年产300万吨合格铸坯转炉炼钢系统设计

1、精品好资料学习推荐高等职业技术学院毕业设计说明书设计题目：年产300万吨合格连铸坯的转炉炼钢系统设计0929302137贾君文学号：_姓 名：_冶专09-1专 业 班 级：_2012年06月05日32 / 36摘要根据设计任务书的要求和通过实习及相关参考文献的基础上，对所学知识进行综合利用。完成年产300万吨合格连铸坯的转炉炼钢系统设计。说明书中对车间主要系统例如铁水供应系统，废钢供应系统，散装料供应系统，除尘系统等进行了设计与计算。并确定了车间的工艺布置，对跨数及相对位置进行设计，简述了其工艺流程，并在此基础上进行设备计算，包括转炉炉型计算，转炉炉衬计算及金属构件计算，氧枪设计，净化系统设备

2、计算，然后进行车间计算和所用设备的规格和数量的设计，在此基础上进行车间尺寸计算，确定各层平台标高。最后对转炉车间设计得环境和安全要求进行说明。通过车间的工艺布置及其设计绘制了转炉车间平面布置图。关键字：300万吨；转炉；氧枪设计；系统设计；转炉车间设计目录摘要- 1 -1 文献综述11.1国内外钢铁产业的发展情况11.1.1转炉炼钢的发展11.1.2我国转炉炼钢的发展11.1.3 我国转炉炼钢的基本情况21.1.4 基本建立现代转炉炼钢流程41.2转炉炼钢技术的进步41.2.1长寿转炉技术41.2.2复吹转炉强化冶炼技术41.2.3铁水脱硫预处理技术的进步51.3 低碳经济与转炉炼钢生产技术的

3、发展61.3.1干法除尘适应性改造，降低烟尘含量，提高煤气回收61.4 转炉炼钢的发展趋势及今后需要关注的问题72 产品方案及生产规模82.1产品方案82.2 金属平衡计算92.3生产规模的确定103转炉设计113.1转炉炉型选择及计算113.1.1转炉主要尺寸参数的确定和计算113.2 转炉炉衬设计123.2.1 炉衬材质选择133.3复吹转炉底部供气构件设计133.3.1 底气种类133.3.2 底气用量133.3.3 供气构件133.3.4 底吹元件布置133.4 转炉炉体金属构件设计143.4.1 炉壳设计143.4.2倾动机构的设计144氧气转炉供氧系统设计154.1 氧气的供应15

4、4.1.1 转炉炼钢车间需氧量计算154.1.2制氧机能力的选择154.2 氧枪设计154.2.1 喷头设计164.2.2 氧枪枪身设计175转炉车间原材料供应195.1铁水供应195.2废钢的供应195.2.1废钢堆场面积195.3原材料的供应及设备205.3.1散状料的供应流程205.3.2散状料的供应205.3.3地面料仓容积和数量的确定205.3.4上料方式的选择215.3.5高位料仓容积和数量的确定215.3.6 铁合金的供应236转炉车间烟气净化与回收246.1转炉烟气与烟尘246.1.1烟气特征246.1.2烟尘的特征246.2烟气净化方案选择246.3烟气净化系统256.3.1

5、烟气净化回收系统主要设备257冶金辅助设备的计算277.1盛钢桶的计算277.2钢包需要量计算287.2.1钢包质量计算287.3渣罐计算298. 转炉车间主厂房工艺布置308.1 原料跨间布置308.2 炉子跨布置318.2.1 横向布置318.2.2 纵向布置328.2.3炉子跨各层平台的布置328.3 钢水接收跨布置33参考文献34致谢351 文献综述1.1国内外钢铁产业的发展情况1.1.1转炉炼钢的发展1(1）20世纪转炉炼钢发展技术氧气转炉炼钢是目前世界上最主要的炼钢方法。即使到21世纪的前期，转炉钢的生产比例仍将保持在60%-70%。大致可划分为三个发展时期：转炉大型化时期（195

6、0-1970年）这一历史时期，以转炉大型化为技术核心，逐步完善转炉炼钢工艺与设备。先后开发出大型转炉设计制造技术、OG除尘与煤气回收技术、计算机静态与副枪动态控制技术、镁碳砖综合砌炉与喷补挂渣等护炉技术。转炉炉龄达到2000炉，转炉吹炼制度为“三吹二”或“二吹一”。（2）转炉技术完善化时期（1970-1990年）这一时期，由于连铸技术的迅速发展，出现了全连铸的铸钢车间。对转炉炼钢的稳定性和终点控制的准确性，提出更高的要求。为了改善转炉吹炼后期钢渣反映远离平衡，实现平稳吹炼的目标，综合顶吹、底吹转炉的优点，研究开发出各种顶底复合吹炼工艺，在全世界迅速推广。这一时期，转炉炉龄达到5000炉，吹炼制

