氧槍設(shè)計說明書

（1（1）冶煉鋼種及成分。見表3-3。表3-3 鋼種成分一、概述氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼在大型的鋼鐵企業(yè)中處于整個鋼鐵生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，起到承上啟下的作用，煉鋼是決定鋼材產(chǎn)量、質(zhì)量的關(guān)鍵所在。 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼環(huán)節(jié)的任何延誤或產(chǎn)量、質(zhì)量變化都會影響前后生產(chǎn)工序的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。 這都與轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備、工藝、組織管理等因素有關(guān)。所以在設(shè)計轉(zhuǎn)爐煉鋼車間時， 應(yīng)當(dāng)處理好各種設(shè)計問題， 為正常生產(chǎn)，保持良好的生產(chǎn)秩序打下基礎(chǔ)。它是建立在物質(zhì)與能物料平衡與熱平衡計算是氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉工藝設(shè)計的一項基本計算。它是建立在物質(zhì)與能量守恒的基礎(chǔ)上的。它以氧氣轉(zhuǎn)爐作為考察對象，根據(jù)裝入轉(zhuǎn)爐內(nèi)或參與煉鋼過程的全部物質(zhì)數(shù)據(jù)和煉鋼過程的全部產(chǎn)物數(shù)據(jù)， 來進(jìn)行物料的質(zhì)量和熱量平衡計算。 其主要目的是比較整個冶煉過程中物料、能量的收入項和支出項，為改進(jìn)操作工藝制度，確定合理的設(shè)計參數(shù)和提高煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提供某些定量依據(jù)。應(yīng)當(dāng)指出，由于煉鋼是復(fù)雜的高溫物理化學(xué)過和提高煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提供某些定量依據(jù)。應(yīng)當(dāng)指出，由于煉鋼是復(fù)雜的高溫物理化學(xué)過程，加上測試手段有限，目前尚難以做到精確取值和計算，尤其是熱平衡，只能近似計算。盡管如此，它對指導(dǎo)煉鋼生產(chǎn)和設(shè)計仍有重要的意義。二、設(shè)計任務(wù)轉(zhuǎn)爐工作方式為三設(shè)計一座年產(chǎn)800萬噸良坯的轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的氧槍,轉(zhuǎn)爐工作方式為三吹二點，鐵水條件為:1300Co[C]=4.1%；[Si]=0.35%；[Mn]=0.42%；[P]=0.064%；[S]=0.01%;1300Co三、物料平衡熱平衡計算3.1.1.基本數(shù)據(jù)鐵水和廢鋼的成分及溫度。見表 3-1.表3-1鐵水和廢鋼的成分兀素CSiMnPS溫度/C鐵水/%4.100.350.420.0640.011300廢鋼/%0.180.250.550.030.0325造渣劑及爐襯成分。見表 3-2o表3-2 造渣劑及爐襯成分成分/%CaOSiO2MgOAl2QFe2Q CaEP2QSCQHbO 燒減石灰91.01.501.60 1.500.500.100.063.640.10礦石1.05.610.52 1.1061.8FeO=29.40.070.50輕燒白厶石50.150.4641.8 0.746.85爐襯1.00.9279.8 0.281.60C=16.4為保護(hù)環(huán)境，現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐不再米用螢石造渣，可米用鐵磯土，鐵磯土加入量為鐵水量的0.50%o鐵磯土成分CaOSiO2MgO Al2QFezQPOSTiO27.228.62.01 48.9911.390.060.061.69

