年产400万吨圆坯炼钢车间设计Word下载.docx
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适当扩大装入量,提高转炉利用系数,借鉴小转炉的强化冶炼的成功经验[6]。
(4)精炼新工艺
精炼手段有渣洗、真空、搅拌、加热、喷吹。
炉外精炼的方法都是一种或几种精炼手段的综合利用,如LF、RH、DH、VOD、VAD、CAS—OB、ASEA—SKF等[7]。
(5)连铸新工艺
a、连铸坯热送热装技术,其利用铸坯的物理热,节约能耗;
提高成材率,节约金属消耗;
简化生产工艺流程,节约生产费用,减少工序,缩短生产周期;
提高了产品质量,采用无缺陷铸坯轧制[8]。
b、连铸坯直接轧制,有利于节能,降低生产费用。
c、连铸机高温出坯技术。
d、近终形连铸技术:
薄板坯连铸、带钢连铸、薄带连铸、异型坯连铸、中空圆坯连铸。
e、提高拉速,提高作业率,实现多炉连铸,实现连铸机的高效连铸[9]。
1.5节能环保技术
(1)三干技术的研发与应用减少水的用量和废水的排放,串级供水技术实现水的循环利用[10]。
(2)干法除尘,湿法除尘,重力除尘对烟尘进行回收利用[10]。
(3)尾气的回收利用。
(4)钢渣水淬、风淬、盘泼水冷等工艺实现钢渣的处理及利用。
1.6转炉炼钢技术发展趋势
随着钢铁行业的日益发展,各地的钢铁企业不断合并重组,为了适应对钢品种的要求,降低生产成本,提高生产效率,减少能耗和生产成本,保护环境,现代转炉炼钢不断采用各种转炉新技术,如:
铁水预脱硫技术、水冷炉口技术、顶底复合吹炼技术、烟气除尘及煤气回收利用技术、挡渣出钢技术、溅渣护炉技术和终点控制技术等,使转炉实现了自动化、高效化、节能化、寿命长寿化、钢种多样化、环境友好化[11]。
1.7转炉炼钢厂设计研究的目的与意义
目前,我国正处在发展中的关键阶段,国民经济实力需要大力提升,各个方面的硬件设施都需要大力完善,而钢铁行业在其中起着举足轻重的作用。
考虑到我国的现状及主要面临的问题,说明我国虽然是一个钢铁大国,但是并不是一个钢铁强国。
因此我们在修建钢铁厂的时候要注意加大高新技术的投入量,改进现有的设备和技术。
做到科学合理布局,实现转炉炼钢,精炼,连铸一体化,提高原材料使用率,降低能耗,减少污染,高效生产高质量钢材。
转炉炼钢的设计研究不仅可以使我对整个炼钢工艺流程加以熟悉,也锻炼我钻研的能力,为走上工作岗位,打下坚实的理论基础。
另外,本次毕业设计对培养我们独立思考问题和解决问题的能力有很大的提高,为今后工作做好理论储备,都具有十分重要的意义。
1.8结论
120t转炉本体部分结构合理,功能齐全,技术先进,具备当今世界一流水平,其中许多技术及结构在国内还是首次应用,转炉的整个冷却系统,在设计中考虑的十分周全,冷却点分布很广,可大大延长设备的使用寿命。
从结构、性能及技术参数上看,设计方案先进合理,产品性能优良可靠。
大力发展100t到300t的转炉设备,比较适合我国国情,应进一步完善冶炼、分析、检测的自动控制,推广挡渣技术。
随着钢铁企业的改造和重组,100t以上转炉设备将会大量上马占有市场的主导地位。
故设计建造年产400万吨合格铸坯炼钢厂转炉炼钢系统是可行的,也是必要的。
参考文献
[1]2010年我国钢铁行业现状调查研究报告.中国联合市场调研网,2010.
[2]工信部.钢铁工业“十二五”发展规划,2011.10.20.
[3]冯捷等.转炉炼钢生产[M].北京:
冶金工业出版社,2005.
[4]刘浏.中国氧气转炉炼钢技术的进步.中国冶金,2005.
