1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析

1.1课题目的及意义

在人们日常生活和国民经济建设中．钢铁材料是最重要的结构材料和产量最大的功能材料．它构成了人类社会进步所依赖的重要物质基础．在经济发展中有着举足轻重的作用。钢铁发展直接影响着与其相关的国防工业及建筑、机械、造船、汽车、家电等行业。随着国际产业的转移和中国国民经济的快速发展，中国钢铁工业取得了巨大成就。

我国又是钢铁生产和消费的大国，粗钢产量连续13年居世界第一。进入21世纪以来，我国钢铁产业快速发展，粗钢产量年均增长21.1%。2008年，粗钢产量达到5亿吨，占全球产量的38%，国内粗钢表观消费量4.53亿吨，直接出口折合粗钢6000万吨，占世界钢铁贸易量的15%[1] 。

近些年来．围绕钢铁产业中占有核心地位的铁矿石等原材料价格谈判．中国钢铁企业与世界矿石巨头进行了一轮又一轮的博弈。2010年．新的全球长期协议铁矿石年度价格谈判无果而终．正式宣告长期协议矿已然消亡。目前是执行季度指数化定价模式，或是现货市场价，众说纷纭，莫衷一是。而同期，铁矿石到岸价也就像坐上了过山车．从2008年末的80-90美元/吨直线攀升至2010年4月的190美元/吨．又回落至日前的177美元/吨。

至于钢材市场价格也呈现出大起大落的非常态一方面，2010年前4个月．由于认为经济复苏会带来需求，再加上国内外的订单增多．钢铁市场一片红火。各大厂商开足了马力，粗钢产量不断创出新高，但从4月底开始，钢价却连跌12周。另一方面．钢铁生产成本达到了历史最高水平。如：水、电、煤、焦油、运输等大幅涨价，节能减排、治理污染也增加了企业的成本开支；而全球范围内贸易保护主义的抬头又导致企业出口困难加大． 以及国内房地产建筑的政策性调整．船舶制造订单大幅下降．超高速增长达7年之久的汽车市场也开始刹车。这一切表明，今后钢铁企业实现盈利的难度加大。[2]国内钢铁企业应迎接挑战、抓住机遇，着力于提高自身的竞争能力，实施钢铁技术全球化的战略．整合全球的相关产业来应对行业新一轮的大发展。

现在，我国的钢铁产量虽然居世界首位，但是我们还要每年从国外进口很多的钢材，这是由于我国的技术力量还达不到，生产不出某些高尖端的钢种，所以我们只能依靠到国外去进口，从这一角度来说我国虽然是一个钢铁大国，但是并不是一个钢铁强国，因此我们在修建钢铁厂的时候要注意加大高新技术的投入量，改进现有的设备和技术。做到科学合理布局，转炉炼钢，精练，连铸一体化，提高原材料使用率，降低能耗，减少污染，高效生产高质量钢材。

毕业设计对于每个大学生来说都是一个必不可少的工作，它是在老师的指导下充分利用自己所学的专业知识、图书馆以及互联网上的资源，独立完成所选设计课题的过程。而通过此次以”年产750万吨钢全连铸转炉炼钢车间设计”为课题，会使我对整个炼钢车间分布以及整个炼钢工艺流程有更深的了解和认识，并且锻炼我的查阅，分析，绘图等方面的能力，为我将来的工作打下更坚实的基础。

1.2国内转炉炼钢现状及发展

1.2.1.转炉炼钢规模数据

2000年以来，我国各种炼钢法产钢量和转炉炼钢比例变化[3]情况查询可知，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。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。

2006年我国重点大中型钢铁企业转炉设备数量和产能统计情况[4]查询可知。2006年，1lt~49t的转炉数比2005年减少15座，因为按照钢铁产业政策我国将淘汰20t以下转炉，2006年已有相当数量的20t以下转炉退出或扩容。据统计，2006年全国重点大中型钢铁企业共有转炉376座，生产能力达33776万t，其中llt~49t之间的转炉仍有152座，占转炉总数的40．42%，产能达841l万t，占转炉总产能的24．9%；50t～99t之间的转炉114座，占转炉总数的30．32%，产能达9969万t，占转炉总产能的29．52%；100t以上的大转炉110座，占转炉总数的29．26%，产能达15396万t，占转炉总产能的45．58%，位居第一。大型转炉已经成为转炉炼钢的主力炉型。

