年产400万吨合格钢坯转炉炼钢车间初步设计毕业论文.doc

年产年产 400 万吨合格钢坯转炉炼钢车间初步设计万吨合格钢坯转炉炼钢车间初步设计 毕业论文毕业论文 目录目录 摘要摘要 VIIVII ABSTRACTABSTRACT VIIIVIII 1 1 绪论绪论 1 1 1 1 国外炼钢技术的发展 1 1 2 我国转炉炼钢技术的发展 1 1 2 1 起步与发展阶段 1962 1979 年 1 1 2 2 较快发展阶段 1980 2000 年 2 1 2 3 高速发展阶段 2001 年至今 2 1 3 转炉炼钢工艺流程及发展 3 1 3 1 现代转炉炼钢工艺流程 3 1 4 国外先进钢铁企业的转炉吹炼技术 4 1 5 我国氧气转炉炼钢技术展望 6 1 5 1 转炉大型化和流程优化 6 1 5 2 转炉高效化 6 1 5 3 钢水洁净化 7 1 5 4 控制模型化 7 1 5 5 资源综合利用化 7 1 5 6 钢渣的综合利用 7 1 5 7 蒸气 煤气的回收利用 8 1 6 现代转炉炼钢技术存在的问题 8 2 2 在六盘水建立钢铁厂在六盘水建立钢铁厂可行性分析可行性分析 9 9 2 1 地理条件分析 9 2 2 矿产资源分析 9 2 3 交通条件分析 10 2 4 气候条件分析 11 2 5 本课题的设计意义 11 3 3 物料平衡计算物料平衡计算 1212 3 1 原始数据 12 3 1 1 铁水成分及温度 12 3 1 2 原材料成分 12 3 1 3 冶炼钢种及成分 13 3 1 4 平均比热 13 3 1 5 冷却剂 13 3 1 6 反应热效应 13 3 1 7 根据国内同类转炉的实测参数数据选取如下 14 3 2 物料平衡计算 14 3 2 1 炉渣量及成分计算 14 3 2 2 矿石 烟尘中铁量及耗氧量 20 3 2 3 炉气成分及质量计算 20 3 2 4 氧气消耗量计算 21 3 2 5 钢水量计算 21 3 2 6 物料平衡表 22 4 4 热平衡计算热平衡计算 2323 4 1 热收入项 23 4 1 1 铁水物理热 23 4 1 2 铁水中各元素氧化放热及成渣热 23 4 1 3 烟尘氧化放热 23 4 2 热支出项 24 4 2 1 钢水物理热 24 4 2 2 炉渣物理热 24 4 2 3 矿石分解吸热 24 4 2 4 烟尘物理热 24 4 2 5 炉气物理热 24 4 2 6 渣中铁珠物理热 24 4 2 7 喷溅金属物理热 25 4 2 8 白云石分解热 25 4 2 9 剩余热量 25 4 2 10 废钢加入量 25 4 3 热平衡表 25 5 5 加入废钢和脱氧后的物料平衡加入废钢和脱氧后的物料平衡 2727 5 1 加入废钢的物料平衡 27 5 1 1 废钢中各元素应被氧化量如下表所示 27 5 1 2 加入废钢后的物料平衡表如下 28 5 1 3 加入废钢的物料平衡 28 5 2 脱氧后的物料平衡 29 5 2 1 冶炼 Q215 钢选用锰铁和硅铁脱氧 29 5 2 2 计算锰铁 硅铁加入量 29 5 2 3 脱氧剂中各元素的计算 30 6 6 全厂金属平衡全厂金属平衡 3232 6 1 收入项 32 6 2 支出项 33 6 3 全厂金属平衡表 34 6 4 所需废钢量计算 35 7 7 氧气顶吹转炉炉型设计氧气顶吹转炉炉型设计 3636 7 1 转炉的座数 公称容量及生产能力的确定 36 7 1 1 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 36 7 1 2 选取转炉作业率和冶炼一炉钢平均时间 36 7 1 3 计算出年出钢炉数 N 36 7 1 4 平均炉产钢水量 36 7 1 5 车间生产能力的确定 36 7 2 转炉炉型的主要参数 37 7 2 1 原始条件 37 7 2 2 炉型选择 37 7 2 3 炉容比 37 7 2 4 熔池尺寸的计算 37 7 2 5 炉帽尺寸的确定 38 7 2 6 炉身尺寸确定 38 7 2 7 出钢口尺寸的确定 39 7 2 8 炉衬厚度确定 39 7 2 9 炉壳厚度确定 40 7 2 10 验算高宽比 40 8 8 氧枪设计氧枪设计 4141 8 1 氧枪喷头设计 41 8 1 1 原始数据 41 8 1 2 计算氧流量 41 8 1 3 选用喷孔 41 8 1 4 设计工况氧压 41 8 1 5 计算吼口直径 41 8 1 6 计算 d出 42 8 1 7 计算扩张段长度 42 8 1 8 收缩段长度 42 8 2 氧枪枪身设计 42 8 2 1 原始数据 42 8 2 2 中心氧管管径确定 42 8 2 3 中层套管管径的确定 43 8 2 4 外层套管管径的确定 43 8 2 5 中层套管下沿至喷头面间隙 h 43 9 9 连铸机设备的确定连铸机设备的确定 4444 9 1 连铸机的发展历史及前景 44 9 2 连铸机的选择及工艺参数的计算 44 9 2 1 连铸机机型的选择 44 9 2 2 盛钢桶允许浇注的最大时间 tmax 45 9 2 3 铸坯断面 45 9 2 4 拉坯速度 