（冶金工程专业论文）161万吨复合式炼钢厂设计与研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 1 6 1 万吨复合式炼钢厂设计与研究 专业：冶金工程 硕士生：刘会圈 指导教疼：王齐铭教授 龙腾春高工 摘要 近年来，我国钢铁企业相继进行了技术改造和建设。炼钢工艺技术和装备水平 有了长足进步。但不锈钢、硅钢等高附加值品种的生产尚不能满足国内市场需求。因 此酒钢在即将进行的技术改造项目中，将不锈钢、硅钢等品种钢生产线的建设列为发 展目标。 本文根据文献综述、在广泛谤查国内外先迸j 。炼钢技术和生产实践的基础土， 针对酒钢现状和发展目标，着重从产品结构、工艺方案，设备选型等方面进行了综合 研究及设计。 根据国内外炼钢技术的发展趋势、钢铁产品的发展方向以及酒钢的实际条件， 确定的年产1 6 1 万吨板坯的多功能复合式炼钢厂工艺路线为：( 1 ) 通过“铁水预处 理e a f 炉一a o d 精炼转炉v o d 炉一板坯连铸机”进行不锈钢生产：( 2 ) 通过“铁 水预处理一项底复吹转炉一限h 精炼炉卜板坯连铸机”进行硅钢等品种的生产，同 时还可根据市场需求进行优质碳钢的生产。 本设计方案以酒钢发展目标和实际钢铁料平衡为前提，以技术新、效益高为原则， 充分体现了先进、灵活、多功能的特点，具备可持续发展性。 关键词：不锈钢技术改造产品结构工艺方案复合式 论文类型：应用研究 a p l a n n i n g a n dr e s e a r c ho n m u l t i f u n c t i o n a l s t e e l - m a k i n g p l a n tw i t ha na n n u a l c a p a c i t y o f 1 , 6 1 0 ，0 0 0t o n s s p e c i a l i t y ：i r o n & s t e e lm e t a l l u r g y n a m e：liuh u i q u a n i n s t r u c t o r ： w a n gq i m i n g l o n gt e n g e h u a a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s , i r o n s t e e lc o r p o r a t i o n si nc h i n ac a r r i e do u tas o r i a lt e c h n i q u er e v a m p i n ga r 】d r e f o r m i n g , t e c h n o l o g ya n de q u i p m e n to fs t e e lm a k i n ga r em a d e as u c c e s s i v ep r o g r e s s 。h o w e v e r , t h e p r o d u c t sw i t hh i g hs u p p l e m e n t a r yv a l u ep r o d u c 乜s e t ha ss t a i n l e s ss t e e la n ds i 。s t e e l c a n n o tr e a c ht h e r e q u i r e m e n to f t h ed o m e s t i cm a r k e ty e ts o t h a tt h e1 i u q u a ni r o n & s t e e l ( g r o u p ) c o q t o l a t i o no i s c o ) w i l ll i s ts t a i n l e s ss t e e la n ds i s t e e l p r o d u c t i o n a st h ea i mo fd e v e l o p m e n ti nt h ec o m i n gt e c h n i q u e r e v a m p i n gp r o j e a t 1 飞i sa r t i c l ei s ，a c c o r d i n gt od o c u m e n ts u m m a r i z a t i o n ，b a s e do ne x t e n s i v es t u d yo fb o t hi n t e r n a l a n de x t e r n a lt e c h n o l n g ya n dm a n u f a c t u r i n g , f o c n o ! lt h ec 沁u m s l a n c ea n dt h ea i mo fd e v e l o p m e n to f j i s c o ，t om a k eac o m p r e h e n s