【正文】 精煉工藝都需要鋼水?dāng)嚢瑁约铀偬砑恿系娜诨c均勻化，促進(jìn)渣鋼反應(yīng)，均勻鋼水的化學(xué)成分與溫度。這也是鋼水連鑄之前必不可少的預(yù)備處理。 (1) 簡易的鋼包吹氬調(diào)溫、加合金裝置 (如喂絲裝備 )； (2) 具有氬氣保護(hù)氣氛的合金微調(diào)、噴粉精煉、吹氧化學(xué)升溫等功能的鋼包精裝備如CASOB 等； (3) 設(shè)有電極加熱具有電弧爐精煉功能的鋼包爐，如 LF 裝備； (4) 具有真空脫碳、脫氣等精煉功能的裝備，如 VOD、 RH 等 ； (5) 能控制爐內(nèi)氣氛，具有精煉功能的特種轉(zhuǎn)爐，如 AOD 等。本設(shè)計(jì)使用的是 AOD 轉(zhuǎn)爐， AOD 精煉法是氬氧脫碳法 (Argon Oxygen Decarburization)的簡稱。 自 1955 年美國聯(lián)合碳化物公司取得氫氧精煉專利，并于 1968 年在喬司林公司韋堡鋼廠投產(chǎn)第一座 15 噸 AOD 爐以來，世界上已有眾多的國家先后采用了此技術(shù)。目前 AOD 爐除冶煉不銹鋼外，在生產(chǎn)耐熱鋼、耐腐蝕鋼、高溫合金、純鐵等品種上，同樣能取得較好的冶煉效果，并已向冶煉結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼及特殊性能的低合金鋼方面擴(kuò)展。 AOD 法吹煉過程從冶金反應(yīng)方面可大體分為三個階段。碳的氧化采取兩種方式 ， 經(jīng)過一個階段的吹煉，碳的氧化反應(yīng)接近平衡。 (3) 吹氬階段：由于停止供氧，故鋼液中的 氧 量不再得到補(bǔ)充。 常規(guī)的 AOD 精煉鑄造工藝流程如圖 21 所示： 爐料 熔化 鋼水檢測 裝料 成分檢測 氧化脫碳 精煉 還原 成分檢測 成分溫度微調(diào) 出鋼 成分檢測 澆注 鑄件 圖 21 AOD 精煉鑄造工藝流程 第三章 冶金計(jì)算 脫磷轉(zhuǎn)爐平衡計(jì)算 物料平衡計(jì)算 基本原始數(shù)據(jù)有：冶煉鋼種及其成分、鐵水、廢鋼成分和終點(diǎn)鋼水成分 (如表 31)；造渣用熔劑及爐襯等原材料的成分 (如表 32)；其他工藝參數(shù) (如表 33)。 表 32 原材料成分 成分 /% 類別 CaO SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 CaF2 P2O5 S CO2 H2O C 灰分 揮發(fā)分 石灰 螢石 88 生白云石 爐襯 焦炭 表 33 其他工藝參數(shù)的設(shè)定 名 稱 參 數(shù) 終渣堿度 w(CaO)/w(SiO2)= 螢石加入量 為鐵水量的 % 生白云石加入量 為鐵水量的 % 爐襯蝕損量 為鐵水量的 % 名 稱 參 數(shù) 終渣 (FeO)含量 15%，而 (Fe2O3)/(FeO)=1/3,即 (Fe2O3)=5%， (FeO)=% 煙塵量 為鐵水量的 %(其中 FeO 為 75%， Fe2O3 為 20%) 噴濺鐵損 為鐵水量的 1% 渣中鐵損 (鐵珠 ) 為渣量的 6% 氧氣純度 99%，余者為 N2 爐氣中自由氧含量 %(體積比 ) 氣化去硫量 占總?cè)チ蛄康?1/3 金屬中 [C]的氧化產(chǎn)物 99%C 氧化成 CO， 10%氧化成 CO2 廢鋼量 本計(jì)算結(jié)果為鐵水量的 %，即廢鋼比為 % 計(jì)算時(shí)以 100Kg 鐵水為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算 。其各項(xiàng)成渣量分別列于表 3 3 36。 第二步：計(jì)算氧氣消耗量 氧氣實(shí)際消耗項(xiàng)目與供入項(xiàng)目之差，詳見表 38。 因設(shè)定的終渣堿度 R=。 表 37 總渣量及其成分 爐渣成分 CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO FeO Fe2O3 CaF2 P2O5 CaS 合計(jì) 元素氧化成渣量 /kg 石灰成渣量 /kg 爐襯蝕損成渣 量 /kg 生白云石城渣量 /kg 螢石成渣量 /kg 總渣量 /kg 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 注： 總渣量計(jì)算如下：表 37 中除 FeO 和 Fe2O3 外的渣量為 :，因終渣Σ w(FeO)=15%(見表 33)， 而(Fe2O3)/(FeO)=1/3,即 (Fe2O3)=5%， (FeO)=%，設(shè)總渣量為 X，則有： +X?5%+X?