年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计_本科毕业设计(论文)任务书(63页).doc

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1、-年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计_本科毕业设计(论文)任务书-第 54 页西安建筑科技大学本科毕业设计（论文）任务书题 目：年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计院（系）：冶金工程学院专 业：冶金工程学生姓名：学 号：指导教师（签名）：主管院长（主任）（签名）：时 间：一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）设计题目：年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计钢种： 普碳钢、低合金钢规格： 方坯 板坯包括转炉容量和座数的选择确定；转炉炉型设计；氧枪设计；炉外处理、连铸机以及除尘系统的设计与选择；炼钢过程物料平衡和热量平衡计算；转炉车间生产工艺设计和布置；车间主要设备选择

2、和车间平面设计以及总图运输方案的确定。进行毕业实习，收集有关资料；编制设计说明书一份，完成专题部分，翻译冶金专业相关外文文献一篇，绘制转炉炉型图、车间平面图和剖面图各一张，使学生能够理论联系实际，掌握转炉炼钢车间设计的基本原理，为今后从事相关的技术工作奠定基础。二、毕业设计（论文）题目应完成的工作（含图纸数量）1. 根据设计题目完成毕业实习并收集有关资料，进行技术准备；2. 炼钢厂车间总体设计；3. 转炉炉型设计；4. 物料平衡与热平衡计算；5. 生产工艺设计；6. 车间工艺布置；7. 车间主要设备选择；8. 生产组织与人员编制；9. 主要技术经济指标；10. 绘制设计图纸三张（其中至少手绘一

3、张）：转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张； 11. 翻译与冶金工程专业有关的外文文献一篇（不少于4000字）；12. 完成专题：钢中非金属夹杂物及其危害（不少于5000字）；13. 完成设计说明书一本。三、毕业设计（论文）进程的安排序号设计（论文）各阶段任务日 期备 注1毕业实习、收集资料2012.2.27-3.232设计相关计算3.244.63炉型、工艺、主设备设计和选择4.75.94车间布置5.105.165制图与翻译5.175.306编制设计说明书5.316.77准备答辩6.86.14四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）1钢铁生产工艺概述 西安建筑科技大学2钢铁冶金学（

4、炼钢部分） 陈家祥编 冶金工业出版社 19903炼钢工艺学 高泽平编 冶金工业出版社 20064钢铁厂设计原理（下册） 李传薪编 冶金工业出版社 19955普通冶金 西安建筑科技大学 20026炼钢设计原理 冯聚和编 化学工业出版社 2005 7毕业设计参考资料 钢铁冶金专业 西安建筑科技大学 8金属提取冶金学 王成刚，王齐铭主编 西安地图出版社 20009现代转炉炼钢 戴云阁等编 东北大学出版社 199810 与专题有关的最新文献(2002年以后的文献，不少于10篇且至少有2篇外文文献)五、审核批准意见 教研室主任签（章） 设计总说明当前的炼钢工艺中，较为普遍的是以高炉铁水为原料的转炉炼钢工

5、艺和以预还原球团矿或高质量的工业废钢为原料的电弧（炉）工艺。本设计为具有代表性的氧气顶底复吹工艺，预计年生产能力为370万吨良坯钢。车间设有公称容量为150吨的转炉两座，LF精炼炉2座、板坯连铸机2台和方坯连铸机1台。转炉的冶炼周期38分钟，吹氧时间16分钟。根据国内外转炉炼钢技术的发展趋势，结合设计任务书中碳素钢和压力容器用钢的品种需要，选择了LF炉外精炼设备，进行全连铸生产。最终确定如下的的工艺流程：铁水预处理转炉炼钢LF精炼连铸。本次设计在对转炉物料平衡和热平衡计算的基础上，对炼钢车间的主要设备参数进行了设计、选型，完成了主体设备选择、炼钢工艺设计、主厂房工艺布置和设备布置。编制说明书一

6、份，绘制转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张，并完成题目为钢中非金属夹杂及其危害的专题。关键词：炼钢，顶底复吹，工艺流程，精炼，连铸，设计Design DescriptionAt present, there are two main steel-making processes: converter steelmaking process with blast furnace hot metal and steel scrap as the raw materials and the arc (furnace) process with pre-reduction pellets or hi

7、gh-quality industrial steel scrap as raw materials. In this paper, the representative process combined-blowing oxygen converter process with a scale of 3.7106 continuous casting billet annual is designed. In the workshop, main equipments including 2150t converters and its auxiliary equipments with 2