46 9 2 5 连铸机流数的确定 46 9 3 弧形连铸机的总体尺寸 46 9 3 1 连铸机的变曲半径 R 46 9 3 2 连铸机总长度 L 47 9 3 3 连铸机产量的确定 47 9 4 连铸机与转炉的配合及连铸机台数的确定 47 9 4 1 连铸机与转炉的配合 47 9 4 2 连铸机台数的确定 n 48 9 5 中间包主要工艺参数 48 9 5 1 中间包容量的确定 48 9 5 2 中间包的水口尺寸 48 9 6 结晶器的选择 49 1010 车间其它主要设备的计算和选择车间其它主要设备的计算和选择 5050 10 1 铁水供应系统设备 50 10 1 1 混铁炉容量和座数 50 10 2 废钢供应系统和设备 50 10 2 1 废钢间面积 50 10 2 2 废钢槽容量 51 10 3 盛钢桶容量和数量的选择 51 10 3 1 盛钢桶容量 51 10 4 渣罐车数量的确定 52 10 4 1 渣罐车数量 52 10 5 起重机的选择及台数的确定 52 1111 转炉车间主厂房的工艺布置和尺寸选择转炉车间主厂房的工艺布置和尺寸选择 5454 11 1 主厂房主要尺寸的确定 54 11 1 1 原料跨间布置 54 11 1 2 炉子跨间布置 54 11 1 3 浇铸跨主要尺寸的确定 56 11 1 4 精炼跨跨度确定 56 11 2 连铸区域的布置 56 1212 RHRH 炉外精炼技术炉外精炼技术 5757 12 1 炉外精炼的发展历史 57 12 2 RH 精炼技术的开发与应用 57 12 3 采用 RH 工艺达到的效果 58 12 4 RH 喷粉技术及其发展 59 12 4 1 RH PB 法 59 12 4 2 RH PTB 喷粉法 60 12 4 3 MESID 技术 60 12 4 4 RH 技术冶金功能的比较 60 1313 烟尘处理系统烟尘处理系统 6161 13 1 国内外转炉炼钢烟尘处理系统概况 61 13 2 转炉煤气干法 LT 法 除尘技术工艺介绍 62 13 3 转炉煤气干法除尘系统主要构成及技术特点 63 13 3 1 蒸发冷却器 63 13 3 2 静电除尘器 63 13 3 3 煤气冷却器 64 13 3 4 控制系统 64 13 4 经济效益和社会效益分析 65 13 5 转炉煤气干法除尘系统发展前景 65 1414 结论结论 6666 参考文献参考文献 6767 致谢致谢 6868 附录附录 6969 附录 技术经济指标表 69 附录 70 摘要 由于市场对钢材的大量需求 现代化的炼钢设备都在向着大型化的方向发展 本 设计主要是模拟在六盘水市建立一个现代化年产 400 万吨的大型炼钢企业 以满足市 场对钢材的需求 促进经济的稳定发展 设计内容主要包括 物料平衡和热平衡计算 转炉炉型设计 氧枪喷头设计 连 铸机设备的选择及各种附属设备的确定等 通过本设计从而获得有利于冶炼的参数 对现场生产起到一定的指导作用 并为 现场生产提供理论依据 关键词 炼钢 炉型设计 连铸机 ABSTRACT Because the damand of market for steel is great and the equipment more and more large scaled the aim of design is to build a morden huge steelmaking enterprise located in LiuPanShui city which produce 400 million tons steel each year The content of design includes The balance of materials and heat is calculatied the converter stove and the oxygen gun nozzle are design the conticaster equipment and appurtenance are selected The parameter of metallurgy are getted by the design which take effect on the practice produce and provides the theory basis for the scene production Keyword steelmaking fesigning of section continuous casting machine 1 绪论 1 1 国外炼钢技术的发展 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得使英国发明家亨利 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 成为冶金史上得一大创举 从此开创了大规模炼钢得新时代 回顾氧气转炉炼钢的发展 可分为以下三个时期 转炉大型化时期 1950 1970 以转炉大型化技术为核心 逐步完善了转炉炼钢 工艺和设备 