（2） 鐵合金成分。見表 3-4。表3-4 鐵合金成分兀素CSiMnPSFe硅鐵/%-700.70.050.0429.21錳鐵/%7.5205750.380.0314.59鐵合金中的元素收得率： Mn的收得率為80%Si的收得率為75%C的收得率為90%其中10%勺C被氧化成CQ。P,S,Fe全部進(jìn)入鋼中。（3） 操作實測數(shù)據(jù)。見表 3-5表3-5 實測數(shù)據(jù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)終渣堿度R=%CaQ/%SiO噴濺損失為鐵水量的（0.1?0.3）%取0.2%計算鐵磯土加入量為鐵水量的0.50%渣中鐵損（鐵珠）為渣量的（1?2.5）%取2.5%計算礦石加入量為鐵水量的1.0%氧氣純度99.5%02,0.5%N2爐襯侵蝕量為鐵水量的（0.1?0.3）%取0.1%計算爐氣中自由氧含量為爐氣體積的0.5%終渣T.Fe含量取13%計算，其中爐渣中的（%FeQ）=1.35（%卩辺）氣化脫硫量占總?cè)チ蛄康?/3煙塵量為鐵水量的（1.3?1.5）%取1.5%計算 （其中FeO為75%,Fe2O為20%金屬中[C]的氧化80%?85%勺C氧化成CO,取80%計算，則20%的C氧化成CO元素鋼種235/%SiMn元素鋼種235/%SiMn0.14-0.22 0.12-0.30 0.3-0.7<0.045 <0.0453.1.2計算過程（以100kg鐵水為基礎(chǔ)）（1）爐渣量及成分。爐渣來自金屬料元素氧化和還原的產(chǎn)物，加入的造渣劑以及爐襯侵蝕等。①鐵水中各元素氧化量。終點鋼水的成分根據(jù)同類轉(zhuǎn)爐冶煉 Q235鋼種的實際數(shù)據(jù)選取。其中，[C]:根據(jù)冶煉鋼種含碳量和與估計的脫氧劑的增碳量來確定終點鋼水含碳量， 去0.10%;[Si]:在堿性氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法中，鐵水中的硅幾乎全部被氧化進(jìn)入爐渣； [Mn]:終點鋼水殘錳量，一般為鐵水中錳含量的50%-60%取50%[P]:采用低磷鐵水操作，鐵水中磷約85%—95%氧化進(jìn)入爐渣，在此取脫磷率為 90%[S]:采用預(yù)處理脫硫的鐵水的物料平衡計算，原料中的硫全進(jìn)入鋼水中。3-6。鐵水中各元素氧化量見表3-6。表3-6100kg鐵水各兀素氧化量兀素/kgCSiMnPS合計鐵水/kg4.100.350.420.0640.01終點鋼水kg0.10痕跡0.210.00640.01氧化量/kg4.00.350.210.057604.566其中，氧化成CO的C質(zhì)量為4.0X80%=3.2kg，氧化成CO的C質(zhì)量為4.0*20%=0.8kg。②鐵水中各元素氧化耗氧量及氧化產(chǎn)物量。見表 3-7。表3-7 鐵水中元素的氧化耗氧量及氧化產(chǎn)物量兀素反應(yīng)產(chǎn)物耗氧量/kg產(chǎn)物量/kg備注C[C]7{CO}3.2*16/12=4.26673.2*28/12=7.467進(jìn)入爐氣[C]7{CQ}0.8*32/12=2.13330.8*44/12=2.933進(jìn)入爐氣Si[Si]-于(SiO2)0.35*32/28=0.40.35*60/28=0.75進(jìn)入爐渣Mn[Mn]-9(MnO0.21*16/55=0.06110.21*71/55=0.271進(jìn)入爐渣P[P]7(P2Q)0.0576*80/62=0.0740.0576*142/62=0.132進(jìn)入爐渣Fe[Fe]-9(FeO)0.0990.572見表3-8[Fe7FeQ]0.1270.424見表3-8合計7.161礦石，爐襯帶入的各組元質(zhì)量。由礦石，爐襯侵蝕量和其中各組元的成分可計算出各組元的質(zhì)量，見表=0.026Kg.輕燒白云石。的是提高爐渣中1-8,1-9。爐襯中C礦石，爐襯帶入的各組元質(zhì)量。由礦石，爐襯侵蝕量和其中各組元的成分可計算出各組元的質(zhì)量，見表=0.026Kg.輕燒白云石。的是提高爐渣中1-8,1-9。爐襯中C的氧化耗氧量為0.1X16.4%x(16X80%/12+32X20%/12)為了提高爐襯壽命，在加入石灰造渣的同時，添加輕燒白云石造渣，其目MgC的含量，有利于提高爐襯壽命。渣中 MgO含量在1.0kg/100Kg鐵水。其各組元質(zhì)量見表經(jīng)試算后輕燒白云石加入量為減為(MgCO?CaCO)分解產(chǎn)生的CO質(zhì)量。6%^10%寸效果較好。1-8,1-9。其中的燒R=2.5。未計石灰?guī)隒.爐渣堿度和石灰加入量。根據(jù)鐵水的 ［P］、［S］R=2.5。未計石灰?guī)氲腟iO2量時，渣中現(xiàn)有的SiO2量為(見表1-7和表1-8):E(SiO2)=(SiO2)鐵水+(SiO2)爐襯+(SiO2)礦石+(SiO2)輕白+(SiO2)鐵磯土=0.75+0.001+0.056+0.005+0.143=0.955kg渣中現(xiàn)有的CaO的量為:E(CaO=(CaO)爐襯+(CaO)礦石+(CaO)輕白+(CaO)鐵磯土=0.001+0.010+0.502+0.036=0.549kg則石灰加入量為:W石灰=[RXE(SiQ)-刀(CaO)]/[(%CaO)石灰-RX(%SiO2)石灰]=[2.5*0.955-0.549]/[91.0%-2.5*1.5%]=2.107kg表表3-9 氣體來源及質(zhì)量、體積表表3-9 氣體來源及質(zhì)量、體積石灰?guī)氲母鹘M元質(zhì)量見表 3-7和表3-8。