安徽工业大学炼钢厂设计 指导教师：周俐 常立忠
目录
1 转炉物料平衡和热平衡计算........................................................................................................3
1.1 原始数据（收集或给定）.................................................................................................3 1.2 物料平衡计算.....................................................................................................................4
1.2.1 炉渣量及炉渣成分的计算......................................................................................4 1.2.2 矿石及烟尘中的铁量和氧量的计算......................................................................8 1.2.3 炉气成分及重量的计算..........................................................................................9 1.2.4 未加废钢时氧气的消耗量的计算..........................................................................9 1.2.5 钢水量计算...........................................................................................................10 1.2.6 未加废钢时的物料平衡表....................................................................................10 1.3 热平衡计算（取冷料为 25℃）......................................................................................10
1.3.1 热收入项................................................................................................................10 1.3.2 热支出项................................................................................................................11 1.3.3 热平衡表................................................................................................................12 1.4 加入废钢和脱氧后的物料平衡计算...............................................................................12
1.4.1 加入废钢的物料平衡计算....................................................................................12 1.4.2 脱氧后的物料平衡计算........................................................................................13
2 270 吨转炉炉型设计计算........................................................................................................17
2.1 转炉炉型及主要参数.......................................................................................................17
2.1.1 转炉三种炉型介绍................................................................................................17 2.1.2 炉子各部分主要尺寸参数的确定和计算............................................................18 2.2 炉型设计计计算举例.......................................................................................................18
2.2.1 原始条件................................................................................................................21 2.2.2 熔池尺寸计算........................................................................................................21 2.2.3 取炉帽尺寸计算....................................................................................................22 2.2.4 出钢口尺寸计算....................................................................................................23
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2.2.5 炉子内型高度的计算............................................................................................23 2.2.6 炉衬厚度的选定....................................................................................................23 2.2.7 炉子高宽比的确定................................................................................................23 2.2.8 氧气顶吹转炉主要参数表....................................................................................24
3 喷头及氧枪设计计算..............................................................................................................25
3.1 喷咀理论与设计...............................................................................................................25
3.1.1 有关公式[5]537.....................................................................................................25 3.1.2 参数分析................................................................................................................26 3.2 喷头计算步骤...................................................................................................................29
3.2.1 原始数据................................................................................................................29 3.2.2 有关参数的计算和确定........................................................................................30 3.3 枪身设计...........................................................................................................................31
