河北联合大学冶金毕业设计开题报告与说明书

河北联合大学轻工学院河北联合大学轻工学院 本科生毕业设计开题报告本科生毕业设计开题报告 题目 题目 设计一座年产设计一座年产 300 万吨良坯的氧气转炉万吨良坯的氧气转炉 炼钢车间炼钢车间 学学 部 部 材料化工部材料化工部 专专 业 业 冶金工程冶金工程 班班 级 级 08 冶金冶金 2 班班 姓姓 名 名 王彬王彬 学学 号 号 200815180208 指导教师 指导教师 张快张快 2012 年年 4 月月 3 日日 一 选题背景一 选题背景 1 1 钢铁工业在国民生产中的地位钢铁工业在国民生产中的地位 钢铁是用途最广泛金属材料 人类使用的金属中 钢铁占 90 以上 人们的生 活离不开钢铁 人们从事生产或其他生活所用的工具和设施也都要使用钢铁 钢铁 产量往往是衡量一个国家工业水平和生产能力的重要标志 钢铁的质量和品种对国 民经济及其他工业部门产品的质量都有极大的影响 世界经济发展到今天的水平 钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受 到根本性影响 而且在可以预见的范围内 这个地位也不会因世界新技术和新材料 的进步而消弱 纵观世界的主要发达国家的经济发展史 不难看出钢铁工业的发展 在美国 前苏联 日本 英国 德国 法国等国家的经济发展中都起到了决定性作 用 这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车 造船 机械 电 器等工业的发展和经济腾飞都发挥了至关重要的作用 现在钢铁工业已经成为一个庞大的工业生产系统 主要生产部门包括采矿 选 矿 烧结球团 炼铁 炼钢 轧钢等 也包括大量的辅助生产部门 如焦化 耐火 材料 石灰 铁合金 机修 动力运输等 还包括专门以钢铁工业为工作和研究对 象的大专院校 科学研究 经济信息 营销机构 地质勘探等部门 1 2 转炉炼钢的发展历程转炉炼钢的发展历程 1 2 1 转炉炼钢发展早期转炉炼钢发展早期 在 1856 年德国人贝斯麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法 这种方法是近代炼钢 法的开端 它为人类生产了大量廉价钢 促进了欧洲的工业革命 但由于此法不能 去除 S 和 P 因而其发展受到了限制 1879 年出现了托马斯底吹碱性转炉炼钢法 它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁 虽然转炉法可以大量生产钢 但它对 生铁成分有着较严格的要求 而且一般不能多用废钢 随着工业的进一步发展 废 钢越来越多 在酸性转炉炼钢法发明不到十年 法国人马丁利用蓄热原理 在 1864 年创立了平炉炼钢法 1880 年出现了碱性平炉 平炉炼钢法对原料的要求不那么严 格 容量大 生产的品种多 所以不到 20 年它就成为世界上主要的炼钢方法 直 到 20 世纪 50 年代 在世界钢产量中 约 85 是平炉炼出来的 1952 年在奥地利出 现纯氧顶吹转炉 它解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题 使质量接近平炉钢 同时减少了随废气 当用普通空气吹炼时 空气含 79 无用的氮 损失的热量 可 以吹炼温度较低的平炉生铁 因而节省了高炉的焦炭耗量 且能使用更多的废钢 由于转炉炼钢速度快 炼一炉钢约 10min 而平炉则需 7h 负能炼钢 节约能源 故转炉炼钢成为当代炼钢的主流 其实 130 年前贝斯麦发明底吹空气炼钢法时 就 提出了利用氧气炼钢的设想 但受当时条件的限制没能实现 1 2 2 转炉炼钢发展中期转炉炼钢发展中期 到 20 世纪 50 年代初 奥地利的 Voest Alpine 公司将氧气炼钢用于工业生产 