i v er e s e a r c ha n de n g i n e e r i n go np r o d u c t5 t u c t u r e ，t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s s o l u s i o na n de q u i p m e n ts e l e c t i o n a c c o r d i n g t ot h ed e v e l o p i n gt r e n do fi n t e r n a la n de x t e r n a ls t e e l m a k i n gt e c h n o l o g y a n dt h ed i r e c t i o no fi r o n s t e e lp r o d u c t ，t h ed e c i d e dt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s sf o r t h e m u l t i f u n c t i o n a ls t e e r m a k i n g p l a n t w i t ha a n n u a lc a p a c i t yo f l , 6 1 0 ，0 0 0 t o n s q u a l i f i e d s l a b i sa s f o l l o w i n g t w o w a y s ：1 h m p t e t r e a t m e n t - - e a f - - a o d v o d s l a bc o n t i n u o u sc a s t m a c h i n e - - f o rs t a i n l e s ss t e e lp r o d u c t i o n 2 i - i v lp r e t r e a t m e n t - - l d - - ( r h ) - - s l a b c o n t i n u o u sc a s tt m c h i n e - - f o rs i l i c o ns t e e la n do t h e rs t e e lp r o d u c t i o n a l s ol h es e c o n d l i n e e a r lb eu s e dt op r o d u c es i s t e e ia n d h i 曲j e v e lc - s t e e it om e e t m a r k e t r e q u i r e m e n t t h i ss o l u t i o ni sw i t hp r e c o n d i t i o no ft h ed e v e l o p i n ga i ma n da c t u a ll a wm a t e r i a t so fj i s c o ，w i t h c h a r a c t e r i s t i c so fn e wt e c h n o l o g ya n dh i g hp r o f i t , w i t hp r i n c i p l eo fa d v a n c e d ，v a r i e t ya n dm u l t i f u c t i o n ， i sac o n t i n u a b l ed e v e l o p i n gp r o j e a t k e yw o r d s ：s t a i n t e s s s t e e l t e c h n i q u er e v a m p i a g s t r u c t o r eo fp r o d u c t st e c h n o l o g i c a l p r u c 胬ss o l u t i o n m u l t i f u n c t i o n t h e s i s ：a p p l i c a t i o n r e s e a r c h l i 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了交中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本入或其他入在其它单位已 孛请学位或为其它用途使用过的成果。与我一周工作的周志 对本研究所做的所有贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 论文作者签名：柏强 日期：籼弓z g l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保鼠送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签 注：请将此页伢 在论文首页。 