年产200万吨合格连铸坯的转炉炼钢系统设计.doc

精选优质文档-倾情为你奉上 高等职业技术学院毕业设计说明书 设计题目：年产200万吨合格连铸坯的转炉炼钢系统设计单击此处键入论文中文题名单击此处键入作者姓名 伊占龙单击此处键入作者姓名学号：_ 08级冶金一班姓 名：_专 业 班 级：_ 20112001年0603月0115专心-专注-专业摘要由于市场对钢材的大量需求，现代化的炼钢设备都在向着大型化的方向发展，本设计主要是模拟建立一个现代化年产200万吨的中型炼钢企业，以满足市场对钢材的需求，促进经济的稳定发展。设计内容主要包括：转炉炉型设计、氧枪喷头设计、各种附属设备的确定等。通过本设计从而获得有利于冶炼的参数，对现场生产起到一定的指导作用，并为现场生产提供理论依据。关键词：炼钢；炉型设计ABSTRACTBecause of the high demand for steel market, modern steel-making equipment toward the direction of bigness in development, this design is mainly simulation in liupanshui city to build a modern yearly produces 200 tons of medium-sized steelmaking enterprise, to meet the market demand for steel, and promote steady economic development.Design content mainly includes: converter type design, oxygen lance nozzle design, various attached device sure, etc.Through this design so as to achieve the parameters for smelting, to the field production play a guiding role, and provide theoretical basis for the field production.Keywords: steelmaking; Furnace type design目录第一章 文献综述1.1炼钢的基本任务炼钢的某木任务是：利用当前主要炼钢方法，在造好渣的前提下，进行脱碳、脱磷、脱硫、升温以反脱氧和合分化、去除有害气体、去除非金属夹杂等过程。1.2炼钢方法分类炼钢方法可分为可炉炼钢法、电弧炉炼钢法和转炉炼钢法。其中氧气转炉炼钢法是目前国内外主要的炼钢方法。目前国外主的炼钢方法：11.2.1平炉炼钢法1879年碱性平炉投入生产，100多年来平炉炼钢法一直是主要的炼钢方法，对炼钢生产和科学技术的发展起着巨大的作用。平路炼钢法对原料适应性强、冶炼品种广、钢质量比较好、冶炼过程容易控制。虽然平炉冶炼工艺和设备不断革新和改进，但随着氧气转炉炼钢法的迅速发展，平炉炼钢法的缺点明显突出，主要变现为冶炼周期长、生产效率低、基建投资打、冶炼品种少等，已无法与氧气转炉炼钢法相竞争。1.2.2电弧炉炼钢法19世纪后半期，继平炉炼钢法、转炉炼钢法出现后，电炉炼钢法也诞生了，电炉炼钢法包括电弧炉炼钢法、感应电炉炼俐法和电渣炉炼钢法。但通常所说的电炉炼钢法则指电弧炉炼钢法，电弧炉炼钢法最初主要用于生产上具钢，也用于冶炼高合金钢、不锈钢及其他高质量钢。后来又扩大到生产低合金钢，现在电弧炉不但用于生产合金钢，同时也用于生产碳素钢。1.2.3转炉炼钢法转炉炼钢法分为空气转炉炼钢法和氧气转炉炼钢法两大类。氧气转炉炼钢法是目前内外最主要的炼钢方法。氧气转炉炼钢法自20世纪50年代初问世以来在世界各国得到了泛的应用技术不断进步，设备不断改进，工艺不断完善，从顶吹、底吹、侧吹发展到顶底复和炼，氧气转炉炼钢的飞速发展使炼钢生产进入了一个崭新的阶段，钢产量不断提高，钢的品种不断增加。