年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计_本科毕业设计任务书VIP

1、西安建筑科技大学西安建筑科技大学本科毕业设计本科毕业设计论文论文任务书任务书题 目：年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计院系：冶金工程学院专 业：冶金工程学生姓名：学 号：指导教师签名：主管院长主任签名：时 间：一、毕业设计论文的主要内容含主要技术参数设计题目：年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计钢种： 普碳钢、低合金钢规格： 方坯 板坯包括转炉容量和座数的选择确定；转炉炉型设计；氧枪设计；炉外处理、连铸机以及除尘系统的设计与选择；炼钢过程物料平衡和热量平衡计算；转炉车间生产工艺设计和布置；车间主要设备选择和车间平面设计以及总图运输方案确实定。进行毕业实习，收集有关资料；编制设计说

2、明书一份，完成专题局部，翻译冶金专业相关外文文献一篇，绘制转炉炉型图、车间平面图和剖面图各一张，使学生能够理论联系实际，掌握转炉炼钢车间设计的根本原理，为今后从事相关的技术工作奠定根底。二二、毕业设计论文题目应完成的工作含图纸数量1. 根据设计题目完成毕业实习并收集有关资料，进行技术准备；2. 炼钢厂车间总体设计；3. 转炉炉型设计；4. 物料平衡与热平衡计算；5. 生产工艺设计；6. 车间工艺布置；7. 车间主要设备选择；8. 生产组织与人员编制；9. 主要技术经济指标；10. 绘制设计图纸三张其中至少手绘一张：转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张； 11. 翻译与冶金工程专业有关的外文文献

3、一篇不少于4000字 ；12. 完成专题：钢中非金属夹杂物及其危害不少于5000字 ；13. 完成设计说明书一本。三、毕业设计论文进程的安排序号设计论文各阶段任务日 期备 注1毕业实习、收集资料2设计相关计算3炉型、工艺、主设备设计和选择4车间布置5制图与翻译6编制设计说明书7准备辩论四、主要参考资料及文献阅读任务含外文阅读翻译任务1?钢铁生产工艺概述? 西安建筑科技大学2?钢铁冶金学?炼钢局部 陈家祥编 冶金工业出版社 19903?炼钢工艺学? 高泽平编 冶金工业出版社 20064?钢铁厂设计原理?下册 李传薪编 冶金工业出版社 19955?普通冶金? 西安建筑科技大学 20026?炼钢设计

4、原理? 冯聚和编 化学工业出版社 2005 7?毕业设计参考资料? 钢铁冶金专业 西安建筑科技大学 8?金属提取冶金学? 王成刚，王齐铭主编 西安地图出版社 20009?现代转炉炼钢? 戴云阁等编 东北大学出版社 199810 与专题有关的最新文献(2002年以后的文献，不少于10篇且至少有2篇外文文献)五、审核批准意见 教研室主任签章 设计总说明当前的炼钢工艺中，较为普遍的是以高炉铁水为原料的转炉炼钢工艺和以预复原球团矿或高质量的工业废钢为原料的电弧炉工艺。本设计为具有代表性的氧气顶底复吹工艺，预计年生产能力为 370 万吨良坯钢。车间设有公称容量为 150 吨的转炉两座，LF 精炼炉 2

5、座、板坯连铸机 2 台和方坯连铸机 1 台。转炉的冶炼周期 38 分钟，吹氧时间 16 分钟。根据国内外转炉炼钢技术的开展趋势，结合设计任务书中碳素钢和压力容器用钢的品种需要，选择了 LF 炉外精炼设备，进行全连铸生产。最终确定如下的的工艺流程：铁水预处理转炉炼钢LF 精炼连铸。本次设计在对转炉物料平衡和热平衡计算的根底上，对炼钢车间的主要设备参数进行了设计、选型，完成了主体设备选择、炼钢工艺设计、主厂房工艺布置和设备布置。编制说明书一份，绘制转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张，并完成题目为钢中非金属夹杂及其危害的专题。关键词：炼钢，顶底复吹，工艺流程，精炼，连铸，设计Design Desc

6、riptionAt present, there are two main steel-making processes: converter steelmaking process with blast furnace hot metal and steel scrap as the raw materials and the arc (furnace) process with pre-reduction pellets or high-quality industrial steel scrap as raw materials. In this paper, the represent

7、ative process combined-blowing oxygen converter process with a scale of 106 continuous casting billet annual is designed. In the workshop, main equipments including 2150t converters and its auxiliary equipments with 2 LF refining furnaces, 2 sets of slab continuous casting machines and a set of bill

8、et continuous casting machine are designed. The Smelting period is set for 38 minutesin which the actual oxygen blowing time is only 16 minutes. Depending on the development trend of steel-making process and the quality requirement of carbon steel and pressure vessel steel, LF refining is selected t

9、o fufill continuous casting. Finally,the following process flow is choosed: PretreatmentConverterLFCC. On the base of the material and heat equilibrim caculation,the size of steel-making plant workshop span and device assign, personnel placement is made .A project instruction is redacted ,funace siz

10、e graphic, a ground plane and a sectional view of the workshop are also submitted. And finally, the monograph which is about non-metallic inclusions in steel and its damagement is also finished.Key words:steel making, combined-blown, process, refining, continuous casting ，design目录1 转炉炼钢车间设计方案 -11. 1

