设计一座公称容量为3215;200t吨的氧气转炉炼钢车间毕业设计.doc

河北联合大学毕业设计目录设计一座公称容量为3200t吨的氧气转炉炼钢车间毕业设计目录摘 要IABSTRACTII引言11 设计方案的选择即确定21.1 车间生产规模、转炉容量及座数的确定21.2 车间各主要系统所用方案的比较及确定21.2.1 转炉冶炼工艺及控制.21.2.2 铁水供应系统21.2.3 铁水预处理系统31.2.4 废钢供应系统41.2.5 散装料供应系统41.2.6 转炉烟气净化及回收工艺流程61.2.7 铁合金供应系统71.2.8 炉外精炼系统71.2.9 钢水浇注系统81.2.10 炉渣处理系统101.3 炼钢车间工艺布置111.3.1 车间跨数的确定111.3.2 各跨的工艺布置111.4车间工艺流程简介111.5 原材料供应141.5.1 铁水供应141.5.2 废钢供应141.5.3 散装料和铁合金供应142设备计算152.1转炉计算152.1.1 炉型设计152.1.2 转炉空炉重心及倾动力矩192.2 氧抢设计202.2.1 技术说明202.2.2 喷头设计212.2.3 枪身设计222.3净化及回收系统设计与计算272.3.1吹炼条件272.3.2参数计算282.3.3流程简介302.3.4 主要设备的设计和选择302.3.5 计算资料综合392.4 炉外精练设备的选取及主要参数392.4.1主要设计及其特点392.4.2 主要工艺设备技术性能403车间计算443.1 原材料供应系统443.1.1 铁水供应系统443.1.2 废钢场和废钢斗计算453.1.3 散状料供应系统463.1.4 合金料供应系统483.2浇铸系统设备计算493.2.1钢包及钢包车493.2.2连铸机503.3渣包的确定563.4 车间尺寸计算583.4.1 炉子跨583.4.2 其余各跨跨度623.5天车634 新技术和先进工艺、设备的应用644.1 铁水预处理脱硫644.2 溅渣护炉技术644.3底部供气元件644.4连铸64结论66致谢67参考文献681河北联合大学毕业设计引言引言 近年来我国转炉炼钢技术装备发展迅速，转炉钢产量大幅增长。转炉炼钢法在我国炼钢生产中处于绝对统治地位。我国转炉钢产量从2000年的不到1.1亿吨增长到2009年的约5亿吨，增长了约4.7倍，年均增幅接近19%，超过了粗钢的增长速度。目前我国转炉炼钢的比例约为88%，远远高于电炉炼钢。“十五”后期和“十一五”期间，为满足生产需要，我国新建了一大批转炉，产能迅速扩大，从技术装备结构来看，我国转炉大型化取得较快进展，技术装备水平不断提高，少数大中型转炉已达到国际先进水平。从数量上来看，我国现有转炉装备中80t200t的转炉数量最多，而200t及以上的数量最少，我国仍保有一定数量的30t以下转炉，淘汰落后产能任务艰巨。目前，我国100t及以上转炉产能已占全部转炉产能的半壁江山。据不完全统计，2009年新投产转炉中100t以上转炉的产能占到8成以上，随着国家不断加大淘汰落后产能的力度，我国转炉会进一步朝大型化方向发展。随着转炉技术装备的进步和过程控制水平的提高，近年来我国重点统计钢铁企业转炉炼钢的钢铁料消耗和工序能耗不断下降，多数大中型转炉具备实现负能炼钢的装备条件，但仍需优化降罩控制，加强能源管理，少数先进钢铁企业已实现转炉连铸全工序负能炼钢。但从总体来看，我国转炉炼钢物料消耗，能源消耗与国际先进水平相比仍存在较大差距，应大力推广高效长寿复吹，干法除尘等先进技术，重视节能环保和综合利用，使车间设计达到最优的效果，实现新的突破。河北联合大学本科生毕业设计1 设计方案的选择及确定 设计三座公称容量200万吨的氧气转炉炼钢车间，产品以板坯为主1.1车间生产规模、转炉容量及座数,产品方案的确定1.1.1车间生产规模及座数的确定：1）计算出钢炉数选定200t转炉3座，采取“三吹三”方案，转炉作业天数取290天，则转炉冶炼周期按转炉容量大小确定，本设计取40min,则具体时间分配，见表1： 表1兑铁水加废钢吹氧测温取样补吹摇炉打出钢口出钢倒渣堵出钢口溅渣护炉辅助时间3.5分钟2分钟16分钟2分钟2分钟1分钟5分钟2分钟4分钟2.5分钟1.2 车间生产工艺流程及各主要系统所用方案的比较及确定1.2.1转炉冶炼工艺及控制：采用顶底复吹转炉吹炼，由于增加底部供气，加强熔池搅拌，使熔池搅拌更加均匀；改善了钢-渣反应条件使其更接近平衡，过氧化现象降低；底吹惰性气体，使气泡中co的分压低，有利于脱碳反应；通过改变氧枪位置，可以控制化渣有利于充分发挥炉渣作用；采用复吹方法，使熔池富余热量减啥，降低了废钢比。1.2.2铁水供应系统： 钢铁联合企业中转炉炼钢一般都采用高炉铁水直接热装入转炉的方式，铁水供应方式有混铁炉、混铁车和铁水罐三种供应方式。