炼钢课程设计Word文档格式.docx
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30.00
8.00
炉衬
1.0
0.92
80.40
0.28
17.4
1.1.3冶炼钢种和废钢成分
冶炼钢种和废钢成分见表1・3
表1・3冶炼钢种和废钢成分
c
P
S温度/°
WO.17
W0.30
0.35-0.80
W0.035
废钢
0.20
030
0.40
0.02
25
1.1.4平均比热
平均热见表
表1・4平均比热⑶
材料
固态半衡比热容kJ/kg-C
熔化潜热kJ/kgC
液态或气态平衡比热容kJ/kgC
生铁
0.745
218
0.837
钢
0.699
272
炉渣
209
1.248
炉气
1.137
烟尘
0.996
1.046
1.1.5反应热效率（认为25°
C与炼铁温度下两者数值近似）
表1・5反应热效率
反应式
kJ/kinol
kJ/kg（元素）
分子量
1
c+-o2=co
2
131365.0
10949.1
12
C+O2=CO2
414481.7
34521.0
Si4-O2=SiO2
795023.6
28314.0
28
2P+|o2=P2O5
1172078.6
18922.6
30.97
Mn+扌O2=MnO
384959.0
7020.3
54.9
Fe+iO2=FeO
266635.0
5021.2
Fe
55.8
3
2Fe+jO2=Fe?
O3
822156.0
7340.7
2CaO+SiO=2CaO・SiCh
■■
124600.4
2071.1
60.1
4CaO4-P2O5=4CaOP2O5
690414.9
5020.8
P2O5
142
水参氧气转换炉炼钢原理（美），冶金工业出版社74年版75页
1.1.6有关参数的选用
（1）渣中铁珠占渣重的5%：
（2）金属中碳的氧化90%[C]tCO,10%[C]->
CO2:
（3）喷溅铁损占铁水量的1%;
（4）炉气平均温度1470C；
含自由氧0.8%；
烟尘量占铁水量的1.5%其中有75%FeO利20%Fe2O3:
（5）炉衬侵蚀占铁水最的0.5%：
（6）氧气成分为99・6%O?
和0.4%^。
1.2物料平衡计算
根据铁水成分冶炼钢种，可选用单渣的操作法。
为简化计算，物料半衡以100kg铁水为计算基础。
121炉渣量及炉渣成分的计算
炉渣来自元素的氧化，造渣材料和炉衬侵蚀等。
（1）铁水中各元素的氧化量见表「6
表1・6铁水中各元素的氧化量
%C
S
备注
铁水
铁水温度1400°
终点钢水
0.14
痕迹
0.2
0.01
实测
氧化量
4.16
0.3
0.13
0.015
说明：
[Si]——在碱性转炉炼钢法中，铁水中的硅儿乎全部被氧化，随同加入的其它材料带入的Si6—起进入炉渣中，故终点钢水硅的含量为痕迹；
[P]——单渣法，转炉的去磷率约86—89%,本次计算取88%,12%留在钢中，同时要考虑钢包中回磷的因素：
[Mn]——终点钢水残镒量，一般为铁水中镭含最的30%〜40%,本设计取30%：
：
[S]——氧气转炉内去硫率不高，一般在30〜50%的范围，这里取40%；
（回硫按0.002%计算）。
（2）铁水中各元素的氧化量、耗氧量和氧化产物最的计算，见表1・7。
表1・7铁水中各元素的氧化量、耗氧量和氧化产物量
元素
元素氧化
（kg）
耗氧量（kg）
氧化产物
[C]+|o2=CO
3.744
4.992
&
7360
[C]+O2=CO2
0.416
1.109
1.5253
[Si]+O2=（SiO2）
0.514
0.9643
[Mn]+iO2=（MnO）
0.087
0.3874
2[P]+yO2=（P2O5）
0.168
0.2979
[Fe]+-O2=（FeO）
0.8403
0.24
1.0804
见12
2[Fe]+-O2=（Fe2O3）
03781
0.162
0.5402
共计
6.2584
7.2723
13.5315
（3）造渣剂成分及数最：
（选自国内有关生产炉）
1）、炉衬侵蚀成分及重最的计算（0.5Kg炉衬/lOOKg铁水）
表1-8
炉衬成分
重量（Kg）
重最（Kg）
0.5xl%=0.005
A12O3
0.5x0.28%=0.0014
0.5x80.40%=0.402
C⑴
0.5xl7.40%=0.087
0.5x0.92%=0.0046
0.500
其中①：
C90%CtCO0.087x90%x_=0.i827[Kg]
10%CtCO20.087xl0%x_=0.0319[Kgl
122
消耗02:
