冶金畢業(yè)設計年產200萬噸連鑄坯的氧氣轉爐煉鋼車間工藝設計

1、 第 I 頁 年產年產 200200 萬噸連鑄坯的氧氣轉爐萬噸連鑄坯的氧氣轉爐煉鋼車間工藝設計煉鋼車間工藝設計 專 業(yè)： 冶金工程 姓 名： 指導老師： 設計總說明結合所學冶金理論知識與實踐教學內容，對年產量為 200 萬噸連鑄坯的轉爐煉鋼車間的工藝進行了設計。在轉爐煉鋼物料平衡和熱平衡及各種消耗指標計算的基礎上，以轉爐雙聯法對煉鋼車間的主要設備參數包括 100t 復吹轉爐和氧槍、連鑄機和精煉設備等進行了計算和選擇，進行了復吹轉爐煉鋼車間工藝布置和生產組織及人員初步編制。根據國內外轉爐煉鋼技術的發(fā)展趨勢，結合設計任務書中碳素鋼和壓力容器用鋼的品種需要，選擇了 LF 爐外精煉設備，進行全連鑄生產

2、。最終確定如下的的工藝流程：鐵水預處理轉爐煉鋼LF、RH 精煉連鑄。編制設計說明書，并繪制出轉爐爐型圖、車間平面布置圖和車間剖面圖各一張，并完成專題論文研究一篇。關鍵詞：雙聯法， 復吹轉爐，工藝設計，物料平衡與熱平衡，煉鋼 第 II 頁 A Process Design of BOF Steelmaking Plant with An Annual Productivity of 2.0 mt Continuous Casting SlabSpeciality： Metallurgical Engineering Name： jinglinlinInstrctor： Yuan Shouqian

3、ABSTRACTBased on the theoretical knowledge and practical experience of metallurgical engineering, comprehensive steelmaking plant with an annual productivity of 2.0106 continuous casting(cc) billet is designed. According to the material and thermal balance calculation and various depletion index cal

4、culations and duplex melting process, main equipments including100t converter and its auxiliary equipments are designed. Casters and refining equipments were planned. Also converter workshop process layout were given，and the organization of production and personnel scheduling are roughly arranged.De

5、pending on the development trend of steel-making process and the quality requirement of carbon steel and pressure vessel steel, LF( ladle furnace) and RH refining is selected to fufill continuous casting. Finally, the following process flow is choosed as：PretreatmentBOFLF&RHCC. Finally, a design

6、 instruction, a furnace drawing, a workshop section drawing and a workshop layout drawing are submitted. And a research paper is completed too.KeyKey WordsWords: Duplex Melting Process Combined-Blown Converter, Process Design, Mass Balance and Thermal Equilibrium, Steelmaking 第 III 頁 目 錄設計總說明.I前 言.1

7、1 復吹轉爐煉鋼車間設計.21.1 煉鋼車間生產工藝流程 .21.2 煉鋼車間的產品規(guī)劃（產品大綱） .31.3 煉鋼車間組成 .32 煉鋼廠總體工藝規(guī)劃.52.1 車間年生產能力的確定 .52.2 主廠房工藝布置 .62.2.1 原料跨間布置.62.2.2 爐子跨間布置.62.2.3 出鋼跨設計.72.2.4 澆注跨設計.72.2.5 切割出坯跨.72.3 原材料的供應及設備 .82.3.1 鐵水的供應 .82.3.2 廢鋼的供應 .82.3.3 散裝料的供應 .82.3.4 鐵合金的供應.92.3.5 氧氣的供應及設備.92.3.6 底吹氬氣、氮氣的供應及設備.93 轉爐物料平衡及熱平衡計

8、算 .10 第 IV 頁 3.2 原始數據 .103.2 物料平衡基本項目 .143.3 脫磷爐物料平衡 .143.3.1 基本數據 .143.3.2 計算步驟.153.3.3 熱平衡計算 .223.4 脫碳爐物料平衡 .263.4.1 基本數據 .263.4.2 計算步驟.263.4.3 熱平衡計算.344 轉爐爐型及氧槍設計 .384.1 轉爐設計 .384.1.1 轉爐爐型設計.384.1.2 主要參數的確定.384.1.3 支承結構 .434.1.4 傾動機構.444.2 氧槍設計 .444.2.1 專用脫磷氧槍 .444.2.2 專用脫碳氧槍.505 煉鋼車間生產工藝設計 .555.

9、1 主要原材料技術要求 .555.1.1 金屬料 .555.1.2 造渣材料.555.1.3 氣源 .565.2 裝料制度 .565.2.1 脫磷轉爐裝料制度.565.2.2 脫碳轉爐裝料制度.56 第 V 頁 5.3 供氧制度 .575.3.1 脫磷轉爐吹煉制度 .575.3.2 脫碳轉爐吹煉制度 .575.4 造渣制度 .585.4.1 脫磷爐渣制度 .585.5 溫度控制 .595.5.1 出鋼溫度的確定 .595.5.2 過程溫度控制要求 .605.6 終點控制和出鋼 .605.7 脫氧合金化 .615.8 精煉和連鑄 .616 車間主體設備選型.636.1 原料跨 .636.1.1

