KR法年产300万吨合格铸坯铁水预处理系统设计-weiyan1

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题目：年产300万吨合格铸坯铁水预处理系统设计学生姓名：魏延学号：0703102214专业：冶金工程班级：2007-2班指导教师：富晓阳

年产300万吨合格铸坯炼钢精炼系统设计摘要：铁水预处理是指在进入炼钢炉之前预先脱除某些杂质的预备处理过程，包括预脱硫，预脱硅，预脱磷，铁水预处理是目前钢铁企业工艺技术结构调整、增铁节焦、改善钢材质量、扩大纯净钢冶炼品种、提高钢铁产品竞争力和附加值的最有效途径。本文通过对铁水预脱硫、预脱磷、脱硅发展现状，预脱硫、脱磷、脱硅基本原理，预处理剂，处理方法和处理效果的比较研究，在此基础上，通过参考大量文献资料并结合国内外多家大型钢铁厂的生产实践，全面考虑设计车间的经济性、先进性、环保性，设计了一套当前先进的铁水“三脱”预处理系统，即KR脱硫，转炉脱磷、脱硅。本设计对KR搅拌脱硫装置，料仓，扒渣及除尘设备和脱磷转炉、供氧系统、供料系统、除尘系统等方面进行了详细的计算和设计，同时对一些与设备有关的工艺参数进行了优化设计。关键词：铁水预处理；KR脱硫；转炉脱磷、脱硅Abstract：Ironpretreatmentreferstosteelfurnaceinadvanceintothepreparedsomeimpurityremovalprocess，Includingpre-desulfurization，pre-siliconremoval，predephosphorization，Hotmetalpretreatmenttechnologyistherestructuringofsteelindustry，cokebyrail，toimprovethesteelquality，andexpansionofcleansteelsmeltingvarieties，improvecompetitivenessandvalue-addedsteelproducts，themosteffectiveway.Basedonthedesulfurizationofhotmetalpre-，pre-dephosphorization，desiliconization，pre-desulfurization，dephosphorization，desiliconizationthebasicprinciplesofpre-treatmentagent，theprocessingmethodandcomparativestudyofthetreatmenteffect，onthisbasis，byreferencetoalargenumberofdocumentsmorethanathomeandabroadincombinationwiththeproductionoflarge-scalesteelplantpractice，takingfullaccountofthedesignworkshopoftheeconomy，nature，environmentalprotection，anddesignedacurrentofhotmetalart＂threefrom＂pre-processingsystem，soKRdesulfurization，dephosphorizationconverter，desiliconization．ThedesignofmixingKRdesulfurizationdevices，hopper，Paslaganddustremovalequipmentanddephosphorizationconverter，oxygensystems，feedsystems，dustremovalsystemsindetailthecalculationanddesign，andequipmentatthesametimethenumberofprocessparametersoptimizeddesign．Keywords：hotmetalpretreatment；KRdesulfurization；dephosphorizationconverter，desiliconization．文献综述1.1发展炉外铁水预处理的必要性铁水预处理是现代化炼钢厂的重要工序之一，其主要目的是降低铁水中的有害元素(硫、硅和磷)含量，为炼钢炉提供合格的铁水。近几十年来，近海石油的开采、汽车工业和大型建筑工程对钢材质量的要求越来越苛刻，要求钢材具有高强度、低温韧性、良好的冷成型和焊接性能。为了满足市场需求，世界各国钢铁工业都在不遗余力地通过降低钢中杂质特别是磷、硫含量途径来提高钢材质量。以硫为例，为了保证脱硫的需要，高炉不得不用高炉温、高碱度、大渣量的保守操作方法，导致焦比高、产量低，难以实现高产低耗。即使铁水含硫量达到一级品标准，对炼钢来说也还是偏高，炼钢过程中还需要再进行脱硫处理，使炼钢时渣量大、冶炼周期长，导致炼钢工序产量低、消耗高。采用铁水炉外脱硫技术既可大大减轻高炉脱硫负担，真正实现高产低耗，同时又可使转炉炼钢甩掉脱硫环节，改善连铸坯质量，提高成材率，也能实现高产低耗。而采用铁水预脱磷技术(包括脱硅、脱磷、脱硫，俗称三脱)，既可减轻转炉脱硅、脱磷任务，实现少渣或无渣炼钢，大大改善转炉炼钢的技术经济指标，又为经济地冶炼低磷硫优质钢、实现全连铸、连铸连轧和热装热送提供了技术保障。因此，大力发展铁水预处理技术，特别是近期推广炉外脱硫工艺，是钢铁工艺技术结构调整的重要内容，是节焦增铁、扩大品种、改善质量、降低成本、提高企业竞争力的有效途径。铁水预处理技术从上个世纪六、七十年代发展起来到现在已经广泛地应用于各国，用于提高铁水质量，其技术也已经得到迅速的发展，目前可以用于铁水预处理的技术不下二、三十种。铁水预处理工艺方法主要有：（1）机械搅拌法，有代表性的是日本开发的KR法；（2）吹气搅拌法，包括顶吹喷粉法和底吹法，目前顶吹喷粉法得到最广泛的应用，如ATH、TDS、IRSID、ISIDD等法；（3）喂丝法近年来开始得到应用。铁水预处理的主要工艺目标是：（1）脱硫；（2）脱磷；（3）脱硅、磷、硫（俗称三脱）；（4）其它。从处理熔剂的选择来看有：主要是石灰系、碳化钙系、镁系三类脱硫剂，可以单独使用，可以复合应用，往往可以取得更好的冶金效果。