年产320万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计毕业设计.doc

西安建筑科技大学本科毕业设计（论文）任务书题 目：年产320万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计院（系）：专 业：学生姓名：学 号：指导教师（签名）： 主管院长（主任）（签名）：时 间： 一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）设计题目：年产320万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计钢种： 普碳钢、低合金钢、优质碳素结构钢、弹簧钢规格： 方坯 板坯包括转炉容量和座数的选择确定；转炉炉型设计；氧枪设计；炉外处理、连铸机以及除尘系统的设计与选择；炼钢过程物料平衡和热量平衡计算；转炉车间生产工艺设计和布置；车间主要设备选择和车间平面设计以及总图运输方案的确定。进行毕业实习，收集有关资料；编制设计说明书一份，完成专题部分，翻译冶金专业相关外文文献一篇，绘制转炉炉型图、车间平面图和剖面图各一张，使学生能够理论联系实际，掌握转炉炼钢车间设计的基本原理，为今后从事相关的技术工作奠定基础。二、毕业设计（论文）题目应完成的工作（含图纸数量）1. 根据设计题目完成毕业实习并收集有关资料，进行技术准备；2. 炼钢厂车间总体设计；3. 转炉炉型设计；4. 物料平衡与热平衡计算；5. 生产工艺设计；6. 车间工艺布置；7. 车间主要设备选择；8. 生产组织与人员编制；9. 主要技术经济指标；10. 绘制设计图纸三张（其中至少手绘一张）：转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张； 11. 翻译与冶金工程专业有关的外文文献一篇（不少于4000字）；12. 完成专题：含钛高炉渣的利用（不少于5000字）；13. 完成设计说明书一本。三、毕业设计（论文）进程的安排序号设计（论文）各阶段任务日 期备 注1毕业实习、收集资料2012.2.27-3.232设计相关计算3.244.63炉型、工艺、主设备设计和选择4.75.94车间布置5.105.165制图与翻译5.175.306编制设计说明书5.316.77准备答辩6.86.14四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）1钢铁生产工艺概述 西安建筑科技大学2钢铁冶金学（炼钢部分） 陈家祥编 冶金工业出版社 19903炼钢工艺学 高泽平编 冶金工业出版社 20064钢铁厂设计原理（下册） 李传薪编 冶金工业出版社 19955普通冶金 西安建筑科技大学 20026炼钢设计原理 冯聚和编 化学工业出版社 2005 7毕业设计参考资料 钢铁冶金专业 西安建筑科技大学 8金属提取冶金学 王成刚，王齐铭主编 西安地图出版社 20009现代转炉炼钢 戴云阁等编 东北大学出版社 199810 与专题有关的最新文献五、审核批准意见 教研室主任签（章） 第 80 页年产320万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计设计总说明本设计根据设计任务书的要求，结合所学专业理论知识，对炼钢厂从原料供给到炼钢过程，最后到连铸出坯等流程进行了全面的设计。根据生产钢种及车间规模，选择的工艺流程是：BOF-LF-CC。设计以炼钢车间为主体，并重点针对顶底复吹转炉。在转炉物料平衡和热平衡计算的基础上，对炼钢车间的主要设备型号及参数进行了选择和设计，对车间人员编制及技术经济指标进行了计算，并且完成了主体设备选择、炼钢工艺设计、主厂房工艺布置和设备布置工作。编写说明书一份，绘制转炉炉型图、车间平面图和剖面图各一张，完成专题写作及外文翻译。关键词：转炉炼钢车间；工艺设计；物料平衡及热平衡计算；炉外精炼；连铸 Designing of the BOF Steelmaking Processing for the Annual Output of 3.2Million-ton SlabAccording to the design requirements of the mission statement， combined with the theoretical knowledge， from raw material supply to the steel making process， a slab continuous casting processing was designed. The processing is