转炉炼钢课程设计.docx
《转炉炼钢课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转炉炼钢课程设计.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
转炉炼钢课程设计
课程设计说明书
题目名称：
150t顶底复吹转炉炉型设计
系部：
机械工程系
专业班级：
冶金技术12-1班
学生姓名：
周进
学号：
2012232076
指导教师：
石枚梅
完成日期：
2014.6.27
新疆工程学院
课程设计评定意见
设计题目150t顶底复吹转炉炉型设计
系部___机械工程系__专业班级冶金技术12-1班
学生姓名____周进_______学生学号2012232076
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：
2014年6月27日
新疆工程学院
机械工程系（部）课程设计任务书
2013-2014学年第2学期2014年6月27日
专业
冶金技术
班级
冶金技术12-1
课程名称
转炉炼钢
设计题目
150t顶底复吹转炉炉型设计
指导教师
石枚梅
起止时间
2014.6.21
—2014.6.27
周数
1周
设计地点
宿舍
设计目的：
1、综合运用有关课程特别是专业课程的基本理论和实际知识，培养设计炼钢主要工艺部分设备的初步能力。
2、培养学生根据设计任务和指定条件，在设计过程中查阅、选择和运用资料的能力。
3、提高学生的运算能力，以及阅读图纸和绘制图纸的能力。
4、培养学生的分析问题和解决问题的工作能力。
设计任务或主要技术指标：
课程设计的任务是让学生结合转炉炼钢生产工艺，运用所学的理论知识，对转炉炼钢的主要设备——转炉进行工艺设计，包括转炉炉型的选择、炉型尺寸的计算、炉衬耐火材料的选择、炉型尺寸图的绘制。
通过该过程的实训，学生将对转炉炉型与氧射流的合理匹配、炉型对冶炼过程和炉衬寿命的影响有更全面的认识，并可提高其查阅、选择、运用资料的能力和阅读图纸、绘制图纸的能力，为参与企业的技术更新和设备改造打下基础，也会使学生参与就业竞争的综合实力得到增强。
设计进度与要求：
课程设计（课题）自2014年6月21日至2014年6月27日止。
主要参考书及参考资料：
1、郝素菊，张玉柱，蒋武锋.高炉炼铁设计与设备[M].北京：
冶金工业出版社，2011.07.
2、卢宇飞，杨桂生.炼铁技术[M].北京：
冶金工业出版社，2010.01.
教研室主任（签名）系（部）主任（签名）
1.摘要
转炉炼钢（convertersteelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。
转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。
碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。
转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。
2003年我国转炉钢产量已接近1.9亿t,占我国钢产量的85.2%,约占世界转炉钢的25%。
50～300t转炉由2001年的75座增至2003年的134座,工艺技术进一步优化。
我国转炉冶炼新钢种和优质钢种增长迅速,其中包括低合金、耐候钢、TRIP（相变诱发塑性）钢以及合金结构钢、齿轮钢、轴承钢、锅炉用钢等特殊钢。
今后转炉钢的增长主要是对条件较好转炉钢厂挖潜改造,进一步提高装备水平、扩大品种、提高质量以及降低消耗,改善环境。
转炉炼钢的原材料分为金属料、非金属料和气体。
金属料包括铁水、废钢、铁合金，非金属料包括造渣料、熔剂、冷却剂，气体包括氧气、氮气、氩气、二氧化碳等。
非金属料是在转炉炼钢过程中为了去除磷、硫等杂质，控制好过程温度而加入的材料。
主要有造渣料（石灰、白云石），熔剂（萤石、氧化铁皮），冷却剂（铁矿石、石灰石、废钢），增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油）。
钢中气体和夹杂物是评价钢的冶金质量的主要指标。
氧气顶吹转炉炼钢反应速率快，沸腾激烈，所以钢中H、N、O含量较低，[H]为（3～5）×10-4％，[N]为（2～4）×10-3％，低碳钢[O]为0．06％～0．10％。
夹杂物和脱氧及凝固操作有关。
影响顶吹转炉钢含氮量的重要因素是氧气纯度，由表4数据可以看出。
所以用于转炉炼钢的氧气应该是99％以上的纯氧。
低碳钢是转炉炼钢的主要产品。
由于转炉脱碳快，钢中气体含量低，所以钢的塑性和低温塑性好，有良好的深冲性和焊接性能。
用转炉钢制造热轧薄板、冷轧薄板、镀锌板、冷弯型钢、低碳软钢丝等，都具有良好的性能。
根据冶金技术专业培养方案的安排，学生在学完有关基础理论课和专业课后，需要进行专业课程设计，这是专业课教的重要环节。
冶金工程专业选择钢铁冶金方向课程的学生，应该进行转炉炼钢课程设计。
本次课程设计共分三个部分，转炉物料平衡和热平衡计算，转炉炉型设计，氧枪喷头设计（氧气流量、工况氧压、喉口直径、喷孔出口直径、喷孔其他几何尺寸以及喷头端面形状）。
从此次课程设计中学习到如何计算转炉的各项数值指标，以及提高我们对转炉设计的认识，让我们了解到转炉设计过程中经常出现的问题以及解决的方法。
2转炉物料平衡与热平衡计算
物料平衡是计算转炉炼钢过程中加入炉内与参与炼钢的全部物料（如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、合金添加剂、被侵蚀的炉衬等）和炼钢过程的产物（如钢水、炉渣、炉气、烟尘等）之间的平衡关系。
