年产50万t钢转炉炼钢厂工艺设计本科设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流年产50万t钢转炉炼钢厂工艺设计本科设计.精品文档.（2013届）本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称： 年产 510万t钢转炉炼钢厂工艺设计 学 院（部）： 冶 金 工 程 学 院 专 业： 冶金工程 学 生 姓 名： 王 盼 班 级：冶金工程092 学号： 09495200127 指导教师姓名： 高泽平 职称： 教 授 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 2013届本科毕业设计资料第一部分 毕业设计说明书（2013届）本科毕业设计（论文）题 目 名 称： 年产510万t钢转炉炼钢厂工艺设计 学 院（部）： 冶 金 工 程 学 院 专 业

2、： 冶金工程 学 生 姓 名： 王 盼 班 级：冶金工程092 学号： 09495200127 指导教师姓名： 高泽平 职称： 教 授 最终评定成绩： 2013年 6月湖南工业大学本科毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，题目年产510万t钢转炉炼钢厂工艺设计是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。作者签名：日期： 年 月 日摘 要本设计简要叙述了转炉炼钢技术的发展趋势。根据设计说明书要求，结合本专业所学理论

3、知识设计一座年产510万t合格铸坯的转炉炼钢车间。选取了两座250t顶底复吹转炉。采用了先进且具有较大发展余地的工艺流程：铁水预处理转炉精炼连铸。为提高钢材质量并符合高效连铸的要求，车间配备LF、VD和RH精炼设备。本设计整个生产过程由计算机自动进行动态和静态控制。主要设计内容包括：物料平衡与热平衡计算；转炉炉型及氧枪设计；主要技术经济指标的确定；厂房布置。为了更加详细说明转炉车间设计中的一些工艺及设备结构，本设计穿插了图形，为能够明确、直观的介绍了转炉炼钢车间的工艺布置。设计方案以技术新，效益高为原则，并充分体现了其可持续发展性。关键词：转炉炼钢；物料平衡；热平衡；工艺流程ABSTRACTT

4、he design briefly described the development trends of converter steelmaking technology. According to the demand of the design explanation combined the knowledge of metallurgy subject learned before to design an annual output of 5.1million tons of converter steel mill slab qualified. Two BOF blowing

5、converters with the capacity of 250t have been selected.It choosed the process flow which is advanced and possess greater space for development: Molten iron pretreatmentConverterRefiningContinuous casting. In order to improve the quality of steel and keep with the needs of high-efficiency continuous

6、 casting, workshops are provided with LF, VD and RH refining device. Computer being operated automatically control the technological process of whole plant dynamically and satirically. The design includes: the balance of material and quantity of heat; the design of furnace shape and oxygen lance; th

7、e settlement of major technological and economic quota; layout of the workshopFor more detailed description of some of the converter workshop design technology and equipment structure, the design with graphics, which can clear, intuitive introduces converter steelmaking plant process arrangement. De

8、sign program is based on new technique and high profit, it presents sustainable development either.Keywords: Converter steel making; Material balance; Heat balance; Process flow目 录第1章 绪论 .11.1 选题背景 1 1.2 我国钢铁工业现状 11.3 国外钢铁工业现状 11.4 现代转炉炼钢工工艺流程与新技术 11.4.1 铁水预处理 11.4.2 转炉炼钢 11.4.3 炉外精炼 21.4.4 连续铸钢 21.

9、5 节能环保技术 21.6 转炉炼钢技术发展趋势 2第2章 设计概述 32.1 厂址选择论证 32.2 产品方案 32.3 金属平衡 42.4 转炉车间作业指标 52.4.1 转炉作业率 52.4.2 铸坯收得率 52.5 转炉容量和座数的确定 5第3章 物料平衡与热平衡计算 63.1 原始数据的选取 63.1.1 原材料成分 63.1.2 假设条件 73.2 物料平衡计算 73.2.1 渣料及其成分计算 73.2.2 冶炼中吹损计算 11 3.2.3 氧气消耗量计算 11 3.2.4 炉气量及成分计算 123.2.5 物料平衡表 123.3 热平衡计算 133.3.1 热收入 133.3.2