先后开发出大型化转炉设计技术 OG 法除尘与煤气回收技术 计算 机静态与副枪动态控制技术 镁碳砖综合砌炉与喷补挂渣等护炉工艺技术 转炉复合吹炼时期 1970 1990 这一时期 由于连铸技术的迅速发展 出现了 全连铸得炼钢车间 对转炉炼钢得稳定性和终点控制得准确性提出了更高的要求 为了改善转炉吹炼后期钢 渣反应远离平衡 实现平稳吹炼得目标 综合顶吹 底 吹转炉的优点 研究开发出各种顶底复合吹炼工艺技术 在世界上迅速推广 转炉综合优化时期 1990年以后 在这一时期 由于社会对纯净钢得生产需求 日益增加 迫切需要建立起一种全新的 能大规模廉价生产纯净钢的生产体制 围绕 纯净钢生产 研究开发出铁水 三脱 预处理 高效转炉生产 全自动吹炼控制与溅渣 护炉等重大新工艺技术 降低了生产成本 大幅度提高了生产效率 1 2 我国转炉炼钢技术的发展 1 2 1 起步与发展阶段 1962 1979 年 1962 年第一座 3 t 氧气顶吹转炉炼钢车间投产仅 2 年 1964 年 11 月中国第一座 3 30 t 氧气转炉炼钢车间在北京石景山钢铁厂 后改名为首钢 投产 这标志着中国氧气 转炉炼钢开始向大型化方向发展 上海 本溪 攀枝花 太原一批国产 30 t 50 t 120 t 转炉相继投产 这一阶段几个较重要的发展标志是首钢 3 30 t 转炉厂率先进行 转炉计算机控制技术开发 实现年产钢 200 万 t 以上 武钢国产 50 t 转炉适应 1700mm 连轧生产与品种的要求 在国内转炉钢厂首次配备了 KR 铁水预脱硫 RH 真空处理装 置等先进设备 迅速提高了中国氧气转炉炼钢厂的技术档次与水平 首钢 武钢 上 钢一 三 五等厂推动连铸生产 较快提高了转炉生产能力 工艺制度逐渐完善 生 产稳定 也进行转炉煤气回收 氧气底吹转炉 转炉生产合金钢 硅钢 不锈钢等多 项重要的工业试验 从 1978 年起 开发了转炉顶底复合吹炼技术 攀钢 承钢 马钢 成功地进行铁水先提钒后炼钢 包钢进行底吹转炉提铌的工业化试验 1979 年 中国 氧气转炉钢首次超过平炉钢产量 成为中国钢产量增长的主要力量 也是这一阶段发 展最重要的标志 由于这一时期大量转炉由侧吹转炉改造而成 转炉炉容偏小问题从 一开始就较为突出 而且 慢节奏的模铸生产占绝对优势 直到 1979 年 中国连铸比 只有 4 4 这在很大程度上限制了转炉生产能力的发挥 加上主要是长型材的较为单 一的品种结构 使中国氧气转炉炼钢水平的提高受到影响 1 2 2 较快发展阶段 1980 2000 年 在这一阶段 中国转炉大型化 高水平化的重要标志是宝钢 300t 250t 武钢 250t 首钢 210t 大型转炉的投产 尤其是 1985 年宝钢 300t 转炉投产为中国转炉炼钢 起了示范作用 中国的连铸比由 1988 年的 14 7 迅速增长到 2000 年的 81 89 年 均增长 5 6 加上铁水预处理 钢水精炼同步发展 以及转炉操作优化 供氧强度的 提高 大大增加了氧气转炉的生产率 1985 年氧气转炉钢在钢产量中的比例超过 50 1988 年以来一直保持在 80 以上 成为 1996 年中国年产钢超过 1 亿 t 的主要推动 力量 从 1994 年开始 主要依靠自己力量开发的大 中 小型转炉溅渣护炉 长寿复 合吹炼技术取得了重大进展 大幅度提高了转炉作业率 降低了消耗 大批转炉年冶 炼炉数超过 10000 炉 有的在 13000 炉以上 成为这一时期氧气转炉炼钢的一大亮点 这一时期由于大批建设 20 30t 转炉 主要生产长型材的转炉钢厂 转炉数量增加 1 倍 多 平均炉容仅增加 10 由此带来能耗高 环保差等一系列问题 到 2000 年以后 由于资源 环境的压力 全行业小转炉均面临着淘汰 1 2 3 高速发展阶段 2001 年至今 进入新世纪以来 中国氧气转炉钢产量每年都以 2000 6000 万 t 的速度递增 2004 年氧气转炉钢产量首次突破 2 亿 t 2005 年达 3 亿 t 这种史无前例的增长 成为 中国年产钢连续突破 2 亿 t 3 亿 t 的关键因素 也使世界年产钢在新世纪初连续突破 9 亿 t 10 亿 t 和 11 亿 t 这一阶段的重要标志 转炉大型化的趋势十分明显 基本上 可以立足于自主设计 制造 转炉平均吨位增加了 1 倍多 转炉溅渣护炉复吹长寿技 术成为系列化 底吹透气元件不更换 100 复吹的大中型转炉炉龄基本上可以超过 10000 炉 许多已超过 20000 炉 最高达 30368 炉 成为世界上独树一帜的氧气转炉炼 钢技术 这一时期 加快了高效率 低成本的洁净钢生产平台建设速度 加上转炉计 算机动态自动控制水平的提高 氧气转炉炼钢几乎覆盖了所有品种 宝钢 鞍钢 武 钢等企业都具备了生产 N H 0 P S 总含量 100 10 6 纯净钢的条件 各类高强 高韧性 耐蚀 耐候 耐火 抗震用钢批量生产 国内轿车用钢整车供货 市场占有 率超过 65 这一时期最大的亮点应当是高炉一氧气转炉一薄板坯连铸连轧紧凑型流 程成功嫁接优化 炼钢技术得到了丰富和提升 并迅速地走在世界前列 唐钢成为世 