10．1 氧气顶吹转炉炼钢
氧气顶吹转炉于1952年和1953年在奥地利的林茨（Linz）城和多纳维茨（Donawitz）城先后建成并投入生产，故又称为LD法。由于它具有原材料适应性强、生产率高、成本低、可炼品种多、钢质量好、投资省、建厂速度快等一系列优点，因而在世界范围内得到迅速发展，一跃成为现代主要炼钢方法之一。
10．1．1 氧气顶吹转炉炼钢车间的特点
现代钢铁生产，从铁矿石冶炼到加工成钢材，一般是组成钢铁联合企业集中进行的。炼钢在钢铁联合企业内是一个中间环节，它联系着前面的炼铁等原料供应系统和后面的轧钢等成品生产。炼钢车间的生产对整个联合企业有重大影响。
由于氧气顶吹转炉吹氧时间短和炉子容量的大型化，使顶吹转炉车间具有以下特点：
l）吹炼周期短、生产率高，因此，每昼夜出钢炉数多，兑铁、加料、倒渣、出钢、浇注等操作频繁，原材料、钢水、炉渣等的吞吐量大。
2）运输复杂，数量大。其数量相当于钢产量的3～5倍，而且批量小、批次多、运输品种多。因此，各种货流不得不尽量避免交叉而设置专业化线路，并采用多层平面运输。
3）温度高、烟尘大，需配置高效能的通风除尘设备。
4）因吹炼速度快，要求有准确、可靠的计量通讯设备。
为了保证转炉正常地进行连续生产，各种原材料的供应以及钢水、炉渣的处理必须有足够的设备，而且工作可靠。这些设备的布置和车间内各物料的运输流程必须合理。同时，车间内转炉座数也不宜过多，以免各种设备在操作时互相干扰。世界上大多数转炉车间，目前均采用以下两种布置方案：两座转炉经常保持一座吹炼（简称二吹一）；三座转炉经常保持两座吹炼（简称三吹二）。
炼钢生产有冶炼和浇注两个基本环节。为保证冶炼和浇注的正常进行，氧气顶吹转炉车间主要包括原料系统，加料、冶炼和浇注系统，以及采用模铸时的钢模准备系统。因此，顶吹转炉车间主厂房多改为三跨间：
1）原料跨：主要组织铁水和废钢的供应，炉渣及垃圾的运出。
2）转炉跨：主要布置转炉及其倾动机构。同时，在转炉作业平台上方设多层工作平台，安装辅助材料的供应设施、氧气系统和部分以至全部废气处理设备。
3）浇注跨：将钢水通过钢锭模车或连铸机，浇注成钢锭或钢坯。
钢锭模准备（脱模、整模等）工作在车间以外的厂房或另一跨间内进行。
10．1．2 氧气顶吹转炉
（1）氧气顶吹转炉的构造及主要设备。转炉的构造及设备包括炉壳、托圈、耳轴及倾动机构，如图10．1所示（见教材P.160）。
1）炉壳：由锥形炉帽、圆筒形炉身及球形炉底三部分组成。各部分用钢板成型后再焊接成整体。钢板厚度主要取决于炉子容量，炉壳的损坏主要是产生裂纹和变形。因此，要求炉壳材质有良好的焊接性能和抗蠕变性能。为防止炉帽变形，近年来广泛采用水冷炉口。
2）托圈：其主要作用是支撑炉体，传递倾动力矩。大、中型转炉托圈，一般用钢板焊成箱式结构，可通水冷却。托圈与耳轴连成整体，转炉则坐落在托圈上。转炉与托圈之间用若干
组斜块和卡板槽连接，二者之间可相对滑动。托圈与炉壳之间留有一定间隙，使二者受热膨胀不受限制。
3）耳轴：转炉工艺要求炉体应能正反旋转360度，在不同操作期间，炉子要处于不同的倾动角度。为此，转炉有两根旋转耳轴，一侧耳轴与倾动机构相连而带动炉子旋转。为通水冷却托圈、炉帽及耳轴本身，将耳轴制成空心的，耳轴和托圈用法兰盘、螺栓或焊接等方式连接成整体。
耳轴位置是 通过重心计算确定的，能保证在倾动机构失灵时，转炉能靠本身的重量自动回到垂直位置。
