年产425万吨合格铸坯炼钢厂转炉车间说明书大学本科毕业论文.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目：年产425万吨合格铸坯炼钢厂转炉车间设计学生姓名：学 号：专 业：冶金工程班 级：冶金2009-1班 指导教师：年产425万吨合格铸坯炼钢厂转炉车间设计摘要根据设计任务书的要求，结合所学冶金理论知识与实践教学内容，完成对年产425万吨合格铸坯炼钢厂转炉车间的工艺设计。在设计中制定了产品大纲，计划生产的主要钢种为桥梁板、容器板等。设计内容分为以下几部分：三座150吨转炉设计，氧枪、除尘系统设计，铁水预处理车间设计，炉外精炼设备选型，连铸机设备选择等。根据国内外转炉炼钢技术的发展趋势，转炉车间采用顶底复吹转炉LF钢包精炼炉RH精炼炉板坯连铸机的紧凑式连续化的工艺流程。同时设计中采用了顶底复吹、溅渣护炉、PLC自动控制、煤气回收利用、钢渣水淬等一系列先进技术，使钢厂在物料消耗、资源利用、环境保护等方面达到国内先进水平。设计过程中本着投资省、经济效益佳、多品种、高质量、生产安全、清洁生产和符合国家产业政策的原则，充分借鉴国内外先进钢铁企业生产经验，并查阅了相关文献资料完成准炉车间的设计和布置，使以上生产方案具有科学性、先进性，经济合理，适应当前社会发展的需要。关键词：转炉；炼钢；氧枪；复吹；精炼 第一章 文献综述1.1国外转炉炼钢技术发展概况1.1.1国外转炉炼钢发展历程世界近代炼钢工业首先诞生于欧洲，机器得大量发明和广泛使用，使钢铁成为最基本的工业材料，对钢铁得数量和质量得需求越来越高。首先公布转炉炼钢法的是英国发明家亨利贝塞麦，1965年，亨利贝塞麦在英国科学协会发表演讲，宣布其发明了底吹酸性空气转炉炼钢法，也因为此法生产率高、成本低的炼钢方法，成为冶金史上的一大创举，从此开创了大规模炼钢得新时代。1952 年奥地利的林茨和多纳维茨钢厂合作发明了第一座氧气顶吹转炉, 1960 年世界氧气顶吹转炉的钢产量占全球粗钢产量的比率不到5% 。20 世纪70 年代该技术发展较快, 占全球粗钢产量的比率提高到40% ,到20 世纪80 年代初提高到60%以上。1968 年德国马克西姆利安钢厂又成功开发了氧气底吹转炉。到20 世纪70 年代, 底吹转炉生产能力达到3000 万t。1977 年美国琼斯劳夫林公司芝加哥厂建成了2 座225t 氧气底吹转炉, 接着日本川崎制铁公司千叶厂也投产了230t 底吹转炉, 称为Q- BOP 法。20 世纪70 年代中期至80 年代初期, 法国钢铁研究院、卢森堡阿尔贝德公司等十几个国家的炼钢厂先后开展了顶底复合吹炼转炉实验研究1。 1980 年3 月, 日本住友金属工业公司鹿岛厂250t复合吹炼转炉正式投入生产。顶底复合吹炼转炉的种类繁多, 以底部吹入气体的种类划分, 可分为强搅拌型和弱搅拌型, 如日本新日铁大分厂采用的LD- OB 法为强搅拌型, 底吹氧气强度为0. 150. 80m3 / ( t min) ; 而法国钢研院和阿尔贝德公司开发的LBE 法为弱搅拌型, 该法采用多孔砖底吹N2、Ar, 底吹供气强度为0. 070. 15m3 / ( tmin) 。顶底复合吹炼的转炉可分为三类 顶吹氧气、底吹惰性气体法。这种方法为强搅拌型复吹法, 代表技术有LBE、LD- KG、LD- OBT 和N K- ( BLD- AB) 等。此技术底部供气元件易维护、寿命长、操作工艺较简单、适应钢种范围广, 在世界上广为采用, 中国的复吹转炉绝大多数采用该法。顶底复合吹氧法。这一方法属于强化冶炼型, 代表技术有: BSC- BAP、LD- HC、ST B、S TB- P 和K- BOP 等, 欧洲和日本采用此法较多。顶吹氧气、底吹氧气和燃料法。此法可显著提高废钢比, 代表技术有KMS 和KS 等, 其中KS 法在底吹氧的同时喷入煤粉, 钢铁料可100%采用废钢, 德国应用了该技术。