210t×2转炉炼钢厂精炼及连铸工艺设计.doc

重庆科技学院毕业设计（论文） 题 目 210t2转炉炼钢厂精炼及连铸工艺设计 学 院 冶金与材料工程学院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师 职称 2012年 6 月 10 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日摘 要摘 要 重庆作为西部唯一的直辖市，肩负着带动西部发展，和三峡大移民的重任，所以从多方面考虑国家政策也肯定是有优待和倾斜的！而且重庆在西部地区的经济和区位位置明显，重庆兼具水陆空交通，是国家四大中心城市和七大交通枢纽城市，西部地区经济中心。重庆市是西部大开发的中心城市，因而对建筑用材特别是钢铁的需求量大幅增加。 随着钢铁行业的日益发展，各地的钢铁企业不断合并重组，为了适应对钢品种的要求，降低生产成本，提高生产效率，减少能耗和生产成本，保护环境，现代转炉炼钢不断采用各种转炉新技术。该工艺设计将铁水预处理、炼钢、炉外精炼、连铸连轧有机得结合起来，形成紧凑的连续化生产线。关键词：西部发展 钢铁行业 转炉炼钢 连铸连轧73ABSTRACTChongqing serves as Westem exclusive municipality directly under the central govemment, shouldering the drive western development, and the Three Gorges resettlement task, so consider national policy also is sure to have treatment and tilt! And Chongqing in the western region economy and area position significantly, Chongqing both land and sea and air transportation, the nations four largest city and the center of the traffic hub city, western region economy center. Chongqing city is the center of the western development and city of construction materials, especially steely demand increases considerably.With the increasingly development of iron and steel industry, iron and steel enterprise merger reorganization around constantly, in order to meet the requirements of steel products, reduce production cost, protect environment, contemporary converter steelmaking continuous use of a bariety of new converter technology. The process design will be hot metal pretreatment, steelmaking, refining, continuou casting and rolling organic union rises, form a compact continuous production line.Key word: western development, iron and steel industry, converter steelmaking, continuous casting and rolling 目 录 目 录摘 要IABSTRACT1 绪 论12 厂址选择可行性论证32.1 地形地貌32.2 气象条件32.3 资源丰富32.4 交通运输32.5 产品市场43 产品大纲53.1 产品大纲及产品结构53.2 工艺流程63.2.1 铁水预处理脱硫63.2.2 混铁炉63.2.3 顶底复吹转炉63.2.4 