4）倾动机构：其作用是倾动炉体，以满足兑铁水、加废钢、取样、出钢和倒渣等操作的要求。该机构应能使转炉炉体正反旋转360度，在启动、旋转和制动时，能保持平稳，并能准确的停在要求的位置上，安全可靠。
倾动机构由电动机和减速装置组成。大、中型转炉用多级转速，其范围为0．1～1．3转／分。小型转炉多采用固定转速，约0．6～0．8转／分。
（2）转炉炉衬。金属炉壳内砌筑的耐火材料即为炉衬。转炉炉衬由工作层、填充层和永久层组成。
工作层直接与钢水、炉渣和炉气接触，不断受到物理的、机械的和化学的冲刷、撞击与浸蚀作用，其质量直接关系着炉龄的高低。国内中小型转炉，普遍采用焦油白云石质或焦油镁砂质大砖砌筑炉衬。为提高炉衬寿命，目前已广泛使用镁质白云石为原料的烧成油浸砖。另外，为使炉衬各部位破损均衡发展，不致因局部严重破损而停炉，以达到延长炉衬寿命的目的，而采用均衡炉衬的砌筑方法。即根据炉子各部位的工作条件和破损性质的不同，采用不同材质和厚度的砖组合砌筑。对浸蚀最严重的部位，如装料侧、渣线区、炉底等部位，使用具有耐火度高、高温强度大、抗炉渣浸蚀能力强等性能的优质耐火材料，我国大、中型转炉采用镁碳砖。对浸蚀较小的部位，如出钢侧、炉帽等部位，则尽量减薄衬砖厚度，并使用普通镁质白云石砖。图10-2（见教材P.161上）为某厂150吨转炉综合砌砖示意图。
填充层介于工作层与永久层之间，一般用焦油镁砂或焦油白云石料捣打而成。此层的作用是减轻炉衬膨胀时对炉壳的挤压，而且也便于拆除工作层残砖，避免损坏永久层。
永久层紧贴着炉壳，其作用是保护炉壳。修炉时一般不拆换永久层，可用烧成镁砖、焦油结
合镁砖等砌筑。
转炉从开新炉到工作层损坏不能继续使用而停炉，称为一个炉役。在整个 炉役期间炼钢的总炉数，称为炉衬寿命，或简称炉龄，是炼钢生产的一项重要技 术经济指标。炉龄，在很大程度上反映出炼钢车间的管理水平和技术水平。
（3）氧气顶吹转炉炉型。转炉炉型系指转炉炉膛的几何形状，即由耐火材料砌成的炉衬内形。合理的炉型应能适应吹炼过程中炉内金属、炉渣、炉气和氧气射流的运动规律，以利于加速炉内物理化学反应，减少喷溅和延长炉衬寿命。
筒球形炉型，炉身为圆柱体，炉底为球缺体。形状较简单，炉壳制造容易，炉衬砌筑简便，且其形状接近于金属液循环的轨迹，故炉衬浸蚀比较均匀，国内外大、中型转炉普遍采用筒球形。我国中型转炉则多采用锥球形。
转炉炉型各部尺寸的确定，由于影响因素复杂，至今尚无成熟可靠的理论计算方法，主要是
通过总结现有转炉的生产情况，结合一些经验公式并进行一些可行的模型试验来确定新炉的炉型和尺寸。转炉炉型各部名称见图10-4（见教材P.162）。
图10-4 转炉主要尺寸示意图
a—锥球形炉型；b—筒球形炉型；H一熔池深度；H身一炉身高度；H帽一炉帽高度；H总一转炉总高度；H内一转炉有效高度；D熔一熔池直径；D壳一炉壳直径；d口一炉口直径；d出一出钢口直径；θ一炉帽倾角。
图10-4中熔池直径口系指转炉熔池在平静状态时，金属液面的直径；熔池深度H为熔池平静状态时，金属液面至炉底的深度。
转炉容积除满足装入量要求外，还应使熔池具有较大的反应空间，以加速反应的进行。从熔池面到炉口，还需保持足够的高度，以防止和减少由于高压氧气射流冲击熔池表面造成的金属喷溅。因此，要求转炉应有合适的炉容比，所谓炉容比，系指转炉工作容积（指新炉炉膛容积）V与转炉公称容量“T”之比（V／T）。即转炉每吨公称容量占有的有效容积的大小（m3／t）。转炉公称容量，一般以炉子平均出钢量表示。也可用平均金属装入量表示。
