年产800万吨炼钢车间设计 - 图文

xx：设计一座年产800万吨良胚的转炉炼钢车间

xxxxxxxxxxxx 大 学 本 科 毕 业 设 计(论文) 题 目：设计一座年产800万吨良坯的转炉炼钢车间 学 院：xxxxxxxxxxxxxxx 专 业：冶金工程 班 级：2008级2班 学 生：xxxxx 学 号：xxxxxx号 指导教师：xxxxxxxxxx 职称：xxxx 0

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毕业设计（论文）任务书

xxxxxxxxxxxxx 冶金工程 专业 08级（2012 届） 2班 xxxxx 学生

毕业设计（论文）题目： 设计一座年产800万吨良坯的转炉炼钢车间 毕业设计（论文）内容： 1、厂址的选择方案 2、车间生产规模，生产品种的基本方案 3、物料平衡与热平衡计算：平衡计算以100Kg铁水为基础进行计算。 4、氧气转炉设计 5、氧枪设计 6、氧气转炉炼钢车间设计 7、车间生产概述 8、转炉车间人员编制 9、技术经济分析 图纸：转炉主体设备图一张；转炉车间平面、剖面示意图各一张。 毕业设计（论文）专题部分： 物料平衡与热平衡计算，氧气转炉的设计，氧枪的设计，氧气转炉炼钢车间设计 █指导教师： （签名） 年 月 日 █教研室主任： （签名） 年 月 日 █系教学主任： （签名） 年 月 日：

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xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx08 级（ 2012届）

学生毕业设计（论文）开题报告

专业 冶金工程 学生姓名xxxxxxxxxx 指导教师 xxxxxxxxxx 现代转炉炼钢工艺的现状主要体现在： （1）转炉炼钢大型化，是转炉从诞生到成熟的标志。 （2）转炉顶底复吹炼工艺。 设计（论文）题目设计一座年产800万吨良坯的转炉炼钢车间

本（3）转炉长寿技术，溅渣护炉和炉体冷却技术的成熟都将提高转炉的炉 课 题龄。研究开发长寿命水冷烟罩、烟道等附属设备，实现转炉整体设备长寿命化。研（4）全自动转炉吹炼技术。 究的（5）全国钢铁企业集中度低。 现（6）缺乏铁矿石谈判与海运市场主动权。 状（7）钢铁库存量大，利润大幅下滑。 学术价值和现实意义目前我国正处在发展的关键阶段，国民经济实力需要大力提升，各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，例如在国民生产中就会大量的需要建筑材料，特种钢材等等。国民经济水平也需要钢铁行业来做有力的支撑。我国现在虽然年产量为5多亿吨，世界排名第一。 现在，我国的钢铁产量虽然世界之首，但是我们还要每年从国外进口很多的钢材，这是由于我国的技术力量还不达不到，生产不出某些高尖的钢种，所以我们只能依靠国外去进口，从这一角度来说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需要注意加大新技术的投入量，改进现有的设备和技术。做到科学合理的布局，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。 2

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1 绪论 2 厂址选择 3 氧气顶底复吹转炉的物料平衡与热平衡计算 4 氧气转炉设计 5 氧枪设计 6 氧气转炉炼钢车间设计 7 车间生产过程概述 8 车间人员编制 9 技术经济分析 10 结语 设计（论文 ）提纲附录A 外文期刊—原文部分 附录B 外文期刊—译文部分 结语 3

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[1] 戴云阁 李文秀 龙腾春主编:现代转炉炼钢[M] 东北大学出版社1998 [2] 王德全主编: 冶金工厂设计原理[M] 东北大学 [3] 杜挺 邓开文等著: 钢铁冶炼新工艺[M] 北京大学出版社.1994 [4] 潘毓淳主编: 炼钢设备[M] 冶金工程出版社 1992 [5] 陈家祥主编: 钢铁冶金学(炼钢部分)[M] 冶金工程出版社 1990 主要参考文献[6] 毕梦林主编: 技术经济学[M] 东北大学出版社 1997 [7] 史翠毕 陈广言: 提高转炉煤气回收量的途径[J] 安徽冶金 2006年3期 [8] 郭湛 吴科成: 转炉渣用于铁水脱磷的试验研究[J] 安徽冶金 2006年3期 [9] 邵主彪: 转炉生产高碳硬线钢的工艺实践[J] 河南冶金 2006年B09期 [10] Yu. Pokhvisnev, A. Zaitsev, and V. Valavin, Intl. Conf. Steel Industry of Russia

& C.I.S. in the XXI Century, v. 2 (Moscow: 1994) 指导教师审核意见 █教研室主任： （签名） █系教学主任： （签名

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设计一座年产800万吨良坯的转炉炼钢车间

摘 要

现代转炉炼钢要求采用大型、连续、高效设备先进生产工艺，布局合理、管理先进、节约能耗、减少污染、降低投资成本。

本设计主要任务是设计一座年产800万吨良坯的转炉炼钢车间，建有三座350吨顶底复吹转炉，采用“三吹二”操作，为提高钢材质量和高效连铸的要求，车间建有CAS-OB和RH真空处系统，本设计要求100%的连铸比。整个生产过程由计算机自动进行动态和静态控制。本设计主要内容包括：物料平衡和热平衡计算，转炉炉型及氧枪设计；主要经济技术指标的确定和生产流程的确定；车间设计及车间生产过程概述。

关键词：复吹转炉；氧枪；连铸;物料平衡；热量平衡

I

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An annual output of 8 million tons of good characterize the converter steelmaking workshop

ABSTRACT

With the rapid development of iron-steel industry now days, modern steel plants require adopting long-scale, continuous and high efficient equipment, advanced management. It should save energy, and make less pollution and reduce the investment cost.

This workshop is designed to produce 8000 thousand tons qualities ingots. Three BOF which are brown oxygen from their top adoption “three blowing two”. In the while, the refining equipment RH and CAS-OB are used for raising the steel quality and high efficient continuous casting. Computer being operated automatically control the technological process of whole plant dynamically and satirically .This design include: the balance of material and quantity of heat; the design of shape and equipment of the workshops.