导胜名搿蹴醇铲旷 西安建筑科技丈学硕士学位论文 1 前言 世界炼钢生产工艺正形成以短工艺流程和二次冶金等新技术广泛应用的趋势，国 内炼钢企业为了适应入世后国内及国际钢铁市场的需求，均在积极进行技术引进和改 造。 地处西北的钢铁联合企业酒钢通过四十多年的发展已经形成以“采、选、烧” 到“铁、钢、材”完整配套的生产体系，以及与之相配套的公辅设施等。公司坚持“高 起点，多品种、精产品、高效益”的原则，将形成年生产能力为2 5 0 万吨各类材的生 产规模。其中具有世界先迸水平的中板轧机生产能力现为7 0 万吨，一、二高线轧机 生产能力可达1 0 0 万吨以上，尚在建设中的居国内先进水平的炉卷轧机投产后将具备 8 0 万吨的生产能力。届时酒钢将最终形成先进的高速线材、高速棒材、中板、炉卷 轧杌等生产线，现有较为落后的一、三、西轧钢厂乾枧缀将被淘汰。产品以高质量、 高附加值满足市场需求。 酒钢现有的炼铁系统经过合理规划、改造和发展后，铁水生产链力为年产2 1 s 万吨。炼钢系统以年增1 5 2 0 万吨钢的增蝠达到年产2 2 0 万吨规模形成了中低碳系 列、高碳系列、焊丝系列、焊条系列、低合金系列、低合金高强度板等系列线、扳材 品种。但由于工艺设备装备水平及生产规模和品种范围限制，其最终难以与先进的轧 制工艺相适应。为此酒钢决定进行炼钢系统的改造和建设，及时进行产品结构调整， 生产具有高质量和高附加值的产品以提高市场竞争力。鉴于世界炼钢技术发展趋势 及国内钢铁业发展现状，结合酒钢实际生产情况和发展目标，提出酒钢复合式多功能 炼钢厂这一课题方案设计。能够生产不锈铜、硅钢和碳钢等多系列板坯品种。主要设 计特点： 1 1 设计规模及品种： 年产1 6 1 万吨板坯，其中不锈钢板坯5 9 万吨、碳钢及硅钢等其它品种板坯1 0 2 万吨。 l 。2 主要设备： 2 9 0 0 吨混铁炉、铁水铁水预处理预处理站一座、lx1 0 0 吨e a f 炉、1 1 1 0 吨a o d 炉、l 】l o 吨v o d 炉( 双工位) 、1 x 1 0 0 吨l d 转炉、l 1 0 0 吨r h 精炼 炉、l x i i d 吨l f 精练炉、2 x 扳垤连铸机。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 3 工艺路线 1 0 0 吨e a f l j 0 吨a o d 精炼转炉1 1 0 吨v o d 耪练炉板坯连铸枕( 机一流) 此生产线设计为不锈钢生产，年产合格铸坯5 9 万吨。 1 0 0 吨l d 转炉( 】d o 吨r h 精炼炉) 板坯连铸机( 一机一流) 此生产线设计为碳钢、硅钢等品种钢生产，年产合格铸坯1 0 2 万吨， 两套炼钢生产线、两条工艺路线可满足不锈钢、硅钢、碳钢等钢种生产，技术装 备先进、工艺紧凑合理、具备短流程高效炼钢工艺特点。生产专业化和高效性为本设 计之特色。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 1 酒钢公司概况 2 酒钢生产状况 酒钢通过四十多年的发震，已形成年生产能力为2 1 0 万吨生铁、2 2 0 万吨钢、2 0 0 万吨材的生产规模，现正力争通过结构调整，产品升级换代，技术装备水平大幅度提 高等手段，发展成为具备竞争实力的钢铁联合企业。 21 ! 炼铁 炼铁厂现有两座高炉，其中1 # 高炉有效容积为1 8 0 0 m 3 ，2 牟高炉有效容积为1 0 0 0 m 3 ，年产生铁2 0 5 万吨。所用的铁矿石主要是烧结矿和富矿块，燃料主要是焦炭，熔 剂主要是石灰夏和萤石。铁水运输采用1 4 0 t 铁水罐运输。 2 1 2 炼钢 炼钢厂现有公称容量5 0 吨氧气顶底复吹转炉3 座、铜生产能力2 1 5 万盹年、三 套甥包在线欧氩装置、一座直流锝包耩炼炉、一套c a s o b 精炼装置、一套双工位 v d 真空处理装置、两台r 7 5 m 小方坯连铸机和一台r 6 m 小方连铸机、两台2 台r 7 5 m 板坯连铸机。 2l j 3 轧钢 酒钢有高速线( 棒) 材轧机2 套、2 8 0 0 r n m 中板轧机l 套( 目前年产钢材1 9 0 万 吨) 、在建炉卷轧机l 套。 2 2 酒钢公司钢铁料平衡状况 2 2l 埂阶段钢铁器平衡状况( 冤匿2 ) 炼铁厂：现有1 8 0 0m 3 高炉一座，1 0 0 0 酊高炉一座，年产能力约为2 0 5 7 万吨铁 水，铁水运输采用1 4 0 吨铁水罐送往炼钢厂。 练钳厂：主要工艺设备为，2 套铁承腔硫蛞、2 座公称容量5 d r 项底复欧转妒平 均炉产钢水量5 2 t 、3 套在线钢包吹氩站、1 座直流钢包炉、l 套c a s - - o b 精炼 炉装置、1 套双工位v d 真空处理装置。2 台r 7 5 m 小方坯连铸机、l 台r 6 m 小 方坯连铸机、2 台r z s m 扳垤连铸机。年总生产魅力为z 1 5 万吨。 