冶金工程专业毕业论文--设计一个年产450万吨合格铸坯的转炉炼钢车间

冶金工程专业毕业论文--设计一个年产450万吨合格铸坯的转炉炼钢车间内容摘要：

满足生产需要，采用机械化、自动化的操作和管理，且要保证工程项目在建设与通入生产后技术先进、经济合理、安全运行和具有良好的劳动生产条件。 所以，合理的选择工艺流程是设计工作的重要环节。 本设计采 用了国际上流行的工艺流程，即 “ 高炉铁水 — 铁水预处理 — 顶底复吹转炉 — 炉外精炼 — 连续铸钢 ”的流程，钢水采用全精炼、全连铸。 主要跨间包括原料跨、炼钢跨、精炼跨、连铸跨四个主体跨，辅助跨间有切割跨、铸坯横移存放区等。 在铁水预处理的过程中脱 S、 P 能够减轻炼钢的负担，使炼钢能够迅速、顺利的完成。 炉外精炼主要是 脱氧、脱硫；去气、去除夹杂；调整钢液成分及温度，能够大大提高钢液的质量，使其能满足更多的要求。 第 3 页 表 11 产品大纲 产品方案 表 12 产品方案 钢种 代表钢号 化学成分 (%) C Si Mn P S 碳素结构钢 Q215B    Q235A    Q255A    低合金钢 Q295B     Q390A     Q345D     合金结构钢 20Mn2   50Mn2   35SiMn ≤ ≤ 轴承 钢 GCr15   G20CrMo   G4Mo4V     序号 产品 产量 (万吨 /年 ) 连铸坯规格 轧机 最终产品 1 方坯 300 400400 10 — 2 板坯 150 4001500 3 — 第 4 页 表 13 主要技术经济指标 序号 项目 单位 数值 备注 1 生产合格铸坯 万吨 450 — 2 精炼收得率 % — 3 连铸成材率 % 99 — 4 转炉生产率 % 95 — 5 转炉生产周期 Min 39 — 6 钢水收得率 % — 7 最大废钢比 % — 工艺流程设计 本设计设计的是生产规模为年产 450 万吨合格钢坯的炼钢车间。 其主要流程示意图如下： 渣料 铁合金 ↓ ↓ 铁水→铁水预处理→转炉→钢包→精炼→连铸机→出坯 ↑ ↑ 废钢 铁合金 第 5 页 炼钢过程的物料平衡和热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的。 其主要目的是比较整个冶炼过程中的物料、能量、的收入项和支出项，为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量数据。 应当指出，由于炼钢是复杂的高温物理化学 过程，加上测试手段有限，目前尚难以做到精确取值和计算。 尽管如此，它对炼钢生产和设计仍有重要意义。 物料平衡计算 原始数据 铁水成分及温度 铁水成分及温度见表 11 表 11 铁水成分及温度 成 分 ω(C) ω(Si) ω(Mn) ω(P) ω(S) 含 量 /% 温 度 /℃ 1250 1250 1250 1250 1250 原材料成分 原材料成分见表 12 表 12 原材料成分 组 成 原材料 石 灰 矿 石 萤 石 白云石 炉 料 ω（ CaO） /% ω（ SiO2） /% ω（ MgO） /% ω（ Al2O3） /% ω（ S） /% — — ω（ P） /% — — — — 第 6 页 ω（ CaF2） /% — — — — ω（ FeO） /% — — — — ω（ Fe2O3） /% — — — — 烧 碱 /% — — — ω（ H2O） /% — — — ω（ C） /% — — — — ∑ 冶炼钢种及成分 冶 炼钢种及成分见表 13 表 13 冶炼钢种（ Q235）成分 成 分 ω(C) ω(Si) ω(Mn) ω(P) ω(S) 含 量 /% ≤ ≤ ≤ ≤ 平均比热容 原料平均比热容见表 14 表 14 原料平均比热容 物料名称 生 铁 钢 炉 渣 矿 石 烟 尘 炉 气 固态平均热容 /[kJ/（ kg℃ ） ] 熔化潜热 /kJ/kg） 液态或气态平均热容 /（ kJ/kg℃ ） 218 272 — 209 209 — 209 — — — 冷却剂 用废钢做冷却剂，其他成分与冶炼钢种成分的中限皆同。 反应热效应（ 25℃ ） 铁水中元素氧化放热见表 15 表 15 铁水中元素氧化放热 第 7 页 元 素 化学反应 △ H kJ/kmol △ H kJ/kg C C Si Mn P Fe Fe SiO2 P2O5 C+1/2O2=CO C+O2=CO2 Si+O2=SiO2 Mn+1/2O2=MnO 2P+5/2O2=P2O5 Fe+1/2O2=FeO 2Fe+3/2O2=Fe2O3 SiO2+2CaO=2CaO SiO2 P2O5+4CaO=4CaO P2O5 注：数据来自《氧气转炉炼钢原理》（美），密执安大学，冶金工业出版社， 1974 年， 75 页。 根据国内同类转炉的实测数据选取 （ 1） 渣中铁珠量为渣量的 8%； （ 2）金属中碳的氧化，其中 90%的碳氧化成 CO， 10%的碳氧化成 CO2； （ 3）喷溅铁损为铁水的 1%； （ 4）炉气和烟尘量，取炉气平均温度 1450℃。 