冶金工程专业毕业论文--设计一个年产450万吨合格铸坯的转炉炼钢车间文档格式.doc
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4.1盛钢桶的尺寸及计算 41
4.2盛钢桶质量计算 41
4.3盛钢桶重心计算 42
5.车间设计 44
5.1铁水供应系统 44
5.2废钢供应系统 44
5.2.1转炉车间昼夜所需废钢量 44
5.2.2废钢料斗的容量 44
5.2.3废钢贮料坑容积或堆放场地面积 45
5.3散料供应系统 45
5.4铁合金供应系统 45
5.5炉外精炼 46
5.5.2RH设备的选择计算 46
5.5.3LF精炼炉的选择计算 48
5.6连续铸钢系统 53
5.6.1连铸机型的选择 53
5.6.2主要工艺参数 53
5.6.3中间包设计计算 57
5.6.4结晶器的重要参数 59
5.6.5二冷区水量计算 62
6车间设计 64
6.1车间组成 64
6.2主厂房工艺布置 64
6.2.1原料跨间布置 64
6.2.2炉子跨间布置 65
6.2.3炉子跨各层平台的布置 65
6.2.4精炼跨的布置 66
6.2.5连铸设备的布置 67
6.2.6切割、二次清理跨 67
6.2.7横移跨 67
7.炼钢车间烟气净化系统的设计 69
7.1烟气特征 69
7.1.1烟气成分 69
7.1.2烟气温度 69
7.1.3烟气量 69
7.2烟尘性质 70
7.3烟气净化方法的选择 70
7.4烟气净化系统 70
7.5烟气净化系统的主要设备 70
7.5.1烟气收集设备 70
7.5.2烟气冷却设备 71
7.5.3除尘设备 71
7.5.4脱水设备 71
7.5.5抽气设备 71
7.6含尘污水处理 71
7.6.1含尘污水处理工艺 71
7.6.2污水的回收利用 72
第二篇专题研究 73
第三篇外文翻译 82
参考文献 101
致谢 102
第99页
绪论
钢铁作为人类的重要的金属材料,无论在经济建设上还是国防上,都有举足轻重的作用。
新中国成立后,我国的钢铁冶炼达到了一定的水平,现在我国年产钢量超过5亿吨,居世界首位。
钢铁工业从其出现至今已有150多年历史。
从古至今,钢铁工业一直在国民经济中占有着重要的地位。
亨利·
贝塞麦在1855年发明了酸性空气底吹转炉炼钢法,第一次解决了铁水直接炼成液态钢的问题。
从此以后,钢铁工业作为国民经济的基础,发展极为迅速。
1952年奥地利林茨厂第一座LD转炉投产以来,转炉炼钢以强有力的生命力不断发展,至今在钢铁工业中已发展成为占主导地位的炼钢方法。
目前,转炉钢产量已占全世界粗钢产量的80%以上。
钢铁工业发展极为迅速。
为贯彻国家经济政策和技术政策,需要设计出可提高产品质量、增加优良产品种类、并且环保节能的绿色钢厂,本设计设计了一个年产合格连铸坯量为450万吨的炼钢厂使用了两座转炉采用2吹2制运转。
本设计的车间,主要生产合金钢,生产出的板坯价格高用量广,市场前景广阔。
第一篇设计部分
1产品大纲及工艺流程的选择
在现代炼钢生产中,顶底复吹转炉炼钢占有重要地位,我国从1980年开始研究转炉复吹技术,到现在转炉复吹技术逐渐成熟,复吹比例逐渐增大,复吹工艺的发展与铁水预先处理和炉外精炼的结合开始形成了现在化炼钢新工艺,使得转炉生产的钢种逐渐增大,给转炉炼钢带来新发展。
尤其是顶底复吹转炉技术,其生产能力大,炉数多,生产频率高。
因此,在设计确定氧气顶底复吹转炉炼钢车间的总体布置和工艺流程时,必须处理好车间内外部各工序环节的衔接关系,以及与炼铁、轧钢的协调,保证各个流程顺利,互不交叉干扰,各工序作业顺畅,以充分满足生产需要,采用机械化、自动化的操作和管理,且要保证工程项目在建设与通入生产后技术先进、经济合理、安全运行和具有良好的劳动生产条件。
所以,合理的选择工艺流程是设计工作的重要环节。