8、 LF refining furnaces, 2 sets of slab continuous casting machines and a set of billet continuous casting machine are designed. The Smelting period is set for 38 minutesin which the actual oxygen blowing time is only 16 minutes. Depending on the development trend of steel-making process and the quali

9、ty requirement of carbon steel and pressure vessel steel, LF refining is selected to fufill continuous casting. Finally,the following process flow is choosed: PretreatmentConverterLFCC. On the base of the material and heat equilibrim caculation,the size of steel-making plant workshop span and device

10、 assign, personnel placement is made .A project instruction is redacted ,funace size graphic, a ground plane and a sectional view of the workshop are also submitted. And finally, the monograph which is about non-metallic inclusions in steel and its damagement is also finished.Key words:steel making,

11、 combined-blown, process, refining, continuous casting ，design目录1 转炉炼钢车间设计方案11. 1 工艺流程11.2 主要冶炼钢种及产品方案21.3 转炉车间组成21.4 转炉车间生产能力计算21.4.1 转炉容量及座数的确定21.4.2 计算年出钢炉数21.4.3 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量31.4.4 按标准系列确定炉子的容量31.4.5 核算车间年产量32 转炉炼钢物料平衡和热平衡计算42.1 物料平衡计算42.1.1计算所需原始数据。42.1.2 物料平衡基本项目42.1.3 计算步骤62.2 热平衡计算142

12、.2.1计算所需原始数据142.2.2 计算步骤163 氧气转炉及相关设备设计193.1 炉型设计193.1.1炉型选择193.1.2 主要参数的确定193.2 炉衬设计213.2.1炉衬材质的选择213.2.2炉衬厚度的确定213.3 炉底供气构件的设计223.4 转炉炉体金属构件设计223.4.1炉壳223.4.2支承装置223.5 倾动机构233.6 氧枪设计233.6.1喷头设计233.6.2氧枪水冷系统254 连铸车间的设计284.1 连铸机机型的选择284.2 连铸机的主要工艺参数284.2.1 钢包允许的最大浇注时间284.2.2 铸坯断面284.2.3 拉坯速度284.2.4

13、连铸机的流数304.2.5 铸坯的液相深度和冶金长度304.2.6 弧形半径304.3 连铸机生产能力的确定314.3.1 理论小时产量314.3.2 连铸机的平均年产量314.3.3 连铸机台数的确定314.4 结晶器的设计314.4.1 结晶器的长度324.4.2 结晶器断面尺寸324.4.3 结晶器铜壁厚度324.4.4 结晶器锥度324.4.5 结晶器拉坯阻力324.5 二次冷却装置334.6 拉坯矫直装置及引锭装置334.7 钢包回转台334.8 中间包345 转炉车间烟气净化和回收355.1 烟气量的计算355.1.1 最大炉气量qv0355.1.2 烟气量qv355.1.3 烟气

14、成分365.1.4 煤气浓度修正365.1.5 回收煤气量的计算365.2 烟气净化系统类型的选择365.3 烟气净化系统主要设备的选择375.3.1 烟气收集设备-烟罩375.3.2 烟气冷却设备375.3.3 除尘设备375.3.4 脱水设备385.3.5 抽气设备（抽烟机）385.4 含尘污水处理386 转炉炼钢的生产工艺设计396.1 炼钢的主要原材料396.1.1金属料396.1.2 造渣材料396.1.3 其他406.2 装料制度406.3 供氧制度416.3.1 供氧制度主要工艺参416.3.2 氧枪操作416.4造渣制度426.4.1 单双渣操作426.4.2 各种渣料用量计算

15、及加入426.4.3 炉渣调整436.5 温度制度436.5.1 温度控制原则436.5.2 出钢温度的确定446.5.3 过程控制温度要求446.6 终点控制与出钢446.7 脱氧合金化456.7.1 脱氧合金化操作456.7.2 影响合金元素吸收率的因素457 转炉车间的组成、类型和主厂房尺寸477.1 车间组成477.2主厂房主要尺寸的确定477.2.1加料跨477.2.2炉子跨497.2.3 浇铸跨538 炼钢车间其它设备的选择与计算568.1渣罐车568.1.1渣罐车型号的选取568.1.2渣罐车数量的确定568.2 混铁车568.3 铁水罐578.4 废钢供应系统578.4.1转炉

