毕业论文-一座120t×2的氧气转炉炼钢车间设计

一座120t×2的氧气转炉炼钢车间设计本设计题目为设计一座120t×2的氧气转炉炼钢车间。本设计在广泛参考相关专业书籍的基础上，结合国丰钢铁集团中厚板实习经历对专业知识的综合运容量为120t的氧气顶底复合吹转炉，两座LF炉，两座RH炉和一座铁水预脱硫Iadapttomarketneeds,basedontherelatedreferencesandtheexperienceofTangshfspecficated.Thisplanthasreachedtheadvancedleveloftheaveragehomeandabroad.Designedsystemsincludethehotmetalsupply,scrapssupply,ferroalloysupplythefluegaspurificationsystem,thecalculationofworkshopequipmentandthecalculationofcross-inter-span.IntheinternationaladvancedlKeywords:converter,design,plate,secoI I Ⅱ 11设计方案的选择即确定 2 21.2车间主要系统所用方案的比较与确定 31.2.1铁水供应系统 31.2.2铁水预处理系统 41.2.3废钢供应系统 61.2.4散装料供应系统 61.2.5铁合金供应系统 81.2.6烟气净化系统 81.2.7炉外精炼系统 1.2.8浇注系统 1.2.10底部供气系统 1.2.11供氧系统的选择与确定 1.3炼钢车间工艺布置 1.3.1车间跨数的确定 1.3.2各跨的工艺布置 1.4车间工艺流程简介 1.5转炉冶炼指标 1.6原材料供应 1.6.2废钢供应 1.6.3散装料和铁合金供应 2设备计算 2.1.1炉型设计 2.1.2转炉空炉重心及倾动力矩 2.2氧枪设计 2.2.1技术说明 2.2.2喷头设计 2.2.3枪身设计 2.3烟气净化系统设备设计与计算 2.3.1吹炼条件 2.3.2参数计算 2.3.4主要设备的设计和选择 2.3.5计算资料综合 2.4炉外精炼设备的选择及主要参数 2.4.1主要设计及其特点 2.4.2主要工艺设备技术性能 3车间计算 3.1原材料供应系统 3.1.1铁水供应系统 3.1.2废钢场和废钢斗计算 3.1.3散状料供应系统 3.1.4合金料供应系统 3.2浇注系统设备计算 3.2.1钢包及钢包车 3.2.2连铸机 3.3渣包的确定 3.4车间尺寸计算 3.4.1炉子跨 3.4.2其余各跨跨度 4新技术和先进工艺、设备的应用 4.1全悬挂四点啮合柔性传动的倾动装置 V4.2转炉炉腹空冷 4.3分块水冷炉口 4.5连铸部分 参考文献 致谢 引言12011年是全球经济动荡不安的一年。欧洲债务危机愈演愈烈，中国经济增迫从3、4季度开始减产，推迟或削减投资预算，但确保原料供应的矿产资源开发投资以及新技术新产品开发投资不减，新兴经济体市场也继续受到投资追捧。2012年对国际钢铁行业仍将面临严峻的挑战。全球经济减速，欧债危机等外围环境仍存在不确定性，迄今未看到能够提振钢铁需求的新一轮经济刺激计河北联合大学轻工学院材料化工部21设计方案的选择即确定转炉车间的总体设计方案由以下具体方案：1.1车间生产规模的确定计算年出钢炉数(本设计为2吹2方式)连铸坯收得率为95%,冶炼周期为38~40min,取38min。表1转炉作业时间序号时间(天)比例备注1车间工作日2准备时间修出钢口，炉衬喷补，清理炉口，更换氧枪等3修炉时间74等待时间-工序调整5设备故障影响非计划设备检修6全年转炉有效作业时间按365天计算取23344炉年产钢水量=炉产钢水量×年出钢炉数=120×23344=280.13(万吨)年产良坯量=年产钢水量×良坯收得率=280.128×95%=266.1(万吨)河北联合大学轻工学院材料化工部31.2车间主要系统所用方案的比较与确定钢铁联合企业中转炉炼钢一般都采用高炉铁水直接热装入转炉的方式，铁水1)混铁炉供应铁水方式：其流程为高炉→铁水罐车→混铁炉→铁水包→称量→转炉混铁炉的作用是贮存并混匀铁水成分和温度。所以采用混铁炉供应铁水，铁水成分和温度比较均匀稳定，有利于生产组织，稳定转炉操作。但它的不足之处是比混铁车多倒一次铁水，热量损失大，耗能，铁水中石墨的析出污染环境。2)混铁车供应铁水方式：其流程为高炉→混铁车→铁水预处理站→铁水灌→称量→转炉混铁车又叫鱼雷罐车，它的作用是运送并贮存铁水。优点是工艺上比混铁炉少倒一次铁水，故热损失少，运输过程中比铁水罐散热少，保温性能好。缺点是混铁车容量因受到铁路轨距和弯道曲率半径的限制不能太大，因此贮存和混匀铁水的作用不如混铁炉。铁水的成分和温度不像混铁炉那样均匀稳定，铁水深度不3)铁水罐供应铁水方式：其流程有两种方式高炉→铁水罐→铁水罐(小)→称量→转炉；第一种铁水供应方式铁水在待用和倒罐过程中的温降大，转炉前后炉的铁水第二种铁水供应方式是一种新型的铁水供应方式，适用于铁水罐容量与转炉容量相对应的车间。铁水预处理技术的发展，对铁水容器提出了新的要求，近年来认为铁水罐比混铁车具有搅拌条件好，扒渣方便的优点，比较适合于铁水预处理采用。所以，新建转炉车间提倡采用大容量铁水罐供应铁水。高炉出铁到铁水罐内，扒渣后对铁水进行脱硫预处理，之后扒除脱硫渣，将铁水直接兑入转炉冶鉴于用户对产品的要求越来越苛刻，考虑到铁水预处理的扒渣条件及搅拌条河北联合大学轻工学院材料化工部41)铁水预处理的目的：目前钢铁生产中原燃料日益缺少，铁水中的硫磷的含量有升高的趋势，而用户对钢材质量的要求越来越高，为了稳定转炉生产，改善转炉技术经济指标，提高铁水质量，同时实现转炉的高产、优质、低耗，一般都设有铁水预处理系统。2)铁水预处理的选择：鉴于现代炼铁技术相当成熟，铁水的硅含量并不高，本设计采用脱磷脱硫同时进行的方式①脱硫剂的选择：目前采用的脱硫剂有：苏打、碳化钙、镁基、石灰粉等，一般轻脱硫采用石灰粉([S]<0.03%),深脱硫采用碳化钙或镁基([S]<0.01%),苏打因为利用率低，劳动条件差，现已基本不采用。②脱硫方式的选择：到目前为止，脱硫的方法有很多种但主要有以下几种类型：搅拌脱硫法：此类方法有铁流搅拌法、摇包法、搅拌脱硫法(又分为KR搅拌法和机械法)、非卷入型机械搅拌脱硫法；喷吹颗粒镁脱硫；喂线法加入镁基脱硫剂。综合以上方法应用的有搅拌法、喷吹法、喷镁法三种。方法脱硫率适用特点搅拌法喷吹法80%以上用铁水铁水不易解决，叶轮寿命短投，投资维修费用高投资小，上马快，操作方便，铁水温降小，铁水有喷溅河北联合大学轻工学院材料化工部5由此可见，喷镁法具有很大的优势，而纯镁喷吹对处理各种初始硫含量的铁水具有灵活性，均可实现深度脱硫，处理工艺简单，设备投资少，处理成本低。因此本设计采用喷吹颗粒镁法进行铁水预脱硫。③铁水预脱硫的设备当今主要采用的有鱼雷罐车和钢包脱硫。采用鱼雷罐车作为脱硫设备时，不仅铁水深度不足抑制镁的沸腾，而且扒渣极不方便，相对而言，大容量的铁水包其铁水深度能满足于镁脱硫工艺要求，而且敞开式的包口使得扒渣操作比较方便。所以本设计采用铁水包脱硫。①脱磷剂的选择用于铁水预脱磷采用的脱磷剂主要由氧化剂、造渣剂和助熔剂组成，其作用在于供氧将铁水中磷氧化成P₂Os,使之与造渣剂结合成磷酸盐留在脱磷渣中。