本设计采用了国际上流行的工艺流程,即“高炉铁水—铁水预处理—顶底复吹转炉—炉外精炼—连续铸钢”的流程,钢水采用全精炼、全连铸。
主要跨间包括原料跨、炼钢跨、精炼跨、连铸跨四个主体跨,辅助跨间有切割跨、铸坯横移存放区等。
在铁水预处理的过程中脱S、P能够减轻炼钢的负担,使炼钢能够迅速、顺利的完成。
炉外精炼主要是脱氧、脱硫;
去气、去除夹杂;
调整钢液成分及温度,能够大大提高钢液的质量,使其能满足更多的要求。
1.1产品大纲
表1-1产品大纲
钢种
代表钢号
化学成分(%)
C
Si
Mn
P
S
碳素结构钢
Q215B
0.09-0.15
0.3
0.25-0.55
0.045
Q235A
0.14-0.22
0.35-0.65
0.050
Q255A
0.18-0.28
0.4-0.7
0.05
低合金钢
Q295B
0.16
0.55
0.80-1.5
0.040
Q390A
0.2
1.0-1.7
Q345D
0.18
合金结构钢
20Mn2
0.17-0.24
0.17-0.37
1.4-1.8
0.035
50Mn2
0.42-0.49
35SiMn
0.32-0.4
1.1-1.4
≤0.035
轴承钢
GCr15
0.95-1.05
0.15-0.35
0.25-0.45
0.025
G20CrMo
0.17-0.23
0.2-0.35
0.65-0.95
0.03
G4Mo4V
0.75-0.85
0.35
0.027
0.02
1.2产品方案
序号
产品
产量
(万吨/年)
连铸坯规格
轧机--最终产品
1
方坯
300
400×
400
10
—
2
板坯
150
1500
3
表1-2产品方案
表1-3主要技术经济指标
项目
单位
数值
备注
生产合格铸坯
万吨
450
2
精炼收得率
%
99.0
连铸成材率
99
4
转炉生产率
95
5
转炉生产周期
Min
39
6
钢水收得率
90.1
7
最大废钢比
10.66
1.3工艺流程设计
本设计设计的是生产规模为年产450万吨合格钢坯的炼钢车间。
其主要流程示意图如下:
渣料铁合金
↓↓
铁水→铁水预处理→转炉→钢包→精炼→连铸机→出坯
↑↑
废钢铁合金
2.物料平衡与热平衡
炼钢过程的物料平衡和热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的。
其主要目的是比较整个冶炼过程中的物料、能量、的收入项和支出项,为改进操作工艺制度,确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量数据。
应当指出,由于炼钢是复杂的高温物理化学过程,加上测试手段有限,目前尚难以做到精确取值和计算。
尽管如此,它对炼钢生产和设计仍有重要意义。
2.1物料平衡计算
2.1.1原始数据
铁水成分及温度
铁水成分及温度见表1-1
表1-1铁水成分及温度
成分
ω(C)
ω(Si)
ω(Mn)
ω(P)
ω(S)
含量/%
4.450
0.860
0.620
0.150
温度/℃
1250
原材料成分
原材料成分见表1-2
表1-2原材料成分
组成
原材料
石灰
矿石
萤石
白云石
炉料
ω(CaO)/%
91.8
1.00
30.84
54.00
ω(SiO2)/%
1.66
5.61
6.00
0.46
2.05
ω(MgO)/%
1.54
0.52
0.58
20.16
37.75
ω(Al2O3)/%
1.22
1.10
0.78
0.74
ω(S)/%
0.06
0.07
0.09
ω(P)/%
ω(CaF2)/%
90.00
ω(FeO)/%
29.40
ω(Fe2O3)/%
61.80
烧碱/%
4.44
47.80
ω(H2O)/%
0.50
2.00
ω(C)/%
5.00
∑
100.00
冶炼钢种及成分
冶炼钢种及成分见表1-3
表1-3冶炼钢种(Q235)成分
成分
含量/%
