年產(chǎn)960萬噸連鑄坯的全連鑄轉(zhuǎn)爐煉鋼車間工藝設(shè)計

1、年產(chǎn)960萬噸連鑄坯的全連鑄轉(zhuǎn)爐煉鋼車間工藝設(shè)計馬輝摘要：本說明書在實習(xí)和參考文獻的基礎(chǔ)上，對所學(xué)知識進行綜合利用。講述了設(shè)計一轉(zhuǎn)爐車間的方法和步驟，說明書中對車間主要系統(tǒng)例如鐵水供應(yīng)系統(tǒng)，廢鋼供應(yīng)系統(tǒng)，散裝料供應(yīng)系統(tǒng)，鐵合金供應(yīng)系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)等進行了充分論證和比較確定出一套最佳設(shè)計方案。并確定了車間的工藝布置，對跨數(shù)及相對位置進行設(shè)計，簡述了其工藝流程，并在此基礎(chǔ)上進行設(shè)備計算，包括轉(zhuǎn)爐爐型計算，轉(zhuǎn)爐爐襯計算及金屬構(gòu)件計算，氧槍設(shè)計，凈化系統(tǒng)設(shè)備計算，然后進行車間計算和所用設(shè)備的規(guī)格和數(shù)量的設(shè)計，在此基礎(chǔ)上進行車間尺寸計算，確定各層平臺標高。最后對轉(zhuǎn)爐車間設(shè)計得環(huán)境和安全要求進行說明。為了更

2、加詳細說明轉(zhuǎn)爐車間設(shè)計中的一些工藝及設(shè)備結(jié)構(gòu)，本設(shè)計穿插了圖形，為能夠明確、直觀的介紹了轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的工藝布置。關(guān)鍵詞：煉鋼，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，連鑄，方坯，板坯，物料平衡，熱平衡，爐型設(shè)計AbstractIn practice this manual and reference, based on the comprehensive utilization of the knowledge. Design a workshop about the methods and procedures converter, manual systems such as hot metal on the work

3、shop mainly supply system, scrap supply system, bulk material supply system, ferroalloy supply system, dust removal system was fully demonstrated and compared to determine a set of best good design. And determine the layout of the workshop process, the number and relative position of the cross desig

4、n, outlines the process and devices based on this calculation, including the calculation of the converter furnace, converter lining calculation and calculation of metal components, oxygen lance design , purification system equipment, calculation, and then workshop equipment used in the calculation a

5、nd the number of design specifications and, in this workshop based on the size of calculations to determine the elevation of each floor platform. Finally, the converter workshop designed to explain environmental and safety requirements.For a more detailed description of some of the converter process

6、 plant design and equipment in the structure, the design interspersed with graphics, to be able to clear, intuitive introduction to the process of converter steelmaking plant layout.Key Words: Steel, blowing converter, continuous casting, billet, slab, material balance, heat balance, furnace design目

7、 錄1 文獻綜述11.1國外煉鋼技術(shù)的發(fā)展11.2鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位和作用11.3現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程21.4 我國氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)展望21.4.1 轉(zhuǎn)爐大型化和流程優(yōu)化21.4.2 轉(zhuǎn)爐高效化31.4.3 鋼水潔凈化31.4.4 控制模型化31.4.5 資源綜合利用化31.5 現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)存在的問題42 轉(zhuǎn)爐煉鋼廠設(shè)計方案52.1 轉(zhuǎn)爐車間組成52.2 轉(zhuǎn)爐座數(shù)、容量和車間生產(chǎn)能力的確定52.2.1 轉(zhuǎn)爐座數(shù)52.2.2 車間生產(chǎn)能力的確定52.3 主要鋼種的選擇62.4 工藝流程62.5 原料方案72.5.1 鐵水的供應(yīng)72.5.2 廢鋼的供應(yīng)72.5.3 散裝料的供應(yīng)72.5

8、.4 鐵合金的供應(yīng)82.6 主廠房工藝布置82.6.1 原料跨的布置82.6.2 爐子跨的布置92.6.3 精煉跨的布置93 物料平衡與熱平衡計算103.1 物料平衡103.1.1計算所需原始數(shù)據(jù)103.1.2物料平衡基本項目113.1.3計算步驟113.2 熱平衡計算183.2.1計算所需原始數(shù)據(jù)183.2.2計算步驟194 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計234.1 爐型選擇234.2 原始條件234.3 主要參數(shù)的確定234.4 爐襯各層填充材料選擇275 生產(chǎn)工藝設(shè)計285.1煉鋼原料285.1.1鐵水285.1.2廢鋼285.1.3鐵合金285.1.4石灰285.1.5螢石285.1.6生白云石

9、295.1.7其他295.2裝料制度295.3供氧制度295.3.1轉(zhuǎn)爐爐膛內(nèi)氧氣射流的特性295.3.2氧氣射流對轉(zhuǎn)爐熔池的作用305.3.3頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐的氧槍操作305.4造渣制度305.4.1爐渣堿度的控制與石灰加入量的確定305.4.2影響石灰熔解速度的因素315.4.3爐渣粘度的控制315.4.4爐渣氧化性的控制315.4.5泡沫渣及其控制325.4.6放渣及留渣操作325.5溫度制度335.5.1出鋼溫度的確定335.5.2冷卻劑及其加入量的確定335.6終點控制和出鋼345.7脫氧制度和合金化355.7.1頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫氧方法355.7.2合金化的一般原理356 轉(zhuǎn)爐爐體金