Key words: BOF of blowing air on the top and bottom; Equipment of blowing

oxygen; Continuous casting；Material balance；Heat balance

II

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目 录

1绪论 ..................................................................... 1 2厂址选择 ................................................................ 2 3顶底复吹转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算 ........................ 3

3.1物料平衡计算 ....................................... 3

3.1.1计算所需原始数据 .................................................................................... 3 3.1.2 计算步骤：以100kg铁水为基础进行计算 .............................. 4 3.2热平衡计算 ........................................ 10

3.2.1基本数据 ....................................................................................................... 10 3.2.2计算过程（以100kg铁水为基础） .............................................. 11

4 氧气转炉设计 ......................................................... 14

4.1转炉炉型设计 ...................................... 14

4.1.1转炉的公称容量 ....................................................................................... 14 4.1.2转炉炉型选择 ............................................................................................. 14 4.1.3转炉炉型主要参数 .................................................................................. 14 4.2炉衬设计 .......................................... 15 4.3高宽比核定 ........................................ 16 5 氧枪设计 .............................................................. 17

5.1 喷头设计 ......................................... 17 5.2枪体设计 .......................................... 18 6 氧气转炉炼钢车间设计 .............................................. 20

6.1 转炉炼钢车间的主厂房设计 .......................... 20 6.2转炉炼钢车间主要设备 .............................. 21

III

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6.3连铸跨的参数设置及其设备 .......................... 23 7 车间生产过程概述 .................................................... 26

7.1 车间总体布置与组成 ................................ 27 7.2 炼钢厂生产过程所采用的先进设备及技术 .............. 27 8 车间人员编制 ......................................................... 28

8.1炼钢车间定员表 .................................... 28 8.2连铸车间定员表 .................................... 30 9 技术经济分析 ......................................................... 31

9.1单位产品的收入估算表 .............................. 31 9.2成本估算表 ........................................ 32 10 结论 .................................................................. 33 参考文献 ................................................................. 34 附录A外文资料 ......................................................... 36 附录B中文翻译 ......................................................... 44 致 谢.................................................................... 52

IV

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1绪论

转炉是钢铁冶金主体设备之一，当前，社会和经济可持续发展新价值观和环保新法规

对转录的设计与操作提出来越来越严格的要求，能否实现最大限度的效率和最小程度的污染，而且还要经济有效，及其生存发展可能性等问题，高效率，高质量，高寿命，低污染，低问题，这是设计目标。

作为四年大学对所学的专业的一次总结，我把书本上学到的知识做一次总结和 综合的应用，力求达到设计的目标

自1996年中国首次钢产量突破1亿吨以来，中国就成为世界第一产钢大国，迄今为止，已连续9年稳居世界第一的位置，2003年，已占世界总产量的25％；2004年，我国钢产量2.7亿吨，生铁产量2.5亿吨，2020年，我国要实现GDP翻两翻，钢铁需求量将进一步增加，钢铁工业存在着较大的发展潜力。因此我们进行转炉炼钢车间设计是横有积极意义的。

此次设计根据所给的各种参数和条件，本着因地制宜，经济使用的原则，但由于知识和资料有限等问题其中有一些设备具体情况只是做选择而不能具体设计。

由于编者时间和水平有限，本设计难免存在诸多不足之处，敬请老师给予批评指导。

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2 厂址选择

本设计厂址选在新余市郊，随着江西省经济的迅速发展，各行业对钢材的需求也在不断上升。尤其是特种钢材，而且人们的注意力也逐渐移向钢材的高质量，为了充分利用当地资源条件促进其他部门的发展，在新余附近建立一个钢厂是很迫切的。 同时，优越的地理位置更提供给我们在新余市郊建设钢厂的条件：

(1) 新余北依浙赣铁路、沪瑞高速公路，东临赣粤高速公路，东南紧濒赣江支流袁河，

交通便利，可以外购废钢，大吨位运输。

(2) 新余市工业发达，废钢资源丰富，而且人口众多，劳动力充足。

(3) 新余市贸易发达，进出口条件优惠，美，澳，日等多国在此均有贸易，有投资优

势。再技术改进上也有优势。

由此，本设计中年产800万吨良坯，以碳结钢、合结钢，弹簧钢为主的转炉钢厂选在新余市郊的公路铁路沿线处。

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3 顶底复吹转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算

3.1物料平衡计算

3.1.1计算所需原始数据

基本数据有：冶炼钢种及其成份表（3-1）；金属料——铁水和废钢成分（表3-1）造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分（表3-2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3-3）；其它工艺参数设定值表（表3-4）

表3-1 冶炼钢种铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分 类别 钢种Q235设定值 铁水设定值 废钢设定值 ＊终点钢水设定值 0.18 0.25 0.55 ≤0.045 ≤0.050 4.15 0.65 0.55 0.18 0.045 0.18 0.25 0.55 0.030 0.030 0.10 痕迹 0.20 0.016 0.026 C Si Mn P S *[C]和[Si]按实际生产情况选取;[Mn]、[P]和[S]分别按铁水成分的28%、12%、55%留在钢水中设定。

表3-2 原材料成分

成分 CaO SiO2 Mg0 Al2O3 Fe2O3 CaF2 P2O5 S CO2 H2O C 灰分 烧碱 类别 石灰 萤石 轻烧白云 炉衬 焦炭 87.5 2.40 3.50 1.55 0.50 0.10 0.06 4.64 0.10 1.32 4.45 0.60 0.60 1.50 87.80 0.90 0.10 1.50 36.0 0.80 26.0 1.20 36.0 1.52 3.30 78.9 0.28 1.80 14.6 FeO 0.56 81.8 12.6 5.49 表3-3 铁合金成分(分子)及其回收率(分母)

硅 铁 锰 铁 C Si Mn Al P S Fe - 73.00/75 0.50/80 2.5/0 0.05/100 0.03/100 23.92/100 *6.60/87 0.50/75 67.80/80 - 0.23/100 0.13/100 24.74/100 *13%的C生成CO2。