顶吹喷粉法近年发展了更多的工艺形成：产生了混合喷吹法和复合喷吹法以及分步喷吹法等。从控制模型方面看：近年来更加重视建立较高精度的预处理粉剂喷吹量的控制模型。中国加入世贸组织后，钢材市场竞争日趋激烈。如何不断开发新品种和高附加值钢种已成为企业的当务之急。随着产品市场竞争的不断加剧，钢铁企业生产成本的压力日益增大，特别是近年来钢铁产能迅速扩大，为了在高产量下保持高效率、高品质、低成本，铁水预处理技术得到了迅速发展。铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的一些处理，可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两种。普通铁水预处理有单一脱硫、脱硅、脱磷和同时脱硫、脱硅、脱磷等；特殊铁水预处理有脱铬、提钒、提铌和提钨等。欧美钢厂一般采用铁水脱硫预处理，而日本多数钢厂采用全量铁水三脱预处理。目前，新一代钢厂多采用全量铁水三脱预处理工艺，从而加快转炉生产节奏，实现紧凑、高效、节能的循环型炼钢生产模式，高效、低成本地生产洁净钢。1.2国外铁水预处理的发展情况 在国外，铁水预处理的发展可分为三个时期，见表1.1表1.1国外铁水预处理工艺技术发展历程1.3国内铁水预处理的发展情况在我国，1976年武钢引进日本新日铁的KR法1985年宝钢引进日本新日铁的TDS法。同期鞍钢、天钢、宣钢、攀钢、酒钢和冷水江等钢厂先后建成我国自行设计的铁水脱硫站。1988年，太钢引进铁水三脱技术，建成铁水预处理站。1998年，宝钢一炼钢又从美国引进CaO加Mg粉复合喷吹脱硫技术，宝钢二炼钢厂从日本川崎制铁引进铁水三脱技术，进行混铁车喷吹铁水预处理。同年，本钢引进加拿大霍戈文厂工艺和美国罗斯波格喷粉设备，建成石灰加镁粉复合喷吹脱硫站。1999年，鞍钢二炼钢也从美国引进石灰加镁粉复合喷粉设备。随后，包钢从美国引进了石灰加镁粉复合喷吹技术，并建成铁水脱硫站。目前，中国的铁水预处理水平各厂不均衡，宝钢和武钢已接近国际先进水平。宝钢已实现了全量铁水脱硫和部分铁水三脱预处理。武钢二炼钢引进的KR法脱硫工艺改进后，粉剂消耗、搅拌头寿命、处理过程温降和处理成本等指标均已优于国外同类工艺钢厂。第二章工艺及方案选择2.1铁水预脱硫铁水预处理脱硫是铁水预处理过程的最重要的环节。通过铁水预脱硫，可以放宽对高炉铁水硫含量的限制，减轻高炉脱硫负担，降低焦比，提高产量。采用低硫铁水炼钢，可减少渣量和提高金属收得率。铁水预处理脱硫与炼钢炉和二次精炼脱硫相结合，可以实现深脱硫，为冶炼超低硫钢创造条件，满足用户对钢材品质不断提高的要求，有效提高钢铁生产流程的综合经济效益。目前，国内外冶金行业普遍采用三种流行的铁水脱硫方法：镁基脱硫复合喷吹法（简称复合喷吹法，脱硫剂主要包括Mg＋CaO，Mg＋CaC2两种）、单吹颗粒镁法（简称单吹法或纯镁法，脱硫剂为钝化Mg）、机械搅拌法（习惯简称KR法，脱硫剂主要为CaO＋CaF2）。由于作为脱硫剂的镁价格受国际市场波动影响不断上涨、镁基脱硫不易扒渣且容易回硫等因素影响，近年来KR法在国内得到了长足发展。2.1.1铁水脱硫的基本反应生产常用的脱硫剂有碳化钙、石灰、苏打、金属Mg和Ca及其组成的各种复合脱硫剂。<1>碱性氧化物脱硫碱性氧化物(CaO、BaO、Na2O等)脱硫反应式如下：CaO(S)+［FeS］+［C］=(CaS)+［Fe］+CO(g)BaO(S)+［S］=BaS(S)+［O］Na2O(L)+［S］=Na2S(L)+［O］在铁水预处理温度范围内，碱性氧化物的脱硫反应多为吸热过程，故提高温度对脱硫有利，且高温能使熔点较高的CaO加速成渣。对于熔点较低的Na2O，升温虽然对脱硫反应有利，但温度升高又导致钠的挥发强烈增加。<2>Mg、Ca和CaC2的脱硫Mg、Ca和CaC2的脱硫反应式如下：［Mg］+［S］=(MgS)CaC2+［S］=CaS(S)+2［C］采用Mg、Ca脱硫时，脱硫反应为放热过程，宜低温操作。固态金属镁粒进入铁水后少部分在铁水中溶解，并很快达饱和溶解；大部分镁粒升华后在铁水中形成镁蒸气气泡，气泡直径与固体镁粒直径及温度T的关系为；单位Kg的镁粒产生的气泡与铁液界面积，和固体镁粒直径及温度T的关系为；与的气态镁平衡的镁在铁液中的饱和溶解关系式为：；与铁水中饱和的镁平衡的硫与温度的关系式为：；吨铁水脱除同样的硫，高温下镁粒的消耗远高于低温。例如，吨铁水脱除的硫，铁水温度1600℃时镁粒的理论消耗是1300℃时的1.64倍。另外，当铁水中含有较高的碳和硅时，采用Mg、Ca脱硫不会发生脱碳和脱硅反应，因为这些金属与硫的亲合力大于与碳或硅的亲合力。温度对CaC2脱硫的影响比较复杂，从反应式可以看出，升温对CaC2脱硫不利，但从动力学角度看，升温有利于传质。实际生产时，升温对CaC2脱硫有利。碳化钙脱硫优于氧化钙的主要原因是脱硫时有碳析出，降低了铁水的氧势。2.1.2脱硫剂的选择脱硫剂种类较多，而且各有其技术和经济上的优缺点。因此，根据具体情况选择最合适的脱硫剂，应从以下几个方面来加以考虑：·铁水原始硫含量及脱硫后的目标要求·脱硫处理后，硫化物的稳定性·铁水损失小·铁水温度降小·脱硫过程中对耐火材料侵蚀小·环境污染小·当地资源情况，避免长距离运输·便于加工、运输、储存·价格便宜2.1.2.1(Na2CO3)苏打是最古老的炉外脱硫剂，有时将其加入铁水沟用来处理硫超标的号外铁。它的主要缺点是不能把硫降到今天所要求的水平。用这一方法时大量的氧化钠挥发，环境极差，对人体有害。此外，渣中Na2O侵蚀铁水包衬，且因渣的流动性好，机械扒渣困难。2.1.2.2石灰是应用时间较长、价格便宜的一种脱硫剂。它的脱硫原理是固体CaO极快地吸收铁水中的硫，铁水中的硅和碳是极好的还原剂，吸收了反应生成的氧，脱硫反应的产物是CaS和SiO2(或CO)。从脱硫机理说，CaO粒子和铁水中[S]接触生成CaS的渣壳，渣壳阻碍了[S]和[O]通过它的扩散，脱硫过程减慢。用石灰做脱硫剂，需要把石灰磨细。磨继的石灰粉易吸水，生成的炉渣带走大量铁粒。脱硫铁水必须严格地除去高炉渣，否则脱硫效果差。此外，脱硫过程须在高温条件下进行。2.1.2.3电石(CaC2)实际脱硫用的电石是含CaC2约80%的工业电石，还含有16%的CaO，其余是碳。CaC2和CaO一样，吸收铁水中的硫后生成CaS的渣壳，脱硫过程被阻滞。所以，电石须破碎到极细(0.12mm)，但太细的CaC2在铁水温度下又烧结，脱硫效率也不高。