10、 热支出 143.3.3 热平衡表 153.4 吨钢物料平衡 15第4章 转炉炉型设计 174.1 转炉炉型的选择 174.2 转炉炉容比比高宽比 174.2.1 炉容比 174.2.2 高宽比 174.3 转炉主要尺寸确定 174.3.1 熔池尺寸 174.3.2 炉帽尺寸 174.3.3 炉身尺寸 184.3.4 出钢口尺寸184.3.5 炉衬 184.3.6 炉壳 194.3.7 高径比确定 194.4 炉壳设计 204.5 炉衬各层填充材料的选择 20第5章 氧枪及底部供气构件设计 215.1 氧枪设计 215.1.1 氧气流量 215.1.2 工况氧压和喉口直径 215.1.3 喷孔

11、出口直径 215.1.4 喷孔其他几何尺寸 22 5.1.5 枪身各层钢管 225.1.6 氧枪长度的确定 235.2 转炉底部供气构件设计 235.2.1 底气种类 23 5.2.2 底气用量 235.2.3 供气构件 235.2.4 底吹元件布置 23第6章 生产工艺设计 246.1 装料制度 246.2 供养制度 246.3 造渣制度 256.3.1 炉渣碱度的控制与石灰加入量的确定 256.3.2 炉渣黏度的控制 256.3.3 炉渣氧化性的控制 256.3.4 泡沫渣及其控制 266.3.5 放渣及留渣操作 266.4 温度制度 266.5 终点控制和出钢 266.6 脱氧制度及合金

12、化 27第7章 车间主要设备的设计 287.1 原料跨主体设备 287.1.1 混铁车的设计 287.1.2 废钢料斗的计算 287.2 转炉跨主体设备 297.2.1 钢包的计算 297.2.2 渣罐数量的确定 297.3 精炼跨主体设备 307.3.1 钢包吹氩设备布置 307.3.2 LF炉设备与工艺布置 307.3.3 RH真空循环脱气装置工艺布置 317.4 连铸机参数的确定 317.5 车间起重机的选择 33第8章 主厂房工艺布置 348.1 原料跨间布置 348.2 转炉跨间布置 358.2.1 横向布置 368.2.2 转炉跨各层平台的确定 378.3 转炉跨起重机轨面标高 3

13、98.4 连铸机设备的布置 40第9章 转炉车间烟气净化与回收 439.1 转炉烟气与烟尘 439.1.1 转炉烟气 439.1.2 烟尘的特征 439.2 烟气净化方案的选择 439.2.1 炉口附近烟气处理方法 449.2.2 转炉烟气净化方法 449.3 烟气净化系统 449.4 烟气净化回收系统主备 449.4.1 烟罩 449.4.2 静电除尘器 459.4.3 煤气柜 45结 论 .46参考文献 .47致 谢 .48第1章 绪 论1.1 选题背景本设计题目根据目前国内外转炉炼钢生产车间的生产状况，意在将学生四年的学习的基础和专业知识加以综合运用，并结合现有先进技术，对钢铁企业炼钢生

14、产车间和连铸车间的工艺布置及主体设备进行设计和计算，从而对钢铁生产过程具有更加深刻的理解。1.2 我国钢铁工业现状长期以来，我国钢铁工业进行结构调整，以完成钢铁工业的合理布局，提高工艺装备水平，淘汰落后的工艺装备, 采用高新技术改革传统产业提高质量，增强企业的整体竞争能力，而不是以盲目的规模扩张为主旨。由于激烈的市场竞争和日益严格的环保要求，要求企业必须在充分保护环境的同时，不断降低生产成本，以提高竞争力1。钢铁企业都以增强市场竞争能力为核心，围绕着优化物流、优化工艺、减少消耗、降低成本、生产高质量产品来进行。随着计算机技术的迅猛发展，炼钢模型的开发和利用也不断进步。目前，中国大部分转炉实现了

15、模型控制，这有利于转炉高效化与钢水洁净化。1.3 国外钢铁工业现状经过几年的结构调整、专业分工、技术升级、企业购并、资源整合，国外的大型钢铁企业通过加大对科学技术的投入和开发，实施产权战略等方式，不断巩固自身的国际竞争地位，并从中获得高额利润。美国转炉炼钢技术特点是普遍采用铁水脱硫、溅渣护炉、钢包炉精炼，并开发新的终点控制方法等。转炉大型化复合吹炼是日本的主要技术特征。日本转炉技术的进步突出在以下两个方面：一是分阶段精炼，二是智能控制。国外在转炉炼钢中研究出了许多新的加强熔池搅拌的方法以提高熔池搅拌强度。如比利时冶金研究开发中心开发的LD-HC、新日铁开发的LD-OB、川崎开发的K-BOP法等

