年生产500万吨合格铸坯炼钢厂转炉炼钢系统设计方案

年产500万吨合格铸坯炼钢厂转炉炼钢系统设

计方案

第一章文献综述

1.1 国外钢铁产业的发展情况

钢铁产业是国民经济的重要支柱产业，涉及面广、产业关联度高、消费拉动大，在经济建设、社会发展、财政税收、国防建设以及稳定就业等方面发挥着重要作用。为应对国际金融危机的影响，落实党中央、国务院保增长、扩需、调结构的总体要求，确保钢铁产业平稳运行，加快结构调整，推动产业升级，特编制本规划，作为钢铁产业综合性应对措施的行动方案。

2008年下半年以来，随着国际金融危机的扩散和蔓延，我国钢铁产业受到严重冲击，出现了产需陡势下滑、价格急剧下跌、企业经营困难、全行业亏损的局面，钢铁产业稳定发展面临着前所未有的挑战。应当看到，钢铁产业在经历了长期粗放型扩后，必然要进行一次大的调整。现阶段，我国城镇化、工业化任务依然繁重，需潜力巨大，钢铁产业发展的基本面没有改变。必须抓住机遇，制定实施钢铁产业结构调整和振兴规划，促进钢铁产业平稳运行、健康发展。

按照规划目标：力争在2009年遏制钢铁产业下滑势头，保持总体稳定。据2010年初统计，2009年粗钢产量超过1000万吨的钢铁企业共有11家。钢铁产业粗放发展方式得到明显转变，技术水平、创新能力再上新台阶，综合竞争力显著提高，支柱产业地位得到巩固和加强，步入良性发展的轨道。

（1）总量恢复到合理水平。2009年我国粗钢产量5.6亿吨，同比下降8%；表观消费量维持在5.3亿吨左右，同比下降5%。到2011年，粗钢产量控制在5亿吨左右，表观消费量4.5亿吨左右，工业增加值占GDP的比重维持在4%的水平。

（2）淘汰落后产能有新突破。按期淘汰300立方米及以下高炉产能和20吨及以下转炉、电炉产能。提高淘汰落后产能的标准，力争三年再淘汰落后炼铁能力7200万吨、炼钢能力2500万吨。

（3）联合重组取得重大进展。形成若干个具有较强自主创新能力和国际竞争力的特大型企业，国排名前5位钢铁企业的产能占全国产能的比例达到45%以上，沿海沿江钢铁企业产能占

全国产能的比例达到40%以上，产业布局明显优化，重点中心城市钢铁企业污染明显减少。

（4）严格控制新增产能，不再核准和支持单纯新建、扩建产能的钢铁项目，所有项目必须以淘汰落后为前提。2010年年底前，淘汰300立方米及以下高炉产能5340万吨，20吨及以下转炉、电炉产能320万吨；2011年底前再淘汰400立方米及以下高炉、30吨及以下转炉和电炉，相应淘汰落后炼铁能力7200万吨、炼钢能力2500万吨。实施淘汰落后、建设钢铁大厂的地区和其它有条件的地区，要将淘汰落后产能标准提高到1000立方米以下高炉及相应的炼钢产能。

目前我国的钢铁产能己超过6亿吨，从长远的发展趋势看，新建中小规模的炼钢项目相对较少，对系统的升级和技术改造将成为主要方向。转炉本体设备安装的新工艺，在技术改造工程中具有一定的优势，对该工艺的应用进行深入的研究，将对该工艺在今后进一步的推广实施提供更多的经验和资料[1]。

在这种不稳定的经济条件下，许多小规模小产量的钢铁企业逐渐被淘汰和重组，因为这些企业无法抵抗市场的冲击。而重组后的钢铁企业，必将建设大型的钢铁生产设备，所以，扩大钢铁生产规模是每个钢铁企业必行之路。年产500万吨合格铸坯炼钢厂转炉炼钢系统必将被大规模的使用。而根据目前许多大型钢铁企业的建设来看，年产500万吨合格铸坯转炉系统是必要的并且科学的。

