設(shè)計一座產(chǎn)萬噸全連鑄轉(zhuǎn)爐煉鋼車間

1、安徽工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書課題名稱設(shè)計一座年產(chǎn)355萬噸全連鑄轉(zhuǎn)爐煉鋼車間學 院冶金工程學院專業(yè)班級冶111姓 名i_hui學 號119014140畢業(yè)設(shè)計(論文)的主要內(nèi)容及要求：1、文獻調(diào)研及生產(chǎn)現(xiàn)場考察要求查閱相關(guān)文獻20篇以上，其中外文資料不少于2篇，一篇外文譯成中文。2、 設(shè)計說明書內(nèi)容（1）設(shè)計方案的選擇與可行性論證（2）典型鋼種的物料平衡與熱平衡計算（3）車間主體工藝設(shè)備的計算與選擇（4）車間主廠房的設(shè)計與工藝布置（5）環(huán)境保護及資源綜合利用3、工程制圖（CAD制圖）轉(zhuǎn)爐剖面圖一張；車間工藝平面布置圖一張 指導教師簽字： 摘要隨著生活水平的提高，人們對產(chǎn)品要求近

2、乎苛刻，對舒適安全的要求很高。在機械化程度非常高的今天，鋼材扮演者舉足輕重的地位。本設(shè)計引進德國先進技術(shù)標準，主要生產(chǎn)牌號為16MnCr5齒輪鋼，以滿足高強度、高耐磨性、高韌性、高純凈化和良好的抗疲勞性能的要求。本設(shè)計車間設(shè)有三座120t頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐，兩座120t LF精煉爐，一座120tVD真空脫氣精煉爐，一座120tRH真空循環(huán)脫氣精煉爐，3臺連鑄機，年產(chǎn)良坯355萬噸。產(chǎn)優(yōu)質(zhì)齒輪鋼120萬噸。對整個煉鋼廠做了詳盡的設(shè)計與認真分析。關(guān)鍵字： 齒輪鋼 16MnCr5 轉(zhuǎn)爐 氧槍 精煉 連鑄Designed annual production capacity of 3,550,000 ton

3、s of qualified and continuous casting billet converter steelmaking plantAbstractWith the improvement of living standards, people have almost harsh requirements for products and higher demand for comfortable and safety. Nowadays, steel is playing a decisive role when a very high degree of mechanizati

4、on.In order to satisfy the high strength, high wear resistance, high toughness, high purity and good fatigue resistance requirements, the design introduce the Germany advanced technology standards which mainly product gear steel which named 16MnCr5.In this des

5、ign, workshop have three 120 tons of top and bottom combined blown converters, two refining furnaces of 120 tons, a vacuum degassing refining furnace of 120 tons，a RH refining furnace is also 120 tons and three continuous casting billets, which annual output 3,550,000 tons of qualified ste

6、el include 1,200,000 tons of gear steel. This design makes the careful analysis and detailed design to steelmaking plant.Keywords: Gear steel 16MnCr5 Converter Oxygen lance Refine Continuous castingIII 目錄摘要IAbstractII目錄1st引言1第一章 煉鋼廠概述21.1 產(chǎn)品大綱的制定21.1.1 產(chǎn)品大綱制定依據(jù)21.1.2 產(chǎn)品大綱21.2 生產(chǎn)工藝21.2

7、.1 生產(chǎn)工藝路線的選擇21.2.2 典型鋼種生產(chǎn)工藝論證21.2.3 煉鋼廠工藝流程圖41.3 鋼廠組成41.4 運輸方式4第二章 轉(zhuǎn)爐物料平衡和熱平衡62.1 原始數(shù)據(jù)（收集）62.1.1 鐵水成分和溫度62.1.2 原料成分62.1.3 冶煉鋼種和廢鋼成分62.1.4 平均比熱62.1.5 反應熱效應62.1.6 有關(guān)參數(shù)的選取62.2 物料平衡計算82.2.1 爐渣量及爐渣成分的計算82.2.2 礦石和煙塵中的鐵量和氧量122.2.3 爐氣成分及總量計算122.2.4 未加入廢鋼時氧氣的消耗量的計算142.2.5 鋼水量的計算142.2.6 未加廢鋼時的物料平衡142.3 熱平衡計算（

8、取冷料為25）142.3.1 熱收入項142.3.2 熱支出項162.3.3 熱平衡表172.4 加入廢鋼后的物料平衡計算182.5 脫氧后的物料平衡計算182.6 回磷計算20第三章 轉(zhuǎn)爐及主要經(jīng)濟技術(shù)指標的選擇233.1 轉(zhuǎn)爐車間生產(chǎn)能力的計算233.1.1 爐容量與座數(shù)的確定233.2 主要經(jīng)濟技術(shù)指標243.2.1轉(zhuǎn)爐冶煉周期表243.2.2轉(zhuǎn)爐作業(yè)率表243.2.3轉(zhuǎn)爐車間主要技術(shù)參數(shù)表241st 第四章 氧氣復合吹煉轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計264.1 初始條件264.2 熔池尺寸計算264.2.1 熔池直徑計算264.2.2 熔池深度計算264.3 熔池其他尺寸計算264.4 爐帽尺寸計算26

