提釩轉爐供氧制度的設計 周偉 打印稿

1、攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文）提釩轉爐供氧制度的設計學生姓名： 周 偉 學生學號： 200911103097 院（系）： 資源與環(huán)境工程學院 年級專業(yè)： 2009冶金工程 指導教師： 丁滿堂 副教授 助理指導教師： 二一三年五月攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文) 摘要摘 要供氧制度是控制轉爐提釩的中心環(huán)節(jié)，該制度包括氧槍槍位、噴頭結構、耗氧量、供氧強度、供氧壓力等諸多參數(shù)。轉爐提釩的主要產(chǎn)品為半鋼和釩渣，通過供氧制度的設計來滿足轉爐內(nèi)半鋼碳和提釩溫度的要求，使鐵水中的釩盡可能的氧化進入釩渣，降低半鋼余釩量，提高釩的氧化率。本文主要是對130噸的提釩轉爐的供氧制度的設計。主要內(nèi)容包括提釩方法的介紹，

2、轉爐內(nèi)物料平衡和熱平衡計算，噸鐵氧耗量的設計，供氧量的計算，噴頭出口馬赫數(shù)的確定，喉口直徑的設計，氧槍槍位的設計。設計得到的參數(shù)為：供氧量282.84m3/min，設計氧壓0.793 Mpa，噸鐵氧耗量15.23m3/t，喉口直徑40mm，噴頭出口馬赫數(shù)2.0、噴射擴張段的擴張角度11°，擴張段長度69mm，槍位在1.42.2m之間變化。關鍵詞 氧槍噴頭，轉爐，鐵水，提釩方法，供氧制度II攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文) ABSTRACTABSTRACTOxygen supply system is the central link to control the converter o

3、f vanadium extraction, the system includes the lance position, the nozzle structure, oxygen consumption, oxygen supply intensity, oxygen pressure and other parameters. The main products of the converter of vanadium extraction are steel and vanadium slag, through the design of oxygen supply system to

4、 meet the requirements of the carbon content of the steel and the temperature of vanadium extraction in the converter, the vanadium is oxidized into the vanadium slag as much as possible for increasing vanadium oxidation rate. At the same time, reducing the vanadium content which exist in the semi s

5、teel ,. The main content of this paper is to design the oxygen supply system of 130 tons of vanadium extraction converter. The main contents include analysing the performance of the vanadium slag, the calculation of material balance and heat balance in the converter, design the oxygen consumption of

6、 per ton hot metal, the calculation of the total oxygen supply, selecting the figure of Maher number in the nozzle exit, the design of the throat diameter, the design about the position of the oxygen lance. The design parameters: the amount of oxygen is 282.84 m3, the design oxygen pressure is 0.793

7、 MPa, the oxygen consumption of per ton hot metal is 15.23 m3/t, throat diameter 40 mm, the nozzle exit Mach number is 2.0, the jet expansion segment of the expansion angle is 11 °,the expansion of the length is 69 mm, the position of the lance changes between 1.4 to 2.0 m.Key words Oxygen lanc

8、e nozzle, Converter, Hot metal, Vanadium extraction method, Oxygen supply system 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文) 前言前 言 釩屬貴重金屬，應用范圍廣，經(jīng)濟價值高，是一種極為重要的工業(yè)原料，可廣泛應用于鋼鐵、化工、航空航天、電子工業(yè)、生物和農(nóng)業(yè)等領域。釩在自然界中的分布很廣，約占地殼質量的0.02；但分布極為分散，一般共生在其它金屬礦中，因此釩通常作為副產(chǎn)品來回收。目前釩鈦磁鐵礦是釩的主要礦物資源，該礦物的主要元素是鐵、釩和鈦，先將礦石冶煉成鐵水后，再對鐵水氧化吹煉得到釩渣，釩渣是生產(chǎn)釩及其產(chǎn)品的主要原料。國內(nèi)生產(chǎn)

9、釩渣的工廠主要有承德新新釩鈦股份有限公司和攀枝花鋼鐵集團股份有限公司。 本文主要是對130噸的提釩轉爐的供氧制度的設計。主要內(nèi)容包括釩渣性能的分析，轉爐內(nèi)物料平衡和熱平衡計算，噸鐵氧耗量的設計，噴頭供氧量的計算、噴頭出口馬赫數(shù)的確定、喉口直徑的設計，氧槍槍位的設計。攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文) 目錄目 錄摘 要IABSTRACTII前 言III1 釩的生產(chǎn)概述11.1 釩的提取方法11.1.1 含釩磁鐵礦直接提釩11.1.2 釩渣提釩11.1.3 其他提釩方法11.2 含釩鐵水吹煉提釩11.2.1 轉爐提釩的原理11.3 氧氣頂吹轉爐吹煉提釩21.3.1 鐵水成分的影響21.3.2 釩渣成分

