炼钢转炉设计.doc
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1、 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日任务要求:含C 3.9%,Si 0.6%,50t复吹转炉炉型- 21 -1. 炼钢课程设计目的与内容1、 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
2、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。2、 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C 3.9%,含Si 0.6%,50t炉型图。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0.18
3、0.25.0.550.0450.050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52.000.5
4、025.002.000.0020.01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:8085% 碳:1520% 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6.60/900.50/7567.8/800.23/1000.13/10024.74/100 注:10%的
5、C与氧气生成CO2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(Fe2O3)/ (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90C氧化成CO,10C氧化成CO2烟尘量为铁量的1.5(其中w(FeO)为75w(Fe2O3)的2
6、0)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CCCO3.8090%=3.42
7、04.5607.980CCO23.8010%=0.381.0131.393SiSi(SiO2)0.600.6861.286入渣MnMn(MnO)0.1200.0350.155入渣PP(P2O5)0.0800.1030.183入渣SSSO20.021/3=0.00670.00670.013S+CaO(CaS)+(O)0.022/3=0.0133-0.0070.030(CaS)入渣FeFe(FeO)0.57756/72=0.4490.1280.577入渣(表2-8)Fe(Fe2O3)0.399112/160=0.2790.1200.399入渣(表2-8)合计5.3486.645成渣量2.630入渣
8、组分之和注:由CaO还原出的氧量;消耗CaO量=0.013356/32=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/CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO,CO20.3(表2-4)0.0040.0060.2360.0020.0020.315%90%28/12 =0.09450.315%10%44/12 =0.01650.315%(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CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OC
9、O2O2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:.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
10、终渣碱度R=3.5,故石灰加入量为:R(SiO2)-(CaO)/(CaO,石灰)-R(SiO2,石灰)=3.410/(88.0%-3.52.50%)=4.303.石灰加入量=(石灰中CaO含量)-(石灰中SCaS自耗的CaO量)表2-8 总渣量及其成分炉渣成分/CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣1.2860.1550.5770.3990.1830.0302.63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1.300.0130.6
11、250.0501.988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/%48.9114.138.971.561.498.2510.214.311.790.38100.00.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
12、(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%)=10.388 kg (FeO)=10.3888.25%-0.28=1.577 (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
13、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V : V=+0.5%V+ (+0.5%V) 所以:V=(99.6+0.7Gs)/99.103=7.275 m3 式中 VgCO、CO2、SO2和H2O各组分总体积,m。本计算中其值为: 8.07522.4
14、/281.41022.4/440.01322.4/640.00522.4/18=7.189m3 Gs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 Vx石灰中的S和CaO反应还原出的氧量(其质量为:0.002)m。 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/ m体积分数/%CO8.0758.07522.4/28=6.4688.80CO21.4101.41022.4/44=0.7189.86SO20.0130.01322.4/64=0.0050.07H2O0.00
15、50.00522.4/18=0.0060.08O20.0510.0360.50N20.06250.0500.69合计9.61657.275100.00注:.炉气中O2的体积为7.2750.5%=0.036m;质量为0.03632/22.4=0.051。.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0.05028/22.4=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+10.3886% 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
16、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)/115.27100%=0.017%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中的数据先确定废钢种元素的氧化量及其消耗量和
17、成渣量(表2-12),再将其与表2-11归类合并,逐得到加入废钢后的物料平衡表2-13和表2-14。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/耗氧量产物量进入钢中的量/CCCO6.330.08%90%=0.00460.00610.0107CCO26.330.08%10%=0.00050.00130.0018SiSi(SiO2)6.330.25%=0.01580.01810.0339MnMn(MnO)6.330.37%=0.02340.00680.0302PP(P2O5)6.330.01%=0.00060.00080.0014SSSO2 6.330.010%1/3=0.0
18、0020.00020.0004S+CaO(CaS)+(O) 6.330.010%2/3=0.0004-0.00020.0009合计0.04550.03316.33-0.0455 =6.2845成渣量/0.0664表2-13 加入废钢的物料平衡表(以100铁水为基础)收入支出项目质量/%项目质量/%铁水10081.88钢水91.94+6.2845=98.2380.89废钢6.33 5.18炉渣10.388+0.066=10.458.61石灰4.3033.52 炉气9.6165+0.0129=9.637.93萤石0.500.41 喷溅1.000.82轻烧白云石2.502.044烟尘1.501.24
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