年产435万吨良坯的氧气顶底复吹转炉炼钢车间设计

1年产435万吨良坯的三吹二制顶底复吹转炉炼钢车间设计摘要本设计的主要任务是设计年产435万吨良坯的三吹二制氧气顶底复吹转炉炼钢车间，设计从物料平衡和热平衡计算开始，主要包括以下几部分：物料平衡和热平衡计算、转炉炼钢车间设计、连铸设备的选型及计算、炉外精炼设备的选型与工艺布置以及炼钢车间烟气净化系统等。其中的重点和核心是转炉炼钢车间设计。本车间的炉外精炼采用了LF精炼方式。本车间的浇注方式为全连铸，最终产品为板坯。转炉的原料供应主要有铁水、废钢以及其它一些辅助材料。关键词：转炉；炼钢；三吹二制；精炼；全连铸AbstractThemaintaskofthisdesignistodesigncapacityof435milliontonsingottopandbottomandthreetwoforblowingoxygenconvertersteelmakingplant,thedesignstartingfromthematerialbalancecalculations,includingthefollowingcomponents:basicmaterialbalanceandheatbalancecalculation,convertersteelmakingplantdesign,selectionandcalculationofcontinuouscastingequipment,Refiningoutsidethefurnaceequipmentselectionandprocesarrangementandsteelworkshopfluegaspurificationsystem,etc.Oneofthefocusandcoreissteelmakingplantdesign.TheworkshopadoptedtheLFrefiningrefiningmeans.Thisworkshoppouringwayisfullcontinuouscasting,thefinalproductistheslab.ThemainmaterialssupplyofConverterarethemolteniron,scrapsteelandotherauxiliarymaterials.Keywords:converter;steel;threetwoforblowing;refining;Continuouscasting.1.物料平衡计算1.1计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种及其成分、铁水和废钢的成分、终点钢水成分；造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率；其他工艺参数。2根据要求，所冶炼钢种为，钢种、铁水、废钢和终点钢水成分按要求制得表1-1如下。铁水成分，钢种等要求都是按照任务书中要求。表1-1钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值CSiMnPS钢种Q235A设定值0.180.250.55≤0.045≤0.050铁水设定值4.1750.4300.5320.2700.032废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值0.10痕迹0.1600.0270.019原材料成分见表1-2。铁合金成分及其回收率见表1-3。其他工艺参数设定值见表1-4。表1-2原材料成分CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰88.002.502.601.500.500.100.064.640.10萤石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50生白云石36.00.8025.901.0036.30炉衬1.302.9078.801.201.6014.20焦碳0.5881.5012.405.52表1-3铁合金成分及其回收率成分含量/%类别成分含量/%类别3CSiMnAlPSFe硅铁—73.00，750.50，802.50，00.05，1000.03，10023.92，100锰铁6.60，900.50，7567.8，80—0.23，1000.13，10024.74，1001.2物料平衡基本项目物料平衡的收入项有：铁水、废钢、熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损和铁合金；支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气以及喷溅。1.3计算步骤以100kg铁水为基础进行计算。第一步：计算脱氧和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。其各项成渣量经计算后分别列于表1-5~表1-7，总渣量及其成分如表1-8所示。表1-4其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度ω（CaO）/ω（SiO2）=3.5渣中铁损（铁珠）为渣量的6%萤石加入量为铁水量的0.5%氧气纯度99%，余者为N2生白云石加入量为铁水量的2.5%炉气中自由氧含量0.5%（体积比）炉衬蚀损量为铁水量的0.3%气化去硫量占总去硫量的1/3终渣∑ω（FeO）含量（按ω（Fe2O3）=1.35ω（FeO）折算15%，而ω（Fe2O3）/∑ω（FeO）=1/3，即ω（Fe2O3）=5%，ω（FeO）=8.25%金属中[C]的氧化产物90%C氧化成CO，10%C氧化成CO2烟尘量为铁水量的1.5%（其中ω（FeO）为75%，ω（Fe2O3）为20%）废钢量由热平衡计算确定，本次设计计算结果为铁水量的14.55%，即废钢比为12.70%喷溅铁损为铁水量的1%成分含量/%，回收率/%类别4表1-5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C[C]→{CO}4.075×90%=3.6674.8898.556[C]→{CO2}4.075×10%=0.4081.0881.496Si[Si]→{SiO2}0.4300.4910.921入渣Mn[Mn]→{MnO}0.3720.1080.480入渣P[P]→（P2O5）0.2430.3140.557入渣S[S]→{SO2}0.013×1/3=0.0040.0040