鋼鐵冶金畢業(yè)設(shè)計80t頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐

1、 鋼冶金學(xué)鋼冶金學(xué)畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 爐型：爐型：80t80t 頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐 學(xué)院名稱：學(xué)院名稱：材料與冶金學(xué)院材料與冶金學(xué)院 專專 業(yè)：業(yè)： 冶金工程冶金工程 年年 級：級： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 學(xué)學(xué) 號：號： 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 完成時間：完成時間： 前前 言言 氧氣轉(zhuǎn)爐是煉鋼法是當(dāng)前國內(nèi)外主要的煉鋼方法。氧氣轉(zhuǎn)爐煉 鋼自 20 世紀 40 年代初問世以來，在世界各國得到了廣泛的應(yīng)用， 技術(shù)不斷地進步，設(shè)備不斷地改進，工藝不斷地完善。在短短的五 十幾年里，從頂吹發(fā)展到底吹、側(cè)吹發(fā)展到復(fù)合吹煉。氧氣轉(zhuǎn)爐煉 鋼的飛速發(fā)展，使煉鋼生產(chǎn)進入了一個嶄新的階段，鋼的產(chǎn)量不斷 增加，成本不

2、斷的下降。從日前來看，轉(zhuǎn)爐煉鋼可以說是最佳的煉 鋼方法。 本設(shè)計是根據(jù)學(xué)校教學(xué)環(huán)節(jié)安排的一個實踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)過程，以 社會和經(jīng)濟發(fā)展需要為出發(fā)點，以職業(yè)需求為直接依據(jù)。是冶金技 術(shù)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程之后進行的一個重要的獨立性實踐過程， 培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的煉鋼理論知識去分析和解決實際問題的能 力。這也是我們步入社會和工作崗位之前的一次實訓(xùn)，通過這次課 程設(shè)計的學(xué)習(xí)，可以幫助我們鞏固、深化和拓展煉鋼學(xué)的知識面， 更好的將理論知識與生產(chǎn)實際相合起來，掌握一般設(shè)備工藝的基本 思路和方法。為以后踏入工作崗位奠定了一個良好的基礎(chǔ)，為實際 工程設(shè)計奠定基礎(chǔ)，使我們能夠很快、很好的融入工作崗位和社會。 在

3、本次的爐型設(shè)計中，參閱了大量有關(guān)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝、煉鋼生 產(chǎn)設(shè)備等文獻，得到首鋼集團提供的資料與經(jīng)驗數(shù)據(jù)。還得到了老 師們的指導(dǎo)和大力支持，廣大同學(xué)的幫助。在此一并表示衷心的感 謝。 由于個人所學(xué)的知識和水平有限，加上沒有實際的生產(chǎn)實踐經(jīng) 驗，存在缺點和錯誤之處，敬請老師批評和指正。 目目 錄錄 1設(shè)計目的 - 1 - 2設(shè)計內(nèi)容 - 1 - 3 設(shè)計步驟及說明 - 1 - 3.1 物料平衡和熱平衡計算 - 1 - 3.1.1 原始數(shù)據(jù)的選取 - 1 - 3.1.2物料平衡計算 - 3 - 3.1.3熱平衡計算 - 9 - 3.2頂吹轉(zhuǎn)爐爐型的設(shè)計及計算 - 13 - 3.2.1轉(zhuǎn)爐的公稱容量及其

4、表示方法 - 13 - 3.2.2轉(zhuǎn)爐爐型的選擇 - 13 - 3.2.3轉(zhuǎn)爐爐型主要參數(shù)的確定 - 13 - 3.2.4轉(zhuǎn)爐爐型主要尺寸的確定 - 14 - 3.2.5 爐襯的組成、材質(zhì)選擇及厚度的確定 - 17 - 3.2.6爐殼厚度和轉(zhuǎn)角半徑的確定 - 17 - 480t 頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐爐型的繪制 - 18 - 參考文獻 - 18 - 1 1設(shè)計目的設(shè)計目的 本課程是冶金技術(shù)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程之后進行的一個重要的獨立性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。 其任務(wù)是通過轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計的全過程，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的煉鋼理論知識去分析和解 決工程實際問題的能力，幫助學(xué)生鞏固、深化和拓展知識面，使之得到一次比較全面的

5、設(shè) 計訓(xùn)練。為實際工程設(shè)計奠定基礎(chǔ)。學(xué)生通過課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，將理論知識與生產(chǎn)實際相 結(jié)合，掌握一般設(shè)備工藝設(shè)計的基本思路和方法。理解設(shè)計工作是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)和 先導(dǎo)，設(shè)計工作是將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的紐帶。 2 2設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容 轉(zhuǎn)爐是轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的核心設(shè)備，轉(zhuǎn)爐爐型及其主要參數(shù)對轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)率、金屬 收得率、爐齡等技術(shù)經(jīng)濟技術(shù)指標都有直接影響，爐型設(shè)計的是否合理關(guān)系到冶煉工藝能 否順利進行，比如噴濺問題：除了與操作因素有關(guān)外，爐型的合理性也是一個重要的因素。 并且車間的主廠房的高度以及主要設(shè)備（除塵設(shè)備、傾動機構(gòu)設(shè)備等）都與爐型尺寸密切 相關(guān)。所以設(shè)計一座爐型結(jié)構(gòu)合理、滿足工藝要求的

