年产100万吨重轨钢可行性研究

重庆科技学院课程设计1目录1.产品及工艺流程…………………………………………………………….………31.1产品的确定…………………………………………………………….……….31.2工艺流程……………………………………………………………….……….31.3方案可行性…………………………………………………….……………….32.选择初炼炉型、座数并核算年产量…………………………………….…....……33.供应方式和预处理……………………………………………………….…………33.1铁水供应………………………………………………………….…….……….33.2废钢供应………………………………………………………….…………….33.3铁水预处理………………………………………………………….………….33.3.1铁水预脱硫……………………………………………………….………..33.3.2铁水预脱硅……………………………………………………….………..43.3.3铁水预脱磷……………………………………………………….…….......44.炼钢过程的物料平衡和热平衡计算………………………………………………44.1物料平衡计算…………………………………………………………………..44.1.1计算原始数据……………………………………………………….……..44.1.2物料平衡基本项目………………………………………………….…..…54.1.3计算步骤…………………………………………………………….……..54.2热平衡计算……………………………………………………………………104.2.1计算所需原始数据………………………………………………….…….104.2.2计算步骤…………………………………………………………….…….115.确定初炼炉型及尺寸……………………………………………………………..125.1炉型……………………………………………………………………….…….125.2熔池尺寸…………………………………………………………………..……135.2.1熔池直径……………………………………………………………...……135.2.2熔池深度…………………………………………………………...………135.3炉身尺寸………………………………………………………………..………135.4炉帽尺寸………………………………………………………………..………135.5出钢口尺寸……………………………………………………………..………136.浇铸方案及连铸机型选择和布置……………………………...…………………156.1连铸方案…………………………………………………………………..……156.2连铸机………………………………………………………………..…………157.炉外精炼设备的选取…………………………………………….…………..……158.车间工艺布置方案的设计、厂房主要尺寸的计算…………….…………..……15重庆科技学院课程设计28.1装料跨布置………………………………………………………………......…158.1.1铁水供应与铁水预处理布置……………………………………...………168.1.2废钢供应布置…………………………………………………………...…168.1.3出渣方式………………………………………………………………...…168.1.4装料跨尺寸………………………………………………...………………168.2转炉跨布置…………………………………………………………………..…168.2.1转炉跨的布置…………………………………………………………...…168.2.2转炉跨的横向布置……………………………………………...…………168.2.3转炉跨的纵向布置……………………………………………...…………168.2.4转炉跨各层平台的布置……………………………………………...……168.2.5转炉跨吊车鬼面标高和转炉跨宽度、长度………………………………168.3连铸各跨布置…………………………………………………………..………178.3.1连铸浇注跨…………………………………………………………...……178.3.2连铸出坯跨……………………………………………………………...…178.3.3连铸区域尺寸……………………………………………………...………179.参考文献…………………………………………………………………………...17重庆科技学院课程设计31.产品及工艺流程1.1确定产品（钢材）方案钢种为时速200km重轨钢（60kg/m），钢号为U71Mn其化学成分（%）钢号CSiMnPSVAlU71Mn0.65~0.770.15~0.351.10~1.50≤0.03≤0.03残留≤0.0041.2拟定产品的工艺流程LD→吹氩→LF炉→RH真空脱气→模铸1.3技术可行性精炼过程采用LF炉处理，其埋弧加热功能的辐射热小，对炉衬有保护作用，与此同时加热的热效率也比较高，热利用率好；碱性白渣下精炼功能使炉内有很强的还原性，可以降低钢液中的的氧、硫及夹杂物的含量；惰性气体搅拌功能有利于钢液的脱氧、脱硫反应，可以加速渣中氧化物的还原。加速钢液的温度与成分的均匀，能精确的调整复杂的化学组成而这对优质钢又是必不可少的；其惰性气体保护功能保证了精炼时炉内的还原气氛，钢液的脱氧、脱硫能力得到提高。2.选择初炼炉型，炉子座数，并核算年产量。有课程题目为年产100万吨铁路用重轨钢可知，初步选定炉子公称容量为80吨的转炉，采用“三吹二”制，所以选着2座转炉。年产量核算：设转炉作业率为85%，平均冶炼时间为33分钟。则该车间的年产钢水量：W=nNq=1440×365×85%×80/34=1051200（t）3.选定铁水（废钢）供应方式和预处理方案3.1铁水供应混铁炉：混铁炉有炉体、炉盖开闭机构和炉体倾动机构三部分组成。炉体为短圆柱体容器，其长度和直径相近，以减小其比表面积，从而降低散热损失。受铁口和出铁口都在中心断面，受铁口在顶部，出铁口和水平面呈21°-22°夹角。混铁炉内衬用粘土砖和镁砖。3.2废钢供应废钢斗：由普通吊车像兑铁水那样装入转炉。3.3预处理3.3.1铁水预脱硫工艺：采用KR搅拌法，以一种外衬耐火材料的搅拌器侵入铁水罐内旋转搅动铁水，使铁水产生漩涡，同时加入脱硫剂，使其卷入铁水内部进行充分反应，从而达到铁水脱硫的目的。