郭庆猛毕业设计总改.pdf

安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 安徽工业大学安徽工业大学 毕业设计任务书毕业设计任务书 课题名称课题名称：设计年产设计年产 470 万吨合格连铸坯的转炉炼钢车间万吨合格连铸坯的转炉炼钢车间 学学院院 ：冶冶 金金 工工 程程 学学 院院 班班级级 ：冶冶金金1 0 4 班班 姓姓名名 ：郭郭庆庆猛猛 学学号号 ：1 0 9 0 1 4 2 0 5 毕业设计的主要内容：毕业设计的主要内容： （1）文献调研）文献调研 （2）制定产品大纲）制定产品大纲 （3）制定工艺流程及工艺方案并论证）制定工艺流程及工艺方案并论证 （4）工艺计算及主要设备的选型计算）工艺计算及主要设备的选型计算 （5）绘制车间平面布置图及转炉炉型图）绘制车间平面布置图及转炉炉型图 （6）英文翻译、撰写设计说明书）英文翻译、撰写设计说明书 指导教师签字：指导教师签字： 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 I 摘要摘要 电工钢亦称为硅钢片，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金， 也是产量最大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁心。近 年来，特别这几年随着中国电力、电器工业的迅猛发展，中国的硅钢片需求量快 速增加，2004年的消费量几乎已占全世界硅钢片产量的一半，导致中国的硅钢产 量进入了一个快速发展时期，但仍然无法满足国内需求，2004年进口硅钢片164 万吨。 电工钢是一种新型钢种，本设计采用铁水转炉炉外精炼连铸的工艺路 线来冶炼电工钢。车间设有2座230万吨的顶底复吹转炉，1座 RH 精炼炉，1座 LF 双工位精炼炉和2座板坯连铸机，预计年生产能力为470万吨良坯钢。本设计 对物料平衡和热平衡，炉型的计算，炉外精炼，连铸等做了详细的介绍。 关键词： 电工钢顶底复吹转炉炼钢LFRH连铸 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 II Abstract Electrical steel, also known as silicon steel, electricity, electronics and military industries indispensable soft magnetic alloy, is also the largest output of metal functional materials, mainly used for all kinds of motors, generators and transformers core. In recent years, especially in recent years with the rapid development of Chinas power, electrical industry, Chinas rapid increase in demand for silicon steel consumption in 2004 accounted for almost half of the world production of silicon steel, silicon steel production led to Chinas entering the a period of rapid development, but still can not meet domestic demand, imports of silicon steel 1.64 million tons in 2004. Electrical steel is a new kind of steel, the design uses molten iron - converter - refining - continuous casting process route to electrical steel smelting. Workshop with two 2.3 million tons of top and bottom blowing converter, the seat 1 RH refining furnace, the seat 1 LF refining furnace duplex and two sets of slab caster, the estimated annual production capacity of 4.7 million tons of steel billet good. The design of the material balance and heat balance calculations furnace, refining, casting and so do a detailed introduction. Keywords: electrical steel 、top and bottom blowing converter steelmaking 、LF、 RH 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 III 目录目录 摘要I Abstract.II 目录.III 1 钢铁厂设计概述1 1.1 钢铁行业现状.1 1.2 钢铁企业组成及炼钢生产的主要流程 2 1.2.1 钢铁企业的组成及总体布置2 1.3 转炉车间设计主要内容.5 1.3.1 转炉炉型及公称容量的选择5 1.3.2 转炉及其辅助设备5 2 设计方案的确定和论证6 2.1 产品大纲的制定.6 2.1.1 产品大纲7 2.1.2 各典型钢种的化学成分与用途. 