根据对2006年我国重点大中型钢铁企业转炉钢铁料消耗的统计，平均为l081．67kg/t，比2000年的l094kg/t下降了12kg/t，部分转炉厂的钢铁料消耗已降到l060kg/t左右，达到了世界先进水平。

2006年我国重点大中型钢铁企业转炉的工序能耗平均为10.11kg标准煤/t，比2005年大幅度减少，降幅达67.33%，很多转炉厂都加强了对煤气蒸汽等二次能源的回收，大大降低了转炉工序能耗，一部分企业实现了负能炼钢。武钢三炼钢吨钢煤气回收[5]112．33msup3;，同时可回收蒸汽108kg，工序能耗-6.37kg/t。

根据统计，我国转炉生产消耗石灰40~80kg/t，消耗波动范围大，整体上与国外先进水平有一定的差距，这是因为我国钢铁企业间先进与落后的技术装备水平多层次存，石灰的质量参差不齐，少数转炉钢厂的石灰消耗达国外同等水平，这些厂多配备了铁水预处理和精炼设备，预处理和炉外精炼比例高，转炉容量大，技术装备先进，石灰质量好。

近年来我国转炉氧耗明显降低：一方面很多转炉厂建设了铁水预处理和二次精炼设备，”分段冶炼”有利于降低转炉氧耗；另一方面，炼钢过程控制水平和复吹比例提高；另外，氧枪设计、制造技术的进步和供氧制度得到优化。由数据可知，我国转炉吹炼氧气的消耗在55.70msup3;/t，少数转炉消耗达到50msup3;/t，国外先进水平为55~60msup3;/t，2006年日本转炉炼钢的氧气消耗为59.9msup3;/t，可见，我国转炉氧气消耗水平已接近国际先进水平，少数转炉处于领先地位。

为提高转炉寿命。我国转炉炼钢工作者在耐火砖材质、砖型、综合砌炉和加强炉体维护方面做了大量卓有成效的工作；随着溅渣护炉技术的推广，我国转炉炉衬寿命大幅度提高，达到国际领先水平；国内自主开发的长寿复吹转炉技术基本成熟，解决了底吹喷嘴和炉衬不同步的重大难题，已成功应用在武钢、包钢、本钢、首钢、济钢等多家钢厂，覆盖了大中小不同容量的转炉，均获得了良好的经济效益。2006年对我国重点大中型钢铁企业转炉钢厂的统计表明，我国转炉平均炉衬寿命达6823炉，其中武钢二炼钢80t转炉，炉衬寿命29942炉，炉役炼钢236万t，莱芜钢厂40t转炉，炉衬寿命最高达3727l炉，每吨钢炉衬耐材消耗仅1.03kg。

效率高、冶炼周期短是转炉炼钢的一个传统优势。近年，我国许多转炉炼钢厂新建设了铁水预处理和二次精炼设备，分解了转炉冶炼功能，简化了转炉操作，同时我国转炉复吹的比例明显提高，各厂积极提高供氧强度强化冶炼，很多大中型转炉供氧强度已达3.4~3.7msup3;/min#183;t，小转炉供氧强度[6]平均达3.9msup3;/min#183;t，少数转炉供氧强度[7]高达4.0~4.5msup3;/min#183;t，有数十座转炉配备了副枪或炉气分析系统，补吹炉次减少。这些措施对缩短转炉冶炼周期起到了重要作用，2006年我国转炉炼钢平均冶炼周期已接近28min。

