年产260万吨良坯不锈钢转炉车间的设计毕业设计(编辑修改稿)

年产260万吨良坯不锈钢转炉车间的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

i Mo 含量 (%) ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 22~23 ~ ~ 力学性能：抗拉强度 σb≥640Mpa 屈服点 σs(MPa)≥862 硬度 (HV)=273 延伸率： δ≥25% 应用领域：双相不锈钢 2205 合金是由 21%铬 ,%钼及 %镍氮合金构成的复式不锈钢。 它具有高强度、良好的冲击韧性以及良好的整体和局部的抗应力腐蚀能力。 2205 双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的两倍，这一特性使设计者在设 计产品时减轻重量。 因此主要应用于以下领域： 1)压力器皿、高压储藏罐、高压管道、热交 换器 (化学加工工业 )； 2)石油天然气管道、热交换器管件 ； 3)污水处理系统 ； 4) 纸浆和造纸工业分类器、漂白设备、贮存处理系统 ； 5)高强度耐腐蚀环境下的回转轴、压榨辊、叶片、叶轮等 ； 6)轮船或卡车的货物箱 ； 7)食品加工设备。 (4)钢种 316(标准 GB/T)占 25% 表 14 钢种 316 的成分 化学成分 C Si Mn P S Cr Ni Mo 含量 (%) ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 16~ 10~14 ~ 力学性能：抗拉强度 σb≥620Mpa 屈服点 σs(MPa)≥310 延伸率： δ≥30% 应用领域： 316 不锈钢， ， 因添 加 Mo，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用；加工硬化性优 (无磁性 )。 海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备；照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、 CD 杆、螺栓、螺母。 表 15 产品大纲 产品 304 316L 2205 316 产品所占比例 (%) 40 20 15 25 金属平衡图 炼钢厂生产的物料平衡是指某一时期进入该厂的各项原材料的量与同一时期生产出来的合格坯 (锭 )量，排出的炉渣、工业垃圾、废气以及可回收的烟尘等的量所作的平衡计算。 也就是一个钢厂生产的投入与产出的平衡关系。 炼钢过程 消耗的原料以金属料 (钢铁原料与合金料 )量为最大，所以物料平衡中宜以金属料平衡为主。 图 11为年产 260 万 吨合格不锈钢钢坯的金属料流程图。 合 格 坯2 6 0精 轧 切 头2 . 6 0成 品2 4 9 . 5 0氧 化 铁 皮2 . 6 01 . 0 0 %9 5 . 9 6 %1 . 0 0 %废 品5 . 3 02 . 0 4 %连 铸 废 品2 . 6 21 . 0 0 %钢 坯2 6 2 . 6 3 9 9 . 0 %连 铸 切 头3 . 7 9中 间 罐 结 壳3 . 2 5中 间 包 钢 水2 7 0 . 7 51 . 2 0 % 1 . 4 % 9 7 %0 . 4 %氧 化 铁 皮1 . 0 8事 故 废 钢1 . 