——任务要求：含C 3.9%，Si 0.6%，50t复吹转炉专业班级：冶金工程3班学生姓名：李源祥指导教师：杨吉春完成时间：2011年11月25日1.炼钢课程设计目的与内容一、炼钢课程设计的目的炼钢课程设计属于钢铁冶金专业的实践性教学环节，要求学生查阅相关资料，在指导老师的具体指导下，合理选择工艺参数、配料，使物料平衡、热平衡等工艺过程，及其绘图等，使学生经物料平衡计算，了解加入炉内参与炼钢过程的全部物料与产物之间的平衡关系。
经热平衡计算后，了解炼钢过程的全部热量来源与支出之间的平衡关系。
经炉型设计和绘图，掌握炉型对尺寸的计算方法。
对提高学生工程实践及独立分析解决问题的能力，培养创新意识，同时，加深了学生对炼钢原理，炼钢工艺等专业知识的理解，提高专业水平具有重要意义。
二、炼钢课程设计的内容1.转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算；2.复吹转炉炉型设计计算及绘图。
3.设计具体要求：铁水含C 3.9%，含Si 0.6%，50t炉型图。
2.转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算2.1 物料平衡计算2.1.1 计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其他工艺参数。
表2-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值注：本计算设定的冶炼钢种为Q235A。
[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。
注：炉衬配比：（镁碳砖），镁砂：80~85% 碳：15~20%碳的有效成分：99.56%，余为挥发分：0.44% 。
表2-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）注：①10%的C与氧气生成CO2表2-4 其他工艺参数设定值2.1.2物料平衡的基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、白云石、矿石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。
支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。
2.1.3 计算步骤以100㎏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，炉衬腐蚀和加入溶剂的成渣量。
其各项成渣量分别列于表2-5~表2-7。
总渣量及成分如表2-8所示。
表2-5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量①注：由CaO还原出的氧量；消耗CaO量=0.0133×56/32=0.0233㎏。
表2-7 加入溶剂的成渣量注：①.石灰加入量：渣中已含CaO=-0.0233+0.004+1.30+0.003=1.2837kg；渣中已含SiO2 =1.286+0.006+0.015+0.013+0.021=1.341kg ；因设定终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为：[R∑ω(SiO2)-∑ω(CaO)]/[ω(CaO,石灰)-R×ω(SiO2，石灰)]=3.410/(88.0%-3.5×2.50%)=4.303㎏②.石灰加入量=(石灰中CaO含量）-（石灰中S→CaS自耗的CaO量）表2-8 总渣量及其成分①.总渣量计算如下：表中除(FeO)和(Fe 2O 3)以外的总渣量为: 5.081+1.468+0.932+0.162+0.155+0.448+0.186+0.039=8.471㎏， 矿石成渣量中(FeO)和(Fe 2O 3)所占比例：（0.280+0.660）/（8.471+0.280+0.660）=9.988%<13.25%, 因此总渣量为：（8.471+0.280+0.660）/（1-9.988%）=10.388 kg ② ω(FeO)=10.388×8.25%-0.28=1.577㎏③ ω(Fe 2O 3)=10.388-8.471-0.857-0.660-0.001=0.399㎏第二步：计算氧气消耗量。
氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。
见表2-9第三步：计算炉气量及其成分。
炉气中含有CO 、CO 2、N 2、SO 2和H 2O.其中CO 、CO 2、SO 2和H 2O 可由表2-5~表2-7查得，O 2和N 2则由炉气总体积来确定。
现计算如下：炉气总体积V Σ : V ∑=g V +0.5%V ∑+6.991 (s G 324.22+0.5%V ∑－x V )所以：V ∑=(99.6g V +0.7Gs －x V )/99.103=7.275 m 3式中 Vg ——CO 、CO 2、SO 2和H 2O 各组分总体积，m ³。
本计算中其值为：8.075×22.4/28＋1.410×22.4/44＋0.013×22.4/64＋0.005×22.4/18=7.189m 3 Gs ——不计自由氧的氧气消耗量，㎏。
本计算中其值为： 6.645+0.066+0.34=7.051㎏Vx——石灰中的S和CaO反应还原出的氧量（其质量为：0.002㎏）m³。
0.5%——炉气中自由氧含量。
99——自由氧纯度为99%转换得来。
