王超0017课程设计说明书.docx

资源描述

王超0017课程设计说明书.docx

《王超0017课程设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《王超0017课程设计说明书.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

王超0017课程设计说明书.docx

王超0017课程设计说明书

课程设计

说明书

班级：

冶金工程1101班

姓名：

王超

学号：

20110017

指导教师：

钟良才郑海燕

2014年12月

设计任务书

设计题目：

800万吨良坯转炉综合计算与转炉设计

设计条件：

1）年产量：

800万吨

2）工作方式：

3吹3

3）铁水条件：

[Si]0.43%；

[P]0.065%；

[C]4.5%；

[Mn]0.44%；

[S]0.008%；

温度1300℃；

设计内容：

1）物料平衡计算；

2）转炉炼钢车间的年产刚水量；

3）转炉炼钢车间的年出钢炉数；

4）转炉平均出钢量；

5）转炉炉型设计计算；

6）底吹供气元件设计；

7）转炉炉衬设计；

800万吨良坯转炉综合计算与转炉设计

摘要

炼钢厂设计的目的是要建设新的生产厂，扩建或改建旧有企业使之更适合国民经济发展的需要，提高产量和质量，改善生产环境。

而扎转炉的设计是炼钢厂设计的重要部分。

本文在设计过程中，首先根据铁水成分和目标钢种的组成等物料和热量条件，进行物料平衡与热平衡计算。

通过物料和热量平衡计算，初步确定设计转炉的操作工艺制度（包括物料加入比例）和合理的设计参数。

然后分别对转炉座数及工程容量、转炉炉型及主要设计参数、转炉炉衬及炉壳、转炉高径比校核等四部分进行设计。

物料平衡与热平衡计算是氧气转炉工艺设计的一项基本内容，是建立在物质与能量守恒的基础上。

其以氧气转炉作为对象，根据装入转炉内参与炼钢过程的全部物料数据和炼钢过程的全部产物数据进行无聊的质量和热量的计算。

转炉用于盛装高温金属液和熔渣，在炼钢过程中，需要向前倾动一定角度，进行兑铁、加废钢、倒渣操作，向炉后倾动可实现出钢操作。

目前转炉已经大型化，转炉设计一般采用顶底复合吹工艺。

设计过程中，根据设定指标确定转炉座数和转炉的公称容量。

而转炉炉型根据目前实践进行选定，主要设计参数包括熔池直径和深度、炉身尺寸、炉帽尺寸、出钢口直径和角度、炉容比和有效体积、底部供气元件尺寸和布置等。

目前转炉炉衬只有工作层和永久层，转炉炉壳紧贴永久层，由钢板成型后焊接成整体。

对转炉座数、公称容量、内部熔池参数、炉衬炉壳等完成设计后，计算转炉炉壳总高度和炉壳外径之比，即转炉高径比，对炉型设计数据校核。

关键词：

碱度物料平衡热平衡氧气转炉公称容量高径比

设计题目I

设计条件I

设计内容I

摘要II

第一章物料平衡计算1

1.1基本数据1

1.2炉渣量及成分2

1.3矿石、烟尘中的铁及氧量5

1.4炉气成分、质量及体积5

1.5总氧气消耗及体积7

1.6钢水质量Wm7

1.7未加废钢时的物料平衡7

第二章热平衡计算8

2.1基本数据8

2.2计算过程8

第三章加废钢和脱氧后的物料平衡11

3.1废钢后的物料平衡12

3.2脱氧和合金化后的物料平衡14

第四章氧气转炉设计16

4.1转炉座数及其公称容量16

4.2转炉炉型及主要参数设计计算17

4.3转炉炉衬及炉壳设计20

4.4转炉高宽比校核21

4.5制图21

第一章物料平衡计算

1.1基本数据

1.1.1铁水的成分及温度

铁水的成分及温度见表1.1。

表1.1铁水的成分及温度

元素

温度

铁水/%

4.500

0.430

0.440

0.065

0.008

1300

