冶金工程專業(yè)畢業(yè)論文--設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn)450萬(wàn)噸合格鑄坯的轉(zhuǎn)爐煉鋼車間(編輯修改稿)
2024-11-29 19:02 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 滿足生產(chǎn)需要，采用機(jī)械化、自動(dòng)化的操作和管理，且要保證工程項(xiàng)目在建設(shè)與通入生產(chǎn)后技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全運(yùn)行和具有良好的勞動(dòng)生產(chǎn)條件。所以，合理的選擇工藝流程是設(shè)計(jì)工作的重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)采 用了國(guó)際上流行的工藝流程，即 “ 高爐鐵水 — 鐵水預(yù)處理 — 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐 — 爐外精煉 — 連續(xù)鑄鋼 ”的流程，鋼水采用全精煉、全連鑄。主要跨間包括原料跨、煉鋼跨、精煉跨、連鑄跨四個(gè)主體跨，輔助跨間有切割跨、鑄坯橫移存放區(qū)等。 在鐵水預(yù)處理的過(guò)程中脫 S、 P 能夠減輕煉鋼的負(fù)擔(dān)，使煉鋼能夠迅速、順利的完成。 爐外精煉主要是 脫氧、脫硫；去氣、去除夾雜；調(diào)整鋼液成分及溫度，能夠大大提高鋼液的質(zhì)量，使其能滿足更多的要求。 第 3 頁(yè) 表 11 產(chǎn)品大綱 產(chǎn)品方案 表 12 產(chǎn)品方案 鋼種 代表鋼號(hào) 化學(xué)成分 (%) C Si Mn P S 碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q215B ? ? ? Q235A ? ? ? Q255A ? ? ? 低合金鋼 Q295B ? ? ? ? Q390A ? ? ? ? Q345D ? ? ? ? 合金結(jié)構(gòu)鋼 20Mn2 ? ? 50Mn2 ? ? 35SiMn ≤ ≤ 軸承 鋼 GCr15 ? ? G20CrMo ? ? G4Mo4V ? ? ? ? 序號(hào) 產(chǎn)品 產(chǎn)量 (萬(wàn)噸 /年 ) 連鑄坯規(guī)格 軋機(jī) 最終產(chǎn)品 1 方坯 300 400400 10 — 2 板坯 150 4001500 3 — 第 4 頁(yè) 表 13 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 數(shù)值 備注 1 生產(chǎn)合格鑄坯 萬(wàn)噸 450 — 2 精煉收得率 % — 3 連鑄成材率 % 99 — 4 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率 % 95 — 5 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)周期 Min 39 — 6 鋼水收得率 % — 7 最大廢鋼比 % — 工藝流程設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn) 450 萬(wàn)噸合格鋼坯的煉鋼車間。其主要流程示意圖如下： 渣料 鐵合金 ↓ ↓ 鐵水→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→鋼包→精煉→連鑄機(jī)→出坯 ↑ ↑ 廢鋼 鐵合金 第 5 頁(yè) 煉鋼過(guò)程的物料平衡和熱平衡計(jì)算是建立在物質(zhì)與能量守恒的基礎(chǔ)上的。其主要目的是比較整個(gè)冶煉過(guò)程中的物料、能量、的收入項(xiàng)和支出項(xiàng)，為改進(jìn)操作工藝制度，確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)和提高煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提供某些定量數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)指出，由于煉鋼是復(fù)雜的高溫物理化學(xué) 過(guò)程，加上測(cè)試手段有限，目前尚難以做到精確取值和計(jì)算。