250吨转炉冶炼Q345D的炼钢工艺计算.docx
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250吨转炉冶炼Q345D的炼钢工艺计算
250吨转炉冶炼Q235D的炼钢工艺计算
学校：
昆明理工大学
专业：
冶金技术2011级
姓名：
李雨桦
指导老师单位：
昆明理工大学
姓名：
朱道飞
目 录.
摘要4
Abstract5
前言6
第一章设计概述7
1.1主要用途8
1.2 冶炼要点8
1.3 化学成分对H08性能的影响9
1.4现代全连铸冶炼焊条钢要点10
第二章 氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡11
2.1 物料平衡计算11
2.2 热平衡计算21
第三章氧气顶吹转炉的设计与计算27
3.1 炉型设计27
3.2 氧气顶吹转炉炉衬设计30
3.3 氧气顶吹转炉炉体金属构件设计31
3.4 支承装置32
3.5 倾动机构32
3.6底部供气构件的设计34
总结与体会
谢辞
参考文献
第二章 氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡
2.1 物料平衡计算
（1）计算所需原始数据
炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的。
其主要目的是比较整个过程中物料、能量的收入项和支出项，为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量依据。
应当指出，由于炼钢系复杂的高温物理化学过程，加上测试手段有限，目前尚难以做到精确取值和计算。
尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。
表2-1钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值
成分（％）
类别
C
Si
Mn
P
S
钢种设定值
0.070
0.000
0.400
0.005
0.010
铁水设定值*
3.600
0.331
0.351
0.093
0.032
废钢设定值
0.070
0.000
0.400
0.005
0.010
终点钢水设定值**
0.040
痕迹
0.105
0.009
0.019
*这里的铁水设定值为铁水预处理后的铁水成分，具体内容见“第七章铁水预处理及炉外精练”。
**〔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。
（2）物料平衡基本项目。
收入项
支出项
铁水
钢水
废钢
炉渣
熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石）
烟尘
氧气
渣中珠铁
炉衬蚀损
炉气
铁合金
喷溅
表2－2原材料成分
成分
类别
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
CaF2
P2O5
S
CO2
H2O
C
灰分
挥发分
石灰
88.00
2.50
2.60
1.50
0.50
0.10
0.06
4.64
0.10
萤石
0.30
5.50
0.60
1.60
1.50
88.00
0.90
0.10
1.50
生白云石
36.40
0.80
25.60
1.00
36.20
炉衬
1.20
3.00
78.80
1.40
1.60
14.00
焦碳
0.58
81.50
12.40
5.52
表2－3硅铁合金的成分及回收率
C
Si
Mn
Al
P
S
Fe
硅铁
73.00/75
0.50/80
2.50/0
0.05/100
0.03/100
23.92/100
锰铁
6.60/90
0.50/75
67.80/80
0.23/100
0.13/100
24.74/100
（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、炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。
其各项成渣量分别列于表2－5、2－6和2－7。
总渣量及其成分如表2－8所示。
第二步：
计算氧气消耗量。
氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差，详见表2－9。
第三步：
计算炉气量及其成分。
第四步：
计算脱氧和合金化前的钢水量。
表2－4其它工艺参数设定值
名称
参数
名称
参数
终渣碱度
%CaO/%SiO2=3.5
渣中铁损（铁珠）
为渣量的6%
萤石加入量
为铁水量的0.5%
氧气纯度
99%，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Σ（FeO）含量
15%，即（Fe2O3）=5%
金属中〔C〕的氧化
90%C氧化成CO，10%C
（Fe2O3）/（FeO）=1/3
（FeO）=10%
产物
氧化成CO2
烟尘量