%=X。 表 38 實(shí)際耗氧量 耗氧項(xiàng) /kg 供氧項(xiàng) /kg 實(shí)際氧氣消耗量 /kg 鐵水中元素氧化耗氧量 (表 33) 爐襯中碳氧化耗氧量 (表 35) 石灰中 S與 CaO反應(yīng)還原出的氧化量(表 36) 煙塵中鐵氧化耗氧量 (表 33) 爐氣自由氧含量 (表 39 合計(jì) 合計(jì) 第三步：計(jì)算爐氣量及其成分 其結(jié)果如下表 39 所示 。 第四步：計(jì)算未加入廢鋼前 的 鋼水量 鋼水量 Qg=鐵水量－鐵水中元素的氧化量－煙塵 ， 噴濺和渣中的鐵損 。 據(jù)此可以編制出未加入廢鋼的物料平衡表 310： 表 310 未加入廢鋼時(shí)的物料平衡表 收 入 支 出 項(xiàng)目 質(zhì)量 /kg % 項(xiàng)目 質(zhì)量 /kg % 鐵水 鋼水 石灰 爐渣 螢石 爐氣 生白云石 噴濺 爐襯 煙塵 氧氣 渣中鐵珠 合計(jì) 合計(jì) 注： 計(jì)算誤差為： (－ )/ 100%=－ %。 表 313 加入廢鋼的物料平衡表 (以 100kg(鐵水 +廢鋼 )為基礎(chǔ) ) 收 入 支 出 項(xiàng)目 質(zhì)量 /kg % 項(xiàng)目 質(zhì)量 /kg % 鐵水 鋼水 廢鋼 爐渣 石灰 爐氣 螢石 噴濺 輕燒生白云石 煙塵 爐襯 渣中鐵珠 氧氣 合計(jì) 合計(jì) 注： 計(jì)算誤差為： (－ )/ 100%=－ %。 表 314 入爐物料及產(chǎn)物 的溫度設(shè)定值 名稱 入爐物料 產(chǎn)物 鐵水 ① 廢鋼 其它原料 爐渣 爐氣 煙塵 溫度 ∕℃ 1300 25 25 與鋼水相同 1450 1450 注： ① 純鐵熔點(diǎn)： 1536℃ 表 315 物料平均熱容 物料名稱 生鐵 鋼 爐渣 礦石 煙塵 爐氣 固態(tài)平均熱容 ∕ kJK)–1 — — 熔化潛熱 ∕ kJ(㎏ mol–1 △H∕kJSiO2) 成渣反應(yīng) 97133 1620 P2O5 (P2O5)+4(CaO)＝ (4CaO (1) 鐵水物理 熱 Qw： 先根據(jù)純鐵熔點(diǎn) ， 鐵水成分以及溶入元素對鐵熔點(diǎn)的降低值 (表 314，表 31 和表 317)計(jì)算鐵水熔點(diǎn) Tt ， 然后由鐵水溫度和生鐵熱熔 (表 318和表 319)確定 Qw。 表 318 元素氧化熱和成渣熱 反應(yīng)產(chǎn)物 氧化熱和成渣熱 ∕㎏ C→CO 11639= C→CO 2 34834= Si→SiO 2 29202= Mn→MnO 6594= Fe→FeO 4250= Fe→ Fe2O3 6460= P→ P2O5 18980= P2O5→ 4CaO SiO2 1620= 合計(jì) (3)煙塵氧化熱 Qc：由表 33 中給出的煙塵量參數(shù)和反應(yīng)熱效應(yīng)計(jì)算可得。 Q1=14%90%11639+%14%10%34834= 故熱收入總值為： Qs=Qw+Qy+Qc+Q1=。 (1)鋼水物理熱 Qg: 先按求鐵水熔點(diǎn)的方法確定鋼水熔點(diǎn) Tg；再根據(jù)出鋼和鎮(zhèn)靜時(shí)的實(shí)際溫降 (通常前者為 40～ 60℃ ，后者約 3～ 5℃ /min，具體時(shí)間與盛鋼桶大 小和澆注條件有關(guān) )以及要求的過熱度 (一般為 50～ 90℃ )確定出鋼溫度 Tz；最后由鋼水量和熱容算出物理熱。根據(jù)其數(shù)量、相應(yīng)的溫度和熱容確定。 表 319 某些物料的物理熱 項(xiàng) 目 參 數(shù) ∕kJ 備 注 爐氣物理熱 1450℃ 系爐氣和煙塵的溫度 煙塵物理熱 渣中鐵珠物理熱 1530℃ 系鋼水熔點(diǎn) 噴濺金屬物理熱 合計(jì) Qx= (4)白云石分解熱 Qb： 根據(jù)其用量、成分表和表 320 所示的熱效應(yīng)計(jì)算之。 