物料平衡与热平衡计算

钢铁冶金专业设计资料（炼铁、炼钢）
本钢工学院冶化教研室
二00三年八月
第一章物料平衡与热平衡计算
物料平衡和热平衡计算是氧气顶吹转炉冶炼工艺设计的一项基本的计算，它是建立在物质和能量不灭定律的基础上的。

它以转炉作为考察对象，根据装入转炉内或参与炼钢过程的全部物料数据和炼钢过程的全部产物数据，如图1-1-1所示的收入项数据和支出项数据，来进行物料的重量和热平衡计算。

通过计算，可以定量地掌握冶炼工重要参数，做到“胸中有数”。

对指导生产和分析研究改进冶炼工艺，设计转炉炼钢车间等均有其重要意义。

由于转炉炼钢过程是一个十分复杂的物理化学过程，很显然，要求进行精确的计算较为困难，特别是热平衡，只能是近似计算，但它仍然有十分重要的指导意义。

物料平衡和热平衡计算，一般可分为两面种方案。

第一种方案是为了设计转炉及其氧枪设备以及相应的转炉炼钢车间而进行的计算，通常侧重于理论计算，特别是新设计转炉而无实际炉型可以参考的情况下；另一种方案是为了校核和改善已投产的转炉冶炼工艺参数及其设备参数或者采用新工艺新技术等，而由实测数据进行的计算，后者侧重于实测。

本计算是采用第一种方案。

目前，我国顶吹转炉所采用的生铁基本上为低磷的（0.10～0.40%）和中磷的（0.40～1.00%）两种，对这两种不同含磷量生铁的冶炼工艺制度也不相同。

因此，下面以50吨转炉为例，分别就低磷生铁和高磷生铁两种情况，进行物料平衡和热平衡计算。

1.1原始数据
1.1.1铁水成分及温度
表1-1-1
1.1.2原材料成分
表1-1-2 原材料成分
..
表
2-1-1铁水成分与温度
转炉冶炼钢种常为普通碳素钢和低合金钢，在此以要求冶炼BD3钢考虑，其成分见表2-1-3
..
1.1.4平均比热
表1-1-4
1.1.5冷却剂
用废钢作冷却剂，其成份与冶炼钢种成份的中限相同。

(见表1-1-3) 1.1.6反应热效应
虽然炉内化学反应，实际上是在炉料温度和炉内上部气相温度之
间的任一温度发生的，但反应热效应通常仍采用25℃作为参考温度，
值得指出的是，反应热还与组分在铁水中存在形态有关，至今对参与
化学反应有关的实际组成物还有不同的看法。

但是，比较常用的反应
热数据见表1-1-5。

表1-1-5
﹡ 通常近似认为是Fe+2
1
O 2=FeO
1.1.7 其它数据的选取 （根据国内同类转炉的实测数据选取） 1．渣中铁珠量为渣量的5%～8%，本设计取8%。

2．金属中碳的氧化假定为：80%～90%的碳氧化成CO ，20%～10%的碳
氧化成CO 2。

3．喷溅铁损为铁水量的0.7%～1.0%，本设计取1.0%。

4．取炉气平均温度1450℃，炉气中自由氧含量为0.5%，烟尘量铁珠
量的1.6%，其中FeO =77%，Fe 2O 3=20%。

5．氧气成分为98.5%O 2，1.5%N 2。

6．炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%。

1.2物料平衡计算
根据铁水成份，渣料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作，通常首先以100公斤铁水为计算基础，然后再折算成100公斤金属料。

1.2.1炉渣量及其成份的计算
炉渣来自金属中元素的氧化产物，渣料以及炉衬侵蚀等。

1．铁水中各元素氧化量(见表2-2-1)
表
1-2-1
终点钢水成份是根据同类转炉冶炼钢种的实际数据选取，其中：[C]：应根据冶炼钢种含碳量的中限和预估计的脱氧剂的增碳量
（0.2~0.3）之差来确定终点钢水含碳量，取0.150%。

[Si]：在碱性转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化，随同加入的其它材料带入的SiO2一起进入炉渣中，故终点钢水硅的含量为痕迹。

