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1、设计年产395万吨合格连铸坯的转炉炼钢车间毕业设计目录摘要IAbstractII目录III绪论11 设计方案的确定与论证21.1 产品大纲的制定21.1.1 产品大纲制定的原则及方法21.1.2 产品大纲21.1.3 典型钢种（IF钢）的介绍31.1.4 E36船板钢41.1.5 Q235结构钢51.1.6 X80管线钢61.1.7 耐候钢61.2 方案的选择与论证71.2.1 炉容量与座数的确定71.2.2 冶炼与精炼方法的选择与论证81.2.3 连铸机的选择132 物料平衡和热平衡计算152.1原始数据152.1.1铁水成分及温度152.1.2原材料成分152.1.3冶炼钢种成分162.1
2、.4平均比热162.1.5反应热效率（认为25与炼铁温度下两者数值近似）162.1.6有关参数的选用172.2 物料平衡计算172.2.1炉渣量及炉渣成分的计算172.2.2 矿石及烟尘中的铁量和氧量的计算222.2.3 炉气成分及重量的计算见表2-14222.2.4 未加废钢时氧气的消耗量的计算见表2-15232.2.5 钢水量计算242.2.6 未加废钢时的物料平衡表见表2-16242.3 热平衡计算（取冷料为25）242.3.1 热收入项242.3.2 热支出项252.3.3 热平衡表见表2-17262.4 加入废钢后的物料平衡计算272.4.1 加入废钢的物料平衡计算273 车间主体设
3、备的设计303.1 转炉炉型的设计303.1.1 原始数据303.1.2 炉容比303.1.3 熔池尺寸的计算303.1.4 炉帽尺寸的确定313.1.5 炉身尺寸的确定323.1.6 出钢口尺寸确定323.1.7 炉衬厚度确定323.1.8 炉壳厚度确定323.1.9 验算高宽比333.1.10 转炉主要参数333.2 喷头及氧枪的设计计算333.2.1 喷头参数的选择333.2.2 氧枪枪身设计353.3 氧枪的升降机构与更换装置383.3.1 氧枪的升降机构383.3.2 升降卷扬机变速方式393.3.3 升降小车和固定导轨393.3.4 安全装置393.3.5 氧枪更换装置403.4
4、连铸机的主要设计参数403.4.1 钢包允许浇铸时间403.4.2 铸坯断面的选择403.4.3 理论拉速与工作拉速的确定413.4.4 冶金长度的计算423.4.5 连铸机圆弧（外弧）半径的计算R433.4.6 连铸机的流数的计算443.4.7 连铸机生产能力的计算443.5 盛钢桶的计算463.5.1盛钢桶容积计算463.5.2 钢包需要量计算493.5.3 钢包质量计算493.6 RH精炼513.6.1 处理容量513.6.2 处理时间513.6.3 循环因数523.6.4 循环流量523.6.5 真空度533.6.6 真空泵的抽气能力533.7 钢包回转台543.7.1 直臂式钢包回转
5、台543.7.1 双臂式钢包回转台543.8 中间包的主要设计参数553.8.1 中间包的作用553.8.2 中间包的形状与构造553.8.3 中间包小车583.9 结晶器的主要设计参数593.9.1 结晶器结构型593.9.2 结晶器结构参数的确定593.9.3 结晶器的振动与振动装置603.10 二次冷却系统的设计613.10.1 二次冷却装置613.10.2 喷水冷却系统。613.10.3 喷嘴的选择与布置623.10.4 夹辊辊径、辊距及其布置633.10.5 拉坯矫直机633.11 连铸机总体尺寸的确定643.11.1 连铸机总长度643.11.2 连铸机高度643.11.3 连铸区
6、的总宽度654 车间主厂房的设计664.1 主厂房布置形式的选择664.2 主厂房主要尺寸的确定664.2.1 炉子跨主要尺寸的确定664.2.2 加料跨的主要尺寸的确定704.2.3 钢水接受跨的设计714.2.4 精炼跨的设计计算714.2.5 浇铸跨主要尺寸的确定724.3 供料系统与除尘系统设计734.3.1 供料系统734.3.2 除尘系统76致谢82参考文献83IV绪论转炉是钢铁冶金主体设备之一, 当前, 社会和经济可持续发展价值观和环保新法规对转炉的设计与操作提出来越来越严格的要求, 能否实现最大限度的效率和最小程度的污染, 而且还要经济有效, 及其生存发展可能性等问题, 高效率
7、, 高质量, 高寿命, 低污染, 低问题, 这是设计目标。作为四年大学对所学专业的一次总结, 我把书本上学到的知识做一次总结和综合的应用, 力求达到设计目标。自1996年中国钢产量首次突破1亿吨以来, 中国就成为世界第一产钢大国, 迄今为止, 已连续多年稳居世界第一的位置, 2003年, 已占世界总产量的25%；2004年, 我国钢产量2.7亿吨, 生铁产量2.5亿吨, 2020年, 我国要实现GDP翻两番, 钢铁需求量将进一步增加, 钢铁工业存在着较大的发展潜力。因此我们进行转炉炼钢车间设计是很有积极意义的。此次设计根据所给的各种参数和条件, 本着因地制宜, 经济适用的原则, 但由于知识和资
8、料有限等问题其中有一些设备具体情况知识选择而不能具体设计。由于编者时间和水平有限, 本设计难免存在诸多不足之处, 敬请老师给予批评指导。1设计方案的确定与论证1.1产品大纲的制定1.1.1产品大纲制定的原则及方法 根据典型钢种的冶炼工艺流程与连铸坯的类型, 如板坯、方坯或圆坯等, 再结合目前市场钢产品的调研, 预测未来市场需要什么类型的钢种, 也就是运用市场的战略眼光预测出将来的市场最需要哪种钢材, 因此来确定本车间的产品大纲。1.1.2产品大纲冶炼钢种及化学成分（见表1-1、1-2）主要钢种：IF钢表 1-1 IF的化学成分(%)CSiMnPS0.0020.0050.0.0300.1000.
