1、电气信息工程系毕业设计开题报告20132014 学年 机械工程及自动化 专业设计题目 120 吨转炉设计 学 号 姓 名 杨 小 军 指导教师 伍 毅 日期： 2014 年 2 月 20 日一、国内外研究概况 1.1 国外研究现状钢铁工业是世界经济的支柱产业，近年来，世界炼钢技术的经济性得到很大的提高，对钢材的性能的要求也不断提高。对钢材的要求包括：提高强度以减轻结构的重量；改善韧性以保证使用安全，特别是在零度以下的使用安全；改善冷成形性和表面质量以适应汽车工业发展的需要；改善焊接性能以适应经济性更好的大输入热的焊接工艺；钢的用户还进一步要求每一批钢材之间的性能的可重复性，这因为钢材的进一步加
2、工大都采用自动工序。为了保证满足上述要求，除轧钢技术的改进外，炼钢技术进行重大革新也是必需的。由于对钢材有如此高的要求，必须加快发展炼钢技术的发展，而现代炼钢技术的特点是在不同的容器中进行一系列冶金反应，以达到每一个过程的优化。采用这样的技术可以生产具有高性能和高均匀性的钢产品以满足最终用户的需求。采用这些现代工艺还带来很高的最终产品的成材率，因而改善总的钢生产的经济性，已经很清楚，现代炼钢技术是使钢继续成为最重要的金属材料的基础技术之一。所以提高炼钢技术就必须：提高钢水洁净度；在转炉上都装有检测用的副枪；复合吹炼能促进各项冶炼参数稳定；转炉炉衬寿命。连铸技术的发展对炼钢技术有一定的促进作用，
3、目前世界各国的钢铁工业都在大力发展连续铸钢生产，全世界连铸比高于 97%的国家有 25 个，其中高于99%的有 15 个（ 100%的有 7 个） 。因此，加快发展连续铸钢技术，是全世界各个国家实现钢铁工业结构的重要一环。1.2 国内研究现状虽然我国已经成为名副其实的钢铁生产大国，由于我国是发展中国家，缺乏废钢资源。因此，钢产量的迅速增加主要依赖于转炉炼钢技术的发展。近几年，随着钢产量的增长，我国转炉炼钢技术也同步发展。1.2.1 长寿复吹转炉炼钢工艺技术(1) 提高底吹喷嘴寿命生产实践与理论研究均已证明，复吹转炉底吹喷嘴耐火材料的熔损主要是由于气流的频繁冲击及气泡上浮引进的钢液流动冲刷造成的
4、。为了解决底吹喷嘴耐火材料侵蚀问题，通常采用以下方法：1) 分散供气，减小气流的冲刷侵蚀，如“集束式透气砖 ”、 “毛细管透气砖”均采用这一工艺。2) 利用气体冷却在喷嘴端部形成“蘑菇头” ，保护底吹喷嘴。 但分散供气，受到透气砖成形工艺的限制，气流减小受到很大限制。而靠气体冷却形成的“蘑菇头”，体积小，以铁为主，熔点低不抗氧化，很难保持住。因此，上述方法不能有效地保护底吹喷嘴不受侵蚀。(2) 保证底吹气体对熔池的搅拌效果河海大学文天学院 毕业设计说明书装订线长寿复吹转炉通过溅渣时形成的炉渣蘑菇头向熔池供气，能否保持良好的搅拌效果，取决于能否解决好以下三个工程技术问题：1)能否形成透气性良好的
5、炉渣蘑菇头；2)能否在冶炼中根据工艺的要求灵活调整底吹气体流量；3)吹入的气体能否对熔池形成良好的搅拌。为了保证溅渣过程中冷凝的炉渣蘑菇头具有良好的透气结构，要求溅渣过程中调整好炉渣粘度、过热度以及底吹气体流。转炉溅渣后炉龄大幅度提高,如图 1 所示， 如何实现全程复吹, 提高底吹喷嘴的寿命是全世界钢厂急待解决的重大技术难题。为了解决这一问题, 国内转炉厂发明了炉渣蘑菇头保护底吹透气砖的先进技术, 使底吹喷嘴的一次寿命与炉龄同步, 并保证复吹比 100%。表 1 给出炉渣透气蘑菇头与金属蘑菇头的技术比较。从表 4 中可以看出, 炉渣蘑菇头以氧化物为主, 体积大, 透气性良好。经水模实验证明,
6、在相同的气量下, 由炉渣蘑菇头喷射出来的细小气泡搅拌熔池, 可使熔池混匀时间缩短 40% 50%。表4 两种蘑菇头的技术比较图 1 采用溅渣护炉技术后炉龄变化趋势(3)长寿复吹转炉的冶金效果 项目 炉渣蘑菇头 金属蘑菇头形貌成分/%体积大, 表面有微细孔w (CaO) w (SiO 2) w (M gO ) w (TFe)4719 13178 1116 15118体积小, 中心孔较大, 侧面有微细气孔w (Fe) w (C) 其他91 1148 417生成机理与熔池的作用气流冷凝炉渣后形成出口流速低, 流股细小, 成微小气泡上浮; 透气面积增大, 混匀时间缩短 50% , 搅拌时熔池平稳, 不
7、易喷溅。气体冷凝金属后形成出口流速高, 气流较大, 上浮的大气泡形成气泡柱 , 搅拌时熔池不平稳, 有喷溅。通常，采用转炉吹炼终点时熔池内%C%O浓度积作为衡量复吹冶金效果的主要标准，评价渣钢反应是否接近平衡。1600时，%C%O 平衡的浓度积为 0.0023。对于顶吹转炉终点 %C%O =0.0023；武钢二炼钢原 90t 复吹转炉终点%C%O =0.0030；采用溅渣工艺后实现长寿复吹转炉，终点%C%O 积可达到 0.0025%。钢渣反应进一步接近平衡。 采用长寿复吹工艺后，钢渣间硫的分配系数波动在 312之间，平均脱硫率为 30%，比顶吹法提高 6%。渣钢间磷的分配系数波动在70350
