【畢業(yè)設(shè)計(jì)】3×50t氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼車(chē)間設(shè)計(jì).doc

河北理工大學(xué)冶金專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 擬訂生產(chǎn)組織及安全生產(chǎn)制度 專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 350t氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼車(chē)間設(shè)計(jì) 冶金與能源學(xué)院摘要 唐山是一個(gè)資源性城市，鐵礦豐富，有著其他城市無(wú)可比擬的先天優(yōu)勢(shì)。所以近年來(lái)唐山的鋼鐵企業(yè)發(fā)展迅猛，為國(guó)家和人民創(chuàng)造著財(cái)富。 氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐是20世紀(jì)70年代中、后期，開(kāi)始研究的一項(xiàng)新煉鋼工藝。其優(yōu)越性在于爐子的高寬比略小于頂吹轉(zhuǎn)爐卻又大于底吹轉(zhuǎn)爐，略呈矮胖型；爐底一般為平底，以便設(shè)置底部噴口。本設(shè)計(jì)是基于擬定一個(gè)350t的中型氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼車(chē)間，而采用三吹二制時(shí)可以充分利用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。因?yàn)楣Q(chēng)容量50t的最大出鋼量為60t，所以在轉(zhuǎn)爐冶煉的同時(shí)超裝10%即出鋼量在55t較為理想。而正常使用2座轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)的年總產(chǎn)量為：式中 w車(chē)間年產(chǎn)鋼水量，t； n車(chē)間經(jīng)常吹煉爐座數(shù)； n每一座吹煉爐的年出鋼爐數(shù)； q轉(zhuǎn)爐公稱(chēng)容量，t。綜上核算，采用三座50t轉(zhuǎn)爐和三吹二制生產(chǎn)。除去些額外因素，初步估算此車(chē)間生產(chǎn)能力為年產(chǎn)鋼120萬(wàn)t左右。依此參數(shù)特作此設(shè)計(jì)。目錄摘要i1 煉鋼廠(chǎng)設(shè)計(jì)概論11.1 鋼鐵工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用21.2 煉鋼工藝的發(fā)展及現(xiàn)狀21.3 鋼鐵廠(chǎng)設(shè)計(jì)的目的及意義32產(chǎn)品方案及金屬料平衡估算32.1 產(chǎn)品大綱32.2 全廠(chǎng)金屬料平衡估算32.3 技術(shù)可行性83 轉(zhuǎn)爐車(chē)間生產(chǎn)工藝流程63.1 設(shè)計(jì)原始條件63.2 生產(chǎn)工藝流程圖74 轉(zhuǎn)爐煉鋼的物料平衡和熱平衡計(jì)算94.1 物料平衡計(jì)算134.2 熱平衡計(jì)算205 原料供應(yīng)及鐵水預(yù)處理方案205.1 原料供應(yīng)205.2 鐵水預(yù)處理方案246 轉(zhuǎn)爐座數(shù)及其年產(chǎn)量核算256.1 轉(zhuǎn)爐容量和座數(shù)的確定256.2 車(chē)間生產(chǎn)能力的確定256.3 確定轉(zhuǎn)爐座數(shù)并核算年產(chǎn)量267 轉(zhuǎn)爐爐型選型設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算277.1 轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計(jì)317.2 轉(zhuǎn)爐爐襯設(shè)計(jì)307.3 轉(zhuǎn)爐爐體金屬構(gòu)件設(shè)計(jì)318轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算328.1 氧槍噴頭尺寸計(jì)算328.2 50t轉(zhuǎn)爐氧槍槍身尺寸計(jì)算349 爐外精煉設(shè)備選型379.1 爐外精煉的功能379.2 lf精煉爐379.3 rh精煉爐3810 鋼包、起重機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算及車(chē)間經(jīng)濟(jì)指標(biāo)4010.1 鋼包尺寸及數(shù)量4010.2 起重機(jī)噸位及數(shù)量4310.3 車(chē)間主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及成本核算4411 連鑄機(jī)設(shè)備選型及相關(guān)參數(shù)確定4711.1 連鑄機(jī)機(jī)型選擇4711.2 連鑄機(jī)主要參數(shù)的確定4711.3 連鑄機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算5012 煙氣凈化系統(tǒng)的選型及相關(guān)計(jì)算5312.1 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化與回收的意義6312.2 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化及回收系統(tǒng)5312.3 回收系統(tǒng)主要設(shè)備的設(shè)計(jì)和選擇5512.4 計(jì)算資料綜合5613 車(chē)間工藝布置方案5713.1 車(chē)間工藝布置方案5713.2 轉(zhuǎn)爐跨布置5713.3 連鑄各跨布置6314 主煉鋼種的操作規(guī)程 . 