年产200万吨钢的转炉炼钢车间设计——钢包设计_毕业设计(编辑修改稿)

年产200万吨钢的转炉炼钢车间设计——钢包设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

),加热功能的二次精炼方法 ,高碱度渣在钢包的精炼过程中的各种应用等 ,使钢包内衬与剧烈运动的高温钢 液长时间接触、互相作用 ,此时，钢包所处的工作条件也相应的变得相当的复杂和苛刻。 伴随我国经济的飞速发展 ,钢包耐火材料在我国也得到了很好的发展。 钢包的使用寿命不仅与耐火材料消耗相关 ,而且还直接影响到转炉的正常生产。 尤其是提高转炉使用寿命 ,连铸比增加和钢液炉外精炼技术的广泛应用 ,钢包必须经历高温、多钢种、时间长等日益严格的使用条件 ,因此对钢包耐火材料的要求也在不断提高 ,世界各国都正在积极研究和开发各种新型耐火材料，为了提高耐火材料的质量 ， 延长其使用寿命 ,降低耐火材料消耗 [2]。 1950 年代以来 ,钢包耐火材料在我 们国家也在不断地向前发展 ,新产品不断增加 ,产品质量不断提高 ,使用效果更好 ,满足不断发展的需要。 根据我国钢铁行业的发展趋势 ,预计未来钢包耐火材料的发展将主要从以下几个方面开展工作： (1)开发寿命提高钢包耐火材料 ,满足高效连铸和炉外精炼； (2)开发更好的耐腐蚀性和抗剥离性能的低碳和无碳钙和镁系列钢包耐火材料 ,以满足冶炼洁净钢、低碳钢和超低碳钢的需要； (3)开发节能钢材合成耐火材料 ,如无定型耐火材料和绿色砖。 (4)发展资源节约型和环境友好的钢合成耐火材料， (5)开展各种用后残留耐火料的再次利用与研究 [3]。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 转炉座数 、公称容量及生产能力的确定 2 2 转炉座数、公称容量及生产能力的确定 转炉的容量和座数的确定 转炉炼钢过程中，由于炉衬受到侵蚀而逐渐减薄，在一个炉役期内，炉容量随之增大，因此需要一个统一的衡量标准，即公称容量 [4]。 氧气转炉的生产能力与作业指标的关系如下： tTnQ /1 4 4 03 6 5  式中 Q－车间生产能力， 200 万吨钢 /年； n－车间经常吹炼座数； T－每座炉平均每炉产钢量 ， 吨； t－每炉钢的冶炼 周期 ， 在 38~48min，这里根据炼钢厂设计原理， 取45min； η－转炉车间有效作业率，与全连 铸配合取 η=65%~80% [5]，根据炼钢厂设计原 理，这里取 75%。 根据国家 工信部 20xx 年 07 月 12 日 发布的 《 钢铁行业生产经营规范条件 》，新建转炉容量应在 120t 以上，依据上述关系， 本设计车间转炉数为 1 座；每炉钢的平均出钢量为 220 吨。 计算年出钢炉数 国内转炉的平均冶炼时间如表。 表 氧气转炉平均冶炼时间 [4] 公称容量 /t 平均供氧时间 /min 平均冶炼时间 /min 15 12~14 25~28 30 14~15 28~30 50 15~16 30~33 100~120 16~18 33~36 150 18~19 36~38 200 19~20 38~40 250 20~21 40~42 300 21~22 42~45 每一座吹炼转炉的出钢炉数 N为： 985536514401440 11 2  TT TN  攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 转炉座数 、公称容量及生产能力的确定 3 式中 T1— 每炉钢的平均冶炼时间， min，参照表 ，取 40 min； T2 — 一年内有效作用的天数， d=365η=273 d； 1440— 一天的日历时间， min； 365— 一年的日历天数，天； η — 转炉车间的有效作用率，取 75%。 故每天出钢炉数为： N/273=9855/273=36 炉； 车间的年产钢量的计算 在选定转炉公称容量和转炉工作 制后，即可计算出车间的年产钢水量 W: nNqw 式中 W — 车间年产钢水量， t； n — 车间经常吹炼炉座数；这里取 1 N — 每一座吹炼炉的年出钢炉数； q — 转炉公称容量， t； 得出年产钢量为 2027520t 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 钢包尺寸数量的确定 4 3 钢包尺寸及数量的确定 钢包尺寸的计算 (1)钢包容量的计算。 转炉的出钢量与钢包的容量应当匹配，如表。 表 与转炉配套的钢包容量的配合 表 [6] 公称容量 /t 最大出钢量 /t 平均冶炼时间 /min 50 60 60 100 120 120 120 150 150 150 180 180 200 220 220 250 275 275 300 320 320 我们假设钢包的额定容量为 ()Pt。 