9、4.4.1 取爐帽口直徑與爐膛直徑之比d/D=0.48(動范圍為0.430.53)264.4.2 爐帽角為64°274.4.3 爐帽高度計算274.4.4 爐帽容積計算274.5 出鋼口尺寸計算274.6 爐子內(nèi)型高度的計算274.7 爐襯高度的選定274.8 底部供氣原件的確定284.8.1 底氣種類284.8.2 底氣用量284.8.3 供氣構(gòu)件284.9 耳軸位置的確定294.9.1 空爐重心計算29第五章 轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計345.1 氧槍噴頭設(shè)計345.2 氧槍槍身設(shè)計34第六章 鋼包設(shè)計396.1 鋼包尺寸與數(shù)量計算396.1.1鋼包尺寸計算396.1.2鋼包襯材質(zhì)及厚度選擇3

10、96.1.3鋼包數(shù)量計算406.2 鋼包的重心計算416.3 鋼包的載運設(shè)備41第七章 爐外精煉的設(shè)計與計算437.1 LF鋼包精煉爐的設(shè)計與計算437.1.1主要技術(shù)參數(shù)437.1.2處理周期表437.2 VD精煉爐的設(shè)計與計算437.2.1 VD主要技術(shù)參數(shù)437.2.2 VD脫氣、去夾雜效果447.3 RH精煉爐的設(shè)計與計算447.3.1 RH精煉設(shè)備組成447.3.2 RH技術(shù)參數(shù)45第八章 連鑄設(shè)備488.1 中間包主要參數(shù)的確定488.2 結(jié)晶器設(shè)計498.2.1 結(jié)晶器斷面尺寸計算498.2.2 結(jié)晶器震動方式：502nd 8.3 連鑄機的主要工藝參數(shù)的確定508.4 連鑄機的總

11、體尺寸518.5 二冷區(qū)設(shè)計538.6 連鑄機生產(chǎn)能力計算54第九章 原料供應系統(tǒng)559.1 鐵水的供應559.1.1供應方式與工藝流程559.1.2主要設(shè)備及參數(shù)559.2 廢鋼供應及主要設(shè)備的選擇559.2.1廢鋼用量及廢鋼種類559.2.2供應方式及工藝流程569.2.3主要設(shè)備的選擇569.3 轉(zhuǎn)爐散裝料的供應569.4 鐵合金供應系統(tǒng)589.5 供氧系統(tǒng)589.5.1 制氧的基本原理589.5.2 供氧系統(tǒng)工藝流程599.5.3車間需氧量計算599.5.4 制氧機的選擇609.6 除塵系統(tǒng)的選擇609.6.1 OG系統(tǒng)的組成609.6.2 OG系統(tǒng)的流程619.6.3 OG系統(tǒng)的特點

12、61第十章 車間主廠房設(shè)計6210.1 轉(zhuǎn)爐車間的組成類型和工藝布置6210.1.1 車間組成6210.1.2 車間類型6210.1.3 車間的工藝布置6310.2 主廠房主要尺寸的確定6310.2.1 爐子跨主要尺寸的確定6310.2.2 加料跨主要尺寸的確定6410.2.3 澆鑄跨主要尺寸的確定6510.3 起重機的選擇65第十一章 環(huán)保及資源綜合利用6711.1 環(huán)保設(shè)計主要依據(jù)6711.2 工程概況6711.3 主要污染源、污染物及控制方案6711.3.1 主要污染源和污染物6711.3.2 設(shè)計采取的污染控制方案6811.4 工廠綠化7111.5 環(huán)境監(jiān)測和環(huán)保管理機構(gòu)7111.6

13、環(huán)保設(shè)施投資概算72參考文獻:73致謝：74附錄753rd 引言鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位和作用：材料技術(shù)，能源技術(shù)和信息技術(shù)是構(gòu)成人類現(xiàn)代文明的三大支柱，材料是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導。材料又分為金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料，金屬材料是現(xiàn)代文明的重要支撐材料，沒有金屬材料便沒有人類的物質(zhì)文明。國民經(jīng)濟各個部門都離不開金屬材料，目前，盡管陶瓷材料、高分子材料和復合材料發(fā)展很快，但是金屬材料在今后很長時間內(nèi)仍將占據(jù)主導地位。金屬材料包括鋼鐵材料和有色金屬材料兩大類，是整個原材料工業(yè)體系的重要組成部分，它與能源工業(yè)和交通運輸業(yè)一樣，是構(gòu)成國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。由于鐵在地殼中占5%，分

