年產(chǎn)260噸鋼的轉(zhuǎn)爐車間設(shè)計(jì)論文

資料范本資料范本本資料為word版本，可以直接編輯和打印，感謝您的下載年產(chǎn)260噸鋼的轉(zhuǎn)爐車間設(shè)計(jì)論文地點(diǎn)：__________________時(shí)間：__________________說明：本資料適用于約定雙方經(jīng)過談判，協(xié)商而共同承認(rèn)，共同遵守的責(zé)任與義務(wù)，僅供參考，文檔可直接下載或修改，不需要的部分可直接刪除，使用時(shí)請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀內(nèi)容太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（由指導(dǎo)教師填寫發(fā)給學(xué)生）學(xué)院（直屬系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院時(shí)間：2014年3月12日說明：一式兩份，一份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)，一份交學(xué)院（直屬系）。目錄

TOC\o"1-3"\h\u

23539

摘要

IV

26587

Abstract

V

20720

第1章緒論

-1-

10040

1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼的歷史及發(fā)展

-1-

2038

1.1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼概述

-1-

12903

1.1.2世界轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展歷程

-1-

9925

1.1.3我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展

-3-

8588

1.2轉(zhuǎn)爐煉鋼的分類

-3-

20677

1.2.1氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼

-4-

11994

1.2.2氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼

-4-

12811

1.2.3頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼

-5-

28189

第2章煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計(jì)算

-7-

20267

2.1物料平衡計(jì)算

-7-

31137

2.1.1計(jì)算原始數(shù)據(jù)

-7-

10505

2.1.2物料平衡基本項(xiàng)目

-9-

1893

2.1.3計(jì)算步驟

-9-

31688

2.2熱平衡計(jì)算

-17-

12461

2.2.1計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)

-17-

23166

2.2.2計(jì)算步驟

-17-

18300

第3章年產(chǎn)260萬(wàn)噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)

-21-

13667

3.1氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐爐型及各部分尺寸

-21-

12407

3.1.1轉(zhuǎn)爐爐型及其選擇

-21-

1680

3.1.2轉(zhuǎn)爐爐型各部分尺寸的確定

-21-

11580

3.2轉(zhuǎn)爐爐襯

-25-

386

3.2.1爐襯材質(zhì)選擇

-25-

8769

3.2.2爐襯組成及厚度確定

-26-

17413

3.3磚型選擇

-26-

31908

第4章氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)

-28-

15159

4.1.1噴頭參數(shù)選擇原則

-29-

16286

4.1.2120t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭尺寸計(jì)算

-31-

17845

4.2氧槍槍身設(shè)計(jì)

-33-

15994

4.2.1槍身各層尺寸的確定

-33-

9276

4.2.2氧槍長(zhǎng)度的確定

-36-

28468

4.3氧槍裝置和副槍裝置

-36-

5183

4.3.1氧槍裝置

-36-

3138

4.3.2副槍裝置

-37-

7873

第5章爐外精煉設(shè)備及工藝布置

-38-

4092

5.1爐外精煉方法的選擇

-38-

3353

5.1.1爐外精煉的功能

-38-

647

5.1.2各種產(chǎn)品對(duì)精煉功能的一般要求

-38-

32348

5.1.3爐外精煉方法的確定

-38-

20273

5.2LF精煉爐

-39-

17828

5.2.1LF精煉爐的特點(diǎn)

-39-

17831

5.2.2LF爐設(shè)備及其配置

-39-

254

5.2.3LF爐在車間內(nèi)的布置

-40-

11401

5.3RH精煉爐

-41-

8745

5.3.1RH設(shè)備的特點(diǎn)

-41-

26036

5.3.2RH真空脫氣室設(shè)計(jì)原理

-41-

17984

第6章連續(xù)鑄鋼設(shè)備

-42-

6594

6.1連鑄機(jī)機(jī)型分類

-42-

7098

6.2連鑄機(jī)的主要工藝參數(shù)

-42-

19592

6.2.1鋼包允許的最大澆鑄時(shí)間

-42-

7756

6.2.2鑄坯斷面

-43-

8282

6.2.3拉坯速度

-43-

12701

6.2.4連鑄機(jī)的流數(shù)

-44-

3133

6.2.5鑄坯的液相深度和冶金長(zhǎng)度

-45-

4886

6.2.6弧形半徑

-46-

13456

6.3連鑄機(jī)生產(chǎn)能力的確定

-46-

32641

6.3.1連鑄機(jī)與煉鋼爐的合理匹配和臺(tái)數(shù)的確定

-46-

23617

6.3.2連鑄澆注周期計(jì)算

-47-

27194

6.3.3連鑄機(jī)的作業(yè)率

-47-

31956

6.3.4連鑄坯收得率

-48-

5330

6.3.5連鑄機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算

-49-

26535

6.4連鑄機(jī)主要設(shè)備

-50-

13930

6.4.1鋼包與中間包的鋼流控制系統(tǒng)

-50-

7112

6.4.2鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)

-51-

16491

6.4.3中間包及其載運(yùn)設(shè)備

-51-

14142

第7章氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼車間設(shè)計(jì)

-53-

15297

7.1轉(zhuǎn)爐車間組成與生產(chǎn)能力計(jì)算

-53-

28084

7.2轉(zhuǎn)爐車間主廠房工藝布置

-53-

27157

7.2.1裝料跨布置

-53-

3124

7.2.2轉(zhuǎn)爐跨布置

-55-

13896

7.2.3連鑄各跨布置

-60-

17449

第8章煉鋼車間煙氣凈化與回收

-64-

32218

8.1煙氣與煙塵

-64-

20407

8.1.1煙氣特征

-64-

8834

8.1.2煙塵性質(zhì)

-65-

16747

8.2煙氣凈化方案選擇

-65-

3453

8.3煙氣凈化系統(tǒng)主要設(shè)備

-65-

8916

8.3.1煙罩

-66-

23133

8.3.2煙氣冷卻系統(tǒng)

-66-

24711

8.3.3除塵器

-66-

19816

參考文獻(xiàn)

-67-

14232

致謝

-68-

6592

附錄

-69-

年產(chǎn)260萬(wàn)噸良坯(錠)轉(zhuǎn)爐煉鋼車間設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要介紹了轉(zhuǎn)爐煉鋼、我國(guó)和世界煉鋼技術(shù)的發(fā)展歷程。然后進(jìn)行了物料平衡和熱平衡的計(jì)算，再依給定的年產(chǎn)計(jì)算出其公稱容量為120t,設(shè)計(jì)出其爐型和氧槍；再根據(jù)給的鋼種來(lái)確定其爐外精煉的方法和布置，還有連鑄設(shè)備的選擇；然后根據(jù)選擇和計(jì)算出的數(shù)值來(lái)設(shè)計(jì)出煉鋼車間，最后處理好煙氣的凈化和回收，從而完成本設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，物料平衡和熱平衡,爐型，氧槍,連鑄,煉鋼車間AbstractThedesignintroducedBOFsteelmakingandtheprogressofhomeandabroad.Calculatedmaterialandheatbalance,calculatednominalcapacity120tonsbyannualproduction,designedfurnaceandoxygenlance.Accordingtosteelspeciesdeterminedthemethodandlayoutofsecondaryrefining,theselectofcontinuouscastingequipment,underthecalculationandselect.Intheand,handledfluegascleaningandrecovery.Keywords:oxygenlance,heatandmaterialbalance,furnace,oxygenlance,continuouscasting,makingworkshop第1章緒論1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼的歷史及發(fā)展1.1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼概述轉(zhuǎn)爐煉鋼（convertersteelmaking）是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量而在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過程。堿性氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大，單爐產(chǎn)量高、成本低、投資少，為目前使用最普遍的煉鋼設(shè)備。轉(zhuǎn)爐主要用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉（1）。轉(zhuǎn)爐煉鋼的原材料分為金屬料、非金屬料和氣體。金屬料包括鐵水、廢鋼、鐵合金，非金屬料包括造渣料、熔劑、冷卻劑，氣體包括氧氣、氮?dú)狻鍤?、二氧化碳等。非金屬料是在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中為了去除磷、硫等雜質(zhì)，控制好過程溫度而加入的材料。主要有造渣料（石灰、白云石），熔劑（螢石、氧化鐵皮），冷卻劑（鐵礦石、石灰石、廢鋼），增碳劑和燃料（焦炭、石墨籽、煤塊、重油）。1.1.2世界轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展歷程早在1856年德國(guó)人

貝斯

麥就發(fā)明了底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，這種方法是近代煉鋼法的開端，它為人類生產(chǎn)了大量廉價(jià)鋼，促進(jìn)了

歐洲

的工業(yè)革命。但由于此法不能去除硫和磷，因而其發(fā)展受到了限制。1879年出現(xiàn)了

托馬斯

底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，它使用帶有堿性爐襯的轉(zhuǎn)爐來(lái)處理高磷生鐵。雖然轉(zhuǎn)爐法可以大量生產(chǎn)鋼，但它對(duì)生鐵成分有著較嚴(yán)格的要求，而且一般不能多用廢鋼。1952年在

奧地利

出現(xiàn)純氧頂吹轉(zhuǎn)爐，它解決了鋼中氮和其他有害雜質(zhì)的含量問題，使質(zhì)量接近平爐鋼，同時(shí)減少了隨廢氣（當(dāng)用普通空氣吹煉時(shí)，空氣含79%無(wú)用的氮）損失的熱量，可以吹煉溫度較低的平爐生鐵，因而節(jié)省了高爐的焦炭耗量，且能使用更多的廢鋼。由于轉(zhuǎn)爐煉鋼速度快（煉一爐鋼約10min，而平爐則需7h），負(fù)能煉鋼，節(jié)約能源，故轉(zhuǎn)爐煉鋼成為當(dāng)代煉鋼的主流。其實(shí)130年以前貝斯麥發(fā)明底吹空氣煉鋼法時(shí)，就提出了用氧氣煉鋼的設(shè)想，但受當(dāng)時(shí)條件的限制沒能實(shí)現(xiàn)。直到20世紀(jì)50年代初奧地利的VoestAlpine公司才將氧氣煉鋼用于工業(yè)生產(chǎn)，從而誕生了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，亦稱LD轉(zhuǎn)爐。頂吹轉(zhuǎn)爐問世后，其發(fā)展速度非?？?，到1968年出現(xiàn)氧氣底吹法時(shí)，全世界頂吹法產(chǎn)鋼能力已達(dá)2.6億噸，占絕對(duì)壟斷地位。1970年后，由于發(fā)明了用碳?xì)浠衔锉Ｗo(hù)的雙層套管式底吹氧槍而出現(xiàn)了底吹法，各種類型的底吹法轉(zhuǎn)爐（如OBM，Q-BOP，LSW等）在實(shí)際生產(chǎn)中顯示出許多優(yōu)于頂吹轉(zhuǎn)爐之處，使一直居于首位的頂吹法受到挑戰(zhàn)和沖擊。頂吹法的特點(diǎn)決定了它具有渣中含鐵高，鋼水含氧高，廢氣鐵塵損失