目前工业上应用的脱磷剂主要有苏打系脱磷剂和石灰系脱磷剂两类。有较高的脱磷脱硫能力，从脱磷渣和炉尘中能回收大约70%的苏打，但是由于铁水温降大、包衬侵蚀严重、苏打价格贵、利用率低、处理成本高，所以目前用单一的石灰对铁水不能脱磷，脱磷率也不高，若配以氧化剂或吹氧气和助熔剂，则可以达到很高的脱磷率，同时也有一定的脱硫率。②脱磷方法的选择专用转炉脱磷法：脱磷效果高、可顶加粒状或块状脱磷剂、能控制脱磷渣起泡，并可返回利用部分转炉渣作脱磷剂和加锰矿熔融还原的优点，对于处理我国的中高磷铁水有良好的应用前景。SARP(sodaAshRefiningProess)法：铁水首先在高炉出铁场和鱼雷罐车内脱硅，然后用苏打灰脱磷、脱硫。该法的特点是可同时脱磷、脱硫，处理过程中锰、碳损失少。ORP(OptimizingtheRefiningProess)法：其突出特点是用CaO系脱磷剂，全河北联合大学轻工学院材料化工部6渣、脱磷和排脱磷渣4个公工位。为防止跑渣铁，在铁水包上部设有侵槽。使用石灰系脱硫剂，通过调整渣中CaO/O之比可同时脱磷、脱硫。综合考虑设计的要求及生产成本，本设计采用铁水包脱磷。废钢作为转炉吹炼过程中的冷却剂加入炉内。目前国内各转炉厂废钢间的布1)设置单独的废钢间：其流程为：火车车皮、汽车→料坑→磁盘吊车或大钳→废钢料斗→专门料斗2)和加料跨相连同跨一端设废钢间：其流程为：火车或汽车→料坑→键盘或大钳吊车→废钢槽→称量→废钢加料用量及厂房的投资，所以废钢间垂直于加料跨，以方便废钢的运散装料供应系统包括散装料堆场、地面(或地下)料仓，由地面料仓向主厂房的运料设施、炉上料仓及其称量和加料设备。散装料的供应需要迅速、准确、1)散装料堆场(1)转炉车间自设单独的散装料堆场一般要求尽量靠近转炉，以便实现“贮(2)转炉车间的原料场与炼铁车间的原料场合并，与炼铁车间的原料场相比，(3)转炉车间与石灰窑合用料场，石灰窑通常靠近转炉车间，石灰用量大而河北联合大学轻工学院材料化工部7矿石、萤石等用量少，合用料场可统一解决各种原料的装载、贮存和加工问题。鉴于本厂距高炉车间有一定距离，与石灰窑合用料场很方便，故采用第三种2)地面料仓存3～10天的散装料。地面料仓分地下式、地上式、半地上半地下式。由于地下3)从地面料仓向炉上料仓供料，此供料方式有四种：(1)皮带运料运输量大，安全可靠，可连续供料，使用较多。适用于中大型转炉车间及总(2)斜桥料车—皮带运输(3)翻斗提升机—皮带运输以翻斗提升机代替斜桥料车于皮带运输结合起来，其缺点与斜桥料车—皮带(4)皮带(或垂直提升机)—振动管运输方式石灰粉较多，且要考虑振动对厂房结构的影响。鉴于全皮带运输方式结构简单。有利于自动化控制且原料破损少等优点，本4)高位料仓又称炉上料仓，其作用为临时贮料，保证转炉重力给料，既及时又可靠的满优点是料仓数目少，停炉后能处理仓料中剩余的石灰；缺点是称量及下部给(2)部分共用料仓：料仓数目增加基本上可消除下部给料器作业负荷过高的缺点，且转炉两侧加料能保证成渣快，改善对炉衬侵蚀的不均匀性，但设计时应力求做到炉料应落在河北联合大学轻工学院材料化工部8优点是使用的可靠性较大，缺点是停炉后料仓剩余石灰不好处理且料仓数目本设计为中型转炉炼钢车间，实行2吹2操作方式，为了保证转炉正常冶炼5)称量及加料设备(2)分散称量其特点是称量准确，便于操作和控制，临时补加方便，适用于大中型转炉。本设计为120t×2转炉炼钢车间，采用电磁振动给料器向称量漏斗给料，利用分散称量方式把料加入到汇总漏斗，再由旋转溜槽从转炉两侧加入。因为汇总漏斗可缩短加料时间并适应转炉吹炼时间短和批料加入的间隔时间短的特点，且电1)铁合金与散装料共用一套上料系统，由高位料仓经旋转溜槽加入钢包：其优点是设备简单，操作可靠，可确保及时向转炉或钢包供料；其缺点是稍增加了2)铁合金自成系统用皮带机上料：有较大的运输能力，使铁合金上料不与散装料干扰，还可使车间内平台上铁合金料仓的贮量适当减少，但是设备重量及投本设计采用第二种方式即采用皮带上料，以便于控制转炉原料的供给及车间1)转炉烟气净化处理方法(1)按吸入的气体量多少主要分两类①燃烧法河北联合大学轻工学院材料化工部9将含有大量一氧化碳的炉气在炉口后与大量空气混合完全燃烧，燃烧后的烟气经冷却除尘后排放到大气中。此方法因烟气量增大，净化系统庞大。建设投资炉气出炉口后控制炉口烟罩间隙吸入空气量，使炉气中的一氧化碳绝大部分不燃烧，烟气主要成分为一氧化碳，然后经冷却和除尘后将煤气回收利用或点火(2)在操作工艺上又分为全湿法、干湿结合法和全干法三种形式。①全湿法文氏管，与脱水器等主要设备组成，需要处理的污水量甚小，污水处理简单，系即净化过程中烟气完全不与水相遇，其所得烟尘是干灰。有布袋除尘，静电(3)按使用的主要设备又分为文氏管全湿法除尘系统，静电除尘系统，平旋综上所述，未燃法与燃烧法相比：系统吸入的空气量少，产生的烟量少，除尘设备体积小，投资费用低，需要的厂房高度低，能回收烟气节约大量能源，且烟气净化回收效果较好，而干湿结合法及全干法对小型转炉除尘效果较好且投资2)控制炉口—烟罩间隙吸气量的方法有三种：(1)氮幕法此法在炉口基本上不吸入外界空气，故烟气量少，回收系统容量小，设备费用低，但要消耗大量的氮气(仅炉口氮消耗15～20m³/t钢)。(2)炉口微压差控制法河北联合大学轻工学院材料化工部此法通过缩小烟罩与炉口之间的缝隙，并调节可调喉口文氏管的喉口流通面(3)双烟罩法此法的优点在于烟气中一氧化碳含量较高，对炉口压力的自动调节也不像单烟罩要求的高，车间的环境也有所改善，但由于设备耗电量、维护工作量都显著3)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的控制吸入的空气量，以提高回收煤气的质量。活动烟罩按结构不同分为单烟罩和双烟罩两种。单烟罩又有闭环式和敞口式之分。(1)闭环式活动单烟罩：回收的煤气一氧化碳含量高，并对实现自动连续定碳创造了有利条件，目前其特点是能容纳瞬间时变化较大的炉气量，使之不致外溢，但需设置较精确因本设计中控制炉口一烟罩缝隙吸入空气量采用炉口微压差调节法，故在此选用敞口式活动单烟罩与之配合以提高煤气质固定烟罩的冷却有箱型水冷、排管水冷和汽化水冷等形式。综合考虑本设计活动烟罩冷却一般采用排管式或外淋式水冷，本设计采用矩形无缝钢管拼焊4)烟道烟道的作用是将烟气导入除尘系统，冷却烟气，回收余热。烟道的冷却形式(1)水冷烟道：耗水量大，余热为被利用，易漏水，寿命低，现在少用。适用于燃烧法，可充分利用煤气的物理热和化学热生产蒸汽，出口烟气温度河北联合大学轻工学院材料化工部炉停吹是燃烧燃料的装备，故采用的也不多。(3)汽化冷却烟道：一般由无缝钢管围成，出口烟气温度在800℃~1000℃左右，回收热量少烟道结构简单，适用于未燃法回收煤气操作。本设计采用强制循环汽化冷却烟道系统，与未燃法回收煤气配合。5)车间除尘新型氧气转炉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两种局部除尘常用的有干法布袋除尘和旋风除尘器。厂房除尘要求厂房上部为密封结构，其天窗部分为排烟吸引部分。经过局部除尘和厂房除尘二者结合，一般可使炼钢车间空气中含尘量降至5mg/Nm³以下，近似于通常环境空气中的含量，可以大大改善车间内的作业环境。本设计采用脉冲喷吹布袋除尘器，因其有结构简单、基建投资少、除尘率高(98%以上)且操作管理方便等优点，而旋风除尘器除尘效率低(60%~70%)且不够稳定。