16、车间昼夜所需废钢量578.4.2废钢贮仓容积或堆放场地所需面积计算578.4.3废钢料斗容量及数量588.5 散装材料供应系统588.5.1 地面料仓容积和数量的确定588.5.2 上料方式的选择598.5.3 高位料仓容积和数量的确定598.5.4608.6 钢包的工艺参数608.7起重机的选用619 炼钢车间人员编制6210 炼钢车间经济指标66参考文献67致 谢68专题691 转炉炼钢车间设计方案1. 1 工艺流程高炉铁水用混铁车运到倒罐站后，转移到铁水罐中（鉴于铁水罐比混铁车操作方便且易于扒渣），为了优化工艺，进行一系列的铁水预处理。由于脱硫需要氧化性条件，和脱硅、脱磷的气氛条件不一样

17、，且采取的渣处理工艺也不一样，所以从工艺上考虑将其放到其它两个预处理工艺之前；脱硫渣送到渣场处理，经过磨碎提取其中的铁粉后，剩余脱硫渣送到厂外用于建材生产、建筑填料等工业。脱硫后铁水必须保证硅含量低于0.15%才能实现脱磷处理，因此将脱硅处理置于脱磷之前；脱硅渣属于酸性渣且硫含量较低，可以将其送到高炉或烧结车间，进行返回利用。脱硅达到要求后，可以进行脱磷操作；脱磷渣送到脱磷渣再生器中，此过程产生的炉渣考虑到整个流程的最优化，分别取50%返回脱磷和脱硅程序；当高磷铁水达到一定量时，将其转移到一个脱磷包中进行深脱磷，产生的磷含量10%的炉渣可以送到化肥厂生产磷肥，剩余的高磷铁水送到其他小型的铸造厂

18、用于铸造。经过铁水预处理后的铁水兑到转炉进行脱碳处理，此时硅、硫、磷的含量都比较低，其产生的转炉渣可以继续返回到脱硅程序，工艺流程如图11。 高炉铁水 混铁车 铁水预处理 倒罐站 铁水罐 预处理渣 渣 场 扒渣 转炉渣 钢液 钢液 钢包回转台 L F 炉 转炉 钢液 连铸坯 连铸机 . . 废钢及其它辅料 图11 工艺流程图1.2 主要冶炼钢种及产品方案本设计主要生产普碳钢、低合金钢，也可根据市场的要求进行灵活调整。根据毕业设计任务书中年产370万吨铸坯的要求，可确定其产品大纲。详见于表1-1：表1-1 产品大纲钢种代表型号年产钢量所占比例铸坯断面长宽定长尺寸成品形式普碳钢Q235B200万吨

19、54%180700mm9000mm钢板低合金钢Q345170万吨46%150150mm9000mm钢板1.3 转炉车间组成现代氧气转炉炼钢车间一般由以下各部分组成：铁水预处理站及铁水倒罐站；废钢堆场与配料间；主厂房（包括炉子跨、原料跨、炉外精炼跨、浇铸系统各跨间）；铁合金仓库及散状原料储运设施；中间渣场；耐火材料仓库；一、二次烟气净化设施及煤气回收设施；水处理设施；分析、检测及计算机监控设施；备品备件库、机修间、生产必需的生活福利设施；水、电、气（氧、氩、氮、压缩空气）等的供应设施。1.4 转炉车间生产能力计算1.4.1 转炉容量及座数的确定综合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况，本设计采“二吹二

20、”制，每炉钢的平均冶炼周期取38min，平均供氧时间为16min。转炉作业率：取=94.5%；炉外精炼收得率：取99%；连铸收得率：取98%，以提高转炉的利用效率，减少资金的投入。1.4.2 计算年出钢炉数 转炉的年出钢炉数N按下式计算：式中： T1每炉钢的平均冶炼时间，38min/炉； 1440一天的时间，min/d； 345一年的工作天数，d/a； 转炉作业率，（T2 一年的工作天数） =94.5%1.4.3 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量每炉钢的平均冶炼周期取38min。炉外精炼收得率：取99%；连铸收得率：取98%；代入数据得：；代入数据得：。1.4.4 按标准系列确定炉子的容

21、量 故取公称容量为：150吨。1.4.5 核算车间年产量 本设计中选定150吨转炉两座，按照二吹二生产方式。车间年产量=1502614298%99%=380.44万吨370万吨，故设计选取合格。2 转炉炼钢物料平衡和热平衡计算2.1 物料平衡计算2.1.1计算所需原始数据。 基本原始数据有：冶炼钢种及其成分（表21）；金属料铁水成分和废钢的成分（表21）；终点钢水成分（表21）；造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分（表22）；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率（表23）；其他工艺参数（表24）。 表21 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分（%）类别 C Si Mn P S 钢种Q235B

