毕业设计-150t×3转炉精炼及连铸工艺设计

重庆科技学院毕业设计（论文）题目150T3转炉精炼及连铸工艺设计学院冶金与材料工程学院专业班级冶金工程200903学生姓名储强泽学号200944046指导教师张倩影职称讲师评阅教师安娟职称助教2013年6月14日摘要I摘要目前，我国钢铁行业处于低迷期，一些中小型钢铁厂生存艰难，究其原因主要是这些企业能耗高，产品单一，产品科技含量低，缺乏市场竞争力。要想让我国钢铁行业走出困境，就必须使得钢铁企业能够市场处科技含量高，经济效益好的产品。日后，钢铁企业的发展方向将围绕节能减排、提高科技水平、生产性能优越的产品，提高企业市场竞争力而不断改革发展。本课题的主要任务是拟订产品生产工艺流程；转炉炉型选择，确定转炉和精炼以及连续铸钢工序的配合；制定主炼钢种的操作规程；转炉车间工艺布置方案的设计、厂房主要尺寸的计算；钢水浇铸方案及连铸机机型选择，浇铸系统主要数据和连铸机主要尺寸的计算等。南通是东部发展最快的城市之一，各行各业对钢材的需求量大幅增加。随着全国各地的钢铁企业不断合并重组，为了降低生产成本，提高生产效率，减少能耗和生产成本，保护环境，各种转炉新技术被不断运用到现代转炉炼钢中去。该工艺设计有机的结合了铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、连铸连轧等现代化工艺，形成紧凑的连续化生产线。本设计采用公称容量150T转炉3座，采用顶底复吹，实行三吹二的吹炼制度，冶炼过程为45MIN，吹氧时间18MIN。连铸工艺采用两台6流的方坯连铸机和一台2流的板坯连铸机。关键词钢铁行业转炉炼钢炉外精炼连续铸钢烟气除尘重庆科技学院本科生毕业论文IIABSTRACTATPRESENT,CHINESEIRONANDSTEELINDUSTRYISINTHEDOLDRUMS,SOMESMALLANDMEDIUMSIZEDIRONANDSTEELPLANTSURVIVALDIFFICULTTHEMAINREASONISTHATTHEENTERPRISESCONSUMTOOMUCHENERGY，PRODUCEASINGLEPRODUCTION,PRODUCTTECHNOLOGYCONTENTISLOW,ANDLACKOFMARKETCOMPETITIVENESSTOMAKECHINESEIRONANDSTEELINDUSTRYOUTOFITSPREDICAMENT,WEMUSTMAKETHEIRONANDSTEELENTERPRISESTOPRODUCEHIGHSCIENTIFICANDTECHNOLOGICALCONTENT,GOODECONOMICRETURNSOFPRODUCTSTHEFUTUREDIRECTIONOFDEVELOPMENTOFIRONANDSTEELENTERPRISES,WILLFOCUSONENERGYSAVINGEMISSIONREDUCTION,IMPROVETHELEVELOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,THEPRODUCTIONOFSUPERIORPERFORMANCEPRODUCTS,IMPROVINGTHEMARKETCOMPETITIVENESSOFENTERPRISESANDTHECONTINUOUSREFORMANDDEVELOPMENTTHEMAINTASKOFTHISTOPICISMAKINGTHEPRODUCTIONPROCESSOFPRODUCTS,SELECTINGTHECONVENTER,MAKINGTHEOPERATIONRULERSFORMULATIONOFTHMAINCHAINSTEELANDATTHEENDDESIGNANDCALCULATIONOFCONVERTERPROCESSLAYOUT,WORKSHOPPROGRAMMEWORKSHOPMAINDIMENSIONSNANTONGISONEOFTHEFASTESTGROWINGCITYINTHEEASTWITHTHEDEVELOPMENTOFNANTONG,ALLWALKSOFLIFENEEDSASUBSTANTIALINCREASEINTHEAMOUNTOFSTEELWITHTHEINCREASINGDEVELOPMENTOFIRONANDSTEELINDUSTRY,THEIRONANDSTEELENTERPRISESINCHINAAREGOINGMERGERANDREORGANIZATIONINORDERTOMEETTHEREQUIREMENTSOFSTEELPRODUCTS,REDUCEPRODUCTIONCOSTS,IMPROVEPRODUCTIONEFFICIENCY,REDUCEENERGYCONSUMPTIONANDPRODUCTIONCOSTANDPROTECTENVIRONMENT,NEWTECHNOLOGIESINVARIOUSCONVERTERAREBEINGUSEDINCONTEMPORARYCONVERTERSTEELMAKINGTHEPROCESSDESIGNTAKEPRETREATMENTOFMOLTENIRON,STEEL,REFINING,CONTINUOUSCASTINGANDROLLINGORGANICTOGETHER，FORMINGACONTINUOUSPRODUCTIONLINEOFCOMPACTINTHISDESINGTHEREARE3CONVERTERSWHICHIS150TOFTHEIRCAPACITY,ANDTHECONVERTINGISOFTOPANDBOTTOMBLOWING,CONVERTINGSYSTEMTOIMPLEMENTTHETHREEBLOWTWOSMELTINGPROCESSIS45MIN,BLOWINGTIME18MINBILLETCONTINUOUSCASTINGMACHINE2SETSOF6FLOWSANDAFLOWOFTHE2SLABCASTERWITHCONTINUOUSCASTINGPROCESSKEYWORDSIRONANDSTEELINDUSTRY；CONVERTERSTEELMAKING；LADLEREFININGFURNACE；CONTINUOUSCASTINGANDROLLIN；FLUEGASDEDUSTING目录目录摘要IABSTRACTII1绪论12厂址选择可行性论证321地貌特点322气候特点323资源特点324交通运输325技术优势426产品市场43产品大纲531产品大纲及产品结构532工艺流程6321铁水供应方式7322铁水预处理7323转炉复合吹炼7324炉外精炼7325连续铸钢733技术可行性834产量计算8341转炉容量与吹炼制度8342计算年出钢炉数9343计算年产钢量94铁水供应方式与铁水预处理方案1141铁水的供应1142铁水预处理12421铁水炉外脱硫12422KR搅拌法脱硫工艺12423脱硫剂的选择1243铁水炉外脱磷、脱硅1344工艺流程135顶底复吹转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算15重庆科技学院本科生毕业论文51物料平衡计算15511计算原始数据15512物料平衡的基本项目16513计算步骤1652热平衡计算22521计算所需的原始数据22522计算步骤236转炉设计2561转炉炉型设计概述2762炉型种类及其选择2763转炉炉型各部分尺寸的确定2864转炉炉衬31641炉衬材质的选择31642炉衬组成及厚度确定3365转炉金属构件和底部供气构件33651炉壳33652底部供气构件337转炉氧枪设计3571喷头类型与选择3572喷头尺寸计算35721喷头参数选择原则35722喷头计算3673氧枪枪身设计37731氧枪各层尺寸的确定37732氧枪总长度和行程确定398炉外精炼4181LF精炼炉41811LF精炼炉的特点41812LF炉在车间内的布置4182钢水循环真空脱气处理（RH设备）42821RH设备的特点42822RH设备的工作原理42823RH真空精炼特点43824RH设备的转炉车间布置439连铸机设备45目录91连铸机机型的选择4592连铸机的主要工艺参数46921钢包允许的最大浇注时间46922铸坯断面46923拉坯速度46924连铸机的流数4793铸坯的液面深度和冶金长度47931铸坯的液相深度47932铸坯的液相深度4794弧形半径4895连铸机生产能力的确定48951连铸浇注周期计算48952连铸机的作业率50953连铸机的冶金长度50954连铸机生产能力的计算5096连铸机主要设备50961中间包容量的确定51962中间包的主要尺寸52963结晶器的选择5297连铸操作规程5210炼钢车间烟气净化与回收57101烟气净化方案选择571011转炉烟气净化方法57102烟气净化系统571021国内外转炉炼钢烟尘处理系统概况57103烟气净化系统主要设备581031烟气冷却设备581032烟气净化设备5911转炉车间主厂房的工艺布置及尺寸61111转炉车间主厂房工艺布置61112装料跨布置611121铁水供应与铁水预处理布置611122废钢供应布置621123出渣方式631124装料跨尺寸63重庆科技学院本科生毕业论文113转炉跨布置641131转炉跨的位置641132转炉跨的横向布置641133转炉跨纵向布置671134转炉跨各层平台的布置671135转炉跨吊车轨面标高及转炉跨宽度和长度69114连铸各跨布置701141连铸浇注跨701142连铸出坯跨701143连铸精整跨711144连铸区域尺寸确定7512拟订生产组织及安全生产制度75121生产组织安排751211原料部分751212冶炼部分751213连铸及铸坯精整部分75122安全制度的制定75参考文献79致谢80绪论11绪论钢铁产业是国民经济的重要支柱产业，在每个行业中都扮演着不同程度的重要角色。一个国家的钢铁冶炼实力最能体现这个国家的经济水平与国防力量。炉炼钢技术的发展史，可以分为（1）LD基本技术的完善及转炉大型化时代。这一时期，处于转炉炼钢技术的发展初期，技术完善的首要任务是安全、连续、稳定地炼钢生产，且考虑提高生产能力和适应品种。随着基本炼钢技术的不断发展，提出了转炉大型化以获得更高的生产能力和经济效益；（2）转炉复合吹炼技术的开发与完善时代。底吹转炉发明后，人们发现，底吹工艺与顶吹工艺相比有以下优点熔池搅拌强度增大，脱碳速度加快，碳氧反应更趋于平衡。全连铸的出现，对转炉炼钢在冶炼时间、温度、成分及钢水质量等方面提出了更高的要求。随着复吹技术的推广，转炉终点操作得到了明显的改善，吹炼后期渣反应更趋近平衡，磷、硫的分配比更高。终点钢水和钢渣氧化性的降低，对提高钢水质量和提高炉龄有着很重要的作用；（3）高效、高自动化、高洁净度炼钢时代。