1转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。参见(百度百科) 1.3氧气转炉炼钢法的诞生氧气转炉炼钢法是当前国内外主要的炼钢方法。氧气转炉炼钢自20世纪40年代初问世以来，在世界各国得到了广泛的应用，技术不断地进步，设备不断地改进，工艺不断地完善。在短短的五十几年里，从顶吹发展到底吹、侧吹和复合吹炼。氧气转炉炼钢的飞速发展，使炼钢生产进入了一个崭新的阶段，钢的产量不断增加，成本不断下降。从目前来看，转炉炼钢可以说是最佳的炼钢方法。1864年，英国人贝塞麦发明了底吹酸性空气转炉炼钢法。将空气吹入铁水，使铁水中硅、锰、碳高速氧化，依靠这些元素氧化放出的热量将液体金属加热到能顺利地进行浇注所需的温度，从此开创了大规模炼钢的新时代。由于采用酸性炉衬和酸性渣操作，吹炼过程中不能去除磷、硫，同时为了保证有足够的热量来源，要求铁水有较高的含硅量。1879年，英国人托马斯又发明了碱性底吹空气转炉炼钢法，改用碱性耐火材料作炉衬，在吹炼过程中加入石灰造碱性渣，并通过将液体金属中的碳氧化去除到0.06%以下的“后吹”操作，集中化渣脱磷。在托马斯法中，磷取代硅成为主要的发热元素，因而此法适合于处理高磷铁水，并可得到优质磷肥。西欧各国一直使用此法直到20世纪60年代。11早在1864年，贝塞麦提出利用纯氧炼钢的设想，由于当时工业制氧技术水平较低，成本太高，氧气炼钢技术未能实现，知道1924-1925年间，德国在空气转炉上开始进行富氧鼓风炼钢的试炼，结果表明，随着鼓入空气中氧含量的增加，钢的质量有明显的改善。当鼓入空气中富氧的浓度超过40%时，炉底的风眼砖损坏严重，因此又开展了用二氧化碳和氧气或二氧化碳和氧气和水蒸气的混合气体的吹炼试验，但效果都不够理想，没能投入工业生产。220世纪40年代初，制氧技术得到了迅速发展，给氧气炼钢提供了物质条件。1948年德国人杜雷尔在瑞士采用水冷氧枪垂直插入炉内吹炼铁水获得成功城。1942年林茨城，1943年在多纳维茨城先后建成了30t氧气顶吹转炉车间并投入生产。这种氧气顶吹转炉炼钢法被称作LD法。由于氧气顶吹转炉反应速度快，生产率及热效率很高，可使用约20%-30%的废钢以及便于自动化控制，又克服了空气吹炼时钢质量差、品种少的缺点，使它成为冶金史上发展最迅速的新技术。氧气顶吹转炉炼钢法出现以后，在世界各国得到了迅速发展，不仅新建转炉停建平炉，而且还纷纷拆除平炉改建氧气转炉，如日本到1997年底平炉已全部拆除。进入20世纪70年代，炼钢技世纪术日趋完善，公称吨位400t的大型氧气顶吹转炉先后在前苏联、前联邦德国等国投入生产，单炉生产能力达400-500万t/年，大型转炉的平均吹炼时间为11-15min，月平均冶炼周期已缩短到26-28min.氧气转炉不仅能冶炼全部平炉钢种，而且还可以冶炼部分电炉钢种。随着炉衬耐火材料性能的不断改善，炉衬寿命不断提高，大型氧气转炉炉衬寿命在日本高达10110次。41.3.1世界氧气顶吹转炉炼钢法发展概述氧气顶吹转炉炼钢法是最近40多年所产生和发展起来的一种炼钢技术，但是它的产生过程却经历了上百年的历史。早在1855年英国人亨利贝塞麦发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，用铁水直接炼钢，第一次解决了大规模生产液态钢的问题，使钢铁工业开始转变成现代生产。贝塞麦本人在宣布转炉炼钢成功之时，就提出了用纯氧或富氧空气代替空气炼钢的设想，但是当时没有获得廉价氧气的方法。由于贝塞麦转炉是采用酸性炉衬，不能在冶炼过程中脱磷、脱硫，必须使用低磷、低硫铁水作原料，而西欧各国（法国、德国、比利时、卢森堡）又都是高磷铁矿，铁水含磷高达1.0-2.5%，使贝塞麦法转炉炼钢受到了限制。