1） 混铁炉供应铁水方式： 供铁过程是高炉铁水出到铁水罐内，运至转炉车间的混铁炉间，用天车将铁水倒入混铁炉内保温贮存，当转炉需要铁水时，再从混铁炉内倒转炉车间的铁水罐内，称重后倒入转炉内冶炼。其流程为 高炉铁水罐混铁炉铁水罐转炉混铁炉的作用是贮存并混匀铁水成分和温度。所以采用混铁炉供应铁水，铁水成分和温度比较均匀稳定，有利于生产组织，稳定转炉操作。但它的不足之处是比混铁车多倒一次铁水，热量损失大，耗能，铁水中石墨的析出污染环境。中型转炉车间采用混铁炉供应铁水较多3。，目前，新建转炉不提倡使用混铁炉供应铁水2） 混铁车供应铁水方式： 其流程为 高炉混铁车铁水预处理站铁水灌转炉 混铁车又叫鱼雷罐车，它的作用是运送并贮存铁水。优点是工艺上比混铁炉少倒一次铁水，故热损失少，运输过程中比铁水罐散热少，保温性能好。缺点是混铁车容量因受到铁路轨距和弯道曲率半径的限制不能太大，因此贮存和混匀铁水的作用不如混铁炉。铁水的成分和温度不像混铁炉那样均匀稳定。 适用于大型转炉车间和高炉距转炉较远的企业。3）铁水罐供应铁水方式：高炉铁水罐铁水罐（小）转炉；此方式供应的铁水成分及温度变化幅度较大，目前很少采用。鉴于混铁车工艺比混铁炉少倒一次铁水，热损失少且运输过程中比铁水罐散热少，保温性能好，投资又较混铁炉地，加上目前高炉生产相对较稳定，铁水成分温度变化不大，本设计又为200t的大型转炉车间，故采用混铁车供应铁水方式。1.2.3铁水预处理系统：1） 铁水预脱硫铁水预处理是指铁水进入炼钢炉前进行的某种处理，分为普通铁水脱硫、脱硅和脱磷预处理（简称铁水三脱处理）和特殊铁水提钒、提铌、提钨预处理（简称铁水三提处理），同时提取其他虽不贵重但在经济上对综合利用有利的元素。铁水预处理目的针对炼钢而言，主要是使其中硫、磷、硅含量降低到所要求范围，以简化炼钢过程，提高钢的质量。铁水预处理按需要可以分别在炼铁工序和炼钢工序内，如铁水沟、铁水包等，而对于回收某些有益成分的处理则有铁水提钒、提铌等，对这些特殊铁水，通过预处理可有效的回收利用有益元素，实现综合利用。本设计在铁水预处理站的主要任务是进行铁水预脱硫处理。有如下优势：（1）可以使铁水硫含量降低到极低含量，有利于转炉冶炼品种钢、优质钢和纯净钢，实现钢铁产品的升级换代，生产出具有高附加值的优质钢材；（2）能保证转炉炼钢吃精料，节约炼钢原材料消耗，降低炼钢的生产成本，提高生产率；（3）提高高炉生产能力，减轻高炉脱硫负担，由于高炉工序几乎不考虑产品硫含量，这样可降低高炉渣碱度，减少渣量，减轻碱金属的危害，有利于冶炼低硅铁水，使高炉操作稳定、顺行、降低焦比和能耗，使高炉降低焦炭消耗2345kg/t，增加铁水产量5%10%；（4）可有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。硫是决定连铸坯质量的关键因素，铁水脱硫是目前实现全连铸、近终形连铸、连铸连轧和热装热送新工艺的最可靠技术保障5。2） 铁水预脱硫的选择：鉴于现代炼铁技术相当成熟，铁水的硅含量并不高，本设计采用单一脱硫的方式 (1) 脱硫剂的选择：目前采用的脱硫剂有：苏打、碳化钙、镁基、石灰粉等，一般轻脱硫采用石灰粉（S0.03%），深脱硫采用碳化钙或镁基（S0.01%），苏打因为利用率低，劳动条件差，现已基本不采用。(2) 脱硫方式的选择：到目前为止，脱硫的方法有很多种，按照脱硫剂的加入方式和铁水搅拌方式不同可分为铺撒发、摇包法、机械搅拌法、喷粉法、喂线法等，上述各种铁水预脱硫地方法经工业实际应用，有的因处理能力小 主要部件耐火材料寿命低 处理效果几可控性较差和环境污染问题较严重等而逐渐被淘汰。工业上应用较成熟的主要有以下几种方法：搅拌法脱硫、气体提升法脱硫喷粉法脱硫、镁焦法脱硫 喷吹颗粒镁脱硫喂线法加入镁基脱硫剂。镁与硫的亲和力较大，因此其反应速度快，脱硫效果好且能将铁水中硫脱至0.002。虽然镁的价格高，但是由于其喷吹量小，喷吹时间短，脱硫效果高，喷吹颗粒镁脱硫过程的温降为510之间，而且喷粉量的大小及喷吹时间的长短对铁水温降没有明显的影响，因此铁水温降小，生成的渣量少，喷吹颗粒镁脱硫后，渣中的Fe含量为45左右，绝大部分是扒渣过程中带出的铁粒，处理前后铁水重量减少约1.1左右，扣除铁水原始带渣0.8左右，所以整个喷粉脱硫过程铁损为0.3左右，故铁损少，烟气量小，生成的脱硫产物不污染环境，与其他喷吹脱硫工艺相，吨铁成本降低1美元。综上所述，本设计采用喷吹颗粒镁脱硫法 (3) 铁水预脱硫的设备当今主要采用的有鱼雷罐车和钢包脱硫。采用鱼雷罐车作为脱硫设备时，不仅铁水深度不足抑制镁的沸腾，而且扒渣极不方便，相对而言，大容量的铁水包其铁水深度能满足于镁脱硫工艺要求，而且敞开式的包口使得扒渣操作比较方便。