年產(chǎn)250萬噸合格連鑄坯的爐外精煉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、本文中，設(shè)計(jì)了年處理能力為250萬噸鋼水的LF精煉爐和VD 真空脫氣系統(tǒng)。為適應(yīng)市場需求,設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案為：重軌鋼、硬線、普碳鋼。在參考大量文獻(xiàn)并借鑒先進(jìn)鋼廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)LF和VD精煉設(shè)備本體，電弧加熱系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、耐火材料、工藝過程等方面作了詳細(xì)計(jì)算與設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)一些設(shè)備有關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)處理過程中與精煉工藝至關(guān)重要的LF和VD精煉過程做了計(jì)算和論證，設(shè)計(jì)了本產(chǎn)品方案的爐外精煉工藝。關(guān)鍵詞：煉鋼；爐外精煉；LF和VD；重軌鋼；工藝參數(shù)目錄高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院1實(shí)習(xí)報(bào)告1摘要- 1 -隨著煉鋼技術(shù)的不斷進(jìn)步，爐外精煉工序在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中已經(jīng)占有重要地位，高爐鐵水預(yù)處理煉鋼

2、爐爐外精煉連鑄已成為國內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的主要工藝流程。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，精煉技術(shù)發(fā)展的日趨成熟，精煉工序在整個(gè)煉鋼流程中起到至關(guān)重要的作用，一方面通過這道工序可以提高鋼的純凈度、去除有害夾雜、進(jìn)行微合金化和夾雜物變性處理；另一方面，精煉又是一個(gè)緩沖環(huán)節(jié)，有利于連鑄生產(chǎn)均衡的進(jìn)行。- 1 -本文中，設(shè)計(jì)了年處理能力為250萬噸鋼水的LF精煉爐和VD 真空脫氣系統(tǒng)。為適應(yīng)市場需求,設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案為：重軌鋼、硬線、普碳鋼。在參考大量文獻(xiàn)并借鑒先進(jìn)鋼廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)LF和VD精煉設(shè)備本體，電弧加熱系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、耐火材料、工藝過程等方面作了詳細(xì)計(jì)算與設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)一些設(shè)備有關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)

3、化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)處理過程中與精煉工藝至關(guān)重要的LF和VD精煉過程做了計(jì)算和論證，設(shè)計(jì)了本產(chǎn)品方案的爐外精煉工藝。- 1 -1 專題論文- 3 -國內(nèi)外爐外精煉技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀- 3 -爐外精煉技術(shù)的特點(diǎn)與功能- 4 -爐外精煉方法分類 如圖，表- 4 -幾種常用的爐外精煉方法- 6 -發(fā)展?fàn)t外精煉技術(shù)需解決的問題及發(fā)展方向- 12 -2 年產(chǎn)250萬噸合格連鑄坯的爐外精煉系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 13 -生產(chǎn)規(guī)模- 13 -產(chǎn)品方案- 13 -產(chǎn)品大綱- 13 -金屬平衡表- 15 -轉(zhuǎn)爐車間生產(chǎn)能力確定- 15 -轉(zhuǎn)爐座數(shù)和大小的確定- 15 -3精煉車間設(shè)計(jì)- 16 -LF爐的主要設(shè)備選型及技術(shù)參數(shù)的

4、計(jì)算- 16 -LF具體形式的確定- 16 -LF精煉系統(tǒng)主要設(shè)備選型及計(jì)算- 16 -LF精煉爐本體- 16 -爐體各部分尺寸的計(jì)算- 17 -LF爐質(zhì)量的計(jì)算- 20 -LF供電系統(tǒng)選型- 21 -VD鋼包精煉爐主要（設(shè)備）參數(shù)的選擇計(jì)算- 23 -主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù):- 23 -參 考 文 獻(xiàn)2致謝31 專題論文1.1 國內(nèi)外爐外精煉技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀隨著煉鋼技術(shù)的不斷進(jìn)步,爐外精煉在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中已經(jīng)占有重要地位,傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程(高爐煉鋼爐(電爐或轉(zhuǎn)爐)鑄錠),已逐步被新的流程(高爐鐵水預(yù)處理煉鋼爐爐外精煉連鑄)所代替。已成為國內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的主要工藝流程,尤其在特殊鋼領(lǐng)域,精

5、煉和連鑄技術(shù)發(fā)展得日趨成熟。精煉工序在整個(gè)流程中起到至關(guān)重要的作用,一方面通過這道工序可以提高鋼的純凈度、去除有害夾雜、進(jìn)行微合金化和夾雜物變性處理;另一方面,精煉又是一個(gè)緩沖環(huán)節(jié),有利于連鑄生產(chǎn)均衡地進(jìn)行。 日本在20世紀(jì)70年代為了降低煉鋼成本,提高鋼的純凈度和質(zhì)量,率先將爐外精煉技術(shù)應(yīng)用于特殊鋼生產(chǎn)中,隨后西歐的鋼鐵企業(yè)也加入到推廣和使用這項(xiàng)技術(shù)的行列中。據(jù)資料報(bào)道,日本早在1985年精煉率達(dá)到65.9%,1989年上升到73.4%,特殊鋼的精煉率達(dá)到94%,新建電爐短流程鋼廠100%采用爐外精煉技術(shù)。80年代連鑄技術(shù)發(fā)展迅速,原有的煉鋼爐難以滿足連鑄的技術(shù)要求,更加促進(jìn)了爐外精煉技術(shù)的

