畢業(yè)設(shè)計(jì)28108

1、摘要本文涉及內(nèi)容為年產(chǎn)70萬(wàn)噸良錠電弧爐煉鋼車(chē)間設(shè)計(jì)。根據(jù)高等院校冶金工程專(zhuān)業(yè)鋼鐵廠設(shè)計(jì)原理,通過(guò)廣泛參考有關(guān)文獻(xiàn)資料,簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)煉鋼技術(shù)的發(fā)展歷程、電弧爐煉鋼的特點(diǎn)、未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。本文的重點(diǎn)是,通過(guò)物料平衡和熱平衡的計(jì)算、爐型設(shè)計(jì)與計(jì)算,確定了合理的生產(chǎn)工藝，完成了主要設(shè)備的選擇與計(jì)算、煙氣凈化系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)，繪制了電弧爐和煉鋼車(chē)間等剖面圖紙，最后成功完成年產(chǎn)70萬(wàn)噸良錠電弧爐煉鋼車(chē)間設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：物料平衡，熱平衡，爐型，車(chē)間設(shè)計(jì)，電弧爐，連鑄第一章 緒論1.1電弧爐發(fā)展史電爐是在電發(fā)明之后的1899年，由法國(guó)的海勞爾特在玻利維亞發(fā)明的。它被建在阿爾卑斯山的峽谷中，原因是在距它不遠(yuǎn)處

2、有一個(gè)火力發(fā)電廠。電能具有清潔、高效、方便等優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)發(fā)展的優(yōu)選能源。19世紀(jì)中葉以后，大規(guī)模實(shí)現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)換的冶煉裝置陸續(xù)出現(xiàn)：1879年，William Siemens首次進(jìn)行了使用電能融化鋼鐵爐料的實(shí)驗(yàn)，1889年出現(xiàn)了普通感應(yīng)煉鋼爐，1900年法國(guó)人P.L.T.Heroult設(shè)計(jì)的第一臺(tái)煉鋼電弧爐突入生產(chǎn)。從此電弧爐煉鋼在一百年中得到了充分的發(fā)展，目前已經(jīng)成為最重要的煉鋼方法之一。電弧爐的出現(xiàn)，開(kāi)發(fā)了煤的替代能源使廢鋼開(kāi)始能回收再利用，為可持續(xù)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。1在國(guó)際上，電弧爐裝備技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段，20世紀(jì)70年代，常規(guī)交流超高功率電爐及其配套技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，使電爐的

3、生產(chǎn)效率大大提高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大大改善。20世紀(jì)80年代，直流電弧爐得到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。20世紀(jì)80年代后期至90年代中期，利用高溫廢氣對(duì)廢鋼和CO進(jìn)行預(yù)熱后再燃燒的技術(shù)，以及用化學(xué)能代替部分電能的各種節(jié)能電爐技術(shù)被成功開(kāi)發(fā)并應(yīng)用。 我國(guó)電爐煉鋼在20世紀(jì)80年代以前一直處于落后的狀態(tài)，當(dāng)時(shí)全國(guó)有3000多座容量為3噸-30噸的小電爐，功率水平普遍不大于350kVAt。這些小電爐多采用落后的“老三段”冶煉工藝(即在電爐內(nèi)完成熔化、氧化、還原三步冶煉任務(wù))，電爐生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、能源消耗高、生產(chǎn)過(guò)程污染嚴(yán)重。我國(guó)電爐鋼生產(chǎn)能力在90年代得到發(fā)展，從90年代中期的2000萬(wàn)噸/年提高到20

4、11年的6800萬(wàn)噸/年，與此同時(shí)電爐煉鋼產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也得到明顯改善。電爐煉鋼的發(fā)展經(jīng)歷了普通功率電弧爐高功率電弧爐超高功率電弧爐的過(guò)程，其冶金性能也隨之發(fā)生了革命性的變化，由傳統(tǒng)的制作發(fā)展為能提供初煉鋼水的二期操作。2 現(xiàn)在國(guó)外，最大容量的交流電弧爐，美國(guó)為350t、日本為250t、英國(guó)和俄羅斯都為200t、西德為175t。直流電弧爐方面，以日本的130t單電極和法國(guó)82.5t的三電極為最大。國(guó)內(nèi)迄今為止還沒(méi)有一臺(tái)自制的交流超高功率電弧爐，合作生產(chǎn)的百?lài)嵓?jí)的電弧爐正在進(jìn)行。直流電弧爐方面，自從太原重型機(jī)器廠雙電極的投產(chǎn)后，西安電磁機(jī)械廠在設(shè)備上作了改進(jìn)，增設(shè)了磁鏡線圈，已制成W TD系