综上所述，本设计采用的烟气净化回收系统工艺流程为：转炉→敞口式活动烟罩→固定烟罩→汽化冷却烟道→连接管→溢流定径文氏管→重力挡板脱水器→矩形调径文氏管→180°弯头脱水器→复挡板脱水器→流量孔板→风机前切断阀→抽风机(配液力耦合器)→三通切断阀→①→水封逆止阀→煤气主管道→煤气柜\②→放散阀→点火器炉外精炼也称二次精炼或钢包冶金。它是提高冶金产品质量、扩大品种的重要手段；是优化冶金生产工艺流程、进一步提高生产率、节能降耗、降低成本的有力手段；是保证炼钢连铸铸坯热送和直接轧制高温连接的必要工艺手段；是现代冶金生产中必不可少的生产环节。炉外精炼的手段有：渣洗、真空、搅拌、加热、喷吹五种。另有过滤手段尚在研究中。目前炉外精炼的方法有以下几种：获得洁净钢并能进行脱氧、脱硫和去夹杂物的最简便的精炼手段。将事先配河北联合大学轻工学院材料化工部好的合成渣(在专门的炼渣炉中熔炼)倒入钢包，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液与合成渣充分混合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂物等精炼任务。有异炉渣洗、同炉渣洗、混合炼钢三种工艺。具有这种工艺的精炼方法的有CAB、CAS、将钢液置于真空室内，由于真空作用使反应向生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、脱碳等目的。真空是炉外精炼中广泛应用的一种手段。属于这种精炼方法的有真空浇注、倒包法(又称SLD)出钢过程中真空脱气法(简称TD法)、芬克通过搅拌扩大反应界面，加速反应物质的传递过程，提高反应速度。搅拌方法有吹气搅拌和电磁搅拌。属于这类的精炼方法有CAB、Fink1法、CAS、TN、调节钢液温度的一项重要的手段，使炼钢与连铸更好的衔接。加热放法有电弧加热法和化学加热法。属于这类的精炼方法有VAD法、ASEA-SKF法、GRAF用气体作为载体将反应剂加入金属液内的一种手段。喷吹的冶金功能取决于精炼的种类，它能完成不同成度的脱氧、脱硫、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。真空精炼装置的选择：目前较典型的真空处理装置有VD法、RH法、DH法,其主要性能列于表。真空处理装置主要冶金性能比较表3真空处理装置主要冶金性能比较成分控制温度调节脱氧脱氢脱碳脱硫去夹杂物好一般好较好较好好好好较好好好较好无较好一般好好较好无较好河北联合大学轻工学院材料化工部从表可以看出,RH炉精炼设备功能较为齐全,脱气、脱硫、去夹杂物效目前生产中应用的炉外精炼设备大体上有三种类型：钢包、转炉型容器、专用设备。钢包是炉外精炼应用最广泛的一种设备，大多数的真空脱气装置和钢包炉都采用钢包；转炉型处理容器主要用于处理超低碳钢和高铬低碳合金；专用设备具有专门的精炼功能，用于特殊的处理目的如喷射冶金的TN法和SL法。现代炼钢车间不仅有作为初炼炉的转炉，还包括有提供一种或多种精炼功能的炉外处理设备组成完整的炼钢生产工艺优化系统。初炼炉和炉外精炼设备的选择和组合应该能够保证对钢液进行最佳的精炼处理，使最后的产品达到所要求的最大限度的纯净度，符合不同品种的质量要求和提高钢液的可浇注性，并且在生产率、节能和降低原材料的消耗等方面获得良好的社会效益。基于以上原则，考虑到成本的因素和冶炼效果，考虑到品种的开发和以后的1)采用全连铸的形式，因为连铸有以下优点：(1)简化生产工序：省去初轧开坯工序，能耗低，缩短钢水成坯的周期时间；(2)提高了金属收得率：连铸从钢水到成坯的收得率约为95%~96%,比模铸节约金属7%~12%;(3)降低能源消耗：减少25~50%能量消耗。连铸是“一火成材”,模注是“两2)连铸机机型分类及特点：最常用的是弧形连铸机一包括全弧形、直弧形和多点矫直连铸机。河北联合大学轻工学院材料化工部多流连铸机。(4)还有复合连铸机即在一台连铸机上既可以浇注板坯又能同时浇注几流方表4各类连铸机的特点连铸机型特点立式连铸机铸坯作垂直直线运动，不受强制性弯曲的变形力作用；铸坯由拉坯机拉出结晶器后被顶弯装置弯成弧形，然后再在水平位置加以矫直；立弯式连铸机保持了立式连铸机在垂直方向上进行浇注和非金属夹杂物有充分的上浮时间，有利于特殊钢的浇注；具有弧形连铸机设备高度较低的特点；直弧形连铸机采用连续弯曲和多点矫直技术，保证铸坯在两相区不产生裂纹；设备高度低，投资费用低、安装维护方便；设备高度低可以减轻内裂和偏析，有利于改善铸坯质量和提高拉速；弧形连铸机铸坯内部夹杂分布不均匀，内外弧的冷却不均匀，容易造成铸坯中心弧形结晶器可以倾斜安装，用逐渐增大圆弧半径的方法进行矫直，铸坯可以沿水平方向拉出；椭圆型连铸机结晶器水平安装，铸坯无弯曲矫直变形，夹杂物分离困难；水平连铸机以间歇式拉坯替代结晶器的震动，铸坯容易产生裂纹；(1)国内外的生产实践证明直弧形连铸机工作稳定可靠，可减少铸坯中的夹河北联合大学轻工学院材料化工部杂物的含量，并改善其分布，有利提高铸坯质量。近年来，不国内外新建的板坯连铸机几乎全部采用直弧形连铸机，而且对于已有的全弧连铸机部分正在或已经(2)采用多点弯曲(或连续矫直)及密排分节辊技术，直弧形连铸机能确保高温浇注在弯曲变形时不产生缺陷，并且由于具有一定长度的垂直段，可使连铸机采用较小的基本弧半径。而全弧连铸机为使连铸机达到矫直点处的铸坯具有一定的坯壳厚度来满足矫直变形的需求，以及以及减轻夹(3)直弧形连铸机采用直的平面结晶器铜板，易加工修复，用普通的设备即可修复，不仅节省了设备投资，而且而且给长期生产带来方便因此维修成本费用及成本较低。而全弧连铸机采用的是与连铸机基本弧相同半径的弧形结晶器铜板加工精度要求较高，必须采用专门的机床加工修复，不仅增加设备投资，而且使3)钢包回转台近年来随着连铸机的发展及多炉连浇对快速更换钢包的要求，越来越趋向于(2)双臂式钢包回转台：两个承载臂可以单独回转90°,单独升降，也可以同时回转和升降。钢包转台均设有独立的称量系统，为了适应连铸的要求钢包回转4)中间包及中间包车在多炉连浇时，中间包起储存一定数量钢水，以保证更换钢包时不停浇，不中间包形状根据铸机流数和布置形式多种多样，有矩形、三角形、圆形和方河北联合大学轻工学院材料化工部形、梯形等，对于板坯—般是1～2流，对方坯是3～6流。使用长方形者较多。中间包包壳由钢板焊接而成，保证有足够的强度和刚度，在高温工作过程中不变为了提高连铸坯的质量，防止钢水二次氧化，从钢包到中间包的注流采用长水口，或者采用气体保护浇铸。为了使钢水在中间包停留时间延长(5～10min),有利于夹杂物的上浮，进一步发挥中间包净化钢水的作用，提高钢水的纯净度。目前中间包向大容量(50吨)、深熔池(1m以上)方向发展，同时中间包内不同位置加入挡墙，以改变钢液流动方向，消除死区，使夹杂物上浮。本设计采用板坯连铸机，所以本设计采用矩形的中间包。(3)中间包小车中间包小车是在浇注平台上放置和运送中间包的。在浇注前，小车载着烘烤好的中间包开至结晶器上方使中间包水口对准结晶器中心或结晶器宽度方向的对称位置，浇注完毕或发生事故不能连续浇注时，它载着中间包迅速离开浇注位置，小车上还应设有中间包的称量装置，以控制包内钢液面。5)溢流包溢流包用来盛放中间包溢流出来的钢水，它由钢板焊接而成，置于中间包的溢流槽下方的浇注平台上，并靠近钢包回转台一侧。