年產(chǎn)260噸鋼的轉(zhuǎn)爐車間設(shè)計(jì)論文

1、太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（由指導(dǎo)教師填寫發(fā)給學(xué)生）學(xué)院（直屬系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院 時間：2014年 3月 12日學(xué) 生 姓 名吳峰 指 導(dǎo) 教 師李海斌設(shè)計(jì)（論文）題目三吹二120T頂吹轉(zhuǎn)爐及煉鋼車間設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容1.物料平衡及熱平衡計(jì)算2.氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計(jì)及計(jì)算3.氧槍設(shè)計(jì)及計(jì)算4.轉(zhuǎn)爐煉鋼車間設(shè)計(jì)及計(jì)算5.連鑄設(shè)備的選型及計(jì)算6.爐外精煉設(shè)備的選型與工藝布置7.煉鋼車間煙氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究方法利用已學(xué)的冶金工藝和鋼鐵廠設(shè)計(jì)知識進(jìn)行理論計(jì)算與設(shè)計(jì)； 利用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識，通過查閱相關(guān)資料與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相結(jié)合對結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)計(jì)算。鼓勵采用新技術(shù)、新方法、新思路和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。主要技

2、術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份（包括英文資料的中文翻譯）設(shè)計(jì)圖紙三張 1)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐爐型圖 12)年產(chǎn)260萬噸良坯三吹二型氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼車間工藝平面布置圖13）年產(chǎn)260萬噸良坯三吹二型氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼車間剖視圖 1教研室意見教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字： 2014年03月12日說明：一式兩份，一份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)，一份交學(xué)院（直屬系）。目 錄摘 要IVAbstractV第1章 緒論- 1 -1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼的歷史及發(fā)展- 1 -1.1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼概述- 1 -1.1.2 世界轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展歷程- 1 -1.1.3 我國轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展- 3 -1.2轉(zhuǎn)爐煉鋼的分類- 3

3、 -1.2.1 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼- 4 -1.2.2 氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼- 4 -1.2.3頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼- 5 -第2章 煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計(jì)算- 7 -2.1物料平衡計(jì)算- 7 -2.1.1 計(jì)算原始數(shù)據(jù)- 7 -2.1.2 物料平衡基本項(xiàng)目- 9 -2.1.3 計(jì)算步驟- 9 -2.2熱平衡計(jì)算- 17 -2.2.1 計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)- 17 -2.2.2 計(jì)算步驟- 17 -第3章 年產(chǎn)260萬噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)- 21 -3.1 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐爐型及各部分尺寸- 21 -3.1.1 轉(zhuǎn)爐爐型及其選擇- 21 -3.1.2轉(zhuǎn)爐爐型各部分尺寸的確定- 21 -3.2轉(zhuǎn)爐爐襯- 25

4、 -3.2.1爐襯材質(zhì)選擇- 25 -3.2.2爐襯組成及厚度確定- 26 -3.3磚型選擇- 26 -第4章 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)- 28 -4.1.1 噴頭參數(shù)選擇原則- 29 -4.1.2 120t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭尺寸計(jì)算- 31 -4.2氧槍槍身設(shè)計(jì)- 33 -4.2.1槍身各層尺寸的確定- 33 -4.2.2 氧槍長度的確定- 36 -4.3 氧槍裝置和副槍裝置- 36 -4.3.1 氧槍裝置- 36 -4.3.2 副槍裝置- 37 -第5章 爐外精煉設(shè)備及工藝布置- 38 -5.1爐外精煉方法的選擇- 38 -5.1.1爐外精煉的功能- 38 -5.1.2各種產(chǎn)品對精煉功能的一般要求-

5、 38 -5.1.3 爐外精煉方法的確定- 38 -5.2 LF精煉爐- 39 -5.2.1 LF精煉爐的特點(diǎn)- 39 -5.2.2 LF爐設(shè)備及其配置- 39 -5.2.3LF爐在車間內(nèi)的布置- 40 -5.3 RH精煉爐- 41 -5.3.1 RH設(shè)備的特點(diǎn)- 41 -5.3.2 RH真空脫氣室設(shè)計(jì)原理- 41 -第6章 連續(xù)鑄鋼設(shè)備- 42 -6.1連鑄機(jī)機(jī)型分類- 42 -6.2 連鑄機(jī)的主要工藝參數(shù)- 42 -6.2.1鋼包允許的最大澆鑄時間- 42 -6.2.2 鑄坯斷面- 43 -6.2.3 拉坯速度- 43 -6.2.4 連鑄機(jī)的流數(shù)- 44 -6.2.5 鑄坯的液相深度和冶金

6、長度- 45 -6.2.6 弧形半徑- 46 -6.3 連鑄機(jī)生產(chǎn)能力的確定- 46 -6.3.1連鑄機(jī)與煉鋼爐的合理匹配和臺數(shù)的確定- 46 -6.3.2連鑄澆注周期計(jì)算- 47 -6.3.3連鑄機(jī)的作業(yè)率- 47 -6.3.4連鑄坯收得率- 48 -6.3.5連鑄機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算- 49 -6.4 連鑄機(jī)主要設(shè)備- 50 -6.4.1 鋼包與中間包的鋼流控制系統(tǒng)- 50 -6.4.2 鋼包回轉(zhuǎn)臺- 51 -6.4.3 中間包及其載運(yùn)設(shè)備- 51 -第7章 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼車間設(shè)計(jì)- 53 -7.1 轉(zhuǎn)爐車間組成與生產(chǎn)能力計(jì)算- 53 -7.2 轉(zhuǎn)爐車間主廠房工藝布置- 53 -7.2.1

