设计说明书
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年产1000万吨良坯的转炉炼钢车间氧枪设计说明书班级:姓名:学号:物料平衡计算基本数据(1)铁水和废钢的成分及温度。
见表1.表1 铁水和废钢的成分(2)造渣剂及炉衬成分。
见表2。
表2 造渣剂及炉衬成分(3)冶金钢种及成分。
见表3。
表3 钢种成分(4)铁合金成分。
见表4表4 铁合金成分铁合金中的元素收得率:Mn的收得率为80%,Si的收得率为75%,C的收得率为90%,其中10%的C被氧化成CO2。
P,S,Fe全部进入钢中。
操作实测数据。
见表5。
表5 实测数据计算过程(以100kg 为基础)(1)炉渣量及成分。
炉渣来自金属料元素氧化和还原的产物,加入的造渣剂及炉衬浸蚀等。
① 铁水中各元素氧化量。
终点钢水的成分是根据同类转炉冶炼Q235钢种的实际数据选取。
其中,[C]:应根据冶炼钢种含碳量和预计的脱氧剂的增碳量来确定终点钢水含碳量,取0.10%;[Si]:在碱性氧气转炉炼钢法中,铁水中的硅几乎全部被氧化进入炉渣;[Mn]:终点钢水残锰量,一般为铁水中锰中含量的50%~60%,取50%;[P]:采用低磷铁操作,铁水中磷约85%~90%氧化进入炉渣,在此取脱磷率为90%;[S]:氧气转炉一般不去硫。
铁水中各元素化量见表6。
其中,氧化成CO 的C 质量为其中,氧化成CO 的C 质量为4.4×80%=3.52kg,氧化成CO 2的质量为4.4×20%=0.88kg 。
② 铁水中元素的氧化耗氧量及氧化产物量。
表7 铁水中元素的氧化耗氧量及氧化产物量 ③ 造渣剂加入量及其各组元质量a. 矿石、铁矾土、炉衬带入的各组元质量。
由矿石、铁矾土加入量和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8和表9。
炉衬中C 的氧化耗氧量为0.1×16.4%×(16×80%/12+32×20%/12)=0.026kg。
b.轻烧白云石。
为了提高转炉炉衬寿命,在加入石灰造渣的同时,添加轻烧白云石造渣,其目的是提高炉渣中MgO的含量,有利于提高炉衬寿命。
渣中(MgO)含量在6%-10%时,效果较好。
经试算后轻烧白云石加入量为1.2kg/100kg铁水。
其各组元质量见表。
其中的烧减为(MgCO3·CaCO3)分解产生的CO2质量。
c.炉渣碱度和石灰加入量。
根据铁水的[%P]=0.065、[%S]=0.005含量,取终渣碱度R=2.8。
未计石灰带入的SiO2量时,渣中现在有的SiO2为(见表7和8):∑(SiO2)=(SiO2)铁水+(SiO2)炉衬+(SiO2)矿石+(SiO2)铁矾土+(SiO2)轻白=1.029+0.001+0.056+0.143+0.006=1.235kg渣中现有的CaO量为:∑(CaO)= (CaO)炉衬+ (CaO)矿石+ (CaO)铁矾土+ (CaO)轻白=0.001+0.010+0.036+0.602=0.797kgW石灰=[R×∑(SiO2)-∑(CaO)]/[ ∑(%CaO)石灰-R×(SiO2)石灰]=[2.8×1.235-0.649]/[91.0%-2.8×1.5%]=3.067kg石灰带入的各组元质量见表8和表9。
④终渣T.%Fe的确定。
终渣中T.%Fe与终点碳含量和张渣碱度有关,根据生产数据,终渣T.%Fe取13%计算。
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%计算。
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)=10.00%和(Fe2O3)=7.41%。
⑤终渣量及成分。
终渣量及成分列于表 8中。
表中的FeO 和Fe2O3质量计算过程如下。
不计(FeO)和(Fe2O3)的炉渣质量为W s = CaO+ MgO +SiO2+ Al2O3 +MnO +P2O5+TiO2=3.594+0.648+1.284+0.314+0.258+0.137+0.008=6.243kg表8 终渣量及成分那么,总质量为W s∑=6.243/(100%-10.00%-7.41%)=7.559kg(FeO)质量=7.71×10.00% =0.771kg,其中铁=0.771×56/72=0.599kg;(Fe2O3)重量= 7.71×7.41%=0.571kg,其中铁= 0.571×112/160=0.400kg。
将FeO和Fe2O3质量记入表8中,铁计入表7中。
(2)矿石、烟尘中的铁及氧量。
假定矿石中的FeO、Fe2O3全部被还原城铁,则矿石带入铁量=1.00×(29.40%×56/72+61.80%×112/160)=0.661kg烟尘带走铁量=1.50×(75.00%×56/72+20.00%×112/160)=1.085kg矿石带入氧量=1.00×(29.40%×16/72+61.80%×48/160)=0.251kg 烟尘消耗氧量=1.50×(75.00%×16/72+20.00%×48/160)=0.340kg 其他造渣剂的Fe2O3带入的铁量和氧量忽略不计。
(3)炉气成分、质量及体积。
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9。
