倾动机构，可使炉身转动向外倒铁，因此，不需建设专门的厂房，只需在主厂房内留出必要的倒铁水位置。其容量根据转炉容量而言，一般为转炉容量的整数倍，并与高炉出铁量相适应。图4-1 混铁车4.2.2铁水预处理初脱Si、P、S分析本设计中铁水成分发现，铁水成分中Si、P含量较高，S含量较低。通常铁水中的硅含量为0.30%0.60%，Si的氧势高于P的氧势，脱P前必须先脱Si。但铁水中的硅是炼钢中的一种很重要的热源，对增加废钢比很有利，充分利用其热能可以提高吨铁的钢产量。对硅含量要求不高的钢钟可以不考虑预处理脱硅，反之可以利用其有利优势增加废钢量。铁水磷含量偏高，可以在混铁车内喷吹生石灰类熔剂，进行脱磷反应。脱磷还可以在转炉吹炼时进一步脱除，即在铁水预处理时只需向混铁车内喷吹一定量的生石灰熔剂即可。本设计中铁水含S量在正常范围内，对于普通钢种对S要求不高可以免除铁水预处理脱S。对特殊钢而言则在预处理采用向混铁车内高速喷射CaO-Mg脱S粉剂，让其脱除，从而达到要求。4.2.3顶底复吹转炉顶底复吹转炉有良好的冶金效果，碳氧反应接近平衡，冶炼低碳钢时避免了钢水的过氧化，有良好的脱磷、脱硫能力，提高了终点残锰量。石灰单耗低，渣量少，铁水收得率高，吹炼平稳，喷溅少。为了大幅度提高转炉炉龄,采用复吹转炉溅渣护炉工艺技术：(1) 采用高(FeO)炉渣溅渣工艺,注重对终渣(MgO)含量的调整；(2) 前期用轻烧白云石造渣, 控制过程渣(MgO)在6%8%范围内(质量分数)；(3) 后期加入终渣改质剂采用高(MgO)炉渣操作工艺,炉渣改质后进行溅渣操作；(4) 溅渣注重对炉形和炉底的控制,保持良好的炉膛内型形状。(5) 控制好炉底,加强对炉底供气元件蘑菇头的维护和控制。采用上述溅渣工艺技术后,不仅炉龄大幅度提高,而且底吹元件得到良好的维护。4.2.4炉外精炼随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂需要炉外精炼工艺，炉外精炼技术是一项提高产品质量，降低成本的先进技术，是现代化钢铁企业不可缺少的重要环节。它可以提高炼钢设备的生产能力，改善钢材质量，降低能耗，减少耐材、能源和铁合金消耗，从而提高企业的竞争力。LF炉精炼工艺要求尽快形成泡沫渣，实现埋弧精炼。出钢过程加精炼渣渣洗有利于快速成渣，缩短LF精炼造渣时间。LF泡沫渣的形成需要气泡源,精炼渣中的Na2CO3分解产生CO2，CO2气体弥散分布在渣中，同时，CO2气体与渣中的碳反应产生CO，使气体体积成倍增长。这样,泡沫渣的形成就有了充足的气泡源,有利于实行埋弧精炼，减少了电弧的裸露；有利于提高加热效率，缩短供电时间，节约能源，而且使精炼时间缩短，提高了劳动生产率，同时对延长炉盖和包衬的寿命具有重要意义。钢水精炼是提高钢的质量、扩大钢的品种、优化炼钢工艺流程、提高生产效率的重要手段，是生产洁净钢不可缺少的关键工艺环节。4.2.5连铸连轧连铸可以简化工序，缩短流程，提高金属收得率，降低能耗，生产过程采用机械化，自动化程度高，提高产量，扩大了品种。21世纪的钢铁工业在世界经济中仍占支柱地位，同时也将经历激烈的竞争。薄板坯连铸连轧技术已受到了世界各国的普遍重视，它的推广应用改变了钢铁工业的面貌，带来了巨大的经济效益和社会效益。虽然目前还存在着较多问题,但可以相信，在各国科研工作者的共同努力下，薄板坯连铸连轧技术及产品将会进一步发展。5转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算5.1 物料平衡计算计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其他工艺参数。表5-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分含量/%类别CSiMnPS钢种Q235设定值0.180.25.0.550.0450.050铁水设定值4.000.800.500.300.035废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值0.10痕迹0.150.0200.021表5-2 原材料成分成分含量/%类别CaSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰88.002.50.2.601.500.500.100.060.10萤石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50生白云石36.400.8025.601.0036.20炉衬1.203.0078.801.401.6014.0焦炭0.5881.512.45.52表5-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母） 成分回收率/%类别CSiMnAlPSFe硅铁73.00/750.50/802.50/00.03/1000.05/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.8/800.13/1000.23/10024.74/100表5-4 其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度w(CaO)/w(SiO)=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w(FeO)含量(按向钢中传氧量w(Fe2O3)1.35w(FeO)折算)15而(Fe2O3)/ (FeO)=1/3,即金属中C的氧化产物w(Fe2O3)5，w(FeO)=8.25金属中C的氧化物90C氧化成CO，10C氧化成CO2烟尘量为铁量的1.5(其中w(FeO)为75w(Fe2O3)的20)废钢量由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的13.35，即废钢比为11.78喷溅铁损为铁水量的1物料平衡的基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。 