转炉炼钢厂精炼及连铸基本工艺设计.doc

重庆科技学院

毕业设计（论文）

题 目 210t×2转炉炼钢厂精炼及连铸工艺设计

学 院 冶金与材料工程学院
专业班级
学生姓名 学号
指引教师 职称
评阅教师 职称

6 月 10 日

注 意 事 项
1.设计（论文）内容涉及：
1）封面（按教务处制定原则封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、核心词
4）外文摘要、核心词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体某些：引言（或绪论）、正文、结论
7）参照文献
8）道谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数规定：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不涉及图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件涉及：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表规定：
1）文字通顺，语言流畅，书写笔迹工整，打印字体及大小符合规定，无错别字，不准请她人代写
2）工程设计类题目图纸，规定某些用尺规绘制，某些用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术原则规范。图表整洁，布局合理，文字注释必要使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上双面打印
4）图表应绘制于无格子页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）顺序装订
3）其他

学生毕业设计（论文）原创性声明

本人以信誉声明：所呈交毕业设计（论文）是在导师指引下进行设计（研究）工作及获得成果，设计（论文）中引用她（她）人文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中结论和成果为本人独立完毕，不包括她人成果及为获得重庆科技学院或其他教诲机构学位或证书而使用其材料。与我一同工作同志对本设计（研究）所做任何贡献均已在论文中作了明确阐明并表达了谢意。

毕业设计（论文）作者（签字）：
年 月 日

摘 要

重庆作为西部唯始终辖市，肩负着带动西部发展，和三峡大移民重任，因此从多方面考虑国家政策也必定是有优待和倾斜！并且重庆在西部地区经济和区位位置明显，重庆兼具水陆空交通，是国家四大中心都市和七大交通枢纽都市，西部地区经济中心。重庆市是西部大开发中心都市，因而对建筑用材特别是钢铁需求量大幅增长。
随着钢铁行业日益发展，各地钢铁公司不断合并重组，为了适应对钢品种规定，减少生产成本，提高生产效率，减少能耗和生产成本，保护环境，当代转炉炼钢不断采用各种转炉新技术。该工艺设计将铁水预解决、炼钢、炉外精炼、连铸连轧有机得结合起来，形成紧凑持续化生产线。
核心词：西部发展 钢铁行业 转炉炼钢 连铸连轧

ABSTRACT

Chongqing serves as Westem exclusive municipality directly under the central govemment，shouldering the drive western development，and the Three Gorges resettlement task，so consider national policy also is sure to have treatment and tilt！And Chongqing in the western region economy and area position significantly，Chongqing both land and sea and air transportation，the nation’s four largest city and the center of the traffic hub city，western region economy center. Chongqing city is the center of the western development and city of construction materials，especially steely demand increases considerably.
With the increasingly development of iron and steel industry，iron and steel enterprise merger reorganization around constantly，in order to meet the requirements of steel products，reduce production cost，protect environment，contemporary converter steelmaking continuous use of a bariety of new converter technology. The process design will be hot metal pretreatment，steelmaking，refining，continuou casting and rolling organic union rises，form a compact continuous production line.
Key word：western development，iron and steel industry，converter steelmaking，continuous casting and rolling