10、的影響31.3.3 留渣操作41.3.4 鐵水溫度的影響41.3.5 供氧制度的影響51.4 其他提釩方法51.4.1 霧化提釩法51.4.2 空氣底吹轉爐提釩法51.4.3 頂?shù)讖痛缔D爐提釩法51.4.4 搖包提釩61.4.5 鐵水包提釩62 提釩轉爐內(nèi)物料平衡和熱平衡計算72.1 原始數(shù)據(jù)72.1.1 金屬料成分及溫度72.1.2 原料成分72.1.3 假設條件72.2 物料平衡計算82.2.1 元素氧化量82.2.2 各元素反應產(chǎn)物及數(shù)量82.2.3 煙塵中鐵及氧耗量102.2.4 爐氣成分和數(shù)量102.2.5 實際氧氣消耗量的計算112.2.6 爐渣帶金屬鐵珠量的計算112.2.7 鋼

11、水量計算112.2.8 物料平衡初算112.3 熱平衡計算122.3.1 冷卻劑的成分122.3.2 各種物質的質量熱容和反應熱效應122.3.3 熱收入項122.3.4 熱量支出項132.3.5 熱平衡初算142.4 1kg氧化鐵皮復合球對物料平衡和熱平衡的影響152.5 實際氧耗量修正153 供氧制度中幾個工藝參數(shù)的設計163.1 氧氣163.2 供氧壓力163.3 噸鐵氧量163.4 供氧吹煉時間174 噴頭的性能以及氧射流對熔池的作用184.1 噴頭的作用和結構特點184.1.1 拉瓦爾噴頭的工作原理184.1.2 噴頭的孔數(shù)184.2 氧槍噴頭氧射流的特征194.3 沖擊區(qū)域與沖擊深

12、度194.4 熔運動池的204.4.1 熔池的攪拌215 氧槍噴頭的設計225.1 氧氣流量的確定225.2 供氧強度的確定225.3 噴嘴出口馬赫數(shù)的選擇225.4 理論氧壓的設計235.5 噴頭孔數(shù)和孔間夾角235.5 喉口直徑的計算245.5 出口直徑的設計245.6 擴張段長度的設計245.7 收縮段長度的設計246 氧槍槍位對吹煉的影響以及槍位的設計256.1 氧槍槍位對熔池攪拌的影響256.2 槍位對熔池溫度的影響256.3 氧槍槍位的設計256.3.1 吹煉各時期槍位的設計256.3.2 整個吹煉過程中槍位的幾種操作方法的設計267 總結27參考文獻28致 謝29攀枝花學院本科畢

13、業(yè)設計(論文) 1 釩的生產(chǎn)概述1 釩的生產(chǎn)概述1.1 釩的提取方法1.1.1 含釩磁鐵礦直接提釩 從含釩磁鐵礦石中直接提取釩的方法也稱為濕法提釩。礦石中V2O5含量為12%，芒硝與破碎精選的精礦粉混合后制成球，在1200的高溫下焙燒，釩轉化為可溶性釩酸鈉。加入硫酸后，釩酸鈉反應轉化成不溶于水的V2O5 。經(jīng)過沉淀過濾后，所得的產(chǎn)物即為提釩產(chǎn)品。1.1.2 釩渣提釩 釩渣提釩是將釩鈦磁鐵礦經(jīng)過高爐或電爐冶煉后得到含釩鐵水，含釩鐵水裝入轉爐、搖包或鐵水包內(nèi)，并向其中通入氧化性氣體，使鐵水中的釩氧化后得到釩渣。釩渣提釩也稱火法提釩，提取釩渣后的鐵水稱為半鋼，半鋼還可進一步冶煉成鋼產(chǎn)品1。1.1.3

14、 其他提釩方法 鉀釩鈾礦中提釩，這種礦石主要是生產(chǎn)金屬鈾，副產(chǎn)品為V2O5。石油及其加工的產(chǎn)物、碳質頁巖中都含有釩，重油、石油焦及其燃燒灰渣可使釩得到富集，也可直接從石油或石油加工產(chǎn)物中提釩9，其中V2O5的質量分數(shù)為535%。含釩的磷酸鹽礦、含釩的粘土礦中也可以提釩。而最近幾十年中還發(fā)現(xiàn)可以從石煤中提釩，我國石煤資源豐富，可開采量大，但石煤中釩的品味相差較大，一般為0.131.00%，品味低于0.5%的占60%，提釩難度較大21。1.2 含釩鐵水吹煉提釩對為0.40.6%的含釩鐵水，要盡可能的將鐵水中的釩氧化進入爐渣，鐵的損耗要降至最低，即半鋼的收得率要高，以降低釩渣生產(chǎn)成本，并且提釩后的半