BOF-LF-CC. The steel-making plant is the main design project， the top and bottom blowing converter was selected. Based on the converter material balance and heat balance calculation， we completed the main equipment for steel-making plant selection and design parameters， and the completion of the main equipment selection， the design of steel-making process. Furthermore， the technical economy parameters was calculated， the main process plant layout and equipment layout were designed. Prepared a manual， drawing a converter furnace map， areal workshop and section plane blueprint .Translated a English paper into Chinese.Key words: BOF steel-making workshop；processing designing；converter material balance and heat balance calculation；Secondary refining；casting目录1炼钢车间设计方案11.1主要钢种及产品方案11.2工艺流程11.3 转炉车间组成及生产能力的确定21.3.1车间组成21.3.2转炉车间生产能力的确定21.4 主厂房工艺布置31.4.1原料跨间布置31.4.2炉子跨的布置31.4.3精炼跨的布置31.4.4浇注跨的布置41.5 原材料方案设计41.5.1金属料41.5.2散状材料52物料平衡与热平衡52.1物料平衡52.1.1计算原始数据52.1.2物料平衡基本项目72.1.3计算步骤72.2热平衡计算152.2.1计算原始数据152.2.2计算步骤163顶底复吹转炉设计203.1炉型设计203.1.1炉型选择203.1.2主要参数的确定。203.2炉底供气构件的设计233.3 转炉炉体金属构件设计233.4 氧枪设计243.5 氧枪装置与副枪274烟气净化系统284.1烟气量的计算284.1.1最大炉气量qv0284.1.2烟气量qv284.1.3烟气成分294.1.4煤气浓度修正294.1.5回收煤气量的计算294.2.6烟气净化系统类型的选择294.3烟气净化系统主要设备的选择304.3.1烟气收集设备-烟罩304.3.2烟气冷却设备304.3.3除尘设备304.3.4脱水设备314.3.5抽气设备314.4含尘污水处理315 转炉炼钢的生产工艺设计325.1 炼钢用原材料325.1.1金属料325.1.2非金属料345.2装料制度355.2.1装料次序355.2.2装入量355.2.3装入量方法365.2.4装料操作365.3供氧制度365.3.1氧枪365.3.2供氧操作375.4造渣制度385.4.1炉渣碱度的控制与石灰加入量的确定385.4.2炉渣粘度的控制395.4.3炉渣氧化性的控制395.4.4泡沫渣及其控制405.4.5放渣及留渣操作405.5温度制度405.5.1出钢温度的确定405.5.2冷却剂及其加入量的确定415.6终点控制和出钢425.7精炼工艺425.8连铸工艺435.8.1钢水准备435.8.2连铸工艺436车间主要设备的选择456.1原料跨456.1.1金属料供应及设备456.1.2散装料供应及设备476.2转炉跨496.2.1钢包需要量计算496.2.2渣罐和渣罐车数量的确定496.3精炼设备506.4连铸跨506.4.1板坯的生产506.4.2方坯的生产536.4.3其他工艺参数及设备的确定546.5制氧机的选择577主厂房工艺布置597.1原料跨跨间布置597.2转炉跨间的布置607.3精炼设备的布置667.4连铸设备的布置668 炼钢车间人员编制699 炼钢车间经济指标73参考文献74致谢75专题761炼钢车间设计方案根据设计任务书的要求及各种设计条件提出初步设计思路，这是对设计工作一个框架式的设定。方案的确定要求设计合理，能顺利生产。1.1主要钢种及产品方案本设计主要生产普碳钢、低合金钢，优质碳素结构钢，弹簧钢，也可根据市场的要求进行灵活调整。