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表3-4 其它工艺参数设定值

名 称 终渣碱度 萤石加入度 轻烧白云石 炉衬蚀损量 参 数 êO/%SiO2=3.0 为铁水的0.5% 为铁水的2.3% 为铁水的0.3% 名 称 渣中铁损 氧气纯度 炉气中自由氧含量 气化去硫量 参 数 为渣量的4.5% 99%余者为N2 0.5%(体积比) 占总去硫量的1/3 88% C氧化为CO，12%氧化为CO2 由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的16.12%，即废钢比为13.88% 终渣含量∑FeO按 13%，而（Fe2O3）/∑(FeO)= (FeO)=1.35(Fe2O3)1/3,即（Fe2O3）=4%，（FeO）金属中[C]的氧化物 =6.6% 折算 烟尘量 喷溅铁损 为铁水量的1.5%（其中FeO为75%，Fe2O3为20% 为铁水量的0.16% 废钢量 3.1.2 计算步骤：以100kg铁水为基础进行计算

第一步、计算脱氧和合金化前的总渣量及其成份

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。其各项成渣量及成分分别列于3-5，3-6，3-7。总渣量及其成分如表3-8所示 第二步：计算氧气消耗量

氧气消耗量是消耗项目与供入项目之差，详见表3-10所示

表3-5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量

元素 C Si Mn P S Fe 合计 成渣量 反应产物 元素氧化量（kg） 耗氧量（kg） 产物量（kg） [C]->{CO} 4.05×88%=3.56 4.87 8.52 [C]->{CO2} 4.05×12%=0.49 1.09 1.50 [Si]->(SiO2) 0.65 0.74 1.39 [Mn]->(MnO) 0.35 0.10 0.45 [P]->(P2O5) 0.164 0.21 0.38 [S]->{SO2} 0.019×1/3=0.006 0.006 0.012 [S]+(CaO)-> (CaS)+(O) 0.019×2/3=0.006 -0.0065* 0.029(CaS) [Fe]->(FeO) 0.963×56/72=0.75 0.21 0.96 [Fe]->(Fe2O3) 0.29×112/160=0.203 0.087 0.29 6.196 7.31 *由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量0.012×56/32=0.021kg

备注 入渣 入渣 入渣 入渣 入渣(表2-8) 入渣(表2-8) 入渣组分之和：3.482 4

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表3-6 炉衬蚀损的成渣量

炉衬蚀损量（kg） 0.3 (据表2-4) 合计 成渣组分（kg） 气态产物（kg） 耗氧量（kg） C->CO CaO SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 0.3×14.60.0046 0.0099 0.2367 0.0008 0.0054 %×88%×28/12=0.09 0.26 表3-7 加入熔剂成渣量

C->CO2 0.3×14.6%×12%×44/12=0.019 0.109 C->CO，CO2 0.3×14.6%(88%×16/12+12%×32/12)=0.065 0.065 类别 加入量 (kg) 成渣组分(kg) 气态产物(kg) CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 P2O5 CaS CaF2 H2O CO2 O2 0.007 0.003 0.022 0.008 0.008 0.005 0.00075 0.439 0.828 0.598 0.018 0.028 3.809*2 0.153 0.102 0.068 0.022 0.004 0.004 4.64 0.754 0.142 0.104 0.030 0.009 0.005 0.439 6.127 0.005 0.828 0.004 0.202 0.0009*3 0.009 1.03 0.0009 萤石 轻烧白云石 石灰 合计 成渣量 0.5 2.3 4.36*1 *1石灰加入量计算如下：由表3-5~3-7可知， 渣中已含（CaO）=-0.023+0.0046+0.007+0.828=0.8166kg 渣中已含（SiO2）=1.39+0.0099+0.022+0.018=1.4399kg 因设定的终渣碱度为R=3.0

故石灰加入量[R·∑(SiO2)-∑(CaO)]/(êO石灰-R×%SiO2石灰) ( 3-1) =(3×1.4399-0.8166)/(87.5%-3×2.4%)=4.36kg *2为(石灰中CaO含量)-(石灰中S→CaS的CaO量)。 *3为由CaO还原出的氧量，计算方法同表3-5之注

表3-8 总渣量及其成分

炉渣成分 CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO FeO Fe2O3 CaF2 P2O5 CaS ①②合计 元素氧化 1.390 0.450 0.963 0.2900.380 0.029 3.502 3.809 0.102 0.153 0.068 0.022 0.004 4.162 石灰成渣 0.004 0.257 炉 衬 1.472 轻烧白云石 0.0046 0.010 0.238 0.0008 0.0054 0.493 萤石成渣量 0.828 0.018 0.598 0.028 0.007 0.022 0.003 0.008 0.008 0.44 0.005 0.0008 总渣量 % 4.65 1.54 0.99 0.10 0.45 0.963 0.29 0.44 0.039 0.034 9.76* 48.37 16.11 10.21 1.06 5.02 6.60 4.00 4.24 4.05 0.34 100 *总渣量计算如下：因为表2-8中除FeO和Fe2O3发外的渣量为：4.65+1.54+0.99+0.10+0.450+0.44+0.390+0.034=8.594kg，

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而终渣∑（FeO）=13%(表3-4),故总渣量为：8.594/(100-13)%=9.88kg ① (FeO)量=9.88×9.75%=0.963kg ② (Fe2O3)量=9.88×3.25%-0.022-0.0054-0.008=0.29kg 第三步：计算炉气及其成分表3-9，3-11。

1) 矿石,烟尘中的铁及氧量：假定矿石中的 FeO、Fe2O3全部被还原成铁，则有： 烟尘带走铁量=1.50×(75.00%×56/72+20.00%×112/160)=1.085kg 烟尘消耗氧量=1.5×(75.00%×16/72+20%×48/160)=0.340kg 其它造渣剂的Fe2O3带入量和氧量忽略不计 2) 炉气成分、重量及体积

① 当前炉气化和造渣剂带入的气体重量见下表体积V1由元素氧

表3-9 气体来源及重量、体积

来源 CO CO2 SO2 H2O 合计 铁水/kg 炉衬/kg 轻烧白云石/kg 石灰/kg 萤石 8.52 0.090 1.50 0.019 0.828 0.202 0.012 0.004 0.005 合计 8.490 2.55 0.012 0.009 体积/Nm3* 6.792 1.298 0.004 0.011 V1=8.11 10.032 0.109 0.828 0.206 0.005 11.18 *气体体积=气体重量×22.4/气体分子量 ② 当前氧气消耗重量及体积