1.1.2国外先进钢铁企业的转炉吹炼技术目前钢铁企业为了能节省成本，冶炼洁净钢，都会努力研究各种新的吹炼技术，下面介绍几种国外的一些先进的钢铁企业采用如下几种转炉吹炼技术： (1)、蒂森公司TBM法 T BM吹炼法是采用特殊结构的喷枪从顶吹氧气和底吹惰性气体(氮或氢)。底吹喷枪用钢管制成, 其结构简单, 使用可靠。采用TBM法复合吹炼，生产成本有所降低、钢水收得率提高、造渣剂加入量减少、合金回收率高、氧枪及炉衬寿命延长，使钢的生产成本降低约5马克/t钢。 此外，TBM法曾出售给印度一家钢厂，在生产实践中也取得了良好的脱磷效果。2001年我国梅山冶金公司150t转炉引进了TBM技术，JJ(KJ)JJ运行结果表明，TBM法具有良好的脱磷能力。 (2)、阿尔贝德萨尔钢公司LBE法LBE法复吹技术透气元件寿命长，可大幅度调节吹气量；操作简便；流经炉底布置的12个透气砖的气流可以保持恒定，透气砖沿炉底呈圆周布置；搅拌气体的输入管线可从转炉耳轴经球型接头引入转炉炉底；利用声波对炉内成渣过程进行连续监控。采用LBE法复合吹炼取得了下列效果： 炉渣中FeO含量降低约2.5 金属收得率提高约0.5% ； 石灰耗量约减少5()/t钢； 不经脱气处理的钢中碳含量可达0.02 ； 转炉出钢成分、温度均匀。由于LBE法复吹具有诸多优点，被欧洲一些钢厂及新日铁室兰厂广泛采用。 (3)、新日铁公司LDAB复吹技术LDAB复吹技术是从转炉底部吹人惰性气体，日本新日铁采用预脱磷硫B0lF精炼CC工艺生产海洋结构用高级管线钢，达到碳(0.001%)、全氧(0.0025%)、氮(0.0015%)、磷(0.0025%)、硫(0.0003%)和氢(0.0001%)之和为0.0069%。 (4)、住友金属STB法住友金属发明了STB 复合吹炼技术，从转炉底部吹入N2、Ar、CO2、O2四种混合气体，其中O2约占15%。底部喷嘴采用双层套管式，炉底安装了4支喷嘴，转炉采用活炉底，可进行更换，炉底采用MgC质砖，最初炉底寿命仅为7001000次。最近已将透气元件改为透气砖，透气砖为MgC砖，每块透气砖内镶嵌566O根耐热不锈钢管，不锈钢管直径为2mm。STB 法复吹转炉由于从底部喷入部分CO2，因此，应增设CO2的制备系统。一般从转炉废气中回收，要求CO2纯度99.25，水分O.0002。由于采用STB复合吹炼技术，扩大了转炉冶炼超低碳钢种的范围，同时获得了良好的操作指标。 (5)、川崎制铁公司LDKGC和KB0P法川崎制铁公司开发出两种不同类型的顶底复吹转炉，即KBOP和LDKGC。KBOP在底吹喷嘴喷人石灰的同时，还吹入一部分氧气；LDKGC则在底吹喷嘴喷吹惰性气体的同时，用顶枪吹氧。LDKGC通过提高底吹惰性气体流量来增加熔池的搅拌力；KBOP法在精炼末期，混合底吹惰性气体与氧气来增加熔池搅拌。生产中，LDKGC法使用CO气体；KBOP法使用C02气体。 (6)、日本钢管公司NKCB复吹技术日本钢管公司开发了NKCB复吹技术，并先后在福山一炼钢厂180t转炉和福山二炼钢厂250t转炉上采用。从转炉底部喷吹CO2气体，冶炼极低碳钢时吹人N2和Ar，底部喷入气体量0.1m3/(tmin)，采用单管喷嘴，炉底设4支喷嘴。采用NKCB复吹技术冶炼低碳铝镇静钢时，金属收得率可提高0.6，铁合金消耗有所降低，其中铝降低0.35()/t钢，FeMn降低1.2()/t钢；石灰消耗降低3()/t钢，转炉吹炼时间可缩短1 min。 (7)、转炉双联法脱磷目前，单用转炉工艺磷含量可达到0.0040.01 。其高低取决于铁水的硅和磷含量。根据渣量来确定铁水硅含量，在脱磷期间形成的P O5是一定的。在日本，铁水脱磷后再进行少渣吹炼比较普及。采用转炉双联法脱磷，钢水含磷可达0.004。然而，在这种情况下必须注意的是，铁水脱磷必须先脱硅，转炉冶炼超低硅铁水，具有少渣操作的优越性。另一方面，这一工艺废钢比低。采用双联法，第一座转炉的炉渣扒掉，第二座转炉出钢后炉渣返回到第一座转炉，用于下一炉次铁水脱磷，使转炉吹炼终点磷含量达0.003。