根据毕业设计任务书中年产320万吨铸坯的要求，确定其产品大纲。见表1-1。表1-1 产品大纲钢种代表型号年产钢量所占比例铸坯断面长宽定长尺寸普碳钢Q235A60万吨18.7%150150mm9000mm低合金钢Q29560万吨18.7%150150mm9000mm优质碳素结构钢20Mn100万吨31.25%1801000mm9000mm弹簧钢65Mn100万吨31.25%220220mm9000mm1.2工艺流程根据设计任务书的要求以及现代转炉炼钢的发展趋势，确定本设计方案其基本的工艺流程（图1-1）。图1-1炼钢车间工艺流程1.3 转炉车间组成及生产能力的确定1.3.1车间组成现代氧气转炉炼钢车间由以下各部分组成：铁水预处理站及铁水倒罐站；废钢堆场与配料间；主厂房（包括炉子跨、原料跨、炉外精炼及钢包装运跨、浇注系统各跨间）；铁合金仓库及散状原料储运设施；渣场；耐火材料仓库；烟气净化设施及煤气回收设施；水处理设施；分析、检测及计算机监控设施；备品备件库、机修间、生产必需的生活福利设施；水、电、气（氧、氩、氮、压缩空气）等的供应设施。1.3.2转炉车间生产能力的确定（1）转炉容量及座数。根据年产320万吨生产能力的要求，冶炼周期取40min，供氧时间为16min。采用2吹2制度，故转炉公称容量G=3200000/365(1440/40)2=122t，因此采取2座150t 转炉。表1-2 平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量（t）100备注冶炼时间283232383845结合供氧强度，铁水成分和所炼钢种具体确定吹氧时间121614181620（2）计算年出钢炉数。每一转炉的年出钢炉数N为：N=11169炉/年式中：T1每炉钢的平均冶炼时间，40min/炉； 1440一天的时间，min/d； 365一年的日历天数，d/a； 转炉作业率，取85%。车间年产钢水量=nNq=211169150=3350700(t)炉外精炼收得率取：99% 连铸收得率：98%所以年产铸坯量=335070099%98%=3250849t3200000t，则该车间年产合格钢坯量可以满足设计需求。1.4 主厂房工艺布置氧气转炉炼钢车间的主体部分是主厂房，包括原料跨、炉子跨和浇注跨三大跨间。为了使各种物流运行顺向，将原料跨和浇注跨布置在炉子跨的两侧。1.4.1原料跨间布置原料跨内主要完成兑铁水、加废钢和转炉炉前的工艺操作。其两端分别布置铁水和废钢工段，采用混铁车运输铁水。其中布置铁水预处理站、铁水倒罐站。铁水预处理采取三站工作制，脱硫预处理站脱硅预处理站脱磷预处理站。由于脱硫的条件和脱硅脱磷不一样，考虑到工艺的顺畅，故将脱硫处理布置在铁水预处理第一站，由于脱磷要求硅含量低于0.15%，因此将脱硅预处理置于脱磷之前。铁水预处理站内设置两条运输线和与其垂直的受铁坑（铁水坑位于铁水线下面），一个受铁坑有两个铁水转注位置。铁水预处理采用喷粉处理工艺，喷吹石灰粉配加石灰石粉及石灰系脱磷剂，预处理后采用机械扒渣。在原料跨的一端设废钢工段供应废钢，用电磁吊车装入废钢料斗，称量后待用。1.4.2炉子跨的布置 炉子跨是车间中厂房最高，建筑结构最复杂和单位投资最多的跨间。很多重要的生产设备与辅助设备都布置在这里，其中包括转炉，转炉倾动系统，散装料供应系统和加料、供氧系统，底吹气系统，烟气净化系统，出渣、出钢设施，拆修炉设备。 炉子跨采用横向布置。烟道和烟罩皆沿跨间朝炉后弯曲，一是便于氧枪和副枪穿过烟罩插入转炉内，二是有一个连续的更换氧枪的通道，换枪方便。 散装料的各个高位料仓沿炉子跨纵向布置，在其顶部有分配皮带机通过，高位料仓布置在紧靠烟道的后面，这样烟道倾角较大，不易积灰。转炉烟气净化采用湿法文氏管洗涤器，布置在炉子跨内。 转炉修炉方法采用上修法，烟罩下部可侧向移动。1.4.3精炼跨的布置由于产品大纲要求，本设计的精炼工艺流程为：转炉LF炉。LF主要起脱氧、脱硫及调温调整成份作用，提高连铸率和钢水收得率。1.4.4浇注跨的布置本设计采取全连铸工艺，在连铸跨内安放中间包、结晶器、二冷段、拉矫机。在出坯跨中设置毛刺喷印设备、在线监控和检测设备、废坯清除、精整设备和铸坯热运输设备。这种布置简化了工艺流程和运输组织，占地少，机械化和自动化程度高，有利于实现铸坯直接热送、热装及连铸连轧。连铸设备采用横向布置，钢水运送距离短、物料流程合理，便于增加和扩大连铸机的生产能力，把不同的作业分开，各项操作互不干扰，适于全连铸车间。连铸车间工艺布置的原则是：钢水供应方便，重视中间包拆卸、修砌和烘烤，以及对结晶器和二冷扇形段的更换、对弧等设备设置专门工作区，留有适当的铸坯精整区域，采用计算机技术等。