所以，本设计采用铁水包脱硫。1.2.4 废钢供应系统：废钢间是转炉车间的组成部分，废钢间废钢贮存场地是由转炉每炉所需之废钢加入量，以及各类废钢贮存天数计算决定。国内各氧气转炉炼钢厂废钢间的布置方式有以下几种：1） 设置单独的废钢间;其流程为：火车车皮汽车料坑磁盘吊车或大钳废钢料斗专门料斗平车以电力或热力运送装料跨转炉。2）在加料跨一端设立废钢间，跨间设有双层起重机：其流程为：火车或汽车料坑磁盘或大钳吊车废钢槽称量废钢加料天车转炉。考虑到转炉昼夜需要废钢量比较大，废钢储存量也比较大，故本设计采用第一种废钢间布置方式，设立单独的废钢间。1.2.5 散状料供应系统：散状料主要包括：炼钢过程中使用的造渣材料和冷却剂等（如石灰、白云石、萤石、铁皮等）散装料品种繁多、用量大，又要在冶炼过程中分批加入炉内，加入要及时，数量要准确，要保证转炉的正常生产。其系统包括：散装料堆场、地面料仓、由地面料仓向炉上高位料仓的运输提升设备、高位料仓、给料及称重装置和加料设备等。其工艺流程如下：地下料仓固定胶带运输机转运漏斗可逆胶带运输机高位料仓分散称量漏斗电磁震动给料器汇总漏斗转炉散装料供应系统包括散装料堆场、地面（或地下）料仓，由地面料仓向主厂房的运料设施、炉上料仓及其称量和加料设备。散装料的供应要求迅速、准确、连续、及时。1）散状料堆场根据外部供料条件及企业的总图布置通常有三种布置方式：(1) 转炉车间自设单独的散装料堆场一般要求尽量靠近转炉，以实现“贮用合一”，从而减少原料的倒运和损耗，同时还可以减少地面料仓的容积，甚至将料场与料仓合并从而降低投资和成本。适用于大型转炉车间。(2) 转炉车间的原料场与炼铁车间的原料场合并与炼铁车间的原料场相比，转炉车间的原料场小的多，二者合并可利用炼铁原料场的卸车、贮存及加工设施，而不过分增加负担，此种方式比较经济。(3) 转炉车间与石灰窑合用料场石灰窑通常靠近转炉车间，石灰用量大而矿石、萤石等用量少，合用料场可统一解决各种原料的装卸、贮存和加工问题。鉴于本厂距高炉车间较远，且与石灰窑合用料场不方便，故采用第一种方式以便简单调度原料供应设施。2）地面料仓其作用为贮存和转运散装料，以消除来料时间的波动对转炉的影响。一般贮存310天的散装料。地面料仓分地下式、地上式、半地上半地下式。由于地下式可采用底开车或翻斗汽车直接把料卸入料仓，卸车较方便，故本厂采用地下式。3）从地面料仓向炉上高位料仓供料此供料方式有两种(1) 全皮带运输其特点是：结构简便，运输量大，供料过程连续，安全可靠，有利于实现自动化操作，原料破损少，但是占地面积大，投资大。适用于中大型转炉车间。(2) 斗式提升机胶带运输是将垂直提升方式与胶带运输结合起来，从地面料仓向高位料仓运输采用斗式提升机提升，然后采用胶带卸料小车向高位料仓卸料。其特点：占地面积和投资小，但供料能力小，工料过程不连续。适用于小型转炉车间。本设计采用大型转炉车间，鉴于全皮带运输方式结构简单，有利于自动化控制且原料破损少等优点，本设计采用全皮带运输方式。4）高位料仓高位料仓又称炉上料仓，其作用为临时贮料，保证转炉重力给料，既及时又可靠的满足转炉正常生产，使之不因加散状料而影响转炉的正常冶炼。本设计为大型转炉车间，实行3吹3操作，为保证转炉正常冶炼采用独立料仓，以保证及时上料。5）称量及加料设备保证散装料分批定量且按顺序向转炉加料。有两种称量方式；(1) 集中称量：几个料仓共用一个称量漏斗，各种料迭加称量。其特点是设备少，布置紧凑，适用于中小型转炉。(2) 分散称量：每个料仓分配一个称量漏斗，各种料单独称量。其特点是称量准确，便于操作和控制，临时补加方便，适用于大中型转炉。本设计为200吨转炉，采用电磁振动给料器向称量漏斗给料，利用分散称量方式把料加入到汇总漏斗，再由旋转溜槽从转炉两侧加入。因为汇总漏斗可缩短加料时间并适应转炉吹炼时间短和批料加入的间隔时间短的特点，且电磁振动给料器可比较准确的给料。1.2.6转炉烟气净化及回收工艺流程：1） 转炉烟气净化处理方法(1) 按吸入的气体量多少主要分两类 燃烧法将含有大量CO的炉气在出炉口进入除尘系统时与大量空气混合使之充分燃烧，燃烧后的烟气经冷却和除尘后排放到大气中去。缺点：由于不回收煤气，吸入大量空气后使烟气量增大了几倍，从而使净化系统庞大基建投资大，运转费用大，而且烟尘粒度细小，烟气净化效率低优点：操作简便，系统运行安全，适用于小型转炉。 未燃法定义：炉气出炉后绝大部分不燃烧，烟气主要成分为经冷却和除尘后将烟气回收利用或点燃放散到大气中去。缺点：整个系统需要严密，对防爆和防漏要求高，以防引起煤气中毒，另外需要增设升降烟罩机构和控制空气吸入量装置。