[Mn]：终点钢水残锰量，一般为铁水中锰含量的30%～40%，取30%。

[P]：采用低磷铁水操作，铁水中磷约85～95%进入炉渣，在此取铁水中
磷的90%进入炉渣，10%留在钢中。

同时要考虑钢包中回磷的因素。

[S]：氧气转炉内去硫率不高，一般在30～50%的范围，取40%。

2．各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量见表1-2-2。

表1-2-2
..
.
﹡指生成的CaS量
..
3．造渣剂成分及数量
50吨氧气转炉加入造渣剂数量，是根据国内同类转炉有关数据选取： 1)矿石加入量及成分
矿石加入量为1.00公斤／100公斤铁水，其成分及重量见表1-2-3
表1-2-3
﹡S 以［S ］＋(CaO)＝(CaO)＋[O]的形式反应，其中生成CaS 量为
0.001×
3272＝0.002公斤，消耗CaO 量为
0.001×3256
＝0.002公斤，生成微量氧为0.001×32
16
＝0.001公斤。

2)萤石加入量及成分
萤石加入量为0.50公斤／100公斤铁水，其成分及重量见表2-2-4
表1-2-4
﹡P 以2[P]+2
5
{O 2}=（P 2O 5）的形式进行反应，其中生成P 2O 5量为0.003×
62142=0.007公斤，消耗氧量为0.003×62
80
=0.004公斤。

﹡﹡S 微量，忽略之。

3）炉衬侵蚀量为0.50公斤/100公斤铁水，其成分及重量见表1-2-5
表1-2-5
被浸蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳的氧化成CO ，CO 2的比例相同，即：
C CO 0.025×90%×12
28= 0.053公斤
C CO 2 0.025×10%×
12
44
= 0.009公斤 其消耗氧气量为：0.053×2816=0.030公斤 0.009×44
32
=0.007公斤
共消耗氧气量为 0.03+0.007=0.037公斤 4）生白云石加入量及成份
为了提高转炉炉衬寿命，在加入石灰造渣的同时，添加一部分白云作造渣剂，其目的是提高炉渣中MgO 的含量。

初期渣中（MgO ）含量增高，使炉渣的熔点和粘度明显降低，减缓或阻碍石灰颗粒表面的硅酸二钙层（2CaO ·SiO 2）的形成，从而加速石灰的熔解。

同时，能减少初期渣中的（FeO ）含量或者中和一部分氧化铁，因此降低了炉渣的有效氧化能力。

这样就使得焦油白云石炉衬中碳的氧化作用减慢，有利于提高炉衬浸蚀能力。

另外，提高炉渣中的（MgO ）含量，降低了炉渣对炉衬的浸蚀能力，在吹炼后期随着炉渣碱度的提高，其粘度相应提高，使
得炉壁容易挂渣，从而保护避免受浸蚀，也有利于提高炉衬寿命。

生产实践表明，渣中（MgO ）含量为6～8%时，其效果较好。

为此，必须保证渣中（MgO ）含量在6～8%之间来计算白云石加入量。

经试算后取生白云石加入量为2.0 ～3.0 / 100公斤铁水，本设计取3.0，其成份及重量见表1-2-6
表1-2-6
烧减是指生白云石（MgCO 3·CaCO 3）分解后而生产的CO 2气体。

5）炉渣碱度和石灰加入量
取终渣碱度 R=
)
(%)
(%2SiO CaO =2.8～4.0 取3.5
首先计算由上述造渣剂以及铁水中各元素氧化产物而进入炉渣中的SiO 2和CaO 的重量，然后再计算石灰加入量。

渣中已存在的∑(SiO 2)量=铁水中Si 氧化生成的SiO 2量+炉衬带入的SiO 2量+矿石带入的SiO 2量+萤石带入的SiO 2量+白云石带入的SiO 2量=1.821+0.010+0.056+0.030+0.014=1.931公斤。

渣中已存在的∑(CaO)量=白云石带入的CaO 量+炉衬带入的CaO 量+矿石带入的CaO 量-铁水中S 成渣消耗的CaO 量-矿石中S 成渣消耗的CaO 量=0.925+0.27+0.010-0.018-0.002=1.185公斤。

石灰加入量=有效
)(%)
()(2CaO CaO SiO RX ∑∑- =
石灰
石灰22%%)()(SiO RX CaO CaO SiO RX --∑∑
=%
66.15.3%08.91185
.1931.15.3X X -- = 6.537公斤
加入石灰所代入的各成份及重量见表1-2-7。

表1-2-7
﹡S 以[S]+（CaO ）=（CaS ）+[O]的形式反应，其中生成（CaS ）量为
0.004×3272
=0.009，生成氧量为0.004×3216=0.002公斤；消耗（CaO ）量为
0.004×32
56
=0.007公斤。

烧减是指未烧透的CaCO 3经受热分解所产生的CO 2气体量。

6）终点氧化铁的确定
终渣中氧化铁的含量与钢水的终点含碳量和终渣的碱度有关，根据生产实践数据，终点钢水含碳量为0.15%和终渣碱度为3.5时，终渣中（Fe 2O 3）= 5% 和（FeO ）= 10%。