为了解决上述太高，在电石中混入一定量的石灰石粉(CaCO3)，其商业名称叫CaD。加入CaCO3的目的是让其分解产生CO2，防止CaC2烧结。提高CaC2脱硫效率的方法有：①电石要磨细(0.12mm)；②喷射速率要与[S]含量相适应，如果喷入过快，铁水面上会出现未反应的CaC2颗粒；③防止铁水带渣，因CaC2易与炉渣中的MnO和FeO作用，会降低脱硫效率；④要有较大的插枪深度；⑤考虑CaD分解吸热以及温度低渣粘度高对脱硫不利，要保持高的铁水温度；⑥铁水[S]含量高时脱硫好，未反应进入炉渣的CaC2也相对少。用电石脱硫的优点是：电石便宜，喷吹设备简单，在高温下(>1400℃)，脱硫效率相对较高。用电石脱硫的问题是：储运电石粉须用特殊的方法，要在惰性气体保护下运输；储藏容量大且需防爆的高压容器；对低温铁水(<1300℃)脱硫效率很低；脱硫过程受铁水罐内衬和带入高炉渣的影响。此外，含有CaC2的脱硫渣遇湿生成C2H22.160年代就有了镁焦，价格很贵。目前，市场上有4种镁系脱硫剂：(1)镁焦(Mag—coke)；(2)镁合金(Mg—Fe—Si)；(3)覆膜镁粒，其惰性保护膜占重量的3%~10%；(4)覆膜混合镁粒，Mg含量为30%~80%，其余为惰性物质。前两类不仅贵，而且易堵枪。后两类可用，应用最广泛的是第4类，即在镁粒中混入多于10%的惰性物质。使用方法是用喷吹系统把外裹保护膜的镁粒(coatedMggranules)或混合镁粒喷入铁水液面以下2~3m处。镁的脱硫机理分两步进行：首先金属镁气化并溶于铁水，然后铁水中的[Mg]和气态的Mg都能与铁水中的[S]迅速反应生成固态的硫化镁(MgS)。反应生成的硫化镁在铁水温度时是固态，进入渣中。混合镁粒中的惰性物质在喷吹过程中避免喷枪堵塞，同时降低镁在熔池中的反应速度，它本身并不参加脱硫反应，最终进入渣中。镁系以外的各种脱硫剂都不溶于铁水。镁则不同，它先溶入铁水，再和铁水中的硫反应，脱硫反应的热力学条件和动力学条件较好。镁在较低的温度时也有较好的脱硫能力，而石灰和电石只有在高温时才有较好的脱硫能力。镁脱硫反应的速度取决于铁水中镁的消耗速度或镁蒸汽在铁水中的溶解速度。为了获得高的脱硫效率，必须保证镁蒸汽泡在铁水中完全溶解，避免未溶解完的镁蒸汽逸入大气造成损失。促进或保证镁蒸汽完全溶于铁水中的措施是：①铁水温度较低；②用外包裹惰性物质的方法减缓镁的气化速度来控制镁蒸汽泡的大小；③喷枪插入铁水液面以下2~3m处，使镁蒸汽压高，镁蒸汽泡与铁水接触时间长。影响镁脱硫剂脱硫效率的最重要因素是插枪深度，在用小型铁水包处理时，枪插入深度浅，镁的脱硫效率会大大下降。如枪插入深度由2.3m降至1.3m，镁的脱硫效率会下降10%~15%。目前，采用镁脱硫剂，已经可以把铁水中的硫降低到极低的水平。当铁水含硫量降至0.005%时，每吨铁水镁的用量为300~500g。镁脱硫剂的优点是：镁和硫的亲和力极高，脱硫反应主要是在铁水中的均相反应，对低温铁水来说，镁是最强的脱硫剂之一，因此镁脱硫剂可用于深脱硫处理；镁用量少，对铁水带有高炉渣不敏感，因渣和脱硫反应无关；生成的渣量少，所以铁损少，而且脱硫渣没有环境问题；脱硫处理用的设备投资低。镁脱硫剂的缺点是：由于铁水中会有残留镁，造成部分镁损失；在高温下由于镁的蒸汽压太高，难以控制，有时使镁的脱硫效率降低；用镁进行脱硫处理时，须用深的铁水包，以利于保证插枪深度，保证深喷，铁量少、铁水浅脱硫效果就差；另外要避免镁遇湿产生危险。评价：综合上述选用CaO作为脱硫剂较为恰当。2.1.2脱硫方法的选择铁水预脱硫的方法很多，主要有投掷法(将脱硫剂投入铁水中)、喷吹法(将脱硫喷入铁水中)和搅拌法(KR法)三种。搅拌脱硫法(KR法)将一个外衬耐火材料的搅拌器插入铁水罐内，搅拌器旋转搅动铁水，产生漩涡，经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，并被漩涡卷入铁水中，与高温铁水混合、反应，达到脱硫的目的。该脱硫方法大大改善了脱硫的动力学条件，具有脱硫效率高(脱硫到≤0.005)、脱硫效果比较稳定，脱硫剂消耗少、作业时间短、金属收得率高、耐火材料消耗低等特点、适应于低硫品种钢要求高、比例大的钢厂采用。KR法脱硫剂一般以石灰为主，成本低，脱硫效果好。武钢的KR法生产实践表明，搅拌5min就可使脱硫剂得到充分的利用，脱硫速度快、效果好，铁水原始的硫质量分数为0．03%时，处理终点硫的质量分数可达0．001%以下。不足是，设备复杂，一次投资较大，脱硫铁水温降较大。喷吹法，是利用惰性气体（N2或Ar）作载体将脱硫粉剂（如CaO，CaC2和Mg）由喷枪喷入铁水中，载气同时起到搅拌铁水的作用，使喷吹气体、脱硫剂和铁水三者之间充分混合进行脱硫。脱硫剂在上浮的过程中与铁水中的硫发生化学反应，同时载气和脱硫剂的冲击与上浮能够搅拌铁水，但其上浮造成的铁水对流运动很弱，只有部分脱硫剂与硫反应，脱硫剂耗量比KR法大，脱硫效率较低。目前，以喷吹镁系脱硫剂为主要发展趋势，其优点是设备费用低，操作灵活，喷吹时间短，铁水温降小。相比KR法而言，一次投资少，适合中小型企业的低成本技术改造。喷吹法最大的缺点是，动力学条件差，有研究表明，在都使用CaO基脱硫剂的情况下，KR法的脱硫率是喷吹法的四倍。综合比较，铁水包KR法脱硫的动力学条件优越。2.1.3脱硫容器的选择铁水预处理过程中，常用的处理容器有铁水罐、鱼雷罐，不同企业选择的预处理装置不同，这与企业选择的工艺路线有关。实际上，铁水预处理过程中，处理效果是否理想，与处理过程中容器内的热力学、动力学条件密切相关，其中动力学的影响尤为显著。从热力学的观点看，为最大限度地促使吸热的脱硫反应朝着生成硫化物渣的方向移动，就必须保持较高的铁水温度；脱磷虽然是放热反应，但熔剂所需的热量大，也需要铁水的温度相对较高。为此，应该采用保温性能好的容器，尽量减少各个环节中的温度损失。鱼雷罐和铁水罐相比，运输和处理过程中相对散热面小，保温性能好，有利于保证铁水预处理效果。在早些年，许多铁水运输距离较长，转炉公称容积较大的炼钢厂常采用鱼雷罐作为铁水预处理容器。从动力学的观点来看，为提高脱硫、脱磷反应速度，必须强化搅拌，使整个熔池强烈而均匀地进行化学反应，避免死角区。采用铁水罐处理时，无论是喷吹法，还是KR法，其搅拌效果、动力学条件都较鱼雷罐优越。在相同喷吹或搅拌强度下，在整个铁水罐内产生的搅拌程度比鱼雷罐大，并且由于熔池相对深度大，对罐底的冲击也相对较小。