7、裝料跨布置- 53 -7.2.2 轉(zhuǎn)爐跨布置- 55 -7.2.3 連鑄各跨布置- 60 -第8章 煉鋼車間煙氣凈化與回收- 64 -8.1 煙氣與煙塵- 64 -8.1.1煙氣特征- 64 -8.1.2 煙塵性質(zhì)- 65 -8.2 煙氣凈化方案選擇- 65 -8.3 煙氣凈化系統(tǒng)主要設(shè)備- 65 -8.3.1 煙罩- 66 -8.3.2 煙氣冷卻系統(tǒng)- 66 -8.3.3 除塵器- 66 -參考文獻(xiàn)- 67 -致 謝- 68 -附錄- 69 -年產(chǎn)260萬噸良坯(錠)轉(zhuǎn)爐煉鋼車間設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)簡要介紹了轉(zhuǎn)爐煉鋼、我國和世界煉鋼技術(shù)的發(fā)展歷程。然后進(jìn)行了物料平衡和熱平衡的計(jì)算，再依給定的年產(chǎn)

8、計(jì)算出其公稱容量為120t,設(shè)計(jì)出其爐型和氧槍；再根據(jù)給的鋼種來確定其爐外精煉的方法和布置，還有連鑄設(shè)備的選擇；然后根據(jù)選擇和計(jì)算出的數(shù)值來設(shè)計(jì)出煉鋼車間，最后處理好煙氣的凈化和回收，從而完成本設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，物料平衡和熱平衡,爐型，氧槍,連鑄,煉鋼車間AbstractThe design introduced BOF steelmaking and the progress of home and abroad.Calculated material and heat balance,calculated nominal capacity 120 tons by annual p

9、roduction,designed furnace and oxygen lance.According to steel species determined the method and layout of secondary refining,the select of continuous casting equipment,under the calculation and select.In the and,handled flue gas cleaning and recovery.Key words:oxygen lance,heat and material balance

10、,furnace,oxygen lance,continuous casting,making workshop第1章 緒論1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼的歷史及發(fā)展1.1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼概述 轉(zhuǎn)爐煉鋼（converter steelmaking）是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量而在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過程。堿性氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大，單爐產(chǎn)量高、成本低、投資少，為目前使用最普遍的煉鋼設(shè)備。轉(zhuǎn)爐主要用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉（1）。轉(zhuǎn)爐煉鋼的原材料分為金屬料、非金屬料和氣體。金屬料包括鐵水、廢鋼、鐵合金，非金屬料包括造渣料、

11、熔劑、冷卻劑，氣體包括氧氣、氮?dú)?、氬氣、二氧化碳等。非金屬料是在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中為了去除磷、硫等雜質(zhì)，控制好過程溫度而加入的材料。主要有造渣料（石灰、白云石），熔劑（螢石、氧化鐵皮），冷卻劑（鐵礦石、石灰石、廢鋼），增碳劑和燃料（焦炭、石墨籽、煤塊、重油）。1.1.2 世界轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展歷程早在1856年德國人貝斯麥就發(fā)明了底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，這種方法是近代煉鋼法的開端，它為人類生產(chǎn)了大量廉價鋼，促進(jìn)了歐洲的工業(yè)革命。但由于此法不能去除硫和磷，因而其發(fā)展受到了限制。1879年出現(xiàn)了托馬斯底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，它使用帶有堿性爐襯的轉(zhuǎn)爐來處理高磷生鐵。雖然轉(zhuǎn)爐法可以大量生產(chǎn)鋼，但它對生鐵成分有著較嚴(yán)格

12、的要求，而且一般不能多用廢鋼。1952年在奧地利出現(xiàn)純氧頂吹轉(zhuǎn)爐，它解決了鋼中氮和其他有害雜質(zhì)的含量問題，使質(zhì)量接近平爐鋼，同時減少了隨廢氣（當(dāng)用普通空氣吹煉時，空氣含79%無用的氮）損失的熱量，可以吹煉溫度較低的平爐生鐵，因而節(jié)省了高爐的焦炭耗量，且能使用更多的廢鋼。由于轉(zhuǎn)爐煉鋼速度快（煉一爐鋼約10min，而平爐則需7h），負(fù)能煉鋼，節(jié)約能源，故轉(zhuǎn)爐煉鋼成為當(dāng)代煉鋼的主流。 其實(shí)130年以前貝斯麥發(fā)明底吹空氣煉鋼法時，就提出了用氧氣煉鋼的設(shè)想，但受當(dāng)時條件的限制沒能實(shí)現(xiàn)。直到20世紀(jì)50年代初奧地利的Voest Alpine公司才將氧氣煉鋼用于工業(yè)生產(chǎn)，從而誕生了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，亦稱LD轉(zhuǎn)爐

