年产260万吨良坯不锈钢转炉车间的设计毕业设计 精品.docx
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年产260万吨良坯不锈钢转炉车间的设计毕业设计精品
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）题目：
年产260万吨良坯不锈钢转炉车间的设计
毕业设计（论文）内容：
根据给定的铁水成分：
C=4.13%、Si=0.58%、Mn=0.42%、P=0.22%、S=0.026%，铁水温度1300℃，设计一座年产260万t的不锈钢车间。
设计内容主要包括：
1.选择冶炼的主钢种，决定冶炼工艺流程，编制产品大纲；
2、物料及热平衡计算；
3、炉型和氧枪喷头的设计及计算，并绘制炉型图（A2）和氧枪喷头图（A2）；
4、车间主要设备的选择及计算；
5、主厂房设计及计算，并绘制车间平面布置图（A0）；
6、主钢种的主要技术经济指标；
7、编写设计说明书一份。
（参考文献不少于15篇，其中外文文献不少于2篇）
专题（子课题）题目：
专题（子课题）内容：
毕业设计（论文）指导教师（签字）：
主管教学院（部）长（签字）：
2011年3月10日
年产260万吨良坯不锈钢转炉车间的设计
设计说明书
昆明理工大学
学院：
冶金与能源工程学院
专业：
冶金工程
班级：
编制人：
指导老师：
时间：
2011.03.01~06.01
Designof2.6MillionTonsAnnualFineIngot
Yield'StainlessSteelConvertorSteelmakingWorkshop
DesignInstructionBooklet
KunmingUniversityofScienceandTechnology
Institute：
EnergyandMetallurgyEngineeringCollege
Speciality：
MetallurgyEngineering
Class：
2007
（2）
Author：
LiuLingang
Supervisor：
YinShubiao
Period：
2011.03.01~06.01
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
摘要
本设计是依据昆明理工大学冶金与能源工程学院冶金工程系本科生毕业设计任务书和到云南天高镍业有限公司收集的全部资料来进行设计的。
设计任务为“设计一年产260万吨良坯不锈钢转炉车间”。
本文设计了一座年产260万t良坯的不锈钢炼钢车间，该炼钢车间的主钢种为304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脱磷转炉，脱磷转炉所出钢水通过钢包送至AOD转炉并兑入电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，设计了一座120t的复吹转炉（5孔拉瓦尔氧枪喷头）、两座200t的侧顶吹AOD转炉、一台二流断面为250mm×1600mm的板坯连铸机和一台六流断面为400mm×400mm的方坯连铸机。
主要设计内容包括：
工艺过程概述，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，最后绘制了炼钢车间平面图。
关键字：
不锈钢；脱磷转炉；AOD；连铸
Abstract
ThisdesignisbasedontheKunmingUniversityofMetallurgyandMetallurgicalEngineering,EnergyEngineeringGraduatesGraduationdesignplanandtocollectalltheinformationwhichcomesformYunnanTiangaoNickelindustryCo.,LTdtocarrgoutthedesign.Designtask:
Designanannualoutputof2.6milliontofagoodbilletstainlesssteelconverterplant.
Thisarticleisdesignedannualoutputof2.6milliontofagoodbilletstainlesssteelconverterplant，Themainsteelis304stainlesssteelofthesteelplant,Underthegivenconditionsandthecharacteristicsofsteelitself,TorpedocarisusedtotransportHotMetaltothedephosphorizationconverter，thenthemoltenironissendintotheAODconverter,themixedliquidmetalofhigh-carbonferrochromeandnickelwhichissmeltedbyelectricfurnaceisalsosendintotheAODconverter,andrefining.Onlybyusingladletothecasting.Basedontheannualproductionofsteelmillsandsteelavarietyofcategories，two-blowingsmeltingsystemofone120tconverterandthefive-holeofthespraygunofLavalarebeingused，two-blowingsmeltingsystemoftwo200tAODconverter，departmentofcastinghasatwo-flowcross-sectionoftheslab250mm×1600mmforthecontinuouscastingmachineandasix-flowcross-sectionofthebillet400mm×400mmforthecontinuouscastingmachine.Themaindesigncontentincluding:
Materialbalancecalculationandheatbalancecalculation,thecalculationofmajorequipmentselection,layoutofSteel-makingplant,Finally,steelplantplanhasbeendrawn.
