年产300万吨合格铸坯转炉车间设计

1、年产 300 万吨合格铸坯转炉车间设计06 冶金 3 班李 XX 指导教师董方XX 科技大学材料与冶金学院冶金工程06-3班， XX XX 摘要 根据设计任务书的要求， 完成年产 300 万吨合格铸坯的转炉车间设计。 在设计中， 首先 对转炉炼钢开展现状和趋势进展了全面综述，并系统阐述了目前转炉炼钢所采用的新技术、 新工艺和新设备。主要对转炉炼钢生产的生产规模、产品方案、工艺流程、车间组成和工艺 布置进展设计， 并对 150 吨顶底复吹转炉炉型、原材料的供给系统、供氧系统、转炉车间烟 气净化系统、 炉外精炼设备以及车间主厂房工艺布置进展了设计计算。 此外对转炉车间的一 些主要附属设施进展了选择

2、并给出了其技术性能参数。并进展了技术经济分析。关键词 产品大纲；顶底复吹转炉；氧枪；转炉车间Abstract This paper is about the process which designed for the steel-making plant with a 3 million tons production per-year.Firstly,we have a overview of the current situation and trends of the converter steel-making,then we systematically expound the n

3、ew technology,new technics and new equipment which we use.We mainly consider about the range of the production ,the blueprint,the procession and the position and arrange for the workshop.Also the paper made the calculation about the plant which includes the material and heat balance calculation of t

4、he converter, design of the oxygen lance, the height and length of the converter stride and the feed stride, and the furnace type of top bottom bined blowing converter of 150 tons. In addition, the paper contains the choose of the main affiliation devices of the converter plant and the technique per

5、formance parameter.We also do the technical economy analysis.Key words Product outline; top and bottom blowing converter; oxygen lance; BOF shop1 文献综述1.1 我国转炉炼钢的开展现状 作为转炉炼钢主要炉料的生铁逐年增长， 为转炉炼钢钢产量的大幅度增长提供了良好而 充裕的原料条件，与世界各主要产钢国家相比，我国铁钢比拟高， 近年来我国生铁、粗钢产 量及铁钢比方图 1.1所示。我国炼钢产能的增加由于能源和废钢的限制（仅 2005年进口废钢量已达 110

6、0万 t） 主要靠转炉来完成，给转炉钢产量的增长提供了良好条件，因此转炉钢产量 近年来获得了快速增长。1996年我国钢产量首次突破1亿t，转炉钢产量已达6947. 5万t;占全国总钢产量的68.6%。 1999年我国转炉钢产量突破 1亿t ;到达10247. 2万t;占全国钢产量 比重上升到 82.7%。近年来，转炉钢产量持续处于高速增长态势，2002年我国转炉钢产量高达15330万t，仅时隔3年转炉钢产量增长近50%。2004年我国转炉钢产量占总钢产量的84.71%， 2006年我国钢产量为 41878万吨， 2007年我国钢产量近 4.89亿吨，其中转炉钢占185%1， 2021年中国生产

7、粗钢 50116万吨，比上年增长 835.23万吨， 08年中国钢铁产量将连续第12年领先全球。1.2我国转炉炼钢开展趋势一些高附加值钢种多为低合金高强度或微合金高强度钢种，特别是V、Nb、Ti微合金化钢种将受到关注。由于我国的炼钢技术相对有一些落后，一些高附加值的特殊钢的缺口仍旧是靠进口来填补，这给我们钢铁企业很大的压力，同时也给了我们很好的市场来开展我国的钢铁业。今后我国汽车、造船、集装箱、机械制造、油、气输送管线、电工等用钢仍将大 幅度增长，大型转炉炼钢厂将依靠自身的装备优势配置热连轧或宽厚板轧机，结合日新月异的冶炼工艺技术进步，努力增产这类高附加值钢种，提高我国钢铁企业在世界钢铁市场中