9 1钢 包 钢 水2 7 2 . 6 69 9 . 3 %0 . 7 %冶 炼 废 钢5 . 8 6熔 损1 4 . 6 6入 炉 的 金 属 料2 9 3 . 1 89 3 . 0 0 %2 . 0 0 % 5 . 0 0 %外 购 金 属2 6 2 . 8 98 9 . 6 7 %直 接 回 炉 料2 2 . 7 3间 接 回 炉 金 属7 . 5 67 . 7 5 % 2 . 5 8 %渣 损1 0 . 3 41 7 . 0 0 % （ 0 . 4 4 ）3 0 . 0 0 %（ 4 . 4 0 ）7 0 . 0 0 % （ 1 0 . 2 6 ）9 3 . 0 0 % （ 1 . 0 0 ）7 . 0 0 % （ 0 . 0 8 ）8 3 . 0 0 % （ 2 . 1 6 ） 图 11 常规弧形连铸机连铸热装工艺的金属料流程图 (单位： wt/a) 合金元素对不锈钢组织 (性能 )的作用 不锈钢的组织是由钢的化学成分决定的。 在不锈钢的化学成分中对组织的作用分为两类。 一类是奥氏体形成元素，另一类是铁素体形成元素。 所谓的奥氏体就是构成钢的基体的最小单位是晶铬，晶格中原子的排列形式是面心立方体。 所谓的铁素体，就是晶格中的原子的排列形式是体心立方晶体。 因为无论是奥氏体还是铁素体形成元素，在各类不锈钢中都或多或少同时存在，所以具体的不锈钢是什么组织最终是由两类形成元素的比例所决定的。 从下图 12 可以看到各元素的当量值和由当量比所决定的组织。 图 12 修正 的舍菲尔不锈钢组织图 镍 通常用以形成并稳定奥氏体的组织。 在不锈钢中多将镍和铬配合使用，以获得奥氏体－铁素体双相组织或单相奥氏体组织，使钢具有更好的耐蚀性和良好的形变及焊接性能。 钼能增加不锈钢的耐蚀性，特别是对那些铬的钝化作用不够的还原性介质和存在氯离子的介质。 在某种情况下，钼还能够提高铬镍不锈钢的抗晶间腐蚀的能力。 铜可以提高铁素体铬不锈钢在某些还原性介质中的耐蚀性，并改变其韧性。 在奥氏体不锈钢中加铜，可显著提高其在硫酸中的耐蚀性。 锰和氮都是促进奥氏体形成的元素，因而可以代镍。 但锰本身并不防蚀，不能单独 使用，只用以代替部分的镍。 碳在不锈钢中将与铬形成碳化物，含碳量越高，形成的碳化铬越多，固溶体中的含铬量越低，钢的电极电位就越低，因此钢的耐蚀性也越低，因而不锈钢一般要求较低的含碳量。 但是，不锈钢的强度和硬度则随不锈钢的含碳量的增加而提高，因此，用以制造要求高硬度和高耐磨性的滚动轴承、刃具、弹簧等不锈钢，其含碳量较高，但需相应提高其含铬量 (如 9Cr18)。 钛和铌与碳亲和力比铬大，在不锈钢中能够优先形成碳化物，使铬能基本溶于固溶体中，从而避免晶界贫铬，减轻晶间腐蚀倾向。 铝和硅能在钢的表面形成一层致密的氧化 膜，提高钢的耐蚀性。 在不锈钢常用的合金元素中，铬、钼、硅、铝、钛、铌等是铁素体形成元素，而碳、镍、锰、氮是奥氏体元素。 此外， S 降低钢的延展性及韧性，冲击韧性的下降最为严重。 损害钢的抗蚀性能，造成焊热裂，气孔及疏松。 P 提高钢的强度，降低塑性和韧性，碳量越高引起的脆性越大 ，改善钢的耐磨性和耐蚀性及切削加工性能，但对焊接性能不利。 Si 提高铁素体和奥氏体的硬度和强度，显著提高钢的弹性极限、屈服强度，降低钢的密度、热导率、导电率和电阻温度系数 ， 提高温度时钢的抗氧化性能和屈服强度、疲劳强度降低 ， 但硅含量高时，表 面脱碳加剧 ， 硅 还会 降低钢的可焊性。 