界上首个产量超过 300 万 t a 的紧凑流程生产线 除珠江钢厂外中国 10 条紧凑流程生 产线中有 9 条是配合转炉的紧凑流程生产线 产能占世界全部紧凑流程生产线的 1 3 包括管线 双相 高强 耐候 微合金汽车和机械用高强钢板在内的优质钢种在紧凑 流程生产线上不断批量生产 应当指出的是 氧气转炉炼钢的高生产率代表了工艺 装备 质量的稳定性 也是技术水平提高的显著标志 1 3 转炉炼钢工艺流程及发展 1 3 1 现代转炉炼钢工艺流程 现在钢铁联合企业是一个庞大而复杂的综合生产部门 在这个钢铁联合企业中 钢铁材料的生产包括采矿 选矿 烧结 球团 焦化 炼铁 炼钢和各种轧钢等过程 由于各种钢材质量主要决定于炼钢工艺过程和设备 所以炼钢成为钢铁工业生产流程 中的中心环节 目前主要得炼钢方式是转炉炼钢 我国现在转炉钢占总钢产量得比例 已经超过 80 并接近 90 过去钢铁冶炼得工艺流程基本是铁水 炼钢炉 转炉 电炉 平炉 浇注 模铸 连铸 轧钢得模式 这样得模式由于缺少铁水的预处理 炉外精炼工艺 只能冶炼普通钢种 难以冶炼优质特种高性能钢材 平炉由于其炉渣碱度低 脱磷 脱硫效果差 限制了钢材质量得提高 随着工业和科学技术得发展 对钢材质量和性 能提出了更高的要求 迫使人们开发也冶炼更多品种得钢材 从而推动了炼钢技术的 不断发展 转炉冶炼采用铁水预处理 炉外精炼工艺后 钢得质量大大提高 转炉钢 品种增加 转炉不仅能冶炼普通钢种 而且能冶炼高级优质钢种 甚至能冶炼包括不 锈钢在内的特种钢 这为转炉炼钢的发展提供了广阔的空间 传统的钢水浇注一直以模注为主 不仅生产效率低 工人劳动强度大 车间环境恶 劣 而且金属损失大 回收率低 难以浇注大型钢锭 采用连铸后 情况大为改观 生产效率和金属回收率大为提高 工人劳动强度降低 实现了浇注过程得完全自动化 近十年中炼钢连铸比不断提高 许多大型钢铁企业均已实现了全连铸 高炉 铁水预处理 转炉顶底复合吹炼 炉外精炼 连铸连轧 已成为大 型现代化钢铁企业钢铁生产模式 而高炉 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 则是现在转炉炼钢生产 得最佳工艺流程 1 4 国外先进钢铁企业的转炉吹炼技术 目前 社会对洁净钢的需求不断增加 迫切需要建立起一种全新的 能大规模廉 价生产纯净钢的生产体制 同时 单纯依赖生产工序的技术改进 很难达到最佳的经 济效果 为实现这一目标 日本冶炼专家提出了 分阶段冶炼 的思想 经过近 10 年的 实践 日本基本解决了新流程所面临的技术问题 采用新工艺后 原转炉的钢水质量 和生产效率明显提高 改变了 三吹二 或 二吹一 的 传统模式 建立起一座转炉的生 产体制 1 蒂森公司 TBM 法 早在 20 世纪 70 年代末期 蒂森公司通过一系列的研究试验 确立了 TBM 法复 合吹炼技术 该法是从转炉底部向熔池吹人 N2 Ar 多年来 蒂森公司的布鲁克豪森 厂 2 座 380t 转炉 贝克尔韦特厂 3 座 260t 转炉和卢森堡阿尔贝德马里蒂姆厂 2 座 300t 转炉均采用 TBM 法复合吹炼 并取得了良好的经济效益 生产成本亦有所降低 采用 TBM 法复合吹炼 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 伏林根厂 3 座 150t 转炉采用 LBE 法复合吹炼 生产实践证明 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 LD AB 复吹技术 早在 1979 年末 新日铁公司大分厂 340t 转炉 八幡一炼钢 150t 转炉 八幡三炼 钢 320t 转炉以及名古屋厂均相继把原有顶吹转炉改造成了 LD OB 复吹转炉 此外 新日铁还开发了 LD AB 复吹技术 从转炉底部吹人惰性气体 如君津二炼钢 300t 转 炉 君津一炼钢 220t 转炉 1990 年新日铁向宝钢输出了 LD AB 技术 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 从转炉底部吹人 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 Mg C 质砖 最初炉底寿命仅为 700 1000 次 最 近已将透气元件改为透气砖 透气砖为 Mg C 砖 每块透气砖内镶嵌 56 6O 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 LD KGC 和 K B0P 法 川崎制铁公司开发出两种不同类型的顶底复吹转炉 即 K BOP 和 LD KGC K BOP 在底吹喷嘴喷人石灰的同时 还吹入一部分氧气 LD KGC 则在底吹 喷嘴喷吹惰性气体的同时 用顶枪吹氧 LD KGC 通过提高底吹惰性气体流量来增加 熔池的搅拌力 K BOP 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 LD KGC 法使用 CO 气体 K BOP 法使用 C02气体 