1.5 原材料方案设计 1.5.1金属料（1）铁水铁水是转炉的主要金属原料，占金属料装入量的70%100%，为了保证冶炼过程顺利，铁水必须满足要求。转炉通常要求铁水温度必须大于1350，硅是铁水中主要发热元素之一，生成的SiO2是渣中的酸性成分。转炉铁水含硅量以在0.3%0.8%为宜，前后波动应为0.15%。锰是钢中有益元素，锰可加速石灰熔化，提高终点钢水残锰量和提高脱硫效果，通常含量在0.5% 左右。磷是高炉中不能去除的元素，各种碱性炼钢法都能脱磷，但转炉的冶炼要求尽量有稳定的含磷量，以稳定转炉的吹炼制度。硫在大多数钢种是有害元素，在氧化性气氛下，采用双渣、换渣或大渣量，可以脱除较多的硫，硫含量通常小于0.5%。（2）废钢氧气转炉用铁水炼钢因热量富余故可加入10%30%的废钢，作为调正吹炼温度的冷却剂，采用废钢冷却可降低转炉的钢铁料、造渣料和氧气的消耗。对外形尺寸和单重过大的废钢，应预先进行解体和切割、不装伤炉衬和加速熔化。对轻薄料应打包或压块，以缩短装料时间，块度最长0.5m，最大重量100kg，最大面积0.15m2。（3）铁合金 炼钢生产中广泛使用各种脱氧合金化元素与铁的合金，铁合金必须加工成一定块度使用，并要数量准，成分明，干燥纯净，不混料，在保证钢质量的前提下，选用适当牌号铁合金，对熔点较低和易氧化的合金，可在低温（200）下烘烤。熔点高和不易氧化的合金应在高温（800）下烘烤并要保证足够的时间。1.5.2散状材料（1）石灰石灰是碱性炼钢法的基本造渣材料，对石灰化学成分的要求是CaO含量应高而SiO2和S的含量应尽可能低，把灼减控制在4%70%，块度一般以540mm为宜石灰质量要求：CaO90%，SiO23%，S0.1%，过烧率14%。（2）萤石萤石能使CaO和阻碍石灰熔解的2CaOSiO2外壳的熔点显著降低，加速石灰熔解，迅速改善炉渣流动性。对萤石的成分要求CaF2高，硫成分和水分要低。其块度一般为540mm。（3）生白云石其主要成分是CaCO3MgCO3，用白云石造渣可使渣中保持一定量的MgO以减少炉渣对炉衬的倾蚀，对白云石的要求，一般为MgO20%，块度为540mm（4）其他合成渣料采用FexOy或CaF2或MgO作熔剂与石灰制成的复合渣料，氧气要求纯度大于99.5%，铁矿石要求是Fe2O3或Fe3O4含量高的富矿，增碳剂含量应大95%，粒度适中。 2物料平衡与热平衡2.1物料平衡2.1.1计算原始数据基本数据有冶炼钢种及其成分，金属料铁水和废钢的成分。终点钢水成分（表2-1）造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表2-2），脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表2-3）其它工艺参数（表2-4）。表2-1 钢种、铁水、废钢、和终点钢水的成分设定值（质量百分数）成分类别CSiMnPS20Mn0.200.300.800.0350.035铁水设定值4.200.800.600.2000.035废钢设定值0.200.300.800.0300.030终点钢水设定值(1)0.10痕迹0.180.0200.021(1) C和Si按实际生产情况选取 Mn、P、S分别按铁水中相应成分含量的30%、10%、和60% 留在钢水中设定。 注： 本计算设定的冶炼钢种为20Mn表2-2 原材料成分（质量百分数）成分类别CaOSiO2MGOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰88.02.502.601.500.500.100.064.640.10萤石0.305.500.601.601.5088.00.900.101.50白云石36.400.8025.601.0036.2炉衬1.203.0078.801.401.6014焦炭0.5881.512.45.52表2-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）成分类别CSiMnAlPSFe硅铁73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/90(1)0.50/7567.80/800.23/1000.13/10024.74/100(1) 10%C与氧生成CO2表2-4 其它工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度萤石加入量生白云石加入量炉衬蚀损量终渣（FeO）含量按（FeO=1.35(Fe2O3)折算烟尘量喷溅铁损%CaO/%SiO2=3.5为铁水量的0.5%为铁水量的2.5%为铁水量的0.3%15%，而（Fe2O3）/ （FeO）=1/3，即（Fe2O3）=5%，（FeO）=8.25%为铁水量的1.5%（其中FeO为75%，为20%）为铁水量的1%渣中铁损（铁珠）氧气纯度炉气中的自由氧量气化去硫量金属中C的氧化产物废钢量为渣量的6%99%，余者为N20.5%（体积比）占总去硫量的1/390%C氧化成CO，10%氧化成CO2由热平衡计算确定2.1.2物料平衡基本项目收入项 支出项铁水 钢水废钢 炉渣熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石） 烟尘氧气 渣中铁珠炉衬蚀损 炉气铁合金 喷溅2.1.3计算步骤（1）计算脱氧合金化前的总渣量及其成。