≤0.17
≤0.30
0.35-0.80
平均比热容
原料平均比热容见表1-4
表1-4原料平均比热容
物料名称
生铁
钢
炉渣
烟尘
炉气
固态平均热容/[kJ/(kg·
℃)]
熔化潜热/kJ/kg)
液态或气态平均热容/(kJ/kg·
℃)
0.745
218
0.837
0.699
272
209
1.248
1.047
0.996
1.137
冷却剂
用废钢做冷却剂,其他成分与冶炼钢种成分的中限皆同。
反应热效应(25℃)
铁水中元素氧化放热见表1-5
表1-5铁水中元素氧化放热
元素
化学反应
△H
kJ/kmol
kJ/kg
Fe
SiO2
P2O5
C+1/2O2=CO
C+O2=CO2
Si+O2=SiO2
Mn+1/2O2=MnO
2P+5/2O2=P2O5
Fe+1/2O2=FeO
2Fe+3/2O2=Fe2O3
SiO2+2CaO=2CaO·
SiO2
P2O5+4CaO=4CaO·
P2O5
131365.0
414481.7
795023.6
384959.0
1172078.6
266635.0
822156.0
124600.4
690414.9
10949.1
34521.0
29314.0
7020.3
18922.6
5021.2
7340.7
2071.1
5020.8
注:
数据来自《氧气转炉炼钢原理》(美),密执安大学,冶金工业出版社,1974年,75页。
根据国内同类转炉的实测数据选取
(1)渣中铁珠量为渣量的8%;
(2)金属中碳的氧化,其中90%的碳氧化成CO,10%的碳氧化成CO2;
(3)喷溅铁损为铁水的1%;
(4)炉气和烟尘量,取炉气平均温度1450℃。
炉气中自由氧含量为0.5%。
烟尘量为铁水量的1.6%,其中ω(FeO)=77%,ω(Fe2O3)=20%;
(5)炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%;
(6)氧气成分,氧气为98.5%,氮气为1.5%。
2.1.2物料平衡计算
根据铁水成分,原材料质量以及冶炼钢种,采用单渣不留渣操作。
为了简化计算,以100kg铁水为计算基础。
炉渣量及成分计算
炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等。
铁水中各元素氧化量见表1-6
表1-6铁水中各元素氧化量
成分(千克)
项目
铁水
氧化量
终点钢水
4.300
痕迹
0.450
0.170
0.135
0.015
0.010
C和Si按实际生产情况选取,Mn,P,S分别按铁水中相应成分含量的30%、10%、53%留在钢水中设定。
ω(P):
采用低磷铁水操作,炉料中磷约85%~95%进入炉渣,本计算采用低磷铁水操作,取铁水中磷的90%进入炉渣,10%留在钢中。
ω(Mn):
终点钢水余锰量,一般为铁水中锰含量的30%~40%,取30%。
ω(S):
去硫率,一般为30%~50%的范围,取40%。
ω(C):
终点钢水含碳量,根据冶炼钢种的含碳量和预估计脱氧剂等增碳量之差,则为终点含碳量。
本计算取0.15%。
各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量见表1-7
表1-7铁水中各元素氧化产物量
元素
反应产物
元素氧化量(kg)
耗氧量(kg)
氧化产物量(kg)
[C]→{CO}
[C]→{CO2}
4.300×
90%=3.870
10%=0.430
5.160
1.147
9.030
1.577
[Si]→{SiO2}
0.983
1.843
[Mn]→{MnO}
0.131
0.581
[P]→{P2O5}
0.174
0.309
[S]→{SO2}
[S]+(CaO)=(CaS)+(O)
0.010×
1/3=0.003
0.010-0.003=0.007
0.003