如果出钢时带少量渣，渣中P2O5还原可使钢水回磷。此外，添加含磷合金元素和锰铁，也能引起磷含量增加，最终产品的磷含量比转炉吹炼终点的磷含量高出0.001左右。1.2国内转炉炼钢技术现状 转炉钢在我国炼钢产量中占据绝对统治地位，近年我国转炉钢产量和技术进步巨大，有力支撑了钢铁工业的发展，满足了经济建设的需求。但和国外钢铁强国比较，我国转炉炼钢整体水平落后，仍存在着炉容偏小、终点控制技术落后、物耗能耗较高等问题，必须优化工艺流程，提高技术装备水平，进一步提高转炉效率和改善钢水质量，为大规模多品种生产高质量钢打下基础。 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37 671.4 万t，占全国钢产量的89.472。20世纪90年代中、后期，在宝钢二炼钢厂、武钢三炼钢厂、鞍钢三炼钢厂、首钢炼钢厂先后建成投产了180t、210t、250t大型氧气顶底复吹转炉，从此我国转炉炼钢进入了高速发展期。其发展现状可以概括为以下几个方面3： 转炉钢产量 2003年我国转炉钢产量已接近1.9亿t,占我国钢产量的85.2%,约占世界转炉钢的25%。2010年我国转炉钢产量达5.49亿吨。 大中型重点钢铁企业转炉钢产量占主导地位 近年来, 由于新建了一批大、中型转炉以及原有小型转炉的扩容改造, 使转炉炼钢厂生产规模均有所扩大, 因此大、中型转炉钢产量大幅度提高。我国重点大、中型钢铁企业转炉钢产量分布情况的统计表明, 全国年产量200 万t 以上的大中型钢铁企业的产钢量已占全国钢总产量的82.4%。大型钢铁( 集团) 企业( 500 万t / a) 数量增多, 为发展转炉炼钢提供了有利条件。全国年产超过500 万t 钢铁企业数 1, 3 由2001 年的4 家增至2003 年的13 家, 钢产量由2001 年4 326万t 增至2003 年9 789万t。 转炉冶炼新钢种的开发与高附加值钢种的增长 我国汽车、造船、集装箱、石化、电工等行业对优质钢需求旺盛, 因此需要炼钢供应优质钢水浇铸成优质合格铸坯以满足轧材品种的需要。近年来我国转炉开发并成批量冶炼了IF 钢, 高强度级别的管线钢, 有些超低磷钢种要求船用钢, 压力容器用钢、集装箱用钢等高附加值钢种, 钢的质量亦不断提高。一些主要高附加值产品在2002 年产量增加的基础上, 2003 年又有大幅度增长, 如2003 年低合金中厚板增幅62% , 压力容器板达65% 。 转炉生产工艺进一步优化为了提高转炉钢的质量和扩大冶炼钢种，原有大、中型转炉炼钢厂都相继增建了铁水脱硫装置及二次精炼装置。近年来新建的转炉炼钢厂普遍配置了全量铁水脱硫装置，并根据冶炼钢种要求配置了炉外精炼装置，从而为生产高附加值钢种提供了有利条件。近年来转炉二次精炼比已大幅度提高，2006年我国转炉炼钢精炼比超过30。 转炉自动化水平不断提高大、中型转炉炼钢厂一般均采用了基础自动化和过程计算机控制系统，有些大中型转炉钢厂还设置了管理计算机系统。另外在一些有条件的大型转炉炼钢厂增设了副枪装置或炉气自动分析仪，以此为检测手段实现了计算机动态模型控制，从而提高了转炉终点命中率，改善了转炉作业指标。 转炉消耗指标逐步降低我国高炉生产能力的大幅度增长,可为转炉炼钢提供了充裕的铁水，又由于我国废钢资源短缺，故转炉炼钢炉料铁水比高而废钢比较低，这为转炉冶炼纯净钢和提高钢的质量提供了良好条件1。增加转炉煤气和蒸汽回收,钢渣二次利用,以及采用双预热钢包蓄热式烘烤器等,使炼钢能耗明显降低。继宝钢300t转炉后,武钢三炼钢250t转炉和宝钢二炼钢250t转炉相继实现了负能炼钢。2001 年武钢三炼钢转炉工序能耗降低到-6.37kg/t,转炉烟气热量回收率为91.2% ,吨钢煤气回收量为112.33m3,吨钢蒸汽回收量为108kg,炉衬砖消耗从1.36kg/t 降至0.21kg/t,使全炉役耐火材料消耗保持在0.7kg/t左右。