10、屬構(gòu)件設(shè)計376.1爐殼設(shè)計376.2支撐裝置設(shè)計376.3傾動機構(gòu)的設(shè)計387 氧氣轉(zhuǎn)爐供氧系統(tǒng)設(shè)計397.1氧氣的供應(yīng)397.1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼車間需氧量計算397.1.2制氧機能力的選擇397.2氧槍設(shè)計397.2.1噴頭類型與選擇407.2.2噴頭設(shè)計407.3氧槍槍身設(shè)計417.3.1槍身各層尺寸的確定417.3.2氧槍長度的確定427.4轉(zhuǎn)爐底部供氣構(gòu)件設(shè)計427.4.1底氣種類427.4.2底氣用量437.4.3供氣構(gòu)件437.4.4底吹元件布置438 轉(zhuǎn)爐車間煙氣凈化與回收448.1轉(zhuǎn)爐煙氣與煙塵448.1.1煙氣的特征448.1.2煙塵的特征448.2煙氣凈化方案選擇448.2.

11、1爐口附近煙氣處理方法448.2.2轉(zhuǎn)爐煙氣凈化方法458.3煙氣凈化系統(tǒng)458.4煙氣凈化回收系統(tǒng)主要設(shè)備458.4.1煙罩458.4.2靜電除塵器468.4.3煤氣柜46車間主要設(shè)備的選擇479.1原料跨479.1.1混鐵車的設(shè)計479.1.2廢鋼料斗的計算489.2轉(zhuǎn)爐跨489.2.1鋼包489.2.2渣罐數(shù)量的確定499.3精煉跨499.4連鑄跨509.4.1板坯的生產(chǎn)：(尺寸為170mm1500mm)509.4.2方坯的生產(chǎn)：(尺寸為150mm150mm)539.4.3其它工藝參數(shù)的確定549.4.4中間包主要工藝參數(shù)的確定549.4.5結(jié)晶器的有關(guān)參數(shù)549.4.6車間起重機的選擇

12、5510 主廠房工藝布置5610.1 原料跨間的布置5610.2 轉(zhuǎn)爐跨間的布置5810.2.1爐子跨的布置5810.2.2轉(zhuǎn)爐跨各平臺的確定5910.3 連鑄設(shè)備的布置6211 總勞動定員表651 煉鋼工序652 連鑄工序663 燃氣674 給排水675 熱力686 通風(fēng)687 電氣688 精煉工序689 機修6910 檢化室6912 主要技術(shù)經(jīng)濟指標70致謝711 文獻綜述1.1國外煉鋼技術(shù)的發(fā)展世界近代煉鋼工業(yè)首先誕生于歐洲，機器的大量發(fā)明和廣泛應(yīng)用，是煉鋼成為最基本的工業(yè)材料，對鋼鐵的數(shù)量和質(zhì)量的需求越來越高。首先公布轉(zhuǎn)爐煉鋼法的是英國發(fā)明家亨利貝塞麥，1965年，亨利貝塞麥在英國科學(xué)

13、協(xié)會發(fā)表演講，宣布其發(fā)明了底吹酸性空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法，也因此此法生產(chǎn)率高、成本低的煉鋼方法，成為冶金史上的一大創(chuàng)舉，從此開創(chuàng)了大規(guī)模煉鋼的新時代?；仡櫻鯕廪D(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展，可分為以下三個時期。(1) 轉(zhuǎn)爐大型化時期（19501970）：以轉(zhuǎn)爐大型化技術(shù)為核心，逐步完善了轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝和設(shè)備。先后開發(fā)出大型化轉(zhuǎn)爐設(shè)計技術(shù)、OG法除塵與煤氣回收技術(shù)、計算機靜態(tài)與副槍動態(tài)控制技術(shù)、鎂碳磚綜合砌筑與噴補掛渣等護爐工藝技術(shù)。(2) 轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉時期（19701990）：這一時期，由于連鑄技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了全連鑄的煉鋼車間。對轉(zhuǎn)爐煉鋼的穩(wěn)定性和終點控制的準確性提出了更高的要求。為了改善轉(zhuǎn)爐吹煉后期鋼-渣反應(yīng)遠

14、離平衡，實現(xiàn)穩(wěn)定吹煉的目標，綜合頂吹、底吹轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點，研究開發(fā)出各種頂?shù)蛷?fù)合吹煉工藝技術(shù)，在世界上迅速推廣。(3) 轉(zhuǎn)爐綜合優(yōu)化時期（1990年以后）：在這一時期，由于社會對純凈鋼的生產(chǎn)需求日益增加。迫切需要建立起一種全新的、能大規(guī)模廉價生產(chǎn)純凈鋼的生產(chǎn)體制。圍繞純凈鋼生產(chǎn)，研究開發(fā)出鐵水“三脫”預(yù)處理、高效轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)、全自動吹煉控制與濺渣護爐等重大新工藝技術(shù)。降低了生產(chǎn)成本、大幅提高了生產(chǎn)效率。1.2鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位和作用鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟中的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。而鋼鐵材料是用途最廣泛的金屬材料，人類使用的金屬中，鋼鐵占90%以上。人們生活離不開鋼鐵，人們從事生產(chǎn)或其他活