用鱼雷罐进行铁水预处理，一般采用喷吹法。在罐内搅拌范围是有限的，流场极不均匀，旋涡横向发展，造成的死角多，尤其是鱼雷罐两头、底部以及中间部分区域的铁水流动性较差，在很大程度上恶化了脱硫、脱磷的动力学条件。由于喷吹的搅拌对上述区域的铁水影响较小，粉剂不易到达，加之粉剂很快上浮，所以脱硫、脱磷终了时，这部分铁水的含硫、含磷量仍相对较高，影响到整罐铁水的处理效果。为改善鱼雷罐的动力学条件，冶金工作者尝试过改善喷枪结构、采用多枪喷吹，但总体来看，其产生的搅拌效果还没有铁水罐那样强烈、均匀。因此，铁水罐内的预处理动力学条件优于鱼雷罐，选择铁水罐更有利于保证预处理效果，避免铁水回硫、回磷。近几年新建的一些预处理站更倾向于采用铁水罐来进行铁水预处理，即使采用鱼雷罐运输铁水，在预处理阶段，也倾向于采用倒灌的方式，在转炉铁水罐内进行铁水预脱硫、脱磷的操作。2.1.4铁水预处理扒渣设备及技术铁水预处理工艺是决定钢水中最终硫含量的主要工艺环节，目前已经为钢铁企业普遍采用。但由于脱完硫后铁水包中含有大量的渣子，在入炉前既要保证除渣干净以免回硫，又要防止铁水流失。目前，一般的铁水预处理工艺流程是：铁水进站—扒除高炉渣—测温取样—加入脱硫剂—扒除脱硫渣—测温取样—出站。因此，铁水包扒渣分为两种：一种是前扒渣，一种是后扒渣。这两种扒渣过程对铁水预处理脱硫的效果都具有很大的影响。前扒渣是指在铁水预处理过程中喷吹前将铁水包中大量的高炉渣扒除掉。高炉渣各组分为：CaO∶38%，SiO2∶36%，A12O3∶16.4%，TiO2∶0.8%，S∶1.5%。先扒除高炉渣，对降低镁粉消耗、提高脱硫率有极大的促进作用。铁水高炉渣中硫很高，同时还含有二氧化硅、三氧化二铝和氧化钛等不利于脱硫的组分，特别是钛的氧化物会降低炉渣碱度，从而减少炉渣硫容量使脱硫效率降低；脱硫时钛还会与氮气反应生成钛的碳氮化物，熔点很高，渣子变稠，使渣铁不易分离。相关的生产实践证明[1]，与不进行前扒渣直接喷吹相比，在相同终点情况下镁粉消耗减少0.05~0.10kg/t，扒渣铁损下降3~5kg/t，时间缩短2~3min。因此，在铁水预处理过程中进行前扒渣是非常必要的。后扒渣是指在铁水预处理以后，在铁水包内有大量的脱硫渣，为了避免回硫，又防止铁水流失，要通过一些手段将这些渣子扒除。经深脱硫铁水最终S≤0.002%，如何干净、彻底、快速且有效地将含高硫的铁水渣扒除，是稳定脱硫最终效果的关键，也直接影响到转炉终点出钢。高硫渣兑入转炉必将产生回硫效应，在吹氧冶炼时发生(MgS)+[O]=(MgO)+[S]反应，硫又重新回到钢中，即使是少量未扒除的脱硫渣进入转炉都会造成转炉回硫，特别是在转炉冶炼洁净钢时这种回硫更为明显。2.2铁水预脱硅预脱硅是铁水脱磷的必要条件，有利于减少石灰加入量和渣量，在低碱度下脱硅成本低。铁水中目标硅含量：喷吹苏打脱磷预处理时，硅质量分数在0．1%以下；喷吹CaO－CaF2熔剂脱磷预处理时，硅质量分数在0．15%～0．20%。工艺方法包括高炉出铁场的出铁沟、鱼雷罐车、铁水罐和转炉喷吹脱硅。高炉出铁场出铁沟、鱼雷罐和铁水罐预脱硅采用喷吹Fe2O3和少量CaO熔剂，铁水表面吹氧。脱硅的目的有：(1)脱硅的主要目的是脱磷，在氧化脱磷时，由于SiO2比P2O5更稳定，Si比P优先氧化。(2)减少转炉石灰用量、渣量和铁损。(3)对于含钒和含铌等特殊铁水，预脱硅可为富集V2O5和Nb2O5等创造条件。2.2.1铁水脱硅的基本反应铁水脱硅用的氧化剂有气体(氧气或空气)和固体(铁磷、烧结矿、铁精矿粉、铁矿石)氧化剂。脱硅的基本反应如下：［Si］+O2(g)=SiO2(S)［Si］+2/3Fe2O3(S)=SiO2(S)+4/3Fe(L)［Si］+1/2Fe3O4=SiO2(S)+3/2Fe(L)，［Si］+2(FeO)=SiO2(S)+2Fe(L)在标准状态下，气体脱硅剂与固体脱硅剂相比，使用气体脱硅剂脱硅反应更易进行。由于脱硅反应产物中有SiO2，故在固体脱硅剂中加入一定量的CaO等碱性氧化物，有利于促进脱硅反应的进行。2.2.2脱硅剂的种类脱硅剂以提供氧源的材料为主剂，以调整炉渣碱度、改善炉渣流动性的熔剂为副剂。脱硅剂主剂主要成分为氧化剂，氧化剂有固体氧化剂和气体氧化剂。固体氧化剂主要有：铁矿石、球团矿、烧结矿、轧钢铁皮、铁矿砂；生产高锰钢时，也可用锰矿石作为脱硅剂，其主要成分是氧化铁、氧化锰。气体氧化剂主要是氧气。在高炉出铁沟内脱硅，各种氧化铁之间的脱硅氧效率没有很大差别，可是为了抑制炉渣的形成，以轧钢铁皮比较好；混有石灰的锰矿比氧化铁的脱硅氧效率要高些，锰的还原率可选70％～90％；用氧气顶吹时，脱硅氧效率没有很大增加，但可以一边升温一边脱硅；喷射氧气法，同时脱硅和升温，脱硅氧效率也高。除主剂外还加入少量副剂，常用的副剂主要是石灰、萤石、CaCl2、NaCI、CaO+CaF2、CaO+CaF2+Na2c()3以及转炉钢渣等。脱硅副剂用于调节炉渣碱度、改善炉渣流动性、降低铁锰损耗，从而改善脱硅反应的动力学条件，提高脱硅效率，一般将渣碱度[(CaO+CaF2)／SIC)2]调整为o．9～1.2。2.2.3脱硅方法<1>高炉铁水沟连续脱硅法高炉铁水沟脱硅处理的优点是脱硅不占用时间，处理能力大，温降少，渣铁分离方便；缺点是脱硅剂的利用率低和工作条件较差。该法的关键在于选择脱硅剂的加入方式，确保脱硅渣的流动性和铁水沟耐火材料寿命。<2>在混铁车或铁水包中喷粉脱硅法这种脱硅法的优点是脱硅反应氧的利用率高，工作条件较好，并可克服高炉出铁时铁水硅含量的波动，处理后铁水硅含量稳定；缺点是易发生喷溅，且温降较大。2.2.4影响铁水脱硅效率的因素1）铁水初始温度对脱硅效率的影响根据平衡常数与AGe的关系，则脱硅平衡常数与温度丁的关系如图2.1所示图2.1平衡常数与温度的关系平衡常数K越大，越有利于脱硅反应的充分进行，从图9可知，低温有利于脱硅。理论计算结果表明，脱硅达到平衡时，铁水中硅的浓度远低于实际脱硅条件下的硅浓度，这是由于脱硅反应受到动力学条件的限制。由Si在渣铁中的分配比Lsi与K呈正比的关系，温度高，Lsi值小，不利于脱硅。但是，脱硅反应的表观活化能不大，因此温度对脱硅反应的影响也小，较高的温度有利于熔体黏度下降，促进传质过程，有利于防止金属和大气接触，促进脱硅反应的传质过程，因此升温有利于提高脱硅率。图2.2为铁水初始温度与脱硅率的关系。图2.2铁水初始温度与脱硅率的关系由图2.2可知，随铁水初始温度的提高，铁水的脱硅率明显提高。