炉外精炼63.2.5 连铸连轧63.3 技术可行性73 .4 车间生产能力的确定73.4.1 转炉容量和座数的确定73.4.2计算年出钢炉数83.4.2 计算年产钢量84 铁水供应方式与铁水预处理方案94.1 铁水的供应94.2 铁水预处理104.2.1 搅拌法104.2.2 搅拌法的特点104.2.3 KR搅拌法脱硫工艺115 转炉设计145.1 转炉炉型设计145.1.1 炉型种类及其选择145.1.2 转炉炉型主要参数确定155 .2 转炉炉村185.2.1 炉衬材质选择185.2.1 炉衬组成及厚度确定185.3 转炉金属构件和底部供气构件195.3.1 炉壳195.3.2 底部供气构件196 转炉氧枪设计226.1 喷头类型与选择226.2 喷头尺寸计算226.2.1 喷头参数选择原则226.2.2 喷头计算236.3 氧枪枪身设计246.3.1 枪身各层尺寸的确定256.3.2 枪身各层钢管计算267 炉外精炼287.1 各种产品对精炼功能的一般要求287.2 LF精炼炉287.2.1 LF精炼炉的特点287.3 钢水循环真空脱气处理（RH设备）297.3.1 RH设备的特点297.3.2 RH设备的转炉车间布置318 连铸机设备328.1 连铸系统的组成及工艺流程328.2 连铸机机型的选择328.3 连铸机的主要工艺参数338.3.1 钢包允许的最大浇注时间338.3.2 铸坯断面338.3.3 拉坯速度338.3.4 连铸机的流数348.3.5 铸坯的液面深度和冶金长度348.3.6 弧形半径358.4 连铸机生产能力的确定358.4.1 连铸浇注周期计算358.4.2 连铸机的作业率368.4.3 连铸坯收得率378.4.4 连铸机生产能力的计算378.5 连铸机主要设备388.5.1 中间包容量的确定388.5.2 结晶器的选择388.6 连铸操作规程389 炼钢车间烟气净化与回收439.1 烟气净化方案选择439.1.1 转炉烟气净化方法43 9.2 烟气净化系统439.2.1 国内外转炉炼钢烟尘处理系统概况439.3 烟气净化系统主要设备459.3.1 烟气冷却设备459.3.2 烟气净化设备4610 钢包、起重机相关数据计算4910.1 钢包的尺寸及数量4910.2 起重机的选择及台数的确定5011 转炉车间主厂房的工艺布置及尺寸5211.1 转炉车间主厂房工艺布置5211.2 装料跨布置5211.2.1 铁水供应与铁水预处理布置5211.2.2 废钢供应布置5311.2.3 出渣方式5311.2.4 装料跨尺寸5311.3 转炉跨布置5411.3.1 转炉跨的位置5411.3.2 转炉跨的横向布置5511.3.3 转炉跨纵向布置5711.3.4转炉跨各层平台的布置5711.3.5 转炉跨吊车轨面标高及转炉跨宽度和长度5911.4 连铸各跨布置6011.4.1 连铸浇注跨6011.4.2 连铸出坯跨6011.4.2 连铸精整跨6111.4.3 连铸区域尺寸确定6112 车间主要技术经济指标及成本核算6413 拟订生产组织及安全生产制度6713.1 生产组织安排6713.1.1 原料部分6713.1.2 冶炼部分6713.1.3 连铸及铸坯精整部分6713.2 安全制度的制定67结 论70参考文献71致 谢72 1 绪论 1 绪 论 钢铁产业是国民经济的重要支柱产业，是实现工业化的支撑产业，是技术、资金、资源、能源密集型产业，涉及面广、产业关联度高、消费拉动大，在经济建设、社会发展、国防建设以及稳定就业等方面发挥着重要作用。炉炼钢技术的发展史，可以分为：（1）LD基本技术的完善及转炉大型化时代。这一时期，处于转炉炼钢技术的发展初期，技术完善的首要任务是安全、连续、稳定地炼钢生产，且考虑提高生产能力和适应品种。随着基本炼钢技术的不断发展，提出了转炉大型化以获得更高的生产能力和经济效益；（2）转炉复合吹炼技术的开发与完善时代。底吹转炉发明后，人们发现，底吹工艺与顶吹工艺相比有以下优点：熔池搅拌强度增大，脱碳速度加快，碳氧反应更趋于平衡。全连铸的出现，对转炉炼钢在冶炼时间、温度、成分及钢水质量等方面提出了更高的要求。随着复吹技术的推广，转炉采用复合吹炼，明显改善了转炉终点操作，使吹炼后期渣反应更趋近平衡，磷、硫分配比更高。终点钢水、钢渣氧化性的降低，不仅提高了钢水质量，而且有利于提高炉龄；（3）高效、高自动化、高洁净度炼钢时代。