设计时一般需要考虑到钢包 10%的净空量，因此钢包内钢水实际容量可以表示为 P+= 250=275t (2)钢包内渣量的计算。 一般情况下， 渣量只是金属量的一小部分，约为3％～ 5％ [6]，我们这里在设计时应取较大比例 15％。 故渣量可以计算为： % P (3)钢包容积的计算。 根据实际钢包所能够的容纳金属液与熔渣量计算进行。 钢 液比容一般为 [4]，熔渣的比容一般为 [6]。 因此，钢渣的总体积即钢包容积应该是： V = + = (m3)，如果使用 D/H＝ 1， 锥度用 15％ ， 则钢包底部直径 (钢包空间尺寸如图 所示 )： 15%HD D H = 图 钢包内空间尺寸 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 钢包尺寸数量的确定 5 若钢包容积根据圆锥台来计算，即： 22()12 HHHV D D D D   把 HD 和  带入上式得到：  又钢和渣体积为 V = ，因此有 = ( ) PDP 可得到钢包的基本尺寸同容量的关系 :  ；  ； HDP 以上三个计算公式是基于一致条件下的衬砌厚度得出。 各部分设计过程参考文献 [6]得到各部分参数。 如图 ： 图 钢包各部分尺寸 1) 0. 1 1. 1dH J D D D    1外 壳 内 高 H H1=H +Jd=D+= 2) 21 1. 1 0. 01 2 1. 11 2d D D D   外 壳 全 高 H =H 3) 1 2 0. 07 1. 14bJ D D D   外 壳 上 部 内 径 D =D +2 4) 2 2 1 .1 4 2 0 .0 1 1 .1 6bbJ D D D    外 壳 上 部 外 径 D = D + 2 5) 3 0 . 9 9HbJD外 壳 下 部 内 径 D = D + 2 6) 43 2 1. 01b D外 壳 下 部 外 径 D =D 说明： (1)钢包砖衬厚度。 钢包砖衬包含保温层 (外层 )与耐火材料工作层 (外层 )，一般砌筑总厚度 100～ 250mm。 工作层砖的型 式有多种，列入标准的钢包的衬砖攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 钢包尺寸数量的确定 6 砖型外，根据锥度、直径、高度等参数设计专用衬砖，针对专用钢包，使得其砌筑工作变得更加方便流利，砌筑质量变得相当高。 钢桶桶壁厚度约等于 bJ ＝ ； dJ ：包壁的厚度（上下应一致）， mm D：钢包上部内径， mm Jb:钢包底衬厚度， mm（ Jb=） δb：钢包壳壁厚， mm(δb=) δd：钢包壳底厚， mm(δd=) 对砖衬部分的厚度需要进行扩大 或者修正，我们为了保证实际容积为 需要扩大 σ 值表示为 : K =。 K 为在 093～ 之间的一个系数。 目的是使加厚砖衬部分而减小了 4％～ 7％的容积，同是为修正容积之不足因此在式字中需要乘以系数 K从而可以得到下部内径 : 4HDD（一般情况下为 σ 30～ 60mm，这里取 σ 为 45mm）。 1/ 31/ 30. 66 7(0. 93 0. 96 )PD  ～ 1/31/ 67 4D = 4HDD= 表 钢包各部分尺寸值 参数名称 数值 /mm 参数名称 数值 /mm 钢包上部内径 D 4289 深度 H 4289 外壳上部内径 D1 4889 外壳内高 H1 4718 外壳上部外径 D2 4975 外壳全高 H2 4769 外壳下部内径 D3 4246 包壁的厚度 Jd 429 外壳下部外径 D4 4332 钢包底衬厚度 Jb 300 钢包壳底厚 δd 51 钢包壳壁厚 δb 43 以上设计钢包的净空高度 为 300～ 400mm,但为了与现代真空冶炼相适应需要相应的增加 其净空高度，本设计净空度取 800， 从而得到钢包的各部分尺寸如下表 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 钢包尺寸数量的确定 7 表 改进后钢包各部分的值 参数名称 数值 (mm) 参数名称 数值 (mm) 钢包上部内径 D 4289+120 深度 H 4289+800 外壳上部内径 D1 4889+137 外壳内高 H1 4718+800 外壳上部外径 D2 4975+139 外壳全高 H2 4769+800 外壳下部内径 D3 4246+119 包壁的厚度 Jd 429 外壳下部外径 D4 4332+121 钢包底衬厚度 Jb 300 钢包壳底厚 δd 51 钢包壳壁厚 δb 43 钢包质量的计算 在完成钢包的外壳、支撑腿、滑动水口、吊挂耳抽等部件的计算后，再对钢包的质量进行精确的计算，根据以上以上选定的材料和确定的尺寸可以大概的计算得出钢包的质量。 (1)包衬质量的计算。 砖衬总体积与总质量为： 钢包壁砖衬体积计算为 : 2 2 2 2 2 3[ ( 1 . 1 4 ) ( 0 . 9 9 ) 0 . 9 9 1 . 1 4 ( 0 . 