④終渣T.%Fe的確定。終渣中T.%Fe與終點碳含量和終渣堿度有關(guān)，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，終渣T.%Fe取13%計算，渣中存在著(FeO)和(FezQ),按照(％FeO)=1.35(%Fe2Q)和T.%Fe=56X(%FeO)/72+112X(%FeO)/160的關(guān)系，求得(FeO)=10.03%和(Fe2^)=7.43%.終渣量及成分。終渣量及成分列于表 3-8。表中的FeO和Fe2O質(zhì)量計算過程如下。不計(FeO)和(Fe2Q)在內(nèi)的爐渣質(zhì)量為WS=CaO+MgO+SiOAI2C3+MnO+EO+TiO2=2.466+0.547+0.986+0.295+0.271+0.134+0.008=4.708kg組元產(chǎn)物量/kg石灰/kg礦石/kg輕白/kg爐襯/kg鐵磯土/kg合計/kg比例/%CaO1.9180.0100.5020.0010.0362.46643.232MgO0.0340.0050.4180.0800.0100.5479.589SiO20.7500.0320.0560.0050.0010.1430.98617.289AI2O0.0320.0110.0070.00030.2450.2955.176MnO0.2710.2714.751P2Q0.1320.0020.00030.1342.356TiO20.0080.00810.029FeO0.5720.5727.429FqO0.3670.0570.4240.148合計5.704100.000表3-8終渣量及成分注：造渣劑中的FeOFe2Q被還原成鐵進(jìn)入鋼中，帶入的氧消耗于元素氧化那么，總渣量為WSe=4.433/ (100%-10.03%-7.43%)=5.704Kg,(FeO)的質(zhì)量=5.704*10.03%=0.572Kg,其中鐵=0.572X56/72=0.445Kg,(Fe2Q)重量=5.704*7.43%=0.424Kg,其中鐵=0.424X112/160=0.297Kg.將FeO和Fe?。質(zhì)量記入表1-7。(2)礦石，煙塵中的鐵及氧量。假定礦石中的 FeO,Fe2O3全部被還原成鐵，則礦石帶入鐵量=1.00X(29.4%x56/72+61.8%X112/160)=0.661Kg煙塵帶入鐵量=1.50X(75.00%X56/72+20.00%X112/160)=1.085Kg礦石帶入氧量=1.00X(29.4%X16/72+61.8%X48/160)=0.251Kg煙塵消耗氧量=1.50X(75.00%X16/72+20.00%X48/160)=0.340Kg其他造渣劑的Fe2Q帶入的鐵量和氧量忽略不計。(3)爐氣成分，質(zhì)量及體積。3-9。當(dāng)前爐氣體積V1。由元素氧化和造渣劑帶入的氣體質(zhì)量見表3-9。來源鐵水/kg爐襯/kg輕燒白云石/kg石灰/kg礦石/kg合計/kg體積/m3CO7.4670.0317.4975.998CQ2.9330.0120.0690.0773.0911.573HO0.0020.0050.0070.009合計V1=7.580*:氣體體積=氣體質(zhì)量*22.4/氣體分子量兀素氧化煙塵鐵氧化爐襯碳氧化礦石帶入氧合計耗氧量/kg7.1610.340.026-0.2517.277則當(dāng)前氧氣消耗的體積 VQ=7.277X22.4/32=5.094m3.③爐氣總體積Vg,爐氣總體積為:②當(dāng)前氧氣消耗質(zhì)量及體積。當(dāng)前氧氣消耗質(zhì)量見表表3-10 氧氣消耗質(zhì)量3-10。Vg=元素氧化生成的體積+水蒸氣的體積+爐氣中自由氧的體積+3-10。式中｛02}爐氣---爐氣中自由氧含量，0.5%;{N2｝氧氣——氧氣中氮氣成分;{02｝氧氣——氧氣中氧氣成分。整理得:Vg=V1Vq2{N2}氧氣/{02}氧氣1 ｛Q｝爐氣｛Q｝爐氣｛N2）氧氣/｛Q｝氧氣=[7.580+5.094*0.5%/99.5%]/[1-0.5%-0.5%*0.5%/99.5%]式中｛02}爐氣---爐氣中自由氧含量，0.5%;{N2｝氧氣——氧氣中氮氣成分;{02｝氧氣——氧氣中氧氣成分。整理得:Vg=V1Vq2{N2}氧氣/{02}氧氣1 ｛Q｝爐氣｛Q｝爐氣｛N2）氧氣/｛Q｝氧氣=[7.580+5.094*0.5%/99.5%]/[1-0.5%-0.5%*0.5%/99.5%]3=7.644m④爐氣中自由氧體積及質(zhì)量:V f=0.5%X7.644=0.038m3,Wf=32X0.038/22.4=0.055Kg⑤爐氣中氮氣體積及質(zhì)量:3V nf(5.094+0.038)X0.5%/99.5%=0.026mW nf28X0.026/22.4=0.032Kg3-11。