1.1.2造渣剂及炉衬成分

造渣剂及炉衬成分见表1.2。

表1.2造渣剂及炉衬成分

成分/%

CaO

SiO2

MgO

Al2O3

Fe2O3

P2O5

CO2

H2O

烧减

石灰/%

91.00

1.50

1.60

1.50

0.50

0.10

0.06

3.64

0.10

矿石/%

1.00

5.61

0.52

1.10

61.80

FeO=29.40

0.07

0.50

铁矾土/%

7.20

28.60

2.01

48.99

11.39

0.06

TiO2=1.69

轻白石/%

50.15

0.46

41.80

0.74

6.85

炉衬/%

1.00

0.92

79.80

0.28

1.60

C=16.4

1.1.3操作实测数据

操作实测数据见表1.3。

表1.3实测数据

名称

参数

名称

参数

终渣碱度

R=2.8

喷溅铁损

为铁水量的0.2%

矿石加入量

为铁水量的1.0%

渣中铁损

为渣量的2.5%

炉衬侵蚀量

为铁水量的0.1%

氧气存度

99.5%O2，0.5%N2

终渣T.Fe含量

取10%计算,其中炉渣中的（%FeO）=1.35（%Fe2O3）

烟尘量

为铁水量的1.5%

炉气中自由氧量

约为炉气体积0.5%

金属中[C]的氧化

C氧化成CO取80%计算，则20%C氧化成CO2

1.2炉渣量及成分

炉渣来自金属料元素氧化和还原的产物，加入的造渣剂以及炉衬侵蚀等。

1.2.1铁水中各元素的氧化量

终点钢水中含碳量取0.1%；进入渣中Si取100%；锰残量取50%；脱磷率取85%；脱S率取10%。

铁水中各元素氧化量见表1.4。

表1.4100kg铁水各元素氧化量

元素/kg

合计

铁水/kg

4.500

0.430

0.440

0.065

0.008

终点钢水/kg

0.100

痕迹

0.220

0.010

0.007

氧化量/kg

4.400

0.430

0.220

0.055

0.001

5.106

其中,氧化成CO的C质量为4.400×80%=3.52kg，氧化成CO2的C质量为4.5×20%=0.88kg。

1.2.2铁水中各元素氧化耗氧量及氧化产物量

铁水中各元素氧化耗氧量及氧化产物量见表1.5。

表1.5铁水中元素的氧化耗氧量及氧化产物量

元素

反应产物

耗氧量/kg

产物量/kg

备注

损铁量/kg

[C]-{CO}

4.693

8.213

进入炉气

[C]-{CO2}

2.347

3.227

进入炉气

[Si]-（SiO2）

0.491

0.921

进入炉渣

[Mn]-（MnO）

0.064

0.284

进入炉渣

[P]-（P2O5）

0.071

0.127

进入炉渣

[Fe]-（FeO）

0.156

0.702

见表1-8

0.546

[Fe-Fe2O3]

0.156

0.520

见表1-8

0.364

[S]→（SO2）

0.000267

0.000533

进入炉气

[S]→（CaS）

-0.000267

0.001200

进入炉渣

合计

7.979

1.2.3造渣剂加入量及其各组元质量

a.矿石，炉衬带入的各组元质量

由矿石，炉衬侵蚀量和其中各组元的成分可计算出各组元的质量，见表6。

炉衬中C的氧化耗氧量为0.1×16.4%×（16×80%/12+32×20%/12）=0.026kg。

炉衬带入的CaO的量为100×0.1%×1.0%=0.001kg，MgO的量为100×0.1%×79.80%=0.0798kg，Al2O3的量为100×0.1%×0.28%=0.00028kg。

