240氧气转炉设计.doc
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1、目 录1 转炉物料平衡与热平衡计算-11.1 原始数据选取-11.2 未加废钢和合金的物料平衡计算-31.3 热平衡计算-91.4 加废钢和合金的物料平计算-122 转炉炉型设计-152.1 转炉炉型选择-152.2 转炉炉容比与高宽比-152.3 转炉主要尺寸确定-152.4 转炉炉体结构图-18参考文献-211 转炉物料平衡与热平衡计算物料平衡是计算转炉炼钢过程中加入炉内与参与炼钢的全部物料(如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、合金添加剂、被侵蚀的炉衬等)和炼钢过程的产物(如钢水、炉渣、炉气、烟尘等)之间的平衡关系。热平衡是计算转炉炼钢过程的热量收入(如铁水物理热、化学热)和热量支出(如钢水
2、、炉渣、炉气的物理热、冷却剂溶化和分解热)之间的平衡关系。1.1 原始数据的选取 1.1.1 原材料成分(表1-1表1-5)表1-1 铁水、废钢成分(%)原料CSiMnPS铁水4.20.50.50.150.025废钢0.160.150.480.0220.015终点钢水0.15痕迹0.200.0200.020表1-2 渣料和炉衬材料成分(%)种类CaOSO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧减H2OC石灰91.02.02.01.50.053.45 焦炭29.461.80.6081.5萤石6.00.581.780.090.5589.02.00白云石55.03.033.03.01.05.
3、0炉衬54.02.038.01.05.0 表1-3 各材料的热容(kJ/kg.K)项目固态平均热容熔化潜热液(气)态平均热容生铁0.745217.5680.8368钢0.699271.960.8368炉渣209.201.247炉气1.136烟尘1.000209.20矿石1.046209.20表1-4 反应热效应(25)元素反 应反应热/kJkg-1元素C C+1/2O2=CO10950C C+O2=CO234520Si Si+O2=SiO228314P2P+5/2O2=P2O518923Mn Mn+1/2O2=MnO7020Fe Fe+1/2O2=FeO5020Fe Fe+3/2O2=Fe2O
4、36670SiO2SiO2+2CaO=2CaOSiO22070P205P2O5+4CaO=4CaO P2O55020表1-5 铁合金成分(分子)及其回收率(分母)项目CSiMnAlPSFe硅铁-73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.8/80-0.23/1000.13/10024.74/100 1.1.2 假设条件名称参数名称参数中渣碱度萤石加入量白云石加入量喷溅铁损%CaO/%SiO2=3.5为铁水量的0.5%为铁水量的2.5%铁水量的1%渣中铁损烟尘量为渣量的6%为铁水量的1.5%(FeO75%,Fe
5、2O320%)1.1.3 冶炼钢种及规格成分 要求冶炼低碳钢,以Q235钢为例,其规格成分为(%):C 0.140.22,Si 0.120.30,Mn 0.400.65,P0.045,S0.0501.2 未加废钢和合金的物料平衡计算物料平衡基本项目:(1) 收入项:铁水、废钢、溶剂(石灰、萤石、白云石)、氧气、炉衬蚀损、铁合金。(2) 支出项:钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。根据铁水、渣料质量及其冶炼钢种的要求,采用单渣法操作。为了简化运算,以100 kg铁水为计算基础。1.2.1 渣量及其成分计算(1) 铁水中元素氧化量(表1-6)氧化量=元素在铁水中的含量 元素在钢水中的含量表1-
6、6 铁水中的元素氧化量 元素/%项目CSiMnPS铁水4.200.500.500.150.025钢水0.1500.170.0150.016氧化量4.050.500.330.1350.009由表1-6知:脱磷率 = 0.135 / 0.15 100% =90%; 脱硫率 =0.009 /0.025 100% =36%; 钢中残锰量 =0.17 /0.5 100% =34%. (2) 各元素耗氧量及氧化产物量(表1-7)表1-7 铁水中元素氧化量、氧化产物量元素反应元素氧化量/kg耗氧量/kg氧化产物量/kgCC+1/2O2=CO4.0590%=3.6453.64516/12=4.8603.645