1878年英国人西德尼托马斯发明了碱性空气底吹转炉炼钢法，用白云石加少量粘土作炉衬，在吹炼过程中向炉内加入石灰造碱性渣，解决了高磷铁水炼钢问题。由于它具有生产率高，成本低，设备简单等特点，因而从这时起，转炉炼钢法开始迅速展起来，直至第一次世界大战前托马斯法始终是欧洲的主要炼钢方法。由于它使用含氮78%的空气作为氧气的来源，所以钢中含氮量高，不能承受强烈冷加工。本世纪中叶，从空气中大量分离氧气技术的成功，能为工业生产提供大量的廉价的氧气，使得贝塞麦使用纯氧炼钢的设想成为可能，从此产生了各种氧气炼钢法。氧气顶吹转炉炼钢法产生于本世纪40年代末世纪期，由瑞士人罗伯特杜勒试验成功。采用从转炉炉口伸入炉内的水冷氧气喷枪，在熔池上方供氧进行吹炼，经过不断改进形成了氧气顶吹转炉的雏形。因为当时奥地利缺乏废钢和燃料，不适合发展平炉和电炉炼钢法，而铁矿含磷量低，发热量少，不适合发展底吹转炉炼钢法，因此氧气顶吹转炉炼钢法在奥地利最先得到发展。奥地利钢铁公司根据罗伯特杜勒的设计在2t、10t、15t、转炉上进行氧气顶吹试验，取得了丰富的经验。于1952年在林茨城，1953年在多纳维茨城先后建成了30t氧气顶吹转炉炼钢车间并投入生产，所以氧气顶吹转炉法（取这两个城市名称的第一个字母吹转炉炼钢法又称为LD做为代称）。 由于氧气顶吹转炉炼钢法具有反应速度快、热效率高等优点，又克服了空气吹炼钢时质量差、品种少的缺点，还可以使用近30%的废钢，因此生产率高，成本低，质量不亚于平炉钢，加之基建投资少，便于自动化控制等优点，使它成为冶金史上发展最迅速的新技术。1961年氧气顶顶吹转炉钢产量占世界总产钢的4%，到1979年氧气顶吹转炉钢产量占世界总产钢的4%，到1979年氧气顶吹转炉钢产量就达44700万t，占总产钢量74530万t的60%左右，有的国家转炉钢比高达90%以上，如比利时、荷兰等。31.3.2国内氧气转炉炼钢方法的发展应用概述中国转炉炼钢的出现归功于晚清张之洞创办的湖北汉阳铁厂。1890年由湖广总督张之洞主持在湖北大别山下动工兴建1893年9月建成投产"它是中国近代最早最大的官办钢铁联合企业，也是当时远东第一流的钢铁联合企业。全厂包括生铁厂、贝色麻（贝塞麦）钢厂、西门士钢厂、钢轨厂、铁货厂、熟铁厂等6个大厂和机器厂、铸铁厂、打铁厂、造鱼片钩钉厂等4个小厂。其中贝色麻钢厂采用的炼钢设备就是从欧洲引进的贝塞麦酸性转炉!但由于贝塞麦酸性转炉不适于冶炼大冶铁矿提供的含磷较高的矿砂，所炼钢材不符合铁路钢轨的要求"钢铁生产陷入困境。1896年4月该厂改为官督商办企业。为解决材料和设备问题，1898年开发江西萍乡煤矿用马丁炉改造了全厂冶炼设备制造钢轨。由于此项改造耗资巨大，1898年向德国资本家求贷，1899年与日本签订“煤焦铁矿石互售合同”1904年又以大冶矿山作抵押，不断向日本资本借贷，至辛亥革命前，有炼铁炉3座，炼钢炉3座，约年产生铁8万吨，钢近4万吨，钢轨2万余吨1908年，汉阳铁厂、大冶铁矿和萍乡煤矿联合组成汉冶萍乡煤铁厂矿公司!继湖北汉阳铁厂后，本溪、鞍山、上海、阳泉、太原、武汉和石景山等地的钢铁工厂也先后起步。1916年"鞍钢建成投产,1919年，首钢 (当时称为石景山钢铁厂)和宣化铁厂建成,1934年,太钢 (西北钢铁厂)建成投产.以上钢铁企业建立后，1920年全国生铁产量达43万吨，钢产量达6.8万吨。1931年“九一八”事变后"日本帝国主义占领了中国东北地区，1937年“七七”事变后"又侵占了华北、华中、华东等广大地区。除东北地区外在北京、天津、唐山、阳泉等地新建或改建一批钢铁厂。抗日战争期间，在抗战后方的四川、云南和晋东南等地也建设了一批钢铁厂。但在解放，"由于连年战火，我国的钢铁工业停滞不前。1932-1948年，全国最高产量，铁未超过180万吨，钢未超过100万吨。1943年是19491年以前中国钢产量最高年份，在世界上只占第16位。由于日本帝国主义的侵略战争和内战的破坏，1949年生产钢铁的企业只有19个，只有7座勉强能够修复生产的高炉、12座小平炉和22座小电炉"转炉炼钢几乎没有。