10、混鐵車.636.1.2 鐵水罐.646.1.3 廢鋼工段.646.1.4 渣罐及渣罐車.656.2 爐子跨 .666.2.1 盛鋼桶 .666.2.2 精煉設備.706.3 澆注跨 .716.3.1 連鑄機參數設計 .716.3.2 連鑄機生產能力.736.3.3 結晶器設計 .766.3.4 鋼包回轉臺.776.3.5 中間包及中間包.776.4 起重機的選擇 .786.4.1 原料跨.78 第 VI 頁 6.4.2 爐子跨.796.4.3 出鋼跨.796.4.4 澆注跨.796.4.5 出坯跨.796.5 制氧機的選擇 .797 車間工藝布置 .817.1 主廠房布置 .817.2 原料跨

11、布置及主要尺寸 .827.3 爐子跨 .837.3.1 爐子跨的高度布置 .837.3.2 爐子跨的縱向布置 .867.3.3 爐子跨的橫向布置 .867.4 出鋼跨的布置 .877.5 澆注跨布置 .877.6 出坯跨布置 .898 車間主要技術經濟指標 .909 除塵系統(tǒng) .9110 人員編制 .94參考文獻.102專題：轉爐冶煉不銹鋼的發(fā)展.103致 謝.109 第 1 頁 前 言四年的大學生活，我們先后學習了基礎課程，專業(yè)基礎課程及專業(yè)課程。并先后經過了認識實習，生產實習和畢業(yè)實習。從而對鋼鐵冶金這個行業(yè)有了比較全面、系統(tǒng)的了解。為了檢驗四年的學習成果，同時也為了將來的工作奠定堅實的基

12、礎，我們進行了以煉鋼車間為項目的畢業(yè)設計。首先我們在山西太原鋼鐵廠臨汾分廠進行了畢業(yè)實習。收獲了有關設計資料。在袁守謙老師的精心指導下，本著采用先進技術和設備的原則，以轉爐雙聯法為基礎進行了畢業(yè)設計。本次設計是對我們所學知識的概括、總結和應用。由于本次設計采用的雙聯法在國內應用的較少，可能在某些方面合理性與科學性缺點很多，望批評指正。在此特向袁守謙老師表示衷心的感謝。 第 2 頁 1 復吹轉爐煉鋼車間設計1.1 煉鋼車間生產工藝流程 隨著世界轉爐煉鋼技術的發(fā)展及煉鋼設備的多樣化, 使傳統(tǒng)的轉爐煉鋼過程(即在同一座轉爐內進行脫磷、脫硫、脫碳、提溫和精煉等) 逐步轉向單一化, 即將冶煉過程分為幾個

13、功能階段, 一個冶煉設備進行單一功能的操作成為煉鋼生產的發(fā)展方向。轉爐雙聯法冶煉正是基于此背景發(fā)展起來的一項煉鋼新技術, 該工藝核心是將轉爐冶煉功能分為脫磷和脫碳兩部分,兩個轉爐分別進行脫磷和脫碳操作。本次設計就是參照國內外部分鋼廠的資料及已有書本資料作的一次設計。雙聯法的主要特點有:爐內自由空間大,允許強烈攪拌鋼水;頂吹供氧;高強度底吹(0.3 / ( tmin) ) ;不需要預脫硅;廢鋼比較高(8%10% ) ;爐渣堿度較低(2.02.5);渣量少;處理后鐵水溫度較高(1350)。該設計的脫磷與脫碳爐均為頂底復吹轉爐，頂底復吹轉爐是于 70 年代中期的一種新型的轉爐煉鋼設備。頂底復吹兼有頂

14、吹的易于控制成渣過程和底吹可以增大熔池攪拌強度的優(yōu)點，是節(jié)能降耗、擴大品種、提高產品質量的有效途徑;特別對于容量較大的轉爐，更具有其優(yōu)越性。因此，近年來獲得迅速的發(fā)展，我國目前轉爐大多數采用頂底復吹。爐外精煉設備與工藝能完成的冶金功能如下：脫氣、脫氧、脫硫、清洗鋼液、脫碳、真空碳脫氧、調整鋼液溫度及成份。20 世紀 50 年代連續(xù)鑄鋼技術開始用于工業(yè)，從 60 年代起連續(xù)鑄鋼得到普遍應用和發(fā)展。世界各國連鑄的發(fā)展非常迅速，它是銜接煉鋼與軋鋼的一個重要環(huán)節(jié)，是鑄鋼技術的重大突破。連鑄技術的應用，節(jié)省了建廠投資、提高了鋼的成材率，從而降低了鋼材的成本；同時改善了勞動條件，節(jié)省了能耗。本次設計采用的

15、工藝流程如下：高爐鐵水鐵水預脫硫轉爐脫磷轉爐脫碳爐外精煉(LF&RH精煉)連 第 3 頁 鑄1.2 煉鋼車間的產品規(guī)劃（產品大綱） 車間年生產合格連鑄坯 200 萬噸，生產鋼種及產量分配和代表鋼號的化學成分見下表：表 1-1 車間生產規(guī)模及產品方案鋼種代表鋼號年產量/萬噸澆注方式比例/%0Cr18Ni950不銹鋼1Cr18Ni9200全連鑄50表 1-2 代表鋼號化學成分化學成分/%鋼號CSiMnPS0Cr18Ni90.081.002.000.0450.0301Cr18Ni90.151.002.000.0100.00151.3 煉鋼車間組成轉爐車間主要由以下幾部分組成，主廠房（包括爐子