从而诞生了氧气顶吹转炉 亦称 LD 转炉 底吹转炉问世后 其发展速度非常快 到 1968 年出现氧气底吹法时 全世界顶吹法产钢能力已达 2 6 亿吨 占绝对垄断地 位 1970 年后 由于发明了用碳氢化合物保护的双层套管式底吹氧枪而出现了底吹 法 各种类型的底吹法转炉 如 OBM Q BOP LSW 等 在实际生产中显示出许 多优于顶吹转炉之处 使一直居于首位的顶吹法受到挑战和冲击 顶吹法的特点决定了它具有渣中含铁高 钢水含氧高 废气铁尘损失大和冶炼 超低碳钢困难等缺点 而底吹法则在很大程度上能克服这些缺点 但由于底吹法用 碳氢化合物冷却喷嘴 钢水含氢量高 需在停吹后喷吹惰性气体进行清洗 基于以 上两种方法在冶金学上显示出的明显差别 故在 20 世纪 70 年代以后 国外许多国 家着手研究结合两种方法优点的顶底复吹冶炼法 继奥地利人 Dr Eduard 等于 1973 年研究转炉顶底复吹炼钢后 世界各国普遍开展了转炉复吹的研究工作 出现了各 种类型的复吹转炉 到 20 世纪 80 年代初开始正式用于生产 由于它比顶吹和底吹 法都更优越 加上转炉复吹现场改造比较容易 使之几年时间就在全世界范围内得 到普遍应用 有的国家 如日本 已基本上淘汰了单纯的顶吹转炉 1 2 3 转炉炼钢发展现状转炉炼钢发展现状 目前 复吹转炉大都是在顶吹基础上加上各自不同的底吹方法构成的 这些复 吹方法大致可以分为以下三类 1 用惰性气体搅拌熔池 所用气体主要为 N2 Ar 和 CO2 如 LD KG LD OTB LD AB 方法采用小直径多管供气 而 LBE 法则采用透气砖供气 2 从炉底吹入部分氧或其他氧化性气体来搅拌熔池 当顶 吹用氧时 不论是纯氧 氮与氧混合物或是空气 都需要采用双层套管喷嘴 使氧 流得到遮盖以保护炉底耐火材料 通常中心管通 O2及 CO2 外管遮盖气体用 CO2 N2或 Ar 或者用天然气 这种底吹方法如 DSC BAP LD OB LD HC STB 等 3 除炉底供一部分氧外 还顶吹石灰粉等造渣剂 如 K BOP 法等 氧气转炉炼钢从顶吹发展到顶底复吹经历了 30 多年 现已成世界上主要的炼 钢方法 目前转炉钢的比例已达到 70 以上 传统的转炉炼钢过程是将高炉来的铁 水经混铁炉混匀后兑入转炉 并按一定比例装入废钢 然后降下水冷氧枪以一定的 供氧 枪位和造渣制度吹氧冶炼 当达到吹炼终点时 提枪倒炉 测温和取样化验 成分 如钢水温度和成分达到目标值范围则出钢 否则 降下氧枪进行再吹 在出 钢过程中 向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧 合金化 然后 钢水送模铸场 或连铸车间铸锭 近年来 用户对钢材性能和质量的要求越来越高 钢材的应用范围越来越宽广 同时钢铁生产企业也对提高产品产量和质量 扩大品种 节约能源和降低成本越来 越重视 在这种情况下 转炉生产工艺流程发生了很大变化 铁水预处理 复吹转 炉 炉外精炼 连铸技术的发展 打破了传统的转炉炼钢模式 目前由单纯用转炉 冶炼发展为铁水预处理 复吹转炉吹炼 炉外精炼 连铸这一新的工艺流程 这一 流程以设备大型化 现代化和连续化为特点 氧气转炉已由原来的主导地位变为新 流程的一个环节 主要承担钢水脱碳和升温的任务 1 3 钢铁工业的发展前景钢铁工业的发展前景 随着社会发展和科技进步 钢铁工业市场竞争已经不仅仅是价格 质量的竞争 而是包括价格 成本 质量 品种 资本回收时间 产品供货速度 过程服务 环境 友好等多方面 多因素的综合竞争 不容置疑的是 钢铁生产采用先进的工艺和设 备 实现低成本 高质量 低消耗 多品种 少污染 高劳动生产率 不但是我国 钢铁工业实现可持续发展走向钢铁强国的必由之路 也是我国钢铁企业在激烈的国 内外市场竞争中取得成功的必要条件 基于上述现状和社会要求 