目 录

摘 要 I
ABSTRACT Ⅱ
1 绪 论 1
2 厂址选取可行性论证 3
2.1 地形地貌 3
2.2 气象条件 3
2.3 资源丰富 3
2.4 交通运送 3
2.5 产品市场 4
3 产品大纲 5
3.1 产品大纲及产品构造 5
3.2 工艺流程 6
3.2.1 铁水预解决脱硫 6
3.2.2 混铁炉 6
3.2.3 顶底复吹转炉 6
3.2.4 炉外精炼 6
3.2.5 连铸连轧 6
3.3 技术可行性 7
3 .4 车间生产能力拟定 7
3.4.1 转炉容量和座数拟定 7
3.4.2计算年出钢炉数 8
3.4.2 计算年产钢量 8
4 铁水供应方式与铁水预解决方案 9
4.1 铁水供应 9
4.2 铁水预解决 10
4.2.1 搅拌法 10
4.2.2 搅拌法特点 10
4.2.3 KR搅拌法脱硫工艺 11
5 转炉设计 14
5.1 转炉炉型设计 14
5.1.1 炉型种类及其选取 14
5.1.2 转炉炉型重要参数拟定 15
5 .2 转炉炉村 18
5.2.1 炉衬材质选取 18
5.2.1 炉衬构成及厚度拟定 18
5.3 转炉金属构件和底部供气构件 19
5.3.1 炉壳 19
5.3.2 底部供气构件 19
6 转炉氧枪设计 22
6.1 喷头类型与选取 22
6.2 喷头尺寸计算 22
6.2.1 喷头参数选取原则 22
6.2.2 喷头计算 23
6.3 氧枪枪身设计 24
6.3.1 枪身各层尺寸拟定 25
6.3.2 枪身各层钢管计算 26
7 炉外精炼 28
7.1 各种产品对精炼功能普通规定 28
7.2 LF精炼炉 28
7.2.1 LF精炼炉特点 28
7.3 钢水循环真空脱气解决（RH设备） 29
7.3.1 RH设备特点 29
7.3.2 RH设备转炉车间布置 31
8 连铸机设备 32
8.1 连铸系统构成及工艺流程 32
8.2 连铸机机型选取 32
8.3 连铸机重要工艺参数 33
8.3.1 钢包容许最大浇注时间 33
8.3.2 铸坯断面 33
8.3.3 拉坯速度 33
8.3.4 连铸机流数 34
8.3.5 铸坯液面深度和冶金长度 34
8.3.6 弧形半径 35
8.4 连铸机生产能力拟定 35
8.4.1 连铸浇注周期计算 35
8.4.2 连铸机作业率 36
8.4.3 连铸坯收得率 37
8.4.4 连铸机生产能力计算 37
8.5 连铸机重要设备 38
8.5.1 中间包容量拟定 38
8.5.2 结晶器选取 38
8.6 连铸操作规程 38
9 炼钢车间烟气净化与回收 43
9.1 烟气净化方案选取 43
9.1.1 转炉烟气净化办法 43
9.2 烟气净化系统 43
9.2.1 国内外转炉炼钢烟尘解决系统概况 43
9.3 烟气净化系统重要设备 45
9.3.1 烟气冷却设备 45
9.3.2 烟气净化设备 46
10 钢包、起重机有关数据计算 49
10.1 钢包尺寸及数量 49
10.2 起重机选取及台数拟定 50
11 转炉车间主厂房工艺布置及尺寸 52
11.1 转炉车间主厂房工艺布置 52
11.2 装料跨布置 52
11.2.1 铁水供应与铁水预解决布置 52
11.2.2 废钢供应布置 53
11.2.3 出渣方式 53
11.2.4 装料跨尺寸 53
11.3 转炉跨布置 54
11.3.1 转炉跨位置 54
11.3.2 转炉跨横向布置 55
11.3.3 转炉跨纵向布置 57
11.3.4转炉跨各层平台布置 57
11.3.5 转炉跨吊车轨面标高及转炉跨宽度和长度 59
11.4 连铸各跨布置 60
11.4.1 连铸浇注跨 60
11.4.2 连铸出坯跨 60
11.4.2 连铸精整跨 61
11.4.3 连铸区域尺寸拟定 61
12 车间重要技术经济指标及成本核算 64
13 拟订生产组织及安全生产制度 67
13.1 生产组织安排 67
13.1.1 原料某些 67
13.1.2 冶炼某些 67
13.1.3 连铸及铸坯精整某些 67
13.2 安全制度制定 67
结 论 70
参照文献 71
致 谢 72

