炼钢转炉设计

-1-——任务要求：含C3.9%，Si0.6%，50t复吹转炉炉型专业班级：冶金工程3班学生姓名：李源祥指导教师：杨吉春完成时间：2011年11月25日-2-1.炼钢课程设计目的与内容一、炼钢课程设计的目的炼钢课程设计属于钢铁冶金专业的实践性教学环节，要求学生查阅相关资料，在指导老师的具体指导下，合理选择工艺参数、配料，使物料平衡、热平衡等工艺过程，及其绘图等，使学生经物料平衡计算，了解加入炉内参与炼钢过程的全部物料与产物之间的平衡关系。经热平衡计算后，了解炼钢过程的全部热量来源与支出之间的平衡关系。经炉型设计和绘图，掌握炉型对尺寸的计算方法。对提高学生工程实践及独立分析解决问题的能力，培养创新意识，同时，加深了学生对炼钢原理，炼钢工艺等专业知识的理解，提高专业水平具有重要意义。二、炼钢课程设计的内容1.转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算；2.复吹转炉炉型设计计算及绘图。3.设计具体要求：铁水含C3.9%，含Si0.6%，50t炉型图。-3-2.转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算2.1物料平衡计算2.1.1计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其他工艺参数。表2-1钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值成分含量/%类别CSiMnPS钢种Q235设定值0.180.25.0.55≤0.045≤0.050铁水设定值3.900.600.300.100.040废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值0.10痕迹0.180.0200.020注：本计算设定的冶炼钢种为Q235A。[C]和[Si]按实际生产情况选取；[Mn]、[P]和[S]分别按铁水中相应成分含量的30%、10%和60%留在钢水中设定。表2-2原材料成分成分含量/%类别CaSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2FeOP2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰90.002.50.1.501.200.08萤石5.000.503.0089.600.500.052.35生白云石52.000.5025.002.000.0020.01矿石0.54.10.330.966.028.00.020.15炉衬1.402.0078.800.500.5015.0焦炭0.5881.512.45.52注：炉衬配比：（镁碳砖），镁砂：80~85%碳：15~20%碳的有效成分：99.56%，余为挥发分：0.44%。表2-3铁合金成分（分子）及其回收率（分母）成分回收率/%类别CSiMnAlPSFe硅铁——73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.8/80——0.23/1000.13/10024.74/100注：①10%的C与氧气生成CO2-4-表2-4其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度w(CaO)/w(SiO)=3.5渣中铁损(铁珠)为渣量的6﹪萤石加入量为铁水量的0.3﹪氧气纯度99.6﹪，余者为N2生白云石加入量为铁水量的2.5﹪炉气中自由氧含量0.5﹪(体积比)炉衬蚀损量为铁水量的0.3﹪气化去硫量占总去硫量的1/3终渣∑w(FeO)含量(按向钢中传氧量w(Fe2O3)＝1.35w(FeO)折算)15﹪而ω(Fe2O3)/∑ω(FeO)=1/3,即金属中[C]的氧化产物w(Fe2O3)＝5﹪，w(FeO)=8.25﹪金属中[C]的氧化物90﹪C氧化成CO，10﹪C氧化成CO2烟尘量为铁量的1.5﹪(其中w(FeO)为75﹪w(Fe2O3)的20﹪)废钢量由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的6.33﹪，废钢比为5.95﹪喷溅铁损为铁水量的1﹪矿石加入量铁水的1%2.1.2物料平衡的基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、白云石、矿石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。2.1.3计算步骤以100㎏铁水为基础进行计算。第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬腐蚀和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表2-5~表2-7。总渣量及成分如表2-8所示。表2-5铁水中元素的氧化产物及其成渣量元素反应产物元素氧化量/㎏耗氧量/㎏产物量/㎏备注C[C]→{CO}3.80×90%=3.4204.5607.980[C]→{CO2}3.80×10%=0.381.0131.393Si[Si]→(SiO2)0.600.6861.286入渣Mn[Mn]→(MnO)0.1200.0350.155入渣P[P]→(P2O5)0.0800.1030.183入渣S[S]→{SO2}0.02×1/3=0.00670.00670.013[S]+[CaO]→(CaS)+(O)0.02×2/3=0.0133-0.0070.030（CaS）入渣-5-Fe[Fe]→(FeO)0.577×56/72=0.4490.1280.577入渣（表2-8）[Fe]→(Fe2O3)0.399×112/160=0.2790.1200.399入渣（表2-8）合计5.3486.645成渣量2.630入渣组分之和①注：由CaO还原出的氧量；消耗CaO量=0.0133×56/32=0.0233㎏。