生产500万吨连铸坯的现代化转炉炼钢厂工艺设计

1、年产500万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计目录目录.11绪言.41.1国外炼钢技术的发展.41.2钢铁工业在国民经济中的地位和作用.41.3现代转炉炼钢工艺流程.51.4现代转炉炼钢技术存在的问题.52转炉炼钢车间生产概述.51.1主要钢种及产品方案.61.2工艺流程.63转炉炼钢厂规划设计.61转炉车间组成及生产能力的确定.61.1车间组成.61.2转炉车间生产能力的确定.72主厂房工艺布置.72.1原料跨间布置.72.2炉子跨的布置.82.3精炼跨的布置.82.4浇注跨的布置.84.转炉炉型设计.81炉型设计.91.1炉型选择.91.2主要参数的确定。.92炉底供气构件的设计.113转炉

2、炉体金属构件设计.115转炉供氧系统设计.121供氧制度.121.1氧枪.121.2供氧操作.132氧枪设计.143氧枪装置与副枪.166转炉炼钢的生产工艺设计.171炼钢用原材料.171.1金属料.171.2非金属料.182装料制度.202.1装料次序.202.2装入量.202.3装入量方法.202.4装料操作.203造渣制度.213.1炉渣碱度的控制与石灰加入量的确定.213.2炉渣粘度的控制.213.3炉渣氧化性的控制.223.4泡沫渣及其控制.223.5放渣及留渣操作.224温度制度.234.1出钢温度的确定.234.2冷却剂及其加入量的确定.235终点控制和出钢.246精炼工艺.24

3、7连铸工艺.257.1钢水准备.257.2连铸工艺.257炼钢主厂房各车间主要设备的选择与布置.261原料跨.261.1金属料供应及设备.261.2散装料供应及设备.272转炉跨.292.1钢包需要量以及容量计算.292.2渣罐和渣罐车数量的确定.293精炼设备.304连铸跨.304.1板坯的生产.314.2方坯的生产.324.3其他工艺参数及设备的确定.345制氧机的选择.366主厂房工艺布置.381原料跨跨间布置.382转炉跨间的布置.393精炼设备的布置.424连铸设备的布置.428转炉炼钢厂车间烟气净化系统与回收系统设计.451烟气量的计算.451.1最大炉气量qv0.451.2烟气量

4、qv.451.3烟气成分.451.4煤气浓度修正.461.5回收煤气量的计算.461.6烟气净化系统类型的选择.462烟气净化系统主要设备的选择.47-2.1烟气收集设备烟罩.472.2烟气冷却设备.472.3除尘设备.472.4脱水设备.472.5抽气设备.473含尘污水处理.479转炉炼钢生产技术经济指标及生产组织.481生产组织.482炼钢车间经济指标.521绪言1.1国外炼钢技术的发展世界近代炼钢工业首先诞生于欧洲，机器的大量发明和广泛应用，是炼钢成为最基本的工业材料，对钢铁的数量和质量的需求越来越高。首先公布转炉炼钢法的是英国发明家亨利贝塞麦，1965年，亨利贝塞麦在英国科学协会发表

5、演讲，宣布其发明了底吹酸性空气转炉炼钢法，也因此此法生产率高、成本低的炼钢方法，成为冶金史上的一大创举，从此开创了大规模炼钢的新时代。回顾氧气转炉炼钢的发展，可分为以下三个时期。(1)转炉大型化时期（19501970）：以转炉大型化技术为核心，逐步完善了转炉炼钢工艺和设备。先后开发出大型化转炉设计技术、OG法除尘与煤气回收技术、计算机静态与副枪动态控制技术、镁碳砖综合砌筑与喷补挂渣等护炉工艺技术。(2)转炉复合吹炼时期（19701990）：这一时期，由于连铸技术的迅速发展，出现了全连铸的炼钢车间。对转炉炼钢的稳定性和终点控制的准确性提出了更高的要求。为了改善转炉吹炼后期钢-渣反应远离平衡，实现

6、稳定吹炼的目标，综合顶吹、底吹转炉的优点，研究开发出各种顶低复合吹炼工艺技术，在世界上迅速推广。(3)转炉综合优化时期（1990年以后）：在这一时期，由于社会对纯净钢的生产需求日益增加。迫切需要建立起一种全新的、能大规模廉价生产纯净钢的生产体制。围绕纯净钢生产，研究开发出铁水“三脱”预处理、高效转炉生产、全自动吹炼控制与溅渣护炉等重大新工艺技术。降低了生产成本、大幅提高了生产效率。1.2钢铁工业在国民经济中的地位和作用钢铁工业是国民经济的支柱产业，是国民经济中的主导产业。而钢铁材料是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占90%以上。人们生活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和

7、设施也都要使用钢铁材料。钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量，都有着极大的影响。世界经济发展到今天，钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到根本性的影响，而且，在可预见的范围内，这个地位也不会因世界新技术和新材料的进步而消弱。纵观世界主要发达国家的经济发展史，不难看出钢铁材料工业的发展在美国、前苏联、日本、英国、德国、法国等国家的经济发展中都起到了决定性作用。这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车、造船、机械、电器等工业的发展和经济的腾飞都发挥了至关重要的作用。美国钢铁工业曾在20世纪70-80年代遭到来

8、自日本为主的国外进口材料的冲击而受到重创，钢铁产品生产能力急剧下降，但经过十几年的改造和重建，终于在20世纪90年代中期恢复到其原有的钢铁生产规模，为其维持世界强国地位继续发挥着重要作用。由此可见钢铁工业在国民经济的重要作用，并且钢铁工业在整个国家的发展中都起着举足轻重的作用。1.3现代转炉炼钢工艺流程现在钢铁联合企业是一个庞大而复杂的综合生产部门。在这个钢铁联合企业中，钢铁材料的生产包括采矿、选矿、烧结（球团）、焦化、炼铁、炼钢和各种轧钢等过程。由于各种钢材质量主要决定于炼钢工艺过程和设备，所以炼钢成为钢铁工业生产流程中的中心环节。目前主要的炼钢方式是转炉炼钢，我国现在转炉钢占总钢产量的比例