15、鋼碳含量要盡量高，以滿足下一步煉鋼的要求3。1.2.1 轉爐提釩的原理 轉爐提釩是利用選擇性氧化的原理，通過氧槍噴射出的高速氧射流對轉爐中的含釩鐵水進行攪拌，把鐵水中的釩氧化成穩(wěn)定的釩氧化物，以制取釩渣的一種物理化學反應過程。在反應過程中，通過加入冷卻劑控制熔池溫度在碳釩轉化溫度以下，達到“去釩保碳”的目的2。向轉爐中供氧后，鐵水中的Fe被大量氧化，Si、Mn、V和少量的C也同時被氧化。釩可以氧化成V2O、VO、V2O3、V2O4、V2O5等化合物，其中V2O3和V2O5最穩(wěn)定。反應式為：2V+3/2O2 = (V2O3) 式(1.1)2V+3(FeO) = (V2O3)+3Fe 式(1.2)

16、2V+5O2 = (V2O5) 式(1.3)2V+5(FeO) = (V2O5)+5Fe 式(1.4)為得到高品位的釩渣，要最大限度的將鐵水中的釩氧化進入爐渣，提釩后鐵水中的釩的含量要盡量的低。鐵水中元素的氧化放出大量的熱量使爐溫升高，而爐溫升高不利于釩的氧化。因此要求轉化溫度越低，半鋼中殘余釩含量就越低，才能得到高品位的釩渣。1.3 氧氣頂吹轉爐吹煉提釩 氧氣頂吹轉爐吹煉提釩是從轉爐頂部吹入氧射流，使鐵水中的釩被氧化提釩的方法。氧氣頂吹轉爐吹煉提釩可分為同爐單渣法、同爐雙渣法與轉爐轉爐雙聯(lián)法三種方法。(1)同爐單渣法是在一座轉爐內(nèi)，加入造渣劑后，吹煉含釩鐵水，獲得高氧化鈣低品位的釩渣。(2)

17、同爐雙渣法是在同一座轉爐內(nèi)，不加入堿性造渣材料，而僅加入冷卻劑進行吹煉，當硅錳釩等元素氧化結束，碳焰剛露頭時立刻停氧，倒出釩渣，然后再向該爐內(nèi)加入造渣材料造渣、降碳去磷硫繼續(xù)吹煉成鋼。一般前期稱提釩期，而后期稱煉鋼期。(3)轉爐轉爐雙聯(lián)法是用兩座轉爐吹煉，一座為提釩爐僅加冷卻劑提釩，獲得釩渣和含碳的半成品半鋼，再將半鋼兌入另一座煉鋼轉爐內(nèi)，加入造渣材料等降碳去磷去硫吹煉成鋼。1.3.1 鐵水成分的影響(1)鐵水中釩含量的高低，對釩渣中含量有直接影響。如吹煉=0.20%的鐵水，渣中只有10%；而吹煉=0.40%的鐵水，渣中為16%20%。(2)鐵水中的Si、Mn、Ti等元素的氧化如圖1.1所示，

18、這些元素的氧化會放出大量的熱量使熔池的溫度升高，為碳的快速氧化提供了條件。而碳的氧化降低了釩的氧化率，使半鋼中的余釩含量增加，不利于提釩5。 (3)鐵水中硅含量高會抑制釩的氧化8。反應式如下： Si+O2 = (SiO2) G=946350+197.64T 式(1.5) V+3/4O2=1/2(V2O3) G=601450+118.76T 式(1.6)由以上兩個反應式可知，Si與氧的親合力比V與氧的親合力強。Si被氧化成(SiO2)對釩渣有“稀釋”作用，而Si氧化放熱使提釩所需的低溫熔池環(huán)境時間縮短。并且鐵水Si含量大于0.15%時，使爐渣過稀，出鋼過程中釩渣的收得率降低。因此，鐵水Si含量較

19、高時，將抑制V的氧化，所以要嚴格控制鐵水中Si的含量。 (4)鐵水中含鈦時，會使爐渣粘度增大，使轉爐爐襯和氧槍粘結，影響設備的運行和使用壽命。因此，要控制好提釩鐵水中的鈦含量6。(5)而鐵水中的硫也是對提釩和煉鋼影響較大的元素，因而高爐鐵水或經(jīng)過與脫硫處理的鐵水，在轉入轉爐前要進行扒渣或撇渣操作，使鐵水中的渣量不超過0.5%。圖1.1 鐵水中元素氧化的G-T1.3.2 釩渣成分的影響 (1)釩渣中氧化鈣的影響 釩渣在后續(xù)焙燒工序過程中，渣中的CaO和V2O5會發(fā)生反應，生成不溶于水的CaO·V2O5，影響釩的回收。根據(jù)一些研究者的研究表明，渣中CaO含量每增加1%，V2O5就會損失4