16、跨，原料跨，出鋼跨，澆注垮，切割出坯跨，精整跨）；廢鋼堆間及配料間，鐵合金倉庫及散裝原料儲運設施，渣場，耐火材料倉庫。一二次煙氣凈化設施及煤氣回收設施，水處理設施；分析，監(jiān)測及計算機監(jiān)控設施；備品備件庫，機修間，生活福利設施；水電，氣供應設施。通過在陜西龍門鋼鐵廠的畢業(yè)實習考察學習，加上查找一些資料，主要要進行以下幾個方面的設計：1、煉鋼廠總體工藝規(guī)劃； 第 4 頁 2、轉爐物料平衡和熱平衡計算；3、車間主體設備選型；4、車間工藝設計。本設計在做到設計應遵循的共同原則基礎上，權衡各種有利于不利的因素，經過計算、比較、選擇而完成的。由于該技術在我國乃至全世界還未得以大量應用，課本介紹較少，加之資

17、料有限，所做設計必有大量不足之處，請老師給與指教。 第 5 頁 2 煉鋼廠總體工藝規(guī)劃根據設計任務書的要求及各種設計條件提出初步設計思路，是對設計工作的一個框架式設定，方案的確定要求設計合理，保證生產的順利進行。2.1 車間年生產能力的確定1） 根據任務書的要求需年產 200 萬噸的連鑄方坯，由于采用爐外精煉，方坯的收得率為 98%，爐外精煉金屬收得率為 95%。則年產鋼水量： 200/98%/95%=214.8 萬噸 2） 根據各廠經驗及鋼鐵廠設計原理下冊，冶煉周期取 36min，其中脫 P爐、脫 C 爐各 18min。3） 根據經驗數據，轉爐作業(yè)率取 80%，則年出鋼爐數為： 236580

18、%2460/36=23360 爐 其中：3651 年的時間 4） 為提高企業(yè)生產效率，本設計采用“二吹二” 。5） 轉爐公稱容量的確定 q=車間年產鋼水量/年出鋼爐數 =214.8 萬噸/23360 =91.9 噸 按轉爐工藝設計技術規(guī)范制定的轉爐容量標準選定 100 噸轉爐兩座。6） 核算車間年產量： 1002336098%95%=217 萬噸 第 6 頁 2.2 主廠房工藝布置主廠房的設置包括原料跨、爐子跨、出鋼跨、澆注跨、切割跨、出坯跨。2.2.1 原料跨間布置在原料跨內主要完成兌鐵水、加廢鋼和轉爐爐前的的工藝操作，在原料跨兩端布置鐵水和廢鋼工段。 因為轉爐容量為 100 噸，所以高爐鐵

19、水由混鐵車運輸，采用 300 噸混鐵車，中途設鐵水預處理間、倒灌站及倒渣間，鐵水經處理后送至鐵水倒灌站，經受鐵坑進入鐵水包，又鐵水包車送至原料跨待用，鐵水預處理間與倒渣間平行布置，鐵水預處理間設計在輔助跨。 廢鋼由火車或汽車運到主廠房外的廢鋼處理存放間，再由火車運到廢鋼坑，用電磁盤吊車轉入廢鋼料斗，稱量后待用，在廢鋼料槽處布置一個 50 噸的磅秤。 轉爐渣罐的轉運方法：將渣罐車橫穿原料跨，在主廠房之外的中間渣場倒運或處理。2.2.2 爐子跨間布置 爐子跨是氧氣轉爐煉鋼車間中廠房最高，結構最復雜和單位投資最多的跨間。設置轉爐、轉爐傾動系統(tǒng)、散狀料供應系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、底吹氣系、煙氣凈化系

20、統(tǒng)。 爐子跨設置平臺有：轉爐操作平臺、氧槍孔及料倉留槽平臺、高位料倉平臺、稱重料斗平臺和匯總料斗平臺。 轉爐操作平臺設在爐子跨中部，上設兩座轉爐，分別為脫磷爐與脫碳爐及一套 LF 精煉設備和一套 RH 精煉設備。（1）橫向布置 第 7 頁 橫向布置是指跨間橫向柱列中心線之間的布置。應使各個系統(tǒng)的設置及其操作互不干擾；生產暢通。轉爐在橫向上的布置，應靠近原料跨，轉爐中心線和靠近原料跨的廠房縱向柱列中心線的距離，既要保證原料跨的吊車順利的向轉爐兌鐵水和加廢鋼，又要在可能的條件下。盡量保持足夠大的距離，以便較好的布置氧槍升降機構，保證氧槍的正常工作。煙罩和煙道皆沿跨間橫向朝爐后彎曲，一是便于氧槍和副

21、槍穿過煙罩插入轉爐內，而是有一個連續(xù)的更換氧槍的通道，換槍方便，氧槍通道寬 1 米左右。 高位料倉沿爐子跨縱向布置，在其頂部分配皮帶機或震動管通道，布置在緊靠煙道后面，這樣煙道傾角較大，不易積灰。2.2.3 出鋼跨設計出鋼跨主要用于鋼包車的吊運與運輸，出鋼跨兩側并設有材料堆放區(qū)與一個 LF 爐修理區(qū)和一套 RH 修理區(qū)。2.2.4 澆注跨設計 澆注方式采用全連鑄，連鑄機共享一個平臺，在連鑄跨內安放中間包、結晶器、二冷段、拉矯機、切割機。在出坯跨中設置毛刺噴印設備、在線監(jiān)控和檢測設備、廢坯清除、精整設備和方坯熱運輸設備。連鑄設備采用橫向布置，鋼水運送距離短、物料流程合理，便于增加和擴大連鑄機生產

