炼钢设计基础第1章

炼钢设计基础 材料与冶金学院冶金工程系 课程介绍 本课程的性质 冶金工程专业本科生的必修课程 是现代冶金工程管理人才整体专业知识结构的重要组成部分 本课程的任务 掌握一般性的工程概念 掌握炼钢车间组成和主要设备结构性能 掌握炼钢生产的有关新技术 新设备 新工艺 对目前炼钢生产设备 工艺流程有全局的了解 对钢铁工业现状有一定高度的认识 课程大纲 前言转炉系统设计精炼系统设计连铸系统设计除尘系统设计车间布置设计 参考书目 钢铁厂设计原理 下册 李传薪冶金工业出版社 钢铁冶金学 陈家祥冶金工业出版社 炼钢设计参考资料 西安冶金建筑学院 炼钢工艺与设备 蒋仲乐冶金工业出版社 连续铸钢 陈雷冶金工业出版社炉外精炼 徐增启冶金工业出版社电炉炼钢 马廷温冶金工业出版社 钢铁 炼钢 钢铁研究 特殊钢 连铸 等专业期刊 炼钢 连铸 钢种及合金手册 前言 炼钢工艺回顾炼钢设计概述 炼钢工艺回顾 炼钢的任务 氧化去除碳 脱碳 氧化 造渣去除磷 造渣去除硫 脱氧 去除N H等 去除钢中非金属夹杂物 升温 合金化凝固成型 废钢 炉渣返回利用 回收煤气 蒸汽等 炼钢工艺回顾 炼钢工艺回顾 长流程 短流程 炼钢设计概述 1 长流程生产系统的组成 钢铁联合企业一般应包括炼铁 炼钢 轧钢三个主要生产部门 以及为它们服务的各种辅助生产部门和机构 很多钢铁联合企业里还包括 庞大的高炉炼铁原料供应与准备系统 即炼铁生产之前的采矿 选矿以及烧结 炼焦等生产部门 除主要的生产部门之外 还必须包含能满足全企业需要的动力设施 如 变配电站 或自配发电厂 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 2 短流程生产系统组成 一座高功率或超高功率电弧炉 一座炉外精炼装置 如LF炉 和一台连铸机 生产出来的钢坯热送至紧邻的轧钢车间直接轧制 这种厂结构紧凑 投资省 建设周期短 年产钢可以从万吨到百万吨 品种范围广 由普通碳素钢到优质合金钢 十多年来 这种minimill在我国也在不断地建设和发展 电炉向大型化 高功率化发展的同时 其冶炼品种也由多炼优质钢 合金钢扩展到生产普通品质的钢种 如建筑用一般钢材和普通的型钢与板材 工程设计的意义 从根本意义上说 设计是一种创造性劳动 它是设计师 工程师 所从事的工作中最有新意 最能使人感到满足的工作之一 基本建设是发展生产力的重要手段 而设计工作又是基本建设的重要环节和先导 是整个工程建设的灵魂 是把科学技术转化为生产力的纽带 钢铁厂设计 是将一个系统 如一个钢铁厂 一个生产车间或一套装置等 按照其工艺技术要求 经工程技术人员的创造 将其全部描绘成图纸 表格及必要的文字说明的过程 也就是用文件化的语言 工程语言 将工艺技术转化为图纸的全过程 基本建设项目的建设程序 基本建设项目的设计类型建设项目的设计按照项目的性质可分为新建 扩建 改建 迁建和恢复建设项目5类 1 新建项目设计 指为经济 科技和社会发展从无到有 平地起家 新开始建设的项目 有的建设项目原有的基础很小 经扩大建设规模后 其新增加的固定资产价值超过原有固定资产价值二倍以上的也算新建项目 这种类型的设计要求比较全面系统 要完成项目建议书 可行性研究 厂址选择 初步设计直至施工图设计一整套设计任务 基本建设项目的设计类型 2 改建项目设计 指原有企业为了提高生产效益 改进产品质量或改变产品方向 对原有设备或工程进行技术改造的项目 有的企业为了平衡生产能力 增建一些附属 辅助车间或非生产性工程 也算改建项目 3 扩建项目设计 指原有企业为扩大原产品生产能力 效益 或增加新的产品生产能力 而新增建主要车间 同时增建相应设备 炉子座数和连铸机台数 而进行的设计 基本建设项目的设计类型 4 迁建项目设计 指原有企业 事业单位 由于各种原因 