钢铁厂设计

转炉炼钢车间设计

创建时间：2008-08-02

转炉炼钢车间设计(engineering design of converter steelmaking plant)

以铁水为主要原料，向转炉内吹入空气或氧气，生产钢水并浇注成连铸坯或钢锭的车间设计。其设计范围主要包括转炉原料系统设计、转炉炉型和炉衬设计、转炉氧枪系统设计、转炉修炉系统设计和转炉复合吹炼设计等。其设计内容主要包括工艺流程选择、生产能力计算、设备选型，以及车间组成和布置等。

简史 19世纪中后期，英国人贝塞麦(H．Bessemer)和托马斯(S．G．Thomas)，先后发明了酸性转炉炼钢和碱性转炉炼钢，这两种方法的特点都是向转炉熔池中吹入空气。20世纪40年代大规模空气分离制氧获得成功，为转炉炼钢提供了廉价氧气，从而开创了用氧气代替空气炼钢的可能性。1952年世界上第一个工业性生产的氧气顶吹转炉炼钢车间在奥地利建成投产，由于纯氧顶吹转炉炼钢比其他传统的炼钢方法优越，因此，世界上许多国家相继建成一大批氧气转炉炼钢车间，使转炉的钢产量迅速增长，最大炉容量达到300t，有的甚至要更大一些，为适应冶炼中、高磷生铁的需要，在西欧一些国家还出现了喷石灰粉的氧气顶吹转炉炼钢法。20世纪60年代末，联邦德国和法国研究成功氧气底吹转炉炼钢，在欧洲、日本和美国建成了一批氧气底吹转炉炼钢车间。70年代后期，综合了顶吹转炉和底吹转炉两者优点的顶底复合吹炼转炉炼钢逢勃兴起，并迅速得到推广。20世纪60年代以前，中国的转炉炼钢基本上是使用小型空气侧吹转炉。中国第一个自行设计的30t氧气顶吹转炉炼钢车间于1964年在首都钢铁公司(原石景山钢铁公司)建成投产，以后又陆续建成了一批30～180t氧气转炉炼钢车间。与此同时，各地方钢铁厂还建成了一批小型氧气顶吹转炉。80年代上海宝山钢铁总厂建成了现代化的300t大型转炉炼钢车间。

工艺流程选择转炉炼钢生产工艺流程包括铁水、废钢、散状原料和铁合金4个原料设施系统和转炉冶炼控制、钢水炉外精炼、浇铸工艺、转炉修理和三废治理等操作。如图1所示。

铁水系统转炉炼钢车间的铁水供应常用的有4种方式。(见转炉原料系统设计)为了提高炼钢产品质量，改善消耗指标，铁水兑入转炉之前，需要对铁水进行预处理，如脱硫或再加脱硅、脱磷(见铁水预处理站设计)。

废钢系统废钢是氧气转炉炼钢的金属炉料之一。转炉在冶炼过程中，铁水中各元素氧化产生的化学热，除满足出钢温度要求外，还有富余热量，因此需要加入一定数量的冷却剂，而废钢是较为理想的冷却剂之一。废钢在加入转炉之前要进行加工处理，其外形尺寸、体积密度、有色金属和各种杂质含量等要符合转炉冶炼要求，并不得有密闭容器和爆炸物。存放时要按废钢性质进行分类堆放。

废钢加入转炉的方式有两种：一种是将废钢装入废钢料槽，利用加料跨起重机将废钢加入炉内，这种方式设备简单。操作方便，在转炉炼钢车间获得广泛采用；另一种是利用炉前或炉后操作平台上设置的地上废钢加料机，将废钢加入炉内。

散状原料系统转炉在冶炼过程中需要加入石灰、轻烧白云石、氧化铁皮、萤石和铁矿石等造渣原料。由于散状原料品种多，用量大，而且转炉冶炼周期短，冶炼过程中需要及时准确地将其加入炉内。散状原料系统由上料和加料两部分组成。上料系统包括低位料仓和上料设施。低位料仓的数量和容积主要取决于原料种类和日消耗量。转炉炼钢车间的散状原料上料设施广泛采用胶带运输机。对于一些上料量不大或总图布置受限制的中、小转炉炼钢车间，上料系统也可以采用单斗或多斗提升机。散状原料加料部分由高位料仓、振动给料器、称量斗、汇集料斗和加料溜槽等组成。高位料仓的数量，容积取决于物料种类和转炉每小时的耗量。散状原料的上料和加料操作可以自动控制，也可以人工操作。

铁合金系统铁合金的供应方式随炼钢车间规模幸专zhuan大小而有所不同。铁合金供应系统由运输、贮存、称量和投入等部分组成，有的炼钢车间还设置了铁合金烘烤炉。大型转炉炼钢车间铁合金用量较多，铁合金通过低位料仓、胶带运输机或提升机送到转炉跨高位料仓贮存，并通过振动给料器、称量斗和溜槽加入钢包。中、小型转炉炼钢车间铁合金用量小，一般是将铁合金运到转炉操作平台上的铁合金活动料仓中贮存，称量后通过叉式运输车或手推车运到炉后，经铁合金活动溜槽加入钢包。

设有钢水脱气装置的转炉炼钢车间，可以不设铁合金烘烤炉，未设钢水脱气装置的或者在气候比较潮湿的转炉炼钢车间，当冶炼一些对氢敏感的钢种时，需要考虑铁合金烘烤炉。

转炉冶炼控制转炉冶炼周期短，冶炼过程变化十分复杂，影响因素多。为了及时、准确地控制冶炼过程和确定吹炼终点，现代化的转炉炼钢车间都设置了完善的计量检测仪表和自动控制系统。转炉冶炼时通过控制铁水、废钢和各种散状原料的成分和加入量，并根据转炉冶炼需要，及时调整氧枪高度、氧气压力或氧气用量，以提高吹炼终点钢水成分和温度的命中率。不同容量的转炉应考虑不同的装备水平。大型转炉炼钢车间可采用副枪和电子计算机进行动态控制。中、小型转炉炼钢车间可考虑用微机按理论模型或经验模型进行静态控制，小型转炉也可以用人工控制吹炼过程。无论采用何种控制方式，要提高转炉吹炼终点的命中率，首先要求入炉物料质量高，成分要均匀稳定，其次是各种计量、检测仪表要求完善和准确，．这些是提高转炉自动化水平的前提条件。

钢水炉外精炼钢水炉外精炼是改善钢的纯洁度，提高钢水质量，扩大冶炼品种，以及协调转炉与连铸生产的重要手段。不同的钢水炉外精炼设施可以分别完成脱碳、脱硫、脱氧、脱气、成分和温度调整、去除非金属夹杂物或改变其形态，以及成分和温度均匀化等。炉外精炼的型式很多，应根据钢种和钢水质量要求进行选择(见钢水炉外精炼设施设计)。

浇铸工艺浇铸工艺对成品钢的质量、钢水收得率和成材率有直接影响。浇铸工艺有模铸和连铸两种类型。模铸又可分为地面(坑)浇铸和车铸两种形式。地面(坑)浇铸仅适用于小型转炉炼钢车间，大、中型转炉炼钢车间多采用车铸。按钢水注入锭模的方向不同，模铸又可分为上注和下注，其中下注应用较为普遍。(见模铸系统设计)。连铸工艺是将钢水直接浇成铸坯，其成材率大幅度提高，节能效果显著，因而发