炉容比是转炉炉型设计的重要参数。炉容比过小，会使喷溅及对炉衬的冲刷加剧，并使提高供氧强度受到限制，不利于提高生产率；而炉容比过大，则使设备和厂房投资增加。
为使转炉结构轻便、耐用，运转平稳，并使所需倾动力矩较小，要求转炉应有合适的高宽比。高宽比系指转炉总高H总，与炉壳直径口壳之比（H总／D壳），是决定炉子形状的另一个重要参数。在转炉大型化的过程中，高宽比趋于减小，即炉型趋于矮胖。这种炉型有利于减少倾动力矩和厂房高度。但高宽比过小易造成喷溅。
表10-1、10-2分别为我国设计部门推荐的转炉炉容比和高宽比值。
表10-1 转炉炉容比推荐值①
炉容量 t | 小型转炉 ＜30t | 中型转炉 30～100t | 大型转炉 | |
100～200t | ＞200t | |||
炉容比 m3/t | 1．00～1．05 | 0．95～1．00 | 铁水温度0．90～1．00 | 0．90～0．95 |
1适用条件为：用90～95%的铁水；废钢、矿石冷却；供氧强度为3～3．5m3/t·min。
表10-2 转炉高宽比推荐值
炉容量， t | ≤6 | 12～30 | 50～80 | 120～150 | ＞150 |
高宽比 | 1．6～1．7 | 1．5～1．6 | 1．4～1．5 | 1．3～1．4 | ≥1．3 |
10．1．3 供氧设备
供氧设备包括供氧系统和氧
（1）供氧系统。 氧气由制氧车间经管道送入中间储气罐，然后经减压阀、调节阀、快速切断阀送到氧。如图10-5所示（见教材P.163）。
制氧机生产的氧气，经加压后送至中间储气罐，其压力一般为25～30×105Pa左右，经减压阀可调节到需要的压力（6×105～15×105Pa）。减压阀的作用是使调节阀进口得到较低和较稳定的氧气压力，以利于调节阀的工作。吹炼时所需的工作氧压是通过调节阀得到的。快速
切断阀的开闭与氧联锁，当氧进入炉口一定距离时（即到达开氧点时），切断阀自动打开；反之，则自动切断。
（2）氧。氧又名喷或吹氧管，担负着向熔池吹氧的任务。因其在高温条件下工作，故氧是采用循环水冷却的套管结构，由喷头、身及尾部结构所组成，如图10-6所示（见教材P.164）。
1）喷头： 通常采用导热性良好的紫铜经锻造和切削加工制成，也有用压力浇铸成型的。喷头与身外层管焊接，与中心管用螺纹或焊接方式联接；喷头内通高压水强制冷却。为使喷头在远离熔池面工作也能获得应有的搅拌作用，以提高龄及炉龄，所用喷头均为超音速喷头。
喷头的类型很多。按结构形状，可分为拉瓦尔型、直筒型、螺旋型等；按喷孔数目，可分为单孔、三孔和多孔喷头，如图10-7所示(见教材P.165)；按吹入的物质又可分为氧气喷头、氧一燃气喷头和喷粉料的喷头。
拉瓦尔型喷头能有效地把氧气的压力能转变为动能，获得较稳定的超音速射流，在相同穿透
深度下，其位较高，大大改善了氧的工作条件，因此得到广泛应用。直筒型喷头在高压下获得的超音速流股是不稳定的，而且超音速段较短，主要用于喷石灰粉法。螺旋型喷头能加强熔池面的搅拌，但结构复杂，寿命短，故应用不普遍。氧一燃气喷头则主要用于帮助熔化废钢，以提高转炉废钢用量。
发布评论