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天钢钢包水口堵塞事故实例及解决办法
天钢钢包水口堵塞事故实例及解决办法天钢钢包水口堵塞事故实例及解决办法王宝明杜平天津钢铁集团有限公司炼钢厂，天津300301摘要通过对实际生产中钢包水口堵塞事故实例的取样分析，找出了其的产生原因。结果表明，钢包水口堵塞的原因除了提高钢水的可浇性以外，操作工的工作质量也是主因之一。其主要影响为热换钢包水口时防止异物残留和进入，同时在浇钢过程中控制好滑板的开启度。关键词钢包水口堵塞引流砂烧氧1前言钢包采用滑动水口浇钢，正常情况下要求滑板水口打开后，钢包内的钢水能从上水口、上滑板流钢孔、下滑板流钢孑L、下水口自动流出，经长水口流人中间包。如果滑板打开后，钢水不能自动流出，则必须马上采取水口烧氧的办法，将堵塞堆积在水口内的引流砂烧开，保证钢水在一定时间内从钢包水口内流出。同时，经钢包水口流出的钢水流量必须满足该连铸机的设计要求，否则，一旦发生钢包水口堵塞事故，就会造成连铸非正常停浇，影响正常的生产秩序。天钢炼钢厂在实际生产中，经常发生因钢包水口烧氧也不下流，或钢包开浇后钢水流量小等原因造成的连铸断浇的生产事故，严重地影响了正常的生产秩序。因此，我们对此类事故进行了跟踪调查，找出了此类事故的原因并采取了相应的措施，杜绝了此类事故的发生。现将天钢发生的此类各种事故通过水口中的钢流形状图片进行分类分析，并提出改进及处理措施。2生产工艺简介及主要品种120T顶底复吹转炉一120TLF精炼炉一连铸机。常炼的钢种为高、中、低碳钢及各类铝镇静钢。3钢包水口正常浇铸的情况天钢120T钢包滑动水口直径为60MM，正常浇铸情况下，水口中残留钢液柱断面见图1。其浇铸过程滑板控流自如，钢包水口下流正常，水口中残钢为规则圆形的残留钢柱，断面磨光后，没有任何杂物。图1正常水口中残钢柱断面图4钢包水口堵塞事故分类4．1钢包水口中加错料现象水口经过烧氧处理后钢水仍不成流，连铸断浇。造成的原因引流砂灌料工将相似的物料当引流砂加入，导致水口不下流，烧氧处理无效。实例操作工将补包底料当引流砂加入。见图2。图2水口中残钢柱断面图水口中钢水柱断面实物，钢水流直径不到40MM，周围有异物。异物取样分析成分如表1。表1成分MGOCFEOSIO2AL203NNO％67．O6．91．63．55．90．45为补包底料成分，从现场操作工使用的物料判断为将补钢包底料误当作引流沙使用。4．2钢包水口中掉入残渣现象水口经过烧氧处理后钢水仍不成流，连铸断浇。造成的原因水口处理后在立包或调运摆包过程中，有钢包残渣重新掉入水口，导致钢水下流不畅。实例见图3。钢包水口钢水柱断面实物中混有异物，取样分后，成分如表2，由成分判断为钢渣成分。2010年第4期天舜4图3水口中残钢柱断面图表2成分A1203CAOFEOSIO2MSOMNOS％2O．O48．63．615．O5．90．53．104．3钢包水口中有处理后的残物现象水口烧不开眼，未见钢水流，连铸断浇。造成的原因水口在处理过程中的残留物；或吹烧水口的液态残渣没有吹净，在立包时再次流入水口中，凝固在水口底部。实例如图4。图4水口中残渣图滑板水口整个水口的底部中有热换清理水口的液态残渣回流的凝固物，取样分析后成分如表3，为我厂钢渣成分。表3％14．045．62．527．04．90．82．34．4大包水口开浇后钢水流小于中间包浇注量钢包流追不上中间包液面现象因钢包水口结瘤，导致单位时间面内水口过钢量减少，直至钢水流小于中间包水口过钢量，造成连铸断浇。造成的原因主要发生在含铝钢中。因钢水因处理不当，造成钢水流动性差，并在大包水口中结瘤，堵塞钢包水口，造成钢流变小。实例如图5。图5水口中残钢柱断面图钢包水口残留钢液柱的四周有明显的夹杂结瘤物。电镜分析后，成分见表4。经分析后为钢水中以AL2O，为基体聚集起来的夹杂物造成的钢包水口结瘤。此类为常见事故，具体原因，各类资料常有分析。4．5滑板未打开进行烧氧操作现象钢水不下流，操作工以为滑板已打开，强行烧氧。造成的原因滑板在关闭位，而操作工以为已打开，强行烧氧。实例见图6。图6滑板事故图图6为未烧穿的上下滑板，上滑板已经烧出深度10MM以上的圆坑图5圆圈内。此情况下，如果将上滑板烧穿，则会出现滑板失控穿钢的恶性事故。由以上事故分类看出，造成钢包水口堵塞事故的主要原因为钢包水口中混有异物及钢水中夹杂物聚集析出造成，同时，钢包滑板开启是否到位也会造成水口堵塞。5改进的措施5．1加强现场管理严格现场各类物料管理，尤其是引流砂的存放管天钢钢包水口堵塞事故实例及解决办法理，避免混料。在保证引流沙质量的前提下，提高引流砂灌砂工的工作质量，保证钢包水口的自开。5．2提高操作工的责任心严格执行钢包水口热更换操作规程，更换钢包水口时，一定要清理干净，同时在灌引流砂前做好检查，发现钢包水口中有异物，一定要清理干净。5．3提高钢水可浇性从炼钢工序人手，严格执行相关工艺制度，提高钢水可浇性，改善钢水质量。尤其含铝钢，针对AL2O，夹杂的特性，严格执行钙处理工艺及相应的精炼处理工艺，采用铝脱氧操作前移手段，以有利于脱氧产物AL夹杂物有充分的时间排除，杜绝水口结瘤现象。5．4提高钢包浇钢工的操作水平钢包浇钢工在开浇时，要做好观察钢包开浇时滑动水口的工作状态，同时，提高处理钢水不自动下流时的烧氧水平，以免在烧氧时，造成对滑板的损害，导致其它事故的发生。6结束语通过以上措施的实施，天钢此类事故由过去的每月3次左右，减少到目前的0次。已杜绝了钢包水口非正常堵塞情况的发生，为提高连铸连浇炉数、增加产量、降低成本及稳定生产秩序创造了条件。收稿2010～O6L7责编赵实鸣作者简介王宝明，1987年毕业于北京钢铁学院冶金系，高级工程师，现任天津钢铁集团有限公司炼钢厂厂长助理长。上接第6页14OO12OO赠噻1OOO．▲▲’．．．H●●●■L920ZL2223焦批重批图122炉焦炭批重与风温的关系6_3风温与喷煤比的关系从数据研究得出，随着风温的提高，喷煤比上升。说明只要高炉风温提高，就可以实现大喷煤。因此，只要选择好焦炭批重，就可以实现提高风温、提高喷煤比。所以，保证高炉顺行的关键是选择好焦炭批重。6．4炉料结构的稳定在生产实践中，为了稳定高炉生产，我厂采取各种稳定措施来保障高炉顺行。根据不同的炉容采取不同的炉料结构。从入炉焦炭结构上，稳定各家焦炭在两座高炉上的配比。从喷吹煤的配比上稳定无烟煤和烟煤的配比，稳定煤粉粒度。从炉料结构上，稳定烧结矿、块矿和球团矿的配比。从烧结矿的生产上，稳定各种含铁粉矿的配比，并在稳定烧结矿的成分、强度和冶金性能上下功夫，实现了高炉炉渣成分的稳定，确保炉渣的碱度、熔点、黏度符合高炉生产的要求。7结论7．1外购焦炭的水分波动对高炉的稳定顺行影响很大，因此，应尽量减少人炉焦炭水分、稳定高炉的热平衡。7．2高炉容积越大，对焦炭的质量要求越高。在全部采购外购焦的条件下，必须根据焦炭质量的高低，对应供给不同炉容的高炉，以便充分发挥焦炭质量与高炉炉容的匹配优势，力争做到优质焦炭供给大高炉，稍差的焦炭供给小高炉。73焦炭批重的选择是搞好高炉操作的关键。只有选择合适的焦炭批重，才能使高炉实现高产量、低焦比、大喷煤、高风温的增产节能降耗目标。7．4在全外购焦的条件下，入炉品位的提高是高炉稳定顺行的重要因素之一。收稿责编赵实鸣参考文献【1】周传典．高炉炼铁生产技术手册【M．北京冶金工业出版社，20O2．2潘立慧、魏松波．干熄焦技术M．北京冶金工业出版社，2005．作者简介黎钢，男，1982年7月毕业于东北大学原东北工学院钢铁冶金系炼铁专业，高级工程师，现任天津钢铁集团有限公司炼铁厂总工程师。
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3秒自动关闭窗口西安建筑科技大学华清学院 本科毕业设计（论文）任务书题目：年产350万吨连铸坯的转炉炼钢车间工 艺设计院（系）： 专 业：冶金工程学生姓名： 学 号：指导教师（签名）： 主管院长（主任） （签名）： 时 间： 2013 年 2月 25 日1 一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数） 设计题目：年产350万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计 钢种： 规格： 普碳钢、低合金钢、优质碳素结构钢等 方坯 板坯包括转炉容量和座数的选择确定；转炉炉型设计；氧枪设计；炉外处理、 连铸机以及除尘系统的设计与选择；炼钢过程物料平衡和热量平衡计算；转 炉车间生产工艺设计和布置；车间主要设备选择和车间平面设计以及总图运 输方案的确定。 进行毕业实习，收集有关资料；编制设计说明书一份，完成专题部分， 翻译冶金专业相关外文文献一篇，绘制转炉炉型图、车间平面图和剖面图各 一张，使学生能够理论联系实际，掌握转炉炼钢车间设计的基本原理，为今 后从事相关的技术工作奠定基础。二、毕业设计（论文）题目应完成的工作（含图纸数量） 1. 根据设计题目完成毕业实习并收集有关资料，进行技术准备； 2. 炼钢厂车间总体设计； 3. 转炉炉型设计； 4. 物料平衡与热平衡计算； 5. 生产工艺设计； 6. 车间工艺布置； 7. 车间主要设备选择； 8. 生产组织与人员编制； 9. 主要技术经济指标； 10. 绘制设计图纸三张（其中至少手绘一张） ：转炉炉型图、车间平面图、 剖面图各一张； 11. 翻译与冶金工程专业有关的外文文献一篇（不少于4000字） ； 12. 完成专题：炼钢节能技术思路与对策（不少于5000字） ； 13. 完成设计说明书一本。2 三、毕业设计（论文）进程的安排 序号 1 2 3 4 5 6 7 设计（论文）各阶段任务 毕业实习、收集资料 设计相关计算 炉型、工艺、主设备设计和选择 车间布置 制图与翻译 编制设计说明书 准备答辩 日 期 备 注-3.22 3.23－4.3 4.4－5.8 5.9－5.15 5.16－5.29 5.30－6.7 6.8－6.12四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务） [1]《钢铁生产工艺概述》 西安建筑科技大学 [2]《钢铁冶金学》 （炼钢部分） 陈家祥编 冶金工业出版社 [3]《炼钢工艺学》 高泽平编 冶金工业出版社 [4]《钢铁厂设计原理》 （下册） 李传薪编 冶金工业出版社 [5]《普通冶金》 西安建筑科技大学 [6]《炼钢设计原理》 冯聚和编 化学工业出版社 [7]《毕业设计参考资料》 钢铁冶金专业 西安建筑科技大学 [8]《金属提取冶金学》 王成刚，王齐铭主编 西安地图出版社 [9]《现代转炉炼钢》 戴云阁等编 东北大学出版社95 00 1998[10] 与专题有关的最新文献(2003年以后的文献，不少于10篇且至少有2篇外 文文献) 五、审核批准意见教研室主任签（章）3 年产 350 万吨全连铸坯的转炉炼钢车间设计专 业：冶金工程 姓 名： 指导老师：设计总说明当前的炼钢工艺中， 较为普遍的是以高炉铁水为原料的转炉炼钢工艺和以预 还原球团矿或高质量的工业废钢为原料的电弧（炉）工艺。本设计为具有代表 性的氧气顶底复吹工艺，预计年生产能力为 350 万吨良坯钢。车间设有公称容 量为 150 吨的转炉两座，LF 精炼炉 2 座、板坯连铸机 1 台和方坯连铸机 1 台。 转炉的冶炼周期 38 分钟，吹氧时间 16 分钟。 根据国内外转炉炼钢技术的发展趋势， 结合设计任务书中普碳钢和普碳钢的 品种需要，选择了 LF 炉外精炼设备，进行全连铸生产。最终确定如下的的工艺 流程：铁水预处理→转炉炼钢→LF 精炼→连铸。 