7、度转变为“二吹二”或“三吹二”。（3）转炉综合优化时期（1990-2010年）这一时期，社会对洁净钢的市场需求日益增高。迫切要求建立起一种全新的、能大规模廉价生产纯净钢的生产体系。围绕纯净钢生产，研究开发出铁水“三脱”预处理、高效转炉生产、全自动吹炼控制与长寿炉龄等重大新工艺技术。这一时期，转炉炉龄超过10000炉，初步实现“一座转炉吹炼制”：即一座转炉的产量完全可满足一套主力轧机的生产能力，形成炼钢轧钢短流程生产线。使联合企业逐步走向一个炼钢厂的生产体制，降低投资成本和生产成本，大幅度提高争产效率。1.1.2我国转炉炼钢的发展2贝斯麦转炉和托马斯转炉的先后发明，开启了人类大规模炼钢的新时代。

8、20世纪中期，随着工业制氧技术的发展成熟，奥地利在Linz厂和Donawitz厂成功进行了转炉顶吹高速氧气的试验，即LD炉，与平炉、电炉相比，氧气转炉具有效率高、能耗少等优点，得到迅速推广，成为世界主要的炼钢生产手段，2006年世界氧气转炉炼钢823862万t，占当年全球钢产量的66.4。建国初期我国炼钢设备以平炉为主，有少量的电炉和一些小型空气侧吹转炉，1964年，我国第一座氧气顶吹转炉在首钢投产。改革开放以来，国民经济持续高速发展极大刺激了钢材需求，我国电价高、废钢资源贫乏和连铸的推广等因素促使氧气转炉炼钢快速发展，2006年，我国转炉钢产量376714万t，占全国钢产量的89.47。1.

9、1.3我国转炉炼钢的基本情况1转炉钢产量和比例2000年到2006年的6年间，我国转炉钢产量由105843万t增长到376714万t，年均增幅23.56，转炉钢比例始终保持在80以上，高于世界平均水平，且总体呈上升趋势。2006年转炉钢产量37671.4万t，比例达到创记录的89.48，相当于当年电炉钢的9倍。2转炉公称容量2006年我国重点大中型钢铁企业转炉设备数量和产能统计情况,2006年，11t49t的转炉数比2005年减少l5座，因为按照钢铁产业政策我国将淘汰20t以下转炉，2006年已有相当数量的20t以下转炉退出或扩容。据统计，2006年全国重点大中型钢铁企业共有转炉376座，生产

10、能力达33776万t，其中11t49t之间的转炉仍有152座，占转炉总数的4042，产能达8411万t，占转炉总产能的249；50t99t之间的转炉114座，占转炉总数的3032，产能达9969万t，占转炉总产能的29.52.100t以上的大转炉110座，占转炉总数的29.26，产能达15396万t，占转炉总产能的45.58，位居第一。大型转炉已经成为转炉炼钢的主力炉型。3主要技术经济指标(1)钢铁料消耗。根据2006年我国重点大中型钢铁企业转炉钢铁料消耗统计，平均为1081.67kg/t，比2000年的1094kg/t下降了12kg/t，部分转炉厂的钢铁料消耗已降到1060kg/t左右，达到

11、了世界先进水平。(2)转炉工序能耗。2006年我国重点大中型钢铁企业转炉的工序能耗平均为l0.1lkg标准煤/t，比2005年大幅度减少，降幅达67.33，很多转炉厂都加强了对煤气蒸汽等二次能源的回收，大大降低了转炉工序能耗，一部分企业实现了负能炼钢。武钢三炼钢吨钢煤气回收达112.33m3，同时可回收蒸汽108kg，工序能耗一6.37kg/t。(3)石灰消耗。根据统计，我国转炉生产消耗石灰4080kg/t，消耗波动范围大，整体上与国外先进水平有一定的差距，这是因为我国钢铁企业间先进与落后的技术装备水平多层次并存，石灰的质量参差不齐，少数转炉钢厂的石灰消耗达国外同等水平，这些厂多配备了铁水预处

12、理和精炼设备，预处理和炉外精炼比例高，转炉容量大，技术装备先进，石灰质量好。(4)氧气消耗。近年来我国转炉氧耗明显降低：一方面很多转炉厂建设了铁水预处理和二次精炼设备，“分段冶炼”有利于降低转炉氧耗；另一方面，炼钢过程控制水平和复吹比例提高；另外，氧枪设计、制造技术的进步和供氧制度得到优化。由表4数据可知，我国转炉吹炼氧气的消耗在5570m3/t，少数转炉消耗达到50m3/t，国外先进水平为5560m3/t，2006年日本转炉炼钢的氧气消耗为599m3/t，可见，我国转炉氧气消耗水平已接近国际先进水平，少数转炉处于领先地位。(5)转炉炉衬寿命。为提高转炉寿命，我国转炉炼钢工作者在耐火砖材质、砖

13、型、综合砌炉和加强炉体维护方面做了大量卓有成效的工作；随着溅渣护炉技术的推广，我国转炉炉衬寿命大幅度提高，达到国际领先水平；国内自主开发的长寿复吹转炉技术基本成熟，解决了底吹喷嘴和炉衬不同步的重大难题，已成功应用在武钢、包钢、本钢、首钢、济钢等多家钢厂，覆盖了大中小不同容量的转炉，均获得了良好的经济效益。2006年对我国重点大中型钢铁企业转炉钢厂的统计表明，我国转炉平均炉衬寿命达6823炉，其中武钢二炼钢80t转炉，炉衬寿命29942炉，炉役炼钢236万t，莱芜钢厂40t转炉，炉衬寿命最高达37271炉，每吨钢炉衬耐材消耗仅1.03kg。(6)转炉冶炼周期。效率高、冶炼周期短是转炉炼钢的一个传

