年产510万t钢转炉炼钢厂工艺设计本科毕业设计(编辑修改稿)

年产510万t钢转炉炼钢厂工艺设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

平均冶炼时 年炼钢时间年出钢炉数  11 1 2 8 0 3 炉39 9 5 %60243 6 5间炼一炉钢的平均冶炼时 转炉作业率60243 6 5  ＝3 7 炉9 5 %3 6 51 2 8 0 3转炉作业率年日历天数 年出钢炉数每天出钢炉数  6 21 2 8 0 31 0 0 0 9 2 ＝年出钢炉数年产钢水量平均炉产钢水量  根据上面计算结果并参照转炉系列 ， 为了减少车间内的设备互相干扰，炉子座数不宜太多，但必须保持车间内始终有固定数目的炉子在吹炼，以发挥生产潜力。 本设计选定 2 座公称容量为 250t 的顶底复吹转炉，采用 ―二吹二 ‖方案。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 6 第 3 章 转炉物料平衡与热平衡计算 物料平衡是计算转炉炼钢过程中加入炉内 与参与炼钢的全部物料（如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、合金添加剂、被侵蚀的炉衬等）和炼钢过程的产物（如钢水、炉渣、炉气、烟尘等）之间的平衡关系。 热平衡是计算转炉炼钢过程的热量收入（如铁水物理热、化学热）和热量支出（如钢水、炉渣、炉气的物理热、冷却剂溶化和分解热）之间的平衡关系。 原始数据的选取 原材料成分 原材料成分 见 表 ~表。 表 铁水、废钢成分（ %） 原料 C Si Mn P S 温度 /℃ 铁水 1300 废钢 25 表 渣料和炉衬材料成分（ %） 种类 CaO SiO2 MgO Al2O3 S P CaF2 FeO Fe2O3 烧减 H2O C 石灰 88 矿石 萤石 白云石 炉衬 表 各材料的热容 项目 固态平均热容 /kJkg1K 1 熔化潜热 /kJkg1 液（气）态平均热 /kJkg1K 1 生铁 钢 炉渣 炉气 烟尘 矿石 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 7 表 反应热效应（ 25℃ ） 元 素 反 应 反应热 /kJkg1 元素 C [C]+1/2O2=CO 10950 [C]+O2=CO2 34520 Si [Si]+O2=SiO2 28314 P 2[P]+5/2O2=P2O5 18923 Mn [Mn]+1/2O2=MnO 7020 Fe [Fe]+1/2O2=FeO 5020 [Fe]+3/2O2=Fe2O3 6670 SiO2 SiO2+2CaO=2CaOSiO2 2070 P2O5 P2O5+4CaO=4CaO P2O5 5020 假设条件 根据各类转炉生产实际过程假设： （ 1）渣中铁珠量为渣量的 8%； （ 2）喷溅损失为铁水量的 1%； （ 3）熔池中碳的氧化生成 90%CO， 10% CO2； （ 4）烟尘量为铁水量的 %，其中 wFeO 为 77%， wFe2O3=20%； （ 5）炉衬侵蚀量为铁水量的 %； （ 6）炉气温度取 1450℃ ，炉气中自由氧含量为总炉气量的 %； （ 7）氧气成分： %氧气， %氮气。 物料平衡计算 物料平衡基本项目： （ 1） 收入项：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。 （ 2） 支出项：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。 根据铁水、渣料质量及其冶炼钢种的要求，采用单渣法操作。 为了简化运算，以 100 kg 铁水为计算基础。 渣量及其成分计算 （ 1）铁水中元素氧化量 铁水中各元素的氧化量见表。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 8 表 铁水中的元素氧化量 元素 /% 项目 C Si Mn P S 铁水 钢水 0 氧化量 注：脱磷率 85%～ 90% ，取 90%；脱硫率 30%～ 40% ，取 35%；钢水中残余锰占铁水［ Mn］的 30%～40%，取 30%；钢水中［ C］取规格下限，因合金加入后还要增碳。 （ 2） 各元素耗氧量及氧化产物量 铁水中各元素的耗氧量及氧化产物量见表。 表 铁水中元素氧化量、氧化产物量 元素 反应 元素氧化量 /kg 耗氧量 /kg 氧化产物量 /kg C [C]+1/2O2=CO 90%= 16/12= 28/12= [C]+O2=CO2 10%= 32/12= 44/12= Si [Si]+O2=SiO2 32/28= 60/28= Mn [Mn]+1/2O2=MnO 16/55= 71/55= P 2[P]+5/2O2=P2O5 80/62= 142/62= S [S]+O2=SO2 1/3= 32/32= 64/32=* S [S]+(CaO)=(CaS)+[O] 2/3= （ 16） /32= 72/32= Fe ［ Fe］ +1/2O2=（ Fe0） 16/56= * 2[Fe]+3/2O2=Fe2O3 48/112= 总计 *注：假定炉内气化脱硫 1/3；铁的氧化由表 得出。 （ 3） 渣料的加入量 1）矿石加入量： 为了化渣，加入矿石 1%，即 1001% =1kg ，其成分质量计算见表。 