東北大學(xué)冶金專業(yè)課程設(shè)計(jì)模板.doc

.年產(chǎn)500萬噸良坯的轉(zhuǎn)爐煉鋼車間頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)學(xué)校：東北大學(xué)學(xué)院：材料與冶金學(xué)院班級(jí)：冶金051班姓名：何奕波學(xué)號(hào)：20051587指導(dǎo)教師：鐘良才1、 物料平衡計(jì)算1.1 基本數(shù)據(jù)（1） 鐵水和廢鋼的成分及溫度。見表1-1。表1-1 鐵水和廢鋼的成分元素CSiMnPS溫度鐵水/%3.90.550.330.0680.0021350廢鋼/%0.180.250.550.0300.03025（2） 造渣劑及爐襯成分。見表1-2。表1-2 造渣劑及爐襯成分成分/%CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2O燒減石灰/%91.01.501.601.500.500.100.063.640.10礦石/%1.05.610.521.1061.80FeO=29.400.070.50鐵礬土/%7.2028.602.0148.9911.390.060.06TiO2=1.69輕燒白云石/%50.150.4641.800.746.85爐襯/%1.00.9279.800.281.60C=16.4（3） 冶煉鋼種及成分。見表1-3。表1-3 鋼種成分元素CSiMnPS鋼種Q235/%0.140.220.120.300.300.700.0450.045（4） 鐵合金成分。見表1-4。表1-4 鐵合金成分元素CSiMnPSFe硅鐵/%700.700.050.0429.21錳鐵7.502.50750.380.0314.59鐵合金種的元素收得率：Mn的收得為80%，Si的收得率為75%，C的收得率為90%，其中10%的C被氧化成CO2。P，S，F(xiàn)e全部進(jìn)入鋼中。（5） 操作實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。見表1-5。表1-5 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)終渣堿度R=%CaO/%SiO2=2.8噴濺鐵損為鐵水量的（0.10.3）%，取0.2%計(jì)算鐵礬土加入量為鐵水量的0.5%渣中鐵損（鐵珠）為渣量的（12.5）%,取2.5%計(jì)算礦石加入量為鐵水量的1.0%氧氣純度99.5%O2，0.5%N2爐襯侵蝕量為鐵水量的（0.10.3）%，取0.1%計(jì)算爐氣中自由氧含量為爐氣體積的0.5%終渣T.Fe含量取12%計(jì)算，其中爐渣中的（%FeO）=1.35（%Fe2O3）金屬中C的氧化80%85%的C氧化成CO，取80%計(jì)算，則20%的C氧化成CO2煙塵量為鐵水量的（1.31.5）%，取1.5%計(jì)算（其中FeO為75%，F(xiàn)e2O3為20%）1.2 計(jì)算過程（以100kg鐵水為基礎(chǔ)）（1） 爐渣量及成分。爐渣來自金屬料元素氧化和還原的產(chǎn)物，加入的造渣劑以及爐襯侵蝕等。 鐵水中各元素氧化量。終點(diǎn)鋼水的成分是根據(jù)同類轉(zhuǎn)爐冶煉Q235鋼種的實(shí)際數(shù)據(jù)選取。其中C：應(yīng)根據(jù)冶煉鋼種含碳量和預(yù)估計(jì)的脫氧劑的增碳量來確定終點(diǎn)鋼水含碳量，取0.10%；Si：在堿性氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法中，鐵水中的硅幾乎全部被氧化進(jìn)入爐渣；Mn：終點(diǎn)鋼水殘錳量，一般為鐵水中含錳量的50%60%，取50%；P：采用低磷鐵水操作，鐵水中磷約85%95%氧化進(jìn)入爐渣，在此取脫磷率為90%。鐵水中各元素氧化量見表1-6。表1-6 100kg鐵水各元素氧化量元素CSiMnPS合計(jì)鐵水/kg3.90.550.330.0680.002終點(diǎn)鋼水/kg0.1痕跡0.1650.00680.002氧化量/kg3.80.550.1650.05120.0024.5682其中，氧化成CO的C質(zhì)量為3.880%=3.04kg，氧化成CO2的C質(zhì)量為3.820%=0.76kg。 鐵水中各元素氧化耗氧量及氧化產(chǎn)物量。見表1-7。