年产100万吨不锈钢复吹转炉车间设计.docx
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年产100万吨不锈钢复吹转炉车间设计
学科代码：
080404
学号：
122202010137
年产100万吨不锈钢复吹转炉车间设计
设计说明书
贵州师范大学
学院：
材料与建筑工程学院
专业：
冶金工程
班级：
2012
学生姓名：
王立
指导老师：
耿芃
时间：
2016.03.01～05.10
摘要：
年产100万t的不锈钢复吹转炉的炼钢车间主钢种为SUS304不锈钢，根据设计给定的条件和钢种的特征，高炉铁水采用混铁车运输至复吹转炉，复吹转炉所出钢水通过钢包送至AOD精炼炉熔化金属镍和高碳铬铁的混合金属液进行精炼，得到的合格钢水通过钢包送至连铸跨进行连铸。
根据炼钢厂的年产量和钢种种类，设计了两座50t的复吹转炉。
主要设计内容包括：
工艺流程的选择与论证，复吹转炉和精炼炉的选择及其理论依据，物料平衡计算及热平衡计算，主要设备的计算选择，炼钢车间平面布置，最后绘制了复吹转炉炉型图和炼钢车间平面图。
关键词：
不锈钢；复吹转炉；物料平衡和热平衡；车间布置
Abstract:
Withanannualoutputof100milliontonsstainlesssteelincombinedblowingconvertersteelmakingworkshopmainsteelSUS304stainlesssteel,accordingtothecharacteristicsofthegivendesignconditionsandsteel,moltenironintheblastfurnacebytorpedocartransporttocombinedblownconvertercombinedblowingconverterfrommoltensteelbyladlesenttoAODrefiningfurnacemeltingmetalnickelandhighcarbonferrochromemixedmetalliquidrefining,thequalifiedmoltensteelbyladlesenttocontinuouscastingcrossforcontinuouscasting.Accordingtotheannualoutputofsteelandsteelplanttype,blowingconverterdesignedtwoseat50t.Themaindesigncontentincludes:
selectionanddemonstrationoftheprocessofcombinedblowingconverterandrefiningfurnaceanditstheoreticalbasis,calculationofmaterialbalanceandheatbalancecalculation,calculationofmainequipmentselection,steelmakingworkshoplayout,finallydrawthecombinedblowingconverterfurnacetypefigureandsteelmakingworkshopplan.
Keywords:
stainlesssteel;combinedblowingconverter;materialbalanceandheatbalance;workshoplayout
前言3
1.工艺流程的选择与论证4
1.1产品方案的确定及工艺流程的选择4
1.2混铁炉的选择4
1.3炉外精炼设备选型及其理论依据5
1.4转炉冶炼不锈钢的理论依据6
2.物料平衡和热平衡的计算7
2.1物料平衡的计算7
2.2热平衡的计算15
3.复吹转炉的设计计算20
3.1复吹转炉的设计20
3.1.1转炉座数和公称容量确定20
3.1.2转炉炉型设计20
3.1.3底部供气构件的设计23
3.1.4转炉炉衬设计24
3.2复吹转炉的金属构件设计计算25
4.车间的工艺布置27
4.1车间类型选取27
4.2车间布置27
4.3主要尺寸的确定27
4.4起重机吨位及数量29
致谢30
参考文献31
附录
附录1复吹转炉炉型图
附录2车间布置图
前言
钢铁行业是国民经济的支柱产业，是关系国民生活保障的基础行业。
作为原材料加工部门，在国民经济中占有不可替代的地位，处于产业链的中间位置。
钢铁行业的发展与国家的基础建设及工业发展的速度关联性很大。
工业用钢是使用最广、用量最大的金属材料之一，在现代工农业生产中占有很重要的地位。
一般转炉炼钢厂常冶炼碳素钢，但是随着现代科学技术的飞速发展，对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求，不锈钢制品因耐用、实用、好用、美观和卫生被越来越广泛的应用于各个领域。
含铬10.5%以上的合金称为不锈钢。
不锈钢最基本的特性是它在大气条件下的耐锈性和在各种液体介质中耐蚀性。
这一特性与钢中的铬含量有直接关系，随着铬含量的提高而增强。
当铬含量达到10.5%以上时，钢的特征发生突变，从易生锈到不锈，从不耐蚀到耐腐蚀，而且含铬量随着铬含量的不断提高，其耐锈性和耐蚀性也不断的提高。
不锈钢的铬含量最高为26%，更高的铬含量已经没有必要。
不锈钢区别于其它钢铁材料的重要优势有:
耐腐蚀、高温度中依然保持高的强度、光洁的外观、易于加工，焊接，成型，制作、永久无磁性，适合于航空领域、优良的抗疲劳性和抗冲击性、耐高低温度、持久耐用。
SUS304不锈钢，国标0Cr18Ni9,作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械性能；压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（无磁性，使用温度-196℃~800℃），因此被广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件，例如：
