生产500万吨连铸坯的现代化转炉炼钢厂工艺设计.docx

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1、年产500万吨合格铸坯的转炉炼钢车间工艺设计目录目录31 绪言61.1国外炼钢技术的发展61.2钢铁工业在国民经济中的地位和作用61.3现代转炉炼钢工艺流程71.4 现代转炉炼钢技术存在的问题72转炉炼钢车间生产概述71.1主要钢种及产品方案81.2工艺流程83转炉炼钢厂规划设计81 转炉车间组成及生产能力的确定81.1车间组成81.2转炉车间生产能力的确定92 主厂房工艺布置92.1原料跨间布置92.2炉子跨的布置102.3精炼跨的布置102.4浇注跨的布置104. 转炉炉型设计101炉型设计111.1炉型选择111.2主要参数的确定。112炉底供气构件的设计133 转炉炉体金属构件设计13

2、5 转炉供氧系统设计141供氧制度141.1氧枪141.2供氧操作152 氧枪设计163 氧枪装置与副枪186 转炉炼钢的生产工艺设计191 炼钢用原材料191.1金属料191.2非金属料202装料制度222.1装料次序222.2装入量222.3装入量方法222.4装料操作223造渣制度233.1炉渣碱度的控制与石灰加入量的确定233.2炉渣粘度的控制233.3炉渣氧化性的控制243.4泡沫渣及其控制243.5放渣及留渣操作244温度制度254.1出钢温度的确定254.2冷却剂及其加入量的确定255终点控制和出钢266 精炼工艺267连铸工艺277.1钢水准备277.2连铸工艺277炼钢主厂房

3、各车间主要设备的选择与布置281原料跨281.1金属料供应及设备281.2散装料供应及设备292转炉跨312.1钢包需要量以及容量计算312.2渣罐和渣罐车数量的确定313精炼设备324连铸跨324.1板坯的生产334.2方坯的生产344.3其他工艺参数及设备的确定365制氧机的选择386主厂房工艺布置401原料跨跨间布置402转炉跨间的布置413精炼设备的布置444连铸设备的布置448转炉炼钢厂车间烟气净化系统与回收系统设计471烟气量的计算471.1最大炉气量qv0471.2烟气量qv471.3烟气成分471.4煤气浓度修正481.5回收煤气量的计算481.6烟气净化系统类型的选择482烟

4、气净化系统主要设备的选择492.1烟气收集设备-烟罩492.2烟气冷却设备492.3除尘设备492.4脱水设备492.5抽气设备493含尘污水处理499 转炉炼钢生产技术经济指标及生产组织501生产组织502 炼钢车间经济指标541 绪言1.1国外炼钢技术的发展世界近代炼钢工业首先诞生于欧洲，机器的大量发明和广泛应用，是炼钢成为最基本的工业材料，对钢铁的数量和质量的需求越来越高。首先公布转炉炼钢法的是英国发明家亨利贝塞麦，1965年，亨利贝塞麦在英国科学协会发表演讲，宣布其发明了底吹酸性空气转炉炼钢法，也因此此法生产率高、成本低的炼钢方法，成为冶金史上的一大创举，从此开创了大规模炼钢的新时代。

5、回顾氧气转炉炼钢的发展，可分为以下三个时期。(1) 转炉大型化时期（19501970）：以转炉大型化技术为核心，逐步完善了转炉炼钢工艺和设备。先后开发出大型化转炉设计技术、OG法除尘与煤气回收技术、计算机静态与副枪动态控制技术、镁碳砖综合砌筑与喷补挂渣等护炉工艺技术。(2) 转炉复合吹炼时期（19701990）：这一时期，由于连铸技术的迅速发展，出现了全连铸的炼钢车间。对转炉炼钢的稳定性和终点控制的准确性提出了更高的要求。为了改善转炉吹炼后期钢-渣反应远离平衡，实现稳定吹炼的目标，综合顶吹、底吹转炉的优点，研究开发出各种顶低复合吹炼工艺技术，在世界上迅速推广。(3) 转炉综合优化时期（1990

6、年以后）：在这一时期，由于社会对纯净钢的生产需求日益增加。迫切需要建立起一种全新的、能大规模廉价生产纯净钢的生产体制。围绕纯净钢生产，研究开发出铁水“三脱”预处理、高效转炉生产、全自动吹炼控制与溅渣护炉等重大新工艺技术。降低了生产成本、大幅提高了生产效率。1.2钢铁工业在国民经济中的地位和作用钢铁工业是国民经济的支柱产业，是国民经济中的主导产业。而钢铁材料是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占90%以上。人们生活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁材料。钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的