22、设定值 0.16 0.25 0.50 0.045 0.045 铁水设定值 4.20 0.80 0.60 0.200 0.035 废钢设定值 0.16 0.25 0.50 0.030 0.030 终点钢水 设定值* 0.09 0.002 0.18 0.020 0.021*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。 本计算设定的冶炼钢种为Q235B2.1.2 物料平衡基本项目 收入项 支出项 铁水 钢水 废钢 炉渣 熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石） 烟尘 氧气 渣中铁珠 炉衬蚀损 炉气 铁合金 喷溅表22 原材料成分 成分 （%）类别Ca

23、OSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5 SCO2H2O C灰分挥发分 石 灰88.002.502.601.500.500.100.064.640.10 萤 石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50生白云石36.400.8025.601.0036.20 炉 衬1.203.0078.801.401.6014.00 焦 炭0.5881.5012.405.52 （续）表22 原材料成分 名 称CSiMnPSFe碳素废钢0.160.250.500.0300.030余量炼钢生铁4.200.800.600.2000.035余量 表23 铁合金成分（分子）及其

24、回收率（分母） 成分（%）/回收 率（%）类别 C Si Mn Al P S Fe 硅 铁 73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100 锰 铁6.60/90*0.50/7567.80/80 0.23/1000.13/10024.74/100 *10%C与氧生成CO2 表24 其他工艺参数设定值 名 称 参 数 名 称 参 数 终渣碱度%CaO/%SiO2=3.5渣中铁损（铁珠） 为渣量的6% 萤石加入量为铁水量的0.5% 氧气纯度 99%,余者为N2生白云石加入量为铁水量的2.5%炉气中自由氧含量 0.5%(体积比) 炉衬蚀损量为铁水量的0.3

25、% 气化去硫量占总去硫量的1/3终渣（FeO）含量（按（FeO）=1.35(Fe3O3)折算）15%，而（Fe2O3）/(FeO)=1/3 即（Fe2O3）=5%，(FeO)=8.25% 金属中C的 氧化产物90%C氧化成CO，10%C氧化成CO2 烟尘量为铁水量的1.5%（其中FeO为75%，Fe2O3为20%） 废 钢由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的13.39%，即废钢比为11.81% 喷溅铁损 为铁水量的1%2.1.3 计算步骤 以100Kg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、炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于

26、表 25、26和 27。总渣量及其成分如表 28所示。 第二步：计算氧气消耗量。 氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差，详见表 29。 第三步：计算炉气量及其成分。表25 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（kg）耗氧量（kg）产物量（kg） 备 注C C CO4.1190%=3.699 4.932 8.631 C CO24.1110%=0.411 1.096 1.507Si Si (SiO2) 0.800 0.910 1.710 入 渣Mn Mn （MnO） 0.420 0.120 0.520 入 渣P P (P2O5) 0.180 0.230 0.410 入 渣SS

27、SO2 0.03540%1/3 =0.005 0.005 0.010S+(CaO)=(CaS)+(O) 0.03540%2/3 =0.009 -0.005*0.021(CaS) 入 渣Fe Fe (FeO) 1.07656/72 =0.837 0.239 1.076入渣(见表28) Fe (Fe2O3) 0.606112/160 =0.424 0.182 0.606入渣(见表28)合计 6.785 7.709成渣量 4.371入渣组分之和*由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量=0.00956/32=0.016kg 表26 炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量（kg） 成渣组分（kg） 气态产物（kg）耗

28、氧量（kg）CaOSiO2MgO Al2O3Fe2O3 C COC CO2C CO，CO20.3（据表24）0.0040.0090.2360.0040.0050.314%90%28/12=0.0880.314%10%28/12=0.0150.314%（90%16/12+10%32/12）=0.062 合计 0.258 0.103表 27 加入熔剂的成渣量类别加入量（kg）成渣组分（Kg）气态产物（Kg）CaOMgO SiO2 Al2O3Fe2O3P2O5CaS CaF2H2OCO2O2萤石0.5（据 表24）0.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.0

29、05生白云石2.5（据 表24）0.9100.6400.0200.0250.905石灰6.67*15.863*30.1730.1670.1000.0330.0070.0090.0070.3090.002*3合计6.7750.8610.2150.1330.0410.0120.0100.4400.0121.2140.002成渣量8.442*1石灰加入量计算如下：由表2527可知，渣中已含的（CaO）=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.9000kg；渣中已含（SiO2）=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767kg。因设定的终渣碱度R=3.5；故石灰加入量为R(

30、SiO2)-(CaO)/(%CaO石灰-R%SiO2石灰) =5.285/(88.00%-3.52.50%)=6.67kg。*2为（石灰中CaO含量）-（石灰中S CaS自耗的CaO量）。*3由CaO还原出的氧量，计算方法同表25之注。表28 总渣量及其成分炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量（kg）1.7100.5201.0760.6060.4100.0214.343石灰成渣量（kg）5.8630.1670.1730.1000.0330.0070.0096.352炉衬侵蚀成渣量（kg）0.0040.0090.2360.0040.