22、能力，把不同的作業(yè)分開，各項操作互不干擾，適于全連鑄車間。連鑄車間工藝布置的原則是：鋼水供應方便、重視中間包的拆卸、修砌和烘烤以及對結晶器和二冷區(qū)扇形段的更換，對弧形設備設置專門作業(yè)區(qū)，留有適當的鑄坯精煉區(qū)域，采用計算機控制。 第 8 頁 2.2.5 切割出坯跨采用機械切割。進行二次切割冷卻，機械清理器，清理頭次清理后的殘余缺陷及切割后余渣等。2.3 原材料的供應及設備煉鋼車間的原料一般有鐵水、廢鋼、合金料、造渣劑等。2.3.1 鐵水的供應采用混鐵車供應鐵水，由于受鐵口有蓋，在運輸過程中熱損小。混鐵車的形狀可保證有較少的熱損失，混鐵車專有傾動機構，可回轉爐身向外倒鐵，因此，不需要專門的廠房，只

23、需在主廠房留出必要的倒鐵水位置。2.3.2 廢鋼的供應 廢鋼應盡量分類存放，特別是含合金元素的廢鋼更應該注意存放。對廢鋼中易爆炸物和封閉容器要十分注意清除和處理，保證生產安全。 在與原料跨的一端垂直的位置上設廢鋼間，按廢鋼的需用量裝入廢鋼料斗運至爐前。2.3.3 散裝料的供應散裝料包括石灰、輕燒白云石、螢石、鐵礦石、焦炭等，散裝料供應系統(tǒng)包括散裝料堆場、地下料倉、皮帶運輸機、高位料倉、稱重和向轉爐加料設施。為保證轉爐正常生產，自設散裝料堆場，盡可能靠近轉爐。散裝量的儲存量1030 天，在靠近主廠房附近設置地下料倉，兼有部分儲存和轉運作用，便于火車運輸帶自動卸料。從地下料倉向高位料倉的供應方式采

24、用全膠帶運輸，并用可逆活動膠帶運輸機往高位料倉布料，運輸設備能力按每日工作一班（約 7小時）考慮。 第 9 頁 散裝料的用途如下：石灰：主要的造渣材料，石灰極易吸潮，故在入爐前須烘烤，以提高石灰的活性，有利于冶煉螢石：用于稀釋爐渣，提高爐渣的活性。輕燒白云石：用于提高爐渣的堿度，減小對爐襯的侵蝕。鐵礦石：用作冷卻劑。2.3.4 鐵合金的供應 鐵合金的供應一般由煉鋼廠鐵合金間、車間鐵合金料倉及稱量和運輸設施、向鋼包加料設施等幾部分組成。鐵合金主要用來調整鋼液的成分，溫度并進行合金化處理。2.3.5 氧氣的供應及設備 氧氣轉爐需用大量純度在 99.5%以上的工業(yè)純氧。為了適應氧氣轉爐煉鋼工藝的要求

25、，煉鋼的供氧系統(tǒng)一般由制氧機、加壓機、中壓儲氧罐、輸氧管、控制閘閥、測量儀表及噴槍等主要設備組成。2.3.6 底吹氬氣、氮氣的供應及設備底吹采用中壓復吹、全程供氣、在吹氮氣至 2/3 時間時切換成 Ar 氣源。底吹構件采用環(huán)縫式噴嘴，供氣強度不超過 0.3Nm/t min。底吹氣源為 N、Ar，預留噴粉可能。 第 10 頁 3 轉爐物料平衡及熱平衡計算3.2 原始數據 基本的原始數據有：冶煉鋼種及成份（表 31）;金屬料鐵水和廢鋼的成份（表 31） ；終點鋼水成份（表 31） ；造渣溶劑及爐襯等原料的成份（表32） ；脫氧和合金化用鐵合金的成份極其回收率（表 33） ；礦石成分（表34） ；其

26、它工藝參數（表 35） ；各種入爐料及產物的溫度（表 36） ；物料平均熱容（表 37） ；反應熱效應（表 38） ；溶入鐵水的元素對鐵熔點的影響（表 39） 。表 31 鋼種、廢鋼和終點鐵水的成份設定值 成 分/ %類 別CSiMnPS不銹鋼 0Cr18Ni90.081.002.000.0450.035預處理鐵水設定值4.30.350.60.200.040廢鋼設定值0.180.250.550.0300.030終點鋼水設定值*0.10痕跡0.130.0200.020本計算設計的冶煉鋼種為不銹鋼 0Cr18Ni9。表 3-2 原材料的成分成分類別CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P

27、2O5SCO2H2OC灰分揮發(fā) 第 11 頁 分石灰88.02.502.601.500.500.100.064.640.10螢石0.305.500.601.601.5088.00.900.101.50輕燒白云石36.40.8025.61.0036.2爐襯1.203.0078.81.401.601.40焦炭0.5881.512.45.52表 3-3 鐵合金成分（分子）及其回收率（分母）成分回收率/%CSiCr PSFeNi鎳鐵0.05/901.0/750.50/750.03/1000.01/10039.8/1005060/95微碳鉻鐵0.03/90*1.0/75 63.075.0/80 0.03