6814.1 基本檢測(cè) 6814.2 精料 . 6814.3 基本操作參數(shù) 6914.4 裝入制度 . 7014.5 供養(yǎng)制度 7114.6 造渣制度 7114.7 終點(diǎn)控制與出鋼 7214.8 脫氧與合金化 7215 擬訂生產(chǎn)組織及安全生產(chǎn)制度7415.1 生產(chǎn)組織安排7415.2 安全制度的制定75參 考 文 獻(xiàn)76附圖一：車(chē)間平面工藝布置圖 附圖二：車(chē)間橫剖面圖 附圖三：車(chē)間轉(zhuǎn)爐跨縱剖面圖- 77 -1 煉鋼廠(chǎng)設(shè)計(jì)概論1.1 鋼鐵工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用鋼鐵工業(yè)是國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的中的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。而鋼鐵材料是用途最廣泛的金屬材料，人類(lèi)使用的金屬中，鋼鐵占90%以上。人們生活離不開(kāi)鋼鐵，人們從事生產(chǎn)或其他活動(dòng)所用的工具和設(shè)施也都要使用鋼鐵材料。鋼鐵產(chǎn)量往往是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平和生產(chǎn)能力的重要標(biāo)志，鋼鐵的質(zhì)量和品種對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其他工業(yè)部門(mén)產(chǎn)品的質(zhì)量，都有著極大的影響。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展到今天，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(yù)見(jiàn)的范圍內(nèi)，這個(gè)地位也不會(huì)因世界新技術(shù)和新材料的進(jìn)步而削弱。縱觀(guān)世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展史，不難看出鋼鐵材料工業(yè)的發(fā)展在美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中都起到了決定性作用。這些國(guó)家和地區(qū)鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展和壯大對(duì)于推動(dòng)其汽車(chē)、造船、機(jī)械、電器等工業(yè) 的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的騰飛都發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。美國(guó)鋼鐵工業(yè)曾在20世紀(jì)7080年代遭到來(lái)自日本為主的國(guó)外進(jìn)口材料的沖擊而受到重創(chuàng)，鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)能力急劇下降，但經(jīng)過(guò)十幾年的改造和重建，終于在20世紀(jì)90年代中期恢復(fù)到其原有的鋼鐵生產(chǎn)規(guī)模，為其維持世界強(qiáng)國(guó)地位繼續(xù)發(fā)揮著重要作用。由此可見(jiàn)鋼鐵工業(yè)在公民經(jīng)濟(jì)的重要作用，并且鋼鐵工業(yè)在整個(gè)國(guó)家的發(fā)展中都起著舉足輕重的作用。1.2 煉鋼工藝的發(fā)展及現(xiàn)狀 展望21世紀(jì)，轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展將會(huì)出現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)。1.2.1 合理優(yōu)化工藝流程，形成緊湊式連續(xù)化的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)展目標(biāo)：以產(chǎn)品為核心，將鐵水預(yù)處理轉(zhuǎn)爐煉鋼爐外精煉高效連鑄熱送和熱扎有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，形成緊湊式的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)。從鐵水到成品鋼材的生產(chǎn)周期縮短到2.53h,全員勞動(dòng)生產(chǎn)率（不包括煉鐵）將超過(guò)3000t/(人.a)。最近日本住友和歌山鋼廠(chǎng)按上述原則建立起面向21世紀(jì)新型鋼廠(chǎng)：實(shí)現(xiàn)了100%鐵水“三脫”預(yù)處理；100%鋼水真空精煉；100%連鑄坯熱送和冶煉周期20min 等先進(jìn)工藝措施。