盡管如此，它對(duì)煉鋼生產(chǎn)和設(shè)計(jì)仍有重要意義。 物料平衡計(jì)算 原始數(shù)據(jù) 鐵水成分及溫度 鐵水成分及溫度見(jiàn)表 11 表 11 鐵水成分及溫度 成 分 ω(C) ω(Si) ω(Mn) ω(P) ω(S) 含 量 /% 溫 度 /℃ 1250 1250 1250 1250 1250 原材料成分 原材料成分見(jiàn)表 12 表 12 原材料成分 組 成 原材料 石 灰 礦 石 螢 石 白云石 爐 料 ω（ CaO） /% ω（ SiO2） /% ω（ MgO） /% ω（ Al2O3） /% ω（ S） /% — — ω（ P） /% — — — — 第 6 頁(yè) ω（ CaF2） /% — — — — ω（ FeO） /% — — — — ω（ Fe2O3） /% — — — — 燒 堿 /% — — — ω（ H2O） /% — — — ω（ C） /% — — — — ∑ 冶煉鋼種及成分 冶 煉鋼種及成分見(jiàn)表 13 表 13 冶煉鋼種（ Q235）成分 成 分 ω(C) ω(Si) ω(Mn) ω(P) ω(S) 含 量 /% ≤ ≤ ≤ ≤ 平均比熱容 原料平均比熱容見(jiàn)表 14 表 14 原料平均比熱容 物料名稱 生 鐵 鋼 爐 渣 礦 石 煙 塵 爐 氣 固態(tài)平均熱容 /[kJ/（ kg℃ ） ] 熔化潛熱 /kJ/kg） 液態(tài)或氣態(tài)平均熱容 /（ kJ/kg℃ ） 218 272 — 209 209 — 209 — — — 冷卻劑 用廢鋼做冷卻劑，其他成分與冶煉鋼種成分的中限皆同。 反應(yīng)熱效應(yīng)（ 25℃ ） 鐵水中元素氧化放熱見(jiàn)表 15 表 15 鐵水中元素氧化放熱 第 7 頁(yè) 元 素 化學(xué)反應(yīng) △ H kJ/kmol △ H kJ/kg C C Si Mn P Fe Fe SiO2 P2O5 C+1/2O2=CO C+O2=CO2 Si+O2=SiO2 Mn+1/2O2=MnO 2P+5/2O2=P2O5 Fe+1/2O2=FeO 2Fe+3/2O2=Fe2O3 SiO2+2CaO=2CaO SiO2 P2O5+4CaO=4CaO P2O5 注：數(shù)據(jù)來(lái)自《氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼原理》（美），密執(zhí)安大學(xué)，冶金工業(yè)出版社， 1974 年， 75 頁(yè)。 根據(jù)國(guó)內(nèi)同類轉(zhuǎn)爐的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)選取 （ 1） 渣中鐵珠量為渣量的 8%； （ 2）金屬中碳的氧化，其中 90%的碳氧化成 CO， 10%的碳氧化成 CO2； （ 3）噴濺鐵損為鐵水的 1%； （ 4）爐氣和煙塵量，取爐氣平均溫度 1450℃ 。 爐氣中自由氧含量為 %。煙塵量為鐵水量的 %，其中 ω(FeO)=77%, ω(Fe2O3 )=20%； （ 5）爐襯侵蝕量為鐵水量的 %； （ 6）氧氣成分，氧氣為 %，氮?dú)鉃?%。 物料平衡計(jì)算 根據(jù)鐵水成分，原材料質(zhì)量以及冶煉鋼種，采用單渣不留渣操作。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，以 100kg 鐵水為計(jì)算基礎(chǔ)。 爐渣量及成分計(jì)算 爐渣來(lái)自金屬中元素的氧化產(chǎn)物、造渣劑及爐襯侵蝕等。 鐵水中各元素氧化量見(jiàn)表 16 表 16 鐵水中各元素氧化量 第 8 頁(yè) 成分 （千克 ） 項(xiàng) 目 C Si Mn P S 鐵 水 氧化量 終點(diǎn)鋼水 痕跡 注： C 和 Si 按實(shí)際生產(chǎn)情況選取， Mn， P， S 分別按鐵水中相應(yīng)成分含量的 30%、 10%、 53%留在鋼水中設(shè)定。 