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及其成分。总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬腐蚀和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表5-5表5-7。总渣量及成分如表5-8所示。表5-5 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/耗氧量/产物量/备注CCCO3.9090%=3.514.0118.190CCO23.9010%=0.390.8911.430SiSi(SiO2)0.800.9141.714入渣MnMn(MnO)0.350.1020.452入渣PP(P2O5)0.280.3610.641入渣SSSO20.0141/3=0.0050.0050.010S+CaO(CaS)+(O)0.0142/3=0.009-0.0050.021入渣FeFe(FeO)1.06556/72=0.8310.2381.069入渣（表5-8）Fe(Fe2O3)0.600112/160=0.4210.1810.602入渣（表5-8）合计6.5966.698成渣量4.499入渣组分之和由CaO还原出的氧量；消耗CaO量=0.00956/32=0.016。表5-6 炉衬腐蚀的成渣量炉衬蚀损渣量/成渣组分/气态氧化物/耗氧量/CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO，CO20.3(表5-4)0.0040.0090.2360.0040.0050.0880.0150.062合计0.2580.1040.062表5-7 加入溶剂的成渣量类别加入量成渣组分/气态氧化物CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤石0.50.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.440.008白云石2.50.910.640.020.0250.905石灰6.675.8540.1730.1670.10.0330.0070.0090.0070.3090.002合计6.7650.8160.2150.1330.0410.0120.010.440.0151.2140.002成渣量8.43211.2305.石灰加入量：渣中已含CaO=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.900；渣中已含SiO2=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767；因设定终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为：5.285/(88.0%-3.52.50%)=6.67.石灰加入量=(石灰中CaO含量）-（石灰中SCaS自耗的CaO量）表5-8 总渣量及其成分炉渣成分/CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣1.710.4521.0650.60.410.0214.264石灰石成渣量5.8540.1670.1730.10.0330.0070.0096.343炉衬蚀损成渣0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣0.910.020.640.0251.595萤石成渣量0.0020.0280.0030.0080.0080.440.0050.0010.495总成渣量6.771.9341.0520.1370.4521.0650.6460.440.4220.03112.955质量分数/%52.2614.938.121.063.498.255.003.403.260.24100.表中除(FeO)和(Fe2O3)以外的总渣量为6.779+1.934+1.052+0.137+0.452+0.440+0.422+0.031=11.238，而终渣(FeO)=15%(表5-4)，故总渣量为11.238/86.75%=12.955。.(FeO)=12.9108.25%=1.069 (Fe2O3)=12.9105%-0.033-0.005-0.008=0.602第二步：计算氧气消耗量。氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。见表5-9表5-9 实际耗氧量耗氧项/供氧项/实际耗氧量/铁水中元素氧化耗氧量（表5-5） 6.698炉衬中碳氧化消耗氧量（表5-6） 0.062石灰中S与CaO反应还原出的氧化量（表5-7）0.002烟尘中铁氧化消耗氧量（表5-4） 0.3407.157-0.002+0.064=7.219炉气自由氧含量（表7-10） 0.057合计 7.157合计 0.002第三步：计算炉气量及其成分。炉气中含有CO、CO2、N2、SO2和H2O.其中CO、CO2、SO2和H2O可由表7-5表7-7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VV=+0.5%V+ (V)=8.089 m式中VgCO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，m。