(毕业论文)180t顶吹氧转炉炉型设计_(正文部分).doc

第一章 绪论 1.1 炼钢技术的简史 从人类社会步入工业时代开始，钢铁材料一直是人类社会最主要使用的结构材料,也是产量最大、应用最广泛的功能材料，在经济发展中发挥着举足轻重的作用，被称为“工业之脊梁”。尽管近年来钢铁面临着陶瓷材料、高分子材料、有色金属材料（如铝）等的竞争，但由于其在矿石储量、生产成本、回收再利用率、综合性能等方面所具有的明显优势，在可以预见的将来，钢铁在工业生产中相比其他各类材料所具备的优越性和重要地位仍不会改变。 1.1.1炼钢技术的任务 炼钢学是一门研究如何将高炉铁水（生铁）、直接还原铁（DRI、HBI）或废钢（铁）加热、融化，通过化学反应去除铁液中的有害杂质元素，配加合金并浇铸成半成品——铸坯并不断优化和创新的工程科学。 炼钢包括以下主要过程： 去除钢中的氮、磷、硫、氧、氢等杂质组分以及由废钢带入的混杂元素铜、锡、铅、铋等； 为了保证冶炼和浇铸的顺利进行，需将钢水加热升温至1600~1700度； （c） 普通碳素钢通常需含锰、硅，低合金钢和合金钢则需含有鉻、镍、钼、钨、钒、钛、铌、铝等，为此在炼钢过程中需向钢液配加有关合金以使之合金化； 去除钢液中内生和外来的各类非金属夹杂物； 将合格钢水浇铸成方坯、小方坯、圆坯、板坯等； （e） 节能和减少排放，包括回收转炉炼钢煤气、炼钢烟气余热利用、减少烟尘和炉渣排放以及炼钢烟尘污泥、炉渣、耐火材料等的返回再利用。 1.1.2炼钢技术的发展 早在1856年英国人贝斯麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法，这种方法是近代炼钢法的开端，它为人类生产了大量廉价钢，促进了欧洲的工业革命。但由于此法采用酸性炉衬，故不能去除硫和磷两种元素，因而其发展受到了限制。 1879 年出现了托马斯底吹碱性转炉炼钢法，它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁。虽然转炉法可以大量生产钢，但它对生铁成分有着较严格的要求，而且一般不能多用废钢 。随着工业 的进一步发展，废钢越来越多。在酸性转炉炼钢法发明不到十年，法国人马丁利用蓄热原理，在1864年创立了平炉炼钢法，1888年出现了碱性平炉。平炉炼钢法对原料的要求不那么严格，容量大，生产的品种多，所以不到20年它就成为世界上主要的炼钢方法，直到20世纪50年代，在世界钢产量中，约85%是平炉炼出来的。1952年在奥地利出现纯氧顶吹转炉，它解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题，使质量接近平炉钢，同时减少了随废气（当用普通空气吹炼时，空气含79 %无用的氮）损失的热量，可以吹炼温度较低的平炉生铁，因而节省了高炉的焦炭耗量，且能使用更多的废钢 。由于转炉炼钢速度快（炼一炉钢约10min，而平炉则需7h），负能炼钢，节约能源，故转炉炼钢成为当代炼钢的主流。 在20世纪80年代中后期，西欧、日本、美等又相继开发成功了顶底复吹氧气转炉炼钢法，在此法中，氧气由顶部氧枪供入，同时由炉底喷口吹入氩，氮等气体对熔池进行搅拌（也可吹入少部分氧气）。顶底复吹转炉炼钢既具备顶吹转炉炼钢化渣好、废钢用量多的长处，同时又兼备氧气底吹转炉炼钢熔池搅拌好、铁和锰氧化损失少、金属喷溅少等优点，因而目前世界上较大容量的转炉绝大多数都采用了顶底复合转炉炼钢工艺。 1.2氧气顶吹转炉炼钢法的冶金特征 氧气顶吹转炉在国外一般被称为LD转炉（Linz-Donawit工厂的缩写），或称为BOF转炉（Basic Oxygen furnace的缩写）。此炼钢方法继承了过去的空气吹炼转炉的优点，又克服了其缺点。与电炉炼钢相比，该方法具有如下优点：1.生产率高；2.对铁水成分的适应性强；3.废钢使用量高；4.可生产低硫、低磷、低氮及低杂质钢；5.可生产几乎所有主要钢品种。正因为有这些长处，氧气顶吹炼钢法在1950年后迅速发展成为世界上主要的炼钢方法。 1.3 氧气顶吹转炉的世界发展历程 空气底吹转炉和平炉是氧气转炉出现以前的主要炼钢设备。炼钢是氧化熔炼过程，空气是自然界氧的主要来源。然而空气中4／5的气体是氮气，空气吹炼时，这样多的氮气在炉内穿行而过，白白带走大量的热,且有部分氮溶解在铁液中，成为恶化低碳钢品质的重要原因。氧在用于燃烧之后，过剩的氧要通过渣层传入钢水，所以反应速率极慢，这也就增加了热损失。因此，直接把氧气吹入熔池炼钢，成为许多冶金学家向往的目标。 1.3.1氧气顶吹转炉技术的起源 早在19世纪，现代炼钢法的创始人贝塞麦(H．Bessemer)就有了纯氧炼钢的设想，但因没有大量氧气而未进行试验。可就在20世纪20年代后期，以空气液化和分馏为基础的林德一弗兰克(Linde—Frankel)制氧技术开发成功，大量的廉价氧气能够生产，供工业使用，氧气炼钢又为冶金界所注意。此后有诸多科学家在氧气炼钢上进行不断地实验，但都以这样或那样的失败告终。1948年丢勒尔(R．Durrer)等在冯?罗尔(VonRo