【文章內(nèi)容簡介】 年煉鋼時間年出鋼爐數(shù) ????? 11 12803爐39 95%6024365間煉一 爐鋼 的平 均冶 煉時 轉(zhuǎn)爐 作業(yè) 率6024365 ????????? ＝37 爐95%365 12803轉(zhuǎn)爐作業(yè)率年日歷天數(shù) 年出鋼爐數(shù)每天出鋼爐數(shù) ???? ＝年出鋼爐數(shù)年產(chǎn)鋼水量平均爐產(chǎn)鋼水量 ??? 根據(jù)上面計算結果并參照轉(zhuǎn)爐系列 ， 為了減少車間內(nèi)的設備互相干擾，爐子座數(shù)不宜太多，但必須保持車間內(nèi)始終有固定數(shù)目的爐子在吹煉，以發(fā)揮生產(chǎn)潛力。本設計選定 2 座公稱容量為 250t 的頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐，采用 ―二吹二 ‖方案。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 第 3 章 轉(zhuǎn)爐物料平衡與熱平衡計算 物料平衡是計算轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中加入爐內(nèi) 與參與煉鋼的全部物料（如鐵水、廢鋼、氧氣、冷卻劑、渣料、合金添加劑、被侵蝕的爐襯等）和煉鋼過程的產(chǎn)物（如鋼水、爐渣、爐氣、煙塵等）之間的平衡關系。 熱平衡是計算轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的熱量收入（如鐵水物理熱、化學熱）和熱量支出（如鋼水、爐渣、爐氣的物理熱、冷卻劑溶化和分解熱）之間的平衡關系。 原始數(shù)據(jù)的選取 原材料成分 原材料成分 見 表 ~表 。 表 鐵水、廢鋼成分（ %） 原料 C Si Mn P S 溫度 /℃ 鐵水 1300 廢鋼 25 表 渣料和爐襯材料成分（ %） 種類 CaO SiO2 MgO Al2O3 S P CaF2 FeO Fe2O3 燒減 H2O C 石灰 88 礦石 螢石 白云石 爐襯 表 各材料的熱容 項目 固態(tài)平均熱容 /kJkg1K 1 熔化潛熱 /kJkg1 液（氣）態(tài)平均熱 /kJkg1K 1 生鐵 鋼 爐渣 爐氣 煙塵 礦石 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 表 反應熱效應（ 25℃ ） 元 素 反 應 反應熱 /kJkg1 元素 C [C]+1/2O2=CO 10950 [C]+O2=CO2 34520 Si [Si]+O2=SiO2 28314 P 2[P]+5/2O2=P2O5 18923 Mn [Mn]+1/2O2=MnO 7020 Fe [Fe]+1/2O2=FeO 5020 [Fe]+3/2O2=Fe2O3 6670 SiO2 SiO2+2CaO=2CaOSiO2 2070 P2O5 P2O5+4CaO=4CaO P2O5 5020 假設條件 根據(jù)各類轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實際過程假設： （ 1）渣中鐵珠量為渣量的 8%； （ 2）噴濺損失為鐵水量的 1%； （ 3）熔池中碳的氧化生成 90%CO， 10% CO2； （ 4）煙塵量為鐵水量的 %，其中 wFeO 為 77%， wFe2O3=20%； （ 5）爐襯侵蝕量為鐵水量的 %； （ 6）爐氣溫度取 1450℃ ，爐氣中自由氧含量為總爐氣量的 %； （ 7）氧氣成分： %氧氣， %氮氣。 物料平衡計算 物料平衡基本項目： （ 1） 收入項：鐵水、廢鋼、溶劑（石灰、螢石、白云石）、氧氣、爐襯蝕損、鐵合金。 （ 2） 支出項：鋼水、爐渣、煙塵、渣中鐵珠、爐氣、噴濺。 根據(jù)鐵水、渣料質(zhì)量及其冶煉鋼種的要求，采用單渣法操作。為了簡化運算，以 100 kg 鐵水為計算基礎。 渣量及其成分計算 （ 1）鐵水中元素氧化量 鐵水中各元素的氧化量見表 。