表1-7 鐵水中各元素氧化耗氧量及氧化產(chǎn)物量元素反應(yīng)產(chǎn)物耗氧量產(chǎn)物量備注CCCO3.0416/12=4.0533.0428/12=7.093進(jìn)入爐氣CCO20.7632/12=0.8680.7660/28=1.628進(jìn)入爐氣SiSi(SiO2)0.5532/28=0.6280.5560/28=1.178進(jìn)入爐渣MnMn(MnO)0.16516/55=0.0480.16571/55=0.213進(jìn)入爐渣PP(P2O5)0.051280/62=0.0660.0512142/62=0.117進(jìn)入爐渣FeFe(FeO)0.59316/72=0.1320.763Fe(Fe2O3)0.39648/112=0.1700.565合計(jì)5.663 造渣劑加入量及其各組元質(zhì)量a. 礦石、鐵礬土、爐襯帶入的各組元質(zhì)量。由礦石、鐵礬土加入量和爐襯侵蝕量和其中各組元的成分可計(jì)算出各組元的質(zhì)量，見表1-8和1-9。爐襯中C的氧化耗氧量為0.116.4%（1680%/12+3220%/12）=0.026kg。b. 輕燒白云石。為了提高轉(zhuǎn)爐爐襯壽命，在加入石灰造渣的同時(shí)，添加輕燒白云石造渣，其目的是提高爐渣中MgO的含量，有利于提高爐襯壽命。渣中（MgO）含量在6%10%效果較好。經(jīng)試算后輕燒白云石加入量為1.5kg/100kg鐵水。其各組元質(zhì)量見表1-8和表1-9.其中的燒減為（MgCO3CaCO3）分解產(chǎn)生的CO2質(zhì)量。c. 爐渣堿度和石灰加入量。根據(jù)鐵水的P、S含量，取終渣堿度R=2.8。未計(jì)石灰?guī)氲腟iO2量時(shí)，渣中現(xiàn)有的SiO2量為（見表1-7和表1-8）：SiO2=(SiO2)鐵水+(SiO2)爐襯+(SiO2)礦石+(SiO2)鐵礬土+(SiO2)輕白 =1.178+0.001+0.056+0.143+ 0.008=1.386kg 渣中現(xiàn)有的CaO量為：CaO=CaO爐襯+CaO礦石+CaO鐵礬土+CaO輕白 =0.001+0.010+0.036+0.753=0.8kg則石灰加入量為： W石灰=RSiO2-CaO%CaO石灰-R%SiO2石灰 =2.81.386-0.891.0%-2.81.5%=3.549kg 終渣T.%Fe的確定。終渣中T.%Fe與終點(diǎn)碳含量和終渣的堿度有關(guān)，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，終渣T.%Fe取12%計(jì)算。渣中存在著（FeO）和（Fe2O3），按照（%FeO）=1.35（%Fe2O3）和T.%Fe=56(%FeO)/72+112(%Fe2O3)/160的關(guān)系，求得（FeO）=9.26%和（Fe2O3）=6.86%。 終渣及成分。終渣量及成分列于表1-8中。表中的FeO和Fe2O3質(zhì)量計(jì)算過程如下。不計(jì)（FeO）和（Fe2O3）在內(nèi)的爐渣質(zhì)量為 Ws=CaO+MgO+SiO2+Al2O3+MnO+P2O5+TiO2 =4.03+0.779+1.439+0.32+0.213+0.121+0.008=6.91kg表1-8 終渣量及成分組元產(chǎn)物量/kg石灰/kg礦石/kg輕白/kg爐襯/kg鐵礬土/kg合計(jì)比例CaO3.230.010.7530.0010.0364.0348.92%MgO0.0570.0050.6270.080.010.7799.46%SiO21.1780.0530.0560.0080.0010.1431.43917.47%Al2O30.0530.0110.0110.2450.323.88%MnO0.2130.2132.59%P2O50.1170.0040.1211.47%TiO20.0080.0080.10%FeO0.7630.7639.26%Fe2O30.5650.5656.86%合計(jì)8.238100.00%那么，總渣量為Ws=6.91100%-9.26%-6.86%=8.238kg（FeO）質(zhì)量=8.2389.26%=0.763kg，其中鐵=0.76356/72=0.593kg；（Fe2O3）質(zhì)量=8.2386.86%=0.565kg，其中鐵=0.565112/160=0.396kg。（2） 礦石、煙塵中的鐵及氧量。