本次设计在对转炉物料平衡和热平衡计算的基础上， 对炼钢车间的主要设备 参数进行了设计、选型，完成了主体设备选择、炼钢工艺设计、主厂房工艺布 置和设备布置。编制说明书一份，绘制转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一 张，并完成题目为炼钢节能技术思路与对策的专题。 关键词：炼钢，顶底复吹，工艺流程，精炼，连铸，4 Design DescriptionAt present, there are two main steel-making processes: converter steelmaking process with blast furnace hot metal and steel scrap as the raw materials and the arc (furnace) process with pre-reduction pellets or high-quality industrial steel scrap as raw materials. In this paper, the representative process combined-blowing oxygen converter process with a scale of 3.7× 6 continuous casting billet annual is 10 designed.. In the workshop, main equipments including 2× 150t converters and its auxiliary equipments with 2 LF refining furnaces, 2 sets of slab continuous casting machines and a set of billet continuous casting machine are designed. The Smelting period is set for 38 minuter in which the actual oxygen blowing time is only 16 minutes. Depending on the development trend of steel-making process and the quality requirement of carbon steel and pressure vessel steel, LF refining is selected to fulfill continuous casting. Finally,the following process flow is choosed: Pretreatment→Converter→LF→CC. On the base of the material and heat equilibrim calculation,the size of steel-making plant workshop span and device assign, personnel placement is made .A project instruction is redacted ,furnace size graphic, a ground plane and a sectional view of the workshop are also submitted. And finally, the monograph which is about non-metallic inclusions in steel and its damagement is also finished. Key words:steel making, combined-blown, process, refining, continuous casting5 目录1 绪论 ................................................. 1 1.1 转炉冶炼原理简介 ............................... 1 1.2 氧气转炉炼钢的特点 ............................. 2 1.3 设计原则和指导思想 .............................. 2 1.4 产品方案 ....................................... 3 2 氧气转炉炼钢车间 ..................................... 5 2.1 初始条件 ....................................... 5 2.2 公称容量选择 ................................... 5 2.3 转炉座数的确定 ................................ 5 2.4 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量。 ........ 6 2.5 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 ......... 6 3 转炉物料平衡和热平衡计算 ............................. 8 3.1 氧气顶底复吹转炉的物料平衡和热平衡 ............. 8 3.2 热平衡计算 ..................................... 20 3.2.1 热平衡计算所需数据 ....................... 20 3.2.2 计算步骤 ................................. 21 4 氧气转炉及相关设备设计 .............................. 25 4.1 炉型设计 ...................................... 25 4.1.1 炉型选择 ................................. 25 4.1.2 主要参数的确定 ........................... 25 4.2 炉衬设计 ..................................... 27 4.3 炉底供气构件的设计 ........................... 28 4.4 转炉炉体金属构件设计 ......................... 28 4.5 倾动机构 ...................................... 29 4.6 氧枪喷头设计 .................................. 29 4.6.1 喷头设计 ................................. 29 4.6.2 氧枪枪身设计 ............................. 31 4.6.3 氧枪升降和更换机构 ....................... 34 4.6.4 副枪设计 ................................. 34 4.6.5 副枪的功能和要求 ......................... 35 4.7 底部供气元件设计 .............................. 36 4.7.1 底气种类 ................................. 36 4.7.2 供气构件的选择 ........................... 366 4.7.3 喷嘴数量及布置 ........................... 5 转炉车间烟气净化和回收 .............................. 5.1 烟气量的计算 .................................. 5.2 烟气净化系统类型的选择 ....................... 5.3 烟气净化系统主要设备的选择 ................... 5.4 含尘污水处理 ................................. 6 转炉炼钢的生产制度 .................................. 6.1 主要原材料的技术要求 ........................... 6.1.1 金属料 ................................... 6.1.2 造渣材料 ................................. 6.1.3 氧化剂 ................................... 6.2 装料制度 ....................................... 6.3 供氧制度 ....................................... 6.3.1 供氧制度主要工艺参数 ..................... 6.3.2 氧枪操作 ................................. 6.4 造渣制度 ....................................... 6.4.1 采用单双渣操作 ........................... 6.4.2 各种渣料用量计算及加 ..................... 6.4.3 炉渣调整 ................................. 6.5 温度制度 ...................................... 6.6 终点控制与出钢 ................................ 6.7 脱氧合金化 .................................... 6.7.1 脱氧合金化操作 ........................... 6.7.2 影响合金元素吸收率的因素 ................. 6.8 精炼与连铸 .................................... 7 连铸车间的设计 ...................................... 7.1 连铸机机型的选择 .............................. 7.2 连铸机的主要工艺参数 .......................... 7.2.1 钢包允许的最大浇注时间 ................... 7.2.2 铸坯断面 ................................. 7.2.3 拉坯速度 ................................. 7.2.4 连铸机的流数 ............................. 7.2.5 铸坯的液相深度和冶金长度 ................. 7.2.6 弧形半径 ................................. 7.3 连铸机生产能力的确定 ......................... 