爐氣組元CQCQQNbHhO合計質(zhì)量/kg7.4973.0910.0550.0320.00710.682體積/m35.9981.5730.0380.0260.0097.644體積百分?jǐn)?shù)/%78.46420.5830.5000.3370.116100.000爐氣中各組兀成分的質(zhì)量和體積見表表3-11爐氣組元的質(zhì)量和體積(4)總氧氣消耗量及體積W百=7.644+0.055+0.032=7.363kgVo百=22.4*(7.644+0.055)/32+22.4 X0.032/28=5.154m3表表3-17 煉鋼溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng)表表3-17 煉鋼溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng)(5)鋼水質(zhì)量(5)鋼水質(zhì)量Wn在吹煉中鐵水的各項損失見表表3-12 吹煉中鐵水的各項損失3-12。吹損 元素氧化 煙塵鐵損 渣中鐵珠質(zhì)量/kg噴濺鐵損 礦石帶入鐵合計5.3081.0850.1433-12。吹損 元素氧化 煙塵鐵損 渣中鐵珠質(zhì)量/kg噴濺鐵損 礦石帶入鐵合計5.3081.0850.1430.200(0.661)6.074則鋼水質(zhì)量Wm為:Wm=100.00-6.074=93.926Kg鋼水收得率為93.926%o3-13。物料名稱生鐵鋼爐渣礦石煙塵爐氣3-13。物料名稱生鐵鋼爐渣礦石煙塵爐氣固態(tài)平均熱容/(KJ/ (kg.K))0.7450.6991.0451.0470.996-熔化潛熱/(KJ/kg)218272209209209-液態(tài)或氣態(tài)平均熱容/(KJ/(kg.K))0.8370.8371.248--1.137物料平均熱容3-15。計算誤差=|112.071-112.155|/112.0713.2熱平衡計算3.2.1基本數(shù)據(jù)(1)物料平均熱容及其熔化潛熱表3-14(2)入爐物料及產(chǎn)物的溫度。見表表3-15 入爐物料及產(chǎn)物的溫度收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水100.00089.229鋼水93.92683.747石灰2.1071.880爐渣5.7045.086鐵磯土0.5000.446爐氣10.6829.524輕燒白云石1.0000.892噴濺0.2000.178礦石1.0000.892煙塵1.5001.337爐襯0.1000.089渣中鐵珠0.1430.127氧氣7.3636.570合計112.071100.000合計112.155100.0X100%=0.075%表3-13 未加廢鋼時的物料平衡表名稱入爐物料產(chǎn)物鐵水廢鋼其他原料爐渣爐氣煙塵溫度/C13002525比出鋼溫度咼10度14501450(3)溶入鐵液中元素對鐵熔點的降低值。見表 3-16表3-16 溶入鐵液中元素對鐵熔點的降低值兀素CSiMnPS溶入1%兀素使鐵熔點的降低值6570808590100853025使用含量范圍/%<11.02.02.53.54.0<3w15w0.7w0.08另外，O,H,N共降低鐵水熔點值6Co(4)煉鋼反應(yīng)熱效應(yīng)。見表 3-17

組元化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)/KJ/kmol熱效應(yīng)/KJ/kg物質(zhì)氧化反應(yīng)[C]+1/2{02}={CO}-139420-11639C[C]+{02}={CO2}-418072-34834C[Si]+{O2}=(SiO2)-817682-29202Si[Mn]+1/2{O2}=(MnO)-361740-6594Mn2[P]+5/2{O2}=(P2O)-1176563-18980P{Fe}+1/2{o2}=(FeO)-238229-4250Fe2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3)-722432-6460Fe成渣反應(yīng)(SiO2)+2(CaO)=(2CaO.SiO2)-97133-1620SiO2(P2O5)+4(CaO)=(4CaO.P2OO-693054-4880P2O5分解反應(yīng)CaCO=(CaO)+{CO2}1690503019CaOMgCO=(MgO)+{g}1180202951MgO3.2.2計算過程(以100kg鐵水為基礎(chǔ))熱收入Qn。鐵水物理熱Qhm已知純鐵的熔點為 1536C，則據(jù)表2-4和表2-1的數(shù)據(jù)，得鐵水熔點Tt=1536-(4.1*100+0.35*8+0.65*5+0.064*30+0.01*25)-6=1111.78 C鐵水物理熱Qhm=118519.12KJ元素氧化熱及成渣熱Qy。