假定礦石中的FeO、Fe2O3全部還原成鐵，則礦石帶入鐵量=1.00（29.40%56/72+61.80%112/160）=0.661kg煙塵帶走鐵量=1.50（75.00%56/72+20.00%112/160）=1.085kg礦石帶入氧量=1.00（29.40%16/72+61.80%48/160）=0.251kg煙塵消耗氧量=1.50（75.00%16/72+20.00%48/160）=0.340kg其他造渣劑的Fe2O3帶入的鐵量和氧量忽略不計(jì)。（3） 爐氣成分、質(zhì)量及體積。 當(dāng)前爐氣體積V1。由元素氧化和造渣劑帶入的氣體質(zhì)量見表1-9。表1-9 氣體來源及質(zhì)量、體積來源鐵水/kg爐襯/kg輕白/kg石灰/kg礦石/kg鐵礬土/kg合計(jì)體積/m3*CO7.0930.0317.1245.699 CO21.6280.0120.1030.1291.8720.953 H2O0.0040.0050.0090.011 合計(jì)V1=6.663 *：氣體體積=氣體質(zhì)量22.4/氣體分子量 當(dāng)前氧氣消耗質(zhì)量及體積。當(dāng)前氧氣消耗質(zhì)量見表1-10。表1-10 氧氣消耗質(zhì)量元素氧化煙塵鐵氧化爐襯碳氧化礦石帶入氧合計(jì)耗氧量/kg5.6630.3400.026-0.2515.778則當(dāng)前氧氣消耗的體積VO2=5.77822.432=4.045m3 爐氣總體積Vg=元素氧化生成的體積+水蒸氣的體積+爐氣中自由氧體積+爐氣中氮?dú)怏w積，即Vg=V1+O2爐氣Vg+VO2+O2爐氣VgN2氧氣O2氧氣式中O2爐氣爐氣中自由氧含量； N2氧氣氧氣中氮?dú)獬煞郑?O2氧氣氧氣中氧氣成分整理得：Vg=V1+VO2N2氧氣O2氧氣1-O2爐氣-O2爐氣N2氧氣O2氧氣=6.663+4.0450.5%99.5%1-0.5%-0.5%0.5%99.5%=6.717m3 爐氣中自由氧體積及質(zhì)量Vf=0.5%6.717=0.034m3，Wf=320.03422.4=0.049kg 爐氣中氮?dú)怏w積及質(zhì)量VN2=4.045+0.0340.5%99.5%=0.020m3WN2=280.02022.4=0.025kg爐氣中各組元成分的質(zhì)量和體積見表1-11。表1-11 爐氣組元的質(zhì)量和體積爐氣組元COCO2O2N2H2O合計(jì)質(zhì)量/kg7.1241.8720.0490.0250.0099.079體積/m35.6990.9530.0340.020.0116.717體積百分?jǐn)?shù)/%84.84%14.19%0.51%0.30%0.16%100.00%（4） 總氧氣消耗量及體積WO2=5.778+0.049+0.025=5.852kg VO2=22.4(5.778+0.049)32+22.40.02528=4.099m3（5） 鋼水質(zhì)量Wm。在吹煉中鐵水的各項(xiàng)損失見表1-12。表1-12 吹煉中鐵水的各項(xiàng)損失吹損元素氧化煙塵鐵損渣中鐵珠噴濺鐵損礦石帶入鐵合計(jì)質(zhì)量/kg5.5571.0850.2060.200-0.6616.387則鋼水質(zhì)量Wm為：Wm=100-6.387=93.613kg鋼水收得率為93.61%。（6） 未加廢鋼時(shí)的物料平衡。見表1-13表1-13 未加廢鋼時(shí)的物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/kg%項(xiàng)目質(zhì)量/kg%鐵水10088.89%鋼水93.61382.96%石灰3.5493.15%爐渣8.2387.30%鐵礬土0.50.44%爐氣9.0798.05%輕燒白云石1.51.33%噴濺0.20.18%礦石10.89%煙塵1.51.33%爐襯0.10.09%渣中鐵珠0.2060.18%氧氣5.8525.20%合計(jì)112.501100.00%合計(jì)112.836100.00%計(jì)算誤差=（112.836-112.501）/112.836100%=0.30%2、 熱平衡計(jì)算2.1 基本數(shù)據(jù)（1） 物料平均熱容及其熔化潛熱。見表2-1。表2-1 物料平均熱容物料名稱生鐵鋼爐渣礦石煙塵爐氣固態(tài)平均熱容/（kJ/（kgK）0.7450.6991.0451.0470.996熔化潛熱/（kJ/kg）218272209209209液態(tài)或氣態(tài)平均熱容/（kJ/（kgK）0.8370.8371.2481.137（2） 入爐物料及產(chǎn)物的溫度。見表2-2。