1949年全国解放时，我国钢铁工业钢产量只有15.8万吨，居世界第26位。新中国成立后"全国钢铁战线上的工程技术人员在旧中国留下的千疮百孔的废墟上，迅速恢复了生产，并开展了大规模的基本建设。到1952年，全国产铁已达193万吨、钢135万吨，钢材113万吨，都超过了解放前的历史最高水平!中国的转炉炼钢也开始起步和发展。51951年，我国唐山钢厂开始试验碱性空气侧吹转炉炼钢法获得成功，并于1952年正式投入工业性生产。1954年开始氧气顶吹转炉炼钢法的小型试验研究，1956年决定在首钢建设一座氧气顶吹转炉炼钢车间，1958年破土动工，1962年把首钢碱性空气侧吹转炉改建成3t氧气顶吹转炉进行工业性试验。1964年10月我国第一座氧气顶吹转炉炼钢车间在首钢建成并投入生产。以后又在唐山、杭州等地相继建成了一些3-3.5t的小型氧气顶吹转炉，上海钢铁一厂把原来的碱性空气侧吹转炉车间改建成30t氧气顶吹转炉车间，于1966年8月投入生产，并在我国首次采用了先进的烟气净化回收装置，还配置了弧形连铸机，扩大了钢的品种，为我国大力发展氧气顶吹转炉炼钢提供了宝贵的经验。 70年代以前建成的一批小型氧气顶吹转炉有天津钢厂20t、济南钢厂13t、安阳钢厂15t邯郸钢厂15t；中型的有太原钢铁公司50t、包头钢铁公司50t、武汉钢铁公司50t；大型的有鞍山钢铁公司150t、本溪钢铁公司120t攀枝花钢铁公司120t。80年代又建成了具有70年代末期世界先进水平的宝钢300t转炉。到1993年我国转炉钢产量已达到5474.6万t，占钢总产量万t的61.7%6近几年，中国钢铁产量高速增长令全世界惊奇:1995年中国钢产量首次突破1亿吨;2002年达到2亿吨;2005年超过3亿吨;2006年达到4.2亿吨。中国钢铁工业的飞跃发展首先得益于国民经济的高速增长，受国内市场拉动;其次中国钢铁生产的技术进步也有力地推动了钢铁工业的迅速发展。转炉是中国最主要的炼钢方法，全国转炉钢的生产比例超过86%。因此，近几年国内转炉炼钢技术进步为我国钢铁工业的发展作出重大贡献。121.4转炉炼钢技术介绍及在冶金企业中的的应用1.4.1转炉炼钢的基本任务 从化学成分来看，钢和生铁都是铁碳合金，并还含有硅、锰、磷、硫等元素，由于碳和其他元素含量不同，所形成的组织不同，因而性能也不一样。根据Fe-C相图，碳含量wC在0.0218一2.11之间的铁碳合金为钢；碳含量wC在2.11以上的铁碳合金为生铁（根据国家标准和国际标准规定以碳含量wC=2为钢和铸铁的分界点）；碳含量wC在0.0218以下的铁碳合金称为工业纯铁。冶标规定碳含量二C在0.04以下为工业纯铁。若以生铁为原料炼钢，需氧化脱碳；钢中磷、硫含量过高分别造成钢的“冷脆”性和“热脆”性，炼钢过程应脱除磷、硫；钢中的氧含量超过限度后会加剧钢的热脆性，并形成大量氧化物夹杂，因而要脱氧；钢中含有氢、氮会分别造成钢的氢脆和时效性，应该降低钢中有害气体含量；夹杂物的存在会破坏钢基体的连续性，从而降低钢的力学性能，也应该去除；炼钢过程应设法提高温度达到出钢要求，同时还要加入一定种类和数量的合金，使钢的成分达到所炼钢种的规格。 综上所述，炼钢的基本任务包括：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；去除有害气体和夹杂；提高温度；调整成分。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作则是控制供氧、造渣、温度及加人合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢锭或铸坯。31.4.2转炉炼钢的种类与特征转炉炼钢出现以后主要出现了底吹酸性空气转炉炼钢法、底吹碱性空气转炉炼钢法、氧气顶吹转炉炼钢法、侧吹转炉、顶底复合吹转炉炼钢法等方法，而顶底复合吹转炉炼钢成为转炉炼钢的发展趋势1.4.2.1 顶吹法顶吹法的主要冶金特征：1）氧枪喷孔喷出的氧气动能（即使在超音速下）穿透渣层后传递给金属熔池的已很有限，因而导致熔池的浓度和温度梯度，诱发间断性喷溅。