3.3.1 设计数据................................................................................................................31 3.3.2 中心氧管计算........................................................................................................31 3.3.3 中层隔水管计算....................................................................................................31 3.3.4 外层管计算............................................................................................................32 3.3.5 氧枪冷却水升温的核算........................................................................................32 3.3.6 喷头与氧枪尺寸的结合：可最后确定喷头图尺寸............................................32 3.4 列出喷头，氧枪的设计参数表.......................................................................................32 4 转炉炼钢课程设计的主要内容................................................................................................33
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第一部分 转炉物料平衡和热平衡计算
（一） 原始数据（收集或给定）
一、铁水成分和温度
表1-1
成分 % C 4.450 Si 0.550 Mn 0.530 P 0.140 S 0.041 铁水温度 1312 钢中[Ｐ、Ｓ]影响渣质、喷溅和炉容比，[Si]影响炼铁焦比和转炉废钢加入量(目前要求[Si]<0.55%)
二、原材料成分（参[2] 、[4]、规程及[6]166）
表1-2
% 石灰 CaO 92.15 SiO2 1.66 MgO 1.54 Al2O3 1.83 S 0.02 P FeO Fe2O3 烧碱 2.80 H2O C ∑ 100 矿石 轻烧白云石 炉衬
1.00 5.61 0.52 1.10 0.07 29.40 61.80 0.50 100 45.5 6.95 12.56 2.05 31.5 72.00 2.74 1.00 7.80 18.00 100 100 三、冶炼钢种和废钢成分
表1-3 % 钢种Q235 废钢取 Q235中线
C 0.140~0.220 Si 0.120~0.300 Mn 0.400~0.650 P ≤0.035 S ≤0.035 0.180 0.200 0.520 0.022 0.025 四、平均比热
表1-4 平均比热 材料 生铁 钢 炉渣 炉气 烟尘 矿石
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kcal/kg·C（固体） 0.745 0.699 0.996 1.046 kcal/kg(溶化) 218 272 209 209 209 kcal/kg·C(气，液态) 0.837 0.837 1.248 1.137 安徽工业大学炼钢厂设计 指导教师：周俐 常立忠
五、反应热效率（认为25℃与炼铁温度下两者数值近似）
表1-5反应热效率 反应式 C +kJ/kmol 131365.0 414481.7 795023.6 1172078.6 384959.0 266635.0 822156.0 124600.4 690414.9 kJ/kg(元素) 10949.1 34521.0 28314.0 18922.6 7020.3 5021.2 7340.7 2071.1 5020.8 分子量 C 12 C 12 Si 28 P 31 Mn 55 Fe 56 Fe 56 SiO2 60 P2O5 142 1O2=CO 2C+O2=CO2 Si+O2=SiO2 5O2=P2O5 21Mn+O2=MnO 21Fe+O2=FeO 232Fe+O2=Fe2O3 22P+2CaO+SiO2=2CaO·SiO2 4CaO+P2O5=4CaO·P2O5 *参氧气转换炉炼钢原理（美）,冶金工业出版社74年版75页
六、有关参数的选用
1、 渣中铁珠占渣重的8%；
2、 金属中碳的氧化90%[C] →CO 10%[C]→CO2； 3、 喷溅铁损占铁水量的1%；
4、 炉气平均温度1450℃；含自由氧0.5%；烟尘量占铁水量的1.16% 其中有77tO和20t2O3； 5、 炉衬侵蚀占铁水量的0.5%； 6、 氧气成分为99.5%O2和0.5%N2。
（二） 物料平衡计算
根据铁水成分冶炼钢种，可选用单渣不留渣的操作法。 为简化计算，物料平衡以100kg铁水为计算基础。
一、 炉渣量及炉渣成分的计算
炉渣来自元素的氧化，造渣材料和炉衬侵蚀等。 1. 铁水中各元素的氧化量%
表1-6 铁水中各元素的氧化量 % 铁水 终点钢水 氧化量 说明：
[Si]——在碱性转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化，随同加入的其它材料带入的 SiO2 一起 进入炉渣中，故终点钢水硅的含量为痕迹；
[P]——单渣法，低磷铁水的去磷率约90%（±5%），同时要考虑钢包中回磷的因素； [Mn]——终点钢水残锰量，一般为铁水中锰含量的30%～40%，本设计取30%；； [S]——氧气转炉内去硫率不高，一般在30～50%的范围，这里取40%；
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C 4.450 0.150 4.300 Si 0.550 — 0.550 Mn 0.530 0.160 0.370 P 0.140 0.014 0.126 S 0.041 0.025 0.016 备注 铁水温度1312℃ 实测 转入表1-7 安徽工业大学炼钢厂设计 指导教师：周俐 常立忠
[C]——终点碳与钢种及磷量有关，要求出钢后加铁合金增碳量（增碳量约 0.2%~0.3%）能满足钢的规格中限，即：[C]终点=[C]中限-[C]增碳；这里取[C]终=0.18%-0.03%=0.15%，可满足去磷保碳与增碳两个条件。 2、铁水中各元素的氧化量、耗氧量和氧化产物量的计算。
表1-7 铁水中各元素的氧化量、耗氧量和氧化产物量
元素 反应式 C[C] +元素氧化（kg） 4.3×90％=3.870 4.3×10％=0.430 0.550 0.370 消耗 （kg） 3.87×16=5.160 氧化产物（kg） 3.87×28=9.030 120.43×44=1.577 备注 12O2=CO 12C[C] +O2=CO2 Si[Si]+O2=(SiO2) 0.43×32=1.147 120.55×32=0.629 12280.55×60=1.179 280.37×71=0.478 55Mn [Mn]+ =（MnO） P 2[P]+1O2 20.37×16=0.108 555O2 20.126 0.126×80=0.163 0.126×142 6262=0.289 0.005×64=0.010 =（P2O5） S[S]+O2=SO2 S[S]+(CaO) =(CaS)+[O] 0.016×=0.005 0.016-0.005 =0.011 130.005×32=0.005 320.011×（-16） 32= -0.006 32设1为气化去硫 30.011×72 ①-0.004表还原出[O]量②[S]消耗CaO量=0.011×32=0.025 56=0.019 321O2=(FeO) 23Fe 2[Fe]+O2 2Fe[Fe]+=(Fe2O3) 共计
0.898 0.404 0.898×16=0.261 561.155 0.577 见表1-13及说明 见表1-13及说明 0.404×48 112=0.173 6.664 7.640 3.造渣剂成分及数量：（选自国内有关生产炉）
1）炉衬侵蚀成分及重量的计算（0.5㎏炉衬／100㎏铁水）
表1—10
炉衬成分 CaO MgO SiO2 重量（㎏） 0.5×6.95%=0.035 0.5×72.00%=0.36 0.5×2.05%=0.010 炉衬成分 Al2O3 C* 共计 重量（㎏） 0.5×1.00%=0.005 0.5×18.00%=0.090 0.500 28C*:其中 90%C→CO 0.090×90%×12=0.189[㎏]
4410%C→CO2 0.090×10%×12=0.033[㎏]
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