此外, 武钢250t 转炉通过实施计算机炼钢技术,终渣全铁含量明显降低, 吹炼氧气消耗量由56. 69m3/t降低到50.89m3/t。溅渣护炉技术的普遍推广，炉衬材质的进一步改善，对炉体维护的加强以及转炉操作水平的不断改进，从而使转炉炉龄大幅度提高，耐火材料消耗降低。我国转炉炉龄已达到国际先进水平。2004 年,全国转炉平均炉龄4674 炉。2004 年2月武钢再次创造了30368次我国最高转炉炉龄纪录,复吹比达100% ,全程底部供气元件不更换。现代发展的复吹转炉具有如下优点4:(1) 熔池内钢水成分和温度均匀快。从底部供气元件吹入气体,增加了熔池的搅拌能,使熔池内钢水成分和温度均匀快。(2) 改善吹炼操作条件。通过底吹气体搅拌,使吹炼平稳。钢中含氧量有所降低, 渣中FeO 减少,喷溅减少,终点命中率高。(3) 转炉吹炼终点锰收得率有所提高。由于复吹转炉吹炼终点钢水中的氧和渣中的FeO 有所降低, 所以钢水的锰收得率有所提高。(4) 复吹炼钢钢水含氧量有所降低。(5) 脱碳效率有所提高。由于底吹气体的强搅拌,使钢水中C含量和O含量反应接近在平衡状态下进行,使脱碳效率有所提高,有利于生产低碳钢。(6) 与顶吹转炉相比,吨钢生产成本降低约6元。(7) 复吹法对原料的适应性强,与底吹转炉相比,冶炼中、高碳钢能力强；与顶吹转炉相比,冶炼低碳钢能力强。 表1.1 顶吹转炉、底吹转炉和项底复吹转炉冶金特点的比较顶吹转炉底吹转炉复吹转炉反应速度脱碳速度快，氧效率较高脱碳速度更快，氧效率较更高脱碳速度快，氧效率较高热效率可二次燃烧，热效率高无二次燃烧，热效率低可二次燃烧，热效率高化渣速度化渣速度较快化渣困难更易于化渣脱磷能力较强 弱 强吹炼平稳性差，易发生喷溅好，基本不喷溅较好，可控制喷溅从表1.1中可以看出：复吹转炉结合了顶吹、底吹转炉的优点，却避免二者的缺点。因而，成为非常有效的精炼工艺。1.3现代转炉炼钢新工艺及新技术 转炉炼钢的新技术主要是铁水预处理!(三脱)、顶底复合吹炼，溅渣护炉与转炉长寿、转炉吹炼自动控制，煤气回收与负能炼钢等。1.3.1铁水预处理工艺技术 铁水预处理是指将铁水兑入转炉之前进行的各种提纯处理。可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理。普通铁水预处理包括：铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱预处理。 特殊铁水预处理是针对铁水中含有特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用,如铁水提钒、提铌等预处理工艺。 铁水“三脱”预处理的目的和意义 (1) 转炉渣量大幅度降低（1525kg/t)实现少渣冶炼，降低成本、节能、提高钢质量和洁净度。 (2) 脱碳速度加快终点控制容易、氧效率提高，提高生产率。 (3) 锰的回收率提高 可进行锰矿熔融还原、降低成本。 (4) 转炉煤气成分稳定 ，煤气回收控制更加容易，以利实现转炉负能炼钢、节能、降成本。 (5) 有利于扩大品种（高碳、高锰钢系列。） 1.3. 2铁水脱硫工艺技术 铁水脱硫法是指在铁水罐、铁水包、混铁车中进行脱硫。 在高炉、炉外精炼炉和转炉内每脱除1kg硫的成本分别是铁水脱硫法的2.6倍、6.1倍、16.9 倍， 铁水脱硫法的成本低效率高。 铁水脱硫预处理的工艺方法： 投掷法-将脱硫剂投入铁水中； 喷粉法-将脱硫剂喷入铁水中；搅拌法（KR 法）将通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂搅拌脱硫。 