1.2.2 轉(zhuǎn)爐高速吹連煉工藝發(fā)展目標(biāo)：建立一座轉(zhuǎn)爐吹煉制，使一座轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)量達(dá)到傳統(tǒng)兩座轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力。轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短到2025min,年產(chǎn)爐數(shù)15000爐，轉(zhuǎn)爐爐齡15000爐。1.2.3 節(jié)能和環(huán)境保護(hù)發(fā)展目標(biāo)：轉(zhuǎn)爐煉鋼工序?qū)崿F(xiàn)“負(fù)能”煉鋼，工序能耗達(dá)到-10kg（標(biāo)準(zhǔn)煤）/t（按輸出煤氣折算）。減少煉鋼全過(guò)程的爐渣量50%60%，全部煙塵回收利用。 現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在：（1）轉(zhuǎn)爐煉鋼大型化，是轉(zhuǎn)爐從誕生到成熟的標(biāo)志；（2）轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝；（3）轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)壽技術(shù)，濺渣護(hù)爐和爐體冷卻技術(shù)的成熟都將提高轉(zhuǎn)爐的爐齡。研究開(kāi)發(fā)長(zhǎng)壽命水冷煙罩、煙道等附屬設(shè)備，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐整體設(shè)備長(zhǎng)壽化；（4）全自動(dòng)轉(zhuǎn)爐吹煉技術(shù)。1.2.4 精煉和連鑄方面主要體現(xiàn)（1）精煉技術(shù)的發(fā)展在很大程度上大大增加了轉(zhuǎn)爐冶煉鋼種的數(shù)量，現(xiàn)有技術(shù)主要有l(wèi)f、rh、casob、vod、aod等精煉技術(shù)；（2）連續(xù)鑄鋼方面主要有高速連續(xù)澆注技術(shù)和漏鋼預(yù)報(bào)裝置，高拉速與連鑄之間的矛盾是現(xiàn)在連鑄工藝需要解決的方法。1.3 鋼鐵廠(chǎng)設(shè)計(jì)的目的及意義目前我國(guó)正處在發(fā)展中的關(guān)鍵階段，國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力需要大力提升，各個(gè)方面的硬件設(shè)施都需要大力完善，而鋼鐵行業(yè)在其中起著舉足輕重的作用，例如在國(guó)民生產(chǎn)中就會(huì)大量的需要建筑材料，特種鋼材等等。國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平也需要鋼鐵行業(yè)來(lái)做有力的支撐。我國(guó)現(xiàn)在雖然的年產(chǎn)量為5億多噸，世界排名第一位。現(xiàn)在，我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量雖然居世界首位，但是我們還要每年從國(guó)外進(jìn)口很多的鋼材，這是由于我國(guó)的技術(shù)力量還達(dá)不到，生產(chǎn)不出某些高尖端的鋼種，所以我們只能依靠到國(guó)外去進(jìn)口，從這一角度來(lái)說(shuō)我國(guó)雖然是一個(gè)鋼鐵大國(guó)，但是并不是一個(gè)鋼鐵強(qiáng)國(guó)，因此我們?cè)谛藿ㄤ撹F廠(chǎng)的時(shí)候要注意加大高新技術(shù)的投入量，改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)備和技術(shù)。做到科學(xué)合理布局，轉(zhuǎn)爐煉鋼，精練，連鑄一體化，提高原材料使用率，降低能耗，減少污染，高效生產(chǎn)高質(zhì)量鋼材。2 產(chǎn)品方案及金屬料平衡估算2.1 產(chǎn)品大綱本設(shè)計(jì)產(chǎn)品大綱的基本原則是：生產(chǎn)有競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，堅(jiān)決淘汰落后的產(chǎn)品。主要有碳素工具鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼三大鋼系。見(jiàn)表3-1。 表3-1 本設(shè)計(jì)鋼廠(chǎng)生產(chǎn)鋼種鋼 種鋼號(hào)年產(chǎn)量/萬(wàn)t斷面形狀斷面尺寸/mmmm比例/%碳素工具鋼t1010矩形40040016.7t8mn10矩形400400碳素結(jié)構(gòu)鋼q23540矩形40040050.0q27520方形2001500軸承鋼gcr1520方形200150033.3gcr18mo20方形20015002.2 全廠(chǎng)金屬料平衡估算估算示意圖：高爐產(chǎn)量混鐵車(chē)鐵水預(yù)處理(99%)轉(zhuǎn)爐350t(93%)廢鋼鐵鐵合金爐外精煉(96.7%)250250、1800200弧形連鑄機(jī)(95.0%)熱連軋機(jī)(92%)板坯(60)方坯(60)138.221.61.2147.6137.3136.8130.4120 圖3-1 全廠(chǎng)金屬平衡示意圖(單位：萬(wàn)t)該圖為本設(shè)計(jì)年產(chǎn)鋼120萬(wàn)t轉(zhuǎn)爐煉鋼廠(chǎng)的模型，由于在冶煉過(guò)程中的生產(chǎn)工藝的不同，在各生產(chǎn)階段的金屬收得率不相同，同時(shí)還有一定量的金屬流失而不可回收。