其中矿石带入渣中SiO2的量为100×1.0%×5.61%=0.056kg，带入渣中Al2O3的量为100×1.0%×1.10%=0.011kg。

b.轻烧白云石

经试算后轻烧白云石的加入量为1.5kg/100kg铁水。

c.炉渣碱度和石灰加入量

根据铁水的[P]、[S]含量，取终渣碱度R=2.8。

未计石灰带入的SiO2量时，渣中现有的SiO2量为（见表1.5、表1.6）

∑（SiO2）=（SiO2）铁水+（SiO2）炉衬+（SiO2）矿石+（SiO2）轻白+（SiO2）铁矾土

=0.921+0.1×0.0092+1.5×0.0561+0.0046×1.5+0.286×0.4=1.10kg

渣中现有的CaO的量为：

∑（CaO）=（CaO）炉衬+（CaO）矿石+（SiO2）铁矾土+（CaO）轻白

=0.01+0.752+0.001+0.0288-0.001-0.00042=0.79kg

则石灰加入量为：

W石灰=[R×∑（SiO2）-∑（CaO）]/[（%CsO）石灰-R×（%SiO）石灰]

=[2.8×1.10-0.79]/[91.0%-2.8×1.5%]=2.637kg

石灰带入的各组元质量见表1.5、表1.6。

石灰中的S生成的CaS量=2.637×0.06%×72/32=0.00356kg，生成的氧量=2.637×0.06%×16/32=0.00079kg，消耗的CaO量=2.637×0.06%×56/32=0.00277kg。

1.2.4终渣T.%Fe的确定

终渣中T.%Fe与终点碳含量和终渣碱度有关，根据生产数据，终渣T.%Fe取13%，渣中存在着（FeO）和（Fe2O3），按照（%FeO）=1.35（%Fe2O3）和T.%Fe=56×（%FeO）/72+112×（%Fe2O3）/160的关系，求得（FeO）=10.03%和（Fe2O3）=7.43%。

1.2.5终渣量及成分

终渣量及成分列于表1.5、表1.6中。

表中的FeO和Fe2O3质量计算过程如下。

不计（FeO）和（Fe2O3）在内的炉渣质量为

WS=m（CaO）+m（MgO）+m（SiO2）+m（Al2O3）+m（MnO）+m（P2O5）+m（TiO2）+m（CaS）

=3.431+0.766+1.1433+0.262+0.284+0.130+0.007+0.006

=5.777kg

那么,总渣量为WS∑=5.777/（100%-10.03%-7.43%）=6.999kg。

（FeO）的质量=6.999×10.03%=0.702kg，其中铁量为0.702×56/72=0.546kg，（Fe2O3）重量=6.999×7.43%=0.520kg，其中铁量为0.520×112/160=0.364kg。