3.3.2铁水预脱硅工艺：出铁场脱硅，采用自然落下的上置法，铁水落下流搅拌。重庆科技学院课程设计43.3.3铁水预脱磷工艺：铁水包喷吹法。4.炼钢过程的物料平衡和热平衡计算4.1物料平衡计算4.1.1计算原始数据基本原始数据：冶炼钢种及其成分、铁水和废钢成分、终点钢水成分（表1）；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3）；其他工艺参数（表4）。表1钢水、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值成分含量/%类别CSiMnPS钢种U71Mn设定值0.700.251.24≤0.040≤0.040铁水设定值4.200.800.800.2000.030废钢设定值0.280.250.550.0300.020终点钢水设定值0.20痕迹0.240.0200.018本计算设定钢种为U71Mn。[C]和[Si]按实际产生情况选取；[Mn]、[P]和[S]分别按铁水中相应成分含量的30%、10%和60%留在刚水中设定。表2原材料成分成分/%类别CaOSiO2MnOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰88.02.502.601.500.500.100.064.640.10萤石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50生白云石36.40.8025.61.0036.2炉衬1.203.0078.01.401.6014.0焦炭0.5881.512.405.52表3铁合金成分（分子）及其回收率成分含量/回收率/%类别CSiMnAlPSFe硅铁—73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.8/80—0.23/1000.13/10024.74/10010%与氧生成CO2。表4其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度萤石加入量生白云石加入量炉衬蚀损量ω(CaO)/ω(SiO2)=3.5为铁水量得0.5%为铁水量得2.5%为铁水量得0.3%渣中铁损（铁珠）氧气纯度炉气中自由氧含量气化去硫量为渣量的6%99%,余者为N20.5%(体积比)占总去硫量得1/3重庆科技学院课程设计5终渣∑ω(FeO)含量(按向钢中传氧量ω(Fe2O3)=1.35ω(FeO)折算)烟尘量喷吹铁损15%,而ω(Fe2O3)/∑ω(FeO)=1/3，即ω(Fe2O3)=5%，ω(FeO)=8.25%为铁水量得1.5%(其中ω(FeO)为75%,ω(Fe2O3)为20%)为铁水量得1%金属中[C]的氧化产物废钢量90%C氧化成CO,10%C氧化成CO2由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量得13.21%，即废钢比为11.67%4.1.2物料平衡基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂、氧气、炉衬损失、铁合金。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。4.1.3计算步骤第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表5表7。总渣量及其成分如表8所示。第二步：计算氧气消耗量。氧气实际消耗量消耗项目与供入项目只差。见表9。表5铁水中元素的氧化产物及其成渣量元素反应产物元素氧化量/kg耗氧量/kg产物量/kg备注C[C]→{CO}4.0×90%=3.6004.8008.400[C]→{CO2}4.0×10%=0.4001.0671.0467Si[Si]→(SiO2)0.8000.9101.710入渣Mn[Mn]→(MnO)0.5600.1630.645入渣PS[P]→(P2O5)0.1800.2300.410入渣[S]→{SO2}0.012×1/3=0.0040.0040.008[S]+(CaO)→(CaS)+(O)0.012×2/3=0.008-0.0040.014（CaS）入渣Fe[Fe]→(FeO)1.087×56/72=0.8450.2411.177入渣（见表8[Fe]→(Fe2O3)0.613×112/160=0.4230.1750.423入渣（见表8）合计6.8217.593成渣量4.562入渣组分之和①-0.004为[S]与CaO反应放出的[O].消耗CaO的量=0.08×56/32=0.014kg。表6炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量/kg成渣组分/kg气态产物/kg耗氧量/kgCaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3C→COC→CO2C→CO,CO20.3（据表4）0.0040.0090.2360.0040.0050.3×14%×90%×28/12=0.0880.3×14%×10%×44/12=0.0150.3×14%(90%×16/12＋10%×32/12)=0.062合计0.2580.1030.062表7加入溶剂的成渣量类别加入量/kg成渣组分/kg气态产物/kgCaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3P2O5CsSCaF2H2OCO2O2重庆科技学院课程设计6萤石0.5(表4)0.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.005生白云石2.5(表4)0.9100.6400.0200.0250.905石灰6.645.8430.1730.1660.1000.0330.0070.0090.0070.2080.002合计6.7550.8160.2140.1330.0410.0120.0100.4400.0121.2130.002成渣量8.49注：①石灰加入量计算如下：，由表