8、的竞争力和占有率，满足市场需求2。1.3转炉炼钢存在的问题我国中、小型转炉炼钢厂（车间）生产量到达6000万t以上，与前后工序配套的有小高炉、 小连铸、小轧机已形成一定的综合生产能力。中、小型转炉钢厂是在我国钢铁开展的历史中形成的，今后在一段较长的时间应配合我国钢铁行业的产业构造调整政策和优化工艺及调整 产品构造的开展战略。搞好扩容改造挖潜，相应提高技术和装备水平，比方适当增设铁水脱 硫设施和根据钢种要求增设炉外精炼装置，以求在增产的同时进一步提高钢的质量，扩大冶炼钢种范围，降低消耗，改善环保条件，在市场竞争中继续求得生存开展。今后应抑制低水平中小型转炉重复建立。2. 生产规模及产品方案2.1

9、生产规模新建转炉用于向新建的板坯连铸机供给钢水，根据连铸机工序要求，年产合格铸坯为300万吨。2.2产品方案生产钢种有碳结钢、优质碳结钢、超低碳钢、低合金高强度钢及耐热钢、管线钢、压力 容器用钢等专用钢种，见下表。表2.1生产钢种及所占比例钢种牌号执行标准比例%数量万吨碳素构造钢Q195275GB/T7912.1-19894076优碳钢SPCC SPHDGB/T710-19912547.5SPCC SPCE 10 20 号低合金钢16Mn Q345A B510L管线钢GB/T1591-19942038无取向硅钢50W470 50W1300合计GB/T3273-19891528.51001903

10、. 设备选型及技术性能3.1转炉A. 转炉公称容量年产300万吨合格铸坯需要合格刚睡的质量为Q=3000000/0.98 X 0.98式中：Q 车间生产能力，吨钢/年第一个0.98 炉外精炼钢水的收得率第二个0.98 连铸后金属的收得率Q=3123698t据年产300万吨合格铸坯可大致估算出炉子的公称容量Q=365 X 1440X n X TXn /t式中：Q 车间生产能力，3123698吨钢/年n车间经常吹炼转炉座数，取1.75T每座转炉平均产钢量，tt每一炉钢的冶炼周期，取33mi nn车间年有效作业率，81%从而可以算出T=138.4t 取公称容量为150tB. 转炉炉型设计(1) 原始

11、条件： 炉子平均出钢量为150吨钢水 原料为生铁、废钢、铁合金，并用矿石法操作;(2) 熔池尺寸计算：熔池直径计算：根据前述生产实践情况，选取供氧时间为14.5min根据经历公式：D=K G/t1/2式中：G 新炉金属装入量，t,可近似的取其公称容量150t;t平均每炉钢纯吹氧时间，14.5mi nK 比例系数，取 1.55所以 D=1.55 X 150/14.51/2 =4.985m =4985mm 熔池深度计算： 由于选用转炉类型为顶底复吹型转炉，故本设计使用截锥型炉底。 根据公式Vc=G/?式中： Vc 熔池体积， m3G 新炉金属装入量，t,可近似的取其公称容量150t;?钢水密度，

12、?=6.8t/m3那么 Vc=G/?=150/6.8=22.06 m3又有通常倒截锥体顶面直径 b=0.7D故催在如下关系式：Vc=0.574h D2式中： h 熔池深度, m那么可以求出 h= Vc/0.574 D2h=1.547m=1547mmh/D=0.31 在0.310.33范围内,符合要求。(3) 炉帽尺寸计算： 炉口直径 dd 口 =0.45Dd 口 =0.45D=0.45 X 4.985=2.243m=2243mm.由于采用水冷炉口，有关系式d 口 +200 400mm=d水，本设计取 400 mm，即各边大出 200mm. 炉帽倾角取 62°,所以炉帽高度为： 为了维

