氧枪设计说明书

一、概述

氧气转炉炼钢在大型的钢铁企业中处于整个钢铁生产的中间环节，起到承上启下的作用，炼钢是决定钢材产量、质量的关键所在。氧气转炉炼钢环节的任何延误或产量、质量变

化都会影响前后生产工序的协调运转。这都与转炉炼钢的设备、工艺、组织管理等因素有关。

所以在设计转炉炼钢车间时，应当处理好各种设计问题，为正常生产，保持良好的生产秩序

打下基础。

物料平衡与热平衡计算是氧气转炉冶炼工艺设计的一项基本计算。它是建立在物质与能量守恒的基础上的。它以氧气转炉作为考察对象，根据装入转炉内或参与炼钢过程的全部物

质数据和炼钢过程的全部产物数据，来进行物料的质量和热量平衡计算。其主要目的是比较

整个冶炼过程中物料、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，由于炼钢是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，尤其是热平衡，只能近似计算。

尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。

二、设计任务

设计一座年产800万吨良坯的转炉炼钢车间的顶底复吹转炉的氧枪，转炉工作方式为三吹二点，铁水条件为：

[C]= 4.1%；[Si]=0.35%；[Mn]=0.42%；[P]=0.064%；[S]= 0.01%；铁水温度为：1300℃。

三、物料平衡热平衡计算

3.1.1.基本数据

铁水和废钢的成分及温度。见表3-1.

表 3-1 铁水和废钢的成分

元素 C Si Mn P S 温度/℃

铁水/% 4.10 0.35 0.42 0.064 0.01 1300

废钢/% 0.18 0.25 0.55 0.03 0.03 25

造渣剂及炉衬成分。见表3-2。

表3-2 造渣剂及炉衬成分

成分/% CaO SiO2MgO Al2O3Fe2O3CaF2P2O5S CO2H2O 烧减石灰91.0 1.50 1.60 1.50 0.50 0.10 0.06 3.64 0.10

矿石 1.0 5.61 0.52 1.10 61.8 FeO=29.4 0.07 0.50

轻烧白云石50.15 0.46 41.8 0.74 6.85

铁矾土成分

CaO SiO2MgO Al2O3Fe2O3P2O5S TiO2

7.2 28.6 2.01 48.99 11.39 0.06 0.06 1.69

（1）冶炼钢种及成分。见表3-3。

（2）铁合金成分。见表3-4。

表3-4 铁合金成分

元素 C Si Mn P S Fe

硅铁/% - 70 0.7 0.05 0.04 29.21

锰铁/% 7.5 205 75 0.38 0.03 14.59

铁合金中的元素收得率：Mn的收得率为80%，Si的收得率为75%，C的收得率为90%，其中10%的C被氧化成CO2。P,S,Fe全部进入钢中。

（3）操作实测数据。见表3-5

表3-5 实测数据

3.1.2计算过程（以100kg铁水为基础）

（1）炉渣量及成分。炉渣来自金属料元素氧化和还原的产物，加入的造渣剂以及炉衬侵蚀等。

①铁水中各元素氧化量。终点钢水的成分根据同类转炉冶炼Q235钢种的实际数据选取。其中，[C]：根据冶炼钢种含碳量和与估计的脱氧剂的增碳量来确定终点钢水含碳量，去0.10%；[Si]：在碱性氧气转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化进入炉渣；[Mn]：终点钢水残锰量，一般为铁水中锰含量的50%—60%，取50%；[P]：采用低磷铁水操作，铁水中磷约85%—95%氧化进入炉渣，在此取脱磷率为90%；[S]：采用预处理脱硫的铁水的物料平衡计算，原料中的硫全进入钢水中。

铁水中各元素氧化量见表3-6。

表3-6 100kg铁水各元素氧化量

元素/kg C Si Mn P S 合计铁水/kg 4.10 0.35 0.42 0.064 0.01

终点钢水kg 0.10 痕迹0.21 0.0064 0.01

氧化量/kg 4.0 0.35 0.21 0.0576 0 4.566 其中，氧化成CO的C质量为4.0×80%=3.2kg，氧化成CO2的C质量为4.0*20%=0.8kg。

②铁水中各元素氧化耗氧量及氧化产物量。见表3-7。

表3-7 铁水中元素的氧化耗氧量及氧化产物量

元素反应产物耗氧量/kg 产物量/kg 备注

C [C]→{CO} 3.2*16/12=4.2667 3.2*28/12=7.467 进入炉气

[C]→{CO2} 0.8*32/12=2.1333 0.8*44/12=2.933 进入炉气

Si [Si]→（SiO2）0.35*32/28=0.4 0.35*60/28=0.75 进入炉渣

Mn [Mn]→（MnO）0.21*16/55=0.0611 0.21*71/55=0.271 进入炉渣

P [P]→（P2O5）0.0576*80/62=0.074 0.0576*142/62=0.132 进入炉渣

Fe [Fe]→(FeO) 0.099 0.572 见表3-8 [Fe→Fe2O3] 0.127 0.424 见表3-8

合计7.161

③造渣剂加入量及其各组元质量。

A．矿石，炉衬带入的各组元质量。由矿石，炉衬侵蚀量和其中各组元的成分可计算出各组

元的质量，见表1-8,1-9。炉衬中C的氧化耗氧量为0.1×16.4%×（16×80%/12+32×20%/12）

=0.026Kg.

B．轻烧白云石。为了提高炉衬寿命，在加入石灰造渣的同时，添加轻烧白云石造渣，其目

的是提高炉渣中MgO的含量，有利于提高炉衬寿命。渣中MgO含量在6%～10%时效果较好。

经试算后轻烧白云石加入量为1.0kg/100Kg铁水。其各组元质量见表1-8，1-9。其中的烧

减为（MgCO3·CaCO3）分解产生的CO2质量。

C．炉渣碱度和石灰加入量。根据铁水的[P]、[S]含量，取终渣碱度R=2.5。未计石灰带入的SiO2量时，渣中现有的SiO2量为（见表1-7和表1-8）：

∑（SiO2）=(SiO2)铁水+(SiO2)炉衬+ (SiO2)矿石 +(SiO2)轻白+(SiO2)铁矾土

= 0.75+0.001+0.056+0.005+0.143

=0.955kg

渣中现有的CaO的量为：

∑（CaO）=(CaO)炉衬+(CaO)矿石+(CaO)轻白+(CaO)铁矾土

=0.001+0.010+0.502 +0.036

=0.549kg

则石灰加入量为：

W石灰=[R×∑（SiO2）-∑(CaO)]/[(%CaO)石灰-R×(%SiO2)石灰]

=[2.5*0.955-0.549]/[91.0%-2.5*1.5%]

=2.107 kg