【正文】 連鑄，由于增加了中間包熱損失，中間包水口小，澆鑄時(shí)間長，因此鋼水溫度要比模鑄高20~50℃，對于有精煉工序的車間，還必須考慮精煉過程中鋼水溫度的升降。冷卻劑的冷卻效果Q冷為加熱冷卻劑到一定熔池溫度時(shí)消耗掉物理熱(Q熱)和冷卻劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)消耗的化學(xué)熱(Q化)之和，即頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼所用的冷卻劑一般有廢鋼、鐵礦石、氧化鐵皮，廢鋼作為冷卻劑的優(yōu)點(diǎn)是雜質(zhì)少，可減少成渣量。鐵礦石作為冷卻劑的優(yōu)點(diǎn)是加料時(shí)不占用吹煉時(shí)間，有利于快速成渣和去磷，并能降低氧耗和鋼鐵料消耗，吹煉過程中調(diào)節(jié)溫度比較方便。氧化鐵皮是軋鋼的鐵屑，其冷卻效果比礦石穩(wěn)定，含雜質(zhì)少，生成渣量也少。廢鋼加入量的計(jì)算假設(shè)需要廢鋼進(jìn)行冷卻的富余熱量為Q余，廢鋼的冷卻效果為q廢鋼，則應(yīng)加入的廢鋼量G廢鋼為鐵礦石加入量的計(jì)算由于鐵礦石含SiO2，故用鐵礦石作冷卻劑時(shí)，為了保持爐渣的規(guī)定堿度R，需要補(bǔ)加石灰。因此在計(jì)算鐵礦石加入量時(shí)，應(yīng)考慮加入石灰的冷卻作用。如果G礦表示礦石的加入量，G石灰表示補(bǔ)加石灰量，q礦表示礦石的冷卻效果，q石灰表示石灰的冷卻效果，Q余為富余熱量，則為了保持規(guī)定的爐渣堿度R，需補(bǔ)加的石灰量可根據(jù)礦石中SiO2的含量(SiO2)和石灰中CaO的CaO自由求出將②式帶入①式得出鐵礦石的加入量假設(shè)普通低碳廢鋼的冷卻效果為1，則常用冷卻劑效果如下表所示冷卻劑與廢鋼相比的冷卻效果加入1%冷卻劑的金屬溫降值/℃廢鋼1~鐵礦石、鐵皮(90%作用)4~35~40石灰石~34~38終點(diǎn)控制是轉(zhuǎn)爐吹煉末期的重要操作。由于脫磷比脫碳操作復(fù)雜，因此總是盡可能提前讓磷硫去除到終點(diǎn)要求的范圍內(nèi)。這樣，終點(diǎn)控制便簡化為脫碳和鋼水溫度控制，所以把停止吹氧又成為“拉碳”。從廣義上講，終點(diǎn)控制應(yīng)包括所有影響鋼質(zhì)量的終點(diǎn)操作和工藝因素控制。轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)控制可以達(dá)到準(zhǔn)確控制吹煉過程和終點(diǎn)的目的，具有較高的命中率，經(jīng)驗(yàn)控制經(jīng)常采用“增碳法”和“拉碳法”。增碳法去除倒?fàn)t、取樣和隨后的補(bǔ)吹時(shí)間，因而生產(chǎn)率高，終渣(FeO)高，去磷率高，熱量收入較多，有利于增加廢鋼用量。拉碳法具有終點(diǎn)鋼水氧含量和終渣(FeO)較低，終點(diǎn)鋼水含錳量較高，氧氣消耗少等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)間約2~6min，應(yīng)采用紅包出鋼和擋渣出鋼法。目前頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼大多數(shù)采用沉淀脫氧，對一些有特殊要求的鋼種還可以配合以包內(nèi)擴(kuò)散脫氧(合成渣渣洗)和真空碳脫氧(真空處理及吹氬攪拌等)。(1) 爐內(nèi)加硅錳合金和鋁(或鋁鐵)預(yù)脫氧，包內(nèi)加錳鐵等補(bǔ)充脫氧。其操作要點(diǎn)：到達(dá)終點(diǎn)后，倒出大部分爐渣，再加少量石灰使渣稠化，以提高合計(jì)收得率和防止回磷，加入脫氧劑后搖爐助熔。包內(nèi)所加脫氧劑應(yīng)在出鋼至1/4~1/3時(shí)開始加入，到2/3~3/4時(shí)加完，以利于鋼水成分、溫度均勻化合穩(wěn)定合金收得率。