热平衡是计算转炉炼钢过程的热量收入（如铁水物理热、化学热）和热量支出（如钢水、炉渣、炉气的物理热、冷却剂溶化和分解热）之间的平衡关系。
2.1原始数据的选取
2.1.1原材料成分
铁水、废钢成分见表1.1
表1.1铁水、废钢成分（%）
原料
C
Si
Mn
P
S
温度/℃
铁水
4.15
0.75
0.28
0.20
0.035
1260
废钢
0.17
0.15
0.50
0.025
0.025
25
渣料和炉衬材料成分见表1.2
表1.2渣料和炉衬材料成分（%）
种类
CaO
SO2
MgO
Al2O3
S
P
CaF2
FeO
Fe2O3
烧减
H2O
C
石灰
91.0
2.0
2.0
1.5
0.05
3.45
矿石
1.0
5.61
0.52
1.10
0.07
29.4
61.8
0.50
萤石
6.0
0.58
1.78
0.09
0.55
89.0
2.00
白云石
55.0
3.0
33.0
3.0
1.0
5.0
炉衬
54.0
2.0
38.0
1.0
5.0
各材料的热容见表1.3
表1.3各材料的热容（kJ/kg.K）
项目
固态平均热容
熔化潜热
液（气）态平均热容
生铁
0.745
217.568
0.8368
钢
0.699
271.96
0.8368
炉渣
209.20
1.247
炉气
1.136
烟尘
1.000
209.20
矿石
1.046
209.20
反应热效应见表1.4
表1-4反应热效应（25℃）
元素
反应
反应热/kJ·kg-1元素
C
[C]+1/2O2=CO
10940
C
[C]+O2=CO2
34420
Si
[Si]+O2=SiO2
28314
P
2[P]+5/2O2=P2O5
18923
Mn
[Mn]+1/2O2=MnO
7020
Fe
[Fe]+1/2O2=FeO
4020
Fe
[Fe]+3/2O2=Fe2O3
6670
SiO2
SiO2+2CaO=2CaOSiO2
2070
P205
P2O5+4CaO=4CaOP2O5
4020
铁合金成分（分子）及其回收率（分母）
项目
C
Si
Mn
Al
P
S
Fe
硅铁
---
73.0/75
0.50/80
2.50/0
0.1/100
0.03/100
23.9/100
锰铁
6.60/90
0.50/75
67.8/80
---
0.2/100
0.13/100
24.7/100
2.1.2假设条件
根据各类转炉生产实际过程假设：
（1）渣中铁珠量为渣量的8%；
（2）喷溅损失为铁水量的1%；
（3）熔池中碳的氧化生成90%CO,10%CO2
（4）烟尘量为铁水量的1.6%，其中w（FeO）为77%，w（Fe2O3）=20%
（5）炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%；
（6）炉气温度取1450℃，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%；
（7）氧气成分：
99.6%氧气，0.2%氮气。
2.1.3冶炼钢种及规格成分
要求冶炼低碳钢，以Q235钢为例，其规格成分为（%）：
W[C]=0.14~0.22，w[Si]=0.12~0.30，w[Mn]=0.40~0.65，w[P]≤0.045,w[S]≤0.040
2.2未加废钢和合金的物料平衡计算
物料平衡基本项目：
（1）收入项：
铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。
（2）支出项：
钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。
根据铁水、渣料质量及其冶炼钢种的要求，采用单渣法操作。
为了简化运算，以100kg铁水为计算基础。
2.2.1渣量及其成分计算
（1）铁水中元素氧化量（表1-5）
氧化量=元素在铁水中的含量–元素在钢水中的含量
铁水中的元素氧化量见表1.5
表1.5铁水中的元素氧化量
元素/%
项目
C
Si
Mn
P
S
铁水
4.15
0.75
0.28
0.20
0.035
钢水
0.14
0
0.098
0.02
0.023
氧化量
4.01
0.75
0.182
0.18
0.012
由表1.6知：
脱磷率90%；脱硫率35%；钢中残锰量30%
各元素耗氧量及氧化产物量（表1.6）
铁水中元素氧化量、氧化产物量见表1.6
表1.6铁水中元素氧化量、氧化产物量
元素
反应
元素氧化量/kg
耗氧量/kg
氧化产物量/kg
C
[C]+1/2O2=CO
4.01×90%=3.609
3.609×16/12=4.812
3.609×28/12=8.421
C
[C]+O2=CO2
4.01×10%=0.401
0.401×32/12=1.07
0.401×44/12=1.47
Si
[Si]+O2=SiO2
0.75
0.75×32/28=0.86
0.75×60/28=1.61
Mn
[Mn]+1/2O2=MnO
0.182
0.182×16/55=0.053
0.182×71/55=0.23
P
2[P]+5/2O2=P2O5
0.18
0.18×80/62=0.23
0.18×142/62=0.412
S
[S]+O2=SO2
0.012×1/3=0.004
0.004×32/32=0.004
0.004×64/32=0.008
S
[S]+（CaO）=（CaS）+[O]
0.012×2/3=0.008
0.008×（-16）/32=-0.004
0.008×72/32=0.018
Fe
[Fe]+
升级会员 