[5]高泽平.炼钢工艺学.北京:
冶金工业出版社,2010.
[6]周宏.转炉炼钢新工艺、新技术介绍:
重钢技术,2010
[7]王令福.炼钢厂设计原理[M].北京:
冶金工业出版社,2009.
[8]高泽平.炉外精炼教程[M].北京:
冶金工业出版社,2011.
[9]贺道中.连续铸钢.北京:
冶金工业出版社,2007.
[10]李光强,朱诚意.钢铁冶金的环保与节能(第2版).[M].北京:
[11]殷瑞钰.我国炼钢—连铸技术发展和2010年展望.钢铁研究总院,2009.
[12]YanruiWu.TheChinesesteelindustry-recentdevelopmentsandprospects[J].DepartmentofEconomicsUniversityofWesternAustraliaNedlandsWA6907Australia,2000.
冯捷张红文转炉炼钢生产北京冶金工业出版社2009
第二章生产规模及产品方案
2.1金属平衡计算
图2.1金属平衡表
2.2生产规模的确定
该转炉车间的生产规模是年产合格铸坯400万吨。
2.2.1转炉座数和大小的确定
设计年产400万吨合格铸坯的转炉炼钢系统。
由金属平衡表计算可知,所需的转炉钢水年产量为436.8万吨。
每一座吹炼转炉的年出钢炉数N为:
(2-1)
式中:
T1—每炉钢的平均冶炼时间,取38min;
T2—一年的有效作业天数,d;
1440—一天的日历时间,min;
365—一年的日历天数,d;
η—转炉的作业率,取84%;
表2—1转炉冶炼周期和吹氧时间推荐值
转炉公称吨位/t
<30
30~100
>100
备注
冶炼周期/min
28~32
32~38
38~45
结合供氧强度、铁水成分和所炼钢种等具体条件确定
吹氧时间/min
12~16
14~18
16~20
转炉车间年产钢水量:
W=n×
N×
q(2-2)
W—转炉车间年产钢水量,t;
4368000
n—转炉车间经常吹炼炉子座数;
取3座
N—每一座吹炼炉的年出钢炉数;
11618.53炉
q—转炉公称容量,t。
n×
q=4368000÷
11618.53=376.00吨所以,取n=3则q=125.34吨
所以:
本设计选三座120吨的转炉进行炼钢。
3.1转炉炉型选择及计算
(1)转炉由炉帽、炉身、炉底三部分组成、由于炉帽(截锥形)和炉身(圆柱形)的形状没有变化。
把炉型分为筒球型、锥球型和截锥型等三种。
(1)筒球型。
熔池由球体和圆柱体两部分组成。
炉型形状简单,砌砖方便,炉壳容易制造,被国内外大、中型转炉普遍使用。
(2)锥球型。
熔池由球缺体和倒截锥体两部分组成。
与相同容量的筒球型比较,锥球型熔池较深,有利于保护炉底。
在同样的熔池深度的情况下,熔池直径可以比筒球型大,增加了熔池反应面积,有利于去磷、硫。
我国中小型转炉普遍采用这种炉型。
(3)截锥型。
熔池为一个倒截锥体。
炉型构造较为简单,平的熔池较球型底容易砌筑。
在装入量和熔池直径相同的情况下,其熔池最深,因此不适用于大型容量炉。
我国30t以下的转炉采用较多。
经过比较,由于筒球型转炉砌筑方便且炉壳容易制造以及考虑到本设计所需熔池容量为120t,所以选择了筒球型。
3.2转炉炉型各部分尺寸确定
(1)、熔池直径D。
熔池直径指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。
它主要与金属装入量和吹氧时间有关。
我国设计部门推荐的计算熔池直径的经验公式为:
式中D——熔池直径,m;
G——新炉金属装入量,t,可取公称容量;
K——系数,
t——平均每炉钢纯吹氧时间,min,
系数K的推荐值
转炉容量/t
﹤30
﹥100
备注
K
1.85~2.10
1.75~1.85
1.50~1.75
大容量取下限,小容量取上限