7）终渣量及其成份
表1-2-8中不计（FeO ）和（Fe 2O 3）在内的炉渣重量为：(CaO+MgO+SiO 2+P 2O 5+MnO+Al 2O 3+CaF 2+CaS) = 7.152+0.904+2.039+0.316+0.524+0.127+0.445+0.034 =11.541公斤
已知渣中氧化铁量为15%，则渣中其它成份之和为100%－15%=85% 故炉渣总重量为
%
85541
.11=13.578公斤 由此可知： （FeO ）的重量=13.578×10%=1.358公斤，其中铁重=1.358×
7256
=1.056公斤（Fe 2O 3）的重量=13.578×5%=0.679公斤，其中铁重量=0.679×160
112
=0.474公斤
将（FeO ）和（Fe 2O 3）的值分别填入表2-3-2中。

终渣量及其成份见表1-2-8。

.
.. 表1-2-8
﹡5.947=石灰中CaO含量—石灰中S自耗CaO重量=5.954－0.007=5.947 ﹡和﹡﹡是元素铁被氧化成氧化亚铁和三氧化二铁的重量。

1.2.2矿石、烟尘中的铁及重量
假定矿石中∑（FeO ）全部被还原成铁，则：
矿石带入铁量=1.00× (29.40%×
7256+ 61.80% ×160112)=0.661公斤 烟尘带走铁量=1.60× (77%×7256+ 20%×160
112
)=1.182公斤
矿石代入的氧量=1.00× (29.40% ×7216+ 61.8%×160
48
)=0.251公斤
烟尘消耗氧量=1.60× (77%×7216+20%×160
48
)=0.370公斤
1.2.3炉气成份及重量
表1-2-9
表1-2-9中各项的计算如下；
CO 的重量=铁水中的C 被氧化成CO 的重量+炉衬中的C 被氧化成CO 的重量
=8.610+0.053=8.663公斤
CO 2的重量=铁水中的C 被氧化成CO 2的重量+炉衬中的C 被氧化成CO 2的重量+
白云石烧减的重量+石灰烧减的 =1.503+0.009+1.434+0.290=3.236公斤
SO 2的重量 = 铁水中的S 气化而产生的氧化物重量=0.010公斤
H 2O 汽的重量=矿石代入的水分全部汽化的重量+萤石代入的水分全部汽化的重量
=0.005+0.010=0.015公斤
﹡和﹡﹡分别是自由氧和氮气的重量和体积，它是由表1-2-9中炉气的其它成份反算出来的，即已知氧气成份为98.5%O 2，1.5%N 2和炉气中自由氧体积比为
0.50%，求自由氧和氮气的体积和重量，其求法如下：
设炉气总体积为X 米3，则
X=元素氧化生成的气体体积和水蒸汽的体积+自由氧体积+氮气体积，即： X=6.930+1.647+0.004+0.019+0.50%X+
%
5.98%50.0)002.0252.0004.0037.0370.0781.7(32/4.22X
+--+++×(1-98.5%)
=8.600+0.50%X+(0.085+0.008%X) 整理得：X=
%
008.0%50.01085
.0600.8--+=8.730米3
故炉气中自由氧体积=8.730×0.50%=0.044米3
自由氧重量=0.044×
4
.2232
=0.063公斤 炉气中氮气体积=0.085+0.008% ×8.730=0.086米3
炉气中氮气重量=0.086×
4
.2228
=0.108公斤 ﹡﹡﹡括号内的数据参看下面氧气消耗项目。

1.2.4氧气消耗量计算
消耗和代入氧气的项目为：
为元素氧化耗氧重量 7.782公斤 烟尘中铁氧化耗氧重量 0.370公斤 炉衬中碳氧化耗氧重量 0.037公斤 萤石中磷氧化耗氧重量 0.004公斤 炉气中自由氧重量 0.063公斤 炉气中氮气重量 0.108公斤
矿石分解代入及其中硫把氧化钙还原出的氧的重量为：
1.0×(61.80%×
16048×+2.04%×72
16)+0.001=0.252公斤 石灰中硫把氧化钙还原出的氧重量0.002公斤 故氧气实际消耗重量为：
7.782+0.370+0.037+0.004+0.063+0.108-0.252-0.002 = 8.110公斤 换算成体积=8.110×
32
4
.22=5.68标米3/100公斤铁水 或56.8标米3/吨铁水.
吨钢耗氧量，即供氧强度在55-65m 3/t 则计算合理。