大和

冶煉超低碳鋼困難等缺點(diǎn)，而底吹法則在很大程度上能克服這些缺點(diǎn)。但由于底吹法用碳?xì)浠衔锢鋮s噴嘴，鋼水含氫量偏高，需在停吹后噴吹惰性氣體進(jìn)行清洗?；谝陨蟽煞N方法在冶金學(xué)上顯現(xiàn)出的明顯差別，故在20世紀(jì)70年代以后，國(guó)外許多國(guó)家著手研究結(jié)合兩種方法優(yōu)點(diǎn)的頂?shù)讖?fù)吹冶煉法。繼奧地利人Dr.Eduard等于1973年研究轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹煉鋼之后，世界各國(guó)普遍開展了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹的研究工作，出現(xiàn)了各種類型的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，到20世紀(jì)80年代初開始正式用于生產(chǎn)。由于它比頂吹和底吹法都更優(yōu)越，加上轉(zhuǎn)爐復(fù)吹現(xiàn)場(chǎng)改造比較容易，使之幾年時(shí)間就在全世界范圍得到普遍應(yīng)用，有的國(guó)家（如

日本

）已基本上淘汰了單純的頂吹轉(zhuǎn)爐。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼從頂吹發(fā)展到頂?shù)讖?fù)吹經(jīng)歷了30多年，現(xiàn)已成為世界上主要的煉鋼方法，目前轉(zhuǎn)爐鋼的比例已達(dá)70%以上。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼過程是將高爐來(lái)的鐵水經(jīng)混鐵爐混勻后兌入轉(zhuǎn)爐，并按一定比例裝入廢鋼，然后降下水冷氧槍以一定的供氧、槍位和造渣制度吹氧冶煉。當(dāng)達(dá)到吹煉終點(diǎn)時(shí)，提槍倒?fàn)t，測(cè)溫和取樣化驗(yàn)成分，如鋼水溫度和成分達(dá)到目標(biāo)值范圍就出鋼。否則，降下氧槍進(jìn)行再吹。在出鋼過程中，向鋼包中加入脫氧劑和鐵合金進(jìn)行脫氧、合金化。然后，鋼水送模鑄場(chǎng)或連鑄車間鑄錠。隨著用戶對(duì)鋼材性能和質(zhì)量的要求越來(lái)越高，鋼材的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，同時(shí)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)也對(duì)提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，擴(kuò)大品種，節(jié)約能源和降低成本越來(lái)越重視。在這種情況下，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝流程發(fā)生了很大變化。鐵水預(yù)處理、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐、爐外精煉、連鑄技術(shù)的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼模式。已由單純用轉(zhuǎn)爐冶煉發(fā)展為鐵水預(yù)處理——復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉——爐外精煉——連鑄這一新的工藝流程。這一流程以設(shè)備大型化、現(xiàn)代化和連續(xù)化為特點(diǎn)。氧氣轉(zhuǎn)爐已由原來(lái)的主導(dǎo)地位變?yōu)樾铝鞒痰囊粋€(gè)環(huán)節(jié)，主要承擔(dān)鋼水脫碳和升溫的任務(wù)了。1.1.3我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展我國(guó)煉鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展，大致可劃分為3個(gè)發(fā)展階段：自力更生階段、改革開放階段和集成創(chuàng)新階段。自力更生階段[2]：新中國(guó)成立后，在自力更生、艱苦奮斗的方針指導(dǎo)下，新中國(guó)的煉鋼生產(chǎn)得到了迅速恢復(fù)和較快發(fā)展。但由于受到西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)封鎖，我國(guó)煉鋼生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平有很大差距，煉鋼生產(chǎn)仍以落后的平爐一模鑄工藝為主，中小型鋼鐵企業(yè)占相當(dāng)大的比例。對(duì)20世紀(jì)50～60年代國(guó)際上開發(fā)投產(chǎn)并迅速推廣的氧氣轉(zhuǎn)爐、連鑄、鋼水爐外精煉和鐵水預(yù)處理等新工藝、新技術(shù)國(guó)內(nèi)遲遲未能大量采用。這一階段建設(shè)了新中國(guó)鋼鐵工業(yè)的脊梁，培養(yǎng)了優(yōu)良的作風(fēng)和大批優(yōu)秀的技術(shù)、管理人才，為中國(guó)鋼鐵工業(yè)的振興奠定了基礎(chǔ)。改革開放階段：這一歷史時(shí)期我國(guó)采取對(duì)外開放的基本國(guó)策，通過學(xué)習(xí)、引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)使我國(guó)煉鋼生產(chǎn)技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。集成創(chuàng)新階段：20世紀(jì)90年代中期國(guó)內(nèi)開始學(xué)習(xí)并引進(jìn)美國(guó)濺渣護(hù)爐技術(shù)，通過不斷的技術(shù)再創(chuàng)新和集成創(chuàng)新形成了具有中國(guó)特色的濺渣護(hù)爐技術(shù)，在全國(guó)廣泛推廣，獲得巨大成績(jī)。這標(biāo)志著我國(guó)煉鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展開始從單純學(xué)習(xí)、引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為主，逐漸轉(zhuǎn)移到以國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新為主的發(fā)展道路。隨著國(guó)內(nèi)煉鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)鋼產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，從1966年的1億t增到2005年的3．49億t，約占世界鋼產(chǎn)量的三分之一，其生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展令全世界目。1.2轉(zhuǎn)爐煉鋼的分類轉(zhuǎn)爐按爐襯的

耐火材料

性質(zhì)分為堿性（用鎂砂或白云石為內(nèi)襯）和酸性（用硅質(zhì)材料為內(nèi)襯）;按氣體吹入爐內(nèi)的部位分為底吹、頂吹和頂?shù)讖?fù)吹;按吹煉采用的氣體，分為空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。酸性轉(zhuǎn)爐不能去除生鐵中的硫和磷，須用優(yōu)質(zhì)生鐵，因而應(yīng)用范圍受到限制。堿性轉(zhuǎn)爐適于用高磷生鐵煉鋼，曾在西歐得到較大發(fā)展?？諝獯禑挼霓D(zhuǎn)爐鋼，因含氮量高，質(zhì)量不如平爐鋼，且原料有局限性，又不能多配廢鋼，未能像

