年产190万吨氧气转炉炼钢车间设计
指导教师 姓名：刘芬霞 职称：讲师
摘要
本设计为设计一座年产190万吨的氧气转炉炼钢车间，主要产品是低碳钢和薄板坯。设计包括车间生产规模，各主要系统，方案的选择和确定。车间主要设备的计算与确定，以及先进技术的选择和利用等。本设计的重点是车间的主要系统的方案确定。包括铁水供应系统，散装料供应系统，铁合金供应系统，铁水预处理系统，烟气净化系统，炉外精炼系统，浇注系统，炉渣处理系统等。
关键词: 80吨氧气顶吹转炉；车间设计；系统
一、绪论
钢铁工业是国国民经济的支柱产业，是国民经济的中的主导产业。而钢铁材料是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占90%以上。人们生活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁材料。钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量，都有着极大的影响。
世界经济发展到今天，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削弱。现代转炉炼钢工艺的现状主要体现在[1]：
（1）转炉炼钢大型化，是转炉从诞生到成熟的标志； （2）转炉顶底复合吹炼工艺；
（3）转炉长寿技术，溅渣护炉和炉体冷却技术的成熟都将提高转炉的炉龄。研究开发长寿命水冷烟罩、烟道等附属设备，实现转炉整体设备长寿化；
（4）全自动转炉吹炼技术。
二、产品方案及金属料平衡估算
本设计产品大纲的基本原则是：生产有竞争力的优势产品，坚决淘汰落后的产品。主要有碳素工具钢、碳 素结构钢、轴承钢三大钢系。
1、计算原始数据
基本原始数据有：冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其他工艺参数。
收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。 支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。
以100㎏铁水为基础进行计算。
第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。
第二步：计算氧气消耗量。
第三步：计算炉气量及其成分。
第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。
第五步：计算加入废钢的物料平衡。
第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。
2、原料供应
（一）原料供应
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1、铁水供应
铁水是转炉炼钢的主要材料，一般在新建钢铁厂时彩高炉直接供应。
2、废钢供应
大型转炉炼钢车间通常设单独的废钢间，按每炉需用量装入废钢料斗运到炉前。较小的炼钢车间的废钢堆场设在原料跨的一端。废钢间面积的大小决定于废钢需要的堆存用的面积、铁路条数、料槽（或料坑）位置及称量设备占用的面积，高度取决于工艺操作所需要的吊车轨面标高。
五、转炉座数
（一）转炉容量和座数的确定及转炉座数
转炉容量
转炉在一个炉役期内，由于炉衬受侵蚀而逐渐减薄，炉容量随之增大，因此，需要一个统一的衡量标准，叫做公称容量。
本设计采用“二吹二”模式，即有2座转炉[2]。
六、转炉炉型选型设计及相关参数计算
（一）转炉炉型设计
氧气顶底复吹转炉是20世纪70年代中、后期，开始研究的一项新炼钢工艺。其优越性在于炉子的高宽比略小于顶吹转炉却又大于底吹转炉，略呈矮胖型；炉底一般为平底，以便设置底部喷口。综合以上特点选用转炉炉型为锥球型。根据本设计的底部喷吹N2和Ar，选现在，氧气转炉炉衬材质普遍使用镁碳砖，炉龄有明显提高。但由于镁碳砖成本较高，因此一般只将其用在诸如耳轴区、渣线等炉衬易损部位，即炉衬工作层采用均衡炉衬，综合砌炉。择砖型供气元件，且为弥散型透气砖[3]。
1、炉衬的组成和厚度的确定
