T转炉设开题报告文件

1。本课题的目的及意义，国内外研究现状分析1.1课题目的及意义进入新世纪以来,我国的经济发展进入了全新的阶段，为了使我国的经济建设更好更快的发展，钢铁行业占有重要的作用。经济的快速发展,必然伴随着基础设施的大量建设，而基础设施的建设，需要大量的不同种类的钢材,因此，在以后很长的时间里，钢铁工业在国家经济建设与发展中占有相当重要的作用。目前,转炉炼钢法仍是世界上最主要的炼钢生产方法。由于中国劳动力便宜,废钢资源紧缺,电价昂贵等资源、社会特点，进一步促进了转炉炼钢技术的发展。根据2001年的统计，转炉钢产量1118亿t,占当年全国钢产量1137亿t的86%，这也说明转炉炼钢是中国目前最主要的炼钢法。随着中国经济的迅速发展，2003年人均GDP首次突破1000美元，达到1090美元［1］,中国经济的繁荣和旺盛的市场需求促进了中国钢铁工业的迅速发展,同时也促进了转炉炼钢技术的不断进步。本文总结了近5年来中国转炉炼钢技术的发展，并对目前存在的问题和今后的发展方向提出了本次毕业设计课题主要是为实现高等院校培养高级应用型、技术型人才的目标所必须的实践性教学环节。通过毕业设计强化我们对基本知识和基本技能的理解和掌握，培养我们收集资料和调查研究的能力，一定的方案比较、论证的能力，一定的理论分析与设计运算能力，进一步提高自身独立设计的能力。同时通过对转炉炼钢的优化设计，使我们对机械设计过程有更进一步的认识：认真查阅与本设计相关的文献资料，做好设计前的各项准备工作；分阶段按时完成设计中的各项任务，配合指导老师检查，随时修正错误，改进方法；独立完成设计任务，可以与同学探讨，但不能简单套用他人成果；撰写设计说明书和绘图必须符合《燕山大学里仁学院本科生毕业设计（论文）撰写要求及规范》的各项规定。以此现状，将“120万吨炼钢转炉进行设计及优化”作为我的研究课题。该课题不仅可以使我对整个转炉结构及工作原理加以熟悉,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。1.2国内外研究现状分析1。2。1国外研究现状钢铁工业是世界经济的支柱产业,近年来,世界炼钢技术的经济性得到很大的提高，对钢材的性能的要求也不断提高[2］。对钢材的要求包括：提高强度以减轻结构的重量;改善韧性以保证使用安全，特别是在零度以下的使用安全;改善冷成形性和表面质量以适应汽车工业发展的需要；改善焊接性能以适应经济性更好的大输入热的焊接工艺；钢的用户还进一步要求每一批钢材之间的性能的可重复性,这因为钢材的进一步加工大都采用自动工序。为了保证满足上述要求，除轧钢技术的改进外,炼钢技术进行重大革新也是必需的［3］。由于对钢材有如此高的要求，必须加快发展炼钢技术的发展，而现代炼钢技术的特点是在不同的容器中进行一系列冶金反应，以达到每一个过程的优化。采用这样的技术可以生产具有高性能和高均匀性的钢产品以满足最终用户的需求.采用这些现代工艺还带来很高的最终产品的成材率,因而改善总的钢生产的经济性,已经很清楚，现代炼钢技术是使钢继续成为最重要的金属材料的基础技术之一。所以提高炼钢技术就必须:提高钢水洁净度；在转炉上都装有检测用的副枪;复合吹炼能促进各项冶炼参数稳定；转炉炉衬寿命。连铸技术的发展对炼钢技术有一定的促进作用，目前世界各国的钢铁工业都在大力发展连续铸钢生产,全世界连铸比高于97%的国家有25个，其中高于99％的有15个(100％的有7个）［4］.因此，加快发展连续铸钢技术，是全世界各个国家实现钢铁工业结构的重要一环。1.2。