生成CO的耗氧0.1827x—=0.1044[Kg]
生成CO2的耗氧0.0319x—=0.0232[Kg]
44
炉衬中C消耗的6M：
0.1044+0.0232=0.1276[Kg]
2）、轻烧白云石成分及重最的计算（3.0Kg轻烧白云石/lOOKg铁水）
为了提高转炉炉衬寿命，在加入石灰造渣的同时，添加一部分白云石作造渣剂，其目的是提高炉渣中MgO的含最。
生产实践表明，渣中（MgO）含最为8〜12%时，其效果较好。
为此，必须保证渣中（MgO）含最在8〜12%之间来计算白云石加入最。
经试算后取轻饶白云石加入量为3.0/100公斤铁水。
具体的轻烧白云石成分及重量见表1-90
表1・9轻烧白云石成分及重最的计算
重量（砲）
3.0x46%=1.38
烧减②
3.0x8%=0.24
3.0x30%=0.90
ai2o3
3.0x0.50%=0.015
3・0xl5・5%=0・465
3.0
*加入轻饶白云石后经炉渣成分计算，应满足MgO=8〜12%范围，目的是可以提高炉衬抗熔渣的侵蚀能力，提髙炉龄。
②烧减是指轻烧白云石或石灰中未分解的CO：
及其重量。
3）、矿石加入星及成分。
矿石加入星为l.OOkg/lOOkg铁水，其成分及质量见表1—10o
表4・10矿石加入量及其成分
M（Fe2O3）
1.00x61.81%=0.6181
M（MgO）
lx0.52%=0.0052
M（FeO）
1.00x2&
80%=0.2880
M（S?
）
lx0.07%=0.0007
M（SiO2）
1.00x5.80%=0.0580
M（H：
O）
lxO.5O%=O.OO5O
M（A12O3）
1.00xl.0%=0.010
M（CaO）
1.00xl.5%=0.015
③S以[S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应，其中生成CaS量为0.0007x72/32=0.0016[Kg]消耗CaOft为0.0007x56/32=0.0012（kg）。
消耗微量氧，忽略。
4）、石灰成分及重量的计算（4.73Kg石灰/lOOKg铁水）见表1一11
表1-11石灰成分及重最
石灰成分
fl灰成分
4.467x91.15%=4.072
4.467xl.42%=0.0634
4.467xl.6%=0.0715
s1
4.467x0.03%=0.0013
4.467x1.4%=0.0625
烧减2
4.467x4.4%=0.1966
4.467
石灰加入量计算如下：
取终渣碱度R=%CaO/%SiO2=3.5（参炼钢原理P167图5—19）
R£
（SiO2）-£
（CaO）_R》（SiO2）-£
（CaO）
（%CaO）^效
%CaO石灰・R・%SiO2石灰
Q一
式中E（SiO2）=（铁水+炉衬+轻烧白云石+矿石）中带入
=（0.964+0.004640.465-10.0580）
=1.4916Kg]
E（CaO）=（轻烧白云石+炉衬+矿石一矿石中[S]成渣耗CaO）
=（1.3840.005+0.015-0.0012）
=1.3988[Kg]
・・・Q二
_3.5x1.4916-1.3988
~91.15%£
.5x1.6%=4.468[Kg]
1.S：
反应式为[S]+（CaO）=（CaS）+[O]
其中：
生成（CaS）重：
0.0013x||=0.0029[Kg]
生成[O]量为:
0.0013xi|=0.00065[Kg]
消耗（CaO）量:
0.0013x—=0.0023[Kg]
32
2.烧减指未饶透的CaCO3经受热分解后产生的CO?
气体质S：
o
5）、.终渣Z（FeO）的确定
取R=3.5及E（FeO）=15%这里取Z（FeO）=（%FeO）+0.9（%Fe3O3）=15%（全铁法）
取翳弓故低2。
3）朴，（FeO）.lO%
6）、终渣成分及重量的计算见表1一12
表1・12终渣成分及重量
终渣成分
氧化产物/Kg
石灰/Kg
轻烧白云石/Kg
炉衬/Kg
总重/Kg
4.07071
1.3800
0.0050
0.0150
5.4697
50.64
0.0626
0.9000
0.4020
0.0052
1.3697
12.68
SiO：
0.964
0.0715
0.4650
0.0046
0.0580
1.5631
14.47
0.298
2.76
MnO
0.387
3.58
AI2O3
0.0635
0.0014
0.0100
0.0898
0.83
CaS
0.0030
0.0016
0.0045
0.04
1.080
1.080②
10.00
Fe?