15、動所用的工具和設(shè)施也都要使用鋼鐵材料。鋼鐵產(chǎn)量往往是衡量一個國家工業(yè)化水平和生產(chǎn)能力的重要標志，鋼鐵的質(zhì)量和品種對國民經(jīng)濟的其他工業(yè)部門產(chǎn)品的質(zhì)量，都有著極大的影響。世界經(jīng)濟發(fā)展到今天，鋼鐵作為最重要的基礎(chǔ)材料之一的地位依然未受到根本性的影響，而且，在可預(yù)見的范圍內(nèi)，這個地位也不會因世界新技術(shù)和新材料的進步而消弱。縱觀世界主要發(fā)達國家的經(jīng)濟發(fā)展史，不難看出鋼鐵材料工業(yè)的發(fā)展在美國、前蘇聯(lián)、日本、英國、德國、法國等國家的經(jīng)濟發(fā)展中都起到了決定性作用。這些國家和地區(qū)鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展和壯大對于推動其汽車、造船、機械、電器等工業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟的騰飛都發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。美國鋼鐵工業(yè)曾在20世紀70-

16、80年代遭到來自日本為主的國外進口材料的沖擊而受到重創(chuàng)，鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)能力急劇下降，但經(jīng)過十幾年的改造和重建，終于在20世紀90年代中期恢復(fù)到其原有的鋼鐵生產(chǎn)規(guī)模，為其維持世界強國地位繼續(xù)發(fā)揮著重要作用。由此可見鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟的重要作用，并且鋼鐵工業(yè)在整個國家的發(fā)展中都起著舉足輕重的作用。1.3現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程現(xiàn)在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)是一個龐大而復(fù)雜的綜合生產(chǎn)部門。在這個鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，鋼鐵材料的生產(chǎn)包括采礦、選礦、燒結(jié)（球團）、焦化、煉鐵、煉鋼和各種軋鋼等過程。由于各種鋼材質(zhì)量主要決定于煉鋼工藝過程和設(shè)備，所以煉鋼成為鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程中的中心環(huán)節(jié)。目前主要的煉鋼方式是轉(zhuǎn)爐煉鋼，我國現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐鋼占

17、總鋼產(chǎn)量的比例已經(jīng)超過80%，并接近90%。過去鋼鐵冶煉的工藝流程基本是鐵水煉鋼爐（轉(zhuǎn)爐、電爐、平爐）澆鑄（模鑄、連鑄）軋鋼的模式，這樣的模式由于缺少鐵水的預(yù)處理、爐外精煉工藝，只能冶煉普通鋼種，難以冶煉優(yōu)質(zhì)特種高性能鋼材，平爐由于其爐渣堿度低，脫磷、脫硫效果差，限制了鋼材質(zhì)量的提高，隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對鋼材質(zhì)量和性能提出了更高的要求，迫使人們開發(fā)冶煉更多品種的鋼材，從而推動了煉鋼技術(shù)的不斷發(fā)展。轉(zhuǎn)爐冶煉采用鐵水預(yù)處理、爐外精煉工藝后，鋼的質(zhì)量大大提高，轉(zhuǎn)爐鋼品種增加，轉(zhuǎn)爐不僅能冶煉普通鋼種，而且能冶煉高級優(yōu)質(zhì)鋼種，甚至能冶煉包括不銹鋼在內(nèi)的特種鋼，這為轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展提供了廣闊的空間。

18、傳統(tǒng)的鋼水澆鑄一直以模鑄為主，不僅生產(chǎn)效率低、工人勞動強度大、車間環(huán)境惡劣，而且金屬損失大、回收率低、難以澆鑄大型鋼錠。采用連鑄后，情況大為改觀，生產(chǎn)效率和金屬回收率大為提高，工人勞動強度降低，實現(xiàn)了澆鑄過程的完全自動化，近十年中煉鋼連鑄比不斷提高，許多大型鋼鐵企業(yè)均已實現(xiàn)了全連鑄。高爐鐵水預(yù)處理轉(zhuǎn)爐頂?shù)蛷?fù)合吹煉爐外精煉連鑄連軋，已成為大型現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)鋼鐵生產(chǎn)模式。而高爐鐵水預(yù)處理轉(zhuǎn)爐頂?shù)蛷?fù)合吹煉RH真空精煉連鑄連軋鑄坯熱送直接軋制，則是現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的最佳工藝流程。1.4 我國氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)展望1.4.1 轉(zhuǎn)爐大型化和流程優(yōu)化中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策明確規(guī)定新建轉(zhuǎn)爐必須120t。一方面將全

19、力推進轉(zhuǎn)爐大型化的進程，加快淘汰落后的小轉(zhuǎn)爐，另一方面則將更理性地研究轉(zhuǎn)爐大型化的合理爐容問題。段瑞鈺院士呼吁研究鋼鐵聯(lián)合企業(yè)各工序的界面技術(shù)，樹立轉(zhuǎn)爐設(shè)計動態(tài)有序地理順銜接匹配關(guān)系，做到全流程優(yōu)化的思路，反對各工序能力簡單疊加的設(shè)計方法。1.4.2 轉(zhuǎn)爐高效化為了提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率，減低生產(chǎn)成本，如何進一步縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期一直是各鋼廠研究的課題。其中，轉(zhuǎn)爐采用“三脫”鐵水少渣冶煉，純吹煉時間可以縮短35min，采用直接出鋼技術(shù)可以縮短轉(zhuǎn)爐停吹到出鋼的鎮(zhèn)靜時間23min。日本住友金屬和歌山新煉鋼廠通過改造，鐵水全部采用KR攪拌法脫硫，經(jīng)過專用脫磷轉(zhuǎn)爐進行全量鐵水脫磷處理，然后，再到脫碳轉(zhuǎn)爐進行脫碳