28、/100 0.025/100 25.9/100*10%C 與氧生成 CO2 表 3-4 礦石成分錳礦44.6930.90 2.23 3.070.050.0144.6911.68鐵礦石1.00 5.61 0.52 1.10 61.80 29.40.070.50 表 3-5 其它工藝參數 第 12 頁 名稱參數名稱參數脫磷轉爐終渣堿度脫碳轉爐終渣堿度%CaO/%SiO2=2.3%CaO/%SiO2=2.5渣中鐵損為渣量的 6%螢石加入量脫磷爐為 0.5kg氧氣純度99%，其余為 N2輕燒白云石加入量脫磷爐為：0.3kg脫碳爐為：0.1kg爐氣中自由氧含量1%（體積比）爐襯蝕損量為鐵水量的 0.3%

29、氣化中去硫量占總去硫量的 1/3終渣（FeO）含量15%，而（Fe2O3）/(FeO)=1/3，即（Fe2O3）=5%，(FeO)=8.25%金屬中（C）的氧化產物90%氧化成 CO2，10%氧化 CO煙塵量為鐵水量的1.5%（其中FeO 為 75%，Fe2O3為 20%）噴濺鐵水為鐵水量的 1.0%廢鋼量由熱平衡計算得，脫磷爐廢鋼比為 9.82%，脫碳轉爐廢鋼比為 1.8%表 3-6 物料及產物的溫度設定入爐物料產物名稱鐵水廢鋼其它原料爐渣爐氣煙塵溫度()1250*2525與鋼水相同14501450表 3-7 物料平均熱容 第 13 頁 物料名稱生鐵鋼爐渣礦石煙塵爐氣固態(tài)平均熱容（kJ/kg

30、.k）0.7450.699-1.0470.996-熔化潛熱218272209209209-液態(tài)或氣態(tài)平均熱容0.8370.8371.2481.248-1.137表 3-8 煉鋼溫度下的反應熱效應組元化學反應H（kJ/kmol） H（kJ/kmol）CC+1/2O2=CO 氧化反應-1394020-11639CC+O2=CO2 氧化反應-418072-34834SiSi+O2=(SiO2) 氧化反應-817682-29202MnMn+1/2O2=(MnO) 氧化反應-361740-6594P2P+5/2O2=(P2O5) 氧化反應-1176503-18980FeFe+1/2O2=(FeO) 氧化

31、反應-238229-4250Fe2Fe+3/2O2=(Fe2O3) 氧化反應-722432-6460SiO2(SiO2)+2(CaO)=(2CaO.SiO2)成渣反應-97133-6620P2O5(P2O5)+4(CaO)=(4CaO.P2O5) 成渣反應-693054-4880CaCO3CaO3=(Cao)+CO2 分解反應1090501690MgCO3MgCO3=(MgO)+ CO2 分解反應1180201405表 3-9 溶入鐵中的元素對鐵的熔點的降低值元素CSiMnPSAlCr N,H,O在鐵中的極限溶解5.4118.5 無 2.8 0.18 35.0 無 =6 第 14 頁 度（%）

32、限限溶入 1%元素使鐵熔點的降低值（）6570 75 80 85 90 100 85302531.5適用含量范圍（%）1.01.02.53.03.54.03 150.70.08 1 183.2 物料平衡基本項目 表 3-10 物料平衡的基本項目收 入 項支 出 項鐵水鋼水廢鋼爐渣熔劑（石灰，螢石，輕燒白云石）煙塵氧氣渣中鐵珠爐襯損蝕爐氣鐵合金噴濺3.3 脫磷爐物料平衡3.3.1 基本數據表 311 鋼種、廢鋼和終點鐵水的成份設定值 成 分/ %類 別CSiMnPS預處理鐵水設定值4.30.350.60.200.040廢鋼設定值0.180.250.550.0300.030 第 15 頁 終點鋼水

33、設定值*3.0痕跡0.250.0200.0213.3.2 計算步驟為計算方便，以100kg鐵水為基礎進行計算。第一步：計算進入脫碳爐前的總渣量及其成分表 3-12 鐵水中元素的氧化產物及其成渣量元素反應產物元素氧化量耗氧量氧化產物量備注CCO1.390%=1.171.5602.730CCCO21.310%=0.130.3500.480SiSi(SiO2)0.3500.4000.750入渣MnMn(MnO)0.3500.1020.450入渣PP(P2O5)0.1800.2300.410入渣SSO20.031/3=0.010.0100.020S(S)+(CaO)=(CaS)+(0)0.032/3=

34、0.02-0.0100.045入渣Fe(FeO)0.43656/72=0.3390.0970.436入渣FeFe(Fe2O3)0.240112/160=0.1680.0720.240入渣合計2.7112.819成渣量2.331由CaO還原S出的氧量，其中消耗的CaO量為0.035表 3-13 爐襯蝕損的成渣量 第 16 頁 成渣組分（kg）氣態(tài)產物（kg）耗氧量（kg）爐襯蝕損量（kg）CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO,CCO20.3（據表 315）0.0040.0090.2360.0040.0050.314%90%28/12=0.0880.314%10%44/12

35、=0.0150.062合計0.2580.103表 3-14 加入熔劑的成渣量成渣組分（kg）氣態(tài)產物（kg）類別加入量（kg）CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H20CO2O2螢石0.5（據表 35）0.002 0.0030.0280.008 0.008 0.0050.0010.4400.008輕燒白云石0.3 據表（35）0.109 0.0770.0020.0010.018石灰2.11*11.855*20.0550.0530.032 0.011 0.0020.0020.0020.0980.001*3合計2.9101.966 0.1350.0830.041 0.01