6、發(fā)展,到1990年為止世界各主要工業(yè)國家擁有1000多臺(tái)(套)爐外精煉設(shè)備。 我國早在20世紀(jì)50年代末,60年代中期就在煉鋼生產(chǎn)中采用高堿度合成渣在出鋼過程中脫硫冶煉軸承鋼、鋼包靜態(tài)脫氣等初步精煉技術(shù),但沒有精煉的裝備。60年代中期至70年代有些特鋼企業(yè)(大冶、武鋼等)引進(jìn)一批真空精煉設(shè)備。80年代我國自行研制開發(fā)的精煉設(shè)備逐漸投入使用(如LF爐、噴粉、攪拌設(shè)備),黑龍江省冶金研究所等單位聯(lián)合研制開發(fā)了喂線機(jī)、包芯線機(jī)和合金芯線,完善了爐外精煉技術(shù)的輔助技術(shù)?，F(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟,以爐外精煉技術(shù)為核心的“三位一體”短流程工藝廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各鋼鐵企業(yè),取得了很好的效果。初煉(電爐或轉(zhuǎn)爐)精

7、煉連鑄,成了現(xiàn)代化典型的工藝短流程。 1.2 爐外精煉技術(shù)的特點(diǎn)與功能爐外精煉是指在鋼包中進(jìn)行冶煉的過程,是將真空處理、吹氬攪拌、加熱控溫、喂線噴粉、微合金化等技術(shù)以不同形式組合起來,出鋼前盡量除去氧化渣,在鋼包內(nèi)重新造還原渣,保持包內(nèi)還原性氣氛。爐外精煉的目的是降低鋼中的C、P、S、O、H、N、等元素在鋼中的含量,以免產(chǎn)生偏析、白點(diǎn)、大顆粒夾雜物,降低鋼的抗拉強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度、抗裂性等性能。這些工作只有在精煉爐上進(jìn)行,其特點(diǎn)與功能如下: 1)可以改變冶金反應(yīng)條件。煉鋼中脫氧、脫碳、脫氣的反應(yīng)產(chǎn)物為氣體,精煉可以在真空條件下進(jìn)行,有利于反應(yīng)的正向進(jìn)行,通常工作壓力50Pa,適于對(duì)鋼液脫氣。

8、 2)可以加快熔池的傳質(zhì)速度。液相傳質(zhì)速度決定冶金反應(yīng)速度的快慢,精煉過程采用多種攪拌形式(氣體攪拌、電磁攪拌、機(jī)械攪拌)使系統(tǒng)內(nèi)的熔體產(chǎn)生流動(dòng),加速熔體內(nèi)傳熱、傳質(zhì)的過程,達(dá)到混合均勻的目的。 3)可以增大渣鋼反應(yīng)的面積。各種精煉設(shè)備均有攪拌裝置,攪拌過程中可以使鋼渣乳化,合金、鋼渣隨氣泡上浮過程中發(fā)生熔化、熔解、聚合反應(yīng),通常1噸鋼液的渣鋼反應(yīng)面積為0.81.3mm2,當(dāng)渣量為原來的6%時(shí),鋼渣乳化后形成半徑為0.3mm的渣滴,反應(yīng)界面會(huì)增大1000倍。微合金化、變性處理就是利用這個(gè)原理提高精煉效果。4)可以在電爐(轉(zhuǎn)爐)和連鑄之間起到緩沖作用,精煉爐具有靈活性,使作業(yè)時(shí)間、溫度控制較為協(xié)

9、調(diào),與連鑄形成更加通暢的生產(chǎn)流程。1.3 爐外精煉方法分類 分類名稱開發(fā)年份與國別適用性合成渣渣洗液態(tài)合成渣洗(液態(tài))固態(tài)合成渣洗預(yù)熔渣渣洗1933 法國脫氧、脫硫、去除夾雜物鋼包吹氬精煉GAZAL(鋼包吹氬法)CAB(帶蓋鋼包吹氬法)CAS1950 加拿大1965 日本1965 日本去夾雜，均勻成分和溫度真空脫氣法BV(倒桶法)VC(真空澆注)SLD(倒包法)VD(真空罐內(nèi)鋼包脫氣法)DH(提升脫氣法)TD(出鋼過程中的真空脫氣法)連續(xù)真空處理法(CVD)VSR(真空渣洗精煉法)RH(真空循環(huán)脫氣法)RH-OBRH-KTBRH-PBRH-PTBRH-MFB1952西德1952 西德1952

10、德國1952 德國1956 西德1962 德國1971前蘇聯(lián)1974 前蘇聯(lián)1958 德國1968 日本1986 日本1987日本脫氫，脫氮，脫氧，去除夾雜物帶有加熱裝置的爐外精煉ASEA-SKF(真空電磁攪拌+電弧加熱)VAD(真空埋弧加熱去氣法)LF1965 瑞典1967 美國1971 日本鋼水升溫、脫氧、脫硫低碳鋼液的精煉VOD(真空吹氧脫碳法)AOD(氬、氧混吹脫碳法)CLU(汽、氧混吹脫碳法)VODC(轉(zhuǎn)爐真空吹氧脫碳法)1965 德國1968美國1973 法國1976 西德降碳保鉻，適用于超低碳不銹鋼和低碳鋼的精煉噴粉及特殊材料添加IRSID(鋼包噴粉)ABS(彈射法)TN(蒂森法