表3-10 氧气消耗量 元素氧化 烟尘铁氧化 炉衬碳氧化 石灰硫还原氧 合计 耗氧量7.31 0.340 0.065 -0.0027 7.71 /kg 则当前实际氧气消耗的体积量： VO2=7.71×22.4/32=5.397Nm3

③ 炉气总体积Vg：炉气总体积为：

Vg=元素氧化生成的体积+水蒸气的体积+炉气中自由体积+炉气中氮气体积 即Vg=V1+{O2}炉气×Vg+[V02+{O2}炉气×Vg] ×{N2}氧气/{O2}氧气，式中，{O2}炉气为炉气中自由氧含量，0.5%;{N2}氧气中氮气成分;{O2}氧气为氧气中氧气成分。

Vg?整理得：

V1?VO2{N2}氧气/{O2}氧气1?{O2}炉气?{O2}炉气{N2}/{O2}氧气 ( 3-2)

=[8.11+5.397×0.5%/99.5%]/[1-0.5%-0.5%×%0.5%/99.5% =8.06Nm3

④ 炉气中自由氧体积及重量] If=0.5%×8.06=0.5%Vg =0.0403 Nm3 We=32×0.0403/22.4=0.058kg ⑤ 炉气中氮气气体体积及重量 Vn2=(5.397+0.0403) ×0.5%/99.5% =0.027 Nm3 Wn2=28×0.027/22.4 =0.034kg

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表3-11 炉气组元的重量和体积

炉气组元 重量/kg 体积/ Nm3 体积百分数 CO CO2 SO2 O2 N2 H2O 合计 8.49 2.55 0.012 0.058 0.034 0.009 11.153 6.792 1.298 0.004 0.0403 0.027 0.011 8.172 83.11 15.88 0.049 0.49 0.33 0.135 100 3) 总氧气消耗量及体积 WO2∑=7.71+0.058+0.034

=7.802kg

VO2∑=22.4×(7.71+0.058)/32+22.4×0.034/28=5.420+0.027

=5.465 Nm3

第四步:计算脱氧和合金化前的钢水量

表3-12 吹炼中铁水的各项损失

吹损 重量/kg 铁损合计 元素氧化* 烟尘铁损 渣中铁珠 喷溅铁损 6.196 1.085 9.88×4.5%=0.518 100×0.16%=0.16 7.886 *铁水元素氧化：4.05+0.65+0.35+0.164+0.019+0.75+0.203=6.186kg 钢水重量为Wm=100.00-7.886

=92.114kg

即钢水收得率为92.114%

表3-13 未加废钢的物料平衡表

收入 项目 重量 % 铁水 100 86.83 石灰 4.36 3.79 萤石 0.5 0.43 轻烧白云石 2.3 2.0 炉衬 0.3 0.26 氧气 7.71 6.69 合计 115.17 100 支出 项目 重量 % 钢水 92.114 79.89 炉渣 9.88 8.6 炉气 11.153 9.68 喷溅 0.160 0.14 烟尘 1.500 1.3 渣中铁珠 0.445 0.39 115.252 100 计算误差=(115.17-115.252)/115.17×100%=-0.07% 第五步：计算加入废钢的物料平衡 (1) 废钢中各元素氧化量

表3-14 废钢中各元素氧化量

元素 废钢成分/% 终点钢水/% 氧化量/% C Si Mn P S 0.18 0.25 0.55 0.030 0.030 0.1 痕迹 0.20 0.016 0.026 0.08 0.25 0.35 0.014 0.004 (2) 废钢中各元素氧化量耗氧量,氧化产量

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表3-15 16.12kg废钢中元素氧化产物及成渣量

元素 反应产物 C Si Mn P S [C]→{CO} [C]→{CO2} [Si]→(SiO2) [Mn]→MnO [P]→(P2O5) S]→(SO2) [S]+(CaO) →(CaS)+(O) 元素氧化量 16.12×0.08%×88%=0.011 16.12×0.08%×12%=0.0015 16.12×0.25%=0.040 16.12×0.35%=0.056 16.12×0.014%=0.0023 16.12×0.004%×1/3=0.0002 16.12×0.004%×2/3=0.0008 0.111 耗氧量 0.011×16/12=0.015 0.0015×32/12=0.004 0.04×32/28=0.046 0.056×16/55=0.016 0.0023×80/62=0.003 0.0002 -0.00021 产物量 0.011×28/12=0.026 0.0015×44/12=0.0055 0.04×60/28=0.086 0.056×71/55=0.072 0.0023×142/62=0.005 0.00042 0.00097 0.196 合计 成渣量 0.084 废钢进入钢水中的重量=16.12-0.111=16.009kg 进入炉气中的气体重量=0.026+0.0055+0.00042=0.032kg

(3) 加入废钢后的物料平衡,将表3-15和表3-13的相应数据合并得加入废钢后的物料表见

表3-16和表3-17

表3-16 加入废钢后的物料平衡表(以100kg铁水为基础) 收 入 项目 重量 铁水 100 废钢 16.12 石灰 4.36 萤石 0.5 轻烧白云石 2.3 炉衬 0.3 氧气 7.802+0.084=7.886 合计 131.466 支 出 项目 重量 钢水 92.114+16.009=108.123 炉渣 9.88+0.196=10.076 炉气 11.153+0.032=11.185 喷溅 0.160 烟尘 1.500 渣中铁珠 0.445 合计 131.489 表3-17 加入废钢的物料平衡表[以100kg(铁水+废钢为基础)]

收 入 项目 铁水 废钢 石灰 萤石 轻烧白云石 炉衬 氧气 合计 重量 86.12 13.88 3.75 0.43 1.98 0.26 6.79 113.21 % 76.07 12.26 3.31 0.38 1.75 0.23 6.00 100 项目 钢水 炉渣 炉气 喷溅 烟尘 渣中铁珠 合计 113.07 支 出 重量 93.11 8.68 9.63 0.14 1.13 0.38 100 % 82.35 7.68 8.51 0.12 1.00 0.34 计算误差:(113.21-113.07)/113.21×100% =0.12% 8