表2-6炉衬腐蚀的成渣量炉衬蚀损渣量/㎏成渣组分/㎏气态氧化物/㎏耗氧量/㎏CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3C→COC→CO2C→CO，CO20.3(表2-4)0.0040.0060.2360.0020.0020.3×15%×90%×28/12=0.09450.3×15%×10%×44/12=0.01650.3×15%×（90%×16/12+10%×32/12）=0.066合计0.250.1110.066表2-7加入溶剂的成渣量类别加入量㎏成渣组分/㎏气态氧化物CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤石0.50.0030.0150.0150.0030.4480.005白云石2.51.300.6250.0130.05石灰4.3033.7730.0650.1080.0520.0080.002矿石1.00.0050.0030.0410.0090.6600.002合计5.0780.06960.1770.1260.6600.0030.0100.4480.0050.002成渣量6.572注：①.石灰加入量：渣中已含CaO=-0.0233+0.004+1.30+0.003=1.2837kg；渣中已含SiO2=1.286+0.006+0.015+0.013+0.021=1.341kg；因设定终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为：[R∑ω(SiO2)-∑ω(CaO)]/[ω(CaO,石灰)-R×ω(SiO2，石灰)]=3.410/(88.0%-3.5×2.50%)=4.303㎏②.石灰加入量=(石灰中CaO含量）-（石灰中S→CaS自耗的CaO量）-6-表2-8总渣量及其成分炉渣成分/㎏CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣1.2860.1550.5770.3990.1830.0302.63石灰石成渣量3.7730.1080.0650.0520.0074.005炉衬蚀损成渣0.0030.0050.2360.0010.0010.246生白云石成渣1.300.0130.6250.0501.988萤石成渣量0.0150.0030.0150.4480.0030.484矿石成渣量0.0050.0410.0030.0090.2800.6600.0021.000总成渣量5.0811.4680.9320.1620.1550.8571.0600.4480.1860.03910.388质量分数/%48.9114.138.971.561.498.2510.214.311.790.38100.00①.总渣量计算如下：表中除(FeO)和(Fe2O3)以外的总渣量为:5.081+1.468+0.932+0.162+0.155+0.448+0.186+0.039=8.471㎏，矿石成渣量中(FeO)和(Fe2O3)所占比例：（0.280+0.660）/（8.471+0.280+0.660）=9.988%13.25%,因此总渣量为：（8.471+0.280+0.660）/（1-9.988%）=10.388kg②ω(FeO)=10.388×8.25%-0.28=1.577㎏③ω(Fe2O3)=10.388-8.471-0.857-0.660-0.001=0.399㎏第二步：计算氧气消耗量。氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。见表2-9表2-9实际耗氧量耗氧项/㎏供氧项/㎏实际耗氧量/㎏铁水中元素氧化耗氧量（表2-5）6.645炉衬中碳氧化消耗氧量（表2-6）0.066石灰中S与CaO反应还原出的氧化量（表2-7）0.002烟尘中铁氧化消耗氧量（表2-4）0.3407.102-0.002+0.0625=7.1625炉气自由氧含量（表2-10）0.051合计7.102合计0.002第三步：计算炉气量及其成分。炉气中含有CO、CO2、N2、SO2和H2O.其中CO、CO2、SO2和H2O可由表2-5~表2-7查得，O2和N2则由炉气总体积来确定。现计算如下：炉气总体积VΣ:V∑=gV+0.5%V∑+6.991(sG324.22+0.5%V∑－xV)所以：V∑=(99.6gV+0.7Gs－xV)/99.103=7.275m3式中Vg——CO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，m³。本计算中其值为：8.075×22.4/28＋1.410×22.4/44＋0.013×22.4/64＋0.005×22.4/18=7.189m3Gs——不计自由氧的氧气消耗量，㎏。本计算中其值为：6.645+0.066+0.34=7.051㎏-7-Vx——石灰中的S和CaO反应还原出的氧量（其质量为：0.002㎏）m³。0.5%——炉气中自由氧含量。99——自由氧纯度为99%转换得来。计算结果列于表2-10表2-10炉气量及其成分炉气成分炉气量/㎏炉气体积/m³体积分数/%CO8.0758.075×22.4/28=6.4688.80CO21.4101.410×22.4/44=0.7189.86SO20.0130.013×22.4/64=0.0050.07H2O0.0050.005×22.4/18=0.0060.08O20.0510.0360.50N20.06250.0500.69合计9.61657.275100.00注：①.炉气中O2的体积为7.275×0.5%=0.036m³；质量为0.036×32/22.4=0.051㎏。②.炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分体积之差；质量为0.050×28/22.4=0.0625㎏第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。钢水量Qg＝铁水量-铁水中元素的氧化量-烟尘、喷溅和渣中的铁损＝100-5.348-[1.50×(75%×56/72+20%×112/160)+1+10.388×6%]＝91.944㎏由此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表2-11表2-11未加废钢时的物料平衡表收入支出项目质量/㎏%项目质量/㎏%铁水10086.75钢水9481.69石灰4.3033.73炉渣10.399.03萤石0.500.43炉气9.628.36生白云石2.502.17喷溅1.000.87炉衬0.300.26烟尘1.501.30氧气7.16256.21渣中铁珠0.620.54矿石1.00.87合计115.07100合计115.27100.00注：计算误差为（115.27-115.07）/115.27×100%=0.017%第五步：计算加入废钢的物料平衡。-8-如同第一步计算铁水中元素氧化量一样，利用表2-1中的数据先确定废钢种元素的氧化量及其消耗量和成渣量（表2-12），再将其与表2-11归类合并