9、已经超过80%，并接近90%。过去钢铁冶炼的工艺流程基本是铁水炼钢炉（转炉、电炉、平炉）浇铸（模铸、连铸）轧钢的模式，这样的模式由于缺少铁水的预处理、炉外精炼工艺，只能冶炼普通钢种，难以冶炼优质特种高性能钢材，平炉由于其炉渣碱度低，脱磷、脱硫效果差，限制了钢材质量的提高，随着工业和科学技术的发展，对钢材质量和性能提出了更高的要求，迫使人们开发冶炼更多品种的钢材，从而推动了炼钢技术的不断发展。转炉冶炼采用铁水预处理、炉外精炼工艺后，钢的质量大大提高，转炉钢品种增加，转炉不仅能冶炼普通钢种，而且能冶炼高级优质钢种，甚至能冶炼包括不锈钢在内的特种钢，这为转炉炼钢的发展提供了广阔的空间。传统的钢水浇铸

10、一直以模铸为主，不仅生产效率低、工人劳动强度大、车间环境恶劣，而且金属损失大、回收率低、难以浇铸大型钢锭。采用连铸后，情况大为改观，生产效率和金属回收率大为提高，工人劳动强度降低，实现了浇铸过程的完全自动化，近十年中炼钢连铸比不断提高，许多大型钢铁企业均已实现了全连铸。高炉铁水预处理转炉顶低复合吹炼炉外精炼连铸连轧，已成为大型现代化钢铁企业钢铁生产模式。而高炉铁水预处理转炉顶低复合吹炼RH真空精炼连铸连轧铸坯热送直接轧制，则是现在转炉炼钢生产的最佳工艺流程。1.4现代转炉炼钢技术存在的问题现代转炉炼钢技术普遍存在的问题主要是随着社会对洁净钢的生产需求日益提高，迫切需要建立起一种全新的、能大规模

11、廉价生产纯净钢的生产体系。因此，如何降低生产成本、能耗，生产出大量的纯净钢以达到社会的需求是当前必须解决的问题。2转炉炼钢车间生产概述根据设计任务书的要求及各种设计条件提出初步设计思路，这是对设计工作一个框架式的设定。方案的确定要求设计合理，能顺利生产。1.1主要钢种及产品方案本设计主要生产普碳钢、低合金钢，优质碳素结构钢，弹簧钢，也可根据市场的要求进行灵活调整。根据毕业设计任务书中年产320万吨铸坯的要求，确定其产品大纲。见表1-1。表1-1产品大纲钢种代表型号年产钢量所占比例铸坯断面长宽定长尺寸普碳钢低合金钢优质碳素结构钢弹簧钢Q235AQ29520Mn65Mn60万吨60万吨100万吨1

12、00万吨18.7%18.7%31.25%31.25%150150mm150150mm1801000mm220220mm9000mm9000mm9000mm9000mm1.2工艺流程根据设计任务书的要求以及现代转炉炼钢的发展趋势，确定本设计方案其基本的工艺流程（图1-1）。高炉铁水混铁车铁水预处理倒罐站铁水罐扒渣连铸机钢液钢渣轧制连铸机LF炉转炉废钢及其它废料图1-1炼钢车间工艺流程3转炉炼钢厂规划设计1转炉车间组成及生产能力的确定1.1车间组成现代氧气转炉炼钢车间由以下各部分组成：铁水预处理站及铁水倒罐站；废钢堆场与配料间；主厂房（包括炉子跨、原料跨、炉外精炼及钢包装运跨、浇注系统各跨间）；铁

13、合金仓库及散状原料储运设施；渣场；耐火材料仓库；烟气净化设施及煤气回收设施；水处理设施；分析、检测及计算机监控设施；备品备件库、机修间、生产必需的生活福利设施；水、电、气（氧、氩、氮、压缩空气）等的供应设施。1.2转炉车间生产能力的确定（1）转炉容量及座数。根据年产320万吨生产能力的要求，冶炼周期取40min，供氧时间为16min。采用2吹2制度，故转炉公称容量G=3200000/365(1440/40)2=122t，因此采取2座150t转炉。表1-2平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量（t）冶炼时间1003845备注结合供氧强度，铁水成分和所炼吹氧时间121614181620钢种具体确定N=8

14、5%（2）计算年出钢炉数。每一转炉的年出钢炉数N为：1440365T1144036540=11169炉/年式中：T1每炉钢的平均冶炼时间，40min/炉；1440一天的时间，min/d；365一年的日历天数，d/a；转炉作业率，取85%。车间年产钢水量=nNq=211169150=3350700(t)炉外精炼收得率取：99%连铸收得率：98%所以年产铸坯量=335070099%98%=3250849t3200000t，则该车间年产合格钢坯量可以满足设计需求。2主厂房工艺布置氧气转炉炼钢车间的主体部分是主厂房，包括原料跨、炉子跨和浇注跨三大跨间。为了使各种物流运行顺向，将原料跨和浇注跨布置在炉子

15、跨的两侧。2.1原料跨间布置原料跨内主要完成兑铁水、加废钢和转炉炉前的工艺操作。其两端分别布置铁水和废钢工段，采用混铁车运输铁水。其中布置铁水预处理站、铁水倒罐站。铁水预处理采取三站工作制，脱硫预处理站脱硅预处理站脱磷预处理站。由于脱硫的条件和脱硅脱磷不一样，考虑到工艺的顺畅，故将脱硫处理布置在铁水预处理第一站，由于脱磷要求硅含量低于0.15%，因此将脱硅预处理置于脱磷之前。铁水预处理站内设置两条运输线和与其垂直的受铁坑（铁水坑位于铁水线下面），一个受铁坑有两个铁水转注位置。铁水预处理采用喷粉处理工艺，喷吹石灰粉配加石灰石粉及石灰系脱磷剂，预处理后采用机械扒渣。在原料跨的一端设废钢工段供应废钢