如为改变生产力布局 经上级批准搬到另一地方建设的项目 迁移另地建设项目 不论其规模是维持原状还是扩大规模 均算迁建项目 般指的是全厂性迁建项目 5 恢复建设项目设计 指原有企业遭受各种灾害 毁坏严重 使原有固定资产已全部或部分报废 对全厂进行重建的项目 不论是按原有规模重新恢复 还是在恢复的同时进行扩建都属于恢复建设项目 钢铁厂设计的基本原则 设计政策 方针 规定等是设计工作者在进行设计时必须遵循的 根据我国钢铁企业设计工作的经验和国家对工业基建设计的要求 钢铁企业设计的基本原则归纳如下 1 贯彻执行党和国家工业建设的方针政策 符合国家的法律规定 厂址选择必须符合国家工业布局 城市或地区的发展规划要求 节约用地 尽可能不占或少占耕地 良田 我国可耕地少 而人口又多 设计时确应严格遵循这一政策规定 2 要采用国内外新技术 新工艺 新材料 新结构 新方法 设计方案应反映出该领域内最新的成就 各项技术经济指标应选择平均先进指标 钢铁厂设计的基本原则 3 设计中尽可能采用各种标准设计 这样可以减小设计工作量和缩短建设周期 4 设计中的技术决定必须紧密结合国情 保证技术先进与经济合理相结合 做到技术先进 经济合理 安全可靠 在多方案比较中 选择最经济合理的方案 使得吨钢产品的投资最低 经济效益最佳 5 设计所选用的指标和技术方案应以客观的数据为依据 做出的方案经得起全面的客观的推敲 保证所采用的方案有坚实的基础 并能成功的付诸实施 6 合理利用资源 努力节约能源 实现资源的合理开发 综合利用 我国矿产资源中共生矿居多 冶金设计工作尤其应该注意贯彻这一政策 钢铁厂设计的基本原则 7 充分利用当地自然资源和发挥现有工业基地的潜力 尽可能的就地就近选用原材料 以减少运输费用 努力节约原材料 燃料 降低生产成本 8 设计过程中各部分的设计方案要互相联系 局部方案应与总体方案相一致 9 贯彻环境保护法规 执行 建设项目的三同时制度和环境影响评价制度 使生产与环境保护协调发展 三废治理符合国家的排放标准 达标排放 贯彻节能综合利用方针 煤气致 各专业的设计应以工艺设计部分为基础 尽可能回收利用 污水经处理后循环使用 炉渣资源化处理利用 降低噪声污染 使人们在优雅的环境中生产和生活 钢铁厂设计的基本原则 10 设计中体现社会主义制度对劳动者安全健康的关怀 所有设备的设计都必须考虑应有的安全措施 防止意外事故发生 11 厂区和车间工作环境具有较好的布局和较好的劳动条件 厂区应具有排列美观 色彩明快 安全宜人的环境 以减少疲劳和提高劳动生产率 12 厂区布置 作业面积 车间高度 交通运输等设计方案确定时都应考虑未来发展的可能性 留有发展余地 炼钢设计指导思想 冷态下模拟实验 借助经验公式 生产实践考察和计算机进行模拟设计 设计思想 投资省 经济效益最佳 多品种高质量 生产安全 操作顺利 维修方便的原则 因此在设计中采取参照条件相似 转炉容量相近 生产技术指标先进 厂房布置设计合理的车间 进行比较 分析改进 在设计中应采用先进的新技术和新工艺 但不应在设计中采取全面照搬的做法 国家规定 1 新建钢厂一定要有铁水预处理 2 设计顶底复合吹炼转炉 吹氧时间小于16min 3 炉外精炼设施齐全 提高钢质量 4 全连铸钢厂 5 经济指标先进 生产效益高 炼钢厂设计内容及程序 设计的目的建设新的生产厂 或车间 扩建或改建旧有企业使之更适合国民经济发展的需要 提高产量和质量 改善生产环境 设计的任务要对建设单位作出技术与经济的详细规划 确定企业的生产经济状况 技术经济指标 以及可能的工程建设进度计划 设计中所拟定的劳动人员编制和建设投资估算与概算 是企业招工定额 建立人员编制和申请拨付投资或贷款的依据 设计的依据炼钢厂 或车间 的设计工作应按照基建程序来安排 每一段工作均应以批准的前一段设计文件为依据 