7、质量，都有着极大的影响。世界经济发展到今天，钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到根本性的影响，而且，在可预见的范围内，这个地位也不会因世界新技术和新材料的进步而消弱。纵观世界主要发达国家的经济发展史，不难看出钢铁材料工业的发展在美国、前苏联、日本、英国、德国、法国等国家的经济发展中都起到了决定性作用。这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车、造船、机械、电器等工业的发展和经济的腾飞都发挥了至关重要的作用。美国钢铁工业曾在20世纪70-80年代遭到来自日本为主的国外进口材料的冲击而受到重创，钢铁产品生产能力急剧下降，但经过十几年的改造和重建，终于在20世纪90年代中期恢复到其

8、原有的钢铁生产规模，为其维持世界强国地位继续发挥着重要作用。由此可见钢铁工业在国民经济的重要作用，并且钢铁工业在整个国家的发展中都起着举足轻重的作用。1.3现代转炉炼钢工艺流程现在钢铁联合企业是一个庞大而复杂的综合生产部门。在这个钢铁联合企业中，钢铁材料的生产包括采矿、选矿、烧结（球团）、焦化、炼铁、炼钢和各种轧钢等过程。由于各种钢材质量主要决定于炼钢工艺过程和设备，所以炼钢成为钢铁工业生产流程中的中心环节。目前主要的炼钢方式是转炉炼钢，我国现在转炉钢占总钢产量的比例已经超过80%，并接近90%。过去钢铁冶炼的工艺流程基本是铁水炼钢炉（转炉、电炉、平炉）浇铸（模铸、连铸）轧钢的模式，这样的模式

9、由于缺少铁水的预处理、炉外精炼工艺，只能冶炼普通钢种，难以冶炼优质特种高性能钢材，平炉由于其炉渣碱度低，脱磷、脱硫效果差，限制了钢材质量的提高，随着工业和科学技术的发展，对钢材质量和性能提出了更高的要求，迫使人们开发冶炼更多品种的钢材，从而推动了炼钢技术的不断发展。转炉冶炼采用铁水预处理、炉外精炼工艺后，钢的质量大大提高，转炉钢品种增加，转炉不仅能冶炼普通钢种，而且能冶炼高级优质钢种，甚至能冶炼包括不锈钢在内的特种钢，这为转炉炼钢的发展提供了广阔的空间。传统的钢水浇铸一直以模铸为主，不仅生产效率低、工人劳动强度大、车间环境恶劣，而且金属损失大、回收率低、难以浇铸大型钢锭。采用连铸后，情况大为改

10、观，生产效率和金属回收率大为提高，工人劳动强度降低，实现了浇铸过程的完全自动化，近十年中炼钢连铸比不断提高，许多大型钢铁企业均已实现了全连铸。高炉铁水预处理转炉顶低复合吹炼炉外精炼连铸连轧，已成为大型现代化钢铁企业钢铁生产模式。而高炉铁水预处理转炉顶低复合吹炼RH真空精炼连铸连轧铸坯热送直接轧制，则是现在转炉炼钢生产的最佳工艺流程。1.4 现代转炉炼钢技术存在的问题现代转炉炼钢技术普遍存在的问题主要是随着社会对洁净钢的生产需求日益提高，迫切需要建立起一种全新的、能大规模廉价生产纯净钢的生产体系。因此，如何降低生产成本、能耗，生产出大量的纯净钢以达到社会的需求是当前必须解决的问题。2转炉炼钢车间

11、生产概述根据设计任务书的要求及各种设计条件提出初步设计思路，这是对设计工作一个框架式的设定。方案的确定要求设计合理，能顺利生产。1.1主要钢种及产品方案本设计主要生产普碳钢、低合金钢，优质碳素结构钢，弹簧钢，也可根据市场的要求进行灵活调整。根据毕业设计任务书中年产320万吨铸坯的要求，确定其产品大纲。见表1-1。表1-1 产品大纲钢种代表型号年产钢量所占比例铸坯断面长宽定长尺寸普碳钢Q235A60万吨18.7%150150mm9000mm低合金钢Q29560万吨18.7%150150mm9000mm优质碳素结构钢20Mn100万吨31.25%1801000mm9000mm弹簧钢65Mn100万