由鐵水中元素氧化量和反應(yīng)熱效應(yīng)(見表2-4)可以算出，其結(jié)果列于表3-18。反應(yīng)氧化熱或成渣熱/kJ反應(yīng)氧化熱或成渣熱反應(yīng)氧化熱或成渣熱/kJ反應(yīng)氧化熱或成渣熱/kJCO37244.80Fe7FqQ1916.18SCO27867.20P7P2O51093.25Si7SiO210220.70ROt4CaO-P2O5655.91Mrr^MnO1384.74SiO272CaO-SiO21597.66Fe7FeO1890.97合計Qy83871.40元素氧化熱和成渣熱③煙塵氧化熱Qco由煙塵量參數(shù)和反應(yīng)熱效應(yīng)計算可得：Qc=1.5*(0.75*56/72*4250+0.2*112/160*6460)=5075.35kJ爐襯中C的氧化熱Q。根據(jù)爐襯蝕損量及其含 C量確定:Q=0.1*(0.164*0.8*11639+0.164*0.2*5075.36)=169.35kJ收入總值為：Qin=Qhm+Qy+Qc+Q1=207635.22kJ(=207635.22kJ(2)熱支出

①鋼水物理熱

a.鋼水熔點。QutoQmTm=1536-(1010*65+0.21*5+0.0064*30+0.01*25 )=1522C△Tg+△Tg+AT+△Ts+A T5Tc=Tm+=1522+15+50+21+30+20+25=1683C(1522-25)(1522-25)+272+0.837*(1683-1522)]Qm=93.926*[0.699*=136490.19kJ爐渣物理熱Qs。爐渣溫度Ts=1683+10=1693C爐渣熔化性溫度為：1350C,則Qs=5.704*[1.248*(1693-1350)+209+1.045*(1350-25)]=11531.99kJ爐氣、煙塵、鐵珠和噴濺金屬的物理熱。 根據(jù)其數(shù)量、相應(yīng)的溫度和熱容確定。詳見表3-19o項目參考備注爐氣物理熱/kJ10.682*[1.137*1450-25 )]=17306.89kJ1450C為爐氣和煙塵的溫度煙塵物理熱/kJ1.5*[0.996* (1450-25)+209]=2442.45kJ渣中鐵珠物理熱/kJ0.143*[0.699*(1522-25)+272+0.837*(1683-1522)]=207.23kJ噴濺金屬物理熱/kJ0.2*[0.699* (1522-25)+272+0.837*(1683-1522)]=290.63kJ1522C為鋼水的熔點合計/kJ20247.20④輕燒白云石分解熱Qb由白云石的分解反應(yīng)：CaCO?MgC3==MgO+CaO+2CO和輕燒白云石的燒減量量。即：6.85%，可計算得到與分解出來和燒減量相對應(yīng)的CaO和MgO含WCaO=6.85%*McaO/McacO3=6.85%*56/88=4.36%;表3-19爐氣、煙塵、鐵珠和噴濺金屬的物理熱WMgO=6.85%*MOMMgo=6.85%*40/88=3.11%則輕燒白云石分解熱Qb為：Qb=1.0* (4.36%*3019+3.11%*2951)=223.40kJ礦石分解熱QkoQk=1*[29.4%*56/72*4250+61.8%*112/160*6460]=3766.43kJ熱損失Qc。一般約占總收入的 3%-8%本計算取7%則得:

Qq=7%*Qin=7%*207635.22=14534.47kJ結(jié)果得：Qout=136490.19+11531.99+17861.67+223.40+3766.43+14534.47=186793.68kJ廢鋼加入量Wf。用于加熱廢鋼的熱量系剩余熱量，即：Qf=Qin+Qout=207635.22-186793.68=20841.54kJ故廢鋼加入量： Wf=20841.54/[0.699*(1522-25)+172+0.837*(1683-1522)]=14.34kg廢鋼比為：14.34/(100+14.34)=12.54%(3)熱平衡表。見表3-20表3-20熱平衡表收入支出項目熱量/kJ%項目熱量/kJ%鐵水物理熱118519.12457.080鋼水物理熱136490.18965.736元素氧化熱成渣熱83871.39640.394爐渣物理熱11531.9895.554其中 C氧化65112.00031.359廢鋼吸熱20841.54110.038Si氧化10220.7004.922礦石吸熱3766.4291.814Mn氧化1384.7400.667爐氣物理熱17306.8938.335P氧化1093.2480.527渣中鐵珠物理熱207.2250.100Fe氧化3807.1451.834噴濺金屬物理熱290.6330.140SiO2氧化1597.6560.769輕燒白云石分解熱223.4050.108P2O5成渣熱655.9070.316熱損失14534.4657.000煙塵鐵氧化熱5075.3502.444煙塵物理熱2442.4051.176爐襯碳的氧化熱169.3510.082合計207635.220100.000合計207635.220100.000熱效率=(鋼水物理熱+廢鋼物理熱+爐渣物理熱)/熱收入總值*100%=(136490.189+20841.541+11531.989)/207635.220*100%=81.33%3.3加入廢鋼和脫氧后的物料平衡(1)加入廢鋼后的物料平衡3-21。