11、)SL(氏蘭法)WF(喂線法)1963 德國1973 日本1974 德國1976 瑞典1976 日本脫氧、脫硫，去除夾雜物1.4 幾種常用的爐外精煉方法1.4.1 渣洗 所謂渣洗，就是在轉(zhuǎn)爐或電弧爐出鋼過程中通過鋼液對(duì)合成渣的沖洗，進(jìn)一步提高鋼質(zhì)的一種爐外精煉方法。目前轉(zhuǎn)爐和電弧爐在出鋼過程中普遍采用預(yù)熔渣渣洗，預(yù)熔渣是指將石灰和鋁礬土預(yù)先熔化，冷卻破碎后直接用于煉鋼生產(chǎn)。渣洗過程沒有固定的設(shè)備和裝置。渣洗除了可以快速脫硫以外，還能有效地脫氧和去除夾雜，從而減輕出鋼過程中二次氧化的有害作用。用于渣洗的合成渣一般為CaO-Al2O3渣系。其熔點(diǎn)低于被渣洗鋼液的熔點(diǎn)，為1400以下；具有較好的流動(dòng)

12、性。預(yù)熔渣是還原性的，渣中FeO含量很低?，F(xiàn)在除廣泛使用預(yù)熔渣渣洗外，還使用電解鋁工業(yè)的二次廢棄物。1.4.2 鋼包吹氬精煉法 3/t·min。鋼包吹氬的作用：1)調(diào)溫：主要是冷卻鋼液。對(duì)于開澆溫度有比較嚴(yán)格要求的鋼種或澆注方法，用吹氬的辦法將鋼液溫度降低到規(guī)定的要求。2)混勻：在鋼包底部適當(dāng)位置安放氣體噴入口，可使鋼包中的鋼液產(chǎn)生環(huán)流，用控制氣體流量的方法來控制鋼液的攪拌強(qiáng)度。實(shí)踐證明，這種攪拌方法可促使鋼液的成分和溫度迅速地趨于均勻。3)凈化：攪動(dòng)的鋼液增加了鋼中非金屬夾雜碰撞長大的機(jī)會(huì)。上浮的氬氣泡不僅能夠吸收鋼中的氣體，還會(huì)粘附懸浮于鋼液中的夾雜，把這些粘附的夾雜帶至鋼液表面

13、被渣層所吸收。鋼包吹氬二種型式：1)底吹。大多數(shù)爐外精煉的吹氬型式是通過安裝在鋼包底部一定位置的透氣磚(或其他型式的噴口)，將氬氣吹入鋼液。2)頂吹。吹氬噴槍插入鋼包內(nèi)的鋼液中，在接近包底處將氬吹入鋼液。鋼包吹氬精煉最常見的有CAS和CAS-OB兩種。CAS提高鋼包吹氬強(qiáng)度，有利于熔池混勻和夾雜物上浮。而吹氬強(qiáng)度過大，會(huì)使鋼液面裸露，造成二次氧化，為解決這一問題，采用強(qiáng)吹氬工藝將渣液面吹開后，將封閉的浸漬鐘罩內(nèi)迅速形成氬氣保護(hù)氣氛，避免了鋼水氧化的工藝，這一吹氬工藝通常稱為CAS法，如圖1.2(a)所示。CAS法不僅提高了吹氬強(qiáng)度，而且鐘罩內(nèi)氬氣氛使合金收得率提高，又使鋼包吹氬工藝增加了合金微

14、調(diào)的功能。SAB法又稱CAS法，由日本1965年開發(fā)。其特點(diǎn)是除底部吹氬外，在鋼包液面上加一沉入罩，罩內(nèi)充有從鋼液中排出的或?qū)ｉT導(dǎo)入的氬氣。通過罩上方的加料口，可添加合成渣料和微調(diào)鋼液成分用的合金。優(yōu)點(diǎn)：1)均勻鋼水成分和溫度，且控制快速、準(zhǔn)確，操作方便；2)提高合金收得率，且穩(wěn)定；3)凈化鋼液，去除夾雜物，連鑄坯質(zhì)量提高；4)基建、設(shè)備投資少，操作費(fèi)用低。圖 CAS與CAS-OB工作原理圖(a)CAS調(diào)節(jié)成分；(b)OB升溫CAS-OB為了解決鋼水升溫的問題，日本又在CAS上增設(shè)頂吹吹氧槍和加鋁丸設(shè)備，通過溶入鋼水內(nèi)的鋁氧化發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)鋼水升溫，通常稱為CAS-OB工藝，如圖(b)所示。CAS

15、-OB工藝的工作原理是在一個(gè)密閉、惰性、無渣的環(huán)境下，通過鋁的氧化反應(yīng)放熱使鋼水升溫，并在此惰性氣氛下加入合金。1.4.3 LF精煉爐 LF是70年代初由日本開發(fā)成功，并大量推廣，成為當(dāng)代最主要的爐外精煉設(shè)備，見圖。（1）LF具有以下工藝優(yōu)點(diǎn)：1)電弧加熱熱效率高,升溫幅度大,控溫準(zhǔn)確度可達(dá)±5;2)具備攪拌和合金化的功能,吹氬攪拌易于實(shí)現(xiàn)窄范圍合金成份控制,提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性;3)設(shè)備投資少,精煉成本低,適合生產(chǎn)超低硫鋼、超低氧鋼。 圖1.3 LF設(shè)備示意圖 (2) 加熱與溫度控制LF采用電弧加熱，對(duì)鋼水加熱效率一般60%，高于電爐升溫?zé)嵝?。噸鋼水平均升?耗電0.50.8kWh。