2）顶吹炼钢的氧化反应"特别是脱碳反应"在熔池内金属渣气混合成的乳化相中进行，熔渣是从炉口投入的石灰块经溶解后在熔池上方形成的。3）能将金属和渣击碎成极细的熔滴，进而促成乳化液的生成，这是顶吹法的一个重要特征。4）视顶吹氧枪位置的不同"在熔池表面上总有一些氧供给由熔池逸出的CO，使其二次燃烧成CO2,通过控制二次燃烧量,可在一定范围内改变废钢+铁水装入比"也可在一定范围内控制(FeO)含量以控制脱碳反应。1.4.2.2底吹法底吹法的主要冶金特征：1）能更有效地将直接吹入熔池的氧转变成搅拌力，其强度至少是顶吹法的10倍，因此消除了熔池内造成喷溅的浓度与温度梯度，氧的利用效率极高。2）只有极少量的CO在炉内烧成CO2.3)氧气从底部供给并穿过熔池上升,在熔池上部缺少顶吹法的乳化液区,因此成渣困难.4)底吹吹炼操作使冶炼中的化学反应非常接近平衡,因而消除了渣和铁的过氧化。1.4.2.3 复合吹炼法顶吹法和底吹法有各自的优缺点,然而这却使炼钢界认识到最佳的冶炼条件或许介于顶吹与底吹之间!事实亦如此,正是从这两个截然相反的方向出发而找到了前进的目标!既能使顶吹法保持原有的优点,同时还能吸收某些底吹法的优点以弥补顶吹法的不足,这就是各种顶底复合吹炼法发展的基础和动力.顶底复合吹转炉炼钢是在吸收顶吹和底吹氧气转炉炼钢法的各自优势而发展起来的炼钢新工艺 ,所谓复合吹炼工艺,对氧气顶吹转炉而言,就是除了从原有的顶部氧气喷枪保持一定距离向金属熔池喷吹氧气外,为了强化对金属熔池的搅拌,还通过炉底向金属熔池喷吹一定量的气体,以加快冶金反应,并使之趋近于平衡状态。与顶吹相比复合吹炼的目的在于以下几点：1）减少熔池的浓度与温度梯度,以改善吹炼的可控性,从而减少喷溅和提高供氧强度。2）减少渣和金属的过氧化,从而提高钢水和铁合金的收得率。3）使吹炼进行得更接近于平衡,从而改善脱硫和脱磷率,使炉子更适宜于吹炼低碳钢。81.4.3氧气顶吹转炉炼钢过程简述吹炼过程的操作步骤上炉钢出完并倒出炉渣后，检查炉体正常，堵好出钢口，然后进行下一炉操作操作。把转炉向加料一侧倾动30度-45度，用起重机将铁水和废钢装入炉内。装料顺序一般是先装废钢后兑铁水。防止因废钢含有水分而可能引起的爆炸。也可以先兑铁水后加废钢。减缓废钢对炉底的撞击。摇正炉体开始降枪吹氧。与此同时从炉口上方的散状料系统加入第一批造渣材料（石灰、白云石、萤石、铁皮或铁矿石等）加入量约为全部造渣料的1/2-1/3,为了迅速化渣。应采用高枪位操作。增加渣中的氧化铁含量。约3-4min第一批渣料熔化以后。加入第二批渣料。加入量为剩余料的1/3-1/.2,第二批料也可以视炉渣熔化情况分成几小批加入。视炉渣熔化情况决定每小批加入量,每次不宜加入太多,维持炉温均匀上升,防止产生爆发性碳"氧反应引起喷溅#根据判断确定钢水含碳量和温度同时到达终点时,立即提枪停止吹氧.当氧枪提出炉口后倒炉测温,取样,进行炉前化学成分快速分析#钢水温度用装有铂"铑快速热电偶的测温枪插入钢液内测量，也可以通过秒表测量样模内钢水的结膜时间确定。炉前化验室主要分析钢水中的磷、硫含量，含碳量通过钢花的分叉多少凭经验判断确定。当钢水温度和成分合格后便组织出钢，出钢过程中向钢包内加入铁合金进行脱氧和合金化操作，然后镇静或送去炉外精炼，之后进行连铸。71.5冶炼的五大制度转炉冶炼通常采用的五大制度是装入制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点控制及脱氧合金化制度。这五大制度执行的好坏，对冶炼过程控制、钢种质量、炉衬寿命都有很大影响。1.5.1装入制度装入制度是指确定转炉合理的装入量和合适的铁水废钢比。装入量是指铁水和废钢的装入数量。