2）铁水初始含硅量对脱硅效率的影响生产实践表明，铁水初始含硅量越高，铁水脱硅效率也越高，其对脱硅率的影响如图2.3所示。图2.3脱硅效率与铁水初始含硅量的关系这是由于铁水初始含硅量高，铁水中Si的活度大，有利于脱硅反应的进行。3)碱度对脱硅效率的影响脱硅渣碱度对脱硅有重要影响。一般情况下，铁水上原始熔渣(夹带高炉渣)碱度为1.15左右，随着铁水中[Si]的脱出，并以Si02进入渣中，脱硅渣碱度下降，使脱硅热力学条件恶化，从而限制了脱硅效率的提高。同时，脱硅过程中产生的玻璃状酸性渣很黏稠，阻碍了CO气泡逸出。预脱硅效率低的一个重要原因就是碱度降低，即便是使用高效脱硅剂，脱硅效率也不会有很大提高，故维持适当碱度，创造有利于脱硅的热力学条件，将有利于提高脱硅效率。在碱性渣下，SiO2与CaO结合形成稳定的硅酸钙，γSiO2(SiO2活度系数)很小，Lsi(硅在渣铁之间分配比)很大，硅氧化进行得很彻底。在脱硅后期，由于仍是在碱性条件下，γSiO2仍然很小，故渣中SiO2很难还原。在酸性渣下，因为SiO2含量高，γSiO2比碱性条件下要大，虽然在脱硅初期，[Si]也强烈氧化，但渣中FeO活度αFeO不高(FeO与SiO2结合形成硅酸铁)，故渣中SiO2可发生还原，降低了脱硅效率。但随脱硅渣碱度提高，脱硅效率并非一直增大。碱度对铁水脱硅效率的影响如图2.4所示。图2.4碱度对铁水脱硅率的影响由图2.4可知，碱度较小时，随着碱度的提高，脱硅率也提高。当碱度达到一临界值时，脱硅率最大，之后随着碱度的升高，脱硅率下降。这是由于渣中碱度提高，使SiO2的活度下降，而渣中FeO的活度却有所提高，当碱度升高到脱硅渣处于有强结晶能力的硅灰石区，炉渣有较强的反应能力，可使(FeO)中的氧利用率较为充分，同时熔渣熔点和黏度均较低，利于反应气体逸出和扒渣。而碱度过高时，渣中CaO含量过高，降低了渣的黏度、流动性变差，因此限制了铁水的脱硅效率。2.3铁水预脱磷磷在绝大多数钢种中是有害元素，对于低温、海洋用钢、高压管线钢等，除需要硫含量很低外，还要求磷质量分数低于0．01%或0．005%，冶金专家们已进行过大量铁水脱磷和同时脱磷脱硫的研究，有的已应用于工业生产。2.3.1铁水脱磷的基本反应一些重要碱性氧化物脱磷反应式为：6/5CaO(S)+4/5［P］+O2(g)=2/5·3CaO·P2O5(S)8/5CaO(S)+4/5［P］+O2(g)=2/5·4CaO·P2O5(S)，6/5MgO(S)+4/5［P］+O2(g)=2/5·3MgO·P2O5(S)6/5MnO(S)+4/5［P］+O2(g)=2/5·3MnO·P2O5(S)6/5Na2O(L)+4/5［P］+O2(g)=2/5·3Na2O·P2O5(S)碱性氧化物中Na2O和CaO的脱磷能力最强。但在用碱性氧化物脱磷前，铁水必须先经脱硅处理，使W［Si］＜0．1%或更低，否则铁水中硅将优先氧化而使磷得不到有效去除。2.3.2脱磷剂的构成铁水脱磷剂由氧化剂、固定剂和助熔剂三大要素构成。要有效地脱去铁水中的有害杂质磷，首先要有适当的氧化剂将溶解于铁水中的磷氧化。然后采用强有力的固定剂，使被氧化的磷牢固地结合在炉渣中。生产实践证明：及早造好高氧化性、高碱度和流动性好的炉渣，是顺利进行脱磷的基本条件。加入助熔剂则有利于改善渣的流动性，改善铁水预脱磷的动力学条件。如石灰熔点高，在用石灰作固定剂时，必须依靠其他成分帮助熔化，即需要助熔剂。氧化剂Fe2(SO4)3、MnO2、CaSO4、Fe2O3、FeO、MnO等都是很好的脱磷氧化剂，CaCO3次之。CaCO3氧化能力不强，氧以CO2形式过早逸出，而没有起到氧化作用。由于外界的CO分压不高，CaCO3分解的CO2在铁水中易与碳反应生成CO，造成铁水中碳的烧损。为兼顾脱磷效果和成本，用铁矿粉和轧钢铁皮作为氧化剂有利，能增加铁量。选用锰矿粉(Mn02)可以增加铁液的含锰量。固定剂有CaO、Na2O、BaO等。CaO本身是很稳定的化合物，只作固定剂，不能兼作氧化剂，Na2O、BaO则以碳酸盐的形式加入。BaO代替CaO在用量18％～20％的范围内，都能取得较好的脱磷效果。从离子理论的观点看：Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+离子的半径逐步增大，其与熔体中O2-离子结合能力顺序减弱，而与磷酸根离子的结合能力则依次增强，在铁水预处理脱磷剂中，适量配入BaO有利于提高脱磷率。助熔剂有CaCl2、CaF2、B2O3等。CaCl2的熔点为772℃，CaF2的熔点为1418℃，CaCl2降低熔点较CaF2显著，但CaCl2极易潮解，黏性强，实际使用中会污染设备且给操作带来不便，同时还需设法解决其表面钝化的问题，才可望有较好的使用前景。在高温条件下的不同助熔剂的助熔能力大小为：CaCl2>CaF2>B2O3>Na2CO3>Al2O3(在1350℃下作用时间超过第三章生产规划3.1生产规模该铁水预处理车间匹配的是年生产规模300104吨合格连铸坯的炼钢厂，全部用来生产优质钢。X70、X80、27CrMoNbV等钢种主要用于制备高级别石油管线，由于工作环境恶劣，对钢中有害元素S、P等要求极为严格，要求钢中S≤0.005%、P≤0.010%。3.1.1脱硫生产能力的确定该铁水预处理车间匹配的是年生产规模为300104吨合格连铸坯的，铸坯收得率取96%，转炉金属收得率取92%，废钢比取12%，则需合格铁水300104t/a。根据我国近年冶金科技指南要求，年产钢量大于100万吨的钢厂要求进行铁水预处理，全国铁水预处理比提高到60%。在本次设计中，按照设计要求，我采取100%铁水预处理，以提高产品质量，增加品种，从而提高钢铁厂的竞争力。3.1.2KR脱硫工序时间如采用单罐脱硫模式，单罐周期长达64min，单罐生产时，总有一个主要设备工位闲置造成脱硫设备生产能力下降，因此采用双罐操作，这样单罐周期为36min，KR脱硫工序时间见表3.1。