7.3.1 理论小时产量 .............................36 37 37 38 39 40 41 41 41 42 43 44 45 45 45 46 47 47 48 49 50 51 51 52 52 54 54 54 54 54 54 56 56 56 57 577 7.3.2 连铸机的平均年产量 ....................... 7.3.3 连铸机台数的确定 ......................... 7.4 结晶器的设计 ................................. 7.4.1 结晶器的长度 ............................. 7.4.2 结晶器断面尺寸 ........................... 7.4.3 结晶器铜壁厚度 ........................... 7.4.4 结晶器锥度 ............................... 7.4.5 结晶器拉坯阻力 ........................... 7.5 二次冷却装置 .................................. 7.6 拉坯矫直装置及引锭装置 ........................ 7.7 钢包 .......................................... 7.8 中间包 ........................................ 8 炼钢车间其它设备的选择与计算 ........................ 8.1 渣罐车 ......................................... 8.1.1 渣罐车型号的选取 ......................... 8.1.2 渣罐车数量的确定 ......................... 8.2 混铁车 ........................................ 8.3 铁水罐 ........................................ 8.4 废钢供应系统 .................................. 8.4.1 转炉车间昼夜所需废钢量 ................... 8.4.2 废钢贮仓容积或堆放场地所需面积计算 ....... 8.4.3 废钢料斗容量及数量 ....................... 8.5 散装材料供应系统 .............................. 8.5.1 地面料仓容积和数量的确定 ................. 8.5.2 上料方式的选择 .......................... 8.5.3 高位料仓容积和数量的确定 ................ 8.6 钢包的其他工艺参数 ............................ 8.7 起重机的选用 ................................... 9 转炉车间的组成、类型和主厂房尺寸 .................... 9.1 车间组成 ...................................... 9.2 主厂房主要尺寸的确定 ........................... 9.2.1 加料跨 ................................... 9.2.2 炉子跨 ................................... 9.2.3 浇铸跨 ................................... 10 炼钢车间人员编制 ................................... 11 炼钢车间经济指标 ................................... 参考文献 .............................................. 致 谢 ................................................57 57 58 58 58 58 58 59 59 59 60 62 63 63 63 63 63 64 64 64 64 65 65 65 66 66 67 68 69 69 69 69 71 75 78 82 83 848 1 绪 论1.1 转炉冶炼原理简介[1]转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过 程中放出大量的热量 （含 1%的硅可使生铁的温度升高 200 摄氏度） ，可使炉内 达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。氧气转炉生产的主要 原材料是铁水，大多数情况下铁水由高炉攻击，而高炉的原材料是铁矿石；转 炉生产出来的产品是钢坯（或钢锭） ，他们还不是最终成品，而必须经由轧钢机 轧制成各种类型和规格的钢板、型钢和钢管等最终产品，提供给市场。因此， 氧气转炉不可能独立存在，它必须前有炼铁，后有轧钢，共同组成一个钢铁生 产的联合体。我们称这样的生产模式为钢铁联合企业。 从化学成分来看，刚和生铁都是铁碳合金，并还有 Si、Mn、S、P 等元素， 由于 C 和其他元素的含量不同，所形成的组织不同，因而性能也不一样。根据 Fe——C 相图，C 含量在 0.%之间的铁碳合金为钢，它的熔点在 ℃ 。C 含量在 2.11%以上的铁碳合金称为生铁，熔点在 ℃ 。 C 含量在 0.0218%一下的铁碳合金称为工业纯铁。在钢中碳元素和铁元素形成 Fe3C 固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。 钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加 工，其用途十分广泛。 若以生铁为原料炼钢，需氧化脱碳:钢种 P、S 含量过高分别会造成钢的“冷 脆”性和“热脆”性，炼钢过程应脱出 P、S；钢中氧含量超过限度会加剧钢的“热 脆”性，并形成大量氧化物夹杂，因而要脱出氧；钢种含有 H、N 分别造成钢的 氢脆和时效性，应该降低钢中的有害气体含量；夹杂物的存在会破坏钢基体的 连续性，从而降低钢的力学性能，也应该去除：炼钢过程应提高温度达到出钢 要求，同时还要加入一定种类和数量的合金，使钢的成分达到所炼钢种的规格。 综上所述，炼钢的基本任务包括：脱碳、脱氧、脱硫、脱磷；去除有害气 体和夹杂，提高温度；调节成分。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、 升温等手段完成炼钢基本任务。氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、 脱硫、脱磷以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作原则则 是控制供氧、造渣、温度，以及加入合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇 成合格钢坯或钢锭。1 1.2 氧气转炉炼钢的特点与平炉、电炉炼钢法相比，氧气转炉炼钢具有生产率高、刚中气体含量 低、钢的质量好等特点。氧气转炉炉内反应速度快，冶炼时间短，具有很高的 生产效率。随着转炉容量的增大，生产率进一步提高。 氧气转炉钢具有以下特点： （1）钢中气体含量少 （2）由于炼钢主要原材料为铁水，废钢用量所占比例不大，因此 Ni、Cr、 Mo、Cu、Sn 等残余元素含量低，由于钢中气体和夹杂少，具有良好的抗时效 能力、能加工变形性能和焊接性能，钢材内部缺陷少。不足之处是强度偏低， 淬火性能稍次与平炉和电炉钢。此外，氧气转炉钢的机械性能及其他方面性能 也是良好的。 （3）原材料消耗少，热效率高，成本低。氧气转炉的金属消耗率一般为 kg/t，比平炉稍高些。耐火材料消耗仅为平炉的 15~30%,一般为 2~5kg/t。由于氧气转炉是利用炉料本身的化学热和物理热，热效率高，不需外 加热源。因此燃料和动力消耗方面比平炉和电炉均低。氧气转炉的高效率和低 消耗，使钢的成本较低。 （4）原料适应性强。氧气转炉对原料的适应性强，不仅能吹炼平炉生铁， 而且能吹炼 P（0.5~1.5%）和高 P（&1.5%）生铁，还可以吹炼钒、钛等特殊成 分的生铁。 （5）基建投资少，建设速度快。氧气转炉设备简单，重量轻，所占的厂商 面积和所需要的重型设备的数量比平炉车间少，因此投资比相同产量的平炉低 30~40%。而且生产规模越大，基建投资就越省。氧气转炉车间的建设比平炉车 间快得多。氧气转炉炼钢生产比较均衡，有利于与连铸机配合。还有利于开展 综合利用，如煤气回收及实现生产过程的自动化。 近年来由于氧气转炉炼钢与炉外精炼技术相结合，所炼钢种进一步扩大， 目前能生产的钢种近 300 个。1.3 设计原则和指导思想对设计的总要求是技术先进，工艺上可行;经济上合理。所以，设计应遵循 的原则和指导思想是： 1）遵守国家的法律、法规，执行行业设计有关标准、规范和规定，严格把关， 精心设计; 2）设计中对主要工艺流程进行多方案比较，以确定最佳方案;2 3）设计中应充分采用各项国内外成熟的新技术，因某种原因暂时不上的新技术 要预留充分的可能性。所采用的新工艺、新设备、新材料必须遵循经过工业性 试验或通过技术鉴定的原则; 4） 要按照国家有关劳动安全、 工业卫生及消防的标准及行业设计规定进行设计; 5）在学习、总结国内外有关厂家的生产经验的基础上，移植适用可行的先进技 术; 6）设计中应充分考虑节约能源、节约用地，实行资源的综合利用，改善劳动条 件以及保护生态环境。1.4 产品方案一、冶炼的钢种、代表钢号及其化学成份 本设计冶炼的钢种、代表钢号及其化学成分见表2-1所示。 表1-1 冶炼的钢种，代表钢号及其化学成分 钢 种 普 钢 钢号 Q235 化学成分（%） C 0.14-0.2 2 0.28-0.3 8 0.12-0.2 3 0.17-0.2 3 Si 0.12-0.3 0 0.15-0.3 5 0.20-0.6 0 0.40-0.7 0 3.80-4.4 0 2.8-3.20 Mn 0.35-0.5 5 0.5-0.8 1.2-1.6 P ≤0.045 ≤0.045 ≤0.0050 S ≤0.05 ≤0.05 ≤0.05 Cu ≤0. 30 ≤0. 30 ≤0. 30 ≤0. 30 Al — — —钢 Q275 低 合 合 金 钢 16Mn 20Mn Si 热轧 硅 钢 硅钢 冷轧 硅钢1.3-1.6≤0.045≤0.045— 0.0≤0.080.20 0.05-0.0 8≤0.20 0.015-0.02 5≤0.20 0.05-0.02 5—5-0 .12 0.0 2≤0.07—二、产品方案3 本设计产品方案见表2-2所示 钢种 普碳钢 低合金钢 代表型号 Q235A Q345 年产钢 所占比 量 例 200 万吨 57% 150 万吨 43% 表 1-2 产 品 铸坯断面 长× 宽 180× 700mm 150× 150mm 方 案 定长尺寸 9000mm 9000mm 成品形 式 钢板 钢板4 2 氧气转炉炼钢车间2.1 初始条件拟建年产量为 350 万吨连铸坯的氧气转炉炼钢车间，相关技术参数如下： 1）年产量：方坯 150 万吨，板坯 200 万吨； 2）产品方案：普碳钢、低碳钢；2.2 公称容量选择[2]1)选取时炉子容量应和国家标准浇注起重机的起重能力相适应。