年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计Word下载.docx
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年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计Word下载.docx
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3
炉型、工艺、主设备设计和选择
4.7-5.9
4
车间布置
5.10-5.16
5
制图与翻译
5.17-5.30
6
编制设计说明书
5.31-6.7
7
准备答辩
6.8-6.14
四、主要参考资料及文献阅读任务(含外文阅读翻译任务)
[1]《钢铁生产工艺概述》西安建筑科技大学
[2]《钢铁冶金学》(炼钢部分)陈家祥编冶金工业出版社1990
[3]《炼钢工艺学》高泽平编冶金工业出版社2006
[4]《钢铁厂设计原理》(下册)李传薪编冶金工业出版社1995
[5]《普通冶金》西安建筑科技大学2002
[6]《炼钢设计原理》冯聚和编化学工业出版社2005
[7]《毕业设计参考资料》钢铁冶金专业西安建筑科技大学
[8]《金属提取冶金学》王成刚,王齐铭主编西安地图出版社2000
[9]《现代转炉炼钢》戴云阁等编东北大学出版社1998
[10]与专题有关的最新文献(2002年以后的文献,不少于10篇且至少有2篇外文文献)
五、审核批准意见
教研室主任签(章)
设计总说明
当前的炼钢工艺中,较为普遍的是以高炉铁水为原料的转炉炼钢工艺和以预还原球团矿或高质量的工业废钢为原料的电弧(炉)工艺。
本设计为具有代表性的氧气顶底复吹工艺,预计年生产能力为370万吨良坯钢。
车间设有公称容量为150吨的转炉两座,LF精炼炉2座、板坯连铸机2台和方坯连铸机1台。
转炉的冶炼周期38分钟,吹氧时间16分钟。
根据国内外转炉炼钢技术的发展趋势,结合设计任务书中碳素钢和压力容器用钢的品种需要,选择了LF炉外精炼设备,进行全连铸生产。
最终确定如下的的工艺流程:
铁水预处理→转炉炼钢→LF精炼→连铸。
本次设计在对转炉物料平衡和热平衡计算的基础上,对炼钢车间的主要设备参数进行了设计、选型,完成了主体设备选择、炼钢工艺设计、主厂房工艺布置和设备布置。
编制说明书一份,绘制转炉炉型图、车间平面图、剖面图各一张,并完成题目为钢中非金属夹杂及其危害的专题。
关键词:
炼钢,顶底复吹,工艺流程,精炼,连铸,设计
DesignDescription
Atpresent,therearetwomainsteel-makingprocesses:
convertersteelmakingprocesswithblastfurnacehotmetalandsteelscrapastherawmaterialsandthearc(furnace)processwithpre-reductionpelletsorhigh-qualityindustrialsteelscrapasrawmaterials.Inthispaper,therepresentativeprocesscombined-blowingoxygenconverterprocesswithascaleof3.7×
106continuouscastingbilletannualisdesigned..Intheworkshop,mainequipmentsincluding2×
150tconvertersanditsauxiliaryequipmentswith2LFrefiningfurnaces,2setsofslabcontinuouscastingmachinesandasetofbilletcontinuouscastingmachinearedesigned.TheSmeltingperiodissetfor38minutesinwhichtheactualoxygenblowingtimeisonly16minutes.
Dependingonthedevelopmenttrendofsteel-makingprocessandthequalityrequirementofcarbonsteelandpressurevesselsteel,LFrefiningisselectedtofufillcontinuouscasting.Finally,thefollowingprocessflowischoosed:
Pretreatment→Converter→LF→CC.
Onthebaseofthematerialandheatequilibrimcaculation,thesizeofsteel-makingplantworkshopspananddeviceassign,personnelplacementismade.Aprojectinstructionisredacted,funacesizegraphic,agroundplaneandasectionalviewoftheworkshoparealsosubmitted.Andfinally,themonographwhichisaboutnon-metallicinclusionsinsteelanditsdamagementisalsofinished.