随着对钢材质量要求的增高，炼钢技术的发展重点就体现在长寿高效、计算机全自动炼钢、高洁净度钢系统生产技术这三个方面。炉外精炼与铁水预处理已成为现代钢铁生产必不可少的环节，是现代钢铁生产技术进步的一项重要内容。炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。小型转炉以生产普碳钢建筑材为主,主要和小方坯连铸机配合生产,通常未采用铁水预处理、计算机终点控制和炉外精炼等先进工艺装备。中型转炉是今后我国钢铁生产的主力炉型,承担着增加钢产量和扩大转炉钢品种的双重任务,其品种范围包括热轧带钢(与薄板坯连铸连轧生产线配套)、中厚板、各类优质碳素钢(如重轨、硬线)、特殊钢(包括弹簧、齿轮、轴承、冷镦等钢种)和高附加值钢铁产品(如不锈钢、冷轧硅钢等)。大型转炉主要生产热轧带钢。目前,国内绝大多数大、中型转炉均采用了铁水脱硫预处理、炉外精炼、计算机终点动态控制等先进技术，装备精良,工艺流程先进,是我国钢铁工业先进生产力的代表。 随着钢铁行业的日益发展，各地的钢铁企业不断合并重组，为了适应对钢品种的要求，降低生产成本，提高生产效率，减少能耗和生产成本，保护环境，现代转炉炼钢不断采用各种转炉新技术，如：铁水预脱硫技术、水冷炉口技术、顶底复合吹炼技术、烟气除尘及煤气回收利用技术、挡渣出钢技术、溅渣护炉技术和终点控制技术等，使转炉实现了自动化、高效化、节能化、寿命长寿化、钢种多样化、环境友好化。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210t炼钢转炉，以满足市场对钢材的需求，促进经济的稳定发展。 2 厂址选择可行性论证 2 厂址选择可行性论证2.1 地形地貌 经过多方便考虑，本设计选择在长寿建厂。 长寿地处重庆腹心地带，襟长江而临重庆主城，居渝东而挟三峡库区，史称“膏腴之地，鱼米之乡”，因其“东北有长寿山，居其下者，人多寿考”而得名。改革开放激活了这方热土，经济社会发展势头强劲，综合实力显著增强，城市形象全面提升，已成为重庆市的一座区域性中心城市和中国西部最大的天然气化工基地。三峡工程兴建和西部大开发的全面推进，长寿得天独厚的天然气化工优势，区位口岸优势，承接都市经济和三峡库区生态经济区的中心城市的优势更加明显。 面对新的历史机遇，长寿区委、区政府站在重庆改革发展的前沿，主动把长寿经济社会发展融入重庆都市发达经济圈，制定了“三年打基础、五年上台阶、十年成强区”三步走的发展战略，把长寿建设成为重庆市的工业高地、城郊商品农业基地、旅游休闲胜地和区域物流中心的奋斗目标。 长寿自然资源丰富，物种繁多。全区土地面积212.32万亩。其中陆地195.6万亩，占92.13%，水域16.72万亩，占7.87%。土壤为水稻土、冲积土、紫色土、黄泥土。有珍贵树种水杉、银杏、月桂、沙田柚、夏橙等，有一类保护动物中华鲟、白鲟、胭脂鱼，二类豹，三类长江鲟、红腹锦鸡、灵猫、獐子等。 2.2 气象条件气候属中亚热带湿润气候区，四季分明、气候温和、冬暖春早、热量丰富、降水充沛，常年平均气候17.7，最高年20.7，最低年16.7。常年平均降水量1165.2毫米。常年日照时数1245.1小时。 2.3 资源丰富境内矿产资源丰富，有开采价值的矿藏有20多种，其中天然气储量达3000亿立方米，是全国已探明的大天然气田之一，天然气净化输出量占全国的42%。煤炭4598万吨，优质白云岩10亿吨，特优级石灰石20亿吨，厚层岩盐数十亿吨，沙金、硫铁矿、黄铁矿、铝土矿、钾矿、石膏等储量颇丰。2.4 交通运输 长寿江河纵横、水网密布。有一江、二湖、三河、十三溪，107座水库。江河水能蕴藏量18万千瓦，可开发量达95%；现建有水电站30座，年发电量10亿度。地下水出露泉眼117处，储水量1.2亿立方米，其中石堰干坝村碳酸盐多元素复合型优质饮用矿泉水，日流量达150立方米。渝（重庆）怀（湖南怀化）铁路（国铁I级双线）穿境而过，在晏家街办境内设有客、货及编组站（长寿火车站、长寿火车南站）；渝利（湖北利川）铁路（国铁I级双线），将于2012年底通车；与渝利铁路共线的渝万（万州）城际铁路（国铁客运专线双线）已经开工，在境内设长寿北（渡舟街办）、长寿湖两站，将于2014年内完工。长江黄金水道长寿段长20.9公里。正在建设中的长寿港有5个港区公用码头，主港面有18个3000吨级的泊位，年吞吐能力可达1000万吨。3000吨船舶可终年直达长寿。 