生產(chǎn)過(guò)程中作為直接回收爐料的那一部分返回廢鋼為全部爐料的6.0%,它與成品量之比達(dá)7.9% ,占鋼水量的6.4%。所以，返回廢鋼的合理利用是鋼廠(chǎng)配料的重要環(huán)節(jié)之一?？倧U鋼比按鋼水總量的18%計(jì)算為21.6萬(wàn)t。2.3 技術(shù)可行性本設(shè)計(jì)最終是為了生產(chǎn)高附加值的鋼材，那么就要對(duì)工藝技術(shù)采取優(yōu)化，在每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)嚴(yán)格管理，把好最重要的一關(guān)。為了更好地生產(chǎn)大綱中所例產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)考慮采用優(yōu)質(zhì)鐵水、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐少渣冶煉、擋渣出鋼、鋼水多功能爐外精煉及鋼水全過(guò)程保護(hù)澆鑄先進(jìn)工藝。經(jīng)有關(guān)人士考查研究，以上技術(shù)在國(guó)內(nèi)外煉鋼廠(chǎng)廣泛投于使用，已屬于成熟技術(shù)?？紤]本設(shè)計(jì)的情況均可借鑒，并在原來(lái)的基礎(chǔ)上使其更優(yōu)化，設(shè)計(jì)出適合本設(shè)計(jì)要求的技術(shù)方案。3轉(zhuǎn)爐車(chē)間生產(chǎn)工藝流程3.1 設(shè)計(jì)原始條件表4-1 原始鐵水成分元素csimnps鐵水成分/%3.24.00.650.900.450.530.270.320.020.05鐵水溫度：12853.2 生產(chǎn)工藝流程圖 本設(shè)計(jì)采用的基本工藝流程為：高爐混鐵車(chē)鐵水預(yù)處理頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐爐外精煉連鑄連軋3.2.1 混鐵車(chē) 高爐鐵水直接熱裝入轉(zhuǎn)爐時(shí)有混鐵爐和混鐵車(chē)兩種方式?？紤]到投資占地方面，本設(shè)計(jì)中采用混鐵車(chē)。因?yàn)槠涫荑F口有蓋，在運(yùn)輸過(guò)程中熱損失較小?；扈F車(chē)的結(jié)構(gòu)如圖4-1，其形狀可保證有較小的熱損失?；扈F車(chē)裝有傾動(dòng)機(jī)構(gòu)，可使?fàn)t身轉(zhuǎn)動(dòng)向外倒鐵，因此，不需建設(shè)專(zhuān)門(mén)的廠(chǎng)房，只需在主廠(chǎng)房?jī)?nèi)留出必要的倒鐵水位置。其容量根據(jù)轉(zhuǎn)爐容量而言，一般為轉(zhuǎn)爐容量的整數(shù)倍，并與高爐出鐵量相適應(yīng)。圖4-1 混鐵車(chē)3.2.2 鐵水預(yù)處理初脫si、p、s分析本設(shè)計(jì)中鐵水成分發(fā)現(xiàn)，鐵水成分中si、p含量較高，s含量較低。通常鐵水中的硅含量為0.30%0.60%，si的氧勢(shì)高于p的氧勢(shì)，脫p前必須先脫si。但鐵水中的硅是煉鋼中的一種很重要的熱源，對(duì)增加廢鋼比很有利，充分利用其熱能可以提高噸鐵的鋼產(chǎn)量。對(duì)硅含量要求不高的鋼鐘可以不考慮預(yù)處理脫硅，反之可以利用其有利優(yōu)勢(shì)增加廢鋼量。鐵水磷含量偏高，可以在混鐵車(chē)內(nèi)噴吹生石灰類(lèi)熔劑，進(jìn)行脫磷反應(yīng)。脫磷還可以在轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)進(jìn)一步脫除，即在鐵水預(yù)處理時(shí)只需向混鐵車(chē)內(nèi)噴吹一定量的生石灰熔劑即可。本設(shè)計(jì)中鐵水含s量在正常范圍內(nèi)，對(duì)于普通鋼種對(duì)s要求不高可以免除鐵水預(yù)處理脫s。對(duì)特殊鋼而言則在預(yù)處理采用向混鐵車(chē)內(nèi)高速?lài)娚鋍ao-mg脫s粉劑，讓其脫除，從而達(dá)到要求。3.2.3 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐有良好的冶金效果，碳氧反應(yīng)接近平衡，冶煉低碳鋼時(shí)避免了鋼水的過(guò)氧化，有良好的脫磷、脫硫能力，提高了終點(diǎn)殘錳量。石灰單耗低，渣量少，鐵水收得率高，吹煉平穩(wěn)，噴濺少。為了大幅度提高轉(zhuǎn)爐爐齡,采用復(fù)吹轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐工藝技術(shù)：(1) 采用高(feo)爐渣濺渣工藝,注重對(duì)終渣(mgo)含量的調(diào)整；(2) 前期用輕燒白云石造渣, 控制過(guò)程渣(mgo)在6%8%范圍內(nèi)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；(3) 后期加入終渣改質(zhì)劑采用高(mgo)爐渣操作工藝,爐渣改質(zhì)后進(jìn)行濺渣操作；(4) 濺渣注重對(duì)爐形和爐底的控制,保持良好的爐膛內(nèi)型形狀。