表 矿石加入量及成分 成分 质量 /kg 成分 质量 /kg Fe2O3 1% = FeO 1% = SO2 1% = Al2O3 1% = CaO 1%= MgO 1% = S 1%≈ H2O 1% = 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 9 其中： [S]+(CaO)=(CaS)+[O] （ CaS）生成量 = 72/32≈ kg 消耗 CaO 量 = 56/32≈ kg 2） 萤石加入量 ： 根据冶金局（部）转炉操作规程，并参考《炼钢工艺学》，取萤石加入量 4 kg/t，在本设计中，即为： 4= kg，其成分质量计算见表. (质量计算中各成分质量百分数见表 ) 表 萤石加入量及成分 成分 质量 /kg 成分 质量 /kg CaF2 % = MgO % = SiO2 6% = P % = Al2O3 % = S %≈(忽略 ) H2O 2% = 其中： 2[P]+5/2O2=P2O5 (P2O5)生成量 = 142/62 = kg 3）白云石加入量 ： 为了提高转炉寿命，采用白云石造渣，控制渣中 w（ MgO）在 6% ~ 8%范围内。 根据已投产转炉的经验，取生白云石 30 kg/t，在本设计中即为： 30 = 3 kg，其成分质量见表 (质量计算中各成分质量百分数见表 )。 表 生白云石加入量及成分 成分 质量 /kg 成分 质量 /kg CaO 355% = MgO 333% = SiO2 33% = Fe2O3 31% = Al2O3 33% = 烧减 35% = 其中：烧减是白云石中 CaCO3 ` MgCO3 分解产生的 CO2 气体。 4）炉衬侵蚀量： 转炉炉衬在炉渣作用下，将被侵蚀和冲刷进入渣中，本设计中取铁水量的 %，即 100% = kg ,其成分质量计算见表 （质量计算中各成分质量百分数见表 ）。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 10 表 炉衬侵蚀量及成分 成分 质量 /kg 成分 质量 /kg CaO 52% = SiO2 2% = MgO 40% = C 5% = Al2O3 1% = 其中： 炉衬中碳的氧化与金属中氧化生成的 CO 和 CO2 比例相同。 即： [C]+1/2O2=CO：氧化产物 CO 量为： 90%28/12 = kg 耗氧量为： 90%16/12 = kg [C]+O2=CO2：氧化产物 CO2 量为： 10%44/12 = kg 耗氧量为： 32/44 = kg 共消耗氧量 =+ = kg 5）石灰加入量： 根据铁水成分，取终渣碱度 R=. 石灰加入量 = （ ∑(SiO2)R 白云石带入 CaO 量 )/%CaO 有效 100 = （ – ） /(88 – ) 100= 表 石灰加入量及成分 成分 质量 /kg 成分 质量 /kg CaO 88% = SiO2 % = MgO % = S % = Al2O3 % = 烧减 % = 其中 ： [S]+(CaO)=(CaS)+[O] 生成的 (CaS) = 72/32 = 6） 渣中的铁氧化物 ： 对于冶炼 Q235 钢 ， 根据已投产转炉渣中含 ∑(FeO)量 ，取 w(FeO)= 10%， w(Fe2O3)= 5%。 7）终渣总量及成分 ： 根据表 ~表 中的数据，确定终渣总量及成分，见表 ，若不计（ FeO）、（ Fe2O3），由表 中可得： CaO+MgO+SiO2+P2O5+MgO+Al2O3+CaF2+CaS= kg 已知 w（ FeO） = 10% ， w(Fe2O3） = 5% ，则其余渣应占渣量总数的 85%。 故总渣量为 由此可知：（ FeO） = 10% = kg, （ Fe2O3） = 5% = kg。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 11 由于矿石和白云石中带入部分（ FeO）和（ Fe2O3） ，其含量参见表 和 ，实际铁氧化物为： （ FeO） = = ；其值列入表。 （ Fe2O3） = = .其值列入表。 故 [Fe]氧化量 =56/72+ 112/160 = 表 终渣总量及成分 成分 氧化产物 石灰 /kg 矿石 /kg 白云石/kg 炉衬 /kg 萤石 /kg 总计 /kg % CaO MgO SiO2 P2O5 MnO Al2O3 0． 09 CaF2 11 CaS FeO Fe2O3 总计 100 冶炼中的吹损计算 根据假设条件，渣中铁珠量为渣量的 8%，喷溅损失为铁水量的 1%，烟尘损失为铁水量的 %。 故可得到： 渣中铁珠量 = 8% = kg； 喷溅损失量 = 100 1% = kg； 烟尘铁损失量 = 100 %（ 77%56/72 + 20%112/160） = kg； 元素氧化损失 = kg； （见表 36） 吹损总量 = + + + = kg； 钢水量 = 100 – = kg 氧气消耗量计算 1）元素氧化耗氧 = kg； （见表 ）； 2）烟尘铁氧化耗氧 = 100%（ 77%16/72 + 20%48/160） = kg； 3) 炉衬中碳氧化耗氧 = kg； （见表 下）。 故总耗氧量 = + + = kg， 换算为标准体积为： 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 12 即冶炼 100 kg 铁 水需要 3m 氧气。 由于氧气不纯，含有 %的氮气，故供氧时带入的氮气为： % = kg， 其体积量为：。 炉气量及成分计算 炉内产生的炉气由 CO、 CO SO H2O、 N2 和自由 O2 组成。 其中： CO 来源于铁水和炉衬中的碳氧化； CO2 来源于铁水、炉衬中碳氧化，以及白云石和石灰石中的烧减量； SO2 来源于铁水中硫氧化； H2O 来源于矿石 和萤石中；N2 来源于供氧时被带入。 自由 O2 约占炉气总量的 %，即以上气体占炉气总量的 %，则炉气总量为： （ + + + + ） /% = m3 自由 O2 量为 % = m3，其质量为 32/ = kg。 表 炉气量及成分 成分 质量 /kg 体积 / m3 体积 /% CO + CO2 + ++ SO2 H2O + N2 O2 总计 100 物料平衡表 把以上各种物质的总收入和总支出汇总起来，得到未加合金时的物料平衡表。 表 未加废钢和合金时的物料平衡表 收入 支出 项目 质量 /kg % 项目 质量 /kg % 铁水 100 钢水 石灰 炉渣 白云石 炉气。