改革开放以来，长寿抓住撤县设区、三峡工程建设、西部大开发三大战略机遇，贯彻和落实长寿深水港长寿位于重庆腹心地带，交通四通发达，基础设施完善，是重庆主城到三峡库区和渝东地区的必经之地，是重庆通往上海、成都和福州的交通枢纽。交通四通八达。渝（重庆）宜（宜昌）、渝（重庆）涪（涪陵）高速公路纵贯全境，在境内设有晏家、桃花、但渡、合兴、云台五座互通式立交桥。境内有通车公路干线6条，支线40条，总长572公里。国道319、318线横贯区内。全区基本形成了以高速公路、国道319线、长寿长江公路大桥为主干骨架，覆盖到村的公路交通网。与此同时，长寿至重庆江北机场、梁平机场的高速公路里程分别为50、100公里；渝（重庆）怀（湖南怀化）铁路穿境而过，在境内设有客、货及编组站；长江黄金水道长寿段长20.9公里。正在建设中的长寿港有5个港区公用码头，主港面有18个3000吨级的泊位，年吞吐能力可达1000万吨。3000吨船舶可终年直达长寿。2.5 产品市场 年来由于重庆迅速发展，桥梁、轻轨、房屋建筑等的修建，大量的优质钢材被需要，因此，新厂的修建是有必要的。 3 产品大纲 3 产品大纲3.1 产品大纲及产品结构目前，国内钢铁企业竞争激烈，原材料不断提升，只有冶炼具有竞争力的优势产品，企业才有好的发展前景。考虑各种因素本厂主要以锅炉钢板和造船钢及碳素结构钢板为主导的钢种。锅炉钢板主要是指用来制造过热器、主蒸汽管和锅炉火室受热面用的热轧中厚板材料，主要材质有优质结构钢及低合金耐热钢，常用的锅炉钢有平炉冶炼的低碳镇静钢或电炉冶炼的低碳钢，含碳量Wc在0.16%-0.26%范围内。由于锅炉钢板处于中温高压状态下工作，除承受较高压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气的腐蚀，对锅炉钢的性能要求主要是有良好的焊接及冷弯性能、一定的高温强度和耐碱性腐蚀、耐氧化等。广泛应用于石油、化工、电站、锅炉等行业，用于制作反应器、换热器、分离器、球罐、油气罐、液化气罐、核能反应堆压力壳、锅炉汽包、液化石油气瓶、水电站高压水管、水轮涡壳等设备及构件。造船钢板是指用造船专用结构钢生产的，用于制造远洋、沿海和内河航行的船舶的船体结构的薄钢板和厚钢板。造船用结构钢包括碳素钢和低合金钢，钢号的末尾标有C（船）。碳钢素有2C、3C、4C和5C，低合金钢有12MnC、16MnC、15MnTiC、14MnVTiReC等钢种。厚度为2.550毫米。碳素结构钢是含碳小于0.8%的碳素钢，这种钢中所含的硫、磷及非金属夹杂物比碳素结构钢少，机械性能较为优良。碳素结构钢按含碳量不同可分为三类：低碳钢（C0.25%）、中碳钢（C为0.250.6%）和高碳钢（C0.6%）。碳素结构钢按含锰量不同分为正常含锰量（含锰0.25%-0.8%）和较高含锰量（含锰0.70%-1.20%）两组，后者具有较好的力学性能和加工性能。经研究本钢厂冶炼钢种如表3.1。表3.1 本钢厂冶炼钢种钢 种代表钢号断面形状年产量/万t比例/%锅炉钢板20g矩形50 23.8造船钢AH36矩形5023.8碳素结构钢板Q235方形11052.43.2 工艺流程高炉铁水预处理脱硫混铁炉顶低复吹转炉炉外精炼连铸连轧1耐腐蚀钢板。由于高强钢板成分设计和变形规律有自己的特点，所以涂镀过程有较大难度。首先，高强钢板采用一定含量的Mn和Si也经常使用各种合金元素，由于不同元素与铁的氧化特性不同，一些元素发生选择性氧化，常常会在钢材表面形成氧化物，这些氧化物会造成漏镀点，导致材料的涂镀质量和抗腐蚀能力变差。其次，由于高强钢板，如DP或TRIP，热处理的温度制度，特别是等温时效处理的温度，与涂镀的温度不一致，需要调整高强钢板连续退火和热浸镀的温度制度。此外，如何调整和控制高强钢板热处理的温度制度，实现需要的高冷却速率和柔性化的退火与热处理制度，也是迫切需要解决的问题。2TWIP钢。由于环保和节能的要求，需要减轻车体重量；但如果要安全和舒适，又会引起车重增加。为了解决这一对矛盾，需要同时提高材料的成形性和材料的强度，实现材料强度和延展性的平衡。近年开发的TWIP钢就是在这个方向上的一个重要进展。与DDQ级冲压板相比，TWIP钢同样可以冲制各种形状复杂的零件，强度却要高出2-5倍；其抗拉强度与热处理钢相当，延展性却比热处理钢强10倍；TWlP钢有非常强的加工硬化能力和非常大的延伸率，这种性能即使在高应变速率下也能保持。因而，TWIP钢在撞击等高应变过程中，可以保证汽车非常高的安全性。这是TWIP钢受到青睐的一个非常重要的原因。3热冲钢板。