冶金工程概論氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼(設(shè)備)

1、第七章第七章 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼7.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼原料金屬料：鐵水（生鐵）、廢鋼、鐵合金；非金屬料：造渣材料、氧化劑、冷卻劑和增碳劑。7.1.1 金屬料 鐵 水 鐵水一般占裝入量的70100%，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要熱源。對鐵水要求主要有：成分要求、溫度要求1）成分要求硅(Si)：是重要的發(fā)熱元素，鐵水中含Si量高，爐內(nèi)的化學熱增加，一般0.4-0.8%。錳(Mn)：是發(fā)熱元素，有利元素，一般0.2-0.4%。磷(P)：是高發(fā)熱元素，一般為有害元素，不加限制，盡量低且穩(wěn)定。硫(S)：一般為有害元素，%S0.05。2）溫度。鐵水物理熱得占轉(zhuǎn)爐熱收入的50%。入爐鐵水溫度應(yīng)大于12001300 ，并

2、且要相對穩(wěn)定。 廢鋼廢鋼量一般是總裝入量的10%-30%。既是金屬料又是冷卻劑 鐵合金脫氧劑和合金化元素,如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr等。7.1.2 輔助材料 造渣材料 石灰(CaO)作用：脫磷、脫硫、保護爐襯。 活性石灰：把具有高反應(yīng)能力、體積密度小、氣孔率高、比表面積大、晶粒細小的優(yōu)質(zhì)石灰稱為活性石灰有效熔劑性：熔劑含有的堿性氧化物扣除其自身酸性氧化物造渣所需的堿性氧化物后剩余的堿性氧化物質(zhì)量分數(shù)。 螢石（主要成分：CaF2，含有SiO2、Al2O3雜質(zhì)）作用：化渣。原理：1）螢石與CaO作用形成1635K的共晶體，直接促進石灰熔化；2）能顯著降低2CaOSiO2的熔點(生成3Ca

3、OCaF22SiO2，熔點1362)；3）能降低爐渣粘度，認為氟離子切斷了硅酸鹽鏈狀結(jié)構(gòu)。白云石(CaCO3MgCO3)經(jīng)焙燒可得輕燒白云石（CaOMgO），白云石的作用如下： 采用生白云石或輕燒白云石代替部分石灰造渣，可減輕爐渣對爐襯的侵蝕。 濺渣護爐操作時，通過加入適量的生白云石或輕燒白云石保持渣中的MgO含量達到飽和或過飽和，使終渣能夠做黏，出鋼后達到濺渣的要求。 促進前期化渣(生成共熔點化合物，都比C2S的熔點低的多) 氧化劑 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要氧源，氧氣純度，超過98%；氧氣壓力要穩(wěn)定，0.61.5MPa之間。 鐵礦石和氧化鐵皮氧化鐵有利于化渣和冷卻作用 冷卻劑l 作用：準確命中轉(zhuǎn)爐

4、終點溫度。l 種類：廢鋼、氧化鐵皮、鐵礦石、燒結(jié)礦、球團礦、石灰石等。 增碳劑種類：木炭、電極粉、焦炭粉、生鐵等。7.2 轉(zhuǎn)爐設(shè)備轉(zhuǎn)爐設(shè)備l 轉(zhuǎn)爐煉鋼：轉(zhuǎn)爐、轉(zhuǎn)爐傾動機構(gòu)、供料系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、煙氣凈化與回收系統(tǒng)、鋼包及鋼包回轉(zhuǎn)臺、渣罐及臺車l 鋼包及鋼包臺車：鋼包用于盛裝鋼水；鋼包臺車將鋼水運送到不同的加工、處理地點。l 渣罐及臺車：渣罐用于盛裝熱爐渣；鋼渣臺車將熱爐渣運送到不同的加工、處理地點。7.2.1 轉(zhuǎn)爐爐體及轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng) 轉(zhuǎn)爐爐體包括：爐殼、托圈、耳軸和耳軸軸承座。 托圈l 作用：是支撐爐體，傳遞傾動力矩。l 大、中型轉(zhuǎn)爐托圈，一般用鋼板焊成式結(jié)構(gòu)，可通水冷卻。l 托圈與耳軸連成整體

