钢铁冶金环保节能毕业论文

随着工程机械品种和数量的不断增加，大量工程机械所消耗的资源、排放的污染物对环境产生了难以估计的负荷。为保护人类十分宝贵且有限的地球资源，实现全球可持续发展，提高操作人员的安全性及工作舒适性，努力达到人、机和环境的亲和，很有必要按照汽车行业的环保标准来设计工程机械产品。尽管目前工程机械尚未归并入限制排放的机动车行列，但随着国内外各大中城市对城市环境保护的日益重视，对机动车辆尾气排放用烟度、噪声等指标的限制愈来愈严格；特别是随着装载机等数量大的工程机械产品在市政建设中的使用量不断加大以及人们日益增强的环保意识，可以预见开发研制环保节能型产品是今后工程机械发展的趋势。鉴于此，徐工科技在装载机行业中率先推出了ZL40G环保型轮式装载机。 随着国家经济建设的飞速发展和国家大型工程项目的逐步开工，工程施工机械的品种和数 量已经达到了相当可观的程度，而且全球各地还在不断增加。但是大量工程机械所消耗的资 源、产生的排放污染物对环境产生了难以估计的负荷。为实现大量工程机械对环境的污染最小 化，保护人类十分有限和宝贵的地球资源，实现全球可持续发展的目标，提高操作人员的安全 性及工作舒适性，努力达到人、机和环境的亲和，很有必要按照汽车行业的环保标准来设计工 程机械产品，尽管目前工程机械尚未归并入限制排放的机动车行列。但随着国内外各大中城市 对城市环境保护的日益重视，对机动车辆的尾气排放及烟度噪声等指标的限制愈来愈严格；特 别是随着装载机等数量大的工程机械产品在市政建设中的使用量不断加大以及人们日益增强的 环保意识，可以预见开发研制环保节能型产品是今后工程机械发展趋势的潮流。鉴于此，徐工 科技铲运机械分公司在北京申奥成功后先行一步在装载机行业中率先推出了ＺＬ４０Ｇ环保型 轮式装载机。 可以说工程机械环境性能及对环境的负荷很大程度上是由设计阶段所确定的，因此开发研 制环保节能型工程机械从设计阶段开始就显得十分重要。下面笔者以在ＺＬ４０Ｇ环保型轮式 装载机开发设计及改进过程中就机械材料的选用与设计、所要遵循的要点和所需考虑问题作不 成熟的建议和设想。 工程机械产品所用制造材料的再循环利用与设计 尽量采用能再生利用的材料和资源。在各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回 收、易分解、能再生而且在加工和使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计尽可能 采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料再生的可能率。 在产品零部件设计中遵循长寿命、低能耗及减轻重量设计的原则。通常来说，延长产品 寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗可减少能源消费和废气排放， 减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环境负荷的角度尽 可能考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此工程设计人员应在保持主机各项性能 参数前提下尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量，提高动力传动系统零部件的强 度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率，从而降低对环境的负荷和影响。 尽量采用低环境负荷材料。一般在工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂（空 调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。如装载机驾驶室和内饰件上使用难以自然分解且对 环境有害的工程塑料及其它一些非金属材料都加重了资源浪费和环境污染。在仪表、散热器及 蓄电池等采购生产中，应尽可能减少或替代铅的使用量。因此在主机设计中一些附属零部件选 用新型环保型材料很重要。 废弃零部件处理的污染最小化及综合成本最优化。工程机械产品在设计初始阶段就要考 虑报废件处理简单；尽量降低处理的费用和污染度，零部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处 理或可作为燃料回收能量。 低公害、减振降噪、防渗漏、节能高效的工程机械产品设计 选用低公害发动机。发动机是工程机械所有系统中对环境影响最大的部件，采用低油 耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油机能大大降低对环境的负荷；目前欧美发 达国家正在通过采用一系列新的技术手段、措施或应用新型的环保燃料来进一步提高排放、噪 声等环保性能指标，努力适应第三次排放法规要求。因此开发环保型工程机械首先必须选择长 寿命、高性能、低公害的发动机制造商供货。 降低整机振动与噪声的设计。减振与降噪应该是设计环保型工程机械产品最需关注的焦 点问题。例如在装载机设计中，动力装置采用双向减振悬挂系统就能克服整机动力传动系统与 车架之间的共振、噪声及动力系统的疲劳破坏；后桥设计成中心摆动结构能使后桥摆动中心与 动力输入中心重合，很好地减少附加力矩对传动系统不停冲击所产生的振动与噪音，避免在崎 岖不平道路上整机各部件相互冲击所产生的噪音。