它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的重要因素之一。若装入量过小时，产量下降，同时因熔池过浅，容易使炉底受冲击损坏。反之，会使熔池搅拌不好，成渣慢而且喷溅严重，延长冶炼时间。合适的铁水废钢比根据热平衡计算确定，通常为7090。从节能和合理利用废钢的观点看，应尽量提高废钢比例。确定装入量时必须考虑转炉要有合适的炉容比（转炉内自由空间的容积与金属装入量的比）、合适的熔池深度和与浇注工艺相配合。国内外转炉的装入制度有三种：定量装入、定深装入和阶段定量装入。定量装入，生产组织简单，操作稳定，但不利于发挥转炉的生产能力。定深装入，有利于发挥转炉的生产能力，但装入量变化频繁，生产组织困难。阶段定量装入吸取二者的长处，是常用的装料方法。1.5.2供氧制度供氧制度就是使氧气流股最合理地供给熔池，创造良好的物理化学反应条件。供氧制度的内容包括确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位。供氧强度是指单位时间内每吨金属的供氧量，目前多数转炉控制在2.54.0m3/(t·min)，少数转炉控制在4.0m3/(t·min)以上。供氧操作多采用恒压变枪位操作。1.5.3造渣制度造渣制度就是确定合适的造渣方法、渣料的加入数量和时间，以及如何快速成渣。提高石灰成渣速度，即石灰溶解速度，是转炉造渣的关键。影响石灰溶解速度的因素很多，主要有石灰质量、熔池温度、炉渣氧化性等。据研究，吹炼初期由于Si、Mn和Fe的大量氧化，石灰溶解较快，初期渣的主要矿物相为含FeO、MnO很高的钙镁橄榄石2(FeO、MnO、MgO、CaO）·SiO2，熔点较低。随着冶炼时间的延长，石灰溶解量增加，渣中氧化铁量下降，CaO逐渐取代钙镁橄榄石中的其他的碱性氧化物，在石灰表面形成高熔点(2403K)的硅酸二钙(CaO·SiO2)，在石灰表面形成坚硬致密的外壳，阻碍熔渣向石灰内部的连续渗入，从而影响石灰溶解。在冶炼末期，随熔池温度的升高和渣中氧化铁含量的增加，硅酸二钙层被破坏，石灰溶解速度又加快。显然，加速石灰溶解的关键首先是避免形成硅酸二钙壳层，当其形成后，应设法迅速破坏掉，以保证熔渣组分不断地向石灰表面和内部渗透。提高成渣速度的途径是：（1）提高造渣材料的质量，使用块度合适的活性石灰。这种石灰气孔率高，比表面积大，可以加快石灰的渣化。（2）适当改变助熔剂的成分，增加MnO、CaO2和少量MgO，都有利于石灰的渣化。（3）适当提高开吹温度。使冷却剂矿石分批加入，有利于前期炉温提高，利于前期成渣。（4）使用温度较高、硅含量合适的铁水。（5）采用合适的枪位既能促进石灰渣化，又可避免喷溅。（6）采用合成渣料可以促进熔渣的快速形成。1.5.4温度制度温度控制主要是指过程温度控制和终点温度控制。它对炉内化学反应的方向和速度、冶炼操作、浇注操作及钢的质量都有重要影响。为加速废钢熔化、提高成渣速度和杂质的去除速度，减少喷溅，提高炉龄及保证顺利浇注和提高钢的质量，必须控制好吹炼过程升温速度和终点温度（出钢温度）。出钢温度一般比钢的熔点高70-120。由于转炉炼钢热量有富余，为了控制过程和终点温度，必须向炉内加入冷却剂。常用的冷却剂有废钢、铁矿石和氧化铁皮等，它们可以单独使用，也可以搭配使用。冷却剂的加入量主要按熔池富余热量和冷却剂的冷却效果来计算，对炼钢车间来说，这只能作一次性计算，主要还是靠经验数据作简单计算。冷却剂数量确定后，废钢在开吹前加入炉内，铁矿石和氧化铁皮多在冶炼过程中分批加入。1.5.5终点控制、脱氧及出钢终点控制主要指终点的温度及化学成分的控制。由于磷、硫的去除通常比脱碳复杂，因此总是尽可能提前让磷、硫达到钢号规格要求。这样终点的控制简化为钢水碳含量和温度的控制。终点控制法有拉碳法和增碳法，前者是当钢水碳含量和温度符合所炼钢种的要求时，即可停止吹炼，即“拉碳”；后者是把碳吹到0.005%0.006%时停吹，然后按钢种规格在钢包内增碳。