5、列、容量為90t以下的雙電極直流電弧爐產(chǎn)品。株洲電爐廠也有類(lèi)似產(chǎn)品。由此可以說(shuō)在國(guó)外，交流超高功率電弧爐已趨成熟，并向直流電弧爐方向發(fā)展。而在國(guó)內(nèi)交流超高功率電弧爐還剛起步不久，直流電弧爐也處在初創(chuàng)階段，相比之下差距可見(jiàn)。電弧爐煉鋼自問(wèn)世以來(lái)，呈不斷增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，迄今為止占世界總鋼產(chǎn)量達(dá)31%以上，且保持著繼續(xù)上升的態(tài)勢(shì)。我國(guó)電弧爐鋼產(chǎn)量近幾年也在不斷攀升。2007年我國(guó)電弧爐煉鋼產(chǎn)量達(dá)到5843萬(wàn)噸，己超過(guò)電弧爐鋼生產(chǎn)大國(guó)美國(guó)，比德國(guó)、韓國(guó)全年鋇產(chǎn)量還要多，但我國(guó)相對(duì)焦煤資源較多、人力成本較低、廢鋼資源積累有限、電力資源價(jià)格仍較高，所以電弧爐鋼產(chǎn)量增幅遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度，比例呈下降

6、趨勢(shì)。全球電弧爐鋼產(chǎn)量呈不斷上升的趨勢(shì)，很大一部分也是得益于電弧爐煉鋼技術(shù)和裝備技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步。 近年來(lái)，電弧爐短流程鋼廠的生產(chǎn)技術(shù)有了眾多新發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。31)形成了電弧爐冶煉連鑄“三位一體”或電路冶煉連鑄連軋“四位一體”的現(xiàn)代化電弧爐流程。2)電弧爐功能逐漸變?yōu)槌鯚挔t技術(shù)的不斷進(jìn)步，改變和結(jié)束了原電弧爐的熔時(shí)長(zhǎng)(3個(gè)多小時(shí))、老三期操作(熔化期、氧化期、還原期)以及產(chǎn)量低、渣量大、爐容小、成本高的狀況。 3)生產(chǎn)品種的增加，從起初的長(zhǎng)材、扁平材到如今的高附加值產(chǎn)品進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)的電弧爐短流程鋼廠開(kāi)始生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。如：美國(guó)新建Severcorr鋼廠以生產(chǎn)汽車(chē)板為主

7、，俄羅斯聯(lián)合冶金公司Vyksa廠主要生產(chǎn)用于北極及其他高寒地區(qū)的管線鋼。我國(guó)天津無(wú)縫鋼管公司、衡陽(yáng)鋼管公司、舞陽(yáng)鋼鐵公司在無(wú)縫鋼管和高質(zhì)量特厚鋼板生產(chǎn)方面也表現(xiàn)突出。4)短流程鋼廠規(guī)模不斷擴(kuò)大化，俄羅斯馬格尼托哥爾斯克鋼鐵公司和土耳其Atlas合資建設(shè)的Atlas公司，配置了一臺(tái)300t超高功率交流電弧爐，年鋼產(chǎn)量240萬(wàn)t。土耳其Colakoglu鋼廠已建成一臺(tái)裝有特大功率變壓器(240MVA+200)、出鋼量約320t的電弧爐，年產(chǎn)鋼能力200萬(wàn)t/a(現(xiàn)已達(dá)到月產(chǎn)21萬(wàn)t鋼)。5)原料多樣化，采用CORER/DR裝置供給CORER鐵水及直接還原鐵作為電弧爐原料，例如，南非薩爾達(dá)尼亞廠設(shè)置

8、C-2000COREX及Midrex爐和印度埃薩公司Hazira廠，在原有的Midrex裝置基礎(chǔ)上新建兩臺(tái)CORER-2000裝置，用以生產(chǎn)熱軋帶鋼。近年來(lái)SMS公司和Midrex技術(shù)公司，聯(lián)合推出了從鐵礦石到熱軋帶的電弧爐短流程鋼廠。據(jù)介紹，該工藝流程較傳統(tǒng)高爐轉(zhuǎn)爐流程具有更高的能源利用效率，且二氧化碳排放量能減少一半。阿曼Shadeed鋼鐵公司近日向Midrex技術(shù)公司訂購(gòu)直接還原煉鐵裝置，可提供700熱直接還原鐵。在缺乏天然氣資源的地區(qū)，最近已開(kāi)發(fā)出用煤制氣，作為直接還原煉鐵裝置的還原氣體，建設(shè)聯(lián)合小鋼廠。 印度Jindal公司建設(shè)一座年產(chǎn)DRI200萬(wàn)t的Danarex裝置，用煤制氣為

9、還原劑，反應(yīng)器直徑7m,用60%-100%球團(tuán)礦和0-40%塊礦為原料，產(chǎn)品金屬化率達(dá)93%以上。1.2電弧爐煉鋼工藝的進(jìn)步傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼操作集爐料融化、鋼液精煉和合金化于同一池內(nèi)，它經(jīng)過(guò)了熔化期、氧化期和還原期，這使得電弧爐內(nèi)既要完成融化，又要完成脫碳化、脫磷工序，還要進(jìn)行脫氧、脫硫、升溫的、去氣、去夾雜、合金化以及溫度和成分的調(diào)整，因而冶煉的周期長(zhǎng)，既難保證對(duì)鋼材越來(lái)越嚴(yán)格的質(zhì)量要求，又限制了電弧爐煉鋼生產(chǎn)率的提高?，F(xiàn)在，電弧爐煉鋼工藝只保留了融化、升溫和必要的精煉操作，如：脫磷、脫碳，而把其余的精煉過(guò)程均轉(zhuǎn)移到二次精煉工序中進(jìn)行。電弧爐煉鋼工藝上的改進(jìn)提高了電弧爐設(shè)備的能力，使其能夠以