优点：能回收煤气，烟气量小，烟尘粒度大，除尘效率高。综上所述，未燃法与燃烧法相比：系统吸入的空气量少，产生的烟量少，除尘设备体积小，投资费用低，需要的厂房高度低，能回收烟气节约大量能源，且其烟尘中的FeO含量高，颗粒大容易捕集，除尘效率高，故本设计采用未然法。(2) 在操作工艺上又分为全湿法、干湿结合法和全干法三种形式。 全湿法 即烟气进入一级净化设备立即与水相遇，其分为双塔一文式，双文一塔式， 复喷管式。此种系统耗水量大，且需要处理大量泥浆的设备。干湿结合法即烟气进入次级净化系统才与水相遇，此除尘系统主要由平面旋风除尘器，文氏颗粒层除尘。部分小型转炉曾经用过，新建转炉不采用全干法 即净化过程中烟气完全不与水相遇，其所得烟尘是干灰，布袋除尘是全干法除尘。静电除尘与颗粒层除尘分为干法与湿法两种。用干法静电除尘时，清除沉积板上的集尘，采用喷入少量的水，保持烟尘的湿润，用机械震荡的方法除去。而湿法除尘清除集尘，则用机械震荡和用水冲洗相结合的方法。因此除尘后需要污水处理设备。颗粒层除尘，颗粒层中的集尘用反吹风的方法可以得到干灰，用水反冲洗集尘则得到的是湿泥。全干法与湿法除尘方式相比， 干法除尘具有技术先进，综合运行成本低，省水节电明显，除尘效果显著等特点。故本设计采用全湿法未然净化系统。2）车间除尘 新型氧气转炉炼钢车间除专门设置转炉烟气净化设备外，还要对车间各个产生烟气和粉尘的场合设置相应的除尘设备进行除尘以净化整个车间环境，又称二次除尘，可分为局部除尘和厂房除尘两种。局部除尘常用的有干法布袋除尘器和旋风除尘器。厂房除尘要求厂房上部为密封结构，其天窗部分作为排烟吸引部。经过局部除尘和厂房除尘二者结合，一般可使炼钢车间空气中含尘量降至5mg/m3以下，近似于通常环境空气中的含尘量，可大大改善车间内的作业环境。经过查阅相关资料，本设计采用脉冲喷吹布袋除尘器，因其有构造简单、基建投资、除尘效率高（98以上）且操作管理方便等优点，而旋风除尘器除尘效率较低（6070）且不够稳定7 8。1.2.7铁合金供应系统： 铁合金料仓用于暂存铁合金，正常生产时贮存三天以上的铁合金用料。一般铁合金加料系统有两种形式：1）铁合金与散装料共用一套上料系统，由高位料仓经旋转溜槽加入钢包：其优点是设备简单，操作可靠，可确保及时向转炉或钢包供料;其缺点是稍增加了散装料皮带上料机的运输量。2）铁合金自成系统用皮带机上料：有较大的运输能力，机械化程度高，使铁合金上料不与散装料干扰，还可使车间内平台上铁合金料仓的贮量适当减少，适用于铁合金品种多、用量大的大型车间。 本设计为大型转炉采用第二种方式，以便于控制转炉原料的供给及车间调度采1.2.8炉外精炼系统：炉外精炼也称二次精炼或钢包冶金。它是提高冶金产品质量、扩大品种的重要手段；是优化冶金生产工艺流程、进一步提高生产率、节能降耗、降低成本的有力手段；是保证炼钢连铸铸坯热送和直接轧制高温连接的必要工艺手段；是现代冶金生产中必不可少的生产环节。炉外精炼的手段有：渣洗、真空、搅拌、加热、喷吹五种。另有过滤手段尚在研究中。目前生产中应用的炉外精炼设备大体上有三种类型：钢包、转炉型容器、专用设备。钢包是炉外精炼应用最广泛的一种设备，大多数的真空脱气装置和钢包炉都采用钢包；转炉型处理容器主要用于处理超低碳钢和高铬低碳合金；专用设备具有专门的精炼功能，用于特殊的处理目的如喷射冶金的TN法和SL法。现代炼钢车间不仅有作为初炼炉的转炉，还包括有提供一种或多种精炼功能的炉外处理设备组成完整的炼钢生产工艺优化系统。初炼炉和炉外精炼设备的选择和组合应该能够保证对钢液进行最佳的精炼处理，是最后的产品达到所要求的最大限度的纯净度，符合不同品种的质量要求和提高钢液的可浇注性，并且在生产率、节能和降低原材料的消耗等方面获得良好的社会效益。基于以上原则，本设计中转炉基本定位在板坯上，考虑到品种的开发和以后的趋势，采用LF、RH精炼，另外LF加喂丝装置，并设钢包在线吹氩，以满足不同钢种的需要1.2.9钢水浇注系统：1） 连铸将高温钢水连续不断地浇铸到一个或一组水冷铜质结晶器内，钢水沿结晶器周边逐渐凝固成坯壳，待钢液面上升到一定高度，坯壳凝固到一定厚度后由拉矫机将铸坯拉出，并经二冷区喷水冷却使铸坯完全凝固，由切割装置根据轧钢要求切成定尺。这种使高温钢水直接浇铸成钢坯的工艺称为连续铸钢，简称连铸。它的出现从根本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭-初轧工艺9。2） 采用全连铸的形式，因为连铸有以下优点：(1) 简化生产工序：省去初轧开坯工序，能耗低，缩短钢水成坯的周期时间。(2) 提高了金属收得率：连铸从钢水到成坯的收得率约为95%96%，比模铸节约金属7%12%。 (3) 降低能源消耗：减少2550%能量消耗。连铸是“一火成材”，模注是“两火成材”；连铸热装热送和直接轧制进一步节约能源。(4) 改善劳动条件，生产过程机械化和自动化程度高，计算机可以用于连铸的生产控制。(5) 铸坯质量好易于实现连铸连轧。2） 连铸机机型分类及特点：按结构外形分类：立式、立弯式、弧形、椭圆形、水平式连铸机等。目前最常用的是弧形连铸机包括全弧形、直弧形和多点矫直连铸机。按连铸坯断面大小形状：方坯、圆坯、矩形坯、板坯和异型坯等。按连铸机在共用一个钢包下所浇注的铸坯流数来分，可分为单流、双流和多流连铸机。还有复合连铸机即在一台连铸机上既可以浇注板坯又能同时浇注几流方坯的连铸机。本设计采用直弧形板坯连铸机。其理由详细阐述如下：（1）国内外的生产实践证明直弧型铸机工作稳定可靠，可减少铸坯中夹杂物的含量并改善其分布，有利于提高铸坯质量。近年来，不仅国内外新建的板坯连铸机几乎全部采用直弧型连铸机，而且对于已有的全弧型连铸机部分已经或正在进行直弧型改造，以满足高质量铸坯的需求。（2）采用多点弯曲及密排分节辊技术，直弧型连铸机能确保高温铸坯在弯曲变形时不产生缺陷，并且由于具有一定长度的垂直段，可使铸机采用较小的基本弧半径。而全弧型连铸机为使到达矫直点处的铸坯具有一定的坯壳厚度来满足矫直变形要求，以及减轻夹杂物的内弧富集现象，一般采用较大的基本弧半径。因此新型直弧型连铸机可以做到与全弧型连铸机具有相同或相近的高度，其设备重量也相差无几。就投资而言，直弧型连铸机与全弧型连铸机相同或相近。（3）直弧型连铸机采用直的平面结晶器铜板，易再加工修复，用普通加工设备即可修复，不仅节省了设备投资，而且给长期生产带来方便，因此维修及成本费用较低。而全弧型连铸采用的是与铸机基本弧半径相同半径的弧形结晶器铜板，加工精度要求高，必须采用专用机床进行加工修复，不仅增加了设备投资，而且使日常的维修复杂化，成本费用也高。连铸机的弧型半径，对板坯在拉坯过程中铸坯的变形影响较大，也就决定了铸坯的质量。近年来在连铸机的设计中由于采用了连续弯曲、连续矫直，可减小铸机基本弧半径、从而减少了钢水静压力，使铸坯的变形率得到了有效的控制，与传统的连铸机相比，虽然基本弧半径减小，但是铸坯的变形率未增加甚至减小。在板坯厚度250mm厚的情况下，现代直弧型连铸机的弧形半径一般选在8到10m。因此本设计选用目前应用较多的直弧型连续弯曲连续矫直板坯连铸机，其基本弧半径R=9到10m。3）钢包回转台现代转炉炼钢车间使用钢包回转台作为连铸钢水的承载和运转的工具，实现钢包的过跨操作，满足多炉连浇对快速更换钢包的要求，提高了生产率。其类型有：(1) 直臂式钢包回转台：两个钢包支撑在同一直臂的两端，同时做旋转运动，两个钢包可以同时做升降运动。(2) 单臂回转式钢包回转台：承担臂分别安装，两个臂可以单独按浇注的要求进行运动(3) 单臂升降回转式钢包回转台：两个承载臂可以单独回转、升降，也可以同时回转和升降。本设计采用直臂式钢包回转台，因其具有结构简单，维修方便，制造制造成本低等优点。表2各类连铸机的特点连铸机型特点立弯式连铸机1) 铸坯由拉坯机拉出结晶器后被顶弯装置弯成弧形，然后再在水平位置加以矫直；2) 保持了立式连铸机在垂直方向上进行浇注和冷凝的特点；3) 设备高度有所减少。直弧形连铸机1） 非金属夹杂物有充分的上浮时间，有利于特殊钢的浇注；2） 具有弧形连铸机设备高度较低的特点；3） 采用连续弯曲和多点矫直技术，保证铸坯在两相区不产生裂纹；4） 设备总质量大，设备的安装、调整难度大。弧形连铸机1） 设备高度低，投资费用低、安装维护方便；2） 设备高度低可以减轻内裂和偏析，有利于改善铸坯质量和提高拉速；3） 铸坯内部夹杂分布不均匀，内外弧的冷却不均匀，容易造成铸坯中心偏析。椭圆型连铸机1） 弧形结晶器可以倾斜安装，用逐渐增大圆弧半径的方法进行矫直，铸坯可以沿水平方向拉出；2） 铸坯不需要进行大量的矫直，钢液的静压力小，铸坯的鼓肚缺陷减少；3） 夹杂物上浮的机会减少，铸机的机身高度大大降低。水平连铸机1） 结晶器水平安装，铸坯无弯曲矫直变形，夹杂物分离困难；2） 以间歇式拉坯替代结晶器的震动，铸坯容易产生裂纹；3） 不需要修建特殊的厂房，设备费用便宜，维修方便。1.2.10 炉渣处理系统：1) 热泼法将转炉渣运往热泼间，热泼在平地上或留坑内，然后喷水冷却，得熔渣凝固龟裂后，用推土机堆集运出，经破碎、筛分、磁选后即可利用。其优点是工艺和设备简单、安全，但占地面积大，作业周期长，劳动条件较差。目前我国太钢等厂采用。2) 水淬法利用压力水将钢渣流击散粒化的快速冷却方法，也叫水力冲渣。其特点是工艺流程简单，占地面积小，能快速排渣，且运输方便，但耗水量大，如果渣水比控制不当容易引起爆炸事故。