14、布比較集中，適合大量開采和大規(guī)模冶煉加工，故在所有金屬材料中屬于成本低、儲量大、用途廣和可再生利用材料。鋼鐵是用途最廣泛的金屬材料，人類使用的金屬中，鋼鐵占90%以上。人們生活離不開鋼鐵，人們從事生產(chǎn)或其他活動所用的工具和設(shè)施也都要使用鋼鐵。鋼鐵產(chǎn)量往往是衡量一個國家工業(yè)化水平和生產(chǎn)能力的重要標志，鋼鐵的質(zhì)量和品種對國民經(jīng)濟的其他工業(yè)部門產(chǎn)品的質(zhì)量，都有著極大的影響。世界經(jīng)濟發(fā)展到今天的水平，鋼鐵作為最重要的基礎(chǔ)材料之一的地位依然未受到根本性影響，而且，在可預見的時間內(nèi)，這個地位也不會因世界新技術(shù)和新材料的進步而削弱?？v觀世界主要發(fā)達國家的經(jīng)濟發(fā)展史，不難看出鋼鐵材料工業(yè)的發(fā)展在美國、前蘇聯(lián)、

15、日本、英國、德國、法國等國家的經(jīng)濟發(fā)展都都起到了決定性的作用。這些國家和地區(qū)鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展和壯大對于推動其汽車、造船、機械、電器等工業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟騰飛都發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展可劃分為三個時期：1） 轉(zhuǎn)爐大型化時期（19501970 年）。以轉(zhuǎn)爐大型化技術(shù)為核心，逐步完善了轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝與設(shè)備。先后開發(fā)出大型化轉(zhuǎn)爐設(shè)計制造技術(shù)、OG 法除塵與煤氣回收技術(shù)、計算機靜態(tài)與副槍動態(tài)控制技術(shù)、鎂碳磚綜合砌爐與噴補掛渣等護爐工藝技術(shù)。2） 轉(zhuǎn)爐復合吹煉時期（19701990 年）。這一時期，由于連鑄技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了全連鑄的煉鋼車間。對轉(zhuǎn)爐煉鋼的穩(wěn)定性和終點控制的準確性提出了更高的

16、要求。為了改善轉(zhuǎn)爐吹煉后期鋼渣反應遠離平衡，實現(xiàn)平穩(wěn)吹煉的目標，綜合頂吹、底吹轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點，研究開發(fā)出各種頂?shù)讖痛禑掍摴に嚰夹g(shù)，在世界上迅速推廣。3） 轉(zhuǎn)爐綜合優(yōu)化時期（1990 年以后）。這一時期，社會對純凈鋼的生產(chǎn)需求日益增加，迫切需求建立起一種全新的、能大規(guī)模廉價生產(chǎn)純凈鋼的生產(chǎn)體制。圍繞純凈鋼生產(chǎn)，研究開發(fā)出鐵水“三脫”預處理、高效轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)、全自動吹煉控制與濺渣護爐等重大新工藝技術(shù)，降低了生產(chǎn)成本，大幅度提高了生產(chǎn)效率。第 2 頁 共 106 頁 第一章 煉鋼廠概述1.1 產(chǎn)品大綱的制定1.1.1 產(chǎn)品大綱制定依據(jù)本設(shè)計是年產(chǎn)良坯355萬噸良坯的煉鋼車間。生產(chǎn)方式為全連鑄。隨著鐵路、機械

17、、汽車、造船、電力等行業(yè)在“十二五”期間的加速發(fā)展，拉動關(guān)鍵鋼材需求。據(jù)規(guī)劃指出，根據(jù)各行業(yè)用鋼需求，預測2015年關(guān)鍵鋼材品種消費量。其中鐵路用重軌380萬噸，鐵路車輪、車軸鋼60萬噸，軸承鋼500萬噸，齒輪鋼250萬噸；合金彈簧鋼450萬噸；合金模具鋼50萬噸；造船板1600萬噸；高壓容器用鋼板160萬噸；汽車用冷軋及鍍鋅薄板1400萬噸；油井管470萬噸；電站用高壓鍋爐管70萬噸；硅鋼片650萬噸；不銹鋼1600萬噸。規(guī)劃提出的主要目標之一，要將“進口量較大的高強高韌汽車用鋼、硅鋼片等品種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，國內(nèi)市場占有率達到90%以上；船用耐蝕鋼、低溫壓力容器板、高速鐵路車輪及車軸鋼、高壓