36、9 0.0070.0030.4400.0100.206 0.001成渣量5.6041 石灰加入量計算如下：由表 2-112-13 可知，渣中已含（CaO）=-0.035+0.004+0.002+0.109=0.08kg; （SiO2）=0.750+0.009+0.028+0.002=0.789kg。 第 17 頁 因設定的終渣堿度 R=2.3；故石灰加入量R(SiO2)-(CaO)/(%CaO 石灰-R%SiO2石灰石)=2.11kg2 為（石灰中 CaO 含量）-（石灰中 SCaS 自消耗的 CaO 量） 。0.00256/72=0.002kg3 由 CaO 還原 S 出的氧量，計算方法同表

37、 3-12 之注 2.110.06%=0.001kg表 3-15 總渣量及其成分爐渣成分CaOSiO2MgO Al2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS 合計/%元素氧化成渣量（kg）0.7500.4500.4360.2400.4100.045 2.331石灰成渣量（kg）1.8550.0530.0550.0320.0110.0020.002 2.010耐火材料蝕損量（kg）0.0040.0090.2360.0040.0050.258輕燒白云石成渣量（kg）0.1090.0020.0770.0010.189螢石成渣量（kg）0.0020.0280.0030.0080.0080.44

38、00.0050.001 0.495總渣量 （kg）1.9700.8420.3710.0450.4500.436 0.2640.4400.4170.0485.283%37.2915.94 7.02 0.85 8.52 8.25 5.00 8.33 7.89 0.91 100.00*總渣量計算如下；因為表 3-9 中除（FeO）和（Fe2O3）以外的渣量為：1.970+0.842+0.371+0.045+0.450+0.440+0.417+0.048=4.583kg，而終渣（FeO）=15%（表35）故總渣量為 4.583/86.75%=5.283kg 第 18 頁 （FeO）量=5.2838.2

39、5%=0.436kg（Fe2O3）量=5.2835%-0.011-0.005-0.008=0.240kg第二步：計算氧氣消耗量氧氣實際消耗量系消耗項目與供入項目之差。詳見表 3-16。表 3-16 實際耗氧量耗氧項（kg）供氧項 （kg）實際氧氣消耗量（kg）鐵水中元素氧化耗氧量 （表 312） 2.819鐵水中 S 與 CaO 反應還原出的氧量（表 3-6） 0.01爐襯中碳氧化耗氧量（表 313） 0.062石灰中 S 與 CaO 反應還原出的氧量 （表 3-8） 0.001煙塵中鐵氧化耗氧量（表 3-12） 0.363爐氣中自由氧耗氧量 0.0293.273-0.11+0.029=合計

40、3.273合計 0.0113.291第三步：計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 可由表查得，O2和 N2則由爐氣總體積來確定?，F計算如下：爐氣總體積V：V = Vg+0.5% V +1/99.6(22.4/32Gs+0.5% V -Vx ) 第 19 頁 V =2.666m51.987 . 099xsgVGV99 2.630.7 3.2440.01198.503計算結果列于表 3-17。表 3-17 爐氣量及其成分爐氣成分爐氣量（kg）體積（m3）體積%CO2.8182.81822.4/28=2.25484.55CO20.

41、7010.70122.4/44=0.35713.40SO20.0200.02022.4/64=0.0070.26H2O0.010.0122.4/18=0.0120.45O20.02 0.013 0.49N20.029 0.021 0.86合計3.5982.666100爐氣中 O2的體積為 2.6660.5%=0.013m ，重量為 0.013 32/22.4=0.020 kg3爐氣中 N2系爐氣總體積與其它成分的體積之差，為 2.666-2.254-0.357-0.007-0.012-0.013=0.023,重量為:0.02328/22.4=0.029kg第四步: 計算鋼水量。鋼水量 Qg=鐵

42、水量鐵水中元素的氧化量煙塵噴濺和渣中的鐵損；=100-2.717-1.50（75%56/72+20%112/160）+1+5.2836%=94.532kg據此可以編制進入脫碳爐前的物料平衡表（表 3-18）表 3-18 未加廢鋼的物料平衡表 第 20 頁 收入支出項目質量（kg）%項目質量（kg）%鐵水100.0093.90鋼水94.53289.00石灰2.111.98爐渣5.283 4.97螢石0.500.47爐氣3.5983.28輕燒白云石0.30 0.28噴濺1.00 0.94爐襯0.30 0.28煙塵1.501.41氧氣3.291 3.10渣中鐵珠0.3170.30合計106.5011

43、00.00合計106.230100.00注：計算誤差為（106.501-106.23）/106.501100%=0.25%第五步：計算加入廢鋼的物料平衡。如同第一步中計算鐵水中元素氧化量一樣。利用已知的數據先確定廢鋼中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量，再將其與表 3-18 歸類合并，遂得加入廢鋼的物料平衡表 3-19 和 3-20。表 3-19 廢鋼中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量元素反應產物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）產物量（kg）進入鋼中的量（kg） 第 21 頁 C CO8.5370.2%90%= 0.0160.0210.037（入氣）CC CO28.5370.2%10%= 0.001

44、0.0030.005（入氣）SiSi(SiO2)8.5370.25%=0.0220.0250.047MnMn(MnO)8.5370.38%=0.0330.0100.043PP(P2O5)8.5370.01%=0.0010.0010.002S(S O2)8.5370.009%1/3=0.00030.00030.0006S(S)+(CaO)(CaS)+(O)8.5370.009%2/3=0.0005-0.00030.001合計0.07380.068.537-0.0738=8.661成渣量（kg）0.093表 3-20 加入廢鋼的物料平衡表（以 100kg 鐵水為基礎）項目重量（kg）%項目重量（k