1 绪 论

钢铁产业是国民经济重要支柱产业，是实现工业化支撑产业，是技术、资金、资源、能源密集型产业，涉及面广、产业关联度高、消费拉动大，在经济建设、社会发展、国防建设以及稳定就业等方面发挥着重要作用。
炉炼钢技术发展史，可以分为：（1）LD基本技术完善及转炉大型化时代。这一时期，处在转炉炼钢技术发展初期，技术完善首要任务是安全、持续、稳定地炼钢生产，且考虑提高生产能力和适应品种。随着基本炼钢技术不断发展，提出了转炉大型化以获得更高生产能力和经济效益；（2）转炉复合吹炼技术开发与完善时代。底吹转炉创造后，人们发现，底吹工艺与顶吹工艺相比有如下长处：熔池搅拌强度增大，脱碳速度加快，碳氧反映更趋于平衡。全连铸浮现，对转炉炼钢在冶炼时间、温度、成分及钢水质量等方面提出了更高规定。随着复吹技术推广，转炉采用复合吹炼，明显改进了转炉终点操作，使吹炼后期渣反映更趋近平衡，磷、硫分派比更高。终点钢水、钢渣氧化性减少，不但提高了钢水质量，并且有助于提高炉龄；（3）高效、高自动化、高干净度炼钢时代。随着对钢材质量规定增高，炼钢技术发展重点就体当前长寿高效、计算机全自动炼钢、高干净度钢系统生产技术这三个方面。
炉外精炼与铁水预解决已成为当代钢铁生产必不可少环节，是当代钢铁生产技术进步一项重要内容。
炉外精炼技术是一项提高产品质量,减少生产成本先进技术,是当代化炼钢工艺不可缺少重要环节,具备化学成分及温度精准控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca解决、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能作用,才干发挥炉外精炼优势,生产出高品质纯净钢种。小型转炉以生产普碳钢建筑材为主,重要和小方坯连铸机配合生产,普通未采用铁水预解决、计算机终点控制和炉外精炼等先进工艺装备。中型转炉是此后国内钢铁生产主力炉型,承担着增长钢产量和扩大转炉钢品种双重任务,其品种范畴涉及热轧带钢(与薄板坯连铸连轧生产线配套)、中厚板、各类优质碳素钢(如重轨、硬线)、特殊钢(涉及弹簧、齿轮、轴承、冷镦等钢种)和高附加值钢铁产品(如不锈钢、冷轧硅钢等)。大型转炉重要生产热轧带钢。当前,国内绝大多数大、中型转炉均采用了铁水脱硫预解决、炉外精炼、计算机终点动态控制等先进技术，装备精良,工艺流程先进,是国内钢铁工业先进生产力代表。
随着钢铁行业日益发展，各地钢铁公司不断合并重组，为了适应对钢品种规定，减少生产成本，提高生产效率，减少能耗和生产成本，保护环境，当代转炉炼钢不断采用各种转炉新技术，如：铁水预脱硫技术、水冷炉口技术、顶底复合吹炼技术、烟气除尘及煤气回收运用技术、挡渣出钢技术、溅渣护炉技术和终点控制技术等，使转炉实现了自动化、高效化、节能化、寿命长寿化、钢种多样化、环境和谐化。
由于市场对钢材大量需求，当代化炼钢设备都在向着大型化方向发展。本设计210t炼钢转炉，以满足市场对钢材需求，增进经济稳定发展。

2 厂址选取可行性论证

2.1 地形地貌
通过多以便考虑，本设计选取在长寿建厂。
长寿地处重庆腹心地带，襟长江而临重庆主城，居渝东而挟三峡库区，史称“膏腴之地，鱼米之乡”，因其“东北有长寿山，居其下者，人多寿考”而得名。改革开放激活了这方热土，经济社会发展势头强劲，综合实力明显增强，都市形象全面提高，已成为重庆市一座区域性中心都市和中华人民共和国西部最大天然气化工基地。三峡工程兴建和西部大开发全面推动，长寿得天独厚天然气化工优势，区位口岸优势，承办都市经济和三峡库区生态经济区中心都市优势更加明显。
面对新历史机遇，长寿区委、区政府站在重庆改革发展前沿，积极把长寿经济社会发展融入重庆都市发达经济圈，制定了“三年打基本、五年上台阶、十年成强区”三步走发展战略，把长寿建设成为重庆市工业高地、城郊商品农业基地、旅游休闲胜地和区域物流中心奋斗目的。
长寿自然资源丰富，物种繁多。全区土地面积212.32万亩。其中陆地195.6万亩，占92.13%，水域16.72万亩，占7.87%。土壤为水稻土、冲积土、紫色土、黄泥土。有贵重树种水杉、银杏、月桂、沙田柚、夏橙等，有一类保护动物中华鲟、白鲟、胭脂鱼，二类豹，三类长江鲟、红腹锦鸡、灵猫、獐子等。

2.2 气象条件
气候属中亚热带湿润气候区，四季分明、气候温和、冬暖春早、热量丰富、降水充沛，常年平均气候17.7℃，最高年20.7℃，最低年16.7℃。常年平均降水量1165.2毫米。常年日照时数1245.1小时。