随着强度的提高，钢板成形性能下降，形状冻结性变差，造成成形负荷增大，工具、模具的磨损和损坏严重。所以，研究人员近年研发了“热冲+热处理”的处理方法，以满足客户对进一步提高钢板强度的迫切要求。轧3.2.1 铁水预处理脱硫铁水预处理指铁水兑入到炼钢炉之前所进行的去除铁水中杂质元素或回收铁水中有价值元素的一种针对铁水的处理方法。包括对铁水所进行的铁水脱硫、脱磷和脱硅铁水的“三脱”处理，目前所说的铁水预处理主要指铁水的“三脱”处理。3.2.2 混铁炉高炉铁水直接热装入转炉时又有混铁炉和混铁车两种方式：高炉铁水罐混铁炉铁水罐称量转炉；高炉混铁车混铁罐称量转炉。本设计选择混铁炉。采用混铁炉时能保持铁水成分和温度均匀稳定，有利于转炉吹炼。但混铁炉需要多倒一次铁，增加温度损失，而且混铁炉投资大，占地多。3.2.3 顶底复吹转炉氧气顶吹转炉，成渣较快，但熔池上下温差大，渣中FeO高，易于发生喷溅，脱碳反应在泡沫渣内进行，无法冶炼低碳钢。底吹转炉，搅拌条件好，C、O反应接近平衡，熔池含O量较低且分布均匀，吹炼平稳，喷减少，金属收得率高，但炉底寿命短，设备较顶吹转炉复杂，熔池含H量较高。顶底复吹转炉有良好的冶金效果，碳氧反应接近平衡，冶炼低碳钢时避免了钢水的过氧化，有良好的脱磷、脱硫能力，提高了终点残锰量。石灰单耗低，渣量少，铁水收得率高，吹炼平稳，喷溅少。因此，本设计中采用顶底复吹转炉。3.2.4 炉外精炼随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂需要炉外精炼工艺，炉外精炼技术是一项提高产品质量，降低成本的先进技术，是现代化钢铁企业不可缺少的重要环节。它可以提高炼钢设备的生产能力，改善钢材质量，降低能耗，减少耐材、能源和铁合金消耗，从而提高企业的竞争力。钢水炉外精炼包括在钢水包中对钢水进行调整温度、成分、去气、去夹杂及去除有害元素的操作和处理，以达到钢水洁净，成分和温度均匀与稳定的目的。3.2.5 连铸连轧连铸可以简化工序，缩短流程，提高金属收得率，降低能耗，生产过程采用机械化，自动化程度高，提高产量，扩大了品种。3.3 技术可行性为了生产高附加值的钢材，必须对工艺技术优化，每个生产阶段严格要求，要把钢铁生产当做一项精品工程。采用优质铁水，铁水预处理，转炉少渣冶炼，无渣出钢，钢水多功能炉外精炼，钢水全过程保护浇铸等工艺是完全能够生产大纲中的产品的。但是需要特别重视的是：人才的培养才是最重要的。3.4 车间生产能力的确定转炉车间生产能力的确定，实质上就是公称容量及炉座数的确定，本设计选用两座210t转炉，则年产量就能确定下来。3.4.1 转炉容量和座数的确定 转炉容量 转炉在一个炉役期内，由于炉衬受侵蚀而逐渐减薄，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。新建转炉公称容量按表3.2的系列选定。3.2 转炉公称容量系列 单位：t转炉公称容量20（15）3050100120150200250300最大出钢量30（20）3660120150180220275320钢包容量30（20）4060120150180220275320浇注吊车起重量63（16）63/1680/20100/32180/63/20225/63/20280/80/20360/100/20450/100/20 由表3.2可知：本设计中是210t转炉，取转炉公称容量的1.1，则最大出钢量为231t，钢包容量为231t。 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。所谓“三吹二”，就是保持二个转炉生产，一个转炉处于修炉或待用状态；“二吹一”即一个转炉生产，另一个转炉处于修炉或待用状态。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，生产实践中，往往采用“二吹二”或“三吹三”模式，而本设计是针对2210t转炉，所以选择“二吹二”制。3.4.2 计算年出钢炉数每一座吹炼转炉的年出钢炉数N为： (3.1)式中 T1每炉钢的平均冶炼时间，min； T2一年有效作业天数，d； 1440一天的日历天数，min； 365一年的日历天数，d； 转炉的作业率，%，若转炉与模铸或与部分连铸配合时，一般取=82%85%，若全连铸则取=75%80%。本车间采用全连铸设计作业率为80%。