炼钢设计基础作业.doc

建设项目的设计按照项目的性质可分为新建、扩建、改建、迁建和恢复建设项目5类
目前炼钢设计指导思想：投资省、经济效益最佳、多品种高质量、生产安全、操作顺利、维修方便的原则。因此在设计中采取参照条件相似，转炉容量相近，生产技术指标先进，厂房布置设计合理的车间，进行比较、分析改进，在设计中应采用先进的新技术和新工艺，但不应在设计中采取全面照搬的做法。
关于新建炼钢厂国家规定1.新建钢厂一定要有铁水预处理。2.设计顶底复合吹炼转炉，吹氧时间小于16min 。3.炉外精炼设施齐全，提高钢质量。4.全连铸钢厂。5.经济指标先进，生产效益高。
炼钢车间设计一般应包括下列各项基本内容：（1）车间的工艺设计；（2）车间机械设备设计；（3）供电设施设计，电讯系统设计，照明设计；（4）给水、排水（包括污水处理）设计；
（5）厂房通风与局部的采暖、通风设计；（6）厂房与设备基础及其他构筑物设计；
（7）环境保护与安全卫生设计
炼钢厂生产规模：该厂年产原钢的数量，即合格钢锭或合格连铸坯或二者之和的年产量。还应区分它的“生产能力”和“实际（或计划）产量” 。
炼钢厂的产品大纲：企业的产品计划（即钢材产品的产量、品种、产品规格等）；确定了加工工序和加工设备类型，再依加工工序的要求来确定炼钢厂所应提供的铸坯或钢锭的质量与断面形状、尺寸，从而计算出按不同钢种所需供应的坯（或锭）的数量（吨）。
容量和座数，主要决定于车间的各项作业指标。Q=365×1440×n×T×η/τ (1)式中 Q：车间生产能力，吨钢/年 。n：车间经常吹炼转炉座数。T：每座转炉平均产钢量，吨 。τ：每一炉钢的冶炼周期，min。η：车间年有效作业率。由(1)可得出n×T = Q ×τ/(365×1440×η) (2) 根据(2)式可以确定n和T。
转炉炉型指新砌砖的转炉由耐火材料构成的内部形状尺寸，即为炉膛的几何形状。炉帽、身、炉底三部分组成。
转炉炉型按熔池形状主要分为筒球型、锥球型和截锥型三种。
转炉炉型种类选择的原则①炉型应能适应炉内钢液、炉渣和炉气的循环运动规律，使熔池得到激烈而又均匀的搅拌，从而加快炼钢过程的物理化学反应；②有利于提高供氧强度（B），缩短冶炼时间，减少喷溅，降低金属损耗；③新砌好的炉子的炉型要尽量接近于停炉以后残余炉衬的轮廓，减少吹炼过程中钢液、炉渣和炉气对炉衬的冲刷侵蚀及局部侵蚀，提高炉龄，降低耐火材料的消耗；④炉壳应容易制造，炉衬砖的砌筑和维护要方便，从而改善工人的劳动条件，缩短修炉时间，提高转炉作业率。总之应能使转炉炼钢获得较好的经济效益，优质、高产、低耗。
结合我国已建成的转炉的设计经验，在选择炉型时，可以考虑：100～200t以上的大炉子，采用筒球型，50～80t的中型炉子，采用锥球型；30t以下的小炉子，采用截锥型。
但是也不绝对，还要根据当地的铁水条件，主要是[P]、[S]含量，来考虑确定最合适的炉型。对于顶底复吹转炉，可以采用截锥型炉型。
公称容量：炉子容量，指新设计的转炉耐火材料内衬尺寸时的产钢量。
转炉的炉容比是指有效容积与公称容量的比值（V/T),也称容积系数或容积比。
炉容比过小和过大的害处①炉容比过小（即反应空间小）A 因为反应空间过小，满足不了冶炼反应所需要的空间，容易喷溅和溢渣，金属收得率金降低，操作困难，工人的劳动强度增加。B 加剧钢、渣对炉衬的冲刷侵蚀，使得炉龄降低。C 不利于提高供氧强度（B），强化冶炼，限制了生产率的提高，因为供氧强度大，炉容比小，易喷溅。
②炉容比过大：炉容比大势必增加炉子高度HH还受H/D的影响），增加厂房高度和倾动力矩。实践证明，炉子高度H增高1m，厂房增高2m，将导致投资增大、设备庞大和电耗增加。
影响炉容比大小的因素1）铁水成分2）冶炼操作方法3）铁水比4）炉子容量5）氧枪喷孔数6）供氧强度
复合吹练一般选取炉容比是：0.85~0.95m3/t