20、升溫。脫磷轉(zhuǎn)爐和脫碳轉(zhuǎn)爐冶煉轉(zhuǎn)爐只有20min，其中純吹氧時間只有9min，2座公稱容量210t脫碳轉(zhuǎn)爐（2吹1）年產(chǎn)400萬t以上，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐高效化。1.4.3 鋼水潔凈化用戶對鋼材質(zhì)量要求的不斷提高促使煉鋼技術(shù)的發(fā)展，其中純凈鋼生產(chǎn)技術(shù)越來越受到鋼廠的重視。寶鋼從20世紀90年代初期就開始研究純凈鋼生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過十幾年開發(fā)，目前已擁有完善的純凈鋼煉鋼技術(shù)。采用該技術(shù)生產(chǎn)的純凈管線鋼和IF鋼在不同階段達到的純凈度水平在2004年進行的批量超純凈管線鋼生產(chǎn)試驗中S、P、O、N、H元素的總含量最小達到7110-6。除了對鋼水雜質(zhì)元素控制外，還要對鋼水的夾雜物進行控制，特別是氧化物夾雜。復(fù)吹轉(zhuǎn)爐可

21、以明顯降低轉(zhuǎn)爐終點游離氧含量，減少氧化物夾雜的生產(chǎn)。因此，轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，對于從源頭上減少夾雜物有著重要作用。1.4.4 控制模型化中國鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性不夠，其原因有很多，但轉(zhuǎn)爐靠工人操作引起波動大是其主要原因。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，煉鋼模型的開發(fā)和利用不斷進步。目前，中國大部分轉(zhuǎn)爐實現(xiàn)了模型控制。轉(zhuǎn)爐模型主要有轉(zhuǎn)爐靜態(tài)和動態(tài)模型、轉(zhuǎn)爐自動吹煉模型、轉(zhuǎn)爐合金模型等。模型的應(yīng)用對生產(chǎn)操作的穩(wěn)定、提高勞動生產(chǎn)率、減少質(zhì)量波動等起著促進作用。因此，有必要繼續(xù)優(yōu)化、完善冶金模型，進一步提高模型控制精度，全面推進大、中型轉(zhuǎn)爐的全自動不倒爐煉鋼技術(shù)，進行智能型轉(zhuǎn)爐煉鋼。1.4.5 資源綜

22、合利用化改變原有煉鋼過程產(chǎn)生大量廢棄物的概念，將煉鋼過程產(chǎn)生的液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)的物質(zhì)定義為煉鋼過程副產(chǎn)品加以利用。1.5 現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)存在的問題現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)普遍存在的問題主要是隨著社會對潔凈鋼的生產(chǎn)需求日益提高，迫切需要建立起一種全新的、能大規(guī)模廉價生產(chǎn)純凈鋼的生產(chǎn)體系。因此，如何降低生產(chǎn)成本、能耗，生產(chǎn)出大量的純凈鋼以達到社會的需求是當前必須解決的問題。2 轉(zhuǎn)爐煉鋼廠設(shè)計方案2.1 轉(zhuǎn)爐車間組成現(xiàn)代氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼車間一般由以下幾個部分組成：主廠房（包括爐子跨、原料跨、爐外精煉及鋼包轉(zhuǎn)運跨、澆鑄系統(tǒng)各跨間）；鐵水預(yù)處理站及鐵水倒罐間；廢鋼堆場與配料間；鐵合金倉庫及散裝源料儲存運輸設(shè)施；中

23、間渣場；耐火材料倉庫；一、二次煙氣凈化設(shè)施及煤氣回收設(shè)施；水處理設(shè)施；分析檢測及計算機監(jiān)控設(shè)施；備品備件庫、機修間；生產(chǎn)必須的生活福利設(shè)施；水、電、氣（氧氣、氬氣、氮氣、壓縮空氣）等的供應(yīng)設(shè)施。車間的主要生產(chǎn)操作都集中在主廠房內(nèi)進行，主廠房也包括原料跨、爐子跨和澆鑄跨。2.2 轉(zhuǎn)爐座數(shù)、容量和車間生產(chǎn)能力的確定2.2.1 轉(zhuǎn)爐座數(shù)轉(zhuǎn)爐座數(shù)的確定與采用的吹煉制度有關(guān)，也與轉(zhuǎn)爐的壽命有關(guān)。由于現(xiàn)代的轉(zhuǎn)爐煉鋼都采用“濺渣護爐”操作，從而大大的提高了轉(zhuǎn)爐的壽命，現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐壽命已經(jīng)可以達到10.00020.000爐，因此，本設(shè)計采用“三吹三”制度（即三個轉(zhuǎn)爐都同時進行吹煉工作）完全能夠保持生產(chǎn)的順利進行。

