【文章內容簡介】 滿足生產需要，采用機械化、自動化的操作和管理，且要保證工程項目在建設與通入生產后技術先進、經濟合理、安全運行和具有良好的勞動生產條件。所以，合理的選擇工藝流程是設計工作的重要環(huán)節(jié)。本設計采 用了國際上流行的工藝流程，即 “ 高爐鐵水 — 鐵水預處理 — 頂底復吹轉爐 — 爐外精煉 — 連續(xù)鑄鋼 ”的流程，鋼水采用全精煉、全連鑄。主要跨間包括原料跨、煉鋼跨、精煉跨、連鑄跨四個主體跨，輔助跨間有切割跨、鑄坯橫移存放區(qū)等。 在鐵水預處理的過程中脫 S、 P 能夠減輕煉鋼的負擔，使煉鋼能夠迅速、順利的完成。 爐外精煉主要是 脫氧、脫硫；去氣、去除夾雜；調整鋼液成分及溫度，能夠大大提高鋼液的質量，使其能滿足更多的要求。 第 3 頁 表 11 產品大綱 產品方案 表 12 產品方案 鋼種 代表鋼號 化學成分 (%) C Si Mn P S 碳素結構鋼 Q215B ? ? ? Q235A ? ? ? Q255A ? ? ? 低合金鋼 Q295B ? ? ? ? Q390A ? ? ? ? Q345D ? ? ? ? 合金結構鋼 20Mn2 ? ? 50Mn2 ? ? 35SiMn ≤ ≤ 軸承 鋼 GCr15 ? ? G20CrMo ? ? G4Mo4V ? ? ? ? 序號 產品 產量 (萬噸 /年 ) 連鑄坯規(guī)格 軋機 最終產品 1 方坯 300 400400 10 — 2 板坯 150 4001500 3 — 第 4 頁 表 13 主要技術經濟指標 序號 項目 單位 數值 備注 1 生產合格鑄坯 萬噸 450 — 2 精煉收得率 % — 3 連鑄成材率 % 99 — 4 轉爐生產率 % 95 — 5 轉爐生產周期 Min 39 — 6 鋼水收得率 % — 7 最大廢鋼比 % — 工藝流程設計 本設計設計的是生產規(guī)模為年產 450 萬噸合格鋼坯的煉鋼車間。其主要流程示意圖如下： 渣料 鐵合金 ↓ ↓ 鐵水→鐵水預處理→轉爐→鋼包→精煉→連鑄機→出坯 ↑ ↑ 廢鋼 鐵合金 第 5 頁 煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計算是建立在物質與能量守恒的基礎上的。其主要目的是比較整個冶煉過程中的物料、能量、的收入項和支出項，為改進操作工藝制度，確定合理的設計參數和提高煉鋼技術經濟指標提供某些定量數據。應當指出，由于煉鋼是復雜的高溫物理化學 過程，加上測試手段有限，目前尚難以做到精確取值和計算。盡管如此，它對煉鋼生產和設計仍有重要意義。 物料平衡計算 原始數據 鐵水成分及溫度 鐵水成分及溫度見表 11 表 11 鐵水成分及溫度 成 分 ω(C) ω(Si) ω(Mn) ω(P) ω(S) 含 量 /% 溫 度 /℃ 1250 1250 1250 1250 1250 原材料成分 原材料成分見表 12 表 12 原材料成分 組 成 原材料 石 灰 礦 石 螢 石 白云石 爐 料 ω（ CaO） /% ω（ SiO2） /% ω（ MgO） /% ω（ Al2O3） /% ω（ S） /% — — ω（ P） /% — — — — 第 6 頁 ω（ CaF2） /% — — — — ω（ FeO） /% — — — — ω（ Fe2O3） /% — — — — 燒 堿 /% — — — ω（ H2O） /% — — — ω（ C） /% — — — — ∑ 冶煉鋼種及成分 冶 煉鋼種及成分見表 13 表 13 冶煉鋼種（ Q235）成分 成 分 ω(C) ω(Si) ω(Mn) ω(P) ω(S) 含 量 /% ≤ ≤ ≤ ≤ 平均比熱容 原料平均比熱容見表 14 表 14 原料平均比熱容 物料名稱 生 鐵 鋼 爐 渣 礦 石 煙 塵 爐 氣 固態(tài)平均熱容 /[kJ/（ kg℃ ） ] 熔化潛熱 /kJ/kg） 液態(tài)或氣態(tài)平均熱容 /（ kJ/kg℃ ） 218 272 — 209 209 — 209 — — — 冷卻劑 用廢鋼做冷卻劑，其他成分與冶煉鋼種成分的中限皆同。 反應熱效應（ 25℃ ） 鐵水中元素氧化放熱見表 15 表 15 鐵水中元素氧化放熱 第 7 頁 元 素 化學反應 △ H kJ/kmol △ H kJ/kg C C Si Mn P Fe Fe SiO2 P2O5 C+1/2O2=CO C+O2=CO2 Si+O2=SiO2 Mn+1/2O2=MnO 2P+5/2O2=P2O5 Fe+1/2O2=FeO 2Fe+3/2O2=Fe2O3 SiO2+2CaO=2CaO SiO2 P2O5+4CaO=4CaO P2O5 注：數據來自《氧氣轉爐煉鋼原理》（美），密執(zhí)安大學，冶金工業(yè)出版社， 1974 年， 75 頁。 