13、。頂吹轉(zhuǎn)爐問世后，其發(fā)展速度非?？?，到1968年出現(xiàn)氧氣底吹法時，全世界頂吹法產(chǎn)鋼能力已達(dá)2.6億噸，占絕對壟斷地位。1970年后，由于發(fā)明了用碳?xì)浠衔锉Ｗo(hù)的雙層套管式底吹氧槍而出現(xiàn)了底吹法，各種類型的底吹法轉(zhuǎn)爐（如OBM，Q-BOP，LSW等）在實(shí)際生產(chǎn)中顯示出許多優(yōu)于頂吹轉(zhuǎn)爐之處，使一直居于首位的頂吹法受到挑戰(zhàn)和沖擊。 頂吹法的特點(diǎn)決定了它具有渣中含鐵高，鋼水含氧高，廢氣鐵塵損失大和冶煉超低碳鋼困難等缺點(diǎn)，而底吹法則在很大程度上能克服這些缺點(diǎn)。但由于底吹法用碳?xì)浠衔锢鋮s噴嘴，鋼水含氫量偏高，需在停吹后噴吹惰性氣體進(jìn)行清洗?；谝陨蟽煞N方法在冶金學(xué)上顯現(xiàn)出的明顯差別，故在20世紀(jì)70年代

14、以后，國外許多國家著手研究結(jié)合兩種方法優(yōu)點(diǎn)的頂?shù)讖?fù)吹冶煉法。繼奧地利人Dr.Eduard等于1973年研究轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹煉鋼之后，世界各國普遍開展了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹的研究工作，出現(xiàn)了各種類型的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，到20世紀(jì)80年代初開始正式用于生產(chǎn)。由于它 比頂吹和底吹法都更優(yōu)越，加上轉(zhuǎn)爐復(fù)吹現(xiàn)場改造比較容易，使之幾年時間就在全世界范圍得到普遍應(yīng)用，有的國家（如日本）已基本上淘汰了單純的頂吹轉(zhuǎn)爐。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼從頂吹發(fā)展到頂?shù)讖?fù)吹經(jīng)歷了30 多年，現(xiàn)已成為世界上主要的煉鋼方法，目前轉(zhuǎn)爐鋼的比例已達(dá)70%以上。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼過程是將高爐來的鐵水經(jīng)混鐵爐混勻后兌入轉(zhuǎn)爐，并按一定 比例裝入廢鋼，然后降下水冷氧槍以一定的供

15、氧、槍位和造渣制度吹氧冶煉。當(dāng)達(dá)到吹煉終點(diǎn)時，提槍倒?fàn)t，測溫和取樣化驗(yàn)成分，如鋼水溫度和成分達(dá)到目標(biāo)值范圍就出鋼。否則，降下氧槍進(jìn)行再吹。在出鋼過程中，向鋼包中加入脫氧劑和鐵合金進(jìn)行脫氧、合金化。然后，鋼水送模鑄場或連鑄車間鑄錠。隨著用戶對鋼材性能和質(zhì)量的要求越來越高，鋼材的應(yīng)用范圍越來越廣，同時鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)也對提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，擴(kuò)大品種，節(jié)約能源和降低成本越來越重視。在這種情況下，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝流程發(fā)生了很大變化。鐵水預(yù)處理、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐、爐外精煉、連鑄技術(shù)的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼模式。已由單純用轉(zhuǎn)爐冶煉發(fā)展為鐵水預(yù)處理復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉爐外精煉連鑄這一新的工藝流程。這一流程以設(shè)備大型化、現(xiàn)代化和

16、連續(xù)化為特點(diǎn)。氧氣轉(zhuǎn)爐已由原來的主導(dǎo)地位變?yōu)樾铝鞒痰囊粋€環(huán)節(jié)，主要承擔(dān)鋼水脫碳和升溫的任務(wù)了。1.1.3 我國轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展 我國煉鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展，大致可劃分為3個發(fā)展階段：自力更生階段、改革開放階段和集成創(chuàng)新階段。 自力更生階段2：新中國成立后，在自力更生、艱苦奮斗的方針指導(dǎo)下，新中國的煉鋼生產(chǎn)得到了迅速恢復(fù)和較快發(fā)展。但由于受到西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家的技術(shù)封鎖，我國煉鋼生產(chǎn)技術(shù)與國際先進(jìn)水平有很大差距，煉鋼生產(chǎn)仍以落后的平爐一模鑄工藝為主，中小型鋼鐵企業(yè)占相當(dāng)大的比例。對20世紀(jì)5060年代國際上開發(fā)投產(chǎn)并迅速推廣的氧氣轉(zhuǎn)爐、連鑄、鋼水爐外精煉和鐵水預(yù)處理等新工藝、新技術(shù)國內(nèi)遲遲未能大量采