三种方法的比较见下表1.2 表1.2铁水预处理方法比较工艺方法投掷法喷吹法KR法脱硫率/%脱硫剂种类脱硫剂消耗/kg/t最低铁水含硫s/%铁耗/kg/t温降/次处理成本/元/t投资成本6070苏打粉8100.015303040低8090镁系脱S剂0.520.003101015一般9095石灰10120.0021520203020较高 因为喷粉法具有处理能力大、反应速度快、自动化程度高、脱硫效率高、操作费用和设备费用低等特点,所以喷粉法已成为当今铁水预脱硫的主流方法。 铁水脱硫剂的选择： 元素的脱硫能力由高到低依次为:CaC2、NaO2、Mg、BaO、CaO、MnO、MgO。工业中常用的脱硫剂有CaC2系、CaO+ Mg系、Mg系。 1.3.3 铁水脱磷工艺技术 铁水脱磷可在混铁车、铁水罐、铁水包、转炉进行脱磷。 铁水预处理脱磷反应温度低(1300度1350度), 热力学条件好, 易于脱磷。 铁水中、含量高 提高了铁水磷的活度 有利于脱磷。 由于铁水预处理脱磷具备良好的化学热力学条件, 渣钢间磷的分配系数是炼钢脱磷的 倍,因而渣量小可以控制较低的渣 ,脱磷成本低 。 在氧化条件下脱磷反应是阳极反应P- 5e =P5+ 脱硫反应是阴极反应S+2e = S2-,所以铁水间同时脱 磷脱硫是可行的, 只是需采用较大脱硫能力的熔剂。 1.3.4 铁水脱硅工艺技术 脱硅是脱磷的必要条件 换言之,铁水须先脱硅 再同时脱磷脱硫。 脱硅易于减少转炉石灰用量和渣量。可在低碱度下实现脱硅成本低。铁水脱硅可在高炉的铁水沟连续进行和两段法,也可在铁水罐脱硅。 1.3. 5 顶底复合吹炼技术 顶底复合吹炼法的冶金特点如下： 由于增加了底部供气元件，加强了熔池的搅拌力； 降低了钢液中的磷含量，减少了喷溅； 提高了钢液中的残锰含量； 保持顶吹转炉成渣速度快和底吹转炉吹炼平稳的双重优点。 冶炼低碳钢(C=0.01%0.02%)时，避免了钢渣过氧化。 1.3.6 溅渣护炉技术 溅渣护炉工艺的基本思想是在转炉出钢后, 将终渣留在炉内, 然后适当调整终渣成分(主要是MgO 含量) , 然后高压氮气通过氧枪吹渣, 使终渣溅起附在炉衬上, 形成炉衬的保护层, 从而减轻炼钢过程对炉衬的机械冲刷和化学侵蚀, 达到保护炉衬, 大幅度提高炉龄的目的。 1. 技术要点如下： 炉内合理的留渣量， 通常控制在80120kg/t 较合适。 炉渣特性控制： 终渣MgO 8% 为宜(特别对镁碳砖转炉)。 FeO12%18% 为宜。 合适的炉渣粘度：易溅起、挂渣、均匀又防止炉底上涨、炉膛变形。 溅渣操作参数控制 N2 压力与流量与氧气压力、 流量相接近时，效果较好。 枪位高度要根据企业实际摸索，可在12.5m之间变化。溅渣时间通常为2.54min。 枪位夹角多数企业的实践证明12度比较理想。 2. 溅渣护炉的经济效益 提高炉龄34 倍以上。 提高转炉利用系数2%4%。降低炉衬砖消耗0.21.0kg/t，降低补炉料消耗 0.51.0kg/t。 减轻工人劳动强度。 投资回报率高。 3. 溅渣护炉与复吹转炉的关系 对于采用溅渣护炉与复吹冶炼并存的转炉，随着溅渣后炉龄的提高，炉底相应上涨，影响了底吹透气砖的工作，此时，底吹透气砖的寿命约为3000 炉，这意味着从3000 炉以后， 复吹效果大大减弱， 甚至消失。 而溅渣护炉的炉龄远远大于3000 炉(现在达2 万多炉)。 这就是一贯注重高纯净钢，普遍采用复吹技术的日本不愿意采用溅渣护炉技术的原因。 目前，炼钢工作者正努力开发底吹喷嘴长寿技术，要点如下： 利用底吹喷嘴前蘑菇头的生长和控制技术，实现喷嘴长寿化。 炉役前期，利用粘渣、挂渣和溅渣迅速在喷嘴前端生成透气蘑菇头，避免喷嘴烧损。 炉役中后期注意控制蘑菇头高度，防止堵塞。 对堵塞喷嘴采用复通技术。1.3.7纯净钢生产技术 （1）超低硫钢生产技术钢中线性硫化物是裂纹源,使产品易于断裂,对于中厚板易于产生SSC 裂纹和HIC 裂纹。对于高洁净钢,过去要求最高的 S为5010-6,现在,某些情况下已要求 S为3010-6,2010-6甚至 1010-6 。因此开发超低硫钢生产技术具有重要的意义。铁水脱硫是一种较经济、有效的脱硫方法,在工业生产中得到广泛的采用。