即吊车的 起重能力必须大于转炉最大出钢量和钢包(有衬)的重量之和， 并应有一定的富余 能力。参见表2-1所示确定转炉的公称容量为150t。 表2-1与转炉配套的钢包容量和浇注起重机的配合 项目 转炉公 称容量 最大出 钢量 钢包容 量 单位 t t t 100 120 120 120 150 150 150 180 180 数值 220 220 220 250 275 275 180 320 3202.3 转炉座数的确定为了减少车间内的设备互相干扰，终有固数目的炉子在吹炼，以发挥生产 潜力。炉于座数不宜太多，但必须保持年间内始本设计是使用顶底复吹转炉冶 炼，合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况，选用&二吹二&的方案，这样同时也 可以提高转炉的利用效率，减少资金的投入。5 2.4 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量。根据表 2－2 选取每炉钢的平均冶炼周期取 37min，平均供氧时间为 18min。 表 2－2 转炉冶炼周期和吹氧时间推荐值 转炉公称吨位/t ＜30 冶炼周期/min 吹氧时间/min 年出钢炉数=2× 28～32 12～16 30～100 32～38 14～18 ＞100 38～45 16～20 备 注结合供氧强度、铁水成分和 所炼钢种等具体条件确定年炼钢时间 炼一炉钢的平均冶炼时 间=2×年日历时间 转炉作业率 ? 炼一炉钢的平均冶炼时 间1440 ? 365 ? 94.5% =26142（炉) 38? 2?转炉作业率：取? =94.5%2.5 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量每炉钢的平均冶炼周期取 38min。年需合格钢水量 ? 年需良坯量 良坯收得率 ? 炉外精炼回收率炉外精炼收得率：取 99%； 连铸收得率：取 98%； 代入数据得： 年需合格钢水量 ?350 ? 360 .75万吨 ； 98% ? 99%6 平均炉产钢水量 ?年需钢水量 年出钢炉数3607500 ? 138t 。 26142代入数据得： 平均炉产钢水量 ?按标准系列确定炉子的容量 故取公称容量为：150 吨。 核算车间年产量 本设计中选定 150 吨转炉两座，按照二吹二生产方式。 车间年产量=150× 26142× 98%× 99%=380.44 万吨﹥350 万吨， 故设计选取合格。7 3 转炉物料平衡和热平衡计算炼钢过程的物料平衡与热平能量衡计算是建立在物质和能量的基础上 的。其主要目的是比较这个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项，为改进 操作工艺制度、确定合理的设计参数和提高炼钢经济技术指标提供定量依据。 由于炼钢是一个复杂的高温物理化学过程加上测试手段有限，现在还难以做到 精确测量。 本章主要对转炉的物料平衡和热平衡加以计算以确定其具体参数并加以设 计。3.1 氧气顶底复吹转炉的物料平衡和热平衡 3.1.1 物料平衡计算3.1.1.1 计算原始数据 基本数据有：冶炼钢种及其成分铁水和废钢成分、终点钢水成分（表 3-1）；造 渣用熔剂及炉衬等的原材料的成分（表 3-2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及 其回收率（表 3-3）；其它工艺参数（表 3-4）。 表 3-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分含量/% 类别 钢种 Q235A 设定值 铁水设定值 废钢设定值 终点钢水设定值 C Si Mn P S0.20 4.10 0.18 0.100.27 0.80 0.25 痕迹0.52 0.60 0.55 0.18≤0.045 0.200 0.030 0.020≤0.050 0.035 0.030 0.0218 注：终点钢水成分中，[C]和[Si]按实际生产情况选取；[Mn]、[P]和[S]分别 按铁水中相应成分含量的 30%，10%和 60%留在钢水中设定。本计算设定的冶炼 钢种为 Q235A. 表 3-2 含 量 % 类 别 石 灰 萤 石 白 云 石 炉 衬 焦 炭 表 3-3 含量/% C 类别 硅铁 — 73.00, 75 0.50, 80 67.8, 80 2.50, 0 0.05, 100 0.23, 100 0.03,100 23.92,100 Si Mn Al P S Fe 铁合金成分及其回收率 原材料的成分Ca OO2M gOAl2 O3Fe2 O3Ga F2P2O5SCO2H2 O灰 分挥发 分88. 00 0.3 0 36. 40 1.2 02.5 2.6 1.5 0 0 0 5.5 0.6 1.6 0 0 0 0.8 25. 1.0 0 60 0 3.0 78. 1.4 0 80 00.50 1.50 88. 000.1 0 0.9 00.0 6 0.1 04.6 40.1 0 1.5 036. 20 1.60 0.5 8 14. 00 81. 50 12.4 0 5.526.6 0, 0.50, 锰铁 90 75 ① ① 10%C 与氧生成 CO—0.13, 10024.74,100表 3-4其他工艺参数设定值9 名称 终渣碱度 萤石加入量 生白云石加入量 炉衬侵蚀量 终渣∑W(FeO)含 按 W(FeO)=1.35 W(FeO)折算参数 W(GaO/W(SiO2)=3.5 为铁水的 0.5% 为铁水的 2.5% 为铁水的 0.3% 15%，而 W(Fe2O 3)/∑W(FeO)=1/3,即 W(Fe2O3)=5%， W(FeO)=8.25% 为铁水量的 1.5%（其 中 W(FeO)为 75%， W(Fe2O3)为 20% 为铁水量的 1%名称 渣中铁损（铁 珠） 氧气纯度 炉气中自由氧 含量 气化去硫量 金属中[C]的氧 化产物 废钢量参数 为渣量的 6% 99%，余者为 N2 0.5%（体积比） 占总去硫量的 1/3 90%C 氧化成 CO， 10%C 氧化成 CO2 由热平衡计算来确 定，本计算结果为 铁水量的 19.43%， 即废钢比为 16.27%烟尘度 喷溅铁损3.1.1.2 物料平衡的基本项目 收入项 铁水 废钢 熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石） 氧气 炉衬蚀损 铁合金支出项 钢水 炉渣 烟尘 渣中铁珠 炉气 喷溅3.1.1.3 计算步骤 以 100kg 铁水为基础进行计算。 第一步：计算脱氧合金化前的总渣量及其成分。 总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分 别列于表 3-5，表 3-6，表 3-7。总渣量及其成分如表 3-8 所示。 第二步：计算氧气消耗量。 氧气实际消耗量为消耗项与攻入项之差，见表 3-9。 表 3-5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量 元 素 反应产物 元素氧化量/kg 耗氧量/kg 产物量/kg 备注10 [C] →{CO} C [C] →{CO2} [Si] →(SiO2) [Mn] （MnO2） →4.00× 90%=3.6004.8008.4004.00× 10%=0.4001.0671.470 入渣Si0.8000.9101.710Mn0.4200.1200.540入渣P[P] →(P2O5) [S] →{SO2}0.1800.2300.410入渣0.014× 1/3=0.0050.005 ① -0.005 0.2390.010 入渣S[S]+(CaO)→ (CaS)+（O） [Fe] →(FeO)0.014× 2/3=0.0090.021(CaS)1.076× 56/72=0.8371.076入渣Fe [Fe] →(Fe2O3) 总计 0.60× 112/160=0.424 0.182 0.606 入渣6.6757.548 入渣 组分 之和成渣量4.363① 由 CaO 还原出的氧量;消耗的 CaO 量=0.009× 56/32=0.016kg。表 3-6 炉衬蚀损的成渣量 炉 成渣组分/kg 气态产物/kg 耗氧量/kg11 料 蚀 损 量 /kg 0.3 （ 见 表 4) 合 计CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3C→OC→CO2C→CO， C→CO2 0.3× 14%× (90%× 16/ 12+10%× 3 2/12) =0.062 0.0620.0040.0090.236 0.2580.0040.0050.3× 14 %× 90 %× 28/ 12= 0.0880.3× 14% × 10%× 4 4/12 =0.0150.103表 3-7 加入溶剂成渣量 加入 类 量 成渣组分/kg 别 /kg CaO MgO 萤 石 生 白 灰 石 灰 0.5 2.5 6.67 ① 0.00 2 0.91 0 0.003 0.640 SiO2 0.02 8 0.02 0 Al 2O Fe2 3 O3 0.00 0.0 8 08 0.02 5 0.10 0 0.13 3 0.0 33 0.0 41 0.0 07 0.0 12 0.0 09 0.0 10 0.0 07 0.0 12 P2O5气态产物 kg/s Gas 0.0 01 GaF H2O CO2 2 0.0 0.0 40 05 0.9 05 0.3 09 1.2 14 0.00 2③ 0.00 2 O20.0 05合计 成渣量5.8 0.16 0.173 63② 7 6.6 0.21 0.816 75 5 8.4420.0 40① ： 由表 3-6 表 3-7 可知， 渣中已含 （CaO） =0.016+0.004+0.002+0.910=0.900kg； 渣中已含（SiO2）=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767kg。因设定的终渣碱度 R=3.5； 故石灰加入量为[R∑w (SiO2)－∑w（CaO）]/[w（CaO 石灰）－R× (SiO2 石 w 灰)]=5.285/(88.0%－3.5× 2.50%)=6.67kg (石灰中 CaO 含量) －(石灰中 S→CaS 自耗的 CaO 含量)。12 ②由 CaO 还原出来的氧气，计算方法同表 3-6 注。 表 3-8 总渣量及其成分 SiO2 炉渣成分 CaO MgO Al2O3 MnO FeO Fe2O3 CaF2 P2O5 元素氧化 成渣量 （kg） 1.078 0.607 ③ 0.54 ② 0.033CaS合计1.7100.410 0.021 4.366 0.007 0.009 6.352石灰成渣 5.863 0.167 0.173 0.100 量（kg） 耐火材料 蚀损量 0.004 0.009 0.236 0.004 （kg） 轻烧白云 石成渣量 0.910 0.020 0.640 0.025 （kg） 萤石成渣 量（kg） 0.002 0.028 0.003 0.0080.0050.2581.5950.492 13.066 总渣量 6.779 1.934 1.052 0.137 0.54 1.078 0.653 0.440 0.422 0.031 ① （kg） % 51.97 14.83 8.07 1.05 3.99 8.25 5.00 3.37 3.23 0.24 100.000.008 0.440 0.005总 渣 量 计 算 如 下 : 因 为 表 3-9 中 除 (FeO) 和 (Fe 2 O 3 ) 以 外 的 渣 量 为 :6.779+1.934+1.052+0.137+0.540+0.440+0.422+0.031=11.335Kg, 而 终 渣 ∑(FeO)=15%(表 5)故总渣量为 11.335/86.75%=13.066Kg。 ① (FeO)量=13.066× 8.25%=1.078Kg。 ② (Fe2O3)量=13.066.× 5%﹣0.033﹣0.005﹣0.008=0.607Kg。 第二步：计算氧气消耗量 氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。详见表 3-9。表 3-9 实际耗氧量 耗氧量项/（Kg） 铁水中元素耗氧量 7.548 供氧项/（Kg） 铁水中 S 与 CaO 反应还原 出的氧量 0.00513实际氧气消耗量/ （Kg） 炉衬中碳氧化耗氧量 0.062 烟尘中铁氧化耗氧量 0.340 炉气中自由氧耗氧量 0.059 合计 8.010石灰中 S 与 CaO 反应还原 出的氧量 0.002合计 0.0078.062第三步：计算炉气量及其成分 炉气中含有 CO，CO2，N2，SO2和 H2O。其中 CO，CO2，SO2和 H2O 可表 查得，O2和 N2则有炉气总体积来确定。先计算如下： 炉气总体积 V∑： V∑=Vg+0.5%V∑+1/99(22.4/32Gs+0.5%∑V﹣Vx) V∑=(99Vg+0.7Gs-Vs)/98.50=(99× 8.183+0.7× 3 7.95-0.007)/98.50=8.281m 式中 Vg—SO2 ,CO,CO 2 ,和 H2 O 各组分总体积 m 3 。本计算中，其值为8.488× 22.4/28+2.699× 22.4/44+0.010× 22.4/64+0.012× 22.4/18=8.183 Gs— 不 计 自 由 氧 的 氧 气 消 耗 量 ， Kg 。 本 计 算 中 ， 其 值 为 7.548+0.062+0.34=7.95 3 Vx- 铁水与石灰石的 S 与 GaO 反应氧气质量为 0.007 见表 3-10，m 0.5%—炉气中自由氧含量； 99—由氧气纯度 99%转换得来的。 计算结果列于表 3-10。表 3-10 炉气量及其成分 炉气成分 炉气量（Kg） 体积（m 3 ) 体积%CO8.4888.488× 22.4/28=6.79082.0614 CO22.6992.699× 22.4/44=1.37416.61SO 20.0100.010× 22.4/64=0.0040. 05H2O0.012 ① 0.0590.012× 22.4/18=0.0150.18O20.0420.51N20.0610.0490.59合计11.330 38.274100.00炉气中 O2的体积为 8.283× 0.5%=0.041 m， 重量为 0.041× 32/22.4=0.059Kg炉 气 中 的 N2 的 体 积 为 炉 气 总 体 积 与 其 它 成 分 的 体 积 之 差 ； 重 量 为 0.049× 28/22.4=0.061Kg。 第四步： 计算脱氧和合金化的钢水量。 钢水量 Qg=铁水量－铁水中元素的氧化量－烟尘－喷溅和渣中的铁损； Qg=100 － 6.675 － 1.5× （ 75%× 56/72 － 20%× 112/160 ） +1.00+13.066× 6%=90.477Kg。 据此可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表（表 3-12） 表 3-11 未加废钢的物料平衡表 收入 支出 项目 质量（Kg） % 项目 质量（Kg） % 铁水 100.00 84.72 钢水 90.48 76.57 石灰 6.67 5.65 炉渣 13.07 11.06 萤石 0.50 0.42 炉气 11.33 9.59 白云石 2.50 2.12 喷溅 1.00 0.85 炉衬 0.30 0.25 烟尘 1.50 1.27 氧气 8.06 6.84 渣中铁珠 0.78 0.66 总计 118.03 100.00 合计 118.16 100.00 第五步：计算加入废钢的物料平衡15 如同第一步中计算铁水中元素氧化量一样。利用表 1 的数据先确定废钢种元素 的氧化量及其耗氧量和成渣量（表 3-13） 。 表 3-12 废钢种元素的氧化产物及成渣量 元素 反应产物 [C]→{CO} C Si Mn P [C]→{CO} [Si]→（SiO2） [Mn]→(MnO) [P] →(P2O5) [S] →(SO2) S [S] →(CaO)= (CaS)+[O] 合计 成渣量/Kg 元素氧化量（Kg） 19.43× 0.08%× 90% =0.014 19.43× 0.08%× 10% =0.002 19.43× 0.25%=0.00 49 19.43× 0.37%=0.07 2 19.43× 0.01%=0.00 2 19.43× 0.01%× 1/3= 0.× 0.01%× 2/3= 0. 耗氧量 （Kg） 0.019 0.005 0.056 0.021 0.003 0.0005 产物量 （Kg） 0.033 (入气) 0.007 (入气) 0.105 0.093 0.005 0.001 (入气) 0.003 (CaS) 19.43-0.141=19.2 9 0.206 进入钢中的量 （Kg）-0.表 3-13 加入废钢的物料平衡表(以 100Kg 铁水为基准) 项目 铁水 收入 质量（Kg） 100.00 % 72.69 14.12 4.85 0.36 1.82 0.22 5.94 支出 项目 质量（Kg） 90.48+19.29+=109.7 7 炉渣 13.07+0.206=13.276 炉气 11.33+0.028=11.358 喷溅 1.00 烟尘 1.50 渣中铁珠 0.78 % 79.73 9.64 8.25 0.73 1.09 0.57废钢 19.43 石灰 6.67 萤石 0.50 白云石 2.50 炉衬 0.30 氧气 8.06+0.103=8.16316 总计137.563100.0 0合计137.684100.0 0注：计算误差为（137.563-137.684）/137.563×100%=-0.09% 表 3-14 加入废钢的物料平衡表以 100Kg(铁水+废钢)为基准 收入 项目 铁水 废钢 石灰 萤石 白云 石 炉衬 氧气 总计 质量 （Kg） 88.73 16.27 5.58 0.42 2.09 0.25 6.85 115.19 % 72.69 14.12 4.85 0.36 1.82 0.22 5.94 100.00 合计 116.27 100.00 项目 钢水 炉渣 炉气 喷溅 烟尘 渣中铁珠 支出 质量（Kg） 92.71 11.21 9.60 0.84 1.26 0.65 % 79.73 9.64 8.25 0.73 1.09 0.57第六步：计算脱氧后和合金化后的物料平衡。 先根据钢种成分设定值和（3-1）和铁合金成分及其回收率（3-3） 算出锰铁和硅铁的加入量，再计算其元素的烧损量。将所有结果与表归类合并， 既得冶炼一炉钢的总物料平衡表。 锰铁加入量 W锰=(0.55%-0.18%)×92.71/(67.80%×80%)=0.62Kg 硅铁加入量 W硅= 0.25%×(92.71+0.53) -0.002/(73.00%×75%)=0.42Kg 类 别 元 素 3-15 铁合金中元素烧损量及其产物量 脱氧 成渣 炉气 烧损量 量 量 量入钢量17 C M n Si 锰 铁 P S Fe 合 计 Al M n Si 硅 铁 P S Fe 合 计 总计0.62× 6.60%× 10%=0 .004 0.62× 67.8%?10%=0 .084 0.62× 0.50%?25%=0 .0010.01 0 0.02 4 0.00 10.0159 (CO2) 0.10 8 0.00 20.62× 6.60%× 90%=0.037 0.62× 67.80%× 80%=0.334 0.62× 0.50%× 75%=0.002 0.62× 0.23%=0.001 0.62× 0.13%=0.001 0.62× 24.74%=0.1540.089 0.42?2.50%?100%= 0.011 0.42?0.50%?20%=0 .?73.0%?25%=0 .00770.03 5 0.01 0 0.00 01 0.08 80.11 0 0.00 6 0.00 05 0.16 50.0150.5290.42?0..5%?80%=0.002 0.42?73.0%?75%=0.230 0.42?0.05%=0.?0.03%=0.?23.92%=0.10060.098 0.177 0.13 30.17 2 0.28 20.332 0.015 0.861脱氧和合金化后的钢水成分如下： W(C)=(0.10%+0.037/93.57× 100%)=0.14% W(Si)=(0.002+0.230)/93.57× 100%=0.25% W(Mn)=[0.180%+(0.334+0.002)/93.57× 100%]=0.55% W (P)=(0.020%+0.001/93.57× 100%)=0.021% W(S)=(0.21%+0.001/93.57× 100%)=0.022%。18 可见，含碳量尚未达到设定值，为需要在钢包内加焦粉增碳。其加入量 W1为： W1=(0.18-0.14)%× 钢水量/焦炭中 C 含量× 回收率 C =0.04%× 93.57%/81.50%× 75% =0.06Kg 表 3-15 焦粉生成的产物 碳烧损量 耗氧量/kg /kg 0.06× 81.50 %× 25%=0.0 12 气体量/kg① 成渣量/kg 碳入钢量/kg0.0320.044+0.06× (0.58+5.5 2)%=0.0470.06× 12.40%= 0.0070.06× 81.50% × 75%=0.037① 为 CO2、H2O 和挥发分的总和（未计算挥发分燃烧的影响） 。 由此可得冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表。 表 3-16 总物料平衡表 项目 铁水 废钢 石灰 萤石 白云石 炉衬 氧气 锰铁 硅铁 焦粉 合计 收入 质量（kg） 88.73 16.27 5.58 0.42 2.09 0.25 7.02 0.63 0.42 0.06 116.47 % 71.89 13.97 4.79 0.36 1.79 0.21 6.03 0.54 0.36 0.05 100.00 支出 项目 质量（kg） 钢水 93.61 炉渣 11.50 炉气 9.66 喷溅 0.88 烟尘 1.32 渣中溅珠 0.6979.56 9.77 8.21 0.75 1.12 0.59117.66100.00注：计算误差： （116.47-117.66）/116.47× 100%=-0.87%； ① 可近似认为（0.133+0.032）的氧量系出钢水二次氧化所带入。19 3.2 热平衡计算 3.2.1 热平衡计算所需数据计算所需基本原始数据有：各种炉料及产物的温度（3-17）物料平均热容 （表 3-18） 反映热效应 （表 3-19） 溶入铁水的元素对铁水的熔点的影响 （表 3-20） 其他参照物料平衡选取。 