2.3 资源丰富
境内矿产资源丰富，有开采价值矿藏有20各种，其中天然气储量达3000亿立方米，是全国已探明大天然气田之一，天然气净化输出量占全国42%。煤炭4598万吨，优质白云岩10亿吨，特优级石灰石20亿吨，厚层岩盐数十亿吨，沙金、硫铁矿、黄铁矿、铝土矿、钾矿、石膏等储量颇丰。

2.4 交通运送
长寿江河纵横、水网密布。有一江、二湖、三河、十三溪，107座水库。江河水能蕴藏量18万千瓦，可开发量达95%；现建有水电站30座，年发电量10亿度。地下水出露泉眼117处，储水量1.2亿立方米，其中石堰干坝村碳酸盐多元素复合型优质饮用矿泉水，日流量达150立方米。
渝（重庆）怀（湖南怀化）铁路（国铁I级双线）穿境而过，在晏家街办境内设有客、货及编组站（长寿火车站、长寿火车南站）；渝利（湖北利川）铁路（国铁I级双线），将于底通车；与渝利铁路共线渝万（万州）城际铁路（国铁客运专线双线）已经开工，在境内设长寿北（渡舟街办）、长寿湖两站，将于内竣工。
长江黄金水道长寿段长20.9公里。正在建设中长寿港有5个港区公用码头，主港面有18个3000吨级泊位，年吞吐能力可达1000万吨。3000吨船舶可长年直达长寿。
改革开放以来，长寿抓住撤县设区、三峡工程建设、西部大开发三大战略机遇，贯彻和贯彻长寿深水港
长寿位于重庆腹心地带，交通四通发达，基本设施完善，是重庆主城到三峡库区和渝东地区必经之地，是重庆通往上海、成都和福州交通枢纽。交通四通八达。渝（重庆）宜（宜昌）、渝（重庆）涪（涪陵）高速公路纵贯全境，在境内设有晏家、桃花、但渡、合兴、云台五座互通式立交桥。境内有通车公路干线6条，支线40条，总长572公里。国道319、318线横贯区内。全区基本形成了以高速公路、国道319线、长寿长江公路大桥为主干骨架，覆盖到村公路交通网。与此同步，长寿至重庆江北机场、梁平机场高速公路里程分别为50、100公里；渝（重庆）怀（湖南怀化）铁路穿境而过，在境内设有客、货及编组站；长江黄金水道长寿段长20.9公里。正在建设中长寿港有5个港区公用码头，主港面有18个3000吨级泊位，年吞吐能力可达1000万吨。3000吨船舶可长年直达长寿。

2.5 产品市场
年来由于重庆迅速发展，桥梁、轻轨、房屋建筑等修建，大量优质钢材被需要，因而，新厂修建是有必要。

3 产品大纲

3.1 产品大纲及产品构造
当前，国内钢铁公司竞争激烈，原材料不断提高，只有冶炼具备竞争力优势产品，公司才有好发展前景。考虑各种因素本厂重要以锅炉钢板和造船钢及碳素构造钢板为主导钢种。
锅炉钢板重要是指用来制造过热器、主蒸汽管和锅炉火室受热面用热轧中厚板材料，重要材质有优质构造钢及低合金耐热钢，惯用锅炉钢有平炉冶炼低碳镇定钢或电炉冶炼低碳钢，含碳量Wc在0.16%-0.26%范畴内。由于锅炉钢板处在中温高压状态下工作，除承受较高压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气腐蚀，对锅炉钢性能规定重要是有良好焊接及冷弯性能、一定高温强度和耐碱性腐蚀、耐氧化等。广泛应用于石油、化工、电站、锅炉等行业，用于制作反映器、换热器、分离器、球罐、油气罐、液化气罐、核能反映堆压力壳、锅炉汽包、液化石油气瓶、水电站高压水管、水轮涡壳等设备及构件。
造船钢板是指用造船专用构造钢生产，用于制造远洋、沿海和内河航行船舶船体构造薄钢板和厚钢板。造船用构造钢涉及碳素钢和低合金钢，钢号末尾标有C（船）。碳钢素有2C、3C、4C和5C，低合金钢有12MnC、16MnC、15MnTiC、14MnVTiReC等钢种。厚度为2.5~50毫米。
碳素构造钢是含碳不大于0.8%碳素钢，这种钢中所含硫、磷及非金属夹杂物比碳素构造钢少，机械性能较为优良。碳素构造钢按含碳量不同可分为三类：低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C为0.25~0.6%）和高碳钢（C＞0.6%）。碳素构造钢按含锰量不同分为正常含锰量（含锰0.25%-0.8%）和较高含锰量（含锰0.70%-1.20%）两组，后者具备较好力学性能和加工性能。
经研究本钢厂冶炼钢种如表3.1。
表3.1 本钢厂冶炼钢种
钢 种
代表钢号
断面形状
年产量/万t
比例/%
锅炉钢板
20g
矩形
50
23.8
造船钢
AH36
矩形
50
23.8
碳素构造钢板
Q235
方形
110
52.4