现代钢铁厂设计的目的主要是建设新的生产厂 扩 建或改建旧有企业使之更适应国民经济发展的需要 提高产量 质量 减少原材料 的消耗 改善生产环境 健身生态化的钢铁企业已经成为各国实现可持续发展的重要举措 加拿大美国 等国家从二十世纪九十年代就开始规划建设生态工业示范园区 丹麦的卡伦堡生态 工业区是目前国际上最成功的生态工业园区 纵观包括我国在内的各国时间可以看 出 建设生态化钢铁企业不但可降低能源和资源消耗 减轻大气环境负荷 而且还 可提高整个企业利润水平 因此 建设生态化的钢铁企业 是我国钢铁工业实现可 持续发展 走向钢铁强国的必由之路 二 设计方案二 设计方案 2 1 转炉容量的计算转炉容量的计算 2 1 1 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 取连铸坯收得率为 95 年需钢水量 315 79 104 吨 良坯收得率 年需良坯量 95 300 2 1 2 计算年出钢炉数计算年出钢炉数 按照 2 吹 2 方式生产 转炉年作业天数取 290 天 则 转炉作业率 79 5 0 0 100 日历天数 转炉作业天数 0 0 100 365 290 年出钢炉数 2 2 冶炼周期 年炼钢时间 冶炼周期 转炉作业率日历时间 冶炼周期取为 40min 年出钢炉数 20893 炉 40 6024 5 793652 每天出钢炉数 72 炉 290 20893 平均炉产钢水量 151 67 吨 年出钢炉数 年产钢水量 20893 3157900 2 1 3 按标准系列确定炉子的容量按标准系列确定炉子的容量 选定 150t 转炉两座 按照 2 吹 2 方式生产 核算车间年产量 150 20893 95 298 104 吨 则该车间年产合格钢坯约 298 104吨 主要生产低碳钢 全部为板坯 连铸连轧 2 2 炼钢车间各主要系统方案的确定炼钢车间各主要系统方案的确定 2 2 1 铁水供应系统铁水供应系统 本设计选取铁水罐供应铁水系统 供应铁水过程是 高炉 铁水罐 转炉 2 2 2 铁水预处理系统铁水预处理系统 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 选用铁水罐喷吹法 喷镁粉 对铁水进行预脱硫处理 2 2 3 废钢供应系统废钢供应系统 本设计中废钢供应系统中废钢间的布置方式采用设立单独的废钢间的布置方式 按照情种类型不同分类堆放 用磁盘吊车向废钢斗装入废钢 然后用热力或电力料 斗平车运送废钢料斗到加料跨 2 2 4 铁合金供应系统铁合金供应系统 本设计的转炉车间为大型转炉车间 所以采用全皮带上料系统 2 2 5 烟气净化和回收系统烟气净化和回收系统 1 转炉烟气净化处理方法 1 按吸入的气体量的多少 本设计采用未燃法 烟气主要是一氧化碳 经冷 却和除尘后将煤气回收利用或点火放到大气中 2 在操作工艺上本设计采用全湿法除尘 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 此系统耗水量大 且需要处理 大量泥浆的设备 2 烟气净化系统 烟气净化系统可概括为收集与疏导 降温与净化 抽引与放散三部分 1 烟罩 未燃法烟气净化系统中烟罩由固定烟罩和活动烟罩两部分组成 二者之间用水 封连接 固定烟罩与烟道连接 而活动烟罩可上下升降 其主要作用是使转炉烟气 顺利的进入烟罩并能很好地控制吸入的空气量 以提高回收煤气的质量 活动烟罩 按照结构不同分为单烟罩和双烟罩两种 单烟罩又有死循环式和敞口式之分 因本设计中控制炉口 本设计选用敞口式活动单烟罩与之配合以提高煤气质量 活动烟罩冷却一般采用排管式或者外淋式水冷 本设计采用矩形无缝钢管拼焊 水冷活动烟罩 3 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 