年产400万吨合格圆坯转炉炼钢及车间设计 毕业设计.doc

年产400万吨合格圆坯转炉炼钢及车间设计摘 要本设计主要任务是设计年产400万吨圆坯的转炉炼钢车间。从基础的物料平衡和热平衡计算开始，主要包括以下几部分：转炉炉型设计、氧枪设计、转炉车间设计、连铸设备的选型及计算、以及铁水供应系统，废钢供应系统，散装料供应系统，铁合金供应系统，除尘系统等进行了设计。其中，转炉炼钢车间设计是本设计的重点与核心。本设计设有转炉三座，公称容量均为120t，平均冶炼时间为38min，纯吹氧时间为16min，转炉作业率为84%，转炉的原料主要有铁水、废钢以及其它一些辅助原料。连铸坯的收得率为98%，另外本车间炉外精炼主要采用了喂丝以及真空脱气手段。本车间的浇注方式为全连铸。车间的最终产品为圆坯。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，本设计穿插了很多图形，表格，为明确，直观的介绍转炉炼钢车间的工艺布置提供帮助。关键字：转炉；400万吨；设计；设备计算；车间计算abstract the main task is to design a annual production 4,000,000 tons round billet converter steelmaking plant.from basic material balance and heat balance calculations . including the following sections: converter furnace design, lance design, the converter plant design, equipment selection and calculation of continuous casting and hot metal supply system, scrap supply system, bulk material supply systems, ferroalloy supply system, de dusting systems designed. among them, the converter steelmaking plant design is the focus of this design and core.this design features have three converters, engineering capacity are 120t, the average time was blowing 38min, pure oxygen blowing time is 16min, the converter operating rate of 84%, the main raw converter molten iron, scrap steel and some other auxiliary materials. casting umburnt yield was 98%, while the workshop mainly adopted refining and vacuum degassing means for feeding wire. the workshop for the whole casting casting method. the final product is a workshop round billets.a more detailed description of some of the converter plant design process and equipment structure, the design interspersed with a lot of graphics, tables, for clearly, intuitive introduction converter steelmaking plant process layout help.keywords：converter; 4,000,000 tons; design; equipment calculation; workshop calculation目 录摘 要i第一章 文献综述11.1 国内外钢铁产业的发展情况11.1.1 我国钢铁工业运行情况11.2 我国钢铁工业现状21.2.1 钢铁工业运行存在问题21.3 现阶段我国钢铁工业面临的主要问题31.3.1 品种质量亟待升级31.3.2 布局调整进展缓慢31.3.3 