3.2 工艺流程
高炉
铁水预解决脱硫

混铁炉
顶低复吹转炉
炉外精炼

连铸连轧
1．耐腐蚀钢板。由于高强钢板成分设计和变形规律有自己特点，因此涂镀过程有较大难度。一方面，高强钢板采用一定含量Mn和Si也经常使用各种合金元素，由于不同元素与铁氧化特性不同，某些元素发生选取性氧化，经常会在钢材表面形成氧化物，这些氧化物会导致漏镀点，导致材料涂镀质量和抗腐蚀能力变差。另一方面，由于高强钢板，如DP或TRIP，热解决温度制度，特别是等温时效解决温度，与涂镀温度不一致，需要调节高强钢板持续退火和热浸镀温度制度。此外，如何调节和控制高强钢板热解决温度制度，实现需要高冷却速率和柔性化退火与热解决制度，也是迫切需要解决问题。
2．TWIP钢。由于环保和节能规定，需要减轻车体重量；但如果要安全和舒服，又会引起车重增长。为理解决这一对矛盾，需要同步提高材料成形性和材料强度，实现材料强度和延展性平衡。近年开发TWIP钢就是在这个方向上一种重要进展。与DDQ级冲压板相比，TWIP钢同样可以冲制各种形状复杂零件，强度却要高出2-5倍；其抗拉强度与热解决钢相称，延展性却比热解决钢强10倍；TWlP钢有非常强加工硬化能力和非常大延伸率，这种性能虽然在高应变速率下也能保持。因而，TWIP钢在撞击等高应变过程中，可以保证汽车非常高安全性。这是TWIP钢受到青睐一种非常重要因素。
3．热冲钢板。随着强度提高，钢板成形性能下降，形状冻结性变差，导致成形负荷增大，工具、模具磨损和损坏严重。因此，研究人员近年研发了“热冲+热解决”解决办法，以满足客户对进一步提高钢板强度迫切规定。
轧

3.2.1 铁水预解决脱硫
铁水预解决指铁水兑入到炼钢炉之前所进行去除铁水中杂质元素或回收铁水中有价值元素一种针对铁水解决办法。涉及对铁水所进行铁水脱硫、脱磷和脱硅——铁水“三脱”解决，当前所说铁水预解决重要指铁水“三脱”解决。
3.2.2 混铁炉
高炉铁水直接热装入转炉时又有混铁炉和混铁车两种方式：高炉—铁水罐—混铁炉—铁水罐—称量—转炉；高炉—混铁车—混铁罐—称量—转炉。本设计选取混铁炉。
采用混铁炉时能保持铁水成分和温度均匀稳定，有助于转炉吹炼。但混铁炉需要多倒一次铁，增长温度损失，并且混铁炉投资大，占地多。
3.2.3 顶底复吹转炉
氧气顶吹转炉，成渣较快，但熔池上下温差大，渣中FeO高，易于发生喷溅，脱碳反映在泡沫渣内进行，无法冶炼低碳钢。底吹转炉，搅拌条件好，C、O反映接近平衡，熔池含O量较低且分布均匀，吹炼平稳，喷减少，金属收得率高，但炉底寿命短，设备较顶吹转炉复杂，熔池含H量较高。
顶底复吹转炉有良好冶金效果，碳氧反映接近平衡，冶炼低碳钢时避免了钢水过氧化，有良好脱磷、脱硫能力，提高了终点残锰量。石灰单耗低，渣量少，铁水收得率高，吹炼平稳，喷溅少。
因而，本设计中采用顶底复吹转炉。
3.2.4 炉外精炼
随着当代科学技术发展和工农业对钢材质量规定提高，钢厂需要炉外精炼工艺，炉外精炼技术是一项提高产品质量，减少成本先进技术，是当代化钢铁公司不可缺少重要环节。它可以提高炼钢设备生产能力，改进钢材质量，减少能耗，减少耐材、能源和铁合金消耗，从而提高公司竞争力。钢水炉外精炼涉及在钢水包中对钢水进行调节温度、成分、去气、去夹杂及去除有害元素操作和解决，以达到钢水干净，成分和温度均匀与稳定目。
3.2.5 连铸连轧
连铸可以简化工序，缩短流程，提高金属收得率，减少能耗，生产过程采用机械化，自动化限度高，提高产量，扩大了品种。