随着对钢材质量要求的增高，炼钢技术的发展重点就体现在长寿高效、计算机全自动炼钢、高洁净度钢系统生产技术这三个方面。1炉外精炼与铁水预处理已成为现代钢铁生产必不可少的环节，是现代钢铁生产重要技术进步。钢铁企业采用炉外精炼技术，便能大幅降低生产成本，提高产品质量，最终为企业赢得更多的利润与更大的发展空间。炉外精炼具有精确控制化学成分及温度、顶渣还原脱S、CA处理、夹杂物排除、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。目前,我国绝大多数大、中型转炉装备精良,工艺流程先进,它们都采用了铁水脱硫预处理、炉外精炼、计算机终点动态控制等先进技术，是我国钢铁行业的领头军。钢铁行业的日益发展和各地的钢铁企业不断合并重组，以适应对钢品种的要求，降低生产成本，提高生产效率，减少能耗和生产成本，保护环境为目标的现代化钢铁厂，不断采用各种转炉新技术，如铁水预脱硫技术、水冷炉口技术、顶底复合吹炼技术、烟气除尘及煤气回收利用技术、挡渣出钢技术、溅渣护炉技术和终点控制技术等，使转炉实现了自动化、高效化、节能化、寿命长寿化、钢种多样化、环境友好化。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150T炼钢转炉，以满足市场对钢材的需求，促进经济的稳定发展。厂址选择可行性论证32厂址选择可行性论证21地貌特点经过多方面考虑，本设计选择在江苏省南通市。南通位于华东地区，与无锡、苏州、上海，背依广袤的苏北平原、“据江海之会、扼南北之喉”素有“江海门户”之称。南通是首批对外开放的14个沿海城市之一，地处长江三角洲北部，与中国经济最发达的上海及苏州隔江相望，被誉为“北上海”。南通的地形地貌主要是冲积平原，境内水道纵横交错，交通十分发达。南通拥有长江岸线与海岸线数百公里，集“黄金海岸”与“黄金水道”优势于一身，其中可建深水港口的海岸线有40公里。22气候特点南通属北亚热带季风气候，气候温和，四季分明，雨水充沛。年平均气温约15度，一月份平均气温2度，最低达12度；七月份平均气温28度，最高达38度。年平均日照时间21002200小时，年均降水量1000毫米以上。23资源特点南通并没有太多现成的矿场资源，目前已知的仅有少许有色矿和未开发的油气田，在中国来说属于矿场资源贫乏地区。但南通的水路运输能力很强，这为将来钢铁厂建成后原料和产品的运输提供了一个方便的途径。南通属于东部沿海地区，GDP稳居全国地级市前列，每年都有很多外来人员来这里务工，这也使得南通的人力资源十分充沛。24交通运输以平原为主的南通交通十分便利，目前境内有沈海高速（G15）、沪陕高速（G40）、启扬高速（S28）、通锡高速（S19）、通洋高速（在建），南通市区设有6个互通上下道口。世界级的大桥苏通长江公路大桥和崇启长江大桥是南通到上海和苏南的便捷通道，更得于南通的经济腾飞，而通过境内的204和328国道，使得南通的公路网日益成型，趋于成熟。铁路方面，新长铁路、宁启铁路穿境而过，境内主要的客站有南通站，如皋站和海安县站。南通站现已融入国家铁路网，从南通可以到达全国各地，海安县站为江苏省除徐州外的最大的二级编组站。另外沪通铁路大桥正在规划建设中，建成之后南通站将成为华东地区的枢纽站。南通东站已开通货运。南通东抵黄海，南望长江，境内河流纵横交错，水路运输十分方便，其中，以如皋地区的焦港运河最具重庆科技学院本科生毕业论文代表性。南通港是中国十大港口之一，也是长江水系江河运输直达中转的枢纽，年吞吐量达185亿吨其中金属矿石、煤炭、石油及制品为南通港的支柱货物。25技术优势在南通周边有好几家知名的钢铁企业，如常州的中天特钢、张家港的沙钢集团和世界领先的上海宝钢，这些企业的存在可以为新钢铁厂提供相关的技术支持，各企业之间的合作与竞争也会推动本厂更好更快的发展26产品市场近年来，南通的造船、汽车制造、铁路建设、房地产开发等相关产业的大力发展，对钢材的需求量正逐年增加，而目前南通却没有自己的大型钢铁厂，所需钢材大部分从上海、常州等地区进口。为给南通未来的发展提供充足的优质钢材，在该地修建新的钢铁厂是十分必要的。若该厂建成，以南通方便的海陆交通运输条件，产品很方便被运输到世界各地，这对企业的成长有着很大的帮助。产品大纲53产品大纲31产品大纲及产品结构目前，钢铁行业竞争激烈，我国现在只是钢铁大国还不是钢铁强国，所冶炼的产品大多只是在国内销售，相当一部分高科技特种钢材还需要从海外进口。一个钢铁企业要想走出国门，跻身世界先进行列，只有冶炼出科技含量高的产品才能在日益激烈的竞争中保持优势。考虑各种因素，本厂只要的冶炼产品为造船钢板、钢筋钢和轴承钢。造船钢板是指用造船专用的结构钢，用于制造船舶的船体结构的薄钢板和厚钢板。造船用结构钢包括碳素钢和低合金钢，钢号的末尾标有C（船）。碳钢素有2C、3C、4C和5C，低合金钢有12MNC、16MNC、15MNTIC、14MNVTIREC等钢种。厚度为2550毫米。表31造船钢板钢种化学成分（质量分数）/钢种牌号CMNSIPSALNBV造船钢板AH3601807016001005000400400150015005000300100钢筋钢也称混凝土结构用钢，是工程结构的主要材料之一。钢筋钢必须具有塑性、焊接性、成分均匀性和与混凝土的粘结性。钢筋钢是钢铁市场中最常见、最普通的产品，每一个地区的发展都需要它，所以，钢筋钢有着良好的市场需求量。