炼钢设计开题报告

河北联合大学轻工学院本科生毕业设计开题报告题目：设计一座公称容量为150t×2的氧气转炉炼钢车间，产品自定学部：材料化工部专业：冶金工程班级：姓名：学号：指导教师：2012年03月19日一、一选题背景1.题目来源本设计题目是由艾立群老师根据目前我国转炉炼钢生产车间的典型规模进行精心选题安排，意在将我们学生四年的学习的基础和专业知识加以综合运用，培养我们都动手动脑能力，并结合现有先进技术，对钢铁企业炼钢生产工艺车间工艺布置及主体设备进行设计和计算，从而对钢铁生产过程具有更加深刻的理解，为我们以后在钢厂打下良好的基础。2．炼钢设计的意义及目的1.1钢铁工业在国民生产中的地位钢铁是用途最广泛金属材料，人类使用的金属中，钢铁占90%以上。人们的生活离不开钢铁，人们从事生产或其他生活所用的工具和设施也都要使用钢铁。钢铁产量往往是衡量一个国家工业水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品种对国名经济的其他工业部门产品的质量都有极大的影响。世界经济发展到今天的水平，钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到根本性影响，而且在可以预见的范围内，这个地位也不会因世界新技术和新材料的进步而消弱。纵观世界的主要发达国家的经济发展史，不难看出钢铁材料工业的发展在美国、前苏联、日本、英国、德国、法国等国家的经济发展中都起到了决定性作用。这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车、造船、机械、电器等工业的发展和经济腾飞都发挥了至关重要的作用。现在钢铁工业是个庞大的工业生产系统，主要生产部门包括采矿、选矿、烧结球团、炼铁、炼钢、轧钢等；也包括大量的辅助生产部门，如焦化、耐火材料、石灰、铁合金、机修、动力运输等，而且还包括专门以钢铁工业为工作和研究对象的大专院校、科学研究、经济信息、营销机构、地质勘探等部门。3．转炉炼钢的发展历程早期，在1856年德国人贝斯麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法，这种方法是近代炼钢法的开端，它为人类生产了大量廉价钢，促进了欧洲的工业革命。但由于此法不能去除S和P，因而其发展受到了限制。1879年出现了托马斯底吹碱性转炉炼钢法，它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁。虽然转炉法可以大量生产钢，但它对生铁成分有着较严格的要求，而且一般不能多用废钢。随着工业的进一步发展，废钢越来越多。在酸性转炉炼钢法发明不到十年，法国人马丁利用蓄热原理，在1864年创立了平炉炼钢法，1880年出现了碱性平炉。平炉炼钢法对原料的要求不那么严格，容量大，生产的品种多，所以不到20年它就成为世界上主要的炼钢方法，直到20世纪50年代，在世界钢产量中，约85%是平炉炼出来的。1952年在奥地利出现纯氧顶吹转炉，它解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题，使质量接近平炉钢，同时减少了随废气（当用普通空气吹炼时，空气含79%无用的氮）损失的热量，可以吹炼温度较低的平炉生铁，因而节省了高炉的焦炭耗量，且能使用更多的废钢。由于转炉炼钢速度快（炼一炉钢约10min，而平炉则需7h），负能炼钢，节约能源，故转炉炼钢成为当代炼钢的主流。中期，其实130年前贝斯麦发明底吹空气炼钢法时，就提出了利用氧气炼钢的设想，但受当时条件的限制没能实现。直到20世纪50年代初，奥地利的VoestAlpine公司才将氧气炼钢用于工业生产，从而诞生了氧气顶吹转炉，亦称LD转炉。底吹转炉问世后，其发展速度非常快，到1968年出现氧气底吹法时，全世界顶吹法产钢能力已达2.6亿t，占绝对垄断地位。1970年后，由于发明了用碳氢化合物保护的双层套管式底吹氧枪而出现了底吹法，各种类型的底吹法转炉（如OBM，Q-BOP，LSW等）在实际生产中显示出许多优于顶吹转炉之处，使一直居于首位的顶吹法受到挑战和冲击。