18、鍋爐管等高端品種自給率達80%?！笨梢?，在“十二五”期間優(yōu)鋼特鋼的需求旺盛，將是鋼貿(mào)商拓展市場的一個重點。本鋼廠定位于未來優(yōu)質(zhì)齒輪鋼的生產(chǎn)，旨在改變國內(nèi)落后的變速器齒輪，進入先進的鋼材生產(chǎn)強國行列。以市場為導向，考慮到資源的綜合利用，為了降低生產(chǎn)成本。本廠鑄坯選擇方坯，生產(chǎn)鋼種為：齒輪鋼、普碳鋼、硬線用鋼、軸承鋼、重軌鋼、管線鋼，在“十二五”規(guī)劃的指導下，根據(jù)市場需求，制定產(chǎn)品大綱。1.1.2 產(chǎn)品大綱本設(shè)計冶煉的鋼種、代表鋼號及其年產(chǎn)量見表1-1，典型鋼種化學成分見表1-2。1.2 生產(chǎn)工藝1.2.1 生產(chǎn)工藝路線的選擇齒輪鋼：轉(zhuǎn)爐LFVD連鑄；普碳鋼：轉(zhuǎn)爐連鑄；硬線鋼：轉(zhuǎn)爐LFRH連鑄高速

19、線材軋制；軸承鋼：轉(zhuǎn)爐LF爐精煉RH爐真空處理連鑄緩冷或熱送軋材；重軌鋼： 轉(zhuǎn)爐LFRH連鑄；管線鋼：轉(zhuǎn)爐LFRH鈣處理連鑄；1.2.2 典型鋼種生產(chǎn)工藝論證1） 齒輪鋼生產(chǎn)技術(shù)要求(a) 低氧含量控制?，F(xiàn)代滲碳鋼對氧含量的限制并不遜色于軸承鋼，國內(nèi)外大量研究表明，隨著氧含量的降低，齒輪的疲勞壽命大幅度提高。這是由于鋼中氧含量的降低，氧化物夾雜隨之減少，減輕了夾雜物對疲勞壽命的不利影響。通過LF鋼包精煉加VD真空脫氣后，模鑄鋼材氧含量可小于等于0.0015%，日本采用雙真空工藝（真空脫氣，真空澆鑄）可以達到不大于0.001%的超低氧水平。表1-1 產(chǎn)品大綱鋼種代表鋼號產(chǎn)量(萬噸)比例(%)齒輪

20、鋼20CrMnTi、16MnCr5、15CrNi6、20CrMnBH12033.8普碳鋼Q235、Q255、Q27510028.2硬線鋼65、70、75、75Mn、80、80Mn4011.3軸承鋼GCr4、GCr6、G20CrMo、9Cr18、37CrA359.8重軌鋼U71Mn308.45管線鋼X65、X80、GB 14164308.45表1-2 典型鋼種化學成分鋼種牌號化學成分，w%CSiMnP S W(N)W(O)齒輪鋼20CrMnTi0.170.230.170.370.801.100.0350.03550ppm20ppm16MnCr50.140.190.301.001.300.020.

21、02550ppm15ppm普碳鋼Q2350.220.351.40.0450.050硬線鋼80Mn0.770.850.170.370.901.200.0350.035軸承鋼GCr40.951.050.150.300.150.300.0250.02重軌鋼U71Mn0.680.750.210.281.131.460.0280.012管線鋼X650.110.351.550.0250.01(b) 窄淬透性帶的控制。滲碳齒輪鋼要求淬透性帶必須很窄，且要批量之間的波動性很小，以使批量生產(chǎn)的齒輪的熱處理質(zhì)量穩(wěn)定，配對嚙合性能提高，延長使用壽命。壓窄淬透性帶的關(guān)鍵在于化學成分波動范圍的嚴格控制和成分均勻性的提高

22、，可通過建立化學成分淬透性的相關(guān)式、通過計算機輔助預報和補加成分、收得率的精確計算進行控制。(c) 組織控制技術(shù)細小的奧氏體晶粒對鋼材及制品的性能穩(wěn)定有重要意義。日本企標規(guī)定晶粒度必須6級以上。帶狀組織是影響齒輪組織和性能均勻性的重要原因，對鋼的冶煉到齒輪的熱處理各個環(huán)節(jié)適當控制，可以顯著減小帶狀組織的影響。(d) 表面強化技術(shù)強力噴丸可焊合齒輪表面的發(fā)紋，去除表面黑色氧化物，提高表面硬度和致密度，減少切削加工造成的表面損傷，改善齒輪的內(nèi)應力分布，是提高齒輪壽命和可靠性的重要措施。2）LFVD冶煉齒輪鋼工藝電爐單煉齒輪鋼已成為歷史。LF爐是國內(nèi)許多冶金廠家普遍采用的一種爐外精煉方式，主要用于生

