年产60万吨良铸坯的氧气顶吹炼钢车间冶金技术毕业设计.doc 46页

'学号：20080400523河北理工大学毕业论文（设计说明书）论文题目：年产60万吨良铸坯的氧气顶吹炼钢车间学院：河北理工大学继续教育学院专业：冶金技术班级：08钢函5姓名：指导教师：2010年6月29日46 河北理工大学成人教育毕业论文（设计说明书）论文题目(不超过20个字)学院：河北理工大学继续教育学院专业：冶金技术班级：08钢函5姓名：指导教师：2010年6月29日46 毕业设计（论文）任务书学院河北河北理工大学成人教育学院河北理工大学继续教育学院学生姓名指导教师于秉芳设计（论文）题目年产60万吨良铸坯的氧气顶吹炼钢车间主要研究目标和研究内容研究目标：设计出年产60万吨良铸坯的氧气顶吹炼钢车间研究内容：1、转炉的容量、座数及基本参数。2、转炉炉体的设计。3、炼钢厂的工艺布置。说明书（论文）的要求要求：1、对设计任务的态度应严肃认真；2、设计应具有一定的合理性。3、设计说明书要工整，符合标准。图纸的要求绘图应正确，尺寸标记完整，图画整齐，清洁。进度安排2010年2月~5月进行毕业设计的初步手稿；2010年5月~6月进行毕业设计的电子版手稿；2009年6月~7月进行毕业设计的打印版手稿；设计的基础数据和主要参考文献冯聚和.炼钢设计原理[M].北京：化学工业出版社，2005.徐文派.转炉炼钢学北京：冶金工业出版社，1988蒋仲乐.炼钢工艺及设备北京：冶金工业出版社，1981谭牧田.氧气转炉炼钢设备北京：冶金工业出版社，1981指导教师签字:系主任签字:46 河北理工大学成人教育毕业设计（论文）进程表学院姓名合作者设计（论文）题目时间工作内容完成情况200年2月~5月2009年5月~6月2009年6月~7月进行毕业设计的初步手稿；进行毕业设计的电子版手稿；进行毕业设计的打印版手稿完成完成完成46本人完成部分论文（说明书）1.5195万字图纸246 指导教师签字：指导教师对设计的评语：成绩：指导教师:年月日46 评议人对设计的评语及评定的成绩：成绩：评议人：年月日46 一、设计题目：二、设计组成：图形张，说明书页三、答辩（评议）小组需要设计人答辩的问题：答辩成绩:四、答辩（评议）小组对设计的评语和总评成绩46 总评成绩：答辩（评议）小组负责人:职务:工作单位:年月日46 摘要46钢铁材料是人类经济建设和日常生活中所使用的最重要的结构和产量最大的功能材料，是人类社会进步所依赖的重要物质基础。炼钢生产环节在钢铁企业中处于整个生产流程的中间部位，起承上启下的作用，可谓钢产品的中间纽带。在独立的钢厂，炼钢是决定产品产量和产量的的首要一步。炼钢环节的任何延误或产量质量波动都会影响前后生产工序的协调运转。本设计为两座30吨、年产60万吨良铸坯的氧气顶吹炼钢车间。车间的各主要系统为：铁水供应系统、、废钢供应系统、铁合金供应系统、散状料供应系统、烟气净化系统、浇注系统、出渣系统等。这些方案都是经过比较而确定的比较合理的适合本设计的方案，并且采用了国内外的先进技术。本设计主要包括转炉炉型计算、氧枪计算、烟气净化系统计算、车间设备的计算以及各跨间的工艺布置。另外本设计还采用了许多新技术如：溅渣护炉技术、铁水预脱硫、连铸连轧技术，这些技术均已达到国际先进水平。关键词：炼钢；氧气转炉；顶底复吹；炉外精炼；连铸连轧46 目录引言………………………………………………………………………………….101设计方案的选择确定……………………………………………………………111.1转炉容量及座数的确定……………………………………………………111.1.1基本参数的确定………………………………………………….……111.1.2生产规模的确定………………………………………….……………121.2车间各主要系统所用方案的比较与确定………………………………....131.2.1铁水供应系统…………………………………………….……………131.2.2废钢供应系统…………………………………………….……………141.2.3铁合金供应系统………………………………………….……………141.2.4散装料供应系统…………………………………………….…………151.2.5烟气净化系统……………………………………………….…………181.2.6浇注系统………………………………………………………….……221.2.7出渣系统………………………………………………………….……271.3炼钢车间工艺布置…………………………………………………...…….291.3.1车间跨数的确定………………………………………………….……291.3.2各跨的工艺布置…………………………………………………….…291.3.3车间工艺流程简介………………………………………………….…312转炉本体设计………………………………………………………………...….342.1转炉炉型计算……………………………………………………………....342.1.1炉型设计…………………………………………………………….