转炉炼钢通常在出钢期间进行钢液的脱氧和合金化，一般在钢水流出总量的1/4时开始向钢液中加入铁合金，至流出钢液总量的3/4时全部加完。101.5.6现代转炉炼钢工艺流程现在钢铁联合企业是一个庞大而复杂的综合生产部门。在这个钢铁联合企业中，钢铁材料的生产包括采矿、选矿、烧结（球团）、焦化、炼铁、炼钢和各种轧钢等过程。由于各种钢材质量主要决定于炼钢工艺过程和设备，所以炼钢成为钢铁工业生产流程中的中心环节。目前主要得炼钢方式是转炉炼钢，我国现在转炉钢占总钢产量得比例已经超过80%，并接近90%。过去钢铁冶炼得工艺流程基本是铁水 炼钢炉（转炉、电炉、平炉） 浇注（模铸、连铸） 轧钢得模式，这样得模式由于缺少铁水的预处理、炉外精炼工艺，只能冶炼普通钢种，难以冶炼优质特种高性能钢材，平炉由于其炉渣碱度低，脱磷、脱硫效果差，限制了钢材质量得提高，随着工业和科学技术得发展，对钢材质量和性能提出了更高的要求，迫使人们开发也冶炼更多品种得钢材，从而推动了炼钢技术的不断发展。转炉冶炼采用铁水预处理、炉外精炼工艺后，钢得质量大大提高，转炉钢品种增加，转炉不仅能冶炼普通钢种，而且能冶炼高级优质钢种，甚至能冶炼包括不锈钢在内的特种钢，这为转炉炼钢的发展提供了广阔的空间。传统的钢水浇注一直以模注为主，不仅生产效率低、工人劳动强度大、车间环境恶劣，而且金属损失大、回收率低、难以浇注大型钢锭。采用连铸后，情况大为改观，生产效率和金属回收率大为提高，工人劳动强度降低，实现了浇注过程得完全自动化，近十年中炼钢连铸比不断提高，许多大型钢铁企业均已实现了全连铸。高炉 铁水预处理 转炉顶底复合吹炼 炉外精炼 连铸连轧，已成为大型现代化钢铁企业钢铁生产模式。而高炉 铁水预处理 转炉顶底复合吹炼 RH真空精炼 连铸连轧或连铸 铸坯热送 直接轧制，则是现在转炉炼钢生产得最佳工艺流程。1.6转炉新技术的介绍1.6.1顶底复合吹炼技术（一）顶底复合吹炼法可分为三类顶吹氧、底吹惰性气体法，全世界广泛采用此法。顶底复合吹氧法，日本和欧洲多为采用。顶底吹氧、喷吹法燃料法，宜于100%废钢。（二）工艺特点1、反应速度快、热效率高，可实现炉内二次燃烧。2、碳氧反应更趋平稳：当吹炼终点C=0.04%时，无复吹的终点O约为900×106左右。说明钢渣的氧化性大为降低，吹炼残Mn明显提高，合金收得率明显提高。3、吹炼后期强化熔池搅拌，使钢渣反应接近平衡，利于脱磷脱硫反应的进行。4、保持顶吹转炉成渣速度快和底吹转炉吹炼平稳的双重优点。5、冶炼低碳钢（C=0.01%0.02%）时，避免了钢渣过氧化。（三）复吹转炉的经济效益1、渣中含铁量降低2.5%5.0%。2、金属收得率提高0.5%1.5%，残Mn提高0.02%0.06%。3、磷含量降低0.002%。4、石灰消耗降低3kg/t10 kg/t，氧气消耗减少4Nm3/t6 Nm3/t。5、提高炉龄，减少耐火材料消耗，综合经济效益约为615元/吨。1.6.2溅渣护炉技术溅渣护炉技术是利用高MgO含量的炉渣，用高压氮气将炉渣喷吹到转炉炉衬上，进而凝固到炉衬上，减缓炉衬砖的侵蚀速度，从而提高转炉的炉龄。（一）技术要点1、炉内合理的留渣量，通常控制在80120 kg/t较合适。2、炉渣特性控制：   终渣MgO8%为宜（特别对镁碳砖转炉）。   FeO取12%18%为宜。   合适的炉渣粘度：易溅起、挂渣、均匀又防止炉底上涨、炉膛变形。3、溅渣操作参数控制N2气压力与流量与氧气压力、流量相接近时，效果较好。枪位高度要根据企业实际摸索，可在12.5m之间变化。溅渣时间通常为2.54min。枪位夹角多数企业的实践证明12°比较理想。（二）溅渣护炉的经济效益1、提高炉龄34倍以上。2、提高转炉利用系数2%4%。3、降低炉衬砖消耗0.21.0kg/t，降低补炉料消耗0.51.0 kg/t。4、减轻工人劳动强度。5、投资回报率高。我国62座转炉测算投资回收期为1.3年。溅渣护炉的综合经济效益大约为210元/t钢。