宝钢曾先后采用了混铁车(CaO系、CaC2系脱硫剂) 和铁水包(Mg系脱硫剂)两种脱硫方式。当铁水原始硫为(150300)10-6时,脱硫后铁水硫含量最低可达(1030)10-6的水平。 （2）低磷钢生产技术钢中磷过高在凝固时会产生严重的偏析而导致产品脆裂。对于高级管线钢需要将磷降至10010-6以下,而对于在极寒冷地区使用的管线钢,为防止冷脆,甚至需将钢中磷含量控制在5010-6以下。（3）转炉少渣冶炼技术经“三脱”处理后铁水中硅含量降至痕迹,磷含量也大幅度下降,大大减轻了转炉冶炼的负荷转炉的渣量因此可以大为降低。由于脱磷负荷很小,前期化渣脱磷的时间可以缩短,尽快进入脱碳升温阶段,转炉的产能将因此提高。主要的问题在于“三脱”铁水中硅含量为痕迹,对转炉吹炼化渣作业而言,开吹后势必前期碱度过高导致起渣慢、成渣难,转炉必增加额外硅源和助熔剂化渣。由此可见, 渣量、铁损和氧气单耗均有不同程度的降低。洁净钢的生产是社会的需求, 市场的必然。虽说这方面技术已有了初步基础, 但要搞好这些工作, 还有待于大家共同地努力。总之, 在上述技术、设备的合理应用基础上, 洁净钢的生产必将成为我国当代钢铁工业的先导20，21。1.3.8转炉炼钢自动控制技术 转炉吹炼自动控制分为三个阶段： 静态控制 依据初始条件(铁水重量、成分、温度、废钢重量、分类)。 要求的终点目标(终点温度、化学成分)以及参考炉次的参考数据,计算出本炉次的氧耗量,确定各种副原料的加入量和吹炼过程氧枪的高度。 静态控制包括三个模型:氧量模型、枪位模型和副原料模型。 这样可基本命中终点的含碳量和温度目标。 动态控制当转炉供氧量达到氧耗量的85%左右时,降低吹氧流量,副枪开始测温、定碳,并把测得的温度值及碳含量送入过程计算机。 过程计算机则计算出达到目标温度和目标碳含量所需补吹的氧量及冷却剂加入量,并以副枪测到的实际值作为初值,以后每吹3 秒的氧气量,启动一次动态计算,预测熔池内温度和目标碳含量,当温度和碳含量都进入目标范围时,发出停吹命令。 终点C 和温度T 的命中率可达80% 以上。 但动态控制不能对造渣过程有效监测和控制,不能降低转炉喷溅率,不能对终点S、P 进行准确控制, S、P 成分不合格造成“ 后吹”时有增加,不能实现计算机对整个吹炼过程进行闭环在线控制. 全自动控制 在静态、动态控制基础上,通过对炉渣的在线检测,控制喷溅,并全面预报终点C、S、P、T 实现闭环控制。 全自动控制效果： 提高终点碳含量控制精度：低碳钢0.015%，中碳钢0.02,高碳钢0.05%,温度T10% 。 实现对终点S、P、Mn 含量的准确预报, 精度为:S0.009% ,P0.001% ,Mn0.09%. 后吹率从60% 下降到32%( 中高碳钢)。 喷溅率从29% 下降到5.4%。 停氧到出钢时间从8.2min 缩到2.5min。 铁收得率提高0.49%,石灰消耗减少3kg/t。 炉龄提高30%。 1.3.9煤气回收与负能炼钢 技术原理如下： 氧气转炉炼钢的基本化学反应是碳、硅、元素在氧化反应中放热。C+OCO Si+OSiO2 氧化反应生成大量CO 燃气；燃气温度（物理热）平均为1 500 1600 ，燃气热值（化学潜热）平均为2 100 kCal/Nm3,煤气波动在7115 Nm3/t 。采用煤气回收装置回收转炉烟气的化学潜热；采用余热锅炉回收烟气的物理显热。当炉气回收的总热量大于炼钢厂生产消耗的总能量时，则实现了“炼钢厂负能炼钢”。 1978年到1998年20年间，我国吨钢能耗下降488，节能效果显著。据1998年统计，我国大中型钢铁企业吨钢的可比能耗为901kg标准煤，仍比日本吨钢能耗高245kg标准煤(为37)。炼钢节能潜力巨大。炼钢厂节能的技术措施是：(1)降低铁钢比。每降低01铁钢比，可降低吨钢能耗7085kg标准煤；(2)提高连铸比。和模铸相比，连铸可降低能耗5080，提高成材率718%折合标准煤63162kgt；(3)回收利用转炉煤气，可降低吨钢能耗3llkg标准煤；(4)提高连铸坯热送比，可降低吨钢能耗1921kg标准煤；(5)提高转炉作业率，可降低工序能耗3kg标准煤。