…342.2绘制转炉炉型图……………………………………………………………382.3炉衬砌筑说明…………………………………………………………...….382.3.1关于电容镁砂的选择……………………………………………….…382.3.2关于石墨的氧化和防氧化问题…………………………………….…392.3.3关于给合剂—酚醛树脂…………………………………………….…41结论……………………………………………………………………………...…43参考文献………………………………………………………………………..….44致谢…………………………………………………………………………...……4546 引言材料是人类社会发展的物质基础和先导，钢铁作为最重要的基础材料之一是现代文明的重要支撑材料。钢铁产品为人类提供了极大的物质财富，钢铁产品作为国民经济重要的基础原材料是当今世界各国追求工业文明和提高经济实力的重要标志之一。氧气转炉顶底复合吹炼是七十年代中后期国外开始研究的炼钢新工艺。它的出现，可以说是考察了顶吹转炉和底吹转炉的特点之后所导致的必然结果。复合吹炼法就是利用底吹气流克服顶吹氧流对熔池搅拌能力不足（特别在碳低时）的弱点，可使炉内反应接近平衡，铁损失减少；同时又保留了顶吹法容易控制造渣过程的优点，因而具有比顶吹和底吹更好的技术经济指标，成为近年来氧气转炉炼钢的发展方向。随着冶金工业的技术进步，新工艺的出现和不断完善，全球范围内板材连铸工艺发生了巨大变化，特别是本世纪80年代末近终形连铸的开发成功，更促进了板材市场的变化。本设计主要介绍了炼钢车间及其主要设备的设计原理、设计内容、设计程序.全设计共分五部分,设计方案的选择和确定、设备计算、车间计算、车间尺寸计算和新技术的介绍.本设计为两座30吨、年产60万吨良铸坯的氧气顶吹46 炼钢车间。车间的各主要系统为：铁水供应系统、散状料供应系统、废钢供应系统、铁合金供应系统，烟气净化系统、浇注系统、炉外精炼系统等。这些方案都是经过比较而确定的比较合理的适合本设计的方案，并且采用了国内外的先进技术。本设计主要包括转炉炉型计算、氧枪计算、烟气净化系统计算、车间设备的计算以及各跨间的布置。另外本设计还采用了许多新技术如：溅渣护炉技术、铁水预脱硫、连铸连轧技术，这些技术均已达到国际先进水平。1设计方案的选择和确定1.1车间生产规模、转炉容量及座数的确定1.1.1基本参数的确定由设计任务书可知，转炉的公称容量为30t，数量为2，采用2吹2的生产方式。转炉有效作业天数为日历时间天数扣除大于20min以上的一切检修和故障时间总和。转炉工艺设计技术规范规定，当转炉与单台连铸机配合全连铸时为300～340天。冶炼周期按转炉容量大小确定，大于100t为38～45min；但是，由于近年来炼钢与连铸技术的进步以及炼钢与连铸工艺配置的日趋合理化，转炉的作业率明显上升，冶炼周期有一定幅度的下降，特别是从氧气转炉采用顶底复吹和溅渣护炉新技术后，加快了炼钢节奏，增加了转炉寿命，大大减少了修炉补炉的次数。综合考虑以上因素并结合钢厂的生产实际，依据世界平均先进水平，本设计转炉作业率取87.7％，冶炼周期取40min。46 表1平均冶炼周期中各阶段所用时间（min）：兑铁水加废钢吹氧测温取样补吹取样打出钢口出钢倒渣平均辅助溅渣护炉冶炼周期351422235440则：炉龄：取12000炉炉子作业率：87.7%作业天数：320天良坯收得率：95%1.1.2生产规模的确定转炉年有效作业天数取320天，冶炼周期为40min年出钢炉数=每天出钢炉数=年出钢炉数/年作业天数=23040/320=72（炉）平均炉产钢水量=年产钢水量/年出钢炉数=630000/23040=27t46 选定30吨转炉2座，按照2吹2方式生产。1.2车间各主要系统所用方案的比较及确定1.2.1铁水供应系统钢铁联合企业中铁水从高炉直接热装入转炉一共有三种方式：1）混铁炉方式其流程为：高炉→铁水罐车→混铁炉→铁水罐→预处理→称量→转炉。采用混铁炉供应铁水，对高炉与转炉之间的调节和供应铁水有利，铁水的成分和温度比较均匀稳定，有利于生产和稳定转炉操作。但它比混铁车多倒一次铁水，热量损失大，且占地较大，投资较多，污染环境严重且耗能，适用于中型转炉。2）混铁车方式其流程为：高炉→混铁车→铁水罐→预处理→称量→转炉。混铁车又称鱼雷罐车，此方案适用于远距离运输铁水，其运输过程中热损失小，铁水温度能够保证。但一次性投资大，运送混铁车的铁轨曲率半径及坡度不宜过大，混铁车在铁道上要求有较多的存放面积。3）铁水罐（一包到底）方式其流程为：高炉→铁水罐车→铁水预处理→称量→转炉。此种方式供应的铁水，倒包次数少，有利于前期扒渣和铁水的预处理。46 本设计中高炉车间和转炉车间相距较远，因此选取混铁车供应铁水，再在炼钢车间将铁水倒入铁水罐，进行铁水预处理。它的优点是：倒包次数少，温降小，且易于铁水喷镁预脱硫。1.2.2废钢供应系统废钢作为转炉吹炼过程中的冷却剂加入炉内。目前国内各转炉厂废钢间的布置方式有：1）设置单独的废钢间用火车车皮或汽车向料坑或料仓卸入本厂或外来废钢，按轻重类型不同分类堆放，用磁盘吊车或废钢料斗装入废钢，然后以专门料斗平车以热力或电力送到加料跨。