24、2.2.2 車間生產(chǎn)能力的確定(1) 計算年出鋼爐數(shù)每一座轉(zhuǎn)爐的年出鋼次數(shù)N為： 式中 T1每爐鋼的平均冶煉時間，min，參照表2-1，本設(shè)計中取每爐鋼平均冶煉時間為42min；1440一天的時間換算為分鐘，min/d；365一年的日歷天數(shù)，d/a；轉(zhuǎn)爐作業(yè)率，本設(shè)計取87%。則每一座轉(zhuǎn)爐的年出鋼次數(shù)N為： （爐）表2-1 氧氣轉(zhuǎn)爐平均冶煉時間公稱容積/t153050100120150200250300平均供氧時間/min12141415151616181819192020212122平均冶煉時間/min25282830303333363638384040424245(2) 計算轉(zhuǎn)爐公稱容量轉(zhuǎn)

25、爐車間年產(chǎn)鋼水量：W=nNQ式中：W轉(zhuǎn)爐車間年產(chǎn)鋼水量；n車間經(jīng)常吹煉爐子座數(shù)； Q轉(zhuǎn)爐公稱容量，t； N每一座轉(zhuǎn)爐年出鋼爐數(shù)； 連鑄坯收得率，本設(shè)計取98%。因此，轉(zhuǎn)爐公稱容量為： （噸）參照表2-2，本設(shè)計中取轉(zhuǎn)爐公稱容量為300噸。采用“三吹三”制度。不考慮轉(zhuǎn)爐精煉收得率，驗算連鑄鋼坯年產(chǎn)量：所以，本設(shè)計所選轉(zhuǎn)爐符合產(chǎn)量要求。表2-2 氧氣轉(zhuǎn)爐公稱容量系列轉(zhuǎn)爐公稱容量/t20(15)3050100120150200250300最大出鋼量/t30(20)3660120150180220275320鋼包容量/t30(20)4060120150180220275320澆鑄吊車起重量/t63/1

26、680/20100/32180/63/20225/63/20280/80/20360/100/20400/100/20450/100/202.3 主要鋼種的選擇鋼種：普碳鋼，低合金鋼產(chǎn)品規(guī)格：方坯，板坯2.4 工藝流程根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求以及現(xiàn)代連鑄技術(shù)的發(fā)展趨勢，確定本設(shè)計方案的基本工藝流程如圖2-1所示。圖2-1 煉鋼車間工藝流程圖2.5 原料方案2.5.1 鐵水的供應(yīng)鐵水是轉(zhuǎn)爐煉鋼主要原料，高爐鐵水采用混鐵車運輸，經(jīng)預(yù)處理后轉(zhuǎn)運兌入轉(zhuǎn)爐。2.5.2 廢鋼的供應(yīng)廢鋼主要靠外購，部分本廠返分廢鋼。生鐵本廠供給，作冷卻劑加入。廢鋼要求：(1) 表面清潔少銹、無油污、無泥沙(2) 廢鋼中不得有鉛

27、、錫、砷等有色金屬(3) 廢鋼中硫、磷含量要低(4) 外形尺寸要合格，不能過大(5) 廢鋼中不得有密封容器、易燃易爆物品和毒品廢鋼管理要求：(1) 入場后，分類存放(2) 清除處理，清除油污、泥沙等雜質(zhì)和有色金屬、毒品(3) 使外形尺寸合格煉鋼車間，在原料跨一端單獨設(shè)廢鋼間，按每爐需用量裝入廢鋼，料斗送到爐前。廢鋼一次一斗裝入。2.5.3 散裝料的供應(yīng)散裝料包括：石灰、白云石、螢石、鐵礦石、焦炭等。供應(yīng)系統(tǒng)包括散裝堆場，地下料倉，由地下料倉送往主廠房的運料設(shè)施，轉(zhuǎn)爐上方高位料倉，稱量和向轉(zhuǎn)爐加料的設(shè)施。為了保證轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)，應(yīng)設(shè)散裝料堆場，盡可能靠近轉(zhuǎn)爐。各種料儲量按20天考慮。在靠近主廠房附

28、近設(shè)置地下料倉，它兼有部分儲存和轉(zhuǎn)運作用。地下料倉為地下式，便于火車或汽車或運輸帶自動卸料。地下料倉量按3天考慮。從地下料倉向高位倉供料采用全膠帶運輸。往各高位料倉布料采用可逆活動膠帶運輸機。運輸能力按每日工作一個班（約7h）考慮。設(shè)置高位料倉起臨時儲料的作用，并利用重力方式向轉(zhuǎn)爐及時可靠的供料，保證轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)。高位料倉沿爐子跨縱向布置，三座轉(zhuǎn)爐共用一套高位料倉，這樣可以相互支持供料，并避免由于轉(zhuǎn)爐停爐后料倉內(nèi)剩余石灰的粉化。散裝料的用途如下：(1) 石灰：主要是造渣材料。石灰極易潮濕，故在入爐前須烘烤，以提高石灰的活性，有利于冶煉。(2) 螢石：用于稀釋爐渣，提高爐渣的活性。(3) 白云石