7 2.2 典型钢种的化学成分分析.8 2.2.1 工艺方法和工艺流程的论证9 2.2.1.1 无取向电工钢生产流程 9 2.2.1.2 脱硫方法的选择.9 2.2.1.3 脱硫剂的选择.9 2.2.1.4 脱硫容器的选择.10 2.3 冶炼与精炼方法的选择与论证.10 2.3.1 炉容量与座数的确定10 2.3.1.1 转炉车间内的转炉座数 10 2.3.1.2 转炉容量的确定.10 2.3.3 炉外精炼12 2.3.3.1 炉外精炼的功能.12 2.3.3.2 几种常见的炉外精炼方法和冶金功能比较13 2.3.4 LF 炉的设备组成14 2.3.5 RH 精炼炉.14 2.3.5.1 RH 主要工艺参数15 2.4 连铸方法的选择与论证.15 2.4.1 连铸机的发展历史及前景15 2.4.2 连铸机的优越性16 2.4.3 连续铸钢机的类型16 2.4.4 连铸机的选择应注意的问题17 2.4.4.1 连铸机与炼钢炉匹配应考虑的原则17 2.4.4.2 连铸机与轧钢机配合应考虑的原则17 2.4.4.3 选择连铸机型应考虑的原则 18 3 转炉物料平衡和热平衡19 3.1 原始数据.19 3.1.1 铁水成分和温度19 3.1.2 原材料成分19 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 IV 3.1.3 冶炼钢种和废钢成分20 3.1.4 平均比热20 3.1.5 反应热效率20 3.1.6 有关参数的选用21 3.2 物料平衡计算.21 3.2.1 炉渣量及炉渣成分的计算21 3.2.2 铁水中各元素的氧化量，耗氧量和氧化产物量的计算。.22 3.2.3 造渣剂成分及数量：24 3.2.4 终渣(FeO)的确定.25 3.2.5 终渣成分及重量的计算.25 3.2.6 矿石及烟尘中的铁量和氧量的计算. 26 3.2.7 炉气成分及重量的计算26 3.2.8 未加废钢时氧气的消耗量的计算. 27 3.2.9 钢水量计算28 3.2.10 未加废钢时的物料平衡表28 3.3 热平衡计算（取冷料为 25）.29 3.3.1 热收入项29 3.3.2 热支出项30 3.3.3 热平衡表31 3.4 加入废钢后的物料平衡计算.32 3.4.1 加入废钢的物料平衡计算32 3.5 回 P 的计算.34 4 转炉炉型设计计算34 4.1 炉型设计计计算.34 5 喷头及氧枪设计计算38 5.1 喷头计算步骤.38 5.1.1 原始数据.38 5.1.2 计算氧流量38 5.1.3 选用喷孔参数38 5.1.4 设计工况氧压38 5.1.5 计算喉口直径.38 5.1.6 计算 d出38 5.1.7 计算扩张段长度 L.39 5.1.8 收缩段长度39 5.2 枪身设计.39 5.2.1 原始数据39 5.2.2 中心氧管管径的确定39 5.2.3 中层套管管径的确定40 5.2.4 外层套管管径的确40 5.2.5 中层套管下沿至喷头面间隙 h 的计算. 40 5.2.6 氧枪总长度和行程的确定40 5.2.7 氧枪热平横计算41 6 连铸机设备的确定42 6.1 连铸机的选择及工艺参数的计算42 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 V 6.1.1 盛钢桶允许浇注的最大时间 tmax 42 6.1.2 铸坯断面42 6.1.3 拉坯速度42 6.1.4 冶金长度（液芯长度）43 6.1.5 液芯长度 L 液可用下式确定：.43 6.1.6 连铸机流数的确定43 6.2 弧形连铸机的总体尺寸.44 6.2.1 连铸机的变曲半径 R44 6.2.2 连铸机总长度 L44 6.2.3 连铸机生产能力计算45 6.3 中间包.47 6.3.1 中间包主要参数的确定47 6.4 结晶器.50 6.4.1 结晶器的构造50 6.4.2 结晶器尺寸的确定50 6.4.3 结晶器断面尺寸的确定51 6.4.4 结晶器振动方式51 6.5 二次冷却系统.51 6.5.1 二冷区水量的计算51 6.5.2 二冷区水量和各段水量分配51 6.6 拉坯矫直机.53 6.7 引锭杆.53 7 钢包设计.54 7.1 钢包尺寸计算54 7.2 钢包质量57 7.3 钢包重心计算.58 7.4 钢包的数量及容量60 8 车间主厂房的设计61 8.1 转炉车间的组成类型和工艺布置.61 8.1.1 车间组成61 8.1.2 车间类型61 8.1.3 车间的工艺布置62 8.2 车间原材料的供应系统.62 8.2.1 铁水供应系统62 8.2.2 废钢供应系统63 8.2.3 转炉车间昼夜所需要的废钢量 Gf.63 8.2.4 废钢料斗容量及数量63 8.2.5 废钢堆放场所需面积63 8.2.6 转炉用散装料的供应64 8.2.7 转炉用铁合金的供应64 8.3 供氧系统的选择.65 8.3.1 制氧的基本原理65 8.3.2 供氧系统工艺流程65 8.3.3 制氧机的选择66 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 VI 8.3.4 烟气量和炉气量的计算67 8.4 除尘系统的选择68 8.4.1 OG 法净化除尘系统.68 8.4.2 OG 系统的特点.68 8.5 主厂房主要尺寸的确定.69 8.5.1 炉子跨主要尺寸的确定69 