14、统优势。近年，我国许多转炉炼钢厂新建设了铁水预处理和二次精炼设备，分解了转炉冶炼功能，简化了转炉操作，同时我国转炉复吹的比例明显提高，各厂积极提高供氧强度强化冶炼，很多大中型转炉供氧强度已达3.4-3.7m3/(mint)，小转炉供氧强度平均达3.9m3/(mint)，少数转炉供氧强度高达4.04.5m3/(mint)，有数十座转炉配备了副枪或炉气分析系统，补吹炉次减少。这些措施对缩短转炉冶炼周期起到了重要作用，2006年我国转炉炼钢平均冶炼周期已接近28min。(7)劳动生产率。2006年我国重点大中型钢铁企业转炉的劳动生产率达到2203.53t/(人年)，比2004年和2005年大幅提高，

15、这主要得益于以下几个方面：一是转炉炼钢工艺流程的优化，是冶金工序功能分解和集成的结果；二是转炉大型化、炼钢自动化程度提高等单元设备技术进步的因素；三是企业加强了对工人的岗位培训，劳动者的技能和综合素质得到提高；四是在市场竞争中，企业的管理水平比以往有了较大幅度的提高。1.1.4基本建立现代转炉炼钢流程随着我国钢铁工业不断提升产品结构、优化工艺流程，我国转炉钢厂大都建设了铁水预处理、二次精炼设备，基本形成了“铁水预处理转炉一精炼一连铸”的现代炼钢工艺流程。在该流程中，预处理和精炼单元这两个“柔性组元”的出现，将转炉的冶炼功能简化为“脱碳升温”，提高了生产效率和钢水质量，转炉钢的品种范围得到拓宽，

16、消耗降低，利于前后工序的匹配协调。转炉炼钢工艺流程的解析、重组和优化大大提高了企业竞争力3。1.2转炉炼钢技术的进步4近几年国内转炉炼钢技术进步很快, 主要是推广采用了以下先进技术。1.2.1长寿转炉技术自1997年以来,国内大力开展溅渣护炉技术的研究开发和推广应用工作,使转炉炉龄大幅度提高,。至2002年国内95.2%的转炉采用了溅渣护炉技术,大型转炉平均炉龄达到10181.5炉,中型转炉平均炉龄达到15298.2炉,部分小型转炉钢厂的平均炉龄也已达到10316炉。由于炉龄的提高,给工厂带来了巨大的经济效益。随着炉龄的增长，技术经济指标的变化情况,随着炉龄延长到3万炉以上,炉役期产钢量同步增

17、长,耐火材料消耗和吨钢成本也相应逐年降低。国内转炉溅渣护炉的基本经验概括为:(1)根据冶炼钢种和生产工艺的差别,选择正确的溅渣工艺；(2)提高氮气压力,优化溅渣工艺；(3)正确选择开始溅渣的时机,实现炉衬零侵蚀；(4)溅渣与补炉相结合,严格控制溅渣后的转炉炉型；(5)加强烟罩水冷炉口等设备维护,延长其寿命。1.2.2复吹转炉强化冶炼技术国内小型转炉强化冶炼的基本经验归纳为,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。借鉴小转炉强化冶炼的成功经验,在大、中型转炉上推广转炉高效冶炼技术,可以获得显著的经济效益。制约转炉强化冶炼的因素主要包括炉容比、成

18、渣速度、吹炼平稳性和终点控制水平。随着转炉供氧强度的提高,炉气发生量大幅度增加,提高供氧强度,使吹炼过程渣液面高度上涨,严重时溢出炉口,成为高效供氧的限制环节。为了解决这一问题,应当进一步减少渣量,改进化渣工艺,实现提前化渣。采用复吹工艺提高吹炼前期熔池的搅拌强度,可以加快石灰的熔解,提高前期成渣速度,达到减少喷溅的目的,实现平稳吹炼。采用复吹技术后,终点碳氧反应趋于平衡,终点碳、温波动较小，有利于实现计算机终点动态控制,进一步缩短后期操作时间。本钢炼钢厂150t转炉采用复吹转炉强化冶炼工艺,在炉容比仅为0.67的条件下,使供氧强度提高到3.7m3/(t.min),冶炼周期平均缩短22min。

19、1.2.3铁水脱硫预处理技术的进步采用铁水预处理工艺,是改善转炉钢水质量和提高生产效率的重要保证,也是现代化钢厂的基本标志之一。近几年,国内转炉厂开始大量推广采用铁水预处理技术,积累了丰富的经验。1991年国内铁水预处理量仅为69万t,铁水预处理比仅为1.82%；至2001年,铁水预处理量达到3200万t,预处理比例为26.1%；预计到2005年,铁水预处理量将超过6886万t,预处理比例达到50%。经过多年的实践,在引进国外先进设备的基础上,结合国内特点不断改进、优化和创新,使不少钢厂铁水脱硫工艺达到国际先进水平。如武钢二炼钢KR法脱硫工艺搅拌头寿命超过500次,处理温降28,脱硫用石灰粉剂