平爐

那樣在世界范圍內(nèi)廣泛采用。1952年氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐問世，逐漸取代空氣吹煉的轉(zhuǎn)爐和平爐，現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上主要煉鋼方法。在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的基礎(chǔ)上，為吹煉高磷生鐵，又出現(xiàn)了噴吹石灰粉的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。隨氧氣底吹的風(fēng)嘴技術(shù)的發(fā)展成功，1967年德國(guó)和法國(guó)分別建成氧氣底吹轉(zhuǎn)爐。1971年美國(guó)引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)后又發(fā)展了底吹氧氣噴石灰粉轉(zhuǎn)爐，用于吹煉含磷生鐵。1975年法國(guó)和盧森堡又開發(fā)成功頂?shù)讖?fù)合吹煉的轉(zhuǎn)爐煉鋼法。1.2.1氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼用純氧從轉(zhuǎn)爐頂部吹煉鐵水成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法稱為L(zhǎng)D法或稱BOF法。此煉鋼方法繼承了過去的空氣吹煉轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其缺點(diǎn)。與電爐煉鋼相比，該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高；2）對(duì)鐵水成分的適應(yīng)性強(qiáng)；3）廢鋼使用量高；4）可生產(chǎn)低硫、低磷、低氮、及地雜質(zhì)鋼等；5）可生產(chǎn)幾乎所有主要鋼品種。正因?yàn)橛羞@些長(zhǎng)處，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法在1952年后迅速地發(fā)展為世界上的主要煉鋼方法。它主要用于冶煉非合金鋼和低合金鋼；但通過精煉手段，也可用于冶煉不銹鋼等合金鋼。1.2.2氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼通過轉(zhuǎn)爐底部的氧氣噴嘴把氧氣吹入爐內(nèi)熔池，使鐵水冶煉成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法成為OBM法。OBM法的出現(xiàn)使處于壟斷地位的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法受到了挑戰(zhàn)和沖擊。這是因?yàn)檠鯕獾状缔D(zhuǎn)爐煉鋼法顯示出許多優(yōu)于頂吹法之處，可歸納為：1）熔池?cái)嚢枇?qiáng)，相當(dāng)或大于頂吹法的10倍，因此，熔池的成分、溫度均勻、操作平穩(wěn)，且可防止噴濺和金屬損失。2）脫碳速度快，熔池碳氧反應(yīng)更處于平衡狀態(tài)，因此更適合于冶煉低碳鋼，即使轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[C]為0.01%～0.02%時(shí)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），也不會(huì)出現(xiàn)渣、鋼過氧化現(xiàn)象，且有較高的殘錳收得率，因此比氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法有更高的鋼水和合金收得率。由于以上兩點(diǎn)明顯的優(yōu)點(diǎn)，從70年代開始，西德、美國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)、瑞典以及日本相繼投產(chǎn)了一些氧氣底吹轉(zhuǎn)爐。然而，氧氣底吹轉(zhuǎn)爐也存在一些自身難以克服的缺點(diǎn)，如：1）由于熔池上方形成不了類似頂吹法時(shí)的熔狀區(qū)，因此，脫磷困難。2）由于僅極少量CO在爐內(nèi)燃燒成CO2，因此產(chǎn)生熱量比頂吹法低，廢鋼比低于頂吹法4%左右。3）由于使用碳?xì)浠衔锢鋮s噴嘴，因此鋼水[H]比頂吹法高。1.2.3頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼因?yàn)轫敶捣ê偷状捣ǜ饔虚L(zhǎng)處和短處，而自身又無(wú)法克服其短處，因此，促使人們?nèi)ニ伎紝で蠹瘍烧邇?yōu)點(diǎn)而克服兩者缺點(diǎn)的新途徑。另外，70年代，連鑄技術(shù)在全世界迅速發(fā)展，對(duì)煉鋼在鋼質(zhì)和成分上提出了更高要求，因此這種集頂吹和底吹優(yōu)點(diǎn)的新技術(shù)的研究加快了步伐。1978年，盧森堡阿爾蓖德貝爾瓦廠首先開發(fā)出頂吹氧、底吹惰性氣體的復(fù)合吹煉方法，即LBE法，且很快在西歐、北美迅速推廣。與此同時(shí)，日本各大鋼廠也相繼開發(fā)成功頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)，并成功用于工業(yè)生產(chǎn)。由于頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)顯示出諸多冶金效果及經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，由于將頂吹轉(zhuǎn)爐改成復(fù)吹轉(zhuǎn)爐無(wú)須大幅度改造，因而頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)經(jīng)問世5年后，在世界范圍內(nèi)已有70座容量≥150t的大型轉(zhuǎn)爐改造成功并投產(chǎn)。可以說，到80年代末，復(fù)吹煉鋼法已取代頂吹法而成為轉(zhuǎn)爐煉鋼的主流。頂?shù)讖?fù)合吹煉技術(shù)主要分三大類：（1）頂吹氧、底吹惰性氣體法：頂吹氧氣，底吹氣體為N2、AR及CO2弱氧化性氣體，底吹氣體流量大致在0.3NM3/t·min以下，該技術(shù)為加強(qiáng)攪拌型復(fù)吹方法，其目的主要是加強(qiáng)攪拌效果來(lái)獲得較好的冶金效果；（2）頂?shù)讖?fù)合吹氧法：該技術(shù)是指頂?shù)淄瑫r(shí)吹氧、在底吹氧的同時(shí)也可吹入部分熔劑，屬于強(qiáng)化冶煉型的復(fù)吹方法。底吹氧量約為頂吹的5%～40%（0.2～1.5M3/t·min）。供氣元件為雙套管，中心吹O2，外層吹CO2、N2、Ar及天燃?xì)庾鞅Ｗo(hù)；（3）頂?shù)状笛酢娂尤剂戏ǎ涸摷夹g(shù)指頂吹氧、底吹或側(cè)吹氧，同時(shí)底噴或加入燃料，屬于增加廢鋼型的復(fù)吹方法。頂?shù)讖?fù)吹的主要冶金特征表現(xiàn)在以下幾方面：（1）碳氧反應(yīng)更趨平衡；（2）吹煉終點(diǎn)殘錳明顯提高；（3）脫磷脫硫反應(yīng)更趨平衡。由于復(fù)吹具有上述明顯的冶金特征，因而它給鋼廠帶來(lái)了諸多優(yōu)點(diǎn)，可歸納為：（1）渣中含鐵量降低2.5%～5.0%；（2）金屬收得率提高0.5%～1.5%；（3）殘錳提高約0.02%～0.06%；（4）石灰消耗減少3～10Kgt；（5）磷含量降低約0.002%；（6）降低O2耗約8%；（7）減少耐材消耗，提高爐齡。第2章煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計(jì)算煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計(jì)算是建立在物質(zhì)與能量守恒的基礎(chǔ)上的[3]。其主要目的是比較整個(gè)過程中物料、能量的收入項(xiàng)和支出項(xiàng)，為改進(jìn)操作工藝制度，確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)和提高煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提供定量依據(jù)。由于煉鋼是一個(gè)復(fù)雜的高溫物理化學(xué)變化過程，加上測(cè)試手段有限，目前還難以做到精確取值和計(jì)算。盡管如此，它對(duì)指導(dǎo)煉鋼生產(chǎn)和設(shè)計(jì)仍有重要的意義。2.1物料平衡計(jì)算2.1.1計(jì)算原始數(shù)據(jù)基本原始數(shù)據(jù)有：冶煉鋼種及其成分，鐵水和廢鋼的成分，終點(diǎn)鋼水成分（見表2.1）；造渣用溶劑及爐襯等原材料的成分（見表2.2）：脫氧和合金化用鐵合金的成分及其回收率（表2.3）；其他工藝參數(shù)（表2.4）。表2-1鋼種、鐵水、廢鋼和終點(diǎn)鋼水的成分設(shè)定值表2-2原材料成分表2.3鐵合金成分（分子）及其回收率（分母）注：上表中的C中10%于氧生成CO2。表2.4其他工藝參數(shù)設(shè)定值2.1.2物料平衡基本項(xiàng)目收入項(xiàng)有：鐵水、廢鋼、溶劑（石灰、螢石、輕燒白云石）、氧氣、爐襯蝕損、鐵合金。支出項(xiàng)有：鋼水、爐渣、煙塵、渣中鐵珠、爐氣、噴濺。2.1.3計(jì)算步驟以100Kg鐵水為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。第一步：計(jì)算脫氧和合金化前的總渣量及其成分?？傇堪ㄨF水中元素氧化、爐襯蝕損和計(jì)入溶劑的成渣量。其各項(xiàng)成渣量分別列于表2.5、2.6和2.7?？傇考捌涑煞至杏诒?.8中。第二步:計(jì)算氧氣消耗量。氧氣實(shí)際耗量系消耗項(xiàng)目與供入項(xiàng)目之差。見表2.9。表2.5鐵水中元素的氧化產(chǎn)物及其渣量①由CaO還原出的氧量；消耗的CaO量=0.020×56/32=0.035kg。表2.6爐襯蝕損的成渣量表2.7加入溶劑的成渣量①石灰加入量計(jì)算如下：由表4.6～4.8可知，渣中已含(CaO)=-0.035+0.004+0.002+0.910=0.881㎏；渣中已含(SiO2)=1.500+0.009+0.028+0.020=1.557㎏。因設(shè)定的終渣堿度R=3.5；故石灰的加入量為：[RΣω(SiO2)-Σω(CaO)]/[ω(CaO石灰)-R×ω(SiO2石灰)]=4.5685/(88.25%-3.5×2.55%)=5.76kg②(石灰中CaO含量)-(石灰中S→CaS消耗的CaO量)。③由CaO還原出來(lái)的氧量，計(jì)算方法同表2-6的注。表2.8總渣量及其成分①總渣量計(jì)算如下：因?yàn)楸?-9中除(FeO)和(Fe2O3)以外總渣量為：5.996+1.704+1.029+0.112+0.497+0.440+0.416+0.041=10.235Kg，而終渣Σω(FeO)=15%(表2.4)，故總渣量為10.235÷86.75%=11.798Kg。②ω(FeO)=11.798×8.25%=0.973Kg。③ω(Fe2O3)=11.798×5%-0.036-0.005-0.008=0.541Kg。表2.9實(shí)際耗氧量①爐氣N2(存在于氧氣中，見表2.4)的質(zhì)量，詳見表2.10。第三步：計(jì)算爐氣量及其成分。爐氣中含有CO、CO2、N2、SO2和H2O。其中CO、CO2、SO2和H2O可由表2.5～2.7查得，O2和N2則由爐氣總體積來(lái)確定?，F(xiàn)計(jì)算如下。爐氣總體積V∑：式中Vg—CO、CO2、SO2和H2O各組分總體積，m3。本設(shè)計(jì)中，其值為6.598×22.4/28+2.310×22.4/44+0.020×22.4/64+0.011×22.4/18=6.538m3；GS—不計(jì)自由氧的氧氣消耗量，Kg。