7、28/12=8.505CC+O2=CO24.0510%=0.4050.40532/12=1.0800.40544/12=1.485SiSi+O2=SiO20.50.532/28=0.5710.560/28=1.071MnMn+1/2O2=MnO 0.330.3316/55=0.0960.3371/55=0.426P2P+5/2O2=P2O5 0.1350.13580/62=0.1740.135142/62=0.309SS+O2=SO20.0091/3=0.0030.00332/32=0.0030.00364/32=0.006SS+(CaO)=(CaS)+O0.0092/3=0.0060.006
8、(-16)/32=-0.0030.00672/32=0.0135*FeFe+1/2O2=FeO1.01656/72= 0.7901.01616/72= 0.2261.016FeFe+3/2O2=Fe2O30063112/16= 0.0440.06348/160= 0.0190.063总计5.8587.026*:假定炉内气化脱硫1/3;铁的氧化由表1-13得出。(3) 渣料的加入量 1) 萤石加入量 :根据冶金局(部)转炉操作规程,并参考炼钢工艺学,取萤石加入量4 kg/t,在本设计中,即为:0.14=0.4 kg,其成分质量计算见表1-9. (质量计算中各成分质量百分数见表1-2)表1-9 萤
9、石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaF20.489.0% = 0.356MgO0.40.58% = 0.002SiO20.46% = 0.0240.40.55% = 0.002Al2O30.41.78% = 0.007S0.40.09%0.000(忽略)H2O0.42% = 0.008其中: 2P+5/2O2=P2O5(P2O5)生成量 = 0.002142/62 = 0.005 kg 3) 白云石加入量 :为了提高转炉寿命,采用白云石造渣,控制渣中(MgO)含量在6% 8%范围内。根据已投产转炉的经验,取生白云石30 kg/t,在本设计中即为:300.1 = 3 kg,其成分质量计
10、算见表1-10。(质量计算中各成分质量百分数见表1-2) 表1-10 生白云石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO355% = 1.65MgO333% = 0.99SiO233% = 0.09Fe2O331% = 0.03Al2O333% = 0.09烧减35% = 0.15其中:烧减是白云石中分解产生的气体。 4)炉衬侵蚀量:转炉炉衬在炉渣作用下,将被侵蚀和冲刷进入渣中,本设计中取铁水量的0.5%,即1000.5% = 0.5 kg ,其成分质量计算见表1-11. (质量计算中各成分质量百分数见表1-2)表1-11 炉衬侵蚀量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO0.554% =
11、 0.27SiO20.52% = 0.01MgO0.538% = 0.19C0.55% = 0.025Al2O30.51% = 0.005其中: 炉衬中碳的氧化与金属中氧化生成的CO和CO2比例相同。即:C+1/2O2=CO:氧化产物CO量为:0.02590%28/12 = 0.053 kg 耗氧量为:0.02590%16/12 = 0.03 kgC+O2=CO2:氧化产物CO2量为:0.02510%44/12 = 0.009 kg 耗氧量为:0.00932/44 = 0.007 kg共消耗氧量=0.03+0.007 = 0.037 kg 5) 石灰加入量:根据铁水成分,取终渣碱度R=3.5,
12、石灰加入量计算如下:(SiO2)=铁水Si生成(SiO2)+ 炉衬、矿石、白云石、萤石带入的(SiO2) =1.071 + 0.01 + 0.0561 + 0.09 + 0.024 =1.251 kg(CaO)=白云石、矿石、炉衬带入(CaO) 铁水、矿石中S消耗CaO量 =1.65 + 0.01 + 0.27 0.00656/32 0.00156/32 = 1.918 kg石灰加入量 = (SiO2)R - (CaO)/%CaO有效100% = (1.2513.5 1.918)/(91 3.52) 100%= 2.93 kg 其成分质量计算见表1-12. (质量计算中各成分质量百分数见表1-