(2) 包內(nèi)脫氧：全部脫氧劑都加入包內(nèi)。操作要點(diǎn)是：錳鐵加入量較多時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高出鋼溫度；而錳鐵加入量大時(shí)，則應(yīng)相應(yīng)降低出鋼溫度。脫氧劑力求在出鋼初期均勻加入(加入大量時(shí)可將1/2合金在出鋼前加在包底)。加入次序一般是先弱后強(qiáng)，即先加錳鐵，而后加硅鐵、硅錳和鋁。出鋼時(shí)避免過早下渣，特別是對含磷量有嚴(yán)格要求限制的鋼種。包內(nèi)應(yīng)加少量石灰，防止回磷。鎮(zhèn)靜鋼主要采用爐內(nèi)預(yù)脫氧——鋼包內(nèi)補(bǔ)充脫氧或全部脫氧劑加入鋼包內(nèi)的脫氧方法。沸騰鋼主要采用Fe—Mn脫氧，脫氧劑全部加入鋼包內(nèi)，出鋼時(shí)加入少量鋁調(diào)整鋼水氧化性。加入某一種或幾種合金元素，使其在鋼水中的含量達(dá)到成品鋼規(guī)格的操作過程，統(tǒng)稱合金化。實(shí)際上，脫氧和合金化經(jīng)常是同時(shí)進(jìn)行的。加入鋼中的脫氧劑一部分消耗于鋼的脫氧，轉(zhuǎn)化為脫氧產(chǎn)物而排除，另一部分則為鋼水所吸收，起到合金化的作用。而加入鋼中的合金元素，因其與氧的親和力多半比鐵強(qiáng)，也必然起一定的脫氧作用。冶煉一般合金和低合金鋼時(shí)，合金加入量公式如下：冶煉高合金鋼時(shí)，合金加入量較大，因此，加入合金量對鋼水量對鋼水重量和終點(diǎn)成分的影響不可忽略。各種合金元素必須根據(jù)它們與氧的親和力大小，熔點(diǎn)高低以及熱物理特性，決定其合理的加入時(shí)間、地點(diǎn)和必須采取的助熔或防氧化措施。6 轉(zhuǎn)爐爐體金屬構(gòu)件設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)爐金屬構(gòu)件是指爐殼、支撐裝置(托圈和耳軸)和傾動(dòng)機(jī)構(gòu)。爐殼通常由爐帽、爐身和爐底三部分組成。主要承受鋼水、爐渣及耐材的靜載荷，以及金屬料沖擊，熱應(yīng)力作用。其材質(zhì)應(yīng)具有較高的強(qiáng)度，本設(shè)計(jì)采用鍋爐鋼板和合金鋼板。爐帽制成截圓錐形。由于爐帽，特別是爐口受高溫作用易變形，所以普遍采用水冷爐口。這樣既能提高爐帽壽命，又能減少爐口粘渣。本設(shè)計(jì)采用埋管式水冷爐口，即把蛇形鋼管埋鑄在鑄鐵的爐口圈內(nèi)。其特點(diǎn)是使用安全，但制作難度較大。水冷爐口采用銷釘與爐帽連接，方便拆卸。爐身制成圓柱形。它是整個(gè)爐子的承載部分，受力最大。爐底為球冠形，其強(qiáng)度優(yōu)于截錐形。因爐襯修砌本設(shè)計(jì)采用上修法，所以爐身與爐底的聯(lián)結(jié)采用固定式。支撐裝置承載轉(zhuǎn)爐爐體的全部重量，由托圈、爐體與托圈的連接裝置、耳軸及軸承構(gòu)成。托圈：本設(shè)計(jì)采用半圓形(或馬蹄形)開口式結(jié)構(gòu)，爐體通過三個(gè)點(diǎn)支承在托圈上。其特點(diǎn)是方便拆裝爐體，拆開三個(gè)軸承上蓋，即可退出整個(gè)爐體。為增加托圈的剛度，中間加焊垂直筋板。托圈與爐殼之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，以改善爐身通風(fēng)條件和適當(dāng)留有擴(kuò)容能力，可參照爐殼可能產(chǎn)生的最大變形量(為爐殼直徑3%)確定。爐體與托圈的連接裝置：本設(shè)計(jì)采用300t轉(zhuǎn)爐自調(diào)螺栓連接裝置。爐殼上不焊有兩個(gè)加強(qiáng)圈，爐殼通過他們和三個(gè)帶球面墊圈的自調(diào)螺栓與托圈連接在一起。三個(gè)螺栓在圓周上呈120186。布置，且與焊在托圈蓋板上的支座鉸接。