17、用。這一階段建設(shè)了新中國鋼鐵工業(yè)的脊梁，培養(yǎng)了優(yōu)良的作風(fēng)和大批優(yōu)秀的技術(shù)、管理人才，為中國鋼鐵工業(yè)的振興奠定了基礎(chǔ)。 改革開放階段：這一歷史時期我國采取對外開放的基本國策，通過學(xué)習(xí)、引進(jìn)、消化和吸收國外先進(jìn)技術(shù)使我國煉鋼生產(chǎn)技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。集成創(chuàng)新階段：20世紀(jì)90年代中期國內(nèi)開始學(xué)習(xí)并引進(jìn)美國濺渣護(hù)爐技術(shù)，通過不斷的技術(shù)再創(chuàng)新和集成創(chuàng)新形成了具有中國特色的濺渣護(hù)爐技術(shù)，在全國廣泛推廣，獲得巨大成績。這標(biāo)志著我國煉鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展開始從單純學(xué)習(xí)、引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)為主，逐漸轉(zhuǎn)移到以國內(nèi)自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新為主的發(fā)展道路。隨著國內(nèi)煉鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，我國鋼產(chǎn)量快速增長，從1966年的1億t增到2

18、005年的349億t，約占世界鋼產(chǎn)量的三分之一，其生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展令全世界目。1.2轉(zhuǎn)爐煉鋼的分類轉(zhuǎn)爐按爐襯的耐火材料性質(zhì)分為堿性（用鎂砂或白云石為內(nèi)襯）和酸性（用硅質(zhì)材料為內(nèi)襯）;按氣體吹入爐內(nèi)的部位分為底吹、頂吹和頂?shù)讖?fù)吹;按吹煉采用的氣體，分為空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。酸性轉(zhuǎn)爐不能去除生鐵中的硫和磷，須用優(yōu)質(zhì)生鐵，因而應(yīng)用范圍受到限制。堿性轉(zhuǎn)爐適于用高磷生鐵煉鋼，曾在西歐得到較大發(fā)展?？諝獯禑挼霓D(zhuǎn)爐鋼，因含氮量高，質(zhì)量不如平爐鋼，且原料有局限性，又不能多配廢鋼，未能像平爐那樣在世界范圍內(nèi)廣泛采用。1952年氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐問世，逐漸取代空氣吹煉的轉(zhuǎn)爐和平爐，現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上主要煉鋼方法。在氧氣頂吹

19、轉(zhuǎn)爐煉鋼法的基礎(chǔ)上，為吹煉高磷生鐵，又出現(xiàn)了噴吹石灰粉的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。隨氧氣底吹的風(fēng)嘴技術(shù)的發(fā)展成功，1967年德國和法國分別建成氧氣底吹轉(zhuǎn)爐。1971年美國引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)后又發(fā)展了底吹氧氣噴石灰粉轉(zhuǎn)爐，用于吹煉含磷生鐵。1975年法國和盧森堡又開發(fā)成功頂?shù)讖?fù)合吹煉的轉(zhuǎn)爐煉鋼法。1.2.1 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼用純氧從轉(zhuǎn)爐頂部吹煉鐵水成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法稱為LD法或稱BOF法。此煉鋼方法繼承了過去的空氣吹煉轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其缺點(diǎn)。與電爐煉鋼相比，該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高；2）對鐵水成分的適應(yīng)性強(qiáng)；3）廢鋼使用量高；4）可生產(chǎn)低硫、低磷、低氮、及地雜質(zhì)鋼等；5）可生產(chǎn)幾乎所有主要鋼品種

20、。正因?yàn)橛羞@些長處，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法在1952年后迅速地發(fā)展為世界上的主要煉鋼方法。它主要用于冶煉非合金鋼和低合金鋼；但通過精煉手段，也可用于冶煉不銹鋼等合金鋼。1.2.2 氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼 通過轉(zhuǎn)爐底部的氧氣噴嘴把氧氣吹入爐內(nèi)熔池，使鐵水冶煉成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法成為OBM法。OBM法的出現(xiàn)使處于壟斷地位的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法受到了挑戰(zhàn)和沖擊。這是因?yàn)檠鯕獾状缔D(zhuǎn)爐煉鋼法顯示出許多優(yōu)于頂吹法之處，可歸納為：1）熔池?cái)嚢枇?qiáng)，相當(dāng)或大于頂吹法的10倍，因此，熔池的成分、溫度均勻、操作平穩(wěn)，且可防止噴濺和金屬損失。2）脫碳速度快，熔池碳氧反應(yīng)更處于平衡狀態(tài)，因此更適合于冶煉低碳鋼，即使轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C為0.

21、01%0.02%時（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），也不會出現(xiàn)渣、鋼過氧化現(xiàn)象，且有較高的殘錳收得率，因此比氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法有更高的鋼水和合金收得率。由于以上兩點(diǎn)明顯的優(yōu)點(diǎn)，從70年代開始，西德、美國、法國、比利時、瑞典以及日本相繼投產(chǎn)了一些氧氣底吹轉(zhuǎn)爐。然而，氧氣底吹轉(zhuǎn)爐也存在一些自身難以克服的缺點(diǎn)，如：1）由于熔池上方形成不了類似頂吹法時的熔狀區(qū)，因此，脫磷困難。2）由于僅極少量CO在爐內(nèi)燃燒成CO2，因此產(chǎn)生熱量比頂吹法低，廢鋼比低于頂吹法4%左右。3）由于使用碳?xì)浠衔锢鋮s噴嘴，因此鋼水H比頂吹法高。1.2.3頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼 因?yàn)轫敶捣ê偷状捣ǜ饔虚L處和短處，而自身又無法克服其短處，因此，促使人們?nèi)ニ?/p>