(5) 控制好爐底,加強(qiáng)對(duì)爐底供氣元件蘑菇頭的維護(hù)和控制。采用上述濺渣工藝技術(shù)后,不僅爐齡大幅度提高,而且底吹元件得到良好的維護(hù)。3.2.4 爐外精煉隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工農(nóng)業(yè)對(duì)鋼材質(zhì)量要求的提高，鋼廠(chǎng)需要爐外精煉工藝，爐外精煉技術(shù)是一項(xiàng)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本的先進(jìn)技術(shù)，是現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。它可以提高煉鋼設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善鋼材質(zhì)量，降低能耗，減少耐材、能源和鐵合金消耗，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。lf爐精煉工藝要求盡快形成泡沫渣，實(shí)現(xiàn)埋弧精煉。出鋼過(guò)程加精煉渣渣洗有利于快速成渣，縮短lf精煉造渣時(shí)間。lf泡沫渣的形成需要?dú)馀菰?精煉渣中的na2co3 分解產(chǎn)生co2，co2氣體彌散分布在渣中，同時(shí)，co2氣體與渣中的碳反應(yīng)產(chǎn)生co，使氣體體積成倍增長(zhǎng)。這樣,泡沫渣的形成就有了充足的氣泡源,有利于實(shí)行埋弧精煉，減少了電弧的裸露；有利于提高加熱效率，縮短供電時(shí)間，節(jié)約能源，而且使精煉時(shí)間縮短，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)對(duì)延長(zhǎng)爐蓋和包襯的壽命具有重要意義。鋼水精煉是提高鋼的質(zhì)量、擴(kuò)大鋼的品種、優(yōu)化煉鋼工藝流程、提高生產(chǎn)效率的重要手段，是生產(chǎn)潔凈鋼不可缺少的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)。3.2.5 連鑄連軋連鑄可以簡(jiǎn)化工序，縮短流程，提高金屬收得率，降低能耗，生產(chǎn)過(guò)程采用機(jī)械化，自動(dòng)化程度高，提高產(chǎn)量，擴(kuò)大了品種。21世紀(jì)的鋼鐵工業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)中仍占支柱地位，同時(shí)也將經(jīng)歷激烈的競(jìng)爭(zhēng)。薄板坯連鑄連軋技術(shù)已受到了世界各國(guó)的普遍重視，它的推廣應(yīng)用改變了鋼鐵工業(yè)的面貌，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。雖然目前還存在著較多問(wèn)題,但可以相信，在各國(guó)科研工作者的共同努力下，薄板坯連鑄連軋技術(shù)及產(chǎn)品將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。4 轉(zhuǎn)爐煉鋼的物料平衡和熱平衡計(jì)算4.1 物料平衡計(jì)算4.1.1 計(jì)算原始數(shù)據(jù)基本原始數(shù)據(jù)有：冶煉鋼種及成分、鐵水和廢鐵的成分、終點(diǎn)鋼水成分；造渣用溶劑及爐襯等原材料成分；脫氧和合金化用鐵合金的成分及回收率；其他工藝參數(shù)。表5-1 鋼種、鐵水、廢鋼和終點(diǎn)鋼水的成分設(shè)定值 成分含量/%類(lèi)別csimnps鋼種q235設(shè)定值0.180.25.0.550.0450.050鐵水設(shè)定值4.000.800.500.300.035廢鋼設(shè)定值0.180.250.550.0300.030終點(diǎn)鋼水設(shè)定值0.10痕跡0.150.0200.021表5-2 原材料成分成分含量/%類(lèi)別casio2mgoal2o3fe2o3caf2p2o5sco2h2oc灰分揮發(fā)分石灰88.002.50.2.601.500.500.100.060.10螢石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50生白云石36.400.8025.601.0036.20爐襯1.203.0078.801.401.6014.0焦炭0.5881.512.45.52表5-3 鐵合金成分（分子）及其回收率（分母） 成分回收率/%類(lèi)別csimnalpsfe硅鐵73.00/750.50/802.50/00.03/1000.05/10023.92/100錳鐵6.60/900.50/7567.8/800.13/1000.23/10024.74/100表5-4 其他工藝參數(shù)設(shè)定值名稱(chēng)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)終渣堿度w(cao)/w(sio)=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?cè)チ蛄康?