Keywords:
StainlessSteel;DephosphorizationConverter;AOD;ContinuousCasting
摘要.......................................................................................................Ⅳ
Abstract........................................................................................................Ⅴ
前言
钢铁行业是国民经济的支柱产业，是关系国计民生的基础性行业。
作为原材料工业，在国民经济中占有不可替代的地位。
钢铁工业作为一个原材料的生产和加工部门，处于产业链的中间位置。
它的发展与国家的基础建设以及工业发展的速度关联性很强。
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极其重要的地位。
一般转炉炼钢厂冶炼碳素钢，但是随着现代科学技术的发展，对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求，不锈钢制品因实用、耐用、美观、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。
304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。
第一章产品方案的规划与设计
1.1产品方案的确定及金属物料平衡表
1.1.1产品方案的确定
（1）主钢种304（标准号GB/T）占40%
表1-1主钢种304成分
化学成分
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
含量（%）
≤0.07
≤1.00
≤2.00
≤0.035
≤0.030
17~19
8~11
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：
304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。
（2）钢种316L（标准GB/T）占20%
表1-2钢种316L的成分
化学成分
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
含量（%）
≤0.030
≤1.00
≤2.00
≤0.035
≤0.030
16~18
12~15
2~3
力学性能：
抗拉强度σb≥480Mpa 条件屈服强度σ0.2（MPa）：
≥177硬度（HV）≤200
应用领域：
牌号022Cr17Ni12Mo2，纸浆和造纸用设备热交换器、染色设备、胶片冲洗设备、管道、沿海区域建筑物外部用材料，以及高级手表的表链、表壳等用途。
（3）钢种2205（标准GB/T）占15%
表1-3钢种2205的成分
化学成分
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
含量（%）
≤0.030
≤1.00
≤2.00
≤0.030
≤0.020
22~23
4.5~6.5
3.0~3.5
力学性能：
抗拉强度σb≥640Mpa屈服点σs（MPa）≥862硬度（HV）=273延伸率：
δ≥25%
应用领域：
双相不锈钢2205合金是由21%铬,2.5%钼及4.5%镍氮合金构成的复式不锈钢。
它具有高强度、良好的冲击韧性以及良好的整体和局部的抗应力腐蚀能力。
2205双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的两倍，这一特性使设计者在设计产品时减轻重量。
因此主要应用于以下领域：
1）压力器皿、高压储藏罐、高压管道、热交换器（化学加工工业）；2）石油天然气管道、热交换器管件；3）污水处理系统；4）纸浆和造纸工业分类器、漂白设备、贮存处理系统；5）高强度耐腐蚀环境下的回转轴、压榨辊、叶片、叶轮等；6）轮船或卡车的货物箱；7）食品加工设备。
（4）钢种316（标准GB/T）占25%
表1-4钢种316的成分
化学成分
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
含量（%）
≤0.08
≤1.00
≤2.00
≤0.035
≤0.03
16~18.5
10~14
2.0~3.0
力学性能：
抗拉强度σb≥620Mpa 屈服点σs（MPa）≥310延伸率：
δ≥30%
应用领域：
