年产400万吨合格铸坯炼钢厂转炉炼钢系统设计（可编辑）

年产400万吨合格铸坯炼钢厂转炉炼钢系统设计年产400万吨合格铸坯炼钢冶金09-1班0868100211包春钢指导老师：赵永旺应系统，除尘系统等进行了充分论证和比较确定出一套最佳设计方行说明。为了更加详细说明转炉车间设计中的一些工艺及设备的工艺布置。关键词：转炉；400万吨；设计；设备计算；车间计算第一章文献综述1.1国内外钢铁产业的发展情况设以及稳定就业等方面发挥着重要作用。为应对国际金融危机的影1.2我国钢铁工业现状及发展据最新统计，我国的钢铁产能己近7亿吨[2],从长远的发展趋1.3现阶段我国钢铁工业面临的主要问题(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。(2)布局调整进展缓慢。(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1.4.1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1.4.2铁水脱硫预处理的技术进步KR法为代表的石灰剂脱硫方法[4]。(1)长寿转炉技术(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[5]。(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[6]。(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(5)连铸新工艺能耗；提高成材率，节约金属消耗；简化生产工艺流程，节约费用，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[8]。b、连铸坯直接轧制，有利于节能，降低生产费用。c、连铸机高温出坯技术。d、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。e、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[9]。(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[10]。(2)干法除尘，湿法除尘，重力除尘对烟尘进行回收利用[10]。(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。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[11]。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1.8结论120t转炉本体部分结构合理，功能齐全，技术先进，具备当今世界一流水平，其中许多技术及结构在国内还是首次应用，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。大力发展100t到300t的转炉设备，比较适合我国国情，应进一步完善冶炼、分析、检测的自动控制，推广挡渣技术。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。故设计建造年产400万吨合格铸坯炼钢厂转炉炼钢系统是可行的，也是必要的。参考文献[1]2010年我国钢铁行业现状调查研究报告.中国联合市场调研网，2010.[2]工信部.钢铁工业“十二五”发展规划，2011.10.20.[3]冯捷等.转炉炼钢生产[M].北京：冶金工业出版社，[5]高泽平.炼钢工艺学.北京：冶金工业出版社，2010.[6]周宏.转炉炼钢新工艺、新技术介绍：重钢技术，2010[7]王令福.炼钢厂设计原理[M].北京：冶金工业出版社，[8]高泽平.炉外精炼教程[M].北京：冶金工业出版社，[9]贺道中.连续铸钢.北京：冶金工业出版社，2007.[10]李光强，朱诚意.钢铁冶金的环保与节能(第2版).[M].北京：冶金工业出版社，2010.[11]殷瑞钰.我国炼钢?连铸技术发展和2010年展望.钢铁研究总院，2009.developmentsandprospects[J].DepartmentofEconomicsUniversityofWesternAustraliaNedlandsWA6907Australia,冯捷张红文转炉炼钢生产北京冶金工业出版社2009第二章生产规模及产品方案2.1金属平衡计算图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铸坯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。每一座吹炼转炉的年出钢炉数N为：式中：T1?每炉钢的平均冶炼时间，取38min;η?转炉的作业率，取84%;表2?1转炉冶炼周期和吹氧时间推荐值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。吨所以：本设计选三座120吨的转炉进行炼钢。3.1转炉炉型选择及计算(1)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(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。3.2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系数K的推荐值转炉容量/t?3030～100?量取上限根据表中所列，本设计为公称容量120t转炉，所以取(2)熔池深度h。熔池深度指转炉熔池在平静状态时，定后，可以用几何公式计算熔池深度h。直径D的1.1～1.25倍。本设计去1.1,当R1.1D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据经验公式计算如下：取钢水温度为1600。V池1.2×105÷695917.24m3因此(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。池??分别为炉帽、炉身和熔池的容积；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θ。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60°±3°,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d4.66×45%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300～400?的直线段。本设计H口取为400mm。因此炉帽高度H帽为：炉帽总容积V帽为：(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出钢口中心线水平倾角θ1。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θ1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2～8min。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：取166?。(6)炉容比(或容积比)炉容比系指转炉有效容积Vt与公称容量G之比值Vt/G(m3/t)。Vt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转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为0.90～0.95m3/t,大转炉取下限，小转炉取上限。本设计取0.90m3/t。由此得到Vt120×0.9108m3(7)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。(8)增加炉壳钢板厚度则计算的H总和D壳就为：D壳D+2×(炉衬厚度+炉壳钢板厚度)4.96+2×(0.95+0.08)则高径比就为10.05÷7.021.43在高径比所推荐的范围之内。