6)事故包事故包是用来盛放中间包事故时，滑动水口不能关闭时而流出的钢水。置于中间包车事故位的浇注平台上。它由钢板焊接而成，最大盛钢量为一个满中间包的重量，包口要求与浇注平台平齐。7)事故溜槽事故溜槽用于钢包发生事故并且水口不能关闭，回转台转动时，将钢包流出的钢水导向到事故钢包中。按钢包水口在回转台旋转半径方向布置。它由钢板焊接而成。8)结晶器钢水在结晶器中初步成形，结成一定厚度的坯壳，在机械力和热应力的综合作用下既不会断裂，也不会产生歪扭变形和裂纹等质量问题。结晶器的分类及特点：(1)按拉坯方向内壁的线形分：按拉坯方向内壁的线形分为直结晶器和弧形结晶器。这两种结晶器各有利弊，河北联合大学轻工学院材料化工部由于弧形结晶器在其内弧中间和外弧下部容易形成气隙降低了导热性，且铸坯的整体式结晶器：刚性大，易维护，寿命较长，但制造费用较高，冷却能力比套管式和组合式差，且使用若干次后要切削加工表面，使铸坯尺寸增加，同时铜套管式结晶器：结构简单，制造和维修简单，广泛用于小断面方坯和扁坯。一般各方面实行独立冷却。通常四块复合壁板的组装方式大都采用宽板压窄板。现在板坯连铸机采用组合结晶器。而且采用可调宽或宽厚均可调的组合结晶9)铸坯切割方法(1)火焰切割的主要特点：可实现自动定尺和最佳尺寸的自动切割，要求切切割设备具有防热防尘措施，能在强烈的辐射热和尘埃等恶劣的环境条件下长期从节约空间和设备维修角度考虑，本设计采用火焰切转炉车间内为了正常生产，不允许出现炉渣堆积的情况，所以转炉车间需设1)炉渣的运出方式分为：(1)在加料跨用加料天车更换渣灌，再用渣灌将渣灌运出主厂房。(2)采用机车直接将转炉下的渣灌拉出主厂房。(3)靠近加料跨单独平行设置一出渣跨，转炉下的渣灌车开到出渣跨在出渣河北联合大学轻工学院材料化工部(4)在加料跨用特别的摇臂吊车更换渣灌用机车运出主厂房。2)炉渣的处理方法这是一种新的处理钢渣的方法，它采用多喷水快速冷却的工艺特点，本法克服了水淬渣容易引起爆炸和干渣处理时间长、占地面积大的缺点。以动力介质(如蒸汽、压缩空气)作动力，将熔渣碎成粒状的处理方法，本其特点是工艺流程简单，占地面积小，能快速排渣且运输方便，但耗水量大，如将转炉钢渣运往热拔间，热拔在平地或预留坑内，然后喷水冷却，待熔渣凝固龟裂后，用推土机堆积运出，经破碎、筛分、磁选后即可利用。其优点是工艺3)转炉炉下清渣方法炉下清渣采用钢绳排刷扫渣设备，排刷固定在钢罐车前沿。钢罐车向前行走时，将溅落在地面上的渣推向前端的集渣坑内，然后运走。当钢罐车后退时，用本设计采用浅盘水淬法。此法克服了水淬法容易引起爆炸和干法处理作业时1)喷嘴型供气元件分为单管式，双层套管式两种。河北联合大学轻工学院材料化工部这是一种最早使用最为简单的供气元件。其调节幅度小，由一无缝金属围管组成，埋入炉底衬砖中，不用任何冷却介质保护。单管式喷嘴的供气量的调节范气体流股向金属熔池喷射时，会产生非连续性的反冲击，后坐频率与气体压力有关。气压越低，频率越高，过高的频率会使喷嘴及耐火材料的侵蚀速度加快。体压力流速比内管高，这样可以起到防止或减轻内管粘钢及侵蚀。2)透气砖型供气元件这种供气元件是一种弥散型透气砖。由制砖工艺控制，使砖内形成许多弥散分布的小孔(100目左右),其供气分布均匀，任何情况下都不会被钢水堵塞。因而气量的调节范围大，甚至可以中断或间断供气，但其强度，耐冲刷性，耐腐蚀性都不高，因此寿命较低。此外，微孔阻力大，不能大量供3)细金属管多孔塞型供气元件为吸取透气砖的优点，克服缺点，发展了多孔式透气砖。孔径一般在细金属管多孔塞型供气元件的出现是喷嘴型和砖型两种基本元件综合发展的结果。它既有管式元件的特点又有砖式元件的特点，是比较好的一种供气元件炼钢过程的顺利进行一是靠氧气氧化钢中的杂质元素，二是利用元素氧化放出的热量达到炼钢过程所需的温度，因此，氧气的正常供应是报纸转炉日常生产1)喷头的选择氧枪喷头的类型有单孔拉瓦尔管型和多孔拉瓦尔管型，三孔拉瓦尔管型本设计采用四孔拉瓦尔管型，因单孔喷头易喷溅，金属收得率低，多孔喷头使集中供氧变成分散供氧，使射流在熔池液面形成多个反应区，保证熔池反应均匀，喷溅少,金属收得率高，炉口结渣少。2)氧枪升降机构的选择氧枪升降机构的基本形式是用起重卷扬机垂直升降氧枪。这种机构是采用间接升降方式，即借助平衡锤来升降氧安装在横移小车上，在传动中不用平衡锤，采用直接升降方式。即由卷扬机直接3)氧枪更换装置的选择氧枪更换装置的作用是在氧枪损坏时，能在最短时间内将备用氧枪换上投入枪烧坏或发生故障，迅速将氧枪提升到换枪位置，开动横移小车使备用氧枪对准现代转炉炼钢的生产节奏很高，原料的运输，产品、半产品及废品的运出量很大且频繁，因此应合理设计转炉车间，尽可能使通过车间的物料流通顺畅，流1)按主厂房跨间分为：单跨式、双跨式、三跨式、多跨式；2)按生产规模分；大型车间、小型车间、中型车间；3)按操作平台分：低跨式、高跨式。连铸车间的布置可分为横向布置、纵向布置和连铸机靠近轧钢车间的布置三本设计为大型转炉车间，为保证物料流通顺畅，流程短，能耗低及个部分作本转炉车间分为7跨：出渣跨、加料跨、转炉跨、精炼及钢水接收跨、浇注河北联合大学轻工学院材料化工部1)出渣跨出渣跨的跨度为24米，任务是处理回收钢渣及预处理渣，采用浅盘水淬渣来处理转炉渣。设置22渣盘。2)加料跨跨度为24米，主要任务是向转炉内兑铁水，加废钢和完成铁水预处理。加料跨是转炉车间的主厂房的重要组成部分，以及将渣灌运到炉渣处理车间，废钢和3)转炉跨跨度为18米，转炉的主要任务是完成吹炼作业、散装料加料、烟气净化、出转炉跨设置两座120t的顶底复吹转炉，沿高度方向设置六层平台：(1)转炉操作平台：主要布置转炉炉体、支座和倾动机构，炉前操作室，炉前操作设备。平台标高为9米。转炉耳轴标高为9.880米。(2)铁合金平台：布置有活动烟罩提升机构和弯头脱水器，铁合金称量漏斗及振动给料器，重力脱水器污水排除设备。平台标高为16.900米。(3)铁合金上料平台：布置有氧枪插入孔平台和重力脱水器，铁合金卸料车及合金运输皮带。平台标高为22.350米。(4)汇总斗平台：布置有汇总斗，称量斗给料装置及一文喷水管平台。平台标高为29.220米。4)精炼跨及钢水接收跨：其跨度为27米。本跨的主要任务是完成钢水精炼5)浇注跨：跨度为30米，主要完成钢水的浇注，中间包烘烤及维修，结晶6)切割跨：跨度为24米，主要任务是完成铸坯的切割任务和连铸设备的维7)出坏跨：跨度为30米，主要任务是完成铸坯的存放和热装热送。河北联合大学轻工学院材料化工部工艺流程说明(如图)高炉铁水由铁水灌车运到转炉车间的铁水预处理站，进行铁水预处理，处理完毕后运出预处理站，用加料跨天车吊取铁水包并且倾倒铁水到转炉中，同时准加完料后挡火门关闭，氧枪卷扬机构下降氧枪开始吹待吹炼完毕，提出氧枪，测温取样准备出钢，炉下钢包车开进，倾转转炉，铁合金料仓准备加料出钢至三分之一时加合金，出完钢，钢包车开出，同时渣灌车开钢包车开出后先进行吹氩处理，然后根据钢种的需要进行相应的精炼处理。其过程(如下图所示):高炉铁水废钢堆场高炉铁水废钢堆场制氧、氩、氮厂散状料地下料仓铁水罐废钢配料间氧气阀门站底吹阀门站高位料仓铁水预处理废钢槽称量漏斗2×120顶底复吹转炉铁合金地下料仓在线吹氩渣罐烟道蒸汽回收120t钢包合金料仓渣处理跨煤气冷却LF精炼LF料仓水淬渣煤气回收)除尘系统除尘系统钢水接收跨天车1#连铸机2#连铸机图1转炉炼钢工艺流程图河北联合大学轻工学院材料化工部参考世界的先进指标转炉作业率：本设计选取84%。