23、產(chǎn)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、齒輪鋼。新型汽車齒輪鋼要求氧含量0.002%，鋼液需經(jīng)真空脫氣處理。因此，LF精煉后鋼包入VD罐進行真空脫氣。MnCr5系列齒輪鋼要求成品硅0.30%，冶煉有些難度。操作要點如下：(a) 配料：爐料由生鐵、碳素返回鋼、廢鋼等組成，配料碳為0.60%0.80%。(b) UHP：出鋼低于規(guī)格下限為0.05%，P0.08%,溫度為16401660。(c) LF：采用310mm電石顆粒造電石渣。白渣精煉時間大于20min。出鋼溫度為16501670，碳錳鉻調(diào)至規(guī)格中限。鋼包扒渣，渣厚4070mm。(d) VD：測量渣厚，按渣厚×3(kg)計算加入硅石，按

24、規(guī)格中上限計算加入硫化亞鐵，硫的收得率為70%。抽真空壓力100Pa，保持15min，喂鋁、出鋼。由此可見，經(jīng)過LF精煉工藝對成分和溫度進行微調(diào)，再入VD精煉爐深度脫氧，使得齒輪鋼完全滿足生產(chǎn)技術(shù)要求1。1.2.3 煉鋼廠工藝流程圖煉鋼廠工藝流程圖如圖1-1所示。1.3 鋼廠組成本鋼廠主要由主廠房及有關(guān)輔助車間組成，其中包括：混鐵車修灌庫、煉鋼主廠房、熱潑渣間、煉鋼水處理、燃氣設(shè)施、除塵系統(tǒng)、熱力設(shè)施、區(qū)域變電所、廠區(qū)鐵路、公路。1.4 運輸方式運輸方式包括：吊車運輸、鐵路運輸和皮帶運輸。把鐵水到入鐵水罐中用混鐵車運輸，進入鐵水倒罐間，經(jīng)脫硫扒渣后的鐵水到入煉鋼鐵水罐，經(jīng)稱量后送至加料跨，再用

25、吊車，吊上鐵水罐，兌鐵水入轉(zhuǎn)爐。廢鋼由火車、汽車運輸至廢鋼堆放場，由翻斗車短途運輸?shù)綇U鋼間，由廢鋼槽運往裝料跨。鐵合金采用皮帶運輸至中位料倉，經(jīng)稱量后由皮帶機及中間料斗加入鋼水罐中。副原料生石灰、白云石、鐵礦石由成品料倉和中間料倉經(jīng)皮帶運輸至地下料倉，再由皮帶運往爐頂料倉。其它副原料、混料、錳礦等由汽車運往地下料倉，經(jīng)皮帶運往爐頂料倉。鋼渣由渣罐車運往處理間2。爐料公司 氧氣廠 高爐 散料低位料倉 合金低位料倉 管道 360t混鐵車 皮帶 皮帶廢鋼準備區(qū) 閥門室 倒罐站 高位料倉 中位合金料倉 稱量斗35/15t吊車 氧槍 120t鐵水罐 稱量斗 渡車 合金匯總斗 脫硫、扒渣 匯總斗 旋轉(zhuǎn)漏斗

26、一次煙氣 溜管 120t頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐×3 擋渣出鋼 二次煙氣 汽化煙罩 120t鋼包 集煙罩 渣罐 余熱鍋爐 吹氬、LF、RH/VD 除塵器 熱渣處理間一級文氏管、彎頭脫水器 連鑄 放散 渣罐車外運二級文氏管、彎頭脫水器圖1-1 煉鋼廠工藝流程圖第二章 轉(zhuǎn)爐物料平衡和熱平衡2.1 原始數(shù)據(jù)（收集）2.1.1 鐵水成分和溫度鐵水溫度與成分如表2-1所示。表2-1鐵水成分和溫度成分CSiMnPS溫度%4.030.40.350.0970.0051350注：該鐵水經(jīng)過用20 %金屬鎂和80 %CaO 脫硫劑機械攪拌處理。 2.1.2 原料成分原料成分如表2-2所示。表2-2原料成分%CaOS

27、iO2MgOAl2O3P2O5SCaF2Fe2O3CO2H2O石灰902.53.61.20.10.12/0.81.180.5礦石0.47.50.63.10.20.10/88/0.1螢石0.84.6/0.5/0.2092.60.8/0.5生白云石35.40.7623.30.84/39.74/爐襯5.21.5721.51.8C% = 18%2.1.3 冶煉鋼種和廢鋼成分冶煉鋼種和廢鋼成分如表2-3所示。表2-3冶煉鋼種和廢鋼成分%CSiMnPSW(N)W(0)16MnCr50.140.190.301.001.300.020.025<50ppm<15ppm廢鋼Q2350.10.210.5

28、0.0180.0092.1.4 平均比熱各物料平均比熱如表2-4所示。2.1.5 反應熱效應各元素反應熱效應如表2-5所示。2.1.6 有關(guān)參數(shù)的選取1）渣中鐵珠量占渣重的7%；2）金屬中90%的C轉(zhuǎn)化為CO，10%的C轉(zhuǎn)化為CO2；3）噴濺鐵損為鐵水量的0.8% ；4）爐氣的平均溫度1470，含自由氧0.8%，煙塵為鐵水量的1.4%，其中76%FeO和20% Fe2O3；5）爐襯侵蝕為鐵水量的0.1%； 6）工業(yè)制氧氣成分為99.6% O2和0.4%N2；表2-4平均比熱材料KJ/kg(固態(tài))KJ/kg(熔化潛熱)KJ/kg(液態(tài))生鐵0.745217.570.837鋼0.699271.57