29、：用于提高爐渣的堿度，減小對爐襯的侵蝕。(4) 鐵礦石：用作冷卻劑。2.5.4 鐵合金的供應(yīng)鐵合金的供應(yīng)一般由煉鋼廠的鐵合金車間，鐵合金料倉及稱量和輸送設(shè)施等幾部分組成。鐵合金主要用來調(diào)整鋼液的成分、溫度并進行合金化處理。其主要作用如下：(1) 硅鐵：用于合金化，也作脫氧劑。(2) 錳鐵：用于合金化，也作脫氧劑。根據(jù)碳含量可分為中碳、低碳、高碳錳鐵，錳鐵中碳含量越低，磷含量越低，價格越昂貴。(3) 鋁鐵：合金化材料，也作脫氧劑。在鐵合金車間內(nèi)儲存、烘烤及加工合格塊度，按鐵合金的品種和牌號分類存放，并相應(yīng)保存好出廠化驗單。鐵合金由鐵合金車間運入轉(zhuǎn)爐車間的方式為全膠帶供料系統(tǒng)，這種系統(tǒng)工作可靠，運

30、輸量大，機械化程度高。2.6 主廠房工藝布置2.6.1 原料跨的布置主要完成對鐵水，加廢鋼和轉(zhuǎn)爐爐前的工藝操作，在原料跨的兩端分別布置鐵水和廢鋼工段。鐵水供應(yīng)方式采用300t混鐵車，并進行鐵水預(yù)處理。該方案包括鐵水預(yù)處理車間，倒渣站，鐵水倒灌站。鐵水預(yù)處理車間和倒渣站位于煉鐵車間與鐵水罐站之間，且彼此平行布置。經(jīng)處理后的混鐵車，每隔三次送到倒渣站倒渣。鐵水倒灌站設(shè)有兩條運輸線和與其垂直布置的受鐵坑，受鐵坑位于鐵水線下面。一個鐵水坑由兩個鐵水轉(zhuǎn)注位置。鐵水預(yù)處理的方式是混鐵車噴吹法，同時脫硫脫磷。廢鋼供應(yīng)方式是在原料跨的一端外側(cè)另建廢鋼間，廢鋼裝入料斗并稱重，然后料斗送進原料跨待用。轉(zhuǎn)爐渣罐的轉(zhuǎn)

31、運方式為將渣罐車橫穿過原料跨，在主廠房之外的中間渣場處理。2.6.2 爐子跨的布置爐子跨是車間中廠房最高、建筑結(jié)構(gòu)最復(fù)雜和單位投資最多的跨間。很多重要的生產(chǎn)設(shè)備與輔助設(shè)備都布置在這里，其中包括轉(zhuǎn)爐、轉(zhuǎn)爐傾動機構(gòu)系統(tǒng)、散料供應(yīng)系統(tǒng)和加料、供氧系統(tǒng)、底吹氣系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)，出渣、出鋼設(shè)施、拆修爐設(shè)備。爐子跨采用橫向布置。煙道和煙罩皆沿跨間朝爐后彎曲，一是便于氧槍和副槍穿過煙罩插入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，二是有一個連續(xù)的更換氧槍的通道，換槍方便。副槍布置在靠近煙道的一側(cè)。散裝料的各個高位料倉沿爐子跨縱向布置，在其頂部有分配皮帶機通過，高位料倉布置在緊靠煙道的后面，這樣煙道傾角較大，不易積灰。轉(zhuǎn)爐煙氣凈化系統(tǒng)采用濕

32、法文氏洗滌器，布置在爐子跨內(nèi)。轉(zhuǎn)爐修爐方法采用上修法，煙罩下部可側(cè)向移動。2.6.3 精煉跨的布置精煉采用兩個LF精煉爐，沿精煉跨縱向布置，LF爐支持于支架上，真空室旋轉(zhuǎn)有兩個工作位置：鋼水處理位置，真空室下降進行處理；準備工位，修砌、噴補真空室內(nèi)襯、更換上升、下降管，預(yù)熱、氧氣供應(yīng)。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼要消耗大量的工業(yè)純氧，為了適應(yīng)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的要求，煉鋼廠的供應(yīng)系統(tǒng)一般是由制氧機、加壓機、中壓儲氧罐、輸氧管、控制閘閥、測量儀表和噴槍等主要設(shè)備組成。氧槍升降裝置布置于轉(zhuǎn)爐上方，這樣其結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，換槍迅速。當氧槍燒壞時須及時更換，設(shè)置橫移裝置及換槍裝置。在橫移裝置上并排設(shè)有兩套氧槍升降小車

33、。其中一套工作，一套備用。氧槍和副槍平行插入爐內(nèi)。3 物料平衡與熱平衡計算3.1 物料平衡3.1.1計算所需原始數(shù)據(jù)基本數(shù)據(jù)有冶煉鋼種及其成分，金屬料鐵水和廢鋼的成分。終點鋼水成分（表3-1），造渣用溶劑及爐襯等原材料的成分（表3-2），脫氧和合金化用鐵合金的成分及其回收率（表3-3），其他工藝參數(shù)（表3-4）。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求，本設(shè)計冶煉普碳鋼、低碳鋼，據(jù)此選定轉(zhuǎn)爐冶煉鋼種的牌號為Q235A。表3-1 鋼種、鐵水、廢鋼和終點鋼水的成分設(shè)定值 成分含量/%類別CSiMnPS鋼種Q235設(shè)定值0.20.20.50.0450.050鐵水設(shè)定值4.180.820.620.2200.033廢鋼設(shè)

34、定值0.160.270.530.0280.032終點鋼水設(shè)定值0.08痕跡0.1860.0220.020C和Si按實際生產(chǎn)情況選取；P和S分別按鐵水中相應(yīng)成分含量的30%，10%和60%留在鋼水中設(shè)定。表3-2 原材料成分成分含量%類別CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分揮發(fā)分石灰86.002.402.401.700.300.120.044.660.08石0.285.480.621.581.5287.800.880.121.48生白云石36.380.8225.580.9636.18爐襯1.182.9078.701.381.6214.10焦炭0.6081.