炉龄：自转炉炉衬投入使用起到更换炉衬为止，一个炉役期内的炼钢炉数。本设计选取20000炉。炉铸坯综合合格率：合格的连铸坯占连铸坯的总检验量的百分比，本设计选取95%。钢铁料消耗：每吨合格钢消耗的钢铁料的量，废钢128千克/吨钢，铁水1150造渣剂用量：矿石5kg/吨铁水，萤石5kg/吨铁水，石灰70kg/吨铁水，铁皮5kg/吨铁水，耐火材料3kg/吨铁水。炼钢用铁水有两座高炉系统供应。用铁水灌运到铁水预处理间，处理完后铁水罐开出处理间，用起重机送到转炉进行吹炼处理。铁水是转炉炼钢的主要原料。铁水在钢铁料中的比例约80%~90。因此，铁水供应的质量是氧气转炉车间组织正常生产的基础，随着社会对钢质量要求的不断提高，铁水预处理已成为现代转炉炼钢车间应设置的重要工艺环节，从而保证向转炉兑入优质的铁水。兑入转炉的铁水，温度应高于1250℃,应基本不带渣，并经准确称量，故应设置扒渣设施和工作可靠的称量设施。炼钢厂年需合格废钢48万吨，来自废钢加工间的合格废钢在废钢间进行分类堆放。然后用电磁吊车进行配料装槽。装料时按废钢不同的类型分层装料，废钢槽装好后，用天车加入转炉。转炉加废钢可有效的利用转炉富余热能，降低生产成本，提高企业效益。但废钢应符合一定的要求，其中的磷含量应小于0.05%,加渣小于5%,入炉废钢严禁混入爆炸物及铜，铅等有色金属。对外形尺寸和重量过大的废钢，应预先进行解体和切割，单块废钢的重量应小于0.5吨。最大废钢边应小于0.5倍炉口直径，应尽量减少轻薄废钢入炉用量。河北联合大学轻工学院材料化工部炼钢车间年需各种炼钢辅料约为25万吨/年，铁合金约为5万吨/年，辅料由白云石及烘炉用的焦碳。散状料供应应保证迅速准确连续及时。供应方式为在转炉开吹时加入一半，剩余部分再分几次加入，以保证尽快化渣，高位料仓采用独其他的还有钒铁，钛铁硼铁等。对于他们的要求是成分数量准确，粒度适中(一般为10~50毫米),干燥无杂质，决不允许不明成分的铁合金入仓，冶炼优质钢除尘系统：氧气顶吹转炉在冶炼过程中要产生大量的高温烟气，要求净化回对于车间的各扬尘点都应设置除尘装置。转炉上方应设二次除尘设备，以保证车出渣系统：转炉的生产过程回产生大量炉渣，如不能及时运出处理，会严重影响车间的正常生产。另外渣中含有大量的铁，回收其中的铁不仅可以提高资源转炉出钢：当钢水成分及温度均达到钢种要求时就可以出钢。出钢前应用薄便可安全出钢。出钢的同时便可加入铁合金，以便利用钢流的冲击力。搅拌钢液使铁合金更好的脱氧及去除夹杂。钢液快出净时应及时采用挡渣系统防止渣流入精炼系统：精炼不仅可以提高钢水质量还可以优化车间的生产流程，有效连接炼钢与连铸过程，降低生产成本。精炼系统主要由LF,RH炉组成，它们可以完成钢水的升温，脱气，脱硫，去氧，实现连铸对钢水质量的要连铸机在满足工艺条件下，应力求结构简单，工作可靠，调整操作，维修方便。河北联合大学轻工学院材料化工部2设备计算1)原始条件炉子平均出钢量为120t,钢水收得率取92%,最大废钢比取15%,采用废铁水采用P08低磷生铁[w(Si)≤0.85%,w(P)≤0.2%,w(S)≤0.05%];氧枪采用四孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为1.0MPa。2)炉型选择：根据原始条件采用筒球型炉型作为本设计炉型3)炉容比：取V/T=0.964)熔池尺寸的计算(1)熔池直径的计算A、确定初期金属装入量G:一般低磷铁水约为50~57m³/t钢，高磷铁水约为62～69m³/t钢，本设计采用低磷铁水，取吨钢耗氧量为57m³/t钢，并取吹氧时间为14min。则河北联合大学轻工学院材料化工部确定D=4.818m,h=1.336m。5)炉帽尺寸的确定(1)炉口直径d₀:d₀=0.456D=0.456×4.818=2.197m(2)炉帽倾角0:取θ=64°(3)炉帽高度H帽：6)炉身尺寸确定(1)炉膛直径D=D(无加厚段)。(2)根据选定的炉容比为0.95,可求出炉子总容积为V=0.96×120=河北联合大学轻工学院材料化工部H=h+H+H=1.336+3.087+3.66=8.113(m)7)出钢口尺寸的确定(1)出钢口直径：取0.17m。(2)出钢口衬砖外径(3)出钢口长度L₇=7d₇=7×0.17=1.19m8)炉衬厚度确定炉身工作层选700mm,永久层115m填充层100mm,总厚度为700+115+100=915mm,炉壳内径为：D壳内=4.818+0.915×2=6.648m,炉帽和炉底工作层均选600mm,炉帽永久层为150mm,炉底永久层用标准镁粘土砖平砌三层65×3=195mm,则炉底砖衬总厚度为故炉壳内型高度为：H壳内=8.113+1.025=9.138m工作层材质全部采用镁碳砖。9)炉壳厚度确定炉身部分选70毫米厚的钢板，炉帽和炉底部分选用60毫米厚的钢板。则炉壳转角半径：SR3=0.5δ底=0.5×1025=512mm10)验算高宽比河北联合大学轻工学院材料化工部可且在1.2～1.4之间，符合高宽比的推荐值，因此认为所设计的炉子尺寸基本上是合理的，能够保证转炉的正常冶炼进行。根据上述计算的炉型尺寸绘制出炉子图型如下图(图2)所示：2.1.2转炉空炉重心及倾动力矩1)空炉重心坐标取转炉耳轴坐标为4.316m。2)转炉倾动力矩钢水量：120t河北联合大学轻工学院材料化工部空炉重量：341.28t应用软件计算数据如下：角度铁水力矩空炉力矩总力矩河北联合大学轻工学院材料化工部003)倾动机构的设计原则(1)为了满足兑铁水，测温取样，加废钢和出钢倒渣等的冶炼操作的要求，倾动机构应能炉体正反转360°,并能平稳又准确的停在任何倾角位置。(2)一般大型转炉应具有两种以上的倾动速度。(3)倾动机构必须安全可靠，能适应载荷的变化和结构的变形。(4)结构紧凑，占地面积小效率高投资少，维修方便。4)倾动机构的配置方式倾动机构的配置方式可分为三种，即落地式，半悬挂式和全悬挂式。本设计合柔性支撑传动。其优点是结构紧凑，占地面积小效率高投资少，质量轻，运转安全可靠，工作性能好，维修方便。5)拖圈的选择大中型转炉的拖圈采用箱形的钢板焊接而成。这种封闭的箱形断面受力好，拖圈中切应力均匀，,其断面抗扭刚度比开口拖圈大的多。为了增加刚度，中间加焊一定数量的带孔，直立筋板，此种结构加工制造方便。转炉和拖圈的全部载荷都是通过耳轴经轴承座传给地基，同时倾动机构低转速大扭距又通过一侧或两侧的耳轴传给拖圈和转炉。耳轴要承受静动载荷产生的转矩弯曲和剪切的综合负荷，因此，耳轴应有足够的强度。耳轴也需水冷，这样，锻钢件。7)电机功率确定为满足兑铁水、加废钢、测温取样、出钢后倒渣冶炼操作的要求，倾动机构应能使炉体连续正反旋转360°,并能平稳而准确的停在任何倾角位置。采用两个倾动速度，慢速为0.2r/min,快速为1.0r/min全悬挂式采用四个电机传动，所以每个电机功率为故选电机型号为：GGW1816J型，功率为132kw。河北联合大学轻工学院材料化工部1)在脱碳转炉上使用副枪技术，转炉副枪装置的作用有测定钢水温度、碳含量，氧含量和取样，是转炉在不间断吹炼的情况下完成任务，以配合计算机实现对转炉冶炼的动态控制。