表32易切削钢钢种化学成分（质量分数）/钢种牌号CSIMNPS钢筋钢Q23501802505500450050滚动轴承钢主要用来制造各种机械上的滚动轴承件，如滚珠、滚柱、滚针、内外套圈等；也有少量用于制造油泵、油嘴及其他工具、模具等。轴承钢要具有以下要求高疲劳强度，尤其是抗接触疲劳强度、高的耐磨性和弹性极限、一定的冲击性；高而均匀的硬度，良好的尺寸稳定性和一定的耐腐蚀性。目前用量最多的是GCR15，国外相应的牌号美国为AISIE52100、日本JISSUJ2、德国DIN100CR6重庆科技学院本科生毕业论文6转炉复合吹炼表33轴承钢钢种化学成分（质量分数）/钢种牌号CMNSIPSNICUCR轴承钢GCR1509510502504501503500250025030025140165表34产品方案钢种代表钢号年产量/万T断面形状断面尺寸比例/造船用钢AH36120板坯200MM1500MM375钢筋钢Q23580方坯200MM200MM250轴承钢GCR15120方坯200MM200MM375总计32010032工艺流程高炉混铁炉铁水预处理铁水预处渣洗LF炉精炼RH（或VD）真空处理321铁水供应方式高炉铁水直接热装入转炉时有混铁炉和混铁车两种方式高炉铁水罐混铁炉铁水罐称量转炉和高炉混铁车混铁罐称量转炉。高炉的大型化和炼铁操作的精确化，高炉铁水成分波动小，又因转炉的大型化，混铁炉的混合作用已不明连铸连轧图31工艺流程图产品大纲7显，因此，混铁车在大中型转炉车间已被广泛使用。所以，本设计选择混铁车。322铁水预处理铁水预处理指铁水兑入到炼钢炉之前所进行的去除铁水中杂质元素或回收铁水中有价值元素的一种针对铁水的处理方法。包括对铁水所进行的铁水脱硫、脱磷和脱硅即铁水的“三脱”处理。本工艺中，采用石灰粉进行脱硫、磷和硅，主要成分为CAO，它具有资源丰富，价格便宜的特点，在成本方面具有很大的优势。323转炉复合吹炼本设计中采用顶底复吹转炉。顶底复吹转炉相对于顶吹转炉而言有着很大的突出优点，例如冶金效果良好，碳氧反应更接近平衡，冶炼低碳钢时可避免钢水的过度氧化，脱磷、脱硫能力优良，终点残锰量高，石灰单耗低，渣量少，铁水收得率高，吹炼平稳和喷溅少等优势。324炉外精炼随着现代科学技术的发展和农工业对钢材质量要求的提高，钢厂需要采用炉外精炼工艺来提高产品的质量。炉外精炼是一项提高产品质量，降低成本的先进技术，是一个现代化钢铁企业必须掌握的重要技术。钢水炉外精炼包括在钢水包中对钢水进行调整温度、成分、去气、去夹杂及去除有害元素的操作和处理，以达到钢水洁净，成分和温度均匀与稳定的目的。本设计中，炉外精炼需进行渣洗、LF炉精炼、RH（或VD）真空处理等步骤。325连续铸钢连铸的现代冶金过程中具有无可替代的地位，它的出现，使工序简化，流程苏段，金属收得率得到大大提高，能耗大幅降低。生产过程机械化，自动化程度高，提高了产量，扩大了品种。目前，多点弯矫的连铸机是发展的主流，板坯、薄板坯、矩形坯和方坯是主要的连铸板坯。本设计中采用的是多点弯矫的连铸机，产品的形状有板坯和方坯。33技术可行性为了生产高附加值的钢材产品，必须对工艺技术进行优化，每个生产阶段都必须严格要求，确保每个环节认真落实。本设计结合市场、地理和技术等方面的综合考量，所选择的生产工艺均复合要求。采用优质铁水，铁水预处理，转炉少渣冶炼，钢水多功能炉外精炼，钢水全过程保护浇铸等工艺操作，是完全能够生产本大纲中的产品的。但是需要特别重视的是人才的培养才和新技术的创新是提高企业竞争力的关键。34产量计算341转炉容量与吹炼制度重庆科技学院本科生毕业论文8转炉容量转炉在一个炉役期内，由于炉衬受侵蚀而逐渐减薄，炉容量随之增大，因此，需要一个统一的衡量标准，叫做公称容量。我国转炉公称容量一般用一个炉役期内的平均炉产钢水量来表示。新建转炉公称容量按表31的系列选定。表31转炉公称容量系列（单位T）转炉公称容量20（15）3050100120150200250300最大出钢量30（20）3660120150180220275320钢包容量30（20）4060120150180220275320浇注吊车起重量63（16）63/1680/20100/32180/63/20225/63/20280/80/20360/100/20450/100/20由表31可知本设计中是150T转炉，则最大出钢量为180T，钢包容量为180T。吹炼制度转炉座数的确定与采用的吹炼制度有关，即采用“三吹二”制或“二吹一”制。所谓“三吹二”，就是保持二个转炉生产，一个转炉处于修炉或待用状态；“二吹一”即一个转炉生产，另一个转炉处于修炉或待用状态。由于炉衬材质的改进和溅渣护炉技术的采用，炉龄大幅度提高，生产实践中，往往采用“二吹二”或“三吹三”模式，而本设计是针对3150T转炉，选择“三吹二”制。342计算年出钢炉数每一座吹炼转炉的年出钢炉数N为（31）11236540T式中T1每炉钢的平均冶炼时间，MIN；T2一年有效作业天数，D；1440一天的日历天数，MIN；365一年的日历天数，D；转炉的作业率，若转炉与模铸或与部分连铸配合时，一般取8285，若全连铸则取7580。本车间采用全连铸设计作业率为75。