1.2.5钢水量计算
吹损包括下列组成项目：
化学损失（元素氧化）量 7.037公斤 烟尘中铁损失量 1.182公斤
渣中铁珠损失量 13.578×8%=1.086公斤 喷溅铁损失量 1.000公斤 但是，矿石 代入铁量 0.661公斤
故钢水重量为 100-(7.037+1.182+1.086+1.000)+0.661= 90.356公斤 即钢水收得率为 90.36%
1.2.6物料平衡表（以100公斤铁水为基础）
表1-2-10
计算误差=收入项支出项
收入项-×100%
=
647
.119715
.119647.119-×100%
=-0.06% ≤±0.5% 则合格
1.3 热平衡计算
1.3.1热收入项
1．铁水物理热 (为了简化计算，取冷料入炉温度均为25℃.)
铁水熔点:=1536-(4.25×100+0.86×8+0.58×5+0.18×30+0.037×25)-7
=1089℃
式中100、8、5、30、25分别为C 、Si 、Mn 、P 、S 元素增加1%含量降低铁水熔点值；7为气体O 2、H 2、N 共降低铁水熔点值；1536℃为纯铁熔点，取铁水温度为1250℃，则：
铁水物理热=100×[0.178×(1089-25)+52+0.20×1250-1089]
=27360千卡
2．铁水中各元素氧化放热及成渣热
C CO 3.690×2616.9 = 9656.4千卡 C CO 2 0.410×8250.7 = 3882.8千卡
Si SiO 2 0.850×6767.2 = 5752.1千卡 Mn MnO 0.406×1677.9 = 681.2千卡 Fe FeO 1.056×1150.5 = 1214.9千卡 Fe Fe 2O 3 0.475×1758.1 = 885.1千卡 P P 2O 5 0.135×4522.6 = 610.6千卡 P 2O 5 4CaO ·P 2O 5 0.316×1162.1 = 367.2千卡 SiO 2 2CaO ·SiO 2 2.039×495.0 = 1009.3千卡 共 计 23509.6千卡 3.烟尘氧化放热 1.6×(77%×
7256×1150.5+20%×160
112×1758.1) = 1496.2千卡 则热收入总量为：27360+26509.6+1496.2 = 52365.8千卡 注：对于炉衬中的C 和萤石中的P ，其氧化放热甚少，故忽略之。

1.3.2热支出项 1．钢水物理热 钢水熔点:
=1536-(0.150×65+0.174×5+0.015×30+0.022×25)-7=1517℃
式中65、5、30、25分别为钢中元素C 、Mn 、P 、S 增加1% 时钢水熔点的降低值。

℃ 确定出钢温度：
（1）钢水过热度，镇静钢一般在70～90℃，取70℃
（2）镇静温度降，按1～3℃/分钟计，镇静时间为7～9分，故其温度降为21℃ （3）出钢温度降，一般在40～50℃, 取50℃. 故出钢温度=钢水熔点+过热度+镇静温度降+出钢温度降
=1517+70+21+50=1658℃
则钢水物理热=90.356×[0.107×(1517-25)+65+0.20×(1658-1517)] =30934.6千卡 2．炉渣物理热
取终点炉渣温度与钢水温度相同，即1658℃
故炉渣物理热=13.578×[0.298×(1658-25)+50]=7286.4千卡 3．矿石分解吸热: 1×(29.40%×
7256×1150.5+61.8%×160
112×758.1) =1023.6千卡
4．烟尘物理热: 1.6×[0.233×(1450-25)+50] = 622.6千卡 5．炉气物理热: (6.930×0.349+1.647) ×1450 = 4921.3 6．渣中铁珠物理热:
1.086×[0.167×(1517-25)+65+0.20×(1658-1517)] = 371.8 7．喷溅金属物理热:
1×[0.167×(1517-25)+65+0.20×(1658-1517)] = 342.4千卡 8．白云石分解吸热:
取生白云石中的CaCO 3在1183K 分解，MgCO 3在750K 分解，经过计算，生白云石的分解热效应为生340千卡/公斤生白云石，故3公斤生白云石分解吸热为3×340=1020千卡 上述各项热支出量为:
30934.6+7286.4+1023.6+622.6+4921.3+371.8+342.4+1020 =46522.7千卡
9．剩余热量:
吹炼过程转炉热辐射、对流、传导、传热以及冷却等带走的热量，与炉容量小，操作等因素有关，一般为总收入热量的3～8%，本计算取5%，故热损失为52365.8×5%=2618.3千卡
则剩余热量为52365.8-46522.7-2618.3=3224.8千卡 10．废钢加入量:
1公斤废钢吸收热量为:
1×[0.167×(1517-25)+65+0.2×1658-1517] = 342.4千卡
则可加入的废钢量为：4.3428.3224=9.42公斤 即废钢比为: 42
.910042.9+×100% = 8.61%
11.热平衡表 表1-3-1
热效率=总热收入量
炉渣物理热
废钢物理热钢水物理热++×100%
=
523658
72864
32248309346++×100% =0.043<0.50% 则合格。