8.5.2 加料跨主要尺寸的确定72 8.5.3 浇注跨主要尺寸的确定73 8.6 全厂起重机的配置.74 8.7 炼钢车间厂房主要尺寸75 9 车间主要经济技术指标76 9.1 炼钢车间主要经济技术.76 9.2 炼钢车间主要原材料及动力消耗指标 77 9.3 连铸机主要经济技术指标.77 参考文献.79 致谢.80 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 1 1 钢铁厂设计概述钢铁厂设计概述 1.1 钢铁行业现状钢铁行业现状 钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业， 是国家经济水平和综合国力的重 要标志，钢铁发展直接影响着与其相关的国防工业及建筑、机械、造船、汽车、 家电等行业。随着国际产业的转移和我国国民经济的快速发展，我国钢铁工业取 得了巨大成就。我国是钢铁生产和消费大国，粗钢产量连续多年居世界第一。 进 入 21 世纪以来，我国钢铁产业快速发展。 “十一五”期间，我国粗钢总产量超过 26 亿吨，是“十五”期间粗钢总产量的 2.2 倍以上。与此同时，粗钢消费量持续 增长，2006-2010 年中国粗钢表观消费量平均增幅达到 11.41%。在满足国内对于 钢材数量需求的同时，我国钢材品种结构和质量不断优化，绝大多数钢材已经基 本可以满足下游行业对材料质量性能不断提升的要求。 近几年，世界经济复苏缓慢，我国经济增速放缓，结构调整力度加大，钢材 需求增长有所放缓。据中钢协统计，上半年全国生铁、粗钢和钢材(含重复材) 产量分别为 35754 万吨、38987 万吨和 51696 万吨，同比分别增长 5.7%、7.4% 和 10.2%，增速比上年同期分别提高 2.8、5.6 和 4.1 个百分点；全国平均日产粗 钢 215.4 万吨，相当于年产粗钢 7.86 亿吨水平，产量创历史新高。上半年，国内 生产总值同比增长 7.6%，其中一季度增长 7.7%，二季度增长 7.5%，据估算， 上 半年全国粗钢表观消费量为 36480 万吨，同比增加 2324 万吨，增长 6.8%。考虑 企业和社会库存均有所上升，以及企业库存和社会库存样本的代表性，粗钢实际 消费量增速低于粗钢表观消费量增速，更低于粗钢产量增速 钢铁企业微利甚至亏损的主要原因： （1） 钢铁企业行业集中度、 生产专业化程度低； 国内钢铁联合企业大都是 “万 能型”工厂，板、管、棒、 线、型材等都生产，专业分工不明确，产品生产专 业化程度低。 而发达国家的大型钢铁企业集团， 虽然多数也是由多个生产厂组成， 但已经基本实现产品生产的专业化分工， 钢铁大集团之间也基本上成大类产品分 工。由于我国钢铁企业的集中度和专业化分工程度低，加之管理不科学等原因， 导致我国钢铁产品成本高、生产率低。 （2）市场竞争日益激烈，由于房地产热，国内钢材价格飞涨，受利益驱使， 国内钢铁行业低水平重复建设非常严重，导致国内钢铁生产出现结构性过剩， 钢 铁企业普遍面临巨大的生存压力。 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 2 （3）中国钢铁企业平均技术装备水平低，结构不合理，技术改造和产业升级 任务十分艰巨：据冶金工业有关部门的统计，我国落后的工艺和装备还占有相当 大的比例，如在炼钢设备中，转炉约有 120 万吨的生产能力是属于落后，它占目 前转炉的 12%。另外，我国用于新产品开发与投产的费用与发达国家相比偏少。 国际钢铁企业用于企业新产品开发费用一般在年销售收入的 4%以上，而我国钢 铁企业用于企业新产品开发年投入不足销售收入的 1%。 （4）钢材产品结构性失衡矛盾突出：就我国的钢铁产品结构而言，一方面， 国内钢铁企业的主导产品螺纹钢、小型材、线材等普通钢材（长线产品）生产严 重过剩，另一方面，高附加值和高技术难度的品种（ “双高”产品） ，如不锈钢板 和冷轧、热轧薄板、硅钢片、镀锌板等，有的国内不能生产，有的虽能生产但生 产能力严重不足。产品供不应求，国家每年需要大量进口。 （5）中国钢铁产品的实物质量水平与国外相比存在一定的差距，钢材产品销、 服务水平相对较低。 尽管钢铁业发展处于困境中，但对于某些高附加值钢种仍存在刚性需求， 部 分高档钢材产品国内市场占有率比较低，有待进一步提高。如我国的国产热轧薄 板、冷轧薄板、镀锌板、硅钢板的产量还远不能满足国内市场需求，可以预见在 现阶段国内钢铁业不景气的大背景下， 转炉生产高品质典型钢种仍具有很大的发 展前景 。 1.2 钢铁企业组成及炼钢生产的主要流程钢铁企业组成及炼钢生产的主要流程 1.2.1 钢铁企业的组成及总体布置钢铁企业的组成及总体布置 钢铁联合企业是一个完整的钢铁冶金生产过程的组合体， 企业最基本的要求 应该是在生产技术上是先进的，经济上是合理的，且具有良好的生产管理体制， 可以为社会建设提供优质钢材或其他钢铁制品。钢铁联合企业一般应包括炼铁、 炼钢、轧钢（各种成材轧钢车间）三个主要生产部分，以及为它们服务的各种辅 助生产车间（分厂）和机构。在很多联合企业里还包括有炼铁生产之前的矿山等 生产部门（采矿、选矿以及烧结、炼焦等车间） ，即庞大的高炉炼铁原料供应与 准备系统。 对于大中型联合企业而言，除主要的生产车间（在主生产流程上的车间） 之 外，还必须包括有全厂性的动力设施，诸如：变配电站（或自备电厂） ，供水、 排水及污水处理、热力供应、燃料供应与制备、制氧（及其他生产用气体）生产， 机修车间、运输部门、通讯部门及试验研究部门等。 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 3 钢铁厂内部各车间在位置上的相互关系构成了联合企业的总平面布置图， 简 称总图。