Keywords:
steelmaking,combined-blown,process,refining,continuouscasting,design
1转炉炼钢车间设计方案
1.1工艺流程
高炉铁水用混铁车运到倒罐站后,转移到铁水罐中(鉴于铁水罐比混铁车操作方便且易于扒渣),为了优化工艺,进行一系列的铁水预处理。
由于脱硫需要氧化性条件,和脱硅、脱磷的气氛条件不一样,且采取的渣处理工艺也不一样,所以从工艺上考虑将其放到其它两个预处理工艺之前;
脱硫渣送到渣场处理,经过磨碎提取其中的铁粉后,剩余脱硫渣送到厂外用于建材生产、建筑填料等工业。
脱硫后铁水必须保证硅含量低于0.15%才能实现脱磷处理,因此将脱硅处理置于脱磷之前;
脱硅渣属于酸性渣且硫含量较低,可以将其送到高炉或烧结车间,进行返回利用。
脱硅达到要求后,可以进行脱磷操作;
脱磷渣送到脱磷渣再生器中,此过程产生的炉渣考虑到整个流程的最优化,分别取50%返回脱磷和脱硅程序;
当高磷铁水达到一定量时,将其转移到一个脱磷包中进行深脱磷,产生的磷含量>
10%的炉渣可以送到化肥厂生产磷肥,剩余的高磷铁水送到其他小型的铸造厂用于铸造。
经过铁水预处理后的铁水兑到转炉进行脱碳处理,此时硅、硫、磷的含量都比较低,其产生的转炉渣可以继续返回到脱硅程序,工艺流程如图1—1。
高炉铁水混铁车铁水预处理倒罐站铁水罐
预处理渣
渣场扒渣
转炉渣
钢液钢液
钢包回转台LF炉转炉
钢液
连铸坯
连铸机......废钢及其它辅料
图1—1工艺流程图
1.2主要冶炼钢种及产品方案
本设计主要生产普碳钢、低合金钢,也可根据市场的要求进行灵活调整。
根据毕业设计任务书中年产370万吨铸坯的要求,可确定其产品大纲。
详见于表1-1:
表1-1产品大纲
钢种
代表型号
年产钢量
所占比例
铸坯断面
长×
宽
定长尺寸
成品形式
普碳钢
Q235B
200万吨
54%
180×
700mm
9000mm
钢板
低合金钢
Q345
170万吨
46%
150×
150mm
1.3转炉车间组成
现代氧气转炉炼钢车间一般由以下各部分组成:
铁水预处理站及铁水倒罐站;
废钢堆场与配料间;
主厂房(包括炉子跨、原料跨、炉外精炼跨、浇铸系统各跨间);
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、生产必需的生活福利设施;
水、电、气(氧、氩、氮、压缩空气)等的供应设施。
1.4转炉车间生产能力计算
1.4.1转炉容量及座数的确定
综合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况,本设计采“二吹二”制,每炉钢的平均冶炼周期取38min,平均供氧时间为16min。
转炉作业率:
取η=94.5%;
炉外精炼收得率:
取99%;
连铸收得率:
取98%,以提高转炉的利用效率,减少资金的投入。
1.4.2计算年出钢炉数
转炉的年出钢炉数N按下式计算:
=
式中:
T1——每炉钢的平均冶炼时间,38min/炉;
1440——一天的时间,min/d;
345——一年的工作天数,d/a;
η——转炉作业率,
(T2一年的工作天数)
=94.5%
1.4.3根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量
每炉钢的平均冶炼周期取38min。
取98%;
代入数据得:
;
。
1.4.4按标准系列确定炉子的容量
故取公称容量为:
150吨。
1.4.5核算车间年产量
本设计中选定150吨转炉两座,按照二吹二生产方式。
车间年产量=150×
26142×
98%×
99%=380.44万吨﹥370万吨,故设计选取合格。
2转炉炼钢物料平衡和热平衡计算
2.1物料平衡计算
2.1.1计算所需原始数据。
基本原始数据有:
冶炼钢种及其成分(表2—1);
金属料——铁水成分和废钢的成分(表2—1);
终点钢水成分(表2—1);
造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分(表2—2);
脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率(表2—3);