6 日本钢管公司 NK CB 复吹技术 日本钢管公司开发了 NK CB 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 t min 采用单管喷嘴 炉底设 4 支喷嘴 采用 NK CB 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 Fe Mn 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0 004 0 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 5 我国氧气转炉炼钢技术展望 1 5 1 转炉大型化和流程优化 中国 钢铁产业发展政策 明确规定新建转炉必须 120t 一方面将全力推进转炉 大型化的进程 加快淘汰落后的小转炉 另一方面则将更理性地研究转炉大型化的合 理炉容问题 殷瑞钰院士呼吁研究钢铁联合企业各工序的界面技术 树立转炉设计动 态有序地理顺衔接匹配关系 做到全流程优化的思路 反对各工序能力简单叠加的设 计方法 1 5 2 转炉高效化 为了提高转炉作业效率 降低生产成本 如何进一步缩短转炉冶炼周期一直是各 钢厂研究的课题 其中 转炉采用 三脱 铁水少渣冶炼 纯吹炼时间可以缩短3 5 min 采用直接出钢技术可以缩短转炉停吹到出钢的镇静时间2 3 min 日本住友金属 和歌山新炼钢厂通过改造 铁水全部采用KR搅拌法脱硫 经过专用脱磷转炉进行全量 铁水脱磷处理 然后 再到脱碳转炉进行脱碳升温 脱磷转炉和脱碳转炉冶炼周期只 有20 min 其中纯吹氧时间只有9 min 2座公称容量210t脱碳转炉 2吹1 年产钢400万t 以上 实现了转炉高效化 该模式对于新建钢厂和老厂改造均有借鉴作用 1 5 3 钢水洁净化 用户对钢材质量要求的不断提高促使炼钢技术的发展 其中纯净钢生产技术越来 越受到钢厂的重视 宝钢从20世纪90年代初期就开始研究纯净钢生产技术 经过十几 年开发 目前已拥有完善的纯净钢炼钢技术 采用该技术生产的纯净管线钢和IF钢在 不同阶段达到的纯净度水平 在2004年进行的批量超纯净管线钢生产试验中 S P 0 N H元素的总含量最小达到71 10 6 除了对钢水杂质元素控制外 还要对 钢水的夹杂物进行控制 特别是氧化物夹杂 复吹转炉可以明显降低转炉终点游离氧 含量 减少氧化物夹杂的生成 因此 转炉复吹技术的开发和应用 对于从源头上减 少夹杂物有着重要作用 1 5 4 控制模型化 中国钢铁产品的质量稳定性不够 其原因有很多 但转炉靠人工操作引起波动大 是其主要原因 随着计算机技术的迅猛发展 炼钢模型的开发和利用不断进步 目前 中国大部分转炉实现了模型控制 转炉模型主要有转炉静态和动态模型 转炉自动吹 炼模型 转炉合金模型等 模型的应用对生产操作的稳定 提高劳动生产率 减少质 量波动等起着促进作用 因此 有必要继续优化 完善冶金模型 进一步提高模型控 制精度 全面推进大 中型转炉的全自动不倒炉炼钢技术 进行智能型转炉炼钢 1 5 5 资源综合利用化 改变原有炼钢过程产生大量废弃物的概念 将炼钢过程产生的液态 固态和气态 的物质定义为炼钢过程副产品加以利用 1 5 6 钢渣的综合利用 1 钢渣返回烧结利用 烧结矿中配加钢渣替代熔剂 不仅能回收利用钢渣中残钢 氧化铁 氧化钙 氧 化镁 氧化锰等有益成分 也成为烧结矿的增强剂 从而提高了烧结矿的质量和产量 目前 宝钢 鞍钢 首钢等企业均有利用 宝钢烧结矿中的钢渣配比约为1 2 使用 量稳定在15万t a以上 2 钢渣返回转炉利用 宝钢开发利用BRP工艺技术后 由于脱磷负荷主要由脱磷炉分担 脱碳炉的钢渣 磷含量较低 可以返回转炉利用 目前 宝钢成功进行了脱碳炉钢渣返回转炉利用的 试验 结果表明 通过适当的工艺将钢渣返回转炉利用 可以有效地促进转炉冶炼过 程的前期化渣 降低副原料消耗 达到降本增效目的 除了少部分返回烧结和转炉利 用之外 钢渣主要用于道路工程 如用于地基回填和软土地基加固 混凝土掺和料等 其次 用于做钢渣水泥以及新型建筑材料 如人行道砖 人造大理石等人造建材以及 耐海水腐蚀 防海藻附着的海岸混凝土砌块等 宝钢对含金属铁较多的铁渣和钢渣进行渣与金属铁的分离 把富含金属铁的渣铁 和渣钢返回转炉和电炉加以利用 研究渣钢 渣铁的回收利用分别始于1996年和2001 年 经过近几年的实践 目前已实现渣钢全量回收利用 渣铁回收利用率也超过 80 目前 中国大部分钢厂已逐步实现钢渣综合利用 但在除尘粉和OG泥的综合利用 以及废旧耐材利用方面还有待进一步开发 今后仍需努力在源头上加以控制 推广转 炉少渣炼钢技术 减少钢渣产生量 提高钢渣综合利用水平 1 5 7 蒸气 煤气的回收利用 转炉炼钢属于 自热式 冶炼 依靠铁水中C Si Mn P等元素的氧化反应放热 完成冶炼过程 并产生大量高温CO燃气 燃气温度约1500 燃气热值约8790 KJ m3 煤气发生量波动在97 115 m3 t之间 一般采用煤气回收技术回收转炉煤气的化学潜 热 用余热锅炉回收烟气的物理热 