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第六步：算脱氧和合金化后的计物料平衡

(1) 钢种成分中限(表3-1)和铁合金成 锰铁,硅铁加入量

根据分及其收得率(表3-3)算出锰铁和硅铁加入量。锰铁加入量Win的计算为: Win=[(Mn)钢种%-[Mn]终点%]/(锰铁Mn%×Mn收得率%)×钢水量 (3-3) =[(0.55%-0.20%)/(67.8%×80%)]×93.11=0.60kg 硅铁加入量为WFe-Si：

WFe-Si=[([Si]钢种%-[Si]终点%)×(加入猛铁后的钢水量-[Si]/(硅铁含Si%×Si回收率)

=[(0.25%-0)×(93.11+0.60)-0.60×0.5%×75%]/(73%×75%)

=0.234/(73%×75%)=0.42kg

铁合金中元素的烧损量和产物量。

表3-18铁合金元素烧损量及产物量

类别 锰 铁 元素 C Mn Si P S Fe 合计 Mn Si P S Fe 合计 总 计 烧损量 脱氧量 成渣量 炉气量 进入钢中量/kg 0.60×6.60%×13%=0.005 0.014 0.012 0.60×6.6%×87%=0.034 0.60×67.8%×20%=0.081 0.047 0.128 0.60×67.8%×80%=0.325 0.60×0.5%×25%=0.0008 0.001 0.0017 0.60×0.5%×75%=0.002 0.60×0.23%=0.00138 0.60×0.13%=0.00078 0.60×24.74%=0.148 0.0808 0.002 0.130.012 0.510 0.42×0.5%×20%=0.0004 0.0001 0.0005 0.42×0.5%×80%=0.002 0.42×73%×25%=0.077 0.088 0.165 0.42×73%×75%=0.230 0.42×0.05%=0.0002 0.42×0.03%=0.0001 0.42×23.92%=0.100 0.0787 0.088 0.166 0.332 0.16 0.09 0.296 0.012 0.842 硅 铁 *0.124kg的氧量为脱氧剂总脱氧量

终点钢水含氧量可根据终点[C]=0.1%和[C]×[O]=0.0023即[O]=0.0023/0.1=0.023% 则出钢时氧的重量=0.023%×93.11=0.0214kg,此氧量还不能满足脱氧剂的耗氧量,其差值是由于出钢时钢水二次氧化所获得的氧。 (2) 脱氧和合金化后钢水成分

C： 0.10%+0.034/(93.11+0.842)×100%=0.038% Si：(0.002+0.230)/(93.11+0.842)×100%=0.245% Mn：0.2%+(0.325+0.002)/(93.11+0.842)×100%=0.35% P：0.016%+(0.00138+0.0002)/( 93.11+0.842)×100%=0.0019% S：0.026%+(0.00078+0.0001)/( 93.11+0.842)×100%=0.0012%

可见含量尚未达到设定值,为此需向钢包内加入焦粉增碳,焦粉成分见表(2-2)其加入量We=([C]钢种中限-[C]脱氧后)%×钢水量/[焦粉含碳量(%)×C回收 率% =(0.18-0.038)%×(93.11+0.842)/(81.8%×75%)=0.22kg (3-4) 加入0.0716kg的焦粉后,钢水的含碳量可达0.18%焦粉生成物如表3-19

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表3-19 焦粉生成产物

碳烧损量 耗氧量 气体量/kg 成渣量/kg 碳入钢量/kg 0.22×81.8%×25% 0.045×32/12 0.045×44/12+0.22 0.22×12.4% 0.22×81.8%×75% ×(0.56+5.49)% =0.045 =0.12 =0.178 =0.027 =0.18 * 是CO2、H2O和挥发分之总和(未计挥发分燃烧的影响) (4) 脱氧和合金化后的总物料平衡

将以上结果合并后可得脱氧和合金化后的总物料平衡表

表3-20 总物料平衡表

收 入 项目 重量 % 支 出 项目 重量 %

铁水 86.12 75.1 钢水 93.11+0.842+0.18=94.123 82.14 废钢 13.88 12.1 炉渣 8.68+0.296+0.027=9.003 7.86 石灰 3.75 3.27 喷溅 0.14 0.12 萤石 0.43 0.38 烟尘 1.13 0.98 轻烧白云石 1.98 1.73 渣中铁珠 0.38 0.33 炉衬 0.26 0.23 炉气 9.63+0.012+0.78=9.746 8.57 氧气 6.79+0.09 +0.12=7.0 6.1 硅铁 0.42 0.37 锰铁 0.60 0.52 焦粉 0.22 0.2 合计 114.66 100 114.605 100 计算误差=(114.66-114.605)/114.66×100%=0.048%

3.2热平衡计算

3.2.1基本数据

(1) 物料平均热容及其熔化潜热

表3-21 物料平均热容

物料名称 固态平均热容(kJ/chg.) 熔化潜热(kJ/kg) 液态或气态平均热容(kJ/chg.) 生铁 钢 炉渣 矿石 烟尘 炉气 0.745 0.699 ---- 1.047 0.996 ---- 218 272 209 209 209 ---- 0.837 0.837 1.248 1.137 表3-22 入炉物料及产物的温度 名称 温度/°C 入炉物料 铁水 废钢 其它原料 1250 25 25 产物 炉渣 炉气 烟尘 与钢水相同 1450 1450 (2) 入炉物料及产物的温度 (2) 熔入铁液中元素对铁熔点的降低值

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表3-23 熔入铁溶液中元素对铁熔点的降低值 元素 熔入1%元素使铁熔点降低值/°C 使用含量范围1% C 65 70 75 80 85 90 100 <1 1.0 2.0 2.5 3.0 3.5 40 Si Mn P S 8 5 30 25 ≤3 ≤15 ≤0.7 ≤0.08 另外，O、H、N三种元素共降低铁水熔点值为6℃ （4）炼钢反应热效应