表2-2 入爐物料及產(chǎn)物的溫度名稱入爐物料鐵水 廢鋼 其他原料產(chǎn)物爐渣 爐氣 煙塵溫度/13502525比出鋼溫度高1015,取10計(jì)14501450（3） 溶入鐵液中元素對(duì)鐵熔點(diǎn)的降低值。見表2-3。表2-3 溶入鐵液中元素對(duì)鐵熔點(diǎn)的降低值元素CSiMnPS溶入1%元素使鐵熔點(diǎn)降低值/657075808590100853025使用含量范圍/%11.02.02.53.03.54.03150.70.08另外,O,H,N共降低鐵水熔點(diǎn)值6。（4） 煉鋼反應(yīng)熱效應(yīng)。見表2-4。表2-4 煉鋼溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng)組元化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)/kJ/kmol熱效應(yīng)/kJ/kg物質(zhì)氧化反應(yīng)C+12O2=CO-139420-11639CC+O2=CO2-418072-34834CSi+O2=SiO2-817682-29202SiMn+12O2=MnO-361740-6594Mn2P+52O2=P2O5-1176563-18980PFe+12O2=FeO-238229-4250Fe2Fe+32O2=Fe2O3-722432-6460Fe成渣反應(yīng)SiO2+2CaO=2CaOSiO2-97133-1620SiO2P2O5+4CaO=4CaOP2O5-693054-4880P2O5分解反應(yīng)CaCO3=CaO+CO2-1690503019CaOMgCO3=MgO+CO2-1180202951MgO2.2 計(jì)算過程（以100kg鐵水為基礎(chǔ)）（1） 熱收入Qin。 鐵水物理熱Qhm。已知純鐵的熔點(diǎn)為1536，則根據(jù)表2-4和2-1的數(shù)據(jù)，得鐵水熔點(diǎn)Tt=1536-3.9100+0.558+0.335+0.06830+0.00225-6 =1132鐵水物理熱Qhm=1000.7451132-25+218+0.8371350-1132 =122518.1kJ 元素氧化熱及成渣熱Qy。由鐵水中元素氧化量和反應(yīng)熱效應(yīng)（見表2-4）可以算出，其結(jié)果列于表2-5。表2-5 元素氧化熱和成渣熱反應(yīng)氧化熱或成渣熱/kJ反應(yīng)氧化熱或成渣熱/kJCCO3.0411639=35382.56FeFe2O30.3966460=2558.16CCO20.7634834=26473.84PP2O50.051218980=971.776SiSiO20.5529202=16061.1P2O54CaOP2O50.1214880=590.48MnMnO0.1656594=1088.01SiO22CaOSiO21.4391620=2331.18FeFeO0.5934250=2520.25合計(jì)Qy87977.36 煙塵氧化熱Qc。由表1-5中給出的煙塵量參數(shù)和反應(yīng)熱效應(yīng)（表2-4）計(jì)算可得：Qc=1.575%56724250+20%1121606460=5075.36kJ 爐襯中碳的氧化熱Q1。根據(jù)爐襯蝕損量及其含碳量確定：Q1=0.116.4%80%11639+16.4%20%34834=266.96kJ故熱收入總值為Qin=Qhm+Qy+Qc+Q1=122518.1+87977.36+5075.36+266.96 =215837.78 kJ（2） 熱支出Qout。 鋼水物理熱Qma 鋼水熔點(diǎn)。Tm=1536-0.1065+0.1655+0.006830+0.00225-6=1522 式中，0.10，0.165，0.0068，0.002分別為終點(diǎn)鋼水C，Mn，P和S的含量。b 出鋼溫度。Tc=Tm+TG+T1+T2+T3+T4+T5 式中，TG為連鑄中間包鋼水過熱度，碳素鋼一般為1020，取15計(jì)算；T1為出鋼過程溫度降，一般為2060，取50計(jì)算；T2為鋼水鎮(zhèn)靜和運(yùn)輸過程溫度降，按3/min計(jì)，鎮(zhèn)靜和運(yùn)輸時(shí)間為7min，故其溫度降為21；T3為鋼水吹氬過程的溫度降，取30計(jì)算；T4為鋼水離開吹氬站到鋼包開澆時(shí)的溫度降，取20計(jì)算；T5為鋼包鋼水注入中間包的溫降，一般在2030，取25。