8、之间，平均终点钢水磷含量为 0.0077%，由于长寿复吹工艺提高了钢水质量，故可以在整个炉役期内（20000 炉以内）安排硅钢、深冲钢等超低碳钢种的生产。1.2.2 转炉洁净钢生产工艺 进一步提高转炉冶炼钢水的纯净度，大批量生产洁净钢，是近几年中国转炉炼钢技术发展的重要方向。为了解决转炉洁净钢生产工艺，钢铁研究总院与包头钢铁公司合作研究开发转炉洁净钢生产工艺技术： (1) 转炉洁净钢生产工艺流程 转炉采用“双联法 ”生产洁净钢。转炉双联工艺是指两座转炉：一座转炉作为铁水“三脱 ”预处理炉，另一座转炉作为脱碳升温炉。两座炉双联组织生产。采用“双联”工艺在宝钢一炼钢厂 120t 转炉上进行试验，成
9、功地冶炼出总杂质含量：P+S+T.O+H+N10010-6 的超纯净钢。 (2) 转炉铁水 “三脱”预处理工艺1) 严格控制铁水 Si 含量 严格控制铁水 Si 含量是转炉进行“三脱”预处理，保证脱磷冶金效果的技术关键。随着铁水 Si 含量的增加，预处理炉的渣量增大，化渣困难，明显恶化脱磷效果。为保证转炉铁水预处理的脱磷效率90%，应严格控制入炉前铁水 Si0.25%。 2) 合理控制炉渣碱度 制预处理转炉终渣碱度在 2.42.8 之间，可保证良好的脱磷效果。 3) 增强底吹搅拌强度 河海大学文天学院 毕业设计说明书装订线脱磷反应以钢-渣界面反应为主，增强熔池搅拌强度可以促进渣钢反应，强化脱磷
10、过程。与炼钢脱磷不同，铁水预处理脱磷受熔池反应的动力学条件影响较大。熔池搅拌强烈，渣钢反应具备良好的动力学条件，使炉渣 FeO 降低，脱磷率升高。随渣中 FeO 升高，脱磷率降低，说明冶炼熔池搅拌不足，脱磷反应不够充分，熔池中 FeO 较多。为保证充分脱磷，预处理炉的终渣FeO 含量应控制在 10%15%之间。 （3）我国脱硫技术的发展采用铁水预处理工艺, 是改善转炉钢水质量和提高生产效率的重要保证, 也是现代钢厂的基本标志之一。近几年, 国内转炉厂开始大量推广采用铁水预处理技术, 积累了丰富的经验。 1991 年国内铁水预处理量仅为 69 万 t, 铁水预处理比仅为 82%; 至 2001
11、年, 铁水预处理量达到 3200 万 t, 预处理比例为2611%; 预计到 2005 年, 铁水预处理量将超过 6886 万 t, 预处理比例达到 50% 。经过多年的实践, 在引进国外先进设备的基础上 , 结合国内特点不断改进、优化和创新, 使不少钢厂铁水脱硫工艺达到国际先进水平。如武钢二炼钢 KR 法脱硫工艺搅拌头寿命超过 500 次, 处理温降 28 , 脱硫用石灰粉剂消耗仅为 4169 t , 脱硫成本仅为 20 元, 上述指标均已超过国外同类钢厂的水平。二、毕业设计目的、要求1、 设计目的：1） 通过毕业设计，使学生对所学课程能融会贯通，能灵活运用各类知识；并使得到深化、巩固和提高
12、。2） 全面系统地进行一次有关机械工程设计的基本训练，培养学生的工程能力。3） 综合有关生产现场的工艺与设备技改，培养学生独立分析、解决问题的能力。通过毕业设计检验学生对所学课程的掌握程度及对所学知识的应用能力，以此作为评定学生毕业设计成绩的主要依据之一。2、 毕业设计任务与基本要求：1）结合现有炼钢设备与工艺，分析其发展趋势。2）120 吨转炉设计与研究。3）一次减速机设计。4）完成 120 吨转炉扭力杆系统设计。三、进度安排2.27-3.9 3.10-4.11 4.14-5.15.2-5.155.16-5.28 5.30-6.5文献检索和知识准备毕业实习方案确定和设计计算绘图整理说明书 修
13、改、打印及准备答辩答辩四、参考文献参 考 文 献1、氧气顶吹转炉炼钢设备 谭牧田编 机械工业出版社 19832、炼钢-连铸新技术 800 问 冶金工业出版社 20043、炼钢机械设备 赵元庆著 冶金工业出版社 19854、机械设计手册 成大先 化学工业出版社 19995、SolidWorks2001 实践与提高 贾策等 重庆大学出版社 20016、精通 SolidWorks 赖高良等 中国青年出版社 20017、ANSYS 5.7 有限元实例分析教程 嘉木工作室 19858、期刊： 中文：冶金设备、炼钢、连铸及有关冶金学院学报英文：Iron and Steel,Engineer,Metallurgical Plant Technology etc.