其值為：6.065+0.062+0.34=6.467Kg；VX—石灰中的S與CaO反應(yīng)還原出的氧氣量（其質(zhì)量為：0.001Kg）；99—由氧氣純度99%轉(zhuǎn)換得來(lái)；0.5%—爐氣中自由氧含量。表2.10爐氣量及其成分①爐氣中O2的體積為6.617×0.5%=0.033m3；質(zhì)量為0.033×32/22.4=0.047kg。爐氣中N2的體積系爐氣總體積與其他成分的體積之差；質(zhì)量為0.046×28/22.4=0.058kg。第四步：計(jì)算脫氧和合金化前的鋼水量。鋼水量Qg=鐵水量-鐵水中元素的氧化量-煙塵、噴濺、和渣中的鐵損據(jù)此可以編制出未加廢鋼、脫氧與合金化前的物料平衡表2.11。2.11未加廢鋼時(shí)的物料平衡表注：計(jì)算誤差為（115.63-115.81）/115.63100%=-0.15%。表2.12廢鋼中元素的氧化量及其成渣量第五步：計(jì)算加入廢鋼的物料平衡。如同“第一步”計(jì)算鐵水中元素氧化量一樣，利用表2.1的數(shù)據(jù)先確定廢鋼中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表2.12），再將其與表2.11歸類合并，遂得加入廢鋼后的物料平衡表2.13和表2.14.表2.13加入廢鋼的物料平衡表(以100Kg鐵水為基礎(chǔ))注：計(jì)算誤差為(119.71-120.02)/119,71100%=-0.26%。表2.14加入廢鋼的物料平衡表（以100Kg（鐵水+廢鋼）為基礎(chǔ)）第六步：計(jì)算脫氧和合金化后的物料平衡。先根據(jù)鋼種成分設(shè)定值（表2.1）和鐵合金成分及其燒損率（表2.3）算出錳鐵和硅鐵的加入量，再計(jì)算其元素的燒損量。將所得結(jié)果與表2.14歸類合并，即得冶煉一爐鋼的總物料平衡表。錳鐵加入量為：=硅鐵加入量為：=鐵合金中元素的燒損量和產(chǎn)物量列于表2.15表2.15鐵合金中元素?zé)龘p量及其產(chǎn)物量脫氧和合金化后的鋼水成分如下：可見，含碳量尚未達(dá)到設(shè)定值。為此需要在鋼包內(nèi)加焦炭粉增碳。其加入量W1為:焦粉生成的產(chǎn)物如下：由上述計(jì)算可得冶煉過程(即脫氧和合金化后)的總物料平衡表2.16。表2.16總物料平衡表注：計(jì)算誤差為(114.06-115.25)/114.06×100%=-1.04%。①可近似認(rèn)為(0.102+0.016)的氧量系出鋼水時(shí)二次氧化所帶入的氧量。2.2熱平衡計(jì)算2.2.1計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)計(jì)算所需基本原始數(shù)據(jù)有：各種入爐料及產(chǎn)物的溫度（表2.17）；物料平均熱容（表2.18）；反應(yīng)熱效應(yīng)（表2.19）；溶入鐵水中的元素對(duì)鐵熔點(diǎn)的影響（表2.20）。其他數(shù)據(jù)參照物料平衡選取。表2.17入爐料及產(chǎn)物的溫度設(shè)定值純鐵熔點(diǎn)為1536℃表2.18物料平均熱容表2.19煉鋼溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng)2.2.2計(jì)算步驟以100Kg鐵水為基礎(chǔ)。第一步：計(jì)算熱收入Qs。熱收入項(xiàng)包括：鐵水物理熱；元素氧化熱及成渣熱；煙塵氧化熱；爐襯中碳的氧化熱。（1）鐵水物理熱Qw：先根據(jù)純鐵熔點(diǎn)、鐵水成分以及溶入元素對(duì)鐵熔點(diǎn)的降低值(見表2.17、2.2和2.19)計(jì)算鐵水熔點(diǎn)Tt，然后由鐵水溫度和生鐵熱容(見表2.17和表2.18)確定Qw。表2.20溶入鐵水中的元素對(duì)鐵熔點(diǎn)的降低值(2)元素氧化熱及成渣熱Qy：由鐵水中元素氧化量和反應(yīng)熱效應(yīng)(見表2.29)可以計(jì)算出，其結(jié)果列于表2.21中。表2.21元素氧化熱和成渣熱(3)煙塵氧化熱Qc：由表2.5中給出的煙塵參數(shù)和反應(yīng)熱效應(yīng)計(jì)算可得。(4)爐襯中碳的氧化熱Q1：根據(jù)爐襯侵蝕量和含碳量確定。故熱收入總值為：第二步：計(jì)算熱支出項(xiàng)Qz。熱支出項(xiàng)包括：鋼水物理熱；爐渣物理熱；爐塵物理熱；爐氣物理熱；渣中鐵珠物理熱；噴濺物(金屬)物理熱；輕燒白云石物理熱；熱損失；廢鋼吸熱。鋼水物理熱Qg：先按求鐵水熔點(diǎn)的方法確定鋼水熔點(diǎn)Tg；再根據(jù)出鋼和鎮(zhèn)靜時(shí)的實(shí)際溫降(通常前者為40～60℃，后者約為3～6℃/min，具體時(shí)間與盛鋼桶大小和澆注條件有關(guān))以及要求的過熱度(一般為50～90℃)確定出鋼溫度Tz；最后由鋼水量和熱容算出物理熱。（式中，0.60、0.50、0.020和0.021分別為終點(diǎn)鋼水中C、Mn、P和S的含量。）（式中，50、50和70分別為出鋼過程中的溫降、鎮(zhèn)靜及爐后包括精煉處理等過程中的溫降和過熱度。）(2)爐渣物理熱Qr：令終渣溫度與鋼水溫度相同，則得：(3)爐襯、煙塵、鐵珠和噴濺金屬的物理熱Qx。根據(jù)其數(shù)量、相應(yīng)的溫度和熱容確定。祥見表2.22。表2.22某些物料的物理熱(4)生白云石分解熱Qb:根據(jù)其用量、成分和表2.20所示的熱效應(yīng)計(jì)算的。(5)熱損失Qq：其他熱損失帶走的熱量一般占總熱收入的3%～8%。本計(jì)算取5%，則得(6)廢鋼吸熱Qf：用于加熱廢鋼的熱量系剩余熱量，即故廢鋼加入量Wf為：即廢鋼比為：熱效率若不計(jì)算爐渣帶走的熱量時(shí)：熱效率表2.23熱平衡表應(yīng)當(dāng)指出，加入鐵合金進(jìn)行脫氧和合金化，會(huì)對(duì)熱平衡數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定得影響。對(duì)轉(zhuǎn)爐用一般生鐵冶煉低碳鋼來(lái)說，所用鐵合金種類有限，加入數(shù)量也不多。據(jù)有關(guān)資料所說，其熱收入部分約占總熱收入的0.8%～1.0%，熱支出部分約占0.5%～0.8%，二者基本持平。因此對(duì)于本設(shè)計(jì)中的兩種鋼種的熱平衡計(jì)算步驟和結(jié)果是基本相同的，即為表2.23所示。第3章年產(chǎn)260萬(wàn)噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐是轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的核心設(shè)備。轉(zhuǎn)爐爐型及其主要參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)率、金屬收得率、爐齡等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都有直接的影響，其設(shè)計(jì)是否合理也關(guān)系到冶煉工藝能否順利進(jìn)行，車間主廠房高度和轉(zhuǎn)爐配套的其他相關(guān)設(shè)備的選型。所以，設(shè)計(jì)一座爐型結(jié)構(gòu)合理，滿足工藝要求的轉(zhuǎn)爐是保證車間正常生產(chǎn)的前提，而爐型設(shè)計(jì)又是整個(gè)轉(zhuǎn)爐車間設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。3.1氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐爐型及各部分尺寸3.1.1轉(zhuǎn)爐爐型及其選擇轉(zhuǎn)爐由爐帽、爐身、爐底三部分組成。轉(zhuǎn)爐爐型是指由上述三部分組成的爐襯內(nèi)部空間的幾何形狀。由于爐帽和爐身的形狀沒有變化，所以通常按熔池形狀將轉(zhuǎn)爐分為筒球型、錐球型和截錐型等三種。爐型的選擇往往與轉(zhuǎn)爐的容量【4】有關(guān)。由于筒球型爐型形狀簡(jiǎn)單，砌磚方便，爐殼容易制造，被國(guó)內(nèi)外大、中型轉(zhuǎn)爐普遍采用。故我們選擇筒球型，其熔池由球缺體和圓柱體兩部分組成。3.1.2轉(zhuǎn)爐爐型各部分尺寸的確定轉(zhuǎn)爐爐型各部分尺寸，主要是通過總結(jié)現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐的實(shí)際情況，結(jié)合一些經(jīng)驗(yàn)公式并通過模型試驗(yàn)來(lái)確定。1.熔池尺寸（1）熔池直徑D。熔池直徑是指轉(zhuǎn)爐熔池在平靜狀態(tài)時(shí)金屬液面的直徑。轉(zhuǎn)爐在一個(gè)爐役期內(nèi)，由于爐襯侵蝕而逐漸減薄，爐容量隨之增大，因此，需要一個(gè)統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，叫做公稱容量【5】。我國(guó)轉(zhuǎn)爐公稱容量一般用一個(gè)爐役期內(nèi)的平均爐產(chǎn)鋼水量來(lái)表示。每一座吹煉轉(zhuǎn)爐的年出鋼爐數(shù)N為：式中：T1—每爐鋼的平均冶煉時(shí)間，min，取40min；T2—一年有效作業(yè)天數(shù)，d；1440—一年的日歷時(shí)間，min；365—一年的日歷天數(shù)，d；—轉(zhuǎn)爐的作業(yè)率，%，若轉(zhuǎn)爐與模鑄或部分連鑄配合時(shí)，一般取，若全連鑄則取取。代入數(shù)值得爐次/年在選定轉(zhuǎn)爐公稱容量和轉(zhuǎn)爐工作制后，即可計(jì)算出車間的年產(chǎn)鋼水量：式中：W—車間年產(chǎn)鋼水量，t；n—車間經(jīng)常吹煉爐座數(shù)，本設(shè)計(jì)采用“二吹二”工作制，所以n=2；N—每一座吹煉爐的年出鋼爐數(shù)；q—轉(zhuǎn)爐公稱容量，t。代入數(shù)值得取轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)間t與金屬裝入量G成正比，而與單位時(shí)間供氧量Q成反比，即：在供氧量增大的情況下，若要避免噴濺趨于嚴(yán)重，就必須擴(kuò)大熔池面積。也就是說，單位時(shí)間供氧量Q與熔池直徑D的平方成正比，即：將上邊兩式合并得：式中D—熔池直徑，m；K—系數(shù)，參見表3.1；G—新爐金屬裝入量t，可取公稱容量；t—平均每爐鋼鐵純吹氧時(shí)間，min，參見表3.2。表3.1系數(shù)K的推薦值表3.2平均每爐鋼冶煉時(shí)間推薦表結(jié)合爐子公稱容量的大小,取t=18，K=1.7故(2)熔池深度h。熔池深度是指轉(zhuǎn)爐熔池在平靜狀態(tài)時(shí)金屬液面到爐底的深度。對(duì)于一定容量的轉(zhuǎn)爐，爐型和熔池直徑確定后，可利用幾何公式計(jì)算熔池深度h。對(duì)筒球型熔池：通常球缺底的半徑R為熔池直徑D的倍。當(dāng)R=1.1D，球缺體高h(yuǎn)1=0.12D時(shí)，熔池體積V池和熔池直徑D及熔池深度h有如下關(guān)系：根據(jù)熔池的定義，熔池體積V池應(yīng)等于金屬液體積V金，即：式中V金——新爐金屬裝入量占有的體積；，為金屬液密度，取t/m3。取為7.0得：球缺體半徑球缺體高度2.爐身尺寸的確定轉(zhuǎn)爐爐帽以下，熔池面以上的圓柱體部分稱為爐身，其直徑與熔池直徑是一致的故需確定的尺寸是爐身高度H身。式中V帽，V身，V池—分別為爐帽、爐身和熔池的容積；Vt—轉(zhuǎn)爐有效容積，為V帽、V身、V池三者之和，取決于爐容量和爐容比。3.爐帽尺寸的確定轉(zhuǎn)爐一般都用正口爐帽，其主要尺寸有爐帽傾角，爐口直徑和爐帽高度。（1）爐帽傾角。傾角過小，爐帽內(nèi)襯不穩(wěn)定，容易倒塌；過大則出鋼時(shí)容易鋼渣混出和從爐口大量流渣。傾角一般為，小爐子取上限，大爐子取下限。這是因?yàn)榇鬆t子的爐口直徑相對(duì)要小些。本設(shè)計(jì)取62°。（2）爐口直徑d。