故Tc=1522+15+50+21+30+20+25=1683則鋼水物理熱：Qm=93.6130.6991522-25+272+0.8371683-1522=136034.67 kJ 爐渣物理熱QS，爐渣溫度TS=1683+10=1693，爐渣熔化性溫度一般為13001400，取1350計(jì)算，則QS=8.2381.0451350-25+209+1.2481693-1350=16654.67 kJ 爐氣、煙塵、鐵珠和噴濺金屬的物理熱。根據(jù)其數(shù)量、相應(yīng)的溫度和熱容確定。詳見表2-6。表2-6 爐氣、煙塵、鐵珠和噴濺金屬的物理熱項(xiàng)目參數(shù)備注爐氣物理熱9.0791.1371450-25=14710.02kJ1450為爐氣和煙塵的溫度煙塵物理熱1.50.9961450-25+209=2442.45kJ渣中鐵珠物理熱0.2060.6991522-25+272+0.8371683-1522=299.35kJ1522為鋼水熔點(diǎn)噴濺金屬物理熱0.20.6991522-25+272+0.8371683-1522=290.63kJ合計(jì)17742.45kJ 輕燒白云石分解熱Qb。由白云石的分解反應(yīng)：CaCO3MgCO3=MgO+CaO+2CO2和輕燒白云石的燒減量6.85%，可計(jì)算得到與分解出來和燒減量相對(duì)應(yīng)的CaO和MgO含量，即：WCaO=6.85%MCaOMCO2=6.85%5688=4.36%WMgO=6.85%MMgOMCO2=6.85%4088=3.11%由輕燒白云石分解熱Qb為：Qb=1.54.36%3190+3.11%2951=335.11kJ 礦石分解吸熱QkQk=129.4%56724250+61.80%1121606460=3766.43kJ 熱損失Qq。吹煉過程中轉(zhuǎn)爐熱輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)傳熱以及冷卻水等帶走的熱量與爐容量大小、操作等因素有關(guān)，一般約占總熱收入的3%8%。本計(jì)算取7%，則得：Qq=7%Qin=7%215837.78=15108.64kJ結(jié)果得：Qout=136034.67+16654.67+17742.45+335.11+3766.43+15108.64=189641.97kJ 廢鋼加入量Wf。用于加熱廢鋼的熱量系剩余熱量，即：Qf=Qin-Qout=215837.78-189641.97=26195.81kJ故廢鋼加入量Wf=26195.810.6991522-25+272+0.8371683-1522=18.03kg廢鋼比為 18.03100+18.03=15.28%（3） 熱平衡表。見表2-7。表2-7 熱平衡表收入支出項(xiàng)目熱量/kJ%項(xiàng)目熱量/kJ%鐵水物理熱122518.156.76%鋼水物理熱136034.6763.03%元素氧化熱及成渣熱87977.3640.76%爐渣物理熱16654.677.72%其中C氧化61856.428.66%廢鋼吸熱26195.8112.14%Si氧化16061.17.44%礦石吸熱3766.431.75%Mn氧化1088.010.50%爐氣物理熱14710.026.82%P氧化971.7760.45%渣中鐵珠物理熱299.350.14%Fe氧化5078.412.35%噴濺金屬物理熱290.630.13%SiO2成渣熱2331.181.08%輕燒白云石分解熱335.110.16%P2O5成渣熱590.480.27%熱損失15108.647.00%煙塵鐵氧化熱5075.362.35%煙塵物理熱2442.451.13%爐襯碳的氧化熱266.960.12%合計(jì)215837.78100.00%合計(jì)215837.78100.00%熱效率=鋼水物理熱+廢鋼物理熱+爐渣物理熱熱收入總值100% =136034.67+26195.81+16654.67215837.78100%=82.88%3、 加入廢鋼和脫氧后的物料平衡（1） 加入廢鋼后的物料平衡 廢鋼中各元素氧化量。見表3-1。表3-1 廢鋼中各元素氧化量元素CSiMnP廢鋼成分/%0.180.250.550.030終點(diǎn)鋼水/%0.10痕跡0.1650.0068氧化量/%0.080.250.3850.0232 廢鋼中各元素氧化耗氧量、氧化產(chǎn)物量。見表3-2。