家庭用品（1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸），汽车配件（风挡雨刷、消声器、模制品），医疗器具、建材，化学，食品工业，农业，船舶部件。
1.工艺流程的选择与论证
1.1产品方案的确定及工艺流程的选择
1.1.1钢种SUS304（标准号GB/T）
表1-1主钢种SUS304成分
化学成分
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
含量（%）
≤0.08
≤1.00
≤2.00
≤0.045
≤0.030
18~20
8~10
力学性能：
抗拉强度σb≥672Mpa 屈服点σs（MPa）≥271硬度（HV）=165伸长率δ5（%）≥40
应用领域：
SUS304是一种通用性的不锈钢，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件，例如：
家庭用品（1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸），汽车配件（风挡雨刷、消声器、模制品），医疗器具、建材，化学，食品工业，农业，船舶部件等。
1.1.2工艺流程的选择
根据钢种特征，本设计中采用的冶炼不锈钢工艺流程大致如下：
液态高碳铬铁和金属镍
混铁炉（铁水供应）→复吹转炉→AOD精炼炉→钢包→连铸
1．2混铁炉的选择
混铁炉是高炉和转炉之间的炼钢辅助设备，它主要用于调节和均衡高炉和转炉之间铁水供求的设备，保证不间断地供给转炉需要的铁水，铁水在混铁炉中储存和混匀铁水成份及均匀温度，它对转炉炼钢非常有利。
混铁炉一般分为300吨、600吨、900吨和1300吨，主要由：
底座、炉体、传动机构、回转机构、开盖机构、鼓风装置、煤气空气管道、气动送闸装置、干油润滑装置、混铁炉平台、电气系统等11部分组成。
炉体是由可拆的侧面凸起的端盖和开有兑铁水口、出铁水口的圆筒组成筒体。
炉体内砌有耐火材料，耐火材料与炉壳之间填有硅藻土料填料层，借以隔热和缓冲炉衬受热膨胀对炉壳产生的压力，填料层向里砌有硅藻土砖用来隔热，硅藻土砖里面是粘土砖，粘土砖里面是直接与铁水接触的工作层，工作层是用镁砖砌筑的。
混铁炉位于车间的加料跨，本设计选用300吨的混铁炉。
1.3炉外精炼设备选型及其理论依据
钢水炉外精炼又称钢水二次精炼或二次炼钢。
炉外精炼是将原来在转炉里需要完成的钢水精炼任务转移到炉外的钢包或专用容器中进行，以便更经济、更有效的获得优质的，多品种的钢水。
几乎每一种精炼工艺都需要钢水搅拌，以加速添加料的融化和均匀化，促进渣钢反应，均匀钢水的化学成分与温度。
最常用的搅拌手段是钢水吹氩。
这也是钢水连铸之前必不可少的预备处理。
对于不锈钢的冶炼，需要特种精炼炉，目前主要使用的有AOD、GOG和VOD三种。
本设计使用的是AOD精炼炉，AOD精炼法是氩氧脱碳法的简称。
在精炼不锈钢的时候，它是在标准大气压力下向钢水吹氧的同时，吹入惰性气体（Ar，N2），通过降低CO分压，达到假真空的效果，从而使碳含量降到很低的水平，并且抑制钢中铬的氧化。
自1955年美国联合碳化物公司取得氢氧精炼专利，并于1968年在乔司林公司韦堡钢厂投产第一座15吨AOD炉以来，世界上已有众多的国家先后采用了此技术。
由于这种工艺与电弧炉冶炼不锈钢相比，具有三高（产量高、质量高、铬的收得率高）和三低（投资低、成本低、劳动强度低）等一系列优点，因此，许多国家已把AOD法作为生产不锈钢的主要手段之一。
目前AOD炉除冶炼不锈钢外，在生产耐热钢、耐腐蚀钢、高温合金、纯铁等品种上，同样能取得较好的冶炼效果，并已向冶炼结构钢、工具钢及特殊性能的低合金钢方面扩展。
AOD炉的主要工艺特点如下:
（1）可以用廉价的高碳铬铁和全部返回废钢，使冶炼成本大大降低；
（2）可以顺利生产电炉难以冶炼的超低碳（含C<0.03%）不锈钢，能保持较高的铬的回收率；
（3）钢质净化好，质量明显提高；
（4）由于在大气压力下进行精炼，设备简单、操作方便灵活。
1.4转炉冶炼不锈钢的理论依据
转炉冶炼不锈钢的工艺技术是成熟可靠的。
目前世界上采用转炉铁水冶炼不锈钢的大型厂家有4家，它们分别是新日铁八幡、川崎千叶、巴西阿赛斯塔和中国太钢
采用转炉冶炼不锈钢的优点有：
（1）原料中有害杂质少；
（2）转炉中可实现熔融还原铬矿；
（3）氩气氧耗低；
（4）利用廉价热铁水，节省电能，缓解废钢资源紧张；
（5）转炉炉衬寿命长；
（6）有利于与连铸匹配；
（7）产品范围广，特别适用于生产超低碳、氮和铬不锈钢；
（8）有利于降低成本。
2.物料平衡和热平衡的计算
2.1物料平衡计算
2.1.1计算原始数据
基本原始数据铁水和废钢成分、终点钢水成分（表2.1）；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表2.2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表2.3）；其他工艺参数（表2.4）。
表2.1铁水、废钢和终点钢水的成分设定值
成分含量（%）
类别
C
Si
Mn
P
S
钢种SUS304规格成分
0.08
1.00
2.00
0.045
0.030
铁水设定值
4.30
0.70
0.70
0.150
0.030
废钢设定值
0.80
1.00
1.80
0.040
0.030
终点钢水设定值①
0.10
痕迹
0.21
0.015
0.018
①[C]≤1.1%,[Si]按实际生产情况选取，[Mn]、[P]和[S]按照铁水中相应成分含量的30%，10%，60%留在钢水中设定。
表
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