11、 工艺流程-11.2 主要冶炼钢种及产品方案 -2 转炉车间组成 -2 转炉车间生产能力计算 -21.4.1 转炉容量及座数确实定 -21.4.2 计算年出钢炉数 -21.4.3 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 -31.4.4 按标准系列确定炉子的容量 -31.4.5 核算车间年产量 -32 转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 -42.1 物料平衡计算 -4计算所需原始数据。 -42.1.2 物料平衡根本工程 -42.1.3 计算步骤 -62.2 热平衡计算 -14计算所需原始数据 -142.2.2 计算步骤 -163 氧气转炉及相关设备设计 -193.1 炉型设计 -19炉型选择 -193

12、.1.2 主要参数确实定 -193.2 炉衬设计-21炉衬材质的选择 -21炉衬厚度确实定 -213.3 炉底供气构件的设计-223.4 转炉炉体金属构件设计-22炉壳 -22支承装置 -223.5 倾动机构 -233.6 氧枪设计 -23喷头设计 -23氧枪水冷系统 -254 连铸车间的设计 -284.1 连铸机机型的选择 -284.2 连铸机的主要工艺参数 -284.2.1 钢包允许的最大浇注时间 -284.2.2 铸坯断面 -284.2.3 拉坯速度 -284.2.4 连铸机的流数 -304.2.5 铸坯的液相深度和冶金长度 -304.2.6 弧形半径 -304.3 连铸机生产能力确实定

13、-314.3.1 理论小时产量 -314.3.2 连铸机的平均年产量 -314.3.3 连铸机台数确实定 -314.4 结晶器的设计-314.4.1 结晶器的长度 -324.4.2 结晶器断面尺寸 -324.4.3 结晶器铜壁厚度 -324.4.4 结晶器锥度 -324.4.5 结晶器拉坯阻力 -324.5 二次冷却装置 -334.6 拉坯矫直装置及引锭装置 -334.7 钢包回转台-334.8 中间包-345 转炉车间烟气净化和回收 -355.1 烟气量的计算 -355.1.1 最大炉气量 qv0-355.1.2 烟气量 qv -355.1.3 烟气成分 -365.1.4 煤气浓度修正 -3

14、65.1.5 回收煤气量的计算 -365.2 烟气净化系统类型的选择-365.3 烟气净化系统主要设备的选择-375.3.1 烟气收集设备-烟罩 -375.3.2 烟气冷却设备 -375.3.3 除尘设备 -375.3.4 脱水设备 -385.3.5 抽气设备抽烟机 -385.4 含尘污水处理-386 转炉炼钢的生产工艺设计 -396.1 炼钢的主要原材料 -39金属料 -396.1.2 造渣材料 -396.1.3 其他 -406.2 装料制度 -406.3 供氧制度-416.3.1 供氧制度主要工艺参 -416.3.2 氧枪操作 -41造渣制度 -426.4.1 单双渣操作 -426.4.2

15、 各种渣料用量计算及参加 -426.4.3 炉渣调整 -436.5 温度制度 -436.5.1 温度控制原那么 -436.5.2 出钢温度确实定 -446.5.3 过程控制温度要求 -446.6 终点控制与出钢 -446.7 脱氧合金化 -456.7.1 脱氧合金化操作 -456.7.2 影响合金元素吸收率的因素 -457 转炉车间的组成、类型和主厂房尺寸 -477.1 车间组成 -47主厂房主要尺寸确实定 -47加料跨 -47炉子跨 -497.2.3 浇铸跨 -538 炼钢车间其它设备的选择与计算 -56渣罐车 -56渣罐车型号的选取 -56渣罐车数量确实定 -568.2 混铁车 -568.

16、3 铁水罐 -578.4 废钢供给系统 -57转炉车间昼夜所需废钢量 -57废钢贮仓容积或堆放场地所需面积计算 -57废钢料斗容量及数量 -588.5 散装材料供给系统 -588.5.1 地面料仓容积和数量确实定 -588.5.2 上料方式的选择 -598.5.3 高位料仓容积和数量确实定 -59-608.6 钢包的工艺参数 -60起重机的选用 -619 炼钢车间人员编制 -6210 炼钢车间经济指标 -66参考文献 -67致 谢 -68专题 -691 转炉炼钢车间设计方案1. 1 工艺流程高炉铁水用混铁车运到倒罐站后，转移到铁水罐中鉴于铁水罐比混铁车操作方便且易于扒渣 ，为了优化工艺，进行一

17、系列的铁水预处理。由于脱硫需要氧化性条件，和脱硅、脱磷的气氛条件不一样，且采取的渣处理工艺也不一样，所以从工艺上考虑将其放到其它两个预处理工艺之前；脱硫渣送到渣场处理，经过磨碎提取其中的铁粉后，剩余脱硫渣送到厂外用于建材生产、建筑填料等工业。脱硫后铁水必须保证硅含量低于 0.15%才能实现脱磷处理，因此将脱硅处理置于脱磷之前；脱硅渣属于酸性渣且硫含量较低，可以将其送到高炉或烧结车间，进行返回利用。脱硅到达要求后，可以进行脱磷操作；脱磷渣送到脱磷渣再生器中，此过程产生的炉渣考虑到整个流程的最优化，分别取 50%返回脱磷和脱硅程序；当高磷铁水到达一定量时，将其转移到一个脱磷包中进行深脱磷，产生的磷