16、LF的升溫速度決定于供電的比功率(kVA/t)，而供電比功率的大小又決定于鋼包耐火材料的熔損指數(shù)。通常，LF的供電比功率為150200kVA/t，升溫速度可達(dá)到35/min，采用埋弧泡沫技術(shù)，可減輕電弧的幅射熱損失，提高加熱效率10%15%。LF采用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)控制終點(diǎn)溫度，可保證終點(diǎn)溫度的控制精度±5。(3) 白渣精煉工藝LF利用白渣進(jìn)行鋼水精煉，實(shí)現(xiàn)鋼水脫硫、脫氧，生產(chǎn)超低硫鋼和低氧鋼。因此，白渣精煉是LF工藝操作的核心，也是提高鋼水純凈度的重要保證。白渣精煉的工藝要點(diǎn)是：出鋼擋渣，控制下渣量5kg/t；鋼包渣改質(zhì)，控制包渣R2.5，w(TFe+MnO)3.0%；白渣精煉，一般采用

17、Al2O3-CaO-SiO2系爐渣，控制鋼包渣堿度R4，渣中w(TFe+MnO)1%，保證脫硫、脫氧效果；控制LF內(nèi)氣氛為弱氧化性，避免爐渣再氧化；適當(dāng)攪拌，避免鋼液面裸露，并保證熔池內(nèi)具有較高的傳質(zhì)速度。(4) 合金微調(diào)與窄成分控制合金微調(diào)與窄成分控制技術(shù)是保證鋼材成分性能穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是LF的重要冶金功能。 （5）LF法在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用 2000年6月,鞍鋼第一煉鋼廠新建的連鑄車間正式投產(chǎn),精煉設(shè)備由兩座LF鋼包精煉爐,年處理鋼水200萬t;一座VD鋼水真空處理裝置,年處理鋼水80萬t組成。LF爐最大升溫速度為4,LF爐平均處理周期28min;處理效果:平均H0.0002%;最低

18、H0.0001%。 我國現(xiàn)有家重軌生產(chǎn)廠(攀鋼、包鋼、鞍鋼和武鋼)生產(chǎn)典型的工藝路線如下:LDLFVDWFCC,鋼包吊到LF處理線的鋼包車上后,由人工接通鋼包底吹氬的快速接頭,根據(jù)要求的鋼水成分及溫度確定物料的投入量(含喂絲)重軌鋼含碳量較高,因而增碳顯得很重要,轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)鋼水含碳量控制為0.2%0.3%(wt),爐后增碳至0.60%0.65%(wt),在LF爐處理時(shí)再增0.10%0.15%(wt)個(gè)碳至標(biāo)準(zhǔn)成份的中上限,經(jīng)VD處理后即可達(dá)到鋼種成分要求。1.4.4 RH真空循環(huán)脫氣法1959年西德Ruhrstahl和Heraeus公司共同開發(fā)了真空循環(huán)脫氣法(RH)，開發(fā)的主要目的：鋼水脫氫

19、，防止鋼中白點(diǎn)。RH法又稱真空循環(huán)脫氣法。其基本工藝原理是利用氣泡將鋼水不斷地提升到真空室內(nèi)進(jìn)行脫氣、脫碳等反應(yīng)，然后回流到鋼包中。因此，RH處理不要求特定的鋼包凈空高度，反應(yīng)速度也不受鋼包凈空高度的限制。（1）RH法的優(yōu)點(diǎn) 1)反應(yīng)速度快。真空脫氣周期短,一般10分鐘可以完成脫氣操作,5分種能完成合金化及溫度均勻化,可與轉(zhuǎn)爐配合使用。 2)反應(yīng)效率高。鋼水直接在真空室內(nèi)反應(yīng),鋼中可達(dá)到H×10-6,N25×10-6,C10×10-6,的超純凈鋼。 3)可進(jìn)行吹氧脫碳和二次燃燒熱補(bǔ)償,減少精煉過程的溫降。 （2）RH法工藝參數(shù) 1)RH循環(huán)量。循環(huán)量是指單位時(shí)間內(nèi)

20、通過上升管或下降管的鋼水量,單位是t/min。有關(guān)資料給出的計(jì)算公式為: ×Du1.5?G0.33,式中:Q循環(huán)流量,t/min;Du上升管直徑,cm;G上升管內(nèi)氬氣流量,L/min。 2)循環(huán)因數(shù)。他是指在RH處理過程中通過真空室的鋼水與處理量之比,其公式為:=w?t/v式中:循環(huán)因數(shù),次;w循環(huán)量,t/min;t循環(huán)時(shí)間,min;v鋼包容量,t。 3)供氧強(qiáng)度與含碳量的關(guān)系。向RH內(nèi)吹氧可以提高脫碳速度,即RH-OB法。當(dāng)C/O>0.66時(shí)鋼包內(nèi)氧的傳質(zhì)速度決定脫碳速度,其計(jì)算公式為: ×Q?C式中:QO2氧氣強(qiáng)度,Nm3/min;Q鋼水循環(huán)量,t/min;C含碳

21、量,Nm3/t。 （3）RH法在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用 ×10-6。LF-RH法首先利用LF爐將鋼水升溫,利用LF攪拌和渣精煉功能進(jìn)行還原精煉,是鋼水脫硫和預(yù)脫氧,然后將鋼水送入RH中進(jìn)行脫氫和二次脫氧。經(jīng)過這樣處理大大的提高了鋼水的清潔度,同時(shí)鋼水的溫度達(dá)到連鑄需要的溫度。隨著技術(shù)的進(jìn)步，隨后又開發(fā)出了RH-OB、RH-KTB、RH-PB、RH-PTB和RH-MFB等RH精煉裝置，各裝置的圖示與技術(shù)特點(diǎn)見表所示。設(shè)備名稱設(shè)備簡圖技術(shù)特點(diǎn)RH1959年西德-1。處理周期短，生產(chǎn)效率高，常與轉(zhuǎn)爐配套使用。(2)反應(yīng)效率高，鋼水直接在真空室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，可生產(chǎn)wH0.5×10-6、wN