兌入鋼水成分的計(jì)算 脫磷轉(zhuǎn)爐出來的鋼水和電爐熔化的混合金屬液一起兌入 AOD 轉(zhuǎn)爐，簡稱兌入鋼水。在電爐中鉻的燒損率為 %，硅的燒損率為 5%，碳的燒損率為 5%；在 AOD 中鉻的燒損率為 %，鎳為 %。則有： X XY ??? ； 56% XY? ??? 。由于在電爐中鉻的燒損率為 %， AOD中鉻的燒損率為 %，鎳的燒損率為 %。(1－ )247。(1－ 1%)=。 總計(jì) 。 由此得到入 AOD 的鋼水成分如下表 322 所示： 表 322 兌入鋼水成分 鋼水 成分 C Si Mn P S Cr Ni % 氧化期物料 平衡 基本原始數(shù)據(jù)有：冶煉鋼種成分、兌入鋼水、廢鋼成分和終點(diǎn)鋼水成分 (如表323；造渣用熔劑及爐襯等原材料的成分 (如表 324)；其他工藝參數(shù) (如表 325)。 表 324 原材料成分 成分 /% 類別 CaO SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 CaF2 P2O5 S CO2 H2O C 灰分 揮發(fā)分 石灰 螢石 88 生白云石 爐襯 焦炭 表 325 其他工藝參數(shù)的設(shè)定 名 稱 參 數(shù) 終渣堿度 w(CaO)/w(SiO2)=2 螢石加入量 為鐵水量的 % 生白云石加入量 為鐵水量的 % 爐襯蝕損量 為鐵水量的 % 煙塵量 為鐵水量的 %(其中 FeO 為 75%， Fe2O3 為 20%) 噴濺鐵損 為鐵水量的 1% 渣中鐵損 (鐵珠 ) 為渣量的 6% 金屬中 C 的氧化 產(chǎn) 物 99%C 氧化成 CO， 10%氧化成 CO2 廢鋼量 本計(jì)算結(jié)果為 鋼 水量的 %，即廢鋼比為 % 計(jì)算時(shí)以 100Kg 兌入鋼 水為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算 ： 第一步：計(jì)算總渣量及其成分。其各項(xiàng)成渣量分別列于表 32 32 328。 第二步：計(jì)算氧氣消耗量 氧氣實(shí)際消耗項(xiàng)目與供入項(xiàng)目之差，詳見表 330。 表 327 爐襯蝕損的成渣量 爐襯蝕損量 (據(jù)表 323) 成渣組分 氣態(tài)產(chǎn)物 耗氧量 CaO SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 CO CO2 CO CO2 合計(jì) 表 328 加入溶劑的成渣量 類別 加入量 /kg 成渣組分 /kg 氣態(tài)產(chǎn)物 /kg CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 P2O5 CaS CaF2 H2O CO2 O2 螢石 生白云石 石灰 合計(jì) 成渣量 注： 石灰加入量計(jì)算如下 :由表 326～ 328 可知，渣中已含 (CaO)= ， 渣中已含 (SiO2)= 。 表 329 總渣量及其 成分 爐渣成分 CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO FeO Fe2O3 CaF2 P2O5 CaS Cr 合計(jì) 元素氧化成渣量/kg 石灰成渣量 /kg 爐襯蝕損成渣量/kg 生白云石城渣量/kg 螢石成渣量 /kg 總渣量 /kg 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 注： 總渣量計(jì)算如下：表 329中除 FeO和 Fe2O3外的渣量為 :。所以 w(FeO) = %=； w(Fe2O3) = 5%= kg。 其結(jié)果如下表 331 所示 ： 表 331 爐氣量及其成分 爐氣成分 爐氣量 /kg 體積 /m3 體積分?jǐn)?shù) /% CO CO2 SO2 H2O O2 N2 合計(jì) 由以上得到氧化期的物料平衡表如下表所示： 表 332 氧化期物料平衡表 收 入 支 出 兌入鋼水 石灰 螢石 生白云石 爐襯 100 鋼水 ① 爐渣 爐氣 噴濺 煙塵 氧氣 渣中鐵珠 合 計(jì) 合