13、护炉口的正常形态,防止因砖衬蚀损使其迅速扩大,在炉口上部设有高度为 H 口 =300 400的直线段取 H 口 =0.36m =360mmH 帽=(D-d)tan 0 /2 +H 口 =0.5 X (4.985-2.243) X tan62 °+0.36 =2.732m=2732mm炉帽总容积 V 帽V 帽=n /12 H 帽-H 口D2+Dd+d2+ n /4d2H 口 =26.9 m3(4) 出钢口尺寸计算：出钢口中心线水平倾角取 0 °出钢口尺寸 d 出=(63+1.75T) 1/2=(63+1.75 X 150)1/2=180.4mm出钢口水平倾角取 0°

14、使钢流对钢包内的金属冲击力变小。、出钢口外径一般为出钢口内径的 6倍左右，即d 外=6d 出=1082.4mm出钢口长度 Lt出钢口长度一般为出钢口内径的78倍，即Lt= 78d 出本设计取为乙那么Lt=1262.8(5) 炉子内型高度：本设计中炉容比选 0.95转炉有效容积 Vt =150 X 0.95=142.5 m3H 身=4V 身/ n D2=4 Vt - V 帽 -Vc/n D2=4.793m=4793mmH 内=H 帽 +H 身 +h=2.732+4.793+1.547=9.072m=9072mm(6) 炉子的高径比:炉壳总高 H 总=H 帽 +H 身 +h+71.38+ 1170

15、=10313.38炉壳外径 D 壳=4985+1030+980+2 X 71.38=7137.76H总/D壳=1.44，在1.251.45之间，所以符合设计要求。(7) 转炉炉衬的设计：表3.1转炉炉衬耐火材料厚度炉帽炉身加料侧炉身出钢侧炉底合计绝热层厚度mm2020202080永久层厚度mm110160160420750填充层厚度mm100100100100400工作层厚度mm5607507006302640合计79010309801170炉壳钢板厚度的选择炉帽钢板取 c1= 0.8c2=57.10mm炉身钢板取 c2=0.01D壳=71.38mm那么应有D+1030+980+2 c2X 0

16、.01= c2解得 c2=71.38mm炉底钢板取 c3=1.0c2=71.38mmC. 氧枪的设计(1) 氧枪喷头设计 原始条件：根据本设计物料平衡的计算，知每吨钢耗氧量为52.5m3/t，吹炼时间为14.5min。输氧管测压点氧气最高压力为 1.18MP，氧气平均温度为 17C。氧枪枪位高度：化渣枪位 1.5 1.8m，吹炼枪位 0.91.2m。 计算氧气流量：Q=52.5 X 150/14.5=543N m 3/min 综合考虑 , 马赫数 M=2.0 最正确。 设计工况氧压和喉口直径：查等熵流表，当 M=2.0 时，P/Po=O.1278，取 P=0.099Mpa，那么 Po= 0.7

17、75 Mpa，每孔 氧流量：q=543/5=108.6N m 3/minP0= 0.775 Mpa=0.775/9.8 X 100=7.9kg/cm 3根据公式q=17.64CDP0A 喉/To0.5 式3.7式中：CD 喷管流量系数，0.950.96,本设计取为0.95A 喉 喉口面积To入口处氧气的温度，取为273+17° C那么有 108.6=17.64 X 0.95X 7.9/(290)鋼 Xn /4X d 喉 2解，得 d 喉=42.19mm 确定喷孔出口直径：依据M=2.0，查等熵流表，得：A 出 /A 喉= 1.688，即 n /4X d 出 2=1.688 n /4

18、X d 喉 2d 出=1.6880.5X 42.19=54.81mm 确定喷孔其它几何尺寸：54.81 42.19/2L=tan4 °解，得 L=90.23mm 最后确定 L=90mm 多孔喷头的各个流股发生汇交和不汇交以效应角B为界，大于B各个流股就很少汇交，小于B就必定汇交。得出B=12.8° 15.4° ,综合考虑取孔倾角15°。操作枪位为 3540 倍的出口直径，即 54.81X 3540=1918.352192.4mm(2) 氧枪水冷系统设计 氧枪枪身尺寸确实定 氧枪枪身有三层同心无缝钢管组成。a. 条件：吹炼过程氧枪冷却水量200t/h，冷却