它表明联合企业内地面及地下的一切建筑物、构筑物的位置和高度， 各 种管线在厂区内的分布和铺设情况， 交通运输线路， 绿化美化等设施的平面位置。 总平面布置是总图设计的重要组成部分， 各车间与公用设施的布局是否合理会直 接影响到能否顺利地组织生产， 影响到企业建设投资效益及生产经营成本等一系 列问题。总平面布置是一项政策性、系统性、综合性很强的设计工作，涉及的专 业范围很广，遇到的问题错综复杂，通常要经过多种方案的技术经济比较择优选 取， 以便创造好的工作和生产环境，提高建设投资的经济效益和降低生产成本 。 1.2.2 转炉生产系统转炉生产系统 目前我国的钢铁年产量为 7 亿多吨，居世界首位。但是由于我国的炼钢技术 水平落后、管理不当以及企业科研经费投入少等原因，造成我国没有技术生产某 些高尖端的钢种，某些特殊钢的年产量较低。故而每年都需要从国外进口大量的 特殊钢材以满足国民经济发展的需求。 因此我们在设计钢铁厂的时候要注意加大 高新技术的投入量，改进现有设备和技术，做到科学合理布局，使转炉炼钢， 精 炼，连铸一体化，提高原材料使用率，降低能耗，减少污染，高效生产高质量的 钢材。 （1）转炉炼钢 转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本 身的物理热和铁液组分间化学反应产生的热量而在转炉中完成炼钢的过程。 转炉 按耐火材料分为酸性和碱性；按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气 体种类为分空气转炉和氧气转炉。 其中碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产 速度快、产量大、单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。 （2）氧气顶吹转炉炼钢工艺流程 按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材 料（如活性石灰等） 。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大 于 99%的高压氧气流） ，使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。用纯 氧代替空气可以克服由于空气里氮气的影响而使钢质变脆， 以及氮气排出时带走 热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停 止吹炼， 提升喷枪， 准备出钢。 出钢时使炉体倾斜， 钢水从出钢口注入钢水包里， 同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。 钢水合格后， 可以连铸浇铸或浇铸成钢锭、 钢坯再轧制成各种钢材。 （3）氧气转炉炼钢的特点 氧气转炉钢具有以下特点： 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 4 1）钢中气体含量少；转炉由于脱碳快，钢中气体含量低，所以钢的塑性和 低温塑性好，有良好的深冲性和焊接性能。用转炉钢制造热轧薄板、冷轧薄板、 镀锌板、汽车板、冷弯型钢、低碳软钢丝等，都具有良好的性能； 2）由于炼钢主要原材料为铁水，废钢用量所占比例不大，因此 Ni、Cr、 Mo、Cu、Sn 等残余元素含量低，由于钢中气体和夹杂少，具有良好的抗时效能 力、能加工变形性能和焊接性能，钢材内部缺陷少。不足之处是强度偏低，淬火 性能稍次于平炉和转炉钢。此外，氧气转炉钢的机械性能及其他方面性能也是良 好的； 3）原材料消耗少，热效率高，成本低。氧气转炉的金属消耗率一般为 11001140kg/t，比平炉稍高些。耐火材料消耗仅为平炉的 1530%，一般为 25kg/t。由于氧气转炉是利用炉料本身的化学热和物理热，热效率高，不需外加 热源。 因此燃料和动力消耗方面比平炉和转炉均低。 氧气转炉的高效率和低消耗， 使钢的成本较低； 4）原料适应性强。氧气转炉对原料的适应性强，不仅能吹炼平炉生铁，而 且能吹炼 P（0.51.5%）和高 P（1.5%）生铁，还可以吹炼钒、钛等特殊成分 的生铁； 5）基建投资少，建设速度快。氧气转炉设备简单，重量轻，所占的厂商面 积和所需要的重型设备的数量比平炉车间少，因此投资比相同产量的平炉低 3040%。而且生产规模越大，基建投资就越省。氧气转炉车间的建设比平炉车 间快得多。氧气转炉炼钢生产比较均衡，有利于与连铸机配合。还有利于开展综 合利用，如煤气回收及实现生产过程的自动化； （4）转炉生产系统的主要流程： 设计转炉的生产流程主要以长流程为主， 主要包括：铁水、废钢转炉炼 钢炉外精炼连铸轧钢钢材（长流程） 。 设计转炉炼钢车间的过程中要具有自己独有的特点，包括原料的来源、转炉 炉型的选择、转炉除尘系统的设计、厂房的设计、产品的选择等。 如今转炉炼 钢技术随着一些新兴技术如： 长寿转炉技术、 长寿复吹工艺、 复吹强化冶炼技术、 精炼新工艺、连铸新工艺的应用使得转炉炼钢有了很大的进步，所炼钢种进一步 扩大，目前所能生产的钢种近 300 个。 （5）设计思想和指导原则 对设计的总要求是技术先进，工艺上可行，经济上合理。所以，设计应遵循 的原则和指导思想是： 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 5 1：采用新技术、新工艺、新设备，要求关键的工艺设备及工艺控制水平达到目 前国内炼钢厂的先进水平。