16、，用电磁吊车装入废钢料斗，称量后待用。2.2炉子跨的布置炉子跨是车间中厂房最高，建筑结构最复杂和单位投资最多的跨间。很多重要的生产设备与辅助设备都布置在这里，其中包括转炉，转炉倾动系统，散装料供应系统和加料、供氧系统，底吹气系统，烟气净化系统，出渣、出钢设施，拆修炉设备。炉子跨采用横向布置。烟道和烟罩皆沿跨间朝炉后弯曲，一是便于氧枪和副枪穿过烟罩插入转炉内，二是有一个连续的更换氧枪的通道，换枪方便。散装料的各个高位料仓沿炉子跨纵向布置，在其顶部有分配皮带机通过，高位料仓布置在紧靠烟道的后面，这样烟道倾角较大，不易积灰。转炉烟气净化采用湿法文氏管洗涤器，布置在炉子跨内。转炉修炉方法采用上修法，烟

17、罩下部可侧向移动。2.3精炼跨的布置由于产品大纲要求，本设计的精炼工艺流程为：转炉LF炉。LF主要起脱氧、脱硫及调温调整成份作用，提高连铸率和钢水收得率。2.4浇注跨的布置本设计采取全连铸工艺，在连铸跨内安放中间包、结晶器、二冷段、拉矫机。在出坯跨中设置毛刺喷印设备、在线监控和检测设备、废坯清除、精整设备和铸坯热运输设备。这种布置简化了工艺流程和运输组织，占地少，机械化和自动化程度高，有利于实现铸坯直接热送、热装及连铸连轧。连铸设备采用横向布置，钢水运送距离短、物料流程合理，便于增加和扩大连铸机的生产能力，把不同的作业分开，各项操作互不干扰，适于全连铸车间。连铸车间工艺布置的原则是：钢水供应方

18、便，重视中间包拆卸、修砌和烘烤，以及对结晶器和二冷扇形段的更换、对弧等设备设置专门工作区，留有适当的铸坯精整区域，采用计算机技术等。4.转炉炉型设计氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。本章以顶底复吹转炉为重点，对其炉型、炉衬、炉体金属结构和倾动机构以及底部供气构件进行选型和设计。顶底复吹转炉是继氧气顶吹转炉和底吹转炉之后，于70年代中期出现的一种新型转炉炼钢设备。顶底复吹兼有顶吹易于控制成渣过程和底吹可以增大熔池搅拌器强度的优点，是节能降耗、扩大品种、提高产品质量的有效途径；特别对于容量较大的转炉，更具有其优越性。因此，近几年来获得迅速发展。据报道，日本基本淘汰了单纯顶吹法，国内转炉的发展方向也

19、是积极采用复吹。1炉型设计1.1炉型选择本设计转炉公称容量为150吨，属于大中型转炉，采用筒球形炉型。1.2主要参数的确定。（1）炉容比：由于复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳，其钢渣喷溅高度相应低于后，复吹转炉的炉容比可略小于顶吹转炉。从目前实际情况来看，二者炉容比基本相同，即复吹转炉一般也取0.850.95m3/t炉容比取0.92m3/t。（2）熔池尺寸：1）熔池直径DKGtD1.6150/16=4.90m式中D熔池直径，mG新炉金属装入量，t，可取公称容量150t吹氧时间，min，取16K比例系数，取1.62）熔池深度计算：由于选用转炉类型为顶底复吹型转炉，故本设计使用截锥型炉底。根据公式：

20、Vc=G/式中：Vc熔池体积，m3G新炉金属装入量，t，可近似的取其公称容量150t；钢水密度，=6.8t/m3则Vc=G/=150/6.8=22.06m3又有通常倒截锥体顶面直径b=0.7D故存在如下关系式：Vc=0.574hD2式中：h熔池深度，m则可以求出h=Vc/0.574D2h=1.600m=1600mm（3）炉帽尺寸的确定：设计时考虑以下因素：稳定性，便于兑铁水和加废钢，减少热损失，避免出钢时钢渣混出或从炉口流渣，减少喷溅。主要确定炉帽倾角、炉口直径d和炉帽高度H帽。口1）炉帽倾角：对于150t的转炉，选取62。2）炉口直径d：考虑到满足兑铁水和加废钢的要求，减少热损失，减少喷口溅

21、，减少空气进入炉内和改善炉前操作条件等因素，炉口直径d=0.45D=2.02m。口3）炉帽高度H帽：为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大，在路口上部设有高度为H=400mm的直线段。因此炉帽高度为口H=1/2（D-d）tg+H帽口口=1/2(4.90-2.02)tg62o+0.40=2.52m炉帽总容积V帽V=（H帽-H）（D2+Dd+d2）+d2H=22.35m3124帽（4）出钢口尺寸计算：出钢口中心线水平倾角取18出钢口尺寸d出631.75G=180mm出钢口外径一般为出钢口内径的6倍左右，即d外=6d出=1080mm出钢口长度LT出钢口长度一般为出钢口内径的78倍，即L

22、T（78）d本设计取为7，则LT=1260mm（5）炉子内型高度：本设计中炉容比选0.92转炉有效容积Vt=1500.92=138.0m3出DD2H身24V4(VVV）身t帽池m式中：V、V、V分别为炉帽、炉身和熔池的容积；帽身池Vt转入有效容积=炉容比公称容量。H=H+H+h=2520+4960+1600=9080mm=9080m内帽身（6）转炉炉衬的设计：炉衬一般由永久层、填允层和工作层三层组成。1)永久层：紧贴炉壳钢板，通常是用一层镁砖或高铝砖侧砌而成，厚度113115mm，其作用是保护炉壳钢板，修炉时不拆除。2)填允层：介于永久层和工作层之间，一般是用焦油镁砂捣打而成。厚度80100。

23、填允层的作用是减轻工作层受热膨胀时对炉壳钢板的挤压作用，便于修炉时迅速拆除工作层和砌炉操作。也有的炉不设填允层。3)工作层一般用镁碳砖砌成。所谓炉衬寿命即工作层的寿命，当工作层被侵蚀损坏后（残余厚度10mm）就要更换炉衬了。工作层厚度为400800mm，炉底工作层比炉身略薄一些，约350600mm，填允层80100mm，炉身永久层113200mm，炉底永久层300500。本例设计取炉身工作层为750mm，永久层150mm，填允层100mm，则总厚度为750+150+100=1000mm，D壳内=4.90+1.02=6.90m炉帽和炉底工作层均选为600mm，炉帽永久层为150mm，填充层为10