西安建筑科技大学硕士学位论文 一轧厂：是8 0 年代建成的复二重线材轧机，有三轧厂开坯车间供给6 0 6 0 坯 料，年生产能力为l l - 3 万吨， 二乾厂：1 9 8 8 年建成投产的二辊水平式轧机，由2 7 架乳机组成，年生产能力为 5 6 - 4 5 0 万吨。 三轧厂：有个开坯车间和一个线材车间组成。开坯车间轧机为巾5 5 0 m m 2 ， 横列式布置，线材车阔为中心轧复二重轧机。三轧厂年实际生产能力为3 6 万吨。 四轧厂：是1 9 8 8 年投产的棒材轧机，其组成为由4 2 0 m m ) o 3 0 将在脱磷站脱磷前先进行补充脱硅，且 在脱硅后要扒渣。 b ) 铁水脱硫 铁水脱硫采用榆剂喷欧法( 氮气为载气) 税硫容器为铁承运输罐，每次处理量 1 0 0 1 4 0 吨，处理能力1 0 0 万吨年。应用的主要技术为恒压差控制技术、后混合技术， 恒压变径流量调节阀等。喷吹粉剂为m g g a 系。脱硫处理周期为4 0 m i n 罐。脱硫后 最小酸含量，、于8 ，2 。铁水残硫后必须进行扒渣处理。喷欧过程采用p l c 控制系 统。 脱硫站主要由储料罐、分配器、称重系统、恒压差变径下料阀、喷吹管线、液压 扒遗机、除尘设各等组成。 供粉系统及喷吹系统设备主要参数如下： 粉仓数量4有效容积 6m j 有效容积】6 m 4吹入速度扎】2 k g m i n 喷吹罐数量 2输送气体氮气 喷吹罐形式压差控制吹入速度可调式全液压式扒渣机x 2 台 c ) 铁水脱磷( 不锈钢用) 采用喷耢、颓加科和欧氧相结合的方式，该方法是采用氮气作为载气( 载气流速 为3 5 n m 3 m i n ) 将脱磷粉剂喷入铁水熔池，对铁水进行大强度的搅拌，通过强烈的 渣铁反应实现高的脱磷率。利用顶加料系统向脱磷容器加入氧化剂，同时利用氧枪吹 入氧气，使脱磷反应具有良好鼹热力学条l 孛和动力学条j 牛f 铁水的温度由水冷氧抢唼 入的氧气量与轧制氧化铁皮、铁矿粉中的台氧量的比例来控制铁水的温度) ，以达到快 速有效的脱磷( 脱磷的最佳处理温度为1 2 6 0 1 3 0 0 c ) 。脱磷采用的原料有：氧化剂( 如 铁矿粉、氧化铁皮等) ，固定剂( c a o 、n a 2 0 、b a o 等) 助熔剂( 如c a f 2 、c a c l 2 、 c a c o ，等) 。脱磷的主要容器为专用铁水包。喷吹过程采用p l c 自动控制系统。 西安建筑科技大学硕士学位论文 主要工艺参数 处理量：12 0 t 包( 满足电炉两炉钢的需要) 处理时间： 1 0 3 r a i n 处理前铁水硅含量要求：o 2 0 ( 在大于0 2 0 的情况下在脱磷站进行补充脱硅) 处理后的磷含量：0 0 1 5 铁水包自由净空：2 m 处理后的铁水温度： 1 2 8 0 吹氧方式：水冷氧枪吹氧 主要设备：由项加料系统、喷畋系统、喷枪提升系统、氧枪提升系统、管道设备、 液压扒渣设备、测温取样设备、铁水、渣运输设备组成。 供粉及喷吹系统参数： 粉仓数量5 个吹入速度5 0 - 12 0k g m i n 有效容积1 6 m 3 x 2 、1 2 m 3 3输送气体氮气 喷吹罐数量 4载气流量3 5 nm 3 m i n 喷吹罐形式压差控制速度可调式最大使用压力o 8 m p a 有效容积 6 m 3 全液压式扒渣机2 台 3 _ 3 4 喷吹系统先进技术特点 传统的粉剂喷吹系统粉剂流量只是靠压差进行控制这种情况下喉口是固定的 要想使流量稳定是非常困难的。所以本喷粉系统采用先进的压差控制和喉口可调技 术其具备以下两主要特征： ( 1 ) 压差控制系统 ( 2 ) 粉剂下料阀的喉口可调 3 3 5 主要设备能力及作业率计算 脱硫站能力及作业率计算 脱硫作业周期如下： 对准喷吹位l m i n测温取样 1m i n 下防溅罩、下枪 1 m i n铁水罐车运至扒渣位l m i n 喷吹脱硫1 8 m i n扒渣 1 4 m i n 提枪、提罩l m i n合计40min 其作业率计算： 脱硫作业时间：4 0 m i n 3 0 罐= 1 2 0 0 m i n 换枪等作业时间：1 0 m i n 1 0 次= 1 0 0 m i n 合计： 1 3 0 0 m i n 铁水罐脱硫站日作业率： 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 3 0 0 1 4 4 0 1 0 0 = 9 0 2 这里日处理3 0 罐铁水为包括不锈钢在内的最大日处理量，9 0 2 的作业率是很 高的。要求车间调度必须顺畅。 罐脱磷站能力及作业率计算 当高炉铁水脱硅达不到要求时必须在脱磷站进行补加脱硅工序，脱硅处理后再进 行脱磷处理。 脱磷作业周期如下： 对准喷吹位 下防溅罩、下枪 喷吹脱硅 提枪、提罩 铁水罐车运至扒渣位 扒渣 铁水罐车运至喷吹位 下防溅罩、下枪 喷吹脱磷 提枪、提罩 测温取样 铁水罐车运至扒渣位 扒渣 两次座包时阅 合计 3 0 m i n l m i n 2 m i n 4 m i n 1 5 m i n ，m l n 1 0 3 m i n 不锈钢冶炼周期为6 0 , 一7 0 m i n ，则脱磷站可满足生产节奏。 