工艺布置合理、有利于生产组织。 2：附属设施经济实用，较少不必要的投资，以获得良好的经济效益。 3：设计中充分考虑资源，符合国家相关的政策 4：在总图布置方面做到紧凑合理、交通运输方便顺畅，留有足够的绿化用地。 5：做好环境保护、防火和安全卫生工作，三废的治理项目与主题工程同时施工， 符合国家相关的排放标准。 1.3 转炉车间设计主要内容转炉车间设计主要内容 1.3.1 转炉炉型及公称容量的选择转炉炉型及公称容量的选择 根据大型转炉炉型的各自特点， 结合在建项目的要求和具体条件确定选用何 种炉型。 这主要有对生产能力的要求、 冶炼钢种的特殊要求、 原料条件、 供能 （燃 料、氧）条件、资金条件、生产费用和操作习惯等。转炉炉型及其主要参数对转 炉炼钢的生产率、金属回收率、炉龄等技术经济指标都有着直接的影响，炉型设 计的是否合理关系到冶炼工艺能否顺利进行。 1.3.2 转炉及其辅助设备转炉及其辅助设备 转炉技术的发展，不仅体现在转炉本身装备的发展，同样其配套设备的发展 也对转炉炼钢的发展起到至关重要的作用，主要包括水冷炉壁、多功能氧枪、 烟 气回收利用和计算机控制等。 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 6 2 设计方案的确定和论证设计方案的确定和论证 2.1 产品大纲的制定产品大纲的制定 电工钢亦称为硅钢片，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金， 也是产量最大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁心。 电 工钢按照不同的要求进行分类可以分为以下几大类： （1）按成分可以分为低碳低硅电工钢和硅钢。 （2）按最终加工成型的方法分为热轧硅钢和冷轧硅钢两种钢。 （3）按其磁性各向异性分为取向电工钢和无取向电工钢。 冷轧硅钢分晶粒无取向和晶粒取向两种，具有表面平整、无氧化膜、厚度均 匀、叠装系数高、冲片性好等特点，有利于提高组装质量和效率，且比热轧硅钢 磁感高、铁损低。冷轧硅钢主要用于制造电机和变压器等电器设备。由于我国冷 轧硅钢生产能力远远小于市场需求，不仅每年进口大量的冷轧硅钢，而且还生产 相当比例的热轧硅钢。 冷轧硅钢是我国最为短缺的钢材品种。1999年以前，受生产能力的限制， 我 国冷轧硅钢的产量不足30万吨，占硅钢总产量的比例一直在30%左右，市场占有 率不到20%。从1999年开始，国内电力、电机和家电等相关行业发展迅速，市场 需求旺盛，形成了冷轧硅钢产量和进口量同时增长的局面。 经过几十年的发展， 我国冷轧硅钢片生产取得了较大的成绩。 从世界范围看， 我国冷轧硅钢片的生产技术、品种、质量属于上世纪 90 年代国际水平，高于俄 罗斯，与法国、德国、意大利等国家处于同等水平，但与代表世界最高水平的日 本新日铁相比尚有一定差距。主要表现在： 1）品种规格：品种上，我国取向硅钢片落后 2-3 个牌号，高磁感取向硅钢 HiB 钢比例只有 14%左右， 而新日铁制铁所取向硅钢片中 HiB 的比例高达 50% 60%；低铁损高牌号无取向硅钢片只有 35W230 和 50W250 可少量生产，只能生 产 1.74-1.76（T）的高磁感无取向产品，比日本的 1.76-1.78（T）低 0.02（T） 。 规格上，不能生产厚度 0.23mm 及以下薄规格、经细化磁畴处理的低铁损高牌号 （ZDKH、ZDMH）取向硅钢片，只能少量生产 0.27mm 厚度，而日本大量生产 0.23mm 厚度的取向硅钢片。 2）产品质量：带钢厚度公差大、同板差大，板形、涂层质量不稳定。武钢生产 的 HiB 与新日铁制铁所同牌号相比，磁感水平基本相当，但铁损值还有差距。 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 7 3）生产指标：由于炼钢成分命中率、原牌号合格率、加工成材率不高，我 国取向硅钢片综合成材率比日本低 5%左右， 高牌号取向硅钢片成材率差距更大。 4）技术创新：多年来，我国以学习消化引进技术为主，基本上没有大的、 突破性的创新。 日本冷轧硅钢片能够保持国际领先水平的关健在于持续不断的技 术开发和创新。品种、质量、生产指标等与技术水平密切相关，缺乏技术创新是 我国冷轧硅钢片生产与日本的主要差距所在。 2.1.1 产品大纲产品大纲 表表2-1 冶炼各种钢的产量和产量比冶炼各种钢的产量和产量比 钢种代表钢号产量（万吨）比例（%） 冷轧无取向硅钢35W18010021.3 耐侯钢1Cr16Ni3512025.5 碳素工具钢T88017 优质碳素结构钢60Mn10021.3 碳素结构钢Q2757014.9 2.1.2 各典型钢种的化学成分与用途各典型钢种的化学成分与用途 表表 2-2 冷冷轧无取向电工钢轧无取向电工钢 CSiMnPS 0.00453.253.750.120.030.003 无取向电工钢主要用于制作旋转机的铁芯， 含硅量较低的硅钢带用于制作家 用电器的小型电动机，含硅量较高的硅钢带用于制作发电机和大型电动机等 表表 2-3 耐候钢耐候钢 1Cr16Ni35 CSiMnSP 0.151.52.000350030 耐候钢具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能的特性，使构件 制造者、使用者受益。产品供制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、 采 油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 8 表表2-4 碳素工具钢碳素工具钢 T8 CSiMnSP 0.750.840.350.4000350030 碳素工具钢钢材按使用加工方法分为压力加工用钢 （热压力加工和冷压力加 工）和切削加工用钢。