表 3-17 入炉物料及产物的温度设定 入炉物料 名称 铁水 废钢 其他原料 炉渣 炉气 烟尘 产物温度(℃ )12502525与钢水相同14501450表 3-18 物料平均热容 物料名称 生铁 钢 炉渣 矿石 烟尘 炉气固态平均热容（kJ/kg.k）0.7450.699--1.0470.996--熔化潜热218272209209209--液态或气态平均热容0.8370.8371.2481.248--1.137表 3-19 炼钢温度下的反应热效应 组元 C C Si Mn 化学反应 [C]+1/2{O2}={CO} 氧化反应 [C]+{O2}={CO2} 氧化反应 [Si]++{O2}=(SiO2) 氧化反应 [Mn]+1/2{O2}=(MnO) 氧化反应 ?H（kJ/kmol）?H （kJ/kmol） -639 -834 -202 -9420 P Fe Fe SiO2 P2O5 CaCO3 MgCO32[P]+5/2{O2}=(P2O5) 氧化反应 [Fe]+1/2{O2}=(FeO) 氧化反应 2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3) 氧化反应 (SiO2)+2(CaO)=(2CaO.SiO2) 成渣反应 (P2O5)+4(CaO)=(4CaO.P2O5) 成渣反应 CaO3=(Cao)+{CO2} 分解反应 MgCO3=(MgO)+ {CO2} 分解反应 表 3-20- -9 020-1 - -05溶入铁中的元素对铁的熔点的降低值 Si Mn P S Al Cr N,H,O 无 限元素C在铁中 的极限 5.41 溶解度 （%） 溶入 1% 元素使 铁熔点 65 70 75 80 85 90 的降低 值（℃ ） 适用含 量范围 ?1.0 1.0 2.5 3.0 3.5 4.0 （%）18.5 无限 2.8 0.18 35.010085302531.5?=6?3 ?15 ?0.7 ?0.08 ?1 ?183.2.2 计算步骤以 100Kg 铁水为基础。 第一步：计算热收入 Qs。 热收入项包括：铁水物理热；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中 碳的氧化热。 (1)铁水物理热 Qw：先根据纯铁熔点，铁水成分以及溶入元素对铁熔点的 降低值（表 3-17，3-1，3-20） ，计算铁水的熔点 Tt。然后由铁水温度和生铁比 热（表 17 和 18）确定 Qw。 Tt=1536－（4.10× 100+0.80× 8+0.6× 5+0.20× 30+0.035× 25）－6=1104℃ Qw=100× [0.745× (8+0.837× ()]=KJ (2) 元素氧化热及成渣热 Qy：由铁水中元素氧化量和反应效应（表 3-19） 可以算出。其结果列表 3-21。21 表 3-21 元素氧化热和成渣热 反应产物 C→CO C→CO2 Si→SiO2氧化热或成渣热 3.60 ? .40 0.410× .60 0.400× .60 0.420×
0.837× 反应产物 Fe→Fe2O3 P→P2O5氧化热或成渣 热 0.420× .2 0.18× .40P2O5→4CaO. 0.422× 4880=2 SiO2 059.36 SiO2→2CaO.Si 1.934× 1620=3 O 133.08 合计 96896.05Mn→Mn O Fe→FeO(3)烟尘氧化热 Qc。由表中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。 Qc=1.5?(75%× 56/72× 4250+20%× 112/160× .35KJ (4)炉衬中碳的氧化热 QL：根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。 QL=0.3× 14%× 90%× × 14%× 10%×
KJ 故热收入总值为 QS= Qw+Qy+Qc+QL= KJ 第二步：计算热支出 Qz。 热支出项包括：钢水物理热；炉渣物理热；烟尘物理热；炉气物理热；渣 中铁珠物理热；喷溅物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。 (1) 钢水物理热 Qg ：先按求铁水熔点的方法确定钢水的熔点 Tg；再根据 出钢和镇静时的实际降温（通常前者为 40-60℃ ，后者约为 3-5℃ /min,具体时间 与盛钢桶大小和浇注条件有关）以及要求的过热度（一般为 50-90℃ ）确定出钢 温度 T 最后有钢水量和热容算出物理热。 Tg= 1536－(0.10× 65+0.18× 5+0.020× 30+0.021× 25) －6=1520(℃ ) 式中：0.10、0.18、0.020 和 0.021 分别为终点钢水 C、Mn、P 和 S 的 含量。 Tz＝+70=1690 （℃ ） 式中：50、50 和 70 分别为出钢过程中的温降、镇静及炉后处理过程中 的温降和钢水的过热度，吹氩调温过程温降。 Qg=90.48× [0.699× （1520 －25）+272+0.837× （1690 －1520）]22 =KJ (2) 炉渣物理热 Qr:温度与钢水温度相同，则得： Qr=13.066× [1.248× （1690 －25）+209]=29880.90KJ (3) 炉气，烟尘，铁珠和喷溅金属的物理热 Qx。根据其数量。相应的温度 和热容确定。详见表 3-21. 表 3-22 某些物料的物理热 项目 参数（kJ） 11.33× [1.137× （1450－25）]=18357.15 烟尘物理热 渣中铁珠物 理热 1.5× [0.996× (9]=.78× [0.699× （1520-25） +272+0.837× ()]=.0× [0.699× （1520－25）+272+0.887× (1690 －1520)]=1467.80 Qx=23412.28 备注 1450℃ 为炉气和烟尘 温度 1520℃ 系钢水熔点合计(4) 生白云石分解热 Qb： 根据其用量， 成分和表 3-22 所示的热效应计算之。 Qb=2.5× （36.40%× %× 1405）=2437.10kJ (5) 热损失 Qq：用与加热废钢的热量一般占总热收入的 3～8%。本计算取 5%，则得： Qq=× 5%=10852.77 kJ； (6)废钢吸热 Qf：用于加热废钢的热量系剩余热量，即： Qf=Q s －Qg－Qr－Q z －Qb－Qq－Qr=18435.29kJ ； 故加入的废钢量 Wf为： Wf=× [0.699× (2+0.837× ()]=13.99Kg 即废钢比：13.99/(100+13.99)× 100%=12.27% 热效率 η= 钢水物理热+炉渣物理热+废钢吸热） （ /热收入总值?100%=83.09% 若不计算炉渣带走的热量时： 热效率 η=（钢水物理热+废钢吸热）/热收入总量× 100%=69.32% 表 3-23 热平衡表 收入 项目 热量 % 项目 支出 热量 %23 铁水物理热
52.76 钢水物理热
60.83 元素氧化热和成 .63 炉渣物理热 .77 渣热 其中 C 氧化 .73 废钢物理热 .49 Si 氧化 .76 炉气物理热 .45 Mn 氧化 .28 烟尘物理热 .13 P 氧化 .57 渣中铁珠物理热 .53 Fe 氧化 .90 喷溅金属物理热 .68 SiO2 成渣 .44 白云石分解热 .12 P2O5 成渣 .95 热损失 .00 烟尘氧化热 .34 炉衬中碳的氧化 586.25 0.27 热 合计
100.00 合计
100.00 应当指出。加入合金进行脱氧和合金化。会对热平衡数据产生一定的影响。 对转炉用一般生铁冶炼低碳钢来说。所用的铁合金种类有限。数量也不多。经 计算。其热收入部分约占总收入的 0.8-1.0%热支出部分约占 0.5-0.8%。二者基 本持平。24 4 氧气转炉及相关设备设计氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。本章以顶底复吹转炉为重点，对其 炉型、炉衬、炉体金属结构和倾动机构以及底部供气构件进行选型和设计。 顶底复吹转炉是继氧气顶吹转炉和底吹转炉之后， 70 年代中期出现的一 于 种新型转炉炼钢设备。顶底复吹兼有顶吹易于控制成渣过程和底吹可以增大熔 池搅拌器强度的优点，是节能降耗、扩大品种、提高产品质量的有效途径；特 别对于容量较大的转炉，更具有其优越性。因此，近几年来获得迅速发展。据 报道，日本基本淘汰了单纯顶吹法，国内转炉的发展方向也是积极采用复吹。4.1 炉型设计 4.1.1 炉型选择从冶金特征来说，顶底复吹转炉更类似于底吹转炉，因此它们的炉型更为 接近。就吹炼的平稳和喷溅程度而言，它优于顶吹转炉，而不及顶吹转炉，故 炉子高宽比略小于顶吹转炉，却大于底吹转炉，即略呈矮胖型。炉底一般作成 平底，以便设置喷口，所以熔池常为截锥型。通常其底部直径 d≈0.7D,其熔池体 积 Vc(m3)与熔池直径 D(m)、熔池深度 h(m)有如下关系： Vc=0.547hD24.1.2 主要参数的确定（1）炉容比：一方面由于复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳，其钢渣喷溅 高度相应低于后者；另一方面，复吹转炉呈矮胖型，特别是采用截锥型熔池时， 在装入量和熔池直径均相同的情况下，其熔池又比较深，以至熔池面以上的炉 膛高度已比筒球型或锥球型的顶吹转炉有所降低。综上所述，复吹转炉的炉容 比可略小于顶吹转炉。 从目前实际情况来看，炉容比取 0.89m3/t。 （2）高径比：其值略小于氧气顶吹转炉高径比，取 1.30。 （3）熔池直径 D 计算： D = K G /T 式中 D——熔池直径，m G——新炉金属装入量，t,可取公称容量 150 t——吹氧时间，min，取 1625 K——比例系数，取 1.67 带入数据得 D ? 1.67 ?150 ? 5.10 m 16V 池 = V 金 = G / ? 金 = 150 / 6.8 = 22.06 m3 （4）熔池深度 h： h = V 池 / 0.574 D2 = 22.06/ (0.574× 5.102) =1477mm （5）炉帽尺寸的确定：设计时考虑以下因素：稳定性，便于兑铁水和加废 钢，减少热损失，避免出钢时钢渣混出或从炉口流渣，减少喷溅。主要确定炉 帽倾角 θ、炉口直径 d 口和炉帽高度 H 帽。 1）炉帽倾角 θ：对于 150t 的转炉，选取 63o。 2）炉口直径 d 口：考虑到满足兑铁水和加废钢的要求，减少热损失，减少 喷溅，减少空气进入炉内和改善炉前操作条件等因素，炉口直径 d 口=53%D。 3）炉帽高度 H 帽：为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速 扩大，在路口上部设有高度为 H 口=300mm 的直线段。因此炉帽高度为 H 帽=1/2（D-d 口）tanθ+H 口 =1/2× (5.10-2.751)× tan63o+0.30 =2.596m 炉帽总体积为 V 帽=? ? × （H 帽-H 口） 2+Dd 口+d 口 2）+ × 口 2H 口 （D d 4 12=0.262× (2.596-0.30)× (5.102+5.10× 2.751+2.752)+0.785× 2.752× 0.3 =30.40m3 （6）炉身尺寸的确定：因其直径 与 熔 池上 直 径 一致， 故只需确定其炉身高 度 H 身。