本计算中其值为：=7.998mGs不计自由氧的氧气消耗量，。本计算中其值为：6.698+0.062+0.34=7.10（见表5-9）Vx石灰中的S和CaO反应还原出的氧量（其质量为：0.002，见表5-9），m。0.5%炉气中自由氧含量。99自由氧纯度为99%转换得来。计算结果列于表5-10表5-10 炉气量及其成分炉气成分炉气量/炉气体积/ m体积分数/%CO8.2788.27822.4/28=6.62281.87CO22.6592.65922.4/44=1.35316.73SO20.0100.01022.4/64=0.0040.04H2O0.0150.01522.4/18=0.0190.23O20.0570.040.50N20.0640.0510.63合计11.0838.089100.00.炉气中O2的体积为8.089*0.5%=0.040m；质量为0.04032/22.4=0.057。.炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分体积之差；质量为0.051*28/22.4=0.064第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。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 100-6.596-1.50(75%56/72+20%112/160)+1+12.9556% 90.542由此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表5-11表5-11 未加废钢时的物料平衡表收入支出项目质量/%项目质量/%铁水10085.33钢水90.5476.82石灰6.675.69炉渣12.9610.00萤石0.500.43炉气11.089.40生白云石2.502.13喷溅1.000.85炉衬0.300.26烟尘1.501.27氧气7.216.16渣中铁珠0.770.66合计117.39100.00合计117.55100注：计算误差为（117.39-117.55）/117.39100%=-0.1%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5-1中的数据先确定废钢种元素的氧化量及其消耗量和成渣量（表5-12），再将其与表5-11归类合并，逐得到加入废钢后的物料平衡表5-13和表5-14。表5-12 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/耗氧量产物量进入钢中的量/CCCO13.350.08%90%=0.0100.0130.023CCO213.350.08%90%=0.0010.0030.004SiSi(SiO2)13.350.25%=0.330.0380.071MnMn(MnO)13.350.37%=0.0490.0150.065PP(P2O5)13.350.01%=0.0010.0010.002SSSO213.350.009%1/3=0.00040.00040.0008S+CaO(CaS)+(O)13.350.009%2/3=0.0008-0.00040.002合计0.0950.0713.35-0.095=13.255成渣量/0.14表5-13 加入废钢的物料平衡表（以100铁水为基础）收入支出项目质量/%项目质量/%铁水10076.56钢水90.54+13.25=103.7979.06废钢13.3510.22炉渣12.96+0.14=13.109.98石灰6.675.107炉气11.08+0.028=11.108.46萤石0.50.383喷溅1.000.76轻烧白云石2.51.914烟尘1.501.14炉衬0.30.230渣中铁珠0.780.59氧气7.295.5820合计130.61100.00合计130.77100.00注：计算误差为（130.61-130.77）/130.61100%=-0.1%表5-14 加入废钢的物料平衡表（以100铁水+废钢为基础）收入支出项目质量/%项目质量/%铁水88.2076.56钢水91.5579.06废钢11.7710.22炉渣11.569.98石灰5.895.11炉气9.808.46萤石0.440.38喷溅0.880.76轻烧白云石2.211.92烟尘1.321.14炉衬0.260.23渣中铁珠0.690.6氧气6.435.58合计115.40100合计115.60100第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。现根据钢种成分设定值（表5-1）和铁合金成分及其回收率（表5-3）算出锰铁和硅铁的加入量，在计算其元素的烧损量。将所有的结果与表7-14合并，及得到炼一炉钢的总物料平衡表。锰铁加入量WMn为：硅铁加入量WSi为：铁合金中元素烧损量和产物量列于表5-15。脱氧和合金化后的钢水成分如下：表5-15 铁合金中元素烧损量和产物量类别元素烧损量脱氧量/成渣量/炉气量/入钢量锰铁C0.596.60%10%=0.0040.0110.0150.596.60%90%=0.035Mn0.5967.80%20%=0.0800.0230.1030.5967.80%80%=0.320Si0.590.50%25%=0.0010.0010.0020.590.50%75%=0.002P0.590.23%=0.001S0.590.13%=0.001Fe0.5924.74%=0.146合计0.0850.0350.1050.0150.505硅铁Al0.422.50%100%=0.0110.0100.021Mn0.420.50%20%=0.00040.00010.0010.420.50%80%=0.002Si0.4273.00%25%=0.0770.0880.1650.4273.00%75%=0.230P0.420.05%=0.0002S0.420.03%=0.0001Fe0.4223.92%=0.100合计0.0880.0980.1870.332总计0.1730.1330.2920.0150.837可见，含碳量尚未达到设定值。