/3終渣w(feo)含量(按向鋼中傳氧量w(fe2o3)1.35w(feo)折算)15而(fe2o3)/ (feo)=1/3,即金屬中c的氧化產(chǎn)物w(fe2o3)5，w(feo)=8.25金屬中c的氧化物90c氧化成co，10c氧化成co2煙塵量為鐵量的1.5(其中w(feo)為75w(fe2o3)的20)廢鋼量由熱平衡計(jì)算確定，本計(jì)算結(jié)果為鐵水量的13.35，即廢鋼比為11.78噴濺鐵損為鐵水量的14.1.2物料平衡的基本項(xiàng)目收入項(xiàng)有：鐵水、廢鋼、溶劑（石灰、螢石、輕燒白云石）、氧氣、爐襯蝕損、鐵合金。支出項(xiàng)有：鋼水、爐渣、煙塵、渣中鐵珠、爐氣、噴濺。4.1.3 計(jì)算步驟以100鐵水為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。第一步：計(jì)算脫氧和合金化前的總渣量及其成分?？傇堪ㄨF水中元素氧化，爐襯腐蝕和加入溶劑的成渣量。其各項(xiàng)成渣量分別列于表5-5表5-7?？傇考俺煞秩绫?-8所示。表5-5 鐵水中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量/耗氧量/產(chǎn)物量/備注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）合計(jì)6.5966.698成渣量4.499入渣組分之和由cao還原出的氧量；消耗cao量=0.00956/32=0.016。表5-6 爐襯腐蝕的成渣量爐襯蝕損渣量/成渣組分/氣態(tài)氧化物/耗氧量/caosio2mgoal2o3fe2o3ccocco2cco，co20.3(表5-4)0.0040.0090.2360.0040.0050.0880.0150.062合計(jì)0.2580.1040.062表5-7 加入溶劑的成渣量類(lèi)別加入量成渣組分/氣態(tài)氧化物caomgosio2al2o3fe2o3p2o5cascaf2h2oco2o2螢石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合計(jì)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；因設(shè)定終渣堿度r=3.5，故石灰加入量為：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 總渣量及其成分爐渣成分/caosio2mgoal2o3mnofeofe2o3caf2p2o5cas合計(jì)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爐襯蝕損成渣0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣0.910.020.640.0251.595螢石成渣量0.0020.0280.0030.0080.0080.440.0050.0010.495總成渣量6.771.9341.0520.1370.4521.0650.6460.440.4220.03112.955質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%52.2614.938.121.063.498.255.003.403.260.24100.表中除(feo)和(fe2o3)以外的總渣量為6.779+1.934+1.052+0.137+0.452+0.440+0.422+0.031=11.238，而終渣(feo)=15%(表5-4)，故總渣量為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：計(jì)算氧氣消耗量。氧氣的實(shí)際消耗量系消耗項(xiàng)目與供入項(xiàng)目之差。見(jiàn)表5-9表5-9 實(shí)際耗氧量耗氧項(xiàng)/供氧項(xiàng)/實(shí)際耗氧量/鐵水中元素氧化耗氧量（表5-5） 6.698爐襯中碳氧化消耗氧量（表5-6） 0.062石灰中s與cao反應(yīng)還原出的氧化量（表5-7）0.002煙塵中鐵氧化消耗氧量（表5-4） 0.3407.157-0.002+0.064=7.219爐氣自由氧含量（表7-10） 0.057合計(jì) 7.157合計(jì) 0.002第三步：計(jì)算爐氣量及其成分。爐氣中含有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則由爐氣總體積來(lái)確定?，F(xiàn)計(jì)算如下：爐氣總體積vv=+0.5%v+ (v) =8.089 m式中vgco、co2、so2和h2o各組分總體積，m。本計(jì)算中其值為：=7.998m gs不計(jì)自由氧的氧氣消耗量，。本計(jì)算中其值為：6.698+0.062+0.34=7.10（見(jiàn)表5-9） vx石灰中的s和cao反應(yīng)還原出的氧量（其質(zhì)量為：0.002，見(jiàn)表5-9），m。0.5%爐氣中自由氧含量。 99自由氧純度為99%轉(zhuǎn)換得來(lái)。計(jì)算結(jié)果列于表5-10表5-10 爐氣量及其成分爐氣成分爐氣量/爐氣體積/ m體積分?jǐn)?shù)/%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合計(jì)11.0838.089100.00.爐氣中o2的體積為8.089*0.5%=0.040m；質(zhì)量為0.04032/22.4=0.057。.爐氣中n2的體積系爐氣總體積與其他成分體積之差；質(zhì)量為0.051*28/22.4=0.064第四步：計(jì)算脫氧和合金化前的鋼水量。