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1、 第 1 页 西安建筑科技大学西安建筑科技大学 本科毕业设计（论文）任务书本科毕业设计（论文）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： 第 2 页 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
2、置；车间主要设备选择和车间平面设计以及总图运 输方案的确定。 进行毕业实习，收集有关资料；编制设计说明书一份，完成专题部分， 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基本原理，为今 后从事相关的技术工作奠定基础。 第 3 页 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；
3、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 2012.2.27-3.23 2 设计相关计算3.244.6 3 炉型、工艺、主设备设计和选择4.75.9 4 车间布置5.105.16 5 制图与翻译5.175.30 6 编制设计说明书5.316.7 7 准备答辩6.8
4、6.14 第 4 页 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 （炼钢部分） 陈家祥编 冶金工业出版社 1990 3炼钢工艺学 高泽平编 冶金工业出版社 2006 4钢铁厂设计原理 （下册） 李传薪编 冶金工业出版社 1995 5普通冶金 西安建筑科技大学 2002 6炼钢设计原理 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 2000 9现代转炉炼钢 戴云阁等编 东北大学出版社 1998 10 与专题有关的最新文献(2002年以后的文
5、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） 第 5 页 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 预还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 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发展趋势，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
6、 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基础上，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 第 6 页 Design Description At present, there are two main steel-making processes: converter steelmaking process with blas
7、t 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 representative process combined-blowing oxygen converter process with a scale of 3.7106 continuous casting bil
8、let 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 billet continuous casting machine are designed. The Smelting period is set for 38 minutesin which the a
9、ctual 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 to fufill continuous casting. Finally,the following process flow is choosed: PretreatmentConverterLF
10、CC. 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 size graphic, a ground plane and a sectional view of the workshop are also submitted. And finally, th
11、e 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 第 7 页 目录 1 转炉炼钢车间设计方案 -1 1. 1 工艺流程-1 1.2 主要冶炼钢种及产品方案 -2 1.3 转炉车间组成 -2 1.4 转炉车间生产能力计算 -2 1.4.1 转炉容量及座数的确定 -2 1.4.2 计算年
12、出钢炉数 -2 1.4.3 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 -3 1.4.4 按标准系列确定炉子的容量 -3 1.4.5 核算车间年产量 -3 2 转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 -4 2.1 物料平衡计算 -4 2.1.1 计算所需原始数据。 -4 2.1.2 物料平衡基本项目 -4 2.1.3 计算步骤 -6 2.2 热平衡计算 -14 2.2.1 计算所需原始数据 -14 2.2.2 计算步骤 -16 3 氧气转炉及相关设备设计 -19 3.1 炉型设计 -19 3.1.1 炉型选择 -19 3.1.2 主要参数的确定 -19 3.2 炉衬设计-21 3.2.1 炉衬材质的选择 -