表3.1KR脱硫工序时间分析序号作业项目作业时间(min)1向铁水罐中兑铁水1.52铁水罐运到扒渣位并倾翻2.54扒前渣75运行16测温、取样2.57倾翻1.58运行29搅拌对位1.510搅拌、下料811扒后渣、等成分612测温、取样2.5合计36表3.2脱硫站设计主要技术参数序号项目名称单位数值1KR脱硫套数套22脱硫站能力万吨/年3003每罐铁水装入量吨1404铁水罐公称容量吨1605脱硫处理周期min/罐366脱硫站年有效工作时间天310所以：本设计选用两座160t的预处理设备进行铁水预处理3.1.3脱磷脱硅生产能力的确定=1\*GB3①处理规模前面已提到生产优质品种钢300万吨，一套KR装置脱一罐铁水周期为36min，转炉脱磷、脱硅周期为20min，所以为了KR脱硫与转炉脱磷、脱硅，转炉脱碳相匹配，300万吨铁水全部经过KR装置脱硫后，全部的铁水再在专用转炉内进行脱磷、脱硅处理，也就是说要经过脱磷、脱硅处理的铁水也是300万吨。脱磷后：[P]≦0.018%脱硅后：[Si]≦0.01%可以根据冶炼钢种的需要进行深、浅，脱磷、脱硅处理。表3.3转炉脱磷脱硅周期表序号运行时间(min)1铁水兑入转炉22废钢加入转炉23吹氧、供气、下料84测温取样25倒渣36倒铁水37合计20表3.4转炉脱磷、脱硅站主要技术指标序号项目名称单位数值1转炉脱磷套数套22脱磷脱硅能力万吨/年3003每炉铁水装入量吨1404转炉公称容量吨1505脱磷脱硅处理周期min/罐206脱磷站年有效工作时间天3103.1.4KR法脱硫原料要求1）高炉铁水条件铁水温度：T≥l250oC铁水硫含量：[S]≤0.07％渣层厚度：σ<50mm2）脱硫剂（1)重量配比：

活性石灰：88～90%萤石：12～10%（2)粒度要求：表3.5

脱硫剂粒度要求粒度≤0.1mm0.1-0.6mm0.1-1.0mm≥1.0mm比例<5％≥60％≥30％≤5％（3)要求新鲜、干净、干燥、不混有杂质、不粉化变质。第四章预处理工艺流程及工艺布置4.1铁水预处理工艺流程高炉铁水兑入转炉铁水包混铁炉进铁、蔽渣铁水包运行至扒渣位并倾转向脱硫铁水包中兑铁水扒高炉渣槽罐车铁水包运行至扒渣位铁水包回位脱硫剂料仓第一次测温、取样给料泵搅拌头下降并旋转溜槽加脱硫剂、搅拌脱硫搅拌头上升第二次测温、取样渣罐铁水包倾转扒脱硫渣铁水包回位铁水包车开至吊罐位铁水包吊走兑入转炉图4-1KR法铁水预处理工艺流程铁水预处理一般都在专门的铁水预处理站进行，脱硅一般设置在高炉铁水沟中和混铁车中进行。混铁车（又称鱼雷罐车）由罐车支撑，倾动机构和车体等部分组成，其形状可保证有较小的热损失，混铁车的倾动机构，可使炉身转动向外倒铁，因此，不需建设专门的厂房，只需在主厂房内留出必要的倒铁水位置。根据生产流程特点，结合工程实际情况和企业管理要求，并综合考虑节能、环保、安全等因素，在炼钢车间工艺布置设计中，应遵循以下原则：(1)炼钢车间布置要紧凑合理，充分利用原有旧厂房设施，并预留未来扩建的场地。(2)炼钢车间布置应与厂区总平面布置相适应，使制氧、供电、除尘、水处理等厂房与主车间布局协调合理、物流方便。(3)各主要生产设备按照生产流程布局，并尽量缩短距离，避免物料往返运输。(4)车间设施布置应考虑设备维修更换和事故处理的空间，还要注意设备之间的距离和安全距离要求，既要保证操作方案，又要保证维修和清洁卫生的方便。(5)要尽量利用车间的空间，合理安排各种废料的排出。人员进出和物料进出分开，保证安全和卫生。(6)车间主产品连铸坯应设置一定的存放场地，保证成品堆放和外运的要求。4.1KR法铁水预处理工艺顺序的选择上述提到所选CaO为脱硫剂以下面就着重分析CaO作为三脱剂的最佳预处理顺序。4.1.1脱硅-脱硫-脱磷顺序(1)脱硅反应式为：[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]lgKSi=18360/T-10.68通过计算平衡常数得出不同温度下反应平衡时的硅含量见表4.1。表4.1铁水沟脱硅平衡时的[%Si]T1773K1723K1673K1623K[%Si]0.280.150.060.03表4.1中数据表明：铁水脱硅是放热反应，铁水的温度越低，脱硅的效果越好，若将脱硅置于脱硫之后，因为铁水脱硫时的温降和运输时的温降，使得脱硅时的铁水温度将较铁水沟脱硅更低，所以铁水预脱硅工序应尽量置于脱硫之后，而不是在脱硫之前。(2)脱硫此顺序下脱硫反应式为：2(CaO)+[S]+1/2[Si]=(CaS)+l/2(2CaO·SiO2)计算结果见表4.2。表4.2脱硅、脱硫、脱磷顺序脱硫反应平衡时硅、硫含量T1723K1673K1623K1573K[%S]3.8910-43.4510-43.1010-42.9510-4[%Si]0.2710.1410.0510.020反应平衡时S含量已经达到10-4数量级，可满足所有钢种的要求，并且温度变化对铁水脱硫效果的影响很小，所以脱硫应提至脱硅之前，在确保脱硫效果的同时也保证较好的脱硅效果。(3)转炉内脱硅、脱磷有资料显示：铁水中[%Si]大于0.15时为脱硅期，[%Si]小于0.15时脱磷反应才会开始。脱硅反应：[Si]+2[O]=(SiO2)脱磷反应：3CaO(s)+2[P]+5(FeO)=3CaO·P2O5(s)+5[Fe]计算结果如见表4.3。表4.3转炉内脱硅、脱磷反应平衡时硅、磷含量T1673K1623K1573K[%Si]3.110-48.710-52.210-5[%P]1.3510-44.3310-46.1610-5比较表4.1、表4.3可知：脱磷反应是放热反应，较低温度的脱磷炉内脱硅的热力学条件应是最好的，因此，脱硅应在脱硫之后与脱磷一同进行。4.1.2脱硫-脱硅、磷顺序此顺序下脱硫反应式为同上，计算结果如表4.4。T1723K1673K1623K1573K[%S]7.6410-56.7810-56.0010-55.3110-5比较表4.4与表4.2可知：在“脱硫、脱硅、脱磷”顺序的情况下，脱硫反应平衡时[%S]下降了一个数量级，脱硫之后再脱硅，能明显改善CaO粉剂脱硫的热力学条件。4.1.2脱硅、脱磷-脱硫顺序此顺序下的脱硫反应为：(CaO)+[S]=(CaS)+[O]，计算结果如表4.5表4.5脱硅、磷、脱硫顺序脱硫反应平衡时的[%S]T1673K1623K1573K[%S]2.7410-33.5210-34.4510-3比较表4.5、表4.4及表4.2：在“脱硅、脱磷、脱硫”顺序的情况下，脱硫反应平衡时[%S]为10-3数量级，而在“脱硫、脱硅、脱磷”顺序下，[%S]为10-5数量级。在“脱硅、脱硫、脱磷”顺序下，[%S]为10-4数量级，显然“脱硫、脱硅、脱磷”顺序下Cao粉剂脱硫反应的热力学条件更好。所以：CaO作三脱剂时的最佳预处理顺序为：脱硫、脱硅、脱磷。4.2KR法铁水预脱硫工艺KR铁水预处理是炼钢的一道重要工序，在转炉冶炼前，铁水中的硫需要从铁水中除去，用低硫铁水进行炼钢。