年产425万吨合格铸坯炼钢厂转炉车间设计

内蒙古科技大学毕业设计说明书-1-内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题目：年产425万吨合格铸坯炼钢厂转炉车间设计学生姓名：学号：专业：冶金工程班级：冶金2009-1班指导教师：内蒙古科技大学毕业设计说明书-2-年产425万吨合格铸坯炼钢厂转炉车间设计摘要根据设计任务书的要求，结合所学冶金理论知识与实践教学内容，完成对年产425万吨合格铸坯炼钢厂转炉车间的工艺设计。在设计中制定了产品大纲，计划生产的主要钢种为桥梁板、容器板等。设计内容分为以下几部分：三座150吨转炉设计，氧枪、除尘系统设计，铁水预处理车间设计，炉外精炼设备选型，连铸机设备选择等。根据国内外转炉炼钢技术的发展趋势，转炉车间采用顶底复吹转炉—LF钢包精炼炉—RH精炼炉—板坯连铸机的紧凑式连续化的工艺流程。同时设计中采用了顶底复吹、溅渣护炉、PLC自动控制、煤气回收利用、钢渣水淬等一系列先进技术，使钢厂在物料消耗、资源利用、环境保护等方面达到国内先进水平。设计过程中本着投资省、经济效益佳、多品种、高质量、生产安全、清洁生产和符合国家产业政策的原则，充分借鉴国内外先进钢铁企业生产经验，并查阅了相关文献资料完成准炉车间的设计和布置，使以上生产方案具有科学性、先进性，经济合理，适应当前社会发展的需要。关键词：转炉；炼钢；氧枪；复吹；精炼内蒙古科技大学毕业设计说明书-3-第一章文献综述1.1国外转炉炼钢技术发展概况1.1.1国外转炉炼钢发展历程世界近代炼钢工业首先诞生于欧洲，机器得大量发明和广泛使用，使钢铁成为最基本的工业材料，对钢铁得数量和质量得需求越来越高。首先公布转炉炼钢法的是英国发明家亨利·贝塞麦，1965年，亨利·贝塞麦在英国科学协会发表演讲，宣布其发明了底吹酸性空气转炉炼钢法，也因为此法生产率高、成本低的炼钢方法，成为冶金史上的一大创举，从此开创了大规模炼钢得新时代。1952年奥地利的林茨和多纳维茨钢厂合作发明了第一座氧气顶吹转炉,1960年世界氧气顶吹转炉的钢产量占全球粗钢产量的比率不到5%。20世纪70年代该技术发展较快,占全球粗钢产量的比率提高到40%,到20世纪80年代初提高到60%以上。1968年德国马克西姆利安钢厂又成功开发了氧气底吹转炉。到20世纪70年代,底吹转炉生产能力达到3000万t。1977年美国琼斯—劳夫林公司芝加哥厂建成了2座225t氧气底吹转炉,接着日本川崎制铁公司千叶厂也投产了230t底吹转炉,称为Q-BOP法。20世纪70年代中期至80年代初期,法国钢铁研究院、卢森堡阿尔贝德公司等十几个国家的炼钢厂先后开展了顶底复合吹炼转炉实验研究[1]。1980年3月,日本住友金属工业公司鹿岛厂250t复合吹炼转炉正式投入生产。顶底复合吹炼转炉的种类繁多,以底部吹入气体的种类划分,可分为强搅拌型和弱搅拌型,如日本新日铁大分厂采用的LD-OB法为强搅拌型,底吹氧气强度为0.15～0.80m3/(t·min);而法国钢研院和阿尔贝德公司开发的LBE法为弱搅拌型,该法采用多孔砖底吹N2、Ar,底吹供气强度为0.07～0.15m3/(t·min)。顶底复合吹炼的转炉可分为三类①顶吹氧气、底吹惰性气体法。这种方法为强搅拌型复吹法,代表技术有LBE、LD-KG、LD-OBT和NK-(BLD-AB)等。此技术底部供气元件易维护、寿命长、操作工艺较简单、适应钢种范围广,在世界上广为采用,中国的复吹转炉绝大多数采用该法。②顶底复合吹氧法。这一方法属于强化冶炼型,代表技术有:BSC-BAP、LD-HC、STB、STB-P和K-BOP等,欧洲和日本采用此法较多。内蒙古科技大学毕业设计说明书-4-③顶吹氧气、底吹氧气和燃料法。此法可显著提高废钢比,代表技术有KMS和KS等,其中KS法在底吹氧的同时喷入煤粉,钢铁料可100%采用废钢,德国应用了该技术。