设计一座年生产355万吨全连铸转炉炼钢车间

设计一座年产355万吨全连铸转炉炼钢车间钢铁工业在国民经济中的地位和作用：材料技术，能源技术和信息技术是构成人类现代文明的三大支柱，材料是人类社会发展的物质基础和先导。

材料又分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料，金属材料是现代文明的重要支撑材料，没有金属材料便没有人类的物质文明。

国民经济各个部门都离不开金属材料，目前，尽管瓷材料、高分子材料和复合材料发展很快，但是金属材料在今后很长时间仍将占据主导地位。

金属材料包括钢铁材料和有色金属材料两大类，是整个原材料工业体系的重要组成部分，它与能源工业和交通运输业一样，是构成国民经济的基础产业。

由于铁在地壳中占5%，分布比较集中，适合大量开采和大规模冶炼加工，故在所有金属材料中属于成本低、储量大、用途广和可再生利用材料。

钢铁是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占90%以上。

人们生活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁。

钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量，都有着极大的影响。

世界经济发展到今天的水平，钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到根本性影响，而且，在可预见的时间，这个地位也不会因世界新技术和新材料的进步而削弱。

纵观世界主要发达国家的经济发展史，不难看出钢铁材料工业的发展在美国、前联、日本、英国、德国、法国等国家的经济发展都都起到了决定性的作用。

这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车、造船、机械、电器等工业的发展和经济腾飞都发挥了至关重要的作用。

转炉炼钢技术的发展可划分为三个时期：1）转炉大型化时期（1950~1970 年）。

以转炉大型化技术为核心，逐步完善了转炉炼钢工艺与设备。

先后开发出大型化转炉设计制造技术、OG 法除尘与煤气回收技术、计算机静态与副枪动态控制技术、镁碳砖综合砌炉与喷补挂渣等护炉工艺技术。

2）转炉复合吹炼时期（1970~1990 年）。

这一时期，由于连铸技术的迅速发展，出现了全连铸的炼钢车间。

对转炉炼钢的稳定性和终点控制的准确性提出了更高的要求。

为了改善转炉吹炼后期钢渣反应远离平衡，实现平稳吹炼的目标，综合顶吹、底吹转炉的优点，研究开发出各种顶底复吹炼钢工艺技术，在世界上迅速推广。

3）转炉综合优化时期（1990 年以后）。

这一时期，社会对纯净钢的生产需求日益增加，迫切需求建立起一种全新的、能大规模廉价生产纯净钢的生产体制。

围绕纯净钢生产，研究开发出铁水“三脱”预处理、高效转炉生产、全自动吹炼控制与溅渣护炉等重大新工艺技术，降低了生产成本，大幅度提高了生产效率。

第一章炼钢厂概述1.1 产品大纲的制定1.1.1 产品大纲制定依据本设计是年产良坯355万吨良坯的炼钢车间。

生产方式为全连铸。

随着铁路、机械、汽车、造船、电力等行业在“十二五”期间的加速发展，拉动关键钢材需求。

据《规划》指出，根据各行业用钢需求，预测2015年关键钢材品种消费量。

其中铁路用重轨380万吨，铁路车轮、车轴钢60万吨，轴承钢500万吨，齿轮钢250万吨；合金弹簧钢450万吨；合金模具钢50万吨；造船板1600万吨；高压容器用钢板160万吨；汽车用冷轧及镀锌薄板1400万吨；油井管470万吨；电站用高压锅炉管70万吨；硅钢片650万吨；不锈钢1600万吨。

《规划》提出的主要目标之一，要将“进口量较大的高强高韧汽车用钢、硅钢片等品种实现规模化生产，国市场占有率达到90%以上；船用耐蚀钢、低温压力容器板、高速铁路车轮及车轴钢、高压锅炉管等高端品种自给率达80%。