6、轉(zhuǎn)爐是保證轉(zhuǎn)爐車間正常運行生產(chǎn)的 前提，面爐型設(shè)計又是整個轉(zhuǎn)爐設(shè)計的關(guān)鍵。 轉(zhuǎn)爐的爐型是指轉(zhuǎn)爐爐膛的幾何形狀，即指由耐火材料砌成的內(nèi)形。其設(shè)計內(nèi)容主要 包括：爐型的選擇、爐型主要參數(shù)的確定和爐型主要尺寸的設(shè)計計算。 3 3 設(shè)計步驟及說明設(shè)計步驟及說明 3.13.1 物料平衡和熱平衡計算物料平衡和熱平衡計算 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼是一個復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，但它同樣遵循物質(zhì)不滅和能量守恒定 律。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計算也是建立在物質(zhì)不滅和能量守恒的基礎(chǔ)上 的。在轉(zhuǎn)爐設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源情況確定各原始數(shù)據(jù)，再根據(jù)已投產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐實際生產(chǎn) 數(shù)據(jù)作出一定的假設(shè)，最后進行計算。通過計算結(jié)果，確定各

7、項生產(chǎn)工藝參數(shù)。 3.1.13.1.1 原始數(shù)據(jù)的選取原始數(shù)據(jù)的選取 3.1.1.13.1.1.1 原材料成分原材料成分 鐵水、廢鋼成分如下表 1。 表 1 鐵水、廢鋼成分（/） 原料csimnps溫度/ 鐵水4.2400.840.480.1400.0371240 廢鋼0.180.200.420.0220.02424 渣料和爐襯成分見表 2；各原料的熱容見表 3；反應(yīng)熱效應(yīng)見表 4. 表 2 渣料和爐襯材料成分（/） 種類caosio2mgoal2o3spcaf2feofe2o3燒堿h2oc 石灰91.02.02.01.40.043.44 礦石1.04.610.421.100.0729.461

8、.80.40 螢石6.00.481.780.090.4489.02.00 白云石44.03.033.03.04.04.0 爐襯44.02.01.01.0 表 3 各材料的比熱容 項目 固態(tài)平均比熱/kjkg-1k- 1 熔化潛/kjkg-1液（氣）態(tài)平均比熱容/kjkg-1k-1 生鐵0.744217.4680.8368 鋼0.699217.690.8368 爐渣209.201.247 爐氣1.136 煙塵1.000209.20 礦石1.046209.20 表 4 反應(yīng)熱效應(yīng)（24） 元素反應(yīng)反應(yīng)熱/kjkg-1 cc + 1/2o2 = co10940 cc + o2 = co234420

9、sisi + o2 = sio228314 p2p + 5/2o2 = p2o518923 mnmn + 1/2o2 = mno7020 fefe + 1/2o2 = feo4020 fefe + 3/2o2 = fe2o36670 sio2sio2 + 2cao = 2caosio22070 p2o5p2o5 + 4cao = 4caop2o54020 3.1.1.23.1.1.2 假設(shè)條件假設(shè)條件 根據(jù)各類轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實際過程假設(shè): (1) 爐渣中鐵珠量為渣量的 8； (2) 噴濺損失為鐵水量的 1； (3)熔池中碳的氧化生成 90co，10co2； (4) 煙塵量為鐵水量的 1.6，其中煙塵

10、中 （feo）=77，（fe2o3）=20; (5) 爐襯侵蝕量為鐵水量的 0.4； (6) 爐氣溫度取 1440，爐氣中自由氧含量為總爐氣量的 0.4； (7) 氧氣成分：98.4氧氣，1.4氮氣； (8) 鐵水溫度：1250，廢鋼溫度：24； (9)終點鋼水成分(/)：c：0.14,si:0,mn:0.14,p:0.014,s:0.024。 3.1.1.33.1.1.3 冶煉鋼種及規(guī)格成分要求冶煉鋼種及規(guī)格成分要求 冶煉低碳鋼，以 q-234 鋼為例，其規(guī)格成分如下： c=0.140.22,si=0.120.30,mn=0.400.64,p 0.044,s0.040。 3.1.23.1.2