表32氧气转炉平均冶炼时间公称容量/T153050100120150200250300产品大纲9平均供氧时间/MIN12141415151616181819192020212122平均冶炼时间/MIN25282830303333363638384040424245由上式可知，本设计是150T转炉，则平均供氧时间选18MIN，平均冶炼时间选37MIN，则每座转炉年出钢炉数（32）343计算年产钢量本课题采用3座150T转炉，实行三吹二制度。根据公式（33）NNQW吨319620510642式中W车间产钢水量，T；N车间经常吹炼炉座数；N每一座吹炼炉的年出钢炉数；Q转炉公称容量，T。炉106543765140N铁水供应方式与铁水预处理方案114铁水供应方式与铁水预处理方案41铁水的供应高炉铁水直接热装入转炉时有混铁炉和混铁车两种方式。本设计选择的是高炉铁水罐混铁车铁水罐称量炉外处理转炉。混铁车（又称鱼雷罐车），由罐车支承、倾动机构和车体等部分组成，其形状可保证有较小的热损失，如图41所示。由于混铁车的倾动机构可使炉身转动向外倒铁，因此，不需要建设专门的厂房，只需在主厂房内流出必要的倒铁水的位置，这就节约了厂房建设的成本。图41混铁车示意图混铁车的容量根据转炉的容量而定，一般为转炉容量的整数倍，并与高炉出铁量相适应，选择标准系列转炉炼钢车间所需混铁车台数N（台）计算式如下（42MAXQNCPN1）式中PMAX高炉铁水最高日产量，T/D；P2钢锭模车间所需铁水量。T/D；N2钢锭模车间所需混铁车台数；Q混铁车容量，T；N混铁车装满系数，可取09；C混铁车日周转次数，一般取23次/D；混铁车作业率，约取075带入数据得1750690314N42铁水预处理铁水预处理是指铁水在兑入炼钢炉合资前，为去除或提取出某种成分而进行的处重庆科技学院本科生毕业论文12理过程包括对铁水所进行的铁水脱硫、脱磷和脱硅铁水的“三脱”处理。铁水进行三脱可以改善炼钢汉族原料的状况，实现少渣或无渣操作，简化红钻路炼钢操作工艺，经济有效地生产低P、S优质钢，提高自动化水平。421铁水炉外脱硫铁水炉外脱硫，是近些年钢铁生产流程中革命性的变革之一，铁水预脱硫主要有搅拌法和喷吹法。本设计选用搅拌法脱硫，搅拌法无论是脱硫剂在铁水旋窝中下降还是在铁水中上浮，都可以与铁水发生反应，因而脱硫剂的利用率高、稳定性好、脱硫周期短。不足之处是，设备复杂，一次投资大，脱硫铁水温降较大。搅拌法主要有KR法、DO法、RS法和NP法，本设计采用KR法。422KR搅拌法脱硫工艺KR法是一种机械搅拌法，是将耐火材料制成的搅拌器插入铁水罐液面下一定深处，并使之旋转。搅拌器的转数一般为90120R/MIN，搅动功率为1015KW/T。当搅拌器旋转时，铁水液面形成“V”形漩涡，如图2所示。在搅动115MIN后，开始加入脱硫剂。脱硫剂微粒在桨叶端部区域内由于湍动而分散，并沿着半径方向被外推，随着铁水流的循环一部分向下循环，另一部分向上循环，随后悬浮，绕轴心旋转和上浮于贴水中。然后又被桨叶从上下两个方向“吸入”，随后又沿半径方向被“吐出”。因此，脱硫剂在桨叶旋转的机械搅动作用下被卷入铁水中，并在与铁水的充分接触、混合和搅动中进行着脱硫反应。搅动器开动时，在液面上看不到脱硫剂，当搅动1015MIN停止搅动。将生成的浮到铁水面上的干稠状渣扒除后即达到脱硫的目的。图42铁水罐KR法脱硫的流场示意图423脱硫剂的选择选择脱硫剂主要从脱硫能力、成本、资源、环保、对耐火材料的侵蚀程度、形成硫化物的形状、对操作影响以及安全等因素综合考虑而确定的。目前，使用的脱硫剂主要有电石粉、石灰粉、石灰石粉、金属镁和镁基材料、苏打灰等。本设计采用石灰石粉做脱硫剂，其特点是石灰石分解排出的CO2强烈搅动铁水，有利于脱硫反应；同时CACO3在铁水深处分解时能生成极细的石灰粉粒，具有很高的活度，可以提高脱硫效率；使用石灰石脱硫不会过分降温；最重要的是石灰石资源丰富，价格便宜。铁水供应方式与铁水预处理方案1343铁水炉外脱磷、脱硅磷是钢中的有害元素，它显著降低钢的低温冲击韧性。脱磷是在钢铁冶炼中的重要操作，在炉外精炼中脱磷也是必不可少的。贴水预脱磷与炉内脱磷的原理相同，即在低温、高氧化、高碱度熔渣条件下脱磷。与钢水相比，铁水预脱磷具有低温、经济合理的优点。全量铁水预处理可以明显地降低转炉、精炼的负担，提高冶炼速度，成分控制命中率达到100，扩大钢的品种，大幅提高钢质量。而铁水脱硅技术是基于铁水脱磷发展起来的。铁水中硅与氧的亲和力大于与磷的亲和力，当加入氧化剂脱磷时，硅先于磷氧化，形成SIO2大大降低渣的碱度，所以，脱磷前必须线脱硅。铁水脱磷方法以前有在铁水罐中喷射脱硫剂并吹氧脱磷，也有在鱼雷罐车中喷射脱磷剂并吹氧脱磷，目前铁水脱磷主要在转炉中进行操作。用转炉进行铁水脱磷、脱硅预处理，有利于实现全量（100）铁水预处理，此方法具有以下特点与喷吹法相比，放宽对铁水硅含量的要求控制中等碱度渣（R2530），可得到良好的脱磷效果WP0015。严格控制处理温度，目标温度1320左右，加入轻、薄废钢避免熔池文对于升高，保证脱磷，抑制脱碳。增强熔池搅拌强度和弱供氧制度，顶吹供氧强度是一般转炉供氧迁都的一半，适当增加底吹供气强度，避免喷溅。减少渣量，缩短冶炼时间，加快生产节奏，炉龄提高。44工艺流程本工艺流程为铁水罐铁水脱硫前扒渣测温取样加入脱硫剂机械搅拌脱硫测温取样铁水脱硫后扒渣转炉脱磷、脱硅。