10、盡可能大的功率進(jìn)行融化、升溫操作，將需要較低功率的操作轉(zhuǎn)移到鋼包精煉爐內(nèi)進(jìn)行。越來(lái)越完善的二次精煉技術(shù)，完全能滿(mǎn)足鋼液清潔度和嚴(yán)格的成分與溫度控制要求。1.3電弧爐煉鋼的特點(diǎn)： 1）電能為熱源，避免了燃料燃燒對(duì)鋼液的污染，熱效率可達(dá)65%以上。2）冶煉熔池溫度高且容易控制，滿(mǎn)足冶煉不同鋼種的要求。3）電熱轉(zhuǎn)換時(shí)，輸入熔池功率容易調(diào)節(jié)，因而容易實(shí)現(xiàn)熔池加熱制度的自動(dòng)化，操作方便。4）電弧爐煉鋼可以消化廢鋼，是一種資源回收再利用的過(guò)程，也是處理污染的環(huán)保鋼技術(shù)，它相當(dāng)于鋼鐵工業(yè)和社會(huì)廢鋼的回收工具。由于鋼鐵良好的可再生性及環(huán)境、資源和能源等方面日益苛刻的要求，使得盡可能多的提高廢鋼的利用率成為國(guó)際

11、趨勢(shì)。廢鋼如果得不到有效的回收和利用，將會(huì)成為巨大的潛在環(huán)境污染源。有些甚至可以對(duì)水質(zhì)、土壤構(gòu)成嚴(yán)重威脅。大量腐蝕的鋼鐵廢料，不但造成資源的浪費(fèi)，也將會(huì)造成嚴(yán)重的粉塵污染。廢鋼的堆積本身也會(huì)給環(huán)境帶來(lái)不利影響： 5)煉鋼過(guò)程的煙氣污染和噪音污染容易得到控制。 6)設(shè)備簡(jiǎn)單，煉鋼流程短，占地少，投資省，建廠快，生產(chǎn)靈活。當(dāng)今鋼鐵生產(chǎn)可分為“從礦石到鋼材”和“從廢鋼到鋼材”兩大流程。相對(duì)于煉鋼聯(lián)合企業(yè)中以高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼為代表的常規(guī)流程而言，以廢鋼為主要原料的電弧爐煉鋼生產(chǎn)線具有工序少、投資低和建設(shè)周期短的特點(diǎn)，因而被稱(chēng)為短流程。近年來(lái)，短流程特別指那些電弧爐煉鋼與連鑄連軋相結(jié)合的緊湊生產(chǎn)流程。在投資

12、、效率和環(huán)保等方面，以電弧爐為代表的短流程煉鋼具有明顯的優(yōu)越性。1.4出鋼設(shè)備 出鋼口一般開(kāi)在爐身上，并裝有內(nèi)襯耐火材料的出鋼槽。這樣的出鋼口出鋼時(shí)，爐子的傾角必然較大，水冷電纜較長(zhǎng)，電損失較大。為此，現(xiàn)在已經(jīng)研制出一種新型的爐底出鋼爐。其出鋼口類(lèi)似于盛鋼桶。 爐底出鋼電弧爐具有許多優(yōu)點(diǎn):因大大減少了爐子的傾角，傾動(dòng)機(jī)構(gòu)、爐子基礎(chǔ)等均大為簡(jiǎn)化；可縮短水冷電纜，提高電效率；擴(kuò)大水冷爐壁面積，節(jié)省耐火材料，剛流集中，流程短，出鋼時(shí)間短，可降低出鋼溫度減少鋼水吸氮量、縮短冶煉周期等。因此迅速得到推廣應(yīng)用。41.5電弧爐煉鋼的發(fā)展趨勢(shì) 電弧爐煉鋼工藝技術(shù)的發(fā)展可以從電弧爐煉鋼技術(shù)和電弧爐裝備技術(shù)兩大方

13、面進(jìn)行推進(jìn)，電弧爐煉鋼技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面: 41,繼續(xù)加強(qiáng)電弧爐的高效化生產(chǎn)操作，為縮短冶煉周期形成系統(tǒng)綜合控制，采用先進(jìn)技術(shù)保證鋼質(zhì)量最優(yōu)。在綜合消耗最低的前提下，最大限度的縮短冶煉周期。包括:電弧爐以氮代氫全程底吹技術(shù)、低氮電弧爐鋼生產(chǎn)技術(shù)、終點(diǎn)控制技術(shù)、優(yōu)化供電技術(shù)、爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化和不延長(zhǎng)冶煉周期的DRI, HBI加入工藝技術(shù)等。2,優(yōu)化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本。在鋼鐵生產(chǎn)中，成本是決定性因素，必須降低成本以促進(jìn)電弧爐鋼的發(fā)展。優(yōu)化生產(chǎn)工藝、加強(qiáng)精細(xì)管理與操作，從優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)、降低鋼鐵料消耗、添加合金精礦和還原劑實(shí)現(xiàn)直接合金化、廢鋼渣的回收利用等方面入手以追求工序成本和保障