22、25×10-6、wC10×10-6的超純凈鋼。(3)可進(jìn)行吹氧脫碳和二次燃燒進(jìn)行熱補(bǔ)償，減少處理溫降。(4)可噴粉脫硫，生產(chǎn)wS5×10-6的超低硫鋼。RH-OB1972年新日鐵1985年中國寶鋼優(yōu)點(diǎn)：(1)RH-OB真空吹氧法進(jìn)行強(qiáng)制脫碳。(2)加鋁吹氧升高鋼水溫度、生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼等技術(shù)，減輕了轉(zhuǎn)爐負(fù)擔(dān)，提高了轉(zhuǎn)爐作業(yè)率，降低了脫氧鋁耗。缺點(diǎn)：RH-OB噴嘴壽命低，降低了RH設(shè)備的作業(yè)率，噴濺嚴(yán)重，RH真空室易結(jié)瘤，輔助作業(yè)時(shí)間處長，要求增加RH真空泵的能力RH-KTB1986年日本川崎(1)轉(zhuǎn)爐出鋼終點(diǎn)碳由(200300)×10-6，提高到(40050

23、0)×10-6，并且KTB吹氧脫碳時(shí)，產(chǎn)生的CO氣體二次燃燒，放出熱量補(bǔ)償了RH處理過程的溫度損失。可降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度23。(2)與RH-OB真空吹氧法吹氧脫碳相比，RH-KTB吹氧脫碳時(shí)產(chǎn)生的噴濺減少，真空室結(jié)冷鋼現(xiàn)象減少，減少了RH-OB工藝中Ar氣的消耗，使用靈活，操作簡便。處理效果：wH<1.5×10-6；w N<40×10-6；w O<30×10-6；wC<20×10-6RH-PB1987年新日鐵脫氧、脫硫(wS10×10-6)，而且還可以用來冶煉超低磷鋼。具有噴粉功能，依靠載氣將粉劑通過OB噴嘴吹入

24、鋼液。RH真空室下部兩個(gè)噴嘴，可以利用切換閥門改變成吹氧方式，通過加鋁可使鋼水升溫，速度達(dá)810/min。同時(shí)還具有良好的去氫效果，不會(huì)影響傳統(tǒng)的RH真空脫氣的能力，不吸氮。RH-PTB1994年日本住友(1)用水冷頂槍進(jìn)行噴粉，粉劑輸送較流暢，噴嘴不易堵塞；不使用耐火材質(zhì)的浸入式噴粉槍，操作成本較低；無鋼水阻力，載氣耗量小。(2)噴粉速度為100130kg/min，約噴吹10min。(3)鋼中碳可降到30×10-6，硫可降到5×10-6。處理效果：wH<1.5×10-6；wN<40×10-6；wO<30×10-6；wC<

25、;20×10-6RH-MFB1992年日本新日鐵其冶金功能與KTB精煉技術(shù)相近，另外可噴吹鐵礦石粉以加速脫碳，可加鋁吹氧升溫(通過鋁燃燒發(fā)熱來加熱鋼水)，還可在精煉過程中吹入一定量的天然氣使之燃燒達(dá)到加熱鋼水的目的。處理效果：wH<1.5×10-6；wN<40×10-6；wO<30×10-6；wC<20×10-6表 不同RH裝置設(shè)備1.4.5 VOD與AOD (1) VODVOD是Vacuum(真空)、Oxygen(氧)和Decarburization(脫碳)三個(gè)詞第一個(gè)字母的組合，表示真空條件下吹氧脫碳，裝置如圖所示。

26、該方法是1965年西德首先開發(fā)應(yīng)用的，它是將鋼包放人真空罐內(nèi)從頂部的氧槍向鋼包內(nèi)吹氧脫碳，同時(shí)從鋼包底部向上吹氬攪拌。此方法適合生產(chǎn)超低碳不銹鋼，達(dá)到保鉻去碳的目的，可與轉(zhuǎn)爐配合使用。它的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了低碳不銹鋼冶煉的必要的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的條件高溫、真空、攪拌。可見，VOD具有吹氧脫碳、升溫、吹氬攪拌、真空脫氣、造渣合金化等冶金手段，適用于不銹鋼、工業(yè)純鐵、精密合金、高溫合金和合金結(jié)構(gòu)鋼的冶煉，其基本功能概括為：1)吹氧升溫、脫碳保鉻；2)脫氣；3)造渣、脫氧、脫硫、去夾雜；4)合金化。 圖 VOD裝置示意圖 圖 側(cè)頂復(fù)吹A(chǔ)OD示意圖(2) AOD(Argon Oxygen Decarbriza

27、tion)不銹鋼的工業(yè)性生產(chǎn)開始于上世紀(jì)20年代，到目前為止，它的冶煉工藝技術(shù)也一直在發(fā)展和改進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1) 允許選用更廉價(jià)的原料，降低生產(chǎn)成本。如采用高碳或中碳鉻鐵代替價(jià)格昂貴的微碳鉻鐵或金屬鉻，應(yīng)用不銹鋼返回料以回收合金元素。2) 能生產(chǎn)出高純度、高均勻性的不銹鋼，特別是生產(chǎn)超純不銹鋼。在冶煉過程中能大幅度地去除原材料中帶入的碳、硫、磷、氣體、夾雜以及其他有害元素。3) 冶煉工藝能更好地與連鑄配合。如冶煉的生產(chǎn)率能適應(yīng)連鑄的要求。AOD法就是為了解決上述問題而發(fā)展起來的一種冶煉高鉻不銹鋼的專用方法。AOD冶煉不銹鋼的主要優(yōu)點(diǎn)是：1) 因?yàn)槭谴等霘怏w進(jìn)行精煉，所以設(shè)備投資比