H身 ? 4V身?D2?4(Vt ? V帽 ? V池）? D24(0.89 ?150 ? 22.06 ? 30.40) 3.14 ? 5.10 2 =4.043m 式中： V 帽、V 身、V 池——分别为炉帽、炉身和熔池的容积； Vt——转入有效容积，转入有效容积=炉容比× 公称容量。 （7）出钢口尺寸的确定：出钢口内口设在炉帽与炉身交界处，为了缩短出=26 钢口长度， 利于维修和减少钢液二次氧化及热损失， 出钢口中心线水平倾角 ? 取 15° 。 1）出钢口直径 d 出可按如下经验式确定d出 ? 63 ? 1.75G= 63 ? 1.75? 150? 18 cm取 18cm2）出钢口衬砖外径： dST = 6d 出 =6× 0.18=1.08 m 3）出钢口长度 LT =7d 出 =7× 0.18 =1.26m4.2 炉衬设计炉衬设计的主要任务是选择合适的炉衬材质， 确定合理的炉衬组成和厚度， 并提出相应的砖型方案，以确保获得经济上的最佳炉龄。4.2.1 炉衬材质的选择（1）工作层是与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣。 炉帽倾斜部，直筒部，炉底部的工作层均采用镁碳砖。 （2）永久层:紧贴炉壳钢板（或绝热层） ，其作用是保护炉壳，常用镁砖。 （3）出钢口捣打料一般用焦油镁砂；炉身的填充层，也是用焦油镁砂捣打 而成。4.2.2 炉衬厚度的确定炉衬部位 炉帽 炉身 炉底 表 4—1 转炉炉衬厚度设定值（mm） 工作层 填充层 永久层 600 0 150 700 100 115 600 0 425 总厚度 750 915 1025炉壳内径：5.10+0.915× 2=6.930m 炉壳内型高度：1.477+2.596+4.043+1.025=9.141m 砖型选择：尽量选用大砖，砌筑过程中力争不打或少打砖，对于小砖组合起 来困难或难以保证修筑质量的部位，选用异型砖，尽量减少砖型种类。27 4.3 炉底供气构件的设计底部供气装置是顶底复吹技术关键之一。它既满足复合吹炼工艺特点，又 要结构简单，使用安全可靠，并且具有与炉衬同步的使用寿命。采用四个双套 管式喷嘴，喷嘴对称分布置于炉底，应使底吹和顶吹产生的熔池环流运动同向， 以获得最佳的搅拌效果，即最快的熔池混匀。顶底复吹转炉为加强搅拌型，对 底部进行供气，实行顶部吹氧和底部吹 N2、Ar，先吹氧后吹氩，从而扩大了复 合吹炼的使用范围。4.4 转炉炉体金属构件设计转炉炉体金属构件由炉壳、炉体支承装置及倾动机构组成。4.4.1 炉壳炉壳：炉壳由炉帽、炉身和炉底组成。 炉帽制成圆椎型。采用铸铁埋管式水冷炉口，是把通冷却水的蛇形钢管铸 在铸铁的炉口圈内制成，用卡板焊在炉帽上。炉身呈圆柱形，炉底采用截锥型。 炉帽可以移动，炉身和炉底进行焊接。 在转炉吹炼过程中，炉壳承受多种负荷的作用，是炉壳产生相应的应力， 以致引起不同程度的变形。因此必须选用抗蠕变强度高、焊接性能好的材料。 本设计选用 16Mn。 炉壳尺寸如下：炉帽钢板厚度为 58mm，炉底钢板厚度 60mm，炉身钢板厚 度 75mm，转炉总高度 9259mm，炉壳外径 7080mm。H总 =.31≥1.3，符合要求，所以认为所设计的炉子尺寸基本上是 D壳合适的，能够保证转炉正常运转。4.4.2 支承装置支承装置：支承装置主要由托圈、炉体与托圈的连接装置、耳轴及其轴承 组成。 托圈采用钢板焊成呈矩形断面的环形结构， 其尺寸如下： 断面高度 2100mm， 断面宽度 700mm，盖板厚度 120mm，腹板厚度 70mm。托圈与炉壳之间间隙参 照炉壳直径的 3%确定，以改善炉身的通风条件和适当留有扩容潜力。 炉壳与托圈间采用自调螺栓连接装置。炉壳上部焊有两个加强圈，炉壳通 过他们和三个带球面垫圈的自调螺栓与托圈连接在一起，三个螺栓在圆周上呈 120° 布置，且与焊在托圈盖板上的支座铰接。该结构能适应炉壳和托圈的不等 量变形，载荷分布均匀，制作方便，工作性能好。 耳轴及其轴承：炉体和托圈的全部载荷都通过耳轴，经轴承座传给地基； 同时倾动机构的倾动力矩又通过耳轴传给托圈和炉体。因此耳轴应具有足够的28 强度和刚度以适应以上多种载荷的要求。采用合金钢材质，其直径取 1000mm， 其轴承采用重型双列向心球面滚子轴承， 与托圈的连接方式采用法兰螺栓连接。 耳轴位置的确定应兼顾安全性和经济性，现取耳轴中心到炉底的距离为 4897mm。 倾动机构采用电动机—齿轮传动方式，为了保证设备运行的安全性和实现 设备轻、结构紧凑、占地面积少的目的，本设计采用全悬挂四点啮合的倾动机 构布置形式。4.5 倾动机构转炉在冶炼过程中要前后倾转，倾动角度为± 360° ，以满足兑铁水、加废钢、 取样、侧温、补炉、出渣、出钢等工艺操作的需要。倾动速度一般是可调的。 此外倾动机构还需要与氧枪和烟罩升降机构连锁，且能适应载荷的变化和结构 的形变。 倾动机构的主要参数有倾动速度、倾动力矩和耳轴位置。由于本次设计转 炉的公称容量为 150t，故可采用无级调速，其转速通常为 0.15~1.5r/min。本次 设计取转速为 1.0r/min， 倾动机构选用全悬挂式。倾动力矩的计算目的是确定不 同情况下的倾动力矩和合理选择耳轴位置，以确保操作安全。耳轴的最佳位置 应兼顾安全性和经济性。4.6 氧枪喷头设计 4.6.1 喷头设计1）原始尺寸 转炉公称容量 T=150t；冶炼以低磷铁水为主要 金属料。 2）计算氧气流量 吨钢耗氧量为 60m /t；纯吹氧时间为 16min； 则：氧流量=? 每吨钢耗氧量?出钢量 60?150 3 ? ? 563m /min 吹氧时间 16293图 4-1五孔氧枪示意图 3）选定喷头孔数 由于多孔喷头编辑中供氧为分散供氧，增大了氧射流同熔池的冲击面积， 取得了显著的吹炼效果。本设计中，采用五孔拉瓦尔型喷头，出口马赫数定为 M=2.0。喷头端面形状为锥面，喷孔夹角取为 15 。 4）设计工况氧压 查等熵流表，当 M=2.0 时，P/P ? =0.1278； 取炉膛压力 P= P膛 =0.101MPa 则喷口滞止氧压为:P0=0.101/0.MPa 5) 计算喉口直径 由已知数据可得： 每一孔的氧流量 q=563/5=113m3/min 由公式 q=1.782CDA喉 ? P0 T0?3 式中：q-每一孔的氧流量， m / min ；CD ? 喷头流量系数，取为 0.96；AT ? 喷孔喉口的截面积，m2；T? ? 氧气的滞止温度，290K；又 P0=0.790MPa, 代入上式得: 100= 1.782 ? 0.96 ?? d 2喉 / 4 ? 0.790 ?106 / 290 因此，喉口直径为：d喉 ? 36mm喉口长度依照设计经验，一般取 LT ? 本设计中，取 LT=18mm； 6）计算喷头出口直径1 1 ~ d喉 3 2当 M=2.0 时， 查等熵流表得： A出 / A喉 ? 1.6875； 即：? d 2出 / 4 ? 1.6875 ?? d 2喉 / 430 则： d出 ? 1.6875 ? d喉 ? 1.6875 ? 36 ? 47mm 7) 计算扩张段长度 取喷头半锥角 3.5 ,则扩张段长度 LZ 为：?L 扩?d出 -d喉 4 7? 3 6 ? ? 90mm 2 tan ? 2 tan 3.50? ?8）收缩段长度 取收缩角为 50 ，则收缩半角为 25 ，收缩段长度可由作图法确定。 9）确定喷孔倾角。 多空喷头的各个流股是否发生交会以效应角为界，大于效应角则很少交汇， 小于则必定交汇。按照经验倾角 ? ? 12.80~ 15.40，本设计取 ? ? 15010）喷头五喷孔中心分布圆直径。 ? 确定后，喷孔中心分布圆是影响氧射 流是否交汇的另外一个因素，从降低交汇考虑，喷孔中心分布圆越大越好，但 要受到喷头尺寸限制，综合考虑，选取喷孔中心分布圆直径 d=120mm。4.6.2 氧枪枪身设计氧枪枪身为三层同心圆无缝钢管套管组成，由内向外依次为中心氧管、中 层套管和外层套管。其中心氧管为输送氧气的通道，中心氧关于中层套管之间 的环缝为冷却水的进水通道，中层套与外层套管之间的环缝通道为冷却水的回 水通道。枪身设计内容主要是各层套管的管径和长度。 (1) 中心氧管管径的确定: 1）原始数据 冷却水进水速度为? j ? 6m / s ,冷却水喷头出流速? h ? 7m / s ；中心氧管内氧 气流速? ? ? 50m / s ； 2）中心氧管管径的确定31 1.01325 ? 290 Q 0 ? P标T 0 Q ? ? 563 ? 76.65 m 3 min ?1.28 m 3 s P 0T标 7.90 ? 273Q 0 ? 中心氧管内氧气的工况体积流量，3 Q ? 标准状态下的氧气流量， m / min ；P标 ? 标准大气压，1 ? 10 Pa；5T? ? 氧气的滞止温度，290K；? ? ? 中心氧管氧气流速，m/s；P设 ? 设计工况氧压，9.39 ? 10 Pa；5中心氧管的内径：d内 ?4 1.28 ? ? 0.185m ? 185mm ? 50根据热轧无缝钢管产品目录， 选择标准系列产品规格为 ? ? 8mm 的钢管. 194 （2）中层钢管和外层钢管直径的确定： 中层及外层钢管的直径主要根据冷却水的流速和流量来选定。冷却水从中 心钢管和中层钢管之间形成的环缝流入，经过喷头端部，由外层和中层钢管之 间形成的环缝流出。 为保证良好的冷却效果，进水流速取 6m/s，出水流速取为 7m/s。因为出水 温度升高，体积增大，出水流速略高于进水流速。 冷却水在氧枪中的温升控制小于 200C，出水温度小于 500C。氧枪受热表面 所受的平均最大热负荷为 1.4× 6kJ/h ? m2。 10 由于在吹炼过程中，氧枪受到炉内和烟罩中高温环境的不同作用，其受热 状态是变化而十分复杂的。根据生产实际数据初步选定冷却水流量为 150t/h， 下面计算中、外层钢管直径：Q水 150 ? ? 0.007 （m2） V进 6 ? 3600 Q水 150 ? ? 0.006 （m2） 出水环缝截面积： F2= V出 7 ? 3600进水环缝截面积 F1=所以，中层钢管的内32 径 为 ： d中 ?4F1?2 ? d内1） = ? （4 ? 7000??