12、吨31.25%220220mm9000mm1.2工艺流程根据设计任务书的要求以及现代转炉炼钢的发展趋势，确定本设计方案其基本的工艺流程（图1-1）。图1-1炼钢车间工艺流程3转炉炼钢厂规划设计1 转炉车间组成及生产能力的确定1.1车间组成现代氧气转炉炼钢车间由以下各部分组成：铁水预处理站及铁水倒罐站；废钢堆场与配料间；主厂房（包括炉子跨、原料跨、炉外精炼及钢包装运跨、浇注系统各跨间）；铁合金仓库及散状原料储运设施；渣场；耐火材料仓库；烟气净化设施及煤气回收设施；水处理设施；分析、检测及计算机监控设施；备品备件库、机修间、生产必需的生活福利设施；水、电、气（氧、氩、氮、压缩空气）等的供应设施。1

13、.2转炉车间生产能力的确定（1）转炉容量及座数。根据年产320万吨生产能力的要求，冶炼周期取40min，供氧时间为16min。采用2吹2制度，故转炉公称容量G=3200000/365(1440/40)2=122t，因此采取2座150t 转炉。表1-2 平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量（t）100备注冶炼时间283232383845结合供氧强度，铁水成分和所炼钢种具体确定吹氧时间121614181620（2）计算年出钢炉数。每一转炉的年出钢炉数N为：N=11169炉/年式中：T1每炉钢的平均冶炼时间，40min/炉； 1440一天的时间，min/d； 365一年的日历天数，d/a； 转炉作业率，

14、取85%。车间年产钢水量=nNq=211169150=3350700(t)炉外精炼收得率取：99% 连铸收得率：98%所以年产铸坯量=335070099%98%=3250849t3200000t，则该车间年产合格钢坯量可以满足设计需求。2 主厂房工艺布置氧气转炉炼钢车间的主体部分是主厂房，包括原料跨、炉子跨和浇注跨三大跨间。为了使各种物流运行顺向，将原料跨和浇注跨布置在炉子跨的两侧。2.1原料跨间布置原料跨内主要完成兑铁水、加废钢和转炉炉前的工艺操作。其两端分别布置铁水和废钢工段，采用混铁车运输铁水。其中布置铁水预处理站、铁水倒罐站。铁水预处理采取三站工作制，脱硫预处理站脱硅预处理站脱磷预处理

15、站。由于脱硫的条件和脱硅脱磷不一样，考虑到工艺的顺畅，故将脱硫处理布置在铁水预处理第一站，由于脱磷要求硅含量低于0.15%，因此将脱硅预处理置于脱磷之前。铁水预处理站内设置两条运输线和与其垂直的受铁坑（铁水坑位于铁水线下面），一个受铁坑有两个铁水转注位置。铁水预处理采用喷粉处理工艺，喷吹石灰粉配加石灰石粉及石灰系脱磷剂，预处理后采用机械扒渣。在原料跨的一端设废钢工段供应废钢，用电磁吊车装入废钢料斗，称量后待用。2.2炉子跨的布置 炉子跨是车间中厂房最高，建筑结构最复杂和单位投资最多的跨间。很多重要的生产设备与辅助设备都布置在这里，其中包括转炉，转炉倾动系统，散装料供应系统和加料、供氧系统，底吹

16、气系统，烟气净化系统，出渣、出钢设施，拆修炉设备。 炉子跨采用横向布置。烟道和烟罩皆沿跨间朝炉后弯曲，一是便于氧枪和副枪穿过烟罩插入转炉内，二是有一个连续的更换氧枪的通道，换枪方便。 散装料的各个高位料仓沿炉子跨纵向布置，在其顶部有分配皮带机通过，高位料仓布置在紧靠烟道的后面，这样烟道倾角较大，不易积灰。转炉烟气净化采用湿法文氏管洗涤器，布置在炉子跨内。 转炉修炉方法采用上修法，烟罩下部可侧向移动。2.3精炼跨的布置由于产品大纲要求，本设计的精炼工艺流程为：转炉LF炉。LF主要起脱氧、脱硫及调温调整成份作用，提高连铸率和钢水收得率。2.4浇注跨的布置本设计采取全连铸工艺，在连铸跨内安放中间包、

17、结晶器、二冷段、拉矫机。在出坯跨中设置毛刺喷印设备、在线监控和检测设备、废坯清除、精整设备和铸坯热运输设备。这种布置简化了工艺流程和运输组织，占地少，机械化和自动化程度高，有利于实现铸坯直接热送、热装及连铸连轧。连铸设备采用横向布置，钢水运送距离短、物料流程合理，便于增加和扩大连铸机的生产能力，把不同的作业分开，各项操作互不干扰，适于全连铸车间。连铸车间工艺布置的原则是：钢水供应方便，重视中间包拆卸、修砌和烘烤，以及对结晶器和二冷扇形段的更换、对弧等设备设置专门工作区，留有适当的铸坯精整区域，采用计算机技术等。4. 转炉炉型设计 氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。本章以顶底复吹转炉为重点，对其