转炉的高宽比：转炉的总高度（H总）和炉壳外直径（D壳）的比值（或H内/D堂）
目前大型转炉的高宽比一般都波动在1.2~1.4之间
供氧强度：单位时间内冶炼一吨钢水所需的氧气量 ,单位：Nm3/(min t)
我国转炉的供氧强度为2.5~4.5 Nm3/(min t)
供氧强度由供氧量、供氧时间、氧气流量等条件计算
试计算公称容量为250t（新炉出钢量）转炉的炉型尺寸D=K [(G/t)开方] G=公称容量 K=1.55 t=平均每炉钢的出钢时间
转炉出钢口的位置出钢口位置通常设在炉身与炉帽耐火材料的交界处，这样出钢时钢水能集中到帽锥处，保证了出钢时出钢口上方的钢水始终处于最深状态，钢水能在一定压力下以较快的流速流出流净，若出钢口设在炉帽或炉身段部位①出钢时在出钢口见渣时，炉内还有部分钢水没有流净；②钢水夹渣。
出钢口倾角定义：炉子处于直立位置时，出钢口中心线与炉子水平线之间的夹角。
减少出钢口倾角的好处：可以缩短出钢口长度，便于维护；可以缩短钢流长度（出钢口至钢包的距离），减少钢流的的吸气、散热损失和二次氧化；出钢时炉内钢水不发生漩涡运动，避免钢流夹渣；出钢时钢包车行走距离短，出钢口倾角大，则行车距离长。
转炉炉衬由工作层、填充层、永久层和绝热层构成
各层分别采用的材质耐火材料工作层：材质采用镁碳砖，其具有良好的耐火度、高温强度、耐蚀性和抗热震性。填充层：工作层和永久层之间，由镁砂和焦油捣打成，厚度在80~150 mm。
永久成：一般用标准镁砖修砌，其厚度65~345mm，炉底永久层要厚些。
绝热层：镁碳砖炉衬特有，紧贴在炉壳内壁，垫上几层石棉板，厚度为20~30 mm。
转炉拐弧炉壳在转炉炉壳的帽锥与炉身直筒段连接处，直筒段与池锥，池锥与炉底球冠连接处小炉子以直线尖角相连接，称为拐角炉壳。大、中型炉子为了减少应力集中，增加炉壳的坚固性，以圆弧相接，称为拐弧炉壳
水冷炉口的结构有：隔板焊成的水箱、蛇形管（埋管式）两种
采用水冷炉口的好处：1）温度低，渣易冷却破碎，从炉口落下，利于清渣。2）保持炉口尺寸，利于烟气回收。3）转炉上部炉壳高温变形小。4）炉口修砌、维修方便。
水冷炉口尺寸： d口+200~300 mm =d水即各边大出100~150 mm。
顶底复吹转炉炉型的特点（1）在相同容量和熔池深度的条件下，熔池直径比筒球型的大些；而在相同容量和相同熔池直径的条件下，熔池深度又比筒球型的深些。因此，有利于缩小炉子的高宽比，同时又能有合适的熔池深度。2、顶底复吹转炉的熔池深度的确定一方面要保证顶吹氧气射流不致穿透炉底；另一方面要发挥底吹的作用，即熔池搅拌激烈而又均匀、吹炼过程平稳、炉内反应迅速、渣、钢间反应更趋于平衡等。因此熔池深度还与炉底喷嘴的直径和供气压力有关（3）采用截锥型熔池，单位金属的熔池表面积比筒球型的大，不仅有利于冶金反应及提高炉衬的寿命，而且便于做成可拆卸式活炉底，改善炉底的结构强度。
（4）顶底复吹转炉的高宽比介于顶吹转炉与底吹转炉高宽比之间，至于炉帽形状和出钢口位置均与顶吹转炉的要求相同。
根据顶底复吹转炉的冶炼特点，底吹气体类型强化冶炼型、增加废钢比型、加强搅拌型
顶底复吹转炉底吹供气元件类型透气砖：有组合式透气砖和高压成型透气砖 喷嘴：有单管式、套管式、实心环缝式
马赫数：氧枪出口处气流速度与当地音速之比。马赫数M=w/a=1.9~2.3
多孔拉瓦尔型喷头的优点：1）供氧强度大、生产率高、冶炼操作稳定。2）炉内反应均匀，喷溅少，钢水收得率可提高1.5~3.5%。3）延长炉衬寿命，缩短修炉时间。4）枪位稳定，化渣速度快，作业率高。5）热效率提高20%6）炉口等粘渣少，改善了劳动条件。
按照炼钢工艺设计技术规定要求，100t以下转炉采用 三孔拉瓦尔喷头。100t以上转炉采用 四孔或 五孔喷头。 进行喷头设计时M应选在2.0左右。
多孔喷头的喷孔夹角是指喷孔中心线和喷头几何中心线之间的夹角。