28、VOD少2倍以上；2) 工藝易掌握，易冶煉超低碳不銹鋼；3) 鋼的質(zhì)量高，與電爐相比，氫氧含量可分別降低2565%和2530%，因是吹氬的強(qiáng)攪拌，硫含量很低，可生產(chǎn)0.001%的超低硫不銹鋼。4) 在大氣壓力下向鋼水吹氧的同時(shí)，吹入惰性氣體(Ar)，通過降低PCO以實(shí)現(xiàn)脫碳保鉻。1954年美國UCC公司開始研究，1968年Josly Steel研制第一臺(tái)AOD爐。到目前為止，世界上已有140多臺(tái)AOD，容量在3175噸之間。世界上不銹鋼總產(chǎn)量的93%由AOD生產(chǎn)。我國AOD法生產(chǎn)不銹鋼的研究開始于1973年，但發(fā)展緩慢。側(cè)頂復(fù)吹A(chǔ)OD爐示意圖見圖所示。3/t，熔池深度：熔池直徑：爐膛有效高度=

29、1：2：3。爐膛的內(nèi)形為圓臺(tái)體的爐帽部分、爐體中部的圓柱體和下部的倒置圓臺(tái)體所組成。我國18tAOD爐所取的比例為1：2.1：3.8。吹入精煉用混合氣體的風(fēng)口，安裝在出鋼口側(cè)對(duì)面、靠近爐底的側(cè)壁上。當(dāng)裝料和出鋼時(shí)，爐體前傾一定角度，風(fēng)口處于鋼液面以上。（3）AOD精煉效果1) 氣體。AOD法精煉的不銹鋼，其氣體含量明顯地低于電弧爐返回吹氧法冶煉的產(chǎn)品。由于氫的降低，不銹鋼針孔缺陷明顯減少。氮含量比電爐冶煉低30%60%，降低氮含量對(duì)改進(jìn)鉻不銹鋼沖擊性能有重要作用。2) 夾雜。由于在整個(gè)冶煉過程中，特別是在預(yù)還原和精煉時(shí)仍噴吹氣體，所以AOD法所煉的鋼中，基本上消除了大顆粒夾雜，細(xì)小夾雜也比電爐

30、所煉的同鋼種要低。夾雜物主要是出鈣硅酸鹽組成，其顆粒細(xì)小，分布均勻。3) 脫硫。AOD法吹煉的還原階段，具有極為優(yōu)越的脫硫條件。對(duì)于超低硫的鋼種，采用雙渣法，可將鋼中的硫脫到10×10-6以下。這種深度脫硫的效果是不銹鋼的真空精煉法所難以達(dá)到的。4)有害微量元素的去除。在AOD法精煉中，能夠有效地去除諸如鉛、鉍、銻、錫等有害的微量元素。如我國的一座18tAOD爐所煉的不銹鋼，這些有害元素一般都在10×10-6以下。1.5 發(fā)展?fàn)t外精煉技術(shù)需解決的問題及發(fā)展方向爐外精煉技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用40年,對(duì)提高鋼的純凈度、精確控制成分含量及細(xì)化組織結(jié)構(gòu)等方面都起了重要作用,使冶煉成本大幅降低

31、,同時(shí)提高了鋼的品質(zhì)和性能。但在發(fā)展的過程中也出現(xiàn)了一些問題,有待于解決,使這項(xiàng)技術(shù)更加完美。 1)實(shí)現(xiàn)爐外精煉工藝的智能化控制,根據(jù)來料鋼水的各種技術(shù)參數(shù),利用信息技術(shù),制定最佳的精煉工藝方案,并通過計(jì)算機(jī)控制各精煉工序。精煉工位配備快速分析設(shè)備,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化,減少熱停等待時(shí)間。 2)爐外處理設(shè)備將實(shí)現(xiàn)“多功能化”。在水鋼精煉設(shè)備中將渣洗精煉、真空冶金、攪拌工藝以及加熱控溫功能全部組合起來,實(shí)現(xiàn)精煉,以滿足超純凈鋼生產(chǎn)的社會(huì)需求。 3)開發(fā)高純度、高密度、高強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)堿性耐火材料,以適應(yīng)不同精煉爐的需要,注重產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。耐火材料的使用條件應(yīng)盡可能與爐渣相適應(yīng),最大限度地降低侵蝕速度。

32、要根據(jù)精煉設(shè)備的實(shí)際情況形成不同層次的配套材料,研究開發(fā)保溫和修補(bǔ)技術(shù),提高爐襯的使用壽命。 4)減少精煉過程的污染排放,精煉過程會(huì)產(chǎn)生大量廢氣,其中含SO2、Pb、金屬氧化物、懸浮顆粒等,在真空脫氣冷卻水中含有固態(tài)懸浮物、Pb、Zn等,這些污染物須經(jīng)企業(yè)內(nèi)部的相關(guān)處理,把污染程度降低到符合排放標(biāo)準(zhǔn)后再排放,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)。 2 年產(chǎn)250萬噸合格連鑄坯的爐外精煉系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，本設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)250萬噸合格鑄坯，鋼水由與之匹配的轉(zhuǎn)爐車間提供。鋼種代表鋼號(hào)產(chǎn)量比例鑄坯規(guī)格線材Q235622mmQ195Q215重軌鋼U71Mn300×450mm這兩種產(chǎn)品的精煉方法如下