根据表中所列,本设计为公称容量120t转炉,所以取K=1.70,t=16则计算熔池直径为:
(2)熔池深度h。
熔池深度指转炉熔池在平静状态时,从金属液面到炉底的深度。
对于一定容量的转炉,炉型和熔池直接确定后,可以用几何公式计算熔池深度h。
因为所取为筒球型转炉,所以通常球缺体的半径R为熔池直径D的1.1~1.25倍。
本设计去1.1,当R=1.1D时,熔池体积V池和熔池直接D及熔池深度h有如下关系:
V池=0.79hD2-0.046D3
根据炉子容量与钢水密度可以确定V池,钢水密度可以根据经验公式计算如下:
取钢水温度为1600。
=8523-0.8358×
(1600+273)
=8523-1565
=6959㎏/m3
V池=1.2×
105÷
6959=17.24m3
因此
=21.89÷
17.16=1.28m
(3)炉身尺寸
转炉炉帽以下,熔池面以上的圆柱体部分成为炉身。
其直径与熔池直接是一致的,故须确定的尺寸是炉身高度H身。
=4.03m
式中V帽、V身、V池——分别为炉帽、炉身和熔池的容积;
Vt——转炉有效容积,为V帽、V身、V池三者之和,取决于容量和炉容比。
(4)炉帽尺寸
顶吹转炉一般都是正口炉帽,其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。
炉帽倾角θ。
倾角过小,炉帽内衬不稳定,容易倒塌;
过大则出钢时容易钢渣混出和从炉口大量流渣。
目前倾角多为60°
±
3°
,小炉子取上限,大炉子取下限,这是因为大炉子的炉口直径相对要小些。
本设计取60°
。
炉口直径d。
在满足顺利兑铁水和加废钢的前提下,应适当减小炉口直径,以减少热损失。
一般炉口直径为熔池直径的43%~53%较为适宜。
小炉子取上限,大炉子取下限。
本设计取45%。
即d=4.66×
45%=2.10m。
炉帽高度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,在炉口上部设有高度为H口=300~400㎜的直线段。
本设计H口取为400mm。
因此炉帽高度H帽为:
=2.2+0.4
=2.6m
炉帽总容积V帽为:
=20.68+1.38
=22.06m3
(5)出钢口尺寸
出钢口内口一般都设在炉帽与炉身交界处,以使转炉出钢时其位置最低,便于钢水全部出净。
出钢口的主要尺寸是中心线的水平倾角和直径。
出钢口中心线水平倾角θ1。
为了缩短出钢口长度,以利维修和减少钢液二次氧化及热损失,大型转炉的θ1趋于减小。
国外不少转炉采用0°
,国内转炉多为45°
以下。
出钢口直径d出。
出钢口直径决定着出钢时间,随炉子容量不同而异。
出钢时间通常为2~8min。
时间短(即出钢口过大),难以控制下渣,且钢包内钢液静压力增长过快,脱氧产物不易上浮。
时间过长(即出钢口过小),钢液容易二次氧化和吸气,散热也大。
通常d出(㎝)按下面经验公式计算:
式中G——转炉公称容量,t
所以本设计的出钢口直径就为:
16.5㎝
取166㎜。
(6)炉容比(或容积比)
炉容比系指转炉有效容积Vt与公称容量G之比值Vt/G(m3/t)。
Vt系炉帽、炉身和熔池三个内腔容积之和。
公称容量以转炉炉役期的平均出钢量来表示。
确定炉容比时应综合考虑。
通常,铁水比增大,铁水中Si、S、P含量高,用矿石作冷却剂以及供氧强度提高时,为了减少喷溅和溢渣损失,提高金属收得率和操作稳定性,炉容比要适当增大。
但过大的炉容比又会使基建和设备投资增加。
对于大型转炉,由于采用多孔喷枪和顶底复吹,操作比较稳定,因此在其他条件相同的情况下,炉容比有所减小。
转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为0.90~0.95m3/t,大转炉取下限,小转炉取上限。
本设计取0.90m3/t。
由此得到Vt=120×