35、5212.405.50表3-3 鐵合金成分及其回收率成分含量回收率類別CSiMnAlPSFe硅鐵73.00,780.4,802.50,00.04,1000.05,10024,100錳鐵6.58,900.4,7868,800.2,1000.1,10025,10010%C與氧生成CO2表3-4 其他工藝參數(shù)設(shè)定值名稱參數(shù)名稱參數(shù)終渣堿度W(CaO)/W(SiO2)=3.5渣中鐵損（鐵珠）為渣量的6%螢石加入量為鐵水量的0.4%氧氣純度99%，余者為N2生白云石的加入量為鐵水量的2.7%爐氣中自由氧含量0.6%（體積比）爐襯蝕損量為鐵水量的0.4%氣化去硫量占總?cè)チ蛄康?/3終渣W(FeO)含量（按

36、W（Fe2O3）=1.35W（FeO）折算）15%，而W(Fe2O3)/W(FeO)=1/3。即W(Fe2O3)=5%,W(FeO)=8.25%金屬中C的氧化物90% C氧化成CO，10% C氧化成CO2煙塵量為鐵水的1.5%（其中W(FeO)為75%，W(Fe2O3)為20%）廢鋼量由熱平衡計算確定。本計算結(jié)果為鐵水量的12.76%，廢鋼比為11.32%噴濺鐵損為鐵水的1%3.1.2物料平衡基本項目收入項：鐵水、廢鋼、溶劑（石灰、螢石、輕燒白云石）、氧氣、爐襯蝕損、鐵合金支出項：鋼水、爐渣、煙塵、渣中鐵珠、爐氣、噴濺3.1.3計算步驟以100kg鐵水為基礎(chǔ)進行計算。第一步：計算脫氧和合金化前

37、的總渣量及其成分?？傇堪ㄨF水中元素氧化、爐襯蝕損和加入溶劑的成渣量。其各項成渣量分別列于表3-5表3-7?？傇考捌涑煞秩绫?所示。第二步：計算氧氣消耗量。氧氣消耗量為消耗項與供入項之差，見表3-9。表3-5 鐵水中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量/kg耗氧量/kg產(chǎn)物量/kg備注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

38、.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（見表3-8）Fe(Fe2O3)0./160=0.4380.2460.626入渣（見表3-8）合計6.8927.769成渣量4.559入渣組分之和由CaO還原出的氧量；消耗的CaO的量=0.00956/32=0.016 kg表3-6 爐襯蝕損的成渣量爐襯蝕損量成渣組成/kg氣態(tài)產(chǎn)物/kg耗氧量/kgCaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CCOCCO2CCO,CO20.4(據(jù)表3-4)0.0040.0090.

39、2360.0040.0050.414%90%28/12=0.1180.414%10%44/12=0.0210.414%(90%16/12+10%32/12)=0.082合計0.2560.1380.082表3-7 加入溶劑的成渣量類別加入量/kg成渣組分/kg氣態(tài)產(chǎn)物/kgCaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2螢石0.40.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005生白云石2.70.9100.6400.0200.0250.905石灰6.8766.0440.1730.1670.1000.0330.0070.0090

40、.0070.3090.002合計6.9560.8160.2150.1330.0410.0120.0100.4400.0121.2140.002成渣量8.623注：石灰加入量計算如下：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=1.814kg。因設(shè)定的終渣堿度R=3.5；故石灰加入量為設(shè)A=石灰加入量，由 得上式為(石灰中CaO含量)-(石灰中S生成CaS自耗的CaO量)為CaO還原出的氧量，計算同表3-5的注表3-8 總渣量及其成分(未注明單位/kg)爐渣成分C

41、aOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合計元素氧化成渣量/kg1.7570.5941.1090.6260.4530.020石灰成渣量6.0440.1670.1730.1000.0330.0070.0096.533爐襯蝕損成渣量0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣量0.9100.0200.6400.0251.595螢石成渣量0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.001總渣量6.961.9811.0520.1370.5941.1090.6720.4400.4650.03013.440質(zhì)量分數(shù)%

42、51.7914.747.831.024.428.5253.273.460.22100注：總渣量計算如下：因為表中除FeO和Fe2O3以外的渣量為6.96+1.981+1.052+0.137+0.594+0.440+0.465+0.030=11.659 kg，而終渣，(表3-4)，故總渣量表3-9 實際耗氧量耗氧項/kg供氧項/kg實際氧氣消耗量/kg鐵水中元素氧化耗氧量(表3-5)7.769鐵水中S與CaO反應(yīng)還原出的氧化量(表3-5)0.005爐襯中碳氧化耗氧量(表3-6)0.082石灰中S與CaO反應(yīng)還原出的氧化量(表3-7)0.002煙塵中鐵氧化耗氧量(表3-4)0.34煙氣自由氧含量(