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 100-6.596-1.50(75%56/72+20%112/160)+1+12.9556% 90.542由此可以編制出未加廢鋼、脫氧與合金化前的物料平衡表5-11表5-11 未加廢鋼時(shí)的物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/%項(xiàng)目質(zhì)量/%鐵水10085.33鋼水90.5476.82石灰6.675.69爐渣12.9610.00螢石0.500.43爐氣11.089.40生白云石2.502.13噴濺1.000.85爐襯0.300.26煙塵1.501.27氧氣7.216.16渣中鐵珠0.770.66合計(jì)117.39100.00合計(jì)117.55100注：計(jì)算誤差為（117.39-117.55）/117.39100%=-0.1%第五步：計(jì)算加入廢鋼的物料平衡。如同第一步計(jì)算鐵水中元素氧化量一樣，利用表5-1中的數(shù)據(jù)先確定廢鋼種元素的氧化量及其消耗量和成渣量（表5-12），再將其與表5-11歸類(lèi)合并，逐得到加入廢鋼后的物料平衡表5-13和表5-14。表5-12 廢鋼中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量/耗氧量產(chǎn)物量進(jìn)入鋼中的量/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合計(jì)0.0950.0713.35-0.095=13.255成渣量/0.14表5-13 加入廢鋼的物料平衡表（以100鐵水為基礎(chǔ)）收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/%項(xiàng)目質(zhì)量/%鐵水10076.56鋼水90.54+13.25=103.7979.06廢鋼13.3510.22爐渣12.96+0.14=13.109.98石灰6.675.107爐氣11.08+0.028=11.108.46螢石0.50.383噴濺1.000.76輕燒白云石2.51.914煙塵1.501.14爐襯0.30.230渣中鐵珠0.780.59氧氣7.295.5820合計(jì)130.61100.00合計(jì)130.77100.00注：計(jì)算誤差為（130.61-130.77）/130.61100%=-0.1%表5-14 加入廢鋼的物料平衡表（以100鐵水+廢鋼為基礎(chǔ)）收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/%項(xiàng)目質(zhì)量/%鐵水88.2076.56鋼水91.5579.06廢鋼11.7710.22爐渣11.569.98石灰5.895.11爐氣9.808.46螢石0.440.38噴濺0.880.76輕燒白云石2.211.92煙塵1.321.14爐襯0.260.23渣中鐵珠0.690.6氧氣6.435.58合計(jì)115.40100合計(jì)115.60100第六步：計(jì)算脫氧和合金化后的物料平衡?，F(xiàn)根據(jù)鋼種成分設(shè)定值（表5-1）和鐵合金成分及其回收率（表5-3）算出錳鐵和硅鐵的加入量，在計(jì)算其元素的燒損量。將所有的結(jié)果與表7-14合并，及得到煉一爐鋼的總物料平衡表。錳鐵加入量wmn為： 硅鐵加入量wsi為： 鐵合金中元素?zé)龘p量和產(chǎn)物量列于表5-15。脫氧和合金化后的鋼水成分如下：表5-15 鐵合金中元素?zé)龘p量和產(chǎn)物量類(lèi)別元素?zé)龘p量脫氧量/成渣量/爐氣量/入鋼量錳鐵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合計(jì)0.0850.0350.1050.0150.505硅鐵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合計(jì)0.0880.0980.1870.332總計(jì)0.1730.1330.2920.0150.837可見(jiàn)，含碳量尚未達(dá)到設(shè)定值。為此需在鋼包內(nèi)加焦炭增碳。其加入量w1為： 焦粉生成的產(chǎn)物如下：碳燒損量/耗氧量/氣體量/成渣量/碳入鋼量/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由此可得整個(gè)冶煉過(guò)程（即脫氧和合金化后）的總物料平衡表5-16。表5-16 總物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/%項(xiàng)目質(zhì)量/%鐵水88.274.47鋼水91.55+0.837+0.037=92.4277.24廢鋼11.779.94爐渣11.56+2.92+0.007=14.4912.11石灰5.894.97爐氣9.80+0.015+0.047=9.868.24螢石0.440.37噴濺0.880.74輕燒白云石2.211.87煙塵1.321.10爐襯2.261.91渣中鐵珠0.690.57氧氣6.65.57錳鐵0.590.50硅鐵0.420.35焦粉0.060.05合計(jì)119.44100.00合計(jì)119.56100.計(jì)算誤差為(119.44-119.56)/119.44100%=-0.1%.可以近似的認(rèn)為(0.133+0.032)的氧量系出鋼水二次氧化帶入。