自主创新能力不强31.4 我国氧气转炉炼钢研究现状与技术进步31.4.1 我国氧气转炉炼钢研究现状31.4.2 铁水脱硫预处理的技术进步31.4.3 转炉炼钢技术的进步31.5 节能环保技术41.6 转炉炼钢技术发展趋势41.7 转炉炼钢厂设计研究的目的与意义51.8 结论5第二章 生产规模及产品方案62.1 金属平衡计算62.2 生产规模的确定72.2.1 转炉座数和大小的确定72.3 转炉炉型选择及计算82.3.1 转炉炉型各部分尺寸确定92.4 转炉炉衬与金属构件122.4.1 炉衬材质的选择122.4.2 炉衬组成及耳轴高度确定132.4.3 炉体支承及倾动设备132.5 复吹转炉底部供气构件设计142.5.1 底气种类142.5.2 底气用量142.5.3 供气构件152.5.4 底吹元件布置152.5.6 转炉炉体金属构件设计152.5.7 炉壳设计152.5.8 倾动机构的设计15第三章 物料平衡与热平衡计算163.1 物料平衡163.1.1 计算所需原始数据163.1.2 物料平衡基本项目183.1.3 计算步骤183.2 热平衡计算303.2.1 计算所需原始数据303.2.2 计算步骤32第四章 氧气转炉供氧系统设计364.1供氧系统工艺流程364.2 转炉炼钢车间需氧量计算364.3 制氧机能力的选择374.4 氧枪设计374.5 喷头设计384.6 氧枪枪身设计404.6.1 枪身各层尺寸的确定404.6.2 氧枪长度的确定414.7 氧枪升降和更换机构434.7.1 对氧枪升降和更换机构设备的要求434.7.2 氧枪垂直升降机构434.7.3 氧枪各操作点的控制位置454.7.4氧枪各操作点标高的确定原则45第五章 转炉车间原材料供应475.1铁水供应475.2 铁水包选择475.3 废钢的供应485.4 散状材料的供应495.4.1 散状料的供应流程495.4.2 散状料供应和主要设备选型495.4.3 高位料仓容积和数量的确定505.5 铁合金的供应51第六章 转炉车间烟气净化与回收536.1 转炉烟气与烟尘536.1.1 烟气特征536.1.2 烟尘的特征536.2 烟气净化方案选择546.3 烟气净化系统546.4 烟气净化回收系统主要设备546.4.1 烟罩546.4.2 静电除尘器556.4.3 煤气柜55第七章 冶金辅助设备的计算567.1 盛钢桶的计算567.1.1 盛钢桶容积计算567.1.2 钢包需要量计算577.1.3 钢包质量计算587.2 渣罐计算58第八章 圆坯连铸机选型及相关参数确定598.1 圆坯连铸设备有如下特点：598.2 连铸机的选择598.3 连铸机主要参数的确定。608.3.1 钢包允许浇铸时间608.3.2 铸坯断面608.3.3 拉坯速度608.3.4 冶金长度618.3.5 连铸机弧形半径628.3.6 连铸机的流数628.4 连铸机生产能力的计算628.4.1 连铸浇注周期计算628.4.2 连铸机的作业率638.4.3 连铸坯收得率648.4.4 连铸机的理论小时产量658.4.5 连铸机平均日产量658.4.6 连铸机平均年产量658.5 连铸机与炼钢炉的合理匹配和台数的确定66第九章 铁水预处理及炉外精炼679.1 铁水预处理方案679.1.1 脱硅679.1.2 脱硫679.1.3 脱磷689.2 炉外精炼68第十章 转炉车间主厂房工艺布置6910.1 生产工艺流程图6910.2 原料跨间布置6910.3 炉子跨布置7110.3.1 横向布置7110.3.2 纵向布置7210.3.3 炉子跨各层平台的布置7210.4 转炉跨长度的确定7310.5 转炉跨厂房高度73参考文献75致 谢77vii第1章 文献综述1.1 国内外钢铁产业的发展情况钢铁产业是国民经济的重要支柱产业，涉及面广、产业关联度高、消费拉动大，在经济建设、社会发展、财政税收、国防建设以及稳定就业等方面发挥着重要作用。1.1.1我国钢铁工业运行情况(1)粗钢产量小幅增长，区域发展不均衡。2012年，全国累计生产粗钢71654万吨，同比增长3.1%；产生铁65791万吨，增长3.7%；产钢材(含重复材)95186万吨，增长7.7%，同比增速分别回落4.2、4.7和2.2个百分点。(2)钢材净出口增速平稳，铁矿石价格近期快速反弹。2012年，我国累计出口钢材5573万吨，同比增长14%；进口钢材1366万吨，下降12.3%；进口钢坯36万吨，下降43.3%；坯材合计折合净出口粗钢4207万吨，同比增长26.3%，增速与上年基本持平。2012年全国累计进口铁矿石74355万吨，同比增长8.4%，进口均价128.6美元/吨，同比下降35.4美元/吨。