表3.3 氧气转炉平均冶炼时间公称容量/t153050100120150200250300平均供氧时间/min12141415151616181819192020212122平均冶炼时间/min25282830303333363638384040424245由上式可知，本设计师210t转炉，则平均供氧时间选20min，平均冶炼时间选40min，则每座转炉年出钢炉数： 炉 (3.2)3.4.2 计算年产钢量本课题采用两座210t转炉，实行二吹二制度。根据公式 (3.3) 吨式中 W表示车间产钢水量，t；n表示车间经常吹炼炉座数；N表示每一座吹炼炉的年出钢炉数；q表示转炉公称容量，t。 4 铁水供应方式与铁水预处理方案 4 铁水供应方式与铁水预处理方案4.1 铁水的供应铁水是转炉炼钢的主要原料。按铁水来源可分为：高炉铁水供应及化铁炉铁水供应两种。后者只是在厂内没有高炉或高炉铁水不够时补充。由于二次化铁耗费能量以及贵重的冶金焦炭，因此在新建炼钢车间时不应采用。高炉铁水直接热装入转炉时又有混铁炉和混铁车两种方式。本设计选择的是：高炉铁水罐混铁炉铁水罐称量转炉。混铁炉由炉体、炉盖开闭机构和炉体倾动机构三部分组成，如图4.1。炉体是由可拆的侧面凸起的端盖和开有兑铁水口、出铁水口的圆筒组成筒体。炉体内砌有耐火材料，耐火材料与炉壳之间填有硅藻土料填料层，借以隔热和缓冲炉衬受热膨胀对炉壳产生的压力，填料层向里砌有硅藻土砖用来隔热，硅藻土砖里面是粘土砖，粘土砖里面是直接与铁水接触的工作层，工作层是用镁砖砌筑的。 图4.1 混铁炉炼钢车间所需混铁炉容量（Q）： (4.1)式中 1.01铁水损失的修正系数； A车间年产量，t/a； B每吨钢所需铁水量，一般为0.81.15t/t钢； t铁水在混铁炉中的平均存储时间，一般为78h； n混铁炉装满系数，一般取0.981.0。代入数据： 我国混铁炉系列有：150、300、600、1000、1500t。根据计算后，本设计选1500t的混铁炉。一般一座转炉配一座混铁炉较为合适，所以本设计选2座1500t的混铁炉。4.2 铁水预处理铁水预处理指铁水兑入到炼钢炉之前所进行的去除铁水中杂质元素或回收铁水中有价值元素的一种针对铁水的处理方法。包括对铁水所进行的铁水脱硫、脱磷和脱硅铁水的“三脱”处理，目前所说的铁水预处理主要指铁水的“三脱”处理。4.2.1 搅拌法 铁水预处理脱硫有喷吹法和搅拌法。本设计采用的是搅拌法。 机械搅拌法是将浇注耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，浸入铁水罐熔池一定深度，借其旋转产生的漩涡，使氧化钙或碳化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反应，达到脱硫的目的。其优点是动力学条件，有利于采用廉价的脱硫剂，脱硫效果比较稳定，效果高，脱硫剂消耗小，适用于低硫钢种。对硫要求严格的钢比例大的钢厂采用；不足之处是，设备复杂，一次投资大，脱硫铁水温降较大。4.2.2 搅拌法的特点搅拌法脱硫具有以下特点： 铁水中Si氧化产物易与CaO结合生成2CaOSiO2,使脱硫效率降低； 石灰粉容易受潮失效； 石灰粉的需要量大，温降大，铁损大； 采用石灰粉进行脱硫前，应扒除高炉铁水渣； 石灰粉价格低廉,脱硫成本低； 脱硫剂对罐体耐火材料侵蚀少,扒渣容易； 脱硫效果明显、稳定,不回硫。 喷吹镁基脱硫剂时脱硫剂用量少，镁基脱硫剂使用量小，脱硫渣少，铁耗低，温降小；脱硫效率高，可实现深脱硫；脱硫剂利用率低。搅拌钙基脱硫剂时，脱硫剂需要量大温降大，铁损大；石灰基脱硫剂价格低廉，脱硫成本低；脱硫剂对罐体耐火材料侵蚀少，扒渣容易；脱硫效果明显、稳定，不回硫。 综上所述，本设计选择KR法脱硫。4.2.3 KR搅拌法脱硫工艺 KR法主要设备及工作原理 KR法是一种机械搅拌法，是将耐火材料制成的搅拌器插入铁水罐液面下一定深处，并使之旋转。搅拌器的转数一般为90120r/min，搅动功率为1.01.5kW/t。当搅拌器旋转时，铁水液面形成“V”形漩涡，如图4.1所示。在搅动11.5min后，开始加入脱硫剂。脱硫剂微粒在桨叶端部区域内由于湍动而分散，并沿着半径方向被外推，随着铁水流的循环一部分向下循环，另一部分向上循环，随后悬浮，绕轴心旋转和上浮于贴水中。然后又被桨叶从上下两个方向“吸入”，随后又沿半径方向被“吐出”。因此，脱硫剂在桨叶旋转的机械搅动作用下被卷入铁水中，并在与铁水的充分接触、混合和搅动中进行着脱硫反应。