3.3 技术可行性
为了生产高附加值钢材，必要对工艺技术优化，每个生产阶段严格规定，要把钢铁生产当做一项精品工程。
采用优质铁水，铁水预解决，转炉少渣冶炼，无渣出钢，钢水多功能炉外精炼，钢水全过程保护浇铸等工艺是完全可以生产大纲中产品。
但是需要特别注重是：人才培养才是最重要。

3.4 车间生产能力拟定
转炉车间生产能力拟定，实质上就是公称容量及炉座数拟定，本设计选用两座210t转炉，则年产量就能拟定下来。
3.4.1 转炉容量和座数拟定
① 转炉容量
转炉在一种炉役期内，由于炉衬受侵蚀而逐渐减薄，炉容量随之增大，因而，需要一种统一衡量原则，叫做公称容量。国内转炉公称容量普通用一种炉役期内平均炉产钢水量来表达。新建转炉公称容量按表3.2系列选定。
3.2 转炉公称容量系列 单位：t
转炉公称容量
20（15）
30
50
100
120
150
200
250
300
最大出钢量
30（20）
36
60
120
150
180
220
275
320
钢包容量
30
（20）
40
60
120
150
180
220
275
320
浇注吊车起重量
63
（16）
63/16
80/20
100/32
180/63/20
225/63/20
280/80/20
360/100/20
450/100/20
由表3.2可知：本设计中是210t转炉，取转炉公称容量1.1，则最大出钢量为231t，钢包容量为231t。
② 转炉座数
转炉座数拟定与采用吹炼制度关于，即采用“三吹二”制或“二吹一”
制。所谓“三吹二”，就是保持二个转炉生产，一种转炉处在修炉或待用状态；“二吹一”即一种转炉生产，另一种转炉处在修炉或待用状态。
由于炉衬材质改进和溅渣护炉技术采用，炉龄大幅度提高，生产实践中，往往采用“二吹二”或“三吹三”模式，而本设计是针对2×210t转炉，因此选取“二吹二”制。
3.4.2 计算年出钢炉数
每一座吹炼转炉年出钢炉数N为：
(3.1)
式中 T1——每炉钢平均冶炼时间，min；
T2——一年有效作业天数，d；
1440——一天日历天数，min；
365——一年日历天数，d；
Η——转炉作业率，%，若转炉与模铸或与某些连铸配合时，普通取η=82%～85%，若全连铸则取η=75%～80%。本车间采用全连铸设计作业率为80%。
表3.3 氧气转炉平均冶炼时间
公称容量/t
15
30
50
100~120
150
200
250
300
平均供氧时间/min
12~14
14~15
15~16
16~18
18~19
19~20
20~21
21~22
平均冶炼时间/min
25~28
28~30
30~33
33~36
36~38
38~40
40~42
42~45
由上式可知，本设计师210t转炉，则平均供氧时间选20min，平均冶炼时间选40min，则每座转炉年出钢炉数：
炉 (3.2)

3.4.2 计算年产钢量
本课题采用两座210t转炉，实行二吹二制度。依照公式
(3.3)
吨
式中 W表达车间产钢水量，t；
n表达车间经常吹炼炉座数；
N表达每一座吹炼炉年出钢炉数；
q表达转炉公称容量，t。

4 铁水供应方式与铁水预解决方案

4.1 铁水供应
铁水是转炉炼钢重要原料。按铁水来源可分为：高炉铁水供应及化铁炉铁水供应两种。后者只是在厂内没有高炉或高炉铁水不够时补充。由于二次化铁耗费能量以及贵重冶金焦炭，因而在新建炼钢车间时不应采用。
高炉铁水直接热装入转炉时又有混铁炉和混铁车两种方式。本设计选取是：高炉—铁水罐—混铁炉—铁水罐—称量—转炉。
混铁炉由炉体、炉盖开闭机构和炉体倾动机构三某些构成，如图4.1。炉体是由可拆侧面凸起端盖和开有兑铁水口、出铁水口圆筒构成筒体。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工作层，工作层是用镁砖砌筑。