其作业为率计算： 脱磷作业时间：1 0 3 m i n 1 0 罐= 1 0 3 0 m i n 换枪等作业时间：5 m i n ( 1 0 次= 5 0 m i n 合计：1 0 8 0 m i n 铁水罐脱磷站日作业率： 10 8 0 1 4 4 0 10 0 = 7 5 这里处理i o 罐铁是出于冶炼不锈钢最大使用5 0 的铁水考虑。作业率为5 5 7 还有很大的余量。 3 | 3 6 铁水预处理主要经济技术指标及主要原材料、动力消耗指标： 主要经济技术指标见表3 - 6 ： 表3 6铁水预处理主要经济技术指标 衄疵：i-|量妇m 1 1 2 1 3 l 4 l 西安建筑科技大学硕士学位论文 铁水预处理粉剂消耗指标见下表3 7 ： 表3 7铁水预处理粉剂消耗指标 3 4 炼钢工艺技术及设备选择 3 4 1 转炉工艺技术及设备的选择 3 4 1 1 转炉的选择 a ) 用于冶炼碳钢的转炉选择为l d 转炉； b ) 用于不锈钢高效冶炼的转炉炉型种类繁多，如m p , y l 、k o b m 、( k o b p ) 、 s t b 、k c b s 、c s c b 、c l u l 、a o d l 等。几种典型不锈钢冶炼炉型比较见表3 - 8 ： 表3 - 8 典型炉型比较 堕旦坚墅：生：垦：q 皇竺：! 鉴：垒璺塑竺生望：生 垒q 望：兰 技术德马克奥钢联日本 奥钢联( 哥伦布) 彗篚警钢联7 达涅利普菜 吹氧形式顶底复吹顶底复吹 顶底复吹 底砍管冷却 a r l l - n 2 ( + c x h y ) 蒸汽- k a r + n 2a t + n 2 底畋营分质伤+ 蒸汽+ a t0 2 + a r 0 2 + a r + n 2 妒龄9 0 0 1 0 0 0 炉 2 0 0 5 0 0 炉 脱碳速度0 0 5 r a i n 0 】 0 15 m i n 氢气消耗 o “2m ；0 0 4 9 ：- 7 7 r n 3 m 3 t t：o o d d l ：9 - 1 2 4m m 3 3 t t 生产品种碳钢不锈锕不锈钢 ：盛歹嚣 炉容t e ：嚣；( 矿石冶炼) o 。6o 5 o ，6 本复合型炼钢厂设计中考虑了生产不锈钢的可能性分别采用不锈钢和碳钢及其 它钢种两条生产工艺路线。设计中选择一座1 0 0 t l d 顶底复吹转炉，一座 1 1 0 t a o d l f 见图3 4 ) ，均采用炉壳整体快换技术，可在2 小时内完成。 4 图3 - 4a o d 炉型剖面图 西安建筑科技大学硕士学位论文 不锈钢冶炼选择a o d l 精炼转炉的原因是a o d l 转炉即可以采用三步法生产不 锈钢也可采用两步法生产不锈钢。而m r p 转炉由于在低碳情况下脱碳困难，仅能用 于三步法生产。k o b m 因为要吹入天然气产品，不符合酒钢的燃料条件，放不选择。 这样可用l d 转炉生产碳钢；用a o d l 转炉生产不锈钢。 3 4 1 2 转炉生产能力计算 不锈钢年产量：2 4 6 0 7 0 1 0 5x3 0 0 = 6 4 万吨钢水 碳钢产量：2 4 6 0 4 0 x1 0 5 3 0 0 = 1 1 3 万吨钢水 其中：7 0 一不锈铜冶炼周期，分钟 4 卜其它钢种平均冶炼周期，分钟 1 0 5 一平均出钢量，吨 3 0 0 一转炉有效生产时间，日 两座转炉具备年产量1 7 7 万吨钢水能力。 3 4 i t 3a o d l 转炉不锈钢生产工艺： a 1 工艺范围： 包括从转炉跨天车起吊扒渣后的预熔体钢包开始，到转炉所出钢水经扒渣处理后 为止的整个转炉区域生产冶炼的全过程。其完成以下工艺步骤： b ) a o d 冶炼功能 对电炉预熔铁水进行升温、脱碳； 熔化固态台金( 镍铁、铬铁和其它合金) 及其他辅料； 对炉渣还原( 提高铬、镍的收得率) ，同时进行脱硫： 为l f 炉提供温度、成份符合要求的钢水。 c ) a o d 冶炼工艺基本描述 将电炉出的预熔体钢水兑入转炉。电炉出钢温度要包括电炉还原、出钢、转 运、抓渣和兑入转炉时产生的温降。 在转炉内的第一吹炼阶段通过高的0 2 n 2 比将钢水中的碳含量降到约0 7 。 快速升温达到工作温度，避免c r 的渣化。即，在此温度下使c r 的氧化降至i 。z 限低的 水平。 1 6 鬻 一熔还 一 蔼 蓼一 面筹一 丽矛 驴云一 墅 西安建筑科技大学硕士学位论文 这时冷却剂和高碳铁合金逐渐加入转炉( 从高位料仓将大量的冷却剂加入转 炉，尤其是粒状n i 和f e n i 合金，一般优先考虑) ，以使工作温度维持在这个水平 一。 不问断的进行复合吹炼过程，但是气体组成会有变化。将钢水里的碳脱到 0 2 5 c ( 三步法v o d 的接收点) 或脱到两步法的终点( 约o 0 3 0 0 5 ) 。