1.4设计内容及方案1.4.1设计原则本方案计划设计年产425万吨合格铸坯炼钢厂转炉车间，本转炉炼钢车间设计为大型化、现代化设计，可使钢厂发挥炼钢系统的综合经济效益。基本设计原则如下：（1）本设计本着先进、可靠、经济、实用的原则，技术装备水平满足产品大纲品种质量的要求；（2）与中板、炉卷更好的结合，进行一体化布置，实现热装热送新工艺，达到降低能耗、低成本运营的经济效果；优化工艺布置；（3）认真贯彻国家有关环保、安全、卫生、防火的有关规定和标准，采用有效的措施，同时设计，同时施工，同时投产，创最佳的经济和社会效益；（4）在设备选型上遵循先进、实用的条件下，尽量减少投资；（5）总图和车间工艺布置要求简洁、紧凑、实用。 1.4.2生产规模 年产425万吨合格连铸坯 1.4.3产品方案 产品方案如表11所示：表1-1 产品方案钢种代表钢号产量（万吨）比例普碳钢Q2358520%Q255桥梁钢板Q345AQ345BQ345CQ345DQ345E25560%优质碳素钢45 8520%40Mn 45Mn这四种产品的精炼方法如下：桥梁钢板经过LF钢包精炼炉处理后需RH进行脱碳处理再进行连铸生产；优质碳素钢经过LF钢包精炼炉处理后进行连铸生产。 转炉的物料平衡计算 第二章 转炉系统工艺流程及特点2.1转炉系统主要流程高炉铁水扒渣中心铁水预处理中心废钢场废钢配比废钢槽称量倒罐站制氧氮氩中心定吹阀门站氧气阀门站铁合金库辅原料料仓铁合金料仓中心料仓高位料仓称量斗称量斗铁水罐称量运输铁水罐扒渣站3150顶底复吹转炉渣处理间烟气冷却烟气处理烟气回收钢水罐吹、加合金、顶渣LF炉RH炉板坯连铸机锤渣间粒铁回收中心图22工艺流程图 高炉铁水由300t混铁水车运至扒渣中心，经扒渣，然后脱磷、脱硫，其后再扒渣，完成铁水预处理的全过程。铁水在倒罐站倒包、称量，被吊运到150t转炉内进行冶炼，每炉钢经过40分钟冶炼后，自动测温、取样，成份分析合格后，钢水出炉进行精炼，经过LF炉和RH精炼后的钢水送至连铸机进行浇注。2.2生产工艺流程的特点如下：1铁水预处理脱磷、脱硫；2转炉终点碳控制在0.05%0.08%；3在出钢时使用挡渣球，保证挡渣效果；4钢包脱氧合金化，采用Mn-Si配硅，不足锰用中碳锰铁补足；5精炼站喂铝线，钢中酸溶铝含量稳定在0.02%0.04%；喂钙线控制在w/w=0.1；6保证弱吹氩搅拌时间，促进非气体夹杂物充分上浮；7中间包钢水过热度在30左右为宜；8全程保护浇注，防止钢水二次氧化。2.3主要设备及新技术1）3150吨顶底复吹转炉 采用的新技术有：弱搅拌复吹技术、加强炉腹空冷技术、气动挡渣技术、副枪钢水自动检测、负能炼钢技术等。2）3150吨LF精炼炉（需改正） 采用的新技术是：泡沫渣埋弧加热技术、惰性气体炉盖、自动测温取样装置、计算机冶金模型控制、全程底吹氩搅拌和喂丝等清洁炼钢技术等。3）2150吨RH精炼炉 主要的新技术有：大容量蒸汽喷射泵；多功能顶枪装置；尾气分析系统等。4）2（3002200）板坯连铸机， 连铸新技术有：自动开浇技术；结晶器液面自动控制；全程无氧化保护浇注；成品坯自动跟踪和计算机管理等。第三章 转炉车间设备计算与设计3.1转炉车间组成及生产能力的计算3.1.1 转炉车间组成 一般情况下，完整的氧气转炉车间应包括： (1)主要跨间。主要跨间由转炉跨、浇铸跨、加料跨组成，又称为车间主厂房。在此要完成加料、吹炼、出钢、出渣、精炼、浇铸、烟气的净化与回收等任务，因此，是车间的主体和核心部分。 (2)辅助跨间。辅助跨间包括原料的准备、浇铸前的准备、铸坯或钢锭的精整等跨间。 (3)附属跨间。包括炼钢所需的石灰、白云石等原料的焙烧；机修、制氧、供水等系统，以及炉渣的处理、烟尘的处理等系统3.1.2 转炉容量和座数的确定3.1.2.1 转炉容量 转炉在一个炉役期内，由于受到侵蚀而逐渐减薄，炉容量随之增大，因此需要一个统一的衡量标准，叫做公称容量。