降噪除了选择低噪声的发动机外，主机的结 构布置或系统的结构设计也可以进行某些针对性的改进。如冷却风扇可不再由发动机直接驱 动，而可单独由液压马达带动，这样便于将风扇与发动机隔开并将整个发动机密封起来，从而 使噪声不能通过风扇出风口传到外部，降低噪声对环境的影响；另外可通过优化液压管路排列 来降低液压系统油泵振动、阀节流和油管振动产生的噪声；可在机罩等有噪音源的覆盖件处设 计粘贴吸音隔音材料；可设计全密封整体式驾驶室，密封减震，隔音降噪，真正体现“以人为 本”的设计宗旨；还可通过合理设计主机各运动连杆机构铰接处销轴的公差配合来减少磨损的 噪声等等。 液压系统的清洁和防渗漏设计。保持传动液压油的清洁度对采用液压传动的工程机械产 品非常重要，因此精心设计工程机械液压系统（如采用高效高精度过滤装置）十分必要，这样 就可持续不断地除出油液中微尘垃圾、机械磨损物等杂质，减少液压元件故障与磨损、延长常 用液压元件的使用寿命，降低液压油的更换频率；同时可有效避免液压油在工作中温度升得过 高过快，大大延长工作油液的换油间隔时间，减少对周边作业环境的污染。另外通过采用增压 液压油箱，可改善泵的吸油效果从而延长其使用寿命，并且能很好地防止外界灰尘和水分进入 油箱，提高整个液压系统的清洁度。机械产品液压系统的渗漏对周围环境的污染是最严重最有 危害性的，也是目前机械设计中最难以解决的，因此整机所有液压管路采用耐腐蚀、防老化、 具备优良密封性能的进口优质胶管是很必要的；另外在某些局部软管易破裂的位置，为了减少 损坏软管的废弃量，设计时应在可能的条件下尽量使用硬管；对设计过程中只能采用软管的部 位并且容易破裂的位置，可考虑在油路安装锁止阀以阻止软管破裂时油液流出而污染环境。 系统高效节能的设计。能源的开发往往造成环境的破坏，改变地球的生态环境，加重对 环境的负荷，而能源的使用则会排出废水、废气、废热等直接破坏环境，危害生命，因此工程 机械的高效节能也是环境保护的重要一环，减少能源消耗即意味着减少对环境的污染。故选用 电控高性能长寿命节能型发动机是研制环保型机械最基本的一环；另外在设计时采用双泵分合 流技术、液压负荷传感技术、静液驱动技术等都可达到节能降耗的目标。 工程机械产品人性化的设计 环保安全关怀型驾驶室的设计。如采用防紫外线辐射玻璃的全密封整体式、并经减震降 噪处理的“安全环保型”驾驶室，室内配置具有室内外新鲜空气交换功能的无氟冷暖环保型空 调，并设计ＦＯＰＳ及ＰＯＰＳ驾驶室以确保驾驶员的可靠安全；室内布置应充分运用人机工 程学设计原理，如司机座椅可全方位调节、功能集成的单操纵手柄、可调式转向驱动器、全自 动换档装置、电子监控与故障自诊断系统，若再辅以合理美观的颜色搭配，可大大改善司机工 作环境，缓解疲劳，提高作业效率。 自动加脂装置设计或集中润滑系统的配置。机器在使用过程中，传统的人工手动往各铰 销加注润滑脂时，很费时费力，而且通常有多余的油液溢出来污染周边环境。因此研制环保型 工程机械必须设计自动加注润滑脂的设备，如集中润滑系统就能自动定时给各铰销加注黄油， 其加油量经过仔细计算后设定，可很好地保证各销轴得到足够的润滑而又没有多余的油溢出， 既环保又方便。另外对于小型机械，鉴于降低设计成本，可采用密封的销轴或使用新型材料的 特殊轴套、或设计二级防尘结构等防止外部异物的进入和内部油脂的排出，从而延长加注润滑 油的间隔，减少对环境的污染。 外观的美学设计。传统的工程机械产品一直是外形粗放、笨重的形象，开发环保型产品 更应注重外观美学设计，车身的流线型设计，达到机器和环境的谐和，给人以视觉上的美感。 如发动机机罩就可进行造型别致美观的流线型设计，整机的标识标牌应精心布置、设计，良好 的体现环保特色。 环保型机械是未来工业的必然发展一种载体，出现环保节能机械是一个国家的社会形态，只有从国家社会发展趋势出发，才是未来工业领域中的佼佼者，未来几十年是环保型机械的发展迅速时期，如今社会需要环保，然而一个国家的污染绝大部分来自于工业生产，环保型机械的出现符合了社会发展，所以说环保型机械的设计发展是社会各种因素的产物是国家最需要的，环保节能型工程机械的设计是工业中的灵魂。

摘要本设计的主要任务是设计一座年产批量为650万吨的转炉炼钢车间。本设计从基础的物料平衡和热平衡计算开始。主要包括以下几部分：顶吹转炉炉型设计、转炉炼钢车间设计、连铸设备的选型及计算、炉外精炼设备的选型与工艺布置以及炼钢车间烟气净化系统等。其中，转炉炼钢车间设计是本设计的重点与核心。转炉的原料主要有铁水、废钢以及其它一些辅助原料。本车间的炉外精炼主要采用了喂丝以及真空脱气手段。本车间的浇注方式为全连铸。车间的最终产品为板坯。为了适应我国现代钢铁工业的发展需求,同时本着节能和获得最大经济效益的原则，并考虑环境保护的因素，本次设计尽量采用新技术、新工艺,力求设计更加合理,以提高产品质量,提高车间的综合效益。关键词：顶吹转炉炼钢车间精炼连铸'smodernironandsteelindustry,meanwhileinlinewiththeprincipleofconservationofenergyandobtainingthemaximumeconomicefficiency,andconsideringthefactorofenvironmentalprotectionthe,thisdesignusesnewtechnology,：Topblowing;Converter;Steel-making;Workshop;Refining;Continuous-casting