转炉炉衬与金属构件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：耐火度(即在高温条件下不熔化的性能)高；高温下机械强度高，耐急冷急热性能好化学性能稳定；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。4.2炉衬组成及厚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80～100?。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转炉各部位的炉衬厚度设计参考值如下表。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<100100～200>200本设计选用炉帽永久层厚度/?60～115115～150115～150120工作层厚度/?400～600500～600550～650500炉身(加料侧)永久层厚度/?115～150115～200115~工作层厚度/?550～700700～800750～850700炉身(出钢侧)永久层厚度/?115～150115～200115~工作层厚度/?500～650600～700650～750700炉底永久层厚度/?300～450350～450350～450400工作层厚度/?550～600600～650600～750600选择炉身钢板厚度为80?,炉底和炉帽的厚度为60?。则所选的D壳D+2×(0.1+0.15+0.7+0.08)4.96+2.067.02mH总h+H身+H帽+H衬+H钢1.40+4.64+2.85+1.1+0.0610.05m名称尺寸单位D壳7.02m.转炉炉型选筒球形，其中球缺体半径取R1.1D。3.1.1转炉主要尺寸参数的确定和计算(1)炉容比炉容比取0.90m3/t(2)熔池尺寸计算①熔池直径Dt?平均每炉钢纯吹氧时间，min,(取18min);K?系数(取1.60)②熔池深度h3炉帽尺寸计算本设计取d口0.45D0.45×41302065.00mm式中H口?炉口直线段高度，取H口300?:④炉帽总容积V帽：(4炉身尺寸计算①炉身体积V身：取炉容比为0.90m3/t②炉身高度H身：(5)出钢口尺寸的确定(6)转炉有效高度H内：(7)转炉总高H总：(8)炉壳直径D壳：式中：δ身?炉身钢板厚度，取80?;D衬?炉身处两侧炉衬的厚度；H总/D壳11276.23/8109.31.39在1.2～1.4范围内)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，并确定相应各层厚度，以确保获得经济上的最佳炉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600炉身(加料侧)炉身(出钢侧)炉底60090350203.3复吹转炉底部供气构件设计3.3.1底气种类气体和中性气体N2等。3.3.2底气用量强度一般不超过0.3m3/(t?min)。全程吹Ar,成本太高；全程吹N2,是前期吹N2,末期再改吹Ar。3.3.3供气构件当中，由于是250t转炉，喷嘴数量选6个。3.3.4底吹元件布置按炉底部φ0.45D同心圆上，且相互成60°分布即偏轴心布置。3.4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3.4.1炉壳设计3.4.3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0.15~第四章氧气转炉供氧系统设计4.1氧气的供应4.1.2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①平均小时耗氧量Q1(Nm3/h):②高峰小时耗氧量Q2(m3/h):4.1.3制氧机能力的选择能力。本设计选取2座26000m3/h的制4.2氧枪设计氧枪由喷头、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；尾部结构连接输氧管和冷却水进出软管。(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M2.0。喷头尺寸计算②理论计算氧压将选取的P1.01×105Pa带入，则可求得P07.90×105Pa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(1.01～1.04)×105Pa;PO?使用氧压，在设计喷头时按理论计算氧压选③选用喷孔出口马赫数与喷孔数。综合考虑，选取马赫数Ma2.0。参照武钢炼钢三分厂250t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④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:式中：一般单孔CD0.95～0.96;三孔喷头CD0.90～0.96。代入上式，则由上式可求得：d喉47?⑤求喷孔出口直径喉1.6875,即，故喷孔出口直径⑥计算扩张段长度。取扩张段的半锥角α为4°,则扩张段长度⑦确定喷孔倾角β:θ则各流股很少交汇，小于θ则必定交汇。按照经验，喷头倾角β推荐为5～10?。本设计选取8?。4.2.2氧枪枪身设计取中心管内氧气流速V050m/s,则中心氧管内径VO?管内氧气流速，m/s,一般取40～50m/s,这里取V045m/s;根据生产实践经验，选取氧枪冷却水耗量Q水250t/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219?,则：选取中层钢管d2外φ253?×8?。同理，外层钢管内径选取外层钢管d3外φ280?×8?。(2)氧枪长度的确定氧枪全长包括下部枪身长度11和尾部长度12。氧枪尾部装有氧枪把持器，冷却水进出管接头，氧气管接头和吊环等。故12的长度取决于炉子容量和烟罩尺寸。枪工作行程为18m。第五章转炉车间原材料供应5.1铁水供应由于所建的是两座250吨的转炉，所以采用容量为600吨的混铁车。车间所需混铁车台数N(台)为：n?混铁车装满系数，可取0.9;c?混铁车日周转次数，一般取2～3次/d;η?混铁车作业率，约取0.75;经计算得知，选取14个鱼雷罐车。5.1.2铁水包选择由金属料平衡可计算出每炉钢水需要铁水231t,考虑过余装量10%后可装254t,由此选择铁水包容量为260t。参照盛钢桶尺寸计算，选取铁水包全高为4759?,空铁水包重72.05t,其它数据兼同钢包。铁水包耳轴位置选取为铁水包全高一半偏上500?。本设计铁水包数选用6个，其中两个为备用。5.2废钢的供应废钢是作为冷却剂加入转炉的。根据氧气顶吹转炉热平衡计算，废钢的加入量一般为10～30%。加入转炉的废钢块度，最大长度不得大于炉口直径的1/3,最大截面积要小于炉口的面积的1/7。根据炉子吨位的不同，废钢块单重波动范围为150～2000kg。(1)废钢的加入方式目前在氧气顶吹转炉车间，向转炉加入废钢的方式有两种，一种是直接用桥式吊车吊运废钢槽倒入转炉；另一种是用废钢加本设计选用直接用桥式吊车吊运废钢槽倒入转炉。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x?废钢储存定额(天数),d,取3天；废钢料斗容积V(m3):积V计算如下：n?料斗装满系数，取0.8;f?每炉加入废钢的斗数，取1;5.3散状材料的供应料。供应系统包括散状料堆场、地下(地面)料仓、由地下料仓送往散状料供应流程如5.3.1散状料的供应流程5.3.2散状料供应和主要设备选型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;0.8?料仓装满系数；根据公式5-4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：V总126m3故料仓需要个数：个个个个个个萤石料仓个数：n455.4/1263.6白云石料仓个数：n2661.3/12621.1取22焦炭粉料仓个数：n201.6/1261.6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