1.2 转炉炼钢发展情况

1.2.1 氧气转炉炼钢法的诞生

顶吹氧气转炉是将高压、高纯度（含氧气99.4%以上）的氧气通过水冷氧枪，以某种距离（喷头到熔池面的距离约为1～3m）从熔池上面吹入的。为了使氧流有足够的能力穿入熔池，使用出口为拉瓦尔型的多孔喷头，氧气的使用压力为（10～14）×104Pa，氧流出口速度可达440～400m/s。

1846年，英国人贝塞麦发明了底吹酸性空气转炉炼钢法。将空气吹入铁水，使铁水中硅、锰、碳高速氧化，依靠这些元素氧化放出的热量将液体金属加热到能顺利地进行浇注所需的温度，从此开创了大规模炼钢的新时代。由于采用酸性炉衬和酸性渣操作，吹炼过程中不能去除磷、硫，同时为了保证有足够的热量来源，要求铁水有较高的含硅量。

1879年，英国人托马斯又发明了碱性底吹空气转炉炼钢法，改用碱性耐火材料作炉衬，在吹炼过程中加入石灰造碱性渣，并通过将液体金属中的碳氧化去除到0.06%以下的“后吹”操作，集中化渣脱磷。在托马斯法中，磷取代硅成为主要的发热元素，因而此法适合于处理高磷铁水，并可得到优质磷肥。西欧各国一直使用此法直到20世纪60年代。

早在1846年，贝塞迈就提出利用纯氧炼钢的设想，由于当时工业制氧技术水平较低，成本太高，氧气炼钢未能实现，直到1924～1925年间，德国在空气转炉上开始进行富氧鼓风炼钢的试验，结果表明，随着鼓入空气中氧含量的增加，钢的质量有明显的改善。当鼓入空气中富氧的浓度超过40%时，炉底的风眼砖损坏严重，因此又开展了用CO2+O2或CO2+O2+H2O汽）等混合气体的吹炼试验，但效果都不够理想，没能投入工业生产。

氧气顶吹转炉炼钢法出现以后，在世界各国得到了迅速发展，不仅新建转炉停建平炉，而且还纷纷拆除平炉改建氧气转炉，如日本到1997年底平炉已全部拆除。进入20世纪70年代，炼钢技世纪术日趋完善，公称吨位400吨的大型氧气顶吹转炉先后在前联、前联邦德国等国投入生产，单炉生产能力达400～500万t/年，大型转炉的平均吹炼时间为11~15min，月平均冶炼周期已缩短到26～28min。氧气转炉不仅能冶炼全部平炉钢种，而且还可以冶炼部分电炉钢种。随着炉衬耐火材料性能的不断改善，炉衬寿命不断提高，大型氧气转炉炉衬寿命在日本高达10110次[2]。