22、考尋求集兩者優(yōu)點(diǎn)而克服兩者缺點(diǎn)的新途徑。另外，70年代，連鑄技術(shù)在全世界迅速發(fā)展，對煉鋼在鋼質(zhì)和成分上提出了更高要求，因此這種集頂吹和底吹優(yōu)點(diǎn)的新技術(shù)的研究加快了步伐。1978年，盧森堡阿爾蓖德貝爾瓦廠首先開發(fā)出頂吹氧、底吹惰性氣體的復(fù)合吹煉方法，即LBE法，且很快在西歐、北美迅速推廣。與此同時，日本各大鋼廠也相繼開發(fā)成功頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)，并成功用于工業(yè)生產(chǎn)。由于頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)顯示出諸多冶金效果及經(jīng)濟(jì)效益，同時，由于將頂吹轉(zhuǎn)爐改成復(fù)吹轉(zhuǎn)爐無須大幅度改造，因而頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)經(jīng)問世5年后，在世界范圍內(nèi)已有70座容量150t的大型轉(zhuǎn)爐改造成功并投產(chǎn)。可以說，到80年代末，復(fù)吹煉鋼法已取代頂吹法而成為轉(zhuǎn)爐煉鋼

23、的主流。頂?shù)讖?fù)合吹煉技術(shù)主要分三大類：（1）頂吹氧、底吹惰性氣體法：頂吹氧氣，底吹氣體為N2、AR及CO2弱氧化性氣體，底吹氣體流量大致在0.3NM3/t·min以下，該技術(shù)為加強(qiáng)攪拌型復(fù)吹方法，其目的主要是加強(qiáng)攪拌效果來獲得較好的冶金效果；（2）頂?shù)讖?fù)合吹氧法：該技術(shù)是指頂?shù)淄瑫r吹氧、在底吹氧的同時也可吹入部分熔劑，屬于強(qiáng)化冶煉型的復(fù)吹方法。底吹氧量約為頂吹的5%40%（0.21.5M3/t·min）。供氣元件為雙套管，中心吹O2，外層吹CO2、N2、Ar及天燃?xì)庾鞅Ｗo(hù)；（3）頂?shù)状笛酢娂尤剂戏ǎ涸摷夹g(shù)指頂吹氧、底吹或側(cè)吹氧，同時底噴或加入燃料，屬于增加廢鋼型的復(fù)吹方法

24、。頂?shù)讖?fù)吹的主要冶金特征表現(xiàn)在以下幾方面：（1）碳氧反應(yīng)更趨平衡；（2）吹煉終點(diǎn)殘錳明顯提高；（3）脫磷脫硫反應(yīng)更趨平衡。由于復(fù)吹具有上述明顯的冶金特征，因而它給鋼廠帶來了諸多優(yōu)點(diǎn)，可歸納為：（1）渣中含鐵量降低2.5%5.0%；（2）金屬收得率提高0.5%1.5%；（3）殘錳提高約0.02%0.06%；（4）石灰消耗減少310Kg t；（5）磷含量降低約0.002%；（6）降低O2耗約8%；（7）減少耐材消耗，提高爐齡。第2章 煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計(jì)算煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計(jì)算是建立在物質(zhì)與能量守恒的基礎(chǔ)上的3。其主要目的是比較整個過程中物料、能量的收入項(xiàng)和支出項(xiàng)，為改進(jìn)操作工藝制

25、度，確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)和提高煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提供定量依據(jù)。由于煉鋼是一個復(fù)雜的高溫物理化學(xué)變化過程，加上測試手段有限，目前還難以做到精確取值和計(jì)算。盡管如此，它對指導(dǎo)煉鋼生產(chǎn)和設(shè)計(jì)仍有重要的意義。2.1物料平衡計(jì)算2.1.1 計(jì)算原始數(shù)據(jù)基本原始數(shù)據(jù)有：冶煉鋼種及其成分，鐵水和廢鋼的成分，終點(diǎn)鋼水成分（見表2.1）；造渣用溶劑及爐襯等原材料的成分（見表2.2）：脫氧和合金化用鐵合金的成分及其回收率（表2.3）；其他工藝參數(shù)（表2.4）。表2-1 鋼種、鐵水、廢鋼和終點(diǎn)鋼水的成分設(shè)定值類別成分含量%CSiMnPS鋼種Q235A設(shè)定值50.0450.005鐵水設(shè)定值3.20.