14、系統(tǒng)成本最低。 3,優(yōu)化電弧爐煉鋼流程 ，要實(shí)現(xiàn)電弧爐的高效化生產(chǎn)，縮短冶煉周期是核心，而前提則是流程優(yōu)化。例如，我國(guó)安鋼采用了高爐鐵水鐵水罐扒渣100t電弧爐脫磷無(wú)渣出鋼轉(zhuǎn)爐少渣吹煉LF爐精煉連鑄接高線、型棒和2800mm中厚板軋機(jī)的流程，把車(chē)間現(xiàn)有超高功率電弧爐變成了鐵水預(yù)處理爐。 4,優(yōu)化品種結(jié)構(gòu)，優(yōu)化生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品對(duì)于電弧爐冶煉鋼種的品種結(jié)構(gòu)。目前主要的優(yōu)化方向應(yīng)著眼于轉(zhuǎn)爐流程不適合生產(chǎn)的高合金鋼、高溫合金和大鍛件等。轉(zhuǎn)爐流程能夠生產(chǎn)目前在國(guó)內(nèi)產(chǎn)量還不高的一些合金鋼種。過(guò)去僅能用轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)的現(xiàn)代電弧爐亦能生產(chǎn)的一些品種，如高附加值的板材(薄板、中板、厚板)、優(yōu)質(zhì)高碳鋼(如預(yù)應(yīng)力鋼絞

15、線、鋼簾線)和低合金鋼(如合金冷徽鋼)等。電弧爐裝備技術(shù)在未來(lái)創(chuàng)新發(fā)展中的手段有以下幾點(diǎn)：1)，開(kāi)發(fā)大容量的電弧爐變壓器，進(jìn)一步提升電弧爐超高功率水平和高阻抗技術(shù)。2)，繼續(xù)加強(qiáng)清潔環(huán)保型電弧爐煙氣余熱回收裝備技術(shù)的研發(fā)。3)，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單實(shí)用的電弧爐裝備。4)我國(guó)還需進(jìn)一步完善和提高電弧爐操作控制系統(tǒng)。電弧爐煉鋼工藝技術(shù)的發(fā)展應(yīng)著眼于降低噸鋼冶煉的綜合能耗。電弧爐使用廢鋼為原料與使用高爐鐵水的轉(zhuǎn)爐相比，總能耗是高爐轉(zhuǎn)爐工藝的1/2-1/3。從兩種工藝排放出的二氧化碳?xì)怏w污染源的數(shù)量可知。從整個(gè)鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)看，對(duì)一定規(guī)模的年產(chǎn)鋼量，提高電弧爐鋼比例顯然有利于經(jīng)濟(jì)循環(huán)。 電弧煉鋼爐主要煉制高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼

16、及合金鋼，也用于煉制普通鋼。隨著超高功率電爐裝備和配套技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，使電爐生產(chǎn)更加具有原料適應(yīng)廣、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、消耗少、成本低、能靈活適應(yīng)市場(chǎng)變化的明顯優(yōu)勢(shì)。所以我國(guó)要大力發(fā)展電弧爐煉鋼法，爭(zhēng)取縮進(jìn)我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家煉鋼技術(shù)的差距。參考文獻(xiàn)1 王新華.鋼鐵冶金學(xué).高等教育出版社，2005,12.2:345 羅振才.煉鋼機(jī)械.冶金工業(yè)出版社，2011.第二章 物料平衡 和熱平衡計(jì)算現(xiàn)代電弧爐冶煉工藝與傳統(tǒng)三段式工藝有較大的變化，目前主要方式有：在超高功率電弧爐內(nèi)借助大功率供電、高強(qiáng)度供養(yǎng)和氧燃燒嘴等輔助供熱手段快速熔化廢鋼并完成脫碳脫磷任務(wù)，然后在精煉爐內(nèi)完成脫氧、脫硫、微調(diào)合金成

17、分、去夾雜等任務(wù)。但仍有部分小型電弧爐采用傳統(tǒng)工藝或者在其后配備鋼包爐生產(chǎn)一些高合金鋼,本文扔按照傳統(tǒng)電弧爐三段式工藝做物料平衡與熱平衡計(jì)算,以供參考。2.1 物料平衡計(jì)算2.1.1 計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)基本原始數(shù)據(jù)有：冶煉鋼種及其成分；原材料成分；爐料中元素?zé)龘p率；合金元素回收率；其他數(shù)據(jù)表2-1 冶煉鋼種及其成分鋼種成分/%備注GCr15CSiMnPSCrFe氧化法冶煉0.951.05/1.00 0.150.35/0.250.250.45/0.350.0250.0251.401.65/1.53余量注：分母系計(jì)算時(shí)的設(shè)定值，取其成分中限。 表2-2 原材料成分 （%）名稱(chēng)CSiMnPSCrAlF