顶吹法的特点决定了它具有渣中含铁高，钢水含氧高，废气铁尘损失大和冶炼超低碳钢困难等缺点，而底吹法则在很大程度上能克服这些缺点。但由于底吹法用碳氢化合物冷却喷嘴，钢水含氢量高，需在停吹后喷吹惰性气体进行清洗。基于以上两种方法在冶金学上显示出的明显差别，故在20世纪70年代以后，国外许多国家着手研究结合两种方法优点的顶底复吹冶炼法。继奥地利人Dr.Eduard等于1973年研究转炉顶底复吹炼钢后，世界各国普遍开展了转炉复吹的研究工作，出现了各种类型的复吹转炉。到20世纪80年代初开始正式用于生产。由于它比顶吹和底吹法都更优越，加上转炉复吹现场改造比较容易，使之几年时间就在全世界范围内得到普遍应用，有的国家（如日本）已基本上淘汰了单纯的顶吹转炉。目前复吹转炉大都是在顶吹基础上加上各自不同的底吹方法构成的。这些复吹方法大致可以分为以下三类：（1）用惰性气体搅拌熔池，所用气体主要为N2，Ar和CO2，如LD-KG，LD-OTB，LD-AB方法采用小直径多管供气，而LBE法则采用透气砖供气。（2）从炉底吹入部分氧或其他氧化性气体来搅拌熔池。当顶吹用氧时，不论是纯氧、氮与氧混合物或是空气，都需要采用双层套管喷嘴，使氧流得到遮盖以保护炉底耐火材料。通常中心管通O2及CO2，外管遮盖气体用CO2、N2或Ar，或者用天然气。这种底吹方法如DSC-BAP、LD-OB、LD-HC、STB等。（3）除炉底供一部分氧外，还顶吹石灰粉等造渣剂，如K-BOP法等。现在，氧气转炉炼钢从顶吹发展到顶底复吹经历了30多年，现已成世界上主要的炼钢方法，目前转炉钢的比例已达到70%以上。传统的转炉炼钢过程是将高炉来的铁水经混铁炉混匀后兑入转炉，并按一定比例装入废钢，然后降下水冷氧枪以一定的供氧、枪位和造渣制度吹氧冶炼。当达到吹炼终点时，提枪倒炉，测温和取样化验成分，如钢水温度和成分达到目标值范围就出钢。否则，降下氧枪进行再吹。在出钢过程中，向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧、合金化。然后，钢水送模铸场或连铸车间铸锭。近年来，用户对钢材性能和质量的要求越来越高，钢材的应用范围越来越宽广同时钢铁生产企业也对提高产品产量和质量，扩大品种，节约能源和降低成本越来越重视。在这种情况下，转炉生产工艺流程发生了很大变化。铁水预处理、复吹转炉、炉外精选、连铸技术的发展，打破了传统的转炉炼钢模式。目前由单纯用转炉冶炼发展为铁水预处理——复吹转炉吹炼——炉外精料——连铸这一新的工艺流程。这一流程以设备大型化、现代化和连续化为特点。氧气转炉已由原来的主导地位变为新流程的一个环节，主要承担钢水脱碳和升温的任务了。4.钢铁工业的发展前景随着社会发展和科技进步，钢铁工业市场竞争已经不仅仅是价格、质量的竞争，而是包括价格/成本、质量/品种，资本回收时间、产品供货速度、过程服务、环境友好等多方面、多因素的综合竞争。不容置疑的是，钢铁生产采用先进的工艺和设备，实现低成本、高质量、低消耗、多品种、少污染、高劳动生产率，不但是我国钢铁工业实现可持续发展走向钢铁强国的必由之路，也是我国钢铁企业在激烈的国内外市场竞争中取得成功的必要条件。基于上述现状和社会要求，现代钢铁厂设计的目的主要是建设新的生产厂，扩建或改建旧有企业使之更适应国民经济发展的需要，提高产量、质量，减少原材料的消耗，改善生产环境。健身生态化的钢铁企业已经成为各国实现可持续发展的重要举措，加拿大美国等国家从二十世纪九十年代就开始规划建设生态工业示范园区，丹麦的卡伦堡生态工业区是目前国际上最成功的生态工业园区。纵观包括我国在内的各国时间可以看出，建设生态化钢铁企业不但可降低能源和资源消耗、减轻大气环境负荷，而且还可提高整个企业利润水平。因此，建设生态化的钢铁企业，是我国钢铁工业实现可持续发展，走向钢铁强国的必由之路。二、设计方案2.1车间生产规模、转炉容量及座数、产品方案的确定选定150t转炉2座，按照2吹2方式生产平均冶炼周期取42min,连铸坯收得率取98%。