18、炉型、炉衬、炉体金属结构和倾动机构以及底部供气构件进行选型和设计。顶底复吹转炉是继氧气顶吹转炉和底吹转炉之后，于70年代中期出现的一种新型转炉炼钢设备。顶底复吹兼有顶吹易于控制成渣过程和底吹可以增大熔池搅拌器强度的优点，是节能降耗、扩大品种、提高产品质量的有效途径；特别对于容量较大的转炉，更具有其优越性。因此，近几年来获得迅速发展。据报道，日本基本淘汰了单纯顶吹法，国内转炉的发展方向也是积极采用复吹。1炉型设计1.1炉型选择本设计转炉公称容量为150吨，属于大中型转炉，采用筒球形炉型。1.2主要参数的确定。（1）炉容比：由于复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳，其钢渣喷溅高度相应低于后，复吹转炉的炉

19、容比可略小于顶吹转炉。从目前实际情况来看，二者炉容比基本相同，即复吹转炉一般也取0.850.95m3/t炉容比取0.92m3/t。（2）熔池尺寸： 1）熔池直径=4.90m式中D熔池直径，mG新炉金属装入量，t，可取公称容量150t吹氧时间，min，取16K比例系数，取1.62） 熔池深度计算：由于选用转炉类型为顶底复吹型转炉，故本设计使用截锥型炉底。根据公式 ： Vc=G/ 式中：Vc熔池体积，m3G新炉金属装入量，t，可近似的取其公称容量150t；钢水密度，=6.8t/m3则Vc=G/=150/6.8=22.06 m3又有通常倒截锥体顶面直径b=0.7D故存在如下关系式：Vc=0.574h

20、 D2式中：熔池深度，m则可以求出h= Vc/0.574 D2h=1.600m=1600mm（3）炉帽尺寸的确定：设计时考虑以下因素：稳定性，便于兑铁水和加废钢，减少热损失，避免出钢时钢渣混出或从炉口流渣，减少喷溅。主要确定炉帽倾角、炉口直径d口和炉帽高度H帽。1）炉帽倾角：对于150t的转炉，选取62。2）炉口直径d口：考虑到满足兑铁水和加废钢的要求，减少热损失，减少喷溅，减少空气进入炉内和改善炉前操作条件等因素，炉口直径d口=0.45D=2.02m。3） 炉帽高度H帽：为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大，在路口上部设有高度为H口=400mm的直线段。因此炉帽高度为H帽=1

21、/2（D-d口）tg+H口 =1/2(4.90-2.02)tg62o+0.40=2.52m炉帽总容积V帽 V帽=22.35m3 （4）出钢口尺寸计算：出钢口中心线水平倾角取18出钢口尺寸 =180mm出钢口外径一般为出钢口内径的6倍左右，即d外 =6d出 =1080mm出钢口长度 LT出钢口长度一般为出钢口内径的78倍，即LT（78）d出 本设计取为7，则LT=1260mm（5）炉子内型高度：本设计中炉容比选0.92转炉有效容积 Vt =1500.92=138.0 m3式中：V帽、V身、V池分别为炉帽、炉身和熔池的容积； Vt转入有效容积=炉容比公称容量。H内=H帽+H身+h=2520+496

22、0+1600=9080mm=9080m（6）转炉炉衬的设计：炉衬一般由永久层、填允层和工作层三层组成。1)永久层：紧贴炉壳钢板，通常是用一层镁砖或高铝砖侧砌而成，厚度113115，其作用是保护炉壳钢板，修炉时不拆除。2)填允层：介于永久层和工作层之间，一般是用焦油镁砂捣打而成。厚度80100。填允层的作用是减轻工作层受热膨胀时对炉壳钢板的挤压作用，便于修炉时迅速拆除工作层和砌炉操作。也有的炉不设填允层。3)工作层一般用镁碳砖砌成。所谓炉衬寿命即工作层的寿命，当工作层被侵蚀损坏后（残余厚度10 mm）就要更换炉衬了。工作层厚度为400800 mm，炉底工作层比炉身略薄一些，约350600 mm，

23、填允层80100 mm，炉身永久层113200 mm，炉底永久层300500。本例设计取炉身工作层为750mm，永久层150mm，填允层100mm，则总厚度为750+150+100=1000mm ，D壳内=4.90+1.02=6.90 m炉帽和炉底工作层均选为600mm ，炉帽永久层为150mm，填充层为100mm；炉底永久层用标准镁砖立砌一层230mm ，黏土砖平砌三层653=195 mm ，填充层100mm，则炉底砖衬总厚度为600+230+100+195=1125mm 。（7）炉壳厚度的确定炉身部分选78mm厚的钢板，炉帽和炉底部分选用65mm厚的钢板，则H总=9.080+1.125+0

