年产200万吨转炉炼钢厂毕业设计说明书 - 图文

年产200万吨连铸坯的全连铸转炉炼钢

车间工艺设计

专 业：冶金工程 姓 名： 指导老师：

设计总说明

转炉炼钢是目前钢生产的主要方式，其技术、设备和工艺比较成熟，钢的产量和质量有较高的保证。它连接着炼铁、精炼过程，为连铸过程提供原料，是现代钢铁企业生产环节中不可缺少的一部分。

本设计以炼钢工艺设计为中心，在查阅和借鉴国内外钢铁企业的设计资料的基础上，结合理论知识和实习教学内容，根据设计任务书的要求，选择了顶底复吹转炉和全连铸生产工艺。其工艺流程如下所示：铁水预处理→LD→LF→CC。

设计内容包括产品方案的确定、物料平衡及热平衡计算和氧气顶底复吹转炉的炉型设计。此外，还根据生产的品种进行了炼钢生产工艺设计、车间的工艺布置、各跨间的主要设备选型以及各项技术指标的确定；在此基础上，完成车间平面图和、转炉剖面图各一张。

关键词：工艺设计，全连铸，顶底复吹转炉，工艺流程，炉外精炼

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目录

1 绪论 .......................................................................................................................... 5 2 炼钢厂总体设计方案 .............................................................................................. 6 2.1 年生产能力的确定 ........................................................................................... 6 2.1.1 初始条件 .................................................................................................... 6 2.1.2转炉坐数及公称容量选择 ......................................................................... 6 2.2 炼钢生产流程 ................................................................................................... 7 2.3 原材料方案 ....................................................................................................... 7 2.3.1 铁水的供应与预处理 ................................................................................ 7 2.3.2废钢的供应 ................................................................................................. 7 2.3.3 散状料供应 ................................................................................................ 7 2.3.4 铁合金料供应 ............................................................................................ 7 2.3.5 氧气的供应 ................................................................................................ 7 2.4 车间布置方案 ................................................................................................... 8 3转炉炉型及氧枪设计 ............................................................................................... 8 3.1 转炉炉型设计 ................................................................................................... 8 3.1.1 炉型及炉容比确定 .................................................................................... 8 3.1.2 转炉参数设计 ............................................................................................ 8 3.1.3 支承结构 .................................................................................................. 11 3.1.4 倾动机构 .................................................................................................. 12 3.2 氧枪喷头设计 ................................................................................................. 12 3.2.1氧枪喷头设计 ........................................................................................... 12 3.2.2 氧枪枪身设计 .......................................................................................... 13 3.3 底部供气元件设计 ......................................................................................... 14 3.3.1 底气种类 .................................................................................................. 14 3.3.2 供气构件的选择 ...................................................................................... 14 3.3.3 喷嘴数量及布置 ...................................................................................... 14 4转炉炼钢的生产工艺设计 ..................................................................................... 15

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4.1 主要原材料的技术要求 ................................................................................. 15 4.1.1 金属料 ...................................................................................................... 15 4.1.2 造渣材料 .................................................................................................. 15 4.1.3 氧化剂 ...................................................................................................... 16 4.2 装料制度 ......................................................................................................... 16 4.3 供气制度 ......................................................................................................... 17 4.3.1供氧制度 ................................................................................................... 17 4.3.2底部供气制度 ........................................................................................... 17 4.4造渣制度 .......................................................................................................... 17 4.5温度控制 .......................................................................................................... 19 4.6 终点控制和出钢 ............................................................................................. 20 4.7 脱氧合金化 ..................................................................................................... 20 4.8精炼和连铸 ...................................................................................................... 21 5车间主体设备选型 ................................................................................................. 22 5.1 铁水供应设备 ................................................................................................. 22 5.2 废钢工段 ......................................................................................................... 23 5.3连铸机的设计及选型 ...................................................................................... 24 5.5.1 连铸机的主要工艺参数 .......................................................................... 24 5.5.2连铸机生产能力的确定 ........................................................................... 25 5.7中间包及其载运设备 ...................................................................................... 27 5.7.1中间包容量的确定 ................................................................................... 27 5.7.2 中间包参数的确定 .................................................................................. 28 5.7.3中间包车 ................................................................................................... 28 5.8结晶器的设计和选用 ...................................................................................... 29 5.9 二次冷却装置 ................................................................................................. 30 5.10引锭装置 ........................................................................................................ 30 5.11切割装置 ........................................................................................................ 30 6炼钢车间生产工艺布置 ......................................................................................... 30 6.1 主厂房的工艺布置 ......................................................................................... 30