11、物料平衡計算物料平衡計算 根據(jù)鐵水、渣料質(zhì)量以及冶煉鋼種要求，采用單渣法操作。以 100kg 鐵水作為計算 基礎(chǔ)。 3.1.2.13.1.2.1 渣量及成分計算渣量及成分計算 a 鐵水中元素氧化量 說明：參考轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硫情況，取脫磷率 90，脫硫率 34；鋼水中殘余錳占 鐵水mn的 3040，鋼水中c取規(guī)格下限，因合金加入后還要增碳。 c 元素的氧化量（/）=4.24-0.14=4.10 si 元素的氧化量（/）=0.84-0 =0.84 mn 元素的氧化量（/）=0.48-0.4830=0.34 p 元素的氧化量（/）=0.140-0.140 (1-90)=0.0126 s 元素的氧化量（

12、/）=0.037-0.037（1-34）=0.013 匯總得下表： 表 5 鐵水中元素氧化量（/） 元素 項目 ssimnps 鐵水4.240.840.480.1400.037 鋼水0.1400.140.0140.024 氧化量4.100.840.340.01260.013 b 各元素耗氧量及氧化產(chǎn)物量 各元素耗氧量及氧化產(chǎn)物量見下表： 表 6 鐵水中元素氧化耗氧量、氧化產(chǎn)物量 元素反應(yīng)元素氧化量/kg耗氧量/kg氧化產(chǎn)物量/kg cc + 1/2o2 = co4.1090%=3.693.6916/12=4.923.69x28/12=8.61 cc + o2 = co24.1010%=0.41

13、0.4132/12=1.090.4144/12=1.50 sisi + o2 = sio20.840.84x32/28=0.960.8460/28=1.8 mnmn + 1/2o2 = mno0.340.3416/55=0.100.3471/55=0.44 p 2p + 5/2o2 = p2o5 0.1260.12680/62=0.1630.126142/62=0.289 ss + o2 = so20.0131/3=0.0040.00432/32=0.0040.00464/32=0.008 s s + (cao) = cas +o 0.0132/3=0.0090.009(-16)/32=-0.

14、0050.00972/32=0.020 fefe + 1/2o2 = feo0.836083616/56=0.2391.075 fe fe + 3/2o2 = fe2o3 0.0250.02548/112=0.0110.036 總計6.287.482 注：假定爐內(nèi)汽化脫硫 1/3；鐵的氧化由渣量反算得出。 c 渣料加入量 （1）礦石加入量及成分見下表 7。為了化渣，本設(shè)計中加入礦石 1，而不另加氧化 鐵皮（若不加礦石，改用氧化鐵皮，則成分不同） 。其中： s + (cao) = (cas) + o (cas)生成量=0.0010.002kg/t 32 72 消耗（cao）量=0.0010.00

15、2kg/t 32 56 表 7 礦石加入量及成分 成分質(zhì)量/kg成分質(zhì)量/kg fe2o3161.8=0.294feo129.4=0.294 sio214.61=0.0461al2o311.10=0.011 cao1x1.0=0.01mgo10.42=0.004 s1x0.070.001h2o10.40=0.004 （2）螢石加入量及成分見下表 8。根據(jù)冶金部轉(zhuǎn)爐操作規(guī)程，螢石加入量4kg/t， 取 4kg/t。其中： 2p + o2 = (p2o5) 2 5 (p2o5)生成量= 0.002 = 0.004kg 62 142 表 8 螢石加入量及成分 成分質(zhì)量/kg成分質(zhì)量/kg caf20

16、.489.0=0.356mgo0.40.48=0.002 sio20.46.0=0.024s0.40.09=0.0004(忽略) al2o30.41.78=0.007h2o0.42.00=0.008 p0.40.44=0.002 （3）白云石加入量及成分見下表 9。為了提高爐襯壽命，采用白云石造渣，控制渣中 （mgo）含量在 68范圍內(nèi)。根據(jù)已投產(chǎn)轉(zhuǎn)爐的經(jīng)驗，生白云石加入量在 3040kg/t，輕燒白云石加入量在 2040kg/t，選取輕燒白云石 30kg/t。 表 9 輕燒白云石加入量及成分 成分質(zhì)量/kg成分質(zhì)量/kg cao3.044=1.32mgo3.033=0.99 sio23.03

17、.0=0.09fe2o33.0 x1.0=0.03 al2o33.03.0=0.09燒堿3.04.0=0.12 注：燒堿是指白云石中 camgco3分解產(chǎn)生的 co2氣體。 (4)爐襯侵蝕量及成分見下表 10。轉(zhuǎn)爐爐襯在爐渣作用下，將被侵蝕和沖刷進入渣 中，根據(jù)假設(shè)條件，取鐵水量的 0.4。 爐襯侵蝕量及成分 成分質(zhì)量/kg成分質(zhì)量/kg cao0.4x44=0.176sio20.42.0=0.008 mgo0.438=0.152c0.44.0=0.016 al2o30.41.0=0.004 其中：爐襯中碳的氧化與金屬中氧化生成的 co 和 co2比例相同。 c co 數(shù)量： 0.01690