表3-24 炼钢温度下的反应热效应 反应类型 氧化反应 成渣反应 分解反应 化学反应 [C]+1/2{O2}={CO} [C]+{O2}={CO2} [Si]+{O2}=(SiO2) {Mn}+{O2}=(MnO2) 2[P]+5/2{O2}=(P2O5) [Fe]+1/2{O2}=(FeO) 2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3) (SiO2)+2(CaO)=(2CaO·SiO2) P2O5+4(CaO)=(4CaO·P2O5) CaCO3=(Ca)+{CO2} MgCO3=(MgO)+{CO2} 热效应 kj/kmol -139420 -418072 -817682 -361740 -1176563 -238229 -722432 -97133 -693054 169050 118020 热效应 KJ/kg 组元 -11639 C -34834 C -29202 Si -6594 Mn -18980 P -4250 Fe -6460 Fe -1620 SiO2 -4880 P2O5 1690 CaCO3 1405 MgCO3 3.2.2计算过程（以100kg铁水为基础）

(1) 热收入Qin

1) 铁水物理热Ohm

已知纯铁水的熔点是1536°C，则根据表3-23和表3-1的数据得：

铁水熔点 T=1536-（4.15×100+0.65×8+0.55×5+0.18×30+0.045×25）-6 (3-5) =1112.5°C

铁水物理热 QW=100×[0.745×(1112.5-25)+218+0.837×(1250-1112.5)] (3-6) =114327.57KJ 2) 元素氧化热及成渣热QY

由铁水中元素氧化量和反应热效应可算出。

表3-25 元素氧化热和成渣热

反应产物 C→CO C→CO2 Si→SiO2 Mn→MnO2 Fe→FeO 氧化热或成渣热/KJ 3.650×11639=42482.35 0.410×34834=14281.94 0.65×29202=18981.30 0.35×6594=2307.9 0.75×4250=3187.5 反应产物 Fe→Fe2O3 P→P2O5 P2O5→4CaO·P2O5 SiO2→2CaO·SiO2 总计 氧化热或成渣热/KJ 0.203×6460=1311.38 0.164×18980=3112.72 0.39×4880=1903.20 1.54×1620=2494.8 90063.09 3) 烟尘氧化热QC由表3-4中给出的烟尘量参数和反应热效应可得： QC=1.5×(75℅×56/72×4250+20℅×112/160×6460) (3-7)

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选N=15 2) 吊车台数N2

N2=Akt/1440b (6-8)

式中：t为加一斗废钢占用吊车的时间（取20min）

k 为吊车辅助作业系数1.10

N2=71×20×1.1/(1440×0.8)

=1.36=2台

（3） 出渣系统

1) 渣罐数n

n=1+n2+n3 式中：n1为车间周转使用渣罐数

n2为炉下渣罐数+倒罐站渣罐数+连铸渣罐数 n3车间备用渣罐数 （10～15）﹪n

其中n1=Aktn′/24 n′=m炉/(?渣 ?v罐)=80.81?375?10-3 / 2.5?15=0.81=1 k=渣罐装满系数1.25～1.3 t=周期时间3～6小时

故n1=71×1.0×1.3×(3～6)/24=11.5～23.1 取n1=16个

n2=2+2+2=6

故 n=n1+n2+n3 ?n=16+6+13% n

∴ n=26 n3=4 2) 渣罐石车

选择渣罐车4台，载重量350T （4） 钢包容量及数量

① G=375t

② n=n1+n2+n3 式中:n1为车间周转使用钢包数 n2为处于修理的钢包数

n3为处于大修的钢包数 15%n

且: n1=At/1440 t为每炉钢包周转时间 300min

=71×300/1440=14.8=15

n2=At/24T t为冷修时间 49h

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(6-9)

(6-10)

(6-11) (6-12) (6-13)

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=71×49/24×40 T为钢包寿命 =3.6=4

故： n=n1+n2+n×15% => n=23

（5） 铁水处理设备

设置两台落地式扒渣机

（6） 散状料高位料仓

料仓容积=昼夜消耗量?贮备时间/(装满系数?堆比重)

① 石灰料仓

V=3.7011?375/95.1572?71?12/ (24?1.0?0.8) =647.2m3

② 轻烧白云石料仓

V=1.2337?375/95.1572?71?12/ (24?0.8?1.7) =127.0 m3 ③ 萤石料仓

V=0.4112?375/95.1572?71?12/ (24?0.8?1.7) =42.3 m3 ④ 矿石料仓

V=0.8225?375/95.1572?71?12/ (24?0.8?2.7) =53.3 m3 ⑤ 备用料仓

设置一个容积为100m3的备用料仓,用来盛装调渣剂

6.3连铸跨的参数设置及其设备

(1) 铸机机型的选择

车间实行100﹪连铸,从生产率,铸机品种质量,铸坯断面,降低铸机高度,节省基建和投 资设备等方面综合考虑选择多点矫直直结晶器弧行板坯连铸机. (2) 连铸机的主要参数 ① 最大浇注时间

tmax= (logG-0.2)f/0.3 (6-14)

式中 tmax—钢包允许的最大浇注时间，min； G—钢包容量，t；

f—质量系数,主要取决于对浇注温度的控制要求。一般取10-12.本设计取11。

所以 tmax=(log375-0.2)×11/0.3 (6-15) =87.05min=88min ② 铸坯断面选择

由<<钢铁厂设计原理>>(下册)选择250×(700～1600) ③ 拉速

常取1.3～1.5m/min 本设计取1.5m/min ④ 流数

N=G/tFVρ (6-16) 式中:G—钢包容量，t；

t—钢包浇注时间， min； F—铸坯断面面积； V—该断面的工作拉速

ρ—铸坯密度,镇静钢取7.6-7.8t/m3 所以 N=375/[88×(0.25×0.7～0.25×1.6)×1.5×7.7] =2.11～0.92 既 3～1流 取N=2

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⑤ 弧行半径

弧行半径也可根据经验公式(F式)估算:R=KD (6-17)