为此需在钢包内加焦炭增碳。其加入量W1为：焦粉生成的产物如下：碳烧损量/耗氧量/气体量/成渣量/碳入钢量/0.0681.50%25%=0.0120.0320.044+0.06（0.58+5.52）%=0.0470.0612.40%=0.0070.0681.50%75%=0.037由此可得整个冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表5-16。表5-16 总物料平衡表收入支出项目质量/%项目质量/%铁水88.274.47钢水91.55+0.837+0.037=92.4277.24废钢11.779.94炉渣11.56+2.92+0.007=14.4912.11石灰5.894.97炉气9.80+0.015+0.047=9.868.24萤石0.440.37喷溅0.880.74轻烧白云石2.211.87烟尘1.321.10炉衬2.261.91渣中铁珠0.690.57氧气6.65.57锰铁0.590.50硅铁0.420.35焦粉0.060.05合计119.44100.00合计119.56100.计算误差为(119.44-119.56)/119.44100%=-0.1%.可以近似的认为(0.133+0.032)的氧量系出钢水二次氧化带入。5.2 热平衡计算计算所需的原始数据计算所需的基本原始数据有：各种入炉料及产物的温度（表5-17）；物料平均热熔（表5-18）；反应热效应（表5-19）；融入铁水的元素对铁水熔点的影响（表5-20）。其他工艺参数参照物料平衡选取。表5-17 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他原料炉渣炉气烟尘温度/12852525与钢水相同14501450表5-18 物料平均热熔物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热熔kJ/（K）0.7450.699-1.0470.996-融化潜热kJ/218272209209209-液态或气态平均热熔kJ/（K）0.8370.8371.248-1.137表5-19 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应/kJk mol-1/kJkg-1CC+1/2 O2=CO 氧化反应13942011639CC+ O2=CO2氧化反应41807234834SiSi + O2= (SiO2 氧化反应81768229202MnMn +1/2 O2= (MnO) 氧化反应3617406594P2P+5/2 O2= (P2O5) 氧化反应117656318980FeFe +1/2 O2= (FeO) 氧化反应2382294250Fe2Fe +3/2 O2= (Fe2O3) 氧化反应7224326460SiO2(SiO2)+2(CaO)=(2CaOSiO2) 成渣反应971331620P2O5(P2O5)+4(CaO)=(4 CaOP2O5) 成渣反应6930544880CaCO3CaCO3=(CaO)+ CO2 分解反应1690501690MgCO3MgCO3=MgO+ CO2 分解反应1180201405表5-20 融入铁水的元素对铁熔点的降低值元素CSiMnPSAlCrN、H、O在铁中极限溶解度/%5.4118.5无限2.80.1835.0无限融入1%元素使铁熔点降低值/65707580859010085302531.5N、H、O融入使铁熔点降低值/=6适用含量范围/%11.02.02.53.03.54.03150.70.08118 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；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。(1)铁水物理热先根据纯铁熔点、铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值(见表5-17、表5-1和表5-20)计算铁水熔点Tt，然后由铁水温度和生铁热容(见表5-17和表5-18)确定。 =1536(4.0100+0.88+0.55+0.330+0.03525)6=1111 ()=100 0.745(111125)+218+0.837(12851111)=117270.8(KJ)(2) 元素氧化热及成渣热由铁水中元素氧化量和反应热效应(见表5-19)可以算出，其结果列于表5-21。 表5-21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/kJCCO3.5111639=40852.89FeFe2O30.4216460=2719.66CCO20.3934834=135853.26PP2O50.2818980=5314.4SiSiO20.8029202=23361.6P2O54CaOP2O50.4224880=2059.36MnMnO0.4206594=2769.48SiO22CaOSiO21.9341620=3133.08FeFeO0.8314250=3531.75合计Qy97327.48(3) 烟尘氧化热由表5-4中给出的烟尘量参数和反应热