13、2)表1-12 石灰加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO2.9391% = 2.67SiO22.932% = 0.06MgO2.932% = 0.06S2.930.05% = 0.0015Al2O32.931.5% = 0.04烧减2.933.45% = 0.10其中: S+(CaO)=(CaS)+O生成的(CaS) = 0.001572/32 = 0.003 kg6) 渣中的铁氧化物:对于冶炼Q235钢,根据已投产转炉渣中含(FeO)量,取(FeO)= 10%,(Fe2O3)= 7%。7)终渣总量及成分:根据表1-7表1-12中的数据,确定终渣总量及成分,见表1-13,若不计(Fe
14、O)、(Fe2O3),由表1-13中可得:CaO+MgO+SiO2+P2O5+MgO+Al2O3+CaF2+CaS= 4.60 + 1.247 + 1.311 + 0.314 + 0.426 + 0.162 + 0.356 + 0.019 = 8.435 kg已知(FeO)= 10% ,(Fe2O3)= 7% ,则其余渣应占渣量总数的83%。故总渣量为8.435/83% = 10.163 kg 由此可知:(FeO)= 10.163 10% = 1.016 kg, (Fe2O3)= 10.163 7% = 0.711 kg。 由于矿石和白云石中带入部分(FeO)和(Fe2O3),其含量参见表1-
15、8和1-10,实际铁氧化物为:(FeO)= 1.016 0.294 = 0.722 kg ;其值列入表1-7.(Fe2O3)= 0.711 0.618 0.03 = 0.063 kg .其值列入表1-7表1-13 终渣总量及成分成分氧化产物/kg石灰/kg矿石/kg白云石/kg炉衬/kg萤石/kg总计/kg%CaO2.670.011.650.274.6045.26MgO0.060.0050.990.190.0021.24712.27SiO21.0710.060.0560.090.010.0241.31112.90P2O50.3090.0050.3143.09MnO0.4260.4264.19A
16、l2O30.040.0110090.010.0070.1621.60CaF20.3560.3563.50CaS0.01350.0030.0020.0190.19FeO0.7220.2941.01610Fe2O30.0630.6180.030.7117总计10.1631001.2.2 冶炼中的吹损计算根据假设条件,渣中铁珠量为渣量的8%,喷溅损失为铁水量的1%,烟尘损失为铁水量的1.6%。故可得到:渣中铁珠量 = 10.163 8% = 0.813 kg喷溅损失量 = 100 1% = 1.0 kg烟尘铁损失量 = 100 1.6%(77%56/72 + 20%112/160)= 1.182 k
17、g元素氧化损失 = 5.858 kg (见表1-7)吹损总量 = 0.813 + 1.0 + 1.182 + 5.858 = 8.853 kg 钢水量 = 100 8.853 = 91.147 kg .1.2.3 氧气消耗量计算1)元素氧化耗氧 =7.026 kg(见表1-7);2)烟尘铁氧化耗氧 =1001.6%(77%16/72 + 20%48/160)= 0.37 kg;3) 炉衬中碳氧化耗氧 = 0.037 kg(见表1-10下)。故总耗氧量 = 7.026 + 0.37 + 0.037 = 7.433 kg.换算为标准体积为:7.43322.4/32 = 5.20 m3 即冶炼100
18、 kg 铁水需要5.20氧气。取氧气利用率为80%,则冶炼1 t 铁水的实际供氧量为:5.2 /80%10 = 65 m3 /t由于氧气不纯,含有1.5%的氮气,故供氧时带入的氮气为: 7.433 1.5% = 0.111 kg其体积量为:0.111 22.4/28 = 0.089 m3,则冶炼 1 t 铁水将会带入0.89 m3的氮气。1.2.4 炉气量及成分计算 炉内产生的炉气由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由 O2 组成。其中:CO来源于铁水和炉衬中的碳氧化;CO2来源于铁水、炉衬中碳氧化,以及白云石和石灰石中的烧减量;SO2来源于铁水中硫氧化;H2O来源于矿石和萤石中;N2来源
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