2)转炉副枪装置系统工艺说明及主要设备：副枪装置用于在转炉吹炼后期或停吹后测定钢水温度、碳含量、氧含量和取样等，为转炉冶炼提供了一个有效的工具，使能在不间断吹炼的情况下进行熔池数据的测定和取样，以配合计算机实现对转炉冶炼的动态控制。副枪一般情况下配有以下几种探头：测温定氧取样探头；(2)五种功能取样供分析钢水化学成分；(3)副枪系统设备具备以下主要功能从钢水中取样，并用多功能探头测定钢水温度和含碳量吹炼后测定熔池液位测定自由氧含量事故控制在事故时可通过气动马达将副枪从转炉中提出为便于上修路操作，副枪枪体的托付装置设计为旋转升降式，转炉修了时旋转升降机构转离工作2.2.2喷头设计转炉公称容量120t,低磷铁水，冶炼钢种以低碳钢为主；4)设计工况氧压令Cp=0.90,To=290K,Po=10.17×10Pa,则6)计算d依据M=2.0,查等熵流表Aμ/A=1.6887)计算扩张段长度取半锥角为5°,则扩张段长度为：8)取收缩α收=50°,则收缩半角为25°,收缩段的长度由作图法确定，河北联合大学轻工学院材料化工部L₁=63mm9)由上面计算出的尺寸绘制的氧枪喷头图与枪身装配图。1)原始数据冷却水流量Fw=120t/h;冷却水进水速度vj=6m/s;冷却水回水速度vp=7m/s;冷却水喷头处流速vh=8m/s;中心氧管内氧气流速v₀=50m/s;冷却水进水温度20℃;吹炼过程中水温升△t=25℃;其中回水温度t₂=45℃;进水温度t₁=20℃;枪身外管长Lp=17.042m;枪身中层管长L=17.542m;中心氧管长L₀=18.295m;河北联合大学轻工学院材料化工部2)中心氧管管径的确定管内氧气的工况体积流量：中心氧管的内径根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为φ152×8mm的钢管。验算氧气在钢管内的实际流速3)中层套管管径的确定环缝间隙的流通面积根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为φ194×7mm的钢管。验算实际水速河北联合大学轻工学院材料化工部4)外层套管管径的确定出水通道的面积为根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为φ245×17mm的钢管。5)中层套管下沿至喷头面间隙h的计算该处的间隙面积为又知故取5mm。6)氧枪总长度和行程确定(见下图)根据公式氧枪总长为河北联合大学轻工学院材料化工部h₂-炉口至烟罩下沿的距离，取0.40m;h₄-烟道拐点至氧枪孔的距离，取5.092m;hs—为清理结渣和换枪需要的距离，取0.50m;h₆一根据把持器下段要求决定的距离，取0.80m;h₇-把持器的两个卡座中心线间的距离，取1.00m;图4氧枪行程7)氧枪热平衡计算因为qu<qmw’河北联合大学轻工学院材料化工部证明前面设计中选择的耗水量是足够的，且也是合适的.8)氧枪冷却水阻力计算氧枪冷却水系统是由输水管路、软管和氧枪三部分串联而成的。冷却水系统最大阻力损失部分是氧枪，大约占总阻力损失的80%以上。利用氧枪进水管入口和回水管出口两个平面的实际气体的柏努力方程式，即其能量平衡关系来确定氧枪冷却水的进水压力。设进水管入口为I面，回水管出口为Ⅱ面，则式中P₁,Pπ-进、出口压力，(Pa);vy,v,一进、出水速度，(m/s);p-水的密度，(1000kg/m³);等于氧枪冷却水的阻力损失。其阻力损失为dg、dep一进、回水管的有效直径，也叫当量直径；冷却水进水压力P₁=9.4×10⁵pa。河北联合大学轻工学院材料化工部1)吹炼条件转炉公称容量为120t,2吹2,金属最大装入量为G=120×(1+15%)t,铁水含碳量w(C)=4%,钢水含碳量w₂(C)=0.1%,冶炼周期为38min,吹氧时间为2)烟气及烟尘有关参数3)供水温度一文用不经冷却循环水为40℃,二文用循环水经冷却为30℃,供水压力为2.3.2参数计算1)炉气量计算2)烟气量的计算采用未燃法，燃烧系数α=0.08,燃烧后的干烟气量为：河北联合大学轻工学院材料化工部3)烟气浓度修正根据回收中期，烟气量为炉气量的76796/68000=1.1293倍，故进口烟尘浓4)回收煤气量的计算每吨钢产生的炉气量等于：按烟气生成倍率为1.1293倍，则每吨钢产生的煤气量等于1.1293×75.8=85.6Nm³,考虑到前后期不回收煤气，定回收率为70%,即每吨钢可以回收的煤5)烟气的物理数据的计算先求烟气相对分子量M=0.7006×28+0.1495×44+0.1455×28河北联合大学轻工学院材料化工部气温为900℃时，6气温小于100℃时：采用全湿法未燃法净化回收系统，在抽风机上装备液力偶合器，以降低非吹炼期的电耗，并使抽风机在低转速下得以进行冲水。调速比为2900/750=3.87。氧气转炉→活动烟罩→固定烟罩→汽化冷却烟道→连接管→溢流定径文氏管→重力挡板脱水器→矩形滑板调径文氏管→180度弯头脱水器→复挡脱水器→流量孔板→风机前切断阀→抽风机(配备液力偶合器)→三通切换阀→①水封逆止阀→煤气主管道→煤气储气柜②放散烟囱→点火器按照流程顺序，对一文，重力脱水器，二文，弯头脱水器，复挡脱水器，五个设备的设计计算分列于后，并作贮气柜和抽风机的选择。2.3.4主要设备的设计和选择1)溢流定径文氏管(一文)喉口气速Vr=60m/s,水气比Ly=0.55L/m³(按进口气温900℃时的烟气量),喉口长度Lr=Dr,排水温度twp=排气温度tgp-5℃,河北联合大学轻工学院材料化工部进口气温下烟气量一级文氏管用水不经冷却进水水温tw₁=40℃,取一文前管道阻力损失为196Pa,一文出口负压△P=-2940Pa。(1)热平衡计算进入一级文氏管的总热量为：=76796×1.516×900+18148A.试用出口温度tgp=70℃,作热平衡计算：1gp=70℃时，水汽分压Pa=31.12kPa,twp=70-5=65℃,9=9m-9m=181483.5-25364=1水汽热焓：lw=(0.46t₂p+595)×4.186=(0.则出一文总热量为：即小于进口热量。B.试用75℃为排气温度，作计算：qm=181483.5-39780.3Iw=(0.46×72+595)×4.1869=181483.5-32484.708A.收缩管入口管径河北联合大学轻工学院材料化工部一级文氏管入口前负压为0.196Kpa入口处工况烟气量：入口气速取25m/s,则入口直径为：B.喉口直径Dr及喉口长度Lr一级文氏管出口负压△P=-2.94kPa,在喉口的气量取饱和至72℃时的气量即：喉口直径：喉口实际气速：喉口长度Lr=0.9m。A.收缩段长度L₁:取收缩角α₁=23°B.扩散管出口管径：出口气速取20m/s;河北联合大学轻工学院材料化工部C.扩散管长度L₂:取扩散角a₂=7°取14t/h。1-溢流水箱，2-手孔，3-喷嘴，4-喉口按L₂=8.175m,D₁=0.950m,求出L₃=L₂/Dr=5.722/0.950=6.02,连同河北联合大学轻工学院材料化工部ur米/秒1.L=0.3升每立方米2.L=0.5升每立方米3.L=0,75升每立方米4.1=1.0升每立方米5.L=1.25每立方米溢流阻力系数ζk河北联合大学轻工学院材料化工部=279.27pa(5)除尘效率和尘浓度计算一级文氏管的除尘效率为95%,出一文烟气的游离尘浓为：出一级文氏管的水中尘浓：2)重力挡板脱水器(1)结构尺寸A.取入口气速为一级文氏管扩散管出口气速为20m/s,B.