24、.065=10.250mD壳=6.90+20.078=7.056m=10250/7056=1.441.3，符合要求，所以认为所设计的炉子尺寸基本上是合适的，能够保证转炉正常运转。 2炉底供气构件的设计底部供气作用为加强搅拌型，实行顶部吹氧和底部吹N2、Ar，先吹氧后吹氩。采用类环缝管式喷嘴，可以喷吹各种气体和粉剂。八个喷嘴非均匀布置于炉底。3 转炉炉体金属构件设计转炉炉体金属构件由炉壳、炉体支承装置及倾动机构组成。（1）炉壳：炉壳由炉帽、炉身和炉底组成。炉帽制成圆椎型。采用水冷炉口，使用蛇形钢管铸在铸铁的炉口圈内制成，用卡板焊在炉帽上。炉身呈圆柱形，炉底采用截锥型。炉帽可以移动，炉身和炉底进行

25、焊接。在转炉吹炼过程中，炉壳承受多种负荷的作用，是炉壳产生相应的应力，以致引起不同程度的变形。因此必须选用抗蠕变强度高、焊接性能好的材料。本设计选用16Mn。炉壳尺寸如下：炉帽钢板厚度65mm，炉身钢板厚度78mm，炉底钢板厚度65mm，炉壳高度10250mm，炉壳外径7056mm。（2）支承装置：支承装置主要由托圈、炉体与托圈的连接装置、耳轴及其轴承组成。托圈采用钢板焊成呈箱形断面的环形结构，其尺寸如下：断面高度2100mm，断面宽度700mm，盖板厚度120mm，腹板厚度70mm。托圈与炉壳之间间隙参照炉壳直径的3%确定，以改善炉身的通风条件和适当留有扩容潜力。炉壳与托圈采用自调螺栓连接装

26、置。炉壳上部焊有两个加强圈，炉壳通过他们和三个带球面垫圈的自调螺栓与托圈连接在一起，三个螺栓在圆周上呈120度布置，且与焊在托圈盖板上的支座铰接。该结构能适应炉壳和托圈的不等量变形，载荷分布均匀，制作方便，工作性能好。耳轴及其轴承：炉体和托圈的全部载荷都通过耳轴，经轴承座传给地基；同时倾动机构的倾动力矩又通过耳轴传给托圈和炉体。因此耳轴应具有足够的强度和刚度以适应以上多种载荷的要求。采用合金钢材质，其直径取1150mm，其轴承采用重型双列向心球面滚子轴承，与托圈的连接方式采用法兰螺栓连接。倾动机构：保证转炉倾动角度达到360，实现与氧枪和烟罩机构连锁，能适应载荷的变化和结构的变形。采用两级调速

27、，低速为0.1r/min，高速为1.0r/min。倾动力矩选取应确保操作的安全性，而轴位置的确定应兼顾安全性和经济性。其具体参数如下：最大倾动力矩为2000KN/m，耳轴中心到炉底的距离为5200mm。倾动机构采用电动机齿轮传动方式，为了保证设备运行的安全性和实现设备轻、结构紧凑、占地面积少的目的，本设计采用全悬挂式倾动机构。 5 转炉供氧系统设计1供氧制度供氧制度的主要内容包括确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制。供氧是保证杂质去除速度、熔池升温速度、造渣制度、控制喷溅去除钢中气体与夹杂物的关键操作，关系到终点的控制和炉衬的寿命，对一炉钢冶炼的技术经济指标产生重要影响。1.1氧枪 氧

28、枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/p00.528时形成超音速射流。 枪身：它由三层同心套管构成，中心管道氧气，中间管是冷却水的进水通道，外层管是出水通道。喷头与中心套管焊接在一起。枪尾部：枪尾部接供氧管，进水管和出水管。（1）在顶吹氧气转炉吹炼过程中，特别是吹炼过程剧化的开始阶段，有时炉渣会起泡并从炉口溢出，这就是吹炼过程中发生的典型的乳化和泡沫现象。（2）由于氧射流