0.540
5.00
3.269
4.27
2.7600
0.4130
10.8018
其中①4.0697=石灰中血（CaO）—石灰中S门耗m（CaO）=4.072—0.0023=4.0697Kg
②、③是元素被氧化成氧化铁的质星，其质量是这样算出來的：
表1・12中不计（Fe2O3）及（FeO）在内的炉渣质量为
ill（CaO+MgO+SiO2+P2O5+MiiO+Al2O3+CaS）=
（5・4697+l・3697+L563140・298H）・38740・089840・0045）=9・1818（Kg）
因为工血（FeO）=15%,所以渣中其他成分之和为100%—15吩85%,故炉渣质量为
9.1818_
85%_
10.8（Kg）
由此可知:
m（FeO）=10.8x10%=L08（Kg）
56
其中m（Fe）=1.08x—=0.84（Kg）
72
ill（Fe2O3）=10.8x5%=0.54（Kg）
其中m（Fe）=0.54x—=0.378（Kg）
160
1.2.2矿石及烟尘中的铁量和氧量的计算
（1）假定矿石中工（FeO）全部被还原成铁，则加入l.OOKg矿石带入的铁量和氧帚为:
Fe（矿石中》
=1.00x（28.8%x—+61.81%x—）=0.6567（Kg）
72160〜
O.=1.00x（28.8%x^-+61.81%x—）=0.24943（Ko）
-72160
（2）设烟尘量为铁水量的1.5%,则
Fe=1.5x（75%x—+20%x—）=1.085（Kg）
'
72160o
O=1.5x（75%x^+20%x
48
）=0.34（Kg）
123炉气成分及重量的计算见表1-13
表1—13炉气成分及重量
炉气成分
重量，Kg
体积（N1113）
co
9664
R22"
-7i711
8637
co：
2.0071
2.00714x^1=1.0218
12.30
so：
o2
0.0949
①
0.0664
0.80
n2
0.0270
②
0.0216
0.26
h2o
0.005
0.0050x^1=0.0062
18
11.1004
10.2371
100.00
其中m（CO）=铁水中的C被氧化成的CO+炉衬中的C被氧化成的CO
=8.862040.1044=8.9664Kg
ill（CO2）=铁水中的C被氧化成的CO2+炉衬中的C被氧化成的CO?
+白云石烧减的质量+石灰烧减的质星
=1.547340.023240.244X）.1966=2.0071Kg
ill（SO3）=铁水中的S的气化氧化物质量=0Kg
ill（H?
O汽）=矿石带入的质5=0.0050Kg
①、②是自由氧和氮气的质量。
它是由表1一13中炉气的其他成分反复计算出來，即己知氧气成分为氧气99.6%、氮气0.4%和炉气中含口由氧的体积为0.8%,求氮气和氧的体积及质量。
设炉气总体积为V,则
V=（H2O+CO+CO3+SO?
）体积+门由氧的体积+N2体积=（0.005+8.9664+2.0071H）+0.8%V+Vn2
22.4
——x（7.2137+0.127&
0.34000.249430.0007）+0.8%V
Vn2=x0.-99.6%）
99.6%
*：
括号内的参数为“氧气的消耗和带入项目”，分式部分为氧气纯度99.6%时氧的体积，（1—99.6%）表示换算成N?
