年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计毕业论文.docx

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年产370万吨连铸坯的转炉炼钢车间工艺设计毕业论文

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

9000mm

钢板

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。

炉外精炼收得率：

取99%；

连铸收得率：

取98%；

代入数据得：

；

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

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

0.16

0.25

0.50

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

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

0.10

萤石

0.30

5.50

0.60

1.60

1.50

88.00

0.90

0.10

1.50

生白云石

36.40

0.80

25.60

1.00

36.20

炉衬

1.20

3.00

78.80

1.40

1.60

14.00

焦炭

0.58

81.50

12.40

5.52

（续）表2—2原材料成分

名称

碳素废钢

0.16

0.25

0.50

0.030

余量

炼钢生铁

4.20

0.80

0.60

0.200

0.035

余量

表2—3铁合金成分（分子）及其回收率（分母）

成分（%）/回收率（%）

类别

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

名称

参数

名称

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}

4.11×10%=0.411

1.096

1.507

[Si]（SiO2）

0.800

0.910

1.710

入渣

[Mn]（MnO）

0.420

0.120

0.520

入渣

[P]（P2O5）

0.180

0.230

0.410

入渣

[S]{SO2}

0.035×40%×1/3

=0.005

0.005

0.010

[S]+（CaO）=

（CaS）+（O）

0.035×40%×2/3

=0.009

-0.005*

0.021（CaS）

入渣

[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

入渣（见表2—8）

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）

耗氧量（kg）

CaO

SiO2

MgO

Al2O3

Fe2O3

CCO

CCO2

CCO，CO2

0.3（据表2—4）

0.004

0.009

0.236

0.004

0.005

0.3×14%×90%×

28/12=

0.088

0.3×14%×10%×

28/12=

0.015

0.3×14%（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

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

萤石

0.5（据表2—4）

0.002

0.003

0.028

0.008

0.005

0.001

0.440

0.005

生白云石

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

0.009

0.007

0.309

0.002*3

合计

6.775

0.861

0.215

0.133

0.041

0.012

0.010

0.440

0.012

1.214

0.002

成渣量

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

CaO

SiO2

MgO

Al2O3

MnO

FeO

Fe2O3

CaF2

P2O5

CaS

合计

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

0.167

0.173

0.100

0.033

0.007

0.009

6.352

炉衬侵蚀成渣量（kg）

0.004

0.009

0.236

0.004

0.005

0.258

生白云石成渣量（kg）

0.091

0.020

0.640

0.025

1.595

萤石成渣量（kg）

0.002

0.028

0.003

0.008

0.440

0.005

0.001

0.495

总渣量（kg）

6.799

1.934

1.052

0.137

0.520

1.076

0.652

0.440

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。

现计算如下。

炉气总体积V∑：

式中：

Vg——CO、CO2、SO2和H2O诸组分之总体积，m3。

本计算中，其值为8.719×22.4/28+2.736×22.4/44+0.010×22.4/64+0.012×22.4/18

=8.387m3；

Gs——不计自由氧的氧气消耗量，kg。

本计算中，其值为8.111m3（见表2—9）；

Vx——铁水铁水与石灰中的S与CaO反应还原出的氧量，m3。

本计算中，其值为0.007kg（见表2—9）；

5%——炉气中自由氧含量；

99——由氧气纯度为99%转换得来。

计算结果列于表2—10。

表2—10炉气量及其成分

炉气成分

炉气量，（kg）

体积（m3）

体积%

8.719

8.719×22.4/28=6.975

82.19

CO2

2.736

2.736×22.4/44=1.393

16.41

SO2

0.010

0.010×22.4/64=0.004

0.05

H2O

0.012

0.012×22.4/18=0.015

0.18

0.060*

0.042*

0.50

0.071**

0.057**

0.67

合计

11.608

8.486

*炉气中O2的体积为8.486×0.5%=0.042m3；重量为0.042×32/22.4=0.060kg

**炉气中N2的体积系炉气总体积与其它成分的体积之差；重量为0.057×28/22.4=0.071kg

第四步：

计算脱氧和合金化前的钢水量。

钢水量Qg=铁水量—铁水中元素的氧化量—烟尘、喷溅和渣中的铁损

=100-6.785-[1.50（75%×56/72+20%×112/160）+1+13.043×6%]