其他工艺参数(表2—4)。
表2—1钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值
成分(%)
类别
C
Si
Mn
P
S
钢种Q235B
设定值
0.16
0.25
0.50
≤0.045
铁水设定值
4.20
0.80
0.60
0.200
0.035
废钢设定值
0.030
终点钢水
设定值*
0.09
0.002
0.18
0.020
0.021
*[C]和[Si]按实际生产情况选取;
[Mn]、[P]和[S]分别按铁水中相应成分含量的30%、10%和60%留在钢水中设定。
本计算设定的冶炼钢种为Q235B
2.1.2物料平衡基本项目
收入项支出项
铁水钢水
废钢炉渣
熔剂(石灰、萤石、轻烧白云石)烟尘
氧气渣中铁珠
炉衬蚀损炉气
铁合金喷溅
表2—2原材料成分
成分
(%)
类别
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
CaF2
P2O5
S
CO2
H2O
灰分
挥发分
石灰
88.00
2.50
2.60
1.50
0.50
0.10
0.06
4.64
萤石
0.30
5.50
0.60
1.60
0.90
生白云石
36.40
0.80
25.60
1.00
36.20
炉衬
1.20
3.00
78.80
1.40
14.00
焦炭
0.58
81.50
12.40
5.52
(续)表2—2原材料成分
名称
C
Si
Mn
P
S
Fe
碳素废钢
0.16
0.25
0.030
余量
炼钢生铁
4.20
0.200
0.035
表2—3铁合金成分(分子)及其回收率(分母)
成分(%)/回收率(%)
Si
Al
Fe
硅铁
—
73.00/75
0.50/80
2.50/0
0.05/100
0.03/100
23.92/100
锰铁
6.60/90*
0.50/75
67.80/80
0.23/100
0.13/100
24.74/100
*10%C与氧生成CO2
表2—4其他工艺参数设定值
参数
终渣碱度
%CaO/%SiO2=3.5
渣中铁损(铁珠)
为渣量的6%
萤石加入量
为铁水量的0.5%
氧气纯度
99%,余者为N2
生白云石加入量
为铁水量的2.5%
炉气中自由氧含量
0.5%(体积比)
炉衬蚀损量
为铁水量的0.3%
气化去硫量
占总去硫量的1/3
终渣∑(FeO)含量(按(FeO)=1.35(Fe3O3)折算)
15%,而(Fe2O3)/∑(FeO)=1/3即(Fe2O3)=5%,(FeO)=8.25%
金属中[C]的
氧化产物
90%C氧化成CO,10%C氧化成CO2
烟尘量
为铁水量的1.5%(其中FeO为75%,Fe2O3为20%)
废钢
由热平衡计算确定,本计算结果为铁水量的13.39%,即废钢比为11.81%
喷溅铁损
为铁水量的1%
2.1.3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分。
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。
其各项成渣量分别列于表2—5、2—6和2—7。
总渣量及其成分如表2—8所示。
第二步:
计算氧气消耗量。
氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差,详见表2—9。
第三步:
计算炉气量及其成分。
表2—5铁水中元素的氧化产物及其成渣量
元素
反应产物
元素氧化量(kg)
耗氧量(kg)
产物量(kg)
备注
[C]{CO}
4.11×
90%=3.699
4.932
8.631
[C]{CO2}
10%=0.411
1.096
1.507
[Si](SiO2)
0.800
0.910
1.710
入渣
[Mn](MnO)
0.420
0.120
0.520
[P](P2O5)
0.180
0.230
0.410
[S]{SO2}
0.035×
40%×
1/3
=0.005
0.005
0.010
[S]+(CaO)=
(CaS)+(O)
2/3
=0.009
-0.005*
0.021(CaS)
[Fe](FeO)
1.076×
56/72