2006年我国重点大中型钢铁企业转炉的劳动生产率达到2203．53t/人/年，比2004年和2005年大幅提高，这主要得益于以下几个方面：一是转炉炼钢工艺流程的优化，是冶金工序功能分解和集成的结果；二是转炉大型化、炼钢自动化程度提高等单元设备技术进步的因素；三是企业加强了对工人的岗位培训，劳动者的技能和综合素质得到提高；四是在市场竞争中，企业的管理水平比以往有了较大幅度的提高。[8]转炉钢在我同炼钢产量中占据绝对统治地位，近年我国转炉钢产量和技术进步巨大，有力支撑了钢铁工业的发展，满足了经济建设的需求。但和国外钢铁强国比较，我国转炉炼钢整体水平落后，仍存在着炉容偏小、终点控静J技术落后、物耗能耗较高等问题，必须优化工艺流程，提高技术装备水平，进一步提高转炉效率和改善钢水质量，为大规模多品种生产高质量钢打下基础。

1.2.2氧枪发展

氧枪是现代转炉吹氧炼钢的主要设备之一，在炼钢过程中，氧枪的主要功能是向转炉内提供冶炼所必需的氧气，氧气经过氧枪喷头射出，形成的氧气射流，穿过高温炉气冲击在熔池表面，穿入熔池与钢液发生化学反应，满足冶炼脱碳、升温及去除杂质的需要。氧枪性能直接影响炼钢效率。枪体外型结构几何形状的设计是否合理，枪身粘渣能否自动脱落，换枪是否快捷方便，将直接影响转炉作业率和工人的劳动强度。

在消化吸收国际先进氧枪快换技术的前提下，研制开发出来的具有自主知识产权的专利技术氧枪快换装置，已经在鞍钢西区260t转炉上得到了很好的应用。鞍钢西区老式氧枪每次更换氧枪前，需要打开氧管、进出水管法兰的56个M24螺栓，更换氧枪后，再拧紧这56个M24螺栓，还得保证不渗水漏氧，为了保证氧枪同转炉同心，还得人工调整氧枪，每次换枪时间为3~4h，不顺利情况下六七个小时。另外老式枪尾进、出水管管路有8个弯头，冷却水阻损大，氧枪冷却效果不好。快换氧枪在更换氧枪时，只需打开4个M36关节螺栓即可吊走氧枪。氧枪安装时，只需保证导向孔与调整板上的导向柱对准下落即可，可实现插接套与插接头的自动插接，”O型”密封圈自动密封，拧紧4个M36 关节螺栓即可。调整氧枪非常方便，因为氧枪及调整板重心通过半球型支座一点，在喷头处稍微加点外力，即能保证氧枪同转炉中心线重合，拧紧顶丝和关节螺栓即可，整个换枪时间保证在40min之内。此次改造的经济效益非常显著，可提高钢产量2.88%，每年能为鞍钢节约近亿元的成本。[9]

1.2.3连铸发展

近年来, 随着经济的快速增长, 工业和基础建设的加速, 中国钢铁工业得到了迅速发展。而连续铸钢技术在钢铁工业生产流程的变革、产品质量的提高和结构优化等方面发挥了非常重要的作用。连铸的技术水平已成为衡量一个国家钢铁工业现代化程度的重要标志。[10]

高效连铸新技术主要有: 液压非正弦振动、结晶器在线调宽、结晶器电磁制动、动态轻压下、动态二冷控制。分析了高效连铸技术的发展状况, 介绍了各种连铸新技术以及它们在生产中的应用情况。连铸新技术的开发和广泛应用, 推动了连铸高效化进程, 促进了钢铁工业的迅速发展。高效连铸不仅提高了连铸机的生产率和产量,而且进一步改善了铸坯质量, 对钢铁工业的发展起到了非常重要的作用。液压非正弦振动、结晶器在线调宽、结晶器电磁制动、动态轻压下、动态二冷控制等连铸新技术的开发和应用取得显著成效, 促进了高效连铸的不断推广。但高效连铸是一个系统的工程, 综合应用各连铸新技术, 同时不断开发和创新, 才能促进高效连铸的进一步发展。[11]