表3-2 18.03kg廢鋼中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量/kg耗氧量/kg產(chǎn)物量/kgCCCO0.0120.0150.027CCO20.0030.0080.011SiSi(SiO2)0.0450.0520.097MnMn(MnO)0.0690.0200.090PP(P2O5)0.0040.0010.010合計(jì)0.1330.095成渣量0.233進(jìn)入鋼水中的質(zhì)量=18.03-0.133=17.897kg，進(jìn)入爐氣中的氣體質(zhì)量=0.027+0.011=0.038kg。 加入廢鋼后的物料平衡。將表3-2中有關(guān)數(shù)據(jù)與表1-13的相應(yīng)數(shù)據(jù)合并，得加入廢鋼后的物料平衡見表3-3和表3-4。（2） 脫氧和合金化后的物料平衡 鐵、硅鐵加入量。先根據(jù)鋼種成分中限（見表1-3）和鐵合金成分及其收得率（見表1-4）算出錳鐵和硅鐵的加入量。錳鐵加入量WFe-Mn的計(jì)算為：WFe-Mn=Mn鋼種%-Mn終點(diǎn)%錳鐵含Mn%Mn回收率%鋼水量=0.55%-0.165%75%80%94.476=0.606kg 表3-3 加入廢鋼的物料平衡表（以100kg鐵水為基礎(chǔ)）收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/kg項(xiàng)目質(zhì)量/kg鐵水100鋼水111.51廢鋼18.03爐渣8.471石灰3.549爐氣9.117鐵礬土0.5噴濺0.2輕燒白云石1.5煙塵1.5礦石1渣中鐵珠0.206爐襯0.1氧氣5.947合計(jì)130.626合計(jì)131.004表3-4 加入廢鋼的物料平衡表（以100kg（鐵水+廢鋼）為基礎(chǔ)）收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/kg項(xiàng)目質(zhì)量/kg鐵水84.724 鋼水94.476 廢鋼15.276 爐渣7.177 石灰3.007 爐氣7.724 鐵礬土0.424 噴濺0.169 輕燒白云石1.271 煙塵1.271 礦石0.847 渣中鐵珠0.175 爐襯0.085 氧氣5.039 合計(jì)110.672 合計(jì)110.992 計(jì)算誤差=（110.992-110.672）/110.992100%=0.29%硅鐵加入量WFe-Si:WFe-Si=Si鋼種%-Si終點(diǎn)%加錳鐵后的鋼水量-Si錳鐵硅鐵含Si%Si加收率% =0.55%-094.476+0.507-0.6062.5%75%70%75% =0.973kg鐵合金中元素的燒損量和產(chǎn)物量列于表3-5。表3-5 鐵合金中元素?zé)龘p量及產(chǎn)物量類別元素?zé)龘p量/kg脫氧量/kg成渣量/kg爐氣量/kg進(jìn)入剛中量/kg錳鐵C0.005 0.012 0.017 0.041 Mn0.091 0.026 0.117 0.364 Si0.004 0.004 0.008 0.011 P0.002 S0.0002 Fe0.088 合計(jì)0.099 0.043 0.125 0.017 0.507 硅鐵Mn0.001 0.0004 0.002 0.005 Si0.170 0.195 0.365 0.511 P0.0005 S0.0004 Fe0.284 合計(jì)0.172 0.195 0.367 0.801 總計(jì)0.271 0.238 0.492 0.017 1.308 脫氧和合金化后的鋼水成分。脫氧和合金化后的鋼水成分計(jì)算如下：C：0.10%+0.041/(94.476+1.308)100%=0.14%Si：(0.011+0.511)/(94.476+1.308)100%=0.54%Mn：0.165%+(0.364+0.005)/ (94.476+1.308)100%=0.55%P：0.0068%+(0.002+0.0005)/ (94.476+1.308)100%=0.009%S：0.002%+(0.0002+0.0004)/ (94.476+1.308)100%=0.003% 脫氧和合金化后的物料平衡。降以上的結(jié)果合并，可得脫氧和合金化后的總物料平衡，見表3-6。