在滿足順利兌鐵水和加廢鋼的前提下，應(yīng)適當(dāng)減小爐口直徑，以減少熱損失。爐口直徑一般為熔池直徑的43%～53%。小爐子取上限，大爐子取下限。取。（3）爐帽高度H帽。為了維護(hù)爐口的正常形狀，防止因磚襯蝕損而使其迅速擴(kuò)大，在爐口上部設(shè)有高度的直線段。取H口=400mm,因此爐帽高度為：爐帽總?cè)莘e為：4.爐容比的確定爐容比指轉(zhuǎn)爐有效容積Vt與公稱容積G之比Vt／G（m3/t）。轉(zhuǎn)爐爐容比主要與供氧強(qiáng)度有關(guān)，與爐容量關(guān)系不大。當(dāng)供氧強(qiáng)度提高時(shí)，隨著爐內(nèi)反應(yīng)加劇，如果爐膛自由空間不足，必然會(huì)發(fā)生大量的渣鋼噴濺或泡沫渣翻滾溢出，造成較多的金屬損失。為了在較高金屬收得率基礎(chǔ)上增大供氧強(qiáng)度，縮短吹煉時(shí)間，必須有適當(dāng)?shù)臓t容比。近20年投產(chǎn)的大型氧氣轉(zhuǎn)爐，其爐容比都在之間，本設(shè)計(jì)取0.9。5.出鋼口尺寸的確定出鋼口內(nèi)口一般都設(shè)計(jì)在爐帽與交界處，以使轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)其位置最低，便于鋼水全部出凈。出鋼口的主要尺寸是中心線的水平傾角和直徑。（1）出鋼口中心線水平傾角和直徑θ1。為了縮短出鋼口長(zhǎng)度，以利于維修和減少鋼液二次氧化及熱損失，大型轉(zhuǎn)爐的θ1趨于減小。取θ1=15°（2）出鋼口直徑d出。出鋼口直徑?jīng)Q定著出鋼時(shí)間，因此隨著爐子容量而異。通常d出按下面的經(jīng)驗(yàn)公式確定：。式中G—轉(zhuǎn)爐公稱容量，t。出鋼口外徑（爐襯+鋼殼的厚度）一般為出鋼口直徑的6倍左右【6】，而出鋼口長(zhǎng)度一般為出鋼口直徑的倍，即6.高寬比的確定高寬比系指轉(zhuǎn)爐爐殼總高H總與爐殼外徑D殼之比值,實(shí)際上它只是作為爐型設(shè)計(jì)的校核數(shù)據(jù)。增大高寬比對(duì)減少噴濺和溢渣，提高金屬收得率有利。但是高寬比過大，在爐膛體積一定時(shí)，反應(yīng)面積反而小，氧氣流股易沖刷爐壁，對(duì)爐襯壽命不利，而且導(dǎo)致廠房高，基建費(fèi)用大，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩大，耗電大。轉(zhuǎn)爐高寬比推薦值為1.35～1.65。3.2轉(zhuǎn)爐爐襯3.2.1爐襯材質(zhì)選擇轉(zhuǎn)爐爐襯壽命是一個(gè)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，受許多因素的影響，特別是受冶煉操作工藝水平的影響比較大。但是，合理選用爐襯的材質(zhì)是提高爐襯壽命的基礎(chǔ)。根據(jù)爐襯的工作特點(diǎn)，其材質(zhì)選擇應(yīng)遵循以下原則：（1）耐火度（即在高溫條件下不熔化的性能）高；（2）高溫下機(jī)械強(qiáng)度高，耐急冷急熱性能好；（3）化學(xué)性能穩(wěn)定；（4）資源廣泛，價(jià)格便宜。3.2.2爐襯組成及厚度確定通常爐襯由永久層、填充層和工作層組成。永久層緊貼爐殼，修爐時(shí)一般不予拆除。其主要作用是保護(hù)爐殼，該層常用鎂磚砌筑。填充層介于永久層與工作層之間，一般用焦油鎂砂搗打而成，厚度約為。其主要功能是減輕爐襯受熱膨脹時(shí)對(duì)爐殼產(chǎn)生擠壓和便于拆除工作層，也有的轉(zhuǎn)爐不設(shè)填充層。工作層系指與金屬、熔渣和爐氣接觸的內(nèi)層爐襯，工作條件極其苛刻。目前，該層多用鎂碳磚和焦油白云石綜合砌筑。爐帽可用二步煅燒鎂磚，也可根據(jù)具體條件選用其他材質(zhì)。轉(zhuǎn)爐各部位的爐襯厚度如下所示：爐帽：永久層130mm，填充層90mm，工作層600mm；爐身（加料側(cè)）：永久層150mm，填充層90mm，工作層750mm；爐身（出鋼側(cè)）：永久層150mm，填充層90mm，工作層750mm；爐底：永久層350mm，填充層90mm，工作層600mm。爐身鋼板厚度取75mm，爐帽和爐底鋼板厚度取65mm。驗(yàn)證高寬比：則高寬比為，該值在之間，符合要求。3.3磚型選擇砌筑轉(zhuǎn)爐爐襯選擇磚型時(shí)應(yīng)該考慮以下原則：（1）在可能條件下，盡量選用大磚，以減少磚縫，還可提高筑爐速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；（2）力爭(zhēng)砌筑過程中不打或少打磚，以提高磚的利用率和保證磚的砌筑質(zhì)量；（3）出鋼口用高壓整體成型專用磚，更換方便、快捷；爐底用帶弧形的異形磚；（4）盡量減少磚型種類。第4章氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計(jì)氧槍由噴頭、槍身和尾部結(jié)構(gòu)三部分組成（圖4－1）。噴頭常用紫銅制成；槍身由三層無(wú)縫鋼管套裝而成【7】；尾部結(jié)構(gòu)連接輸氧管和冷卻水進(jìn)出軟管。圖4－1氧槍總體結(jié)構(gòu)1—吊環(huán)；2—中心管；3—中層管；4—上托座；5—外層管；6—下托座；7—噴頭；8—氧氣管；9—進(jìn)水口；10—出水口；—氧槍總長(zhǎng)；—噴頭長(zhǎng)度；—槍體長(zhǎng)度；—槍尾長(zhǎng)度4.1氧槍噴頭尺寸計(jì)算噴頭是氧槍的核心部分，其基本功能可以說是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，它將氧管中氧氣的高壓能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，并通過氧氣射流完成對(duì)熔池的作用。而氧氣射流的參數(shù)主要由噴頭參數(shù)所決定。4.1.1噴頭參數(shù)選擇原則(1)氧流量計(jì)算。氧流量是指單位時(shí)間通過氧槍的氧量。氧流量的精確計(jì)算應(yīng)根據(jù)物料平衡求得。簡(jiǎn)單計(jì)算氧流量則可用下式：m3/min（標(biāo)態(tài)）對(duì)于普通鐵水，每噸鋼耗氧量為55～65m3/t（標(biāo)態(tài)），對(duì)于高磷鐵水，每噸鋼耗氧量為60～69m3/t（標(biāo)態(tài)）。本設(shè)計(jì)取60m3/t。在一個(gè)爐役期中出鋼量變化很大，做噴頭計(jì)算時(shí)可用轉(zhuǎn)爐公稱容量代替出鋼量計(jì)算。(2)噴頭孔數(shù)現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐氧槍都用多孔噴頭。一般中、小型轉(zhuǎn)爐用三孔或四孔噴頭，大型轉(zhuǎn)爐用五孔或五孔以上的噴頭。(3)理論計(jì)算氧壓及噴頭出口馬赫數(shù)Ma理論計(jì)算氧壓（又稱設(shè)計(jì)工況氧壓）是指噴頭進(jìn)口處的氧氣壓強(qiáng)，近似等于滯止氧壓，它是噴頭設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。噴頭出口馬赫數(shù)Ma是噴頭設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要參數(shù)，目前國(guó)內(nèi)外氧槍噴頭出口馬赫數(shù)Ma多選用2.0左右。Ma值與滯止氧壓和噴頭出口壓力P的比值（P/）有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖4-2和表4.1：圖4-2Ma與P0、之間的關(guān)系表4.1Ma、V、P0之間的關(guān)系(4)爐膛壓力轉(zhuǎn)爐爐膛壓力是氧槍噴頭出口處的壞境壓力。它與噴頭出口壓力的差異決定了氧氣出口后的流態(tài)，因此，爐膛壓力也是噴頭設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。在氧流量一定的條件下，爐膛壓力與氧槍槍位、轉(zhuǎn)爐內(nèi)泡沫渣的高度和濃度有關(guān)，也會(huì)隨一個(gè)爐役期內(nèi)轉(zhuǎn)爐容量的變化而變化。因此實(shí)際的爐膛壓力很難測(cè)定。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，一般爐膛壓力為0.099~0.102Mpa。(5)噴孔傾角()與噴孔間隙()噴孔傾角()是指噴孔幾何中心線和噴頭中軸線之間的夾角。它也是多孔噴頭設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。噴孔間隙()是指噴孔出口斷面中心點(diǎn)到噴頭中軸線之間的距離。多孔噴頭孔數(shù)和噴孔傾角之間的關(guān)系如下表：表4.2多孔噴頭孔數(shù)和噴孔傾角之間的關(guān)系(6)噴頭端面形狀多孔噴頭由于每個(gè)噴孔幾何中心線與噴頭中軸線有一定的夾角，如果整個(gè)端面呈平面，則每個(gè)噴孔出口斷面呈斜面，這樣從噴孔流出的氧氣流股的邊界條件是不對(duì)稱的，就會(huì)產(chǎn)生氧氣射流沿斜口管壁流動(dòng)的復(fù)雜情況。所以噴頭端面應(yīng)設(shè)計(jì)成與噴頭中軸線的垂直平面相交的夾角為角的圓錐面，而角正相當(dāng)于噴孔傾角。(7)噴孔形狀一個(gè)氣動(dòng)特性良好的超音速噴管的內(nèi)形狀是一個(gè)具有許多不同曲率半徑的復(fù)雜曲面，其設(shè)計(jì)和加工都是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。氧氣噴孔設(shè)計(jì)主要的目的是將氧氣流股的壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使之對(duì)熔池有較大的沖擊力。所以可以采用一種相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法，即使噴管呈圓錐形，這樣便于加工，實(shí)踐證明也能滿足冶煉要求。(8)擴(kuò)張段的擴(kuò)張角和擴(kuò)張長(zhǎng)度擴(kuò)張段的擴(kuò)張角一般取8°~12°(半錐角為4°~6°)。擴(kuò)張段長(zhǎng)度可由公式求得：式中—擴(kuò)張段長(zhǎng)度，mm；—噴孔出口直徑，mm；—噴孔喉口直徑，mm；—噴孔擴(kuò)張段半錐角，(°)。(9)噴管流量系數(shù)噴管實(shí)際氧氣流量計(jì)算式應(yīng)是：噴管流量系數(shù)用來(lái)表示實(shí)際流量與理論流量的偏差；一般單孔噴頭可取；三孔噴頭可取。4.1.2120t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭尺寸計(jì)算轉(zhuǎn)爐公稱容量120t，采用普通鐵水冶煉，冶煉鋼種以Q235鋼為主。(1)計(jì)算氧流量。每噸鋼耗氧量為60m3（標(biāo)態(tài)）,純吹氧時(shí)間為18min，出鋼量按公稱容量120t計(jì)算，則通過氧槍的氧流量：(2)選用噴孔出口馬赫數(shù)與噴孔數(shù)。馬赫數(shù)確定原則已如前述。綜合考慮，選取馬赫數(shù)Ma=2.0。參照同類轉(zhuǎn)爐氧槍使用情況，對(duì)于120t轉(zhuǎn)爐噴孔數(shù)取5孔，能保證氧氣流股有一定的沖擊面積與沖擊深度，熔池內(nèi)盡快形成乳化區(qū)，減少噴濺，提高成渣速度和改善熱效率。(3)設(shè)計(jì)工況氧壓。根據(jù)等熵流表，當(dāng)M=2.0時(shí),；取噴頭出口壓力（為爐膛壓力，此處按近似等于大氣壓力計(jì)算），則噴口滯止氧壓：取設(shè)計(jì)工況氧壓近似等于滯止氧壓。(4)計(jì)算喉口直徑。噴頭每個(gè)噴孔氧氣流量：由噴管實(shí)際氧氣流量計(jì)算式：，取，，又，代入上式，則由上式可求出(5)求噴孔出口直徑。