18、含量10%的炉渣可以送到化肥厂生产磷肥，剩余的高磷铁水送到其他小型的铸造厂用于铸造。经过铁水预处理后的铁水兑到转炉进行脱碳处理，此时硅、硫、磷的含量都比拟低，其产生的转炉渣可以继续返回到脱硅程序，工艺流程如图 11。 高炉铁水 混铁车 铁水预处理 倒罐站 铁水罐 预处理渣 渣 场 扒渣 转炉渣 钢液 钢液 钢包回转台 L F 炉 转炉 钢液 连铸坯 连铸机 . . 废钢及其它辅料 图 11 工艺流程图 主要冶炼钢种及产品方案本设计主要生产普碳钢、低合金钢，也可根据市场的要求进行灵活调整。根据毕业设计任务书中年产 370 万吨铸坯的要求，可确定其产品大纲。详见于表 1-1：表 1-1 产品大纲钢

19、种代表型号年产钢量 所占比例铸坯断面长宽定长尺寸成品形式普碳钢Q235B200 万吨54%180700mm9000mm钢板低合金钢Q345170 万吨46%150150mm9000mm钢板1.3 转炉车间组成现代氧气转炉炼钢车间一般由以下各局部组成：铁水预处理站及铁水倒罐站；废钢堆场与配料间；主厂房包括炉子跨、原料跨、炉外精炼跨、浇铸系统各跨间 ；铁合金仓库及散状原料储运设施；中间渣场；耐火材料仓库；一、二次烟气净化设施及煤气回收设施；水处理设施；分析、检测及计算机监控设施；备品备件库、机修间、生产必需的生活福利设施；水、电、气氧、氩、氮、压缩空气等的供给设施。1.4 转炉车间生产能力计算1.

20、4.1 转炉容量及座数确实定综合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况，本设计采“二吹二制，每炉钢的平均冶炼周期取 38min，平均供氧时间为 16min。转炉作业率：取=94.5%；炉外精炼收得率：取 99%；连铸收得率：取 98%，以提高转炉的利用效率，减少资金的投入。1.4.2 计算年出钢炉数 转炉的年出钢炉数 N 按下式计算： 136514402TN 38.5%9436514402=年炉26142式中： T1每炉钢的平均冶炼时间，38min/炉； 1440一天的时间，min/d； 345一年的工作天数，d/a； 转炉作业率，T2 一年的工作天数%1003652T =94.5%1.4.3 根据生

21、产规模和产品方案计算出年需钢水量每炉钢的平均冶炼周期取 38min。年需良坯量年需合格钢水量良坯收得率炉外精炼回收率炉外精炼收得率：取 99%；连铸收得率：取 98%；代入数据得：；万吨年需合格钢水量36.381%99%98370年需钢水量平均炉产钢水量年出钢炉数代入数据得：。151.43t261423813600平均炉产钢水量1.4.4 按标准系列确定炉子的容量 故取公称容量为：150 吨。1.4.5 核算车间年产量 本设计中选定 150 吨转炉两座，按照二吹二生产方式。车间年产量=1502614298%99%=万吨370 万吨，故设计选取合格。2 转炉炼钢物料平衡和热平衡计算2.1 物料平

22、衡计算计算所需原始数据。 根本原始数据有：冶炼钢种及其成分表 21 ；金属料铁水成分和废钢的成分表 21 ；终点钢水成分表 21 ；造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分表 22 ；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率表 23 ；其他工艺参数表 24 。 表 21 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值*C和Si按实际生产情况选取；Mn、P和S分别按铁水中相应成分含量的 30%、10%和60%留在钢水中设定。 本计算设定的冶炼钢种为 Q235B 物料平衡根本工程 收入项 支出项 铁水 钢水 废钢 炉渣 熔剂石灰、萤石、轻烧白云石 烟尘 氧气 渣中铁珠 炉衬蚀损 炉气 铁合金 喷溅表 22 原材料成分 成

23、分 %类别CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5 SCO2H2O C灰分挥发分 成分%类别 C Si Mn P S 钢种 Q235B 设定值 铁水设定值 废钢设定值 终点钢水 设定值* 石 灰 萤 石生白云石 炉 衬 焦 炭 续表 22 原材料成分 名 称CSiMnPSFe碳素废钢余量炼钢生铁余量 表 23 铁合金成分分子及其回收率分母 成分%/回收 率%类别 C Si Mn Al P S Fe 硅 铁 锰 铁6.60/90* *10%C 与氧生成 CO2 表 24 其他工艺参数设定值 名 称 参 数 名 称 参 数 终渣碱度%CaO/%SiO2渣中铁损铁珠 为渣量的 6%

24、萤石参加量为铁水量的 0.5% 氧气纯度 99%,余者为 N2生白云石参加量为铁水量的 2.5%炉气中自由氧含量 0.5%(体积比) 炉衬蚀损量为铁水量的 0.3% 气化去硫量占总去硫量的 1/3终渣FeO含量按FeO=1.35(Fe3O3)折算15%，而Fe2O3/(FeO)=1/3 即Fe2O3=5%，(FeO)=8.25% 金属中C的 氧化产物90%C 氧化成CO，10%C 氧化成CO2 烟尘量为铁水量的 1.5%其中 FeO 为75%，Fe2O3为 20% 废 钢由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的 13.39%，即废钢比为 11.81% 喷溅铁损 为铁水量的 1% 计算步骤 以 1