将FeO和Fe2O3质量记入表1.6中，铁记入表1.5中。

表1.6终渣量及成分

组元

产物量/kg

石灰/kg

矿石/kg

轻白/kg

炉衬/kg

铁矾土/kg

合计/kg

比例/%

CaO

2.40

0.01

0.752

0.0010

0.0288

3.192

45.60

MgO

0.042

0.0052

0.627

0.0798

0.00804

0.762

10.89

SiO2

0.921

0.0396

0.0561

0.007

0.00092

0.1144

1.1393

16.28

Al2O3

0.040

0.0110

0.011

0.00028

0.19596

0.258

3.68

MnO

0.284

4.06

P2O5

0.127

0.003

0.00024

0.129

1.85

TiO2

0.00676

0.007

0.10

CaS

0.004

0.0016

0.00054

0.006

0.08

FeO

0.702

0.294

0.702

10.03

Fe2O3

0.520

0.013

0.618

0.0016

0.04556

0.52

7.43

合计

6.999

100.0

1.3矿石、烟尘中的铁及氧量

假定造渣剂及炉衬中的FeO、Fe2O3全部被还原成铁，则

造渣剂及炉衬带入铁量：

0.294×56/72+（0.015+0.618+0.0016+0.046）×112/160=0.704kg

烟尘带走铁量：

1.50×（75.00%×56/72+20.00%×112/160）=1.085kg

造渣剂及炉衬带入氧量：

0.294×16/72+（0.015+0.618+0.0016+0.046）×48/160=0.269kg

烟尘消耗氧量：

1.50×（75.00%×16/72+20.00%×48/160）=0.340kg

1.4炉气成分、质量及体积

1.4.1当前炉气体积V1

由元素氧化和造渣剂带入的气体质量见表1.7。

表1.7气体来源及质量、体积

来源

铁水/kg

炉衬/kg

轻少白云石/kg

石灰/kg

矿石/kg

铁矾土/kg

合计/kg

体积

8.213

0.031

8.244

6.5952

CO2

3.227

0.012

0.103

0.096

3.437

1.7500

SO2

0.0005333

0.001

0.0002

H2O

0.003

0.005

0.008

0.0095

合计

11.690

8.3548

NOTE：

气体体积=气体质量×22.4/气体分子量

1.4.2当前氧气消耗质量及体积

当前氧气消耗质量见表1.8。

表1.8氧气消耗质量

元素氧化

烟尘铁氧化

炉衬碳氧化

矿石带入氧

石灰硫还原出氧

矿石硫还原出氧

合计

耗氧量/kg

7.979

0.340

0.026

-0.269

-0.000791

-0.00035

8.075

则当前氧气消耗的体积VO2=8.075×22.4/32=5.652m3。

1.4.3炉气总体积

炉气总体积为:

Vg=元素氧化生成的体积+水蒸气的体积+炉气中自由氧的体积+炉气中氮气体积

即Vg=V1+{O2}炉气×Vg+[VO2+{O2}炉气×Vg]×{N2}氧气/{O2}氧气

式中{O2}炉气-炉气中自由氧含量，0.5%；

{N2}氧气-氧气中氮气成分；

{O2}氧气-氧气中氧气成分。

整理得：

Vg=

=[8.3548+5.652×0.5%/99.5%]/[1-0.5%-0.5%×0.5%/99.5%]