1.4 加入废钢和脱氧剂后的物料平衡
1.4.1 加入废钢后的物料平衡
1．废钢中各元素应被氧化量，见表2-4-1。

表1-4-1
2．9.42公斤废钢各元素氧化量，进入钢中的量，耗氧量及氧化产物量见表1-4-2。

把表1-4-3内的金属料（铁水+废钢）换算以100公斤金属料为基础，得到重新整理加入废钢后的物料平衡。

3．加入废钢后物料平衡，见表1-4-4。

计算误差=
991
.
117053 .
118
991
.
117
×100% = -0.05%
.
.. 表1-4-2
废钢中C同铁水中C氧化成CO、CO2的比例相同
把表1-2-10和表1-4-2有关项目合并整理为表1-4-3
表1-4-3
表1-4-4
1.4.2脱氧后的物料平衡
1．冶炼BD 3钢选用锰铁和硅铁脱氧，其成份如表4-2-5
表1-4-5
2.计算锰铁、硅铁加入量
根据国内同类转炉冶炼BD 3钢种的有关数据选取：
锰铁：Mn 的收得率为75%，Si 的收得率为70%,C 的收得率为90%，其中10%的C 被氧化成CO 2.
硅铁：Mn 的收得率为80%，Si 收得率为75%. 两种脱氧剂含有的P 、S 、Fe 均全部进入钢中。

故锰铁加入量=%
75X %75)%
174.0520.0(-×91.134=0.561公斤
硅铁加入量=
%
75X %70)%
01.020.0(-×(91.134+0.448﹡)公斤= 0.331公斤
0.01是锰铁中硅进入钢中所占的重量百分数。

0.448是锰铁中各元素进入钢中的总重量。

以上两者均见表4-2-6。

3．脱氧剂中各元素的计算
﹡和﹡﹡的数据见表4-2-8。

﹡0.113公斤为脱氧剂总脱氧量。

终点钢水含氧量，是根据终点钢水含
[C]=0.15%，查C-O 平衡曲线，得终点钢水含[O]=0.017%，其重量为0.017%×91.134 = 0.015公斤 。

此含氧量远不能满足脱氧剂的耗氧量，其差值是由于出钢时钢水二次氧化所获得的氧。

4．脱氧后的钢水成份
把表1-2-1和表1-4-6中有关元素进入钢中的项目合并起来，故得脱氧后的钢水成份（见表1-4-7）
1-4-6
..
..
.
表1-4-7
5．脱氧后的物料平衡见下表
表1-4-8
计算误差=
883
.
118059 .
119
883
.
118
×100%
= -0.15% ≤0.5% 则合格。

