氧枪设计及物料平衡Word文档格式.docx
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灰分
挥发分
石灰
88.00
2.50.
2.60
1.50
0.50
0.06
4.64
萤石
0.30
5.50
1.60
0.90
生白云石
36.40
25.60
1.00
36.20
炉衬
1.20
3.00
78.80
1.40
14
14.0
焦炭
0.58
81.5
12.4
5.52
表1-3铁合金成分(分子)及其回收率(分母)
成分回收率/%
Al
Fe
硅铁
——
73.00/75
0.50/80
2.50/0
0.05/100
0.03/100
23.92/100
锰铁
6.60/90
0.50/75
67.8/80
0.23/100
0.13/100
24.74/100
表1-4其他工艺参数设定值
名称
参数
终渣碱度
w(CaO)/w(SiO2)=3.5
萤石加入量
为铁水量的0.5﹪
生白云石加入量
为铁水量的2.5﹪
炉衬蚀损量
为铁水量的0.3﹪
终渣∑w(FeO)含量
(按向钢中传氧量w(Fe2O3)=1.35w(FeO)折算)
15﹪而ω(Fe2O3)/∑ω(FeO)=1/3,即金属中[C]的氧化产物w(Fe2O3)=5﹪,w(FeO)=8.25﹪
烟尘量
为铁量的1.5﹪(其中w(FeO)为75﹪w(Fe
O
)的20﹪)
喷溅铁损
为铁水量的1﹪
渣中铁损(铁珠)
为渣量的6﹪
氧气纯度
99﹪,余者为N
1%
炉气中自由氧含量
0.5﹪(体积比)
气化去硫量
占总去硫量的1/3
金属中[C]的氧化物
90﹪C氧化成CO,
10﹪C氧化成CO2
废钢量
由热平衡计算确定,本计算结果为铁水量的13.35﹪,即废钢比为11.78﹪
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、轻烧白云石)、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。
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1-5-表1-7。
总渣量及成分如表1-8所示:
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/㎏
耗氧量/㎏
氧化产物量/㎏
备注
[C]+1/2O2→{CO}
4.09×
90%=3.681
3.681×
16/12=4,908
8.589
[C]+O2→{CO2}
10%=0.409
0.409×
32/12=1.090
1,499
[Si]+O2→(SiO2)
0.800
0.800×
32/28=0.914
1.714
入渣
[Mn]+1/2O2→(MnO)
0.420
0.420×
16/44=0.122
0.452
2[P]+5/2O2→(P2O5)
0.180
0.180×
80/62=0.232
0.641
[S]+O2→{SO2}
0.016×
1/3=0.005
0.005×
32/32=0.005
0.010
[S]+[CaO]→(CaS)+(O)
2/3=0.010
0.010×
(-16)/32=-0.005
[Fe]+1/2O2→(FeO)
1.124×
56/72=0.874
0.832×
16/46=0.250
1.124
入渣(表7-8)
2[Fe]+3/2O2→(Fe2O3)
0.635×
112/160=0.445
0.445×
48/112=0.190
0.635
合计
6.872
7.706
成渣量
4.448
入渣组分之和
①由CaO还原出的氧量;
消耗CaO量=0.010×
56/32=0.0175㎏。
炉衬蚀损渣量/㎏
成渣组分/㎏
气态氧化物/㎏
CaO
C→CO
C→CO2
C→CO,CO2
0.3(表7-4)
0.004
0.009
0.236
0.005
0.088
0.015
0.062
0.258
0.103
表1-6炉衬蚀损的成渣量
表1-7加入溶剂的成渣量
加入量
㎏
气态氧化物
CaS
O2
0.5
0.002
0.003
0.028
0.008
0.001
0.44
白云石
2.5
0.910
0.640
0.025
0.905
6.68
5.887
0.174
0.167
0.100
0.033
0.007
0.310
6.817
0.817
0.215
0.133
0.041
0.012
1.215
8.485
①.石灰加入量:
渣中已含CaO=-0.018+0.004+0.002+0.910=0.906㎏;
渣中已含SiO2=1.714+0.009+0.028+0.020=1.771㎏;
因设定终渣碱度R=3.5,故石灰加入量为:
5.295/(88.0%-3.5×
2.50%)=6.68㎏
②.石灰加入量=(石灰中CaO含量)-(石灰中S→CaS自耗的CaO量)
第二步:
计算氧气消耗量。