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 表 鐵水中的元素氧化量 元素 /% 項目 C Si Mn P S 鐵水 鋼水 0 氧化量 注：脫磷率 85%～ 90% ，取 90%；脫硫率 30%～ 40% ，取 35%；鋼水中殘余錳占鐵水［ Mn］的 30%～40%，取 30%；鋼水中［ C］取規(guī)格下限，因合金加入后還要增碳 。 （ 2） 各元素耗氧量及氧化產(chǎn)物量 鐵水中各元素的耗氧量及氧化產(chǎn)物量見表 。 表 鐵水中元素氧化量、氧化產(chǎn)物量 元素 反應 元素氧化量 /kg 耗氧量 /kg 氧化產(chǎn)物量 /kg C [C]+1/2O2=CO 90%= 16/12= 28/12= [C]+O2=CO2 10%= 32/12= 44/12= Si [Si]+O2=SiO2 32/28= 60/28= Mn [Mn]+1/2O2=MnO 16/55= 71/55= P 2[P]+5/2O2=P2O5 80/62= 142/62= S [S]+O2=SO2 1/3= 32/32= 64/32=* S [S]+(CaO)=(CaS)+[O] 2/3= （ 16） /32= 72/32= Fe ［ Fe］ +1/2O2=（ Fe0） 16/56= * 2[Fe]+3/2O2=Fe2O3 48/112= 總計 *注：假定爐內(nèi)氣化脫硫 1/3；鐵的氧化由表 得出。 （ 3） 渣料的加入量 1）礦石加入量： 為了化渣，加入礦石 1%，即 1001% =1kg ，其成分質(zhì)量計算見表 。 表 礦石加入量及成分 成分 質(zhì)量 /kg 成分 質(zhì)量 /kg Fe2O3 1% = FeO 1% = SO2 1% = Al2O3 1% = CaO 1%= MgO 1% = S 1%≈ H2O 1% = 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 其中： [S]+(CaO)=(CaS)+[O] （ CaS）生成量 = 72/32≈ kg 消耗 CaO 量 = 56/32≈ kg 2） 螢石加入量 ： 根據(jù)冶金局（部）轉(zhuǎn)爐操作規(guī)程，并參考《煉鋼工藝學》，取螢石加入量 4 kg/t，在本設計中，即為： 4= kg，其成分質(zhì)量計算見表. (質(zhì)量計算中各成分質(zhì)量百分數(shù)見表 ) 表 螢石加入量及成分 成分 質(zhì)量 /kg 成分 質(zhì)量 /kg CaF2 % = MgO % = SiO2 6% = P % = Al2O3 % = S %≈(忽略 ) H2O 2% = 其中： 2[P]+5/2O2=P2O5 (P2O5)生成量 = 142/62 = kg 3）白云石加入量 ： 為了提高轉(zhuǎn)爐壽命，采用白云石造渣，控制渣中 w（ MgO）在 6% ~ 8%范圍內(nèi)。根據(jù)已投產(chǎn)轉(zhuǎn)爐的經(jīng)驗，取生白云石 30 kg/t，在本設計中即為： 30 = 3 kg，其成分質(zhì)量見表 (質(zhì)量計算中各成分質(zhì)量百分數(shù)見表 ) 。 表 生白云石加入量及成分 成分 質(zhì)量 /kg 成分 質(zhì)量 /kg CaO 355% = MgO 333% = SiO2 33% = Fe2O3 31% = Al2O3 33% = 燒減 35% = 其中：燒減是白云石中 CaCO3 ` MgCO3分解產(chǎn)生的 CO2氣體 。 4）爐襯侵蝕量： 轉(zhuǎn)爐爐襯在爐渣作用下，將被侵蝕和沖刷進入渣中，本設計中取鐵水量的 %，即 100% = kg ,其成分質(zhì)量計算見表 （質(zhì)量計算中各成分質(zhì)量百分數(shù)見表 ）。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 表 爐襯侵蝕量及成分 成分 質(zhì)量 /kg 成分 質(zhì)量 /kg CaO 52% = SiO2 2% = MgO 40% = C 5% = Al2O3 1% = 其中： 爐襯中碳的氧化與金屬中氧化生成的 CO 和 CO2比例相同。