顶底复吹转炉炼钢的物料与热平衡计算155顶底复吹转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算51物料平衡计算511计算原始数据基本原始数据有冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其他工艺参数。表51钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值成分含量/类别CSIMNPS钢种Q235设定值01802505500450050铁水设定值4210810580200038废钢设定值01802505500300030终点钢水设定值010痕迹0174002000228表52原材料成分成分含量/类别CASIO2MGOAL2O3FE2O3CAF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰8800250260150050010006010萤石0305500601601508800090010150生白云石364008025601003620炉衬1203007880140160140焦炭058815124552表53铁合金成分（分子）及其回收率（分母）成分回收率/类别CSIMNALPSFE硅铁7300/75050/80250/0003/100005/1002392/100锰铁660/90050/75678/80023/100013/1002474/100表54其他工艺参数设定值名称参数终渣碱度WCAO/WSIO235萤石加入量为铁水量的05生白云石加入量为铁水量的25重庆科技学院本科生毕业论文16炉衬蚀损量为铁水量的03终渣WFEO含量按向钢中传氧量WFE2O3135WFEO折算15而FE2O3/FEO1/3,即金属中C的氧化产物WFE2O35，WFEO825烟尘量为铁量的15其中WFEO为75WFE2O3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N21炉气中自由氧含量05体积比气化去硫量占总去硫量的1/3金属中C的氧化物90C氧化成CO，10C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1335，即废钢比为1178512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。513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55表57。总渣量及成分如表58所示表55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C1/2O2CO411903699369916/1249328631CCO2CO2411100411041132/1210961507SISIO2SIO20810081032/2809261736入渣顶底复吹转炉炼钢的物料与热平衡计算17MNMN1/2O2MNO0406040616/4401480554入渣P2P5/2O2P2O501801880/6202320412入渣SO2SO2001521/30005000532/3200050010SSCAOCASO001522/30010001016/32000500225入渣FEFE1/2O2FEO107856/720837083716/4602391078入渣（表58）2FE3/2O2FE2O30607112/1600424042148/11201820606入渣（表58）合计67827755成渣量4410入渣组分之和由CAO还原出的氧量；消耗CAO量001056/3200175。表56炉衬腐蚀的成渣量成渣组分/气态氧化物/耗氧量/炉衬蚀损渣量/CAOSIO2MGOAL2O3FE2O3CCOCCO2CCO，CO203表5400040009023600040005008800150062合计025801040062表57加入溶剂的成渣量成渣组分/气态氧化物类别加入量CAOMGOSIO2AL2O3FE2O3P2O5CASCAF2H2OCO2O2萤石0500020003002800080008000500010440008白云石2509106400200250905石灰67858540173016701003300070009000703090002合计676508160215013300410012001044001512140002成渣量8432112305石灰加入量渣中已含CAO001750004000209100900KG；渣中已含SIO217360009002800201793KG；因设定终渣碱度R35，故石灰加入量为5376/88035250678KG石灰加入量石灰中CAO含量）（石灰中SCAS自耗的CAO量）3由CAO还原出来的氧量，计算000916/720002KG表58总渣量及其成分重庆科技学院本科生毕业论文18炉渣成分/CAOSIO2MGOAL2O3MNOFEOFE2O3CAF2P2O5CAS合计元素氧化成渣17360554108206090412002254410石灰石成渣量586301670173010033000700096352炉衬蚀损成渣000400090236000400050258生白云石成渣09100206400251595萤石成渣量00020028000300080008044000500010495总成渣量677919601052013705541082065504404240032513116质量分数/5168149480210442282549933532300025100表中除FEO和FE2O3以外的总渣量为67791960105201370554044004240032511379KG，而终渣FEO15表54，故总渣量为11379/867513117KG。