當(dāng)爐殼產(chǎn)生位移時(shí)，自調(diào)螺栓本身傾斜，并靠其球面墊圈自動(dòng)調(diào)位，使?fàn)t殼中心位置維持不變。這種三支點(diǎn)支承結(jié)構(gòu)能適應(yīng)爐殼和托圈的不等量變形，載荷分布均勻，制作方便，工作性能好。耳軸及其軸承：爐體和托圈的全部載荷都通過耳軸，經(jīng)軸承座傳給地基；同時(shí)傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的傾動(dòng)力矩又通過耳軸傳給托圈，在傳給爐體。由于耳軸要受多種負(fù)荷的作用，因此應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。本設(shè)計(jì)耳軸材質(zhì)采用合金鋼。不同容量轉(zhuǎn)爐的耳軸直徑如下表61所示。表61 不同容量轉(zhuǎn)爐的耳軸直徑參考值轉(zhuǎn)爐容量/t3050130200300耳軸直徑/mm630~650800~820850~9001000~10501100~1200根據(jù)表，本設(shè)計(jì)耳軸直徑采用1200mm。耳軸與托圈的連接方式本設(shè)計(jì)采用法蘭螺栓連接，即用過渡配合耳軸裝入托圈的耳軸座中，再用螺栓和圓銷連接。耳軸軸承本設(shè)計(jì)采用重型雙列向心球面滾子軸承。其特點(diǎn)是能承受重載、自動(dòng)調(diào)位和保持良好的潤滑。本設(shè)計(jì)采用全懸掛式傾動(dòng)機(jī)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備輕、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積少。傾動(dòng)速度采用無極調(diào)速，~ r/mim。7 氧氣轉(zhuǎn)爐供氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼要消耗大量的工業(yè)純氧，%以上。因此，現(xiàn)代煉鋼廠都有相當(dāng)大規(guī)模的空氣分離(制氧)設(shè)備。(1) 一座轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)的小時(shí)耗氧量計(jì)算1) 平均小時(shí)耗氧量Q1(m3/h)：2) 高峰小時(shí)耗氧量Q2(m3/h)：(2) 車間小時(shí)耗氧量1) 車間平均小時(shí)耗氧量Q3(m3/h)2) 車間高峰小時(shí)耗氧量Q4(m3/h)根據(jù)轉(zhuǎn)爐車間的小時(shí)平均需氧量確定選取制氧機(jī)座數(shù)及能力。本設(shè)計(jì)選擇了3座26000m3/h的制氧機(jī)。氧槍由噴頭、槍身和尾部構(gòu)件三部分組成。噴頭常用紫銅制成；槍身由三層無縫鋼管套裝而成；尾部構(gòu)件連接輸氧管和冷卻水進(jìn)出軟管。本設(shè)計(jì)選用拉瓦爾型噴頭，孔數(shù)設(shè)定為5孔，噴孔夾角為15186。，噴頭布置選擇周邊布置，出口馬赫數(shù)M=。(1) 氧流量計(jì)算(2) 理論氧壓計(jì)算由等熵流函數(shù)表可查得：當(dāng)馬赫數(shù)M=，P/Po=，將選取的P=105Pa帶入，則可求得Po=105 Pa。其中：P—轉(zhuǎn)爐爐膛內(nèi)氣體壓力，即噴孔出口處氣流的壓力，Pa，選取范圍(~)105 PaPo—使用氧壓，在設(shè)計(jì)噴頭時(shí)按理論計(jì)算氧壓選取，Pa。(3) 選用噴孔出口馬赫數(shù)與噴孔數(shù)綜合考慮，選取馬赫數(shù)Ma=。參照武鋼煉鋼三分廠250t轉(zhuǎn)爐氧氣使用情況，選取轉(zhuǎn)爐噴孔數(shù)為5孔，能保證氧氣流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，提高化渣速度和改善熱效率。