第 二 章 工艺流程的选择与论证 根据钢种特性，设计中采用的炼钢工艺流程大致如下： 高碳铬铁、金属镍板 → 电炉熔化 铁水供应 (混铁车 )→ 脱磷转炉 →AOD 转炉 → 钢包 → 连铸 下面具体地描述各个环节中采用的具体方法及其原因。 转炉车间原材料供应 转炉炼钢使用的原料包括：铁水、废钢、散装料 (石灰、白云石、萤石、氧化铁皮、铁矿石、焦炭等 )和铁合金。 炼钢厂的物料运输方式包括：吊车运输、铁路运输和皮带运输。 铁水是转炉炼钢的主要原料。 设计中铁水由混铁车运输至 脱 磷转炉 进行 脱磷硫得到磷硫较低的钢水，得到的钢水 经扒渣倒入炼钢 钢 水罐，经称量后送至 AOD 转炉跨，再用吊车，吊上 钢 水罐，入 AOD 转炉 ，并 兑 入高碳铬铁、金属镍的热熔混合液。 废钢由汽车运输到废钢间，废钢入炉是通过废钢槽运往装料跨装入转炉。 散装料包括生石灰、白云石、铁矿石、氧化铁皮、焦炭等。 供应系统包括散装料堆场、地下料仓、由地下料仓送往主厂房的运料设施、转炉上方高位料仓、称量和向转炉加料的设施。 散装料由成品料仓和中间仓经皮带运输至地下料仓，再由皮带运往高位料仓。 铁合金的供应一般由炼钢厂铁合金 车 间、车间铁合金料 仓及称量和输送设施、向炉子 加料设施等几部分组成。 把铁合金自卸式料罐用汽车、火车运到主厂房 炉子 跨，再用吊车卸入车间铁合金料仓，经皮带运输至高位料仓储存，经称量后由皮带机及中间料斗加入 电炉 中 熔化。 钢渣由渣罐车运往渣处理间。 脱磷转炉 由于 AOD 转炉不能脱磷，因此入 AOD 的钢水要求磷很低，脱磷转炉的主要目的是把铁水中的磷脱的足够的低，同时脱去大部分的硫。 一炉钢的冶炼过程 从装料起到出钢、倒完渣为止，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧、出钢、溅渣护炉和倒渣 六 个阶段。 一炉钢的吹氧时间设计中为 16 分钟，冶炼周期为33 分钟。 吹炼过程中熔渣成分与钢中元素氧化、成渣情况有关。 渣中 CaO 含量、碱度随冶炼时间延长逐渐提高，中期提高速度稍慢；渣中氧化铁 (FeO)含量前后期较高，中期降低；渣中 SiO MnO、 P2O5含量取决于钢中 Si、 Mn、 P 氧化的数量和熔渣中其他组成含量的变化。 吹炼过程中金属升温大致分三阶段：第一阶段升温速度很快，第二阶段升温速度趋缓慢，第三阶段升温速度又加快。 出钢温度约 1650～ 1680℃。 装入制度是指一个炉役期中装入量的安排。 装入制度有三种：定量装入、定深装入、分阶段定量装入法。 分阶段定量装入法兼有前两者的优点，是生产中最常见的转入制度，设计中就采用分阶段定量装入。 转炉炼钢的装入量是指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量，它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的重要因素之一。 在转炉炉役的不同时期，有不同的合理的装入量。 转炉一般有底吹、顶吹和顶底复合吹。 设计中采用复吹。 氧气转炉的顶底复合吹炼是指：由转炉顶部吹氧气 +底部吹惰性、中性气体 (或部分氧气 +石灰粉 )的炼钢方法。 其优点是：加强了熔池的搅拌；氧的利用率提高、冶炼周期缩短、铁损和脱氧剂消耗降低；充分发挥顶吹易造渣的特点，实现中前 期脱磷；底部吹氩气和氮气，提高了炉底耐火材料和供气元件的寿命，克服了底吹保护性介质CH 的使用，避免了钢种含 H 增高的问题。 