1.2.4炉外精炼

钢的炉外精炼技术由本世纪50年代初问世至今，已创造有20多种方法。钢的炉外精炼又叫钢的二次冶炼，其目的是提高钢液纯度及改善钢锭结晶。因此，得到世界各国有关厂家的重视。我国钢的炉外精炼技术已有很大地发展，现在已能开发研制各种型式的炉外精炼成套设备，但与国外相比，技术水平仍有一定差距。钢水炉外精炼是当前国内外炼钢工业的前沿新技术。随着纯净钢生产技术的进步和连铸技术的发展，以及降低生产成本的要求，炉外精炼工艺与设备迅速普及。日本、欧美等先进的钢铁生产国家，炉外精炼比超过90%，其中真空精炼比超过50%，有些钢厂已经达到100%。目前，在钢的生产中，为了提高钢的质量和产量，普遍采用各种新工艺和设备。炉外精炼就是这种措施之一。20世纪炼钢技术中的革新，主要是纯氧顶吹转炉炼钢法和连续铸钢法。由于这些实用技术的采用，炼钢生产率飞速提高。炉外精炼技术是设置在转炉和连续铸钢间的连接工序，这一技术的实用化，大大提高并完善亨利贝塞麦发明的液态炼钢法。要提高铸钢生产的质量和产量，同样离不开冶金冶炼技术的发展。炉外精炼技术就是铸件生产中的适用技术之一。[12]

1.2.5干法除尘发展

转炉煤气是钢铁企业冶炼过程中产生的优质资源，其热值比高炉煤气高，产气量较大，有较高的回收价值。另外，由于转炉冶炼过程中产生的烟气粉尘含量很高，可达到80～150g/Nm3，因此转炉煤气必须经过冷却、净化才能达到环保要求排放至大气或送入煤气柜进行储存供下游用户使用。转炉煤气净化及回收系统兼具以上功能，并且还能利用汽化冷却烟道（即余热锅炉）回收蒸汽，利用除尘设备回收含铁量很高的粉尘。因此，转炉煤气净化及回收系统是实现钢铁企业转炉负能炼钢的主要手段之一。

目前我国绝大多数转炉除尘采用OG 湿法和LT 干法。传统的OG 湿法除尘技术，是采用未燃法双级文氏管除尘工艺，自动化控制水平低，煤气回收量较低，净化后的煤气含尘量仍达100mg /m3，出煤气柜后，需进行湿式电除尘，回收系统能耗较大。新型转炉炼钢LT 除尘技术是引进国外鲁奇( Lurgi) 和蒂森( Thyssen) 公司的，LT 除尘干法静电除尘技术吨钢煤气回收利用率高，煤气含尘量低，不需要废水处理设施，炼钢吨钢工序能耗仅为10kg 标煤。因此，转炉烟气LT 除尘技术将是成为今后炼钢除尘技术的发展新方向。^[13]

转炉煤气净化回收系统通常也称作转炉一次除尘系统，主要有干法（LT法）技术和湿法（OG法)技术。湿法系统主要有环缝洗涤和双文系统。干法除尘系统相比湿法除尘系统，具有显著的省水、节能优势，国家发改委已将转炉煤气干法除尘技术列入国家重大技术装备研制和重大产业技术开发专项。

转炉一次除尘新型LT干法静电除尘技术相对传统OG湿法除尘技术而言，是一项新型除尘技术，其特点是技术先进、能源消耗低、劳动工作强度低、运行费用低、除尘效果好、环境污染小。据钢铁企业发展趋势和国家法律法规的行业限制，转炉一次除尘将会向新型LT干法静电除尘技术转向，并且LT干除尘有利于环境保护，能使转炉实现负能炼钢。

LT干法除尘的设备主要分成五大块，分别为转炉烟气的冷却设备(即EC系统）、转炉烟气的进化设备(即EP系统)、转炉烟气的动力设备(即ID风机)、转炉煤气的回收和排放设备( 切换站SOS和煤气冷却器GC)、粉尘排放设备(即EC粗输灰系统和EP细输灰系统) 。