式中:K—系数.一般取K=35～45、D—铸坯厚度

所以 R＝0.35×44=15.4 据上取弧行半径R=16m ⑥ 连铸机生产能力的确定 A 浇注周期

T=t1+nt2 (6-18) 式中:T—浇注周期，min

t1—准备时间，板坯连铸机约25′～ 45′，取40′ n--平均连铸炉数；3～6，取5

t2—单炉浇注时间，它是指从中间已开浇至浇注完的时间，若连铸则为nt2。 单

炉浇注时间按下式计算

t2=G/BDPVN (6-19) 式中:G—平均每炉产钢水量，t；

B—铸坯宽度，m； D—铸坯厚度，m

V—工作拉速，m/min； N—流速。

所以t2=350/[(0.7～1.6)×0.25×7.7×1.5×2] (6-20) =86.6′～37.9′ 所以T=40+5×(86.6～37.9)=437.0～229.5 B 连铸机的作业率

n=[(T1+T2)/T0]×100%=[(T0+T3)/T0]×100% (6-21) 式中:n—连铸机年作业率，%； T1—连铸机准备工作时间，h；

T2—连铸机年浇注时间，h； T3—连铸机的非作业时间，h； T0—年日历时间，8760h；

n= (8760-1880)/8760=78% (6-22) T3=340+450+230+315+315=1880h

T3分别是年度大修，中修，定期小修，更换结晶器，等待，内部故障，外部故障。 C 生产能力

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1) 理论小时产量

Q=60NBDVρ (6-23) 式中Q—连铸机理论小时产量,t/h；

B—铸坯宽度，m； D—铸坯厚度，m； V—工作拉速，m/min； ρ—铸坯密度，t/m3； N—流速。 所以 Q=60×2×(0.7～1.6)×0.25×1.5×7.7 （6-24）

=242.6～554.4(t/h)

2) 连铸机的日平均产量 A=1440×GnY/T (6-25) 式中 A—连铸机的日平均产量，t/d；

1440—一天的时间，min； T—浇注周期，min；

G—每炉钢的平均出钢量； n—平均连铸炉数；

Y—连铸坯收得率，%。 所以A=1440×350×5×98%/(349～175.5)

=7076～14072 t/d

3) 平均年产量

P=365An (6-26) =365(7076～14072)×78% =201～401(万吨) 4) 最高日产量

Amax=GYZ=350×98%×24=8232吨 (6-27) 式中 Z—最高日浇注炉数,Z=1440n/(T+△T)， △T为等待时间

这里△T=(349～175.5)-40=309～135.5 (6-28) 所以 Z=1440n/(T+△T)=10.5～23.2=11～24 (炉) 这里n=5,T=(349～175.5) (3) 中间包主要工艺参数 ① 容量

Gm=1.3FυtN? (6-29) 式中:F--铸坯断面积，m2；

υ--工作拉速，m/min； t--更换钢包时间，min； N--流数；

?--钢水密度，t/m3

所以 Gm=1.3×(0.25×1.6)×1.5×1.2×2×6.9 =12.92t

另外中间包的容量也可按钢包容量的15-40%确定,故本设计取中间包为100t

② 钢液面深1.1m，液面距上口200mm。 ③ 水口直径

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d=Gmaxm?h (6-30)

式中:m—每流铸坯水口个数；

h—中间包内钢液面深度，cm；

Gmax—最大工作拉速时钢水流量，kg/min

cm5/2； ?--水口流量系数,低碳钢取16-18,合金钢取10-14 kg/min·d=4620(1?17?100) =5.21cm=52.1mm

④ 中间包承载设备

每台连铸机配备两台中间包小车。 (4) 结晶器主要参数 ① 断面尺寸 B＇=B×1.02=(0.7～1.6)×1.02=0.714～1.632 D＇=D×1.03=0.25×1.03=0.2575 ② 结晶器长度

? Lm=()2? （6-31）

km式中:?=坯壳厚度，取17mm；

Km=24mm/min V=1.5m/min 所以 Lm=(17/24)2×1.5=0.753m=753mm 故, 结晶器长度L

L=Lm+(0.08～0.12 （6-32） =753～970 =850mm ③ 结晶器铜壁厚度 有效厚度取30mm ④ 结晶器锥度

V=0.9～1.3%/m=1.2%/m

⑤ 结晶器水缝面积

Saw=10000W/36Vw （6-33）

式中:W—结晶器总耗水量

Vw—结晶器水缝内冷却水流速 所以 Saw=10000×100/(36×8)=3472.2mm2 ⑥ 拉坯阻力F

F=(10000～15000)L0 （6-34） 式中L0结晶器周边长，m。

F=4000～4500N

7 车间生产过程概述

现代转炉炼钢车间设计要求采用大型,高效,连续化的设备,先进的生产工艺,集中紧凑的布置及合理的运输过程；采用控制生产和管理;合理利用和节约能源,便于实现生产过

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程的机械化,自动化和连续化,有利于新技术的推广和应用；能充分利用本业生产的各种副产品,开展综合利用,实现良好的环境保护,具有交好的生产条件,保证本企业生产的正常运行。本设计本着实事求是的原则,力图达到以上要求,具体设计如下所述：

7.1 车间总体布置与组成

(1) (2) (3) (4) (5)

车间布置以高炉—混铁车线路—转炉成直线分布

三台连铸机采用横向布置,设置在转炉的一侧,车间实行全铸。 混铁车进入转炉车间前,进行铁水预处理(脱S.P)并设有扒渣设施。 设置一条热送轨道至热渣厂。

连铸机出坯方向与连铸机方向平行,既纵向出坯。

7.2 炼钢厂生产过程所采用的先进设备及技术

炼钢厂生产工艺流程：

高炉铁水—混铁车—铁水预处理—倒罐站—扒渣—复吹转炉—挡渣出钢

—RH(CAS-OB)处理—连铸—热渣厂 (1) 混铁车预喷粉脱S装置(T.D.S)

铁水预处理采用铁的TDS(TORPTADO-DT-SNPHHURIATION)处理高炉运来的铁

水，设备作业率90%,可使铁水中S降低其含量的80%左右,铁水温度在1300℃以上,脱S采用石灰粉(CaO)。 转炉顶底复吹技术

转炉采用顶底复吹技术,可使吹炼平稳,喷溅少,易于控制成渣过程及增大熔池搅拌强度,节能降耗,提高产品质量. (2) 转炉氧枪装置

氧枪上部弯管采用法兰于下部氧枪体联接形式,便于安装,拆卸.氧枪喷头采用拉瓦尔形式,在高速氧流作用下,有较好的熔池搅拌能力,而且吹炼是枪位可较高,有利于提高氧枪寿命及炉龄。 (3) 转炉副枪装置