18、eH2O灰分揮發(fā)分碳素廢鋼0.180.260.520.030.030余量煉鋼生鐵4.200.800.600.200.035余量碳粉82.211.2510.735.81電極99.001.00名稱(chēng)CaOSiO2MgOAl2O3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰88.202.652.601.400.564.350.100.100.04螢石0.305.500.601.6088.001.501.500.900.10鐵礦石1.305.750.301.4589.771.200.150.08火磚塊0.5560.00.6036.801.25高鋁磚1.256.400.1291.350.88鎂砂4.103

19、.6589.00.851.90碳粉灰分4.4049.00.9526.2518.550.15電極灰分8.9057.80.1033.10表2-3 爐料中元素?zé)龘p率成分CSiMnPS燒損率（%）熔化期2540,取307095，去856070，取654050，取45可以忽略氧化期0.06全部燒損200.0152530，取27按末期含量比規(guī)格下限低0.03%0.10%（取0.06%）確定（一般不低于0.03%的脫碳量）；按末期含量0.015%來(lái)確定表2-4 其他數(shù)據(jù)名稱(chēng)參數(shù)配碳量比鋼種規(guī)格中限高0.70%，即達(dá)1.70%熔化期脫碳量30%，即1.70×30%0.51kg電極消耗量4kg/t（金

20、屬料）：其中熔化期占75%；氧化期占25%爐頂高鋁磚消耗量1.275kg/t（金屬料）：其中熔化期占59%，氧化期占41%爐襯鎂磚消耗量3.5kg/t（金屬料）：其中熔化期占57%；氧化期占43%熔化期和氧化期所需要氧量50%來(lái)自氧氣，其余50%來(lái)自礦石和空氣氧氣純度和利用率99%，余者為N2，氧利用率90%碳粉中碳的回收率75%（系指配料用碳粉）碳氧化產(chǎn)物均按70%生成CO，30%生成CO2考慮2.1.2 物料平衡基本項(xiàng)目收入項(xiàng)有：廢鋼、生鐵、碳粉、石灰、螢石、電極、爐襯鎂磚、爐頂高鋁磚、火磚塊、鐵合金、氧氣和空氣。支出項(xiàng)有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵、碳粉中揮發(fā)分。2.1.3 計(jì)算步驟以1

21、00kg金屬爐料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)，按工藝階段分為熔化期和氧化期分別進(jìn)行計(jì)算，然后匯總成物料平衡表。第一步：熔化期計(jì)算。（1） 確定物料消耗量：1）金屬爐料配入量。廢鋼和生鐵按75kg和25kg搭配，不足碳量用碳粉來(lái)配。其結(jié)果列于表2-5。表2-5 爐料配入量名稱(chēng)用量（kg）配料成分（kg）CSiMnPSFe廢鋼75.0000.1350.1950.3900.0250.02574.230生鐵25.0001.0500.2000.1500.0500.00923.541碳粉0.835*0.515合計(jì)100.8351.7000.3950.5400.0750.03497.7712)其他原材料消耗量。為了

22、提前造渣脫磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金屬料）和礦石（10kg/t（金屬料）。爐頂、爐襯和電極消耗量見(jiàn)表2-4。（2）確定氧氣和空氣消耗量：耗氧項(xiàng)包括爐料中元素的氧化，碳粉和電極中碳的氧化；而礦石則帶來(lái)部分氧，石灰中CaO被自身S還原出部分氧。前后二者間差為凈氧量2.818kg詳見(jiàn)表2-6.根據(jù)表2-4中的假定，應(yīng)由氧氣供給的氧氣為50%，即3.087*50%=1.544，空氣供氧量為1.277。由此可以求出氧氣與空氣的實(shí)際消耗量。詳見(jiàn)表2-7表2-6 凈耗氧量的計(jì)算項(xiàng)目名稱(chēng)元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）供氧量（kg）耗氧項(xiàng)爐料中元素的氧化CSiMnPFeCCOCCO2S

23、i(SiO2）Mn(MnO）P(P2O5）Fe(FeO）Fe（Fe2O3）0.4760.4080.4450.1060.0450.0840.712合計(jì)3.1852.276碳粉中碳的氧化電極中碳的氧化CC（C）CO（C）CO2（C）CO（C）CO20.1600.1390.2770.237合計(jì)3.087供氧項(xiàng)礦石石灰Fe2O3SFe2O3 =2Fe+3/2O2CaO+S=CaS+O0.2690.0004合計(jì)0.267凈耗氧量2.818令鐵燒損率為2%，其中80%生成Fe2O3揮發(fā)掉成為煙塵的一部分；20%成渣。在這20%中。按3：1的比例分別生成（FeO）和（Fe2O3）。表2-7 氧氣與空氣實(shí)際消

24、耗量氧氣（kg）空氣（kg）帶入O2帶入N2帶入O2帶入N2（3）確定爐渣量：爐渣源于爐料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化產(chǎn)物，爐頂和爐襯的蝕損，碳粉和電極中的灰分，以及加入的各種熔劑。結(jié)果見(jiàn)表2-8表2-8 熔化期爐渣量的確定名稱(chēng)消耗量(kg)成渣組分(kg)CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合計(jì)爐料SiMnPFe0.3350.3510.0340.3910.7170.4530.3770.1400.0780.7170.4530.0780.517爐頂爐襯碳粉電極石灰礦石0.0750.2000.8350.3002.0001.0000.0010.0080.004略1