表9 气体来源及质量、体积②当前氧气消耗质量及体积。
当前氧气消耗质量见表10。
则当前氧气消耗的体积V O 2= 8.140 ×22.4/32 =5.698 m 3。
③炉气总体积V g 。
炉气总体积为V g =元素氧化生成的体积+水蒸气的体积+炉气中自由氧体积+炉气中氮气体积 即 V g =V 1+{O 2}炉气×V g +[ V O2+{O 2}炉气×V g ] ×{ N 2} 氧气/{O 2}氧气 {O 2}炉气——炉气中自由氧含量,0.5%; { N 2} 氧气——氧气中氮气成分; {O 2}氧气——氧气中氧气成分。
整理得:V g =(V 1+VO 2{ N 2} 氧气/{O 2}氧气) /(1-{O 2}炉气-{O 2}炉气{ N 2} 氧气 /{O 2}氧气) =[8.363+5.704×0.5%/99.5%]/[1-0.5%-0.5%×0.5%/99.5%]=8.434 m3④ 炉气中自由氧体积及质量V f =0.5%×8.517=0.042 m 3,W f =32×0.043/22.4=0.060kg ⑤ 炉气中氮气体积及质量V N2=(5.704+0.043)×0.5%/99.5%=0.029m 3W N2=28×0.029/22.4=0.036kg炉气中各组元成分的质量和体积见表11。
表11 炉气组元的质量和体积(4)总氧气消耗量及体积。
W O2∑=8.140+0.060+0.036=8.237 kgV O2∑=22.4(8.237+0.060)/32+22.4×0.06/28=5.759 m3(5)钢水质量Wm。
在吹炼中铁水的各项损失见表12 。
表12 吹炼中铁水的各项损失则钢水质量Wm为:Wm=100.00-6.954=93.05kg钢水收得率为93.05%。
(6)未加废钢时的物料平衡见表13。
表13 未加废钢时的物料平衡表热平衡计算基本数据(1)物料平均热容及其熔化潜热。
见表14。
表14 物料平均热容(2)入炉物料及产物的温度。
见表15。
表15 入炉物料及产物的温度(3)溶入铁液中元素对铁熔点的降低值。
见表16。
表16 溶入铁液中元素对铁熔点的降低值元素 C Si Mn P S溶入1%元素使铁熔点降 65 70 75 80 85 90 100 8 5 30 25低值/℃使用含量范围/% <1 1.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ≤3 ≤15 ≤0.7 ≤0.08另外,O,H,N共降低铁水熔点值6℃。
(4)炼钢反应热效应。
见表17。
表17 炼钢温度下的反应热效应组元化学反应热效应/ 热效应/ KJ/kmol KJ/kmol 物质氧化反应 [C]+1/2{O2}={CO} -139420 -11639 C[C]+{O2}={CO2} -418072 -34834 C[Si]+{O2}=(SiO2) -817682 -29202 Si[Mn]+1/2{O2}=(MnO) -361740 -6594 Mn2[P]+5/2{O2}=(P2O5) -1176563 -18980 P[Fe]+1/2{O2}=(FeO) -238229 -4250 Fe2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3) -722432 -6460 Fe成渣反应 (SiO2)+(CaO)=(2CaO·SiO2) -97133 -1620 SiO2(P2O5)+4(CaO)= (4CaO·P2O5) -693054 -4880 P2O5分解反应 CaCO3=(CaO)+{CO2} 169050 3019 CaOMgCO3=(MgO)+{CO2} 118020 2951 MgO计算过程(以100kg铁水为基础)(1)热收入Q in。
①铁水物理热Q hm。
已知纯铁的熔点为1536,则根据表17和表14的数据,的铁水熔点T t=1536-(4.5×100+0.48×8+0.4×5+0.065×30+0.005×25)-6=1072℃铁水物理热Q hm =100×[0.745×(1072-25)+218+0.837×(1300-1027)]=118884.32 kJ②元素氧化热及成渣Qy。
由铁水中元素氧化量和反应热效应(表17)可以算出,其结果列于表18.③烟尘氧化热Q c。
由表5给出的烟尘量参数和反应热效应(表17)计算可得:Q c =1.5×(75%×56/72×4250+20%×112/160×6460)=5075.36kJ 表18 元素氧化热和成渣热反应氧化热或成渣热/kJ 反应氧化热或成渣热/kJC→CO 3.52×11639=40969.28 Fe→Fe2O30.400×6460=2306.22C→CO20.88×34834=30653.92 P→P2O50.0585×18980=1100.33Si→SiO20.48×29202=14016.96 P2O5→4CaO·P2O50.137×4880=670.27Mn→MnO 0.2×6594=1318.8 SiO2→2CaO·SiO2 1.281×1620=2076.02Fe→FeO 0.599×4250=2547.17合计Q y95944.80④炉衬中碳的氧化热Q1。