钢材的主要品种有热轧圆钢和方钢、锻制圆钢和方钢、 冷 拉及银亮钢条钢。这类钢材主要用于制造各种工具，如车刀、锉刀、刨刀、锯条 等，还用来制造形状简单、精度较低的量具和刃具等。 表表2-5 优质碳素结构钢优质碳素结构钢60MnMn CSiMnSP 0.570.650.170.370.171.00.0300.030 优质碳素结构钢产量较高，用途较广。多轧制或锻制成圆、方、扁等形状比 较简单的型材，供使用单位再加工成零、部件来使用。这类钢一般需经正火或调 质等热处理后使用，多用于制作机械产品一般的结构零、部件。 表表2-6 碳素结构钢碳素结构钢Q Q275 CSiMnSP 0.280.380.350.500.800.0450.05 碳素结构钢是一种普通碳素钢，不含合金元素，通常也称为普碳钢。在各类 钢中碳素结构钢的价格最低，具有适当的强度、良好的塑性、韧性、工艺性能和 加工性能。这类钢的产量最高，用途很广，多轧制成板材、型材（圆、方、扁、 工、槽、角等） 、线材和异型材，用于制造厂房、桥梁和船舶等建筑工程结构。 这类钢材一般在热轧状态下直接使用。 2.2 典型钢种的化学成分分析典型钢种的化学成分分析 冷轧无取向电工钢冷轧无取向电工钢 35W180 表表 2-7 冷冷轧无取向电工钢轧无取向电工钢 35W180 CSiMnPS 0.13.453.950.10.020.0026 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 9 气体含量为：H 2.0 6 10全氧含量 TO 15 6 10N21 6 10 2.2.1 工艺方法和工艺流程的论证工艺方法和工艺流程的论证 2.2.1.1 无取向无取向电工钢生产流程电工钢生产流程 无取向硅钢的生产流程：铁水预处理脱硫顶底复吹转炉冶炼炉外精炼 连铸热连轧（高温加热）酸洗一次冷轧中间退火临界变形冷轧成 品退火和去绝缘膜。 2.2.1.2 脱硫方法的选择脱硫方法的选择 目前主要的脱硫方法有两种， 一是以一种外衬耐火材料的搅拌器浸入铁水罐 内，利用搅拌器在铁水中旋转搅动钢水，使铁水产生漩涡，同时加入脱硫剂， 使 其在下线坑中被卷入铁水内部，进行脱硫反应。另一种是以喷吹脱硫法，是以氮 气、 氩气、天然气或压缩空气作为载体把脱硫剂通过直接插入铁水内部的专用喷 枪喷入铁水内部进行脱硫。KR法由于在搅拌过程中能使脱硫剂和铁水很好混合， 是一种很好的脱硫方法。 2.2.1.3 脱硫剂的选择脱硫剂的选择 生产中,常用的脱硫剂有苏打灰（NaCO3),石灰系,电石粉(CaC2)以及镁基 等。 （1） 苏打灰。 其主要成分为NaCO3,铁水加入苏打灰后,苏打灰即与硫发生反 应。 用苏打灰脱硫,工艺和设备简单,其缺点是脱硫过程中产生的渣回侵蚀处理罐 的内衬,产生的烟尘污染环境,对人有害,目前很少使用。 （2）电石粉。其主要成分为,用电石粉脱硫铁水温度高时脱硫效率高，铁水 温度低于1300时脱硫效率很低。另外处理后的渣量大,故对脱硫渣的处理要求 严格,在脱硫过程中也容易析出石墨碳污染环境。 电石粉易潮解生成乙炔(乙炔是 可燃气体且易发生爆炸),故电石粉需要以惰性气体密封保存和运输。 （3）镁基。镁在铁水温度下与硫有极强的亲和力,特别是在低温下镁脱硫效 率极高,脱硫过程可预测。脱硫过程中铁水温降小渣量及铁损均少且不损坏处理 罐的内衬,也不影响环境。 但金属镁活性很高,极易氧化,是易燃易爆品,镁粒必须 经表面钝化处理后才能安全地运输,储存和使用。 钝化处理后,使其镁粒表面形成 一层非活性的保护膜,保存时需防止潮解,且镁价格较高。 （4）石灰基。其主要成分为 CaC2。使用该脱硫剂脱硫时石灰粉颗粒表面易 形成 2CaOSiO2致密层,限制了脱硫反应的进行,因此,石灰耗用量大,致使生成 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 10 的渣量大和铁损大,铁水温降也较多。但其脱硫后不易回硫,且来源广泛,价格低 廉;加工,运输,贮存,使用,安全方便,防护简单。 综合比较以上四种脱硫剂后,本设计采用石灰基与镁基复合脱硫剂。 2.2.1.4 脱硫容器的选择脱硫容器的选择 脱硫容器包括鱼雷罐和铁水罐车两种，由于采用铁水罐进行脱硫处理，具有 方便灵活，其几何形状有利于脱硫反应进行，脱硫效率高，污染小的特点，已被 广泛使用。所以本设计选取铁水罐作为脱硫容器。 2.3 冶炼与精炼方法的选择与论证冶炼与精炼方法的选择与论证 2.3.1 炉容量与座数的确定炉容量与座数的确定 2.3.1.1 转炉车间内的转炉座数转炉车间内的转炉座数 氧气转炉炼钢车间的生产特点是转炉冶炼周期短、出钢炉数多、生产率高、 调度频繁、吞吐量大。所以，车间工艺布置必须根据其工艺流程紧凑而合理的安 排，要求各工序互不相干，物料流向顺行，运输线路通畅，设备运行可靠。 由于炉衬材料的改进和溅渣护炉技术的采用，炉衬寿命大幅度的提高，无需 按照 3 吹 2 或 2 吹 1 的生产方式配置修砌和待吹转炉， 所以转炉车间的常吹炉座 数即为车间内的炉座的总数。 2.3.1.2 转炉容量的确定转炉容量的确定 根据炼钢产品方案，同时参照同类型车间的生产经验，选取平均先进指标连 铸坯的收得率为 96%，转炉有效作业天数为 300 天，转炉冶炼周期为 40min 进 行初步计算，计算步骤如下： （1） 根据设计的生产规模和产品方案计算出年需钢水总量 年需钢水量 = 年需良坯量 良坯收得率 已知所需要的不同钢种的合格连铸薄板坯总量 470104t。