20、消耗仅为4.69kg/t,脱硫成本仅为20元/t,上述指标均已超过国外同类钢厂的水平。最近几年,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3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,主要优点是:渣量小,处理温降低,铁损少。在3种镁脱硫工艺中,纯镁喷吹工艺略显优势,其主要优点如下。(1)脱硫效率高。纯镁喷吹法脱硫效率95%,而复合喷吹法约为80%,混合喷吹法脱硫效率不稳定。(2)处理时间短。纯镁喷吹纯处理时间为58min,而复合喷吹法约为10min。(3)处理温降小。纯镁喷吹处理过程温降平均为

21、8.12,而复合喷吹法温降约为814。(4)铁损低。纯镁喷吹的平均铁损为7.1kg/t,而复合喷吹法为1012kg/t。由于纯镁喷吹工艺具有上述优点,可使吨铁处理成本降低到15元以下。今后几年,国内铁水脱硫技术将会进一步普及,主要的技术发展方向如下。(1)为了扩大铁水预处理能力,实现100%铁水预处理,需要进一步提高脱硫速度,缩短处理周期。(2)改进扒渣工艺。目前,国内采用脱硫预处理铁水炼钢的转炉厂回硫现象十分严重,通常达到200%300%,回硫的主要原因是铁水带渣、辅料含硫过高和废钢造成的。因此,改进扒渣工艺,在保证扒渣效果的前提下,进一步降低铁损是至关重要的。(3)努力降低铁水脱硫预处理成

22、本,使脱硫成本小于15元/t。1.3低碳经济与转炉炼钢生产技术的发展5低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，现全球进入低碳经济时代，作为千万吨以上的大型炼钢厂应理性发展转炉炼钢过程控制技术，为低碳经济发展提供更加完善的技术支撑。莱钢炼钢厂有50t转炉3座，60t转炉1座，80t转炉2座，120t转炉3座，已具备年产1000多万吨钢的生产能力。转炉炼钢在当代炼钢生产中依然占据主导地位，在可预见的将来也不可能改变，转炉炼钢虽然是唯一可以实现总能耗为“负值”的工序，但需进一步促进各工序流程间技术优化，实现更加紧凑、高效、近终型、自动化，降低工序能耗、物耗，加大二次能源回收利用，实现更加

23、洁净、低碳的冶炼模式。紧凑化炼钢生产模式各工序技术的开发实现转炉炼钢生产的紧凑化，即工序时间的最小化、衔接最优化是最大的节能措施。莱钢炼钢厂针对生产实际，通过铁水预处理一转炉一精炼一连铸等各工序的紧凑衔接，开发出全量铁水预处理技术、转炉错峰操作模式、精准智能自动吹氩模式、连铸“三恒”稳态控制工艺等，尽可能的实现能耗、物耗最低，促进低碳经济模式的有效运行。优化煤气回收工艺参数，稳定煤气回收老区生产线在确保煤气品质的情况下，对煤气回收程序进行了修改和完善，设定开始和结束回收时的CO含量，确定最佳回收时间；同时控制转炉的升、降罩的时机，采用全密闭裙罩回收，同时对系统各点的压力分配进行调整，使每炉钢回

24、收时间由原来的65min增加到目前的8min，目前莱钢炼钢厂老区煤气回收达到85m3/t以上，煤气并网由过去的20m3/t增加到现在的近50m3/t。1.3.1干法除尘适应性改造，降低烟尘含量，提高煤气回收炼钢厂新区生产线干法除尘系统存在的问题制约了120t转炉的正常生产和转炉煤气回收利用，也影响了环保指标达标。炼钢厂通过对干法除尘系统备件的国产化改造，采用先进的除尘系统整体切换工艺模式，实现了干法除尘故障状态下的快速整体切换，同时在煤气回收系统安装一套煤气冷却装置，解决了煤气温度高的问题，在静电除尘器系统后部增设一台DN3600、高25.5m的泄爆水封，回收侧煤气管道如果爆炸，泄爆水封泄进行

25、压，保护回收侧煤气柜的安全。通过改造，大大降低了设备维修费用，故障停机率为零，转炉煤气回收达到了130m3/t钢，煤气含尘量10mg/Nm3，比传统的湿法除尘节约水耗009m3t，也满足了节能减排和环保要求。1.4转炉炼钢的发展趋势及今后需要关注的问题从世界范围来看，自从顶底复吹技术取得成功后，转炉炼钢技术还没有取得革命性的进步；可以预见，在相当长的一段时间内，转炉炼钢技术将不会有革命性的突破。今后，转炉炼钢的发展将主要在一些重要技术方面取得进展，概括起来有以下几个方面：(1)转炉炼钢如何更好地与铁水预处理、炉外精炼、连铸等环节匹配。我国钢铁企业在实现大型化的过程中，许多企业从以往主要生产长材