表3-6 總物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/kg%項(xiàng)目質(zhì)量/kg%鐵水84.72475.32%鋼水95.78484.91%廢鋼15.27613.58%爐渣7.6696.80%石灰3.0072.67%噴濺0.1690.15%鐵礬土0.4240.38%煙塵1.2711.13%輕燒白云石1.2711.13%渣中鐵珠0.1750.16%礦石0.8470.75%爐氣7.7416.86%爐襯0.0850.08%氧氣5.2774.69%硅鐵0.9730.86%錳鐵0.6060.54%合計(jì)112.49100.00%112.809100.00%計(jì)算誤差：112.809-112.49112.809100%=0.28%4、 氧氣轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)4.1 車間的轉(zhuǎn)爐座數(shù)轉(zhuǎn)爐煉鋼車間常按“二吹一”或“三吹二”來選擇車間內(nèi)的轉(zhuǎn)爐座數(shù)，即車間內(nèi)裝備兩座轉(zhuǎn)爐或三座轉(zhuǎn)爐，經(jīng)常一座或兩座轉(zhuǎn)爐進(jìn)行生產(chǎn)，另外一座轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐處于修爐或備用。今年來由于采用漸渣護(hù)爐技術(shù)，轉(zhuǎn)爐壽命大幅度提高，所以今后很可能出現(xiàn)“一吹一”或“二吹二”的轉(zhuǎn)爐車間。但在目前的設(shè)計(jì)中，仍應(yīng)該按二吹一或三吹二的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.2 轉(zhuǎn)爐的公稱容量轉(zhuǎn)爐公稱容量由三種表示方法：以平均金屬裝入量噸數(shù)表示；以平均出鋼量噸數(shù)表示；以平均爐產(chǎn)良坯量噸數(shù)表示。通常認(rèn)為以轉(zhuǎn)爐平均出鋼量表示較為合理。一座轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的轉(zhuǎn)爐公稱容量，可根據(jù)該車間的年產(chǎn)良坯量W坯來確定。 車間年產(chǎn)鋼水量Wm。對(duì)于全連鑄車間Wm=W坯坯t=50096%=521 萬噸 車間年出鋼爐數(shù)mm=n3652460=236585%246040=22338 爐式中 n車間轉(zhuǎn)爐的工作模式，二吹二時(shí)n=2，為轉(zhuǎn)爐的作業(yè)率，一般為80%90%轉(zhuǎn)爐煉鋼平均冶煉周期4.3 轉(zhuǎn)爐平均出鋼量GG=Wmm=521000020780=233 t則選擇公稱容量為250t的轉(zhuǎn)爐，最大出鋼量為275t，鋼包容量為275t。5、 轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)氧槍時(shí)轉(zhuǎn)爐吹氧設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，它由噴頭、槍身和槍尾三部分組成。5.1 噴頭類型與選擇噴頭在氧槍中是一個(gè)極為重要的構(gòu)件，從煉鋼的角度來說，要就噴頭能正確合理地供養(yǎng)，使熔池能夠獲得強(qiáng)烈而均勻的攪拌，達(dá)到快速化渣和強(qiáng)化熔池元素氧化的目的。噴頭按噴孔形狀可分為拉瓦爾型、直筒型噴頭；按噴孔數(shù)目又可分為單孔和多孔噴頭；按流過噴孔介質(zhì)分為吹氧型、吹氧-石灰粉型和氧-燃噴頭。單孔拉瓦爾噴頭供氧強(qiáng)度低，沖擊面積小，只適合小型轉(zhuǎn)爐使用，大中型轉(zhuǎn)爐常采用三孔、四孔、五孔的多孔拉瓦爾型噴頭。多孔噴頭將集中供氧變?yōu)榉稚⒐┭?，增大了沖擊面積，可以減少噴濺，提高金屬收得率，槍位穩(wěn)定，成渣速度快，供氧強(qiáng)度大，可提高生產(chǎn)率。我國(guó)推薦100t以下轉(zhuǎn)爐采用三孔拉瓦爾噴頭，100t以上轉(zhuǎn)爐采用四孔或五孔噴頭。據(jù)此，本次設(shè)計(jì)選用六孔拉瓦爾噴頭。5.2 噴頭尺寸設(shè)計(jì)合理的噴頭結(jié)構(gòu)時(shí)氧氣轉(zhuǎn)爐合理的供氧制度的基礎(chǔ)。氧槍噴頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于正確選擇噴頭參數(shù)。目前主要根據(jù)可壓縮流體理論進(jìn)行噴頭參數(shù)的計(jì)算。（1） 氧流量或供氧強(qiáng)度。氧流量Q時(shí)氧槍設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。