45、g）%鐵水100.0086.78鋼水94.532+8.537=89.72 第 22 頁 103.267廢鋼8.5377.60爐渣5.283+0.093=5.3764.67石灰2.111.83爐氣3.598+0.037+0.005+0.0006=3.6413.16螢石0.50.43噴濺1.000.87輕燒白云石0.300.26煙塵1.501.30爐襯0.300.26渣中鐵珠0.3170.28氧氣3.2912.86合計115.236100.00合計115.101100.00表 3-21 廢鋼的物料平衡表（以 100 千克（鐵水+廢鋼）為基礎）收入支出項目重量（kg）%項目重量（kg）%鐵水91.2

46、6586.78鋼水94.2589.74廢鋼8.5378.25爐渣4.914.67石灰1.931.82爐氣 3.303.14螢石0.460.43噴濺0.900.85輕燒白云石0.27 0.25煙塵1.371.30爐襯0.270.25渣中鐵珠0.290.28氧氣3.002.83 第 23 頁 合計105.93100.00合計105.03100.003.3.3 熱平衡計算（1）計算熱收入 Qs熱收入項包括：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 Qw：先根據純鐵熔點，鐵水成分以及溶入元素對鐵熔點的降低值（表 3-20，3-21，3-22） ，計算鐵水的熔點 Tt

47、。然后由鐵水溫度和生鐵比熱（表 18 和 19）確定 Qw。 Tt=1536-（4.3100+0.358+0.605+0.230+0.0425）-6=1087Qw=1000.745(1087-25)+218+0.837(1250-1087)=114562.00KJ2) 元素氧化熱及成渣熱 Qy：由鐵水中元素氧化量和反應效應（表 3-20）可以算出。其結果列表 3-23。表 3-22 元素氧化熱和成渣熱反應產物氧化熱或成渣熱反應產物氧化熱或成渣熱CCO1.1711639=13617.63FeFe2O30.1686460=1085.28CCO20.1334834=4528.42PP2O50.180

48、18980=3416.4SiSiO20.3529202=10220.7P2O54CaO. SiO20.4124880=2010.56MnMnO0.356594=2307.9SiO22CaO.SiO1.7141620=2776.68FeFeO0.3394250=1440.75合計 Qy41404.323）煙塵氧化熱 Qc。由表 5 中給出的煙塵量參數和反應熱效應計算可得。Qc=1.5(75%56/724250+20%112/1606460)=5075.4KJ4) 爐襯中碳的氧化熱 Qt，根據爐襯蝕損量及其含碳量確定。 第 24 頁 Qt=0.314%90%11639+0.314%10%34834

49、=586.3KJ故熱收入總值為 QS= Qw+Qy+ Qc+ Qt=161628.02KJ（2）計算熱支出 Qz。熱支出項包括：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；噴濺物理熱；輕燒白云石分解熱；熱損失；廢鋼吸熱。鋼水 物理熱 Qg ：先按求鐵水熔點的方法確定鋼水的熔點 Tg；再根據出鋼和鎮(zhèn)靜時的實際降溫（通常前者為 40-60，后者約為 3-5/min,具體時間與盛鋼桶大小和澆注條件有關）以及要求的過熱度（一般為 50-90）確定出鋼溫度 Tz ; 最后有鋼水量和熱容算出物理熱。Tg= 1536-(3.085+0.255+0.0230+0.0125)-6=1272.

50、9 ()式中：3.0、0.25、0.02 、0.01 分別為終點鋼水 C、Mn、P 和 S 的含量。Tz1272.9+50+50+70=1442.9 （0C）式中：50、50 分別為出鋼過程中的溫降、鎮(zhèn)靜過程中的溫降和鋼水的過熱度。Qg=94.5320.699（1272.9-25）+272+0.837（1442.9-1272.9）=121623.93 KJ爐渣物理熱 Qr:溫度與鋼水溫度相同，則得：Qr=5.2831.248（1442.9-25）+209=10452.62KJ爐氣，煙塵，鐵珠和噴濺金屬的物理熱 Qx。根據其數量。相應的溫度和熱容確定。詳見表 3-23.表 3-23 某些物料的物

51、理熱項目參數（kJ）備注爐氣物理熱3.5981.137（1450-25）=5829.571450為爐氣 第 25 頁 和煙塵溫度煙塵物理熱1.50.996(1450-25)+209=2442.45渣中鐵珠物理熱0.317 0.699（1272.9-25）+272+0.837（1442.9-1272.9）=407.85噴濺金屬物理熱10.699(1272.9-25)+272+0.837(1442.9-1272.9)=1286.601272.9系鋼水熔點合計Qx=121623.93輕燒白云石分解熱 Qb：根據其用量，成分和表 3-21 所示的熱效應計算之。Qb=0.3(36.4%1442.9+25

52、.60%1405)=265.47KJ熱損失 Qq：用與加熱廢鋼的熱量一般占總熱收入的 38%。本計算取 5%，則得：Qq=161628.025%=8081.40 KJ；廢鋼吸熱 Qf：用于加熱廢鋼的熱量系剩余熱量，即：Qf=QS-Qg- Qr- Qb- Qq -Qr=11238.13KJ ；故加入的廢鋼量 Wf 為： Wf=11238.13/10.699(1272.9-25)+272+0.837(1442.9-1272.9)=8.735kg 即廢鋼比：8.735/(100+8.735)100%=8.03%熱平衡表列于表 3-24。表 3-24 熱平衡表收入支出項目熱量%項目熱量% 第 26 頁