为铁水量的1.5%（其中
废钢量
由热平衡计算确定。
本计
FeO为75%，Fe2O3为20%
算结果为铁水量的7.53%
喷溅铁损
为铁水量的1%
即废钢量比为7.00%
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（kg）
耗氧量（kg）
产出量（kg）
备注
C
〔C〕→﹛CO﹜
3.204
4.272
7.476
〔C〕→﹛CO2﹜
0.356
0.949
1.305
Si
〔Si〕→（SiO2）
0.400
0.457
0.857
入渣
Mn
〔Mn〕→（MnO）
0.246
0.072
0.318
入渣
P
〔P〕→（P2O5）
0.084
0.108
0.206
入渣
S
〔S〕→﹛SO2﹜
0.004
0.004
0.009
〔S〕→（CaO）=（CaS）+（O）
0.009
-0.004
0.020
入渣
Fe
〔Fe〕→（FeO）
0.457
0.131
0.588
入渣（见3-8）
〔Fe〕→（Fe2O3）
0.231
0.099
0.329
入渣（见表3-8）
合计
4.991
6.088
成渣量
2.317
入渣组分之和
*由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量＝0.009×56/32＝0.016kg㎏
表2－6炉衬蚀损的成渣量
炉衬蚀损量
成渣组分（kg）
气态产物（kg）
耗氧量（kg）
（kg）
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
C→CO
C→CO2
C→CO，CO2
0.3
0.004
0.009
0.236
0.004
0.005
0.088
0.015
0.062
（据表3-4）
合计
0.258
0.103
表2－7加入熔剂的成渣量
类别
加入量
成渣组分（kg）
气态产物（kg）
（kg）
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
P2O5
CaS
CaF2
H2O
CO2
O2
萤石
0.5（据表3-4）
0.002
0.003
0.028
0.008
0.008
0.005
0.001
0.440
0.008
生白云石
2.5（据表3-4）
0.910
0.640
0.020
0.025
0.905
石灰
2.899*1
2.247*2
0.075
0.072
0.043
0.014
0.003
0.004
0.003
0.135
0.001*3
合计
3.159
0.718
0.120
0.076
0.022
0.007
0.005
0.440
0.010
1.040
0.001
成渣量
4.548
*1石灰加入量计算如下：
由表（2－5）～（2－7）可知，渣中已含（CaO）＝－0.016+
0.004+0.002+0.910＝0.900kg；渣中已含（SiO2）＝0.857+0.009+0.028+0.020＝0.914kg；因设定的终渣碱度R＝3.5；故石灰加入量为：
〔RΣ（SiO2）－Σ（CaO）〕/（%CaO石灰－R×%SiO2石灰）
＝（3.5×0.914－0.900）/（88.00%－3.5×2.5%）＝2.899kg㎏
*2为（石灰中CaO含量）－（石灰中S→CaS自耗的CaO量）
*3由CaO还原出的氧量，计算方法同表2－5。
表2－8总渣量及其成分
炉渣成分
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
Fe2O3
CaF2
P2O5
CaS
合计
元素氧化成渣量（kg）
0.857
0.318
0.588
0.329②
0.206
0.020
2.317
石灰成渣量（kg）
2.247
0.072
0.075
0.043
0.014
0.003
0.004
2.460
炉衬蚀损成渣量（kg）
0.004
0.009
0.236
0.004
0.005
0.258
生白云石成渣量（kg）
0.910
0.020
0.640
0.025
1.595
萤石成渣量（kg）
0.002
0.028
0.003
0.008
0.008
0.440
0.005
0.001
0.493
总渣量（kg）
3.162
0.986
0.955
0.081
0.318
0.588
0.356
0.440
0.213
0.025
7.123
%
44.394
13.844
13.407
1.133
4.458
8.250
5.00
6.177
2.995
0.345
100.00
*总渣量计算如下：
因为表2－8中除（FeO）和（Fe2O3）以外的渣量为：
3.162+0.986+0.955+
0.081+0.318+0.440+0.213+0.025＝6.180kg；而终渣Σ（FeO）=15%（表2－4），故总渣量为：
6.180/85.75％＝7.123kg㎏
①（FeO）量＝7.123×8.25％＝0.588kg㎏
②（Fe2O3）量＝7.123×5％－0.014－0.005－0.008＝0.329kg㎏