16、2。1.4 现代转炉炼钢工艺流程与新技术1.4.1 铁水预处理近年来，铁水炉外脱硫技术在工业生产中广泛应用。在处理方法上，KR机械搅拌法和喷吹法是最基本的两种方法；在脱硫剂的选择上，镁基脱硫剂是最佳的铁水脱硫剂之一。1.4.2 转炉炼钢（1）长寿转炉技术。国内大力开展溅渣护炉技术的研究开发和推广应用工作，使转炉炉龄逐步提高到30000炉以上。（2）副枪法动态控制。采用副枪能再不倒炉的情况下，快速检测转炉熔池钢水温度、碳含量、氧含量以及取钢样渣样等。 （3）复吹转炉强化冶炼技术。1.4.3 炉外精炼 炉外精炼方法都是一种或几种精炼手段的综合利用。目前与转炉配合常用的精炼方法有LF、RH、CAS-

17、OB等，这些工艺促进了纯净钢生产技术的发展。1.4.4 连续铸钢（1）近终型连铸。它是对传统连铸工艺的一次重大改革，主要分为薄板坯连铸、带钢连铸、薄带连铸、异型坯连铸和中空原坯连铸。中国宝钢等大型钢厂从德国引进的CSP、ISP工艺流程逐渐走向成熟。（2）高效连铸。近年来，采用高效连铸技术对传统连铸机的改造取得了长足的进步，特别是高拉速技术已经引起了人们的高度重视。 1.5 节能环保技术（1）减少水的用量和废水的排放，串级供水技术进行水的循环利用等。 （2）钢渣水淬工艺、钢渣“闷渣”处理、钢渣用于烧结及其生产水泥等方面都有所发展3。 （3）采用干法除尘、湿法除尘、重力除尘技术对烟尘进行回收利用。

18、 （4）尾气的回收利用。 1.6 转炉炼钢技术发展趋势展望21世纪，转炉炼钢会出现以下发展趋势：以产品为核心，将铁水预处理转炉炼钢炉外精炼高效连铸热送连轧有机的结合起来，形成紧凑式连续化生产的专业生产线4。此外，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5。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转炉炼钢的大致发展趋势。第2章 设计概述2.1 厂址选择论证本设计厂址选择在四川攀枝花市郊，随着四川省经济的迅速发展，各行业对钢材的需求也在不断上升。为了充分利用当地资源条件促进其他部门的发展，在攀枝花附近建立一个钢厂是很迫

19、切的。同时，优越的地理位置更提供给我们在攀枝花市郊建设钢厂的条件：（1）目前，攀枝花市的公路建设与铁路建设齐头并进，以高速公路为重点的公路建设加速发展，2015年间将形成滨江大道机场路炳仁大道渡仁西线内环线和丽攀高速京昆高速西区仁和快速通道外环线两条环形线路；铁路建设将以“二纵一横”（南北向的成昆铁路和成昆铁路二线和东西向昭攀丽铁路）主干铁路为主通道，区域性综合交通枢纽的发展态势开始显现。（2）攀枝花市水能资源理论蕴藏量达492.9万kwh，全市可开发量占理论蕴藏量的83.2%，可开发量达到410.1万kw，年发电量可达271.5亿kwh，每平方千米占有年均发电量365.19万kwh，为全国的

20、17.7倍，四川省的4倍，攀西地区的1.27倍。（3）攀枝花铁矿资源丰富，地质勘测表明，钒钛磁铁矿储量达100亿t，占全国铁矿储量的20。很好的原料供应为新厂的落建奠定了基础。（4）目前正处于西部大开发时期。攀枝花市作为全国城乡统筹综合配套改革试验区，这为攀枝花市的发展提供了新的历史机遇。大量优质钢材将被需要，用于西部开发的桥梁、建筑建设以及当地汽车、轮船等行业。综上所述，新厂落建是非常必要的，也是可行的。2.2 产品方案本设计的产品方案见表2.1所示。表2.1 产品方案钢 种连铸坯产量/(万ta-1)生产比例/%精炼方式普 碳 钢20039.22吹氩或LF低合金钢17033.33LF或LF+

21、VD机械制造结构钢14027.45RH总 计510100本设计冶炼的钢种、代表钢号及其化学成分见表2.2所示。表2.2 冶炼的钢种、代表钢号及其化学成分钢 种钢 号化学成分w/%CSiMnPSCuAl普碳钢Q2350.140.220.120.300.350.550.0450.050.30Q2750.280.380.150.350.50.80.0450.050.30低合金钢16Mn0.120.200.200.601.0 1.60.0500.050.3020MnSi0.170.230.40.701.31.60.0450.0450.30机械制造结构钢40Cr0.380.430.150.350.751