25、.7580.0130.0040.0070.0450.0020.0500.058略0.1790.001略0.0520.0030.0690.0020.0240.0010.0300.0150.0010.0040.0170.010（0.898）略0.0020.0020.0020.0020.0750.2000.0910.0031.9040.093合計(jì)1.7840.8730.2350.1410.4530.3770.1720.0820.0044.129百分比43.1121.105.683.4111.419.114.161.930.10100.00注：Fe的消耗量，按表6中注釋。 石灰中氧化鈣的計(jì)算,石灰中自

26、身S還原消耗。礦石中的Fe2O3假設(shè)全部還原，還原得到的鐵。（4）確定金屬量：金屬量Qi=金屬爐料重+礦石帶入的鐵量-爐料中C、Si、Mn、P和Fe的燒損量+碳粉配入的碳量。（5）確定爐氣量：爐氣來(lái)源于爐料以及碳粉和電極中碳的氧化物CO和CO2，氧氣帶入的N2，物料中的H2O及其反應(yīng)產(chǎn)物，游離O2及其反應(yīng)產(chǎn)物，石灰的燒減（CO2），碳粉的揮發(fā)分。計(jì)算結(jié)果列于表2-9表2-9 爐氣量計(jì)算項(xiàng)目氣態(tài)產(chǎn)物(kg)COCO2N2H2OH2揮發(fā)物合計(jì)爐料中C的氧化碳粉帶入電極帶入石灰?guī)氲V石帶入氧氣帶入空氣帶入游離O2參與反應(yīng)CO+1/2O2=CO2H2O參與反應(yīng)H2O+CO=H2+CO20.8330.2

27、800.485-0.300-0.1240.5610.1910.3260.0930.4710.1960.0174.2620.0100.0020.0120.056-0.0800.0090.0471.3940.5280.8110.0950.0120.0174.3180.1710合計(jì)1.1741.8384.27900.0090.0477.347質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%15.9825.0258.2400.120.64100.00計(jì)算條件：常溫（20）、常壓（0.1MPa）下空氣相對(duì)濕度為70%，20的飽和蒸汽壓為0.0023MPa 先求空氣體積 再求濕空氣體積 空氣中水蒸氣 空氣含水量（6）確定鐵的揮發(fā)量：有表2-

28、6中設(shè)定，鐵的揮發(fā)量。上述（3）+（4）+（5）+（6）便是熔化期的物料支出量。由此可列出熔化期物料平衡表2-10。 表2-10 熔化期物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量(kg)%項(xiàng)目質(zhì)量(kg)%廢鋼75.00067.16金屬97.94988.01生鐵25.00022.39爐渣4.1293.72碳粉0.8350.75爐氣7.3476.60電極0.3000.27鐵的揮發(fā)1.5641.41礦石1.0000.90其余煙塵取0.3000.27石灰2.0001.79爐頂0.0750.06爐襯0.2000.18氧氣1.8851.55空氣5.5424.96合計(jì)111.676100.00合計(jì)111.298100.0

29、0注：計(jì)算誤差7。第二步：氧化期計(jì)算。 引起氧化期物料波動(dòng)的因素有：扒除熔化渣，造新渣；金屬中元素的進(jìn)一步氧化爐頂、爐襯的蝕損和電極的燒損。（1）確定渣量：1）留渣量。為了有利去磷，要進(jìn)行換渣，即通常除去70%左右熔化渣，而進(jìn)入氧化期只留下30%的渣。其組成見(jiàn)表2-11。2）金屬中元素的氧化產(chǎn)物。根據(jù)表2.-3給出的值可以計(jì)算產(chǎn)物量，詳見(jiàn)表2-11。3）爐頂、爐襯的蝕損和電極的燒損量。根據(jù)表2-4的假定進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果一并列入表2-11。4）造新渣時(shí)加入石灰、礦石和火磚塊帶入的渣量。見(jiàn)表2-11。表2-11 氧化期渣量的確定名稱(chēng)消耗量/kg成渣成分(kg)CaOSiO2MgOAl2O3MnOF

30、eOFe2O3P2O5CaS合計(jì)留渣量1.2390.5330.2630.0700.0420.1450.1210.0560.0220.0011.253金屬中元素氧化或燒損SiMnPFeS0.0580.1130.0260.2240.009-0.0160.1240.1460.2380.0560.0570.0200.1240.1460.0570.2940.004爐頂蝕損量爐襯蝕損量電極燒損量石灰?guī)氲V石火磚塊帶入0.0530.1500.1002.6601.0000.5000.0010.006略2.3380.0130.0030.0030.0050.0010.0670.0580.304略0.134略0.0