18、= 0.034kg 12 28 c co2數(shù)量： 0.01610 = 0.006kg 12 44 共消耗氧量： 0.034 + 0.006 = 0.024kg 28 16 44 32 (5)石灰加入量及成分見下表 11。根據(jù)鐵水成分，取終渣堿度 r= 3.5。 石灰加入量=100 ）（ 量白云石帶入 有效cao caorsi )(14 . 2 =100 25 . 391 32 . 1 5 . 385 . 0 14 . 2 = 6kg/100kg 鐵水 表 11 石灰加入量及成分 成分質(zhì)量/kg成分質(zhì)量/kg cao69.0=5.46sio262.0=0.12 mgo62.0=0.12s60.0

19、4=0.002 al2o360.14=0.084燒堿63.44=0.206 （6）渣中鐵的氧化物。對于冶煉 q-234 鋼，根據(jù)已投產(chǎn)轉(zhuǎn)爐渣中含量，取)(feo （feo）= 10,(fe2o3)= 5。 （7）終渣總量及成分見下表 12。根據(jù)表 6表 11 中若不計（feo） 、(fe2o3)在內(nèi)的爐 渣成分得： cao + mgo + sio2 + p205 + mno + al2o3 + caf2 + cas = 11.6321kg 已知 (feo)=10、(fe2o3)=5,則其余渣應(yīng)占渣量總數(shù)的 85。故總渣量為 11.632185=13.6851kg 由此可見：(feo)=13.6

20、85110=1.369、(fe2o3)=13.68515=0.684kg 由于礦石和白云石中帶入部分(feo)和(fe2o3),實際鐵氧化產(chǎn)物為： (feo)=1.369-0.294=1.075kg,(fe2o3)=0.684-0.618-0.03=0.036kg。 故：fe氧化量=1.075+ 0.036=0.861kg 72 56 160 112 終渣質(zhì)量及成分見下表 12： 表 12 終渣質(zhì)量及成分 成分氧化產(chǎn)物量/kg石灰/kg礦石/kg白云石/kg爐襯/kg螢石/kg 總計/kg cao5.460.011.320.1766.96650.9 mgo0.120.0040.990.1520

21、.0021.2689.27 sio21.80.120.04610.090.0080.0242.088115.26 p2o50.2890.0020.2912.13 mno0.440.443.22 al2o30.0840.0110.090.0040.0070.1961.43 caf20.3560.3562.6 cas0.020.0050.0020.0270.2 feo1.0750.2941.36910 fe2o30.0360.6180.030.6845 合計13.6851100 3.1.2.23.1.2.2 冶煉中的吹損計算冶煉中的吹損計算 根據(jù)假設(shè)條件，渣中鐵珠為渣量的 8，噴濺損失為鐵水量的

22、1，煙塵損失為鐵水量 的 1.6。故可得到： 渣中鐵珠量=13.68518=1.095kg 噴濺鐵損量=1001 = 1.0kg 煙塵鐵損量=1001.6（77 + 20）=1.182kg 72 56 160 112 元素氧化損失=6.28kg（見表 6） 吹損總量=1.095+1.0+1.182+6.28=9.557kg 鋼水量=100-9.557=90.443kg 3.1.2.33.1.2.3 氧氣消耗量計算氧氣消耗量計算 主要是元素氧化耗氧 7.482kg(見表 6)，煙塵氧化消耗氧 1001.6(77+20 72 16 =0.37kg，其次是爐襯中碳氧化耗氧 0.024kg(見爐襯侵蝕

23、量計算部分)，故總耗氧量 160 48 為 7.876kg，換算為標準體積為 7.876=5.513m3/100kg=55.13m3/t，若考慮到氧氣 32 4 . 22 利用率為 7490，實際生產(chǎn)供氧量為 6175m3/t。 由于氧氣不純，含有 1.4n2，故供氧時帶入 n2為 7.8761.4=0.110kg,其體積量 為：0.11022.428=0.088m3/100kg 3.1.2.43.1.2.4爐氣量及成分爐氣量及成分 爐內(nèi)產(chǎn)生的爐氣由 co、co2、so2、h2o、n2和自由 o2組成，已知爐氣中自由 o2含量為 總爐氣量的 0.4，把以上計算的爐氣成分除自由 o2以外占爐氣體

24、積總量的 99.6，得下 表 13。 表 13 爐氣量及成分 成分質(zhì)量/kg體積/m3體積分數(shù)/ co8.60+0.0348.64422.4/28=6.91586.59 co21.50+0.12+0.006+0.2061.83222.4/44=0.93311.68 so20.0080.00822.4/64=0.0030.04 h2o0.004+0.0080.01222.4/18=0.0150.19 n20.1100.11022.4/28=0.0881.1 o20.0460.04622.4/32=0.0320.4 總計10.6427.986100 由上表得： co+co2+so2+h2o+n2=