”可见，在“十二五”期间优钢特钢的需求旺盛，将是钢贸商拓展市场的一个重点。

本钢厂定位于未来优质齿轮钢的生产，旨在改变国落后的变速器齿轮，进入先进的钢材生产强国行列。

以市场为导向，考虑到资源的综合利用，为了降低生产成本。

本厂铸坯选择方坯，生产钢种为：齿轮钢、普碳钢、硬线用钢、轴承钢、重轨钢、管线钢，在“十二五”规划的指导下，根据市场需求，制定产品大纲。

1.1.2 产品大纲本设计冶炼的钢种、代表钢号及其年产量见表1-1，典型钢种化学成分见表1-2。

1.2 生产工艺1.2.1 生产工艺路线的选择齿轮钢：转炉→LF→VD→连铸；普碳钢：转炉→连铸；硬线钢：转炉→LF→RH→连铸→高速线材轧制；轴承钢：转炉→LF炉精炼→RH炉真空处理→连铸→缓冷或热送→轧材；重轨钢：转炉→LF→RH→连铸；管线钢：转炉→LF→RH→钙处理→连铸；1.2.2 典型钢种生产工艺论证1）齿轮钢生产技术要求(a) 低氧含量控制。

现代渗碳钢对氧含量的限制并不逊色于轴承钢，国外大量研究表明，随着氧含量的降低，齿轮的疲劳寿命大幅度提高。

这是由于钢中氧含量的降低，氧化物夹杂随之减少，减轻了夹杂物对疲劳寿命的不利影响。

通过LF钢包精炼加VD真空脱气后，模铸钢材氧含量可小于等于0.0015%，日本采用双真空工艺（真空脱气，真空浇铸）可以达到不大于0.001%的超低氧水平。

表1-1 产品大纲钢种代表钢号产量(万吨) 比例(%) 齿轮钢20CrMnTi、16MnCr5、15CrNi6、20CrMnBH 120 33.8 普碳钢Q235、Q255、Q275 100 28.2 硬线钢65、70、75、75Mn、80、80Mn 40 11.3 轴承钢GCr4、GCr6、G20CrMo、9Cr18、37CrA 35 9.8 重轨钢U71Mn 30 8.45 管线钢X65、X80、GB 14164 30 8.45表1-2 典型钢种化学成分钢种牌号化学成分，w%C Si Mn P ≤S ≤W(N) W(O)齿轮钢20CrMnTi 0.17~0.23 0.17~0.37 0.80~1.10 0.035 0.035 ≤50ppm≤20ppm 16MnCr5 0.14~0.19 ≤0.30 1.00~1.30 0.02 0.025 ≤50ppm≤15ppm普碳钢Q235 ≤0.22≤0.35≤1.40.045 0.050硬线钢80Mn 0.77~0.85 0.17~0.37 0.90~1.20 0.035 0.035轴承钢GCr4 0.95~1.05 0.15~0.30 0.15~0.30 0.025 0.02重轨钢U71Mn 0.68~0.75 0.21~0.28 1.13~1.46 0.028 0.012管线钢X65 ≤0.11≤0.35≤1.550.025 0.01(b) 窄淬透性带的控制。

渗碳齿轮钢要求淬透性带必须很窄，且要批量之间的波动性很小，以使批量生产的齿轮的热处理质量稳定，配对啮合性能提高，延长使用寿命。

压窄淬透性带的关键在于化学成分波动围的严格控制和成分均匀性的提高，可通过建立化学成分淬透性的相关式、通过计算机辅助预报和补加成分、收得率的精确计算进行控制。

(c) 组织控制技术细小的奥氏体晶粒对钢材及制品的性能稳定有重要意义。

日本企标规定晶粒度必须6级以上。

带状组织是影响齿轮组织和性能均匀性的重要原因，对钢的冶炼到齿轮的热处理各个环节适当控制，可以显著减小带状组织的影响。

(d) 表面强化技术强力喷丸可焊合齿轮表面的发纹，去除表面黑色氧化物，提高表面硬度和致密度，减少切削加工造成的表面损伤，改善齿轮的应力分布，是提高齿轮寿命和可靠性的重要措施。