月均矿价在10月份跌至年度低点104.9美元/吨后开始回升，特别是近1个多月来，矿价快速反弹，到2013年1月份成交价迅速攀升至150美元/吨以上。(3)钢材价格大幅下跌，长材价格跌幅明显。2012年钢材价格水平总体低于上年。尤其是从4月中旬开始，市场出现连续大幅下跌，价格一度跌至1994年水平，12月底，中国钢铁工业协会钢材综合价格指数为105.3点，较年初下降15.2个点，下降12.6%。从产品结构来看，长材(螺纹钢、线材等)价格跌幅大于板材(薄板、中厚板等)，长期的“长强板弱”态势有所转变。(4)钢材社会库存持续下降，钢铁企业库存压力大增。2012年国内钢材社会库存呈持续下降趋势，从2月份开始连续9个月环比下降，至12月末，全国主要钢材市场社会库存1188万吨，比年内最高点下降706万吨，比上年同期也减少了102万吨。钢材社会库存持续下滑将市场供需矛盾压力传导至生产企业，去年钢铁企业钢材库存一直处于高位，其中7月份达到历史最高点1232万吨，截止2012年11月中旬，钢铁企业库存1064万吨，较2011年同期上升6.1%。(5)企业效益大幅下滑，固定资产投资明显回落。2012年80家重点大中型钢铁企业累计实现销售收入35441亿元，同比下降4.3%；实现利润15.8亿元，同比下降98.2%，销售利润率几乎为零(只有0.04%)。2012年钢铁行业固定资产累计投资6584亿元，同比增长3%，其中黑色金属冶炼及压延加工业投资5055亿元，同比下降2%，增速明显回落。1.2 我国钢铁工业现状2012年，受国内外经济增速放缓、产能过剩和财务成本居高不下等因素影响，我国钢铁企业生产经营再次陷入低迷，钢铁工业进入转型升级的“阵痛期”。1.2.1 钢铁工业运行存在问题(1)下游消费需求增幅回落，产能过剩进一步凸显。2012年，全国房地产开发投资比上年名义增长16.2%，增速同比回落11.9个百分点；机械、汽车、家电行业工业总产值(产品产量)增幅也有较大回落，钢铁市场需求疲软的态势一直延续，粗钢产能利用率仅达到72%。(2)矿价走势强于钢价，钢企处于被动地位。2012年9月份进口铁矿石价格较上年同期下跌43美元/吨，折合吨材成本下降450元左右，而同期钢材价格跌幅在1200元/吨左右。2012年9月至12月市场回升时，除热轧板、中板涨幅在500元/吨左右外，多数钢材品种涨幅在200元/吨左右，而同期进口铁矿石价格涨幅在50美元/吨左右，仅铁矿石就使吨材成本增加500元左右。矿价大幅波动使很多企业损失严重，2012年前11个月，首钢集团因产品下跌减利107亿元，原燃料降价仅增利70亿元，合并减利达37亿元。(3)产业集中度降低，非重点企业投资增速不减。2012年以来多数重点大中型钢铁企业受市场低迷影响采取了减产措施，在一定程度上缓解了市场供需关系，但一些非重点企业却借助低成本优势增产。如前11个月，重点大中型钢铁企业产量同比下降0.6%，非重点企业增长23.3%，前十名钢铁企业产业集中度也由48.3%降低到46.1%。在重点大中型钢铁企业投资同比降低27.8%情况下，非重点企业投资增长17.4%。非重点企业占钢铁行业固定资产投资比重达到83.6%，远超重点大中型企业。1.3 现阶段我国钢铁工业面临的主要问题1.3.1 品种质量亟待升级我国钢材产品实物质量整体水平仍然不高，只有约30%可以达到国际先进水平，产品质量不稳定，下游行业尚不能高效科学使用钢材。少数关键品种钢材仍依赖进口，高强度、耐腐蚀、长寿命、减量化等高性能产品研发和生产技术水平有待进一步提高。1.3.2 布局调整进展缓慢 在一场铁矿石专题论坛上指出，中国钢铁工业布局调整进展缓慢，铁矿石价格大幅上涨极大挤压盈利空间，钢铁企业生存面临的成本压力越发明显，急需建立全方位的铁矿石资源保障体系。1.3.3 自主创新能力不强我国重点统计钢铁企业研发投入只占主营业务收入的1.1%，远低于发达国家3%的水平。主要设备仍然主要依靠引进，非高炉炼铁、近终形连铸轧等前沿技术研发投入不足。1.4 我国氧气转炉炼钢研究现状与技术进步1.4.1 我国氧气转炉炼钢研究现状进入新世纪以来，我国氧气转炉技术进入高速发展阶段。从生产品种上分析，小型转炉以生产普通建筑用钢为主，主要和小方坯连铸机配合使用，通常未采用铁水预处理、计算机终点控制和炉外精炼等先进工艺装备。大中型转炉是今后主流炉型，目前，绝大多数大中型转炉均采用铁水预处理、炉外精炼、计算机终点动态控制等先进技术，装备精良，工艺流程先进。1.4.2 铁水脱硫预处理的技术进步近几年，国内大力发展镁脱硫铁水预处理工艺，先后引进了美国、欧洲和俄罗斯的铁水脱硫工艺，比较了混合喷吹法、复合喷吹法和纯镁喷吹法三种工艺。