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6.2原料跨间的布置 .............................................................................................. 31 6.3转炉跨间的布置 .............................................................................................. 32 6.3.1炉子跨的高度布置 ................................................................................... 32 6.3.2炉子跨的纵向布置 ................................................................................... 35 6.3.3炉子跨的横向布置 ................................................................................... 35 6.4 出钢跨和精炼跨的布置 ................................................................................. 36 6.5 浇注跨间的布置 ............................................................................................. 36 7 转炉车间环境保护系统设计 ................................................................................ 38 7.1转炉烟气净化系统设计 .................................................................................. 38 7.1.1转炉烟气净化方法的选择 ....................................................................... 38 7.1.2转炉烟气净化工艺设计 ........................................................................... 38 7.1.3烟气净化系统的主要设备 ....................................................................... 39 7.2资源综合利用 .................................................................................................. 39 7.2.1资源再利用 ............................................................................................... 39 7.2.2转炉固体废弃物的再利用 ....................................................................... 39 7.2.3转炉气体废弃物的再利用 ....................................................................... 40 8生产组织与人员编制 ............................................................................................. 40 9车间主要技术经济指标 ......................................................................................... 44 致 谢 ........................................................................................................................ 44

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1 绪论

顶底复合吹炼法是在考虑顶吹和底吹方法的优点之上提出的。从顶部用氧气和底部用氧气和氩气（有时也用氮气）吹炼炉内金属。用氧气顶吹可以比较快而容易形成流动性好的含铁石灰渣，并在炉内燃烧部分CO，因此在装料中可以使用的固体废钢比例较大。底吹可以使熔池得到充分搅动而加速熔炼过程，降低铁在渣中的损失和金属的氧化程度。因此顶底复吹转炉炼钢法充分发挥了顶吹和底吹的优点。

其优点概括为： 1.提高了各种金属的收得率； 2.降低了铁合金的用量； 3.降低了附加料的消耗；

4.改善了钢的质量，因为在过程终了时吹入惰性气体而减少了金属中的气体含量；

5.降低了氧气的消耗（铁的氧化所用的氧较少）。

本设计内容是一新建年产200万吨全连铸转炉炼钢厂，其主要产品有普碳钢、低合金钢。

本设计的氧气转炉炼钢车间由以下几部分组成：主厂房（其中包括加料跨、转炉跨、精炼跨、连铸跨等几个跨间）；以脱硫为主的铁水预处理站；铁水倒罐站；废钢堆料场；铁合金料仓及散料储运设施；厂中设有渣场以及主控制、工具房的设施。

根据任务设计要求及现代转炉炼钢的现状及趋势，确定基本的工艺流程如下：

总体上，本设计力求保证整个炼钢车间物流的顺行，操作及控制的便利，同时在厂内特别是转炉上注意烟尘的处理，保证生产环境的清洁、整齐。

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2 炼钢厂总体设计方案

2.1 年生产能力的确定 2.1.1 初始条件

现代氧气转炉炼钢车间一般由以下各部分组成：主厂房（包括炉子跨、原料跨、炉外精炼及钢包转运跨、浇注系统各跨间）；铁水预处理站及铁水倒罐间或混铁炉间；废钢堆场与配料间；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；生产必须的生活福利设施；水、电、气（氧、氩、氮、压缩空气）等的供应设施。

2.1.2转炉坐数及公称容量选择

⑴根据生产规模和产品方案计算出年需要钢水量

年需钢水量=

年需良坯量

良坯收得率本设计年需连铸方坯200t，连铸坯收得率设为95%，则

年需钢水量=200/95%=211t ⑵计算年出钢炉数（按2吹2计算） 年出钢炉数=2

=2

日历时间?转炉作业率

冶炼周期转炉作业率=

320转炉有效作业天数100%= 100%=88.8%

365日历天数转炉年有效作业天数：日历天数扣除大于20min以上的一切检修和故障时

间总和。本设计取320天；冶炼周期按转炉容量大小确定，本设计取38min，则 年出钢炉数=236588.8$60/38=24565（炉）

每天出钢炉数=年出钢炉数/年作业天数=24565/320=77（炉） 平均炉产钢水量=年产钢水量/年出钢炉数=2110000/24565=86t ⑶按标准系列确定炉子的容量