3-21。兀素CSiMnPS兀素CSiMnPS廢鋼成分/%0.180.250.550.0300.03終點鋼水/%0.10痕跡0.210.0060.03氧化量/%0.080.250.340.0240.00廢鋼中各元素氧化量②廢鋼中各元素氧化耗氧量、氧化產(chǎn)物量。見表3-22。表表3-22 14.34k g廢鋼中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量表表3-22 14.34k g廢鋼中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量兀素反應(yīng)產(chǎn)物兀素氧化量/kg耗氧量/kg產(chǎn)物量/kgC1[C]7{CO}0.0090.0120.021[C]7{CQ}0.0020.0060.008Si[Si]7(SiO2)0.0360.0410.077Mn[Mn]7(MnO0.0490.0140.063P[P]7(P2C5)0.0030.0040.008合計0.0990.078成渣量0.177進(jìn)入鋼水中的質(zhì)量=14.243kg;進(jìn)入爐氣中的氣體質(zhì)量 =0.030kg。③加入廢鋼后的物料平衡。將表 3-22中的有關(guān)數(shù)據(jù)與表-3-13的相應(yīng)數(shù)據(jù)合并，得加入廢鋼后的物料平衡見表3-23和表3-24。表3-23 加入廢鋼的物料平衡表（以100kg鐵水為基礎(chǔ)）收入支出項目質(zhì)量/kg項目質(zhì)量/kg鐵水100.000鋼水108.169廢鋼14.342爐渣5.881石灰2.107爐氣10.712鐵磯土0.500噴濺0.200輕燒白云石1.000煙塵1.500礦石1.000渣中鐵珠0.143爐襯0.100氧氣7.441合計126.491合計126.604表3-24加入廢鋼的物料平衡表（以100kg（鐵水+廢鋼）為基礎(chǔ))收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水87.45779.057鋼水94.60185.438廢鋼12.54311.339爐渣5.1444.646石灰1.8431.666爐氣9.3688.461鐵磯土0.4370.395噴濺0.1750.158輕燒白云石0.8750.791煙塵1.3121.185礦石0.8750.791渣中鐵珠0.1250.113爐襯0.0870.079氧氣6.5085.883合計110.625100.000合計110.724100.000計算誤差=|110.625-100.724|/110.625*100%=0.09%（2）脫氧和合金化后的物料平衡①錳鐵、硅鐵加入量。錳鐵加入量WFe-Mn的計算為：W Fe-Mn=［（［Mn］鋼種%-［Mn］終點%/（錳鐵含Mn%*M回收率%］*鋼水量=［（0.55%-0.21%）/（75%*80%）］*94.668=0.536kg硅鐵加入量WFe-Si為：WFe-si=[([Si]鋼種％-[Si]終點％*加錳鐵后的鋼水量-[Si]錳鐵]/(硅鐵含Si%*Si收得率%3-25。3-25。類別 :兀素?zé)龘p量/kg脫氧量/kg成渣量/kg爐氣量/kg進(jìn)入鋼中量/kgC0.0040.0110.0150.036Mn0.0800.0230.1040.322錳鐵Si0.0030.0040.0070.010P0.002Fe0.078合計0.0880.0380.1110.0150.448Mn0.00060.00020.00080.0024硅鐵Si0.0760.0870.1630.228P0.0002Fe0.127合計0.0770.0870.1630.357總計0.1640.1250.2740.0150.805=0.434kg鐵合金中元素的燒損量和產(chǎn)物量列于表表3-25 鐵合金中元素?zé)龘p量及產(chǎn)物量②脫氧和合金化后的鋼水成分。脫氧和合金化后的鋼水成分如下:兀素CSiMnPS百分含量/%0.140.250.550.00880.030可見，含碳量尚未達(dá)到鋼種設(shè)定值，需在鋼包內(nèi)加焦粉增碳。焦炭成分為：H 20=0.58%C=81.5%;灰分=12.40%;揮發(fā)分=5.52%加入量為：Wj= ([C]鋼種中限-[C]脫氧后)*鋼水量/(焦粉含碳量*C的收得率%=0.066kg焦粉生成的產(chǎn)物見表3-26。