当被回收的煤气和蒸气的总热量大于转炉生产消 耗的各种能源总量时 便实现转炉工序 负能 炼钢 目前 宝钢 武钢 鞍钢等企业 实现了转炉工序 负能 炼钢 然而 目前还有相当部分转炉尚未做到煤气和蒸气的有 效回收 今后一段时间仍需对转炉煤气一蒸气最佳回收量及转炉工序 负能炼钢 技术 进行研究 包括转炉煤气高附加值的利用等 1 6 现代转炉炼钢技术存在的问题 现代转炉炼钢技术普遍存在的问题主要是随着社会对洁净钢的生产需求日益提高 迫切需要建立起一种全新的 能大规模廉价生产纯净钢的生产体系 因此 如何降低 生产成本 能耗 生产出大量的纯净钢以达到社会的需求是当前必须解决的问题 2 在六盘水建立钢铁厂可行性分析 2 1 地理条件分析 六盘水市是以能源 原材料工业为支柱的重工业城市 位于贵州西部 乌蒙山脉 南端 云贵高原结合部 全市辖水城县 盘县和六枝特区及钟山区 介于东经 104 18 105 42 北纬 25 19 26 55 之间 因地处黔中高原向滇东高原和广西丘陵向黔 西北高原的过渡地带 故地势西高东低 北高南低 乌蒙山东南支脉斜贯全境 成为 长江水系与珠江水系的分水岭 境内海拔高度在 1400 1900mm 之间 最高海拔 2900m 最低 609m 属喀斯特地形地貌 占全市总面积的 63 2 2 2 矿产资源分析 六盘水市经长期地质矿产勘查 尤其是通过 1964 年以来 以煤为主大量而广泛 的找矿与普查勘探 获得了丰硕成果 勘查与研究证实 六盘水市矿产具有资源较为 丰富 优势矿产突出 主要矿产分布广泛而相对集中 规模大 质量良好 资源潜力 大等特点 发现的矿产 含亚矿种 已达 45 种以上 其中不同程度探明资源储量的有 26 种 共有资源储量产地 133 处 其中尤以能源矿产煤炭及煤层气最具优势 在全省 乃至江南占有突出地位 铁 铅锌 水泥原料 熔剂用灰岩 冶金用白云岩等亦是该 市具有重要价值的矿产 以丰富的资源为依托 六盘水市已建成我国南方最大的炼焦 煤生产基地 是贵州实施 西电东送 加快火电发展的供煤基地 并建成为贵州重要 的钢铁 水泥生产基地 六盘水是国内著名的煤田 是贵州 也是我国南方最大的炼焦煤资源基地 全市 煤炭分布广泛 煤类较为齐全 产出煤层多 厚度大 地勘工作程度较高 煤质良好 盘县与钟山区 水城是贵州低硫优质炼焦煤的集中产区 历年探明资源储量产地 82 处 累计探明 155 亿吨以上 经多年开采至 2001 年末 全市保有资源储量 148 67 亿吨 不 含原表外资源量 约占全省总量的 28 左右 仅少于毕节地区 排名全省第二 在 全市保有资源储量中 炼焦用煤高达 90 亿吨 占全省炼焦煤总量的 85 居江南之首 计占南方各省 区 市 炼焦煤总和的 76 以上 六盘水是全国著名的煤层气 瓦斯 分布区 也是我国实施西部大开发地质调查 与勘查的四大重点煤层气片区之一 根据贵州省煤田地质局等省内外单位的勘查与研 究 煤层中蕴藏有丰富可供开发利用的煤层气 预测埋深 2000m 以浅的资源量 1 42 万 亿 m3 占全省总量的 45 成为贵州最大的煤层气资源分布区 以富甲烷煤层气为主 占总量的 93 7 按面积 资源丰度 含气量等多项指标进行定量评议排序 在全国 63 个重要煤层气目标区中列第 12 位 埋深 500m 以内煤层甲烷含量一般为 12 20ml g 最高可达 38 4ml g 以丰富资源为依托 六盘水市成为当今全省唯一抽取利用 煤层气的地区 六盘水市是贵州铅锌矿的主要产区之一 资源较为丰富 分布广泛 集中产于钟 山区与水城县 六枝与盘县亦有少量分布 历年累计探明并正式编入储量表的铅锌资 源储量为 30 6 万吨 铅 8 6 万吨 锌 22 万吨 约占全省总量的 1 5 经长期开采消 耗 尤其是重要的杉树林矿区资源储量已基本采尽 至今全市保有资源储量仅 9 1 万吨 其中铅 3 8 万吨 锌 5 3 万吨 六盘水市也是全省富铁矿的重要产区 尤以钟山区观音 山铁矿产出最丰 该区探明资源储量 2092 万吨 经多年开采 现尚余保有资源储量 1156 万吨 不含原表外资源储量 是水城钢铁 集团 公司的主要矿山基地 全市沉积岩分布广泛 符合水泥用的石灰岩脱离其配料 冶金用石灰岩与白云岩 砖瓦原料和建筑用砂石等资源丰富 遍及各县 特区 区 通过地质勘查 探明了 丰富可供利用的资源储量 其中经多年开采消耗 水泥用灰岩保有资源储量仍达 2 31 亿吨 约占全省总量的 15 列第三位 水泥配料 砂岩 页岩 粘土 共 1720 万吨 冶金用白云岩与熔剂用灰岩保有资源储量分别有 6720 万吨与 11968 万吨 砖瓦原料 页岩 砂岩 共 1744 万 m3 2 3 交通条件分析 六盘水是重要的能源原材料工业基地及未来西南地区又一重要的铁路枢纽城市 解放后 特别是经过 三线 建设和改革开放二十多年的建设 六盘水已发展为一个经 济门 类较多 社会事业较全面的新兴工业城市 已建成水城矿务局 六枝工矿 集团 公 司 盘江煤电 集团 有限责任公司 水城钢铁 集团 有限责任公司 水城发电厂 盘县发电厂 水城水泥股份有限公司 六盘水煤炭机械厂 重庆啤酒 集团 