31、0050.258生白云石成渣量（kg）0.0910.0200.6400.0251.595萤石成渣量（kg）0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.0010.495总渣量（kg）6.7991.9341.0520.1370.5201.0760.6520.4400.4220.03113.043* %51.9714.838.071.053.998.255.003.373.230.24100.00*总渣量计算如下：因为表28中除（FeO）和（Fe2O3）以外的渣为：6.799+1.934+1.052+0.137+0.520+0.440+0.422+0.031=11.31

32、5kg，而终渣（FeO）=15%，故总渣量为11.315/86.75%=13.043kg（FeO）量=13.0438.25%=1.076kg（Fe2O3）量=13.0435%-0.033-0.005-0.008=0.606kg 表29 实际耗氧量 耗氧项（kg） 供氧项（kg） 实际氧气消耗量（kg）铁水中元素氧化耗氧量（表25）7.709铁水中S与CaO反应还原出的氧量（表25）0.005炉衬中碳氧化耗氧量（表26）0.062石灰中S与CaO反应还原出的氧量（表27）0.002烟尘中铁氧化耗氧量（表24）0.340炉气中自由氧耗量（表210）0.060 8.171-0.007+0.071*=

33、8.235合计 8.171合计 0.0078.235*为炉气中N2之重量，详见表2-10 炉气中含有CO、CO2、O2、N2、SO2和H2O。其中CO、CO2、SO2和H2O可由表2527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V ：式中： Vg CO、CO2、SO2和H2O诸组分之总体积，m3。本计算中，其值 为8.71922.4/28+ 2.73622.4/44 + 0.01022.4/64+ 0.01222.4/18 =8.387 m3 ； Gs 不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，其值为8.111 m3（见表29）； Vx铁水铁水与石灰中的S与CaO反应还原出的

34、氧量，m3 。本计算中，其值为0.007 kg（见表29）； 5% 炉气中自由氧含量； 99 由氧气纯度为99%转换得来。计算结果列于表210。表210 炉气量及其成分 炉气成分 炉气量，（kg） 体积（m3 ） 体积 % CO 8.7198.71922.4/28=6.97582.19 CO22.7362.73622.4/44=1.39316.41 SO20.0100.01022.4/64=0.0040.05 H2O0.0120.01222.4/18=0.015 0.18 O20.060* 0.042*0.50 N20.071*0.057*0.67合计11.608 8.486*炉气中O2的体积

35、为8.4860.5%=0.042 m3 ；重量为0.04232/22.4=0.060 kg *炉气中N2的体积系炉气总体积与其它成分的体积之差；重量为0.05728/22.4 =0.071 kg 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 =100-6.785-1.50（75%56/72+20%112/160)+1+13.0436% = 90.348 kg。 据此可编制脱氧和合金化前的物料平衡表（表211）表211 未加废钢时的物料平衡表收 入 支 出项 目 质量（kg） %项 目 质量（kg） %铁 水 100.00 84.59钢 水

36、90.3576.37石 灰 6.675.64炉 渣 13.04 11.03萤 石0.50 0.42炉 气11.61 9.82生白云石2.502.11喷 溅 1.000.85炉 衬 0.30 0.26烟 尘1.501.27氧 气8.24 6.97渣中铁珠 0.780.66合 计 118.21 100.00合 计118.31100.00注：计算误差为（118.21-118.31）/118.21100% = -0.08%第五步：计算加入废钢的物料平衡。如同“第一部”计算铁水中元素氧化量一样，利用表21的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表212），再将其与表211归类合并，遂的加入废钢后的物料平衡表213和表214。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21）和铁合金成分及其烧损率（表23）算出锰铁和硅铁的加入量，再计算其元素的烧损量。将所得结果和表214归类合并，即得冶炼一炉钢的总物料平衡表。 锰铁加入量WMn 为硅铁加入量WSi 为 表212 废钢中元素的氧化产物及其成渣量元素 反应产物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）产物量（kg） 备 注CC CO13.390.07%90%=0.0080.0110.019（入气）C CO213.390.07%10%=0.0010.0030.004（入气）SiSi (Si