(4) 計(jì)算喉口直徑噴頭每個(gè)噴孔氧氣流量q噴管實(shí)際氧氣流量Qv：式中：一般單孔CD=~；三孔噴頭CD=~。由上式，且取CD=，To=290K，又Po=105Pa。帶入，則得 d喉=59mm(5) 計(jì)算噴孔出口直徑根據(jù)等熵流表，在Ma=，A出/A喉=，即故噴孔出口直徑(6) 計(jì)算擴(kuò)張段長度取擴(kuò)張段的半錐角α為4186。，則擴(kuò)張段長度(7) 確定噴孔傾角β多孔噴頭的各個(gè)流股是否發(fā)生交流以效應(yīng)角θ為界，大于θ則各流股很少交匯，小于θ則必定交匯。按照經(jīng)驗(yàn)，噴頭傾角β=~。綜合考慮選取β=15186。(8) 噴孔喉口段長度確定喉口段長度的作用：一是穩(wěn)定氣流；二是使收縮段和擴(kuò)張段加工方便，為此過長的喉口段反而會使阻損增大，因此喉口段長度推薦為5~10mm。本設(shè)計(jì)取8mm。氧槍槍身由三層無縫鋼管套裝而成。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。(1) 中心氧管管徑的確定管內(nèi)氧氣工況流量Qo式中：P標(biāo)—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，PaPo—管內(nèi)氧氣工況壓力，PaT標(biāo)—標(biāo)準(zhǔn)溫度，273KTo—管內(nèi)氧氣實(shí)際溫度，一般取293KQ—氧流量取中心管內(nèi)氧氣流速Vo=45m/s，則中心氧管內(nèi)徑 式中：F1—中心氧管內(nèi)截面積，m2 V0—管內(nèi)氧氣流速，m/s，一般取40~45m/s，這里取V0=45m/s 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱軋無縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格，選取中心鋼管為4273mm10mm(2) 中外層鋼管管徑根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選取氧槍冷卻水耗量Q水=250 t/h；冷卻水進(jìn)水速度V進(jìn)=6 m/s，出水速度V出=7 m/s，又中心氧管外徑d1外=273mm，則：進(jìn)水環(huán)縫面積出水環(huán)縫面積所以，中層鋼管的內(nèi)徑d2選取中層鋼管d2外=4325mm10mm同理，外層鋼管內(nèi)徑d3選取外層鋼管d3外=4335mm11mm氧槍全長包括下部槍身長度l1和尾部長度l2。氧槍尾部裝有氧槍把持器、冷卻水進(jìn)出管接頭、氧氣管接頭和吊環(huán)等。故l2的長度取決于爐子容量和煙罩尺寸。本設(shè)計(jì)參照寶鋼三百噸轉(zhuǎn)爐參數(shù)，取氧槍總長為24m，氧槍工作行程18m。本設(shè)計(jì)確定采用加強(qiáng)攪拌型，所以頂槍吹氧，底部吹惰性氣體和中性氣體N2等。采用底吹NAr、CO2等氣體時(shí)，()時(shí)，其冶金特征已接近頂吹法；~ m3/()；則可以降低爐渣和金屬的氧化性，并達(dá)到足夠的攪拌強(qiáng)度。 m3/()。全程吹A(chǔ)r，成本太高；全程吹N2，又會增加鋼中的氮。考慮到經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品需求，底部全部供氣，只是前期吹N2，末期再改吹A(chǔ)r。本設(shè)計(jì)采用環(huán)縫式噴嘴，在環(huán)縫中設(shè)有許多細(xì)金屬管，它兼有透氣磚和噴嘴的優(yōu)點(diǎn)，適用于噴吹各種氣體和粉劑，還簡化了細(xì)金屬管磚的制作工藝，是很有發(fā)展前途的一種供氣構(gòu)件。在本設(shè)計(jì)中，由于是300t轉(zhuǎn)爐，噴嘴數(shù)量選8個(gè)。