总渣量包括铁水中元素的氧化、炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表2-52-7.总渣量及其成分如表2-8.表2-5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量元素反应产物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）产物量（kg）备注CC-COC-CO24.1090%=3.6904.1010%=0.4104.9201.0908.6101.500SiSi-(SiO2)0.8000.9101.710入渣MnMn-(MnO)0.4200.1200.540入渣PP-(P2O5)0.1800.2300.410入渣SS-SO2S+(CaO)=(CaS)+(O)0.0141/3=0.0050.0142/3=0.0090.005-0.005(1)0.0100.021（CaS）入渣FeFe-(FeOFe-(Fe2O31.07656/72=0.8370.606112/160=0.4240.2390.1821.0760.606入渣入渣合计6.7757.691成渣量4.343入渣组分之和(1) CaO还原出来的氧量：消耗的CaO量为：0.00956/32=0.016kg表2-6 炉衬蚀损成渣量炉衬蚀损量（kg）成渣组分（kg）气态产物耗氧量(kg)CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3C-COC-CO2C-CO，CO20.3(据表2-4)0.0040.0090.2360.0040.0050.3149028/12=0.0880.3141044/120.0150.314（9016/12+1032/12）0.062合计0.2580.103表2-7加入熔剂的成渣量类别加入量（kg）成渣组分（kg）气态产物（kg）CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O2萤石0.5（据表2-4）0.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005生白云石2.5（据表2-4）0.9100.6400.0200.0250.905石灰6.67(1)5.863(2)0.1730.1670.1000.0330.0070.0090.0070.3090.002(3)合计6.7750.8160.2150.1330.0410.0120.0100.4400.0121.2140.002成渣量8.442(1) 石灰加入量计算如下： 渣中已含（CaO）0.016+0.004+0.002+0.9100.900kg渣中已含（SiO2）1.710+0.009+0.028+0.0201.767kg。因设定的终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为R(SiO2)-(CaO)/(%CaO石灰-R%SiO2石灰)=6.67kg(2) 为（石灰中CaO含量）-（石灰中SCaS自耗CaO的量）(3) 为CaO还原出的氧量： 6.670.0632/560.002表2-8总渣量及其成分（kg）炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量kg1.7100.5401.076(2)0.606(3)0.4100.0214.343石灰成渣量kg5.8630.1670.1730.1000.0330.0070.0096.352炉衬蚀损成渣量kg0.0040.0090.2360.0040.0050.258生白云石成渣量kg0.9100.0200.6400.0251.595萤石成渣量kg0.0020.0280.0030.0080.0080.4400.0050.0010.495总渣量kg6.7791.9341.0520.1370.5401.0760.6520.4400.4220.03113.043(1)5