.008[S]+（CaO）→（CaS）+[O]0.013×2/3=0.009-0.005*0.021入渣Fe[Fe]→（FeO）0.734×56/72=0.5710.1630.734入渣[Fe]→（Fe2O3）0.416×112/160=0.2910.1250.416入渣合计5.9997.459成渣量3.129入渣组分之和*由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量=0.009×56/32=0.016Kg表1-6炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量/kg成渣组分/kg气态产物/kg耗氧量/kgCaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3C→COC→CO2C→CO，CO20.30.0040.0090.2360.0040.0050.3×14%×90%×28/12=0.0880.3×14%×10%×44/12=0.0150.062合计0.2580.1030.062表1-7加入熔剂的成渣量类别加入量/kg成渣组分/kg气态产物/kgCaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤石0.50.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005生白云石2.50.9100.6400.0200.0250.905石灰3.1843.1810.0830.0800.0480.0160.0030.0040.0030.1480.001合计2.9010.7260.1280.0810.0240.0080.0050.4400.0081.0530.0501成渣量8.442（1），石灰石加入量计算如下：由表1-5—表1-7可知，渣中已含（CaO）=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.900kg；渣中已含（SiO2）=0.921+0.009+0.028+0.020=0.978kg。因设定终渣碱度R=3.5，则石灰加入量为[R∑ω（SiO2）-∑ω（CaO）]/[ω（CaO石灰）-Rω（SiO2石灰）]=2.523/[88.0%-3.5×2.5%]=3.184kg。（2），（石灰石中Ca含量）—（石灰石中S——CaS自耗的CaO量）（3），有CaO还原出来的氧量，计算方法同表1-7的注。表1-8总渣量及其成分炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量/kg0.9210.480.730.4160.5770.0213.129石灰成渣量/kg3.1810.0800.0830.0480.0160.0030.0043.415炉衬蚀损成渣量/kg0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣量/kg0.9100.0200.6400.0251.595萤石成渣量/kg0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.0010.495总渣量/kg4.0971.0580.9620.0850.4800.7340.4450.4400.5650.0268.892质量分数46.0811.9010.820.965.408.255.004.956.350.29100.06/%总渣量计算如下：元素氧化成渣量由表1-5得到；石灰成渣量由表1-7取得。除（FeO）和（Fe2O3）以外渣量为：4.097+1.058+0.962+0.085+0.480+0.440+0.565+0.026=7.71kg。又由表1-4得，终渣∑ω（FeO）=15%，所以总量为7.713/86.75%=8.892kg；因此ω（FeO）=8.892×8.25%=0.734kg；ω（Fe2O3）=8.892×5%-0.16-0.005-0.008=0.416kg。第二步：计算氧气消耗量。氧气实际消耗量为消耗项与供入项之差，如下表1-9所示。表1-9实际耗氧量耗氧项/kg供氧项/kg实际氧气消耗量/kg铁水中元素氧化耗氧量（表1-5）7.459铁水中S与CaO反应还原出的氧化量（表3-5）0.005炉衬中碳氧化耗氧量（表1-6）0.062石灰中S与CaO反应还原出的氧化量（表3-7）0.001烟尘中铁氧化耗氧量（表1-4）0.340炉气自由氧含量（表1-10）0.0607.921-0.005+0.064=7.980合计7.921合计0.006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、SO2、CO2和H2O可由表1-5~表1-7查得，O2和N2则由炉气总体积来确定。现计算如下。炉气总体积V∑：V∑=Vg+0.5%V∑+1/99[（22.4/32）GS+0.5%V∑-VX]V∑=（99Vg+0.7GS-VX）/98.50式中：Vg——CO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，8.233m3；GS——不计自由氧的氧气消耗量，7.861kg；VX——铁水与石灰中的S与CaO反应还原出的氧量，其质量为0.006kg（见表3-9），m3；0.5%——炉气中自由氧含量；99——由氧气纯度为99%转换得来。V∑=（99×8.233+0.7×7.861-0.006）/98.51=8.330m3。所以炉气自由氧含量=8.330×0.5%=0.042m3，质量=0.042×32/22.4=0.06kg。N2体积系炉气总体积与其它成分的体积之差；重量为0.056×28/22.4=0.07kg。表1-10炉气量及其成分炉气成分炉气量/kg体积/m3体积分数/%CO8.6448.644×22.4/28=6.91583.007CO22.5642.564×22.4/44=1.30515.66SO20.0080.008×22.4/64=0.0030.05H2O0.0080.008×22.4/18=0.0100.12O20.0600.0420.50N20.0700.0560.67合计11.3548.330100.00第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。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=