FEO131168251082KGFE2O31311650033000500080609KG第二步计算氧气消耗量。氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。见表59表59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55）7755炉衬中碳氧化消耗氧量（表56）0062石灰中S与CAO反应还原出的氧化量（表57）0002烟尘中铁氧化消耗氧量（表54）0340炉气自由氧含量（表710）0060合计8217合计00028217000200718286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75表77查得，O2和N2则由炉气总体积来确定。现计算如下，计算结果列于表510所示。炉气总体积VV05VVG9150324SGX（59832/40717850879XS1）8490M式中VGCO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，M。本计算中其值为8391M52184205642014273628719GS不计自由氧的氧气消耗量，。本计算中其值为775500620348157（见表59）顶底复吹转炉炼钢的物料与热平衡计算19VX石灰中的S和CAO反应还原出的氧量（其质量为0002，见表59），M。05炉气中自由氧含量。99自由氧纯度为99转换得来。表510炉气量及其成分炉气成分炉气量/炉气体积/M体积分数/CO87198719224/2869758216CO227362736224/4413931640SO200100010224/640004005H2O00150015224/180019022O200600042050N200710057067合计11611849010000炉气中O2的体积为8490050042M；质量为004232/2240060KG。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005728/2240071KG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5310067821507556/7220112/16011295569037由此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表511表511未加废钢时的物料平衡表收入支出项目质量/项目质量/铁水1008456钢水90377634石灰667564炉渣13121108萤石050042炉气1161981生白云石250212喷溅100084炉衬030025烟尘150127氧气8287701渣中铁珠078066合计11825710000合计11838100注计算误差为（11825711838）/11825710001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51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512），再将其与表511归类合并，逐得到加入废钢后的物料平衡表513和表514。表512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/耗氧量产物量进入钢中的量/CCCO136400890001000130023重庆科技学院本科生毕业论文20CCO2136400890000100030004SISISIO21364025003400390072MNMNMNO1364037005000160066PPP2O51364001000100010002SSO2136400091/3000040000400008SSCAOCASO136400092/300008000040002合计009700721364009713543成渣量/0142表513加入废钢的物料平衡表（以100铁水为基础）收入支出项目质量/项目质量/铁水1007577钢水903713543103917867废钢13641034炉渣1312014213261003石灰667505炉气116100281164881萤石05038喷溅100076轻烧白云石25189烟尘150114炉衬03023渣中铁珠079059氧气83596330合计1319710000合计1320910000注计算误差为（1319713209）514加入废钢的物料平衡表（以100铁水废钢为基础）收入支出项目质量/项目质量/铁水887639钢水91447866废钢121042炉渣11671004石灰587510炉气1024881萤石044038喷溅088076轻烧白云石220191烟尘132114炉衬026023渣中铁珠07006氧气736639合计11520100合计11625100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51）和铁合金成分及其回收率（表53）算出锰铁和顶底复吹转炉炼钢的物料与热平衡计算21硅铁的加入量，在计算其元素的烧损量。