图4.1 混铁炉

炼钢车间所需混铁炉容量（Q）：
(4.1)
式中 1.01——铁水损失修正系数；
A——车间年产量，t/a；
B——每吨钢所需铁水量，普通为0.8～1.15t/t钢；
t——铁水在混铁炉中平均存储时间，普通为7～8h；
n——混铁炉装满系数，普通取0.98～1.0。
代入数据：

国内混铁炉系列有：150、300、600、1000、1500t。依照计算后，本设计选1500t混铁炉。普通一座转炉配一座混铁炉较为适当，因此本设计选2座1500t混铁炉。

4.2 铁水预解决
铁水预解决指铁水兑入到炼钢炉之前所进行去除铁水中杂质元素或回收铁水中有价值元素一种针对铁水解决办法。涉及对铁水所进行铁水脱硫、脱磷和脱硅——铁水“三脱”解决，当前所说铁水预解决重要指铁水“三脱”解决。
4.2.1 搅拌法
铁水预解决脱硫有喷吹法和搅拌法。本设计采用是搅拌法。
机械搅拌法是将浇注耐火材料并通过烘烤十字形搅拌头，浸入铁水罐熔池一定深度，借其旋转产生漩涡，使氧化钙或碳化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反映，达到脱硫目。其长处是动力学条件，有助于采用便宜脱硫剂，脱硫效果比较稳定，效果高，脱硫剂消耗小，合用于低硫钢种。对硫规定严格钢比例大钢厂采用；局限性之处是，设备复杂，一次投资大，脱硫铁水温降较大。
4.2.2 搅拌法特点
搅拌法脱硫具备如下特点：
① 铁水中[Si]氧化产物易与CaO结合生成2CaO·SiO2,使脱硫效率减少；
② 石灰粉容易受潮失效；
③ 石灰粉需要量大，温降大，铁损大；
④ 采用石灰粉进行脱硫前，应扒除高炉铁水渣；
⑤ 石灰粉价格低廉,脱硫成本低；
⑥ 脱硫剂对罐体耐火材料侵蚀少,扒渣容易；
⑦ 脱硫效果明显、稳定,不回硫。
喷吹镁基脱硫剂时脱硫剂用量少，镁基脱硫剂使用量小，脱硫渣少，铁耗低，温降小；脱硫效率高，可实现深脱硫；脱硫剂运用率低。搅拌钙基脱硫剂时，脱硫剂需要量大温降大，铁损大；石灰基脱硫剂价格低廉，脱硫成本低；脱硫剂对罐体耐火材料侵蚀少，扒渣容易；脱硫效果明显、稳定，不回硫。
综上所述，本设计选取KR法脱硫。
4.2.3 KR搅拌法脱硫工艺
① KR法重要设备及工作原理
KR法是一种机械搅拌法，是将耐火材料制成搅拌器插入铁水罐液面下一定深处，并使之旋转。搅拌器转数普通为90~120r/min，搅动功率为1.0~1.5kW/t。当搅拌器旋转时，铁水液面形成“V”形漩涡，如图4.1所示。在搅动1~1.5min后，开始加入脱硫剂。脱硫剂微粒在桨叶端部区域内由于湍动而分散，并沿着半径方向被外推，随着铁水流循环一某些向下循环，另一某些向上循环，随后悬浮，绕轴心旋转和上浮于贴水中。然后又被桨叶从上下两个方向“吸入”，随后又沿半径方向被“吐出”。因而，脱硫剂在桨叶旋转机械搅动作用下被卷入铁水中，并在与铁水充分接触、混合和搅动中进行着脱硫反映。搅动器开动时，在液面上看不到脱硫剂，当搅动10~15min停止搅动。将生成浮到铁水面上干稠状渣扒除后即达到脱硫目。