体积。
因此可得V=&
2012+0.8%V+（5.3045~H）.8%・V）x2_L
99.6
整理后V=&
3055[Nm3]
炉气中自由氧体积=8.3055x0.8%=0.0664m‘
3J
炉气中门由氧重=0.0664x—n=0.0949[Kg]
炉气中氮体积=0.0218+0.0032%x&
1166=0・0216[Nm3]
炉气中氮重=0.0216x=0.0270[Kgl
1.2.4未加废钢时氧气的消耗量的计算见表1—14
表1—14加废钢时氧气的消耗量
项目重量/Kg备注项目重量/Kg备注
元素氧化耗氧量
7.3603
见表1—7
自由氧重
烟尘中铁氧化耗氧量
0.340
见1.2.2中
（2）
炉气中氮垂
炉衬中铁氧化
0.1276
见表1—8
石灰中s反
0.0007
见表1—11
耗氧量
应带入氧重
说明
矿石分解带入
0.2494
氧的质量/kg
（1）
由此可得实耗氧量=7.3603+0・34（HO・1276・0・2494400949+0・027・0・0007=7・6997[kg]
224
或实耗氧体积=7.6997x匚厂=5.3898[Nm3/lOOKg铁水=53.898[Nm3/T铁水]
4.2.5钢水量计算
吹喷项目：
铁水中铁元素氧化量：
6.3184kg（见农1一7）
烟尘中铁损量:
1.085kg
渣中铁珠重:
10.8018x5%=0.540kg（1.1.6有关参数的选用）
喷溅铁损最:
1.0000kg（1.1.6有关参数的选用）
矿石带入的铁最：
0.6567kg
因此100kg铁水可得钢水收得率为：
100—（6.3184+1.08540.540+1.0000）-H）.6567=91.7131kg
4.2.6未加废钢时的物料平衡表见表1一15
收入项
质量/kg
含量/%
支出项
质最/kg
85.82
钢水
91.7131
7&
68
4.06
10.8036
9.49
轻烧白云石
3.00
2.57
9.22
0.43
1.5
0.99
氧气
7.6997
6.26
铁珠
0.76
0.86
喷溅
116.6882
116.6573
表1一15未加废钢时的物料半衡表
计算误差=
x100%=0.0094%
116.6682-116.6573
116.6682
1.3热平衡计算（取冷料为25°
C）
1.3.1热收入项
（1）铁水物理热
铁水熔点=1536-（4.3xl00-K）.45x8-H）.5x5-K）.15x30-K）.025x25）—7
=1087.77°
式中：
1536为纯铁熔点，100、8、5、30、25分别为C、Si、Mil、P、S元素1%含量时
降低铁水熔点值。
7为气体O、N、H对熔点总的影响。
铁水物理热=100x[0.745x（1087.77-25）+218-H）.837x（1400-1087.77）]=127110.01kJ
（2）铁水中各元素氧化热与成渣热
C—>
CO3.744X10949.l=40993.43kJ
C->
CO：
0.416x34521.0=14360.73kJ
Si—SiO?
0.45x28314.0=127413kJ
Mn->
MiiOO.3x7020.3=2106.09kJ
Fe->
Fe00.8403x5021.2=4219.31kJ
Fe-*Fe2O30.3781x7340.7=2775.51kJ
P->
P2O50.13xl8922.6=2459.938kJ
P2O5->
4Ca0P2O50.2979x5020.8=1495.696kJ
Si02~>
2Ca0SiO2（0.9643-H）.0046-K）.465-K）.058-H）.0715）x2071.1=3237.95kJ共计84389.94kJ
（3）烟尘氧化放热
56112
1.5x（77%x—x5021.2+20%x—x7340.7）=6052.26kJ
72160
综上：
热收入总计=127110.01+84389.94-^052.26=217552.21kJ
[注]:
炉衬中C因放热量低未计入内。
13.2热支出项
（1）钢水物理热
钢水熔点=1536—（0.14x6540.2x5P.02x3（H0.01x25）—7=1518.05「C]
式中:
65、5、30、25分别为钢中元素C、MikP、S增加1%时，钢水熔点降低值°
C。
出钢温度的确定过程如下：
A.过热度，一般过热度为20〜40°
C,这里取30°
C：
E.吹氟后到中间包开浇期间的钢液温降，取50°
C.出钢后到吹氮前的温降，取10-C：
D.出钢过程温降，一般在40〜50°
C,取40-Co
故，出钢温度=钢水熔点+过热温度十出钢到搅拌前降温+出钢温降+吹氨搅拌过程温降
=1518.05+30+10+40+50
=1648.05[°
C]
钢水物理热=91.77x[0.699x（1518.05-25）+272-K）.837x（1648.05-1518.05）]=130721.96[kJ]
（2）炉渣物理热
取终点渣温度与出钢温度相同，即1648.05°
C,则
炉渣物理热=10.80x[1.248x（1648.05-25）+209]=24133.31[kJ]
（3）烟尘物理热
1.5x[0.996x（1450-25）+209]=2442.45[kJ]
（4）炉气物理热
10.95x（1.137x（1450-25）]=17741.46[kJ]
（5）渣中铁珠物理热
0.54x（0.699x（1518.05一25）+27240.837x（1648.05一1518.05）]=769.20[kJ]
（6）喷溅金属物理热
1.0x（0.699x（1518.0525）十272+0.837x（1648.051518.05）]-1424.45[kJ]
（7）轻烧白云石分解吸热。
轻烧白云石分解热Qb°
由白云石的分解反应：
CaCO3MgCO3=MgO4-CaCH-2CO2和轻烧白云石的烧减量8.00%,可计算得到与分解出来和烧减量相对应的CaO和MgO含量。
即：
WCao=&
00%xMc<
1c^2Mco?
=&
00%x56w88=5.0909%
Wmq=8.00%xMmqV2Mco
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