4.2 熱平衡計(jì)算4.2.1計(jì)算所需的原始數(shù)據(jù)計(jì)算所需的基本原始數(shù)據(jù)有：各種入爐料及產(chǎn)物的溫度（表5-17）；物料平均熱熔（表5-18）；反應(yīng)熱效應(yīng)（表5-19）；融入鐵水的元素對(duì)鐵水熔點(diǎn)的影響（表5-20）。其他工藝參數(shù)參照物料平衡選取。表5-17 入爐物料及產(chǎn)物的溫度設(shè)定值名稱(chēng)入爐物料產(chǎn)物鐵水廢鋼其他原料爐渣爐氣煙塵溫度/12852525與鋼水相同14501450表5-18 物料平均熱熔物料名稱(chēng)生鐵鋼爐渣礦石煙塵爐氣固態(tài)平均熱熔kj/（k）0.7450.699-1.0470.996-融化潛熱kj/218272209209209-液態(tài)或氣態(tài)平均熱熔kj/（k）0.8370.8371.248-1.137表5-19 煉鋼溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng)組元化學(xué)反應(yīng)/kjk mol-1/kjkg-1cc+1/2 o2=co 氧化反c+ o2=co2氧化反應(yīng)41807234834sisi + o2= (sio2 氧化反應(yīng)81768229202mnmn +1/2 o2= (mno) 氧化反應(yīng)3617406594p2p+5/2 o2= (p2o5) 氧化反應(yīng)117656318980fefe +1/2 o2= (feo) 氧化反應(yīng)2382294250fe2fe +3/2 o2= (fe2o3) 氧化反應(yīng)7224326460sio2(sio2)+2(cao)=(2caosio2) 成渣反應(yīng)971331620p2o5(p2o5)+4(cao)=(4 caop2o5) 成渣反應(yīng)6930544880caco3caco3=(cao)+ co2 分解反應(yīng)1690501690mgco3mgco3=mgo+ co2 分解反應(yīng)1180201405表5-20 融入鐵水的元素對(duì)鐵熔點(diǎn)的降低值元素csimnpsalcrn、h、o在鐵中極限溶解度/%5.4118.5無(wú)限2.80.1835.0無(wú)限融入1%元素使鐵熔點(diǎn)降低值/65707580859010085302531.5n、h、o融入使鐵熔點(diǎn)降低值/=6適用含量范圍/%11.02.02.53.03.54.03150.70.081184.2.2 計(jì)算步驟以100鐵水為基礎(chǔ)第一步：計(jì)算熱收入qs。熱收入項(xiàng)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) 鐵水物理熱先根據(jù)純鐵熔點(diǎn)、鐵水成分以及溶入元素對(duì)鐵熔點(diǎn)的降低值(見(jiàn)表5-17、表5-1和表5-20)計(jì)算鐵水熔點(diǎn)tt，然后由鐵水溫度和生鐵熱容(見(jiàn)表5-17和表5-18)確定 。 =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) 元素氧化熱及成渣熱由鐵水中元素氧化量和反應(yīng)熱效應(yīng)(見(jiàn)表5-19)可以算出，其結(jié)果列于表5-21。 表5-21元素氧化熱和成渣熱反應(yīng)產(chǎn)物氧化熱或成渣熱/kj反應(yīng)產(chǎn)物氧化熱或成渣熱/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合計(jì)qy97327.48(3) 煙塵氧化熱由表5-4中給出的煙塵量參數(shù)和反應(yīng)熱效應(yīng)計(jì)算可得。1.5(7556/724250+20%112/1606460)=5075.35kj(4) 爐襯中碳的氧化熱0.31490116390.3141034834586.25kj故熱收入總量為=117270.8+97327.48+5075.35+586.25=220259.88kj第二步：計(jì)算熱支出。熱支出項(xiàng)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(diǎn)的方法確定鋼水熔點(diǎn)tg；再根據(jù)出鋼和鎮(zhèn)靜時(shí)的實(shí)際溫降(通常前者為4060，后者約為35/min，具體時(shí)間與盛鋼桶大小和澆注條件有關(guān))以及要求的過(guò)熱度(一般為5090)確定出鋼溫度tz ；最后由鋼水熱容算出物理熱。tg1536(0.10650.1550.020300.02125)61522式中，0.10、0.15、0.020和0.021分別為終點(diǎn)鋼水中c、mn、p、s的含量。tz15225050701692式中，50、50、70分別為出鋼過(guò)程中的溫降、鎮(zhèn)靜及爐后處理過(guò)程中的溫降和過(guò)熱度。qg90.540.699(1522-25)2720.837(1692-1522)132251.14kj(2) 爐渣物理熱qr令終渣溫度與鋼水溫度相同，則得：qr12.9551.248(1649-25)20928964.17kj(3) 爐氣、煙塵、鐵珠和噴濺金屬的物理熱qx 。根據(jù)其數(shù)量、相應(yīng)的溫度和熱容確定。詳見(jiàn)表5-22。表5-22某些物料的物理熱項(xiàng) 目參 數(shù)/kj備 注爐氣物理熱11.0831.137(145025)=179571450系爐氣和煙塵的溫度煙塵物理熱 1.