表3-26 焦粉生成的產(chǎn)物碳燒損量/kg耗氧量/kg氣體量*/kg成渣量/kg碳入鋼量/kg0.0130.0360.0530.0080.040*:系CO、H2O和揮發(fā)分之總和(未計揮發(fā)分燃燒的影響)。脫氧和合金化后的總物料平衡。3-27。3-27。表3-27總物料平衡表收入表3-27總物料平衡表收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水87.45778.211鋼水95.40685.276廢鋼12.54311.217爐渣5.4264.850石灰1.8431.648爐氣9.4368.434鐵磯土0.4370.391噴濺0.1750.156輕燒白云石0.8750.782煙塵1.3121.173礦石0.8750.782渣中鐵珠0.1250.111爐襯0.0870.078氧氣6.6695.964硅鐵0.4340.388錳鐵0.5360.479焦粉0.0660.059合計111.821100.000合計111.880100.000計算誤差=|111.821-111.880|/111.821*100%=0.005%VWo四、轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的年產(chǎn)鋼水量對于年產(chǎn)800萬噸的全連鑄車間：VWo萬噸Wm=W坯/n坯=800/97%=824.7423萬噸連鑄坯收得率，一般為96%^98%連鑄坯收得率，一般為96%^98%取97%計算。五、轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的年出鋼爐數(shù)m=nX365X x24x60/=2X365X90%X24X60/38=24897爐n——車間轉(zhuǎn)爐的工作模式，二吹二時 n=2;為轉(zhuǎn)爐的作業(yè)率，一般為 80%^90%取90%轉(zhuǎn)爐煉鋼的平均冶煉周期，當(dāng)轉(zhuǎn)爐容量 >100t時，取38min.六、轉(zhuǎn)爐平均出鋼量GG=Wm/m=824.7423*10/24897=331.2617噸根據(jù)轉(zhuǎn)爐公稱容量系列表可知，取轉(zhuǎn)爐的公稱容量為300t根據(jù)轉(zhuǎn)爐公稱容量系列表可知，取轉(zhuǎn)爐的公稱容量為300t，最大出鋼量為320to七、轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計7.1 氧槍噴頭設(shè)計(1)氧流量或供氧強(qiáng)度QV^G/O2m3/min=48.928*3312617/20=810.399m 3/minVO2=6.669VVO2=6.669*1000/95.406*22.4/32=48.928m 3/toO—吹氧時間，min，當(dāng)轉(zhuǎn)爐容量>100t，取20mino(2)噴孔出口馬赫數(shù)Ma噴孔出口的馬赫數(shù)的大小決定了噴孔氧氣出口速度，也決定了氧氣射流對熔池的沖擊攪拌能力，目前國內(nèi)外氧槍噴孔出口馬赫數(shù)多在 1.95?2.20之間。大轉(zhuǎn)爐、噴頭口數(shù)多，可取上限。取 Ma=2.20o爐膛壓力與設(shè)計工況氧壓 Ro爐膛壓力指氧槍噴頭在爐膛內(nèi)的環(huán)境壓力。在設(shè)計中，常不考慮泡沫渣對噴頭施加的壓力，而只考慮爐膛爐氣壓力。一般爐膛壓力可選為 0.99?0.102MPa0.102MPa,且選取噴孔出口壓力等于爐膛壓力。爐膛壓力取 Pe=0.102MPa。0.102MPa0.102MPa,且選取噴孔出口壓力等于爐膛壓力。爐膛壓力取 Pe=0.102MPa。設(shè)計工況氧壓又稱理論計算氧壓， 它是噴頭出口處的氧氣壓力， 在忽略流動過程中的壓力損失時，它近似等于氧氣的滯止壓力。由選定的噴孔出口馬赫數(shù)和出口壓力 Pe,利用可壓縮氣體等熵流公式，可計算出 設(shè)計工況氧壓k」1“ 2廠Ma2F0Pe式中一一氧氣的熱容比， k=1.4。整理得23.5P0 Pe10.2Ma=0.102[1+0.2*(2.2)2]3.5=1.091MPa(4)噴孔夾角與噴孔間距。噴孔夾角指噴孔中心線和噴頭中軸線之間的夾角0,其大小影響氧氣射流對熔池的沖擊半徑和各氧氣流股之間的相互作用。噴孔夾角和噴頭孔數(shù)之間關(guān)系如下表所示?？讛?shù)3456夾角9。?11°10°?13°13。?15°15°?17°噴頭孔數(shù)與噴孔夾角的關(guān)系表7-1噴孔間距指噴孔出口中心點與噴頭中軸線之間的距離。若噴孔間距過小，各氧氣射流之間相互吸引，射流向中心偏移， 從而使造成射流中心速度衰減過快。為避免這種現(xiàn)象,噴頭設(shè)計原則上盡可能增大噴孔間距， 而不應(yīng)輕易增大噴孔夾角。