LT干法除尘特点：(1)净化后烟气含尘量低: 转炉LT干法除尘系统净化后的烟气含尘量可以达到≤10mg /m3，并且回收的煤气可直接经加压后直接供给用户使用。(2) 节能: 节电效果特别显著，LT转炉干法除尘系统、比湿法除尘系统节电60% 左右; 节水，从总循环水量上比较，湿法除尘系统总循环水量是干法除尘系统总循环水量的3.3倍，并且湿法除尘系统需要庞大的污泥处理系统，而干法除尘系统由于煤气冷却器冷却的是净煤气，仅有极少量的污水外排，利于环保; 粉尘利用率高，干法除尘系统吨钢干粉尘回收送烧结厂二次利用或就地压块直接返回转炉; 水处理费用低，干法除尘水处理费用吨钢0.14元，湿法除尘水处理费用吨钢为2.23 元。(3)煤气回收利用率高: 吨钢的转炉煤气回收量平均达到100m3。(4) 运行和维护人员少: LT干法除尘净化后粉尘为干性，含尘量低，对设备磨损小，设备结垢少，因此维护工作量小，并且风机叶片几乎没有粘灰现象，可以延长风机使用寿命。(5) LT 干法除尘推广中存在问题: 一次性投资费用高，但回收期短，若改造老厂设备，投资费用还可降低许多; 技术要求较高: 转炉烟气在进入电除尘器之前，必须具有可靠的、精确的温度和湿度控制，同时要求在实际操作中要严格安全运行等制度，但这不仅没有影响炼钢生产，相反更加规范了炼钢操作。

OG湿法与LT干法除尘技术及经济效益比较:(1)干湿法除尘技术比较(210t转炉为例)(见表1);(2)干法除尘与湿法除尘的效益比较分析(210t转炉为例)(见表2)^[14]

表1 干湿法除尘技术比较

表2 干法除尘与湿法除尘的效益比较分析

转炉在吹炼时产生大量含有CO和氧化铁类粉尘的高温烟气，高温烟气由活动烟罩捕集并经汽化冷却烟道冷却至1000℃左右，然后进入蒸发冷却器降温、调质、粗除尘，温度降至200℃左右后，进入静电除尘器进行精除尘。经精除尘后的煤气，根据煤气品质及生产状况进行回收或放散。煤气若是回收，则需经煤气冷却器二次冷却，温度降至70℃后进入煤气柜贮存；煤气若是放散，则需点火燃烧后再排放。在蒸发冷却器、静电除尘器处收集的干灰通过输灰设施输出，分别在灰仓贮存，由车间统一处理。经系统净

图 1 转炉干法除尘系统流程图

化后的烟气含尘量可降至10mg/Nm3以下。系统流程图如图1 所示。

表 3 我国采用干法除尘的部分转炉

从1994年宝钢第一次全套引进国外转炉煤气干法除尘系统开始，至今已有40多座转炉采用了干法。目前我国采用干法除尘的部分转炉见表3。

我国部分转炉干法除尘效果见表4，不仅放散烟气含尘量达到了设计要求，煤气回收量也大大提高。根据宝钢经验，与OG 法相比，采用LT 法除尘工艺，吨钢可节电约1.1kWh，节水约3t，并可回收10.5kg 含铁75% 以上的粉尘和相当于20L 燃油的优质煤气。

表 4 我国部分转炉干法除尘效果

转炉干法除尘系统的关键设备主要包括：蒸发冷却器喷枪、泄爆阀、高压柜、风机、切换阀站等。随着国内钢厂用户、工程设计单位及供货商的不断努力，使整个系统及设备都可实现国产化，从而大大减少了建设投资。转炉煤气干法除尘技术是目前转炉煤气净化领域最先进的技术。实践证明，该技术具有净化效果好、省水、节能、占地省等诸多优势，具有很大的推广应用价值。同时，该技术也在应用中不断成熟，其暴露的问题逐步得到了控制和解决。[15]

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1 本课题的任务

设计一座华南地区年产750万吨钢全连铸转炉炼钢车间。设计概述、产品方案及金属平衡、物料平衡及热平衡计算、车间炉子座数及容量的确定、转炉炉型设计及转炉设备选型、转炉供氧及氧枪设计、转炉车间组成及平面布置、连铸车间设计，并对部分工艺流程进行了说明。

2.2 本课题的重点内容