通常炉衬由永久层、填充层和工作层组成。有些转炉则在永久层与炉壳钢板之间夹有一层石棉板绝热层。永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除。该层用镁碳砖砌筑。填充层介于永久层与工作层之间，用焦油镁砖沙捣打而成，厚度约为80～100mm。工作层用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑。炉帽用二步煅烧镁砖。
表1 本设计转炉炉衬厚度值
炉衬厚度 炉帽 炉身 炉底
永久层厚度/mm
80 130 350
工作层厚度/mm
500
600（加料侧）/550
570
（二）转炉炉体金属构件设计
炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成。
炉壳的材质力求抗蠕变强度高、焊接性能又好的材料。本设计采用锅炉钢板制作炉壳。根据一些炉子的炉壳尺寸，该处选为：炉帽钢板45mm、炉身钢板50mm、炉底钢板45mm。
炉壳与托圈的连接选用吊挂式连接装置。该结构是用螺栓将炉壳吊挂在托圈上，三个螺栓在圆周上呈120
布置，且与焊在托圈盖板上的支座绞接。
耳轴要受多种负荷的作用，必须有足够的强度和刚度。该处耳轴选用合金钢，且耳轴直径为800mm，耳轴轴承采用双列向心滚子轴承。
该处转炉采用电动机一齿轮传动方式。且倾动速度为0.5r/min，倾动角度为±360，无极调速。 `
七、炉外精炼设备选型及连铸机设备选型
（一）炉外精炼的功能
钢水炉外精炼又称钢水二次精炼,而各种精炼设备的冶金功能又是多种多样的。
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（二）LF精炼炉
LF精炼炉在常压下通过电弧加热钢包内钢水，并同时造高碱度合成渣精炼和底部吹氩搅拌[4]。LF炉能够承担电弧炉炼钢的精炼工作，如造渣、还原、脱氧、脱气、均匀温度成分等。
本设计中使用三台连铸机，两台大方坯连铸机(250mm×250mm)和一台板坯连铸机(200mm×1500mm)。
八、车间工艺布置方
（一）车间工艺布置方案
现代转炉全连铸车间主厂房各跨间的组成一般包括：转炉炉渣间、转炉废钢间、转炉供铁水间、装料跨、转炉跨、炉外精炼跨、钢水分配跨、连铸跨、连铸切坯跨、连铸出坯跨、连铸精整跨、中间包维修跨、连铸设备维修跨、铁水预处理间、除尘与水处理设施、设备维修间和其他公用设施等[5]。
（二）转炉跨布置
转炉跨是主厂房的核心部分，本设计为公称容量为80吨转炉并且采用“二吹二”制吹炼模式。两座转炉，其中两转炉间距取18m，则转炉跨长度可取72m。那么废钢堆放跨长度及铁水预处理跨长度也分别取72m，则厂房总长度为3×72=216m。
（三）连铸各跨布置
对于要求多炉连浇和快速更换中间包的连铸机，每台连铸机配置2个中间包车和2个烘烤区，这样浇注平台的长度应为3倍中间包车长度加10～12m的安全距离。
（四）装料跨布置
在装料跨一端的外侧建独立的废钢间（一般垂直于装料跨），此多用于废钢用量大的大型转炉钢厂。废钢由大型自卸汽车运入，废钢装槽后，经废钢槽传送车送入装料跨待用。本设计采用这种布置方式。
1、装料跨尺寸
装料跨厂房的长度为铁水供应区、废钢供应区和转炉加料区三者长度之和，并加上两端检修吊车所需的长度。
九、结论
通过计算对于年产190万吨的氧气转炉车间设计，终点钢水的设定对于工艺参数、厂房布置的合理选取与确定。
主要表现在以下几个方面：
1、对车间主要系统进行了充分的论证和比较确定出一套最佳方案；
2、确定了车间的工艺布置，对跨数及相对位置进行设计；
3、设备计算主要包括转炉炉型计算，转炉炉衬计算；
4、对车间进行计算和所用设备的规格和数量的设计。
参考文献
[1] 王令福等.炼钢设备及车间设计[M].北京:冶金工业出版社,2007 [2] 王令福.炼钢厂设计原理[M].北京:冶金工业出版社,2009 [3] 冯聚和.钢铁设计原理[M].北京:冶金工业出版社,2005 [4] 徐文派等.转炉炼钢学[M].沈阳:东北大学出版社 [5] 李传薪.钢铁厂设计原理(下)[M].北京:冶金工业出版社
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