20、.7%9.0；因此/越高，對釩的回收影響越小。而釩渣中的CaO主要來源于鐵水帶入的渣，所以鐵水在加入轉爐前必須將渣盡量除盡10。 (2)釩渣中二氧化硅的影響 釩渣中SiO2含量較高時，焙燒過程中會發(fā)生如下反應， NaCO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 式(1.7) Na2SiO3水解過程中析出SiO2膠質沉淀，影響V2O5浸出液的澄清，最終影響釩的回收。釩渣中的SiO2主要來源于鐵水，冷卻劑的加入也會帶來一些。 (3)釩渣中鐵的影響釩渣中鐵有兩種形態(tài)存在，金屬鐵和氧化鐵。金屬鐵含量過高會使釩渣的后續(xù)處理變困難，氧化鐵的存在會使釩溶解于Fe203中，進而產(chǎn)生釩的流失，降低釩的收得率。釩渣中

21、氧化鐵的含量用表示，釩渣中含量隨氧化鐵含量的增加而降低，當=10%時，為53.2%；當=40%時，為20.4%。但含量過低時，不利于鐵水中元素的氧化，因此要保持適當?shù)暮?。 (4)釩渣中磷的影響 釩渣中的磷的是因鐵水帶入。釩渣中的磷鹽與鈉鹽經(jīng)過焙燒，生成的磷酸鹽溶于水，進而會影響釩的沉淀，也會對產(chǎn)品的性能和質量有較大的影響。1.3.3 留渣操作留渣操作是將上一爐冶煉的終渣在出鋼后留一部分或全部在轉爐內(nèi)，在下一爐冶煉時當作部分初渣使用。轉爐終渣一般具有較高的堿度和(FeO)含量，并且熔點不高，還含有大量的熱理熱16。將這種爐渣留在爐內(nèi)，可加速下一爐爐渣的形成，從而提高轉爐的熱效率。攀鋼轉爐采用

22、留渣操作不僅加速了初期渣的形成，而且也緩解了冶煉過程中溫度不足的矛盾。留渣操作試驗結果見表1.1。表1.1 不同出釩渣操作對半鋼和釩渣質量的影響由表1.1可知:留渣操作與未留渣操作相比，留渣操作的(TFe)降低了4.1%，(V2O5)含量提高了3.3%；留渣操作與未留渣操作的半鋼C、V含量及溫度相差不大。；1.3.4 鐵水溫度的影響 在轉爐吹煉提釩過程中，吹煉前期釩的氧化速率要大于中期和后期。這是因為吹煉前期，轉爐中的渣還未造好，脫碳速度較慢；而中期和后期渣的氧化性較強，脫碳反應激烈，脫碳量大，并且脫碳放出大量的熱量，使爐溫升溫較快。由攀鋼的生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)可知，當爐溫低于1400時，對釩的氧化基

23、本無影響；當溫度高于1400時，半鋼中的余釩量有所增加。所以在吹煉前期是釩的主要氧化階段，大量的釩被氧化進入渣中，氧化量占總量的70%左右。為達到“脫碳保釩”的目的，要將爐溫控制在釩、碳氧化的轉換溫度以下，吹煉釩渣的終點溫度應控制在13401400之間，才能得到品位較高的釩渣和合格的半鋼。1.3.5 供氧制度的影響 供氧制度是在氧槍噴頭結構一定的條件下使氧氣流股最合理地供給熔池，創(chuàng)造良好的物理化學反應條件。供氧制度包括氧槍槍位、供氧強度、耗氧量、噴頭結構、供氧壓力等諸多參數(shù)，該制度是控制吹釩過程的中心環(huán)節(jié)。1.4 其他提釩方法 除了氧氣頂吹轉爐吹煉提釩以外，還有空氣底吹轉爐提釩、霧化法提釩和搖

24、包提釩等方法。1.4.1 霧化提釩法 霧化提釩法是攀鋼19781995年采用的從鐵水吹煉釩渣的方法。煉鐵廠輸送來的鐵水傾翻機將鐵水倒入中間罐，鐵水進行撇渣和整流，然后進入霧化器。霧化器中的高速富氧流股將鐵水擊碎成霧狀，霧狀鐵水和富氧空氣強烈混合，使鐵水和氧的反應界面急劇增大，氧化反應迅速進行。并且壓縮空氣可對反應區(qū)進行非常有效的冷卻，使反應溫度限制在對釩氧化有利的范圍內(nèi)。霧化后的鐵水在反應過程中匯集到霧化室底部通過半鋼出鋼槽進入半鋼罐，釩渣漂浮于半鋼表面形成渣層，最后將半鋼與釩渣分離1112。1.4.2 空氣底吹轉爐提釩法空氣底吹轉爐提釩法是從轉爐底部吹入空氣將鐵水中的釩氧化成釩渣。采用該法生