29、对熔池的强烈冲击和CO气泡的沸腾作用，使熔池上部金属、熔渣和气体三相剧烈混合，形成了转炉内发达的乳化和泡沫状态。1.2供氧操作供氧操作是指调节氧压或枪位，达到调节氧气流量、喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用程度，以控制化学反应进程的操作。供氧操作分为恒压变枪、恒枪变压和分阶段恒压变枪几种方法。国内多采用第三种操作法。 枪位及其控制：目前，一炉钢吹炼中的氧枪操作有两种类型，一种是恒压变枪操作，一种是恒枪变压操作。比较而言，恒压变枪操作更为方便、准确、安全，因而国内钢厂普遍采用。具体操作中，枪位控制通常遵循“高低高低”的原则：（1）前期高枪位化渣但应防喷溅。吹炼前期，铁水中的硅迅速氧化，渣中的

30、（SiO2）较高而熔池的温度尚低，为了加速头批渣料的熔化（尽早去P并减轻炉衬侵蚀），除加适量萤石或氧化铁皮助熔外应采用较高的枪位，保证渣中的（FeO）达到并维持在2530%的水平；否则，石灰表面生成C2S 外壳，阻碍石灰溶解。当然，枪位亦不可过高，以防发生喷溅，合适的枪位是使液面到达炉口而又不溢出。（2）中期低枪位脱碳但应防返干。吹炼中期，主要是脱碳，枪位应低些。但此时不仅吹入的氧几乎全部用于碳的氧化，而且渣中的（FeO）也被大量消耗，易出现“返干”现象而影响S、P的去除，故不应太低，使渣中的（FeO）保持在1015%以上。 （3）后期提枪调渣控终点。吹炼后期，C-O反应已弱，产生喷溅的可能性

31、不大，此时的基本任务是调好炉渣的氧化性和流动性继续去除硫磷，并准确控制终点碳（较低），因此枪位应适当高些。（4）终点前点吹破坏泡沫渣。接近终点时，降枪点吹一下，均匀钢液的成分和温度，同时降低炉渣的氧化铁含量并破坏泡沫渣，以提高金属和合金的收得率。生产条件千变万化，因此具体操作中还应根据实际情况对枪位进行适当的调节：（1）铁水温度：若遇铁水温度偏低，应先压枪提温，而后再提枪化渣，以防渣中的（FeO）积聚引发大喷，即采用低-高-低枪位操作。（2）铁水成分：铁水硅、磷高时，若采用双渣操作，可先低枪位脱硅、磷，倒掉酸性渣；若单渣操作，由于石灰加入量大，应较高枪位化渣。铁水含锰高时，有利于化渣，枪位则可

32、适当低些。（3）装入量变化：炉内超装时，熔池液面高，枪位应相应提高，否则，不仅化渣困难而且易烧坏氧枪。（4）炉内留渣：采用双渣留渣法时，由于渣中（FeO）高，有利于石灰熔化，因此吹炼前期的枪位适当低些，以防渣中（FeO）过高引发泡沫喷溅。（5）供氧压力：高氧压与低枪位的作用相同，故氧压高时，枪位应高些。 （6）复吹制度：根据所炼钢种的要求，采用不同的吹炼工艺。有两种方法：冶炼低碳钢时，待碳降至0.035%0.040%时，切断顶枪的氧气，改为底吹N2，吹炼约510min；另一种是底部全程供气，前期吹N2，末期吹O2。2 氧枪设计顶底复吹转炉是在氧气射流对熔池的冲击作用下进行的，依靠氧气射流向熔池

33、供氧并搅动熔池，以保证转炉炼钢的高速度。因此氧气射流的特性及其对熔池作用对转炉炼钢过程产生重大影响，氧枪设计就是要保证提供适合于转炉炼钢过程得氧气射流。转炉氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部分组成，喷头一般由锻造紫铜加工而成，也可用铸造方法制造，枪身由无缝钢管制作得三层套管组成。尾部结构是保证氧气管路、进水和出水软管便于同氧枪相连接，同时保证三层管之间密封。需要特别指出的是当外层管受热膨胀时，尾部结构必须保证氧管能随外层管伸缩移动，氧管和外层管之间的中层管时冷却水进出的隔水套管，隔水套管必须保证在喷头冷却水拐弯处有适当间隙，当外层管受热膨胀向下延伸时，为保证这一间隙大小不变，隔水套管也应随外层管向

34、下移动。（1）喷头设计：喷头是氧枪的核心部分，其基本功能可以说是个能量转换器，将氧管中氧气的高压能转化为动能，并通过氧气射流完成对熔池的作用。A原始数据转炉公称容量为150t，低磷铁水，冶炼钢种以超低碳钢为主。转炉参数：炉容比V/T=0.92，熔池直径D=4900，有效高度H内=9080，熔池深度h=1600 。B计算氧流量每吨钢耗氧量取 61.8m3，吹氧时间取16min C选用喷孔出口马赫数为2.0、采用5孔喷头，喷头夹角为15喷孔为拉瓦尔型。D设计工况氧压和喉口直径查等熵流表，当M2.0时，p/p00.1278，取p膛=1.01105Pa，则设计工况氧压为： 每孔流量：q=qv/5=11