2）和装料跨相端连在其一端设废钢间废钢间和加料跨的起重机轨道线在一水平线上，设有双重起重机。其流程为：火车或汽车→料坑→磁盘或大钳吊车→废钢槽→称量→废钢加料天车→转炉。本设计采用第一种废钢间布置方式。1.2.3铁合金供应系统铁合金料仓用于暂存铁合金，正常生产时贮存三天以上的铁合金用料。一般铁合金加料系统有两种形式：1）46 铁合金与散状料共享一套上料系统，由高位料仓经旋转溜槽加入钢水罐。其优点是设备简单，操作可靠，可确保及时向转炉或钢水包供料；其缺点是稍增加了散状料皮带上料机的运输量。2）铁合金自成系统用皮带机上料：有较大的运输力，使铁合金上料不受散状料干扰，还可使车间内平台上铁合金料仓的贮量适当减少，但设备重量及投资有所增加。本设计采用第二种方式，以便于控制转炉原料的供给及车间调度,使冶炼连续。1.2.4散装料供应系统散装料供应系统包括散装料堆场、地面（或地下）料仓，由地面料仓向主厂房的运料设施、炉上料仓及其称量和加料设备。散装料的供应要求迅速、准确、连续、及时。1）散装料堆场根据外部供料条件及企业的总图布置，通常有三种布置方式：（1）转炉车间设立单独的散装料堆场一般要求尽量靠近转炉，以便实现“贮用合一”，从而减少原料的倒运和损耗，同时还可以减少地面料仓的容积，甚至将料场与料仓合并从而降低投资和成本，通常适用于大型转炉车间。（2）转炉车间的原料场与炼铁车间的原料场合并，与炼铁车间的原料场相比，转炉车间的原料场小的多，二者合并可利用炼铁原料场的卸车、贮存及加工设施，而不过分增加负担。（3）转炉车间与石灰窑合用料场46 石灰窑一般靠近转炉车间，石灰用量大而矿石、萤石等用量少，合用料场可统一解决各种原料的装卸、贮存和加工问题。本设计采用第一种方案即转炉车间设立单独的散状料堆场，一方面鉴于本厂距高炉车间较远，且与石灰窑合用料场不方便，另一方面所需散状料也相对较多，故采用第一种方案，以便简单调度原料供应设施。2）地面料仓其作用为贮存和转运散装料，以消除来料时间的波动对转炉的影响。一般贮存3～10天的散装料。地面料仓分地下式、地上式、半地上半地下式。由于地下式有利于底开车或翻斗汽车直接把料卸入料仓，卸车较方便，故本设计采用地下式。从地面料仓向炉上料仓供料，此种供料方式有四种：（1）全皮带运输运输量大，安全可靠，可连续供料，上料速度快，原料破损少，利于实现自动化。适用于大中型转炉车间及总图布置不受限制的情况。（2）斜桥料车—皮带运输将垂直提升方式与皮带运输结合起来，减少了占地面积及投资，但供料不连续，且易粉碎、可靠性差。一般只适用于总图布置受限制的情况。（3）翻斗提升机—皮带运输以翻斗提升机代替斜桥料车与皮带运输结合起来，其缺点与斜桥料车－皮带运输方式类似。（4）皮带（或垂直提升机）—振动管运输方式46 其优点是占空间小，运输可靠，密封性好，灰尘少。缺点是振动管维修量大，石灰粉较多，且要考虑震动对厂房结构的影响。鉴于全皮带运输方式结构简单，运输量大，有利于自动化控制且原料破损少等优点，本设计采用全皮带运输方式。3）高位料仓又称炉上料仓，其作用为临时贮料，保证转炉重力给料，既及时又可靠的满足转炉正常冶炼，按其布置形式分有三种：（1）共享料仓优点是料仓数目少，停炉后能处理料仓中剩余的石灰;缺点是称量及下部给料器的作业率太高，出现临时故障会使转炉生产受影响。（2）部分共享料仓料仓数目增加基本可消除下部给料器作业负荷过高的缺点，且转炉两侧加料能保证成渣快，改善对炉衬侵蚀的不均匀性，但设计时应力求做到炉料应落在中心部位上。（3）独用料仓优点是使用的可靠性较大，缺点是停炉后料仓剩余石灰不好处理。本设计为大型转炉车间，为保证转炉正常冶炼采用独用料仓，以保证供料可靠。4）给料称量及加料设备保证散状料分批定量且按顺序向转炉加料。有两种称量方式：（1）集中称量：几个料仓共享一个漏斗，其特点是设备少，布置紧凑，适用于中小型转炉。46 （2）分散称量：每个料仓配一个称量漏斗。其特点是称量准确，便于操作和控制，临时补加方便，适用于大中型转炉。本设计为30吨转炉，采用电磁振动给料器向称量漏斗给料，利用分散称量方式把料加入到汇总漏斗，再由旋转溜槽从转炉两侧加入。因为汇总漏斗可缩短加料时间并适应转炉吹炼时间短和批料加入的间隔时间短的特点，且电磁振动给料器可比较准确的给料。1.2.5烟气净化系统1）转炉烟气净化处理方法（1）按吸入的气体量多少主要分两类：①燃烧法：将含有大量一氧化碳的炉气在出炉口后与大量空气混合完全燃烧，燃烧后的烟气经冷却除尘后排放到大气中。此法因烟气量增大，净化系统庞大，。建设投资及运转费用高，烟尘粒度小，烟气净化效率低且不能回收烟气，但其操作简单，系统运行安全。②未燃法：炉气出炉口后控制炉口烟罩间隙吸入空气量，使炉气中的一氧化碳绝大部分不燃烧，烟气主要成分为一氧化碳，然后经冷却和除尘后将煤气回收利用或点火放散到大气中去。（2）在操作工艺上又分为全湿法、干湿结合法和全干法三种形式。①全湿法：46 即烟气进入一级净化设备立即与水相遇，其分为双塔一文式，双文一塔式，复喷管式。