26、700.550.200.033廢鋼設(shè)定值00.0250.035終點(diǎn)鋼水設(shè)定值0.10痕跡0.1650.0250.003表2-2 原材料成分類別成分%CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分揮發(fā)分石灰88.252.552.601.300.620.200.034.350.10螢石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50生石灰石36.400.8025.601.0036.20爐襯1.203.0078.801.401.6014.00焦炭0.5881.5012.40表2.3 鐵合金成分（分子）及其回收率（分母）類別

27、成分含量/回收率/%CSiMnAlPSFe硅鐵73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100錳鐵6.60/900.50/7567.8/800.23/1000.13/10024.74/100注：上表中的C中10%于氧生成CO2。表2.4 其他工藝參數(shù)設(shè)定值名稱參數(shù)名稱參數(shù)終渣堿度螢石加入量生白云石加入量爐襯蝕損量終渣(FeO)含量(按向鋼中傳氧量(Fe2O3）=1.35(FeO)折算)煙塵量噴濺鐵損(CaO) (SiO2)=3.5為鐵水量的0.5%為鐵水量的2.5%為鐵水量的0.3%15%，而(Fe2O3）/(FeO)=1/3,即(Fe2O3）=5%

28、，(FeO)=8.25% 為鐵水量的1.5%（其中(FeO)為75%，(Fe2O3）為20%)為鐵水量的1%渣中鐵損（鐵珠）氧氣純度爐氣中自由氧含量氣化去硫量金屬中C的氧化產(chǎn)物廢鋼量為渣量的6%99%，余者為N20.5%（體積比）占總?cè)チ蛄康?/390%的C氧化成CO，10%的C氧化成CO2由熱平衡計(jì)算確定，本計(jì)算結(jié)果為鐵水量的4.06%，即廢鋼比為3.90%2.1.2 物料平衡基本項(xiàng)目收入項(xiàng)有：鐵水、廢鋼、溶劑（石灰、螢石、輕燒白云石）、氧氣、爐襯蝕損、鐵合金。支出項(xiàng)有：鋼水、爐渣、煙塵、渣中鐵珠、爐氣、噴濺。2.1.3 計(jì)算步驟以100Kg鐵水為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。第一步：計(jì)算脫氧和合金化前的總

29、渣量及其成分?？傇堪ㄨF水中元素氧化、爐襯蝕損和計(jì)入溶劑的成渣量。其各項(xiàng)成渣量分別列于表2.5、2.6和2.7?？傇考捌涑煞至杏诒?.8中。第二步:計(jì)算氧氣消耗量。氧氣實(shí)際耗量系消耗項(xiàng)目與供入項(xiàng)目之差。見表2.9。表2.5 鐵水中元素的氧化產(chǎn)物及其渣量元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量()耗氧量()產(chǎn)物量()備注CCCO3.10×90%=2.7903.7206.510CCO23.10×10%=0.3100.8301.140SiSiSiO20.7000.8001.500入渣MnMnMnO0.3850.1120.497入渣PPP2O50.1750.2260.400入渣SSSO20.03

30、×1/3=0.0100.0100.020S+(CaO)(CaS)+(O)0.03×2/3=0.020-0.0100.036(CaS)入渣FeFeFeO0.970×56/72=0.7540.2150.970入渣見表2-8FeFe2O30.539×112/160=0.3770.1620.539入渣見表2-8合計(jì)5.5216.065成渣量3.942入渣組分之和 由CaO還原出的氧量；消耗的CaO量=0.020×56/32=0.035kg。表2.6 爐襯蝕損的成渣量爐襯蝕損量/成渣組分/kg氣態(tài)產(chǎn)物/kg耗氧量/CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3

31、CCOCCO2CCO,CO20.3(據(jù)表2-5)0.0040.0090.2360.0040.0050.3×14%×90%×28/12=0.0880.3×14%×10%×44/12=0.0150.3×14%×(90%×28/12+10%×44/12)=0.062合計(jì)0.2580.1030.062表2.7 加入溶劑的成渣量類別加入量/成渣組分/kg氣態(tài)產(chǎn)物/kgCaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2螢石0.5(據(jù)表2-4)0.0020.0030.0280.00

32、80.0080.0050.0010.4400.005白云石2.5(據(jù)表2-4)0.9100.6400.0200.0250.905石灰5.765.0800.1500.1470.0750.0360.0110.0040.0060.2500.001合 計(jì)5.9920.7930.1950.1080.0440.0160.0050.4400.0111.1550.001成渣量7.593 石灰加入量計(jì)算如下：由表4.64.8可知，渣中已含(CaO)=-0.035+0.004+0.002+0.910=0.881；渣中已含(SiO2)=1.500+0.009+0.028+0.020=1.557。因設(shè)定的終渣堿度R=

33、3.5；故石灰的加入量為：R(SiO2)- (CaO)/ (CaO石灰)-R×(SiO2石灰)=4.5685/(88.25%-3.5×2.55%)=5.76kg (石灰中CaO含量)-(石灰中SCaS消耗的CaO量)。 由CaO還原出來的氧量，計(jì)算方法同表2-6的注。表2.8 總渣量及其成分爐渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合計(jì)元素氧化成渣量/kg1.5000.4970.9730.5410.4000.0363.979石灰成渣量/kg5.0800.1470.1500.0750.0360.0110.0045.471爐襯蝕損成渣量/

34、kg0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣量/kg0.9100.0200.6400.0251.595螢石成渣量/kg0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.0010.495總成渣量/kg5.9961.7041.0290.1120.4970.9730.5900.4400.4160.04111.798質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%50.8214.448.720.903.733.530.35100.00 總渣量計(jì)算如下：因?yàn)楸?-9中除(FeO)和(Fe2O3)以外總渣量為：5.996+1.704+1.029+0.112+0.