我国转炉公称容量一般用一个炉役期内的平均炉产钢水量来表示。本设计选择的转炉容量为150t。3.1.2.2转炉座数转炉座数的确定与采用的吹炼制度有关，即采用“三吹二”制或“二吹一”制，为了有效地提高转炉利用率及提高平均日作业率，同时由于炉衬材质的改进和溅渣护炉技术的采用，炉龄大幅度提高，借鉴同类型厂家经验，本设计采用“三吹三”制度。3.1.3 车间生产能力的确定 3.1.3.1选取转炉作业率和冶炼一炉钢平均时间 本设计为转炉与全连铸配合，转炉作业率取80% 参考表3.1可取冶炼一炉钢的冶炼时间取40min，吹氧时间16min。表3.1 平均每炉钢冶炼时间推荐表转炉容量3030100100备注冶金时间283232383845结合具体条件确定3.1.3.2计算出年出钢炉数（N） 转炉数取3台（炉） （3-1）3.1.3.3计算年产钢水量在选定转炉公称容量和转炉工作制后，即可计算出车间的年产钢水量： 年产钢水量W=n Nq=（吨） （3-2）本设计中取转炉公称容量为150吨。3.1.4转炉炉型选择及计算转炉由炉帽、炉身、炉底三部分组成。转炉炉型是指由上述三部分组成的炉衬内部空间的几何形状。由于炉帽和炉身的形状没有变化，所以通常按熔池形状将转炉分为筒球型、锥球型和截锥型等三种。炉型的选择往往与转炉的容量【4】有关。本设计转炉为中型转炉，由于筒球型炉型形状简单，砌砖方便，炉壳容易制造，故我们选择筒球型。，通常球缺体半径R为熔池直径D的1.11.25倍。 本设计中取R=1.1D3.1.5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D确定初期金属装入量G：取B=15%则G= 确定吹氧时间： 根据生产实践，吨钢耗氧量，一般低磷铁水约为5057，取吨钢耗氧量为57。并取吹氧时间为16min，则 供氧强度= 取=1.60则 D=1.60=4.93m （3-3）式中 D熔池直径，m；G新炉金属装入量，t，此处取公称容量150t；K系数，转炉为大容量转炉，K取1.60；参见表3.2t平均每炉钢纯吹氧时间，min，表3.2 系数K的推荐值转炉容量3030100100备注K1.82.11.751.851.51.75大容量取下限，小容量取上限熔池深度h熔池深度是指转炉熔池在平静状态时金属液面到炉底的深度。对于熔池体积V池和熔池直径D及熔池深度h有如下关系：=0.79hD2-0.046D3h=1.454m （3-4）=22.40m3（=6.8t/m3） （3-5）（2）炉帽尺寸计算炉帽倾角: 炉帽内墙与水平线的夹角，过大炉帽高出钢时炉口流渣，过小炉衬易倒塌，由实践和计算一般6068。本设计中可取64炉口直径: 设计时应保证兑铁水和加废钢条件下，尽量减少炉口直径=（0.430.53）D，本设计取=0.48D （3-6）炉帽高度： =300400mm，本设计中取350mm则整个炉帽高度为： =（D-）tan/2+=2.97m （3-7）炉帽部分容积： 在炉口处设置水箱式水冷炉口 =（+）/12+/4 （3-8） = =33.87m3（3）炉身尺寸计算 =4/=4(-)/=4.52m （3-9） 本设计中，炉容比/G取0.95m3/t，因而=0.95G=142.5m3 =-=86.23m3 （3-10）（4） 出钢口尺寸计算 出钢口位于炉帽和炉身交接处，便于修砌、维护，出钢时处于钢液最深处，出钢口角度=045，新设计的转炉炉容大，高架式车间 减小015,大型转炉普遍采用0出钢口 ，其优点a)出钢口短,减少散热和二次氧化,便于维护。b)不发生涡流，避免钢液夹渣。 出钢口中心线水平倾角1：1取20出钢口直径：=18cm=0.18m （3-11）出钢口衬砖外径：=6=60.18=1.08m （3-12）出钢口长度：=7=70.18=1.26m （5） 炉衬厚度确定及计算 炉衬由工作层、填充层、永久层和绝