实践证明，采用喷镁脱硫工艺优于以kr法为代表的石灰剂脱硫方法 。1.4.3 转炉炼钢技术的进步（1）长寿转炉技术溅渣护炉技术的研究开发和推广应用工作，使转炉炉龄大幅度提高。（2）长寿复吹工艺炉渣蘑菇头保护底吹透气砖技术的研发与应用，使底吹的喷嘴的一次寿命与炉龄同步，并保证复吹比100%，实现全程复吹，提高了底吹喷嘴的寿命。（3）复吹强化冶炼技术提高供氧强度，缩短吹氧时间；加快生产节奏，提高转炉作业率；适当扩大装入量，提高转炉利用系数，借鉴小转炉的强化冶炼的成功经验。（4）精炼新工艺精炼手段有渣洗、真空、搅拌、加热、喷吹。炉外精炼的方法都是一种或几种精炼手段的综合利用，如lf、rh、dh、vod、vad、casob、aseaskf等7。（5）连铸新工艺 连铸坯热送热装技术，其利用铸坯的物理热，节约能耗； 提高成材率，节约金属消耗；简化生产工艺流程，节约生产费用，减少工序，缩短生产周期；提高了产品质量，采用无缺陷铸坯轧制。连铸坯直接轧制, 有利于节能，降低生产费用。连铸机高温出坯技术。近终形连铸技术:薄板坯连铸、带钢连铸、薄带连铸、异型坯连铸、中空圆坯连铸。提高拉速，提高作业率，实现多炉连铸，实现连铸机的高效连铸。1.5 节能环保技术（1）三干技术的研发与应用减少水的用量和废水的排放，串级供水技术实现水的循环利用。（2）干法除尘，湿法除尘，重力除尘对烟尘进行回收利用。（3）尾气的回收利用。（4）钢渣水淬、风淬、盘泼水冷等工艺实现钢渣的处理及利用。1.6 转炉炼钢技术发展趋势随着钢铁行业的日益发展，各地的钢铁企业不断合并重组，为了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，现代转炉炼钢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。1.7 转炉炼钢厂设计研究的目的与意义目前，我国正处在发展中的关键阶段，国民经济实力需要大力提升，各个方面的硬件设施都需要大力完善，而钢铁行业在其中起着举足轻重的作用。考虑到我国的现状及主要面临的问题，说明我国虽然是一个钢铁大国，但是并不是一个钢铁强国。因此我们在修建钢铁厂的时候要注意加大高新技术的投入量，改进现有的设备和技术。做到科学合理布局，实现转炉炼钢，精炼，连铸一体化，提高原材料使用率，降低能耗，减少污染，高效生产高质量钢材。转炉炼钢的设计研究不仅可以使我对整个炼钢工艺流程加以熟悉，也锻炼我钻研的能力，为走上工作岗位，打下坚实的理论基础。另外，本次毕业设计对培养我们独立思考问题和解决问题的能力有很大的提高，为今后工作做好理论储备，都具有十分重要的意义。1.8 结论转炉是转炉炼钢车间的核心设备。转炉炉型及其主要参数对转炉炼钢的生产率、金属收得率、炉龄等经济指标都有直接影响，其设计是否合理也关系到冶炼工艺能否顺利进行，车间主厂房高度和与转炉配套的其它相关设备的选型。所以，设计一座炉型合理，满足工艺要求的转炉是保证车间正常生产的前提，而炉型设计又是整个转炉车间设计的关键。120t转炉本体部分结构合理，功能齐全，技术先进，转炉的整个冷却系统，在设计中考虑的十分周全，冷却点分布很广，可大大延长设备的使用寿命。从结构、性能及技术参数上看，设计方案先进合理，产品性能优良可靠。随着钢铁企业的改造和重组，100t以上转炉设备将会大量上马占有市场的主导地位。故设计3120t转炉炼钢系统是可行的，也是必要的。第2章 生产规模及产品方案2.1 金属平衡计算 87%铁水的v408.62万吨 入炉金属料469.68万吨13%废钢60.06万吨93%转炉钢水436.80万吨 97%钢包423.70万吨 lf精炼423.70万吨 3%损失13.10万吨 2%损耗8.47万吨98%rh精炼415.23万吨0.7%损失2.91万吨99.3%中间包412.32万吨0.03%氧化铁皮0.15万吨97.5%钢坯402.01万吨1.2%连铸切头6.18万吨1%中间罐结壳5.15万吨0.5%连铸废品2.01万吨99.5%合格坯40400万吨图2.1 金属平衡表 2.2 生产规模的确定该转炉车间的生产规模是年产合格圆坯400万吨。2.2.1 转炉座数和大小的确定设计年产400万吨合格铸坯的转炉炼钢系统。由金属平衡表计算可知，所需的转炉钢水年产量为436.8万吨。