24、0mm；炉底永久层用标准镁砖立砌一层230mm，黏土砖平砌三层653=195mm，填充层100mm，则炉底砖衬总厚度为600+230+100+195=1125mm。（7）炉壳厚度的确定炉身部分选78mm厚的钢板，炉帽和炉底部分选用65mm厚的钢板，则H=9.080+1.125+0.065=10.250m总=D壳6.90+20.078=7.056mH总D壳，=10250/7056=1.441.3符合要求，所以认为所设计的炉子尺寸基本上是合适的，能够保证转炉正常运转。2炉底供气构件的设计底部供气作用为加强搅拌型，实行顶部吹氧和底部吹N2、Ar，先吹氧后吹氩。采用类环缝管式喷嘴，可以喷吹各种气体和粉

25、剂。八个喷嘴非均匀布置于炉底。3转炉炉体金属构件设计转炉炉体金属构件由炉壳、炉体支承装置及倾动机构组成。（1）炉壳：炉壳由炉帽、炉身和炉底组成。炉帽制成圆椎型。采用水冷炉口，使用蛇形钢管铸在铸铁的炉口圈内制成，用卡板焊在炉帽上。炉身呈圆柱形，炉底采用截锥型。炉帽可以移动，炉身和炉底进行焊接。在转炉吹炼过程中，炉壳承受多种负荷的作用，是炉壳产生相应的应力，以致引起不同程度的变形。因此必须选用抗蠕变强度高、焊接性能好的材料。本设计选用16Mn。炉壳尺寸如下：炉帽钢板厚度65mm，炉身钢板厚度78mm，炉底钢板厚度65mm，炉壳高度10250mm，炉壳外径7056mm。（2）支承装置：支承装置主要由

26、托圈、炉体与托圈的连接装置、耳轴及其轴承组成。托圈采用钢板焊成呈箱形断面的环形结构，其尺寸如下：断面高度2100mm，断面宽度700mm，盖板厚度120mm，腹板厚度70mm。托圈与炉壳之间间隙参照炉壳直径的3%确定，以改善炉身的通风条件和适当留有扩容潜力。炉壳与托圈采用自调螺栓连接装置。炉壳上部焊有两个加强圈，炉壳通过他们和三个带球面垫圈的自调螺栓与托圈连接在一起，三个螺栓在圆周上呈120度布置，且与焊在托圈盖板上的支座铰接。该结构能适应炉壳和托圈的不等量变形，载荷分布均匀，制作方便，工作性能好。耳轴及其轴承：炉体和托圈的全部载荷都通过耳轴，经轴承座传给地基；同时倾动机构的倾动力矩又通过耳轴

27、传给托圈和炉体。因此耳轴应具有足够的强度和刚度以适应以上多种载荷的要求。采用合金钢材质，其直径取1150mm，其轴承采用重型双列向心球面滚子轴承，与托圈的连接方式采用法兰螺栓连接。倾动机构：保证转炉倾动角度达到360，实现与氧枪和烟罩机构连锁，能适应载荷的变化和结构的变形。采用两级调速，低速为0.1r/min，高速为1.0r/min。倾动力矩选取应确保操作的安全性，而轴位置的确定应兼顾安全性和经济性。其具体参数如下：最大倾动力矩为2000KN/m，耳轴中心到炉底的距离为5200mm。倾动机构采用电动机齿轮传动方式，为了保证设备运行的安全性和实现设备轻、结构紧凑、占地面积少的目的，本设计采用全悬

28、挂式倾动机构。5转炉供氧系统设计1供氧制度供氧制度的主要内容包括确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制。供氧是保证杂质去除速度、熔池升温速度、造渣制度、控制喷溅去除钢中气体与夹杂物的关键操作，关系到终点的控制和炉衬的寿命，对一炉钢冶炼的技术经济指标产生重要影响。1.1氧枪氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/p056%），杂质量少，块度合适。氧化铁亦称铁磷，是钢坯

29、加热，轧制和连铸过程中产生的氧化壳层，铁量约占70%-75%。氧化铁皮还有助于化渣和冷却作用，使用时应加热烘烤，保持干燥。2装料制度2.1装料次序对使用废钢的转炉，一般先装废钢后装铁水。先加洁净的轻废钢，再加入中型和重型废钢，以保护炉衬不被大块废钢撞伤，而且过重的废钢最好在兑铁水后装入。为了防止炉衬过分急冷，装完废钢后，应立即兑入铁水。炉役末期，以及废钢装入量比较多的转炉也可以先兑铁水，后加废钢。2.2装入量装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量，它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的主要因素之一。装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定。通常，铁水配比为70%-90%，其值取决于铁水温

30、度和成分，炉容比、冶炼钢种、原材料质量和操作水平等。确定装入量时，考虑的因素：（1）炉容比：它是指转炉内自由空间的容积与金属装入量之比(m3/t)，通常在0.7-1.0波动。（2）熔池深度：合适的熔池深度应大于顶枪氧气射流对熔池的最大穿透深度，以保证生产安全，炉底寿命和冶炼效果。（3）炉子附属设备：应与钢包容量、浇注吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、连铸机的操作等相适应。2.3装入量方法目前国内采用三种即定量装入、定深装入和分阶段定量装入法。（1）定量装入指整个炉役期间，保证金属料装入量不变；（2）定深装入指整个炉役期间，随着炉子容积的增大依次逐渐增大装入量，保证每炉的金属熔池深度不变；（3）分

31、阶段定量装入法指将整个炉按炉膛的扩大程度划分为若干阶段，每个阶段实行定量装入法。分阶段定量装入法兼有两者的优点，是生产中最常见的装入制度。本设计采用此种方法。2.4装料操作目前，本设计采用混铁车供应铁水，即高炉来的铁水储存在混铁车中，用时倒入铁水罐天车兑入（解决高炉出铁与转炉用铁不一致的矛盾，同时保证铁水的温度稳定，成分波动小）；废钢则是事先按计算值装入料斗，用时天车加入。为减轻废钢对炉衬的冲击，装料顺序一般是先兑铁水后加废钢，炉役后期尤其如此。兑铁水时，应炉内无渣（否则加石灰）且先慢后快，以防引起剧烈的碳氧反应，将铁水溅出炉外而酿成事故。目前国内各厂普遍采用溅渣护炉技术，因而多为先加废钢后兑