根據國內同類轉爐的實測數據選取 （ 1） 渣中鐵珠量為渣量的 8%； （ 2）金屬中碳的氧化，其中 90%的碳氧化成 CO， 10%的碳氧化成 CO2； （ 3）噴濺鐵損為鐵水的 1%； （ 4）爐氣和煙塵量，取爐氣平均溫度 1450℃ 。 爐氣中自由氧含量為 %。煙塵量為鐵水量的 %，其中 ω(FeO)=77%, ω(Fe2O3 )=20%； （ 5）爐襯侵蝕量為鐵水量的 %； （ 6）氧氣成分，氧氣為 %，氮氣為 %。 物料平衡計算 根據鐵水成分，原材料質量以及冶煉鋼種，采用單渣不留渣操作。為了簡化計算，以 100kg 鐵水為計算基礎。 爐渣量及成分計算 爐渣來自金屬中元素的氧化產物、造渣劑及爐襯侵蝕等。 鐵水中各元素氧化量見表 16 表 16 鐵水中各元素氧化量 第 8 頁 成分 （千克 ） 項 目 C Si Mn P S 鐵 水 氧化量 終點鋼水 痕跡 注： C 和 Si 按實際生產情況選取， Mn， P， S 分別按鐵水中相應成分含量的 30%、 10%、 53%留在鋼水中設定。 ω（ P） ：采用低磷鐵水操作，爐料中磷約 85%~95%進入爐渣，本計算采用低磷鐵水操作，取鐵水中磷的 90%進入爐渣， 10%留在鋼中。 ω（ Mn） ：終點鋼水余錳量，一般為鐵水中錳含量的 30%~40%，取 30%。 ω（ S）：去硫率，一般為 30%~50%的范圍，取 40%。 ω（ C）：終點鋼水含碳量，根據冶煉鋼種的含碳量和預估計脫氧劑 等增碳量之差，則為終點含碳量。本計算取 %。 各元素氧化量、耗氧量及其氧化產物量見表 17 表 17 鐵水中各元素氧化產物量 元素 反應產物 元素氧化量 (kg) 耗氧量(kg) 氧化 產物量(kg) 備注 C Si [C]→{CO} [C]→{CO 2} 90%= 10%= [Si]→{SiO 2} Mn [Mn]→{MnO} P [P]→{P 2O5} S [S]→{SO 2} [S]+(CaO)=(CaS)+(O) 1/3= = (CaS) 消 CaO量 Fe [Fe]→(FeO) [Fe]→(Fe 2O3) 合計 造渣劑成分及數量。 （ 1）礦石加入量及成分。礦石加入量為 （鐵水），成分及質量見 第 9 頁 表 18 表 18 礦石加入量及其成分 成 分 質量 /kg m(Fe2O3) m(FeO) m(SiO2) m( Al2O3 ) m(CaO) m (MgO) m(S) m(H2O) %= %= %= %= %= %= %= %= 共 計 注： S 以 [S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反應 ,其中生成 CaS 量為 72／ 32=(kg)。 消耗 CaO 量為 56／ 32=(kg).消耗微量氧，忽略之。 (2)螢石加入量及成分。螢石加入量 （鐵水），其成分及質量見表19 表 19 螢石加入量及成分 成 分 質量 /kg m(CaF2) m(SiO2) m( Al2O3 ) m(MgO) m (P) m(S) m(H2O) %= %= %= %= %= %= %= 共計 注： P 以 2[P]+5/2{O2 }=(P2O5)的形式進行反應 ,其中生產 P2O5量為 142／ 62= （ kg）。 消耗氧氣量為 80／ 62=（ kg）。 硫微量，忽略之。 第 10 頁 (3)爐襯被侵蝕質量及成分。爐襯被侵蝕量為 ／ 100 kg（ 鐵水），其成分及質量見表 110。 表 110 爐襯被侵蝕質量及成分 成 分 質量／ kg m(CaO) m(MgO) m(SiO2 ) m(Al2O3) m (C) %= %= %= %= %= 共計 注：被侵蝕的爐襯中碳的氧化，同金屬中碳的氧化成 CO、 CO2的比例數相同。即： C→CO 90%28／ 12=（ kg）。 C→CO 2 10%42／ 12=（ kg）。 其氧氣消耗量： 16／ 28=（ kg）。 32／ 44=（ kg）。 共消耗氧氣量為 +=（ kg）。 （ 4） 生白云石加入量及成分 。 為了提高轉爐爐襯的壽命，采用白云石造渣劑，其主要目的是提高爐渣的MgO 含量，降低爐渣對爐襯的侵蝕能力。若使渣中 MgO 含量在 %%的范圍之內，其效果顯著。經試算后取生白云石加入量為 （鐵水），其成分及質量見表 111 表 111 生白云石加入量及成分 成 分 質量 /kg m(CaO) m(MgO) m(SiO2 ) m(Al2O3) 燒堿 %= %= %= %= %= 共計 注：燒堿是指生白云石分解后而產生的氣體。 （ 5） 爐渣堿度和石灰加入量。 第 11 頁 取終渣堿度 R=%CaO/%SiO2= 首先渣中已純在的 SiO2 =++++= kg。 渣中已存在 CaO=++= kg。 石灰加入量