筒体内气速取5m/s,筒体直径D为：取①3.3m。C.出口管径取φ1670×10mm,其气速等于入口气速。D.为降低除尘设备的高度，将一文扩散管直接插入重力脱水器内部。河北联合大学轻工学院材料化工部B.被沉降的最小水滴直径do:在文氏管喉口雾化的水滴直径为96μm,出喉管后将逐步凝聚增粒，因缺乏实测数据，不能与上式的d0作比较。现按一般实测数据的脱水情况，取脱水效率为C.按脱水效率为85%,计算重力脱水器后尘浓度：进入烟气中的污水量(重力脱水器出口)为：其中Cr即为进入二文的烟气中包括污水的尘浓。一级文氏管与重力脱水器的总除尘效率为：取ξ=2.85,则阻力为：3)矩形滑板调径文氏管(二级文氏管)二级文氏管主要设计参数定为：喉口气速：最小截面处取vr=100m/s,即P=-(0.196+2.94+0.03I₂=(0.46×65+595)×4.816=2615.8kJ/kg河北联合大学轻工学院材料化工部即：100720178+125.58qm=72958237.25+259.532q水气比L=207266.828/152623.8=1取φ740mm二级文氏管系调径，故阻力值可以随意在一定范围内调节，设计中在回收期河北联合大学轻工学院材料化工部阻力为10000Pa,放散期为16000Pa。(4)除尘效率及尘浓二级文氏管除尘效率取99%,二文出口的游离尘浓C₂为：出二文的污水量qms为：=22439.819+2072266.828+76796×水中尘浓Cw为：采用碗型喷嘴，其个数，水压，水量等参数均与一文相同。4)180°弯头脱水器进口气速取10m/s,叶片间距采用200mm,进口面积为：F进=152623.8/(10×3600)=4.25m²出口气速取8m/s,出口面积为：F=152623.8/(8×3600)=5.3m²(3)脱水效率与尘浓脱水效率取95%,二级文氏管排水量为qms=237693.431kg/h,则带出弯头脱水器的水量为：9m=9m(1-nkz)=237693.431×(1-烟气中的尘浓为：5)复挡脱水器河北联合大学轻工学院材料化工部进口气速取25m/s,进口面积为：B.筒体及各层挡板直径取芯管外径为Dy=1500mm=1.5m,筒体内径为De=2D;+Dr=2×1.472+1.5=6.084m,取De=4.5m,筒体外径为4500mm,即4.5m,C.筒体及各层挡板高度则筒体高度为：使用厚度为δ=50mm的钢板。气流回转角θ=15°,气流回转系数f=0.78H₀=πDtanO+D,+h=0.78×π×4.30×tan15°+H₂=5.971m,H₃=5.827m,H₄=5.683m,Hs=5.538m,H₆=5.394m,H₇=5.249m,Hg=5.10,芯管高H₁=5.971m。D.排气管内径De取出口气速为15m/s,则排气管面积：E.排污水口内径De=Dc/8=4.50/8=0.556m河北联合大学轻工学院材料化工部F.上下锥体角度定为α=45°,a'=60°复挡的阻力为：进入复挡的烟气重度：(3)脱水效率，一般为99.5%,出复挡的污水量为：烟尘最终尘浓：6)贮气柜选择转炉每炉最大产钢量为最大铁水量的94%,即G=138×0.94=129.72t,冶炼周期t₂=38min,每吨钢回收煤气量为60Nm³,同时吹炼座数=2,选定每炉实际回收煤气时间t₁=10min,不平衡系数K=0.7,进气柜时煤气温度为60℃河北联合大学轻工学院材料化工部贮气柜容积：气柜操作容积：7)风机选择设风机入口温度为65℃,Pn=24.98KPa机前负压(回收期最大):Pg=(12.985+0.40+0.24+0.4905+2.94+0.981)烟气含湿量限度为：风机操作风量：机前烟气重度(回收期)放散期P=22.6905kPa选用D1850-11型双进风涡轮鼓风机，用液力偶合器进行调速.风机转速为6000/3000r/min,电机功率为2950kW(67℃时)。河北联合大学轻工学院材料化工部1)气压(阻力):kPa①负压：一级文氏管前0.196+一级文氏管2.94+重力脱水器0.0385+二级文氏管9.81(回收期)或15.67(放散期)+180°弯头脱水器0.40+复挡脱水器0.240+流量孔板0.4905+机前切断阀0.981=-15.015～-20.875kPa②正压：(回收系统)水封逆止阀0.981+机后管道0.491+三通切换阀0.196+{0.4905+贮气柜(含前后水封)4.4145=6.082kPa(放散系统)管道及点火器1.175=1.371kPa总压力：回收期15.015+6.082=21.097放散期20.875+1.371=22.2462)气温：℃一级文氏管前900℃,一级文氏管后72℃,二级文氏文后65℃,进贮气柜前60℃。2.4炉外精炼设备的选择及主要参数根据生产规模和产品方案，精炼系统配置2座LF钢包精炼炉，2座RH真空精炼装置，其中一座为预留RH真空精炼装置。2.4.1主要设计及其特点1)基本工艺路线的确定从而可以用来生产低碳钢([C]=0.01~0.03%,即：100~300ppm)。主要用于生产超低碳钢([C]<20ppm))、无取向电工硅钢等。2)精炼系统配置如下表； 河北联合大学轻工学院材料化工部表5精炼设备情况名称单位数量备注LF钢包精炼炉座2单工位RH真空精炼装置座2单工位3)精炼设备组成润滑系统、冷却水系统、压缩空气系统、上料系统、测温取样设备、烟气处理设RH的炉精炼设备主要包括：脱气室、真空系统、机械设备、加热装置、加4)先进技术与新工艺、新设备的应用(2)RH真空精炼装置选用顶氧枪、真空室快速更换型的RH真空脱气装置，具有以下先进技术和河北联合大学轻工学院材料化工部①具有对钢液升温和保温功能；②具有对钢液脱氧、脱硫功能；③具有合金化和微调钢液成分功能；④具有吹氧搅拌、均匀成分和温度、加速夹杂物上浮功能；⑤一旦透气塞堵塞具有高压吹开功能；⑥具有对钢水进行喂丝、深脱氧、深脱硫、改变夹杂物形态的功能；⑦具有自动测温、取样功能；⑨具有较高的生产率，能调节炉温、RH和连铸机之间的生产节奏，保证连铸机能实现多炉连浇。(2)LF钢包精炼炉主要设备组成如下表：表6LF钢包精炼炉主要设备组成主要设备组成辅助设备组成水冷管式惰性炉盖(包括排烟管)炉盖升降机构框架导电横臂电极升降机构冷却水系统钢包、钢包车钢包低吹氩装置(两个透气砖单独控制)喂丝机除尘系统添加料系统基础自动化及其过程控制计算机系统①变压器容量的确定最大处理钢水量：120t因为该120LF钢包精炼炉有两一钢包车，钢包车单独作业。根据生产需要，有的时候生产节奏较快，变压器几乎连续工作，容易过热。因此变压器额定容量河北联合大学轻工学院材料化工部需要适当加大，选用容量为20MVA。②LF框架LF框架为旋转式，用于承载电极升降机构和电极臂。③钢包车钢包车是钢包承载设备，每辆钢包车都设有两套驱动装置，其中任何一套出现故障时，另一套驱动装置具有将满载钢水的钢包车驱动运行一个行程的能力。④钢包炉盖在LF精炼处理时，水冷炉盖盖在盛满钢水的钢包上，用于保持钢包液面的还原性气氛。本钢包炉盖为水冷管式结构。整个炉盖升降由液压缸驱动。⑤底部吹氩系统为了使钢包中的钢水成分和温度均匀，便于加入钢包中的散状料快速熔化和溶解，在钢衬底部的透气砖吹入惰性气体进行搅拌。钢包底部设置有两个透气砖。吹氩系统的气体流量和压力，可根据需要进行调节。氩气和氮气可根据需要相互切换。