26、向主要生产板材转变。生产优质板材对铁水预处理、炉外精炼和连铸工艺技术的要求也相应提高，由长材转向板材的钢铁企业尤其应注重转炉炼钢的顶底复吹、终点钢水氧含量控制、出钢挡渣，特别是与铁水预处理、炉外精炼、连铸等工艺环节的匹配。(2)转炉炼钢要更注重生态环境的保护。转炉炼钢首先要优化工艺流程，提高生产效率，减少转炉炼钢炉渣渣量，尽可能多地回收煤气和利用余热生成蒸汽，推广采用干法除尘，实现“负能炼钢”，并利用炼钢过程循环返回利用炉渣。(3)推广采用“脱磷转炉+脱碳炼钢转炉”生产流程。国内钢铁界许多著名院士和专家建议推广采用该T艺技术：应用该技术，铁水在经过脱硫预处理后，在第一座转炉进行脱磷处理，再在第

27、二座转炉进行脱碳、升温冶炼，炼钢周期较传统丁艺缩短近一半。宝钢目前已采用该项工艺技术，除冶炼周期显著缩短以外，还可以减少20的炉渣排放量。此外，第二座转炉炼钢炉渣还可以在第一座脱磷转炉循环利用。目前我国的钢铁产能己超过6亿吨，从长远的发展趋势看，新建中小规模的炼钢项目相对较少，对系统的升级和技术改造将成为主要方向。转炉本体设备安装的新工艺，在技术改造工程中具有一定的优势，对该工艺的应用进行深入的研究，将对该工艺在今后进一步的推广实施提供更多的经验和资料6。在这种不稳定的经济条件下，许多小规模小产量的钢铁企业逐渐被淘汰和重组，因为这些企业无法抵抗市场的冲击。而重组后的钢铁企业，必将建设大型的钢铁

28、生产设备，所以，扩大钢铁生产规模是每个钢铁企业必行之路。年产300万吨合格铸坯炼钢厂转炉炼钢系统必将被大规模的使用。而根据目前许多大型钢铁企业的建设来看，年产300万吨合格铸坯转炉系统是必要的并且科学的。2 产品方案及生产规模2.1产品方案7生产钢种有石油套管、重轨钢、普碳钢、硬线。见下表。表2.1生产钢种及所占比例钢种代表钢号铸坯规格比例产量（万吨）石油套管25Mn520028015%45重轨钢U75VM28032560%180U71M普碳钢Q255管线钢15%45硬线SWRH32A（B）82010%30合计100%2.2 金属平衡计算83 05.64万吨87%铁水 入炉金属料 351.31

29、万吨351.31万吨13%废钢45.67万吨93%转炉钢水326.72万吨97%钢包316.93万吨LF精炼316.93万吨3%损失9.79万吨2%损耗6.34万吨98%RH精炼310.59万吨0.7%损失2.17万吨99.3%中间包308.42万吨0.03%氧化铁皮0.09万吨97.5%钢坯301.51万吨1.2%连铸切头3.71万吨1%中间罐结壳3.11万吨0.5%连铸废品1.51万吨99.5%合格坯300万吨2.2金属平衡表2.3生产规模的确定该转炉车间的生产规模是年产合格铸坯300万吨。(1) 转炉座数和大小的确定设计年产300万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

30、炉钢水年产量为326.72万吨。每一座吹炼转炉的年出钢炉数N为：（2-1）每天岀钢炉数 11037.636530炉式中： T1每炉钢的平均冶炼时间，min；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，t；n转炉车间经常吹炼炉子座数；N每一座吹炼炉的年出钢炉数；q转炉公称容量，t。nq=326720011037.6=296吨 所以，取n= 2，则q=150t所以：本设计选两座150吨的转炉进行炼钢3转炉设计3.1转炉炉型选择及计算转炉炉型选截锥型，其中球缺体半

31、径取R=1.1D。3.1.1转炉主要尺寸参数的确定和计算（1）熔池尺寸计算 熔池直径DD=K1.554.902m =4902mm（3-1）式中： G新炉金属装入量，取公称容量150t；t平均每炉钢纯吹氧时间，min，（取15min）；K系数（取1.55）D熔池直径，mm； 熔池深度hV池=22.06（m3） （3-2）h=1.4475m=1447.5mm（3-3）式中： V池转炉熔池有效容积，m3 ；T转炉内钢水密度，取6.8t/m3 ；(2) 炉帽尺寸计算 炉帽倾角：取=60 炉口直径d口：d口=（0.430.53）D (3-4)本设计取d口=0.45D=0.45 4.902=2.2059m

32、=2205.9mm 炉帽高度H帽：H帽=2634.9 （3-5）式中H口炉口直线段高度，取H口=300： 炉帽总容积V帽：V帽=（H帽H口）（D2+Dd口+d口2）+d口2 H口（3-6） = 25.41m3（3) 炉身尺寸计算 炉身体积V身：取炉容比为0.92m3/tVT=0.92T=0.92150=138m3（3-7）V身=VT-V帽-V池=90.53m3（3-8）式中：VT转炉有效容积，m3； 炉身高度H身： H身= 4.7993m=4799.3mm（3-9）(4）出钢口尺寸的确定 出钢口中心线水平倾角1：取1=0； 出钢口直径d出： （3-10）（5）转炉有效高度H内：H内= h+H身