炉气中自由氧含量为 %。 烟尘量为铁水量的 %，其中 ω(FeO)=77%, ω(Fe2O3 )=20%； （ 5）炉衬侵蚀量为铁水量的 %； （ 6）氧气成分，氧气为 %，氮气为 %。 物料平衡计算 根据铁水成分，原材料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作。 为了简化计算，以 100kg 铁水为计算基础。 炉渣量及成分计算 炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等。 铁水中各元素氧化量见表 16 表 16 铁水中各元素氧化量 第 8 页 成分 （千克 ） 项 目 C Si Mn P S 铁 水 氧化量 终点钢水 痕迹 注： C 和 Si 按实际生产情况选取， Mn， P， S 分别按铁水中相应成分含量的 30%、 10%、 53%留在钢水中设定。 ω（ P） ：采用低磷铁水操作，炉料中磷约 85%~95%进入炉渣，本计算采用低磷铁水操作，取铁水中磷的 90%进入炉渣， 10%留在钢中。 ω（ Mn） ：终点钢水余锰量，一般为铁水中锰含量的 30%~40%，取 30%。 ω（ S）：去硫率，一般为 30%~50%的范围，取 40%。 ω（ C）：终点钢水含碳量，根据冶炼钢种的含碳量和预估计脱氧剂 等增碳量之差，则为终点含碳量。 本计算取 %。 各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量见表 17 表 17 铁水中各元素氧化产物量 元素 反应产物 元素氧化量 (kg) 耗氧量(kg) 氧化 产物量(kg) 备注 C Si [C]→{CO} [C]→{CO 2} 90%= 10%= [Si]→{SiO 2} Mn [Mn]→{MnO} P [P]→{P 2O5} S [S]→{SO 2} [S]+(CaO)=(CaS)+(O) 1/3= = (CaS) 消 CaO量 Fe [Fe]→(FeO) [Fe]→(Fe 2O3) 合计 造渣剂成分及数量。 （ 1）矿石加入量及成分。 矿石加入量为 （铁水），成分及质量见 第 9 页 表 18 表 18 矿石加入量及其成分 成 分 质量 /kg m(Fe2O3) m(FeO) m(SiO2) m( Al2O3 ) m(CaO) m (MgO) m(S) m(H2O) %= %= %= %= %= %= %= %= 共 计 注： S 以 [S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应 ,其中生成 CaS 量为 72／ 32=(kg)。 消耗 CaO 量为 56／ 32=(kg).消耗微量氧，忽略之。 (2)萤石加入量及成分。 萤石加入量 （铁水），其成分及质量见表19 表 19 萤石加入量及成分 成 分 质量 /kg m(CaF2) m(SiO2) m( Al2O3 ) m(MgO) m (P) m(S) m(H2O) %= %= %= %= %= %= %= 共计 注： P 以 2[P]+5/2{O2 }=(P2O5)的形式进行反应 ,其中生产 P2O5量为 142／ 62= （ kg）。 消耗氧气量为 80／ 62=（ kg）。 硫微量，忽略之。 第 10 页 (3)炉衬被侵蚀质量及成分。 炉衬被侵蚀量为 ／ 100 kg（ 铁水），其成分及质量见表 110。 表 110 炉衬被侵蚀质量及成分 成 分 质量／ kg m(CaO) m(MgO) m(SiO2 ) m(Al2O3) m (C) %= %= %= %= %= 共计 注：被侵蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳的氧化成 CO、 CO2的比例数相同。 即： C→CO 90%28／ 12=（ kg）。 C→CO 2 10%42／ 12=（ kg）。 其氧气消耗量： 16／ 28=（ kg）。 32／ 44=（ kg）。 共消耗氧气量为 +=（ kg）。 （ 4） 生白云石加入量及成分。 为了提高转炉炉衬的寿命，采用白云石造渣剂，其主要目的是提高炉渣的MgO 含量，降低炉渣对炉衬的侵蚀能力。 若使渣中 MgO 含量在 %%的范围之内，其效果显著。 经试算后取生白云石加入量为 （铁水），其成分及质量见表 111 表 111 生白云石加入量及成分 成 分 质量 /kg m(CaO) m(MgO) m(SiO2 ) m(Al2O3) 烧碱 %= %= %= %= %= 共计 注：烧碱是指生白云石分解后而产生的气体。 （ 5） 炉渣碱度和石灰加入量。 第 11 页 取终渣碱度 R=%CaO/%SiO2= 首先渣中已纯在的 SiO2 =++++= kg。 渣中已存在 CaO=++= kg。 石灰加入量。