图4.2 铁水罐KR法脱硫流场示意图
1）机械搅拌装置。机械搅拌装置重要由搅拌器及其旋转机构、升降车以及升降车夹紧机构等构成。搅拌器重要由主电机带动旋转，通过一台同轴式减速器及主连轴器与搅拌器联接，并将搅拌器力矩传给搅拌器主轴。搅拌器主轴又通过上下轴承支撑在升降车上。升降车及夹紧机构重要由升降小车、升降导轨及框架和升降小车卷扬构成。
2）搅拌头及其更换小车。搅拌头为十字叉构造，内部由铸钢制作，外部捣打耐火烧注料。其耐火烧注料由钢丝纤维、高温耐火水泥、莫菜石构成。搅拌头为脱硫核心设备，搅拌头性能好坏直接关系到整个脱硫环节生产效率和经济效益。搅拌头在使用前要进行烘烤预热提高使用性能。搅拌头在工作搅拌时，通过旋转接头上压缩空气管连接搅拌头空心轴，由压缩空气带走热量，延长搅拌头使用寿命。
3）渣罐车。重要用于运送脱硫渣，实现脱硫渣在转炉渣跨和脱硫位之间转移。渣罐车由两个积极轮分别由一套带控制电机和减速机系统驱动，两端极限位置由行程开关控制。行走速度在5～30m／min之间，渣罐容积22m。扒渣机把铁水先后渣扒到渣罐内。
② 工艺流程
本工艺流程为：铁水脱硫前扒渣—测温取样—加入脱硫剂—机械搅拌脱硫—测温取样—铁水脱硫后扒渣—转炉。
1）铁水脱硫前扒渣
高炉出铁后带人铁水中高炉渣是低碱度氧化渣，并且硫含量很高，这与脱硫条件相违背，因而必要在脱硫操作前扒掉高炉渣。
2）加入脱硫剂
铁水进入脱硫工位后，将搅拌头降至工作位置，启动搅拌头。当搅拌转速达到7～l0r／min时，加入脱硫剂。脱硫剂是采用抛洒法一次性加入。
3）搅拌脱硫
脱硫剂加入后，将搅拌头转速逐渐加大，当达到90~120r／min时，转速恒定。此时脱硫反映速率达到最大，铁水进行深脱硫，历时8～l1min。
4）测温取样
脱硫操作结束后，将搅拌头升起，进行测温取样。
5）铁水脱硫后扒渣
脱硫操作结束后，渣中富含硫，为了避免铁水回硫，必要进行后扒渣。
由于KR法脱硫剂采用石灰和萤石，相对于其她脱硫办法易于得到且价格便宜，长期运营上产成本低，节约资金。KR法脱硫采用石灰脱硫原理，反映较平稳，操作过程中几乎没有喷溅产生，不会产生大量烟尘，有助于保护环境。KR法脱硫化学反映动力学（搅拌动能）条件好，选用活性石灰作脱硫剂，产生脱硫产物CaS渣系基本呈固态，容易扒干净，因而较其她办法不易导致回硫。进行KR脱硫法脱硫时，铁水被强烈搅拌且持续时间较长，即铁水温降较大。KR法脱硫采用电机搅拌头实现对铁水搅拌，相对于其她脱硫办法增长了搅拌头驱动及支撑装置，因此一次投资较其她办法大。
③ KR法脱硫工艺需要注意问题
1）搅拌头使用寿命。搅拌头为十字叉构造，内部由铸钢制作，外部捣打耐火浇注料。耐火浇注料由钢丝纤维、高温耐火水泥、莫莱石等构成。制作时，按一定耐火浇注料和水配比搅拌，通过振动捣打成型，然后通过30h烘烤，在使用前，必要再烘烤7~8h。正常搅拌头使用寿命约为500次。
2）脱硫剂粒度规定。KR法脱硫剂加入是在铁水罐上方烟罩内进行，如果白灰粒度太小，则容易被除尘烟道吸走，起不到脱硫作用。因而脱硫剂规定粒度在0.4~0.8mm之间占80％以上。
3）搅拌头插入深度规定。KR法脱硫搅拌头插入太浅会导致铁水搅拌不充分，影响脱硫效果。插入太深，则增大搅拌阻力，减少搅拌头寿命，增长电机负荷，因而插入深度普通为铁水液面如下1500mm为宜。

5 转炉设计

5.1 转炉炉型设计
转炉是转炉炼钢车间核心设备。转炉炉型及其重要参数对转炉炼钢生产率、金属收得率、炉龄等经济指标均有直接影响，其设计与否合理也关系到冶炼工艺能否顺利进行，车间主厂房高度和与转炉配套