5、，轉(zhuǎn)爐則坐落在托圈上。水冷托圈系統(tǒng)簡圖 爐殼：由錐形爐帽、圓筒形爐身及球形爐底三部分組成。 各部分用鋼板成型后再焊接成整體。 轉(zhuǎn)爐托圈簡圖 耳軸l 支撐托圈和爐體的載荷，傳動扭矩使轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)，耳軸要求很高的強度和剛度。l 耳軸和托圈用法蘭盤、螺栓或焊接等方式連接成整體。 傾動機構(gòu)l 作用：是傾動爐體，以滿足兌鐵水、加廢鋼、取樣、出鋼和倒渣等操作的要求 l 要求： 在整個生產(chǎn)過程中，滿足工藝要求。如以一定的轉(zhuǎn)速連續(xù)回轉(zhuǎn)360，可以停留在任何位置，能與氧槍等有一定連鎖要求； 安全可靠的運轉(zhuǎn)。即使某一部分發(fā)生事故，傾動機械也可繼續(xù)工作，維持到一爐鋼結(jié)束； 適應(yīng)高溫、動載荷、扭振的作用，具有較長的壽命。

6、l 傾動機構(gòu)通常有以下幾種類型： 落地式； 半懸掛式：部分中型轉(zhuǎn)爐采用； 全懸掛式：我國大部分大中型轉(zhuǎn)爐都采用此種類型。轉(zhuǎn)爐半懸掛式傾動機構(gòu)300 t 轉(zhuǎn)爐全懸掛裝置轉(zhuǎn)爐全懸掛裝置l 金屬爐殼內(nèi)砌筑的耐火材料即為爐襯。l 轉(zhuǎn)爐爐襯：由工作層、填充層和永久層組成。 轉(zhuǎn)爐爐襯 工作層：材質(zhì)采用鎂碳磚，其具有良好的耐火度、高溫強度、耐蝕性和抗熱震性。工作層厚度為350800 mm。 填充層：工作層和永久層之間，由鎂砂和焦油搗打成，厚度在80150 mm。 永久層：保護爐殼，在靠近爐殼內(nèi)壁砌上一層或多層標準磚，修爐時一般不拆除。一般用標準鎂磚修砌，其厚度65345mm，爐底永久層要厚些。l 轉(zhuǎn)爐護爐技

7、術(shù)(濺渣護爐)l 爐襯壽命：爐襯壽命影響轉(zhuǎn)爐的工作時間及生產(chǎn)成本。爐齡是鋼廠一重要生產(chǎn)技術(shù)指標。l 爐襯損壞的原因： 鐵水、廢鋼及爐渣等的機械碰撞和沖刷； 爐渣及鋼水的化學侵蝕； 爐襯自身礦物組成分解引起的層裂； 急冷急熱等因素。l 濺渣護爐是維護爐襯的主要手段；l 其基本原理：利用高速氮氣射流沖擊熔池液面，將MgO飽和的高堿度爐渣噴濺涂敷在爐襯表面，形成一層具有一定耐火度的濺渣層。l 工藝特點：工藝特點： 操作簡便； 成本低； 時間短，一般只需34min 濺渣均勻覆蓋在整個爐膛內(nèi)壁上，基本上不改變爐膛形狀； 工人勞動強度低，無環(huán)境污染； 爐膛溫度較穩(wěn)定，爐襯磚無急冷急熱的變化； 利于提高鋼產(chǎn)