表2-1转炉冶炼周期和吹氧时间推荐值转炉公称吨位/30100100 备 注冶炼周期/min32383845结合供氧强度、铁水成分和所炼钢种等具体条件确定吹氧时间/min14181620每一座吹炼转炉的年出钢炉数n为： （2-1）式中： t1每炉钢的平均冶炼时间，取38min；t2一年的有效作业天数，d；1440一天的日历时间，min；365一年的日历天数，d；转炉的作业率，取84%；转炉车间年产钢水量：w=nnq （2-2）式中： w转炉车间年产钢水量，4368000t；n转炉车间经常吹炼炉子座数，取3座；n每一座吹炼炉的年出钢炉数，11618.53炉；q转炉公称容量，t；n/q=436800011618.53=376.00吨。所以，取n= 3则q=125.34吨 表2-2转炉重要参数项目数值公称容量100120150220250最大出钢量120150180220275钢包容量120150180220275浇注起重机180/63/20225/63/20280/80/20360/100/20400/100/20所以：本设计选三座120吨的转炉进行炼钢。2.3 转炉炉型选择及计算 转炉由炉帽、炉身、炉底三部分组成、由于炉帽（截锥形）和炉身（圆柱形）的形状没有变化。把炉型分为筒球型、锥球型和截锥型等三种。（1）筒球型。熔池由球体和圆柱体两部分组成。炉型形状简单，砌砖方便，炉壳容易制造，被国内外大、中型转炉普遍使用。（2）锥球型。熔池由球缺体和倒截锥体两部分组成。与相同容量的筒球型比较，锥球型熔池较深，有利于保护炉底。在同样的熔池深度的情况下，熔池直径可以比筒球型大，增加了熔池反应面积，有利于去磷、硫。我国中小型转炉普遍采用这种炉型。（3）截锥型。熔池为一个倒截锥体。炉型构造较为简单，平的熔池较球型底容易砌筑。在装入量和熔池直径相同的情况下，其熔池最深，因此不适用于大型容量炉。我国30t以下的转炉采用较多。经过比较，由于筒球型转炉砌筑方便且炉壳容易制造以及考虑到本设计所需熔池容量为120t，所以选择了筒球型。2.3.1 转炉炉型各部分尺寸确定（1）熔池直径d。熔池直径指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。它主要与金属装入量和吹氧时间有关。我国设计部门推荐的计算熔池直径的经验公式为： 式中 d熔池直径，m； g新炉金属装入量，t，可取公称容量； k系数， t平均每炉钢纯吹氧时间，min，表2-3系数k的推荐值 转炉容量/t 30100 100 备注 k 1.751.85 1.501.75大容量取下限，小容量取上限根据表中所列，本设计为公称容量120t转炉，所以取k=1.70，t=16则计算熔池直径为： （2）熔池深度h。熔池深度指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。对于一定容量的转炉，炉型和熔池直接确定后，可以用几何公式计算熔池深度h。因为所取为筒球型转炉，所以通常球缺体的半径r为熔池直径d的1.11.25倍。本设计取1.2，当r=1.2d时，熔池体积v池和熔池直接d及熔池深度h有如下关系：v池=0.79hd2-0.046d3根据炉子容量与钢水密度可以确定v池，钢水密度可以根据经验公式计算如下：取钢水温度为1600。 =8523-0.8358（1600+273） =8523-1565 =6959/m3v池=1.21056959=17.24 m3因此 =21.8917.16=1.28m（3）炉身尺寸。转炉炉帽以下，熔池面以上的圆柱体部分成为炉身。其直径与熔池直接是一致的，故须确定的尺寸是炉身高度h身。 =4.03m式中v帽、v身、v池分别为炉帽、炉身和熔池的容积； v转炉有效容积，为v帽、v身、v池三者之和，取决于容量和炉容比。（4）炉帽尺寸。顶吹转炉一般都是正口炉帽，其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。炉帽倾角。倾角过小，炉帽内衬不稳定，容易倒塌；过大则出钢时容易钢渣混出和从炉口大量流渣。目前倾角多为603，小炉子取上限，大炉子取下限，这是因为大炉子的炉口直径相对要小些。本设计取60。炉口直径d。在满足顺利兑铁水和加废钢的前提下，应适当减小炉口直径，以减少热损失。一般炉口直径为熔池直径的43%53%较为适宜。小炉子取上限，大炉子取下限。本设计取45%。即d=4.6645%=2.10m。炉帽高度h帽。为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大，在炉口上部设有高度为h口=300400的直线段。本设计h口取为400mm。因此炉帽高度h帽为： =2.2+0.4 =2.6m炉帽总容积v帽为： =20.68+1.38 =22.06m3（5）出钢口尺寸。