此种系统耗水量大，且需要处理大量泥浆的设备。②干湿结合法：即烟气进入次级净化设备才与水相遇，此除尘系统主要由平面旋风除尘器，文氏管与脱水器等主要设备组成，需要处理的污水量甚小，污水处理简单，系统阻损小。③全干法：即净化过程中烟气完全不与水相遇，其所得烟尘是干灰。有布袋除尘，静电除尘和颗粒层除尘。（3）按使用的主要设备又分为文氏管全湿法除尘系统，静电除尘系统，平旋器除尘系统。控制炉口－烟罩间隙吸气量的方法有三种：①氮幕法：此法在炉口基本上不吸入外界空气，故烟气量少，回收系统容量小，设备费用低，但要消耗大量氮气（仅炉口氮消耗15～20米3/吨钢）②炉口微压差控制法：此法通过缩小烟罩与炉口之间的缝隙，并调节可调喉口文氏管的喉口流通面积来调节烟气系统阻力，使烟罩内外压差为零或微正压，从而控制吸入的空气量。③双烟罩法：46 此法的优点在于烟气中一氧化碳含量较高，对炉口压力的自动调节也不象单烟罩要求的高，车间的环境也有所改善，但由于设备耗电量、维护工作量都显著增加，厂房高度也有所增加，故此法应用不多。2）烟气净化系统烟气净化系统可概括为收集与输导，降温与净化，抽引与放散三部分。（1）烟气的收集①烟罩：未燃法烟气净化系统中烟罩由固定烟罩和活动烟罩两部分组成，二者之间用水封连接。固定烟罩与烟道连接，而活动烟罩可上下升降，其主要作用是使转炉烟气顺利的进入烟罩并能很好的控制吸入的空气量，以提高回收煤气的质量。活动烟罩按结构不同分为单烟罩和双烟罩两种。单烟罩又有死循环式和敞口式之分。②死循环式活动单烟罩：回收的煤气一氧化碳含量高，并对实现自动连续定碳创造了有利条件，目前多用于控制炉口一氧化碳燃烧的OG法。③敞口式活动单烟罩：其特点是能容纳瞬时变化较大的炉气量，使之不致外逸，但需设置较精确的微压差自动调节系统。因本设计中控制炉口－烟罩缝隙吸入空气量采用炉口微压差调节法，故在此选用敞口式活动单烟罩与之配合以提高煤气质量。46 固定烟罩的冷却有箱形水冷、排管水冷和汽化水冷等形式。本设计采用汽化冷却固定烟罩，因其耗水量小（为水冷的1/30～1/60），不易结垢，且使用寿命长，在生产中使用效果良好。活动烟罩冷却一般采用排管式或外淋式水冷。本设计采用矩形无缝钢管拼焊水冷活动烟罩。（2）烟气冷却烟道的作用是将烟气导入除尘系统，冷却烟气，回收余热。烟道的冷却形式有：水冷烟道、废热锅炉和汽化冷却烟道三种。①水冷烟道：耗水量大，余热未被利用，易漏水，寿命低，现在很少用。废热锅炉：适用于燃烧法，可充分利用煤气的物理热和化学热生产蒸汽，出口烟气温度在300℃以下;其缺点是锅炉设备复杂，体积庞大，不能回收转炉煤气且需存在转炉停吹时燃烧燃料的装置，故采用的也不多。②汽化冷却烟道：一般由无缝钢管排列围成，出口烟气温度在800～1000℃左右，回收热量较少，烟道结构简单，适用于未燃法回收煤气操作。本设计采用强制循环汽化冷却烟道系统，与未燃法回收煤气配合。（3）车间除尘46 新型氧气转炉炼钢车间除专门设置转炉烟气净化设备外，还要对车间各个产生烟气和粉尘的场合设置相应的除尘设备进行除尘以净化整个车间环境，又称二次除尘，可分为局部除尘和厂房除尘两种。局部除尘常用的有干法布袋除尘器和旋风除尘器。厂房除尘要求厂房上部为密封结构，其天窗部分作为排烟吸引部。经过局部除尘和厂房除尘二者结合，一般可使炼钢车间空气中含尘量降至5mg/m3以下，近似于通常环境空气中的含尘量，可大大改善车间内的作业环境。本设计采用脉冲喷吹布袋除尘器，因其有构造简单、基建投资、除尘效率高（98％以上）且操作管理方便等优点，而旋风除尘器除尘效率较低（60～70％）且不够稳定。本设计采用OG法净化系统，其主要特点为：①烟气冷却设备由裙罩，下烟罩，上烟罩及烟道组成。烟罩采用密封型温水冷却系统，烟道采用汽化冷却系统。②除尘设备采用二级文氏管除尘。在一级文氏管喉部装有两只手动调节闸板，为获得所需压力损失，在试车阶段设定开口度。在二级文氏管喉部有椭圆形的滑板形阀门控制罩内压力，其给水喷嘴的清洗，由氮气罐做远距离操作。③排烟机上设置液力耦合器以控制风机转速，节约非吹炼时消耗电力。④放散管采用钢制三角集合自立型，放散管中部设测定含尘量的取样孔，点火装置采用低电压直接点火方式，常燃点火用转炉煤气或焦炉煤气。⑤煤气回收装置由三通阀，水封逆止阀，旁通阀及V形水封阀，煤气柜所组成。该装置的运转全部按“OG”程序时间表自动地、安全地进行。1.2.6浇注系统1）炼钢车间的浇注系统方式46 （1）纵向连铸炼钢车间。（2）横向连铸炼钢车间。（3）全连铸车间。目前，世界基本都实现了全连铸氧气转炉炼钢车间的生产，在浇注跨内高有两台或两台以上连铸机时，连铸机宜采用横向布置，即连铸机的中心线与厂房柱列线相垂直，此种布置方式盛钢桶运送距离短，物料流程合理，便于增建和扩大连机生产能力，特别适于把不同的与连铸机相关的作业分散在不同的厂房进行，使各项操作互不干扰。对于一个230吨转炉的小型车间，为了适应钢才市场和自身竞争能力的要求，使连铸和炼钢切实配合起来，行之有效的生产采用一台方坯连铸机和一台扳坯连铸机。