22、.00.0350.0438CrSi0.350.431.001.300.30.60.0350.0352.3 金属平衡 年产合格坯510万t。假定铁水预处理比100%，金属平衡见表2.3所示。预处理铁水583入转炉铁水576.9（99%）铁水损失5.83（1%）废钢40.2吹损49.4（7.7%）精炼前钢水592.1（92.3%）精炼损失55.1（9.3%）废品2.1（0.4%）清理损失5.7（1.1%）合格坯510（98.5%）注余钢水4.3（0.8%）氧化铁皮2.12（0.4%）切头切尾4.2（0.8%）精炼后钢水537.0（90.7%）事故及回炉钢水2.15（0.4%）中间包钢水530.5（

23、98.8%）原坯517.8（97.6%）中间包损失6.4（1.2%）图2.3 金属平衡表2.4 转炉车间作业指标按照产品方案，转炉炼一炉钢的平均冶炼时间，见表2.4。表2.4 转炉炼一炉钢的平均冶炼时间平均冶炼时间/min炼一炉钢的时间/min装料吹氧辅助时间出钢倒渣合计51885339392.4.1 转炉作业率转炉作业率：指转炉一年的有效工作天数与日历天数之比。炉子非作业天数，包括计划停炉（指定期检修），准备（指修补出钢口及贴补炉衬渣线处，清除炉口结铁、更换氧枪等），等待（指吊车对准，等铁水以及调度的不平衡）和设备故障。由于采用溅渣护炉技术，转炉作业率可显著提高。一般非作业天数波动在1035

24、天，即作业率为90%97%。本设计选取转炉作业率95%。2.4.2 铸坯收得率铸坯收得率：指炉产合格铸坯与炉产钢水量之比。2.5 转炉容量和座数的确定按转炉“一吹一”方案考虑，年出钢炉数为：根据上面计算结果并参照转炉系列，为了减少车间内的设备互相干扰，炉子座数不宜太多，但必须保持车间内始终有固定数目的炉子在吹炼，以发挥生产潜力。本设计选定2座公称容量为250的顶底复吹转炉，采用“二吹二”方案。第3章 转炉物料平衡与热平衡计算物料平衡是计算转炉炼钢过程中加入炉内与参与炼钢的全部物料（如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、合金添加剂、被侵蚀的炉衬等）和炼钢过程的产物（如钢水、炉渣、炉气、烟尘等）之间的

25、平衡关系。热平衡是计算转炉炼钢过程的热量收入（如铁水物理热、化学热）和热量支出（如钢水、炉渣、炉气的物理热、冷却剂溶化和分解热）之间的平衡关系。3.1 原始数据的选取 3.1.1 原材料成分原材料成分见表3.1表3.4。 表3.1 铁水、废钢成分（%）原料CSiMnPS温度/铁水4.20.50.550.120.041300废钢0.200.250.550.0300.03025 表3.2 渣料和炉衬材料成分（%）种类CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧减H2OC石灰882.52.61.50.065.34矿石1.05.610.521.100.0746.245.00.50萤石6

26、.00.581.880.090.5588.02.00白云石55.03.033.03.01.05.0炉衬52.02.040.01.05.0 表3.3 各材料的热容项目固态平均热容/kJkg-1K-1熔化潜热/kJkg-1液（气）态平均热/kJkg-1K-1生铁0.745217.5680.8368钢0.699271.960.8368炉渣209.201.247炉气1.136烟尘1.000209.20矿石1.046209.20 表3.4 反应热效应（25）元 素反 应反应热/kJkg-1元素C C+1/2O2=CO10950 C+O2=CO234520Si Si+O2=SiO228314P2P+5/2

27、O2=P2O518923Mn Mn+1/2O2=MnO7020Fe Fe+1/2O2=FeO5020 Fe+3/2O2=Fe2O36670SiO2SiO2+2CaO=2CaOSiO22070P2O5P2O5+4CaO=4CaO P2O550203.1.2 假设条件根据各类转炉生产实际过程假设：（1）渣中铁珠量为渣量的8%；（2）喷溅损失为铁水量的1%；（3）熔池中碳的氧化生成90%CO，10% CO2；（4）烟尘量为铁水量的1.6%，其中wFeO为77%，wFe2O3=20%；（5）炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%；（6）炉气温度取1450，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%；（7）氧气成分：9