1.2.2 我国氧气转炉的发展概况

1951年，碱性空气侧吹转炉炼钢法首先在我国钢厂试验成功，并于1952年投入工业生产。1954年开始了小型氧气顶吹转炉炼钢的试验研究工作，1962年首钢试验厂将空气侧吹转炉改建成3t氧气顶吹转炉，开始了工业性试验。在试验取得战功的基础上，我国第1个氧气顶吹转炉炼钢车间(2×30t)在首钢建成，于1964年12月26日投入生产。以后，又在、、等地改建了一批3.4～4t的小型氧气顶吹转炉。1966年上钢一厂将原有的一个空气侧吹转炉炼钢车间，改建成有3座30t氧气顶吹转炉的炼钢车间，并首次采用了允进的烟气冷化回收系统，于半年月月投入生产，还建设了弧形连铸机与之扣配套，试验和扩大了氧气顶吹转炉炼钢的品种。这些都为我国日后氧气顶吹转炉炼钢技术的发展提供了宝贵经验。此后，我国原有的一些空气侧吹转炉挛间逐渐改建戊中小型氧气顶吹转炉炼钢车间，并新建了一批中、大型氧气顶吹转炉车间。小型顶吹转炉有天律钢厂20t转炉、钢厂13t转炉、钢厂14、转炉、钢铁公司引进的40t转炉、钢铁公司40t转炉、武钢40t转炉、马钢厂40t转炉等；中犁的有鞍钢140t和180t转炉、攀校花钢铁公司120t转炉和钢铁公司120t转炉等；20世纪80年代，宝钢从日本引进建成具有70年代末技术水平的300t大型转炉3座，首钢购入二手设备建成210t转炉车间；90年代，宝钢又建成250t转炉车间，武钢引进250t转炉，唐钢建成150t转炉车间，重钢和首钢又建成80t转炉炼钢车间；许多平炉车间改建成80t氧气顶吹转炉车间等。顶吹转炉钢占年钢总产员的83％，1999年我国转炉钢产量突破1亿t;达到10247.2万t;占全国钢产量比重上升到82.7%[3]。近年来，转炉钢产量持续处于高速增长态势，2002年我国转炉钢产量高达15330万t，仅时隔3年转炉钢产量增长近50%。1994年我国1384万t平炉钢产能至2002年已全部被转炉钢所取代[4]。据统计2003年我国转炉钢产量已接近1.9亿t，占我国钢产量的85.2%，约占世界转炉钢的25%。50～300 t转炉由2001年的75座增至2003年的134座，工艺技术进一步优化[5]。我国转炉冶炼新钢种和优质钢种增长迅速，其中包括低合金、耐候钢、TRIP(相变诱发塑性)钢以及合金结构钢、齿轮钢、轴承钢、锅炉用钢等特殊钢。今后转炉钢的增长主要是对条件较好转炉钢厂挖潜改造，进一步提高装备水平、扩大品种、提高质量以及降低消耗，改善环境[6]。随着钢产量的增加，转炉所占的产钢比例也在迅速增加。自2000年以来我国各种炼钢法产钢量和转炉炼钢比例变化情况[7]。

2000年到2006年的6年间，我国转炉钢产量由10584.3万t增长到37671.4万t，年均增幅23.56％，转炉钢比例始终保持在80％以上，高于世界平均水平，且总体呈上升趋势。这是由

于我国废钢资源短缺，电力缺乏，电价偏高，致使电炉钢产量的增长受到一定程度的制约；平炉被淘汰，生铁资源的充裕，给转炉钢产量的增长提供了良好条件，因此转炉钢产量近年来获得了快速增长。2006年转炉钢产量37671.4万t，比例达到创记录的89.48％，相当于当年电炉钢的9倍。

粗钢实际费量扣除补库存因素将超过5亿吨。这表明，在应对国际金融危机的大环境下，固定资产投资的高速增长和我国工业化、城镇化步伐的不断加快，拉动了钢材消费大幅度增长；也表明国家一揽子刺激经济计划措施有效地抵御了国际市场需求萎缩对我国钢铁业的冲击，钢铁复为我国率先实现经济形势回升向好做出了重要贡献。

1.3 转炉炼钢技术的发展

随着钢铁行业的日益发展，各地的钢铁企业不断合并重组，为了适应对钢品种的要求，降低生产成本，提高生产效率，减少能耗和生产成本，保护环境，现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利用技术、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、环境友好化。

1.4 结论

250t转炉本体部分结构合理，功能齐全，技术先进，具备当今世界一流水平，其中许多技术及结构在国还是首次应用，转炉的整个冷却系统，在设计中考虑的十分周全，冷却点分布很广，可大大延长设备的使用寿命。从结构、性能及技术参数上看，设计方案先进合理，产品性能优良可靠。大力发展100t到300t的转炉设备，比较适合我国国情，应进一步完善冶炼、分析、检测的自动控制，推广挡渣技术。随着钢铁企业的改造和重组，100t以上转炉设备将会大量上马占有市场的主导地位。故设计建造年产500万吨合格铸坯炼钢厂转炉炼钢系统是可行的，也是必要的。