目前国内济钢和马钢等厂采用此。3）风碎法。风碎法是将装有液态钢渣的渣罐运到风碎装置处，倾翻；熔渣经中间罐流出，被一种特殊喷嘴喷出的压缩空气吹散，破碎成细小颗粒；在罩式锅炉内回收高温空气和小颗粒所散发的热量并捕集渣粒。风碎渣颗粒粒径一般在26 mm范围内，强度较高。风碎工艺要求钢渣有良好的流动性11。4) 滚筒法滚筒法钢渣处理技术是：通过将高温液态钢渣通过漏斗倒人滚筒内，倒至旋转的分流盘上，进行引流、分散后，进人被冷却水喷湿冷却后的钢球中进行分离、冷却固化、破碎，又根据物质固有的性质，破碎后细小的钢渣将被滚人底部，漏到滚筒底部的链板输送机上带出，来完成整个处理过程。通过对三种典型渣处理技术的比较，滚筒法处理有明显的优越性。（1）处理后渣子的稳定性好，游离CaO含量低于4%，毋须陈化便可直接利用；（2）液态钢渣的冷却、固化和破碎在滚筒内同时完成，处理后粒度小而均匀，小于15 mm的渣子约占97.7%；（3）大大改善了炉渣处理过程对环境的污染，排放蒸汽的含尘量约为93.4 mg/m3左右；（4）工艺流程短，占地面积小，设备简单，可以大大减少基建投资和设备维护与生产运行费用等12。1.3炼钢车间工艺布置1.3.1车间跨数的确定：转炉车间的类型有：1） 按主厂房跨间分：单跨式、双跨式、多跨式，其中三跨式车间又分标准型布置和加料出钢同侧型布置两种。2） 按生产规模分：大型车间、小型车间、中型车间。3） 按操作平台分：低架式、高架式。连铸车间的布置可分为横向布置、纵向布置和连铸机靠近轧钢车间的三种。本设计为大型转炉车间，为保证物料流通畅达，流程短，能耗低，及各作业干扰少将转炉车间按多跨式车间高架式布置。1.3.2各跨的工艺布置本转炉车间共分7跨：出渣跨、加料跨、转炉跨、精炼跨、浇注跨、过渡跨、出坯库13.。1）出渣跨出渣跨跨度为24米，2）加料跨跨度为24米，加料跨是转炉车间主厂房的重要组成部分，其主要任务是向转炉兑铁水加废钢，以及运出渣罐到炉渣处理车间。废钢间和铁水倒罐站分别布置在转炉的左右两侧，以避免兑铁水和加废钢两种作业的干扰。3）转炉跨跨度为21米，转炉跨主要是完成转炉吹炼作业、进行散状料加料、烟气的冷却和净化、出钢和加铁合金、出渣、吹氧管的更换和吊运以及维修。沿着转炉跨高度方向上设置6层平台：(1) 转炉操作平台:主要布置转炉炉体及支座转炉倾动装置，炉前操作室和炉前操作设备。平台标高 13.009米，转炉耳轴标高14.609米。(2) 铁合金平台：布置有活动烟罩开出机构和提升机构，铁合金称量漏斗及振动给料器。平台标高22.320米。 (3) 汇总斗平台：布置有汇总斗及称量斗之给料装置。平台标高37.540米。(4) 称量斗平台：布置有称量斗及炉顶料仓之给料装置。平台标高41.670米。(5) 炉顶料仓卸料车平台：布置炉顶料仓、卸料车二次仪表室和卸料除尘设备。平台标高56.600米。 除以上各层平台外还有吹氧管卷扬机平台，吹氧管打渣，进料口清理平台，吹氧管吊车检修平台等局部小平台。4）精炼跨其跨度为24米，精炼跨主要完成钢水精炼，钢包冷修和热修，钢包烘烤，以及连铸钢水的接收准备等工作。5）钢水接受跨其跨度为27米，主要接收经RH、LF处理过的钢水并运输到连铸平台6） 浇注跨其跨度为27米,主要完成钢水的浇注，中间包烘烤及维修，结晶器存放等。7）过渡跨其跨度为21米，主要完成铸坯的切割和连铸设备的维修工作。8）出坯跨跨度为21米。主要完成两台连铸机之间铸坯的运输1.4车间工艺流程简介工艺流程说明（如图 1） 图1 车间工艺流程图高炉铁水由鱼雷罐车运到转炉车间的铁水倒罐站，倒入铁水包内，运输至脱硫站进行脱硫预处理，处理完毕后运输至加料跨，由加料跨天车吊取铁水包并倾倒铁水到转炉中，同时废钢间准备加废钢，先由电磁吊车将废钢装入废钢槽内，再由加废钢天车吊取废钢槽待转炉加完铁水后将废钢加入到转炉中。加完料后，转炉挡火墙关闭，氧枪卷扬机构降下氧枪开始吹炼，同时散装料仓开始加料，待吹炼完毕后，散装料仓停止加料，提出氧枪，取样定碳符合出钢规格后准备出钢，炉下钢包车开进来，倾转转炉出钢，铁合金料仓开始加合金，出完钢后停止加合金，钢包车开出，同时，炉下渣罐车开出，转炉倾转回去后溅渣护炉准备进行下一炉钢的吹炼。机动渣罐车将渣罐运到出渣跨，由出渣跨的天车将渣罐内的熔渣倒在渣盘上，再不断的喷水冷却，经过一系列的处理后再加以利用。钢包车开出后，先进行吹氩处理，然后再根据所需钢种进行相应的精炼处理。其流程如下：铁水预处理 转炉RH精炼连铸：低碳铝镇静钢、船用钢、低合金钢、调制钢、模具钢、轴承钢等铁水预处理转炉LF精炼RH精炼连铸：超低硫刚、超纯净钢、硅钢等铁水预处理LF精炼连铸：普通钢、一般结构钢等1.5 原材料供应1.5.1 铁水供应炼钢用铁水由5000高炉系统供应.