25、產(chǎn)釩渣的主要是俄羅斯丘索夫冶金工廠，該冶金工廠有三座轉爐，裝料量為1822t/爐。空氣底吹轉爐提釩法的特點是生產(chǎn)效率高，吹煉平穩(wěn)、攪拌強度大、熱利用率高。建設投資少，不需要噴槍、料倉等設置。1.4.3 頂?shù)讖痛缔D爐提釩法 頂?shù)讖痛缔D爐提釩法是將頂吹法和底吹法綜合在一起的提釩方法，頂?shù)讖痛档姆椒ǖ哪康氖菫榱思訌娙鄢財嚢?，改善元素反應的動力學條件，以提高釩氧化率，改善釩渣成分，降低鐵損。該工藝適合于含釩較低的鐵水。攀鋼從2001年已開始復合吹釩實驗，2005年開始進行大規(guī)模實驗，到2008年1月全面推廣復吹提釩方法，取得了很好的效果。 頂?shù)讖痛缔D爐提釩法中頂部吹氧氣，底部吹惰性氣體。采用底吹惰性氣

26、體強化攪拌時，可有效地改善金屬和釩渣的氧化效果，渣中的FeO能有效地參與鐵水中元素的氧化反應，釩進入渣中的速度、釩氧化率、釩回收率及渣中(V2O5)品位都得到提高，同時渣中鐵含量相應降低。反應如下： 3(FeO) + 2V = (V2O3) + Fe 式(1.8) (FeO) + 2C = Fe + CO(g) 式(1.9) C + O = CO(g) 式(1.10)1.4.4 搖包提釩搖包結構與鋼包相似，搖包上口帶有出鐵口，它裝在振動臺架上，呈水平方向搖動，從搖包上口伸入水冷氧槍，進而供氧吹煉提釩。南非海威爾德鋼釩公司曾經(jīng)采用搖包法提釩，該廠的生產(chǎn)流程為：回轉窯直接還原得到金屬化球團裝入電爐

27、煉鐵，得到的鐵水再裝入搖包內(nèi)提釩，提釩后的半鋼倒入轉爐內(nèi)煉鋼4。 搖包提釩優(yōu)點是不占用煉鋼設備，使用壽命長，設備簡單，渣鐵分離較好，釩、鐵回收率高，釩氧化率高。但提釩處理時間長，產(chǎn)量低，耗氧高。1.4.5 鐵水包提釩 鐵水包提釩有兩支槍，一支為氧槍，其位置在鐵水包中心，噴咀距熔池表面500mm。另一支為氮槍，吹氮氣攪拌熔池，其位置在鐵水包中心和邊緣之間，槍插入鐵水中，距離鐵水包底部500mm。鐵水包包蓋上有三個孔，分別為氧槍孔、氮槍孔和冷卻劑加入孔。冷卻劑是用氧化鐵制成的顆粒。吹煉過程圖1.3所示：圖1.3 鐵水包提釩吹煉過程30攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文) 2 提釩轉爐內(nèi)物料平衡和熱平衡計

28、算2 提釩轉爐內(nèi)物料平衡和熱平衡計算2.1 原始數(shù)據(jù)2.1.1 金屬料成分及溫度 金屬料成分及溫度如表2.1所示：表2.1 金屬料成分及溫度種類C/%Si/%Mn/%P/%S/%Ti/%V/%溫度/鐵水4.50.160.080.0700.0130.230.301290含釩生鐵塊4.310.100.120.0590.050.280.324252.1.2 原料成分 渣料和爐渣成分如表2.2所示：表2.2 渣料和爐渣成分種類CaO/%SiO2/%MgO/%Al2O3/%S/%P/%CaF2/%TiO2/%Fe2O3/%C/%石英砂0.395.961.541.420.020.02001.50鎂質爐襯1

29、.50.578.61.00000018.42.1.3 假設條件 (1)轉爐鐵水130噸，含釩生鐵塊為金屬料裝入量的5%，鐵水為金屬料裝入量的95%。 (2)金屬中碳總量的75%氧化成CO，25%的碳氧化成CO2。 (3)渣中鐵珠量為渣量的8%。 (4)噴濺量極少，因此可以忽略。 (5)爐氣平均溫度為1450自由氧含量為0.5%。 (6)煙塵量為1.16%，其中FeO=70%，F(xiàn)e2O3=20%。 (7)氧氣純度為99.6%，0.4%的氮氣。 (8)進入爐渣的耐火材料量為金屬量0.05%，其中爐襯侵蝕量為0.03%，補爐料為0.02。 (9)每100kg金屬料加入石英砂1.20kg，鐵水帶入渣量

30、為0.52kg， (10)氧氣利用率為75%，吹煉時間為7min。2.2 物料平衡計算2.2.1 元素氧化量金屬料氧化量如表2.3所示：表2.3 金屬料氧化量種類C/%Si/%Mn/%P/%S/%Ti/%V/%鐵水/95%4.5×950.16×950.08×950.070×950.013×950.23×950.30×95含釩生鐵塊/5%4.31×50.10×50.12×50.059×50.05×50.28×50.324×5半鋼3.850.02痕跡0.068