25、00Kg 铁水为根底进行计算。 第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。 总渣量包括铁水中元素氧化、炉衬蚀损和参加熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表 25、26 和 27。总渣量及其成分如表 28 所示。 第二步：计算氧气消耗量。 氧气实际消耗量系消耗工程与供入工程之差，详见表 29。 第三步：计算炉气量及其成分。 表 25 铁水中元素的氧化产物及其成渣量元素 反响产物元素氧化量kg耗氧量kg产物量kg 备 注 C CO C C CO2 Si Si (SiO2) 入 渣Mn Mn MnO 入 渣P P (P2O5) 入 渣S SO2 0.03540%1/3 SS+(CaO)=(CaS)+

26、(O) 0.03540%2/3 -0.005*0.021(CaS) 入 渣 Fe (FeO) 1.07656/72 入渣(见表28)Fe Fe (Fe2O3) 0.606112/160 入渣(见表28)合计成渣量入渣组分之和*由 CaO 复原出的氧量；消耗的 CaO 量=0.00956/32=kg 表 26 炉衬蚀损的成渣量 成渣组分kg 气态产物kg耗氧量kg炉衬蚀损量kgCaOSiO2MgO Al2O3Fe2O3 C COC CO2C CO，CO20.3据表 20.0040.314%90%0.314%10%428/12=28/12=15 合计 表 27 参加熔剂的成渣量成渣组分Kg气态产物

27、Kg类别参加量kgCaOMgO SiO2 Al2O3Fe2O3P2O5CaS CaF2H2OCO2O2萤石0.5据 表 24生白云石2.5据 表 24石灰*1*3*3合计成渣量*1 石灰参加量计算如下：由表 252+0.910=；渣中已含SiO2=1.710+0.009+0.028+0.020=。因设定的终渣碱度 R=3.5；故石灰参加量为R(SiO2)-(CaO)/(%CaO石灰-R%SiO2 石灰)2.50%)=。*2 为石灰中 CaO 含量-石灰中 S CaS 自耗的 CaO 量 。*3 由 CaO 复原出的氧量，计算方法同表 25 之注。表 28 总渣量及其成分炉渣成分CaOSiO2M

28、gOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量kg石灰成渣量kg炉衬侵蚀成渣量kg生白云石成渣量kg萤石成渣量kg总渣量*kg %*总渣量计算如下：因为表 28 中除FeO和Fe2O3+0.520+0.440+0.422+0.031=，而终渣FeO=15%=Fe2O35%-0.033-0.005-0.008=0.606kg 表 29 实际耗氧量 耗氧项kg 供氧项kg 实际氧气消耗量kg铁水中元素氧化耗氧量表2铁水中 S 与 CaO 反响复原出的氧量表 2炉衬中碳氧化耗氧量表 2石灰中 S 与 CaO 反响复原出的氧量表 2烟尘中铁氧化耗氧量表 2炉气中自由氧耗量

29、表 2 *=*为炉气中 N2之重量，详见表 2-10 炉气中含有 CO、CO2、O2、N2、SO2和 H2O。其中 CO、CO2、SO2和H2O 可由表 2527 查得，O2和 N2那么由炉气总体积来确定。现计算如下。炉气总体积 V ： ).5%032.422(991.5%0sgxVVGVVV3sgm463. 851.98-.7099xVGVV式中： Vg CO、CO2、SO2和 H2O 诸组分之总体积，m3。本计算中，其值 =8.387 m3 ； Gs 不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，其值为 8.111 m3见表 29 ； Vx铁水铁水与石灰中的 S 与 CaO 反响复原出的氧量，m

30、3 。本计算中，其值为 0.007 kg见表 29 ； 5% 炉气中自由氧含量； 99 由氧气纯度为 99%转换得来。计算结果列于表 210。表 210 炉气量及其成分 炉气成分 炉气量， kg 体积m3 体积 % CO CO2 SO2 H2O O20.060* 0.042* N20.071*0.057*合计*炉气中 O20.5%=0.042 m332/22.4=0.060 kg *炉气中 N228/22.4 =0.071 kg 第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。钢水量 Qg = 铁水量铁水中元素的氧化量烟尘、喷溅和渣中的铁损 =100-6.785-1.5075%56/72+20%112/1

31、60)+1+13.0436% = 90.348 kg。 据此可编制脱氧和合金化前的物料平衡表表 211 表 211 未加废钢时的物料平衡表收 入 支 出项 目 质量kg %项 目 质量kg %铁 水 100.00 钢 水石 灰 炉 渣 13.04 萤 石0.50 炉 气11.61 生白云石喷 溅 炉 衬 烟 尘氧 气渣中铁珠合 计 118.21 合 计100% = -0.08%第五步：计算参加废钢的物料平衡。如同“第一部计算铁水中元素氧化量一样，利用表 21 的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量表 212 ，再将其与表 211 归类合并，遂的参加废钢后的物料平衡表 213 和表 2

32、14。第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。现根据钢种成分设定值表 21和铁合金成分及其烧损率表 23算出锰铁和硅铁的参加量，再计算其元素的烧损量。将所得结果和表 214 归类合并，即得冶炼一炉钢的总物料平衡表。 锰铁参加量 WMn 为 钢水量回收率锰铁含终点钢种%nn%n-%nnMMMMWM kg54. 041.91%80%80.67%8.10-%0.50硅铁参加量 WSi 为 %ii%i-%i-%inei回收率硅铁含加锰铁后的钢水量终点钢种SSSSSWMFS kg42. 0%75%00.73002. 046. 041.91%5.20 表 212 废钢中元素的氧化产物及其成渣量元素 反响产物