2）连铸机机型分类及特点按结构外形可分为：立式、立弯式、弧形、椭圆形和水平连铸机。按所浇注的断面的大小和外形可分为：板坯、小方坯、大方坯、圆坯、异型断面坯和薄板坯连铸机。按连铸机在共享一个钢包下所能浇注的铸坯流数来分，可分为单流、双流和多流连铸机。还有复合连铸机即在一台连铸机上既可浇注板坯，又能同时浇注几流方坯的连铸机。3）浇注系统中的主要设备（1）钢包回转台，其类型有：46 直臂式钢包回转台：两个钢包支撑在同一直臂的两端，同时作旋转运动，两个钢包可以同时作升降运动。单臂回转式钢包回转台：承载臂分别安装，两个臂可以单独按浇注要求进行转动。单臂升降回转式钢包回转台：两个承载臂可以单独回转、升降，也可同时回转和升降。本设计采用直臂式钢包回转台，因其具有结构简单，维修方便，制造成本低的优点。（2）中间包中间包是钢包与结晶器间的一个中间容器，其作用为：①稳定钢流，减少钢流对结晶器的冲击和扰动，稳定浇注操作。均匀钢液温度和成分。使脱氧生成物和非金属夹杂物分离上浮。②控制钢流，降低钢液静压力并稳定钢水液面。③在多流连铸机上起分配钢液的作用。在多炉连铸时，中间包能储存一定钢水，以保证在更换钢包时不停浇。中间包形状根据铸机流数和布置，形式各种各样，有长方形、三角形、圆形和方形等。为了提高铸坯的质量，防止钢水的二次氧化，中间包内加钢水过滤器，从钢包到中间包的浇注采用长水口。46 中间包容量主要考虑浇注时更换钢水包有足够的时间和有利于夹杂物上浮，一般取钢水包容量的15～40％。在大型转炉车间内多炉连涛时在不降拉速又要保证罐内最低液面高度（＞250mm）前提下，应使中间包的容量大于换钢水包期间连铸机所必需的钢水量。中间包高度决定于钢水在包内深度和钢包注流的搅动深度。一般钢液面的高度为800～1000mm。钢液面离上口距离约200mm左右。中间包长度主要决定于铸机流数和流间距，应使其边部钢流能注入到最外边一流的结晶器。流间距一般为1～1.3m，水口中心离中间包壁边缘约为200mm。中间包宽度应保证钢水冲击点到中间包水口的最短距离不小于500mm，又不影响操作工视线。中间包壁一般有10～20％倒锥度为宜。中间包的壳体用钢板焊接而成，为了在高温状态下搬运，翻包和清理时不变形，壳体外部焊有加固圈和加强筋，并在两侧和端头有经过加工的锻钢耳轴或吊环。用以停放和吊运中间包用。中间包着盖采用耐热铸铁或钢板内加混凝土结构。中间包内衬，对中间包内衬的要求是具有耐钢液侵蚀和机械冲刷的能力，目的是减少钢坯中非金属夹杂物。中间包内衬包括：工作层、永久层、绝热层。一般绝热层10mm左右，用石棉板砌筑；永久层为30～40mm左右，用粘土砖砌筑；工作层用绝热板砌筑，厚度视绝热板而定。永久层与绝热板工作层之间用石英沙填实。本设计采用长方形中间包，板坯一流。（3）中间包小车46 中间包小车是在浇注平台上放置和运送中间包的。在浇注前，小车载着烘烤好的中间包开至结晶器上方，使中间包水口对准结晶器中心或结晶宽度方向的对称位置，浇注完毕或发生事故不能继续浇注时，它载着中间包迅速离开浇注位置。小车上还应有中间包的称量装置，以控制包内钢液面。（4）结晶器在连铸设备中，结晶器是一个非常重要的部件，钢水在结晶器中初步凝固成形，结成一定厚度的坯壳，在机械应力和热应力的综合作用下既不会被拉断，也不致产生歪扭变形和裂纹等质量缺陷。结晶器按外部形状可分为直结晶器和弧形结晶器，直结晶器用于立式、立弯式及直结晶器弧形连铸机，弧形结晶器则用于弧形及超低头连铸机。按铸坯规格及形状分为小方坯，板坯及圆形结晶器，按结晶器的结构可分为整体式、套管式及组合式结晶器，组合式结晶器由四块复合壁板组成，每块板壁都是由铜制内壁和钢制外壳组成，用双头螺栓连接，中间形成水缝，以便通水冷却结晶器。为了使其冷却均匀，四个面上的冷却各自独立，冷却水由下部进入，经水缝由上部排出，大方坯和板坯铸机一般采用此种结晶器。本设计产品为方坯，板坯，为满足产品需要，采用组合式结晶器。结晶器的振动机构现在普遍使用的有差动式、双摇杆式、四偏心式等。本设计采用高频率小振幅结晶器振动机构，其可使保护渣均匀流入结晶器和坯壳之间，使振痕减少，消除横裂纹，提高铸坯表面质量。46 连铸机上采用的切割方法主要有火焰切割和机械剪切两种。本设计采用火焰切割，因其可实现自动定尺和最佳尺寸的自动切割，要求切割枪效能高，切割速度快，断面质量好，切缝小，工作稳定可靠，抗回火能力强，切割设备具有防热防尘措施，能在强烈辐射热和尘埃等恶劣工况条件下长期正常运转。1.2.7出渣系统转炉冶炼的渣量大，一般占产钢量的10%以上，主厂房内不允许出现炉渣堆积，故转炉车间需设置炉渣处理系统。1）炉渣运出方式分（1）在加料跨用加料天车更换渣罐，再用机车将渣罐运出主厂房。（2）采用机车直接将炉下渣罐拉出主厂房。（3）靠近加料跨单独平行设一出渣跨，炉下渣罐车开到出渣跨，在出渣跨设置专门的换罐吊车。（4）在加料跨用特别摇臂吊车更换渣罐，用载重汽车运出主厂房。鉴于方式1)调度复杂，方式2)不易处理回收渣，方式3)和方式4)类似，方式3)多为现代转炉车间采用，其简单易行，对渣的回收利用处理较好。故本设计采用第3)种方式。