（三）溅渣护炉与复吹转炉的关系对于采用溅渣护炉与复吹冶炼并存的转炉，随着溅渣后炉龄的提高，炉底相应上涨，影响了底吹透气砖的工作，此时，底吹透气砖的寿命约为3000炉，这意味着从3000炉以后，复吹效果大大减弱，甚至消失。而溅渣护炉的炉龄远远大于3000炉（现在达2万多炉）。这就是一贯注重高纯净钢，普遍采用复吹技术的日本不愿意采用溅渣护炉技术的原因。目前，炼钢工作者正努力开发底吹喷嘴长寿技术，要点如下：1、利用底吹喷嘴前蘑菇头的生长和控制技术，实现喷嘴长寿化。2、炉役前期，利用粘渣、挂渣和溅渣迅速在喷嘴前端生成透气蘑菇头，避免喷嘴烧损。3、炉役中后期注意控制蘑菇头高度，防止堵塞。4、对堵塞喷嘴采用复通技术。91.7现代转炉炼钢技术存在的问题现代转炉炼钢技术普遍存在的问题主要是随着社会对洁净钢的生产需求日益提高，迫切需要建立起一种全新的、能大规模廉价生产纯净钢的生产体系。因此，如何降低生产成本、能耗，生产出大量的纯净钢以达到社会的需求是当前必须解决的问题。第二章 产品方案及品种2.1生产规模根据设计任务书要求，本设计生产规模为年产200万吨合格铸坯，钢水又由与之匹配的转炉车间提供。2.2产品方案2.2.1产品大纲表2.1产品方案钢种代表钢号产量比例铸坯规格石油套管25Mn530万吨15%20028042MnMo7普碳钢Q23530万吨15%Q255重轨钢U75VM120万吨60%U76NbREU71Mn硬线SWRH32A(B)20万吨10%820SWRH82A(B)这四种产品的精炼方法如下：普碳钢和硬线经过LF钢包精炼炉处理后进行连铸生产；重轨钢和石油套管对硫和气体的要求较高，需要经过LF钢包精炼炉和VD真空脱气处理，然后进行连铸生产。2.2.2生产钢种1）普碳钢：Q235，含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。 大量用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。Q255的强度稍有提高，塑性有所降低。应用不如Q235广泛，主要用作焊接结构。2）重轨：我国是以铁路运输为主的国家，铁路运输承担着货运总量的70%，客运总量的63%左右。我国铁路运输的一个突出特点是铁路少、运量大、货运密度高。目前铁路营运里程仅有5×104m。而货运量已从50年代的1.3xl08t，增加到2002年的25.2×108t，货运密度相当大，居世界第2位。要完成如此繁重的运输任务，重载、高速和提高行车密度已成为我国目前解决铁路运输中运量和运能之间矛盾的主要手段。所以本设计以重轨作为生产的主要产品，以尽量满足国内需求。表2.2重轨生产采用的相关标准2.3金属平衡表87.51%铁水187.69+12.49%废钢26.79 转炉214.48LF精炼207.40损耗4.93 2.3% 96.7% 0.2% 99.8%VD精炼206.99事故废钢0.41 0.5% 99.5%事故废钢1.03中间包206.00 1.0% 1.2% 97.5% 0.30% 氧化铁皮0.618钢坯200.80切头2.472中间罐结壳2.06 连铸废坯合格坯200万t 0.4% 99.6%成品 96.0%第三章 转炉炉型设计3.1 转炉的座数、公称容量及生产能力的确定3.1.1转炉容量和座数的确定转炉容量指转炉在一个炉役期内，由于炉衬受侵蚀而逐减薄，炉容量随之增大，因此需要一个统一的衡量标准，即公称容量。氧气转炉的生产能力与作业指标关系如下： Q = 365×1440×n×T× /t(2.1)由上式计算的得：n= 1；T= 200t。式中Q 车间生产能力，吨钢/年，200万吨； n 车间经常吹炼座数； T 每座炉平均每炉产钢量（吨）； t 每炉钢的冶炼周期min,取40min； 转炉车间有效作业率，与全连铸配合取= 75%80%，本文取80%。即本设计车间转炉数为1；每炉钢的平均出钢量为200吨。3.1.2计算年出钢炉数每一座吹炼转炉的年出钢炉数N为： (2.2)