（mm ） ,选取中层钢 管为? 219× 10mm。 。 同理，外层钢管直径为：d外 ?4F2?? (d中1 ) 2 = ?4 ? 6000?? （mm） ，选取外层钢管为 ? 245× 10mm。 （3）冷却水在喷头底部的流通间隙： 由于喷头底部承受的热流最大， 为保证 喷头有较高的寿命， 应适当增加冷却水在端 头处的流速。 外冷却水层环缝厚度应大高度 或者端头处的水流速取为 8m/s。 4）氧枪总长度和行程确定 氧枪总长和行程如 4-2 所示。 根 据 公 式 可 确 定 氧 枪 总 长 为 ：H 枪 ? h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 + h7 + h8=6.970+0.450+4.00+5.033+0.8+0.8+2+0.5=2 0.553m=2055mm 式中: h1 ? 氧枪最低位置至炉口距离，mm；h2 ? 炉口至烟罩下沿的距离，mm，一般取 350～500mm，本设计中取450mm；h3 ? 烟罩下沿至烟道拐点的距离，mm，一般取 mm，本设计中取 4000mm；h4 ? 烟罩下沿至氧枪插入孔的距离；h5 ? 为清理结渣和换枪需要的距离，mm，一般取 500～800mm,本设计中取 800mm；h6 ? 根据把持器下段的要求决定的距离，800mm；33 h7 -把持器的两个卡座中心线间的距离，2000mm； h8 - 根 据 把 持 器 上 段 要 求 决 定 的 距 离 ， 500mm ； 氧 枪 行 程 为 ：H 行 ? h1 ? h2 ? h3 ? h4 ? h5 =6.970+0.450+4.000+5.033+0.8=17.253m4.6.3 氧枪升降和更换机构4.6.3.1 对氧枪升降和更换机构设备的要求 转炉在吹炼过程中，氧枪需要多次升降以调整枪位。对氧枪的升降机构和 更换装置提出以下要求： （1）应具有合适的升降速度，并且可以变速。为了缩短冶炼周期，在吹炼 过程中氧枪应快速提升，在炉口以上可快速下降；当氧枪进入炉口以下时，应 慢速下降，以便控制熔池的反应和保证氧枪安全。在设计中转炉氧枪升降速度 的快速为 50 m/min，慢速为 5～10 m/min。 （2）应保证氧枪升降平稳、控制灵活、操作安全、结构简单、便于维护； （3）能快速更换氧枪； （4）应具有安全连锁装置； 为了保证安全生产，氧枪升降机构设有下列安全连锁装置： 1）当转炉不在垂直位置（允许误差 ? 3° ）时，氧枪不能下降。当氧枪进入 炉口后，转炉不能作任何方向的倾动； 2）当氧枪下降到炉内经过氧气开、关点时，氧气切断阀自动打开，当氧枪 提升通过此点时，氧气切断阀自动关闭； 3）当氧压或冷却水水压低于给定值，或冷却水升温高于给定值时，氧枪能 自动提升并报警； 4）副枪与氧枪也应有相应连锁装置； 5）车间临时停电时能使氧枪自动提升。4.6.4 副枪设计为提高控制的准确性，获取吹炼过程的中间数据，实现计算机自动化控制， 其有效的方法是采用副枪。它也是一支水冷枪。副枪和氧枪是并列位置插入转 炉内的，副枪有测试副枪和操作副枪之分。34 测试副枪是在不倒炉的情况下快速检测转炉熔池钢水温度、 碳含量和氧含量 的液面高度，它还可用以获得熔池钢样和渣样。4.6.5 副枪的功能和要求(1) 副枪的功能 测试副枪在吹炼进程和终点均能进行测温、 取样、 定碳定氧和测试液面高度 等，并留有开发其它功能的余地。 (2) 对副枪的要求 a、探头自动装卸，方便可靠； b、与计算机连接，具有实现计算机——副枪自动化闭环控制的条件； c、既能自动操作，也能手动操作；既能集中操作，也能就地操作；既能弱 电控制，又能强电控制； d、 副枪升降速度应能在较大范围内调节 （0.5～90 mm/min） 而且调速平稳， ， 能准确定位； e、当探头未装上，或未装好；二次仪表未接通或不正常；枪管内冷却水断 流或流量过低，水温过高等的任一情况，副枪均不可运行并报警； f、如遇突然停电或电机拖动系统出现故障，或者断绳、乱绳时，通过风动 马达能迅速提升副枪。 (2) 副枪结构与类型 副枪装置主要由副枪枪身、 导轨小车、 卷扬传动装置、 换枪机构等部分组成。 副枪探头的供给方式分为“上给头”和“下给头”。此设计采用“下给头”。下给 头测试副枪是由三层同心圆管组成的水冷枪体，内管中心装有信号传输线，并 通保护气体氮气；二层与外层分别为进出冷却水通道；在枪体的下部底端装有 导电环和探头固定装置。 (3) 测试探头 测试头又称探头， 分为单功能探头和复合探头。 本设计采用测温定碳测注式 复合探头。35 4.7 底部供气元件设计 4.7.1 底气种类本设计顶底复吹转炉为加强搅拌型，顶枪吹氧，底部吹惰性气体氮气，供气构 件十分简单。4.7.2 供气构件的选择选用类环缝式喷嘴， 喷嘴选 2 个，对称分布与炉底。4.7.3 喷嘴数量及布置一般说来，喷嘴多而直径小些好。设计选用喷嘴数量为 2 个，其中前期约 2/3 时间喷吹氮气，末期约 1/3 时间喷吹氩气。喷嘴对称布置于炉底，应使底吹 和顶吹产生的熔池环流运动同向，以获得最佳的搅拌效果，即最快的熔池混匀。36 5 转炉车间烟气净化和回收5.1 烟气量的计算设计炉容为 150t， 最大装入量 170t， 冶炼周期为 38min， 吹氧时间为 16min， 铁水含碳量为 4.2%，终点钢水含碳量为 0.1%。 炉气分： ? (CO) ? 86%,? (CO2 ) ? 10%, ? (N2 ) ? 3.5%, ? (O2 ) ? 0.5% 烟气进口尘浓度 cD=0.109kg/m3,供氧强度 B=3.93m3/(t· min)，空气燃烧系数 α=0.08。 一级文氏管用不经冷却的循环水温度设定为 40 摄氏度， 二级文氏管用循环 水经冷却为 30 摄氏度。供水压力为 Pw=0.3MPa（送至用户最高点）5.1.1 最大炉气量 qv0按经验公式（此公式是日本按 OG 法实践经验整理的）qv 0 =G[?1 ? C ? ? ?2 ? C ?] ? 22.4 60 ? ? 1.8 12 t 22.4 60 =170[0.042 ? 0.001] ? ? ? 1.8 ? 87822(m 3 /h) 12 16式中： G—炉役后期最大铁水装入量，kg 22.4—单位气体物质的量的体积，m3/kmol 12—C 的相对原子质量 t—纯吹氧时间，min 1.8—经验系数，假设炉气量为 1，考虑强化冶炼和加矿石时炉气量 突然增大的因素，取最大值为正常值的 1.8 倍。5.1.2 烟气量 qv采用未燃法，空气燃烧系数 α=0.08，则燃烧后干烟气量 qv（不考虑微量的 氢气和剩余氧气）qv=[1+1.88 ? ?? ?(CO)] ? qv0 =[1+1.88 ? ????? 86%] ?????? ? 99181m3 /h式中： 1.88—系数； α—空气燃烧系数=（实际吸入的空气量）÷ （炉气完全燃烧所需的 理论空气量）37 ?( C O ) —炉气中 CO 的体积分数5.1.3 烟气成分假设燃烧后的烟气仍残留氧，则烟气成分为：??(CO) ? (1 ? ? )? (CO)qv0 /qv=(1 ? 0.08) ? 86% ?????? / 99181 ? 70.06%? ?(CO2 ) ? [? ? ? (CO) ? ? (CO2 )]qv0 / qv ? [0.08 ? 86% ? 10%] ? （87822 / 99181）? 14.95%? ?(N 2 ) ? [1.88? (CO) ? ? ? ? (N 2 )]qv0 / qv? [1.88 ? 0.08 ? 86% ? 3.5%] ? （87822 / 99181） ? 14.55%??(O2 ) ? 0.5%qv0 / qv=0.5% ?????? / 99181=????%烟气温度 1450 摄氏度5.1.4 煤气浓度修正根据回收中期， 烟气量为炉气量的错误！ 未找到引用源。 =1.1293 倍，故进口烟尘浓度应做修正，即： cD=0.109/1.5kg/m35.1.5 回收煤气量的计算每吨钢产生的烟气量：1000 ? (0.042-0.001) ? ? 22.4 /12? ?1/ ?0.86 ? 0.1? ? 79.72m3按 烟 气 生 成 倍 率 为 1.129 倍 ， 则 每 吨 钢 产 生 的 煤 气 量 为 79.72× 1.129=90.03m3，考虑到后期不回收煤气，定回收率为 70%，则每一吨钢 可以回收的煤气量为 90.03× 0.70=63.02 错误！未找到引用源。5.2 烟气净化系统类型的选择采用全湿法未燃烧法净化回收系统，在抽风机上安装液力耦合器，以降低 非冶炼期的电耗，并使抽风机在低转速下得以进行冲水。 流程：转炉炉口烟气—活动烟罩—汽化冷却烟道—连接器—溢流定径文氏 管—重力挡板脱水器—矩形滑板调径文氏管—180 度弯头脱水器—复挡脱水器38 —流量孔板—风机前切断阀—抽风机（匹配液力耦合器）--三通切换阀--（1） 水封逆止阀—煤气主管道—煤气储气柜（2）--发散烟囱—点火器 该系统的主要参数如下： 炉气量：
错误！未找到引用源。/h 空气过剩系数：0.08 炉口空气温度：1450oC 放散管处烟尘浓度：≤100mg/m3 煤气回收量：61.20 m3/t 蒸气回收量：9t/炉 利用裙式活动烟罩，炉口与烟罩之间的缝隙用 N2 幕密封，以防 CO 燃烧， 净化系统趋近管道化，便于布置，烟气净化效率较高，但系统阻损还比较大。5.3 烟气净化系统主要设备的选择 5.3.1 烟气收集设备-烟罩转炉烟罩主要作用是收集废气使之不外溢，且可控制吸入的空气量。采用 未燃法活动烟罩，其主要参数如下： 活动烟罩固定段拐点高度 H 取 3.5m 和水平倾角 α 取 60° ； 烟罩固定段内径 D1 略大于炉口，取 3000mm； 烟罩固定段下沿与炉口之间的距离 Ht=0.5d=0.5× mm； 烟罩活动段罩裙下沿直径 D2=2.5d=2.5× mm 活动烟罩的行程 S 取 400mm 烟罩采用由矩形无缝钢管弯制拼焊的结构。5.3.2 烟气冷却设备(1)采用汽化冷却烟道，由许多无缝钢管拼焊而成，烟气排出时温度可降至 800--1000oC 左右，而锅炉管内的水被加热到 100oC 以上，产生蒸汽和水的混合 物。 (2)溢流定径文氏管 （一文） 主要用于冷却烟气， ， 可使其温度降到 70～80oC， 此外，它还起粗除尘作用，约可除去 90%的烟尘。5.3.3 除尘设备采用可调喉口文氏管（二文）主要用于精除尘，随着烟气量的变化，通过 调整喉口断面积使喉口处的烟气流速维持均衡，稳定除尘效率。喉口的调整由 电动执行机构自动升降圆锥形重砣来实现。重砣的最大外径大于喉口直径，大 头夹角为 80o，小头夹角近似文氏管的收缩角。39 5.3.4 脱水设备脱水设备基本作用指把已润湿的尘粒和已凝聚的含尘液滴从烟气中分离出 来。粗脱水采用弯头脱水器，精脱水采用复档脱水器。5.3.5 抽气设备（抽烟机）炼钢烟气经降温除尘后，靠抽风机抽引排出或回收利用，抽气量大于或等 于进入风机的最大工况烟气量，风压应足以克服净化系统的阻力损失。5.4 含尘污水处理湿法净化系统中的大量泥浆必须经过处理才能得到干尘，以用于后续回收 处理。湿法净化系统要消耗大量的水，本设计净化系统内采用循环水制度，冷 却水在净环水系统内循环使用，除尘水在浊环水系统内使用，并适当补充新水。40 6 转炉炼钢的生产制度6.1 主要原材料的技术要求 6.1.1 金属料金属料是炼钢的基本原料。原料质量和供应条件对钢的生产指标有重大影 响，如化学成分、块度大小、温度高低等，不仅影响冶炼工艺工程，而且 影响质量、消耗、成本、产量等各项指标。 （1）铁水 用于炼钢铁水的化学成分要求：Si≤0.80%,S≤0.030%,P≤0.100%.入炉铁水温 度不低于 1250℃ ，入炉铁水带渣量应小于或等于 0.5%。 （2）废钢转炉炼钢对废钢的要求如下： ① 使用时不应混有合金返回钢、生铁和铁合金。 ② 含【S】【P】量&0.1%，要处理清除密封容器和管状物、爆炸物、有色金 、 属、毒品和有机塑料等。 ③ 尺寸要求：最大边长≤300mm,最大块度不应超过 50kg,厚≤100mm。 ④ 包内调温度废钢用低碳轧钢切头或汤道钢。 （3）铁合金 铁合金用于调整钢液成分和脱除钢中杂质（氧、硫、氮等） ，主要使用 硅铁、锰铁和硅锰合金。 ① 硅铁：应符合 GB2272-87 标准。硅铁浇注厚度：FeSi75 系列各牌号硅铁 锭不得超过 10mm。 硅铁呈块状交货小于 20× 20mm 的数量不得超过总量的 10%； 供转炉使用的块度要求：炉内使用应在 30～200mm，包内使用应在 5～50mm。 ② 锰铁：应符合 GB3795-87 标准。供转炉使用块度为 5～50mm。 ③ 硅锰合金：应符合 GB4008-87 标准。供转炉使用块度为 5～50mm。41 ④ 铝丝：炼钢用铝丝要求如下：