33、：普碳鋼經(jīng)過LF鋼包精煉爐處理后進(jìn)行連鑄生產(chǎn)；需要經(jīng)過LF鋼包精煉爐和RH真空處理，然后進(jìn)行連鑄生產(chǎn)。 1）普碳鋼：Q235，含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼、窗框鋼等型鋼，中厚鋼板。 大量用于建筑及工程結(jié)構(gòu)。用以制作鋼筋或建造廠房房架、高壓輸電鐵塔、橋梁、車輛、鍋爐、容器、船舶等，也大量用作對(duì)性能要求不太高的機(jī)械零件。C、D級(jí)鋼還可作某些專業(yè)用鋼使用。2）重軌：我國是以鐵路運(yùn)輸為主的國家，鐵路運(yùn)輸承擔(dān)著貨運(yùn)總量的70%，客運(yùn)總量的63%左右。我國鐵路運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)突出特點(diǎn)是鐵路少、運(yùn)量大、貨運(yùn)密度高。目前鐵

34、路營運(yùn)里程僅有5×104m。而貨運(yùn)量已從50年代的8t，增加到2002年的×108t，貨運(yùn)密度相當(dāng)大，居世界第2位。要完成如此繁重的運(yùn)輸任務(wù)，重載、高速和提高行車密度已成為我國目前解決鐵路運(yùn)輸中運(yùn)量和運(yùn)能之間矛盾的主要手段。所以本設(shè)計(jì)以重軌作為生產(chǎn)的主要產(chǎn)品，以盡量滿足國內(nèi)需求。表2-1重軌生產(chǎn)采用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)鋼水+廢鋼 LF 3.3% 96.7% 0.2% 99.8% 0.5% 99.5% 1.0% 1.2% 97.5% 0.30% 鋼坯 合格坯250萬t連鑄廢坯 0.4% 99.6%成品 96.0% 現(xiàn)代氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼車間一般由主廠房（包括爐子跨、原料垮、爐外精煉及鋼包轉(zhuǎn)運(yùn)

35、垮、澆注系統(tǒng)各胯間）；鐵水預(yù)處理站及鐵水倒罐間或混鐵爐間；廢鋼堆場與配料間，鐵合金倉庫及散料儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施；中間渣場；耐材倉庫，以二次煙氣凈化設(shè)施和煤氣回收設(shè)施；水處理設(shè)施；分析、檢測(cè)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)施，備品備件庫、機(jī)修間；水、電、氣（氧氣、氮?dú)?、壓縮空氣及氬氣）等的供應(yīng)設(shè)施。 然而車間的主要生產(chǎn)操作都集中在主廠房內(nèi)進(jìn)行，所以主廠房至少包括原料垮、爐子跨或澆注跨9。設(shè)計(jì)年產(chǎn)250萬噸合格鑄坯的轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)。由金屬平衡表計(jì)算可知，所需的轉(zhuǎn)爐鋼水年產(chǎn)量為273萬噸。每一座吹煉轉(zhuǎn)爐的年出鋼爐數(shù)N為： （2-1）式中： T1每爐鋼的平均冶煉時(shí)間，min；T2一年的有效作業(yè)天數(shù)，d；1440一天的日歷時(shí)間，mi

36、n；365一年的日歷天數(shù)，d；轉(zhuǎn)爐的作業(yè)率，取84%；轉(zhuǎn)爐車間年產(chǎn)鋼水量：W=n×N×q （2-2）式中： W轉(zhuǎn)爐車間年產(chǎn)鋼水量，t；n轉(zhuǎn)爐車間經(jīng)常吹煉爐子座數(shù)；N每一座吹煉爐的年出鋼爐數(shù)；q轉(zhuǎn)爐公稱容量，t。n×q=2730000÷11037.6=噸 所以，取n= 1，則q=250t所以：本設(shè)計(jì)選一座250噸的轉(zhuǎn)爐進(jìn)行煉鋼。3精煉車間設(shè)計(jì)LF爐有直流和交流之分,交流又分為三臂和單臂。本設(shè)計(jì)采用三相交流三臂LF爐。 3.2平均精煉周期的計(jì)算本次設(shè)計(jì)任務(wù)為年處理鋼水量為250萬噸,選一座LF爐設(shè)備，處理容量為250噸,作業(yè)率選85%?？傻锰幚碇芷?9：每座

37、LF爐年處理鋼水量5 （4.1） 式中：t精煉一爐鋼的平均周期，min； LF額定爐容量，t； 作業(yè)率(取85%)。 2) 每臺(tái)每天處理爐數(shù)： (4.2) 1) LF爐鋼包的容積(1) 鋼包容納鋼水量:本設(shè)計(jì)爐子額定容量為P=250t,一般考慮應(yīng)用10%的過裝余量,則爐內(nèi)鋼水的實(shí)際容量為P+0.1P=1.1P=270t （）(2) 鋼包內(nèi)的渣量:渣量一般為金屬量的35%,本設(shè)計(jì)取較大比例15%.即渣量為：×0.15=0.165P=41.25t （）3/t, 熔渣比容取0.28 m3/t。××0.165P=0.20P=50m3 （4.5）(4) 鋼包下部內(nèi)徑DH:采

38、用D/H=1,錐度為15%,則鋼包下部分內(nèi)經(jīng) DH=D-0.15H=0.85D （4.6） 鋼包容積按圓錐臺(tái)計(jì)算: (4.7)將D=H,DH3又因?yàn)殇撆c渣總體積為0.18P,故:3=0.20P=50m3 （4.8）從而可得出爐子的基本尺寸與容量的關(guān)系式如下:1/3=7424mm （4.9） H=D=7424mm （4.10） DH=0.567 P1/3=6378mm （4.11）上面三式是根據(jù)內(nèi)襯厚度上下一致的情況下推出的,但爐子磚襯也有砌成階梯形狀的,即沿高度分段磚襯厚度不同,沿高度上中下各1/3分段,中下兩段內(nèi)襯分別加厚和2。設(shè)V1代表中段1/3H高加厚磚襯所占體積。V2代表下段1/3H高