通过副 枪进行测温取样以调整最后的吹炼阶段。每一阶段的吹炼时间，不同比例的氧气和 惰性气体的组成取决于钢水的碳含量和温度。考虑到钢水质量要求采用氮气或氩气 进行搅拌。 吹氧之后进行还原阶段。加入f e s i 并吹入氩气搅拌对炉渣进行还原，使大量 的c r 回到钢水中，使c r 的收得率达到要求的水平。加入石灰调剂炉渣碱度并起到 脱硫的作用。 如有必要，在出钢前进行全面的分析并调整化学成份及温度。 3 4 i 4 转炉主要技术参数 转炉主要性能参数见表3 - 9 ： 表3 - 9转炉主要性能参数 3 4 1 。5 转炉操作工艺模型主要的控制功能： 根据计划钢种、预熔铁水量及其温度和成份确定吹炼模型( 吹炼时间和工艺气体 的消耗) 、物料添加量及添加时间以达到出钢的目标条件。 根据计划钢种、预熔铁水量及其温度和成份，计算合金、辅料的加入的种类、数 量和加入程序，并根据物料成本进行优化。 计算整个冶炼过程中的能量平衡，对输入能量、损失的能量、造渣和合金、辅料 熔化所需的能量，在考虑c o 二次燃烧的情况下循环计算热平衡，对钢水升温所 需的能量进行计算，优化冶炼过程的能量输入。 不锈钢冶炼过程中，对顶吹和侧吹进行控制( 包括开始时间、各阶段吹入量、畎 入速率和停吹的时间) ，以尽量避免钢中铬的氧化。计算a r n 2 的混合及时间， 以达到目标n 含量。 匿安建筑科技大学硕士学位论文 不锈钢冶炼过程中，对还原过程进行控制，以获得良好的还原效果和低的硅铁消 耗。 出钢控制，根据化验结果调整最终出钢成份与温度。 跟踪分析，循环计算钢、渣、废气的组成。 根据冶炼条件，计算脱硫剂的比例、加入量及时间以达到目标s 含量。 生产成本的自动优化计算。 3 4 1 6 设备特点 转炉整体快换 转炉本体与转炉的托圈的连接采用快拆技术，托圈可以是u 型也可以是0 型，并 要求保证与炉体在3 6 04 的倾动过程中连接可靠。 采用高压底吹供气技术 冶炼不锈钢时，底吹供气系统起着至关重要的作用。要求底吹喷嘴的寿命要长， 底吹能源介质成本低熊够满足酒钢公司原料条件下不锈钢的生产。 转炉倾动装置 转炉倾动采用两点啮合全悬挂扭力杆平衡装置。主要由两台交流电机、两台 制动器、两台一次减速机、一台二次减速机和一套扭力杆平衡装置组成。扭力杆 平衡装置可通过扭力杆的扭转变形来平衡转炉倾动时产生的倾动力矩。同时，还 能吸收转炉启动、制动所产生的冲击。进而延长设备使用寿命。 氧枪系统 氧枪主要设备由二套自行式横移台车、二套升将小车、二套升降卷扬、二套吹氧 管装置、二套防止坠枪装置、二套锁紧装置和一个固定轨道组成。 氧枪结构特点： 可实现不停产快速换枪。提高生产率；为换枪方便，软管与吹氧管连接处设置波 纹补偿器和快换接头；锁紧装置可小范围内调整横移台车，并予以锁定，从而实现精 确定位的目的；防坠枪装置在升降小车钢丝绳断裂发生事故掉枪时自动动作，防止升 将小车下滑，酿成更大事故。 氧枪技术参数如表3 1 0 ： 表3 1 0氧枪技术参数 散状料供应系统 散状料均集中存放在地下料仓内，通过胶带机输送至高位料仓，由皮带卸料机分 西安建筑科技大学硕士学位论文 类卸入高位料仓内贮存，转炉冶炼需要时，经散状料加入系统加入炉内。 供料系统采用皮带输送，共计两套输送机构，一套用于输送萤石、自云石、活性 石灰等辅料；另套用于输送镍铁、硅铁和硅锰等合金。 料仓设计选用1 4 个，其中两个备用，均采用称量斗，汇总料都选用两个。 钢包内脱氧合金化用铁合金也用胶带机输送至高位料仓，在高位料仓内贮存，需 要时经铁合金加入系统加入钢水罐中。 料仓设计选用6 个，其中1 个各用，均采用称量料斗。 3 4 2 不锈钢生产用电炉炉型比较和选择 3 4 。2 1 电炉炉型比较和选型 在采用电炉、转炉、v o d 、连铸设备的三步法生产不锈钢时，电弧炉通常用作 准备预熔高合金铁水的冶炼装置。电炉一方面要为精炼转炉提供优质高合金低p 、s 铁水以满足精炼转炉的工艺要求及所冶炼钢种的要求，另一方面电弧炉在能源及原料 利用方面要经济、高效、灵活、低耗。近年来，在电炉生产中采用了各种新工艺以 降低熔炼成本，提高生产率。 关于超高功率技术：目前新建电炉配置变压器功率均达到超高功率水平，电炉生 产篚力大幅度提高但是髓之而来的问题是冶炼中闪烁和对电网的冲击。意大利达涅 利公司和德马克的高效能电炉电效益高，在交流电炉中应用高阻抗技术，使用饱和电 抗器，s v c 功率补偿器，减少冶炼中闪烁和对电网的冲击，取得良好效果。 关于德马克的科夫技术：该技术对使用铁水和在能源替代方面有比较突出的优 点。科夫技术即在电炉熔池以下设水平风口向熔池内欢入氧气，使钢液中的c 、s i 、 m n 迅速氧化，碳氧反应生成c o 进入渣层，于渣中的f e o 反应生成c 0 2 ，并放出热 量，未反应的c o 被炉壁烧嘴吹入的氧二次氧化，放出热量，有效地利用废气的物理 热和化学热。在不锈钢冶炼中由于大量的用氧会造成铬的氧化损失。 