32、铁水，可避免兑铁喷溅。3造渣制度3.1炉渣碱度的控制与石灰加入量的确定炉渣碱度是脱硫、脱磷能力的基本标志，早期炉渣的碱度一般控制在2.42.8之内，在冶炼含磷硫较高的原料和低磷硫的钢种时，要提高碱度，一般控制在2.83.2。石灰加入量主要根据铁水中硅磷含量和炉渣碱度确定在铁含磷量较低，采用单渣法和废钢做冷却剂时，石灰加入量可安下式计算：石灰加入量=2.14%SiR1000%CaO有效kg/t金属料式中R=(%CaO)/(%SiO2)碱度（%CaO）石灰中的有效CaO含量%CaO-R%SiO石灰有效2当铁水中含磷较高并假定金属料中含磷量的90氧化进入炉渣，则石灰加入量按下式计算：石灰加入量100

33、0R2.14%Si1.31%P%CaO有效式中R%CaO%SiO0.634%PO；2250.6340.90142/621.31；142/62为P2O5相对分子质量与P2相对分子质量之比影响石灰溶解速度的因素(1）FeO是石灰的基本熔剂，有利于时会的溶解，FeO能降低炉渣的粘度，加速石灰块外部的传质，并改善炉渣对石灰的润湿和炉渣向石灰孔隙中的渗透，FeO和CaO同是立方晶系，有利于氧化铁向石灰晶格中迁移和扩散。(2）中期炉渣“返干”使石灰溶解缓慢。“返干”主要使碳的激烈氧化使渣中氧化铁浓度降低较多，致使炉渣的熔点显著升高，炉渣变稠而不活跃，成为半固体状态而失去精练能力。(3）温度对石灰的熔解速度

34、也有影响，高温使外部和内部的传质加速，使生成的渣壳和硅酸二钙迅速熔解。兑铁水前，预热石灰，能显著增加成渣过程。(4）萤石能降低CaO以及2CaO-SiO2熔点，吹炼中期加入萤石可以防止炉渣“返干”。3.2炉渣粘度的控制过粘的炉渣去除磷、硫缓慢，含有大量的金属珠，降低钢水的收得率；过稀得炉渣则强烈侵蚀炉衬。渣粘得原因通常是炉渣得熔点与当时的熔池温度接近，熔池的温度低于炉渣的液相线时，炉渣特别粘稠。此时，提高渣中CaF2、（FeO）、MnO、MgO等含量都能使炉渣熔点降低，流动性改善。在确保去硫、磷的条件下，加入白云石等含MgO的材料，适当提高终渣的粘度，可以在终渣停吹时，部分粘附在炉衬内表面，使

35、炉龄延长。3.3炉渣氧化性的控制用渣中氧化铁的活度表示炉渣的氧化性使最合理的，因为渣中的氧化铁不会呈自由状态存在，但是，由于确定氧化铁的活度相当复杂，因此一般只用于研究工作，生产中普遍用氧化铁的浓度表示炉渣的氧化性，影响炉渣氧化性的主要因素:（1）枪位和氧压：在一定的供氧强度下，枪位提高或氧压降低时，炉渣的氧化性增强。（2）脱碳速度：脱碳速度越大，碳夺取炉渣中的氧越强烈，而且熔池搅拌越有力，促进炉渣中的氧化铁向金属中传递，炉渣氧化性大大减弱。（3）温度对炉渣的氧化性是间接的，熔池温度低而使金属和炉渣粘度增大，炉渣向金属传递氧和金属吸收射流的氧减慢，炉渣的氧化性增强。对镇静钢和沸腾钢的终渣氧化性

36、，有不同的要求。镇静钢要求尽可能完全脱氧，因此，在保证去除磷，硫的条件下，应将渣中（FeO）控制在尽可能低的限度内。沸腾钢要求有适当的含氧量，吹炼含碳0.2%的沸腾钢时，往往需要增强炉渣的氧化性以提高钢水的含氧量，吹炼含碳0.08%沸腾钢时，应避免终渣氧化性过强。3.4泡沫渣及其控制在顶吹氧气转炉吹炼的前、中期，提高炉渣中（FeO）的含量以加入石灰的熔化和促进去磷，产生泡沫渣是不可避免的，往往是在炉渣（FeO）高和熔池温度较低时产生的。目前对泡沫渣还不能完全控制，通常在吹炼中期或稍微偏前一些，泡沫化程度达到最大值，熔池面上涨出现在碱度1.51.7和脱碳速度最大的时候。在开吹的初期，由于渣量很少

37、和脱碳速度不大，熔池面上涨很少，炉渣的泡沫化不致造成溢渣和喷溅。随着吹炼的进行，渣量迅速增大，在采用高（FeO）化渣时，炉渣的泡沫化程度迅速增大。如果熔池温度较低，炉渣较粘，一旦碳开始剧烈氧化，泡沫渣将大量从炉口溢出，并产生强烈喷溅。吹炼末期，脱碳速度下降，熔池温度升高，炉渣的泡沫化程度随之减小。为了避免炉渣的过分泡沫化，还应尽可能保持吹炼初期的热行。在铁水温度较低时，应先提温，待温度上升后，再提枪化渣。铁矿石或其他固体氧化剂不应一次加入过多，以免使熔池温度剧烈下降，渣中（FeO）急剧增多。采用软烧石灰，可降低化渣所需要的（FeO）含量，炉渣流动性也好，可使炉渣泡沫化程度减小，铁水含硅量降低可