炉气中含有CO、CO2、O2、N2、SO2和H2O。
其中CO、CO2、SO2和H2O可由表
（2－5）～（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：
10.039m3
式中Vg——CO、CO2、SO2和H2O诸组分之总体积，m3。
本计算中，其值为
7.564×22.4/28+2.360×22.4/44+0.009×22.4/64+0.0010×22.4/18
＝7.2571㎏
Gs——不计自由氧的氧气消耗量，㎏。
本计算中，其值为6.466m3（见表2－9）；
Vx——铁水与石灰中的S与CaO反应还原出的氧量，m3。
本计算中，其值为
0.005㎏（见表2－9）；
0.5％——炉气中自由氧含量，m3；
99——由氧纯度为99％转换得来。
计算结果列于表2－10中：
表2－9实际耗氧量
耗氧项（kg）
供气项（kg）
实际氧气消耗量（kg）
铁水中元素氧化耗氧量（表3-5）
6.088
铁水中S与CaO反应还原出的氧量（表2-5）
0.004
炉衬中碳氧化耗氧量（表3-6）
0.062
石灰中S与CaO反应还原出的氧量（表2-7）
0.001
烟尘中铁氧化耗氧量（3-4）
0.295
炉气中自由氧含量（表3-10）
0.072
6.516－0.005+3.396＝
合计
6.516
合计
0.005
9.907
*为炉气中N2的重量，详见表2－10
表2－10炉气量及其成分
炉气成分
炉气量（kg）
体积（m3）
体积%
CO
7.564
6.051
60.280
CO2
2.360
1.202
11.970
SO2
0.009
0.006
0.060
H2O
0.0010
0.013
0.129
O2
0.072
0.050*
0.500
N2
3.396
2.717**
27.061
合计
13.411
10.039
100.000
*炉气中O2的体积为10.039×0.5％＝0.050m3；重量为0.050×32/22.4＝0.072kg㎏
**炉气中N2的体积系炉气总体积与其它成分的体积之差；重量为2.717×28/22.4＝3.396kg㎏
表2－11未加废钢时的物料平衡表
收入
支出
项目
质量（kg）
%
项目
质量（kg）
%
铁水
100.000
86.128
钢水
92.497
79.767
石灰
2.899
2.497
炉渣
7.123
6.143
英石
0.500（据表3-4）
0.431
炉气
13.411
11.565
生白云石
2.500（据表3-4）
2.153
喷溅
1.000
0.862
炉衬
0.300
0.258
烟尘
1.500
1.294
氧气
9.907
8.539
渣中铁珠
0.427
0.369
合计
116.106
100.000
合计
115.958
100.000
注：
计算误差（116.106－115.958）/116.106×100％＝0.127％
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
＝100－3.159－〔1.5（75%×56/72+20%×112/160）+1+7.123×6%〕
＝92.497㎏
据此编制脱氧和合金化前的物料平衡表（表2－11）。
第五步：
计算加入废钢的物料平衡。
如同“第一步”计算铁水中元素氧化量一样，利用表2－1的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表2－12），再将其与表2－11归类合并，就得出加入废钢后的物料平衡表2－13和2－14。
第六步：
计算脱氧和合金化后的物料平衡。
先根据钢种成分设定值（表2－1）和铁合金成分及其烧损率（表2－3）算出钢芯铝和硅铁的加入量，再计算其元素烧损量。
将所得结果与表2－14归类，即得冶炼一炉钢的总物料平衡。
表2－12废钢中元素的氧化产物及其成渣量
元素
反应产物
元素氧化量（kg）
耗氧量（kg）
产物量（kg）
进入钢中的量（kg）
C
〔C〕→﹛CO﹜
0.016
0.021
0.037
〔C〕→﹛CO2﹜
0.002
0.005
0.006
Si
〔Si〕→﹛SiO2﹜
0.000
0.000
0.000
Mn
〔Mn〕→﹛MnO﹜
0.100
0.029
0.129
P
〔P〕→（P2O5）
0.001
0.002
0.003
S
〔S〕→﹛SO2﹜
0.000
0.000
0.001
〔S〕+（CaO）=（CaS）+〔O〕
0.001
0.000
0.002
合计
0.120
0.056
24.836
成渣量（kg）
0.134
表2－13加入废钢的物料平衡表（以100㎏铁水为基础）
收入
支出
项目
重量（kg）
%
项目
重量（kg）
%
铁水
100.000
70.863
钢水
117.333
83.231
废钢
24.955
17.864
炉渣
7.257
5.148
石灰
2.899
2.055
炉气
13.455
9.544
萤石
0.500
0.354
喷溅
1.000
0.709
轻烧白云石