ω（ P） ：采用低磷鐵水操作，爐料中磷約 85%~95%進(jìn)入爐渣，本計(jì)算采用低磷鐵水操作，取鐵水中磷的 90%進(jìn)入爐渣， 10%留在鋼中。 ω（ Mn） ：終點(diǎn)鋼水余錳量，一般為鐵水中錳含量的 30%~40%，取 30%。 ω（ S）：去硫率，一般為 30%~50%的范圍，取 40%。 ω（ C）：終點(diǎn)鋼水含碳量，根據(jù)冶煉鋼種的含碳量和預(yù)估計(jì)脫氧劑 等增碳量之差，則為終點(diǎn)含碳量。本計(jì)算取 %。 各元素氧化量、耗氧量及其氧化產(chǎn)物量見(jiàn)表 17 表 17 鐵水中各元素氧化產(chǎn)物量 元素 反應(yīng)產(chǎn)物 元素氧化量 (kg) 耗氧量(kg) 氧化 產(chǎn)物量(kg) 備注 C Si [C]→{CO} [C]→{CO 2} 90%= 10%= [Si]→{SiO 2} Mn [Mn]→{MnO} P [P]→{P 2O5} S [S]→{SO 2} [S]+(CaO)=(CaS)+(O) 1/3= = (CaS) 消 CaO量 Fe [Fe]→(FeO) [Fe]→(Fe 2O3) 合計(jì) 造渣劑成分及數(shù)量。 （ 1）礦石加入量及成分。礦石加入量為 （鐵水），成分及質(zhì)量見(jiàn) 第 9 頁(yè) 表 18 表 18 礦石加入量及其成分 成 分 質(zhì)量 /kg m(Fe2O3) m(FeO) m(SiO2) m( Al2O3 ) m(CaO) m (MgO) m(S) m(H2O) %= %= %= %= %= %= %= %= 共 計(jì) 注： S 以 [S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反應(yīng) ,其中生成 CaS 量為 72／ 32=(kg)。 消耗 CaO 量為 56／ 32=(kg).消耗微量氧，忽略之。 (2)螢石加入量及成分。螢石加入量 （鐵水），其成分及質(zhì)量見(jiàn)表19 表 19 螢石加入量及成分 成 分 質(zhì)量 /kg m(CaF2) m(SiO2) m( Al2O3 ) m(MgO) m (P) m(S) m(H2O) %= %= %= %= %= %= %= 共計(jì) 注： P 以 2[P]+5/2{O2 }=(P2O5)的形式進(jìn)行反應(yīng) ,其中生產(chǎn) P2O5量為 142／ 62= （ kg）。 消耗氧氣量為 80／ 62=（ kg）。 硫微量，忽略之。 第 10 頁(yè) (3)爐襯被侵蝕質(zhì)量及成分。爐襯被侵蝕量為 ／ 100 kg（ 鐵水），其成分及質(zhì)量見(jiàn)表 110。 表 110 爐襯被侵蝕質(zhì)量及成分 成 分 質(zhì)量／ kg m(CaO) m(MgO) m(SiO2 ) m(Al2O3) m (C) %= %= %= %= %= 共計(jì) 注：被侵蝕的爐襯中碳的氧化，同金屬中碳的氧化成 CO、 CO2的比例數(shù)相同。即： C→CO 90%28／ 12=（ kg）。 C→CO 2 10%42／ 12=（ kg）。 其氧氣消耗量： 16／ 28=（ kg）。 32／ 44=（ kg）。 共消耗氧氣量為 +=（ kg）。 （ 4） 生白云石加入量及成分 。 為了提高轉(zhuǎn)爐爐襯的壽命，采用白云石造渣劑，其主要目的是提高爐渣的MgO 含量，降低爐渣對(duì)爐襯的侵蝕能力。若使渣中 MgO 含量在 %%的范圍之內(nèi)，其效果顯著。經(jīng)試算后取生白云石加入量為 （鐵水），其成分及質(zhì)量見(jiàn)表 111 表 111 生白云石加入量及成分 成 分 質(zhì)量 /kg m(CaO) m(MgO) m(SiO2 ) m(Al2O3) 燒堿 %= %= %= %= %= 共計(jì) 注：燒堿是指生白云石分解后而產(chǎn)生的氣體。 （ 5） 爐渣堿度和石灰加入量。 第 11 頁(yè) 取終渣堿度 R=%CaO/%SiO2= 首先渣中已純?cè)诘?SiO2 =++++= kg。 渣中已存在 CaO=++= kg。 石灰加入量
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