當(dāng)噴孔的出口馬赫數(shù)和操作氧壓選定后，噴孔的喉口面積就取決于氧流量。Q為Q=VO2GO2 m3min=52.7722.43223318=478.15 m3min式中VO2噸鋼耗氧量，O2吹氧時(shí)間。（2） 噴孔出口馬赫數(shù)Ma。噴孔出口馬赫數(shù)的大小決定了噴孔氧氣出口速度，也決定了氧氣射流對(duì)熔池的沖擊攪拌能力。目前國(guó)外氧槍噴孔出口馬赫數(shù)多數(shù)在1.952.20之間。大轉(zhuǎn)爐、噴頭孔數(shù)多，可取上限。本設(shè)計(jì)選馬赫數(shù)為2.20。（3） 爐膛壓力與設(shè)計(jì)工況氧壓P0。爐膛壓力指氧槍噴頭在爐膛內(nèi)的環(huán)境壓力。在設(shè)計(jì)中，常不考慮泡沫渣對(duì)噴頭施加的壓力，而只考慮爐膛爐氣的壓力。一般爐膛壓力可選為0.100MPa(0.0990.102MPa)，且選取噴孔出口壓力等于爐膛壓力。設(shè)計(jì)工況氧壓又稱理論計(jì)算氧壓，它是噴頭進(jìn)口處的氧氣壓力，在忽略流動(dòng)過程的壓力損失時(shí)，它近似等于氧氣的滯止壓力。由選定的噴孔出口馬赫數(shù)和出口壓力Pe，利用可壓縮氣體等熵流公式，可計(jì)算出設(shè)計(jì)工況氧壓P0。PeP0=1+k-12Ma2-kk-1式中，k氧氣的熱容比，k=1.4。整理得P0=Pe1+0.2Ma23.5=0.11+0.22.223.5=1.069 MPa（4） 噴孔夾角與噴孔間距。噴孔夾角是多孔噴頭設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。噴孔夾角指噴孔中心線和噴頭中軸線之間的夾角，其大小影響到氧氣射流對(duì)熔池的沖擊半徑和各氧氣流股之間的相互作用。本次設(shè)計(jì)選擇=12。 噴空間距指噴孔出口中心點(diǎn)與噴頭中軸線之間的距離。噴孔間距過小，各氧氣射流之間相互吸引，射流向中心偏移，從而造成射流中心速度衰減過快。為避免這種現(xiàn)象，噴頭設(shè)計(jì)原則上盡可能增大噴孔間距，而不輕易增大噴孔夾角。但增大噴孔間距又往往受到噴頭尺寸的限制。根據(jù)三孔噴頭冷態(tài)測(cè)定結(jié)果，在噴頭端面，當(dāng)噴孔間距保持在（0.81.0）de（噴孔出口直徑）時(shí)，噴孔間距不會(huì)對(duì)射流的速度衰減產(chǎn)生明顯影響。（5） 噴孔形狀及尺寸。目前氧槍噴頭的噴孔形式基本上都采用拉瓦爾噴孔。它由收縮段、喉口和擴(kuò)張段組成。為了便于加工制造，一般將拉瓦爾噴孔的收縮段和擴(kuò)張段設(shè)計(jì)成截圓錐體形。 喉口直徑d*及喉口長(zhǎng)度l*。喉口直徑可根據(jù)流過噴頭的氧氣流量Q來計(jì)算。設(shè)噴頭孔數(shù)為n，則流過單個(gè)噴孔的氧氣流量q為q=Qn=478.156=79.69 m3min根據(jù)可壓縮氣體等熵流理論，并考慮氧氣的實(shí)際流動(dòng)，則喉口直徑的計(jì)算式為d*=0.715qT0CDP00.5 =0.71579.693080.9310690000.5=0.032 m式中 T0氧氣的滯止溫度，CD噴頭流量系數(shù)，P0氧氣的滯止壓力 喉口長(zhǎng)度的作用是穩(wěn)定氣流，還可使收縮段和擴(kuò)張段加工方便。一般喉口長(zhǎng)度l*=510mm較為合適。本設(shè)計(jì)選擇6mm。 收縮段長(zhǎng)度l1及入口直徑d1。收縮段長(zhǎng)度一般為l1=（0.51.5）d*=0.035m。收縮段半錐角一般為1823，可允許達(dá)到30，選=20。根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)和喉口直徑，收縮段入口處的直徑d1為d1=d*+2l1tan= 0.032+20.035tan20=0.057 m 噴孔出口直徑de及擴(kuò)張段長(zhǎng)度l2。噴孔出口馬赫數(shù)Ma和喉口直徑確定后，噴孔出口直徑de=d*1+0.2Ma231.728Ma0.5=0.0321+0.22.2231.7282.20.5=0.045 m擴(kuò)張段長(zhǎng)度可由下式計(jì)算l2=de-d*2tan=0.045-0.0322tan5=0.074 m式中擴(kuò)張段的半錐度，一般為46。（6） 噴頭氧氣進(jìn)口直徑D1。噴頭氧氣進(jìn)口直徑D1可根據(jù)總喉口直徑d*計(jì)算總喉口直徑由下式