用280t混铁车运到炼钢车间倒灌站。炼钢车间平均日需铁水约23000吨，年需铁水约842万吨。转炉所需铁水全部经过铁水脱硫站进行脱硫预处理。处理后再送往转炉进行脱碳处理。1.5.2 废钢供应炼钢厂年需164万吨，来自废钢加工间的合格废钢准备间分类堆存。然后通过20/5电磁吊车进行配料装槽。 装料时按废钢不同类型分层装料，料槽装好后，用110+110t起重机加入转炉。1.5.3 散装料和铁合金供应 炼钢车间需要的各种辅原料约84万吨/年，铁合金约18万吨/年。由地下料仓通过带式运输机送往炼钢车间。2设备计算2.1转炉计算2.1.1 炉型设计1）原始条件炉子平均出钢量为200t，钢水收得率取92，最大废钢比取20，采用废钢 矿石法冷却；铁水采用P08低磷生铁（Si0.85 P0.2% S0.05%）；氧枪采用4孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为1.0MPa。2）炉型选择：根据原始条件采用筒球型炉型作为本设计炉型3）炉容比 取V/T0.904） 熔池尺寸的计算(1) 熔池直径的计算 确定初期金属装入量：取 B15则 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5057m3/t钢，高磷铁水约为6269 m3/t钢，本设计采用低磷铁水，取吨钢耗氧量为57m3/t钢，并取吹氧时间为16min。则取K=1.50 则 (2) 熔池深度计算 筒球型熔池深度的计算公式为：确定D5.965m，h=1.671m。(3) 熔池其它尺寸确定 球冠的弓形高度 h1=0.15D0.155.9650.895m 炉底球冠曲率半径R=0.91D =0.915.9655.428m5） 炉帽尺寸的确定(1) 炉口直径d0：取d00.48D0.485.9652.86m(2) 炉帽倾角：取64(3) 炉帽高度H帽：取H口400mm，则整个炉帽高度为： 在炉口处设置水箱式水冷炉口。 炉帽部分容积为：6） 炉身尺寸确定(1) 炉膛直径D膛D（无加厚段）(2) 根据选定的炉容比为0.90，可求出炉子总容积为V总0.90250225m3 (3) 炉身高度 则炉型内高7）出钢口尺寸的确定(1) 出钢口直径 (2) 出钢口衬砖外径(3) 出钢口长度(4) 出钢口倾角：取=188） 炉衬厚度确定炉身工作层选800mm，永久层115m，填充层100mm，总厚度为800+115+1001015mm。炉壳内径为：D壳内5.965+1.01528.00m炉帽工作层选600mm，炉底工作层选600mm，炉帽永久层为150mm，炉底永久层用标准镁砖立砌一层230mm，粘土砖平砌三层653195mm，则炉底砖衬总厚度为 600+230+1951025mm。故炉壳内型高度为：H壳内10.071+1.02511.096m工作层材质全部采用镁碳砖。使用不同材质的耐火材料和砌成不同厚度的炉衬，使之各部位的侵蚀基本均匀，这就是所谓的均衡炉衬，又叫均衡砌炉或平衡炉衬。均衡砌炉是提高炉衬寿命，降低耐火材料消耗和成本的有效措施。近年来许多钢厂都先后采用了均衡砌炉，在不容易修补的耳轴两侧采用抗渣性能良好抗氧化性能强的高级镁碳砖、在 侵蚀较快的渣线部位采用抗渣性能良好的镁碳砖，在炉衬装料侧采用高抗渣性、高强度、高抗热震性的镁碳砖。出钢口则使用等静压成型的整体镁碳砖出钢口。9）炉壳厚度确定 炉身部分选80mm厚的钢板，炉帽和炉底部分选用70mm厚的钢板，则 炉壳转角半径SR1=SR2=900mm SR3=0.5底0.51025513mm10）验算高宽比 可见1.3,，符合高宽比的推荐值，因此认为所设计的炉子尺寸基本上是合理的，能够保证转炉的正常冶炼进行。根据上述计算的炉型尺寸绘制出炉子图型如图2所示： 图 2 转炉炉型图2.1.2 转炉空炉重心及倾动力矩1） 空炉重心坐标横坐标x=0.00 mm 纵坐标x=6480.50 mm取转炉耳轴坐标为y=6350 mm2）转炉倾动力矩倾动力矩的计算前提：钢水量： 300t 渣量： 35t转炉倾动角度： 转炉最大静态力矩：440选用4台790kw的电动机2.2 氧抢设计2.2.1 技术说明1）在脱磷硫转炉和脱碳转炉上使用副枪技术。脱硫转炉副枪装置用于测定铁水温度、碳含量、和取样等，使脱硫转炉能在不间断吹炼的情况下进行熔池温度的测量及取样，以配合计算机实现对脱硫转炉的冶炼的动态控制。脱硫转炉副枪的功能及设备组成、结构形式同脱硫转炉部分。