9、0.003 0.0150.007 0.AlNTiNbO0.020 0.0700.001 0.0040.020 0.0400.004 0.0.003其他钢种的化学成分表 1-2 其他钢种牌号及化学成分（%）钢种CSiMnPSQ235（碳素结构钢）0.1400.2200.3000.3000.6500.0.050X80（管线钢）0.0200.0600.1000.2501.4001.8000.0130.002E36(船板钢)0.1500.4000.100-0.1500.0150.09CuPNi(耐候钢)0.1200.2500.7500.0.5000.070.150.040各种钢种的产量及产量比例如下表
10、：表 1-3各种钢种的产量及产量比例品种钢号产品比（%）产量（t）汽车板IF2598.75碳素结构钢Q2352079管线钢X802079船板钢E362079耐候钢09CuPNi1559.251.1.3典型钢种（IF钢）的介绍IF钢(Interstitial Free Steel), 又叫无间隙原子钢, 是继沸腾钢与铝镇静钢之后自动化工业广泛应用的又一代深冲用钢。IF钢的出现最早可追溯到1960年, 日本的一位薄板研究员在一个偶然的机会成功地开发了这种特殊的钢。IF钢的特点是含碳量很低, 加入Ti和Nb之后, 形成Ti和Nb的C、N化合物。由于钢中无间隙原子, 而使其具有优异的深冲性能:高塑性应
11、变比、高延伸率、高硬化指数, 以及较低的屈强比, 并具有优异的非时效性, 因此被誉为第三代超深重用钢1。汽车用材料的70%80%是钢铁材料, 主要为IF钢。所以在一定程度IF钢上代表了一个国家的钢铁工业水平2。我国在汽车技术水平方面, 已经和发达国家同步。随着汽车工业的不断发展, 对优质汽车用钢的要求越来越高, 需求也越来越高。因此, 紧跟汽车工业的最新发展趋势, 研究开发新一代汽车用钢, 必将成为我国钢铁工业应用基础研究的重要发展方向。由于C, N含量决定了产品的最终性能和添加Ti, Nb量的多少, 因此在冶炼过程中尽量降低C, N含量是稳定产品质量和减少成本的关键, 所以IF钢的冶炼要点是
12、：(1)超低碳传统的IF钢含碳量为0.005%0.01%。现代IF钢采用顶底吹转炉冶炼, 经过改进的RH处理, 以及在连铸过程中采用防增碳措施, 可以在经济的条件下使碳含量大大降低, 一般C0.005%；N0.003%。最新的IF钢产品其含碳量可以低于0.002%。(2)微合金化在钢中加入一定量的强碳氮化物形成元素Ti, Nb使C, N这样的间隙原子被固定而形成无间隙原子钢, 这是IF钢的冶金基础。按化学当量计算, 只要钢中强碳氮化元素的含量X(X代表Ti或Nb)满足：X(atom%)/(C(atom%)+N(atom%)=1则C和N原子可以被完全固定成X(CN)。但是X(CN)的析出是一个动
13、力学过程, 要使钢中C和N原子完全被固定且无间隙原子存在, 使钢呈现非实效性, 有必要加入过量的X, 即比按化学当量所计算的多, 这部分过剩的X以硫化物等形式或以固溶方式存在于钢中。 由以上的IF钢冶炼要点可以确定IF钢的冶炼工艺路线和各个环节的注意事项（以钢铁公司炼钢厂为例）3： IF钢生产工艺路线铁水脱硫复吹转炉RH板坯连铸铁水脱硫采用喷吹金属镁粉粒和钝化的活性石灰对铁水进行脱硫, 要求处理后入转炉的铁水中w(S)0.0030%。扒渣后铁水包带渣量厚度20 mm。复吹转炉冶炼采用精料废钢和活性石灰(硫的质量分数0.040%)冶炼, 冶炼全程底吹氩气, 钢包预加活性石灰, 出钢过程不脱氧,
14、只进行锰合金化处理, 采用无碳包衬的钢包盛装钢水。对复吹转炉冶炼的粗钢成分要求如表1-1所示。表1-1 复吹转炉冶炼粗钢成分要求（%）CSiMnPSON0.030.020.10-0.200.0070.0060.040-0.0600.0025 RH真空精炼 RH采用6级8个泵连续抽真空, 现真空压力可达0.1 kPa以下, 钢水循环量为130t/min。RH处理IF钢时, 采取轻处理和本处理相结合真空精炼处理方法, 即钢水到RH真空精炼位后, 先采用大泵抽真空, 当真空度达到12 kPa后连续对钢水处理1315 min。完成脱碳脱氧任务后, 再进行脱氧及钛合金化。板坯连铸采用无碳中包渣、超低碳结晶器保护渣, 必须保护浇铸(中包密封, 长水口滑板和浸入式水口等吹氩保护)。1.1.4 E36船板钢船板是造船工业不可缺少的原材料,