29、0.837爐渣/209.201.247爐汽/1.141煙塵0.966209.200.996鐵礦石1.017209.20/表2-5反應熱效應反應式KJ/kg分子量C + O2 = CO-11639C 12C + O2 = CO2-34824C 12Si + O2 = SiO2-29177Si 282Mn + O2 = 2MnO-6594Mn 552P + O2 = P205-18980P 31Fe+ O2 =FeO-4250Fe 562Fe+ O2 = Fe203-6460Fe 562SiO2+2CaO = C2S-1620SiO2 60P2O5 + 4CaO C4(P2O5)-4880P2O5

30、 142CaCO3= CaO+CO21690CaCO3 100MgCO3=MgO+CO21450MgCO3 842.2 物料平衡計算由鐵水成分及冶煉鋼種可選單渣法不留渣的操作；為簡化計算，物料平衡以100kg鐵水為計算基礎(chǔ)。2.2.1 爐渣量及爐渣成分的計算爐渣來自元素的氧化，造渣材料和爐襯侵蝕等。1）鐵水中各元素的氧化量如表2-6所示。表2-6鐵水中各元素的氧化量%CSiMnPS備注鐵水4.030.40.350.0970.005+0.0091350終點鋼水0.030.120.0080.009氧化量4.000.40.230.0890.005轉(zhuǎn)表2-7說明：Si堿性渣操作時終點Si量為痕跡；P單

31、渣法去P約89%；Mn終點Mn余量約3040% 這里取 34%；S轉(zhuǎn)爐去S率約30%40%，本設(shè)計取38%（鐵水預處理扒渣不凈以及各造渣劑中含硫使轉(zhuǎn)爐中有回硫，按回硫0.009%計算故鐵水總含硫0.014%）；C頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐吹煉的終點C含量約0.05%-0.03%，本設(shè)計取0.03%。2） 鐵水中各元素的氧化量，耗氧量和氧化產(chǎn)物的計算見表2-7。3）造渣劑成分及數(shù)量 礦石成分及重量的計算（0.8kg礦石/100kg鐵水）見表2-8。S*： 反應式為S+CaO=CaS+O；其中：CaS重為0.0008×72/32=0.0018 kg；耗CaO量為0.0008×56/32=0.

32、0014kg；生產(chǎn)O忽略。 螢石成分及重量計算（0.2kg螢石/100kg鐵水）見表2-9。S*：反應式為S+CaO=CaS+O；其中：CaS重為0.0004×72/32=0.0009 kg；耗CaO量為0.0004×56/32=0.0007 kg；生產(chǎn)O忽略。 爐襯成分及重量計算（0.1kg爐襯/100kg鐵水）見表2-10。爐襯中的C*：其中90%CO 0.018×90%×28/12=0.0378kg 10%CO2 0.018×10%×44/12=0.0067 kg 耗O重：0.0378×16/28=0.0216 kg

33、0.0067×32/44=0.0049 kg 爐襯中C共消耗O2重 = 0.0265 kg 生白云石成分及重量計算（3.0 kg生白云石/100kg鐵水）見表2-11。加入白云石的目的是可以提高爐襯抵抗熔渣的侵蝕，提高爐齡。 石灰成分及重量計算（2.79kg石灰/100kg鐵水）見表2-12。表2-7鐵水中各元素的氧化量，耗氧量和氧化產(chǎn)物元素 反應式元素氧化（kg）耗氧（kg）氧化產(chǎn)物（kg）備注C + O2 = CO3.64.88.4C + O2 = CO20.41.0671.467Si +O2 = SiO20.40.4570.8572Mn + O2 = 2MnO0.230.067

34、0.2972P + O2 = P2O50.0890.11480.2038S+O2=SO20.001670.001670.00334設(shè)1/3S氣化S+CaO=CaS+O0.00333-0.001670.007493-0.001667表示還原出0耗CaO=0.00583Fe+ O2 =FeO0.6020.1720.7740見表2-13及說明2Fe+ O2 = Fe2O30.25800.11050.3685見表2-13及說明共計5.5846.7883表2-8礦石成分及重量的計算成分重量（kg）成分重量（kg）CaO0.0032CaF2/SiO20.06Fe2O30.704MgO0.0048CO2/A

35、l2O30.0248H2O0.0008P2O50.0016共計0.8S*0.0085*表2-9螢石成分及重量計算成分重量（kg）成分重量（kg）CaO0.0016CaF20.1852SiO20.0092Fe2O30.0016MgO/CO2/Al2O30.001H2O0.001P2O5/共計0.2S*0.0004表2-10爐襯成分及重量計算成分重量（kg）成分重量（kg）CaO0.0052CaF2/SiO20.0015Fe2O30.0018MgO0.072C*0.018Al2O30.0015H2O/P2O5/共計0.1S/表2-11生白云石成分及重量計算成分重量（kg）成分重量（kg）CaO1.