2国内研究现状虽然我国已经成为名副其实的钢铁生产大国，由于我国是发展中国家，缺乏废钢资源。因此,钢产量的迅速增加主要依赖于转炉炼钢技术的发展。近几年，随着钢产量的增长，我国转炉炼钢技术也同步发展。1.2。2。1长寿复吹转炉炼钢工艺技术（1）提高底吹喷嘴寿命生产实践与理论研究均已证明,复吹转炉底吹喷嘴耐火材料的熔损主要是由于气流的频繁冲击及气泡上浮引进的钢液流动冲刷造成的。为了解决底吹喷嘴耐火材料侵蚀问题，通常采用以下方法：1）分散供气，减小气流的冲刷侵蚀，如“集束式透气砖"、“毛细管透气砖”均采用这一工艺。2）利用气体冷却在喷嘴端部形成“蘑菇头"，保护底吹喷嘴。但分散供气，受到透气砖成形工艺的限制，气流减小受到很大限制.而靠气体冷却形成的“蘑菇头”，体积小，以铁为主，熔点低不抗氧化，很难保持住.因此,上述方法不能有效地保护底吹喷嘴不受侵蚀.(2)保证底吹气体对熔池的搅拌效果长寿复吹转炉通过溅渣时形成的炉渣蘑菇头向熔池供气，能否保持良好的搅拌效果，取决于能否解决好以下三个工程技术问题：1）能否形成透气性良好的炉渣蘑菇头；2)能否在冶炼中根据工艺的要求灵活调整底吹气体流量；3)吹入的气体能否对熔池形成良好的搅拌.为了保证溅渣过程中冷凝的炉渣蘑菇头具有良好的透气结构,要求溅渣过程中调整好炉渣粘度、过热度以及底吹气体流[5]。转炉溅渣后炉龄大幅度提高,如图1所示,如何实现全程复吹,提高底吹喷嘴的寿命是全世界钢厂急待解决的重大技术难题.为了解决这一问题,国内转炉厂发明了炉渣蘑菇头保护底吹透气砖的先进技术,使底吹喷嘴的一次寿命与炉龄同步，并保证复吹比100%。表1给出炉渣透气蘑菇头与金属蘑菇头的技术比较.从表4中可以看出,炉渣蘑菇头以氧化物为主,体积大,透气性良好。经水模实验证明,在相同的气量下,由炉渣蘑菇头喷射出来的细小气泡搅拌熔池，可使熔池混匀时间缩短40%~50％[6].项目炉渣蘑菇头金属蘑菇头形貌成分/%体积大,表面有微细孔w(CaO)w(SiO2)w(MgO)w(TFe)471913178111615118体积小，中心孔较大,侧面有微细气孔w（Fe)w（C）其他≥911148417生成机理与熔池的作用气流冷凝炉渣后形成出口流速低,流股细小，成微小气泡上浮；透气面积增大,混匀时间缩短50%，搅拌时熔池平稳，不易喷溅。气体冷凝金属后形成出口流速高，气流较大,上浮的大气泡形成气泡柱,搅拌时熔池不平稳，有喷溅。表4两种蘑菇头的技术比较[7］图1采用溅渣护炉技术后炉龄变化趋势[8]（3)长寿复吹转炉的冶金效果通常，采用转炉吹炼终点时熔池内［％C］·［％O］浓度积作为衡量复吹冶金效果的主要标准，评价渣－钢反应是否接近平衡。1600℃时，［％C]·[％O］平衡的浓度积为0.0023。对于顶吹转炉终点［%C］·［％O］=0。0023;武钢二炼钢原90t复吹转炉终点［％C］·[％O］=0.0030;采用溅渣工艺后实现长寿复吹转炉，终点［%C］·［％O]积可达到0.0025％.钢渣反应进一步接近平衡。采用长寿复吹工艺后，钢渣间硫的分配系数波动在3~12之间，平均脱硫率为30％，比顶吹法提高6%.渣钢间磷的分配系数波动在70～350之间，平均终点钢水磷含量为0。0077%，由于长寿复吹工艺提高了钢水质量,故可以在整个炉役期内(20000炉以内)安排硅钢、深冲钢等超低碳钢种的生产[9］.1。2。2。2转炉洁净钢生产工艺进一步提高转炉冶炼钢水的纯净度，大批量生产洁净钢，是近几年中国转炉炼钢技术发展的重要方向.为了解决转炉洁净钢生产工艺，钢铁研究总院与包头钢铁公司合作研究开发转炉洁净钢生产工艺技术：