副枪通过计算机实现计算机控制,能保证快速检测熔池温度,碳样及液面位置并取样。

(4) 炉外精练技术

采用炉外精练可以减轻转炉负担,改善和提高钢的质量。本设置采用的精练设备有RH和CAS-OB.RH处理后可使钢中S降至10PPM,H降至0.6-1.0以下，N降至25-30PPM，O降至20PPM以下，CAS-OB处理后可使钢水升温,进行成分微调。 (5) 高度自动化控制

利用计算机实现转炉炼钢的自动化控制,底吹气体的模式设置,切换时间以及起始搅拌时刻均由仪表系统设定,连铸部分的自动化控制采用两级制,由电气系统,可编程控制器及数字仪表系统组成的基础自动化控制系统。 (6) 结晶器在线调宽技术

在浇注过程中实现结晶器宽度的调整,是实现连铸板坯热送,热装,连铸,连扎的前提之一。此设计中采用结晶器在线调宽技术,可生产各种不同宽度的板坯。 (7) 连铸坯热送

连铸坯热送至热扎,是炼钢节能的重要措施,其实现是以生产合格的高温无缺陷铸坯为前提条件.热送热扎也是提高生产效率,加快固转,便于管理的重要手段。

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汪洋：设计一座年产800万吨良胚的转炉炼钢车间

8 车间人员编制

8.1炼钢车间定员表

表8-1 炼钢车间定员表

序号 (一) (1) 岗位或工种 生产准备作业区 废钢料厂 一班 28

二班 三班 四班 5%补勤 合计 xxxxxxxxxxxxxxxx毕业设计

① ② ③ ④ ⑤ （2） ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ （二） （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10） （三） （1） （2） （3） （4） 日班作业长 组长 废钢准备 废钢称重 废钢切割、打包工 小 计 副原料 日班作业长 组长 散状材料管理工 专用材料供应站管理工 铲车司机 洗修工 生产备件管理 小计 炉前作业区 日班作业区 生产调度 日班准备长 四班作业长 转炉冶炼工 炉下操作工 精炼组长 LF冶炼工（含配电、喂丝） 吹氧工 炉子维护 小计 砌筑作业区 日班作业长 资料周期及耐材管理 砌炉组长 转炉、BOF盖 1 1 1 2 6 11 1 1 2 2 3 2 3 14 1 2 1 1 4 1 1 3 1 1 20 1 2 1 3 1 1 2 6 10 1 2 2 1 6 2 1 4 1 1 3 1 1 18 1 1 2 6 10 1 2 2 1 6 2 1 4 1 1 3 1 1 18 1 1 2 6 10 1 2 2 1 6 2 1 4 1 1 3 1 1 18 3 2 4 1 4 4 8 24 44 1 4 8 8 6 2 3 34 1 8 1 4 16 4 4 12 4 4 62 1 2 1 3

续表8-1 序号 （5） （6） （7） （8） （9） （四） 岗位或工种 砌包组长 拆包工 钢包修砌工 装包、烘包、及钢包管理 滑动水口及透气砖维修 小计 运转作业区 一班 1 2 5 4 3 22 29

二班 1 5 4 10 三班 4 4 四班 4 4 5%补勤 2 合计 2 2 10 16 3 42 汪洋：设计一座年产800万吨良胚的转炉炼钢车间

（1） （2） （3） （4） （5） （6） （五） （1） （2） （3） （六） （1） （2） （3） （七） （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （八） （1） （2） （3） （4） （5） 序号 （九） 二班作业长 废钢料场起重机司机（三台） 转炉跨起重机司机（二台） 精炼跨起重机司机（二台） 专用材料供应站起重机司机（三台） 小计 检化验作业区 日班作业长 分析技术员 分析 小计 供配电作业区 总降压变电所值班 转炉变电室值班 炼钢区值班 小计 计算机房 总负责人 分负责人 系统管理 硬件管理 数模管理 软件管理 资料介质管理 运行操作 小计 点检作业区 值班作业区 机械点检作业区 电气点检作业区 仪表点检作业区 日保作业区 岗位或工种 小计 合计（一）～（八） 技术和管理干部 总计 1 4 3 4 4 19 1 1 1 3 2 1 1 4 1 2 3 3 3 3 3 1 19 35 20 18 16 10 一班 99 1 4 3 4 3 4 19 1 1 2 2 1 1 4 1 1 1 1 4 二班 4 3 4 3 4 18 1 1 2 1 1 4 1 1 1 1 4 三班 4 3 4 3 4 18 1 1 2 1 1 4 1 1 1 1 4 四班 4 1 1 2 5%补勤 5 2 16 12 16 12 16 78 1 2 4 8 8 4 4 17 1 2 6 6 6 6 3 1 33 35 20 18 16 10 续表8-1 合计 104 422 45 467 连铸、出坯跨起重机司机（二台） 3 8.2连铸车间定员表

表8-2 连铸车间定员表

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xxxxxxxxxxxxxxxx毕业设计

序号 (1) ① ② 岗位或工种 连铸车间 技术管理干部 管理干部 技术干部 安全劳资员 浇注作业区 作业长 浇注操作工 钢包操作工 中央控制室 小计 铸坯管理作业区 作业长 出厂管理室 检查精整组 铸坯储存区 铸坯控制室 冷床收集区 小计 一班 1 2 1 4 8 1 2 2 4 2 4 15 二班 1 2 1 4 8 1 2 2 4 2 4 15 三班 1 2 1 4 8 1 2 2 4 2 4 15 四班 1 2 1 4 8 1 2 2 4 2 4 15 常白班 6 2 4 1 1 合计 6 2 4 1 4 8 4 16 32 1 8 8 16 8 16 60

9 技术经济分析

9.1单位产品的收入估算表

单位产品的收入估算表参见表9-1.

表9-1 单位产品收入估算表(单位:元)

序号 1 2 3 4 5 6 项目 良坯 转炉渣 转炉灰 转炉煤气 OG蒸汽 其他 单位 kg kg kg m3 m3 31

产量 1000.00 3.360 13.569 101.588 25.053 单价 1．54 0.100 0.030 0.080 0.090 金额 1540．00 0.34 0.41 8.13 2.25 5.00

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