36、062CaF2/SiO20.0228Fe2O3/MgO0.699CO21.071Al2O30.0252H2O/P2O5/共計3.0S/表2-12石灰成分及重量計算成分重量（kg）成分重量（kg）CaO2.511CaF2/SiO20.070Fe2O30.0223MgO0.10CO20.0329Al2O30.0335H2O0.0140P2O50.0028共計2.79S*0.0028說明：石灰加入量計算如下：取終渣的堿度R=% CaO/% SiO2=3.5 (參考煉鋼原理P167圖5-19)則石灰加入量Q= =式中 （SiO2）=（鐵水+爐襯+礦石+螢石+生白云石）中帶入 =0.857+0.0015

37、+0.06+0.0092+0.0228= 0.951kg 參考表（2-7、2-10、2-8、2-9、2-11）（CaO）=（生白云石+爐襯+礦石+螢石-鐵水中S消耗-礦石中S消耗-螢石中S消耗） =1.062+0.0052+0.0032+0.0016-0.00583-0.0014 =1.060kg Q=2.79 kgS*： 反應式為S+CaO=CaS+O其中：CaS重為 0.0028×72/32=0.0063 kg 耗CaO量為 0.0028×56/32=0.0049kg 生產(chǎn)O為 0.0028×16/32=0.0014kg 終渣（FeO）的確定取R=3.5及（F

38、eO）=15%時可以滿足鋼水中P含量的要求 本設(shè)計（FeO）=（% FeO）+0.9（% Fe2O3）= 15%取Fe2O3/（FeO）=1/3. 故% Fe2O3=4.97%，% FeO=10.45% 終渣成分及重量計算見表2-13終渣MgO含量應在8%12%，達到濺渣護爐的要求，此處8%<w(MgO)=11.82%<12%，符合要求。說明：a) 總渣量的計算如下：表中CaO + MgO + SiO2+ P2O5+ MnO + Al2O3+ CaF2+ CaS =6.2652kg總渣量=6.2652/84.58% = 7.4077kgb)（FeO）重= 7.4077×1

39、0.45% =0.774kg，其中Fe氧化量0.774×56/72=0.602kg（轉(zhuǎn)入表2-7） c）（Fe2O3）重=7.4077×4.97% =0.3685 kg，其中Fe氧化量0.3685×112/160=0.2580kg（轉(zhuǎn)入表2-7） d) 2.5061*=CaO石灰中- CaOS消耗=2.511-0.0049 =2.5061 kg（參考表2-13及說明） e) 0.0018*=CaO- CaOS消耗=0.0032-0.0014 =0.0018 kg表2-13終渣成分及重量終渣成分氧化產(chǎn)物kg石灰kg礦石kg白云石kg爐襯kg螢石kg總量kg百分比%C

40、aO2.5061*0.0018*1.0620.00580.00093.57648.27 MgO0.10.00480.6990.0720.875811.82 SiO20.8570.070.060.02280.00150.00921.020513.78 P2O50.20380.00280.00160.20822.81 MnO0.2970.2974.01 Al2O30.03350.02480.02520.00150.0010.0861.16 CaF20.18520.18522.51 CaS0.0074930.00630.00180.00090.01650.22 FeO0.7740.77410.45

41、Fe2O30.36850.36854.97 共計2.5077932.71870.09481.8090.08080.19727.40771002.2.2 礦石和煙塵中的鐵量和氧量1）加入0.8 （kg礦石/100kg鐵水）帶入的鐵量和氧量Fe(礦石中) =0.8×88%×112/160=0.4928kgO2(礦石中)= 0.8×88%×48/160=0.2112 kg2）1.4（kg煙塵/100kg鐵水）帶出的鐵量和氧量（煙塵中FeO=76%，F(xiàn)e203=20%其余不計）Fe(煙塵中) =1.4×（76%×56/72+20%×

42、112/160）=1.0236 kgO2(煙塵中) =1.4×（76%×16/72+20%×48/160）=0.3204kg2.2.3 爐氣成分及總量計算爐氣成分及其總重見表2-14。表2-14爐氣成分及總量爐氣成分重量(kg)體積（Nm3）CO8.96286.7502CO22.57761.3122SO20.003340.0012O2*0.09330.0653N2*0.024750.0198H2O0.01580.0197共計11.1538.1684說明：CO重=（鐵水+爐襯）中C的氧化生成=8.4（表2-7）+0.0378（表2-10）= 8.4378kgCO2重