25、 7.954m3/100kg 故爐氣總量為：7.954(1 - 0.4)=7.986m3/100kg。自由 o2 量為 7.9860.4=0.032m3,其 質(zhì)量為：0.032=0.046kg。 4 . 22 32 3.1.2.53.1.2.5 物料平衡表物料平衡表 把以上各種物質(zhì)的總收入和總支出匯總起來，便可得到物料平衡表 14。 表 14 物料平衡表 收入支出 項目質(zhì)量/kg項目質(zhì)量/kg 鐵水10084.47鋼水90.44376.35 石灰65.07爐渣13.68511.55 白云石32.53爐氣10.6428.98 礦石10.84煙塵1.61.35 螢石0.40.34噴濺10.84 爐

26、襯0.40.34鐵珠1.0950.92 氧氣7.8766.65 氮氣0.1100.09 總計118.386100總計118.465100 計算誤差=|100 收入項 支出項收入項- =|100 386.118 465.118-386.118 = 0.067 3.1.33.1.3熱平衡計算熱平衡計算 為了簡化計算，取加入的廢鋼、渣料、氧氣的溫度均為 24。 3.1.3.13.1.3.1 熱收入熱收入 熱收入主要是鐵水的物理熱和元素氧化的化學(xué)熱，此外還有成渣熱、煙塵氧化熱、爐 襯中碳氧化熱，下面分別進行計算。 (1)鐵水物理熱。根據(jù)傳熱原理得， 鐵水熔點 tf = 1538 - tii 式中： t

27、f為鐵水熔點，； 1538 為純鐵熔點，； i為鋼水中某元素的質(zhì)量分數(shù)，； 為 1的 i 元素使純鐵凝固溫度的降低值。 ti 根據(jù)表 1 的鐵水、廢鋼成分、表 3 和下表 14。 表 14 1的 i 元素使純鐵凝固溫度的降低值 元素適用范圍/t/元素適用范圍/t/ c1.064v1.02 si3.08ti18 mn1.44cu0.34 p0.730h20.0031300 s0.0824n20.0380 al1.03o20.0390 假設(shè)鐵水中氣體(氧、氮、氫)對鐵水熔點影響降溫為 7，得： tf = 1538-(1004.24+80.84+40.48+300.14+240.037+7)=109

28、2 100kg 鐵水 1250時的物理熱為： q鐵水 = c固(t熔-t0)+c液(t鐵水-t熔)熔 =1000.744(1092-24)+217.468+0.8368(1250-1092) =114427.44kj (2)鐵水中元素氧化熱和成渣熱。根據(jù)表 4、表 6 和表 12 數(shù)據(jù)可以計算如下： cco 3.6910940=40368.6kj cco2 0.4134420=14112.2kj sisio2 0.8428314=23783.76kj mnmno 0.347020=2386.8kj pp2o5 0.12618923=2384.298kj fefeo 0.8364020=3360

29、.72kj fefe2o3 0.0256670=166.75kj sio22caosio2 2.08812070=4322.367kj p2o54caop2o5 0.2934020=1177.86kj 總計 92063.355kj 其中，元素氧化放熱 q氧化=86563.128kj,q成渣=5500.227kj。 (3)煙塵氧化放熱。 煙塵氧化放熱 q塵=1.6(774020+206670)=5346.13kj 72 56 160 112 (4)爐襯中碳氧化放熱。 根據(jù)假設(shè)的原始條件，爐襯中碳的氧化放熱為： q襯=0.016(9010940+1034420)=212.608kj 將上述項熱收入

30、累加可得到轉(zhuǎn)爐總的熱收入，即 q入 = q鐵水+q氧化+ q成渣+q塵+ q襯 =114427.44+86563.128+5500.227+5346.13+212.608 =212049.533kj 由于石灰、螢石、氧氣等原料均從 24入爐，其帶入的物理熱很少，可以忽略不計。 3.1.3.23.1.3.2 熱支出熱支出 轉(zhuǎn)爐的熱支出包括鋼水和爐渣的物理熱、煙塵、爐氣、鐵珠、噴濺的物理熱以及礦石 的分解熱、廢鋼熔化熱和吹煉熱的損失。 (1)鋼水物理熱 q鋼水。 計算方法與計算鐵水物理熱相同，根據(jù)表 5 和表 14，得 鋼水熔點 tf=1538 - tii =1538-(640.14+40.144

31、+300.014+240.024+7) =1520 出鋼溫度 t出=tf+1t2t3t 式中：為鋼水過熱度，取 70；1t 為澆注前的溫降，取 50；2t 為澆注過程溫降，取 20。3t t出 = 1520+70+50+20 =1660 鋼水物理熱的計算也與鐵水物理熱的計算相同，根據(jù)前計算 100kg 鐵水產(chǎn)生 90.443kg 鋼水、表 3，得 q鋼水=90.4430.699(1520-24)+271.96+0.8368(1660-1520) =129769.064kj (2)爐渣的物理熱 q渣。 根據(jù)前計算、表 3，100kg 鐵水的渣量為 13.6851kg，爐渣溫度取 1660與鋼液溫