35、6m3/min取 CD=0.96， T0=290 ，po=0.790MP 代入下式： 则d喉0.048mE确定喷孔出口直径根据M=2.0 查等熵流表得：A出/A喉1.688，即 则 d出62mmF确定喷孔其他几何尺寸：取喷孔喉口的直线长度为3mm，扩散段的半锥角取3.5，则扩散段长度L为： G收缩段根据喷头实际尺寸确定。（2）氧枪枪身及水冷系统1）原始数据冷却水流量，冷却水进水速度，冷却水回水速度，冷却水喷头处流速，中心氧管内氧气流速。2）中心氧管管径确定中心氧管管径公式为管内氧气的工况体积流量中心氧管的内截面积中心氧管内径根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品的规格为168mm5mm的钢

36、管，验算氧气在钢管内的实际流速，符合要求3）中层套管管径的确定环缝间隙流通面积中层管内径为根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为203mm4mm的钢管。验算实际水速，符合要求。4）外层套管管径的确定出水通道面积为外观内径为根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为245mm16mm的钢管。验算实际水速，符合要求。5）中层套管下沿至喷头面间隙h的计算该处间隙面积为又知所以3 氧枪装置与副枪为了满足工艺过程中升降枪位和更换氧枪的要求，设置有一套升降装置和横移装置， 为了在吹炼过程中取得中间数据，实现计算机控制，布置一套与氧枪平行副枪装置。6 转炉炼钢的生产工艺设计1 炼钢用原材料原

37、材料是炼钢的基础，原材料的质量和供应条件对炼钢生产的各项技术经济指标产生重要影响。对炼钢原料的基本要求：既要保证原料具有一定的质量和相对稳定的成分，又要因地制宜充分利用本地区的原料资源，不宜苛求。炼钢原料分为金属料，非金属料和气体。金属料：铁水、废钢、铁合金。非金属料：造渣剂（石灰、萤石、铁矿石）、冷却剂（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球团矿）、增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油）氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮入炉原料结构对炼钢进程及各项指标结构产生重要影响：钢铁料结构，即铁水和废钢及废钢种类的合理分配；造渣料结构，即石灰、白云石、萤石、铁矿石等的配比制度；充分发挥各种炼钢原料的功能使用效

38、果，即钢铁料和选渣料的合理利用。1.1金属料 （1）铁水 铁水是转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的70%-100%，是转炉炼钢的主要热源。对铁水要求有：1）成分A硅（Si）是重要的发热元素，铁水中含Si量高，炉内的化学热增加，铁水中Si量增加0.10%，废钢的加入量可提高1.3%-1.5%。铁水含Si量高，渣量增加，有利于脱磷、脱硫。 硅含量过高会使渣料和消耗增加，易引起喷溅，金属收得率降低，同时渣中过量的SiO2，也会加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰渣化速度，延长吹炼时间。通常铁水中的硅含量为0.30%-0.60%为宜。 B锰（Mn）锰是发热元素，铁水中Mn氧化后形成的MnO能有效促进石灰溶解，

39、加快成渣，减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。同时铁水含Mn高，终点钢中余锰高，从而可以减少合金化时所需的锰铁合金，有利提高钢水纯净度。转炉用铁水对锰与硅比值要求为0.8-1.0，目前使用较多的为低锰铁水，锰的含量为0.20%-0.80%。C磷（P）磷是高发热元素，对一般钢种来说是有害元素，因此要求铁水磷含量越低越好，一般要求铁水P0.20%。D硫（S）除了含硫易切削以外，绝大多数钢种要求去除硫这一有害元素。氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有30%-40%。我国炼钢技术规程要求入炉铁水的硫含量不超过0.05%。 2）带渣量对铁水带渣量的要求：高炉渣中含硫、SiO2、和Al2O3量较高，过多的高炉渣进入转炉

40、内会导致转炉钢渣量大，石灰消耗增加，造成喷溅，降低炉衬寿命，因此，进入转炉的铁水要求带渣量不得超过0.5%。3）温度对铁水温度的要求：铁水温度是铁水含物理量多少的标志，铁水物理热得占转炉热收入的50%。应努力保证入炉铁水的温度，保证炉内热源充足和成渣迅速。我国炼钢规定入炉铁水温度应大于1250，并且要相对稳定。（2）废钢转炉炼钢对废钢的要求：1)废钢的外形尺寸和块度应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢的长度应小于转炉口直径的1/2，废钢单重一般不应超过300kg。国标要求废钢的长度不大于1000mm，最大单件重量不大于800kg。2）废钢中不得混有铁合金，严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶，不