33、元素氧化量kg耗氧量kg产物量kg 备 注C CO0.019入气CC CO20.004入气SiSi (SiO2)MnMn MnO P P (P2O5) S SO20.0008入气SS+(CaO)(CaS)+O (CaS合计成渣量 表 213 参加废钢的物料平衡表以 100kg 铁水为根底收 入 支 出项 目 质量kg %项 目 质量kg %铁 水 100.00 废 钢 13.39 渣中铁珠 0.78 0.59石 灰 6.67 5.06炉 渣 萤 石 0.50 0.38炉 气 生白云石 2.50 喷 溅 1.00 0.76炉 衬 0.30 3烟 尘 1.50 1.14氧 气 8.24+0.066

34、=8.31 6.31 合 计 合 计 131.73 表 214 参加废钢的物料平衡表以 100kg铁水+废钢为根底收 入 支 出项 目 质量kg % 项 目 质量kg %铁 水 钢 水 7废 钢 11.81 渣中铁珠 0.59石 灰 5.07 炉 渣 萤 石 0.38 炉 气 1 轻烧白云石 2.20 喷 溅 0.76炉 衬 0.26 2 烟 尘 1.32 1.14氧 气 6.31 合 计 合 计 1 铁合金中元素的烧损量和产物量列于表 215。 表 215 铁合金中元素的烧损量和产物量类别元素 烧损量kg脱氧量kg成渣量kg炉气量kg入钢量kgC0.546.60%10% 0.015CO2 0

35、.546.60%90%=0.032 Mn 0.5467.80%Si0.540.50%25% 0.540.50%P 0.540.23%S 0.540.13% Fe 0.5424.74% 锰 铁 合计 Al 0.422.50% 0.006 Mn0.0001* 0.420.50% Si 0.4273.00% P 0.420.05%=0.0002*S 0.420.03%=0.0001*Fe 0.4223.92%=硅铁合计总计*可以忽略 脱氧和合金化后的钢水成分如下： C Si % ）（%1001.29232.00%9.00）（%1001.29230.2002.00Mn P 0.50 ）（%1001.2

36、9202.0093.20%80.10）（%10021.92001. 0%20.00S ）（%1001.29201.00%21.00可见，含碳量尚未到达设定值。为此需在钢包内参加焦粉增碳。参加量 W1为 ）回收率（）量（焦炭含钢水量）（%12. 06.101CCW kg6.00%75%0.5811.292%4.00焦炭生成产物如下表 216。表 216 焦炭生成产物碳烧损量kg耗氧量kg气体量kg* 成渣量kg 碳入钢量kg*系 CO、H2O 和挥发份之总和未挥发份燃烧的影响由此可得冶炼过程即脱氧和合金化后的总物料平衡表 217。表 217 总物料平衡表 收 入 支 出工程重量kg%工程重量kg

37、%铁 水钢水92.2491.41+0.795+0.032废 钢11.81 炉渣11.61+0.268+0.007石 灰 5.88 炉气10.26+0.015+0.047萤 石 0.44 喷溅轻烧白云石 烟尘炉 衬 渣中铁珠氧 气 7.33+0.133+0.032*锰 铁硅 铁焦 粉 合 计合计*可以近似认为0.133+0.032之氧量系出钢时钢水二次氧化带入计算误差：117.29-117.35/117.29 = -0.05%2.2 热平衡计算计算所需原始数据 计算所需根本原始数据有：各种入炉料及产物的温度表 218 ；物理平均热容表 219 ；反响热效应表 220 ；溶入铁水中的元素对铁熔点的

38、影响表 221 。其他数据参照物料平衡选取。表 218 入炉物料及产物的温度设定值入 炉 物 料产 物名 称铁 水*废 钢其他原料炉 渣 炉 气烟 尘 温度1250 2525与钢水相同14501450*纯铁熔点为 1535 表 219 物料平均热容物 料 名 称生 铁 钢炉 渣矿 石烟 尘炉 气 固态平均热容kJ/gK 熔化潜热kJ/kg)218 272 209 209 209 液态或气态平均热容kJ/kgK 表 220 炼钢温度下的反响热效应组 元化学反响(kJ/kmol)(kJ/kg)CC+1/2O2=CO 氧化反响-139420-11639CC+O2=CO2 氧化反响-418072-34

39、834SiSi+O2=(SiO2) 氧化反响-817682-29202MnMn+1/2O2=(MnO) 氧化反响-361740-6594P2P+5/2O2=(P2O5) 氧化反响-1176563-18980FeFe+1/2O2=(FeO) 氧化反响-238299-4250Fe2Fe+3/2O2=(Fe2O3) 氧化反响-722432-6460SiO2(SiO2)+2CaO=2CaOSiO2 成渣反响-97133-1620P2O5(P2O5)+4CaO=4CaOP2O5 成渣反响-693054-4880CaCO3CaCO3 =CaO+CO2 分解反响1690501690MgCO3MgCO3 =M