关于k e s 技术：k - e s 技术包括，向炉内供氧并使之合理分布的形式，泡沫渣， 脱碳，供气烧嘴和进行二次燃烧，从而加速熔炼过程提高能量利用率，通过熔池搅 动而改善冶金条件。k - e s 系统主要有以下几个部分： 有烧嘴功能的固定式二次燃烧喷枪 移动式氧碳喷枪 固定式精炼喷枪 喷碳及其它固体物料的埋入式风口 底吹氧风口搅拌风口 废气分析仪及二次燃饶控制系统 西安建筑科技大学硕士学位论文 根据特定的改进目标，这些组成部分可组合成几种使用，也可作为单体技术使用。 关于废钢预热技术：废钢预热方式是将炉内热气导入到炉管的废钢料篮，对废钢 预热，以提高变压器利用率，缩短冶炼时间，提高生产率，降低电耗。国内外主要的 废钢预热方式有：新一代c o n a r c 2 0 0 0 型电炉、双炉壳废钢预热、竖炉预热，主要 有侧竖炉、中心竖炉、带手指式竖炉。国内外采用较多的是f u c h s 竖炉、d a n a r c 废钢预热电炉、c o n s t e e t 连续加料预热电炉、高炉身单篮加料型电炉、达涅利 p l u s 一2 0 0 0 回转台式废钢预热电炉。在不锈钢的生产工艺中由于所用废钢量较小从 经济角度考虑一般不采用废钢预热。 关于直流电炉，直流电炉与交流电炉相比具有电极消耗低对电网冲击小，炉衬 寿命长等优点。但直流电弧炉造价高，底电极维护困难，且由于受到电极直径的限制， 在冶炼不锈钢时输入的能量有限，延长了电炉的熔化时间。世界上不锈钢生产厂一般 不采用直流电弧炉。 目前新型电炉及新技术主要有：直流电炉、高阻抗交流电炉、用氧及各种低价一 次能源或化学能代替部分电能的推广使用技术、多种形式的废钢预热技术以及提高电 炉生产率的电弧炉等。表3 1 1 所列为世界上各种电炉炉型的特点。 表3 1 1电炉炉型及各自的特点 篡 a c 、高阻抗d c 、u h p双炉壳f 1 j c h 、c o n s t e e l 、 c o n t i a rc o n a r c 科夫技术电炉电炉m s p 等v e r t i o n 等 电炉电炉 u h p 电炉电炉电炉 品种适应 除直流电炉外其它电炉均可满足不锈钢熔化要求。 在主原料相同的条件下，除c o n s t e e l 电炉增氮略低外，其它大件相同，其中c o n a r c 性 转电炉最灵活废钢：0 , - - 1 0 0 、铁水o 1 0 0 其余各炉型铁水比最高为4 0 。 钢质量水平 原料适应性 规模适应性无限制无限制产量较大无限制无限制无限制产量较大 采用a c 使对 电网的影响 较小较大较大最小较小 辅助燃料d c 时 使用 需配置可不设需配置不设置 可不设可设置 可不设 视原料组 变压器容量稍大较大较小较小小 小 成定 炉子操作 稍难稍难稍难稍难 一般稍难最难 难度 炉子维修 如果采用直流电炉除科夫电炉、转电炉维修的难度最大，其它炉型亦较难。 难度 金属收得率一般 一般较低低低一般一般 烟气量一般般较低低低低较高 2 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 综上所述酒钢不锈钢炼钢生产线，电炉只起到熔化台金的作用，电炉选型应采用 超高功率交流电弧炉。为减少电炉对电网的冲击还应采用高阻抗技术、饱和电抗技术、 s v c 功率补偿技术；为提高电能的利用率应采用碳氧喷枪及底吹风口( 见图3 1 0 ) 。 3 4 2 2 电炉的生产能力计算 不锈钢年产量：2 4 6 0 6 5 i o o x 3 0 0 = 6 6 万吨钢水 其中：6 5 一不锈钢冶炼周期，分钟 1 0 卜平均出钢量，吨 3 0 0 一电炉有效生产时间， 3 4 2 3 电炉不锈钢生产工艺 a 1 工艺范围： 从电炉跨天车开始起吊扒渣、称量后的脱磷铁水包开始，到电炉出钢，预熔钢水 扒渣处理后为止的整伞炉区域生产冶炼的全过程。在这个过程中完成以下工艺步 骤： b ) 电炉冶炼功能 熔化不锈钢废钢和碳钢废钢 熔化固态合金( 铬铁、镍铁和其它合金) 脱硅 加热( 提高钢水温度和对温度进行调整) 炉渣还原( 提高铬的收得率) 为a o d 转炉提供温度、成份符合要求的预熔钢水 c ) 电炉的工艺操作 电炉用原料要求： 铁水( 每炉固定为5 0 吨) 返回不锈废钢( 使用比为1 0 ) 碳钢废钢根据金属料平衡情况加入 f e c r ( 4 吏用f e c r 5 2 ) 西安建筑科技大学硕士学位论文 n i f e ( 根据冶炼工艺，以n i f e 2 5 、n i f e 4 0 、纯n i 的顺序优先选择加入) 电炉工艺操作过程 铁水从炉顶加到电炉中。返回废钢和部分铁合金通过废钢料篮加入。由于使用了 大量的铁水所以只须加一篮料，对于1 0 0 固体料的情况，则需加量篮料。石灰和 其余合金通过炉盖的第五孔加入。这些料存储于料仓系统中，用量自动计算，按顺序 如到电炉里， 典型的冶炼顺序是先通过料篮向电炉内加入废钢和合金，加料后立即通电。过了 穿孔期后断电打开炉盖将铁水从铁水包中兑入电炉内。对铁水速度要符合要求。关上 炉盖后继续通电冶炼。 