转炉容量标准系列为：20t、30t、50t、100t、120t、150t、200t、250t、300t。本设计选定100t转炉2座，按照2吹2方式生产。

最后核算车间年产量：100245650.95%=233

t良坯。

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2.2 炼钢生产流程

高炉铁水→200t混铁车→铁水预处理间→铁水倒罐站→铁水罐→测温取样→扒渣→200t转炉→钢包回转台→连铸机→铸坯。

2.3 原材料方案

2.3.1 铁水的供应与预处理

本设计中混铁车供应铁水，混铁车供应铁水系统包括脱硫站、倒渣站和铁水倒罐站。其工艺流程为：高炉铁水出到混铁车内，由铁路机车牵引到脱硫站进行铁水预处理后运送到铁水倒罐站，不需要预处理的铁水直接运送到铁水倒罐站。当转炉需要铁水时，在铁水倒罐站将铁水兑入到铁水罐内，然后移送到转炉加料跨，用天车吊起来运至炉前兑入转炉内，混铁车在返回高炉待用。

2.3.2废钢的供应

废钢的堆放实行分类存放，特别是含合金元素的废钢更应当注意分类储存。对废钢中易爆炸物和封闭容器要十分注意清除及处理，保证生产安全。根据没炉所需要废钢量控制轻、重型废钢和不同种类型废钢的比例装入料斗，并用轻型废钢铺底。大型转炉炼钢车间通常设单独的废钢间。废钢间的面积决定于废钢需要的堆存用面积、铁路条数、料槽位置及称量设备占用面积。

2.3.3 散状料供应

为保证转炉正常生产，本设计车间在靠近转炉处设有散状料堆场，各种散状料的储存量按20天储存。为便于运输带自动卸料、车间内在靠近主厂房附近位置设置地下料仓，其兼有部分储存和转运作用。从地下料仓向高位料仓的供料方式，本设计中采用全胶带运输。设置高料仓在于起到临时储料的作用，并利用重力方式向转炉及时和可靠的供料，保证转炉正常生产。本车间采用共用料仓供料，以相互支持供料，并避免由于转炉停炉后料仓内剩余石灰的粉化。高位料仓的数目决定于散状料的种类及料仓共用情况。

2.3.4 铁合金料供应

铁合金的供应系统一般由炼钢厂铁合金间、车间铁合金料仓和输送设施、向钢包加料设施等几部分组成。一般情况下，在铁合金仓库内进行铁合金料的储存、烘烤以及加工成合格块度等任务。料间储存面积主要取决于铁合金的日消耗量、堆积密度及储存天数。

2.3.5 氧气的供应

氧气转炉炼钢要消耗大量的工业纯氧，氧气纯度要求在99.5%以上。因此，

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在本设计中应当具有相当大规模的空气分离（制氧）设备。为了适应氧气转炉炼钢工艺的要求，炼钢厂的供养系统一般是由制氧机、加压机、中压储氧罐、输氧管、控制闸阀、测量仪表和喷枪等主要设备组成。

2.4 车间布置方案

本设计中，全连铸氧气顶底复吹转炉炼钢车间的主体部分依然是主厂房部分，是以加料跨、炉子跨和浇注跨三个主体跨间为核心部分。为使各种物流运行顺畅，加料跨和浇注跨采取异侧布置。即炉子跨布置在主厂房的中间部位，炉子跨的异侧为原料跨，另一侧为浇注跨，可实行两面操作，一次兑铁水和加废钢，另一侧出钢。

厂房布置最终确定为以三跨为核心的多跨式布置，即在三跨的基础上加设精炼跨、出坯精整垮等跨间。

3转炉炉型及氧枪设计

3.1 转炉炉型设计

转炉炉型是指砌筑耐火材料后的转炉内部形状。炉型设计时炉体设计的关键。炉型的选择和各部尺寸确定是否合理，直接影响着工艺操作，转录寿命，钢的产量和质量以及炉子的生产率。本设计根据任务书中的生产规模及产品要求，结合转炉发展状况和工艺特点，对转炉的炉型、炉衬等的选型和设计步骤如下：

3.1.1 炉型及炉容比确定

本设计方案选100t转炉，采用氧气顶底复合吹炼工艺，钢水收得率为95%，最大废钢比为20%，采用废钢矿石冷却法冷却。根据原始条件，熔池类型采用截锥形炉型，并制作成死炉底。筒球转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为0.850.95m3/t。本设计取0.9。