8 5 ) 0 . 8 5 ] 0 . 2 1 912b DV D D D D D D D D       钢包底砖衬体积计算为： 2 3( ) d DV D D   钢包砖衬总体积计算为 : 3 3 30 . 2 1 9 D 0 . 0 7 7 0 . 2 9 6 DVD  衬 钢包砖衬总质量计算为 (这里取平均密度大约 3/tm)  3 3 3 3 3W 0 . 2 1 9 D 0 . 0 7 7 D 1 . 8 1 0 . 3 9 6 D 0 . 1 3 9 D 0 . 5 3 5 D     衬 （ 2）钢包外壳钢板质量的计算 钢包底钢板体积计算为： 2 3(1. 01 ) 0. 01 2 0. 014 D DD  钢包壁钢板体积计算为 : 3( 1 . 1 6 1 . 0 1 ) 1 . 1 1 5 0 . 0 1 0 . 0 3 92 D D D D D     钢包外壳钢板质量计算为 :   33W 0 . 0 3 9 0 . 0 1 D 7 . 8 5 0 . 3 8 4 D   壳 （ 3）空钢包质量的计算 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 钢包尺寸数量的确定 8 3W W 0 .9 1 9WD  1 衬 壳 ，将式  代入得： 1  则空钢包的质量大约为钢包额定容量值的 27％～ 28％之间。 但是在考虑到其它未计入的钢结构件与耐火砖质量的前提下，应在这基础上增加 10％左右，则空钢包的质量应该为额定钢包容量值的 30％～ 31％之间。 1 0 3 0 31WP（ .～ . ）（这里取为 30%） W1= 250=75（ t） （ 4）盛满熔渣与钢水后的总质量的计算。 钢包的渣量一般为金属量的 15%，容量则按过装量 10%的进行计算，则 装满渣和钢水后的质量计算为： 2W P P     = 250= 因此 ,在选择铸造起重机 ,其承载能力应大于添加门形状钩的质量。 门户钩固定在钢包 (与耳 铀饺接 )和分离型两种 ,应包括在总起重之内。 钢包重心计算 钢包的重心计算是为了确定钢包耳轴位置 ,钢水和渣包的起重和浇注工艺稳定 ,没有倾翻的危险 ,让它在倾销出钢不需要太费力。 重心是通过传统的力学方法计算的。 对钢包来说 ,如简化无论铸造操作机构 (塞杆或滑动浇道 )的质量 ,这是忽略它们造成重心偏移，视钢包 、钢水、内衬和熔渣是绕铅垂轴线完全对称。 所以计算重心只考虑一个正直的方向是好的距离。 (1)钢包包壁砖衬的重心点的确定 经计算包壁砖衬重心与上口的距离为： 01  (2)钢包包底砖衬的重心点的确定 经计算包底砖衬重心与上口的距离为： 02  (3)钢包外壳侧壁的重心点的确定 经计算包底外壳侧壁重心与上口的距离为： 03  (4)包底底壳的重心点的确定 经计算底壳重心与上口 的距离为： 04  (5)钢包渣层的重心点的确定 经计算渣层重心与上口的距离为： 05  (6)钢包内金属的重心点的确定 经计算钢包内金属重心与上口的距离为： 06  攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 钢包尺寸数量的确定 9 (7)总重心的计算。 通过已知钢包各部分重心计算所得的数据，求出总重心。 因钢包是对称的，故其重心都在其对称袖上面，则有以下方程式： 0 0 0 1 0 1 0 2 0 2 0 3 0 3 0 0...... mmW y W y W y W y W y   0W = 2W  盛满钢水的钢包质量： 32 1 .5 3 8 3 .3 6 5WD 钢水容量有 : 331 .1 1 .1 3 .3 6 5 3 .7 0 2P D D   经化简得：0 2 .7 9 5 D 0 .5 4 D5 .1 7 5y  0y = = 同时，钢包的上缘与耳轴中心线的距离应小于 才能够使钢包保持稳定。 通过相同的方法，计算得到空钢包的重心位置 0 `yD ，即空钢包比盛满熔渣、钢水时重心时低，更加稳定，没有倾覆的危险。 表 钢包各部分参数 参数名称 数值 /mm 参数名称 数值 /mm 钢包上部内径 D 4409 深度 H 5089 外壳上部内径 D1 5026 外壳内高 H1 5518 外壳上部外径 D2 5114 外壳全高 H2 5569 外壳下部内径 D3 4365 包壁的厚度 Jd 429 外壳下部外径 D4 4453 钢包底衬厚度 Jb 300 钢包壳底厚 δd 51 钢包壳壁厚 δb 43 总重心 y0 钢包数量的计算 车间需要 钢包的数量 Q10的计算 ： )246024( 113121110  FtT 上式中： Q11－车间每昼夜生产周转使用的钢包个数， Q11=AT1/(2460）； Q12－车间每昼夜冷修的钢包数量， Q12=At/24F。 Q13－车间备用的钢包数量，去钢包的总数的 10~20%，这里取 10%； A－车间每昼夜的出钢炉数；。