底吹噴嘴布置應(yīng)使底吹和頂吹產(chǎn)生的熔池環(huán)流運(yùn)動(dòng)同向，且使熔池?cái)嚢杈鶆驎r(shí)間最短，以此獲得最佳的攪拌效果。噴嘴布置在爐底φ1==，且相互成45186。分布，即偏心軸布置。8 轉(zhuǎn)爐車間煙氣凈化與回收(1) 煙氣來源及化學(xué)組成在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，熔池碳氧反應(yīng)生成的CO和CO2，是轉(zhuǎn)爐煙氣的基本來源；其次是爐氣從爐口排出時(shí)吸入部分空氣，可燃成分有少量燃燒生成廢氣，也有少量來自爐料和爐襯中的水分，以及生燒石灰中分解出來CO2氣體等。在未燃的煙氣中，煙氣主要成分是CO，含有少量CO2和N2以及少量的O2和H2。(2) 煙氣溫度轉(zhuǎn)爐未燃煙氣溫度為1400~1600℃，燃燒煙氣溫度為1800~2000℃，因此煙氣凈化系統(tǒng)中必須設(shè)置冷卻設(shè)備。(3) 煙氣量轉(zhuǎn)爐未燃法平均煙氣量為60~80m3/t。(4) 煙氣發(fā)熱量轉(zhuǎn)爐煙氣未燃法，當(dāng)煙氣含60%~80%CO時(shí)，~。(1) 煙塵的來源在氧氣轉(zhuǎn)爐熔池反應(yīng)區(qū)內(nèi)，局部溫度可達(dá)2500~2800℃，使一定數(shù)量的鐵和鐵氧化物蒸發(fā)，并夾帶部分散料塵粉和渣粒，組成煙塵，隨爐氣排出。%~%，煙塵中的含塵量為15~120g/m3。在大型爐每爐煉1t鋼約產(chǎn)生20kg粉塵，吹氧時(shí)煙氣含塵濃度可達(dá)20~30g/m3。(2) 煙塵成分未燃法轉(zhuǎn)爐煙塵中60%以上為FeO，其顏色呈黑色。(3) 煙塵粒度轉(zhuǎn)爐未燃法塵粒大于10um的達(dá)70%。轉(zhuǎn)爐煙氣從爐口逸出，在進(jìn)入煙罩過程中或燃燒、或不燃燒、或部分燃燒，然后經(jīng)過氣化冷卻煙道或水冷煙道，溫度有所下降；進(jìn)入凈化系統(tǒng)后，煙氣還需進(jìn)一步冷卻，有利于提高凈化效率，簡化凈化設(shè)備系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)爐口煙氣處理方法選用未燃法，并選用爐口微壓差控制法來控制煙罩不吸入空氣。本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐煙氣凈化采用未燃法干法靜電除塵，故煙氣量小得多，且可回收煤氣和獲得干塵，被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的方法，越來越受到各國的重視。參照邯鋼集團(tuán)邯寶公司煉鋼廠3座300t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐。年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力是980萬噸轉(zhuǎn)爐除塵系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用LT法干法除塵系統(tǒng)。該LT法煙氣凈化系統(tǒng)的主要參數(shù)如下：爐氣量：17000m3/h爐口煙氣溫度：1450℃從汽化冷卻煙道出來煙氣溫度：800~100℃從蒸發(fā)冷卻器出來煙氣溫度：150~200℃放散管處煙塵濃度：≤68mg/m3煤氣進(jìn)入煤氣柜溫度：≤70℃煤氣回收量：≥100m3/t煙罩位于爐口之上，主要作用是收集煙氣使之不外溢，且可控制吸入的空氣量。煙罩一般有固定段與活動(dòng)段兩部分組成，二者用水封連接。 活動(dòng)煙罩下沿直徑D2 式中：d口—轉(zhuǎn)爐爐口直徑，mm 活動(dòng)煙罩的高度Ht 可使煙罩下沿能降到爐口以下200~300mm處。活動(dòng)煙罩的升降行程S為300~500mm固定煙罩內(nèi)的直徑要