出钢口内口一般都设在炉帽与炉身交界处，以使转炉出钢时其位置最低，便于钢水全部出净。出钢口的主要尺寸是中心线的水平倾角和直径。出钢口中心线水平倾角1。为了缩短出钢口长度，以利维修和减少钢液二次氧化及热损失，大型转炉的1趋于减小。国外不少转炉采用0，国内转炉多为45以下。出钢口直径d出。出钢口直径决定着出钢时间，随炉子容量不同而异。出钢时间通常为28min。时间短（即出钢口过大），难以控制下渣，且钢包内钢液静压力增长过快，脱氧产物不易上浮。时间过长（即出钢口过小），钢液容易二次氧化和吸气，散热也大。通常d出（）按下面经验公式计算： 式中 g转炉公称容量，t所以本设计的出钢口直径就为: 16.5取166。（6）炉容比（或容积比）。炉容比系指转炉有效容积v与公称容量g之比值v/g（m3/t）。v系炉帽、炉身和熔池三个内腔容积之和。公称容量以转炉炉役期的平均出钢量来表示。确定炉容比时应综合考虑。通常，铁水比增大，铁水中si、s、p含量高，用矿石作冷却剂以及供氧强度提高时，为了减少喷溅和溢渣损失，提高金属收得率和操作稳定性，炉容比要适当增大。但过大的炉容比又会使基建和设备投资增加。对于大型转炉，由于采用多孔喷枪和顶底复吹，操作比较稳定，因此在其他条件相同的情况下，炉容比有所减小。转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为0.900.95m3/t，大转炉取下限，小转炉取上限。本设计取0.90 m3/t。由此得到v=1200.9=108m3（7） 增加炉壳钢板厚度表2-4 炉壳钢板厚度炉壳各部分名称炉帽炉身炉底钢板厚度（mm）608060则所选的d（壳）壳=d+0.66+0.15+0.70+0.15+0.20+0.16=4.66+2.02=6.68m h总=h+h身+h帽+h衬+h钢=1.28+4.03+2.60+1.33=9.24m （8）高径比高径比系指转炉炉壳总高h总与炉壳外径d壳之比值。实际上它只是作为炉型设计的校核数据则高径比就为9.246.68=1.38。在高径比所推荐的范围（1.201.45）之内。2.4 转炉炉衬与金属构件2.4.1 炉衬材质的选择转炉炉衬寿命是一个重要的技术经济指标，受许多因素的影响，特别是受冶炼操作工艺水平的影响比较大。但是，合理选用炉衬（特别是工作层）的材质，也是提高炉衬寿命的基础。根据炉衬的工作特点，其材质选择应遵循以下原则：（1）耐火度（即在高温条件下不熔化的性能）高；（2）高温下机械强度高，耐急冷急热性能好；（3）化学性能稳定；（4）资源广泛，价格便宜。近年来氧气转炉炉衬工作层普遍使用镁炭砖，炉衬寿命显著提高。但由于镁炭砖成本较高，因此一般只用于诸如耳轴区、渣线等炉衬易损部位。2.4.2 炉衬组成及耳轴高度确定通常炉衬由永久层、填充层和工作层。有些转炉则在永久层与炉壳钢板之间夹有一层石棉板绝热层。永久层贴紧炉壳（无绝热层时），维修时一般不予拆除。其主要作用是保护炉壳。该层常用镁砖砌筑。填充层介于永久层与工作层之间，一般用焦油镁砂捣打而成，厚度80100。其主要功能是减轻炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压和便于拆除工作层。也有的转炉不设填充层。本设计取用100。工作层系指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件极其苛刻。目前该层多用镁炭砖和焦油白云石砖综合砌筑。炉帽可用二部煅烧镁砖，也可根据具体条件选用其他材质。耳轴位置的确定：取耳因地制宜发从炉底钢板外表面算起的炉子全高的0.52倍。即h轴=h总0.52=4945mm2.4.3 炉体支承及倾动设备炉体支承系统设备包括：托圈部件、炉体和托圈的连接装置、支承托圈的轴承和轴承座。托圈与耳轴，托圈主要起支撑炉体和传递倾动力矩的作用。它由铜板焊成的，断面呈矩形的中空环。托圈两侧固结着两根耳轴。为使炉壳热膨胀时不受限制和通风冷却，在炉壳与托圈之间留有100150 mm间隙。耳轴作成空心，可通水冷却。冷却水经过耳轴、托圈，直到炉口水箱。炉体与托圈的联接炉壳与托圈因受热膨胀不同而在径向和轴向出现差动位移，可采用悬挂支撑盘装置联接。 