40、gO+CO2 分解反响1180201405 表 221 溶入铁中的元素对铁熔点的降低值元 素 CSiMn PSAlCrN、H、O在铁中的极限溶解度%657975808590100无限无限溶入 1%元素使铁熔点的降低值8530253氮、氢、氧溶入使铁熔点的降低值=6适用含量范围%315118 计算步骤 以 100Kg 铁水量为根底。第一步：计算热收入 Qs。热收入项包括：铁水物理热；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。 1铁水物理热 Qw：现根据纯铁熔点、铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值表 218、21 和 221计算铁水熔点 Tt，然后由铁水温度和生铁比热表 218 和 21

41、9确定 Qw。Tt = 1536-4.2100 + 0.88 + 0.65 + 0.230 + 0.03525-6 = 1094QwkJ 2元素氧化热及成渣热 Qy ：由铁水中元素氧化量和反响热效应表220可以算出，其结果列于表 222。 表 222 元素氧化热和成渣热 反响产物 氧化热或成渣热kJ 反响产物氧化热或成渣热kJC COFe Fe2O3C CO2P P2O5Si SiO2P2O5 4CaOP2O5Mn MnOSiO2 2CaOSiO2 Fe FeO 合 计 Qy 3烟尘氧化热 Qc：由表 24 中给出的烟尘量参数和反响热效应计算可得。 Qc =1.575%56/72 4250 +

42、 20%112/160 6460)=5075.36 kJ 4炉衬中碳的氧化热 Ql ：根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。 Ql = 0.314%90%11639 + 0.314%10%34834=586.25 kJ故热收入总值为 Qs = Qw + Qy + Qc + Ql = 218567.25 kJ第二步：计算热支出 Qz 。热支出项包括：钢水物理热；炉渣物理热；烟尘物理热；炉气物理热；渣中铁珠物理热；喷溅物金属物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。 1钢水物理热 Qg ： 先按求铁水熔点的方法确定钢水熔点 Tg ；再根据出钢和镇静时的实际温降通常前者为 4060，后者约 35/min

43、,具体时间与盛钢桶大小和浇注条件有关以及要求的过热度一般为 5090确定出钢温度 Tz ；最后由钢水量和热容算出物理热。 Tg = 1536-0.0965 + 0.185 + 0.02030 + 0.02125-6= 1520 式中： 0.10、0.18、0.020 和 0.021 分别为终点钢水 C、Mn、P 和 S 的含量 Tz =1520 +50 +50 +70 =1690 (式中，50、50 和 70 分别为出钢过程中的温降、镇静及炉后处理过程中的温降和过热度) Qg 2炉渣物理热 Qr ：令终渣温度与钢水温度相同，那么得： Qr = 13.0431.2481690-25+209 =

44、29828.29 kJ 3炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热 Qx 。根据其数据、相应的温度和热容确定。详见表 223。 表 223 某些物料的物理热 项 目 参 数 kJ 备 注炉气物理热1450系炉气和烟尘温度烟尘物理热渣中铁珠物理热0.780.699(1520-25)+272+0.8871520系钢水熔点喷溅金属物理热10.699(1520-25)+272+0.887 合 计 Qx 4生白云石分解热 Qb ：根据其用量、成分和表 220 所示热效应计算之。 QbkJ5 热损失 Qq ：其它热损失带走的热量一般占总热收入的 38%。本计算取 5%那么得： Qq =218567.255% =

45、 10928.36 kJ 6废钢吸热 Qf :用于加热废钢的热量系剩余热量，即： Qf =Qs - Qg - Qr - Qx - Qb - Qq = 19663.18 kJ故废钢参加量 Wf 为： Wf = 19663.18 10.6991520-25+ 272 + 0.8871690-1520 = 13.39 kg即废钢比为：%1.811%1009.3131009.313 热平衡计算结果列于表 224。 %7.982%100热收入总值废钢吸热炉渣物理热钢水物理热热效率假设不计算炉渣带走的热量时： %100热收入总值废钢吸热钢水物理热热效率 = 69.32%0.8%，二者根本持平。表 224

46、热平衡表 收 入 支 出项 目热 量%项 目热 量%铁水物理热114500.00 钢水物理热元素氧化热和成渣热炉渣物理热其中 C 氧化57369.43 废钢吸热 Si 氧化23361.60 炉气物理热Mn 氧化 2769.48 烟尘物理热 P 氧化渣中铁珠物理热Fe 氧化喷溅金属物理热SiO2成渣轻烧白云石分解热P2O5成渣热损失烟尘氧化热5075.36 炉衬中碳的氧化热合 计合计3 氧气转炉及相关设备设计氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。本章以顶底复吹转炉为重点，对其炉型、炉衬、炉体金属结构和倾动机构以及底部供气构件进行选型和设计。顶底复吹转炉是继氧气顶吹转炉和底吹转炉之后，于 70 年代中

47、期出现的一种新型转炉炼钢设备。顶底复吹兼有顶吹易于控制成渣过程和底吹可以增大熔池搅拌器强度的优点，是节能降耗、扩大品种、提高产品质量的有效途径；特别对于容量较大的转炉，更具有其优越性。因此，近几年来获得迅速开展。据报道，日本根本淘汰了单纯顶吹法，国内转炉的开展方向也是积极采用复吹。3.1 炉型设计3 炉型选择从冶金特征来说，顶底复吹转炉更类似于底吹转炉，因此它们的炉型更为接近。就吹炼的平稳和喷溅程度而言，它优于顶吹转炉，而不及顶吹转炉，故炉子高宽比略小于顶吹转炉，却大于底吹转炉，即略呈矮胖型。炉底一般作成平底，以便设置喷口，所以熔池常为截锥型。通常其底部直径 d0.7D,其熔池体积 Vc(m3