41、得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。废钢的硫、磷含量均不大于0.050%。3）废钢应清洁干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。4）不同性质的废钢分类存放。非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起，不得混有合金废钢和生铁。合金废钢要单独存放，以免造成冶炼困难，产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费。（3）精炼炉炼钢对铁合金的要求：常用的铁合金种类：简单合金：Fe-Mn，Fe-Si，Fe-Cr，Fe-V， Fe-Ti，Fe-Mo，Fe-W等复合脱氧剂：Ca-Si合金，Al-Mn-Si合金，Mn-Si合金，Cr-Si合金，Ba-Ca-Si合金，Ba-Al-Si合金等纯金属： Ti（海绵Ti）

42、、Ni、Al。1）对块度要求加入钢包中的尺寸为5-50mm，加入炉中的尺寸为30-200mm。2）烘烤温度锰铁、铬铁、硅铁应800，烘烤时间应2小时；钛铁、钒铁、钨铁加热近200，时间大于1小时。1.2非金属料（1）造渣剂1）石灰碱性炼钢方法的造渣料，主要成分为CaO，由石灰石煅烧而成，是脱P、脱S不可缺少的材料，用量比较大。其质量好坏对吹炼工艺、产品质量和炉衬寿命等产生主要影响。因此，石灰CaO含量高，SiO2和S 含量低，生过烧率低，活性高，块度适中，此外，石灰还应保持清洁、干燥和新鲜。对转炉石灰块度为20-50mm。石灰的活度也称水活度是石灰反应能力的标志，也是衡量石灰质量的重要参数。常

43、用盐酸滴定法来测量水活性，当盐酸消耗大于300ml时才属优质活性石灰。通常把在1050-1150温度下焙烧的石灰，具有高反应能力的体积密度小，气孔率高，比表面积大，晶粒细小的优质石灰叫活性石灰，也称软性石灰。活性石灰的水活性度大于310ml，体积密度1.7-2.0g/3，气孔率高达40%，比表面积为0.5-1.3cm2/g。活性石灰能减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，有利于提高脱S，脱P效果，减少转炉热损失和对炉衬的侵蚀。2）萤石萤石的主要成分是 CaF2，焙烧约930。萤石能使CaO和阻碍石灰溶解的2CaOSiO2外壳的熔点显著降低，生成低熔点3CaOCaF22SiO2（熔点1362），加速石

44、灰溶解，迅速改善炉渣动性。萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使用萤石会增加喷溅，加剧炉衬侵蚀，污染环境。块度在5-50mm，且要干燥，清洁。近年来，萤石供应不足，各钢厂从环保角度考虑，使用多种萤石代用品，如铁锰矿石，氧化铁皮，转炉烟尘，铁矾土等。 3）白云石白云石的主要成分CaCO3MgCO3。经焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为CaOMgO。转炉采用生白云石或轻烧白云石代替部分石灰造渣。可减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命具有明显效果。溅渣护炉操作时，通过加入适量的生白云石或轻烧白云石保持渣中的MgO含量达到饱和或过饱和，使终渣能够做黏，出钢后达到溅渣的要求。 4）火砖块 火砖块是浇铸系

45、统的废弃品，它的作用是改善熔渣的流动性，特别是对含MgO高的熔渣，稀释作用优于萤石。火砖块中含有约30%的Al2O3，易使熔渣起泡并具有良好的透气性。但火砖块中还含有55%70%的SiO2，能大大降低熔渣的碱度及氧化能力，对脱磷、脱硫极为不利。5）合成造渣剂合成造渣剂是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等熔剂，在低温下预制成型。合成渣剂熔点低、碱度高、成分均匀、粒度小，且在高温下易碎裂，成渣速度快，因而改善了冶金效果，减轻了转炉造渣负荷。高碱度烧结矿或球团矿也可做合成造渣剂使用，其化学成分和物理性能稳定，造渣效果良好。 （2）增碳剂在冶炼过程中，由于配料或装料不当以及脱碳过量等原因，有时造成钢中碳含量没有达到预期的要求，这时要向钢液中增碳。常用的增碳剂有增碳生铁、电极粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。转炉冶炼中，高碳钢种时，使用含杂质很少的石油焦作为增碳剂。对顶吹转炉炼钢用增碳剂的要求是固定碳要高，灰分，挥发分和硫，磷，氮等杂质含量要低，且干燥，干净，粒度适中。其固定碳C96%，挥发分1.0%，S0.5%，水分0.