33、+H帽=1447.5+4799.3+2634.9 =8881.7 (3-11)（6）转炉总高H总：H总=H内+H衬+底+帽=8881.7+1040+111.15=10032.85 底炉底钢板厚度，取57.15mm帽炉帽钢板厚度，取54 mm（3-12）（7）炉壳直径D壳：D壳=D+D衬+2身=4902+1920+127=6931(3-13)式中：身炉身钢板厚度，取63.5；D衬炉身处两侧炉衬的厚度；(8) 高宽比核定：H总/D壳=10032.85/6931=1.44(在1.351.65范围内）所以设计合格。3.2 转炉炉衬设计炉衬设计得主要任务是选择合适的炉衬材质，确定合理的炉衬组成和厚度，并

34、确定相应各层厚度，以确保获得经济上的最佳炉龄9,10。3.2.1 炉衬材质选择表3-1转炉炉衬厚度选取值 名称工作层/填充层/永久层/绝热层/炉帽5509013020炉身（加料侧）7509015020炉身（出钢侧）6509015020炉底60090400203.3复吹转炉底部供气构件设计11,123.3.1 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。3.3.2 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。

35、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。3.3.3 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。在本设计当中，由于是150t转炉，喷嘴数量选6个。3.3.4 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。3

36、.4 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。3.4.1 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。3.4.2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。4氧气转炉供氧系统设计4.1 氧气的供应4.1.1 转炉炼钢车间需氧量计算（1）一座转炉吹炼时的小时耗氧量计算 平均小时耗氧量Q1（Nm3/h）： Nm3/h （4-1）式中： G平均炉产钢水量，t；W吨钢耗氧量，m3/t，可取4555m3/t；T

37、1平均每炉钢水冶炼时间，min。 高峰小时耗氧量Q2（m3/h）：Nm3/h （4-2）式中：T2平均每炉纯吹氧时间，min。 (2) 车间小时耗氧量 车间平均小时耗氧量Q3(m3/h）：Q3=NQ1=212375=24750m3/h (4-3)式中：N车间经常吹炼的炉座数。 车间高峰小时耗氧量Q4（m3/h）：Q4=n/NQ2=24750m3/h （4-4）4.1.2制氧机能力的选择根据转炉车间的小时平均需氧量确定选取制氧机座数及能力。本设计选取2座26000m3/h的制氧机。4.2 氧枪设计13氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部分组成。喷头常用紫铜制成；枪身由三层无缝钢管套装而成；尾部结构连接

38、输氧管和冷却水进出软管。4.2.1 喷头设计（1）喷头类型与选择本设计选用拉瓦尔型喷头，孔数定为5孔，喷孔夹角为15，喷孔布置选择周边布置，出口马赫数M=2.0。 (2)喷头尺寸计算 氧流量计算m3/min （4-5）式中：每吨钢耗氧量为5565m3/t，本设计选55m3/t； 理论计算氧压由等熵流函数表可查得：当马赫数M=2.0时，P/P0=0.1278，将选取的P=1.01105Pa带入，则可求得P0=7.90105Pa其中： P转炉炉膛内气体压力，即喷孔出口处气流的压力，Pa，选取范围（1.011.04）105PaP0使用氧压，在设计喷头时按理论计算氧压选取，Pa； 选用喷孔出口马赫数与

39、喷孔数。综合考虑，选取马赫数Ma=2.0。参照武钢炼钢三分厂150t转炉氧气使用情况，选取转炉喷孔数为5孔，能保证氧气流股有一定的冲击面积与冲突深度，熔池内尽快形成乳化区，减少喷溅，提高成渣速度和改善热效率。 计算吼口直径。喷头每个喷孔氧气流量q：m3/min(标态） （4-6）喷管实际氧气流量QV：(4-7)式中： 一般单孔CD=0.950.96；三孔喷头CD=0.900.96。由式(4-7)，并且取CD=0.96，T0=290K，又P0=7.90105Pa，代入上式，则由上式可求得： d喉=36 求喷孔出口直径根据等熵流表，在Ma=2.0时，A出/A喉=1.6875，即，故喷孔出口直径mm

40、 （4-8） 计算扩张段长度。取扩张段的半锥角为4度，则扩张段长度（4-9） 确定喷孔倾角：多孔喷头的各个流股是否发生交汇以效应角为界，大于则各流股很少交汇，小于则必定交汇。按照经验，喷头倾角=12.815.4为宜。综合考虑选取=15。 喷孔喉口段长度确定喉口段长度的作用：一是稳定气流；二是使收缩段和扩张段加工方便，为此过长的喉口段反而会使阻损增大，因此喉口段长度推荐为510。本设计选取8。4.2.2 氧枪枪身设计氧枪枪身由三层无缝钢管套装而成，内层管是氧气通道，内层管与中层管之间是冷却水进水通道，中层管与外层管之间是冷却水通道14。(1)枪身各层尺寸的确定 中心氧管管径的确定管内氧气工况流量