喷孔的间距(A)是指喷头断面上喷孔出口处喷孔中心线与喷头轴线之间的距离。
氧枪的冲击半径决定于喷孔夹角、枪位、M、氧压及喷孔间距。
转炉全皮带上料系统的工艺流程地面料仓→固定胶带运输机→转运料斗→可逆皮带运输机→高位料仓→称量漏斗→电磁振动给料器→汇集胶带运输机→汇总漏斗→溜槽 →转炉
转炉烟气净化及回收意义:1防止环境污染（未经处理的转炉烟气在大气中飘散2～10公里远，危害车间操作工人健康，污染环境）2回收煤气（节约大量能源，创可观财富。如回收的好，能实现负能炼钢）3回收蒸汽（转炉炉气温度约为1450～1550℃。出炉口与空气混合燃烧后温度达1700～2600℃这部分烟气物理热可通过采用汽化冷却烟道或废热锅炉以蒸汽形式回收，同时使烟气被冷却便于除尘）4回收烟尘（转炉炉气含尘浓度为80～150g/Nm3。烟尘的主要成分是FeO，Fe2O3。回收后可制成烧结矿或球团矿，做为炼铁原料）5抽风机操作需要 （烟气排出需经风机。这种温度和含尘浓度高的烟气，长期磨损风机的机壳和叶片会缩短风机的使用寿命）
空气燃烧系数: 空气燃烧系数实际吸入的空气量和炉气完全燃烧所需理论空气量比值
α＝1：炉气完全燃烧；α<1 ：炉气不完全燃烧； α>1：炉气完全燃烧后还有过剩空气
区分燃烧法.未燃法: 依据α1区分。当αCO含量↓，CO2含量↑；α＝l，烟气成分主要为CO2，烟气温度达最高值，约2500～2600℃；α>1，α↑烟气量↑，烟气温度 ↓。
转炉烟气处理方法中 “未燃法”烟气中主要成分是CO；“燃烧法”废气中主要成分是CO2。 “未燃法”烟尘中主要成分是FeO；“燃烧法”烟尘中主要成分是Fe2O3。
控制空气过剩系统α值方法氮幕法：此法的基本原理是在活动烟罩与炉口之间设置氮气密封圈向外吹氮，将空气与烟气隔绝，此法在炉口基本上不吸入外界空气，所以烟气量少，回收系统容量小，设备费用低，但要消耗大量氮气（仅炉口氮消耗15—20Nm3/吨钢）
炉微压差控制法：此法是通过降下活动烟罩，缩小烟罩与炉口之间的缝隙，并调节可调喉口文氏管的喉口流通面积来调节烟气系统阻力，使烟罩内外压差为零或微正压（一般为—10Pa）
。从而控制a值，即控制系统吸入的空气量。国内转炉基本上都是采用这种方法控制a值
“未燃法”与“燃烧法”优缺点: 未燃法较燃烧法所采用的空气燃烧系数α值小，即系统吸入空气少，产生烟量少，故未燃法除尘设备体积小，投资费用低，厂房高度低2能源利用方面，未燃法可回收煤气节约大量能源。目前国内可回收100Nm3/吨左右钢煤气，燃法可用废热锅炉回收蒸汽，但设备庞大热效率低3未燃法烟尘中FeO含量高，FeO颗粒大容易扑集，故除尘效率高。而燃烧法烟尘的主要成分是Fe203，颗粒小不容易扑集，因此除尘效率低4未燃法烟气主要是CO，系统运行不安全，要求系统密封性好，防毒防爆。而燃法的烟气主要是CO2，安全，不爆炸。总趋势是用未燃法湿法除尘，贯彻节能方针。
“溢流”文氏管又称“降温”文氏管，“可调喉口”文氏管又称“除尘”文氏管。
烟气净化方法包括干法和湿法两种。
转炉干法烟气净化方法包括 静电除尘和袋式除尘器两种
连铸机中间包的作用1）控制钢流注入结晶器内，减少出钢的静压力，使钢流保持稳定。
2）减少钢流冲击而产生的飞溅、钢水液面波动。3）中间包钢水中夹杂物上浮。
4）分流以实现多流浇注。5）多炉连浇。
结晶器的工作条件对结晶器提出了以下要求： 1）均匀的坯壳厚度，在机械应力和热应力的作用下不拉断、歪曲、变形及裂纹。 2）导热性好。 3）刚性好、耐磨、高温变形小。
4）结构简单、制造加工容易，拆装和调整方便。5）重量轻，振动时惯性小，运动平稳可靠。
连铸机二冷区的作用1）加速凝固 2）对铸坯起支撑和导向作用 3）对引锭杆起支撑和导向作用 4）直弧形连铸机，对铸坯顶弯。