53、 鐵水物理熱114562.00 70.88鋼水物理熱121623.93 75.25元素氧化熱和成渣熱 41404.32 25.62爐渣物理熱10452.62 6.47其中 C 氧化18146.05 11.23廢鋼物理熱11238.13 6.95Si 氧化10220.76.32爐氣物理熱5829.573.61P 氧化3416.44.50 渣中鐵珠物理熱 407.850.25Fe 氧化2526.031.56 噴濺金屬物理熱 1286.60 0.80SiO2成渣2776.681.72白云石分解熱265.470.16P2O5成渣2010.561.24熱損失8081.405.00煙塵氧化熱5075.40

54、3.14煙塵物理熱2442.451.51爐襯中 C 的氧化熱586.300.36合計161628.02100.00合計161628.02100.00 3.4 脫碳爐物料平衡3.4.1 基本數據 表 3-25 鋼種，鐵水，廢鋼，終點鋼水的成分及溫度 成 分/ %類 別CSiMnPS溫度/不銹鋼 0Cr18Ni90.081.002.000.0450.030脫磷鐵水鐵水設定值2.8痕跡0。250.030.0201300終點鋼水設定值*0.08痕跡0.1200.0100.0101691 第 27 頁 3.4.2 計算步驟為計算方便，以 100kg 鐵水為基礎進行計算。表 3-26 鐵水中元素的氧化產物

55、及其成渣量元素反應產物元素氧化量耗氧量氧化產物量備注CCO2.7790%=2.53.335.83CCCO22.7710%=0.30.801.10MnMn(MnO)0.1300.0760.168入渣PP(P2O5)0.020.0260.046入渣SSO20.011/3=0.0030.0030.006S(S)+(CaO)=(CaS)+(0)0.012/3=0.007-0.0030.016入渣Fe(FeO)0.13156/72=0.1020.0290.131入渣FeFe(Fe2O3)0.0722112/160=0.0510.0220.0722入渣合計3.114.29成渣量0.4332表 3-27 爐

56、襯蝕損的成渣量成渣組分（kg）氣態(tài)產物（kg）耗氧量（kg）爐襯蝕損量（kg）CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO,CCO2 第 28 頁 0.30.0040.0090.2360.0040.0050.314%90%28/12=0.0880.314%10%44/12=0.0150.062合計0.2580.103表 3-28 加入熔劑的成渣量成渣組分（kg）氣態(tài)產物（kg）類別 加入量（kg）CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H20CO2O2錳礦0.60.268 0.0130.1850.018鐵礦石0.70.007 0.0040.0390.007

57、0.443輕燒白云石0.10.036 0.0260.0010.0010.036石灰 0.3*10.264*20.0080.0080.0050.0020.00030.00050.00030.0140.0001合計0.575 0.0510.2330.0310.4330.0003 0.0030.0003 0.05 0.0001成渣量1.32331 石灰加入量計算如下：由表 3-263-28 可知，渣中已含(CaO)=-0.012+0.004+0.268+0.007+0.036=0.303kg; （SiO2）=0.009+0.185+0.039+0.001=0.234kg渣中已含。因設定的終渣堿度 R

58、=2.5；故石灰加入量R(SiO2)-(CaO)/(%CaO 石灰-R%SiO2石灰石)=0.3449kg2 為（石灰中 CaO 含量）-（石灰中 SCaS 自消耗的 CaO 量）。 第 29 頁 表 3-29 總渣量及其成分 爐渣成分CaOSiO2MgO Al2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合計元素氧化成渣量（kg）0.1680.1310.07220.046 0.016 0.4332石灰成渣量（kg）0.2640.0080.0080.0050.002 0.00030.00050.2878錳礦（kg）0.2680.1850.0130.0180.484爐襯蝕損量（kg）0.0040.0

59、090.2360.0040.0050.258輕燒白云石成渣量（kg）0.0360.0010.0260.0010.064鐵礦石成渣量（kg）0.0070.0390.0040.0070.057總渣量 （kg）0.5790.2420.2870.0350.1680.131 0.079 0.046 0.017 1.584*質量分數 %36.5515.2818.12 2.21 10.61 8.27 4.992.921.04100.00總渣量計算如下；因為表 3-29 中除（FeO）和（Fe2O3）以外的渣量為：0.579+0.242+0.287+0.035+0.168+0.046+0.016=1.374k

60、g，而終渣（FeO）=15%故總渣量為 1.374/86.75%=1.584kg。（FeO）量=1.5848.25%=0.131kg（Fe2O3）量=1.5845%-0.002-0.005=0.0722kg。第二步：計算氧氣消耗量氧氣實際消耗量系消耗項目與供入項目之差。詳見表 3-30。表 3-30 實際耗氧量耗氧項（kg）供氧項 （kg）實際氧氣消耗量（kg）鐵水中元素氧化耗氧量 4.29鐵礦石中 S 與 CaO 反應還原出的氧量 0.0035 第 30 頁 爐襯中碳氧化耗氧量 0.062石灰中 S 與 CaO 反應還原出的氧量 0.0001(忽略)煙塵中鐵氧化耗氧量 0.340爐氣中自由氧耗氧量 0.37