43、表3-10)0.0608.251-0.07+0.075=8.256合計8.251合計0.007爐氣N2(存在于氧氣中，見表3-4)的質(zhì)量，詳見表3-10。第三步：計算爐氣量及其成分爐氣中含有CO、CO2、N2、SO2、和H2O。其中CO、CO2、SO2、和H2O可由表3-5表3-7差得。O2和N2則由爐氣總體積來確定。計算如下：爐氣總體積：化得式中，VgCO、CO2、SO2和H2O各組分總體積，m3。本計算中，其值為 Gs不計自由氧的氧氣消耗量，kg。本計算中，其值為(見表3-9) Vx鐵水與石灰中的S與CaO反應(yīng)還原出的氧量，其質(zhì)量為0.007kg(見表3-9),m3 0.5%爐氣中自由氧含

44、量 99由氧氣純度為99%轉(zhuǎn)換得來計算結(jié)果見列于表3-10表3-10 爐氣量及其成分爐氣成分爐氣量/kg體積/m3體積分數(shù)/%CO8.7288.728*22.4/28=6.98282.20CO22.7352.735*22.4/44=1.39216.39SO20.0080.008*22.4/64=0.0030.04H2O0.0120.012*22.4/18=0.0150.18O20.0600.0420.50N20.0750.0600.71合計11.6188.494100注：爐氣中O2的體積為8.494*0.5%=0.042；質(zhì)量為0.042*32/22.4=0.060kg爐氣中N2的體積系爐氣總

45、體積與其他成分的體積之差，即8.494-(0.042+0.015+0.003+1.392+6.982)=0.06;質(zhì)量為0.06*28/22.4=0.075kg第四步：計算脫氧和合金化前的鋼水量剛水量據(jù)此可編制脫氧和合金化前的物料平衡表表3-11 未加廢鋼時的物料平衡表收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水100.0084.29鐵水91.8876.41石灰6.8765.80爐渣13.4411.18螢石0.400.34爐氣11.629.66生白云石2.702.28噴濺1.000.83爐襯0.400.34煙塵1.501.25氧氣8.266.96渣中鐵珠0.810.67合計118.64100合

46、計120.25100注：計算誤差為第五步：計算加入廢鋼的物料平衡如同“第一步”計算鐵水中元素氧化量一樣，利用表3-1的數(shù)據(jù)先確定廢鋼中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量(表3-12)，再將其與表3-11歸類合并，遂得加入廢鋼后的物料平衡表3-13和表3-14表3-12 廢鋼中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量/kg耗氧量/kg產(chǎn)物量/kg進入鋼中的量/kgCCCO12.76*0.08%*90%=0.0100.0130.023(入氣)CCO212.76*0.08%*10%=0.0010.0030.004(入氣)SiSiSiO212.76*0.27%=0.0340.0390.073MnMn

47、MnO12.76*0.37%=0.0470.0140.061PP(P2O5)12.76*0.006%=0.0010.0010.002SSSO212.76*0.012%*1/3=0.00050.00050.0005(入氣)S(CaO)=(CaS)+O12.76*0.012%*2/3=0.001-0.00050.002(CaS)合計0.0950.07012.76-0.095=12.665成渣量/kg0.166表3-13 加入廢鋼的物料平衡表(以100kg鐵水為基礎(chǔ))收入支出項目質(zhì)量%項目質(zhì)量%鐵水10076.06鋼水91.88+12.655=104.5578.54廢鋼12.769.71爐渣13.4

48、4+0.166=13.6110.22石灰6.885.23爐氣11.62+0.028=11.658.75螢石0.400.30噴濺1.000.75輕燒生白云石2.72.05煙塵1.501.13爐襯0.400.30渣中鐵珠0.810.61氧氣8.26+0.07=8.336.34合計131.47100合計133.12100注：本計算誤差為表3-14 加入廢鋼的物料平衡表(以100kg(鐵水+廢鋼)為基礎(chǔ))收入支出項目質(zhì)量%項目質(zhì)量%鐵水88.6876.07鋼水92.7178.53廢鋼11.329.71爐渣12.0710.22石灰6.105.23爐氣10.338.75螢石0.350.30噴濺0.890.

49、75輕燒生白云石2.392.05煙塵1.331.13爐襯0.350.30渣中鐵珠0.720.61氧氣7.396.34合計116.58100合計118.05100第六步：計算脫氧和合金化后的物料平衡先根據(jù)鋼種成分設(shè)定值(表3-1)和鐵合金成分及其回收率(表3-3)算出錳鐵和硅鐵的加入量，再計算其元素的燒損值。將所有結(jié)果與表3-14歸類合并，即得出冶煉一爐鋼的總物料平衡表。錳鐵加入量WMn為硅鐵加入量WSi為鐵合金中元素的燒損量和產(chǎn)物量列表3-15表3-15 鐵合金中元素?zé)龘p量及產(chǎn)物量類別元素?zé)龘p量/kg脫氧量/kg成渣量/kg爐氣量/kg入鋼量/kg錳鐵C0.58*6.58%*10%=0.0040.0110.015(CO2)0.58*6.58%*90%=0.034Mn0.58*68%*20%=0.0790.0230.1020.58*68%*80%=0.316Si0.58*0.4%*22%=0.0010.0010.0020.58*0.4%*78%=0.002P0.58*0.2%=0.001S0.58*0.1%=0.001Fe0.58*25%=0