.
第二章连铸机的总体设计及有关参数的确定
一、连铸机的总体设计
（一）设计原则
从系统工程的观点出发，建立“总体设计”的感念。

稳定性原则——保持连铸过程的稳定性，应该成为连铸设计的优先考虑原则。

前后匹配衔接的原则——连铸和炼钢炉必须匹配，与热轧机必须衔接。

凝固传热是连铸的工艺理论基础，而钢坯力学则是连铸机设计的理论基础，应建立和完善连铸机工程设计的技术理论基础和体系。

板坯连铸机设计的核心技术——铸流设计和辊列设计。

三性原则——可靠性，维修性和经济性是连铸机设计的基本思想，设备的通用性互换性及标准化始终是设备设计和图形要遵循的基本原则。

（二）铸机机型方案的选择
1.铸机的类型：立式铸机、立弯式铸机、弧形铸机、椭圆形铸机、水平式铸机。

2.铸机特点：
A.立式铸机
优点：（1）占地面积小；（2）夹杂物容易上浮；
（3）无弯曲，内部裂纹小；（4）铸坯冷却均匀；
（5）结构简单；
缺点：（1）钢水静压力大，铸坯易产生鼓肚；（2）基建费用高；
（3）不适于高拉速，生产率低；（4）铸坯定尺有限；
（5）切割很难，只能生产小方坯；
B.立弯式铸机
优点：（1）夹杂物容易上浮；（2）机身高度降低，节省投资；
（3）水平方向出坯，加长机身容易；（4）可以实现高拉速；
缺点：（1）铸坯一次弯曲，一次矫直内部裂纹增多；
（2）不适和大断面铸坯；
C.弧形铸机
优点：（1）高度低；（2）钢水静压力小，鼓肚小；
（3）加长机身容易，提高拉速；
缺点：（1）夹杂物聚集，在内弧侧；（2）铸坯冷却不均匀；
（3）设备复杂；
D.椭圆形铸机
优点：（1）高度低；（2）钢水静压力小，维修方便；
（3）投资可比弧形连铸机约低20%~30%；
缺点：（1）夹杂物不易上浮；（2）设备安装、对中不方便；
E.水平式铸机
优点：（1）设备高度最低，投资省，建设首速度快，适合中、小电炉钢厂技术改造；
（2）钢水无二次养活纯净度高，中间包与结晶器密不可分，
铸坯内部质量得到改善；
（3）钢水在水平位置凝固成型，不受弯曲矫直作用，有利防止生产裂纹，适合于特殊钢和高合计钢的浇注；
（4）设备维护简单，处理事故方便；
（5）不加保护渣；
缺点：（1）中间包与结晶器的连接的分离环的材质寿命及成本很贵；
（2）结晶器的涂层与润滑困难；
（3）拉坯时结晶器不振动；
（三）铸机机型选择的依据
1.根据产品大纲中的铸坯断面规格范围，选择铸机机型的范围。

2.根据钢种性质特点，确定铸机为主的钢种（普通钢、特殊钢）。

3.根据生产规模大小，作业率高低，质量控制的水平等确定机型的装备水平和设备造型的合理性。

4.研究和解决采用本机型中碰到的技术关键问题，如采用弧形结晶器多点矫直，还是直结晶器多点弯曲多点矫直。

5.根据用户提出的特殊条件和要求选择采用的机型，如厂房高度的限制，要求低高度的铸机。

（四）铸机与后步轧机的衔接配合
1.连铸和后步轧机的衔接配合的最终目标就是实现直接轧制或者称为连铸连轧—CC —DR 。

—DR 工艺的实质是：连铸要生产高温无缺陷铸坯，热坯无需清理，中间加热，就直接进行轧制，则要求把转炉（LD ）—连铸（CC ）—热连轧（HOT ）组成一条稳定保持高生产效率，高产品质量，高金属收得率，低能耗，短流程，高度连续化，自动化的生产流程线。

二、连铸机升级的依据条件
（一）生产任务
本设计的任务是年产600万吨合格铸坯的连铸车间
（二）炼钢炉的参数
1.炼钢车间年产钢谁水量：G o =G/η（万吨）
η：从钢水到合格铸坯的收得率（95%~98%）由物料平衡计算所得取96%；
G ：年产铸坯量；设计任务（年产量 万吨）
G o =%
961000=1041.7（万吨） 2.转炉冶炼周期：（30~35min ）取32min ；
3.转炉年作业天数：取365-（55~65）=300天
4.转炉公称容量=1440
⨯⨯⨯转炉年作业天数钢水收得率冶炼周期年产铸坯量 =1440
300%96321010004⨯⨯⨯⨯=772（吨）
5.转炉座数：“三吹三”方式；
6.每座转炉公称容量为：772/3≈280（吨）
（三）铸坯的断面尺寸
铸坯断面尺寸规格是确定连铸机机型和功能的设计依据。