8、量和平衡、協(xié)調(diào)生產(chǎn)組織。 轉(zhuǎn)爐爐型及設(shè)計參數(shù) 轉(zhuǎn)爐爐型：指新砌磚的轉(zhuǎn)爐由耐火材料構(gòu)成的內(nèi)部形狀尺寸，即為爐膛的幾何形狀。 類型：國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐爐型主要有筒球型、錐球型和截錐型。我國推薦用轉(zhuǎn)爐爐型是筒球型和截錐型，容量100 t 以下的轉(zhuǎn)爐一般采用截錐型活爐底，容量在150 t 以上的轉(zhuǎn)爐一般采用筒球型死爐底。此外，有些爐子也用錐球型和大爐膛轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐爐型目前有從細高向矮胖演變的趨勢轉(zhuǎn)爐常用爐型圖轉(zhuǎn)爐常用爐型圖a筒球形；筒球形；b錐球形；錐球形；c截錐形截錐形300噸轉(zhuǎn)爐爐型圖轉(zhuǎn)爐主要尺寸轉(zhuǎn)爐主要尺寸 轉(zhuǎn)爐爐容比（V/T）l 概念：是指轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐內(nèi)自由容積V與金屬裝入量T之比，m3/t。爐容比過大，投

9、資增加；爐容比過小，會噴濺及對爐襯的沖刷加劇，使提高供氧強度受到限制，不利于提高生產(chǎn)率。大型轉(zhuǎn)爐的爐容比一般在0.91.05 m3/t之間，而小型轉(zhuǎn)爐的爐容比在0.8 m3/t左右。 轉(zhuǎn)爐高徑比（H/D） l 概念：是指轉(zhuǎn)爐腔內(nèi)的自由空間的高度(單位m)與熔池直徑(單位m)之比。l 高徑比一般為0.8-1.8；l 作用：1）決定轉(zhuǎn)爐氧槍的吹煉強度，冶煉時間等；2）同時影響濺渣的好壞；3）決定氧槍噴頭的設(shè)計參數(shù)，如噴頭的射流角等。7.2.2 轉(zhuǎn)爐供料設(shè)備l 供料設(shè)備包括：鐵水、廢鋼、鐵合金和散狀材料(熔劑)供料設(shè)備等 鐵水供應(yīng)設(shè)備l 主要有三種： 高爐鐵水罐車混鐵爐鐵水罐稱量轉(zhuǎn)爐。 高爐混鐵車鐵

10、水罐稱量轉(zhuǎn)爐。 高爐鐵水罐車鐵水罐稱量轉(zhuǎn)爐。l 混鐵爐：是鐵水的中間貯存設(shè)備，以協(xié)調(diào)高爐與轉(zhuǎn)爐之間鐵水供求的不一致性，保證供應(yīng)及時。同時還有均勻不同高爐和不同時間的鐵水。l 混鐵車：兼有運送和貯存鐵水兩種作用，實質(zhì)上是列車式的小型混鐵爐 廢鋼裝入設(shè)備 用橋式吊車吊掛廢鋼槽向轉(zhuǎn)爐倒入： 用落地式加料機： 鐵合金供料設(shè)備l 組成：由貯存、運送、稱量和向鋼包加料等l 用途：鐵合金用于鋼水的脫氧和合金化l 類型：錳鐵、硅鐵、硅錳鐵和鋁等。 高位料倉鐵合金供應(yīng)方式平臺式料倉鐵合金供應(yīng)方式平臺式料倉鐵合金供應(yīng)方式 散裝材料設(shè)備(熔劑)l 主要指：煉鋼過程中加入的造渣材料和冷卻劑等；l 種類：石灰、輕燒白云