31、700.0030.0030.0480.001略0.0400.0150.184略0.0030.013（0.898）0.0060.0030.0020.0040.0020.0520.1490.0012.5350.0930.500合計(jì)2.8880.8240.2800.3310.2910.3590.1340.0840.0275.326%55.4215.865.416.355.546.752.501.650.52100.00石灰中CaO被自身S還原，消耗0.003kgCaO。渣量計(jì)算的幾點(diǎn)說(shuō)明： 關(guān)于石灰消耗量：由表2-11可知，除石灰?guī)氲囊酝?，渣中已?SiO2=0.263+0.124+0.003+0

32、.005+0.001+0.058+0.304=0.755kg CaO=0.532-0.04+0.001+0.006+0.013+0.003+0.013=0.516kg。取堿度3.5，故石灰加入量為： R(SiO2)-(CaO)/%CaO石灰-R%SiO2石灰=2.108/(88.00%-3.5×2.50%)=2.700kg關(guān)于磷的氧化量：根據(jù)表6，可近似求得 (0.075-0.034)/97.949-0.015%×97.949=0.026kg。 關(guān)于鐵的燒損量：一般可以設(shè)定，當(dāng)氧化末期金屬中含C約0.90%時(shí)，渣中Fe約達(dá)7%；且其中75%為（FeO），25%為（Fe2O3

33、）。因此，渣中含（FeO）為7%×75%×72/56=6.75%,含（Fe2O3）為7%×25%×160/112=2.50%，由表2-11知，除FeO和Fe2O3以外的渣量為 2.880+0.824+0.281+0.331+0.288+0.086+0.027=4.833kg， 故總渣量=4.833/（100-6.75-2.50）%=5.326kg。于是可得（FeO）=0.351kg，（Fe2O3）=0.130kg。其中，有Fe氧化生成的（FeO）和（Fe2O3）分別為0.238kg和0.056kg。 （2）確定金屬量：根據(jù)熔化期的金屬量以及表2-11中元

34、素?zé)龘p量和礦石還原出來(lái)的鐵量，即可得氧化末期的金屬量為97.949-（0.058+0.113+0.026+0.22+0.023+0.318*）+0.628=97.895kg（*為碳的燒損量近似值，即1.70（1-30%）-0.89%×97.949=0.318kg）（3）確定爐氣量：計(jì)算方法如同熔化期。先求凈耗氧量（見(jiàn)表2-12），再確定氧氣消耗量（見(jiàn)表2-13），最后將各種物料或化學(xué)反應(yīng)帶入的氣態(tài)產(chǎn)物歸類(lèi)，從而得其結(jié)果（見(jiàn)表2-14）。表2-12 凈耗氧量的計(jì)算名稱(chēng)元素?zé)龘p量/kg反應(yīng)產(chǎn)物耗氧量供氧量(kg)備注金屬中元素的氧化C0.318CCO0.29770%C生成COCCO20.

35、25430%C生成CO2Si0.058Si(SiO2)0.066Mn0.113Mn(MnO)0.033P0.026P(P2O5)0.035Fe0.224Fe(FeO)0.053見(jiàn)表2-11Fe(Fe2O3)0.017見(jiàn)表2-11電極中碳的氧化C0.100×99%=0.099CCO0.09270%C生成COCCO20.07930%C生成CO2合計(jì)0.928礦石供氧Fe2O30.898Fe2O3=Fe+3/2O20.269還原出鐵0.628kg石灰中S還原CaOS0.002CaO+S=CaS+O0.001金屬中S還原CaO供氧S0.009CaO+S=CaS+O0.005合計(jì)0.275凈耗

36、氧量0.648如表2-4中所述，應(yīng)由氧氣供給的氧為50%，即0.928×50%=0.464,空氣應(yīng)供氧0.464-0.275=0.189kg，由此可求出氧氣與空氣的實(shí)際消耗量如表2-13表2-13 氧氣和空氣實(shí)際消耗量氧氣（kg）空氣（kg）帶入O2帶入N2帶入O2帶入N20.464/90%=0.5140.514/99%×1%=0.0050.1890.189×(77/23)=0.633=0.514+0.005=0.519=0.189+0.633=0.852表2-14 爐氣量項(xiàng)目氣態(tài)產(chǎn)物(kg)備注COCO2N2H2OH2合計(jì)金屬中C的氧化電極帶入礦石帶入石灰?guī)胙?/p>

37、氣帶入空氣帶入游離O2參與反應(yīng)CO+1/2O2=CO2H2O參與反應(yīng)H2O+CO=H2+CO20.5200.1612-0.090-0.0360.3490.1090.1250.1410.0560.0050.6260.0120.0030.008*-0.0230.0030.8690.2700.0120.1280.0050.6340.0510C燒損量0.318kgC燒損量0.099kg*計(jì)算方法同表9游離氧0.513×10%=0.051H2O全部消耗合計(jì)0.5550.7800.63100.0031.969質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%28.1939.6132.050.15100.00表2-15 熔化期和氧化期

38、綜合物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/kg%項(xiàng)目質(zhì)量/kg%廢鋼75.00063.85金屬97.89583.33生鐵25.00021.28爐渣4.138+5.197-1.241=8.0946.89碳粉0.8350.71爐氣7.347+1.969=9.3167.93電極0.300+0.100=0.4000.34鐵的揮發(fā)1.5641.33礦石1.000+1.000=2.0001.70其他煙塵0.6000.51石灰2.000+2.660=4.6603.97火磚塊0.5000.43爐頂0.075+0.053=0.1280.11爐襯0.200+0.150=0.3500.30氧氣1.735+0.519=2.25

