转炉炼钢课程设计

目录

1 转炉物料平衡与热平衡计算 (1)

1.1 原始数据的选取 (1)

1.2 物料平衡计算 (3)

1.3 热平衡的计算 (9)

1.4 吨钢物料平衡 (13)

2 转炉炉型设计 (14)

2.1 炉型的选择 (14)

2.2 几个重要参数 (14)

2.3 转炉主要尺寸的确定 (14)

3 氧枪喷头设计 (18)

3.1 原始条件 (18)

3.2 计算氧气流量 (18)

3.3 计算设计工况氧压和喉口直径 (19)

3.4 确定喷孔出口直径 (19)

3.5 确定喷孔其它几何尺寸 (19)

3.6 确定喷头五喷口中心分布圆直径 (19)

3.7 枪身各层钢管计算 (20)

3.8 喷头简图 (21)

参考文献 (22)

结束语 (23)

1 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和参与炼钢的全部物料（如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、被侵蚀的炉衬等）和炼钢过程中的产物（如废钢、炉渣、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（如铁水的物理热、化学热）和热量支出计算（如钢水、炉渣、炉气的物理热、冷却剂融化和分解热）之间的平衡关系。

1.1 原始数据的选取

1.1.1 原材成分（表1-1~1-4）

表1-1 铁水、废钢的成分（%）

原料 C Si Mn P S 温度/℃铁水 4.200.500.340.130.0251255 废钢0.18 0.20 0.52 0.022 0.025 25

表1-2 渣料和炉衬材料成分（%）

种类CaO SiO2MgO Al2O3S P CaF2FeO Fe2O3烧碱H2O C 石灰91.0 2.0 2.0 1.5 0.05 3.45

矿石 1.0 5.61 0.52 1.10 0.07 29.4 61.8 0.05

萤石 6.0 0.58 1.78 0.09 0.55 89.0 2.00

白云石55.0 3.0 33.0 3.0 1.0 5.0

炉衬54.0 2.0 38.0 1.0 5.0

表1-3 各材料的热容

项目固态平均热容/kJ·kg-1k-1溶化潜热/kJ·kg-1液（气）态平均热容/kJ·kg-1k-1生铁0.745 217.568 0.8368

钢0.699 271.96 0.8368

炉渣209.20 1.247

炉气 1.136

烟尘 1.000 209.20

矿石 1.046 209.20

表1-4 反应的热效应（25℃）

元素反应反应热/ kJ.kg-1

C [C]+1/2＝CO 10950

C [C]+O2＝CO234520

Si [Si]+O2＝SiO228314

P 2[P]+5/2O2＝P2O518923

Mn [Mn]+1/2O2＝MnO 7020

Fe Fe+1/2O2＝MnO 5020

Fe Fe+3/2O2＝Fe2O36670

SiO2Si O2+2CaO＝2CaO·SiO22070

P2O5P2O5+4CaO＝4CaO·P2O55020

1.1.2 假设条件

根据各类转炉生产实践过程假设：

（1）渣中铁珠量为渣量的8%；

（2）喷溅损失为铁水量的1%；

（3）熔池中碳的氧气化生成90%CO，10%CO2;

（4）烟尘量为铁水量的1.6%，其中FeO为77%，Fe2O3为20%;

（5）炉衬的侵蚀量为铁水量的0.5%；

（6）炉气温度取1450℃，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%；

（7）氧气成分：98.5%O2,1.5%N2。

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 0.15，Si 0.12，Mn 0.10，P 0.02，S 0.02

1.2 物料平衡计算

根据铁水、渣料质量以及冶炼钢种要求，采用单渣法操作。为了简化计算，以100kg 铁水为计算基础。

1.2.1 渣量及成分计算

（1）铁水中元素氧化量（表1-6）

表1-5 铁水中元素氧化值

说明：本说明书取脱磷率85%，脱硫率35%；钢水中残余锰量取30%。

（2）各元素耗氧量及氧化产物量（表1-6）

表1-6 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/kg

C [C]+1/2O2＝CO 4.04×90%＝3.636 3.645×16/12＝4.848 3.645×28/12＝8.484 C [C]+ O2＝CO2 4.04×10%＝0.404 0.405×32/12＝1.078 0.405×44/12＝1.481 Si [Si]+ O2＝SiO20.5 0.5×32/28＝0.571 0.571×60/28＝1.071 Mn [Mn]+1/2 O2＝MnO 0.238 0.238×16/55＝0.069 0.238×71/55＝0.307 P 2[P]+5/2 O2＝(P2O5) 0.111 0.111×80/62＝0.143 0.111×142/62＝0.252 S [S]+ O2＝S O20..009×1/3＝0.003 0.003×32/32＝0.003 0.003×64/32＝0.006 S [S]+(CaO)＝(CaS)+[O] 0.009×2/3＝0.006 0.006×(－16)/32＝－0.003 0.006×72/32＝0.013 Fe [Fe]+1/2 O2＝(FeO) 0.691 0.691×16/56＝0.197 0.888

Fe 2[Fe]+3/2 O2＝(Fe2O3) 0.095 0.095×48/112＝0.041 0.135 总计 6.683 6.946

注:假定炉内气化脱硫1/3；铁的氧化由表1-12得出。

（3）渣料加入量

1）矿石加入量及其成分（表1-7）：为了化渣，本例中加入矿石1%，而不另加氧化铁皮（若不加矿石，改用氧化铁皮，则成分不同）。

其中：

[S]+(CaO)＝(CaO)+[O]

(CaS)生成量＝0.001×72/32≈0.002 kg

消耗CaO量＝0.001×56/32≈0.002 kg

表1-7 矿石加入量及成分

成分质量kg 成分质量kg

Fe2O31×61.80%＝0.618 Feo 1×29.40%＝0.294

SiO21×5.61%＝0.0561 Al2O31×1.10%＝0.011

CaO 1×1.0%＝0.01 MgO 1×0.52%＝0.005

S 1×0.07%＝0.001 H2O 1×0.50%＝0.005