对二冷要求 1）在高温铸坯的作用下，要有足够的强度和刚度。2）结构简单，调整方便，能快速处理事故，各段要能整体快速的更换。3）能按要求调节冷却区水量，以满足不同钢种、断面、浇注温度、拉速的需要。
为什么要进行多点矫直：高速连铸的发展要求采用带液芯矫直，出现了带液相多点矫直。带液相矫直，两相区界面处坯壳的强度和允许变形率极低，为防止矫直时发生内裂，必须控制该处的延伸率在允许范围内。
结晶器在线调宽的方式有两种在线调宽有L式和Y式两种方式
冶金长度的限制：冶金长度为连铸机的机身长度，指从结晶器钢液面到拉矫机最后一对辊子中心线的长度，其决定着铸坯液相穴深度的极限位置。
电弧炉横向以及纵向布置各有何特点纵向布置：炉子轴线与厂房纵向柱列轴线平行。两座电炉出钢口相对炉门相对横向布置：炉子轴线与厂房纵向柱列轴垂直。两座电炉合用变压器室单独两个变压器室，合用外界母线
电弧炉炉体设计包括步骤
求出炉内钢液以及熔渣的体积
计算熔池的深度和直径
确定熔炼室空间的高度和直径
确定炉鼎的拱高和炉盖的厚度
确定炉衬尺寸和炉壳厚度
确定变压器的功率与电压的级数与大小
求出电极直径
确定电极心圆直径1.UHP→LF→VD/RH→WF/SL→CC。冶炼合金钢板，海洋钢，管线钢，高强度钢，轧辊。2. UHP→LF→WF/SL→CC。冶炼一般合金钢，结构钢，普通钢板，价格与转炉差不多。3. UHP→LF→RH→WF/SL→CC。冶炼硅钢。
UHP→AOD/VOD/RH—OB→WF/SL→CC。冶炼不锈钢
电弧炉装备技术的完善包括配套技术UHP2.废钢预热技术3.EBT4.燃烧枪5.泡沫渣埋弧冶炼6.吹气搅拌7.留钢留渣操作8.四孔排烟、五孔加料9.水冷炉壁、水冷炉顶、水冷电极
偏心炉底出钢电弧炉有何优点及缺点（1）可实现无渣出钢和留钢留渣操作。（2）增加电弧炉水冷炉壁的水冷面积。（3）炉体后倾角减小到12~15° ，可缩短短网长度，提高输入炉内的有功功率（10~33%）和功率因数（从0. 707~0.8）。（4）电极消耗降低6%，生产率提高10~15%。（5）减轻出钢过程中钢流的二次氧化及吸气。问题：（1）出钢口附近钢水混合搅拌困难。（2）炉底的维护比出钢槽困难。
一般一个转炉车间设计包括步骤
根据任务设计书给定的生产规模和产品方案确定炉子座数和容量
确定车间的类型和工艺布置
确定各跨间的主要尺寸参数
确定车间主要设备的参数及位置
一个完整地转炉炼钢车间需要完成主要工序
原料供应、兑铁水、加废钢、散状料供应、铁合金供应等
吹炼及出钢
浇铸、连铸、精整、外运
炉渣及垃圾的外排处理
烟气净化及回收处理
转炉横向位置中的a值如何计算a=L1+L2-L3-L4
a—转炉中心线与厂房纵向柱列中心线的距离 mm，
L1—转炉倾动到受铁位置（倾动角α=30—45°）时，转炉炉口内缘（新炉衬）与转炉中心线的距离 mm。
L2—铁水罐内铁水全部兑入转炉（转炉倾角为104°左右）时，罐嘴前沿到铁水罐耳轴中心线的水平距离 mm。
L3—吊车主钩的移动极限及安全距离，移动极限为吊车设备尺寸，安全距离一般取400—600 mm。
L4 —吊车轨道中心线与厂房柱子中心线的距离 mm。通常采用钢立柱约1 m，如果采用水泥立柱要宽一些。
转炉耳轴标高如何确定
H1=(H-d/2)+K
H1—转炉工作平台标高 mm,
H—转炉耳轴中心标高 mm,
d—新炉子炉口内直径 mm,
K—常数 250~300 mm,
转炉跨内主要平台包括哪些
转炉工作平台
散料系统平台
烟气净化系统平台
氧枪系统平台
修砌炉平台
向转炉兑铁水吊车轨面标高。
H=H1+h1+h2+h3+h4
H1—转炉耳轴中心线标高
h1—转炉耳轴中心至铁水罐耳轴中心距离，此时转炉倾角α取45°。铁水罐翻转角度为104°。
h2—铁水罐耳轴中心线到起重机吊钩上极限活动尺寸或安全距离，一般取1~2 m。
h3—吊钩升高极限，设备尺寸。
h4—吊钩升高极限到吊车轨面高度，设备尺寸。