第二章生产规模及产品方案

2.1 金属平衡计算

图2.1 金属平衡表

2.2 生产规模的确定

该转炉车间的生产规模是年产合格铸坯500万吨。

2.2.1 转炉座数和大小的确定

设计年产500万吨合格铸坯的转炉炼钢系统。由金属平衡表计算可知，所需的转炉钢水年

产量为546万吨。

每一座吹炼转炉的年出钢炉数N 为：

112T 3651440T T 1440N η?=?=炉6.1103740

%843651440=??= （2-1） 式中： T 1—每炉钢的平均冶炼时间，min ；

T 2—一年的有效作业天数，d ；

1440—一天的日历时间，min ；

365—一年的日历天数，d ；

η—转炉的作业率，取84%；

转炉车间年产钢水量：

W=n×N×q （

2-2） 式中： W —转炉车间年产钢水量，t ；

n —转炉车间经常吹炼炉子座数；

N —每一座吹炼炉的年出钢炉数；

q —转炉公称容量，t 。

n×q=5460000÷11037.6=494.7吨 所以，取n= 2，则q=250t 所以：本设计选两座250吨的转炉进行炼钢。

3.1 转炉炉型选择及计算

转炉炉型选筒球形，其中球缺体半径取R=1.1D 。

3.1.1 转炉主要尺寸参数的确定和计算

（1）炉容比

炉容比取0.90m 3/t

（2）熔池尺寸计算

① 熔池直径D

3.592916250

0.51t G

K D =?=?=㎜

（3-1） 式中： G —新炉金属装入量，取公称容量250t ；

t —平均每炉钢纯吹氧时间，min ，（取16min ）；

K —系数（取1.50）

D —熔池直径，mm ；

② 熔池深度h

）池3(m 36.76250/6.8G/T V === （3-2）

）池(mm 1668.92D 9.70D 46.00V h 2

3=+= （3-3） 式中： V 池—转炉熔池有效容积，m 3

；

T —转炉钢水密度，取6.8t/m 3 ；

(3) 炉帽尺寸计算

① 炉帽倾角θ：取θ=60? ② 炉口直径d 口：

d 口=（0.43～0.53）D (3-4) 本设计取d 口=0.43D=0.43×5929.3=2549.6mm ③ 炉帽高度H 帽： 91.3226H tan d -D 2

1H =+=口口帽）（θ㎜ （3-5） 式中H 口—炉口直线段高度，取H 口=300㎜： ④ 炉帽总容积V 帽：

01.45H d 4

d Dd D H H 12V 222=+++?-=口口口口口帽帽）（）（ππm 3 （3-6） （4) 炉身尺寸计算

① 炉身体积V 身：

取炉容比为0.90m 3/t

V T =0.90×T=0.90×250=225m 3 （3-7） V 身=V T -V 帽-V 池=143.23m

3 （3-8）

式中：V T —转炉有效容积，m 3； ② 炉身高度H 身： 5190.4D V V -V 4D V 4H 2

T 2=-==ππ）（池帽身

身㎜ (3-9) （5）出钢口尺寸的确定

① 出钢口中心线水平倾角θ1：取θ1=0°； ② 出钢口直径d 出： 72.223G 75.163d =+=出㎜ （3-10）

（6）转炉有效高度H ：

H= h+H 身+H 帽=1668.92+5190.4+3226.91=10086.23㎜ (3-11)

（7）转炉总高H 总：

H 总=H+H 衬+δ底+δ帽=10086.23+1060+130=11276.23㎜ （3-12）

（8）炉壳直径D 壳：