13、21 3.2.2 炉衬厚度的确定 -21 3.3 炉底供气构件的设计-22 3.4 转炉炉体金属构件设计-22 3.4.1 炉壳 -22 3.4.2 支承装置 -22 3.5 倾动机构 -23 3.6 氧枪设计 -23 3.6.1 喷头设计 -23 3.6.2 氧枪水冷系统 -25 4 连铸车间的设计 -28 第 8 页 4.1 连铸机机型的选择 -28 4.2 连铸机的主要工艺参数 -28 4.2.1 钢包允许的最大浇注时间 -28 4.2.2 铸坯断面 -28 4.2.3 拉坯速度 -28 4.2.4 连铸机的流数 -30 4.2.5 铸坯的液相深度和冶金长度 -30 4.2.6 弧形半径
14、 -30 4.3 连铸机生产能力的确定-31 4.3.1 理论小时产量 -31 4.3.2 连铸机的平均年产量 -31 4.3.3 连铸机台数的确定 -31 4.4 结晶器的设计-31 4.4.1 结晶器的长度 -32 4.4.2 结晶器断面尺寸 -32 4.4.3 结晶器铜壁厚度 -32 4.4.4 结晶器锥度 -32 4.4.5 结晶器拉坯阻力 -32 4.5 二次冷却装置 -33 4.6 拉坯矫直装置及引锭装置 -33 4.7 钢包回转台-33 4.8 中间包-34 5 转炉车间烟气净化和回收 -35 5.1 烟气量的计算 -35 5.1.1 最大炉气量 qv0-35 5.1.2 烟气量
15、 qv -35 5.1.3 烟气成分 -36 5.1.4 煤气浓度修正 -36 5.1.5 回收煤气量的计算 -36 5.2 烟气净化系统类型的选择-36 5.3 烟气净化系统主要设备的选择-37 5.3.1 烟气收集设备-烟罩 -37 5.3.2 烟气冷却设备 -37 5.3.3 除尘设备 -37 5.3.4 脱水设备 -38 5.3.5 抽气设备（抽烟机） -38 5.4 含尘污水处理-38 6 转炉炼钢的生产工艺设计 -39 第 9 页 6.1 炼钢的主要原材料 -39 6.1.1 金属料 -39 6.1.2 造渣材料 -39 6.1.3 其他 -40 6.2 装料制度 -40 6.3
16、供氧制度-41 6.3.1 供氧制度主要工艺参 -41 6.3.2 氧枪操作 -41 6.4 造渣制度-42 6.4.1 单双渣操作 -42 6.4.2 各种渣料用量计算及加入 -42 6.4.3 炉渣调整 -43 6.5 温度制度 -43 6.5.1 温度控制原则 -43 6.5.2 出钢温度的确定 -44 6.5.3 过程控制温度要求 -44 6.6 终点控制与出钢 -44 6.7 脱氧合金化 -45 6.7.1 脱氧合金化操作 -45 6.7.2 影响合金元素吸收率的因素 -45 7 转炉车间的组成、类型和主厂房尺寸 -47 7.1 车间组成 -47 7.2 主厂房主要尺寸的确定-47
17、7.2.1 加料跨 -47 7.2.2 炉子跨 -49 7.2.3 浇铸跨 -53 8 炼钢车间其它设备的选择与计算 -56 8.1 渣罐车-56 8.1.1 渣罐车型号的选取 -56 8.1.2 渣罐车数量的确定 -56 8.2 混铁车 -56 8.3 铁水罐 -57 8.4 废钢供应系统 -57 8.4.1 转炉车间昼夜所需废钢量 -57 8.4.2 废钢贮仓容积或堆放场地所需面积计算 -57 8.4.3 废钢料斗容量及数量 -58 8.5 散装材料供应系统 -58 8.5.1 地面料仓容积和数量的确定 -58 第 10 页 8.5.2 上料方式的选择 -59 8.5.3 高位料仓容积和数
18、量的确定 -59 8.5.4 -60 8.6 钢包的工艺参数 -60 8.7 起重机的选用-61 9 炼钢车间人员编制 -62 10 炼钢车间经济指标 -66 参考文献 -67 致 谢 -68 专题 -69 第 1 页 1 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
19、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。脱硅达到要求后，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；当高磷铁水达到一定量时，将其转移到一个脱磷包中进行 深脱磷，产生的磷含量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 都比较低，其产生的转炉渣可以继续返回到脱硅程序，工艺
20、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 第 2 页 1.2 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% 180700mm 9000mm钢板 低合金钢Q345170 万吨46%
21、150150mm 9000mm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部分组成：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）等的供应设施。 1.4 转炉车间生产能力计算 1.4.1 转炉容量及座数的确定 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
22、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： 1 3651440 2 T N 38 .5%943651440 2 =年炉26142 第 3 页 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）%100 365 2 T =94.5% 1.4.3 根据生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