35、497+0.440+0.416+0.041=10.235Kg，而終渣(FeO)=15%(表2.4)，故總渣量為10.235÷86.75%=11.798Kg。(FeO)=11.798×8.25%=0.973Kg。(Fe2O3)=11.798×5%-0.036-0.005-0.008=0.541Kg。表2.9 實(shí)際耗氧量耗氧項(xiàng)/Kg供氧項(xiàng)/Kg實(shí)際氧氣消耗量/Kg鐵水中元素氧化消耗量 6.065爐襯中碳氧化消耗量 0.062石灰中S與CaO反應(yīng)還原出的氧化量（表2.7） 0.001煙塵中鐵氧化消耗量 0.340爐氣自由氧含量 0.0476.514-0.001+0.05

36、8=6.571合計(jì) 6.514合計(jì) 0.001 爐氣N2(存在于氧氣中，見表2.4)的質(zhì)量，詳見表2.10。 第三步：計(jì)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2.52.7查得，O2和N2則由爐氣總體積來確定?，F(xiàn)計(jì)算如下。 爐氣總體積V：式中 VgCO、CO2、SO2和H2O各組分總體積，m³。本設(shè)計(jì)中，其值為6.598 ×22.4/28+2.310×22.4/44+0.020×22.4/64+0.011×22.4/18=6.538m³； GS不計(jì)自由氧的氧氣消耗量，Kg

37、。其值為：6.065+0.062+0.34=6.467Kg； VX石灰中的S與CaO反應(yīng)還原出的氧氣量（其質(zhì)量為：0.001Kg）； 99由氧氣純度99%轉(zhuǎn)換得來； 0.5%爐氣中自由氧含量。表2.10 爐氣量及其成分爐氣成分爐氣量/Kg體積/m³體積分?jǐn)?shù)/%CO6.5985.27879.76CO22.3101.17617.77SO20.0200.0701.06H2O0.0110.0140.21O20.0470.0330.50N20.0580.0460.70合 計(jì)9.0446.617100.00 爐氣中O2的體積為6.617×0.5%=0.033m³；質(zhì)量為0.0

38、33×32/22.4=0.047kg。 爐氣中N2的體積系爐氣總體積與其他成分的體積之差；質(zhì)量為0.046×28/22.4=0.058 kg。第四步：計(jì)算脫氧和合金化前的鋼水量。鋼水量Qg=鐵水量-鐵水中元素的氧化量-煙塵、噴濺、和渣中的鐵損 據(jù)此可以編制出未加廢鋼、脫氧與合金化前的物料平衡表2.11。2.11 未加廢鋼時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1000086.48鋼水91.7679.23石灰5.764.98爐渣11.8010.19螢石0.500.43爐氣9.047.81生白云石2.502.16噴濺1.000.86爐襯0.300.26煙塵1

39、.501.30氧氣6.575.69渣中鐵珠0.710.61合計(jì)115.63100.00合計(jì)115.81100.00注：計(jì)算誤差為（115.63-115.81）/115.63100%=-0.15%。表2.12 廢鋼中元素的氧化量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/kg進(jìn)入鋼中的量/kgCCCO4.06×0.08%×90%=0.00290.00390.0068(入氣)CCO24.06×0.08%×10%=0.00030.00030.0011(入氣)SiSiSiO24.06×0.25%=0.01020.00580.0510MnM

40、nMnO4.06×0.435%=0.01770.00510.1047PPP2O54.06×0=000SSSO24.06×0.009%×1/3=0.00040.00020.0004(入氣)S+(CaO)(CaS)+O4.06×0.009%×2/3=0.0009-0.00040.0020（CaS）合 計(jì)0.03440.01504.06-0.0344=4.0256成渣量/kg0.1660第五步：計(jì)算加入廢鋼的物料平衡。如同“第一步”計(jì)算鐵水中元素氧化量一樣，利用表2.1的數(shù)據(jù)先確定廢鋼中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表2.12），再將其與

41、表2.11歸類合并，遂得加入廢鋼后的物料平衡表2.13和表2.14.表2.13 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100.0083.54鋼 水91.76+4.0256=95.7979.81廢 鋼4.063.39爐 渣11.80+0.166=11.979.97石 灰5.764.81爐 氣9.04+0.008=9.057.54螢 石0.500.42噴 濺1.000.83輕燒生白云石2.502.09煙 塵1.501.25爐 襯0.300.25渣中鐵珠0.710.60氧 氣6.57+0.015=6.595.50合 計(jì)119.71100.