意义在于：降低转炉冶炼成本，缩短冶炼周期，延长炉龄，提高各钢种的内在质量。本工艺利用搅拌器在铁水中旋转造成涡流，使脱硫剂和铁水充分接触，促进脱硫反应进行，达到深脱硫的目的。KR机械搅拌法脱硫一般要求铁水温度不小于1300℃(1)KR法铁水预处理工艺特点图4-1KR预处理系统工艺图KR搅拌脱硫法是日本某制铁厂于1963年开始研究，1965年应用于工业生产的一种铁水炉外脱硫技术。脱硫方法是以外衬耐火材料的脱硫搅拌器侵入铁水罐内进行旋转搅动铁水，使铁水产生漩涡，将经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，并被漩涡卷入铁水中，与高温铁水混合反应，达到脱硫目的。如图1所示为KR铁水预处理工艺图。主要控制设备有铁水罐车、搅拌升降小车、搅拌头、活动烟罩、升降溜槽、氧化钙料仓、料斗以及喷吹阀等。(2)工艺控制系统要求KR铁水预处理过程及动作顺序如下：①由吊车将装有铁水的铁水罐吊起，运至停在吊罐位的铁水车上；②开动铁水车，进入到处理工作位；③开动渣罐车到工作位；④铁水车倾翻，测温取样，扒渣处理；⑤升降搅拌小车液压系统启动，升降小车夹钳松开；⑥升降搅拌头小车下降到搅拌位，升降小车夹钳夹紧，液压系统停止；⑦活动烟罩下降，搅拌头低速旋转10s；⑧升降溜槽下降，搅拌头高速搅拌；⑨料斗给料机运行，料斗流化阀打开，喷吹阀打开；⑩料斗空信号达到时，延时3s关闭流化阀，延时10s关闭喷吹阀；搅拌时间到达时，停止搅拌，活动烟罩、升降溜槽、升降搅拌小车均回到待用位；铁水车倾翻，测温取样，扒渣处理；铁水车复位，开到吊装位，处理完毕。第五章KR法预脱硫站设备选择及设计KR搅拌法铁水预处理设备分为三大部分：搅拌系统设备、加料系统设备、除尘系统设备。搅拌系统设备为铁水处理的核心设备，这一部分有搅拌器、搅拌器升降装置、烟尘收集装置、升降系统、铁水罐车、渣罐车、扒渣机、溜槽升降装置、活动轨道、翻板装置、更换搅拌器小车和与其设备相关的液压站、电气室等，通过搅拌器提升装置，可将搅拌器埋没在铁水中，由电动马达控制其旋转搅拌铁水及添加溶剂。加料系统设备包括：气动阀门室、粉料仓、给料泵及其管路。除尘系统设备包括：风机、管路及粉尘收集装置。铁水接受、机械搅拌和扒渣时产生烟气有烟罩和烟道收集，烟罩和烟道与布袋过滤器除尘设备相连。5.1KR法处理容器的选择铁水预处理过程中，常用的处理容器有铁水罐、鱼雷罐，不同企业选择的预处理装置不同，这与企业选择的工艺路线有关。实际上，铁水预处理过程中，处理效果是否理想，与处理过程中容器内的热力学、动力学条件密切相关，其中动力学的影响尤为显著。从热力学的观点看，为最大限度地促使吸热的脱硫反应朝着生成硫化物渣的方向移动，就必须保持较高的铁水温度；脱磷虽然是放热反应，但熔剂所需的热量大，也需要铁水的温度相对较高。为此，应该采用保温性能好的容器，尽量减少各个环节中的温度损失。鱼雷罐和铁水罐相比，运输和处理过程中相对散热面小，保温性能好，有利于保证铁水预处理效果。在早些年，许多铁水运输距离较长，转炉公称容积较大的炼钢厂常采用鱼雷罐作为铁水预处理容器。从动力学的观点来看，为提高脱硫、脱磷反应速度，必须强化搅拌，使整个熔池强烈而均匀地进行化学反应，避免死角区。采用铁水罐处理时，其搅拌效果、动力学条件都较鱼雷罐优越。在相同搅拌强度下，在整个铁水罐内产生的搅拌程度比鱼雷罐大，并且由于熔池相对深度大，对罐底的冲击也相对较小。因此，铁水罐内的预处理动力学条件优于鱼雷罐，选择铁水罐更有利于保证预处理效果，避免铁水回硫、回磷。近几年新建的一些预处理站更倾向于采用铁水罐来进行铁水预处理，即使采用鱼雷罐运输铁水，在预处理阶段，也倾向于采用倒灌的方式，在转炉铁水罐内进行铁水预脱硫、脱磷的操作。5.2搅拌系统主要设备昆钢的搅拌装置如图5.1所示1—升降小车轨道2一搅拌器旋转装置3一搅拌器升降装置4一主传动轴5一搅拌器6一翻板轨道7一下料溜管8一除尘烟罩9一活动门液压缸10一搅拌头更换小车图5.1昆钢搅拌装置组成搅拌器的主要作用是搅拌铁水使铁水中的杂质和粉料充分反应，生成浮渣。驱动装置带动搅拌器旋转，根据工艺要求控制其旋转时间和速度。首先，根据铁水罐的容积和铁水的重量、铁水的温度、铁水与耐火材料之间的摩擦力，搅拌器和铁水罐的结构等相关条件和参数，计算出所需搅拌力的大小和搅拌器的转速。以现在各钢铁公司较为通用的铁水罐(50—100t铁水容积)为例，对搅拌头进行分析和计算，外形尺寸高度一般应为2800一3000mm，最大处外围直径为950一1200mm。芯部为钢制能形成冷却压缩空气循环的结构件，外表为耐高温、耐冲击、耐急冷急热的特殊耐火材料，加上自身特殊的结构，使它们能达到满意的使用次数。每根搅拌头一般情况下，可搅拌铁水300一400罐，最高转速可达120rpm，每次连续工作最高可达20分钟，平常转速为80rp搅拌器可实现正、反转，便于将粘在搅拌头外表的钢渣等甩掉。其次，综合工艺上的要求，就可以选择搅拌器旋转电机和减速机。国内有些钢厂就直接采用液压马达驱动搅拌器。由于使用工况的要求，液压马达的密封要求特别高，所以，现在广泛采用的还是电机驱动，安全可靠。5.2.1搅拌器升降装置该装置由一台提升电机，通过减速机带动两套双钢丝绳卷扬机经滑轮组提升机械搅拌装置。其上配备有过载及防松检测器(力矩检测器)以保证钢丝绳的安全。此外还配有一台作应急处理的气动马达，断电时，启动气动马达将搅拌桨从铁水罐中提起。搅拌桨插入铁水深度有一定要求，川崎制铁公司采用一套测铁水液面装置，而川崎重工则通过倒罐站的铁水称重车，以控制升降车行程。根据工艺要求，搅拌器必须在垂直方向升降来满足工作位、待用位、检修位及上、下极限位的要求。这就要求有一套定位准确的卷扬装置。由搅拌器及其附件的重量和搅拌器提升速度的要求，计算出卷扬电机、减速机功率的大小，以及卷筒直径的大小，确定出最佳参数。升降装置的定位和控制采用主令控制器和编码器电机采用变频电机来实现升降过程中要求的低速和高速的变化。5.2.2机械搅拌装置该装置结构示意图如图5.2所示。图5.2机械搅拌装置结构示意图1—主电机2—同轴式减速器3—主联轴器4—搅拌器主轴5—上轴承6—升降车7—导向轮8—下轴承9—搅拌头联轴器它主要由搅拌器及其旋转机构、升降车以及升降车夹紧机构等组成。搅拌器由主电机(1)带动旋转，它通过一台同轴式减速器(2)及主联轴器(3)与搅拌器主轴(4)联接并将搅拌力矩传给搅拌器主轴。