铸坯断面尺寸受冶炼设备的容量、轧机组成、轧材产品规格和产品质量等因素的制约。

三、铸坯断面选择原则
1.要根据轧材需要的压缩比确定，不同的产品质量要求不同的压缩比。

2.连铸机生产能力和炼钢能力合理匹配，在设计中连铸机的生产能力和炼钢能力必须合理匹配，以便充分发挥设备的生产能力。

3.根据轧机组成、轧材品种和规格来确定，连铸坯是作为轧钢的原料，因此连铸坯的断必须跟轧机组成、轧材品种和规格来确定。

4.要适合连铸工艺要求，采用侵入式水口浇注，板坯的厚度应在120mm 以上。

一般来说，铸坯断面尺寸越大，浇注顺利并容易保证质量；断面尺寸越小，对投资及轧制操候选作费用减少越有利，应寻求保证铸坯质量的最小断面。

本设计根据热连轧厂的轧机是3300mm的，故：
铸坯断面选为：（120~350）×（1200~2500）mm
即：厚320mm、330mm、350mm；宽：2500mm 长:9000mm
（一）浇注速度的确定
根据铸坯厚度选取注速的经验公式：Uc=1/D×f m/min
f:（300~350）取350；
D：铸坯的厚度（取2~3厚度）取320mm、350mm；
∴Uc=1/320×350=1.1m/min Uc=1/350×350=1.0m/min
(二) 铸机的最大拉坯速度和极限速度
最大拉坯速度υ
max =
[]2
2
S
Lm
Km∙
m/min
结晶器内的凝固速度Km=20mm/min
铸坯出结晶器下口时安全的凝结厚度[]s：板坯10~15mm，本设计取12mm 结晶器有效长度Lm：（700~900mm）取900mm；
∴υ
max ==
⨯
⨯-
2
3
2
12
10
900
20
1.13m/min
（三）、铸机的冶金长度
铸坯的液芯长度又称液相穴深度，是指铸坯从结晶器钢液面开始到铸坯中心液相完全凝固点的长度称铸坯的液芯长度。

连铸坯液芯长度是确定弧形连铸机的圆弧半径和二冷区长度的一个重要参数。

铸坯的液芯长度与铸坯的厚度、拉速和冷却强度有关。

铸坯越厚，拉速越快，液芯长度就越大。

液芯长度与冷却强度（喷水量）也有关，增加冷却强度有助于缩短液芯长度，但是冷却强度变化对液芯长度影响幅度小。

冶金长度是连铸机的重要结构参数，冶金长度决定连铸机的生产能力，冶金长度一定，这台连铸机最大生产能力就限定了。

在设计连铸机时，应考虑连铸机可能达到的最大拉速，二区还应考虑投产后，由于连铸技术的继续发展，进一步提高拉速的可能性。

根据最大拉速计算出来的液芯长度，就是连铸机的冶金长度。

本设计铸机的冶金长度Lc=2max 24K
D υ∙ D:铸坯的最大厚度，取350mm
K:板坯凝固系数（35~36）取36
Lc=3.5036
413.225022=⨯⨯m (四)铸机长度
在确定了某台连铸机所能浇注铸坯的最大液芯长度之后，便可依据矫直方案，计算出这台连铸机的机身长度L ，通常取为L=（1.05-1.15）Lc.本设计的铸机长度L B =1.1×50.3=52.5m
（五）铸机的弧形半径
铸机弧形半径大，铸机高度增加，导致钢水静压力大，铸坯鼓肚变形量增大，并增大设备投资。

反之，铸机弧形半径小，则矫直变形率增大。

因此，座机弧形半径大小应针对不同的铸坯断面，浇注的钢种等因素，选择最佳的半径。

其值大小可根据经验或理论计算来确定。

一点矫直时的Ro ：按照铸坯在850℃被矫直时不致产生矫直变形裂纹为原则。

铸坯矫直的变形率：ε=D/2/Ro ×100%.不生产矫直的裂纹，使ε≤[]ε，Ro ≥D/2/[]S
[]ε——铸坯表面允许的延伸率，[]ε=1.5~2.0%
∴Ro ≈40D D ：铸坯厚度350mm
∴Ro=40×350=14m
第三章 铸机生产能力及其有关参数的确定
一、铸机的生产能力
进入80年代，连铸机及其工艺技术基本成熟，生产能力不断提高；优质高效连铸机很多，国外如日本新日铁的大分厂，国内如武钢二炼钢、宝钢、韶关钢厂等都实现了全连铸，并大在超过设计产量。

影响连铸
机产量的主要因素有：浇注速度、连浇速度、流速、断面尺寸、作业率等。

设备和铸坯断面一定时，连铸机产量主要取决于作业率和拉速。

当然，操作和管理水平对连铸机的产量也十分重要的影响。

二、铸机生产能力的参数设计
（一）确定每包钢水的浇注时间
1.最大浇注时间：
Tm = 3
.02.0log -D Q × f min
式中： QO:钢包容量（最大出钢量+渣量+富余）=320吨
f:质量系数(8~12)取10
∴Tm 3
.02.0300log - × 10 =76min
2.每包钢水浇注时间：
单炉浇注时间与铸坯断面和拉速等因素有关。