41、Q0： （4-10） =0.94式中： P标标准大气压，Pa；P0管内氧气工况压力，Pa；T标标准温度，273K；T0管内氧气实际温度，一般取290K。取中心管内氧气流速V0=50m/s，则中心氧管内径（4-11）式中： F1中心氧管内截面积，；V0管内氧气流速，m/s，一般取4050m/s，这里取V0=45m/s；根据标准热轧无缝钢管产品规格，选取中心钢管为18010mm。 中外层钢管管径根据生产实践经验，选取氧枪冷却水耗量Q水=200t/h；冷却水进水速度V进=6m/s，出水速度V出=7m/s。又中心氧管外径d1外=180，则： 中层钢管和外层钢管直径的确定15进水环缝截面积：F1=Q水/

42、V进=200/（63600）=0.0093m2 进水速度取6m/s出水环缝截面积：F2= Q水/V出=200/（73600）=0.0079 m2 出水速度取7m/s已知中心钢管外径为187mm，则中层钢管的内径为d中=(40.0093)/3.14+0.1821/2=0.21m=210mm；取为205mm根据标准无缝钢管产品规格选定为2197mm同理，外层钢管内径为：d外=(40.0079)/3.14+0.21921/2=0.241m=241mm根据标准无缝钢管产品规格选定为27316mm（2）氧枪长度的确定氧枪全长包括下部枪身长度l1和尾部长度l2。氧枪尾部装有氧枪把持器，冷却水进出管接头，氧

43、气管接头和吊环等。故l2的长度取决于炉子容量和烟罩尺寸。本设计参照鞍钢一百五十吨转炉参数，取氧枪总长为18m，氧枪工作行程为15m。5转炉车间原材料供应5.1铁水供应由于所建的是两座150吨的转炉，所以采用容量为400吨的混铁车。 车间所需混铁车台数N（台）为：(5-1)式中：Pmax高炉铁水最高日产量，t/d；Q混铁车容量，t，取400t；n混铁车装满系数，可取 0.9；c混铁车日周转次数，一般取 23 次/d； 混铁车作业率，约取 0.75；经计算得知，选取11 个鱼雷罐车。5.2废钢的供应5.2.1废钢堆场面积废钢间面积的大小决定于废钢需要的堆存用的面积、铁路条数、料槽位置及称量设备占用

44、的面积，高度取决于工艺操作所需要的吊车轨面标高。废钢堆积的面积可按下式估算：m2 （5-2）式中： Q每日所需废钢量，t/d；x废钢储存定额（天数），d，取3天；H废钢储存允许高度，有坑时包含的深度，取1.2m；废钢堆积密度，t/m3，取2.4t/m3；废钢料斗容积V（m3）：废钢入炉一般通过废钢料斗，由普通吊车像兑铁水那样装入转炉。废钢料斗容积的大小决定于每炉废钢的装入量。废钢料斗容积V计算如下： （5-3）式中： q每炉加入废钢量，t；n料斗装满系数，取0.8；f每炉加入废钢的斗数，取1；废钢堆积密度，t/m3；取2.4t/m3；5.3原材料的供应及设备5.3.1散状料的供应流程地下（或地

45、面)料仓固定胶带运输机转运漏斗可逆式胶带运输机高位料仓分散称量漏斗电磁振动给料器汇集胶带运输机汇集料斗转炉5.3.2散状料的供应转炉散状材料包括石灰、白云石、萤石、铁矿石、氧化铁皮、焦炭等。品种多，批量少，批次多，要求迅速、准确、可靠的供料。供应系统包括散状料堆场、地下（地面）料仓、由地下料仓送往主厂房的运料设施、转炉上方高位料仓、称量和向转炉加料的设施16。5.3.3地面料仓容积和数量的确定地面料仓的容积 V（m3） ：式中： Q一天需要的原料量，t；t贮存天数； 0.8料仓装满系数； Y散料堆积密度，t/m3； 根据公式可得： 铁矿石：石灰：萤石：白云石：焦炭粉：选用标准料仓，总容量为：故

46、料仓需要个数：铁矿石料仓个数： 取4个石灰料仓个数： 取7个萤石料仓个数： 取3个白云石料仓个数： 取14个焦炭粉料仓个数：取2个5.3.4上料方式的选择本设计采用全胶带运输上料系统，其作业流程如下：地下（或地面)料仓固定胶带运输机转运漏斗可逆式胶带运输机高位料仓分散 称量漏斗电磁振动给料器汇集胶带运输机汇集料斗转炉这种上料系统的特点是运输能力大，上料速度快而且可靠，能够进行连续作业，有利于自 动化；但它的占地面积大，投资多，上料和配料时有粉尘外逸现象。5.3.5高位料仓容积和数量的确定高位料仓的作用在于临时储料，并利用重力向转炉及时和可靠地供料保证转炉正常生产。高位料仓的横截面一般为矩形，上

47、部为长方体，下部为四角锥形。椎体部分的倾角不小于4550，放料口尺寸为标准散状料尺寸的36倍以上，一般大致为150300mm，以保证料仓内的散状料能自由下落，避免堆积成拱和卡料。高位料仓沿炉子跨纵向布置有三种方案，分布为共用高位料仓、部分共用高位料仓、单独高位料仓。本设计选用共用高位料仓。高位料仓容积计算：式中： V料仓容积； q一天内转炉原料消耗量，t； 0.8料仓装满系数； t原料贮存时间，h； Y散料堆积密度，t/m3； 石灰按 68 小时备料，其它 24h，白班上料，Y 堆比重 t/m3。铁矿石：石灰：萤石：白云石：焦炭粉：各散料标准仓计算和数量的确定：铁矿石、石灰、萤石、白云石、焦粉