⑥自动测温取样及定氧装置双抢式自动测温取样枪，一根为测温、定氧枪，另一根为取样枪，分别由独⑦喂丝机喂丝机可根据钢种向钢包中喂入Al丝，CaSi丝和Ti丝等。该120t钢包炉采用1台双线喂丝机。钢包炉加热精炼后，钢水温度和成分合格时，为了使钢水最终深脱氧，可通过喂丝机往钢水中喂入Al丝；为了使钢水最终深脱硫，也可通过喂丝机往钢水硅喂丝导管与下部炉盖的喂丝孔相接，包芯线(铝线)通过喂丝导管喂入钢水，这样可利用除尘系统将喂丝过程产生的烟尘吸收，保护环境。喂丝速度为无级调速。喂丝机数量喂丝机型式双线喂丝机喂丝速度最大至400m/min(4)LF钢包精炼炉主要技术性能参数如下表：河北联合大学轻工学院材料化工部表7LF主要技术性能参数序号项目名称单位参数1公称容量T2平均精炼钢水量t/炉3最小精炼钢水量t/炉4变压器额定容量5变压器一次电压6电极直径7电极行程8电极升降方式液压缸驱动9电极升降速度电极臂形式铜钢复合直接导电臂平均4,最大5炉盖型式水冷盘管、间接排烟惰性炉盖炉盖升降方式液压缸驱动炉盖升降速度炉盖行程控制系统基础自动化和二级计算机过程控制2)RH真空精炼装置(1)RH主要冶金功能RH真空脱气装置所完成的冶金过程如下：①真空脱碳真空脱碳用于非脱氧钢水在真空状态下的碳氧反应。在钢水中的自由氧不足于进行脱氧反应时，在处理的初级阶段可通过氧枪向钢水吹入氧气以进行强制脱碳，然后再进行自然脱碳。脱碳的时间将取决于钢水初始含碳量、要求的终点含碳量。一般情况下，脱碳15min可达25ppm,脱碳25min可达15ppm。对于目标碳在100ppm的钢种，总的脱碳时间~5min。在碳氧反应达到平衡时，向钢水中加入Al或Si进行镇静处理以脱氧和均匀成分及温度。②脱氢河北联合大学轻工学院材料化工部RH真空脱气装置具有足够的钢水循环速度，只进行脱氧和温度及成分调整(3)RH设备选型与设计方案①钢包运输台车钢包运输台车用于将钢包从钢水接受跨或精炼跨运至RH处理工位，并可通过位于处理工位轨道下的基础坑内的液压顶升装置将钢包车上防漏盘内的钢包顶②钢包升降系统钢包升降装置安装在处理工位的真空室下方的基础坑内，在电源事故的情况下，钢包可由人工操作手动阀降下。需要进行脱气的钢水，通过钢包运输台车运送到脱气处理位置，用液压缸带动升降框架顶升钢包承受台，使真空室下部的循环管插入钢水深度~500mm,进行脱气处理。脱气处理结束后，钢包复位座落在河北联合大学轻工学院材料化工部顶枪系统主要由顶枪、顶枪升级装置、顶枪密封顶枪结构设计水冷多层管式，氧气、氮气或氩气、焦炉煤气和冷却水通过软管与枪体法兰连接。在真空处理过程中，氮气或氩气作为保护气体从枪的喷嘴吹入真空室内。同样为了安全，枪在刚刚完成吹氧和焦炉煤气加热之后，枪杆内必须马⑤真空系统真空系统由伸缩接头、气体冷却器、主切割阀、真空管道、真空泵和高压水⑥真空室烘烤装置真空室烘烤装置共计2套，分别设在两个真空室台车上。通过真空室上的开孔插入到真空式内，可根据要求将真空式耐火材料烘烤或保持在1500℃,加热速度为50℃/h。保温剂和铝渣投入装置用于把保温剂和铝渣投入到RH真空处理后的钢罐中，其中保温剂用于减少钢水温度损失。铝渣用于冶炼等低氧钢种。保温剂和铝渣各设1个储料仓。设置在RH处理位，破渣、测温取样枪是处理过程中对钢液的温度测量和取河北联合大学轻工学院材料化工部序号项目名称单位参数备注1公称容量T2处理周期3型式双真空室，快速交换型4钢包运载钢包车5钢包升降液压缸顶升6真空泵能力7循环气体氩气8真空式型式整体式或分体式9钢水循环率顶枪系统吹氧量真空室最高加热温度℃真空室加热速度河北联合大学轻工学院材料化工部3车间计算3.1原材料供应系统3.1.1铁水供应系统转炉铁水灌与高炉铁水灌通用，采用铁水灌进行铁水预处理利于扒渣操作，减少温降，一罐铁水兑一座转炉。铁水灌的参数如下表：表9铁水灌的参数铁水灌容量(吨)壳重(吨)内衬重(吨)耳轴中心距(毫米底部形式球底综合考虑修灌、运输和调度等因素，铁水灌数量的确定为30个。3.1.2废钢场和废钢斗计算B一废钢比；n—车间昼夜出钢炉数。2)废钢料斗容量及数量容积计算公式为：q-每炉废钢加入量，t;p一废钢堆比重，t/m³,n一装满系数，取0.8。废钢堆比重p:轻型废钢堆比重为1.0～1.5t/m³,所占比例为30%;重型废钢堆比重为2.0～3.0t/m³,所占比例为70%,废钢料斗数量：废钢料斗数量为车间周转之料斗数再加上备用之料斗即为废河北联合大学轻工学院材料化工部钢料斗所需总数。考虑到两座转炉同时吹炼，取废钢斗数量为10个。X一废钢贮存天数，企业内部废钢之贮存天数为0.7天到3天，企业外部之废钢为15天；3.1.3散状料供应系统散状料主要指炼钢过程中所使用的造渣材料和冷却剂(如白云石、石灰石、散状料供应系统包括散状料堆场、地面料仓、提升机构(由地面料仓向高位1)地下料仓(见表10)2)高位料仓(见表11)从地面料仓向炉上高位料仓供料采用全皮带运输，向高位料仓卸料采用可逆河北联合大学轻工学院材料化工部表10地下料仓参数容积(m3)个数(个)铁皮1石灰铁矿石萤石1白云石护炉保护渣4备用2表11高位料仓参数体积密度铁皮11石灰石灰(1)石灰(2)铁矿石萤石(1)1萤石(2)1白云石护炉保护渣4备用本设计采用的铁合金料有：高碳锰铁，中碳锰铁，低碳锰铁，硅铁，锰硅及其它铁合金质量要求应符合国家标准。转炉铁合金供应系统流程为：河北联合大学轻工学院材料化工部铁合仓库→自卸卡车→地下料仓→给料器→皮带运输机→可逆活动皮带→皮带卸料小车→合金料仓→振动给料器→称量漏斗→中间漏斗→振动给料器→溜槽→钢包3.2浇注系统设备计算1)钢包车容量确定：根据转炉的出钢量选取135吨钢包(LG-135-1)。2)钢包台车的选型：依据钢包容量选取的钢包台车，其参数如下，表12钢包参数正常钢水转入量(吨)有效容积(m³)正常钢渣装入量(m³)吊轴尺寸(mm)钩距(mm)桶高(mm)桶上口外径(mm)耳轴至包顶高转炉车间需要钢包数(Q):Q₃—车间备用的钢包个数。根据设备的供应情况，一般取钢包总数的10~20%左右；R—车间一昼夜内出钢炉数(次);T—每炉钢使用钢包的作业时间，即周转时间(分);t—每个冷修钢包修理周转时间(时);E—钢包使用的寿命(次)。一股取14—18次，当钢水温度偏高，氧化性能较强，或修砌的耐火砖质量不够好时，应选较低的数值。反之，可取较大的数值。当然这也与修砌质量有关，须结合具体情况适当选用。一般小容量钢包河北联合大学轻工学院材料化工部包底粘钢较多，亦影响寿命偏低；24—一昼夜小时数；60—小时内分钟数。所以Q=11+8+3=22个钢包作业时间(1)使用周转时间(min)冷却处理装水口50烤水口待用60共计180min(2)修理周转时间钢包使用50次后进行一次小修，再使用40次进行一次中修，使用120次进行一次大修。表13钢包维修时间序号作业名称时间(h)每个包役使用时间1小修2中修3大修共计1)生产规模、品种及规模(1)生产规模：年产合格钢坯266.1万吨(2)生产品种河北联合大学轻工学院材料化工部表14产品及牌号钢种钢牌号碳素结构钢低合金结构钢锅炉钢桥梁钢造船钢管线钢(3)铸坯规格220mm×1800mm250mm×1800mm2)连铸机主要参数的确定(1)钢包允许浇注时间根据克伦纳吉塔尔曼经验公式要求严格的钢种：要求较低的钢种：设计推荐值70~75min(2)铸坯断面220mm×1800mm