局部除尘常用的有干法布袋除尘器和旋风除尘器 厂房除尘要求厂方上部为密封结构 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 可大大改善车间内的作业环境 2 2 6 炉外精炼系统炉外精炼系统 本设计的产品主要为低碳钢和薄板坯 所以炉外精炼系统选取喂丝法 WF IR UT 和 RH KTB 系统进行精炼 1 喂丝法设备简单 操作简便 占地面积小 投资少 安全可靠 处理成本低 无烟雾 温降小 钢液吸气量少 合金收得率高 2 IR UT 的特点 1 取消了包底的多孔通气砖 改底吹氩为顶吹氩 可以有力地搅拌钢液 促 使钢液成分和温度均匀 2 处理时间一般为 20min 左右 其中加热时间为 5min 3 IR UT 的优点 1 提高合金收得率 节约和金 降低成本 2 微调成分 夹杂物含量明显减少 钢液纯净度高 3 设备简单 无需复杂的真空设备 成本低 4 均匀调节钢液成分和温度方法 4 RH 法 通过对近年来大型转炉车间使用炉外精炼设备的比较可以看出 RH 精炼由于 其优越的脱气 脱氧 脱碳和合金化条件 使得 RH 真空精炼能取得较好的冶金效 果 2 2 7 浇注系统浇注系统 在连铸机的选取上 通过比较对各种形式连铸机的比较 带直线段的弧形连铸 机有利于非金属杂物的上浮 有利于特殊钢的浇铸 适用于浇铸板坯 所以本设计 选取带直线段的弧形连铸机 同时采用结晶器电磁搅拌系统 引锭杆选用链式刚性引锭杆 并采用上装引锭杆的装入方式 2 2 8 出渣系统出渣系统 本设计采用滚筒水淬法处理转炉炼钢车间的钢渣 其设备主要有 炉渣运输系 统 渣罐 渣罐台车 天车 滚筒装置 滚筒 除尘风机 冷却水系统 供水泵 蓄水池 滚筒水淬法处理有明显的优越性 处理后渣子的稳定性好 粒度小而均匀 改 善环境污染 工程流程短 占地面积小等等 2 3 转炉车间类型及跨数的确定转炉车间类型及跨数的确定 本设计为设计一座年产 300 万吨转炉车间 所以该转炉车间为大型转炉车间 主厂房的跨数选取以三跨为基础的多跨式转炉车间 转炉操作平台采用高架式车间设计方式 多跨式转炉车间中各跨分别为 渣处理跨 加料跨 炉子跨 精炼跨及钢水接 受跨 浇铸跨 出坯跨和铸坯精整跨 2 4 采取的方法与手段采取的方法与手段 通过查找与设计相关的参考资料来初步确定炼钢厂的设计方案 然后对方案进 行可行性研究 通过可行性研究改进设计方案中的不足与缺陷 最终确定出炼钢厂 设计的最终确定型方案 根据方案中对设计的要求查找资料 计算和选取以求出相 关设备的设计数据和设备参数 确定炼钢厂的平面布置 绘制其设计的工艺布置草 图 并绘制出最终工艺布置图 在设计中 通过查找有关资料并与指导老师配合进行设计 从而设计处在实际 中有实际意义的炼钢厂设计方案和工艺布置图 三 进度安排三 进度安排 第 6 7 周 查找资料 初步确定设计方案 写出毕业设计开题报告 第 8 周 进一步查找资料 确定并写出设计方案 第 9 11 周 进行设备 车间及相关系统计算与确定 并写出毕业设计说明书 第 12 14 周 绘制出转炉车间平面工艺布置图 车间转录跨纵剖图和车间横剖图 第 15 周 完善毕业设计说明书 准备毕业答辩 第 16 周 提交毕业设计 并进行毕业答辩 四 参考文献四 参考文献 1 冯聚和 炼钢设计原理 北京 化学工业出版社 2005 年 8 月 2 编写组 炼钢设计参考资料 工艺设计部分 北京 冶金工业出版社 1972 年 11 月 3 编写组 炼钢设计参考资料 通用资料部分 北京 冶金工业出版社 1972 年 7 月 4 周建男 钢铁生产工艺装备新技术 北京 冶金工业出版社 2004 年 1 月 5 编写组 氧气转炉烟气净化与回收设计参考资料 北京 冶金工业出版社 1975 年 12 月 6 北京钢铁设计