=8.426m3

1.4.4炉气中自由氧体积及质量

Vf=0.5%×8.426=0.042m3，Wf=32×0.042/22.4=0.060kg

1.4.5炉气中氮气体积及质量

VN2=（5.652+0.042）×0.5%/99.5%=0.029m3

WN2=28×0.029/22.4=0.036kg

炉气中各组元成分的质量和体积见表1.9。

表1.9炉气组元的质量和体积

炉气组元

CO2

SO2

H2O

合计

质量/kg

8.244

3.437

0.001

0.060

0.036

0.008

11.785

体积/m3

6.595

1.750

0.00019

0.042

0.029

0.0095

8.426

体积百分数/%

78.28

20.77

0.500

0.340

0.113

100.0

1.5总氧气消耗及体积

WO2∑=8.075+0.060+0.036=8.171kg

VO2∑=5.652++0.042+0.029=5.723m3

1.6钢水质量Wm

在吹炼中铁水的各项损失见表1.10。

表1.10在吹炼中铁水的各项损失

吹损

元素氧化

烟尘铁损

渣中铁珠

喷溅铁损

矿石带入铁

合计

质量/kg

6.016

1.08500

0.140

0.200

-0.704

6.737

则钢水水质量Wm为：

Wm=100.00-6.737=93.263kg

钢水收得率为93.263%。

1.7未加废钢时的物料平衡

综上，未加废钢时的物料平衡见表1.11。

表1.11未加废钢时的物料平衡表

收入

支出

项目

质量/kg

比例/%

项目

质量/kg

比例/%

铁水

100.000

87.867

钢水

93.263

81.890

石灰

2.637

2.317

炉渣

6.999

6.146

轻烧白云石

1.500

1.318

炉气

11.785

10.348

炉衬

0.100

0.088

喷溅

0.200

0.176

氧气

8.171

7.180

烟尘

1.500

1.317

矿石

1.000

0.879

渣中铁珠

0.140

0.123

铁矾土

0.400

0.351

合计

113.808

100.000

合计

113.887

100.000

计算误差=（114.164-114.085）/114.164×100%=0.070%

第二章热平衡计算

2.1基本数据

2.1.1物料平均热容及其熔化潜热

物料平均比热容及熔化潜热，见表2.1

表2.1物料平均比热容及熔化潜热

物料名称

生铁

钢

炉渣

矿石

烟尘

炉气

固态平均热容

0.7450

0.6690

1.0450

1.0470

0.9960

熔化潜热

218.0000

272.0000

209.0000

液态或气态平均热容

0.8370

1.2480

1.1370

2.1.2入炉物料及产物温度

表2.2入炉物料及产物温度

入炉物料

产物

名称

铁水

废钢

其他物料

炉渣

炉气

烟尘

温度/°C

1300.000

1651.928

1450

2.2计算过程

2.2.1热收入

2.2.1.1铁水物理热

已知纯铁的熔点为1536℃。

查相关数据，得：

铁水熔点Tt=1536-（4.5×100+0.43×8+0.44×5+0.065×30+25×0.008）-6

=1072.210℃

铁水物理Qhm=100×[0.745×（1072.210-25）+218.00+0.837×（1300-1072.210）]

=118883.168kJ

2.2.1.2元素氧化热及成渣热

由铁水中元素氧化量和反应热效应可以算出，其结果列于表2.3。

表2.3元素氧化热和成渣热（kJ）

反应

氧化热或成渣热

反应

氧化热或成渣热

C→CO

40969.28

Fe→Fe2O3

2351.104341

C→CO2

30653.92

P→P2O5

1048.645

Si→SiO2

12556.86

P2O5→4CaO·P2O5

617.5167742

Mn→MnO

1450.68

SiO2→2CaO·SiO2

1492.714286

Fe→FeO

2320.168758

合计

93460.88916

2.2.1.3烟尘氧化热

Qc=1.5×（75%×56/72×4250+20%×112/160×6460）=5075.35kJ

2.2.1.4炉衬中碳的氧化热

Ql=0.1×（16.4%×0.8×11639+0.164×0.2×34834）=266.9592kJ

故热收入总值为：

Qin=Qhm+Qy+Qc+Ql

=118883.168+93460.88916+5075.35+266.9592=217686.366kJ

2.2.2热支出

2.2.2.1钢水物理热

钢水熔点：

Tm=1536-（0.1×65+0.22×5+0.010×30+0.007×25）-6

=1521.928℃

出钢温度：

Tc=1521.928+15+50+21+30+20+25=1641.928℃

则钢水物理热：

Qm=93.263×[0.699×（1521.928-25）+272+0.837×（1641.928-1521.928）]

=132320.366kJ

2.2.2.2炉渣物理热

炉渣温度Ts=1641.928+10=1651.928℃，炉渣熔化性温度一般为1300-1400℃，取1350℃计算，则

Qs=6.999×[1.248×（1651.928-1350）+209+1.045（1350-25）]

=13791.045kJ

2.2.2.3炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热

炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热，详见表2.4。

表2.4炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热

项目

参数

炉气物理热

19095.159

尘埃物理热

2442.450

渣中铁珠物理热

198.603

喷溅金属物理热

283.758

合计

22019.970

2.2.2.4轻烧白云石分解热

由白云石分解反应：

CaCO3.MgCO3=MgO+CaO+2CO2

和轻烧白云石烧减量6.85%，可计算出与分解出来和烧碱量相对应的CaO和MgO含量。

WCaO=6.85%×MCaO/MCaCO3=6.85%×56/88=4.36%

WMgO=6.85%×MMgO/MMgCO3=6.85%×40/88=3.11%

由轻烧白云石分解热Qb为：

Qb=1.5×（0.0436×3019+0.0311×2951）=335.11kJ

2.2.2.5矿石分解吸热

Qk=1×[0.294×56/72×4250+0.6180×112/160×6460]=3766.43kJ

2.2.2.6热损失

吹炼过程中转炉热辐射，对流，传导传热以及冷水等带走的热量与炉容量大小，操作等因素有关，一般约占总热收入的3%-8%。

本计算取6%，则得：

Qq=6%×Qin=6%×217686.366=13061.18198kJ

结果得：

Qout=132320

展开阅读全文