依据同类型的先 进技术指标进行计算。 则年需钢水量 = %96 470 = 489.58104t （2） 计算出钢炉数（按 2 吹 2 计算） 年出钢炉数 =2年炼钢时间 冶炼周期 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 11 =2 日历时间转炉作业率 冶炼周期 转炉作业率 = 转炉有效作业天数 日历天数 100% = 300 365 100% = 82.2% 年出钢炉数 = 236582.2%2460/40 = 21600(炉) 每天出钢炉数 = 年出钢炉数/年作业率 = 21600/300 = 72(炉) 平均炉产钢水量 = 年产钢水量/年出钢炉数 = 489.58104t/21600 =217t (3)确定转炉容量 依据上述计算过程的要求，以及简化设计的要求，本设计选取两座 230 吨转 炉，按照 2 吹 2 方式生产。 （4）核算车间年产量 2302160096%=476.92104t 良坯 满足年产 470 万吨合格良坯转炉生产车间的要求。 转炉冶炼法有以下优点： (1) 生产速度快。由于用纯氧吹炼，就会高速降碳，快速提温，大大缩短冶 炼时间。一座 300t 转炉吹炼时间不到 20min，包括辅助工作时间在内，一共不 超过 60min。 (2) 品种多、质量好。转炉既能炼普通钢，也能炼普通低碳钢。且生产过程 流畅，冶炼钢种质量好。 (3) 基建投资和生产费用低。纯氧顶吹转炉的基建投资相当于同样生产量的 平炉车间的 60%70%，生产费用也低于平炉。 近些年， 我国电炉流程的发展虽然受到重视， 但发展电炉短流程应慎重一些， 可以适当发展，不可盲目。因为在当前条件下，我国不具备电能和废钢方面的优 势，即不具备成本优势。因此本设计选择顶底复吹转炉炼钢进行冶炼。 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 12 2.3.3 炉外精炼炉外精炼 2.3.3.1 炉外精炼的功能炉外精炼的功能 炉外精炼就是将在转炉或电炉内初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱 氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到近一步 冶炼的目的炼钢工艺。 炉外精炼需要在严格的条件下要完成下列任务： （1）降低钢中氧、硫、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物的形态， 以 提高钢的纯净度，改善钢的机械性能。 （2）深脱碳，满足低碳或超低碳钢的要求。在特定的条件下，把碳脱到极低 的水平。 （3）微调合金成分，把合金成分控制在很低的范围内，并使其成分均匀， 尽 量降低合金的消耗，以提高合金的收得率。 （4）调整钢液温度到浇铸所要求的合理范围内，最大限度的减少包内钢液的 温度梯度。 2.3.3.2 几种常见的炉外精炼方法和冶金功能比较几种常见的炉外精炼方法和冶金功能比较 项目LF LF/VD、 VAD、 ASEA-SKF VDRHVODAOD 脱氧 /% 0.0020-0.00 40 0.0020-0.004 0 0.0020-0.004 0 0.0020-0.004 0 0.0030-0.006 0 0.0050-0.015 0 脱硫 /% 至 0.002至 0.002可脱可脱至 0.006至 0.006 去夹 杂/% -50-5040-5050-7040-50略减 脱氢 /% - 0.0001-0.000 3 0.0001-0.000 3 0.0001-0.000 3 0.0001-0.000 3 略减 脱碳 /% 可增碳0.01000.01000.00300.00200.0150 微调 成分 可以可以可以精确微调可以不能 钢水升升 3-5/min降降升升 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 13 表表2-8几种常见的炉外精炼的方法比较几种常见的炉外精炼的方法比较 为了达到本设计钢种对S和P以及对钢种气体含量所需要的成分要求，本设 计选择LF+RH炉外精炼方法。 2.3.4 LF 炉的设备组成炉的设备组成 LF 炉的主要设备包括炉体（钢包） 、电弧加热系统、合金与渣料加料系统、 底吹氩气搅拌系统、喂线系统、炉盖及冷却水系统（有的么有冷却水系统） 、除 尘系统、测温、取样系统、钢包车控制系统等。 LF 的炉体：LF 炉的炉体是有一个普通钢包制成，与普通钢包不同的是他的 上口有水冷法兰盘，由密封橡皮圈和炉盖密封，防止空气的侵入。钢包底部有浇 钢用的滑动水口和设有吹氩用的透气砖， 真空处理时， 炉壳需要一些特殊的焊接。 LF 炉多的高宽比需要注意， 一般精炼炉的熔池深度 H 都比较大， H/D 为 1.01.4。 LF 的炉盖：炉盖用于密封钢包口，保持炉内强的还原性气氛，防止钢包散 热及提高加热效率。炉盖内层配有耐火材料，下部还挂有挡渣板，防止钢包与炉 渣粘连。 电弧加热装置：LF 炉所使用的电弧加热系统设备也与电弧炉基本相同，由 炉用变压器，短网，电极升降机构，导电横臂，石墨电极所组成。三根石墨电极 与钢液间产生的电弧作为热源加热钢液，由于电极通过炉盖孔插入泡沫渣或渣 中，故称埋弧加热。此种加热法散热少，减少电弧光对炉衬热辐射和侵蚀，并可 稳定电流。 LF 炉的电极升降速度一般为 23m/min。 LF 炉加料装置：LF 炉一般在加热包盖上设合金及渣料料斗，通过电子秤称 量过的炉料，经溜槽、加料口进入钢包炉内。 