38、以减少渣量，减轻泡沫渣危害。3.5放渣及留渣操作目前，转炉的造渣操作有吹炼中途不放渣的“单渣法”，中途放出部分炉渣的“双渣法”，以及将上炉的部分或全部终渣留在炉内作为下一炉渣料的“双渣留渣法”，。单渣法：用含硅量1.0%和含磷量0.30.4的铁水吹炼低碳钢，在去硫率达40即可满足所炼钢种要求时，通常采用单渣法。双渣法：当铁水含硅量1.0，产去硫率40的钢种，水含磷量达0.51.5；或原料含磷量虽0.5，但要求生产低磷的高、中碳钢；以及要在炉内加入大量含有易氧化元素的合金废钢时，应用双渣法。双渣留渣法：双渣法的终渣，一般有高的碱度和比较高的（FeO）含量，它对铁水具有一定的去磷和去硫能力，熔点不

39、高，本身含有大量的物理热。将这种炉渣部分地、甚至全部留在炉内，可以显著加速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期的去磷和去硫率，节省石灰用量和提高炉子的热效率，4温度制度4.1出钢温度的确定出钢温度可按下式确定：t液=t1+t2+t3式中t1所浇钢种的液相线温度t2浇注过程种钢水的温降t3从出钢、钢水精炼到开浇时钢水的温降，（1）：t决定于钢液成分，钢种不同或者同一钢种成分有差异时，其液相线液温度液不同，t可按下列推荐公式计算t液液=153788%C+8%Si+5%Mn+30%P+25%S+5%Cu+4%Ni+2%Mo+2%V+1.5%Cr（2）t1它是钢水浇注过程中的温降，即钢水开浇时必须保持

40、的过热温度。合适的开浇温度主要由生产条件和浇注质量所决定，连铸过热度通常为530，内部质量要求严格的钢以过热度偏低为好。（3）t2其值随生产条件不同而异，它与出钢时间、钢流状态、盛钢桶大小、桶衬温度、加入铁合金状况、镇静时间等有关，一般为3080。对于连铸，由于增加了中间包热损失，中间包水口小，浇注时间长，因此钢水温度要比模铸高2050，对于有精炼工序的车间，还必须考虑精炼过程中钢水温度的升降。4.2冷却剂及其加入量的确定冷却剂的冷却效果q为加热冷却剂到一定的熔池温度时消耗的物理热（Q）冷热和冷却剂发生化学反应消耗的化学热（Q）之和，即qQ+Q化冷热化顶吹氧气转炉炼钢所用的冷却剂一般有废钢、铁

41、矿石、氧化铁皮，废钢作为冷却剂的优点是杂质少，可减少成渣量。铁矿石用作冷却剂的优点是加料时不占用吹炼时间，有利于快速成渣和去磷，并能降低氧耗和钢铁料消耗，吹炼过程中调节温度比较方便，氧化铁皮是轧钢的铁屑，其冷却效果比矿石稳定，含杂质少，生成渣量也少。废钢加入量的计算假设需要废钢进行冷却的富余热量为Q，废钢的冷却效果为q余废钢，则应加q入的废钢量G废钢为：QG余废钢废钢铁矿石加入量的计算。由于铁矿石含SiO2，故用铁矿石作冷却剂时，为了保持炉渣的规定碱度R，需要补加石灰。因此在计算铁矿石加入量时，应考虑补加石灰的冷却作用。如果G表示矿石的加入量，G表示补加石灰量，q表示矿石灰矿铁矿石的冷却效果，

42、q表示石灰的冷却效果，Q为富余热量，则石灰余Q余Gq+G矿矿石灰q石灰G石灰GSiO2矿R为了保持规定的炉渣碱度R，需补加的石灰量可根据矿石中SiO2的含量（SiO2）和石灰中自由CaO的CaO求出。矿自由矿CaO自由由上面式子得出铁矿石的加入量CaOG矿Q矿qSiO2余R矿自由q石灰5终点控制和出钢终点控制是转炉吹炼末期的重要操作。有于脱磷比脱碳操作复杂，因此总是尽可能提前让磷、硫去除到终点要求的范围内。这样，终点控制便简化为脱碳和钢水温度控制，所以把停止吹氧又称为“拉碳”，从广义上讲，终点控制应包括所有影响钢质量的终点操作和工艺因素控制。转炉的自动控制可以达到准确控制吹炼过程和终点的目的，

43、具有较高的命中率，经验控制经常采用“增碳法”和“拉碳法”。增碳法省去倒炉、取样及随后的补吹时间，因而生产率高，终渣（FeO）高，化渣耗，去磷率高，热量收入较多，有利于增加废钢用量。拉碳法具有终点钢水氧含量和终渣（FeO）较低，终点钢水含锰量较高、氧气消耗较少等优点。转炉出钢时间约26min，应采用红包出钢和挡渣出钢法。6精炼工艺出钢后，钢包车运载钢包至精炼跨进行精炼，本设计采用LF炉设备进行精炼，精炼后的钢水运往连铸跨进行浇注。（1）加热与温度控制LF炉采用电弧加热，加热效率一般60，高于电炉升温热效率。吨钢水平均升温1耗电0.50.8kWh。升温速度决定于供电比功率（kVA/t），供电比功率

44、的大小又决定于钢包耐材的熔损指数。通常LF炉的供电比功率为150200kVA/t，升温速度可达35/min，采用埋弧泡沫技术可提高加热效率1015。采用计算机动态控制终点温度可保证控制精度5。（2）白渣精炼工艺利用白渣进行精炼，实现脱硫、脱氧、生产超低硫和低氧钢。白渣精炼是LF炉工艺操作的核心：出钢挡渣，控制下渣量5kg/t钢包渣改质，控制R2.5，渣中w(TFe+MnO)3.0白渣精炼，一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣，控制R4，渣中w(TFe+MnO)1.0控制炉内气氛为弱氧化性，避免炉渣再氧化适当搅拌，避免钢液面裸露，并保证熔池内具有较高的传质速度。（3）合金微调于窄成分控制在