根據(jù)等熵流表，在M=2.0時(shí)，，即，故噴孔出口直徑：(6)計(jì)算噴孔擴(kuò)張段長(zhǎng)度。取擴(kuò)張段的半錐角為3.50,則擴(kuò)張段長(zhǎng)度(7)確定噴孔喉口直線段長(zhǎng)度。喉口直線段的作用是保持喉口直徑穩(wěn)定。般取3～10mm。在本例中取喉口直線段長(zhǎng)度。(8)噴孔收縮段長(zhǎng)度與收縮段進(jìn)口直徑。收縮段長(zhǎng)度與收縮段進(jìn)口直徑應(yīng)該以能使整個(gè)噴頭布置下五個(gè)噴孔為原則，并盡可能使收縮孔大一些。(9)確定噴孔傾角β。多孔噴頭的各個(gè)流股是否發(fā)生匯交以效應(yīng)角θ為界，大于θ則各流股很少匯交，小于θ則必定匯交。按照經(jīng)驗(yàn)，噴頭傾角β=12.8°~15.4°為宜。綜合考慮取β=15°。(10)噴頭五噴孔中心分布圓直徑。在噴孔傾角β確定以后，噴孔中心分布圓（即噴孔間距）是影響氧射流是否匯交的另一個(gè)因素。從降低氧射流匯交考慮，噴孔中心分布圓大為好，但噴孔中心公布圓要受到噴頭尺寸的限制。綜合考慮，取四噴孔中心分布圓直徑：4.2氧槍槍身設(shè)計(jì)氧槍槍身由三層無(wú)縫鋼管套裝而成，內(nèi)層管是氧氣通道，內(nèi)層管與中層管之間是冷卻水進(jìn)水通道，中層管與外層管之間是冷卻水出水通道。參見圖4-3。圖4-3氧槍管體通水?dāng)嗝?.2.1槍身各層尺寸的確定(1)中心管管徑的確定。中心管管徑是向噴頭輸送氧氣的通道，其直徑主要取決于氧氣在管道內(nèi)的流量與流速。中心氧管內(nèi)截面積：式中——中心氧管內(nèi)截面積，m；——管內(nèi)氧氣工況流量，m/s；——管內(nèi)氧氣流速，m/s，一般取40～50m/s。取。按氣體狀態(tài)方程，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量向工況流量的換算：式中——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，Pa；——管內(nèi)氧氣工況壓力，Pa；——標(biāo)準(zhǔn)溫度，273K；——管內(nèi)氧氣實(shí)際溫度（即氧氣滯止溫度）。則中心氧管內(nèi)徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱軋無(wú)縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格，選取中心鋼管為(2)中、外層管管徑的確定高壓冷卻水從中層管內(nèi)側(cè)進(jìn)入，經(jīng)噴頭頂部轉(zhuǎn)彎180°后經(jīng)中層管外側(cè)流出。中層管內(nèi)徑尺寸的選擇，應(yīng)保證中層管與中心氧管之間的環(huán)形通道有足夠的斷面積，以通過一定流速（一般取5~6m/s）、一定壓力（）和足夠流量的冷卻水。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選取氧槍冷卻水耗量；冷卻水進(jìn)水速度，出水速度（因?yàn)槌鏊疁囟壬撸w積增大，故>）。又中心氧管外徑，則進(jìn)水環(huán)縫截面積：出水環(huán)縫面積：中層管內(nèi)徑：式中——中層管內(nèi)徑，m；——內(nèi)層管外徑，m；——進(jìn)水環(huán)形通道截面，m；——高壓冷卻水進(jìn)口流量，m/s；——高壓冷卻水進(jìn)水流速，一般選用5～6m/s。計(jì)算出中層管的內(nèi)徑后，再按國(guó)家鋼管產(chǎn)品目錄選擇相應(yīng)規(guī)格的鋼管。中層管除控制進(jìn)口水的流速外，安裝時(shí)還應(yīng)保證噴嘴端面處水的流速不小于8m/s，以使端面具有較強(qiáng)的冷卻強(qiáng)度，保護(hù)噴頭。為此，在中層管端面設(shè)立三個(gè)支點(diǎn)（定位銷）來(lái)確保有足夠的冷卻水通道面積。為防止中層管擺動(dòng)，在中層管壁內(nèi)外每隔一定距離焊上定位塊。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱軋無(wú)縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格，選取中層鋼管為外層管主要是供出水用，冷卻水經(jīng)過噴頭后溫度升高10~15℃，水的體積略有增大，選用出水流速為6~7m/s，管徑的計(jì)算方法和鋼管的選擇方法與中層管相同。外層鋼管內(nèi)徑為：mm選取外層鋼管為4.2.2氧槍長(zhǎng)度的確定根據(jù)公式可確定氧槍總長(zhǎng)為：式中—氧槍最低位置至爐口距離，6038mm；—爐口至煙罩下沿的距離，mm，一般取350～500mm，本設(shè)計(jì)中取400mm；—煙罩下沿至煙道拐點(diǎn)的距離，mm，一般取3000～4000mm，本設(shè)計(jì)中取3500mm；—煙罩下沿至氧槍插入孔的距離，5000mm；—為清理結(jié)渣和換槍需要的距離，mm，一般取500～800mm,本設(shè)計(jì)中取700mm；—根據(jù)把持器下段的要求決定的距離，600mm；—把持器的兩個(gè)卡座中心線間的距離，1000mm；—根據(jù)把持器上段要求決定的距離，500mm；氧槍行程：4.3氧槍裝置和副槍裝置4.3.1氧槍裝置為了適應(yīng)轉(zhuǎn)爐冶煉工藝變換的要求，冶煉過程中需要多次升降槍位，因此需設(shè)置氧槍升降裝置與換槍裝置。對(duì)氧槍裝置的主要要求是：①合適的升降速度，可變速；②保證氧槍式中處于鉛垂位置，升降平穩(wěn)，控制靈活，操作安全；③能快速更換氧槍；④有完善的安全裝置和電氣連鎖裝置。氧槍升降裝置一般都垂直布置于轉(zhuǎn)爐的上方，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，換槍迅速。但由于槍身長(zhǎng)，上下行程大，為布置升降和換槍裝置，要求轉(zhuǎn)爐跨廠房要高。當(dāng)氧槍燒壞時(shí)需要及時(shí)更換，故設(shè)置橫移裝置及換槍裝置。在橫移裝置上并排安設(shè)有兩套氧槍升降小車，其中一套工作，一套備用，整個(gè)換槍時(shí)間為1.5min左右。4.3.2副槍裝置為使煉鋼過程自動(dòng)化、精確化，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制是完全必要的。但為了提高控制的準(zhǔn)確性，在吹煉過程中應(yīng)取得中間數(shù)據(jù)，其有效方法就是采用副槍。一般副槍和氧槍是平行插入轉(zhuǎn)爐內(nèi)的。但在較小的轉(zhuǎn)爐中，垂直插入時(shí)，探頭將位于火點(diǎn)附近，使測(cè)出的數(shù)據(jù)缺乏代表性，因此，對(duì)于較小的轉(zhuǎn)爐副槍可以傾斜插入。在車間設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮富強(qiáng)升降和更換探頭的空間。第5章爐外精煉設(shè)備及工藝布置鋼水爐外精煉又稱鋼水二次精煉或二次冶金（煉鋼）。發(fā)展初期，爐外精煉是將原來(lái)在轉(zhuǎn)爐或電弧爐里需要完成的鋼水精煉任務(wù)，轉(zhuǎn)移到爐外的鋼包或?qū)Ｓ萌萜髦羞M(jìn)行，以便更經(jīng)濟(jì)、更有效地獲得優(yōu)質(zhì)的、多品種的鋼水。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，爐外精煉技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)今潔凈鋼與高純潔鋼必不可少的熔煉手段。5.1爐外精煉方法的選擇5.1.1爐外精煉的功能各種精煉設(shè)備的冶金功能是多種多樣的。精煉設(shè)備與工藝能夠完成的冶金功能可概括為：脫氣（脫氫、脫氮），脫氧，脫硫，清潔鋼液（減少非金屬夾雜物，提高顯微清潔度），脫碳（冶煉低碳、超低碳鋼種），真空碳脫氧，調(diào)整鋼液成分（微調(diào)與均勻最終化學(xué)成分），調(diào)整鋼液溫度。5.1.2各種產(chǎn)品對(duì)精煉功能的一般要求爐外精煉方法的選擇應(yīng)滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求，不同產(chǎn)品對(duì)爐外精煉的功能有不同要求。厚板：脫氫、脫硫、減少氧化物夾雜鋼軌：脫氫輪箍：脫氫、取出夾雜物薄板：脫碳、脫氧管材：脫硫、減少氧化物夾雜軸承鋼：脫氧、減少氧化物夾雜物、脫硫、改變硫化物的形態(tài)不銹鋼：脫碳保鉻、脫氫、減少夾雜物、降低成本爐外精煉的另一個(gè)積極意義是減輕煉鋼爐的負(fù)荷，提高其生產(chǎn)能力。比如采用連鑄的轉(zhuǎn)爐車間，尤其是全連鑄車間，往往都選用LF或其他加熱型精煉裝置。5.1.3爐外精煉方法的確定本設(shè)計(jì)要求冶煉典型低鋼種Q235，綜合考慮上面所提到的精煉方法，參考國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐車間精爐方法的選型，本設(shè)取將選擇目前占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的LF和RH真空處理兩種方法相結(jié)合進(jìn)行爐外精煉。5.2LF精煉爐5.2.1LF精煉爐的特點(diǎn)LF法是日本大同制鋼公司于1971年在ASEA-SKF和VOD的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型爐外精煉技術(shù)。LF精煉爐在常壓下通過電弧加熱鋼包內(nèi)鋼水，并同時(shí)造高堿度合成渣精煉和底部吹氬攪拌。LF爐能夠承擔(dān)電弧爐煉鋼的精煉工作，如造渣、還原、脫氧、脫氣、均勻溫度成分等，也可以保溫、升溫，作為煉鋼和連鑄之間的緩沖裝置，協(xié)調(diào)煉鋼和連鑄生產(chǎn)周期不匹配的矛盾，所以現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)爐和電弧爐煉鋼車間都采用它作為精煉設(shè)備。LF（LFV）精煉爐的技術(shù)特點(diǎn)可歸納如下：（1）LF爐采用鋼包底部透氣磚吹氬攪拌，較之ASEA-SKF鋼包爐使用電磁攪拌簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用減少；（2）LF爐與ASEA-SKF同樣采用非真空下電弧加熱鋼水，與VAD爐在低真空下加熱相比，可以不用電極插入真空蓋處的動(dòng)密封及要求非磁性材料結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化設(shè)備，節(jié)省制作與維修費(fèi)用；（3）在非真空下電弧加熱，又采用了專門的爐渣，可使LF爐加熱鋼水在埋弧狀態(tài)下進(jìn)行，既可以提高熱效率，有減輕了電弧對(duì)精煉爐爐襯的熱侵蝕；（4）為了獲得良好的還原精煉效果，在加熱時(shí)，加熱爐蓋與鋼包爐口密封接觸，即在蜜蜂蝦進(jìn)行電弧加熱，防止外部空氣進(jìn)入，并加入碳粉造成鋼包爐內(nèi)還原性氣氛，使包內(nèi)氣氛中O2含量下降到不大于2%，爐渣中（FeO）可穩(wěn)定地小于0.4%；（5）與VOD相比，LF具有外部能源加熱手段的靈活性，設(shè)備對(duì)鋼種的適應(yīng)性擴(kuò)展了；而且能在還原氣氛下造高堿度爐渣精煉，有利于脫硫。5.2.2LF爐設(shè)備及其配置LF爐與ASEA-SKF爐功能相近，整體結(jié)構(gòu)多為臺(tái)車（鋼包車）式，鋼包由座包扒渣工位向固定于一定位置的加熱爐蓋、精煉爐蓋處移動(dòng)，分別完成各項(xiàng)工藝過程。有的還將LF精煉與噴粉處理相連接，即將噴粉設(shè)備也裝設(shè)于鋼包車的移動(dòng)線上，實(shí)現(xiàn)鋼水的噴粉處理?；蛘咭蜾撍|(zhì)量要求不同，在同一線路上有選擇地通過幾個(gè)精煉環(huán)節(jié)，得到需要的成品鋼水。