引言 随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高,钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程,它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力,改善钢材质量,降低能耗,减少耐材、能源和铁合金消耗,因此,炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向。对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。 1 国内外炉外精炼技术的发展历程和现状 随着炼钢技术的不断进步,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位,传统的生产流程(高炉→炼钢炉(电炉或转炉)→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→炼钢炉→炉外精炼→连铸)所代替。已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程,尤其在特殊钢领域,精炼和连铸技术发展得日趋成熟。精炼工序在整个流程中起到至关重要的作用,一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理;另一方面,精炼又是一个缓冲环节,有利于连铸生产均衡地进行。 日本在20世纪70年代为了降低炼钢成本,提高钢的纯净度和质量,率先将炉外精炼技术应用于特殊钢生产中,随后西欧的钢铁企业也加入到推广和使用这项技术的行列中。据资料报道,日本早在1985年精炼率达到年上升到,特殊钢的精炼率达到94%,新建电炉短流程钢厂100%采用炉外精炼技术。80年代连铸技术发展迅速,原有的炼钢炉难以满足连铸的技术要求,更加促进了炉外精炼技术的发展,到1990年为止世界各主要工业国家拥有1000多台(套)炉外精炼设备。 我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)→精炼→连铸,成了现代化典型的工艺短流程。 2 炉外精炼技术的特点与功能 炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下: 1)可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气。 2)可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。 3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为～,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为的渣滴,反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。 4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程。 3 炉外精炼技术在生产中的应用目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有:LF法、RH法、VOD法。 LF法(钢包精炼炉法) 它是1971年由日本大同钢公司发明的,用电弧加热,包底吹氩搅拌。 工艺优点 1)电弧加热热效率高,升温幅度大,控温准确度可达±5℃; 2)具备搅拌和合金化的功能,吹氩搅拌易于实现窄范围合金成份控制,提高产品的稳定性; 3)设备投资少,精炼成本低,适合生产超低硫钢、超低氧钢。 LF法的生产工艺要点 1)加热与控温LF采用电弧加热,热效率高,钢水平均升温1℃耗电～·h,LF升温速度决定于供电比功率(kVA/t),而供电的比功率又决定于钢包耐火材料的熔损指数。因采用埋弧泡沫渣技术,可减少电弧的热辐射损失,提高热效率10%～15%,终点温度的精确度≤±5℃。 2)采用白渣精炼工艺。下渣量控制在≤5kg/t,一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣,包渣碱度R≥3,以避免炉渣再氧化。吹氩搅拌时避免钢液裸露。 3)合金微调与窄成份范围控制。据试验报道,使用合金芯线技术可提高金属回收率,齿轮钢中钛的回收率平均达到,硼的回收率达,钢包喂碳线回收率高达90%,ZG30CrMnMoRE喂稀土线稀土回收率达到68%,高的回收率可实现窄成份控制。 LF法在生产实践中的应用 2000年6月,鞍钢第一炼钢厂新建的连铸车间正式投产,精炼设备由两座LF钢包精炼炉,年处理钢水200万t;一座VD钢水真空处理装置,年处理钢水80万t组成。LF炉最大升温速度为4℃,LF炉平均处理周期≤28min;处理效果:平均[H]≤;最低[H]≤。 我国现有家重轨生产厂(攀钢、包钢、鞍钢和武钢)生产典型的工艺路线如下:LD→LF→VD→WF→CC,钢包吊到LF处理线的钢包车上后,由人工接通钢包底吹氩的快速接头,根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量(含喂丝)重轨钢含碳量较高,因而增碳显得很重要,转炉出钢时钢水含碳量控制为～(wt),炉后增碳至～(wt),在LF炉处理时再增～(wt)个碳至标准成份的中上限,经VD处理后即可达到钢种成分要求。 