搅动器开动时，在液面上看不到脱硫剂，当搅动1015min停止搅动。将生成的浮到铁水面上的干稠状渣扒除后即达到脱硫的目的。 图4.2 铁水罐KR法脱硫的流场示意图 1）机械搅拌装置。机械搅拌装置主要由搅拌器及其旋转机构、升降车以及升降车夹紧机构等组成。搅拌器主要由主电机带动旋转，通过一台同轴式减速器及主连轴器与搅拌器联接，并将搅拌器力矩传给搅拌器主轴。搅拌器主轴又通过上下轴承支撑在升降车上。升降车及夹紧机构主要由升降小车、升降导轨及框架和升降小车卷扬组成。2）搅拌头及其更换小车。搅拌头为十字叉结构，内部由铸钢制作，外部捣打耐火烧注料。其耐火烧注料由钢丝纤维、高温耐火水泥、莫菜石组成。搅拌头为脱硫的关键设备，搅拌头的性能好坏直接关系到整个脱硫环节的生产效率和经济效益。搅拌头在使用前要进行烘烤预热提高使用性能。搅拌头在工作搅拌时，通过旋转接头上的压缩空气管连接搅拌头的空心轴，由压缩空气带走热量，延长搅拌头的使用寿命。 3）渣罐车。主要用于运送脱硫渣，实现脱硫渣在转炉渣跨和脱硫位之间的转移。渣罐车由两个主动轮分别由一套带控制的电机和减速机系统驱动，两端极限位置由行程开关控制。行走速度在530mmin之间，渣罐容积22m。扒渣机把铁水前后渣扒到渣罐内。 工艺流程本工艺流程为：铁水脱硫前扒渣测温取样加入脱硫剂机械搅拌脱硫测温取样铁水脱硫后扒渣转炉。1）铁水脱硫前扒渣高炉出铁后带人铁水中的高炉渣是低碱度氧化渣，并且硫含量很高，这与脱硫条件相违背，因此必须在脱硫操作前扒掉高炉渣。2）加入脱硫剂铁水进入脱硫工位后，将搅拌头降至工作位置，启动搅拌头。当搅拌转速达到7l0rmin时，加入脱硫剂。脱硫剂是采用抛洒法一次性加入。3）搅拌脱硫脱硫剂加入后，将搅拌头转速逐步加大，当达到90120rmin时，转速恒定。此时脱硫反应速率达到最大，铁水进行深脱硫，历时8l1min。4）测温取样脱硫操作结束后，将搅拌头升起，进行测温取样。5）铁水脱硫后扒渣 脱硫操作结束后，渣中富含硫，为了避免铁水回硫，必须进行后扒渣。 由于KR法脱硫剂采用石灰和萤石，相对于其他脱硫方法易于得到且价格便宜，长期运行上产成本低，节约资金。KR法脱硫采用石灰脱硫原理，反应较平稳，操作过程中几乎没有喷溅产生，不会产生大量烟尘，有利于保护环境。KR法脱硫化学反应动力学（搅拌动能）条件好，选用活性石灰作脱硫剂，产生的脱硫产物CaS渣系基本呈固态，容易扒干净，因此较其他方法不易造成回硫。进行KR脱硫法脱硫时，铁水被强烈搅拌且持续时间较长，即铁水温降较大。KR法脱硫采用电机搅拌头实现对铁水的搅拌，相对于其他脱硫方法增加了搅拌头驱动及支撑装置，所以一次投资较其他方法大。 KR法脱硫工艺需要注意的问题 1）搅拌头的使用寿命。搅拌头为十字叉结构，内部由铸钢制作，外部捣打耐火浇注料。耐火浇注料由钢丝纤维、高温耐火水泥、莫莱石等组成。制作时，按一定的耐火浇注料和水配比搅拌，通过振动捣打成型，然后经过30h烘烤，在使用前，必须再烘烤78h。正常搅拌头的使用寿命约为500次。 2）脱硫剂粒度要求。KR法脱硫剂的加入是在铁水罐上方的烟罩内进行，如果白灰粒度太小，则容易被除尘烟道吸走，起不到脱硫作用。因此脱硫剂要求粒度在0.40.8mm之间的占80以上。 3）搅拌头插入深度要求。KR法脱硫搅拌头插入太浅会造成铁水搅拌不充分，影响脱硫效果。插入太深，则增大搅拌阻力，降低搅拌头寿命，增加电机负荷，因此插入深度一般为铁水液面以下1500mm为宜。5 转炉设计5 转炉设计5.1 转炉炉型设计转炉是转炉炼钢车间的核心设备。转炉炉型及其主要参数对转炉炼钢的生产率、金属收得率、炉龄等经济指标都有直接的影响，其设计是否合理也关系到冶炼工艺能否顺利进行，车间主厂房高度和与转炉配套的其他相关设备的选型。因此，设计一座炉型结构合理，也满足工艺要求的转炉是保证车间正常生产的前提，而炉型设计又是整个转炉车间设计的关键。5.1.1 炉型种类及其选择转炉由炉帽、炉身、炉底三部分组成。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炉型分为筒球型、锥球型和截锥型等三种（图5.1）。炉型的选择往往与转炉的容量有关。图5.1 常见转炉炉型(a)筒球型，(b)锥球型，(c)截锥型 筒球型。该炉型的熔池由球缺体和圆柱体两部分组成，炉帽为截锥体，炉身为圆筒形。其特点是形状简单，砌砖简单，炉壳容易制造。在相同的熔池直径D和熔池深度h的情况下，与其他两种炉型相比，这种炉型熔池的容积大，金属装入量大，其形状接近于金属液的循环运动轨迹，适用于大型转炉。 