23、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%98 370 年需钢水量 平均炉产钢水量 年出钢炉数 代入数据得：。151.43t 26142 3813600 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%=380.44 万吨370 万吨，故设计选取合格。 第 4 页 2 转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 2.1 物料平衡计算
24、 2.1.1 计算所需原始数据。 基本原始数据有：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 2.1.2 物料平衡基本项目 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
25、铁珠 炉衬蚀损 炉气 铁合金 喷溅 表 22 原材料成分 成分 （%） 类别 CaOSiO 2 MgOAl2 O3 Fe2 O3 CaF 2 P2O 5 SCO2H2O C 灰 分 挥 发 分 成分 （%） 类别 C Si Mn P S 钢种 Q235B 设定值 0.16 0.25 0.50 0.045 0.045 铁水设定值 4.20 0.80 0.60 0.200 0.035 废钢设定值 0.16 0.25 0.50 0.030 0.030 终点钢水 设定值* 0.09 0.002 0.18 0.020 0.021 第 5 页 石 灰88. 00 2.5 0 2.6 0 1.5 0 0.5
26、 0 0.1 0 0.0 6 4.6 4 0.1 0 萤 石0.3 0 5.5 0 0.6 0 1.6 0 1.5 0 88. 00 0.9 0 0.1 0 1.5 0 生白云石36. 40 0.8 0 25. 60 1.0 0 36. 20 炉 衬1.2 0 3.0 0 78. 80 1.4 0 1.6 0 14. 00 焦 炭0.5 8 81. 50 12. 40 5.5 2 （续）表 22 原材料成分 名 称CSiMnPSFe 碳素废钢0.160.250.500.0300.030余量 炼钢生铁4.200.800.600.2000.035余量 表 23 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）
27、 成分（%）/回收 率（%） 类别 C Si Mn Al P S Fe 硅 铁 73.00/7 5 0.50/802.50/00.05/10 0 0.03/10 0 23.92/1 00 锰 铁6.60/90 * 0.50/7567.80/8 0 0.23/10 0 0.13/10 0 24.74/1 00 *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=3.5渣中铁损（铁珠） 为渣量的 6% 萤石加入量为铁水量的 0.5% 氧气纯度 99%,余者为 N2 生白云石加入量为铁水量的 2.5%炉气中自由氧含量 0.5%(体
28、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 由热平衡计算确定， 第 6 页 烟尘量 为铁水量的 1.5%（其 中 FeO 为 75%，Fe2O3为 20%） 废 钢 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% 2.1.3 计算步骤 以 100Kg 铁水为基础进行计算。 第一步：计算
29、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、炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。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项目与供入项目之差，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 反应产物元素氧化量（kg）耗氧量 （kg） 产物量 （kg） 备 注 C CO4.1190%=3.699 4.932 8.631C C CO24.1110%=0.411 1.096 1.507 Si Si (SiO2) 0.800 0.910 1.710 入 渣 Mn
30、 Mn （MnO） 0.420 0.120 0.520 入 渣 P P (P2O5) 0.180 0.230 0.410 入 渣 S SO2 0.03540%1/3 =0.005 0.005 0.010 S S+(CaO)= (CaS)+(O) 0.03540%2/3 =0.009 -0.005*0.021(CaS) 入 渣 Fe (FeO) 1.07656/72 =0.837 0.239 1.076入渣(见表 28)Fe Fe (Fe2O3) 0.606112/160 =0.424 0.182 0.606入渣(见表 28) 合 计 6.785 7.709 成 渣 量 4.371 入渣组分之 和 *由 CaO 还原出的氧量；消耗的 CaO 量=0.00956/32=0.016kg 表 26 炉衬蚀损的成渣量 第 7 页 成渣组分（kg） 气态产物（kg）耗氧量（kg）炉衬蚀 损量 （kg） CaOSiO2MgO Al2O3Fe2O3 C COC CO2C CO，CO2 0.3（据 表 2 4） 0.00 4 0.0090.2360.0040.0050.314% 90% 28/12= 0.088 0.31