0.9=108m3
(7)高径比
高径比系指转炉炉壳总高H总与炉壳外径D壳之比值。
实际上它只是作为炉型设计的校核数据。
(8)增加炉壳钢板厚度
在炉身取钢板厚为0.08m,而在炉底和炉帽分别都取为0.06m。
则计算的H总和D壳就为:
H总=1.40+2.85+4.64+1.1+0.06=10.05m
D壳=D+2×
(炉衬厚度+炉壳钢板厚度)=4.96+2×
(0.95+0.08)
=4.96+2.06
=7.02m
则高径比就为10.05÷
7.02=1.43
在高径比所推荐的范围之内。
4转炉炉衬与金属构件
4.1炉衬材质的选择
转炉炉衬寿命是一个重要的技术经济指标,受许多因素的影响,特别是受冶炼操作工艺水平的影响比较大。
但是,合理选用炉衬(特别是工作层)的材质,也是提高炉衬寿命的基础。
根据炉衬的工作特点,其材质选择应遵循以下原则:
(1)耐火度(即在高温条件下不熔化的性能)高;
(2)高温下机械强度高,耐急冷急热性能好
(3)化学性能稳定;
(4)资源广泛,价格便宜。
近年来氧气转炉炉衬工作层普遍使用镁炭砖,炉衬寿命显著提高。
但由于镁炭砖成本较高,因此一般只用于诸如耳轴区、渣线等炉衬易损部位。
4.2炉衬组成及厚度确定
通常炉衬由永久层、填充层和工作层。
有些转炉则在永久层与炉壳钢板之间夹有一层石棉板绝热层。
永久层贴紧炉壳(无绝热层时),维修时一般不予拆除。
其主要作用是保护炉壳。
该层常用镁砖砌筑。
填充层介于永久层与工作层之间,一般用焦油镁砂捣打而成,厚度80~100㎜。
其主要功能是减轻炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压和便于拆除工作层。
也有的转炉不设填充层。
本设计取用100㎜。
工作层系指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬,工作条件极其苛刻。
目前该层多用镁炭砖和焦油白云石砖综合砌筑。
炉帽可用二部煅烧镁砖,也可根据具体条件选用其他材质。
转炉各部位的炉衬厚度设计参考值如下表。
表2-1转炉炉衬厚度设计参考值
炉衬各部位名称
转炉容量
<100
100~200
>200
本设计选用
炉帽
永久层厚度/㎜
60~115
115~150
120
工作层厚度/㎜
400~600
500~600
550~650
500
炉身(加料侧)
115~200
550~700
700~800
750~850
700
炉身(出钢侧)
500~650
600~700
650~750
炉底
300~450
350~450
400
550~600
600~650
600~750
600
选择炉身钢板厚度为80㎜,炉底和炉帽的厚度为60㎜。
则所选的D壳=D+2×
(0.1+0.15+0.7+0.08)=4.96+2.06=7.02m
H总=h+H身+H帽+H衬+H钢=1.40+4.64+2.85+1.1+0.06=10.05m
得本设计的转炉相关数据为下表:
名称
尺寸
单位
h
1.40
m
D
4.96
D壳
7.02
H口
0.4
H帽
2.85
H身
4.64
H内
8.89
H总
10.02
d出
181
㎝
d
2.13
θ
60
°
转炉炉型选筒球形,其中球缺体半径取R=1.1D。
3.1.1转炉主要尺寸参数的确定和计算
(1)炉容比
炉容比取0.90m3/t
(2)熔池尺寸计算
①熔池直径D
mm;
(3-1)
G—新炉金属装入量,取公称容量120t;
t—平均每炉钢纯吹氧时间,min,(取18min);
K—系数(取1.60)
D—熔池直径,mm;
②熔池深度h
(3-2)
(3-3)
V池—转炉熔池有效容积,m3;
T—转炉内钢水密度,取6.8t/m3;
(3)炉帽尺寸计算
①炉帽倾角θ:
取θ=60◦
②炉口直径d口:
d口=(0.43~0.53)D(3-4)
本设计取d口=0.45D=0.45×
4130=2065.00mm
③炉帽高度H帽:
㎜(3-5)
式中H口—炉口直线段高度,取H口=300㎜:
④炉帽总容积V帽:
m3(3-6)
(4)炉身尺寸计算
①炉身体积V身:
取炉容比为0.90m3/t
VT=0.90×
T=0.90×
120=108.00m3(3-7)
V身=VT-V帽-V池=143.23m3(3-8)
VT—转炉有效容积,m3;
②炉身高度H身:
㎜(3-9)
(5)出钢口尺寸的确定
①出钢口中心线水平倾角θ1:
取θ1=0°
;
②出钢口直径d出:
㎜(3-10)
(6)转炉有效高度H内:
H内=h+H身+H帽=1668.92+5190.4+3226.91=10086.23㎜(3-11)
(7)转炉总高H总:
H总=H内+H衬+δ底+δ帽=10086.23+1060+130=11276.23㎜(3-12)
(8)炉壳直径D壳:
D壳=D+D衬+2δ身=5929.3+2020+160=8109.3㎜(3-13)
δ身—炉身钢板厚度,取80㎜;
D衬—炉身处两侧炉衬的厚度;
(9)高宽比核定:
H总/D壳=11276.23/8109.3=1.39(在1.2~1.4范围内)
所以设计合格。
3.2转炉炉衬设计
炉衬设计得主要任务是选择合适的炉衬材质,确定合理的炉衬组成和厚度,并确定相应各层厚度,以确保获得经济上的最佳炉龄。
3.2.1炉衬材质选择
表3.1转炉炉衬厚度选取值
工作层/㎜
填充层/㎜
永久层/㎜
绝热层/㎜
90
140
20
800
150
350
3.3复吹转炉底部供气构件设计
3.3.1底气种类
本设计确定采用加强搅拌型,所以顶枪吹氧,底部吹惰性气体和中性气体N2等。
3.3.2底气用量
采用底吹N2、Ar、CO2等气体时,供气强度小于0.03m3/(t·
min)时,其冶金特征已接近顶吹法;
达到0.2~0.3m3/(t·
min),则可以降低炉渣和金属的氧化性,并达到足够的搅拌强度。
最大供气强度一般不超过0.3m3/(t·
min)。
全程吹Ar,成本太高;
全程吹N2,又会增加钢中的氮。
考虑到经济效益和产品需求,底部全程供气,只是前期吹N2,末期再改吹Ar。
3.3.3供气构件
本设计采用类环缝式喷嘴,在环缝中设有许多细金属管,它兼有透气砖和喷嘴的优点,适用于喷吹各种气体和粉剂,还简化了细金属管砖的制作工艺,是很有发展前途的一种供气构件。
在本设计当中,由于是250t转炉,喷嘴数量选6个。
3.3.4底吹元件布置
底吹喷嘴布置应使底吹和顶吹产生的熔池环流运动同向,且是熔池搅拌均匀时间最短,以此获得最佳的搅拌效果。
喷嘴布置在按炉底部φ=0.45D同心圆上,且相互成60°
分布即偏轴心布置。
3.4转炉炉体金属构件设计
转炉金属构件是指炉壳、支承装置(托圈与耳轴)和倾动机构。
3.4.1炉壳设计
炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成。
主要承受钢水、炉渣及耐材的静载荷,以及金属料冲击;
热应力作用,其材质应具有高的强度,本设计采用锅炉钢板和合金钢板。
3.4.3倾动机构的设计
本设计采用全悬挂式倾动机构,采用无级调速,转速为0.15~1.5r/min。
第四章氧气转炉供氧系统设计
4.1氧气的供应
4.1.2转炉炼钢车间需氧量计算
(1)一座转炉吹炼时的小时耗氧量计算
①平均小时耗氧量Q1(Nm3/h):
Nm3/h(4-1)
G—平均炉产钢水量,t;
W—吨钢耗氧量,m3/t,可取45~55m3/t;
T1—平均每炉钢水冶炼时间,min。
②高峰小时耗氧量Q2(m3/h):
Nm3/h(4-2)
T2—平均每
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