转炉炼钢设备与工艺

计算方法：
推荐经验公式：
DK
G t
D：熔池直径，m
G：新炉金属装入量，t
t: 吹氧时间，min
K：比例系数，可参考下表：
50t以下： 1.85~2.10
50~120t: 1.75~1.85
200t: 1.55~1.60
250t以上：1.50~1.55
炉型主要尺寸的确定
转炉冶炼周期和吹氧时间推荐值
转炉公称容量/t 吹炼周期/min 吹氧时间/min
炉容比
选择炉容比时应考虑以下因素： （1）铁水比、铁水成分。随着铁水比和铁水中硅磷、硫含量的增
加炉容比应相应增大。若采用铁水预处理工艺时，炉容比可以小些 （2）供氧强度。供氧强度增大时，吹炼速度较快，为了不引起喷
溅就要保证有足够的反应空间，炉容比相应增大些。 （3）冷却剂的种类。采用铁矿石或氧化铁皮为主的冷却剂，成渣
转炉炉型
❖ 炉型类型： 按金属熔池形状的不同，转炉炉型可分为筒球型、锥球型和截锥
型三种，
转炉炉型
A 筒球型 熔池形状由一个球缺体和一个圆筒体组成。它的优点是炉型形
状简单，砌筑方便炉壳制造容易。熔池内型比较接近金属液循环流 动的轨迹，在熔池直径足够大时，能保证在较大的供氧强度下吹炼 而喷溅最小，也能保证有足够的熔池深度，使炉衬有较高的寿命。 大型转炉多采用这种炉型
❖ 反应生成的一氧化碳很容易从铁水排至炉气中 而被除掉。生成的二氧化硅、氧化锰、氧化亚 铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上。
❖ 化学反应主要有： 2FeO+Si ——2Fe+SiO2 FeO+Mn—— Fe+MnO
❖ 生铁中硫、磷这两种元素在一般情况下对钢是有害的，在炼钢过 程中必须尽可能除去。在炼钢炉中加入石灰(CaO)，可以去除硫、 磷：
炼钢方法的发展演变
平 炉 1865 年 英 国
复合吹炼，用各种成分的惰性 气体
LD 转 炉 1948 年 奥 地 利
生产率低，能源和耐火材料消耗 高
电炉1900年
生产率低，能源和耐火材料消耗高 酸性转炉1860年 碱性转炉1879年英 国
炉底寿命短 炉容小 钢水含氮高 喷溅 污染 废钢比低
OBM/Q-BOP 复 合 吹 炼
转炉的公称容量
由于出钢量介于装人量和良坯（锭）量之间，其数量不受装料中铁 水比例的限制，也不受浇铸方法的影响，所以大多数采用炉役平均出 钢量作为转炉的公称容量。根据出钢量可以计算出装入量和良坯〔 锭） 量
出钢量＝装人量/金属消耗系数 装人量＝出钢量*金属消耗系数 金属消耗系数：指吹炼1t 钢所消耗的金属料数量。视铁水含硅、 含磷量的高或低，波动于1.1 一1.2 之间
<30t 28~32 12~16
30~100 32~38 14~18
>100 38~45 16~20
• 结果还应与容量相近、生产条件相似、技术经济指标 较好的炉子进行对比并适当调整 • 上述公式对中小炉子较为适用，对大型炉子有差距。
炉型主要尺寸的确定
其他计算方法：
• 利用统计方法，找出现有炉子直径和容量之间的关系， 作为计算熔池直径的依据。武汉钢铁设计院推荐如下公式：
计算方法： a）筒球形熔池 b）锥球形熔池 c）截锥形熔池
炉型主要尺寸的确定
b)筒球形熔池： 圆柱体和球缺两部分组成。
考虑炉底稳定性和熔池适当深度，一般球缺体的半径R为熔 池直径的1.1~1.25倍。国外大于200t转炉为0.8~1.0倍。
当R=1.1D时，金属熔池的体积为：
V熔 0.79H0D2 0.046D3
转炉炉型主要参数的确定
❖ 转炉的公称容量 ❖ 炉型主要参数
❖ 炉容比 ❖ 高宽比
❖ 炉型主要尺寸
❖ 熔池部分尺寸 ❖ 炉身部分尺寸 ❖ 炉帽部分尺寸 ❖ 出钢口部分尺寸 ❖ 炉衬部分
转炉的公称容量
转炉的公称容量又称公称吨位，是炉型设计、计算的重要依据，但 其含义目前尚未统一，有以下三种表示方法： （1）用转炉的平均铁水装入量表示公称容量； （2）用转炉的平均出钢量表示公称容量； （3）用转炉年平均炉产良坯（锭）量表示公称容量
炉型主要尺寸的确定
h2
一球缺高度；
H0 一熔池深度；
H身 一炉身高度；
H帽 一炉帽高度；
H内 一转炉有效高度；
H总 一转炉总高
D
一熔池直径；
D壳 一炉壳外径；
d
一炉口内径；
D出 一出钢日直径；
一炉帽倾角
筒球型氧气顶吹转炉主要尺寸
炉型主要尺寸的确定
熔池直径（D）：
转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。
1977 氧枪或侧吹喷嘴
全量铁水预处理 炼
转炉高效冶
生产率高 含氮量低 污染低 喷溅 渣钢不平衡 OBM/Q-BOP1968 年 西德
ຫໍສະໝຸດ Baidu
顶底复合吹氧+ 石灰粉 二次燃烧 高废钢比
KMS转炉1978西德 KS转炉1981西德
铁水Si<0.3% 吹炼时间<20min 顶吹弱供氧 少渣冶炼 底吹强搅拌 顶底复吹变流量操作 脱磷效率>90% 无补炉作业，炉龄 >10000炉 脱硫效率>60% 一座转炉生产体制
转炉炉型
❖ 转炉炉型：
指用耐火材料砌成的炉衬内形。转炉的炉型是否合理直接影响 着工艺操作、炉衬寿命、钢的产量与质量以及转炉的生产率.