28、8.5%氧气，1.5%氮气。3.2 物料平衡计算物料平衡基本项目：（1） 收入项：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。（2） 支出项：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。根据铁水、渣料质量及其冶炼钢种的要求，采用单渣法操作。为了简化运算，以100 kg铁水为计算基础。3.2.1 渣量及其成分计算（1）铁水中元素氧化量 铁水中各元素的氧化量见表3.5。表3.5 铁水中的元素氧化量 元素/%项目CSiMnPS铁水4.20.50.550.120.04钢水0.1800.180.0180.02氧化量4.020.50.370.1020.007注：脱磷率 85%90% ，取9

29、0%；脱硫率 30%40% ，取35%；钢水中残余锰占铁水Mn的30%40%，取30%；钢水中C取规格下限，因合金加入后还要增碳。（2）各元素耗氧量及氧化产物量铁水中各元素的耗氧量及氧化产物量见表3.6。表3.6 铁水中元素氧化量、氧化产物量 元素反应元素氧化量/kg耗氧量/kg氧化产物量/kgCC+1/2O2=CO4.0290%=3.6183.61816/12=4.823.61828/12=8.442C+O2=CO24.0210%=0.4020.40232/12=1.070.40244/12=1.474SiSi+O2=SiO20.50.532/28=0.5710.560/28=1.071Mn

30、Mn+1/2O2=MnO0.370.3716/55=0.1080.3771/55=0.478P2P+5/2O2=P2O50.1020.10280/62=0.1320.102142/62=0.234SS+O2=SO20.021/3=0.0070.00732/32=0.0070.00764/32=0.014*SS+(CaO)=(CaS)+O0.022/3=0.0050.013（-16）/32=-0.0070.01372/32=0.029FeFe+1/2O2=（Fe0）0.3800.38016/56=0.1090.489*2Fe+3/2O2=Fe2O30.0180.01848/112=0.0080.

31、026总计5.4106.818*注：假定炉内气化脱硫1/3；铁的氧化由表3.12得出。（3）渣料的加入量1）矿石加入量：为了化渣，加入矿石1%，即1001% =1kg ，其成分质量计算见表3.7。表3.7 矿石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgFe2O3145.0% = 0.450FeO146.2% = 0.462SO215.61% = 0.0561Al2O311.10% = 0.011CaO11.0%=0.01MgO10.52% = 0.00510.07%0.001H2O10.50% = 0.005其中：S+(CaO)=(CaS)+O（CaS）生成量 = 0.00172/320.002

32、 kg消耗CaO量 = 0.00156/320.002 kg2）萤石加入量 ：根据冶金局（部）转炉操作规程，并参考炼钢工艺学，取萤石加入量4 kg/t，在本设计中，即为：0.14=0.4 kg，其成分质量计算见表3.8. (质量计算中各成分质量百分数见表3.2)表3.8 萤石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaF20.488.0% = 0.352MgO0.40.58% = 0.002SiO20.46% = 0.02 P0.40.55% = 0.002Al2O30.41.88% = 0.008S0.40.09%0.000(忽略)H2O0.42% = 0.008其中：2P+5/2O2=P2

33、O5(P2O5)生成量 = 0.002142/62 = 0.005 kg 3）白云石加入量 ：为了提高转炉寿命，采用白云石造渣，控制渣中w（MgO）在6% 8%范围内。根据已投产转炉的经验，取生白云石30 kg/t，在本设计中即为：300.1 = 3 kg，其成分质量见表3.9(质量计算中各成分质量百分数见表3.2) 。表3.9 生白云石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO355% = 1.65MgO333% = 0.99SiO233% = 0.09Fe2O331% = 0.03Al2O333% = 0.09烧减35% = 0.15其中：烧减是白云石中CaCO3 MgCO3分解产生的CO2气体。4）炉衬侵蚀量：转炉炉衬在炉渣作用下，将被侵蚀和冲刷进入渣中，本设计中取铁水量的0.5%，即1000.5% = 0.5 kg ,其成分质量计算见表3.10 （质量计算中各成分质量百分数见表3.2）。表3.10 炉衬侵蚀量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO0.552% = 0.26SiO20.52% = 0.01MgO0.540% = 0.20C0.55% = 0.025Al2O30.51% = 0.005其中： 炉衬中碳的氧化与金属中氧化生成的CO和CO2比例相同。即：C+1/2O2=CO：氧化产物CO量