RH法(真空循环脱气法)这种方法是1958年西德发明的,其基本原理是利用气泡将钢水不断的提升到真空室内进行脱气、脱碳,然后回流到钢包中。 RH法的优点 1)反应速度快。真空脱气周期短,一般10分钟可以完成脱气操作,5分种能完成合金化及温度均匀化,可与转炉配合使用。 2)反应效率高。钢水直接在真空室内反应,钢中可达到[H]≤×10-6,[N]≤25×10-6,[C]≤10×10-6,的超纯净钢。 3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿,减少精炼过程的温降。 RH法工艺参数 1)RH循环量。循环量是指单位时间内通过上升管或下降管的钢水量,单位是t/min。有关资料给出的计算公式为: Q=×·,式中:Q———循环流量,t/min;Du———上升管直径,cm;G———上升管内氩气流量,L/min。 2)循环因数。他是指在RH处理过程中通过真空室的钢水与处理量之比,其公式为:μ=w·t/v式中:μ———循环因数,次;w———循环量,t/min;t———循环时间,min;v———钢包容量,t。 3)供氧强度与含碳量的关系。向RH内吹氧可以提高脱碳速度,即RH-OB法。当[C]/[O]>时钢包内氧的传质速度决定脱碳速度,其计算公式为: QO2=×Q·[C]式中:QO2———氧气强度,Nm3/min;Q———钢水循环量,t/min;[C]———含碳量,Nm3/t。 RH法在生产实践中的应用 日本的山阳钢厂将LF与RH配合生产轴承钢形成EF-LF-RH-CC轴承钢生产线,钢中总氧量达到×10-6。LF-RH法首先利用LF炉将钢水升温,利用LF搅拌和渣精炼功能进行还原精炼,是钢水脱硫和预脱氧,然后将钢水送入RH中进行脱氢和二次脱氧。经过这样处理大大的提高了钢水的清洁度,同时钢水的温度达到连铸需要的温度。 宝钢炉外精炼设备有RH-OB、钢包喷粉装置、CAS精炼装置,RH-OB的冶炼效果较理想,脱氢率为50%～70%,脱氮率为20%～40%,一般情况下,经RH-OB处理后[H]≤×10-6,[C]≤30×10-6,去除钢中非金属夹杂物一般能达到70%,钢中总氧量≤25×10-6,而且在RH中合金处理可以提高合金的收得率和控制的精确度,[C]、[Si]、[Mn]的控制精度能达到±,铝的精确度可达到×10-3,取得了较好的炉外精炼效果。 VOD法(真空罐内钢包吹氧除气法) VOD的特点VOD法是1965年西德首先开发应用的,它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳,同时从钢包底部向上吹氩搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢,达到保铬去碳的目的,可与转炉配合使用。他的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件-高温、真空、搅拌。 VOD法在生产实践中的应用 20世纪90年代初,上海大隆铸锻厂从德国莱宝(leybold)公司进口1台15tVODC的关键设备和技术软件。采用电炉初炼钢水经VODC炉外精炼的工艺方法,精炼了超低碳不锈钢、中低合金钢和碳钢,取得了很好的冶金效果,钢中非金属夹杂物减少,氢含量小于3×10-6氧含量小于×10-6,不锈钢中铬回收率达98%～99%,精炼后的钢具有十分优越的性能。VODC精炼工艺成熟,控制容易,适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、小吨位精炼生产需要,对发展铸钢行业的精炼生产会起到很大积极作用,具有广阔的发展前景10。 抚顺特殊钢有限公司有30tVOD炉,采用EAF+VOD技术精炼不锈钢,可使[H]≤×10-6,T[O]≤×10-6,铬回收率达到,脱硫率,精炼高碳铬轴承钢T[O]≤×10-6 。 4 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美。 1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间。 2)炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来,实现精炼,以满足超纯净钢生产的社会需求。 3)开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料,以适应不同精炼炉的需要,注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应,最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料,研究开发保温和修补技术,提高炉衬的使用寿命。 4)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识。 5 结束语 炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。

好宽的范围，就只讲转炉炼钢的发展也不止5000字啊