（1）爐體作為精煉爐體的鋼包與普通澆注鋼包的不同點(diǎn)是內(nèi)型尺寸較為矮粗，即H/D較?。讳摪峡谕饩壯b有水冷圈（法蘭），防止包口變形和保證爐蓋與之密封接觸，底部裝有滑動(dòng)水口和吹氬透氣磚。鋼包殼需按氣密性焊接的要求焊制。（2）電弧加熱裝置LF爐電弧加熱系統(tǒng)與三相電弧加熱裝置相似，電極支撐與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)也相似，只是尺寸隨鋼包爐結(jié)構(gòu)而異。鋼包爐加熱所需電功率遠(yuǎn)低于電弧爐熔化期，且二次電壓也較低。LF爐用變壓器次級(jí)電壓通常也設(shè)計(jì)若填干級(jí)次，但因加熱電流穩(wěn)定不必很大變化，所以選定某一級(jí)電壓后，一般不作變動(dòng)，故變壓器沒必要采用有載調(diào)壓，設(shè)備可以更簡(jiǎn)單可靠。（3）爐蓋LF爐爐蓋與ASEA-SKF爐相同，為保證爐內(nèi)加熱時(shí)的還原氣氛或（當(dāng)有真空精煉時(shí)）真空密封性，爐蓋下部與鋼包上口接觸應(yīng)采用密封裝置?，F(xiàn)在，爐蓋大都采用水冷結(jié)構(gòu)型。為保護(hù)水冷構(gòu)件和減少冷卻水帶走熱量，在水冷爐蓋的內(nèi)表面襯以搗制耐火材料，下部還掛鑄造的保護(hù)擋板，以防鋼液激烈噴濺，粘結(jié)爐蓋，使?fàn)t蓋與鋼包邊緣焊死，無(wú)法開啟。（4）真空系統(tǒng)LF爐與ASEA-SKF爐一樣，采用蒸汽噴射泵。一方面它有巨大的排氣能力，另一方面可以不必顧慮排出氣體的溫度和抽出氣體中含有微小渣粒和金屬塵埃；這是機(jī)械泵所不可比擬的。LF爐與ASEA-SKF爐真空精煉過程中真空度應(yīng)≤67Pa（0.5mmHg），應(yīng)能在5分鐘左右將爐內(nèi)壓力抽吸到上述范圍。5.2.3LF爐在車間內(nèi)的布置LF爐設(shè)備在車間可有多重?cái)[放位置，視車間具體情況而定，綜合起來(lái)，LF爐的位置基本上有兩種類型：其一，LF爐與加熱變壓器（如含真空精煉時(shí)還包括真空精煉工位）位于爐子胯間，與初煉爐（電弧爐）靠近并列，當(dāng)初煉爐出鋼后，載有鋼水的鋼包被吊運(yùn)到精煉爐鋼包車上，鋼包車進(jìn)入各工位。其二，LF爐設(shè)備的各個(gè)工位均位于出鋼—連鑄跨間內(nèi)，鋼包車運(yùn)行方向與車間（廠房）的縱向平行。5.3RH精煉爐5.3.1RH設(shè)備的特點(diǎn)RH設(shè)備是真空裝置中最龐大、最復(fù)雜、投資最大的一種，但由于周期短，生產(chǎn)能力大、脫氣效果好，仍然是目前大多數(shù)大型轉(zhuǎn)爐車間首選的精煉設(shè)備。RH設(shè)備真空室下端設(shè)置兩根吸引和排放鋼液的上升管和下降管，鋼液脫氣處理時(shí)，兩根管插入鋼包內(nèi)的鋼水中，通過抽真空和在上升管下部1/3處向鋼水吹入氬氣等驅(qū)動(dòng)氣體，使鋼水上下循環(huán)脫氣。同時(shí)可以加入合金微調(diào)成分。5.3.2RH真空脫氣室設(shè)計(jì)原理RH真空脫氣室為圓筒型容器，外殼由鋼板焊成，內(nèi)襯耐火材料一般由頂部、中部和底部組成。底部連通循環(huán)管(上升與下降)兩支。而循環(huán)管在結(jié)構(gòu)上又由兩段連成，上段與真空室底殼連接，下段與上段用法蘭盤連接，下段即是工作時(shí)侵入鋼水的部分。真空室頂部有加料孔、排煙孔、攝像孔等。真空脫氣時(shí)應(yīng)能使鋼水進(jìn)入后有適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間，和足夠的脫氣表面積，脫氣過程中熱損失要小。采用RH精煉爐可以達(dá)到脫氫、脫氧、去氮和去除鋼中氣體的效果。第6章連續(xù)鑄鋼設(shè)備將高溫鋼水連續(xù)不斷地澆鑄到一個(gè)或一組水冷鋼質(zhì)結(jié)晶器內(nèi)，鋼水沿結(jié)晶器周邊逐漸凝固成坯殼，待鋼液面上升到一定高度，坯殼凝固到一定厚度后由拉矯機(jī)將鑄坯拉出，并經(jīng)二冷區(qū)噴水冷卻使鑄坯完全凝固，由切割裝置根據(jù)軋鋼要求切成定尺。這種使高溫鋼水直接澆鑄成鋼坯工藝稱為連續(xù)鑄鋼，簡(jiǎn)稱連鑄[8]。連鑄是煉鋼領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)之一，20實(shí)際60年代中期，全球連鑄比尚不到10%，而21實(shí)際初全球連鑄比已高達(dá)90%以上。6.1連鑄機(jī)機(jī)型分類（1）按結(jié)構(gòu)的外形可分為立式連鑄機(jī)、立彎式連鑄機(jī)、多點(diǎn)彎曲的立彎式連鑄機(jī)、弧形連鑄機(jī)（分直形結(jié)晶器和弧形結(jié)晶器兩種）、多半徑弧形（即橢圓形）連鑄機(jī)和水平連鑄機(jī)等。近年來(lái)，隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，又開發(fā)了輪式連鑄機(jī)的研究。（2）按鑄坯斷面的形狀可分為板坯連鑄機(jī)（又分厚板坯連鑄機(jī)、常規(guī)板坯連鑄機(jī)、中等厚度板坯連鑄機(jī)和薄板坯連鑄機(jī)）、方坯連鑄機(jī)、圓坯連鑄機(jī)和異形連鑄機(jī)等。（3）按鑄坯所承受的鋼水靜壓頭，即鑄機(jī)垂直高度H和鑄坯厚度D比值的大小，可將連鑄機(jī)分為高頭型、標(biāo)準(zhǔn)頭型、低頭型、和超低頭型四種。隨著煉鋼和爐外精煉技術(shù)的提高，澆注前及澆注過程中對(duì)鋼水純凈度的有效控制，低頭和超低頭連鑄機(jī)的采用逐漸增多。6.2連鑄機(jī)的主要工藝參數(shù)連鑄機(jī)的主要工藝參數(shù)是決定連鑄機(jī)機(jī)械設(shè)備性能和尺寸的基本前提，也是連鑄車間工藝布置的主要依據(jù)。連鑄機(jī)（由于弧形連鑄機(jī)應(yīng)用最為廣泛，所以以下論述都是指弧形連鑄機(jī)）的主要工藝參數(shù)包括鋼包允許的最大澆注時(shí)間、鑄坯斷面、拉坯速度、流數(shù)、冶金長(zhǎng)度、弧形半徑等。6.2.1鋼包允許的最大澆鑄時(shí)間鋼包允許的最大澆注時(shí)間受多種因素影響，如鋼種、鋼包容量、包襯材質(zhì)、鋼包烘烤狀況、保溫劑性能、鋼包加蓋等?？砂聪铝薪?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中tmax—鋼包允許的最大澆注時(shí)間，min；G—鋼包容量，t，本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐公稱直徑120t，鋼包設(shè)計(jì)容量為150t，實(shí)際容量為120t。F—質(zhì)量系數(shù)，主要取決于對(duì)澆注溫度控制的要求。對(duì)要求嚴(yán)格的鋼種，取f=10；對(duì)于要求較低的鋼種，取f=16；一般取10-12。本設(shè)計(jì)取10。所以本設(shè)計(jì)剛報(bào)允許的最大澆鑄時(shí)間為6.2.2鑄坯斷面鑄坯斷面的形狀和尺寸可依據(jù)下列主要因素確定。(1)根據(jù)孔材品種和規(guī)格確定。大方坯和小方坯用來(lái)軋成線材、型材、帶材，園坯或方坯軋成管材，板坯軋成薄板，中厚板及帶材。(2)根據(jù)軋材需要的壓縮比來(lái)確定。譬如要求破壞一次結(jié)晶，并使中心組織均勻化時(shí)，壓縮比必須大于4，要求破壞晶狀組織時(shí)，則壓縮比可達(dá)8；對(duì)于重要特殊鋼材如滾珠軸承鋼、不銹鋼、高合金鋼的壓縮比要求達(dá)到10～15；對(duì)于滾動(dòng)體類的軸承鋼的壓縮比要求高達(dá)30～50。(3)適應(yīng)軋機(jī)的能力與成才要求尺寸。鑄坯斷面尺寸與各種軋機(jī)的配合參見表6-1。各國(guó)現(xiàn)用連鑄機(jī)可生產(chǎn)的鑄坯斷面范圍大致是：方坯（50×50）～（450×450），矩形坯（50×108）～（400×560），板坯最大為310×2500,圓坯Φ40～Φ450，異形坯120×240(橢圓形)，Φ450×Φ100（中空形），460×400×120，356×775×100(工字形)。鑄坯斷面的形狀和尺寸對(duì)連鑄機(jī)的生產(chǎn)力有直接的影響，一般說來(lái)，在拉速相等的條件下，斷面越大，連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力越高，而在斷面內(nèi)切圓半徑的條件下，當(dāng)拉速基本一致時(shí)，板坯比方坯連鑄機(jī)的生產(chǎn)力較高。本設(shè)計(jì)取板坯連鑄機(jī)，斷面尺寸200×1000，軋機(jī)規(guī)格為1700熱連軋機(jī)。6.2.3拉坯速度拉坯速度是以連鑄機(jī)每一流每分鐘拉出鑄坯的長(zhǎng)度來(lái)表示m/min。也有用澆注速度表示的，是指每一流每分鐘澆鑄鋼水的重量，t/min或kg/min。我國(guó)一般用拉坯速度表示。通常，拉坯速度有兩種含義：一種是理論拉速，又稱最大拉速，它受連鑄機(jī)設(shè)備能力的限制；另一種是工作拉速，又稱常用拉速，它受鑄坯質(zhì)量的制約。通常生產(chǎn)上指的就是工作拉速。工作拉速是指連鑄生產(chǎn)操作中能順利澆注，保證鑄坯質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的平均拉速。一般低于理論拉速vmax。在設(shè)計(jì)中，工作拉速主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定，常用的經(jīng)驗(yàn)公式是：式中v—工作拉速，m/min；L—鑄坯橫斷面周長(zhǎng)，mm；S—鑄坯橫斷面面積，；—速度換算系數(shù)m·mm/min，其值與鋼種、鑄坯形狀、結(jié)晶器長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)、冷卻制度等因素有關(guān)。一般小方坯為65～75，板板坯的值為55～80，薄板為180～240，小斷面鑄坯取上限，大斷面鑄坯取下限。此處選擇為70.m/min6.2.4連鑄機(jī)的流數(shù)一定的鋼包容量所允許的最大澆鑄時(shí)間是一定的，一定斷面鑄坯的工作拉速是確定的，為了使一個(gè)鋼包的鋼水在規(guī)定時(shí)間澆完，往往需要一臺(tái)連鑄機(jī)同時(shí)澆鑄幾根鑄坯。當(dāng)一臺(tái)連鑄機(jī)只澆鑄一種斷面時(shí)，其流數(shù)的計(jì)算式如下：式中—鋼包容量，；—鋼包澆鑄時(shí)間，；—鑄坯斷面面積，；—該流鑄坯的工作拉速，；—鑄坯密度，鎮(zhèn)定鋼一般取7.6～7.8。本設(shè)計(jì)G=120t，t=60min，=7.8，則連鑄機(jī)的流數(shù)為：本設(shè)計(jì)流數(shù)取2。每臺(tái)連鑄機(jī)的流數(shù)確定后，還要確定每臺(tái)連鑄機(jī)的機(jī)組數(shù)目。這里選擇一機(jī)多流連鑄生產(chǎn)方式，一機(jī)多流設(shè)備輕，有利于發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)能力，要求高水平操作，否則其中一流出事故，有可能造成整個(gè)該機(jī)組停產(chǎn)。故本設(shè)計(jì)的板坯連鑄機(jī)取2機(jī)2流。6.2.5鑄坯的液相深度和冶金長(zhǎng)度(1)鑄坯的液相深度鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)是邊運(yùn)動(dòng)邊凝固，在凝固內(nèi)形成了很長(zhǎng)的液相穴。所謂液相深度（即液芯長(zhǎng)度）是指從結(jié)晶器液面到鑄坯全部凝固的長(zhǎng)度。它是確定弧形連鑄機(jī)弧形半徑和二次冷卻區(qū)的長(zhǎng)度的一個(gè)重要工藝參數(shù)。就具體的連鑄機(jī)而言，液相深度隨速度的變化而變化。