3.1.2 转炉参数设计

⑴ 炉型各部分的主要参数和尺寸 ① 熔池尺寸的确定。

氧气顶吹转炉熔池直径计算过程如下： 确定吹氧时间：

拟建炼钢车间入炉铁水为低磷铁水，取吨钢耗氧量为57m3/t，吹氧时间为14min，则：

供氧强度=57/14=4.07 m3/（tmin）

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D=K

=1.55*10014=4.15m 式中： G—新炉金属装入量，t;

t—平均每炉钢吹氧时间，min，为14min； K—比例系数，查表取1.55。

② 熔池深度h.是指熔池处于平静状态时，从金属液面到炉底最深处的距离，它和氧流量、喷枪结构的关系比较密切。

现计算如下：

(Vc?0.046D3)h= 20.79D取钢水收得率为95%，则金属装入量为

G=1001.10=110t

Vc=G/p=110/6.8=16.2m

16.2?0.046*4.153h= =1.4m 20.79*4.15球冠的弓形高度：h1=0.15D=0.154.15=0.62m

炉底球冠曲率半径：R=0.91D=0.914.15=3.78m ⑵ 炉帽尺寸的确定

① 炉帽倾角：倾角过小，炉帽内衬不稳定性增加，容易倒塌；过大，出钢时容易钢渣混杂和炉口流渣。故设=65°。

② 炉口直径d：一般来说，在满足兑铁水和加废钢的前提下，应适当减小炉口直径，以利于减少热损失，减少空气进入炉内影响炉衬寿命和改善炉前操作条件。一般情况下，取炉口直径d=0.430.53%D，并且大炉子取下限，小炉子取上限，本设计中取

d=50%D=2.08m

③ 炉帽高度H帽： 在炉口上部设有高度为H口=300400mm的直线段，本设计中取300mm。因此炉帽高度为

1H帽= (D-d)tan+H口=0.5（4.15-2.08）tan65°+0.3=2.52m

2根据《毕业设计参考资料》炉帽的有效容积V帽可按下式计算： V帽=0.262 H帽（D2+d2+D*d）=0.2622.52（4.152+2.082+4.152.08） =19.9m3

式中，0.262是体积系数。

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⑶ 出钢口尺寸的确定

出钢口内口一般都设在炉帽与炉身交界处，以便当转炉处于水平位置出钢时其位置处于最低点，可使钢水全部出净。

① 出钢口中心线水平倾角：为了缩短出钢口长度，便于维修和减少钢液次氧化及热损失，倾角确定原则，一般是在开堵出钢口方便的情况下，尽量减少角。因此本设计中选=3°。

② 出钢口直径dT：

出钢口的大小决定出钢时间。出钢口过大，难以控制下渣，且钢包钢液静压力增加过快，脱氧产物不易上浮。出钢口过小，钢液容易二次氧化和吸气，散热过大。通常dT按下式确定：

dT=(63+1.75T)1/2=（63+1.75100）1/2=0.154m

式中T—转炉公称容量，100t。 ⑷ 炉子内型尺寸的计算：

① 炉膛直径D膛：炉身为圆筒形，对于炉衬炉身后端的转炉其炉膛直径与熔池直径相同，即

D膛=D=4.15m

② 根据选定炉容比0.9，可求出炉子总容积V总：

V总=0.9100=90m3

V身=V总-V熔池-V帽=90-16.2-19.9=53.9m3 ③ 炉身高度H身：

H身=4V身/D2=（453.9）/（4.152）=3.98m 则炉型内高H内=h+H帽+H身=1.4+2.52+3.98=7.92m ⑸ 转炉炉衬设计

通常转炉内衬由永久层、填充层和工作层组成。永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除。其主要作用是保护炉壳，用镁砖砌筑。填充层介于永久层和工作层之间，用焦油镁砂捣打而成，厚度约20100mm，该层的主要功能是减轻炉壳承受热膨胀时对炉壳产生的挤压和便于拆除工作层。工作层是指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件及其苛刻。目前该层多用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑。炉帽可用二步煅烧镁砖，也可根据具体条件选用其他材质。

本设计中各层厚度依据炼钢设计炉衬设计参考值，以及所选材质如表4-1所示：

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