有限责 任公司六盘水分公司 贵州胜景化建有限责任公司等一大批大中小型企业 形成年生 产原煤 2160 万吨 生铁 130 万吨 钢 130 万吨 钢材 100 万吨 水泥 175 万吨 电力 装机 110 万千瓦的生产能力 煤炭 电力 冶金 建材成为六盘水的支柱产业 以核 桃乳 洋芋片 富硒茶 山城啤酒 矿泉水 生物制药为代表的系列绿色产业得到较 快的发展 逐步上规模 上档次 并将成为六盘水的后续支柱产业 市中心城区建成 面积 25 平方公里 人口 25 万 规模日益扩大 功能不断完善 随着株六铁路复线 水柏铁路 内昆铁路 六盘水南编组站的建成 加上滇黔铁路 内昆铁路 六盘水将 处于华南 西南铁路大通道交汇点 形成北上四川入江 南下广西入海 东出湖南到 华东 西进云南进入东南亚的铁路大 十 字 六盘水将成为西南地区又一重要的铁路 枢纽城市 不仅彻底改变西南路网结构 增加路网的灵活性 增加内陆省份与沿海港 口城市的联系 而且对保证铁路四通八达 安全营运 促进相关地区的物资交流 繁 荣市场及发展区域经济都有着重要作用 2 4 气候条件分析 六盘水市立体气候明显 全市大部分属于亚热带高原山地季风湿润气候区 大部 分地区日照时数1200 1600小时 平均气温13 14 年均无霜期230 300天 年降雨量 1200 1500毫米 冬无严寒 夏无酷暑 雨热同季 雨量集中 气候垂直分布明显 通过对中国内外炼钢技术的发展现状及趋势和炼钢设备的情况 同时对六盘水市 的地理条件 矿产资源 交通条件以及气候条件的全方位的分析 同时结合我国钢铁 市场的需求及工艺的现状 在六盘水市建立一个大型的钢铁企业是具有一定的资源优 势以及市场优势等 因此 在六盘水水市建立一个年产400万吨的转炉炼钢厂是完全可 行的 2 5 本课题的设计意义 由于市场对钢材的大量需求 现代化的钢铁企业都在向着大型化的方向发展 在 本设计中主要是设计大型的炼钢车间 对炼钢过程中的铁水的处理方面及大型转炉的 炉型进行从新的设计 采用适当扩大装入量的方法 降低炉容比 提高转炉利用系数 从而达到降低生产成本 生产能耗 使转炉在冶炼过程中达到冶炼最优化 3 物料平衡计算 炼钢过程的物料平衡计算与热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上 其主 要目的是比较整个冶炼过程中物料 能量的收入项和支出项 为改进操作工艺制度 确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量依据 3 1 原始数据 以下数据皆根据国内同类型转炉炼钢生产厂家实测数据选取 3 1 1 铁水成分及温度 表 3 1 铁水成分及温度表 成分CSiMnPS温度 C 含量 4 10 850 80 150 061250 3 1 2 原材料成分 表 3 2 原料成分表 原 料 组成 石灰矿石萤石白云石炉衬 CaO 91 081 0730 8554 02 2 SiO 1 665 606 010 452 07 MgO 1 540 540 5920 1537 78 23 Al O 1 221 100 760 751 03 S 0 060 070 08 P 0 010 56 2 CaF 90 00 FeO 29 4 23 Fe O 61 7 烧减4 4447 80 2 H O 0 522 00 C 5 04 总计100 00100 00100 00100 00100 00 3 1 3 冶炼钢种及成分 Q215 表 3 3 冶炼钢种及成分表 成分 百分含量 CSiMnPS 钢种 Q215 0 09 0 15 0 30 25 0 55 0 045 0 05 3 1 4 平均比热 表 3 4 平均比热表 项目 固态平均比热 KJ 熔化潜热 KJ 液态或气态平均比热 KJ 生铁0 7452180 837 钢0 6992720 837 炉渣2091 248 炉气 烟尘0 996209 矿石1 0462091 137 3 1 5 冷却剂 用废钢作冷却剂 其成分与冶炼钢种成分的中限皆同 3 1 6 反应热效应 表 3 5 反应热效应表 放出热或吸收热元素反应式 KJ kmol KJ 元素 元素 2 1 C O CO 2 131365 010949 1C 2 2C O CO414481 734521 0C 2 2Si O SiO795023 628314 0Si 2 25 5 2P O P O 2 1172078 618922 6P 2 1 Mn O MnO 2 384955 07020 3Mn 2 1 Fe O FeO 2 266635 05021 2Fe 2 23 3 2Fe O Fe O 2 822156 07340 7Fe 2 22CaO SiO 2CaO SiO124600 42071 12SiO 25 254CaO P O 4CaO P O690441 95020 825P O 3 1 7 根据国内同类转炉的实测参数数据选取如下 1 渣中铁珠量为渣量的 8 2 金属中碳的氧化 其中 90 的碳氧化成 CO 10 的碳氧化成 CO2 3 