即： [C]+1/2O2=CO：氧化產(chǎn)物 CO 量為： 90%28/12 = kg 耗氧量為： 90%16/12 = kg [C]+O2=CO2：氧化產(chǎn)物 CO2量為： 10%44/12 = kg 耗氧量為： 32/44 = kg 共消耗氧量 =+ = kg 5）石灰加入量： 根據(jù)鐵水成分，取終渣堿度 R=. 石灰加入量 = （ ∑(SiO2)R 白云石帶入 CaO 量 )/%CaO 有效 100 = （ – ） /(88 – ) 100= 表 石灰加入量及成分 成分 質(zhì)量 /kg 成分 質(zhì)量 /kg CaO 88% = SiO2 % = MgO % = S % = Al2O3 % = 燒減 % = 其中 ： [S]+(CaO)=(CaS)+[O] 生成的 (CaS) = 72/32 = 6） 渣中的鐵氧化物 ： 對于冶煉 Q235 鋼 ， 根據(jù)已投產(chǎn)轉(zhuǎn)爐渣中含 ∑(FeO)量 ，取 w(FeO)= 10%， w(Fe2O3)= 5%。 7）終渣總量及成分 ： 根據(jù)表 ~表 中的數(shù)據(jù)，確定終渣總量及成分，見表 ，若不計（ FeO）、（ Fe2O3），由表 中可得： CaO+MgO+SiO2+P2O5+MgO+Al2O3+CaF2+CaS= kg 已知 w（ FeO） = 10% ， w(Fe2O3） = 5% ，則其余渣應占渣量總數(shù)的 85%。故總渣量為 由此可知：（ FeO） = 10% = kg, （ Fe2O3） = 5% = kg。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 由于礦石和白云石中帶入部分（ FeO）和（ Fe2O3） ，其含量參見表 和 ，實際鐵氧化物為： （ FeO） = = ；其值列入表 。 （ Fe2O3） = = .其值列入表 。 故 [Fe]氧化量 =56/72+ 112/160 = 表 終渣總量及成分 成分 氧化產(chǎn)物 石灰 /kg 礦石 /kg 白云石/kg 爐襯 /kg 螢石 /kg 總計 /kg % CaO MgO SiO2 P2O5 MnO Al2O3 0． 09 CaF2 11 CaS FeO Fe2O3 總計 100 冶煉中的吹損計算 根據(jù)假設條件，渣中鐵珠量為渣量的 8%，噴濺損失為鐵水量的 1%，煙塵損失為鐵水量的 %。故可得到： 渣中鐵珠量 = 8% = kg； 噴濺損失量 = 100 1% = kg； 煙塵鐵損失量 = 100 %（ 77%56/72 + 20%112/160） = kg； 元素氧化損失 = kg； （見表 36） 吹損總量 = + + + = kg； 鋼水量 = 100 – = kg 氧氣消耗量計算 1）元素氧化耗氧 = kg； （見表 ）； 2）煙塵鐵氧化耗氧 = 100%（ 77%16/72 + 20%48/160） = kg； 3) 爐襯中碳氧化耗氧 = kg； （見表 下）。 故總耗氧量 = + + = kg， 換算為標準體積為： 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 即冶煉 100 kg 鐵 水需要 3m 氧氣。 由于氧氣不純，含有 %的氮氣，故供氧時帶入的氮氣為： % = kg， 其體積量為： 。 爐氣量及成分計算 爐內(nèi)產(chǎn)生的爐氣由 CO、 CO SO H2O、 N2和自由 O2 組成。其中： CO 來源于鐵水和爐襯中的碳氧化； CO2 來源于鐵水、爐襯中碳氧化，以及白云石和石灰石中的燒減量； SO2來源于鐵水中硫氧化； H2O 來源于礦石 和螢石中；N2來源于供氧時被帶入。自由 O2約占爐氣總量的 %，即以上氣體占爐氣總量的 %，則爐氣總量為： （ + + + + ） /% = m3 自由 O2量為 % = m3，其質(zhì)量為 32/ = kg。 表 爐氣量及成分 成分 質(zhì)量 /kg 體積 / m3 體積 /% CO + CO2 + ++ SO2 H2O + N2 O2 總計 100 物料平衡表 把以上各種物質(zhì)的總收入和總支出匯總起來，得到未加合金時的物料平衡表。 表 未加廢鋼和合金時的物料平衡表 收入 支出 項目 質(zhì)量 /kg % 項目 質(zhì)量 /kg % 鐵水 100 鋼水 石灰 爐渣 白云石 爐氣 礦石 煙塵 螢石 噴濺 爐襯 鐵珠 氧氣