32、度相 同，則爐渣帶走的物理熱為： q渣=13.68511.247(1660-24)+209.20 =30781.786kj (3)礦石分解熱 q礦。 根據(jù)表 3 和表 7，得： q礦=1(29.44020+209.20+61.86670) 72 56 160 112 =4013.882kj (4)煙塵物理熱 q塵。 根據(jù)表 3，煙塵溫度與爐氣溫度相同，為 1440，則煙塵帶走的物理熱為： q塵=1.61.0(1440-24)+209.20 =2600.32kj (5)爐氣物理熱 q氣。 q氣=10.6421.136(1440-24)=17118.466kj (6)渣中鐵珠物理熱 q珠。 鐵珠量

33、根據(jù)前計算為 1.095kg，物理熱的計算與鐵水相同，即： q珠=1.0950.744(1520-24)+271.468+0.8368(1660-1520) =1644.300kj (7)噴濺金屬物理熱 q噴。 鐵的噴濺量為 1kg，噴濺熱與鐵珠相同，即： q噴=10.744(1520-24)+271.468+0.8368(1660-1520) =1501.644kj (8)石灰、輕燒白云石分解熱 q分。 石灰、輕燒白云石均有殘留碳酸鹽，如表 2 中的燒堿，石灰為 3.44，輕燒白云石為 4.0，現(xiàn)假定輕燒白云石中的燒堿是由 caco3所致，現(xiàn)計算石灰和輕燒白去石未分解的 co2總量為 63.

34、44+34.0=0.384kg,相當(dāng)于 caco3的量為 0.384=0.873kg。已知 44 100 caco3的分解熱為 1648kj/kg，則碳酸鹽的分解熱為： q分=0.8731648=14387.704kj (9) 吹煉過程熱損失 q損。 吹煉過程熱損失包括爐體和爐口的熱輻射、對流和傳導(dǎo)熱、冷卻水帶走熱等。它隨爐容 大小、操作情況、爐役期長短而異，一般為熱總收入的 38，取 5。得 q損=5212049.533=10602.477kj (10) 廢鋼耗熱 q廢鋼。 廢鋼耗熱等于總的熱收入減去上熱支出，得到富于熱量用加入廢鋼來調(diào)節(jié)，即： q廢鋼=q入-q鋼水-q渣-q礦-q塵-q氣-

35、q珠-q噴-q分-q損 =212049.533-129769.064-30781.786-4013.882-2600.32-17118.466-1644.3- 1501.644-1438.704-10602.477 =12578.89kj 1kg 廢鋼熔化至 1660耗熱=10.699(1520-24)+271.96+08368(1660-1520) =1434.816kj 廢鋼加入量為：12578.89/1434.816=8.77kg 廢鐵鋼比為：100=8 10077 . 8 77 . 8 3.1.3.33.1.3.3 熱平衡表熱平衡表 把全部熱收入和熱支出匯總，得到熱平衡表 15。 表

36、15 熱平衡表 熱收入熱支出 項目熱量/kj項目熱量/kj 鐵水物理熱114427.4453.96鋼水物理熱129769.06461.2 c54480.825.69爐渣物理熱30781.78614.52 si23783.7611.22礦石分解熱4013.8821.89 mn2386.81.23煙塵物理熱2600.321.23 p2384.2981.24爐氣物理熱17118.4668.07 元 素 放 熱 fe3527.471.66鐵珠物理熱1644.300.78 sio24322.3672.04噴濺物理熱1501.6440.71成 渣 熱 p2o51177.860.56石灰、輕燒白云石分解熱1

37、438.7040.68 煙塵氧化放熱2600.321.23吹煉過程熱損10602.4775.00 爐襯 c 放熱212.6080.1廢鋼熔化熱12578.895.93 共計212049.533100共計212049.533100 熱效率=100 熱收入 廢鋼熔化熱礦石分解熱鋼水物理熱 =100 533.212049 89.12578882.4013064.129769 = 69 3.23.2頂吹轉(zhuǎn)爐爐型的設(shè)計及計算頂吹轉(zhuǎn)爐爐型的設(shè)計及計算 轉(zhuǎn)爐爐型是指用耐火材料砌成的爐襯內(nèi)形。轉(zhuǎn)爐的爐型是否合理直接影響著工藝操作、 爐襯壽命、鋼的產(chǎn)量與質(zhì)量以及轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)率。 合理的爐型應(yīng)滿足以下要求： (1)

38、 要滿足煉鋼的物理化學(xué)反應(yīng)和流體力學(xué)的要求，使熔池有強烈而均勻的攪拌； (2) 符合爐襯被侵蝕的形狀以利于提高爐齡； (3) 減輕噴濺和爐口結(jié)渣，改善勞動條件； (4) 爐殼易于制造，爐襯的砌筑和維修方便。 3.2.13.2.1轉(zhuǎn)爐的公稱容量及其表示方法轉(zhuǎn)爐的公稱容量及其表示方法 公稱容量（t） ，對轉(zhuǎn)爐容量大小的稱謂，即平時所說的轉(zhuǎn)爐的噸位。本例以平均出鋼 量（t）表示公稱容量，則轉(zhuǎn)爐的公稱容量為 80t 轉(zhuǎn)爐。 新爐金屬裝入量（g）可由下列公式求出： g = b t 2 2 式中，t 為平均出鋼量； b 為老爐比新爐多產(chǎn)鋼系數(shù)，一般 b=1040大型轉(zhuǎn)爐取下限，小型轉(zhuǎn)爐取 上限，故取 b=