45、线建立快速分析设施，保证分析相应时间3min精确估算钢水重量和合金收得率钢水脱氧良好，实现白渣精炼计算机在线准确计算各种合金加入量，保证钢水成分的准确性与稳定性。7连铸工艺7.1钢水准备（1）出钢温度的确定：T出钢TC+T（2）调整钢水温度的措施：总1）钢包：钢包内吹氩搅拌；加废钢降温；炉外精炼加热；2）中间包：中间包加热；（3）钢水成分的控制1）碳是对组织性能影响最大的元素，在符合钢种标准要求的前提下，避开裂纹敏感区。2）硅锰是对组织影响的另外两个元素，浇注的前后期硅锰含量应不变，多炉连浇时、尽量稳定。3）其它杂质元素（O、S、N、H）7.2连铸工艺（1）浇注操作大包开浇；加入中间包覆盖剂（

46、液面200mm)；中间包开浇(300mm)；移开摆动流槽；起步(结晶器液面距上口80100mm)自动拉坯；加保护渣、捞渣圈；换包以防大包下渣（2）浇注温度控制控制大包到平台温度，以尽量减少中间包温度的波动（3）拉坯速度控制按结晶器出口处坯壳厚度计算按铸机冶金长度计算（4）影响拉速的因素钢种；断面形状和尺寸；注温（5）拉坯速度控制塞棒；滑动水口；定径水口（6）冷却控制（二冷）二冷强度确定原则：1）自上到下冷却强度由强到弱2）最大冷速：200/m，铸坯表面温度回升应小于100/m3）矫直避开脆性区7炼钢主厂房各车间主要设备的选择与布置炼钢车间的主要设备的选择和计算，主要指炼钢车间中各跨中设备的选择

47、和计算。计算的目的是设备的选型（确定其容量和规格、型号和尺寸）与确定必要的数量。并为所需工作场地和存放场地的工艺布置提供依据。下面是对各跨间主要设备的选择和计算。1原料跨1.1金属料供应及设备（1）混铁车本设计采用全连续铸钢，而不设模铸车间，由于转炉容量为150t，故采用混铁车（鱼雷罐车）运送铁水。混铁车的结构如图6-1所示，其形状可保证有较小的热损失N=RDT=3.82，取4台。Q=1.153.82=4.4取5台。图6-1混铁车结构图混铁车的容量根据转炉容量而定，一般为转炉的整数倍，并与高炉出铁量相当。转炉炼钢车间所需混铁车台数N计算如下：转炉炼钢车间所需鱼雷罐车的台数计算式如下：340.4

48、562424N车间一昼夜生产周转的鱼雷罐车数R一昼夜出钢炉数，34D每炉钢使用鱼雷罐车的车次，0.45次/炉T鱼雷罐车的作业周转时间6h由于备用的鱼雷罐车为总数的15%，所以总（2）铁水罐对于150t的转炉，选择150t的铁水罐，并且由于铁水罐的使用寿命长，车间共需铁水罐5个，其中2个工作，2个烘烤，1个修理。（3）废钢供应系统1）转炉车间昼夜所需废钢量Q=nTB式中：T转炉公称炉容量，t；B废钢比；n车间昼夜出钢炉数。则Q=3415012.27%=625.77t/d2）废钢料斗容量及数量废钢料斗容积的大小决定于每炉废钢的装入量，废钢一次一斗装入，其废钢料斗容积V（m3）计算式如下：=Vq20

49、.972.50.8=10.50m3AQx式中：q每炉加入废钢量，根据物料平衡计算得本设计为15012.27%=20.97t；料斗装满系数，取0.8；废钢的堆积密度，t/m3，本设计取2.5t/m3。废钢料斗数量为车间周转之料斗数，再加上备用料斗数量，设计中取5个。3）废钢贮仓容积或堆放场地所需面积废钢进行分类存放，堆放于原料跨一端的废钢间中，按每炉需用量装入废钢料斗运至转炉前。废钢间的面积决定于废钢储存定额，由于本设计中设定企业有自己的废钢加工站，考虑储存3天，废钢间面积可按下式计算：3=594.15m21.2H1.21.22.5式中：Q每日所需废钢量，t/d，根据物料平衡计算得本设计为712

50、.98t/dx废钢储存天数，d，本设计为3d；H废钢储存允许高度，包含坑的深度，按平均取1.2m；废钢堆积密度，本设计取2.5t/m3;1.2装满系数。1.2散装料供应及设备（1）地面料仓容积和数量的确定地面料仓的容积V（m3）：VQt0.8Y式中：Q一天需要的原料量，t；t贮存天数，取2天；0.8料仓装满系数；Y散料堆积密度，t/m3。根据物料平衡计算可得：石灰：V=(5.88/91.07)150342/(0.81.0)=823.21m3萤石：V=(0.44/91.07)150342/(0.81.7)=36.24m3选用标准料仓，总容量为：V=126m3白云石：V=(2.20/91.07)1

51、50342/(0.81.7)=181.18m3焦炭粉：V=(0.036/91.07)150342/(0.80.6)=8.40m3总故料仓需要个数：石灰料仓个数：n=823.21/126=6.53取7个萤石料仓个数：n=36.24/126=0.29取1个白云石料仓个数：n=181.18/126=1.44取2个焦炭粉料仓个数：n=8.40/126=0.07取1个（2）上料方式的选择本设计采用全胶带运输上料系统，其作业流程如下：地下（或地面)料仓固定胶带运输机转运漏斗可逆式胶带运输机高位料仓分散称量漏斗电磁振动给料器汇集胶带运输机汇集料斗转炉这种上料系统的特点是运输能力大，上料速度快而且可靠，能够进

52、行连续作业，有利于自动化；但它的占地面积大，投资多，上料和配料时有粉尘外逸现象。（3）高位料仓容积和数量的确定高位料仓的作用在于临时储料，并利用重力向转炉及时和可靠地供料保证转炉正常生产。高位料仓的横截面一般为矩形，上部为长方体，下部为四角锥形。椎体部分的倾角不小于4550，放料口尺寸为标准散状料尺寸的36倍以上，一般大致为150300mm，以保证料仓内的散状料能自由下落，避免堆积成拱和卡料。高位料仓沿炉子跨纵向布置有三种方案，分别为共用高位料仓、部分共用高位料仓、单独高位料仓。本设计选用单独高位料仓。高位料仓容积计算：Vqt0.8Y式中：V料仓容积；q一天内转炉原料消耗量，t；0.8料仓装满