2.500
1.722
烟尘
1.500
1.064
炉衬
0.300
0.213
渣中铁珠
0.427
0.303
氧气
9.963
7.060
合计
141.118
100.00
合计
140.927
100.00
注：
计算误差为（141.118－140.927）/141.118×100％＝0.135％
表2－14加入废钢的物料平衡表（以100㎏（铁水+废钢）为基础）
收入
支出
项目
重量（kg）
%
项目
重量（kg）
%
铁水
80.029
70.863
钢水
93.900
83.231
废钢
19.971
17.684
炉渣
5.808
5.148
石灰
2.320
2.055
炉气
10.768
9.544
萤石
0.400
0.354
喷溅
0.800
0.709
轻烧白云石
2.001
1.772
烟尘
1.200
1.064
炉衬
0.240
0.213
渣中铁珠
0.342
0.303
氧气
7.973
7.060
合计
112.935
100.000
合计
112.818
100.000
注：
计算误差为（112.935－112.818）/112.935×100％＝0.1048
表2－15铁合金中元素烧损量及产物量
类别
元素
烧损量kg
脱氧量kg
成渣量kg
炉气量kg
入钢量kg
锰铁
C
0.003
0.009
0.012
0.030
Mn
0.069
0.020
0.089
0.277
Si
0.001
0.001
0.001
0.002
P
0.001
S
0.001
Fe
0.126
合计
0.073
0.030
0.091
0.012
0.437
硅铁
Al
0.000
0.000
0.000
Mn
0.000
0.000
0.000
0.000
Si
-0.001
-0.001
-0.001
-0.002
P
0.000
S
0.000
Fe
-0.001
合计
-0.001
-0.001
-0.002
-0.003
总计
0.073
0.029
0.089
0.012
0.435
总物料平衡表。
锰铁加入量为WMn＝0.511㎏。
硅铁加入量WSi为：
＝-0.003㎏。
铁合金中元素的烧损和产物量列于表2－15中。
脱氧和合金化后的钢水成分如下表所示：
脱氧和合金化后的钢水成分（％）
C
Si
Mn
P
S
0.072
0.000
0.399
0.010
0.020
由此可得冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表2－16。
表2－16总物料平衡表
收入
支出
项目
质量（kg）
%
项目
质量（kg）
%
铁水
80.029
70.548
钢水
94.332
83.404
废钢
19.971
17.606
石灰
2.320
2.046
炉渣
5.896
5.213
萤石
0.400
0.353
轻烧白云石
2.001
1.764
炉气
10.531
9.311
炉衬
0.240
0.212
氧气
7.973
7.029
喷溅
0.800
0.708
锰铁
0.511
0.450
烟尘
1.200
1.061
硅铁
-0.003
-0.003
渣中铁珠
0.342
0.302
焦粉
-0.003
-0.003
合计
113.438
100.00
113.102
100.00
注：
计算误差为（113.438－113.102）/113.438×100％＝0.296％
2.2 热平衡计算
（1）计算所需原始数据。
计算所需基本原始数据有：
各种入炉料及产物的温度（表2－17）；物料平均热容（表2－18）；反应热效应（表2－19）；溶入铁水中的元素对铁熔点的影响（表2－20）。
其它数据参照物料平衡选取。
（2）计算步骤。
以100㎏铁水为基础。
第一步：
计算热收入Qs。
热收入项包括：
铁水物理热；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。
1）铁水物理热Qw：
先根据纯铁熔点、铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值（表2－17、2－1和2－20）计算铁水熔点Tt，然后由铁水温度和生铁比热（表2－17和2－18）确定Qw。
表2－17入炉物料及产物的温度设定值
名称
入炉物料
产物
铁水*
废钢
其它原料
炉渣
炉气
烟尘
温度（℃）
1350
25
25
与钢水相同
1450
1450
表2－18物料平均热容
物料名称
生铁
钢
炉渣
矿石
烟尘
炉气
固态平均热容（kJ/kg·K）
0.745
0.699
—
1.047
0.996
—
熔化潜热（kJ/kg）
218
272
209
209
209
—
液态或气态平均热容（kJ/kg·K）
0.837
0.837
1.248
—
—
1.137
表2－19炼钢温度下的反应热效应
组元
化学反应
ΔH（kJ/kg）
ΔH（kJ/kg）
C
〔C〕+1/2﹛O2﹜
氧
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