48、)与熔池直径 D(m)、熔池深度 h(m)有如下关系：Vc2 3 主要参数确实定 1炉容比：一方面由于复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳，其钢渣喷溅高度相应低于后者；另一方面，复吹转炉呈矮胖型，特别是采用截锥型熔池时，在装入量和熔池直径均相同的情况下，其熔池又比拟深，以至熔池面以上的炉膛高度已比筒球型或锥球型的顶吹转炉有所降低。综上所述，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，炉容比取 0.89m3/t。 2高径比：其值略小于氧气顶吹转炉高径比，取 1.30。 3熔池直径 D 计算： D = K TG/式中 D熔池直径，mG新炉金属装入量，t,可取公称容量 150t吹氧时间，min，

49、取 16K 带入数据得1.6150 /16D V池 = V金 = G /金 = 150 / 6.8 = 2 m3 4熔池深度 h： h = V池 / 0.574 D2 = 2/ (0.5744.902) =1600 mm 5炉帽尺寸确实定：设计时考虑以下因素：稳定性，便于兑铁水和加废钢，减少热损失，防止出钢时钢渣混出或从炉口流渣，减少喷溅。主要确定炉帽倾角 、炉口直径 d口和炉帽高度 H帽。 1炉帽倾角 ：对于 150t 的转炉，选取 62o。 2炉口直径 d口：考虑到满足兑铁水和加废钢的要求，减少热损失，减少喷溅，减少空气进入炉内和改善炉前操作条件等因素，炉口直径 d口=45%D。 3炉帽高

50、度 H帽：为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大，在路口上部设有高度为 H口=400mm 的直线段。因此炉帽高度为 H帽=1/2D-d口tan+H口 =1/2(4.90-45%4.90)tan62o0=m炉帽总体积为 V帽=H帽-H口 D2+Dd口+d口2+d口2H口124=0.262(0)(4.902+4.902.20+2.22)+0.7852.22=m36炉身尺寸确实定：因其直径 与 熔 池上 直 径 一致， 故只需确定其炉身高度 H身。 2244(tVVVVHDD池身帽身） =290. 414. 3)87.2706.2215089. 0(4 =4.43m式中： V帽、V身、

51、V池分别为炉帽、炉身和熔池的容积； Vt转入有效容积，转入有效容积=炉容比公称容量。 7出钢口尺寸确实定：出钢口内口设在炉帽与炉身交界处，为了缩短出钢口长度，利于维修和减少钢液二次氧化及热损失，出钢口中心线水平倾角取 15。 1出钢口直径 d出可按如下经验式确定 d63 1.75G出=15075. 163cm 取 18cm18 2出钢口衬砖外径： dST = 6d出 =60.18=1.08 m 3出钢口长度 LT =7d出 =70.18 =1.26m3.2 炉衬设计炉衬设计的主要任务是选择适宜的炉衬材质，确定合理的炉衬组成和厚度，并提出相应的砖型方案，以确保获得经济上的最正确炉龄。炉衬材质的选

52、择 1工作层是与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣。炉帽倾斜部，直筒部，炉底部的工作层均采用镁碳砖。 2永久层:紧贴炉壳钢板或绝热层 ，其作用是保护炉壳，常用镁砖。 3出钢口捣打料一般用焦油镁砂；炉身的填充层，也是用焦油镁砂捣打而成。炉衬厚度确实定表 31 转炉炉衬厚度设定值mm炉衬部位工作层填充层永久层总厚度炉帽6000150750炉身800 1001151015炉底60004251025炉壳内径：4.90+1.0152=6.930m炉壳内型高度：1.600+2.940+4.43+1.025=m砖型选择：尽量选用大砖，砌筑过程中力争不打或少打砖，对于小砖组合起来困难或难以保证修

53、筑质量的部位，选用异型砖，尽量减少砖型种类。 3.3 炉底供气构件的设计 底部供气装置是顶底复吹技术关键之一。它既满足复合吹炼工艺特点，又要结构简单，使用平安可靠，并且具有与炉衬同步的使用寿命。采用四个双套管式喷嘴，喷嘴对称分布置于炉底，应使底吹和顶吹产生的熔池环流运动同向，以获得最正确的搅拌效果，即最快的熔池混匀。顶底复吹转炉为加强搅拌型，对底部进行供气，实行顶部吹氧和底部吹 N2、Ar，先吹氧后吹氩，从而扩大了复合吹炼的使用范围。3.4 转炉炉体金属构件设计转炉炉体金属构件由炉壳、炉体支承装置及倾动机构组成。炉壳 炉壳：炉壳由炉帽、炉身和炉底组成。炉帽制成圆椎型。采用铸铁埋管式水冷炉口，是

54、把通冷却水的蛇形钢管铸在铸铁的炉口圈内制成，用卡板焊在炉帽上。炉身呈圆柱形，炉底采用截锥型。炉帽可以移动，炉身和炉底进行焊接。在转炉吹炼过程中，炉壳承受多种负荷的作用，是炉壳产生相应的应力，以致引起不同程度的变形。因此必须选用抗蠕变强度高、焊接性能好的材料。本设计选用 16Mn。炉壳尺寸如下：炉帽钢板厚度为 58mm，炉底钢板厚度 60mm，炉身钢板厚度 80mm，转炉总高度 10113mm，炉壳外径 7090mm。=10113/7090=1.431.3，符合要求，所以认为所设计的炉子尺寸根本HD总壳上是适宜的，能够保证转炉正常运转。支承装置 支承装置：支承装置主要由托圈、炉体与托圈的连接装置