非经批准不得任意修改 设计之前 应从有关领导部门取得设计任务书或建设单位提出的设计委托书 设计任务书或委托书是有关部门或厂家 根据国家计划或当地计划 经过充分讨论研究之后制定的 设计任务书或委托书是进行各阶段设计的基本依据 此外 设计单位还要根据工作需要到建设单位的现场进行详细的调查 了解实况 收集资料 这是设计工作的准备阶段 或称设计前期工作 设计单位应积极参加设计任务书的编制与建设地址选择等前期工作 设计任务书应包含下列基本内容 1 车间生产规模 生产品种的基本设想或方案 2 厂址选择方案 包括建厂所在地区的资源情况 原材料来源与可供情况 动力 供水 燃料的供应条件与解决途径 必要时应附有供应原料与供电 水等的协议书或意向书 厂区的水文地质资料和运输条件及地形图等 3 建厂 车间 要求达到的经济效益和技术水平 4 当地的环保情况 与要求的环境质量 5 投资的控制数字 与劳动定员控制数字 炼钢车间设计一般应包括下列各项基本内容 1 车间的工艺设计 2 车间机械设备设计 3 供电设施设计 电讯系统设计 照明设计 4 给水 排水 包括污水处理 设计 5 厂房通风与局部的采暖 通风设计 6 厂房与设备基础及其他构筑物设计 7 环境保护与安全卫生设计 车间工艺设计的任务以设计任务书为依据 对下列各项内容进行较详细的设计与计算 编写设计说明书 绘制相应的图纸 1 制订详细的产品方案 产品大纲 2 根据不同钢种 制订生产工艺大纲 3 主体设备的选型 确定设备数量 型号等 4 选择各种辅助设备 提出非标准设备的设计工艺要求 5 设计并绘制车间的工艺布置平面图与剖面图 6 提供水 电 热力 土建 通风 照明 设备制造及总图运输等各专业设计所需要的资料 7 计算各项原材料的消耗量 计算炼钢 浇注生产过程的各项技术经济指标 8 编制劳动定员计划 9 钢锭 坯 生产成本计算或提出成本计算的技术资料 提出进行技术经济分析所需要的资料 设计工作程序 设计工作程序 设计工作划分为三个阶段或两个阶段 初步设计 技术设计 施工设计 扩大初步设计 施工设计 可行性研究设计要在可行性研究报告完成的基础上进行 近年来为了确保拟建项目的经济与技术的可靠性 充分发挥项目建成后的作用 在设计开始前应做可行性研究 实际上我国已把拟建项目的可行性研究视作设计过程的最初阶段 根据基建项目的要求 在对影响拟建项目的各种因素进行认真的调查研究和深入分析的基础上 提出可能采取的几种建设方案 加以分析比较 论证 并说明它在技术上的先进性和可靠性及经济上的合理有利 符合安全卫生标准 并提出研究报告 制定 方案设计 文件目的 为编制初步设计文件 控制概算做准备 内容 在核准的立项文献基础上 对建设项目进行整体部署 使设计意图具体化 初步设计目的 为编制施工招标文件 主要设备材料订货 编制施工图设计文件做准备 内容 要阐述设计依据 介绍钢厂规模 产品方案 生产工艺流程 生产设备容量及参数 车间厂房组成及基本尺寸 原材料及能源消耗指标 设计成本和投资总额概算 人员配备 各工艺设备性能及所需数量和重量 车间平面图 车间纵横剖面图 车间各层平台平面图 炼钢炉炉型 连铸机辊列图及相关辅助专业介绍 技术施工设计在施工设计之前 以工艺人员为主 根据经济建设的各项方针政策 对生产纲领 车间规模的大小 车间等级 协作产品及分期建设等原则问题提出初步意见 并作出车间平面布置图 经有关部门负责人审查同意后 即可开始施工设计 施工设计目的 为设备材料采购 非标准设备的制作及施工做准备 内容 注明建设工程合理使用年限 设计出施工所需的工艺施工图纸 如车间平面与剖面总图 炉型及砌砖图 氧枪喷头图等 总图 总图 钢铁厂内部各车间在位置上的相互关系构成联合企业 或电炉钢厂 的总平面布置图 简称总图 它表明企业内地面及地下的一切建筑物 