11、石和生白云石、螢石、礦石和氧化鐵皮等；l 作用：用于煉鋼的造渣、保護爐襯和冷卻鋼水；l 散裝材料供應(yīng)系統(tǒng)一般由：貯存、運送、稱量和向轉(zhuǎn)爐加料等幾個環(huán)節(jié)組成。通過皮帶運輸機運送到轉(zhuǎn)爐的高位料倉，稱量后加入到轉(zhuǎn)爐。7.2.3 轉(zhuǎn)爐供氧設(shè)備轉(zhuǎn)爐供氧設(shè)備氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼主體設(shè)備及氧槍氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼主體設(shè)備及氧槍l 供氧系統(tǒng)由：制氧機、加壓機、中間儲氣箱、輸氧管、控制閘閥、測量儀表及噴槍等主要設(shè)備組成。 氧槍l 又名噴槍或吹氧管，擔負著向熔池吹氧的任務(wù)。l 采用循環(huán)水冷卻的套管結(jié)構(gòu)；由噴頭、槍身及尾部結(jié)構(gòu)所組成。 噴頭：l 采用紫銅制成，內(nèi)通高壓水強制冷卻，均為超音速噴頭。l 噴頭的類型按結(jié)構(gòu)形狀，可

12、分為拉瓦爾型、直簡型、螺旋型等；按噴孔數(shù)目，可分為單孔、三孔和多孔噴頭。l 拉瓦爾噴頭是：收縮擴張型噴頭，截面最小處為喉口 l 工作原理是：高壓低速的氣流經(jīng)收縮段時，氣流的壓力能轉(zhuǎn)化為動能，使氣流獲得加速度，當氣流到達喉口截面時，氣流速度達到音速。在擴張段內(nèi)，氣流的壓力能除部分消耗在氣體的膨脹上外，其余部分繼續(xù)轉(zhuǎn)化為動能，使氣流速度繼續(xù)增加。在噴頭出口處，當氣流壓力降到與外界壓力相等時，即獲得了遠大于音速的氣流速度。l 最常用的為三孔拉瓦爾噴頭7.2.4 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化與回收設(shè)備l 通常將爐內(nèi)原生的氣體稱為爐氣，爐氣出爐口后則稱為煙氣l 爐氣成分：主要CO和CO2，此外，還含有大量的鐵和其它氧化

13、物粉塵。在進入煙罩與凈化系統(tǒng)時，或多或少地吸入部分空氣使CO燃燒，爐氣成分等均發(fā)生變化。 轉(zhuǎn)爐煙氣的特點：溫度高(14501800,平均1500 )、氣量多、含塵量大，氣體具有毒性和爆炸性，直接排放有很大的危害，必須凈化、回收。 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煙氣的處理l 處理般過程包括三部分： 對含有大量CO的高溫爐氣的處理； 然后對出爐口后的煙氣進行收集和冷卻； 將冷卻后的煙氣進行凈化。l 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煙氣的凈化處理方式主要分兩大類： 燃燒法：l 原理：即在爐氣離開爐口進入煙罩時，使其與大量空氣混合，使爐氣中的CO全部燃燒。采用較大的空氣過剩系數(shù)。利用過剩的空氣和水冷煙道對煙氣冷卻，然后進入文氏管濕法凈化系統(tǒng)進一步冷卻，最后排入大氣。l 特點：這種方法不能回收煤氣和余熱。爐氣的化學熱和物理熱全部浪費掉了，而且由于吸入空氣量大，進入凈化系統(tǒng)的煙氣量大大增加，使設(shè)備占地面積大，投資和生產(chǎn)費用比未燃法高。但因不回收煤氣，煙罩結(jié)構(gòu)和凈化系統(tǒng)的操作、控制較簡單。 未燃法l 原理：是在爐氣離開爐口進入煙罩時，控制爐口壓力或用氮氣密封，只使吸入少量空氣與爐氣混合，僅令其中1020的CO燃燒。出口后的煙氣仍含有5070的CO ，經(jīng)汽化冷卻后被冷卻到1000左右，然后進入文氏管濕法凈化系統(tǒng)，進一步冷卻和凈化。凈化后稱為轉(zhuǎn)爐煤氣，經(jīng)加壓后使用。l 特點：