31、0.014痕跡0.04氧化量/%0.6410.1370.0820.0010.0010.2330.2612.2.2 各元素反應產(chǎn)物及數(shù)量 各元素反應產(chǎn)物及數(shù)量如表2.4所示：表2.4 各元素反應產(chǎn)物及數(shù)量元素產(chǎn)物氧化量/kg氧耗量/kg氧化產(chǎn)物量/kgCCO0.641×75%=0.4810.481×=0.6410.481×=1.122CO20.641×25%=0.1600.160×=0.4270.160×=0.587SiSiO20.1370.137×=0.1570.137×=0.294MnMnO0.0820.082&

32、#215;=0.0240.082×=0.106PP2O50.0010.001×=1.290×10-30.001×=2.290×10-3SSO20.001×=3.33×10-43.33×10-4×=3.33×10-43.33×10-4×=6.66×10-4CaS0.001-3.33×10-4=6.67×10-406.67×10-4×=1.501×10-3TiTiO20.2230.223×=0.1490.223

33、×=0.372VV2O50.2610.261×=0.2050.261×=0.466FeFeO0.2180.218×=0.0600.280Fe2O30.0650.065×=0.0280.093合計1.6391.691 注：氣化脫硫占總脫硫量的，F(xiàn)eO和Fe2O3由渣量反算 爐渣的重量及成分如表2.5所示：表2.5 爐渣的重量及成分項目氧化產(chǎn)物量/kg石英砂/kg鎂質爐襯/kg合計/kgCaO01.20×0.3%=0.0040.05×1.5%=0.0010.005MgO01.20×1.54%=0.0180.05

34、5;78.6%=0.0390.057SiO20.2941.20×95.96%=1.152微量1.446P2O52.290×10-3000.002MnO0.106000.106Al2O31.20×1.42%=0.01700.017CaF2000CaS0.002000.002S微量00P微量00V2O50.446000.446TiO20.372000.372Fe2O30.0841.20×1.5%=0.01800.102FeO0.252000.252C00.05×18.4%=0.0090.009 由表4和表5可知除了FeO和Fe2O3以外的熔渣量為：

35、 += 1.446+0.005+0+0.106+0.057+0.002+0.017+0.002+0.446+0.372=2.453 又知終點渣成分中+=9%+3%=12% 則其他成分占百分比為（100%-12%）=88% 熔渣量為=2.788kg 總渣量=熔渣量+鐵水帶入的渣量=2.788+0.52=3.308kg 其中：FeO量為3.108×9%=0.280kg Fe量為0.280×=0.218kg 又Fe2O3量為3.108×3%=0.093kg Fe量為0.093×=0.065kg2.2.3 煙塵中鐵及氧耗量 煙塵氧耗量=煙塵中FeO和Fe2O3氧

36、耗量 =1.16×70%×+1.16×20%× =0.250kg 煙塵帶走鐵量=1.16×70%×+1.16×20%× =0.794kg2.2.4 爐氣成分和數(shù)量 爐氣成分和數(shù)量如表2.6所示：表2.6 爐氣成分和數(shù)量成分質量/kg體積(標態(tài))/m3CO1.1381.138×=0.910CO20.6000.600×=0.305SO26.66×10-46.66×10-4×=2.331×10-4O28.764×10-36.135×10-3N

37、26.851×10-35.481×10-3合計1.754 爐氣中CO2量=金屬中C氧化產(chǎn)物+鎂質爐襯中C氧化產(chǎn)物 =0.587+0.009×25%×=0.600kg 爐氣中CO量=金屬中C氧化產(chǎn)物+鎂質爐襯中C氧化產(chǎn)物 =1.122+0.009×75%×=1.138kg 爐氣中SO2量是由氣化脫硫而來，石英砂帶入的S氣化脫硫量忽略不計。 自由O2和N2由上述爐氣成分用以下步驟反算： 已知氧氣純度為99.6%，爐氣中自由氧的體積比為0.5%，求自由氧和純氧氣體積。 設在爐氣總體積中，自由氧體積（標態(tài)）占x m3,氮氣體積（標態(tài)）占y m

38、3。 x=爐氣總量×0.5%=(C氧化產(chǎn)物量+S氧化產(chǎn)物量+x+y)×0.5% =(0.910+0.305+2.331×10-4+x+y)×0.5% y=供氧氣總量×(1-99.6%)=(1.691+0.250)+x+y×0.4% 解以上方程可得：自由氧體積（標態(tài)）x=6.135×10-3 m3,相當于 6.135×10-3×=8.764×10-3kg 氮氣體積（標態(tài)）y=5.481×10-3 m3,相當于 5.481×10-3×=6.851×10-3kg