53、系数；t原料贮存时间，取h；Y散料堆积密度，t/m3；石灰按68小时备料，其它24h，白班上料。石灰：V=(5.88/91.07)15034(1/3)/(0.81.0)=137.02m3萤石：V=(0.44/91.07)150341/(0.81.7)=18.12m3白云石：V=(2.20/91.07)150341/(0.81.7)=90.59m3焦炭粉：V=(0.036/91.07)150341/(0.80.6)=4.20m3各散料标准仓计算和数量的确定：铁矿石、石灰、萤石、白云石、焦粉用料仓容量选25m3，则：石灰料仓个数：137.02/25=5.50取6个萤石料仓个数：18.12/25=0

54、.73取1个白云石料仓个数：90.59/25=3.62取4个焦炭粉料仓个数：4.20/25=0.17取1个采用共用料仓，其优点是料仓数目少，停炉后料仓中剩余石灰处理方便。缺点是称量及下部给料器的作业频率太高，出现临时故障时会影响生产。（4）铁合金的供应QAT=7.08，取8个；24602460铁合金料仓容积计算：VQt0.8Y式中：V料仓容积；Q一天内转炉原料消耗量，t；0.8料仓装满系数；t原料贮存时间，h；Y铁合金堆积密度，t/m3；铁合金储存天数为3天FeSi：V=(0.49/91.07)150343/(0.82.5)=41.2m3FeMn：V=(1.02/91.07)150343/(0

55、.83.5)=61.2m3各种铁合金标准仓计算和数量的确定：铁合金用料仓容量选25m3，则：FeSi所用料仓个数：41.2/25=1.65取2个FeMn所用料仓个数：61.2/25=2.45取3个大型转炉炼钢车间的铁合金供应采用类似于散状料系统的全胶带供料系统。这种系统工作可靠，运输量大，机械化程度高，对于需要铁合金品种多，用量大的炼钢车间特别适用。2转炉跨转炉车间布置150t转炉两座。2.1钢包需要量以及容量计算车间需要的钢包数Q10的计算式如下：Q10=Q11+Q12+Q13=12个式中：Q11车间每昼夜生产周转使用的钢包个数，34300111Q12车间每昼夜冷修的钢包数，Q12=At/2

56、4F=(3450)(2440)=1.77，取2个；Q13车间备用的钢包数，取钢包总数的10%，本设计取2个；A车间每昼夜出钢炉数；T1每炉钢使用钢包的作业时间，min，本设计取300min；t每个冷修钢包修理周期时间，h，本设计取50h；F钢包使用寿命，本设计取40次钢包容量一般取转炉容量的1.1倍，取170t。2.2渣罐和渣罐车数量的确定设计冶炼2炉渣装一渣，冶炼初期，每炉出钢为150t，由物料平衡知一炉钢产生的渣量为(11.74/91.07)150=19.34t，则一罐渣为38.68t，取炉渣比容为0.28m3/t，则渣罐容积为38.680.28=10.83m3，根据渣罐系列取20m3。车

57、间所需的渣罐数量Q为40QQQQ=8个40414243Q车间每昼夜周转使用的渣罐数量，QZT2424式中5个；41414=176=4.25取Q生产时常安放在炉下渣车上和其它指定位置上的渣罐，取2个；42Q车间渣罐备用数，约取总数的10%，取1个；43Z每昼夜车间生产需要的渣罐数，Z=34/2=17个；T一个渣罐的作业周转时间，取6h43精炼设备LF精炼炉设备包括以下几部分：电弧加热设备，渣料、合金料的称量、运送、添加装置，钢包炉炉体及钢包台车，钢水搅拌供氩设备。本设计选择LF精炼炉2座LF炉整体结构为钢包车移动式。作为精炼炉炉体的钢包内型尺寸较位矮粗，H/D1，钢包上口外缘装有水冷圈，防止包口

58、变形和保证炉盖与之密封接触，底部装有滑动水口和吹氩透气砖，钢包可须按气密性焊接的要求焊制。LF炉电弧加热系统与三相电弧炉加热装置相似，电极支撑与传动结构相似，只是尺寸随钢包炉结构而异。200t钢包炉的技术数据如下:初炼炉150t的转炉钢包炉容量200t钢包炉变压器容量21/25MV.A初级电压10kV次级电压300V/110V次级电流38kV电极直径450mm电极心圆直径800mm加热效果平均加热速度3.8/min平均能耗0.55kWh/t炉盖下部与钢包上口接触处采用密封装置，炉盖采用水冷结构型，为保护水冷构件和减少冷却水带走热量，在水冷炉盖的内表面衬以捣制耐火材料，下部还挂铸造的保护挡板，以

59、防钢液激烈喷溅，粘结炉盖。4连铸跨采用弧形连铸机，本设计任务为板坯100万吨，方坯220万吨4.1板坯的生产板坯尺寸为180mm1000mm（1）钢包允许的最大浇注时间Tmax=lgG0.2f0.3式中Tmax钢包允许的最大浇注时间，minG钢包容量，150tf质量系数，取12则Tmax=lgG0.2lg1500.2f=12=79min0.30.3（2）拉坯速度理论最大拉速vmax(4K2D2)L式中vmax理论的最大拉速，m/min；L冶金长度；D铸坯厚度，180mm；K综合凝固系数，取30。最小坯壳厚度：min=KmLmvmax式中Km结晶器内钢液凝固系数，mm/min1/2，可取20；L

60、m结晶器的有效长度，0.9m；min结晶器出口处的最小坯壳厚度，取15mm。可求得vmax=1.6m/s；L=14.4m工作拉速vKLS式中v工作拉速，m/minL铸坯横断面周边长，mmS铸坯横断面面积，mm2K速度换算系数，取80则v801802100021.04m/min根据实际经验选取为1.5m/min18000（3）连铸机的流数当一台连铸机只浇注一种断面时，其流数N的计算式如下：则nG2.54则板坯连铸机为3流。nGtSv式中G钢包容量，取150t；t钢包允许浇注时间，取40min；S铸坯断面面积，m2；v拉速，取1.5m/min；铸坯密度，取7.8t/m3150tSv7.8（4）连铸