喷溅铁水量为铁水量的 1 4 炉气和烟尘量 取炉气平均温度 1450 C 炉气中自由氧含量为 0 5 体积比 烟尘量为铁水量的 1 6 其中 FeO 78 Fe2O3 20 5 炉衬浸蚀量为铁水量的 0 5 6 氧气成分 O2 98 N2 2 3 2 物料平衡计算 根据铁水成分 原材料质量以及冶炼钢种 采用单渣不留渣操作 为简化计算 以 100 铁水为计算基础 3 2 1 炉渣量及成分计算 1 铁水中各元素氧化量 根据国内同类型转炉实测数据选取 表 3 6 铁水中各元素氧化量 成分 CSiMnPS 铁水4 10 850 80 150 06 终点钢水0 045痕迹0 120 0220 024 氧化量4 0550 850 680 1280 036 2 各元素氧化量 耗氧量及其氧化产物 3 7 各元素氧化量 耗氧量及其氧化产物 元 素 反应及其产物 元素氧化量 耗氧量 氧化产物量 备注 C C 1 2 O2 CO 650 3 90055 4 866 4 12 16 650 3 516 8 12 28 650 3 C C O2 CO2 406 0 10055 4 083 1 12 32 4055 0 489 1 12 44 4055 0 Si Si O2 SiO2 0 850 971 0 28 32 850 0 821 1 28 60 850 0 Mn Mn 1 2 O2 MnO 0 680 195 0 55 16 680 0 878 0 55 71 680 0 P2 P 5 2 O2 P2O5 0 128 165 0 62 80 128 0 293 0 62 142 128 0 S S O2 SO2 012 0 3 1 036 0 012 0 32 32 012 0 024 0 32 64 012 0 S S CaO CaS O 024 0 012 0 036 0 012 0 32 16 024 0 054 0 32 72 024 0 0 004 表 示还原出氧 量 消耗 CaO 量 042 0 32 56 024 0 Fe Fe 1 2 O FeO 1 096 313 0 56 16 096 1 1 409 Fe2 Fe 3 2 O Fe2O3 0 493 211 0 112 48 493 0 0 705 共计7 3397 807 注 其中铁含量的选取见表 3 13 3 造渣剂成分及数量 矿石加入量及成分 根据国内同类型转炉实测数据选取 矿石加入量为 1 00 100 铁水 其成分及 质量如下表所示 表 3 8 矿石成分表 成分质量 Fe2O31 00 61 70 0 617 FeO1 00 29 4 0 294 SiO21 00 5 60 0 056 Al2O31 00 1 10 0 011 CaO1 00 1 07 0 011 MgO1 00 0 54 0 005 S1 00 0 07 0 0007 H2O1 00 0 52 0 005 共计1 000 注 S 以 S CaO CaS O 的形式反应 其中生成 CaS 量为 02 0 32 72 01 0 消耗 CaO 量为 002 0 32 56 001 0 生成微量氧 忽略之 萤石加入量及成分 根据国内同类型转炉实测数据选取 萤石加入量为 0 50 100 铁水 其成分及质 量如下表所示 表 3 9 萤石成分表 成分质量 2CaF0 50 90 00 0 450 2SiO0 50 6 01 0 030 23Al O0 50 0 76 0 0038 MgO0 50 0 59 0 003 P0 50 0 56 0 0028 S0 50 0 08 0 0004 2H O0 50 2 00 0 010 共计0 500 注 P 以 2 P 5 2 O2 P2O5 的形式进行反应 其中生成量为 25P O006 0 62 142 0028 0 消耗氧气量为 004 0 62 80 0028 0 S 微量 忽略之 根据国内同类型转炉实测数据选取 炉衬被浸蚀量为 0 5 100 铁水 其成分及 质量如下表所示 表 3 10 炉衬成分表 成分质量 CaO0 50 54 02 0 270 MgO0 50 37 78 0 190 2SiO0 50 2 07 0 010 23Al O0 50 1 03 0 005 C0 50 5 04 0 025 共计0 500 注 被浸蚀的炉衬中碳的氧化 同金属中碳的氧化成 CO 的比例数相同 即2CO C CO 053 0 90 12 28 025 0 C CO2 009 0 10 12 44 025 0 其消耗氧气量 030 0 28 16 053 0 007 0 44 32 009 0 共消耗氧气量为 0 030 0 007 0 037 生白云石加入量及成分 根据国内同类型转炉实测数据选取 生白云石加入量为 3 00 100 铁水 其成分及质量如 下表所示 表 3 11 生白云石成分表 成分质量 CaO3 00 30 85 0 926 MgO3 00 20 15 0 605 Al2O33 00 0 75 0 023 SiO23 00 0 45 0 014 烧减3 00 47 80