39、 CaO生成CaS放出氧量6.66×10-4×=3.33×10-4kg 則氧氣消耗量為8.764×10-3kg-3.33×10-4=8.431×10-3kg2.2.5 實際氧氣消耗量的計算 實際氧耗量=元素氧化氧耗量+煙塵氧耗量+爐氣自由氧+氧氣中氮含量=(1.691+0.250+8.431×10-3+6.851×10-3)/75%=2.608kg 每100kg金屬料實際消耗氧氣體積（標態(tài)）=（1.691+0.250+8.431×10-3）×+6.851×10-3×/75%=

40、1.827m3/100kg=18.27m3/t2.2.6 爐渣帶金屬鐵珠量的計算 爐渣帶金屬鐵珠量的計算=3.108×8%=0.249kg2.2.7 鋼水量計算鋼水=100-(元素氧化量及脫硫量+煙塵鐵損量+爐渣中金屬鐵珠量)=100-(1.639+0.794+0.249)=97.318kg2.2.8 物料平衡初算 物料平衡初算表如表2.7所示：表2.7 物料平衡初算表收入支出項目質量/kg項目質量/kg鐵水95.000鋼水97.318含釩生鐵塊5.000爐渣3.308鎂質爐襯0.050爐氣1.754石英砂1.200煙塵1.160氧氣2.608金屬鐵珠0.249合計103.858合計

41、103.789 ×100%=×100%=-0.066%2.3 熱平衡計算2.3.1 冷卻劑的成分冷卻劑的成分如表2.8所示：表2.8 冷卻劑的成分種類CaO/%SiO2/%P/%TFe/%TiO2/%MFe/%氧化鐵皮復合球0.48.30.04620.2329.032.3.2 各種物質的質量熱容和反應熱效應 各種物質的質量熱容如表2.9所示：表2.9 各種物質的質量熱容項目固態(tài)平均質量熱容/kJ·(kg·)-1熔化潛熱/kJ·kg-1液態(tài)或氣態(tài)平均質量熱容/kJ·(kg·)-1鐵水0.7452180.837半鋼0.69927

42、20.837爐渣2091.247爐氣1.141爐塵2090.996氧化鐵皮復合球1.0202092.3.3 熱收入項反應熱效應如表2.10所示：表2.10 反應熱效應反應式H/kJ·kg-1C+O2(g)=CO(g)11637C+O2(g)=CO2(g)34824Mn+O2(g)=(MnO)6593Si+O2(g)=(SiO2)291772P+O2(g)+4(CaO)=4(CaO·P2O5)358742Fe+O2(g)=(Fe2O3)6459Fe+O2(g)=(FeO)4249(SiO2)+2(CaO)=2(CaO·SiO2)16202V+5(FeO)=(V2O5

43、)+5Fe15407Ti+O2(g)=(TiO2)11792 (1)鐵水凝固點溫度 =1535-(100×4.5+8×0.16+5×0.08+30×0.070+25×0.013+2×0.30+20×0.23)-7=1068 鐵水物理熱 =95×0.745×(1068-25)+218+0.837×(1290-1068)=112180.655kJ(2) 金屬中各元素氧化熱 金屬中各元素氧化熱如表2.11所示：表2.11 金屬中各元素氧化熱元素氧化產(chǎn)物/kg氧化量/kg熱效應值/kJCCO0.641&

44、#215;75%=0.4810.481×11637=5597.397CO20.641×25%=0.1600.160×34824=5571.840SiSiO20.1370.137×29177=3997.249MnMnO0.0820.082×6593=540.626P4CaO·P2O50.0010.001×35874=35.874SiO22CaO·SiO21.4461.446×1620=2342.520TiTiO20.2230.223×11792=2629.616VV2O50.2610.261

45、15;15407=4021.227FeFeO0.2180.218×4249=926.282Fe2O30.0650.065×6459=419.835合計1.63926082.466(3)煙塵氧化熱煙塵氧化熱如表2.12所示：元素氧化產(chǎn)物/kg氧化量/kg熱效應值/kJFeFeO1.16×70%×=0.6310.631×4249=2683.480FeFe2O31.16×20%×=0.1620.162×6459=1048.942合計0.7943732.422表2.12 煙塵氧化熱 (4)熱量總收入 熱量總收入=11218

46、0.655+26082.466+3732.422=141995.543kJ2.3.4 熱量支出項 (1)鋼水物理熱 鋼水凝固點 =1535-(65×3.85+8×0.02+5×0+30×0.068+25×0.014+2×0.04+20×0)-7 =1275 鋼水物理熱 =97.318×0.699×(1275-25)+272+0.837×(1390-1275)=120869.443kJ (2)爐渣物理熱終點爐渣溫度比終點鋼水溫度低20左右,因此終點爐渣溫=1390-20=1370 爐渣物理熱=3.