39、10； 為金屬消耗系數(shù)，=，為金屬收得率，取=92。 金 1 金金 g = 83t 1 . 02 802 92 . 0 1 3.2.23.2.2轉(zhuǎn)爐爐型的選擇轉(zhuǎn)爐爐型的選擇 合理的爐型應(yīng)能適應(yīng)爐內(nèi)金屬液、爐渣和爐氣的循環(huán)運動規(guī)律，有利于提高供氧強度 和減少噴濺，從而加快爐內(nèi)物理化學(xué)反應(yīng)，降低原材料消耗，考慮到轉(zhuǎn)爐傾動力矩要小， 爐殼容易制造，爐襯磚砌筑方便，以改善勞動條件。結(jié)合中國已建成的轉(zhuǎn)爐的設(shè)計經(jīng)驗， 采用錐球型轉(zhuǎn)爐。 3.2.33.2.3轉(zhuǎn)爐爐型主要參數(shù)的確定轉(zhuǎn)爐爐型主要參數(shù)的確定 3.2.3.13.2.3.1 爐容比（爐容比（v/tv/t） 爐容比是指轉(zhuǎn)爐爐膛的有效容積 v 與轉(zhuǎn)爐公稱

40、容量 t 之比；單位是 m3/t。它的意義是 指單位公稱容量所占有的爐膛有效容積的大小?？筛鶕?jù)經(jīng)驗公式計算： v = 0.757.5(c)+0.121+0.151 + 0.26 3 )(100si 3 )(100pb 式中，(c)、(si)、(p)分別為鐵水含碳、硅、磷量，； b 為供氧強度，根據(jù)已建成投產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐經(jīng)驗植，取 b=3.5m3/(tmin)。 v =0.75(7.50.0424+0.121+0.151)+0.26 3 0084 . 0 100 3 0014 . 0 1005 . 3 =0.98m3/t 3.2.3.23.2.3.2 高寬比高寬比(h/d)(h/d) 轉(zhuǎn)爐的高寬比是指

41、轉(zhuǎn)爐的高度與直徑之比。以轉(zhuǎn)爐的爐膛的內(nèi)高 h內(nèi)與內(nèi)徑 d內(nèi)之比表 示，常用的是 h/d 表示。可用如下經(jīng)驗公式計算： h/d = 2.65/t0.1 + 0.1b 0.3 式中，t 為轉(zhuǎn)爐公稱容量，t； b 為供氧強度，m3/(tmin)。 h/d = 2.65/(80)0.1 + 0.13.5 0.3 = 1.76 3.2.43.2.4轉(zhuǎn)爐爐型主要尺寸的確定轉(zhuǎn)爐爐型主要尺寸的確定 3.2.4.13.2.4.1 熔池部分尺寸熔池部分尺寸 熔池尺寸計算主要是確定熔池直徑和熔池深度。熔池直徑和熔池深度不是兩個孤立的 尺寸，而是兩個相互制約的尺寸參數(shù)。在設(shè)計時應(yīng)保證熔池直徑與熔池深度之比在一個適 合

42、的范圍內(nèi)，已建成轉(zhuǎn)爐的熔池深度直徑比值在 0.230.54 范圍內(nèi)波動，一般為 0.310.33。 (1)熔池直徑(d)。 熔池直徑(d)是指轉(zhuǎn)爐熔池在平靜狀態(tài)時金屬液面的直徑。利用統(tǒng)計方法，找出現(xiàn)有爐 子直徑和容量之間的關(guān)系，作為計算熔池直徑的依據(jù)。根據(jù)武漢鋼鐵設(shè)計院推薦的公式， 得： d = 0.392t20 式中，t 為轉(zhuǎn)爐公稱容量。 d = 0.392 = 3.92m8020 (2)熔池深度(h0)。 熔池深度是指轉(zhuǎn)爐熔池在平靜狀態(tài)時，從金屬液面到爐底的深度。對于一定容量的轉(zhuǎn) 爐，爐型和熔池直徑確定之后，便可利用幾何公式計算出錐球型轉(zhuǎn)爐熔池深度 h0。 錐球型熔池由倒錐臺和球缺體兩部分