但增大噴孔間距又往往受到噴頭尺寸的限制。根據(jù)三孔噴頭冷態(tài)測定結(jié)果，在噴頭端面，當(dāng)噴孔間距保持在(0.8?1.0)de(噴孔出口直徑)時，噴孔間距不會對射流的速度衰減產(chǎn)生明顯影響。取孔數(shù)為6孔，夾角15°g(5)噴孔形狀及尺寸。目前氧槍噴頭的噴孔形狀基本上都采用拉瓦爾噴孔。它由受縮段、喉口和擴(kuò)張段組成。為了便于加工制造，一般將拉瓦爾噴孔的受縮段和擴(kuò)張段設(shè)計成截圓錐體形。①喉口直徑d*及喉口長度I*。喉口直徑可根據(jù)流過噴頭的氧氣流量 Q來計算。設(shè)噴頭孔數(shù)為n=6,則流過單個噴孔的氧氣流量 q為:3qQ/n=810.399/6=135.066m/min根據(jù)可壓縮氣體等熵流理論，并考慮氧氣的實際流動，則喉口直徑的計算式為0.715*135.265^313/0.93*1.091*1060.715*135.265^313/0.93*1.091*106式中To—氧氣的滯止溫度，K,To=273+(30?40),取To=313K;CD—噴頭流量系數(shù)，對于單孔噴頭CD=0.95?0.96，多孔噴頭——. 0.5d*0.715*q^fr^CD*P0=0.041mC d=0.90?0.96，取CD=0.93;P0—氧氣的滯止壓力即設(shè)計工況氧壓,Pa。喉口長度的作用是穩(wěn)定氣流，還可以使收縮段和擴(kuò)張段加工方便。般喉口長度l*=510mm較為合適，取|*P0—氧氣的滯止壓力即設(shè)計工況氧壓,Pa。喉口長度的作用是穩(wěn)定氣流，還可以使收縮段和擴(kuò)張段加工方便。般喉口長度l*=510mm較為合適，取|*=8mm=②收縮段長度了 li及入口直徑di。收縮段長度一般為li=(0.81.5)d*。收縮段半錐角3一般為 18°?23°,可允許達(dá)到30°。根據(jù)這兩個參數(shù)和喉口直徑，收縮段入口處的直徑di為取l1=1.0*d*=0.041m,3=30°，則d1 d* 2l1lg =0.041+2*0.04們g30=0.088m③噴孔出口直徑de及擴(kuò)張段長度l2。噴孔出口馬赫數(shù)Ma和喉口直徑確定后，噴孔出口直徑ded*10.2Maded*10.2Ma231.728Ma0.04110.2*2.221.728*2.23 0.5- =0.058m擴(kuò)張段長度可由下式計算l2=(1.2?1.5)de取l2=1.5*de=1.48*0.058=0.086m(6)噴頭氧氣進(jìn)口直徑(6)噴頭氧氣進(jìn)口直徑D1。噴頭氧氣進(jìn)口直徑Di可根據(jù)總喉口直徑d*計算D1=(1.5?2.0)d*總喉口直徑由下式計算d*d*Jnd* ,6*0.041=0.1m取D1=1.76d* =1.76*0.1=0.176m計算得到的噴頭進(jìn)口直徑D1還應(yīng)與氧槍槍身內(nèi)層管直徑比較，作適當(dāng)調(diào)整。7.2氧槍槍身設(shè)計氧槍槍身由三層同心的無縫鋼管組成，內(nèi)層管通氧氣，內(nèi)管與中層管的環(huán)縫是冷卻水的進(jìn)水通道，中層管和外層管之間的環(huán)縫是出水通道。 槍身的三層管通過全焊接法或焊接加絲扣連接法與噴頭連接在一起。(1)內(nèi)層管直徑D1i。氧氣在內(nèi)層管的流u1一般為40?60m/s，我國推薦設(shè)計最大流速不超過50m/s。取5=50m/s若流速高，管徑小，則阻力損失增大。內(nèi)層的直徑通常等于或略大于噴頭氧氣進(jìn)口直徑，其計算公式為(1.091*10*50)=0.024mA1 PatmQ/P。U1 m2=1*105(1.091*10*50)=0.024mD1i J4A/ =J40.024/3.14=0.176m式中A1--內(nèi)層管截面積，m;Patm-- 絕對標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，Patm=1x105Pa;P0--設(shè)計工況氧壓，Pa;Q‘--氧氣流量，m/s。內(nèi)壁厚△D—般為4?5mm取^D=9mm計算出內(nèi)層管的內(nèi)徑后， 其外徑應(yīng)按國家鋼管產(chǎn)品目錄的尺寸選擇相近的尺寸。內(nèi)層管外徑按國家標(biāo)準(zhǔn)取 D10=D1i+2*△D=176+2*9=194mm(級差0.5)(2) 中層管直徑D2i。冷卻水從中層管內(nèi)側(cè)進(jìn)入，經(jīng)噴頭頂部轉(zhuǎn) 180°彎后經(jīng)中層管外側(cè)流出。中層管的內(nèi)徑應(yīng)保持中層管與內(nèi)層管之間的環(huán)縫有足夠的流通截面積， 以通過一定流速和足夠水量的冷卻水， 使噴頭和槍體得到良好的冷卻。 不同容量的轉(zhuǎn)爐其氧氣槍冷卻水進(jìn)