47、108×1.124×(1370-25)+209=5348.184kJ (3)爐氣物理熱 爐氣物理熱=1.754×1.141×(1450-25)=2851.872kJ (4)爐塵物理熱 爐塵物理熱=1.16×0.996×(1450-25)+209=1888.828kJ (5)爐渣中金屬鐵珠帶走熱量 =0.249×0.699×(1275-25)+272+0.837×(1370-1275)=305.838kJ(6)石英砂分解熱1kg石英砂分解熱為2725.43kJ，因此1.2kg石英砂的分解熱為： =1.2&#

48、215;2725.43=3270.516kJ (7)其他熱損失 在吹煉過程中有對流和輻射熱量，冷卻水帶走熱量以及傳導導熱等熱損失的存在，這些部分的熱損失占熱量總收入的46%，本設計中為4%。 其他熱損失=141995.543×4%=5679.822kJ (8)熱量總支出 =120869.443+5348.184+2851.872+1888.828+305.838+3270.516+5679.822 =140214.503kJ 富余熱量=熱量總收入熱量總支出=141995.543-140214.503=1781.040kJ2.3.5 熱平衡初算 熱平衡初算表如表2.13所示：表2.13

49、 熱平衡初算表熱量收入熱量支出項目熱量/kJ項目熱量/kJ鐵水物理熱112180.655鋼水物理熱120869.443C元素氧化熱11169.237爐渣物理熱5348.184Si元素氧化熱3997.249爐氣物理熱2851.872Mn元素氧化熱540.626煙塵物理熱1888.828P元素氧化熱35.874金屬鐵珠物理熱305.838Fe元素氧化熱1346.117石英砂物理熱3270.516Ti元素氧化熱2629.616其他熱損失5679.822V元素氧化熱4021.227煙塵氧化熱3732.422SiO2成渣熱2342.520合計141995.543合計140214.503熱量富余1781.

50、0402.4 1kg氧化鐵皮復合球對物料平衡和熱平衡的影響 (1)渣量增加：1×(100-91.03)%=0.090kg 總渣量增加量=0.102kg (2)氧耗量減少 氧化鐵皮復合球分解供氧量=1×91.03%×=0.273kg 渣中鐵氧化氧耗量=0.102×(9%×+3%×)=0.003kg 總純氧耗量減少量=0.273-0.003=0.270kg 總氧氣耗減少量=0.271kg2.5 實際氧耗量修正 1kg氧化鐵皮復合球分解放出的熱量為1484.2kJ。 氧化鐵皮復合球加入量=1.2kg 總氧氣耗減少量=0.271×1

51、.2=0.325kg 氧氣減少帶來的氮氣減少量=0.271×0.4%=1.084×10-3kg 實際氧耗量=2.608-0.325=2.283kg每100kg金屬料實際消耗氧氣體積（標態(tài)）=(1.691+0.250+8.431×10-3-0.325)×+(6.851-1.084)×10-3×/75%=1.523m3/100kg=15.23m3/t攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文) 3 供氧制度中幾個工藝參數(shù)的設計3 供氧制度中幾個工藝參數(shù)的設計3.1 氧氣氧氣是轉爐提釩煉鋼中的主要氧化劑，是控制整個吹煉過程的關鍵，是保證雜質去除、熔池升溫

52、、控制噴濺、去除鋼中氣體與夾雜物的重要條件，并且關系到終點的控制和爐襯的壽命。提釩轉爐所用的氧氣是通過空氣分離而制取的，空氣中含有20.9%的氧氣、78%的氮氣、1%的稀有氣體以及其他成分。在一個標準大氣壓下，空氣、氧氣和氮氣的物理性質如表3.1所示：表3.1 氣體的物理性質空氣氮氣氧氣密度/kg·m-31.2931.25061.429熔點/-209.86-218沸點/-193-195.8-183 由表3.1可知，氧氣和氮氣的沸點不同，因此可以讓空氣液化后，再加熱蒸餾，使沸點較低的液氮先蒸發(fā)成氮氣而逸出，而剩下的液態(tài)空氣中的氧濃度較高，將富氧液態(tài)空氣繼續(xù)蒸發(fā)，最后可以得到液態(tài)的工業(yè)純氧17。液態(tài)氧經(jīng)過氣化后得到的氧氣純度為98%99.6%，并且氧氣純度越高，對轉爐吹煉提釩越有利，得到的鋼的質量越好。本設計中的氧氣純度選擇99.6%。3.2 供氧壓力 供氧壓力是指供氧管路測定點的氧氣壓力。出口氧壓用P來表示，噴嘴前的氧壓用P0來表示。在吹煉過程中，若氧槍出口處的氧壓高于或者小于轉爐中的氣壓時，出口后的氧氣流股會產(chǎn)生膨脹或者收縮，氧流變得混亂，并且使氧流的能量損失較大，不利于轉爐提釩的吹煉17。因此在保證射流出口速度達到超音速，并使噴頭出口處氧壓稍高于爐膛內(nèi)爐氣壓力才可獲得穩(wěn)定的射流，而不