❖ 合理炉型的要求：
( 1 ）要满足炼钢的物理化学反应和流体力学的要求，使熔池 有强烈而均匀的搅拌 ( 2 ）符合炉衬被侵蚀的形状以利干提高炉龄； ( 3 ）减轻喷溅和炉口结渣，改善劳动条件； ( 4 ）炉壳易于制造炉衬的砌筑和维修方便。
炼钢技术—设备与工艺
提纲
1.炼钢原理 2.炼钢方法 3.炼钢方法的发展演变 4.转炉炼钢车间设备组成 5.转炉炼钢工艺 6.钢水炉外精炼技术
炼钢原理
❖ 根据所炼钢种的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其 它元素的含量减少或增加到规定范围的过程。
❖ 简单地说，是对生铁降碳、去硫、磷、调硅、锰含量的过程。这 一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧(如空气中的氧、 纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、 锰等元素。
D 0.392 20 T
• 由国外一些30 一300t 转炉实际尺寸统计的结果得出 下面计算公式：
D (0.66 0.05)T 0.4
T：炉子容量，t
炉型主要尺寸的确定
熔池深度（H0）： 熔池深度是指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的
深度。
从吹氧动力学的角度出发，合适的熔池深度应既能保证转炉 熔池有良好的搅拌效果，又不致使氧气射流穿透炉底，以达到保 护炉底，提高炉龄和安全生产的目的。
转炉炉型
C 截锥型 截锥型熔池为上大下小的圆锥台。其特点是构造简单且平底熔池便
于修砌这种炉型基本上能满足炼钢反应的要求适用于小型转炉。我国 30t 以下的转炉多用这种炉型。国外转炉容量普遍较大故极少采用此 种形式。
此外，有些国家（如法国、比利时、卢森堡等）的转炉，为了吹炼高 磷铁水，在吹炼过程中用氧气向炉内喷入石灰粉。为此他们采用了所 谓大炉膛炉型，这种炉型的特点是：炉膛内壁倾斜，上大下小，炉帽 的倾角较小（约50 °）。因为炉膛上部的反应空间增大，故适应吹炼 高磷铁水时渣量大和泡沫化严重的特点。这种炉型的砌砖工艺比较复 杂，炉衬寿命也比其他炉型低，故一般很少采用。
炉口直径（d）： 在满足兑铁水、加废钢出渣、修炉等操作要求的前提下，应
尽量缩小炉口直径，以减少喷溅、热量损失和冷空气的吸入量。 一般炉口直径为；
d (0.43 ~ 0.53)D
大转炉取下限，小转炉取上限
炉型主要尺寸的确定
炉帽高度（H帽 ）：
炉帽的总高度是截锥体高度（H 锥与炉口直线段高度H直）之 和。设置直线段的目的是为了保持炉口形状和保护水冷炉口，其 高度H直一般为300~400 mm。炉帽高度的计算公式如下：
H0
V熔
0.0363 0.70 D2
D3
炉型主要尺寸的确定
c)截锥形熔池：
熔池体积为：
V熔
h1
12
(D2
Dd1
d12 )
熔池深度为：
H0
V熔 0.574D2
炉型主要尺寸的确定
炉帽倾角（）： 一般取60~680 ，大炉子取下限，以减小炉帽高度。如 ＜
530，则炉帽砌砖有倒塌的危险；但倾角过大，将导致锥体部分 过高，出钢时容易从炉口下渣。
❖ 转炉炼钢广泛采用氧气顶吹转炉或顶底复吹转炉，生产速度快(1 座300吨的转炉吹炼时间不到20分钟，包括辅助时间不超过1小 时，而300吨平炉炼1炉钢要7个小时)，品种多、质量好，可炼 普通钢，也可炼合金钢。
❖ 电炉炼钢是用电能作热源进行冶炼。原料可以是废钢、也可以是 海绵铁，现代电弧炉甚至可以用大量铁水。主要用于冶炼特殊合 金钢。
[C]>3.5%
生产率高 N、P、S、C、O 低 渣内FeO低 无喷溅 污染低 废钢比低 全 低 吹 O2+ 石 灰 粉
顶底复合吹氧+ 全量废钢
喷吹煤粉 废钢预热
大量高热值废 气
喷石灰粉