（1)转炉洁净钢生产工艺流程转炉采用“双联法”生产洁净钢。转炉双联工艺是指两座转炉：一座转炉作为铁水“三脱”预处理炉，另一座转炉作为脱碳升温炉。两座炉双联组织生产.采用“双联"工艺在宝钢一炼钢厂300t转炉上进行试验，成功地冶炼出总杂质含量：∑P+S+T。O+H+N≤100×10-6的超纯净钢［10]。(2）转炉铁水“三脱”预处理工艺［11]1）严格控制铁水Si含量严格控制铁水Si含量是转炉进行“三脱”预处理，保证脱磷冶金效果的技术关键。随着铁水Si含量的增加，预处理炉的渣量增大,化渣困难，明显恶化脱磷效果。为保证转炉铁水预处理的脱磷效率≥90%，应严格控制入炉前铁水Si≤0.25％。

2）合理控制炉渣碱度制预处理转炉终渣碱度在2.4~2.8之间，可保证良好的脱磷效果。

3)增强底吹搅拌强度脱磷反应以钢—渣界面反应为主,增强熔池搅拌强度可以促进渣钢反应，强化脱磷过程.与炼钢脱磷不同，铁水预处理脱磷受熔池反应的动力学条件影响较大。熔池搅拌强烈，渣钢反应具备良好的动力学条件，使炉渣FeO降低,脱磷率升高.随渣中FeO升高,脱磷率降低，说明冶炼熔池搅拌不足，脱磷反应不够充分,熔池中FeO较多。为保证充分脱磷，预处理炉的终渣FeO含量应控制在10%～15％之间。（3）我国脱硫技术的发展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82%;至2001年,铁水预处理量达到3200万t，预处理比例为2611％;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％[12]。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℃，脱硫用石灰粉剂消耗仅为4169t，脱硫成本仅为20元,上述指标均已超过国外同类钢厂的水平[13]。参考文献：[1］中国钢铁协会，冶金信息标准研究院12001年中国钢铁统计[M][2］罗振才，炼钢机械,冶金工业出版社,2008。［3］戴云阁等．现代转炉炼钢［M］．沈阳：东北大学出版社,1998.12［4]强化连铸坯热装热送技术的应用．我的钢铁网．2006（07)[5]溅渣护炉—复吹转炉长寿技术．摘自新浪个人博客，2007[6]LIULiu1DevelopmentoftheTechniqueofLongCampaignsCombinedBlownConverter［A]1Proceedingsof2ndKorea2ChinaSymposiumonAdvancedSteelTechnology［C］1Korea120011761［7]LIULiu1ProgressinConverterSteelmakinginChina[A]19thChina2JapanSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteel［C］1China1200111161［8]中国钢铁协会，冶金信息标准研究院12001年中国钢铁统计[M］[9］李传薪．钢铁厂设计原理（下)[M]．北京:冶金工业出版社，1995［10]冯聚和．炼钢设计原理(下）[M]．北京：冶金工业出版社，2005[11]包燕平冯捷钢铁冶金学教程．冶金工业出版社，2008[12]刘炳宇1纯镁铁水脱硫技术的应用[J]1炼钢,2002，18（4）[13]邓崎琳1铁水脱硫预处理技术在武钢的应用［J］1炼钢,2002，18(1)2。本课题的任务、重点内容、实现途径2。1本课题的任务2.1.1文字描述及设计计算部分1炉体的结构简介 2转炉炉腔类型的选择和计算 2。