39、加厚2磚襯所占的體積。V´代表中、下段加厚之后爐子的實(shí)際容積。（如圖4.1）則:中、下段加厚之后爐子的實(shí)際容積。 V´=V-V1-V2 （4.12） （4.13）因?yàn)镈/H=1，帶入上面兩式得簡化得： （4.14）因?yàn)殄F度為15%，所以有 =0.95D=7053mm （4.15） =6700mm （4.16）將D,D帶入上式得：V1+V2223（原爐子容積），因此實(shí)際容積為：V´=V- V1- V2322 （4.17） 另一方面鋼包仍應(yīng)容納全部鋼水與渣量，體積為0.2P。即必須使V=0.2P，將其帶入上式得：322=0.2P （4.18）上式說明:磚襯厚度加厚后,

40、P的選取值應(yīng)滿足此等式恒等的條件,才可容納下傾入之鋼水與熔渣。一般取值為3060mm，由于此鋼包用于精煉，耐火材料損耗較大，所以取=60mm，并已知P，帶入上式可得D。 D=7536mm DH=6482mm2) LF爐鋼包磚襯厚度(1) 爐壁厚度 LF爐鋼包磚襯包含保溫層（外層）與耐火工作層（外層）磚襯厚度決定于爐子的尺寸，一般砌成100250mm，可用以下公式計(jì)算爐壁的大致厚度： Jb=0.07D (4.19)式中： Jb爐壁厚度，（上下壁厚一致時(shí)）mm; D爐子上部內(nèi)徑，mm。所以 Jb=529mm由于爐子下部的磚襯與鋼液的接觸時(shí)間較長，因而被侵蝕的較快，所以往往越靠近爐底的磚襯砌的越厚些

41、，至中間1/3加厚mm,下部1/3加厚2mm。(2) 爐子底磚襯厚度爐子底磚襯厚度一般砌成170300mm，可以用下式計(jì)算其大致厚度： Jd=0.10D (4.20)式中： Jd爐子底磚襯厚度，mm；D爐子上部內(nèi)徑，mm。所以 Jd=754mm (3) LF爐鋼包外殼爐壁一般用1428mm厚的鋼板，爐底用1835mm厚的鋼板焊制或鉚接?？上率接?jì)算大致厚度： b=0.01D (4.21) d=0.012D (4.22)式中： b爐子外殼壁厚，mm d爐子外殼底厚，mm D爐子上部內(nèi)徑，mm。 所以 b=75mm d=90mm根據(jù)已求得爐子內(nèi)部尺寸、磚襯厚度、鋼殼厚度之后，便可計(jì)算出外殼的外部尺寸

42、。 (4) 耳軸中心線的確定 必須使耳軸中心線與鋼包上緣的距離小于0.54D，此設(shè)計(jì)取0.45D，即耳軸中心線距鋼包上緣的距離L=0.45D=3.39m。當(dāng)空鋼包盛滿鋼水、熔渣時(shí)重心更低，此時(shí)更穩(wěn)定，無傾覆危險(xiǎn)。 1）爐襯質(zhì)量，爐壁磚襯體積為： (4.33)底磚襯體積為：3 (4.34)磚襯總體積：=22.30 m3 (4.35)2） 外殼鋼板質(zhì)量 圓錐臺(tái)母 （4.37） 爐壁鋼板體 （4.38）= 殼底鋼板體積: （4.39） = 外殼鋼板質(zhì)量: 3)： （4.40） =(1.162+0.3） 此質(zhì)量未包括支腿、加強(qiáng)環(huán)箍，筋板及耳軸支撐架的質(zhì)量。如為焊接外殼，此量與實(shí)際質(zhì)量相近；如為鉚接爐體

43、，則需要加上蓋板襯墊及欽定頭的質(zhì)量，這些質(zhì)量約占總量的10%。（本設(shè)計(jì)取鉚接爐體）即爐體總質(zhì)量為：=12.63t （4.41）3) 鋼包盛滿鋼水后的質(zhì)量空鋼包的質(zhì)量： (4.42)鋼包的總質(zhì)量：鋼包容量仍按過裝10%，渣量為金屬量15%計(jì)。則裝滿鋼水與熔渣后的最大質(zhì)量為： (4.43) 鋼包： 鋼包額定爐容量 250t 鋼包處理鋼水量 230265t 平均處理鋼水量 250t 自由空間高度 2130mm (250 t鋼水)鋼包車： 運(yùn)行方式 機(jī)械式(變頻調(diào)速) 運(yùn)行速度 325 m·min-1 定位精度 ±10mm電極臂升降機(jī)構(gòu)： 電極直徑 1000mm 電極分布圓直徑 1875mm 電極升降最大行程 8750mm 電極升降速度 m·min-1 鋼水升溫速度 35·min-1 水冷爐蓋升降行程 500mm變壓器: 額定容量 20MVA(過負(fù)荷能力20%) 一次電壓 35KV 二次電壓 240360V（11級(jí)有載調(diào)壓） 二次電流 37420A液壓系統(tǒng): 工作壓力 12MPa 工作介質(zhì) 水-乙二醇短網(wǎng): 三相不平衡系數(shù) 4.5% 氬氣:工作壓力 0.20.8MPa（事故1.6 MPa）耗量 50600 L&#