t m = n
q Q ⨯min
式中：q=r ·B ·D · Uc t/min ·流
r:钢水比重，取7.6；
B ·D:铸坯断面面积（取最小断面）；
Uc:拉速；
n ：流数；
∴q=7.6×0.32×2.5×1.1=6.7t/min ·流
t m =2
7.6320⨯23.9min
(二)铸机流数的确定与校核：
n=24
602
.1)1(∙∙∙∙∙+∙p y D D a D q K f G
GD:年浇钢水量1041.7万吨；
fD:平均漏钢率（0.6%~0.8%）取0.7%；
K ： 合格铸坯收得率96%；
Dy:铸机年产作业天数：365-65=300天；
ap:铸机年作业率（80%~90%）取80%；
n= 24
602
.1)1(∙∙∙∙∙+p y D D a D q K f G
n= 24
80.03006065.396.02
.1)1007.1(107.10414⨯⨯⨯⨯∙+⨯⨯
第四章 连铸机机型及有关参数的确定
一、连铸机机型的确定原则
在同等钢水质量、投资、产量及合格率的条件下，对生产同一规格和形状的铸坯进行比较。

应依所浇注钢种不同，综合考虑优质、高产和节约的要求，选择合适的机型。

浇注普碳钢和特殊钢时，都可选用弧形连铸机。

二、连铸机机型的确定
弧形板坯连铸机基本特征是:从位于最上面的结晶器及紧相连的二次冷却只导装置到拉矫机等一整套设备均匀配置在同一半径的圆弧（约占1/4圆弧长）生产线上。

在连铸生产中，铸坯要在完全凝固后才进入拉矫机，受到矫直辊施加的外力来矫直。

（一）
该机型具有如下优点
1.机身高度低，仅为立式铸机高度的1/3，由此带来的一系列优越性，对设备和维护，检修以及事故处理等都比较方便。

钢水的静压较小，因而大大减少因鼓肚
引起铸坯的内裂和偏析。

2.在克服立弯式连铸机缺点的同时，保持了发扬其水平出坯的特长，定尺长度不在受限制为实现高速浇注创造了良好的条件。

（二）它的主要缺点；
1.鉴于钢水完全是在1/4圆弧中进行冷却您股的，其中夹杂物上浮自然会受阻碍，又很容易向内弧富集，会造成夹杂物偏析。

2.整个连铸机占地面积比立式铸机大。

3.连铸机中，凡与弧形有关设备的加工制造以及弧形段的安装、找正均比较麻烦。

所以本设计选用三台一机两流的弧形板坯连铸机。

三、弧形板坯连铸机的有关参数
1.浇注周期Tcc
Tcc=Z ×t m + t p = nq
ZQ 60⨯ + tp
Z:连浇炉数5~12炉 取8炉；
q:单流的铸造能力6.7t
tp:每次浇注后的间隙准备时间40~50min 本设计取40min 。

Tcc= Z ×tm+tp=nq
ZQ 60⨯ + tp =7.623208⨯⨯ + 50 =241min
2.铸机小时产量Gcc:
Gcc=Tcc ZQ 60⨯=241
603208⨯⨯=638t
3.铸机年产量：
Ty:年工作时间（365-65）=300天；
Ap:铸机年作业率80%；
η：从钢水到合格铸坯的收得率96%
G=Gcc × ty × ap × η=638 × 0.96 × 0.80 × 300 × 24 =353 × 104
三台连铸机的年产量是：353x3=1059万吨
4.连浇炉数的校核法：
Tm=23.9min ； Tp=40min; 1/2*Go=347.2 万吨
完成预定产量所需的连浇炉数Z ：
Z=tm Dypo Qo ∙∙∙∙1440tp po =9
.23100002.347300320144050100002.347⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=4（炉）
即：只要连浇4炉就可以满足年产1000万吨产量的要求，所以本设计合理。

第五章连铸设备的选择与确定
连续铸钢生产所有的设备，实际上包括在连铸作业线上的一整套机械设备。

概括起来分为主体设备，工艺性设备以及自动控制与仪表等四大部分。

主体设备主要包括有：浇注造设备—钢包承运设备，中间罐及中间罐小车或旋台，结晶器及其振动装置；二次冷却支承导向装置（若在弧形连铸造机上采用直结晶器，还无原则设顶弯装置）；拉坯矫直设备—拉坯机，矫直机，脱锭，引锭杆及期存放装置；铸坯切断设备—火焰切割机与机械剪切机；支毛刺与标记装置—喷印活打印机等。

辅助设备主要包括有：出坯及精整设备—辊道，拉钢机，翻钢机，火焰清理机，冷订设备等。

工艺性准备主要包括有：中间罐烘烤装置，吹氩装置，脱气装置，保护渣供与结晶器润滑装置，供水与水处理系统设备等。

自动控制与检测仪表主要有：结晶器液面的测量与显示系统，过程控制与管理计算机，测温，测重，测长，测压等仪表系统。