43、=（鐵水+爐襯）中C的氧化生成+生白云石+石灰中（分解量） =1.467+0.0067+1.071+0.0329 =2.5776kgSO2重=鐵水中的氣化脫硫量=0.00334 kgH2O氣重=礦石+螢石+石灰中的帶入量 =0.0008+0.001+0.0140 =0.0158kg爐氣中O2和N2重，可以由爐氣總體積V，反算出來。其中O2的純度為99.6%，0.4%N2、和爐氣中含自由氧的體積為0.8%，因此：爐氣總體積V=（CO+ CO2 +SO2 +H2O+O2 +N2）體積（見表2-14） =8.0833+0.8%V+VN2其中：VN2= ×(1-99.6%) =V括號內(nèi)各參數(shù)

44、為氧氣的消耗和帶入量見表2-15求得：V=8.1684Nm3爐氣中自由氧氣的體積=8.1684×0.8%=0.0653 Nm3爐氣中自由氧氣的重量=0.0653×32/22.4=0.0933 kg爐氣中氮氣的= 8.1684-8.0833-0.0653 =0.0198Nm3爐氣中氮氣的重量=0.0198×28/22.4=0.02475 kg2.2.4 未加入廢鋼時氧氣的消耗量的計算未加廢鋼時氧氣的消耗和帶入項目如表2-15所示。表2-15氧氣的消耗和帶入項目（kg）元素氧化耗氧6.7883表2-7自由氧量0.0933表2-14爐襯的C耗氧0.0265表2-10爐氣

45、中氮0.0198表2-14煙塵中耗氧0.3204見二石灰S反應帶入O0.0014表2-12說明礦石帶入氧0.2112見二耗氧量=6.7883+0.3204+0.0265-0.2112+0.0933+0.0198-0.0014 =7.0357kg或?qū)嶋H耗氧體積=7.0357×22.4/32=4.925 (Nm3/100kg鐵水) =49.25(Nm3/1t鐵水)2.2.5 鋼水量的計算吹損項目：元素氧化量5.584kg（見表2-7）煙塵中鐵損重1.0236 kg（見2.2.2）渣中鐵珠重0.5185kg（=7.4077×7%）噴濺鐵損0.8 kg帶入項：礦石帶入鐵重0.492

46、8 kg（見2.2.2）渣中帶入S= 0.01kg(鐵水帶入渣量2 kg，渣中含硫0.05%所以S=2×0.5%=0.01 kg)因此100kg鐵水可得鋼水收得率為：100-（5.584+1.0236+0.5185+0.8）+0.4928+0.01=92.58 kg2.2.6 未加廢鋼時的物料平衡未加廢鋼時物料平衡表如表2-16所示。計算誤差=×100%= 0.068%<0.5%所以滿足要求。2.3 熱平衡計算（取冷料為25）2.3.1 熱收入項1）鐵水物理熱鐵水熔點=1536-（4.03×100+0.4×8+0.35×5+0.1

47、5;30+0.005×25）-7 =1117.9式中：1536純鐵熔點，100、8、5、30、25分別為1%含量時鐵水熔點的降低。7為氣體（C、H、O）對熔點的影響。鐵水物理熱=100×0.745×（1117.9-25）+217.57+0.837×（1350-1117.9） =122604.82KJ表2-16未加廢鋼的物料平衡表（kg）收入項支出項鐵水100鋼水92.58石灰2.79爐渣7.4077螢石0.2爐氣11.153生白云石3.0煙塵1.4爐襯0.1鐵珠0.5185氧氣7.036噴濺0.8礦石0.8渣中帶S0.01共計113.936113.859

48、2）鐵水中元素氧化熱與成渣熱C + O2 = CO （3.6+0.018×90%）×11639=42088.95KJ（元素氧化與爐襯C氧化之和）C + O2 = CO2 (0.4+0.018×10%)×34824=13992.28KJ（元素氧化與爐襯C氧化之和）Si + O2 = SiO2 0.4×29177=11670.8KJ2Mn + O2 = 2MnO 0.23×6594=1516.62KJ2P + O2 = P205 0.089×18980=1689.22 KJFe+ O2 =FeO 0.602×4250=

49、2558.5 KJ2Fe+ O2 = Fe2O3 0.258×6460=1666.68 KJP2O5 + 4CaO C4(P2O5) 0.2082×4880=1016.0 KJ2SiO2+2CaO = C2S 1.0205×1620=1653.21KJ 共計 77852.26 KJ3）煙塵氧化放熱1.4×（76%×56/72×4250+20%×112/160×6460）=4783.3KJ熱收入總計=122604.82+ 77852.26+4783.3=205240.38KJ2.3.2 熱支出項1）鋼水物理熱鋼水熔點=1536-（0.03×65+0.12×5+0.008×3