将所有的结果与表514合并，及得到炼一炉钢的总物料平衡表。锰铁加入量WMN为54钢水量回收率量锰铁含终点钢种MNWWMN62049180675硅铁加入量WSI为55回收率量锰铁含加锰铁后的钢水量终点钢种SISISIWIFESIMNWKG420750349125铁合金中元素烧损量和产物量列于表515。脱氧和合金化后的钢水成分如下143092710WC25IS08MN1039210WP2S表515铁合金中元素烧损量和产物量类别元素烧损量脱氧量/成渣量/炉气量/入钢量C06266010000400100015062660900037MN0626780200084002401080626780800335SI06205025000100010002062050750002P0620230001S0620130001FE06224740154锰铁合计00890035011000150530AL042250100001100100006MN04205020000040000100005042050800002SI0427300250077008801650427300750230P04200500002S04200300001FE04223920100硅铁合计0088009801720332重庆科技学院本科生毕业论文22总计01770133028200150862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（5钢水量回收率量焦炭含）（C1408W16）（069237580焦粉生成的产物如下表516焦粉生成产物碳烧损量/耗氧量/气体量/成渣量/碳入钢量/006815025001200320044006（058552）0047006124000070068150750037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517。表517总物料平衡表收入支出项目质量/项目质量/铁水887496钢水91440862003792347859废钢121022炉渣11670282000711961018石灰587005炉气1024001500471030877萤石044037喷溅088075轻烧白云石220187烟尘132112炉衬026191渣中铁珠070059氧气753641锰铁062050硅铁042035焦粉006005合计1174010000合计1175100计算误差为1174011956/1174010001可以近似的认为01330032的氧量系出钢水二次氧化带入。52热平衡计算521计算所需的原始数据计算所需的基本原始数据有各种入炉料及产物的温度（表518）；物料平均热熔（表519）；反应热效应（表520）；融入铁水的元素对铁水熔点的影响（表521）。其他工艺参数参照物料平衡选取。表518入炉物料及产物的温度设定值入炉物料产物名称铁水废钢其他原料炉渣炉气烟尘顶底复吹转炉炼钢的物料与热平衡计算23温度/12852525与钢水相同14501450表519物料平均热熔物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热熔KJ/（KGK）0745069910470996融化潜热KJ/KG218272209209209液态或气态平均热熔KJ/（KGK）0837083712481137表520炼钢温度下的反应热效应组元化学反应/KJKMOL1/KJKG1CC1/2O2CO氧化反CO2CO2氧化反应41807234834SISIO2SIO2氧化反应81768229202MNMN1/2O2MNO氧化反应3617406594P2P5/2O2P2O5氧化反应117656318980FEFE1/2O2FEO氧化反应2382294250FE2FE3/2O2FE2O3氧化反应7224326460SIO2SIO22CAO2CAOSIO2成渣反应971331620P2O5P2O54CAO4CAOP2O5成渣反应6930544880CACO3CACO3CAOCO2分解反应1690501690MGCO3MGCO3MGOCO2分解反应1180201405表521融入铁水的元素对铁熔点的降低值元素CSIMNPSALCRN、H、O在铁中极限溶解度/541185无限28018350无限融入1元素使铁熔点降低值/657075808590100853025315N、H、O融入使铁熔点降低值/6适用含量范围/110202530354031507008118522计算步骤以100铁水为基础第一步计算热收入QS。热收入项包括铁水物理热；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。1铁水物理热WQ重庆科技学院本科生毕业论文24先根据纯铁熔点、铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值见表517、表51和表520计算铁水熔点TT，然后由铁水温度和生