1.1.2国外先进钢铁企业的转炉吹炼技术目前钢铁企业为了能节省成本，冶炼洁净钢，都会努力研究各种新的吹炼技术，下面介绍几种国外的一些先进的钢铁企业采用如下几种转炉吹炼技术：(1)、蒂森公司TBM法TBM吹炼法是采用特殊结构的喷枪从顶吹氧气和底吹惰性气体(氮或氢)。底吹喷枪用钢管制成,其结构简单,使用可靠。采用TBM法复合吹炼，生产成本有所降低、钢水收得率提高、造渣剂加入量减少、合金回收率高、氧枪及炉衬寿命延长，使钢的生产成本降低约5马克/t钢。此外，TBM法曾出售给印度一家钢厂，在生产实践中也取得了良好的脱磷效果。2001年我国梅山冶金公司150t转炉引进了TBM技术，JJ(KJ)JJ运行结果表明，TBM法具有良好的脱磷能力。(2)、阿尔贝德萨尔钢公司LBE法LBE法复吹技术透气元件寿命长，可大幅度调节吹气量；操作简便；流经炉底布置的12个透气砖的气流可以保持恒定，透气砖沿炉底呈圆周布置；搅拌气体的输入管线可从转炉耳轴经球型接头引入转炉炉底；利用声波对炉内成渣过程进行连续监控。采用LBE法复合吹炼取得了下列效果：①炉渣中FeO含量降低约2.5②金属收得率提高约0.5%；③石灰耗量约减少5(㎏)/t钢；④不经脱气处理的钢中碳含量可达0.02；⑤转炉出钢成分、温度均匀。由于LBE法复吹具有诸多优点，被欧洲一些钢厂及新日铁室兰厂广泛采用。(3)、新日铁公司LD—AB复吹技术LD—AB复吹技术是从转炉底部吹人惰性气体，日本新日铁采用预脱磷硫—B0lF精炼—CC工艺生产海洋结构用高级管线钢，达到碳(0.001%)、全氧(0.0025%)、氮内蒙古科技大学毕业设计说明书-5-(0.0015%)、磷(0.0025%)、硫(0.0003%)和氢(0.0001%)之和为0.0069%。(4)、住友金属STB法住友金属发明了STB复合吹炼技术，从转炉底部吹入N2、Ar、CO2、O2四种混合气体，其中O2约占15%。底部喷嘴采用双层套管式，炉底安装了4支喷嘴，转炉采用活炉底，可进行更换，炉底采用Mg—C质砖，最初炉底寿命仅为700～1000次。最近已将透气元件改为透气砖，透气砖为Mg—C砖，每块透气砖内镶嵌56～6O根耐热不锈钢管，不锈钢管直径为2mm。STB法复吹转炉由于从底部喷入部分CO2，因此，应增设CO2的制备系统。一般从转炉废气中回收，要求CO2纯度99.25，水分≤O.0002。由于采用STB复合吹炼技术，扩大了转炉冶炼超低碳钢种的范围，同时获得了良好的操作指标。(5)、川崎制铁公司LD—KGC和K—B0P法川崎制铁公司开发出两种不同类型的顶底复吹转炉，即K—BOP和LD—KGC。K—BOP在底吹喷嘴喷人石灰的同时，还吹入一部分氧气；LD—KGC则在底吹喷嘴喷吹惰性气体的同时，用顶枪吹氧。LD—KGC通过提高底吹惰性气体流量来增加熔池的搅拌力；K—BOP法在精炼末期，混合底吹惰性气体与氧气来增加熔池搅拌。生产中，LD—KGC法使用CO气体；K—BOP法使用C02气体。(6)、日本钢管公司NK—CB复吹技术日本钢管公司开发了NK—CB复吹技术，并先后在福山一炼钢厂180t转炉和福山二炼钢厂250t转炉上采用。从转炉底部喷吹CO2气体，冶炼极低碳钢时吹人N2和Ar，底部喷入气体量≤0.1m3/(t·min)，采用单管喷嘴，炉底设4支喷嘴。采用NK—CB复吹技术冶炼低碳铝镇静钢时，金属收得率可提高0.6，铁合金消耗有所降低，其中铝降低0.35(㎏)/t钢，Fe—Mn降低1.2(㎏)/t钢；石灰消耗降低3(㎏)/t钢，转炉吹炼时间可缩短1min。(7)、转炉双联法脱磷目前，单用转炉工艺磷含量可达到0.004～0.01。其高低取决于铁水的硅和磷含量。根据渣量来确定铁水硅含量，在脱磷期间形成的PO5是一定的。在日本，铁水脱磷后再进行少渣吹炼比较普及。采用转炉双联法脱磷，钢水含磷可达0.004。然而，在这种情况下必须注意的是，铁水脱磷必须先脱硅，转炉冶炼超低硅铁水，具有少渣操作的优越性。内蒙古科技大学毕业设计说明书-6-另一方面，这一工艺废钢比低。采用双联法，第一座转炉的炉渣扒掉，第二座转炉出钢后炉渣返回到第一座转炉，用于下一炉次铁水脱磷，使转炉吹炼终点磷含量达0.003。