表1-8总渣量及其成分
炉渣成分/㎏
MnO
FeO
元素氧化成渣
1.71
0.542
0.63
0.41
石灰石成渣量
6.377
炉衬蚀损成渣
生白云石成渣
0.91
0.02
0.64
1.595
萤石成渣量
0.495
总成渣量
6.80
1.938
1.053
0.137
0.673
0.424
0.031
13.623
质量分数/%
49.94
14.23
7.73
1.01
3.98
8.75
4,94
3.23
0.23
100
①.表中除(FeO)和(Fe2O3)以外的总渣量为6.803+1.938+1.053+0.137+0.542+0.440+0.424+0.031=
11.818㎏,而终渣Σω(FeO)=15%(表1-4),故总渣量为11.818/86.75%=13.623㎏。
②.ω(FeO)=13.623×
8.25%=1.124㎏ω(Fe2O3)=13.623×
5%-0.033-0.005-0.008=0.635㎏
氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。
见表1-9
表1-9实际耗氧量
耗氧项/㎏
供氧项/㎏
实际耗氧量/㎏
铁水中元素氧化耗氧量(表1-5)7.706
炉衬中碳氧化消耗氧量(表1-6)0.062
石灰中S与CaO反应还原出的氧化量(表5-7)0.002
烟尘中铁氧化消耗氧量(表1-4)0.340
8.168-0.002+0.072=8.24
炉气自由氧含量(表1-10)0.060
合计8.168
合计0.002
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VΣ
V∑=
+0.5%V∑+
(
V∑-
)
=
=8.454m³
式中Vg——CO、CO2、SO2和H2O各组分总体积,m³
。
本计算中其值为:
=8.354m³
Gs——不计自由氧的氧气消耗量,㎏。
7.706+0.062+0.34=8.108㎏(见表1-9)
Vx——石灰中的S和CaO反应还原出的氧量(其质量为:
0.002㎏,见表1-9),
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1-10
表1-10炉气量及其成分
炉气成分
炉气量/㎏
炉气体积/m³
体积分数/%
CO
8.677
8.677×
22.4/28=6.942
82.11
2.729
2.729×
22.4/44=1.389
16.43
SO2
22.4/64=0.004
0.05
0.015×
22.4/18=0.019
0.22
0.060
0.042
N2
0.072
0.058
0.69
11.563
8.454
100.00
①.炉气中O2的体积为8.454×
0.5%=0.042m³
;
质量为0.040×
32/22.4=0.060㎏。
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0.058×
28/22.4=0.072㎏
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
=100-6.872-[1.50×
(75%×
56/72+20%×
112/160)+1+13.623×
6%]
=90.226㎏
由此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表1-11
表1-11未加废钢时的物料平衡表
收入
支出
项目
质量/㎏
%
铁水
84.68
钢水
90.27
76.40
5.66
炉渣
13.62
10.03
0.42
炉气
11.68
9.79
2.50
2.11
喷溅
0.85
烟尘
1.27
氧气
8.24
6.86
渣中铁珠
0.82
0.66
118.32
118.29
注:
计算误差为(118.32-118.29)/118.32×
100%=-0.025%
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1-1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1-12),再将其与表1-11归类合并,逐得到加入废钢后的物料平衡表1-13和表1-14。
表1-12废钢中元素的氧化产物及其成渣量
耗氧量㎏
产物量㎏
进入钢中的量/㎏
[C]→{CO}
13.64×
0.08%×
90%=0.010
0.013
0.023
[C]→{CO2}
90%=0.001
[Si]→(SiO2)
0.25%=0.034
0.039
0.073
[Mn]→(MnO)
0.37%=0.050
0.065
[P]→(P2O5)
0.01%=0.001
[S]→{SO2}
0.009%×
1/3=0.0004
0.0004
0.0008
[S]+[CaO]→
(CaS)+(O)
2/3=0.0008