2）炉渣处理方法炉渣处理技术在变废为宝的过程中，起着至关重要的作用。主要的几种处理方法如下：（1）热泼法：46 将转炉渣运往热泼间，热泼在平地或预留坑内，然后喷水冷却，待熔渣凝固龟裂后，用推土机堆集运出，经破碎、筛分、磁选后即可利用。其优点是工艺和设备简单、安全，但占地面积大，作业周期长，劳动条件较差。目前我国太钢等厂采用此法。（2）水淬法：是利用压力水将钢渣流击散粒化的快速冷却方法，也叫水力冲渣。其特点是工艺流程简单，占地面积小，能快速排渣，且运输方便，但耗水量大，如果渣水比控制不当容易引起爆炸事故。目前国内济钢和马钢等厂采用此法。（3）浅盘水淬法（即ISC法）：是一种新的处理钢渣的方法，采用多次喷水快速冷却的工艺过程。此法克服了水淬法容易引起爆炸和干法处理作业时间长，占地面积大的缺点。（4）新型滚筒法：高温液态钢渣在装置内急冷固化、破碎，渣与钢同时进行分离，得到稳定的、能直接利用的钢渣。流程：液态钢渣由渣罐倒入溜横槽，进入特殊装置内进行处理，并通水冷却。钢渣和废钢同时排出，蒸汽由烟筒中排放。效果：流程短，设备体积小，占地少，钢渣的冷却、破碎，处理一次完成。处理后的钢渣不需要长期堆放陈化，粒化性能稳定，可直接利用，粒度均匀，游离氧化钙含量低于国家标准4%的钢渣，污染小，蒸汽集中排放，排放蒸汽的含尘量小于100mg/m3，投资省，施工周期短。本设计采用滚筒法处理钢渣。46 1.3炼钢车间工艺布置现代转炉车间生产率很高，原材料的运进量，产品、半成品及废物的运出量很大且频繁，因此，应合理设计转炉车间，尽可能使通过车间的物料流通畅达，流程短，能耗低，占地少和综合经济效益好。1.3.1车间跨数的确定本转炉车间共分七跨：出渣跨、加料跨、炉子跨、精炼跨、浇注跨、连铸副跨、出坯跨。1.3.2各跨的工艺布置1）出渣跨：出渣跨跨度为21米，采用滚筒法渣处理。2）加料跨：加料跨是转炉车间主厂房的重要组成部分，其主要任务为向转炉兑铁水和加废钢，以及运出渣罐到炉渣处理间，其跨度为24米。废钢间和铁水倒罐站分别布置在转炉的左右两侧，以避免兑铁水和加废钢两种作业的干扰。3）炉子跨：净化、出钢和加铁合金、出渣、吹氧管的更换和吊运以及维修作业。4）转炉跨设置两座30吨的顶底复吹转炉，跨度为21米。沿着转炉跨高度方向上设置有六层平台：（1）46 转炉操作平台：主要布置转炉炉体及支座转炉倾动装置，炉前操作室和炉前操作设备。平台标高为10.788米。转炉耳轴标高为12.298米。（2）修炉平台：布置有活动烟罩开出机构和提升机构，铁合金称量漏斗及振动给料器。平台标高为20.42米。（3）汇总斗平台：布置有汇总斗及称量斗之给料装置。平台标高为28.12米。（4）称量斗平台：布置有称量斗及炉顶料仓之给料装置。标高为32.92米。（5）炉顶料仓卸料车平台：布置炉顶料仓、卸料车、二次仪表室和卸料除尘设备。标高为42.42米。（6）吹氧管卷扬机平台：布置吹氧管、卷扬机及横移小车，标高为50.56米。5）精炼跨：精炼跨主要完成钢水精炼，钢包冷修和热修，钢包烘烤，以及连铸钢水的接收准备等工作，其跨度为24米。在靠转炉跨的两侧分别布置有一座LF炉和一座RH炉。6）浇注跨跨度为27米，主要完成钢水浇注，中间包烘烤及维修，结晶器存放等任务。7）连铸副跨主要布置连铸设备的维修及存放。跨度为24米。8）出坯跨布置有推坯机，冷床，电磁吊车和钢坯热送设备等。跨度为24米。46 图1车间工艺流程图1.3.3车间工艺流程简介1)工艺流程说明对于转炉车间的整个工艺流程，依照不同的转炉设计模式而形成自己的独特的工艺流程。对于本设计的工艺流程，简要介绍如下：（1）铁水供应：46 铁水是转炉炼钢的主要原料，在钢铁料中的比例约占80~90%。为了减轻炼钢转炉的冶金任务，达到提高炼钢转炉的生产率，提高产品的质量和降低成本的目的，对高炉出来的铁水在出铁场进行铁水脱硅，采用150吨的混铁炉供应铁水，然后在地坑中倒罐，扒渣，运至铁水预处理站，进行脱硫、脱磷和深脱硅处理。然后称量运至转炉加料跨，经扒渣机扒渣后将铁水兑入转炉中。（2）废钢供应：转炉加废钢可有效利用转炉富余热能，降低成本，提高效益。废钢由废钢间运至加料跨两侧废钢区，分类堆放于地面，用ZOT电磁起重机将废钢装入18m3废钢槽中废钢槽运输车轨道下设有称量装置，可按设定值进行废钢配料，配好料的废钢由废钢槽运输车运至加料跨，用30/10t废钢装料起重机吊起废钢槽，将废钢装入转炉中，（3）散装料供应：散装料是造渣的主要原料。除活性石灰直接由活性石灰车间用皮带机送至地下料仓外其余均采用自卸汽车运输并送入地下料仓贮存，需要时通过皮带机运送至转炉高位料仓，经加料系统加入转炉或钢水罐中。供应方式为在转炉开吹时加入一些，剩余部分再分几次加入，以保证尽快化渣。（4）铁合金供应：铁合金主要用于脱氧和合金化，一般在转炉出钢过程中加入钢水包内，在真空处理时也可调整钢水成分。冶炼优质钢或高合金钢时，46 加入的铁合金需加热烘烤。铁合金用自卸汽车从铁合金仓库送到地下料仓储存，经皮带机送至转炉跨中位料仓，RH和钢包炉料仓中。