42、00合 計(jì)120.02100.00注：計(jì)算誤差為(119.71-120.02)/ 119,71100%=-0.26%。表2.14 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96.1083.54鋼 水92.0579.81廢 鋼3.903.39爐 渣11.509.97石 灰5.544.81爐 氣8.707.54螢 石0.480.42噴 濺0.960.83輕燒生白云石2.402.09煙 塵1.441.25爐 襯0.290.25渣中鐵珠0.680.60氧 氣6.335.50合 計(jì)115.04100.00合 計(jì)115.33100.00第

43、六步：計(jì)算脫氧和合金化后的物料平衡。 先根據(jù)鋼種成分設(shè)定值（表2.1）和鐵合金成分及其燒損率（表2.3）算出錳鐵和硅鐵的加入量，再計(jì)算其元素的燒損量。將所得結(jié)果與表2.14歸類合并，即得冶煉一爐鋼的總物料平衡表。錳鐵加入量為： =硅鐵加入量為： =鐵合金中元素的燒損量和產(chǎn)物量列于表2.15表2.15 鐵合金中元素?zé)龘p量及其產(chǎn)物量類別元素?zé)龘p量/kg脫氧量/Kg成渣量/ Kg爐氣量/ Kg入鋼量/ Kg錳鐵C0.65×6.60%×10%=0.0040.0050.015(CO2)0.65×6.60%×90%=0.039Mn0.65×67.80%&#

44、215;20%=0.0880.0260.1140.65×67.80%×80%=0.353Si0.65×0.50%×25%=0.0010.0010.0020.65×0.50%×75%=0.002P0.65×0.23%=0.001S0.65×0.13%=0.001Fe0.65×24.74%=0.161合計(jì)0.0930.0320.1160.0150.557硅鐵Al0.42×2.50%×100%=0.0110.0100.006Mn0.42×0.50%×20%=0.00040

45、.00010.00050.42×0.50%×80%=0.002Si0.42×73.0%×25%=0.0770.0880.1650.42×73.0%×75%=0.230P0.42×0.05%=0.0002S0.42×0.03%=0.0001Fe0.42×23.92%=0.100合計(jì)0.0880.0980.1720.332總 計(jì)0.1810.1300.2880.0150.889脫氧和合金化后的鋼水成分如下： 可見，含碳量尚未達(dá)到設(shè)定值。為此需要在鋼包內(nèi)加焦炭粉增碳。其加入量W1為: 焦粉生成的產(chǎn)物如下：炭燒損

46、量/Kg耗氧量/Kg氣體量/Kg成渣量/Kg碳入鋼量/Kg0.05×81.50%×25%=0.0100.0270.037+0.05×(0.58+5.52)%=0.0400.05×12.40%=0.0060.05×81.50×0.75%=0.031由上述計(jì)算可得冶煉過程(即脫氧和合金化后)的總物料平衡表2.16。表2.16 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96.1082.62鋼 水92.9779.74廢 鋼3.903.35爐 渣11.7910.11石 灰5.544.76爐 氣8.767.51螢 石0.4

47、80.41噴 濺0.960.82輕燒生白云石2.402.06煙 塵1.441.23爐 襯0.290.25渣中鐵珠0.680.60氧 氣6.49（6.33+0.130+0.027)5.58錳 鐵0.650.56硅 鐵0.420.36焦粉0.050.05合計(jì)116.32100.00合 計(jì)116.60100.00注：計(jì)算誤差為 (114.06-115.25)/ 114.06×100%=-1.04%。 可近似認(rèn)為(0.102+0.016)的氧量系出鋼水時二次氧化所帶入的氧量。2.2熱平衡計(jì)算2.2.1 計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)計(jì)算所需基本原始數(shù)據(jù)有：各種入爐料及產(chǎn)物的溫度（表2.17）；物料平均熱容

48、（表2.18）；反應(yīng)熱效應(yīng)（表2.19）；溶入鐵水中的元素對鐵熔點(diǎn)的影響（表2.20）。其他數(shù)據(jù)參照物料平衡選取。表2.17 入爐料及產(chǎn)物的溫度設(shè)定值表2.名 稱入 爐 物 料產(chǎn) 物鐵水廢鋼其他原料爐渣爐氣煙塵溫度/13202525與鋼水相同14501450 純鐵熔點(diǎn)為1536表2.18 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·(kg·K)-10.7450.6991.0470.996熔化潛熱/ kJ·kg-1218272209209209液態(tài)或氣態(tài)平均熱容/ kJ·(kg·K)-10.8370.8371.2481.137表

49、2.19 煉鋼溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng)組元化學(xué)反應(yīng)H/kJ·kmol-1H/kJ·kg-1CC+1/2O2=CO 氧化反應(yīng)-139420-11639CC+O2CO2 氧化反應(yīng)-418072-34834SiSi+O2SiO2 氧化反應(yīng)-817682-29202MnMn+1/2O2=(MnO2) 氧化反應(yīng)-361740-6594P2P+5/2O2=(P2O5) 氧化反應(yīng)-1176563-18980FeFe+1/2O2=( FeO) 氧化反應(yīng)-238229-4250Fe2Fe+3/2O2=( Fe2O3) 氧化反應(yīng)-722432-6460SiO2(SiO2)+2(CaO)=(2CaO·SiO2) 成渣反應(yīng)-97133-1620P2O5(P2O5)+4(CaO)=(4CaO·P2O5) 成渣反應(yīng)-693054-4880CaCO3CaCO3=(CaO)+CO2 分解反應(yīng)1690501690MgCO3MgCO3=(MgO)+CO2 分解反應(yīng)11802014052.2.2 計(jì)算步驟以100Kg鐵水為基礎(chǔ)。第一步：計(jì)算熱收入Qs。熱收入項(xiàng)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(jù)純鐵熔點(diǎn)、鐵水成分以及溶入元素對鐵熔點(diǎn)的降低值(見表2.17、2.2和2.19)計(jì)算鐵