构筑物的位置 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布置 专业车间设计与总图设计的关系炼钢车间工艺设计人员要向总图设计人员提供炼钢车间设计的若干技术资料 以便后者开展工作 诸多具体技术应由双方共同确定 使全厂性 总体性设计能为炼钢生产服务 而炼钢车间这一个局部又应纳入全厂这个整体并服从整体 改扩建老厂应注意的原则 改扩建形式有不同的情况 1 在原企业场地上改扩建 只在车间内部增加设备或更换新技术设备 扩大生产 这种形式 扩大生产 对总图影响不大 但产量增加需要增加运输能力 2 扩大原有厂房或增建新厂房以扩大生产 这就必须占据厂区的场地 增加运输能力以及其他设施来配合完成增产计划 3 在原有企业场地之外扩建 此时如厂区附近有条件 地形 地质条件 运输通道的连接等等 增建厂房 而且生产流程合理 与原生产系统便于沟通 则为企业扩大规模 改善劳动环境提供了便利的场地条件 改扩建老厂应注意的原则 改扩建的总平面布置应考虑以下原则 1 在改扩建时应当尽量利用和发挥原有建筑物 构筑物 运输线路 工业管线等设施的效用 以节约物资 节省投资 但是 当不进行改换 拆迁会影响到将来长期运转和使用上不合理时 则应当合理拆迁 重建 避免留下后遗症 2 扩建 改造时如何减少对正常生产的影响 这在总平面布置中要结合生产工艺 运输 动力供应等过渡措施来考虑 力求不影响或少影响原有设备的正常生产 炼钢厂生产规模与金属平衡 炼钢厂生产规模与产品大纲炼钢厂生产规模 该厂年产原钢的数量 即合格钢锭或合格连铸坯或二者之和的年产量 还应区分它的 生产能力 和 实际 或计划 产量 确定生产规模要考虑资源条件 国民经济发展需要 轧钢系统的生产能力 钢坯的需要量 铁水的供应量以及主要设备的国家标准系列 连铸坯产量 年产量大于1500万吨的有宝钢集团 约2300万吨 和鞍本钢铁集团 约1775万吨 两家 年产量大于1000万吨但小于1500万吨的有武钢集团 含鄂钢 约1310万吨 首钢 约1050万吨 沙钢 约1030万吨 莱钢 约1010万吨 济钢 约1005万吨 唐钢 约1001万吨 六家 年产量大于800万吨但小于1000万吨的有马钢 约950万吨 和华菱集团 约850万吨 两家 年产量大于500万吨但小于800万吨的有 邯钢 含舞钢 约780万吨 太钢 含新临钢 约690万吨 包钢 约655万吨 南钢 含淮钢 约600万吨 安钢 约585万吨 攀钢 约575万吨 酒钢 约540万吨 七家 连铸坯年产量大于500万吨的17家企业共产连铸坯约16456万吨 占总产量的49 23 炼钢厂的产品大纲 企业的产品计划 即钢材产品的产量 品种 产品规格等 确定了加工工序和加工设备类型 再依加工工序的要求来确定炼钢厂所应提供的铸坯或钢锭的质量与断面形状 尺寸 从而计算出按不同钢种所需供应的坯 或锭 的数量 吨 设备容量和数量的确定 氧气转炉的生产能力与作业指标关系设计炼钢车间 首先要依据生产规模确定炉子的容量和座数 主要决定于车间的各项作业指标 Q 365 1440 n T 1 式中Q 车间生产能力 吨钢 年 n 车间经常吹炼转炉座数 T 每座转炉平均产钢量 吨 每一炉钢的冶炼周期 min 车间年有效作业率 每一炉钢的冶炼周期 由以下几部分组成 加废钢时间 兑铁水时间 吹氧时间 出钢时间 辅助作业时间 开堵出钢口 测温调温 取样 喷补 倒渣和分析成分 耽误时间 清渣及等待等 50 100tT 30 32min 100 200T 31 35min 200 300T 29 35min 冶炼周期与原料条件 设备水平 操作水平等有直接的关系 车间年有效作业率 全连铸车间取80 82 n 车间经常吹炼转炉座数 两座炉子可取1 5 三座炉子可取2 5 由Q 36