表2-1 转炉炉衬厚度设计参考值炉衬各部位名称 转炉容量100200200选用炉帽永久层/115150115150120工作层/500600550650500炉身（加）永久层/115200115200150工作层/700800750850700炉身（出）永久层/115200115200150工作层/600700650750660炉底永久层/350450350450400工作层/600650600750620 表2-2转炉相关数据 名称尺寸名称尺寸 h池1.28（m）h内7.90（m） d4.66（m）h总9.51（m） d壳6.68（m）d出160（） h口0.40（m） d2.10（m） r5592（）h身4.03（m） h帽2.60（m） 602.5 复吹转炉底部供气构件设计2.5.1 底气种类本设计确定采用加强搅拌型，所以顶枪吹氧，底部吹惰性气体和中性气体n2等。2.5.2 底气用量采用底吹n2、ar、co2等气体时，供气强度小于0.03m3/（tmin）时，其冶金特征已接近顶吹法；达到0.20.3m3/（tmin），则可以降低炉渣和金属的氧化性，并达到足够的搅拌强度。最大供气强度一般不超过0.3m3/（tmin）。全程吹ar，成本太高；全程吹n2，又会增加钢中的氮。考虑到经济效益和产品需求，底部全程供气，只是前期吹n2，末期再改吹ar。2.5.3 供气构件本设计采用类环缝式喷嘴，在环缝中设有许多细金属管，它兼有透气砖和喷嘴的优点，适用于喷吹各种气体和粉剂，还简化了细金属管砖的制作工艺，是很有发展前途的一种供气构件，现代转炉氧枪都用多孔喷头。一般中、小型转炉用三孔或四孔喷头，大型转炉用五孔或五孔以上的喷头。在本设计当中，由于是120t转炉，喷嘴数量选3个。2.5.4 底吹元件布置底吹喷嘴布置应使底吹和顶吹产生的熔池环流运动同向，且是熔池搅拌均匀时间最短，以此获得最佳的搅拌效果。喷嘴布置在按炉底部=0.45d同心圆上，且相互成60分布即偏轴心布置。2.5.6 转炉炉体金属构件设计转炉金属构件是指炉壳、支承装置（托圈与耳轴）和倾动机构。2.5.7 炉壳设计炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成。主要承受钢水、炉渣及耐材的静载荷，以及金属料冲击；热应力作用，其材质应具有高的强度，本设计采用锅炉钢板和合金钢板。2.5.8 倾动机构的设计本设计采用全悬挂式倾动机构，采用无级调速，转速为0.151.5r/min。 第三章 物料平衡与热平衡计算3.1 物料平衡3.1.1 计算所需原始数据基本数据有冶炼钢种及其成分，金属料，铁水和废钢的成分。终点钢水成分（表3-1），造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表3-2），脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3-3），其他工艺参数（表3-4）。根据毕业设计任务书要求，本设计冶炼普碳钢、低碳钢，据此选定转炉冶炼钢种的牌号为q235a。表3-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分含类别%si%mn%p%s%q235设定值0.200.200.500.0450.050铁水设定值4.180.820.620.2200.033废钢设定值0.160.270.530.0280.032终钢设定值0.08痕迹0.1860.0220.020c和si按实际生产情况选取；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。表3-2 原材料成分成分%类别caosio2mgoal2o3fe2o3caf2p2o5sco2h2oc灰分挥发石灰86.002.402.401.700.300.120.044.660.08萤石0.285.480.621.581.5287.800.880.121.48生石36.380.8225.580.9636.18炉衬1.182.9078.701.381.6214.10焦炭0.6081.5212.405.50表3-3 铁合金成分及其回收率成分含 回收率 类别csimnalpsfe硅铁73.00,780.4,802.50,00.04,1000.05,10024,100锰铁6.58,900.4,7868,800.2,1000.1,10025,10010%c与氧生成co2表3-4 其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度w(cao)/w(sio2)=3.5渣中铁珠为渣量的6%萤石加入量为铁水量的0.4%氧气纯度99%，余者为n2生白云石为铁水量的2.7%炉气自由氧0.6%（体积比）炉衬蚀损量为铁水量的0.4%气化去硫量占硫量的1/3渣w(feo)含量（按w（fe2o3）=1.35（feo）折算）15而w(fe2o3)/w(feo)=1/3。