2）LF→VD冶炼齿轮钢工艺电炉单炼齿轮钢已成为历史。

LF炉是国许多冶金厂家普遍采用的一种炉外精炼方式，主要用于生产优质碳素结构钢、合金结构钢、轴承钢、齿轮钢。

新型汽车齿轮钢要求氧含量≤0.002%，钢液需经真空脱气处理。

因此，LF精炼后钢包入VD罐进行真空脱气。

MnCr5系列齿轮钢要求成品硅≤0.30%，冶炼有些难度。

操作要点如下：(a) 配料：炉料由生铁、碳素返回钢、废钢等组成，配料碳为0.60%~0.80%。

(b) UHP：出钢低于规格下限为0.05%，P≤0.08%,温度为1640~1660℃。

(c) LF：采用3~10mm电石颗粒造电石渣。

白渣精炼时间大于20min。

出钢温度为1650~1670℃，碳锰铬调至规格中限。

钢包扒渣，渣厚40~70mm。

(d) VD：测量渣厚，按渣厚×3(kg)计算加入硅石，按规格中上限计算加入硫化亚铁，硫的收得率为70%。

抽真空压力≤100Pa，保持15min，喂铝、出钢。

由此可见，经过LF精炼工艺对成分和温度进行微调，再入VD精炼炉深度脱氧，使得齿轮钢完全满足生产技术要求[1]。

1.2.3 炼钢厂工艺流程图炼钢厂工艺流程图如图1-1所示。

1.3 钢厂组成本钢厂主要由主厂房及有关辅助车间组成，其中包括：混铁车修灌库、炼钢主厂房、热泼渣间、炼钢水处理、燃气设施、除尘系统、热力设施、区域变电所、厂区铁路、公路。

1.4 运输方式运输方式包括：吊车运输、铁路运输和皮带运输。

把铁水到入铁水罐中用混铁车运输，进入铁水倒罐间，经脱硫扒渣后的铁水到入炼钢铁水罐，经称量后送至加料跨，再用吊车，吊上铁水罐，兑铁水入转炉。

废钢由火车、汽车运输至废钢堆放场，由翻斗车短途运输到废钢间，由废钢槽运往装料跨。

铁合金采用皮带运输至中位料仓，经称量后由皮带机及中间料斗加入钢水罐中。

副原料生石灰、白云石、铁矿石由成品料仓和中间料仓经皮带运输至地下料仓，再由皮带运往炉顶料仓。

其它副原料、混料、锰矿等由汽车运往地下料仓，经皮带运往炉顶料仓。

钢渣由渣罐车运往处理间[2]。

图1-1 炼钢厂工艺流程图第二章转炉物料平衡和热平衡2.1 原始数据（收集）2.1.1 铁水成分和温度铁水温度与成分如表2-1所示。

表2-1铁水成分和温度成分 C Si Mn P S 温度% 4.03 0.4 0..35 0.097 0.005 1350℃注：该铁水经过用20 %金属镁和80 %CaO 脱硫剂机械搅拌处理。

2.1.2 原料成分原料成分如表2-2所示。

表2-2原料成分% CaO SiO2MgO Al2O3P2O5S CaF2Fe2O3CO2H2O 石灰90 2.5 3.6 1.2 0.1 0.12 / 0.8 1.18 0.5 矿石0.4 7.5 0.6 3.1 0.2 0.10 / 88 / 0.1 萤石0.8 4.6 / 0.5 / 0.20 92.6 0.8 / 0.5 生白云石35.4 0.76 23.3 0.84 / / / / 39.74 /炉衬 5.2 1.5 72 1.5 1.8 C% = 18% 2.1.3 冶炼钢种和废钢成分冶炼钢种和废钢成分如表2-3所示。

表2-3冶炼钢种和废钢成分% C Si Mn P S W(N)W (0)16MnCr5 0.14~0.19≤0.301.00~1.3≤0.02≤0.025<50ppm <15ppm废钢Q235 0.1 0.21 0.5 0.018 0.0092.1.4 平均比热各物料平均比热如表2-4所示。