1炉形的类别 2。2炉型主要尺寸的确定原则 2。2.1熔池直径的确定 2。2.2熔池深度与氧流穿透熔池深度的确定 2.2。3炉帽、炉身、炉底尺寸的确定 3炉体设计计算 3.1炉体理论基本方程 3.2炉身圆筒壳的设计计算 3。3炉底球壳的设计计算 3。4下锥段的设计计算 3.5上锥段的设计计算 4炉壳热应力的计算 4.1炉身圆筒壳热应力的简化计算 4。2炉底热应力计算 4。3炉底锥段热应力的计算 5炉壳各部分连接焊缝的强度计算 5.1炉帽与炉身连接焊缝的计算 5。2炉身与炉底连接处的焊缝 5.3炉底下锥段与炉底球壳连接处的焊缝 6耳轴位置的计算辅助设备的选择6.1计算并确定耳轴的位置6。2计算并确定电动机6.3计算并确定一级及二级减速机构6.4设计制动机构2.1.2绘图部分(1）根据计算数据绘制炉衬、炉壳图;（2)根据绘制的三维设计图进行相关计算.2。1.3设计原始条件及计算所得的数据熔池直径4。92m球缺半径5。42m炉口直径2.02m炉膛总高7.883mV/T1。0炉衬厚844mm炉衬底厚928mm炉衬炉帽厚801mm出钢角度90h/d1。6K10.41K31K41.1路帽锥角302.2本课题的重点内容2。2.1根据原始数据对转炉炉腔类型进行选择及计算；目前国内外氧气顶吹转炉所采用的炉型，依据熔池（容纳金属液的那部分容积）的形状不同来区分,炉帽、炉身部位都相同，大体上归纳为以下三种炉型：筒球型、锥球型和截锥型。图1－1转炉常用炉型示意图a－筒球型；b－锥球型;c－截锥型（a）筒球型炉型：该炉型由圆筒型的炉身、球缺型的炉底和截锥型的炉帽组成。其特点是结构简单、砌砖较容易，反应比较充分，适合中型转炉。(b）锥球型炉型:该炉型由倒置截锥体、球缺体组成的炉底和圆筒型的炉身以及截锥型的炉帽组成.其特点是容量大，反应面积大、反应充分,适用于吹炼高磷铁水,但炉底砌砖比较复杂，适合大型转炉.（c）截锥型炉型：该炉型由倒置的截锥体炉底、圆筒型的炉身和截锥型的炉帽组成。其特点是形状简单，炉底砌砖方便，但反应不太充分,适合小型转炉。根据炉型种类的选择原则，转炉应当有利于提高供氧强度，缩短冶炼时间,减少喷溅，降低金属损耗，同时还要满足新砌好的炉子的炉型要尽量接近于停炉以后残余炉衬的轮廓，减少吹炼过程中钢液、炉渣和炉气对炉衬的冲刷侵蚀及局部侵蚀，提高炉龄，降低耐火材料的消耗以及炉壳应容易制造，炉衬砖的砌筑和维护要方便,从而改善工人的劳动条件，缩短修炉时间，提转炉作业率，综合以上要求选择筒球型作为本次设计的炉型。2。2.2对转炉炉体进行计算(炉衬、炉壳厚度、炉帽、炉身、炉底尺寸)；计算流程图如上图所示2。2.2绘制转炉炉衬图、炉壳图、对新炉老炉转动力矩进行计算；A．转炉倾动力矩的计算方法:（a）切片法和公式法，这是工程上曾经常用的方法,但它计算过程比较复杂,现在以不经常使用.（b)积分法，这种方法相对切片法和公式法比较简单、方便，但是这种方法要通过编程来进行计算周期比较长。(c）应用Solidworks三维造型软件的方法，此方法先用Solidworks三维造型软做出转炉内腔的实体模型，然后模拟炉液体积,再应用软件强大的计算功能，自动完成炉液中心位置的计算,最后应用Excel表格处理有关数据，从而算出转炉的倾动力矩从而算出转炉的倾动力矩非常简单实用。这种转炉倾动力矩的计算简单、直观、实用，本次转炉倾动力矩的计算就应用此种方法。B．