转炉年作业天数取290天，则转炉作业率=00100日历天数转炉作业天数=00100365290=79.5%年出钢炉数=426024%5.793652=19897（炉）每天出钢炉数=29019897=68（炉）车间年产量：150×19897=2984550（t）年产合格钢坯=2984550×98%=2924859（t）则该车间年产合格钢坯约300万吨。主要生产低碳钢，全部为薄板坯（连铸连轧）2.2炼钢车间各主要系统方案的确定2.2.1铁水供应系统铁水供应方式有混铁炉、混铁车和铁水罐三种供应方式。本设计选取铁水罐供应铁水系统铁水罐供应铁水优点：搅拌条件好，扒渣方便，比较适合于铁水预处理采用。所以，新建转炉车间提倡采用大容量铁水罐供应铁水。供应铁水的过程是：高炉-铁水罐-转炉2.2.2铁水预处理系统本设计在铁水预处理站的主要任务是进行铁水预脱硫处理，选用铁水罐喷吹法（镁粒）对铁水进行预脱硫处理。2.2.3废钢供应系统本设计中废钢供应系统中废钢间的布置方式采用设立单独的废钢间的布置方式，按照情种类型不同分类堆放，用磁盘吊车向废钢斗装入废钢，然后用热力或电力料斗平车运送废钢料斗到加料跨。2.24散状料供应系统散状料是指炼钢过程中使用的造渣材料和冷却剂等。散状料供应系统包括散状料堆场，地面料仓，由地面料仓向炉上高位料仓的运输提升设备，高位料仓，给料及称重装置和加料设备等。为了保证及时而准确地加入各种料，给料称量和加料操作都由转炉主控室控制，大型转炉为了加料的均匀性，一般采用从转炉两侧加料方式。2.2.5铁合金供应系统本设计的转炉车间为大型转炉车间，所以采用全皮带上料系统。2.2.6烟气净化和回收系统1.转炉烟气净化处理方法1）按吸入的气体量的多少主要分两类（1）：燃烧法：将含有大量CO的炉气在出炉口进入除尘系统时与大量空气混合，使之完全燃烧，燃烧后的烟气经过冷却和除尘后排放到大气中去。（2）未燃法：炉气出炉口后通过降下活动烟罩缩小烟罩与炉口间的缝隙，并采取其它措施控制系统吸入少量空气，使炉气中的CO只有少量燃烧成CO2绝大部分不燃烧烟气成分主要是CO，然后经冷却和除尘后将煤气回收利用。未然法除尘设备体积小，投资费用低，需要的厂房高度低。在能源利用方面，未然法可以回收煤气节省大量资源。未然法烟尘中FeO含量高，FeO具有颗粒打容易捕集的特性，因此除尘效率高。通过研究比较本设计采用未燃法。2）在操作工艺上分为全湿法，干湿结合法和全干法三种。（1）全湿法：烟气进入第一级净化设备即与水相遇，叫全湿法除尘。全湿法除尘系统有双塔一级文氏管，两级文氏管式。虽然形式不一样，但整个除尘系统都是采用喷水的方式来达到降低烟气温度和除尘的目的。这种系统耗水量大，且需要有处理大量的泥浆的设备。（2）干湿结合法：烟气进入次级净化设备才与水相遇。叫干湿结合法除尘系统。前者采用旋风除尘器，后者采用文氏管除尘，这是部分小型转炉曾用过的一种除尘方式，新建转炉基本上不采用。（3）全干法：净化过程中烟气完全不与水相遇，叫全干法除尘系统。通过比较本设计采用全湿法。2.烟气净化系统烟气净化系统可概括为收集与疏导，降温与净化，抽引与放散三部分。1）烟罩：未燃法烟气净化系统中烟罩由固定烟罩和活动烟罩两部分组成，二者之间用水封连接。固定烟罩与烟道连接，而活动烟罩可上下升降，其主要作用是使转炉烟气顺利的进入烟罩并能很好地控制吸入的空气量，以提高回收煤气的质量。活动烟罩按照结构不同分为单烟罩和双烟罩两种。单烟罩又有死循环式和敞口式之分。因本设计中控制炉口，本设计选用敞口式活动单烟罩与之配合以提高煤气质量。活动烟罩冷却一般采用排管式或者外淋式水冷。本设计采用矩形无缝钢管拼焊水冷活动烟罩。3.车间除尘新型氧气转炉炼钢车间除专门设置转炉烟气净化设备外，还要对车间各个产生烟气和粉尘的场合设置相应的除尘设备进行除尘以净化整个车间环境，又称二次除尘，可分为局部除尘和厂房除尘。局部除尘常用的有干法布袋除尘器和旋风除尘器。厂房除尘要求厂方上部为密封结构，其天窗部分作为排烟吸引部。经过局部除尘和厂房除尘二者结合，可大大改善车间内的作业环境。2.2.7炉外精炼系统炉外精炼也称二次精炼或钢包冶金。它是提高冶金产品质量、扩大品种的重要手段；是优化冶金生产工艺流程、进一步提高生产率、节能降耗、降低生产成本的有利手段；是保证