液相深度的計(jì)算式：式中—液相深度，；—鑄坯完全凝固所需要的時(shí)間，；—拉坯速度，；—鑄坯厚度，；—綜合凝固系數(shù)，，指鑄坯在結(jié)晶器和二次冷卻區(qū)的凝固系數(shù)的平均值，一般可取24～33，方坯取30～33，矩形坯和圓坯取24～28，這里取K=25。則L1=13.44m?？梢?，液相深度與拉速成正比，它與冷卻強(qiáng)度成反比。(2)連鑄機(jī)的冶金長(zhǎng)度從本質(zhì)上講，根據(jù)最大拉速計(jì)算出來(lái)液相深度就等于冶金長(zhǎng)度，但是在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮連鑄機(jī)可能能達(dá)到的最大拉速和最大鑄坯厚度，而且要考慮到投產(chǎn)后連鑄技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)有進(jìn)一步提高拉速的可能性，因此，往往連鑄機(jī)的冶金長(zhǎng)度大于鑄坯的液相深度，連鑄機(jī)的冶金長(zhǎng)度的計(jì)算式為：一般來(lái)說，在不帶液芯矯直條件下，連鑄機(jī)的冶金長(zhǎng)度是指結(jié)晶器鋼液面至拉矯機(jī)第一對(duì)拉矯輥中心長(zhǎng)度。在帶液芯的矯直條件下，則指結(jié)晶器鋼液面至拉矯機(jī)最后一對(duì)拉矯輥中心的長(zhǎng)度。所以本設(shè)計(jì)的冶金長(zhǎng)度為14m。6.2.6弧形半徑弧形半徑是指連鑄坯鑄坯的外弧半徑。它即影響鑄坯的質(zhì)量，也影響連鑄機(jī)的總高和設(shè)備質(zhì)量，還是標(biāo)志能澆鑄的最大鑄坯厚度的一個(gè)重要參數(shù)。連鑄機(jī)圓弧半徑可按下式初步估算：式中，K為系數(shù)，一般取K=35-45.中小型板坯取K=35-40。，大型板坯取K=40-45；碳素鋼取下限值，特殊鋼取上限值。取K=40得m6.3連鑄機(jī)生產(chǎn)能力的確定連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力與煉鋼爐的類別、容量和座數(shù)、冶煉鋼種、爐外處理工藝、鑄坯斷面、鑄機(jī)臺(tái)數(shù)和流數(shù)、連澆爐數(shù)、連鑄機(jī)作業(yè)率等因素有關(guān)，應(yīng)根據(jù)煉鋼廠的實(shí)際情況，參考設(shè)計(jì)一般原則，作具體計(jì)算后確定。6.3.1連鑄機(jī)與煉鋼爐的合理匹配和臺(tái)數(shù)的確定一般情況下，大容量的煉鋼爐和大板坯、大方坯、小圓坯連鑄機(jī)相匹配（當(dāng)然也可與多流小方坯連鑄機(jī)相配合），小容量的煉鋼爐配中小板坯、小方坯或小圓坯連鑄機(jī)，這樣容易使煉鋼冶煉周期（以及爐外處理周期）和連鑄澆注周期相配合，有利于實(shí)現(xiàn)多爐連澆，提高車間年產(chǎn)量。實(shí)現(xiàn)多爐連澆的主要條件是：（1）嚴(yán)格控制所要求的鋼水成分、溫度和質(zhì)量（氧化性、潔凈度等）,并保持穩(wěn)定，為此，必需配置相應(yīng)的爐外鋼水處理設(shè)備。（2）煉鋼爐冶煉周期（及爐外處理周期）與連鑄機(jī)的澆注周期時(shí)間應(yīng)保持協(xié)調(diào)配合。為此，要求嚴(yán)密的生產(chǎn)管理和質(zhì)量保障體系；既充分發(fā)揮設(shè)備生產(chǎn)能力，又使?fàn)t機(jī)有效地協(xié)調(diào)匹配，具體可在車間調(diào)度作業(yè)圖表上合理安排。（3）連鑄機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力應(yīng)與煉鋼爐小時(shí)出鋼量相平衡（一般連鑄機(jī)應(yīng)有10～20%的富裕生產(chǎn)能力）。設(shè)計(jì)時(shí)，可從鑄坯斷面、拉坯速度、連鑄機(jī)流數(shù)等方面調(diào)整。（4）鋼包、中間包和浸入式水口等壽命要長(zhǎng)，以方便迅速更換。應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，采用快速更換措施。（5）連鑄的后步工序如出坯、鑄坯精整以及運(yùn)輸能力等要能滿足多爐連澆要求。連鑄機(jī)臺(tái)數(shù)的確定：按車間所規(guī)定的鑄坯年產(chǎn)量和所選連鑄機(jī)的實(shí)際產(chǎn)量，就可求出車間應(yīng)配置的連鑄機(jī)的臺(tái)數(shù)。6.3.2連鑄澆注周期計(jì)算連鑄澆注周期時(shí)間包括澆注時(shí)間和準(zhǔn)備時(shí)間，如下式：式中T—澆注周期時(shí)間，min；—準(zhǔn)備時(shí)間，min；指從上一連鑄爐次中間包澆完至下一連鑄爐次開澆的間隔,一般板坯連鑄機(jī)約25min～45min，本計(jì)算中取為30min。n—平均連澆爐數(shù)；取n=5。就提高連鑄機(jī)產(chǎn)量而言，連澆爐數(shù)愈多，鑄機(jī)產(chǎn)量俞高。但是考慮到連鑄機(jī)抗高溫蠕變能力（延長(zhǎng)連鑄機(jī)壽命），以及合理調(diào)配、均衡組織生產(chǎn)，當(dāng)前我國(guó)常用的平均連澆爐數(shù)大約為3～6爐?！獑螤t澆注時(shí)間，min。單爐澆注時(shí)間按下式計(jì)算：式中G—平均每爐產(chǎn)鋼水量，t；B—鑄坯寬度，m；D—鑄坯厚度，m；—鑄坯密度，t/,取ρ=7.7；v—工作拉速，m/min；N—流數(shù)。6.3.3連鑄機(jī)的作業(yè)率連鑄機(jī)的作業(yè)率直接影響到連鑄機(jī)的產(chǎn)量、每噸鑄坯的操作費(fèi)用和投資費(fèi)用的利用率。欲獲得較高的作業(yè)率，必須采用多爐連澆。作業(yè)率按下式計(jì)算：式中——連鑄機(jī)年作業(yè)率，%；——連鑄機(jī)年準(zhǔn)備工作時(shí)間，h；——連鑄機(jī)年澆注時(shí)間，h；——連鑄機(jī)年非作業(yè)時(shí)間，h；——年日歷時(shí)間，8760h。表6.1連鑄機(jī)的非作業(yè)時(shí)間取=2000h。6.3.4連鑄坯收得率在連鑄生產(chǎn)過程中，從鋼水到合格鑄坯有各種金屬損失，它包括鋼包和中間包的殘鋼、鑄坯的切頭切尾、氧化鐵皮、短尺和缺陷鑄坯的報(bào)廢等。通過多爐連澆可以減少金屬損失，提高鑄坯收得率。計(jì)算式如下：式中—鑄坯成坯率，%；取98%—未經(jīng)檢驗(yàn)精整的鑄坯量，t；G—鋼水質(zhì)量，t；—鑄坯合格率，t；98%—合格鑄坯量，t；Y—連鑄坯收得率，%。連鑄坯收得率一般按年統(tǒng)計(jì)。鑄坯成坯率和合格率分別可達(dá)98%和98%左右。連鑄坯收得率：?jiǎn)螤t澆注約96%，兩爐澆注約97%，三爐以上澆注約98%左右。本設(shè)計(jì)采用5爐澆注取，則6.3.5連鑄機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算連鑄機(jī)的產(chǎn)量概念有二：一是連鑄機(jī)的澆注能力，用理論小時(shí)產(chǎn)量表示；另一是連鑄機(jī)實(shí)際產(chǎn)量，它受車間合格鋼水供應(yīng)條件、設(shè)備、管理和操作水平等諸因素的影響，亦即受連鑄機(jī)所可達(dá)到的作業(yè)率的影響。因此，同樣一臺(tái)連鑄機(jī)在不同條件的車間內(nèi)配置時(shí)，其年產(chǎn)量往往有較大的差別。(1)連鑄機(jī)的理論小時(shí)產(chǎn)量式中Q—連鑄機(jī)理論小時(shí)產(chǎn)量，t/h；B—鑄坯寬度，m；D—鑄坯厚度，m；v—工作拉速，m/min；—鑄坯密度，t/m3N—流數(shù)。t/h（2）連鑄機(jī)的平均日產(chǎn)量式中A—連鑄機(jī)的平均日產(chǎn)量，t/d；1440—一天的時(shí)間，min；T—澆注周期，min；G—每爐的平均出鋼量，t；n—平均連澆爐數(shù)；Y—連鑄坯收得率，%。(3)連鑄機(jī)的平均年產(chǎn)量式中P—連鑄機(jī)平均年產(chǎn)量，t/a；A—連鑄機(jī)的平均日產(chǎn)量，t/d；365—一年的日歷時(shí)間，d；—連鑄機(jī)年作業(yè)率。t/a年產(chǎn)250萬(wàn)噸，3臺(tái)連鑄機(jī)同時(shí)工作。則連鑄產(chǎn)量t/a即連鑄年生產(chǎn)量約為250萬(wàn)噸。6.4連鑄機(jī)主要設(shè)備6.4.1鋼包與中間包的鋼流控制系統(tǒng)鋼包與中間包鋼流控制系統(tǒng)基本上有兩種類型：塞棒（桿）水口和滑動(dòng)水口?；瑒?dòng)水口控制系統(tǒng)主要由上、下水口及滑板組成，通過安裝在包底（外部）上的兩塊或三塊耐火材料制成的滑板的相互錯(cuò)位來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼流的調(diào)節(jié)。其優(yōu)點(diǎn)是能較準(zhǔn)確地控制鋼流，安全可靠，更宜于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)澆注。按滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同有三種形式：（1）往復(fù)式滑動(dòng)水口。又有兩板式和三板式兩種，兩板式下滑板可以滑動(dòng)，而三板式是中間滑板可以滑動(dòng)。（2）插板式滑動(dòng)水口。上、下部滑板固定，中間滑板由油壓缸一塊一塊地從一側(cè)推入，從另一側(cè)拉出。插入的滑板有水口滑板和實(shí)心滑板兩種，前者用于調(diào)節(jié)鋼流大小，后者用于關(guān)閉水口。（3）旋轉(zhuǎn)式滑動(dòng)水口?？啃D(zhuǎn)的下滑板對(duì)固定的上滑板作圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，以開閉鋼流，并利用改變孔徑來(lái)調(diào)節(jié)鋼流的大小。下滑板上一般有2-3個(gè)相同或不同孔徑的下水口，可多次使用，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前使用尚不多。保持滑板滑動(dòng)面之間適當(dāng)?shù)木o密程度，是關(guān)系滑動(dòng)水口工作質(zhì)量和防止鋼液從滑動(dòng)面間漏出的關(guān)鍵?；瑒?dòng)水口的滑板既要經(jīng)受出鋼前后溫度急劇變化的熱沖擊，又要承受鋼液的靜壓力及其沖刷、侵蝕和滑動(dòng)摩擦。因此，要求滑板具有高的常溫和高溫抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，高的熱穩(wěn)定性和耐磨性?；瑒?dòng)水口的材質(zhì)采用高鋁、高鋁-剛玉、高鋁-石墨、鎂鋁和鎂鋁-石墨等，一般均用不燒侵油工藝。此外，小方坯連鑄機(jī)中間包鋼流控制一般用定徑水口。6.4.2鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)在連鑄作業(yè)中承載并運(yùn)送鋼包進(jìn)行澆注的設(shè)施，曾經(jīng)有過吊車、固定鋼包座架和鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)等方式。目前廣泛采用的是鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)。本設(shè)計(jì)采用直臂式鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)，鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)在接受跨和連鑄跨之間，一臺(tái)連鑄機(jī)配備一臺(tái)回轉(zhuǎn)臺(tái)?；剞D(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)半徑必