顶吹转炉 操作灵活，可以控制脱碳、脱磷同时进行，熔渣氧化性高，成渣条件好 ，但熔池搅拌差，熔池成分、温度不均匀性大，容易产生喷溅和金属损失，渣中有很高的氧化铁 (FeO)；底吹转炉熔池搅拌强烈，可以避免过氧化，吹炼平稳、金属损失少，但成渣慢，且冶炼过程中，渣中的氧化铁 (FeO)不高，不利于石灰熔化，冶炼初期不能形成高的氧化铁 (FeO)、一定碱度及流动性的炉渣；炉底耐火材料的寿命不长，喷嘴的维 护困难。 复吹转炉兼有这两者的优点，同时避免了两者的缺点，且顶底复合吹法底部吹的不是氧气而是氮气等非氧化性气体，所以既达到加强搅拌的目的又避免了单纯底吹的底部供气元件容易烧坏的缺点。 因此设计中就采用顶底复合吹转炉。 终点碳的控制 本设计并未涉及终点碳的控制，但终点碳的控制是炼钢过程的一个重要技术操作，在此略做介绍。 在转炉冶炼的过程中最重要的是终点碳的控制，那直接关系到最后所出钢水能否达到所炼钢种的要求。 终点碳控制的方法有三种：拉碳法、增碳法、高拉碳。 (1) 低增碳法 转炉炼纲终点控制方法之一。 在 吹炼平均含碳量 ≥%的钢种时，皆采取吹到 %～ %C 时便停吹，然后按所炼钢种的规格，再在钢包中增碳。 该法省去了中途倒炉取样和校正补吹，因而生产率高；终渣好，有利于减少喷溅和提高供氧强度；但 增加废钢用量，废钢比高，且必须采用低硫、低灰分并 干燥 的增碳剂。 (2) 拉碳法： 转炉炼钢终点控制方法之一，即在熔池含碳量达到出钢要求时便停止吹氧。 这种方法在吹炼终点时不但熔池的硫、磷和温度等符合出钢要求，而且熔池中 的 碳加上铁合金带入的碳也能符合所炼钢种的规格，不需再专门向金属追加增碳剂增碳。 该法金属收得 率高、锰铁消耗少；渣中 FeO 低，有利于提高炉龄；钢中气体、夹杂含量较低。 提高一次命中率是发挥拉碳法优越性的重要手段。 (3) 高拉碳法： 是指熔池含碳量达到出钢要求时停止吹氧，此时熔池中不但硫磷和温度符合出钢温度要求，而且计入铁合金带入金属中的碳后，钢水中的碳也能符合所炼钢种的规格要求。 ―高拉碳法 ‖控制终点，由于缩短了冶炼时间，终点钢水含氧量较低，溶于钢液中的氢气、氮气也较少，钢液的内生非金属夹杂物少，从而减少了钢中气体对钢性能的影响，钢水质量有明显改善。 且终渣中 (FeO)含量较低，减少对 炉衬的化学侵蚀， 对延长炉龄十分有利。 但是 ―高拉碳法 ‖炉内热量收入少，不利于提高废钢比。 ―高拉碳法 ‖控制终点，冶炼时间缩短，不利于去除 P、 S。 AOD 转炉精炼 钢水炉外精炼又称钢水二次精炼或二次炼钢。 炉外精炼是将原来在转炉里需要完成的钢水精炼任务转移到炉外的钢包或专用容器中进行，以便更经济、更有效的获得优质的，多品种钢水。 几乎任何一种精炼工艺都需要钢水搅拌，以加速添加料的融化与均匀化，促进渣钢反应，均匀钢水的化学成分与温度。 最常用的搅拌手段是钢水吹氩。 这也是钢水连铸之前必不可少的预备处理。 炉外精炼设备的种类很多，大致 分为5 类。 (1) 简易的钢包吹氩调温、加合金装置 (如喂丝装备 )； (2) 具有氩气保护气氛的合金微调、喷粉精炼、吹氧化学升温等功能的钢包精装备如CASOB 等； (3) 设有电极加热具有电弧炉精炼功能的钢包炉，如 LF 装备； (4) 具有真空脱碳、脱气等精炼功能的装备，如 VOD、 RH 等 ； (5) 能控制炉内气氛，具有精炼功能的特种转炉，如 AOD 等。 对于不锈钢的冶炼，需要特种转炉，。