=0.837
0.239
1.076
入渣(见表2—8)
[Fe](Fe2O3)
0.606×
112/160
=0.424
0.182
0.606
合计
6.785
7.709
成渣量
4.371
入渣组分之和
*由CaO还原出的氧量;
消耗的CaO量=0.009×
56/32=0.016kg
表2—6炉衬蚀损的成渣量
炉衬蚀损量(kg)
成渣组分(kg)
气态产物(kg)
MgO
Fe2O3
CCO
CCO2
CCO,CO2
0.3(据表2—4)
0.004
0.009
0.236
0.005
0.3×
14%×
90%×
28/12=
0.088
10%×
0.015
14%(90%×
16/12+10%×
32/12)=0.062
合计
0.258
0.103
表2—7加入熔剂的成渣量
加入量(kg)
成渣组分(Kg)
气态产物(Kg)
SiO2
CaS
O2
萤石
0.5(据表2—4)
0.002
0.003
0.028
0.008
0.001
0.440
2.5(据表2—4)
0.910
0.640
0.020
0.025
0.905
石灰
6.67*1
5.863*3
0.173
0.167
0.100
0.033
0.007
0.309
0.002*3
6.775
0.861
0.215
0.133
0.041
0.012
0.010
1.214
8.442
*1石灰加入量计算如下:
由表2—5~2—7可知,渣中已含的(CaO)=-0.016+0.004+0.002
+0.910=0.9000kg;
渣中已含(SiO2)=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767kg。
因设定的终渣碱度R=3.5;
故石灰加入量为[R∑(SiO2)-∑(CaO)]/(%CaO石灰-R×
%SiO2石灰)
=5.285/(88.00%-3.5×
2.50%)=6.67kg。
*2为(石灰中CaO含量)-(石灰中SCaS自耗的CaO量)。
*3由CaO还原出的氧量,计算方法同表2—5之注。
表2—8总渣量及其成分
炉渣成分
MnO
FeO
CaS
元素氧化成渣量(kg)
1.710
0.520
1.076①
0.606②
0.410
0.021
4.343
石灰成渣量(kg)
5.863
6.352
炉衬侵蚀成渣量(kg)
0.258
生白云石成渣量(kg)
0.091
1.595
萤石成渣量(kg)
0.495
总渣量(kg)
6.799
1.934
1.052
0.137
1.076
0.652
0.422
0.031
13.043*
%
51.97
14.83
8.07
1.05
3.99
8.25
5.00
3.37
3.23
0.24
100.00
*总渣量计算如下:
因为表2—8中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣为:
6.799+1.934+1.052+0.137
+0.520+0.440+0.422+0.031=11.315kg,而终渣∑(FeO)=15%,故总渣量为11.315/86.75%
=13.043kg
①(FeO)量=13.043×
8.25%=1.076kg
②(Fe2O3)量=13.043×
5%-0.033-0.005-0.008=0.606kg
表2—9实际耗氧量
耗氧项(kg)
供氧项(kg)
实际氧气消耗量(kg)
铁水中元素氧化耗氧量(表2—5)7.709
铁水中S与CaO反应还原出的氧量(表2—5)0.005
炉衬中碳氧化耗氧量(表2—6)0.062
石灰中S与CaO反应还原出的氧量(表2—7)0.002
烟尘中铁氧化耗氧量(表2—4)0.340
炉气中自由氧耗量(表2—10)0.060
8.171-0.007+0.071*=8.235
合计8.171
合计0.007
8.235
*为炉气中N2之重量,详见表2-10
炉气中含有CO、CO2、O2、N2、SO2和H2O。
其中CO、CO2、SO2和H2O可由表2—5~2—7查得,O2和N2则由炉气总体积来确定
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