锥球型。熔池由球缺体和倒截锥体两部分组成，炉帽和炉身与筒球型转炉相同。其特点是，与同容量的其他炉膛相比，在相同熔池深度h下，其反应面积大，有利于钢、渣之间的反应，适用于吹炼高磷铁水。 截锥型。炉型构造较为简单，平的熔池底较球型底容易砌筑。在装入量和熔池直径相同情况下，其熔池最深，因此一般不适用于大容量炉。不过由于炉底是平的，便于安装底吹系统，往往被顶底复吹转炉所采用。综上所述，本设计采用的是顶底复吹转炉，则选用截锥型转炉。5.1.2 转炉炉型主要参数确定 转炉炉型各部分尺寸，主要是通过总结现有转炉的实际情况，结合一些经验公式并通过模型试验确定。 熔池直径D。熔池直径指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。由公式： (5.1) 式中 D熔池直径，m； G新炉金属装入量，可取炉子公称容量，t； K系数，参见表5.1。本设计取1.70； t平均每炉钢纯吹氧时间，min，参见表5.2，本设计取18min；表5.1 系数K的推荐值转炉容量/t3030100100备 注K1.852.101.751.851.501.75大容量取下限，小容量取上限表5.2 平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量/t3030100100备 注冶炼时间/min2832(1216)3238(1418)3845(1620)结合供氧强度、铁水成分、所炼钢种等具体条件确定注：括号内数系吹氧时间参考值。 熔池深度h。熔池深度指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。对于一定容量的转炉，炉型和熔池直径确定之后，可利用几何公式计算熔池深度h。截锥型熔池：通常倒锥体顶面直径b0.7D。熔池体积V池和熔池直径D及熔池深度h有如下关系： (5.2)由可得：m3因而 式中 铁液密度，本设计取6.8，t/m3； 上述计算还必须考虑为避免炉底受到氧气射流的直接冲击和充分搅动熔池以改善熔池反应的动力学条件，也就是要有合适的氧气射流穿透深度h与熔池深度h的比值。 炉容比（或容积比）炉容比系指转炉有效容积Vt与公称容量G之比值。转炉炉容比主要与供氧强度有关，与炉容量关系不大。当供氧强度提高时，随着炉内反应加剧，如果炉膛自由空间不足，必然会发生大量的渣钢喷溅或泡沫渣翻滚溢出，造成较多的金属损失。为了在较高金属收得率基础上增大供氧强度，缩短吹炼时间，必须有适当的炉容比。从目前实际情况来看，转炉炉容比一般取0.91.05m3/t。对于大型转炉，由于采用多孔喷枪和顶底复吹，操作比较稳定，因此在其他条件相同的情况下，炉容比有所减小。由于采用的是复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳，且钢渣喷溅高度也较低，所以复吹转炉的炉容比可略小于顶吹转炉。从目前实际情况来看，二者的炉容比基本相同，即复吹转炉一般也取0.81.00m3/t。对于容量较小的炉子，铁水比大且Si、P、S含量高，以及供氧强度增加和底部喷口直径大者，取上限。本设计中炉容比选择为0.9 m3/t。 高径比（或高宽比）高径比系指转炉炉壳总高H总与炉壳外径D壳之比值。实际上它只是作为炉型设计的校核数据。因为当炉膛内高H内和内径D确定后，再根据所设计的炉衬和炉壳厚度，高径比也就被确定下来了。增大高径比对减少喷溅和溢渣，提高金属收得率有利。但是高径比过大，在炉膛体积一定时，反应面积反而小，氧气流股易冲刷炉壁，对炉衬寿命不利，而且导致厂房高，基建费用大，转炉倾动力矩大，耗电大。随着转炉大型化和顶底复吹技术的采用，转炉由细高型趋于矮胖型，即高宽比趋于减小。转炉推荐值为1.251.45。大炉子取下限，小炉子取上限。本设计中高径比取1.30。 炉身高度转炉炉帽以下，熔池面以上的圆柱体部分称为炉身。其直径与熔池直径是一致的，故须确定的尺寸是炉身高度。 （5.3）式中 、分别为炉帽、炉身和熔池的容积；Vt转炉的有效容积，为、三者之和，取决于容量和炉容比。代入数据可得： =4.22m 炉帽尺寸炉帽尺寸包括炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。1）炉帽倾角。倾角过小，炉帽内衬不稳定，容易倒塌；过大则出钢时容易钢渣混出和从炉口大量流渣。炉帽倾角一般