计算结果列于表2-10表2-10 炉气量及其成分注：①.炉气中O2的体积为7.275×0.5%=0.036m³；质量为0.036×32/22.4=0.051㎏。
②.炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分体积之差；质量为0.050×28/22.4=0.0625㎏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＝100-5.348-[1.50×(75%×56/72+20%×112/160)+1+10.388×6%]＝91.944㎏由此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表2-11表2-11 未加废钢时的物料平衡表第五步：计算加入废钢的物料平衡。
如同第一步计算铁水中元素氧化量一样，利用表2-1中的数据先确定废钢种元素的氧化量及其消耗量和成渣量（表2-12），再将其与表2-11归类合并，逐得到加入废钢后的物料平衡表2-13和表2-14。
表2-12 废钢中元素的氧化产物及其成渣量表2-13 加入废钢的物料平衡表（以100㎏铁水为基础）注：计算误差为（121.629-121.43）/121.629×100%=0.16%表2-14 加入废钢的物料平衡表（以100㎏铁水+废钢为基础）第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。
现根据钢种成分设定值（表2-1）和铁合金成分及其回收率（表2-3）算出锰铁和硅铁的加入量，在计算其元素的烧损量。
将所有的结果与表2-14合并，及得到炼一炉钢的总物料平衡表。
锰铁加入量W Mn 为：W Mn ＝回收率Mn 含量Mn 锰铁中][][-×终点钢种Mn w Mn w ×钢水量＝%80%80.67%18.0-%55.0××92.38＝0.63 kg硅铁加入量W Si 为：W Si ＝回收率量锰铁含加锰铁后的钢水量终点钢种Si Si ][-)][-][(Fe ××MnSi w Si w Si w＝%75%00.73002.0-)55.038.92(%25.0 ×+× ＝0.42 kg铁合金中元素烧损量和产物量列于表2-15。
脱氧和合金化后的钢水成分如下： w(C)＝0.10%＋25.93037.0×100%＝0.14% %25.0%10025.93230.0002.0)i (w =×+=S%55.0%10025.93002.0342.0%81.0)(w =×++=Mn%021.0%10025.93001.0%020.0)(w =×+=P %021.0%10025.93001.0%02.0)(w =×+=S可见，含碳量尚未达到设定值。
为此需在钢包内加焦炭增碳。
其加入量W 1为：钢水量）（×=回收率C ×含量C 焦炭中%14.0-18.0W 1㎏）（ 0.06193.2575%81.50%14.0-18.0=××=由此可得整个冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表2-16。
表2-16 总物料平衡表②.可以近似的认为(0.135+0.032)的氧量系出钢水二次氧化带入。
2.2 热平衡计算2.2.1计算所需的原始数据计算所需的基本原始数据有：各种入炉料及产物的温度（表2-17）；物料平均热熔（表2-18）；反应热效应（表2-19）；融入铁水的元素对铁水熔点的影响（表2-20）。
其他工艺参数参照物料平衡选取。
表2-17 入炉物料及产物的温度设定值表2-18 物料平均热熔表2-19 炼钢温度下的反应热效应表2-20 融入铁水的元素对铁熔点的降低值2.2.2 计算步骤以100㎏铁水为基础第一步：计算热收入S Q。
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。
Q(1) 铁水物理热W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(见表2-17、表2-1和表Q。
2-20)计算铁水熔点T t，然后由铁水温度和生铁热容(见表2-17和表2-18)确定W T=1536－(3.9×100+0.6×8+0. 3×5+0.10×30+0.040×25)－6=1129.7 (℃)tQ=100 ×[0.745×(1129.7－25)+218+0.837×(1250－1129.7)]=114169.26(KJ) WQ(2) 元素氧化热及成渣热y由铁水中元素氧化量和反应热效应(见表2-19)可以算出，其结果列于表2-21。
表2-21元素氧化热和成渣热(3) 烟尘氧化热C Q由表2-4中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。
C Q ＝1.5×(75％×56/72×4250+20%×112/160×6460)=5075.35kJ(4) 炉衬中碳的氧化热1Q ＝0.3×15％×90％×11639＋0.3×15％×10％×34834＝628.13kJ故热收入总量为S Q =W Q ＋y Q ＋C Q ＋1Q ＝114169.26+80924.65+5075.35+628.13=200797.39kJ第二步：计算热支出Z Q 。
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(金属)物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。