搅拌器主轴又通过上、下轴承(5、8)支撑在升降车(6)上。这样搅拌器主轴既可相对升降车旋转，又能随升降车升降。升降车通过安装其上的提升滑轮组(11)及四组导向轮(7)，由升降装置的卷扬机驱动，沿固定框架上的四根轨道作升降运动。在升降车上下两端各装有四套液压装置，它们组成升降车夹紧机构(10)(见图5.3)。图5.3升降小车夹紧机构9—搅拌头联轴器10—夹紧机构11—提升滑轮组当搅拌器主轴旋转搅拌铁水时，夹紧机构将升降车夹紧在框架轨道上，以减少搅拌铁水时所产生的不规则振动。川崎制铁公司与川崎重工公司不同之处是夹紧机构装在固定框架上。另外，该公司在固定框架上还装有由四个气缸驱动的锁定装置，当升降车停在高位(换桨位置)时，锁定装置可防止其坠落(图中未示出)。搅拌器主轴下部联接着搅拌头，它的头部呈十字形，由耐火材料通过双头销钉浇注在钢管及十字头上。搅拌器主轴和搅拌头轴均为空心轴，工作时，压缩空气通过旋转接头，进入空心轴，从而带走部分热量，延长其寿命。搅拌头和搅拌器主轴的联接结构(9)必须考虑易于对中，方便快速更换。其结构(见图5.4)是在搅拌头的上部法兰凸出四个梯型块和搅拌器主轴下部法兰相对应的凹槽相配合，然后用8个螺栓联接。图5.4搅拌头结构示意图5.2.3KR主体设备有关计算KR主体设备的计算主要包括搅拌设备的功率计算以及升降装置的功率计算，这是选择电机功率的最基本的依据。现分述如下：5.2.3.1搅拌设备功率计算搅拌桨的基本受力情况是在旋转时受到铁水的阻力，其功率基本计算公式如下：NL=Tω/1000(1)式中NL—搅拌桨理论功率/kWT—搅拌桨搅拌时所受的铁水阻力矩/N·mω—搅拌桨旋转角速度/r·s-1通过动力学及流体力学的变换，可以得到：NL=(KN·ρ·nj3·d5)/1000(2)式中ρ—铁水密度/kg·m-3nj—搅拌桨计算转速/r·s-1d—搅拌桨直径/mKN—功率系数，由下式得到：(3)式中θ—搅拌桨角度/°(一般取90°)A—尺寸系数，由下式得到：(4)B—尺寸系数，由下式得到：(5)w—尺寸系数，由下式得到：(6)b—搅拌桨厚度/mD—铁水罐直径/mZ—铁水罐深度/mRe—铁水雷诺数，由下式得到：(7)式中μ—动力粘度/Pa·s对于铁水μ=5×10-3通过以上计算，可得到搅拌桨所需的理论功率。需要说明的是，由于上面计算假设当搅拌介质为牛顿型单一液体时搅拌所需的理论功率，未考虑在搅拌过程中加入固体介质、温度变化及化学反应，也未考虑机械效率及惯性力矩，为计算方便，引出基准功率如下式所列：(8)式中NB—基准功率/kW，即在nj=1.55r/s基准转速下由公式(2)~(8)得出的计算功率k—考虑到在搅拌过程中加入固体介质、温度变化、化学反应，安全系数、机械效率及惯性力矩后的经验系数；该处取5.51η—机械效率系数，通常取0.8为了符合KR搅拌法工况，根据国外某公司设计研究所的实践经验，提供了如下经验公式。(9)式中N—符合KR搅拌法工况的实际计算功率/kWnB—基准转速/r·s-1；即nj=1.55n—搅拌桨实际转速/r·s-1；α—经验值1.65~3，该处取1.65下面对公称容量为160t的铁水罐搅拌设备搅拌功率进行计算。根据川崎制铁公司提出的技术参数n=150r/min，首先由公式(2)~(8)以基准转速nj=nB=1.55r/s代入，计算出基准功率NB，其原始资料及计算结果如下(见图5.5)。图5.5搅拌示意图已知：nj=nB=1.55r/sρ=6500kg/m3d=1.127m[取搅拌桨中径，以(1.2+1.053)/2=1.127m计入]θ=90°2×b=1.7m(考虑到搅拌桨共4片叶子，故计算时以2b=2×0.85=1.7mD=3.201m[取铁水罐中径，以(3.29+3.112)/2=3.201m计入]Z=3.017mμ=5×10-3Pa·sk=5.51η=0.8由以上资料代入(2)~(8)式，计算得：A=134.15B=7.85ω=2.61Re=2557039.53NB=187.83kW然后由公式(9)计算出搅拌桨的实际功率，其结果计算如下。已知：NB=187.83kWnB=1.55r/sn=150r/min=2.5r/sα=1.65由以上数值代入(9)式，计算得：N=413.36kW则搅拌桨功率应取450kW。需要说明的是由于前面提到的受到诸多因素的影响，单从搅拌理论计算出的功率数值与实际功率数值相差很大，需要增加不少的经验系数和修正值，而各家公司的操作工艺、经验和计算方法的差异，最后计算的结果亦稍有出入。5.2.3.2升降装置功率计算升降装置在上升的过程中基本的公式是：（10）式中P—升降装置起吊量或牵引力/Nυ—升降速度/m·s-1η—卷扬机械工作效率，通常卷扬设备取η=0.6~0.7根据川崎制铁提供的技术参数：P=352800N、υ=5m/min=0.0833m/s，代入(10)式有：则电机功率应选取45kW。5.3除尘系统除尘烟罩示意图如图5.6所示：图5.6除尘烟罩示意图除尘烟罩通过一套卷扬提升系统借助于四拉杆使烟罩上下运动，达到铁水罐进出工位较顺利地目的。使用过程中曾发现活动烟罩因为有上下运动会使烟尘大量外泄，不仅对现场环境造成污染、影响其它设备使用寿命，还会对人身安全产生危害，埋下安全隐患，甚至会使除尘系统失去作用。不仅如此，活动式烟罩还存在以下弊端：①需要一套烟罩卷扬设备来提升巨大的烟罩，设备投资大；②烟罩为大而薄的结构件，离铁水罐距离近极易受热变形，而烟罩壳体和导轨之间的设计间隙很小，仅有40mm，在上下滑行时烟罩的受热变形经常导致导轨发生卡阻；③烟罩卷扬设备发生故障时如果用人工将烟罩提升费时费力，如果烟罩将铁水罐罩在下面不能及时移出就会造成重大生产事故。因为活动烟罩存在很多缺点，所以我们选用固定烟罩，并在烟罩上增加一个用液压缸驱动能打开和关闭的门，便于铁水罐进出。此项设计去掉了复杂的烟罩升降卷扬装置，不仅增加了工作可靠性而且节约了设备的投资成本。固定烟罩与活动烟罩比较有下列几点好处：①烟罩卷扬随活动烟罩的取消而取消，减少上层平台布置烟罩卷扬的面积；②没有活动烟罩，既节约了生产运行成本又减小设备投资成本；③烟罩滑行导轨随活动烟罩同时取消，减少故障点；④活动烟罩因为有导轨所以需在机加工时就整体焊接好，体积庞大运输难度大、费用高。固定烟罩可以分成四至六块制作，在施工现场组合安装，对加工制作、运输、安装都方便；⑤不存在烟罩卷扬起吊装置与现场更换搅拌头的电动葫芦的干涉问题；⑥固