-0.004
0.006
0.016(CaS)
消CaO量0.012
[Fe]→(FeO)
[Fe]→(Fe2O3)
1.061
0.477
0.204
1.364
0.682
合计
7.293
8.104
造渣剂成分及数量。
(1)矿石加入量及成分。
矿石加入量为1.00kg/100kg(铁水),成分及质量见表1-8
表1-8矿石加入量及其成分
质量/kg
m(Fe2O3)
m(FeO)
m(SiO2)
m(Al2O3)
m(CaO)
m(MgO)
m(S)
m(H2O)
1.00×
61.8%=0.618
29.40%=0.294
5.61%=0.056
1.10%=0.011
1.00%=0.010
0.50%=0.005
0.07%=0.005
共计
1.000
S以[S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应,其中生成CaS量为0.0007×
72/32=0.002(kg)。
消耗CaO量为0.0007×
56/32=0.002(kg).消耗微量氧,忽略之。
(2)萤石加入量及成分。
萤石加入量0.50kg/100kg(铁水),其成分及质量见表1-9
表1-9萤石加入量及成分
m(CaF2)
m(MgO)
m(P)
0.50×
90.00%=0.45
6.00%=0.030
1.78%=0.0089
0.58%=0.0029
0.55%=0.0028
0.09%=0.0004
2.00%=0.010
0.500
P以2[P]+5/2{O2}=(P2O5)的形式进行反应,其中生产P2O5量为0.0028×
142/62=0.007(kg)。
消耗氧气量为0.0028×
80/62=0.004(kg)。
硫微量,忽略之。
(3)炉衬被侵蚀质量及成分。
炉衬被侵蚀量为0.50kg/100kg(铁水),其成分及质量见表1-10。
表1-10炉衬被侵蚀质量及成分
质量/kg
m(SiO2)
m(Al2O3)
m(C)
54.00%=0.270
37.95%=0.190
2.05%=0.010
1.00%=0.005
5.00%=0.025
被侵蚀的炉衬中碳的氧化,同金属中碳的氧化成CO、CO2的比例数相同。
即:
C→CO0.025×
90%×
28/12=0.053(kg)。
C→CO20.025×
10%×
42/12=0.009(kg)。
其氧气消耗量:
0.053×
16/28=0.030(kg)。
0.009×
32/44=0.007(kg)。
共消耗氧气量为0.030+0.007=0.037(kg)。
(4)生白云石加入量及成分。
为了提高转炉炉衬的寿命,采用白云石造渣剂,其主要目的是提高炉渣的MgO含量,降低炉渣对炉衬的侵蚀能力。
若使渣中MgO含量在6.00%-8.00%的范围之内,其效果显著。
经试算后取生白云石加入量为3.00kg/100kg(铁水),其成分及质量见表1-11
表1-11生白云石加入量及成分
烧碱
3.00×
30.84%=0.270
20.16%=0.190
0.46%=0.014
0.74%=0.022
47.8%=1.434
3.000
烧碱是指生白云石分解后而产生的气体。
(5)炉渣碱度和石灰加入量。
取终渣碱度R=%CaO/%SiO2=3.5
首先渣中已纯在的SiO2=1.843+0.010+0.056+0.030+0.014=1.953kg。
渣中已存在CaO=0.925+0.270+0.010-0.002-0.014=1.189kg。
石灰加入量为3.5×
1.953-1.189/91.08%-3.5×
1.66%=6.62kg。
石灰成分及质量见表1-12
表1-12石灰成分及质量
质量/Kg
6.62×
91.08
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