48、用料仓容量选 25m3，则：铁矿石料仓个数： 取3个石灰料仓个数：取10个萤石料仓个数： 取2个白云石料仓个数： 取7个焦炭粉料仓个数：取1个采用共用料仓，其优点是料仓数目少，停炉后料仓中剩余石灰处理方便。缺点是称量及下 部给料器的作业频率太高，出现临时故障时会影响生产。5.3.6 铁合金的供应铁合金料仓容积计算：式中：V料仓容积； Q一天内转炉原料消耗量，t； 0.8料仓装满系数； t原料贮存时间，h； Y铁合金堆积密度，t/m3； 铁合金储存天数为 3 天 FeSi（Si45）FeMn（Mn76） 各种铁合金标准仓计算和数量的确定： 铁合金用料仓容量选 25m3，则： FeSi（Si45）

49、所用料仓个数： 取3个 FeMn（Mn76）所用料仓个数： 取3个大型转炉炼钢车间的铁合金供应采用类似于散状料系统的全胶带供料系统。 这种系统工作可靠，运输量大，机械化程度高，对于需要铁合金品种多，用量大的炼钢车间特别适用。6转炉车间烟气净化与回收6.1转炉烟气与烟尘6.1.1烟气特征（1） 烟气来源及化学组成在转炉吹炼过程中，熔池碳氧反应生成的CO和CO2，是转炉烟气的基本来源；其次是炉气从炉口排出时吸入部分空气，可燃成分有少量燃烧生成废气，也有少量来自炉料和炉衬中的水分，以及生烧石灰中分解出来的CO2气体等。在未燃的烟气中，烟气主要成分是CO，含有少量CO2和N2以及极少量的O2和H2。（

50、2） 烟气温度转炉未燃烟气温度为14001600，燃烧烟气温度为18002000，因此烟气净化系统中必须设置冷却设备。（3） 烟气量转炉未燃法平均烟气量为6080m3/t。（4） 烟气的发热量转炉未燃法中，当烟气含60%80%CO时，其发热量波动在7745.9510048.8kJ/m3。6.1.2烟尘的特征1. 烟尘的来源在氧气转炉熔池反应区内，局部温度可达25002800，使一定数量的铁和铁氧化物蒸发，并夹带部分散料粉尘和渣粒，组成烟尘，随炉气排出。烟尘量约为入炉金属料量的0.8%1.3%，烟气中的含尘量为15120g/m3。在大型炉每熔炼1t钢约产生20kg粉尘，吹氧时烟气含尘浓度可达20

51、30g/m3。2. 烟尘成分未燃法转炉烟尘中60%以上为FeO，其颜色呈黑色。3. 烟尘粒度转炉未燃法尘粒大于10m的达70%。6.2烟气净化方案选择(1) 炉口附近烟气处理方法转炉烟气从炉口逸出，在进入烟罩过程中或燃烧，或不燃烧，或部分燃烧，然后经过汽化冷却烟道或水冷烟道，温度有所下降；进入净化系统后，烟气还需进一步冷却，有利于提高净化效率，简化净化设备系统本设计炉口烟气处理方法选用未燃法，并选用炉口微压差控制法来控制烟罩不吸入空气17。（2） 转炉烟气净化方法本设计转炉烟气净化采用未燃法干法静电除尘，未燃法电除尘通常是将空气过剩系数控制在0.3以下，故烟气量小得多，且可回收煤气和获得干尘，

52、被认为是最经济的方法，越来越受到各国的重视。6.3烟气净化系统本设计采用LT法干法除尘系统。该LT法烟气净化系统的主要参数如下：炉气量：115000Nm3/h炉口烟气温度：1450从汽化冷却烟道出来烟气温度：8001000从蒸发冷却器出来烟气温度：150200放散管处烟尘浓度：68mg/m3煤气进入煤气柜温度：70煤气回收量：100m3/t6.3.1烟气净化回收系统主要设备(1)烟罩烟罩位于炉口之上，主要作用是收集烟气使之不外溢，且可控制吸入的空气量。烟罩一般有固定段与活动段两部分组成，二者用水封连接。活动烟罩下沿直径D2：D2（2.53.0）d口=5514.756617.7取6200式中：d口转炉炉口直径，；活动烟罩的高度Ht：Ht0.5d口=0.52205.9=1102.95可使烟罩下沿能降到炉口以下200300处。活动烟罩的升降行程S为300500。固定烟罩内的直径要大于炉口烟气射流进入烟罩时的直径。取烟气从炉口喷出自由射流的扩张角25，由此可求得烟气射流直径为：d口+2Httan25=2057.25所以本设计固定烟罩直径D1取2200。烟气在烟道内的流速取3040m/s。烟道垂直段高度一般为34m，斜烟道的倾斜角为5560。(2)静电除尘器静电除尘的原理是利用放电作用，使烟气中气体分子电离，由此导致尘粒带电，遂被静电吸引沉积于集尘电极上。根据收尘电极的形式可