在转炉后，钢包吹氧站、RH钢包炉处理位置均可通过加料系统加入钢水包中或真空室中，RH和钢包炉的铁合金料仓和加料系统是公用的。（5）出渣系统：处理炉渣，保证车间正常生产，可回收其中的铁，提高资源利用率，降低成本。本设计采用滚筒法渣处理装置。（6）除尘系统：转炉烟气采用未然法处理，干法煤气交货回收利用(LT)，烟气冷却采用激化冷却，蒸气和烟尘回收利用。凡产生烟尘的作业均设有二次烟气除尘，以改善操作环境。（7）出钢系统：出钢前，应用薄板把出钢口堵上，防止钢渣注入钢包，当转炉倾转到一定角度，薄钢板熔化，可安全出钢。出钢时加入铁合金，以便利用钢液的冲击力，搅拌钢液使铁合金更好的脱氧及去处杂质，用文件渣系统挡渣。出完钢后，溅渣护炉，提高炉子寿命。（8）精炼系统：转炉生产的钢水运至精炼跨，送入LF精炼和RH炉，可完成钢水的升温、脱气、脱硫、去夹杂等任务，实现连铸对钢水的要求。（9）浇注系统：经二精炼的钢水运至浇注跨进行浇注，采用全连铸形式。浇注时及时供应钢水，达到多炉连浇。尤其注意保护钢水，防止其二次氧化如采用浸入式水口，结晶器内加保护渣等。（10）整个物流过程为：46 铁水经预处理后加入转炉，然后加入废钢，加入散状料，同时开始吹氧进行吹炼，钢水达到要求后出钢出渣，钢水运往精炼，以提高钢水质量，炉渣则运出进行处理。精炼后的钢水再运往浇注跨，浇注成坯。2转炉本体设计2.1转炉炉型计算2.1.1炉型设计1）原始条件炉子平均出钢量为30吨，钢水收得率取92%，最大废钢比取20%，采用废钢矿石法冷却。铁水采用P08低磷生铁[w(si)≤0.85%w(p)≤0.2%w(s)≤0.05%]；氧枪采用四孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为1.0Mpa。2）炉型选择根据原始条件采用筒球型作为本设计炉型。3）炉容比取V/T=1.04）熔池尺寸的计算（1）熔池直径的计算公式46 ①确定初期金属装入量G：取B=15%则G=②确定吹氧时间：根据生产实践，吨钢耗氧量，一般低磷铁水约为50～57，高磷铁水约为62～69，本设计采用低磷铁水，取吨钢耗氧量为57。并取吹氧时间为14min，则供氧强度=取=1.57，则（2）熔池深度计算筒球型熔池深度的计算公式为确定=2.30m,=1.19m（3）熔池其他尺寸确定①球冠的弓形高度:②炉底球冠曲率半径：5）炉帽尺寸的确定（1）炉口直径:46 （2）炉帽倾角：取（3）炉帽高度取，则整个炉帽高度为：在炉口处设置水箱式水冷炉口炉帽部分容积为：6）炉身尺寸确定（1）炉膛直径=5.24m（无加厚段）（2）根据选定的炉容比为1.0，可求出炉子总容积为（3）炉身高度（4）炉型内高46 7）出钢口尺寸的确定（1）出钢口直径（2）出钢口衬砖外径（3）出钢口长度（4）出钢口倾角：取8）炉衬厚度确定炉身工作层选680mm,永久层115mm,填充层100mm,总厚度为680+115+100=895（mm），炉壳内径为，炉帽和炉底工作层均选600mm,炉帽永久层为150mm,炉底永久层用标准镁砖立砌，一层230mm,粘土砖平砌三层65×3=195（mm）,则炉底衬砖总厚度为600+230+195=1025（mm），故炉壳内形高度为，工作层材质全部采用镁碳砖。9）炉壳厚度确定炉身部分选75mm厚的钢板，炉帽和炉底部分选用65mm厚的钢板。则炉壳转角半径10）验算高宽比可见，，符合高宽比的推荐值。因此所设计的炉子尺寸基本上是合适的。能够保证转炉的正常冶炼进行。46 2.2绘制转炉炉型图图2转炉炉型示意图2.3炉衬砌筑说明转炉炉衬是用镁碳砖砌筑而，采用3000t液压机成型，选用优质的原材料，使镁碳砖达到了世界先进的质量标准。　2.3.1　关于电熔镁砂的选择46 　　在80年代选择电熔镁砂时往往单方面强调MgO的含量。进入90年代，日本学者通过对MgO-C砖损毁机理的研究认为：　　(1)炉渣中的SiO2和CaO成份侵入方镁石晶粒之间，晶粒发生分离而熔入炉渣中而呈浮游状态。　　(2)炉渣中的FeO成份向方镁石结晶晶粒内侵润而生成低熔物，从结晶表面熔解于炉渣中。　　上述两种情况说明镁砂中方镁石晶体向炉渣中熔出和熔解而导致MgO-C砖损毁。但另一方面，也因此而使炉渣具有高粘度和高熔点，在MgO-C砖表面起到保护层的作用。可以认为：MgO-C炉衬损毁程度的大小取决于方镁石晶体向炉渣中的熔解和熔出速度,以及渣保护层保护效果程度的均衡情况。所以要减缓蚀损速度对策有3条：一是控制渣中FeO含量，使低熔物产生速度变慢、数量减少、控制了方镁石晶粒的熔解速度；二是选用大晶粒电熔镁砂,让SiO2、CaO进入晶粒边界的机会减少，从而节制熔出速度；三是增加MgO含量，延长其与CaO、SiO2、FeO作用时间，提高抗侵蚀性能。日本学者对电熔镁砂中MgO含量与侵蚀深度间的关系以及镁碳砖的抗渣性与镁砂中方镁石晶粒大小之间的关系作了深入的研究，其结果见图2、图3。从两图可以明显看出，生产镁碳砖不仅要注意镁砂的纯度,而且还要注意选用大结晶的电熔镁砂，并希望CaO/SiO2≥2。　　