316不锈钢，18Cr12Ni2.5Mo，因添加Mo，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用；加工硬化性优（无磁性）。
海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备；照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母。
表1-5产品大纲
产品
304
316L
2205
316
产品所占比例（%）
40
20
15
25
1.1.2金属平衡图
炼钢厂生产的物料平衡是指某一时期进入该厂的各项原材料的量与同一时期生产出来的合格坯（锭）量，排出的炉渣、工业垃圾、废气以及可回收的烟尘等的量所作的平衡计算。
也就是一个钢厂生产的投入与产出的平衡关系。
炼钢过程消耗的原料以金属料（钢铁原料与合金料）量为最大，所以物料平衡中宜以金属料平衡为主。
图1-1为年产260万吨合格不锈钢钢坯的金属料流程图。
图1-1常规弧形连铸机连铸热装工艺的金属料流程图（单位：
wt/a）
1.2合金元素对不锈钢组织（性能）的作用
不锈钢的组织是由钢的化学成分决定的。
在不锈钢的化学成分中对组织的作用分为两类。
一类是奥氏体形成元素，另一类是铁素体形成元素。
所谓的奥氏体就是构成钢的基体的最小单位是晶铬，晶格中原子的排列形式是面心立方体。
所谓的铁素体，就是晶格中的原子的排列形式是体心立方晶体。
因为无论是奥氏体还是铁素体形成元素，在各类不锈钢中都或多或少同时存在，所以具体的不锈钢是什么组织最终是由两类形成元素的比例所决定的。
从下图1-2可以看到各元素的当量值和由当量比所决定的组织。
图1-2修正的舍菲尔不锈钢组织图
镍通常用以形成并稳定奥氏体的组织。
在不锈钢中多将镍和铬配合使用，以获得奥氏体－铁素体双相组织或单相奥氏体组织，使钢具有更好的耐蚀性和良好的形变及焊接性能。
钼能增加不锈钢的耐蚀性，特别是对那些铬的钝化作用不够的还原性介质和存在氯离子的介质。
在某种情况下，钼还能够提高铬镍不锈钢的抗晶间腐蚀的能力。
铜可以提高铁素体铬不锈钢在某些还原性介质中的耐蚀性，并改变其韧性。
在奥氏体不锈钢中加铜，可显著提高其在硫酸中的耐蚀性。
锰和氮都是促进奥氏体形成的元素，因而可以代镍。
但锰本身并不防蚀，不能单独使用，只用以代替部分的镍。
碳在不锈钢中将与铬形成碳化物，含碳量越高，形成的碳化铬越多，固溶体中的含铬量越低，钢的电极电位就越低，因此钢的耐蚀性也越低，因而不锈钢一般要求较低的含碳量。
但是，不锈钢的强度和硬度则随不锈钢的含碳量的增加而提高，因此，用以制造要求高硬度和高耐磨性的滚动轴承、刃具、弹簧等不锈钢，其含碳量较高，但需相应提高其含铬量（如9Cr18）。
钛和铌与碳亲和力比铬大，在不锈钢中能够优先形成碳化物，使铬能基本溶于固溶体中，从而避免晶界贫铬，减轻晶间腐蚀倾向。
铝和硅能在钢的表面形成一层致密的氧化膜，提高钢的耐蚀性。
在不锈钢常用的合金元素中，铬、钼、硅、铝、钛、铌等是铁素体形成元素，而碳、镍、锰、氮是奥氏体元素。
此外，S降低钢的延展性及韧性，冲击韧性的下降最为严重。
损害钢的抗蚀性能，造成焊热裂，气孔及疏松。
P提高钢的强度，降低塑性和韧性，碳量越高引起的脆性越大，改善钢的耐磨性和耐蚀性及切削加工性能，但对焊接性能不利。
Si提高铁素体和奥氏体的硬度和强度，显著提高钢的弹性极限、屈服强度，降低钢的密度、热导率、导电率和电阻温度系数，提高温度时钢的抗氧化性能和屈服强度、疲劳强度降低，但硅含量高时，表面脱碳加剧，硅还会降低钢的可焊性。
第二章工艺流程的选择与论证
根据钢种特性，设计中采用的炼钢工艺流程大致如下：
高碳铬铁、金属镍板→电炉熔化
铁水供应（混铁车）→脱磷转炉→AOD转炉→钢包→连铸
下面具体地描述各个环节中采用的具体方法及其原因。
2.1转炉车间原材料供应
转炉炼钢使用的原料包括：
铁水、废钢、散装料（石灰、白云石、萤石、氧化铁皮、铁矿石、焦炭等）和铁合金。
炼钢厂的物料运输方式包括：
吊车运输、铁路运输和皮带运输。
铁水是转炉炼钢的主要原料。
设计中铁水由混铁车运输至脱磷转炉进行脱磷硫得到磷硫较低的钢水，得到的钢水经扒渣倒入炼钢钢水罐，经称量后送至AOD转炉跨，再用吊车，吊上钢水罐，入AOD转炉，并兑入高碳铬铁、金属镍的热熔混合液。
废钢由汽车运输到废钢间，废钢入炉是通过废钢槽运往装料跨装入转炉。
散装料包括生石灰、白云石、铁矿石、氧化铁皮、焦炭等。
供应系统包括散装料堆场、地下料仓、由地下料仓送往主厂房的运料设施、转炉上方高位料仓、称量和向转炉加料的设施。
散装料由成品料仓和中间仓经皮带运输至地下料仓，再由皮带运往高位料仓。