二次燃烧
很高废钢比
大量高热值废气
转炉炼钢车间设备组成
氧气顶吹转炉总图
转炉系统设备
❖ 炉型 ❖ 炉壳 ❖ 炉体支撑 ❖ 转炉倾动机构
因此：熔池深度为：
H0
V熔
0.046 0.79 D2
D3
炉型主要尺寸的确定
b)锥球形熔池： 由倒锥台和球缺体两部分组成。 据统计，球缺体曲率半径R=1.1D，球缺体高h2=0.09D，
倒锥台地面直径d1=(0.895~0.92）D。 熔池体积为：
V熔 0.70H0D2 0.0363D3
熔池深度为：
Al＋3FeO ——Al2O3＋3Fe
❖ 同时调整好钢液的成分和温度，达到要求可出钢，把钢水铸成连 铸坯或钢锭。
炼钢方法
❖ 炼钢的方法主要有转炉、电炉和平炉三种。 ❖ 平炉炼钢的主要特点是可搭用较多的废钢(可搭用钢铁料的20—
50％的废钢)，原料适应性强，所用的原料有废钢、废铁、铁矿 石和溶剂 （石灰石和生石灰）。反应所需的热量是由燃烧气体燃 料（高炉煤气，发生炉煤气）或液体燃料（重油）所提供。 但冶 炼时间长，已被淘汰。
炉容比
转炉的炉容比是转炉的有效容积与公称容量之比，其单位m3／t 。
炉容比的大小决定了转炉吹炼容积的大小，它对转炉的吹炼操作、 喷溅、炉衬寿命、金属收得率等都有比较大的影响。如果炉容比过小， 即炉膛反应容积小，转炉就容易发生喷溅和溢渣，造成吹炼困难，降 低金属收得率并且会加剧炉渣对炉衬的冲刷侵蚀，降低炉衬寿命；同 时也限制了供氧量或供氧强度的增加，不利于转炉生产能力的提高。 反之，如果炉容比过大，就会使设备重量、倾动功率、耐火材料的消 耗和厂房高度增加使整个车间的投资增大。
量大，炉容比也需相应增大；若采用以废钢为主的冷却剂成渣量小， 则炉容比可适当选择小些
目前使用的转炉，炉容比波动在0.85 ~0.95之间（大容量转炉取 下限）。近些年来为了在提高金属收得率的基础上提高供氧强度，新 设计转炉的炉容比趋于增大，一般为0.9 ~1.05 。
高宽比
高宽比是指转炉总高（H总）与炉壳外径（D 壳）之比是决定转炉形状 的另一主要参数。它直接影响转炉的操作和建设费用。因此高宽比的 确定既要满足工艺要求，又要考虑节省建设费用口在最初设计转炉时 高宽比选得较大。生产实践证明，增加转炉高度是防止喷溅，提高钢 水收得率的有效措施。但过大的高宽比不仅增加了转炉的倾动力矩， 而且厂房高度增高使建筑造价也上升。所以，过大的高宽比没有必要。 在转炉大型化的过程中，H总和D壳随着炉容量的增大而增加，但其比 值是下降的。这说明直径的增加比高度的增加更决，炉子向矮胖型发 展。但过于矮胖的炉型，易产生喷溅，会使热量和金属损失增大。 目前，新设计转炉的高宽比一般在1.35 ~1.65 的范围内选取，小转 炉取上限，大转炉取下限
2P+5FeO+3CaO—— 5Fe+Ca2(PO4)2(入渣)
❖ 在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害 的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹。故炼钢的最后阶段 必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等)，以除去钢液中多余的 氧：
Mn＋FeO ——MnO＋Fe
Si＋2FeO—— SiO2＋2Fe
转炉炉型
B 锥球型 熔池由一个锥台体和一个球缺体组成。这种炉型与同容量的筒
球型转炉相比若熔池深度相同则熔池面积比筒球型大，有利于冶金 反应的进行，同时，随着炉衬的侵蚀熔池变化较小，对炼钢操作有 利。欧洲生铁含磷相对偏高的国家采用此种炉型的较多。我国20 ~80t 的转炉多采用锥球型
对筒球型与锥球型的适用性，看法尚不一致。有人认为锥球型适 用于大转炉（奥地利），有人却认为适用于小转炉（前苏联）。但 世界上已有的大型转炉多采用筒球型。