(1) 多种探头副枪一般情况配有一下几种探头：测温定碳取样探头测温定氧取样探头测温探头液面测定探头(2) 五种功能测定刚水温度测定钢水含碳量测定钢水含氧量取样供分析钢水化学成分测定熔池液面高度(3) 副枪系统设备具备以下主要功能从钢水中取样，并用多功能探头测量钢水温度和含碳量吹炼后测量熔池液位测量自由氧含量(4) 副枪系统控制方式现场手动控制半自动控制自动控制事故控制：在事故方式下，可通过气动马达将副枪将转炉中提起。为便于修炉操作，副枪枪体的托衬装置设计为旋转升降形式。转炉修炉时，旋转升降机构转离工作位。2.2.2 喷头设计1）原始数据 低磷铁水，冶炼钢种以低碳钢为主 转炉公称容量250t，炉容比V/T=0.90，炉膛直径D5965，有效高度H内10071mm,熔池深度h=1671mm,2）计算氧流量 取吨钢耗氧量57m，吹氧时间16min，则氧流量Q57250/16891m/min3）选用喷孔出口马赫数为M=2.0，采用四孔喷头，喷孔夹角为124）设计工况氧压查等熵流表，当M=2.0时，P/Po0.1278，定P膛1.3105Pa,则5）计算喉口直径每孔氧流量q=/5=891/4=222.75m/min利用公式 令CD=0.90, To=290K, Po=10.17105Pa，则 求得dT0.054m54mm 取喉口长度LT20mm6）计算依据M=2.0，查等熵流表 A出/A喉1.688 7）计算扩张段长度 取半锥角为，则扩张段长度 取92mm 8）取收缩收50，则收缩半角为25,收缩段的长度由作图法确定，L1=91mm2.2.3 枪身设计1）原始数据冷却水流量=250t/h，冷却水进水速度=6m/s，冷却水回水速度=7m/s，冷却水喷头处流速=9m/s，中心氧管内氧气流速= 50m/s，冷却水进水温度17，吹炼过程中水温升=20，其中回水温度45，进水温度25；枪身外管长Lp=20.264m，枪身中层管长Lj=21.364m，中心氧管长Lo=23.764m，180局部阻损系数=1.52）中心氧管管径的确定 中心氧管管径的公式 管内氧气的工况体积流量 中心氧管的内截面积 中心氧管的内径 根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为 2038的钢管 验算氧气在钢管内的实际流速 符合要求3）中层套管管径的确定环缝间隙的流通面积 中层管的内径为 根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为24512的钢管。验算实际水速 符合要求4）外层套管管径的确定 出水通道的面积为 外管内径为 根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为29916的钢管。验算实际水速 符合要求 5）中层套管下沿至喷头面间隙h的计算 该处的间隙面积为 又知 故 图3 氧枪喷头与枪身装配图6）氧枪总长度和行程确定（见图4） 根据公式氧枪总长为 H枪=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8 8.160+1.212+3.459+5.401+0.800+0.800+1.000+0.500 21.332m式中： h1氧枪最低位置至炉口距离；mh2炉口至烟罩下沿的距离；取1.212mh3烟罩下沿至烟道拐点的距离；取4.403mh4烟道拐点至氧枪孔的距离；h5为清理结渣和换枪需要的距离；取0.800mh6根据把持器下段要求决定的距离；mh7把持器的两个卡座中心线间的距离；mh8根据把持器上段要求决定的距离。m 氧枪行程为H行h1+h2+h3+h4+h5=8.160+1.212+3.459+5.401+0.800=19.032m 图4氧枪长度计算 7. 氧枪热平衡计算 冷却水耗水量 因为q1q，且QFw,证明前面设计中选择的耗水量是足够的,且也是合适的. 8）氧枪冷却水阻力计算 氧枪冷却水系统是由输水管路、软管和氧枪三部分串联而成的。冷却水系统最大阻力损失部分是氧枪，大约占总阻力损失的80以上。利用氧枪进水管入口和回水管出口两个平面的实际气体的柏努力方程式，即其能量平衡关系来确定氧枪冷却水的进水压力。 设进水管入口为面，回水管出口为面，则 式中 P，P进、出口压力，(Pa)Z, Z、面高度，(m); vj，vp进、出水速度，(m/s);水的密度，（1000/m3）;g 重力加速度，(m/s2).因为ZZ,vjvp,P0，所以Ph失1-2，即氧枪冷却水的进水压力近似等于氧枪冷却水的阻力损失。其阻力损失为 式中 lj、lp进、回水管的长度，(m);j、p进、回水管的摩擦阻力系数，(j=0.036, p=0.038); vj、vp进、回水管内和底部的水速，(m/s); 180局部阻力损系数，(=1.5); 水的密度，（1000/m3）; de