2.3.2　关于石墨的氧化和防氧化问题1）石墨的氧化46 　　镁碳砖的碳源选用石墨，碳能防止炉渣向砖内浸入，有益于提高砖的抗侵蚀性；但另一方面碳容易氧化又是其固有属性。众所周知，当砖中的碳被氧化时，砖的特性也随之消失。氧化越剧，损毁越快。碳氧化的主要途径:一是与炉渣中的FeO反应；二是与气氛中的O2与CO2反应；三是与砖中的MgO反应。　　FeO+CFe+CO　①　　C+O2CO　②　　2CO2+2C4CO　③　　≥1400℃时C+MgOMg↑+CO　④　　反应①是主要的氧化反应，Feo含量越高，氧化速度越快，见图4。反应②、③只是在MgO-C砖使用后的降温过程中才有可能发生，当温度降到1000℃以下时反应开始进行，见图5。温度降低时，由于炉渣的保护，反应不会剧烈，如果没有炉渣保护，这时②③反应是很猛烈的。反应④在温度达到1400℃后才发生的可能，但由于Mg蒸气的重新凝聚，形成致密的MgO层，封密砖的气孔，使砖的抗侵蚀性提高，无疑是有益的。但温度达到1700℃以后，Mg蒸气分压变高，重新凝聚难以进行，反应④对砖的抗侵蚀性产生了不利影响。因此，当冶炼温度超过1700℃时,对MgO-C炉衬侵蚀和破坏是显而易见的。所以，冶炼操作要求控制高温钢的比例是十分必要的。2）　防止石墨氧化46 　　作为防氧化的主要手段是向砖中引入易氧化的活泼的金属粉末，如Al粉、Mg粉、Al-Mg合金、Si粉,以及氮化物、硼化物、碳化物等易氧化物质。其理由在于砖被加热时，这些物质即与C或者CO发生反应生成碳化物，并且使C重新凝聚，最终生成Al4C3、Al2O3、MA等高熔点物质并随之产生体积膨胀，使砖体致密化，形成陶瓷结合，从而提高了抗氧化性和高温强度，现以加入Al粉为例，列式于以说明：　　Al(S)+3/4C(S)→1/4Al4C3(S)　⑤　　2Al(S)+3CO(g)→Al2O3+3C　⑥　　Al(S)+3/2CO(g)+1/2MgO(S)→1/2MA+3/2C　⑦　　1/2Al4C3+3CO(g)+MgO(S)→MA+9/2C(S)　⑧　　大量的研究和实践证明，加入防氧化剂对提高MgO-C砖的抗侵蚀性是行之有效的。经验证明，加入复合防氧化剂效果比加入单一防氧化剂效果要好。3）　对选择石墨品种的建议　　大转炉炉衬用MgO-C砖选用的石墨应分为两个档次，易损部位如耳轴、渣线、装料侧的加长砖宜选用L197牌号石墨，其他部位宜选择L195牌号石墨，对石墨中SiO2含量应控制在最低范围。2.3.3　关于结合剂——酚醛树脂　　MgO-C砖作为不烧砖，其质量的优劣很大程度上取决于结合剂的质量，如常温耐压强度，抗侵蚀性能等都与结合剂——46 酚醛树脂紧密相关，我国目前市场上销售的酚醛树脂制质量都不尽人意，主要表现在残炭量不稳定，水份大，粘结强度低，游离酚高，粘结性差，粘度时高时低，分散性差等，当务之急是要解决酚醛树脂的质量问题。另外,检测手段也急需改进。武钢MgO-C砖选用的酚醛树脂，要求残炭率≥50%，水份≤4%，游离酚≤5%，粘结强度≥35MPa，并且要求性能稳定，才能确保MgO-C砖产品的质量，满足生产之需要提高转炉炉龄给钢厂带来的经济和社会效益　　转炉炉龄的提高为钢厂经济技术指标达到世界先进水平立下汗马功劳，为钢厂的发展建立了不朽的功勋。炼钢厂的辉煌成绩，转炉炉龄的提高应居头功，而转炉炉龄的提高离不了镁碳砖炉衬这个基础。46 结论(1)转炉炉龄是一个综合性指标，是多因素的集中体现，但镁碳砖为提高炉龄打下了坚实的基础，其贡献是巨大的。　　(2)镁碳砖的质量潜力还很大，还可以继续提高。现行的主要原料如电熔镁砂、酚醛树脂和石墨都还存在着一些问题，应对供货厂家提出新的要求。另外，生产工艺也有待进一步探讨和改进。46 参考文献[1]冯聚和.氧气顶吹转炉炼钢，北京：冶金工业出版社，1995[2]蔡开科.程士富.连续铸钢原理与工艺，北京：冶金工业出版社，1994[3]编写组.炼钢设计参考资料（工艺设计部分），冶金工业出版社，1974[4]编写组.炼钢设计参考资料（通用设计部分），冶金工业出版社，1974[5]编写组.氧气转炉烟气净化及回收设计参考资料，冶金工业出版社，1974[6]徐文派.转炉炼钢学，北京：冶金工业出版社，1988[7]蒋仲乐.炼钢工艺及设备，北京：冶金工业出版社，1981[8]谭牧田.氧气转炉炼钢设备，北京：冶金工业出版社，1981[9]罗振才.炼钢机械，冶金工业出版社，1989[10]《中国冶金报》社编.连续铸钢500问，冶金工业出版社，2004[11]王雅贞.连续铸钢工艺及设备，冶金工业出版社，1999[12]本书编委会.炼钢—连铸新技术800问，冶金工业出版社，200346 致谢本设计是在于秉芳老师的精心指导下完成的。在这简短的致谢语中，首先要衷心的感谢于老师。从设计的选题、现场实习、查找资料到设计说明书的撰写，自始至终都得到了于老师的悉心指导和教诲。她严谨的治学态度使我在学业上不敢有丝毫马虎和松懈，而且于老师在其他方面的关怀使我克服了思想上的许多误区。在本设计完成之际我向导师表达真挚的诚意和感谢。同时感谢给与我帮助的同学们！最后衷心感谢在百忙中抽出时间为设计评审的各位专家。46'