43、組成，利用截錐體積和球冠體積公式，可進行計 算： v池 = ( h0-h1)(d2+dd1+)+ h1(r-) 12 d21 3 0h 式中，h1為缺球體部分的高度； r 為缺球體部分曲率半徑； d 為熔池直徑； d1為倒錐臺底面直徑。 根據(jù)統(tǒng)計，取 r=1.1d，h1=0.09d，d1=0.895d 代入上式化簡后得： v池 = 0.70d2h0 0.0363d3 又根據(jù)熔池定義，熔池體積 v池應(yīng)等于金屬液體積 v金，即 v池=v金 式中，v金為新爐金屬裝入量占有的體積，v金=g/，為金屬液密度，取金金 =7.0t/m3。金 v池=v金=83/7.0=11.912m3 h0=1.32m d

44、d v 2 3 70 . 0 363.00池 ）（ ）（ 92 . 3 70 . 0 92 . 3 0363 . 0 12 2 3 結(jié)合上面求得的熔池直徑和熔池深度，得熔池深度直徑比 h0/d 為： h0/d=1.3/3.92=0.33，符合設(shè)計要求。 3.2.4.23.2.4.2 爐帽部分尺寸爐帽部分尺寸 氧氣轉(zhuǎn)爐一般采用正口爐帽，主要尺寸有爐口直徑、爐帽傾角和爐帽高度。 (1)爐帽傾角。 爐帽傾角是指爐子處于直立位置時，爐帽與水平線之間的夾角。它的大小應(yīng)便于爐 氣的逐漸收縮逸出，以減少爐氣對爐帽襯磚的沖刷侵蝕。根據(jù)已建成投產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐的爐帽傾 角一般為 600680， 大爐子取下限，小爐子取下

45、限。故本例取=650。 (2)爐口直徑 d。 在滿足兌鐵水、加廢鋼和輔助材料、出渣修爐等操作要求的前提下，應(yīng)盡量縮小爐口 直徑，以便減少噴濺、熱量損失和冷空氣的吸入量。一般爐口直徑為： d =(0.430.53)d 大爐子取上限，小爐子取下限。故取 d=0.48d=0.483.92=1.88m (3)爐帽高度 h帽。 爐帽總高度是截錐體高度(h高)與爐口直線段高度(h直)之和。設(shè)置直線段的目的是為 了保持爐口形狀和保護水冷爐口，其高度 h直一般為 300400mm,取 h直=300mm。爐帽高度 的計算公式如下： h帽= h高+ h直 =(d-d)tan +300 2 1 =(3920-188

46、0)tan650+300=2540mm=2.49m 2 1 爐帽的有效容積 v帽為： v帽=v錐+v直 =h錐(d2+dd+d2)+d2h直 12 4 =2.54(3.92)2+3.921.88+(1.88)2+(1.88)20.30 12 14 . 3 4 14 . 3 =18.3m318m3 3.2.4.33.2.4.3 爐身部分尺寸爐身部分尺寸 轉(zhuǎn)爐在熔池面以上、爐帽以下的圓柱體部分稱為爐身。一般爐身的直徑就是熔池直徑。 爐身高度 h身可按下式計算： v身=v總-v帽-v熔 v身=d2h身 4 h身= d v 2 4 身 式中，v總為轉(zhuǎn)爐的有效容積，v總=t。 t v v身=800.98

47、-18-12=48.4m3 h身=4.01m )92 . 3 (14 . 3 4 . 484 2 則爐型內(nèi)高 h內(nèi)=h0+h帽+h身=1.32+2.49+4.01=7.82m 3.2.4.43.2.4.4 出鋼口位置和尺寸出鋼口位置和尺寸 轉(zhuǎn)爐設(shè)置出鋼口的目的是為了便于渣鋼分離，使爐內(nèi)鋼水以正常的速度和角度流入鋼 包中，阻止爐渣流入鋼包，以利于在鋼包內(nèi)進行脫氧合金化作業(yè)和提高鋼的質(zhì)量。其主要 的參數(shù)包括出鋼口位置、出鋼口角度、出鋼口直徑出鋼口長度和出鋼口外徑。 (1) 出鋼口位置。 出鋼口的內(nèi)口應(yīng)設(shè)在爐帽與爐身的連接處。此處在倒爐出鋼時位置最低，鋼水容易出 凈，又不易下渣。 (2) 出鋼口角度。 出鋼口角度是指出鋼口中心線與水平線的夾角。出鋼口角度越小，出鋼口長度就越短， 鋼流長度也越短，可以減少鋼流的二次氧化和散熱損失，并且易對準爐下鋼包車；修砌和 開啟出鋼口方便。出鋼口角度一般為 150250，本例取出鋼口角度為 200。 (3) 出鋼口直徑。 出鋼口直徑可按下列經(jīng)驗公式計算： d出=t75 . 1 63 =8075 . 1 63 =14.2cm0.14m (4) 出鋼口長度。 出鋼口長度一般為出鋼口內(nèi)徑的 78 倍，取出鋼口長度為出鋼口內(nèi)徑的 7 倍，即 l出=d出=70.14=0.98m (5) 出鋼口外徑（襯磚+鋼殼的厚度） 。 出鋼口的外徑一般