铁合金的供应一般由炼钢厂铁合金车间、车间铁合金料仓及称量和输送设施、向炉子加料设施等几部分组成。
把铁合金自卸式料罐用汽车、火车运到主厂房炉子跨，再用吊车卸入车间铁合金料仓，经皮带运输至高位料仓储存，经称量后由皮带机及中间料斗加入电炉中熔化。
钢渣由渣罐车运往渣处理间。
2.2脱磷转炉
由于AOD转炉不能脱磷，因此入AOD的钢水要求磷很低，脱磷转炉的主要目的是把铁水中的磷脱的足够的低，同时脱去大部分的硫。
2.2.1一炉钢的冶炼过程
从装料起到出钢、倒完渣为止，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧、出钢、溅渣护炉和倒渣六个阶段。
一炉钢的吹氧时间设计中为16分钟，冶炼周期为33分钟。
吹炼过程中熔渣成分与钢中元素氧化、成渣情况有关。
渣中CaO含量、碱度随冶炼时间延长逐渐提高，中期提高速度稍慢；渣中氧化铁（FeO）含量前后期较高，中期降低；渣中SiO2、MnO、P2O5含量取决于钢中Si、Mn、P氧化的数量和熔渣中其他组成含量的变化。
吹炼过程中金属升温大致分三阶段：
第一阶段升温速度很快，第二阶段升温速度趋缓慢，第三阶段升温速度又加快。
出钢温度约1650～1680℃。
装入制度是指一个炉役期中装入量的安排。
装入制度有三种：
定量装入、定深装入、分阶段定量装入法。
分阶段定量装入法兼有前两者的优点，是生产中最常见的转入制度，设计中就采用分阶段定量装入。
转炉炼钢的装入量是指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量，它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的重要因素之一。
在转炉炉役的不同时期，有不同的合理的装入量。
转炉一般有底吹、顶吹和顶底复合吹。
设计中采用复吹。
氧气转炉的顶底复合吹炼是指：
由转炉顶部吹氧气+底部吹惰性、中性气体（或部分氧气+石灰粉）的炼钢方法。
其优点是：
加强了熔池的搅拌；氧的利用率提高、冶炼周期缩短、铁损和脱氧剂消耗降低；充分发挥顶吹易造渣的特点，实现中前期脱磷；底部吹氩气和氮气，提高了炉底耐火材料和供气元件的寿命，克服了底吹保护性介质C-H的使用，避免了钢种含H增高的问题。
顶吹转炉操作灵活，可以控制脱碳、脱磷同时进行，熔渣氧化性高，成渣条件好，但熔池搅拌差，熔池成分、温度不均匀性大，容易产生喷溅和金属损失，渣中有很高的氧化铁（FeO）；底吹转炉熔池搅拌强烈，可以避免过氧化，吹炼平稳、金属损失少，但成渣慢，且冶炼过程中，渣中的氧化铁（FeO）不高，不利于石灰熔化，冶炼初期不能形成高的氧化铁（FeO）、一定碱度及流动性的炉渣；炉底耐火材料的寿命不长，喷嘴的维护困难。
复吹转炉兼有这两者的优点，同时避免了两者的缺点，且顶底复合吹法底部吹的不是氧气而是氮气等非氧化性气体，所以既达到加强搅拌的目的又避免了单纯底吹的底部供气元件容易烧坏的缺点。
因此设计中就采用顶底复合吹转炉。
2.2.2终点碳的控制
本设计并未涉及终点碳的控制，但终点碳的控制是炼钢过程的一个重要技术操作，在此略做介绍。
在转炉冶炼的过程中最重要的是终点碳的控制，那直接关系到最后所出钢水能否达到所炼钢种的要求。
终点碳控制的方法有三种：
拉碳法、增碳法、高拉碳。
（1）低增碳法
转炉炼纲终点控制方法之一。
在吹炼平均含碳量≥0.08%的钢种时，皆采取吹到0.05%～0.06%C时便停吹，然后按所炼钢种的规格，再在钢包中增碳。
该法省去了中途倒炉取样和校正补吹，因而生产率高；终渣好，有利于减少喷溅和提高供氧强度；但增加废钢用量，废钢比高，且必须采用低硫、低灰分并干燥的增碳剂。
（2）拉碳法：
转炉炼钢终点控制方法之一，即在熔池含碳量达到出钢要求时便停止吹氧。
这种方法在吹炼终点时不但熔池的硫、磷和温度等符合出钢要求，而且熔池中的碳加上铁合金带入的碳也能符合所炼钢种的规格，不需再专门向金属追加增碳剂增碳。
该法金属收得率高、锰铁消耗少；渣中FeO低，有利于提高炉龄；钢中气体、夹杂含量较低。
提高一次命中率是发挥拉碳法优越性的重要手段。
（3）高拉碳法：
是指熔池含碳量达到出钢要求时停止吹氧，此时熔池中不但硫磷和温度符合出钢温度要求，而且计入铁合金带入金属中的碳后，钢水中的碳也能符合所炼钢种的规格要求。
“高拉碳法”控制终点，由于缩短了冶炼时间，终点钢水含氧量较低，溶于钢液中的氢气、氮气也较少，钢液的内生非金属夹杂物少，从而减少了钢中气体对钢性能的影响，钢水质量有明显改善。
且终渣中（FeO）含量较低，减少对炉衬的化学侵蚀，对延长炉龄十分有利。
但是“高拉
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