即w(fe2o3)=5%,w(feo)=8.25%金属中c的氧化物90% c氧化成co，10% c氧化成co2烟尘量为铁水的1.5%（其中w(feo)为75%，w(fe2o3)为20%）废钢量由热平衡计算确定。本计算结果为铁水量的12.76%，废钢比为11.32%喷溅铁损为铁水的1%3.1.2 物料平衡基本项目收入项：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：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅3.1.3 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、炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表3-5表3-7。总渣量及其成分如表8所示。第二步：计算氧气消耗量。氧气消耗量为消耗项与供入项之差，见表3-9。表3-5 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/kg耗氧量/kg产物量/kg备注ccco4.1090%=3.6904.9208.610cco24.1010%=0.4101.0901.500sisisio20.8200.9371.757入渣mnmn(mno)0.4600.1340.594入渣pp(p2o5)0.1980.2550.453入渣ssso20.0131/3=0.0040.0040.008s+(cao)(cas)+(o)0.0132/3=0.009-0.0050.020(cas)入渣fefe(feo)1.10956/72=0.8630.1881.109入渣fe(fe2o3)0.626112/160=0.4380.2460.626入渣合计6.8927.769成渣量4.559入渣组分之和由cao还原出的氧量；消耗的cao的量=0.00956/32=0.016 kg表3-6 炉衬蚀损的成渣量蚀损成渣组成/kg气态产物/kg耗氧量/kgcaosio2mgoal2o3fe2o3ccocco2cco,co20.4(据表3-4)0.0040.0090.2360.0040.0050.414%90%28/12=0.1180.414%10%44/12=0.0210.414%(90%16/12+10%32/12)=0.082合计0.2560.1380.082表3-7 加入溶剂的成渣量类别加入量/kg成渣组分/kg气态产物/kgcaomgosio2al2o3fe2o3p2o5cascaf2h2oco2o2萤石0.40.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005生石2.70.9100.6400.0200.0250.905石灰6.8766.0440.1730.1670.1000.0330.0070.0090.0070.3090.002合计6.9560.8160.2150.1330.0410.0120.0100.4400.0121.2140.002成渣量8.623注：石灰加入量计算如下：有表3-5表3-7知，渣中已含 (cao)=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.900kg。渣中已含(sio2)=1.757+0.009+0.028+0.020=1.815kg。因设定的终渣碱度r=3.5；故石灰加入量为设a=石灰加入量，由 得上式为(石灰中cao含量)-(石灰中s生成cas自耗的cao量)为cao还原出的氧量，计算同表3-5的注表3-8 总渣量及其成分(未注明单位/kg)炉渣成分caosio2mgoal2o3mnofeofe2o3caf2p2o5cas合计元素氧化渣量/kg1.7570.5941.1090.6260.4530.020石灰成渣量6.0440.1670.1730.1000.0330.0070.0096.533炉衬蚀损渣量0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石渣量0.9100.0200.6400.0251.595萤石成渣量0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.001总渣量6.9601.9811.0520.1370.5941.1090.6720.4400.4650.03013.440质量分数%51.79014.747.831.024.428.5253.273.4600.220100.00注：总渣量计算如下：因为表中除