转炉倾动力矩的计算步骤：①选择一个参考的耳轴位置;②新、老炉炉型的空炉重量，重心和空炉力矩的计算;③新，老炉炉型在不同的倾动角度下的炉液重量，重心和炉液力矩的计算;④新、老炉炉型摩擦力矩的计算及新、老炉在不同角度下的合成倾动力矩计算:⑤确定最佳耳轴位置;⑥按最佳耳轴位置，重新计算新、老炉炉型的空炉力矩和空炉的转动惯量；新、老炉随倾动角度变化的炉液重心位置、炉液力矩和炉液转动惯量；新、老炉合成的倾动力矩和转动惯量.2。2.3根据转炉三维图计算耳轴位置及相关数据;先用Solidworks三维造型软做出转炉内腔的实体模型，然后模拟炉液体积，再应用软件强大的计算功能,自动完成炉液中心位置的计算，最后应用Excel表格处理有关数据，从而算出转炉的倾动力矩从而算出转炉的倾动力矩.2.2.3对转炉进行热应力计算及强度校核; 2。2.3计算、选择氧枪、托圈、水冷炉口、电机等相关设备。托圈是转炉的重要承载和传动部件，工作过程中除承受炉体、钢液及炉体附件的静载荷和传递倾动力矩外，还承受频繁启、制动产生的动负荷托圈是一个整体的钢板焊接的箱型结构，即由驱动侧耳轴座、从动侧耳轴座、出钢侧托圈瓣、装料侧托圈瓣焊接成一个整体的托圈水冷炉口水箱式和铸铁埋管式水箱式水冷炉口为钢板焊成。它冷却强度大,工作效果好，易于制造并且漏水是可以补焊，维修方便埋管式水冷炉口往返折曲的钢管埋铸在铸铁炉口中另外还有蛇形、螺旋盘曲型的钢管埋铸的铸铁中的结构2。2.3倾动机构设计倾动机械的特点:减速比大、倾动力矩大、启、制动频繁,承受较大的动载荷.倾动机构设计原则1、转炉倾动机构应满足转炉转炉工艺操作的要求。能使炉体连续正反转360度，并能平稳而准确的停止在任意角度的位置上。2、机构操作要灵活。转炉在吹炼的过程中一般应要求有两种以上的倾动速度。3、倾动机构必须安全可靠。由于转炉的工作对象是高温的液体金属，因此再生产过程中,应避免传动机构的任何环节出现故障，4、倾动机构应适应载荷的变化和结构的变形。当托圈产生挠曲变形时而引起轴线偏斜时仍能保持各传动齿轮副的正常啮合。5、要求结构紧凑、占地面积少、效率高、维修方便等2。3本课题的实现途径对本课题“120t炼钢转炉设计"进行系统的分析后,根据设计参数等信息初步拟定出几种可行的设计方案，在进一步设计计算的基础。收集准备相关的资料，整理资料后,拟定出设计总体思路，最后通过系统论证及相关计算、绘图等，最后完成课题设计.3。预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施3。1预计可能遇到的困难缺少设计经验对设计的产品不能进行最佳的选择。方案论证的困难：对选择的几种方案论证时，可行性很难完善的确定；数学计算的困难：金属料平衡计算、转炉炉型设计、氧枪尺寸设计计算、喷头尺寸设计计算等相关的设计计算，有内在的联系,花大量时间计算，必须认真考虑，很容易出错,使设计进程缓慢；绘制图形的困难：在绘制转炉炉衬图、氧枪喷头图、转炉托圈等可能很麻烦；在操作规程制度与安全措施方面缺少实践经验;在设计时遇到参数的选择时不能准确的判断如何选择；参阅大量的参考资料是不同的参考资料对同一问题的计算存在不同的方法；在设计过程中，可能遇到其他情况而影响设计进程。3。2解决问题的方法和措施转炉设计的同时查阅大量相关资料,为以后的设计做好准备;充分利用图书馆和网络等资源,来解决设计中遇到的问题；如果条件允许可以进厂体验一下实践经验;遇到自己在设计方面无法解决的困难时，与同学一起讨论,必要时可向指导老师请教，解决困难4。完成本课题所需工作条件及解决办法4。1完成本课题所需工作条件4。1。1参考文献[1].谭牧田主编：《氧气转炉炼钢设备》，1983年第1版，机械工业出版社。[2]。罗振才主编：