19、水进水压力位1.2MPa冷却水进水温度 19Cb. 中心钢管直径确实定：氧流量Q=543N m3/min，氧气流在中心管内的流速按60m/s考虑，依据气体状态方程，在中心管内的实际状态下的氧流量为：Q 实=1 X 543 X 290/(273 X 7.9 X 60)=1.22m3/s那么中心管直径为d 内=(4 X 1.22)/(3.14 X 6O)1/2=o.i61m=161mm ;取为 160mm中心钢管的壁厚及直径根据标准无缝钢管产品规格选定为0180 X 10mmc. 中层钢管和外层钢管直径确实定对 150t 转炉冷却水耗量取 200t/h 的条件下：进水环缝截面积：F1=q水/V进=

20、200/6X 3600=0.0093m2 进水速度取6m/s出水环缝截面积：F2= Q水/V出=200/ 7 X 3600=0.0079 m2 出水速度取 7m/s中心钢管外径为187mm，那么中层钢管的内径为d 中=(4 X 0.0093)/3.14+0.18 21/2=0.21m=210mm ;取为 205mm根据标准无缝钢管产品规格选定为0219X 7mm同理，外层钢管内径为：d 外=(4 X 0.0079)/3.14+0.219 21/2=0.241m=241mm根据标准无缝钢管产品规格选定为0273X 16mm3.2 原材料的供给及设备A 散状料的供给地下料仓容积的计算本设计中：轻烧

21、白云石以及铁矿石为本地产，储存时间分别为3 和 3.5 天;而石灰和萤石为外运，储存时间分别为 0.4天和 8天。根据物料平衡计算，每炉钢分别需要白云石、铁矿石、石灰、萤石的质量分别为3.71t、1.48t、5.15t、0.45t。由于该转炉冶炼周期为33min，故每天可以冶炼1440/33=44炉钢白云石地面料仓容积为根据公式V=Qt/0.8 ?式中Q: 天需要的原料量；t:贮存天数；0.8：装满系数；?:堆比重。 其中各种散状料的 Y 值由相关设计手册查出。经计算可得白云石的地下料仓容积为:V 白=3.71 X 44X 3/ 0.8X 1.7=360 m3可以设计为三个容积为120 m3的

22、料仓；矿石地下料仓容积为:V 矿=1.48 X 44X 3.5/(0.8 X 2.4)=119 m3可以设计为一个容积为120 m3的料仓；石灰地下料仓容积为:V 石=5.15 X 44X 0.4/(0.8 X 1.0)=113 m3可以设计为一个容积为120 m3的料仓；萤石地下料仓容积为:V 莹=0.45 X 44X 8/(0.8 X 1.7)=116 m3可以设计为一个容积为120 m3的料仓；故对于散状料共需要安排六个容积为120 m3的料仓。B .废钢的供给 1 废钢料斗的尺寸 废钢料槽容积决定于每炉废钢装入量，大型转炉废钢参加量大，可分多个料斗参加， 但最好一料斗参加 .废钢料斗容

23、积计算如下:V=q/n p f式 3.10式中:V :废钢料斗容积，m3q：每炉参加废钢量，t有前面的物料平衡可计算得 150X 7.31%=10.98 tN :料斗装满系数，取 0.8P：废钢堆积密度，采用轻废钢，取1.2t/m3f:每炉参加废钢的斗数，取1代入上式可得料斗容积为V=10.98/0.8X 1.2X 1 =11.4 m3 ，取 12m3废钢料斗参数：废钢槽容积：12 m3废钢槽最大载重：40t吊耳轴中心距：2200mm前后耳轴距：4500mm废钢槽外形尺寸：7200 X 2000 X 2000mm料槽重量25t2废钢料坑容积计算根据公式料坑容积V=Qx/1.2 ?式 3.11式