55、、耳轴及其轴承组成。托圈采用钢板焊成呈矩形断面的环形结构，其尺寸如下：断面高度2100mm，断面宽度 700mm，盖板厚度 120mm，腹板厚度 70mm。托圈与炉壳之间间隙参照炉壳直径的 3%确定，以改善炉身的通风条件和适当留有扩容潜力。炉壳与托圈间采用自调螺栓连接装置。炉壳上部焊有两个加强圈，炉壳通过他们和三个带球面垫圈的自调螺栓与托圈连接在一起，三个螺栓在圆周上呈120布置，且与焊在托圈盖板上的支座铰接。该结构能适应炉壳和托圈的不等量变形，载荷分布均匀，制作方便，工作性能好。耳轴及其轴承：炉体和托圈的全部载荷都通过耳轴，经轴承座传给地基；同时倾动机构的倾动力矩又通过耳轴传给托圈和炉体。因

56、此耳轴应具有足够的强度和刚度以适应以上多种载荷的要求。采用合金钢材质，其直径取1000mm，其轴承采用重型双列向心球面滚子轴承，与托圈的连接方式采用法兰螺栓连接。耳轴位置确实定应兼顾平安性和经济性，现取耳轴中心到炉底的距离为4897mm。倾动机构采用电动机齿轮传动方式，为了保证设备运行的平安性和实现设备轻、结构紧凑、占地面积少的目的，本设计采用全悬挂四点啮合的倾动机构布置形式。3.5 倾动机构转炉在冶炼过程中要前后倾转，倾动角度为360，以满足兑铁水、加废钢、取样、侧温、补炉、出渣、出钢等工艺操作的需要。倾动速度一般是可调的。此外倾动机构还需要与氧枪和烟罩升降机构连锁，且能适应载荷的变化和结构

57、的形变。倾动机构的主要参数有倾动速度、倾动力矩和耳轴位置。由于本次设计转炉的公称容量为 300t，故可采用无级调速，其转速通常为 0.151.5r/min。本次设计取转速为 1.0r/min，倾动机构选用全悬挂式。倾动力矩的计算目的是确定不同情况下的倾动力矩和合理选择耳轴位置，以确保操作平安。耳轴的最正确位置应兼顾平安性和经济性。3.6 氧枪设计氧枪有喷头、枪身和尾部结构三局部组成。喷头由紫铜经机加工或用锻造方法制成，枪身由无缝管做成的三层套管组成。尾部结构设计中保证方便输氧管进水和出水软管同枪体的连接，三层套管之间密封及冷却水道的间隙通畅，以及便于吊装氧枪。其设计包括喷头设计，水冷系统设计，

58、枪身和尾部结构设计。喷头设计喷头是氧枪的核心局部，其根本功能可以说是个能量转换器，将氧管中氧气的高压能转化为动能，并通过氧气射流完成对熔池的作用。设计主要要求为：A 正确设计工况氧压和喷孔的形状、尺寸，并要求氧气射流沿轴线的衰减应尽可能的慢。B 氧气射流在熔池面上有适宜的冲击半径。C 喷头寿命要长，结构合理简单，氧气射流沿氧枪轴线不出现负压区和强的湍流运动。喷头参数的选择： 1原始条件见表 32。 表 32 喷头参数的原始数据类别成分(%)CSiMnPS铁水预处理后设定值冶炼 Q235B,终点钢水 C=0.09%根据铁水成分和所炼钢种进行的物料平衡计算，取每吨钢铁料耗氧量为 48m3 ,吹氧时

59、间为 16min。转炉炉子参数为：内径 m，有效高度 m，熔池深度为 1.603/t。 2氧气流量：当装入量为 150t 时氧气流量为：Q=48150/16=450m3/min。 3选定喷孔出口马赫数 M=2.0，采用 5 孔喷头，喷孔拉瓦尔型，喷孔夹角 14，喷孔分散度 m=d间/d出=0.9。 4计算喉口直径：当 M=2.0 时，P/P0=0.1287,取 P=P膛=0.101Mpa见于“可压缩等熵流函数表代入，那么设计工况氧压为：P0=0.101/0.1287=0.785Mpa，每孔氧流量为：q=Q/5=90Nm3/min。取 CD=0.86，T0=290K，P02，由004.617qT

60、PACD喉 得2d4290.086.804.6172900 . 86.804.617q喉喉A 那么 d喉 =cm=40mm 5确定喷孔出口直径：出/A喉=1.688见于“可压缩等熵流函数表 ，即 22d488.61d4喉出 那么 =52mm 4088.61d88.61d喉出 6确定喷孔其它几何尺寸：收缩段长度为 58mm，喷孔喉口的直线段长度为 3mm，扩散段的半锥角取7o，那么扩张段长度 L 为： o7tan2d-d喉出L o7tan240-52 48.9mm收缩段进口尺寸 d收=56mm，收缩段长度为 L收收=45mm。收缩段半锥角 收喉收锥L2d-dtan1 - 43240-58tan1