-0.0004
0.097
0.071
13.64-0.097=13.543
成渣量/㎏
0.142
表1-13加入废钢的物料平衡表(以100㎏铁水为基础)
75.88
90.54+13.25=103.77
78.76
废钢
13.64
10.35
12.96+0.14=13.76
10.44
5.070
11.08+0.028=11.71
8.89
0.38
0.76
轻烧白云石
1.90
1.14
0.78
0.59
8.17
6.60
131.79
131.75
计算误差为(131.79-131.75)/131.79×
100%=-0.03%
表1-14加入废钢的物料平衡表(以100㎏铁水+废钢为基础)
91.32
78.37
12.00
10.34
12.10
10.38
5.88
5.07
10.30
8.83
0.88
0.75
2.20
1.32
1.13
0.26
0059
7.19
6.20
115.97
116.61
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1-1)和铁合金成分及其回收率(表1-3)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1-14合并,及得到炼一炉钢的总物料平衡表。
锰铁加入量W
为:
硅铁加入量WSi为:
铁合金中元素烧损量和产物量列于表1-15。
脱氧和合金化后的钢水成分如下:
表1-15铁合金中元素烧损量和产物量
元
素
烧损量㎏
脱氧量
/㎏
炉气量
入钢量㎏
0.62×
6.60%×
10%=0.004
0.011
90%=0.037
67.80%×
20%=0.084
0.024
0.108
80%=0.335
0.50%×
25%=0.001
75%=0.002
0.23%=0.001
0.13%=0.001
24.74%=0.154
0.089
0.035
0.110
0.530
0.42×
2.50%×
100%=0.011
0.006
20%=0.0004
0.0001
0.0005
80%=0.002
73.00%×
25%=0.077
0.165
75%=0.230
0.05%=0.0002
0.03%=0.0001
23.92%=0.100
0.098
0.172
0.332
总计
0.177
0.282
0.862
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W1为:
焦粉生成的产物如下:
碳烧损量/㎏
气体量/㎏
碳入钢量/㎏
0.06×
81.50%×
25%=0.012
0.032
0.044+0.06×
(0.58+5.52)%
=0.047
12.40%
=0.007
75%
=0.037
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1-16。
表1-16总物料平衡表
75.10
91.32+0.862+0.037=92.22
78.58
10.24
12.10+2.82+0.007=12.39
10.46
5.01
1030+0.015+0.047=10.36
8.50
0.37
1.88
1.12
2.26
7.36
6.28
0.62
0.53
0.36
焦粉
117.18
117.36
①.计算误差为(117.18-117.36)/117.18×
100%=-0.15%
②.可以近似的认为(0.133+0.032)的氧量系出钢水二次氧化带入。
2氧枪设计
氧枪设计主要内容有:
喷头设计、枪身设计。
本设计采用普通铁水冶炼,为迅速化渣,缩短冶炼周期选择四孔拉瓦尔喷头。
原始数据:
转炉公称容量100t
2.1喷头设计参数的确定
(1)氧气流量计算
=57×
100/18=316.67m3/min
(2)喷嘴出口马赫数
根据国内推荐,M=1.8~2.1为佳,攀钢目前M取1.92,本设计取M=2.05。
四孔喷嘴夹角取15°
(3)设计工况氧压
通过查取等熵流表,当M=2.05时,P/P0=0.1182,炉膛周围压力P膛=0.101MPa。
则,P设=
(4)理论设计氧压
P/P0=0.1182,P=0.1015MPa。
P0=0.79×
106Pa
(5)扩张角β取10°
(半锥角取5°
)
(6)喉口直径
每孔氧流量:
m3/min
由公式
,令CD=0.95,T0=300K,则
79.17=1.783×
0.95×
,dT=3.5cm。
(7)喷头出口直径:
依据M=2.05,查等熵流表A出/A喉=1.760。
=4.6cm
(8)扩张段长度
扩张段长度L取决于扩张角β的大小。
L=6.3cm
(9)收缩段长度与收缩段进口直径。
收缩段尺度与收缩段进口直径应该以能使整个喷头布置下四个喷孔为原则,并尽可能收缩孔大一些。
(10)喉口长度
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