39、41.92空氣5.536+0.852=6.3885.45合計(jì)117.470100.00合計(jì)117.404100.00注：計(jì)算誤差=（117.470-117.404）/117.470=0.06%。表2-16 氧化末期各金屬成分元素含量（%）備注C0.891（1.700-0.510-0.318）/97.830=0.891Si0Mn0.086(0.563-0.366-0.113)/97.830=0.086P0.0150.015S0.024（0.032-0.009）/97.830=0.024 2.2熱平衡計(jì)算以100kg金屬料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)。 計(jì)算熱收入Qs（1）物料的物理熱。計(jì)算結(jié)果列于表2-

40、18。（2）元素氧化熱及成渣熱。計(jì)算結(jié)果列于表2-18。（3）消耗的電能。根據(jù)消耗的熱量確定，為92294.71kJ。詳見(jiàn)下面的計(jì)算。表2-17 總物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量%項(xiàng)目質(zhì)量%廢鋼生鐵石灰螢石火磚塊礦石焦炭爐頂爐襯氧氣空氣電極AlFeMnFeCrFeSi75256.6600.6530.8272.0001.0880.1510.5002.2369.3200.5000.1080.285203200.58558.9419.655.240.510.651.570.860.120.391.767.330.390.0090.221.820.46鋼液爐渣爐氣鐵的揮發(fā)其他煙塵100.88711.592

41、12.5531.5640.79079.199.109.861.230.62合計(jì)127.233100合計(jì)127.386100表2-18 物料帶入的物理熱名稱(chēng)熱容kJ/(kg·K)溫度()消耗量(kg)物理熱(kJ)廢鋼生鐵石灰螢石火磚塊礦石焦炭爐頂高Al磚爐襯Mg磚氧氣空氣電極AlFeMnFeCrFeSi合計(jì)0.6990.7450.7280.8980.8581.0470.8580.8790.9961.3180.9631.5070.8960.6780.5650.74529829829829829829829887387329829872329829857329875.00025.0006

42、.6600.6530.8272.0001.0880.1510.5002.2309.2960.5000.1080.2852.3020.5851310.625465.625121.21214.62717.73952.35023.33879.639298.80073.479223.801339.0752.4194.831393.24010.8963431.694注:其他入爐原料都假設(shè)是25表2-19 元素氧化熱及成渣熱名稱(chēng)氧化量/kg化學(xué)反應(yīng)H（kJ/kg）放熱量（kJ）電極中的C0.2770.119C+1/2O2=COC+O2=CO2-11639-3483432244145碳粉中的C0.1200.

43、052C+1/2O2=COC+O2=CO2-11639-3483413971811金屬中Si金屬中Mn金屬中的P0.3880.4790.058Si+2(FeO)=(SiO2)+2FeMn+(FeO)=(MnO)+Fe2P+5(FeO)=(P2O5)+5Fe-11329-2176-241943961042140Fe*4.5261.662Fe+1/2O2=(FeO)2Fe+3/2O2=(Fe2O3)-4250-64601923610737SiO2成渣P2O5成渣1.4350.1422(CaO)+(SiO2)=(2CaO·SiO2)4(CaO)+(P2O5)=(4CaO·P2O5

44、)-1620-48802325693合計(jì)49059*因熔化期和氧化期所需要的O2量50%由氧氣提供，由表2-3和2-13可知，該氣態(tài)O2總用量為1.543+0.462=2.005kg。其中,氧化成Fe2O3的量為1.662(見(jiàn)表2-6) 所需氧量為1.662×48/112=0.712kg。其余O2均設(shè)定為將鐵氧化成FeO，即該部分Fe的氧化量為（2.005-0.712）×56/16=4.526kg.這些鐵為金屬中C、Si、Mn、P提供部分氧源。2.2.2 計(jì)算熱支出Qz （1）鋼水物理熱Qg。該鋼熔點(diǎn)為1536-（0.891×70+0×8+0.086&#

45、215;5+0.015×30+0.024×25）-6=1466；出鋼溫度控制在中下限，本計(jì)算中取1600。則：Qz=97.830×0.699×(1466-25)+272+0.837×(1600-1466)=136122.33kJ (2)爐渣物理熱Qr。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-20。（3）吸熱反應(yīng)消耗的物理熱Qh。詳見(jiàn)表2-21。（2）表2-20 爐渣物理熱名稱(chēng)熔化期爐渣氧化期爐渣合計(jì)溫度/15201670熱容kJ/(kg·K)1.1721.216物理熱/kJ4.138×70%×1.172×(1520-25)+209=5680.645.197×1.216×(1670-25)+209=11481.8417162.48表2-21 吸熱量名稱(chēng)氧化量（kg）化學(xué)反應(yīng)H（kJ/kg）吸熱量(kJ)金屬脫碳金屬脫硫石灰燒堿0.5