如果出钢时带少量渣，渣中P2O5还原可使钢水回磷。此外，添加含磷合金元素和锰铁，也能引起磷含量增加，最终产品的磷含量比转炉吹炼终点的磷含量高出0.001左右。1.2国内转炉炼钢技术现状转炉钢在我国炼钢产量中占据绝对统治地位，近年我国转炉钢产量和技术进步巨大，有力支撑了钢铁工业的发展，满足了经济建设的需求。但和国外钢铁强国比较，我国转炉炼钢整体水平落后，仍存在着炉容偏小、终点控制技术落后、物耗能耗较高等问题，必须优化工艺流程，提高技术装备水平，进一步提高转炉效率和改善钢水质量，为大规模多品种生产高质量钢打下基础。建国初期我国炼钢设备以平炉为主，有少量的电炉和一些小型空气侧吹转炉，1964年，我国第一座氧气顶吹转炉在首钢投产。改革开放以来，国民经济持续高速发展极大刺激了钢材需求，我国电价高、废钢资源贫乏和连铸的推广等因素促使氧气转炉炼钢快速发展，2006年，我国转炉钢产量37671.4万t，占全国钢产量的89.47％[2]。20世纪90年代中、后期，在宝钢二炼钢厂、武钢三炼钢厂、鞍钢三炼钢厂、首钢炼钢厂先后建成投产了180t、210t、250t大型氧气顶底复吹转炉，从此我国转炉炼钢进入了高速发展期。其发展现状可以概括为以下几个方面[3]：①转炉钢产量2003年我国转炉钢产量已接近1.9亿t,占我国钢产量的85.2%,约占世界转炉钢的25%。2010年我国转炉钢产量达5.49亿吨。②大中型重点钢铁企业转炉钢产量占主导地位近年来,由于新建了一批大、中型转炉以及原有小型转炉的扩容改造,使转炉炼钢厂生产规模均有所扩大,因此大、中型转炉钢产量大幅度提高。我国重点大、中型钢铁企业转炉钢产量分布情况的统计表明,全国年产量200万t以上的大中型钢铁企业的产钢量已占全国钢总产量的82.4%。大型钢铁(集团)企业(500万t/a)数量增多,为发展转炉炼钢提供了有利条件。全国年产超过500万t钢铁企业数[1,3]由2001年的4家增至2003年的13家,钢产量由2001年4326万t增至2003年9789万t。内蒙古科技大学毕业设计说明书-7-③转炉冶炼新钢种的开发与高附加值钢种的增长我国汽车、造船、集装箱、石化、电工等行业对优质钢需求旺盛,因此需要炼钢供应优质钢水浇铸成优质合格铸坯以满足轧材品种的需要。近年来我国转炉开发并成批量冶炼了IF钢,高强度级别的管线钢,有些超低磷钢种要求船用钢,压力容器用钢、集装箱用钢等高附加值钢种,钢的质量亦不断提高。一些主要高附加值产品在2002年产量增加的基础上,2003年又有大幅度增长,如2003年低合金中厚板增幅62%,压力容器板达65%。④转炉生产工艺进一步优化为了提高转炉钢的质量和扩大冶炼钢种，原有大、中型转炉炼钢厂都相继增建了铁水脱硫装置及二次精炼装置。近年来新建的转炉炼钢厂普遍配置了全量铁水脱硫装置，并根据冶炼钢种要求配置了炉外精炼装置，从而为生产高附加值钢种提供了有利条件。近年来转炉二次精炼比已大幅度提高，2006年我国转炉炼钢精炼比超过30％。⑤转炉自动化水平不断提高大、中型转炉炼钢厂一般均采用了基础自动化和过程计算机控制系统，有些大中型转炉钢厂还设置了管理计算机系统。另外在一些有条件的大型转炉炼钢厂增设了副枪装置或炉气自动分析仪，以此为检测手段实现了计算机动态模型控制，从而提高了转炉终点命中率，改善了转炉作业指标。⑥转炉消耗指标逐步降低我国高炉生产能力的大幅度增长,可为转炉炼钢提供了充裕的铁水，又由于我国废钢资源短缺，故转炉炼钢炉料铁水比高而废钢比较低，这为转炉冶炼纯净钢和提高钢的质量提供了良好条件[1]。增加转炉煤气和蒸汽回收,钢渣二次利用,以及采用双预热钢包蓄热式烘烤器等,使炼钢能耗明显降低。继宝钢300t转炉后,武钢三炼钢250t转炉和宝钢二炼钢250t转炉相继实现了负能炼钢。2001年武钢三炼钢转炉工序能耗降低到-6.37kg/t,转炉烟气热量回收率为91.2%,吨钢煤气回收量为112.33m3,吨钢蒸汽回收量为108kg