24、中：Q车间日需废钢量。1.2装满系数。?废钢堆比重，采用轻废钢，取1.2t/m3x废钢储存定额，本设计中内部废钢约占30%，储存2.4天，外购废钢占70%，储存7.5天。故 x=0.3 X 2.4+0.7X 7.5=6计算得：Q=44 X 10.98 X 6/1.2 X 1.2=2013 m 3故可以设置1个2000 m3的废钢坑。4. 转炉车间烟气净化OG法：按经历公式QQ aV0 = G G C2x1.8 式4.112 t式中： V 炉气量Nm3/h；G 转炉后期铁水装入量Kg，超装20% ;G 铁水中含碳量；C2 钢水最终含碳量3V)= 148000 X 1,2X 4.15-0.10X

25、22.4/12 X 60/14.5X 1.8= 100004N m /h参数计算：烟气量的计算：采用未燃法，烟气量主要取决空气燃烧系数。本设计取=0.08根据物料平衡计算出燃烧后的烟气量：3V = 1+1.88 a CO%乂 N m /h式4.2所以 V = 1 + 1.88 X 0.8824 X 0.08X 100004 = 113276N m3/h假定燃烧后烟气仍残留氧气，那么烟气成分为；CO= 1- aCO%V 0/V=(1-0.08) X 0.8824 X 100004/113276=71.7%;CO2=( a CO%+ CO 2%) V0/V= 0.08 X 0.8824+0.098

26、X 100004/113276=14.9%N2= 1.88a CO%+N 2% V0/V=1.88X 0.08X 0.8824+0.0065X 100004/113276=12.3% O=0.5% V 0/V=0.45%烟气浓度修正： 根据回收中期，烟气量为炉气量的 113276/100004=1.133 倍，故进口烟气浓度应作修正，C0=0.106/1.133=0.094Kg/Nm3,回收煤气量计算： 每吨钢产生的炉气量为：1000X 4.15-0.1 %X22.4/12X 1/0.8824+0.1 =76.95/Nm3，按烟气成倍率为 1 . 1 33倍，那么每吨钢产生的煤气量为 1.13

27、3X 76.95/=87.18 Nm3 ，考虑到 前后期不回收煤气， 定回收率为 70%，那么每吨钢可回收的煤气量为 70%X87.18=61.03 Nm35. 主厂房的布置设计转炉跨在车间中厂房最高、 设备最多，多平台布置， 是建筑构造复杂和投资最多的跨间。 主要布置转炉及其倾动机构、氧枪付枪系统、散料和铁合金参加系统、除尘系统等。转炉横向位置确实定 计算转炉中心线与靠近原料跨的厂房纵向柱列中心线的距离a，a 值应能保证原料跨吊车顺利向转炉参加废钢和兑入铁水，同时应满足布置氧枪升降机构的要求。 a 值的计算式如 下：a=L1+L2-L 3-L4 式 5.1 式中： a 转炉中心线与厂房纵向柱列中心线的距离mm，L1转炉倾动到受铁位置倾动角 a =45。时，转炉炉口内缘新炉衬与转炉 中心线的距离， mm。 L1 可以粗略计算如下：L仁(10313.38-4900) sin45 o=3827mm，取为 3830mmL2铁水罐内铁水全部兑入转炉转炉倾角为104 °左右时，铁水罐嘴前沿到铁水罐耳轴中心线的水平距离，1200mm。L3 吊车主钩的移动极限及平安距离，取600mm。L4 吊车轨道中心线与厂房柱子中心线的距离mm。本设计采用水泥立柱约1.830m。故 a= L1+L 2-L3-L4=3830+1200-600-1830=2600mm转炉跨在炉后配置两台 10t 吊钩