=90.348kg。

据此可编制脱氧和合金化前的物料平衡表（表2—11）

表2—11未加废钢时的物料平衡表

收入

支出

项目

质量（kg）

项目

质量（kg）

铁水

100.00

84.59

钢水

90.35

76.37

石灰

6.67

5.64

炉渣

13.04

11.03

萤石

0.50

0.42

炉气

11.61

9.82

生白云石

2.50

2.11

喷溅

1.00

0.85

炉衬

0.30

0.26

烟尘

1.50

1.27

氧气

8.24

6.97

渣中铁珠

0.78

0.66

合计

118.21

100.00

合计

118.31

100.00

注：

计算误差为（118.21-118.31）/118.21×100%=-0.08%

第五步：

计算加入废钢的物料平衡。

如同“第一部”计算铁水中元素氧化量一样，利用表2—1的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表2—12），再将其与表2—11归类合并，遂的加入废钢后的物料平衡表2—13和表2—14。

第六步：

计算脱氧和合金化后的物料平衡。

现根据钢种成分设定值（表2—1）和铁合金成分及其烧损率（表2—3）算出锰铁和硅铁的加入量，再计算其元素的烧损量。

将所得结果和表2—14归类合并，即得冶炼一炉钢的总物料平衡表。

锰铁加入量WMn为

硅铁加入量WSi为

表2—12废钢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}

13.39×0.07%×90%=0.008

0.011

0.019（入气）

[C]{CO2}

13.39×0.07%×10%=0.001

0.003

0.004（入气）

[Si]（SiO2）

13.39×0.25%=0.033

0.038

0.071

[Mn]（MnO）

13.39×0.32%=0.043

0.013

0.056

[P]（P2O5）

13.39×0.010%=0.001

0.001

0.002

[S]{SO2}

13.39×0.009%×1/3=0.004

0.0004

0.0008（入气）

[S]+（CaO）

（CaS）+[O]

13.39×0.009%×2/3=0.008

-0.0004

0.002

（CaS）

合计

0.088

0.066

13.39-0.088

=13.302

成渣量

0.131

表2—13加入废钢的物料平衡表（以100kg铁水为基础）

收入

支出

项目质量（kg）%

铁水100.0075.95

钢水90.35+13.302=103.6576.37

废钢13.3910.17

渣中铁珠0.780.59

石灰6.675.06

炉渣13.04+0.13=13.1711.03

萤石0.500.38

炉气11.61+0.024=11.639.82

生白云石2.501.90

喷溅1.000.76

炉衬0.300.23

烟尘1.501.14

氧气8.24+0.066=8.316.31

合计131.67100.00

合计131.73100.00

表2—14加入废钢的物料平衡表（以100kg（铁水+废钢）为基础）

收入

支出

项目质量（kg）%

铁水88.1975.95

钢水91.4178.69

废钢11.8110.17

渣中铁珠0.690.59

石灰5.885.07

炉渣11.619.99

萤石0.440.38

炉气110.268.83

轻烧白云石2.201.90

喷溅0.880.76

炉衬0.260.22

烟尘1.321.14

氧气7.336.31

合计116.11100.00

合计116.17100.00

铁合金中元素的烧损量和产物量列于表2—15。

表2—15铁合金中元素的烧损量和产物量

类别

元素

烧损量（kg）

脱氧量（kg）

成渣量（kg）

炉气量（kg）

入钢量（kg）

锰

铁

0.54×6.60%×10%

=0.004

0.010

0.015（CO2）

0.54×6.60%×

90%=0.032

0.54×67.80%×20%=0.073

0.021

0.094

0.54×67.80%×

80%=0.293

0.54×0.50%×25%

=0.001

0.001

0.002

0.54×0.50%×

75%=0.002

0.54×0.23%

=0.001

0.54×0.13%

=0.001

0.54×24.74%

=0.134

合计

0.078

0.032

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