根据熔化第一篮的石灰继续进行熔炼过程，其余的合金在熔池平稳操作期间加 入。在熔池平稳操作的第二阶段通过渣门放置氧枪对熔池进行吹氧脱硅但同时也氧化 了铬和锰，因此出钢前要对炉渣中的c r 2 0 3 和m n o 进行还原，以实现经济和技术上 的要求。 当废钢和合金熔化完毕进行手动测温取样。降低能量输入让熔池继续进行过热。 用自耗式钢管向炉渣中吹入碳粉和f e s i 对其进行还原。还原过程由一只自耗式枪吹 入氮气协助进行( 因此一只氧枪将切换成吹氮气) 。出钢时采用溜槽钢渣混出，这样 可以利用出钢时的混合能，促进钢渣反应迸一步对炉渣进行还原。出到渣罐里的炉渣 量取决于吹氧和电炉内的还原以及出钢。渣罐和铁水包的设计要满足冶炼要求。 铁水包在到a o d 之前先到扒渣站进行扒渣。必要时出钢后对炉壁和炉膛迸行喷 辜 。 3 4 2 4 电炉工艺模型主要的控制功能： 根据计划钢种，初步计算铁水、合金、废钢的加入量( 包括废钢、合金的类型 和重量，废钢台金的装料顺序，辅料的加入量和加入顺序) 。 根据实际的铁水、台金、废钢的加入量，计算需补加的合金种类、数量和加入时 间。 计算整个冶炼过程中的能量平衡，对输入的电能、损失的能量、造渣和合金废钢 熔化所需的能量，钢水升温所需的能量进行计算，优化冶炼过程电能的输入曲线。 根据计算的结果将每一阶段电炉钢水的温度、需继续加热的时间和输入的电能通 知操作员。 冶炼过程中，对吹氧进行控制( 包括开始吹氧时间、各阶段吹氧量、吹氧速率和 停止吹氧的时间) ，以尽量避免铜中铬的氧化。 对喷粉系统进行控制( 喷吹时间、喷吹剂的种类、喷粉量) 。 对还原过程进行控制，以获得良好的还原效果和低的硅铁消耗。 西安建筑科技大学硕士学位论文 出钢控制，根据计算结果确定最终出钢成份与温度。 模型的适应范围：投标方提供的模型要有良好的适应范围，如钢种的变化、电炉 装铁水的比列变化范围，合金、废钢种类变化的范围，合金、废钢辅料成份的变 化范围等。 3 4 2 5电炉的主要技术参数： 表3 1 2电炉主要参数 3 4 2 6 不锈钢电炉工艺设备特点和要求 高阻抗、超高功率交流电弧炉 整体平台设计 出钢槽出钢，钢渣混出 分离式炉壳，上部炉壳和炉盖水冷，电炉实现快速更换 炉盖的设计能允许快速更换炉盖中心耐材区 具有防电极断裂技术 电极调整具有低的响应时间和高的调节速度 冶炼过程能够自动优化工作点 电炉具有高的能量利用率和高的电能输入 电炉采用氧枪机械手，用来脱硅和增加化学能 电炉具有喷粉设备，具备炉渣还原功能 电炉的主要动作能实现机械电气连锁 3 5 精炼系统的确定 3 5 1l f 炉的选择 l f 炉具有加热和搅拌的手段，对控制钢水温度有很大的灵活性可以去除气体、 脱氧、去除夹杂和进行合金化。l f 炉采用埋弧渣，炉子寿命较高。在保证连铸作业 的顺利实施方面起到了很好的作用。 幻l f 炉工艺概述 西安建筑科技大学硕士学位论文 l f 炉是一种电加热并带有多种综合精炼功能的炉外精炼装置。它将电能输送到 电极，电极起弧将电能转变为热能传输到钢水，从而达到加热升温的目的。l f 炉对 钢水温度的控制精度较高对钢水的污染很小，升温调整范围很大：通过底吹氩气搅 拌可以均匀钢水成份、温度：通过添加合金料或喂线处理可以实现台金成份的精确控 制；在还原气氛中加入还原性渣对钢水进行脱硫：通过喷粉进行深度脱硫：通过添加 脱氧剂可以将钢水中的氧脱至较低水平：通过底吹气体搅拌、电弧加热、造碱性渣和 喂s i c a 线去除夹杂效果良好。因此，l f 炉是集还原渣精炼、电弧加热、氩气搅拌 于一体的精炼设施，它的设备简单，投资费用低，操作灵活，精炼效果好，是目前常 压条件下最为常用的炉外精炼设备。必要时也可配置真空罐位。 从炼钢生产工艺过程为保证冶炼与铸杌匹配，保证为铸机提供温度稳定适宜的钢 水，应配备l f 炉。l f 炉可灵活的调节生产组织尤其是不锈钢生产工艺环节多，处 理时间长当某一环节出现问题时会直接影响相关工序正常生产，造成大量事故钢水， l f 炉可缓解事故事态，减少损失，使生产正常秩序尽快恢复。 b ) l f 炉主要技术参数： 表3 1 3l f 炉主要技术参数 c ) l f 炉主要消耗指标 表3 ，1 4l f 炉主要消耗指标 d ) l f 炉主要设备组成及性能 l f 炉： 型式： 公称容量： 单车单工位 1 0 0 吨 处理范围： 钢包自由空间： 9 0 - 1 1 0 吨 1 5 0 0 m m 西安建筑科技大学硕士学位论文 加热装置： 变压器额定容量： 一次额定电压： 变压级数： 喂线机： 型式： 扒渣机： 1 8 5 m v a l o 3 5 k v 8 钢液升温速度 电极直径： 炉顶形式 4 r a i n 由4 5 0 r m n 水冷耐材 双线式l 台喂线速度：3 0 0 m r a i n 梁式结构，通过一个液压动力单元、一台液压马达和链条及链轮实现液压驱动。 梁前端部分采用水冷。 3 5 2 真空精炼装置的选择 根据产品大纲，生产硅钢通常采用r h