LF 炉的扒渣装置：LF 炉精炼功能之一是靠还原性白渣精炼。为此，在 LF 炉精炼之前，将氧化性炉渣必须去掉。因此，LF 炉必须具备除渣的功能。 LF炉的喷粉装置：LF炉精炼时常采用喷粉设备对钢液进行脱硫，净化及微 合金化等操作。 降温3-5/min 均匀 成分 温度 有效有效有效有效有效有效 收得 率 959595979798 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 14 喷粉设备包括钢包盖、一支喷粉用的喷枪和可以滑动的粉料分配器。分配器 接粉料料仓。喷粉时对粉料先自动称重及混合，然后通过螺旋给料器送至粉料分 配器。喷粉时采用高纯氩气作载流气，流量为 200400L/min。通常处理时间为 510min。 2.3.5 RH 精炼炉精炼炉 RH 真空处理工艺以其操作简单、处理量大、生产效率高的特点不断发展， 在原来脱氢的基础上又开发了脱碳、脱氧、吹氧升温、喷粉脱硫和成分控制的功 能，使改进后的 RH 法可以进行多种冶金操作，使其发展成为多功能真空冶炼方 法。尤其适合与现在的连铸法配合使用，在现代化的钢铁生产工艺中，炉外精炼 已经成为必不可少的环节，高炉铁水预处理转炉顶底复合吹炼RH 真空精 炼连铸连轧或连铸铸坯热送直接轧制， 是现代转炉炼钢生产的最佳工艺流 程。 RH法的设备由脱气主体设备包含水处理设备、电气设备、仪表设备所组成。 而主体设备又由如下设备构成： 真空室及附属设备、 气体冷却器、 真空排气装置、 合金称量台车及加料装置、真空室移动台车、真空室固定装置、真空室下部槽及 浸渍管更换台车及专用工器具、浸渍管修补台车、电极加热装置（煤气加热）、 钢包液压升降装置、钢包台车、测温取样装置、脱气附属设备、管道设备等。 2.3.5.1 RH 主要工艺参数主要工艺参数 RH主要工艺参数见表(2-9) 表表2-9 RHRH工艺参数工艺参数 参数名称数值参数名称数值 处理容量/t250浸渍管内径/mm 750 处理时间/min31 真空室容积/ 3 m29 真空度/Pa1366高度/m10.8 真空泵抽气能力Kg/h（67Pa）750真空室内径/m2.4 循环因数4氩气喷嘴数10 提升气体流速( / minNL )(67Pa)29353913 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 15 本设计要在 RH 真空处理时采用吹氧进行深脱碳，脱完碳之后，钢液中的氧 含量过高，要进行脱氧。本设计采用低碳硅铁和锰铁合金进行脱氧，有利于净化 钢水。 2.4 连铸方法的选择与论证连铸方法的选择与论证 2.4.1 连铸机的发展历史及前景连铸机的发展历史及前景 钢的连续浇铸成形是替代具有一百多年历史模铸成形得一项重大意义的技 术革新。连铸技术具有生产技术简化、金属收得率高、能源消耗低、自动化程度 高、生产率高和铸坯质量好等诸多优点。自从连铸技术应用于生产以来，全世界 得连铸比和连铸钢产量迅速增长。围绕连铸的新技术、新工艺、新设备也在不断 的开发和推广。连铸已成为钢铁工业生产中必不可少的工艺环节，并成为衡量一 个钢铁企业生产、技术、管理水平的标志之一，对钢厂结构得现在化产生了深远 得影响，是钢铁产品更具有市场竞争力。 2.4.2 连铸机的优越性连铸机的优越性 连铸即为连续铸钢的简称。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝 固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。而在二十世纪五十年代在欧美 国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。与传统方法相比， 连铸技术具有以下优势。 （1）简化生产工序 连铸可以省去初轧开坯工序，降低了均热炉加热时的能源消耗，缩短了从钢 水到成坯的周期时间。为了更好地简化轧钢的工序，连铸的主要发展之一是浇铸 接近成品断面尺寸铸坯的趋势。 （2）节约能量消耗 依据相关资料，1 吨连铸坯比模铸开坯节省能源 6271046KJ，由于提高成 材率所节约的能耗相当于 100kg 标准煤，因此，每吨连铸坯综合节能约为 130kg 标准煤。 （3）提高金属的收得率 钢锭连铸由钢水到成坯的收得率大约是 9596%，而模浇铸约为 8488%， 所以采用连铸工艺可节约金属 712%。 （4）铸坯质量好 连铸冷却速度快、 连续拉坯、 浇铸条件可控、 稳定， 因此铸坯内部组织均匀、 致密、 偏析少、性能也稳定。用连铸坯轧成的板材，横向性能优于模铸，深冲 安徽工业大学毕业设计（论文）说明书 16 性能也好，其他性能指标也优于模铸。近年来采用连铸已能生产表面无缺陷的铸 坯，直接热送轧成钢材。 （5）改善劳动条件，易于实现自动化 连铸的机械化和自动化程度比较高，连铸过程已实现计算机自动控制，使操 作工人从笨重的体力劳动中解放出来。近年来，随着科学技术的发展，自动化水 平的提高，电子计算机也用于连铸生产的控制，除浇钢开浇操作外，全部都由计 算机控制。 2.4.3 连连续铸钢机的类型续铸钢机的类型 现在世界各国使用的连铸机有立式、立弯式、弧形、椭圆形和水平式等5种 类型。 立式连铸机的浇注作业和结晶凝固、二次冷却、切割等工序都在垂直线上顺 序进行。立弯式铸机，先是垂直的，待铸坯凝固后再弯90成水平状，然后切割 运出，设备高度比立式有所降低。弧形连铸机是把钢液浇到弧形结晶器内，然后 沿弧形轨道运行，经过四分之一圆弧，然后在水平方向出坯，其设备高度比立弯 式更进一步降低。在弧形连铸机的基础上进一步改进，就出现了椭圆形连铸机。 水平连铸机目前正处于开发阶段。 据不完全统计