年处理能力为250万吨钢水的LF精炼炉和VD 真空脱气系统.doc

1、本文中，设计了年处理能力为250万吨钢水的LF精炼炉和VD 真空脱气系统。为适应市场需求,设计产品方案为：重轨钢、硬线、普碳钢。在参考大量文献并借鉴先进钢厂实际生产经验基础上，对LF和VD精炼设备本体，电弧加热系统、加料系统、耐火材料、工艺过程等方面作了详细计算与设计，同时对一些设备有关工艺参数进行了优化设计，重点对处理过程中与精炼工艺至关重要的LF和VD精炼过程做了计算和论证，设计了本产品方案的炉外精炼工艺。关键词：炼钢；炉外精炼；LF和VD；重轨钢；工艺参数目录高等职业技术学院1实习报告1摘要- 1 -随着炼钢技术的不断进步，炉外精炼工序在现代钢铁生产中已经占有重要地位，高炉铁水预处理炼钢

2、炉炉外精炼连铸已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程。随着科学技术的发展，精炼技术发展的日趋成熟，精炼工序在整个炼钢流程中起到至关重要的作用，一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理；另一方面，精炼又是一个缓冲环节，有利于连铸生产均衡的进行。- 1 -本文中，设计了年处理能力为250万吨钢水的LF精炼炉和VD 真空脱气系统。为适应市场需求,设计产品方案为：重轨钢、硬线、普碳钢。在参考大量文献并借鉴先进钢厂实际生产经验基础上，对LF和VD精炼设备本体，电弧加热系统、加料系统、耐火材料、工艺过程等方面作了详细计算与设计，同时对一些设备有关工艺参数进行了优

3、化设计，重点对处理过程中与精炼工艺至关重要的LF和VD精炼过程做了计算和论证，设计了本产品方案的炉外精炼工艺。- 1 -1 专题论文- 3 -1.1国内外炉外精炼技术的发展历程和现状- 3 -1.2炉外精炼技术的特点与功能- 4 -1.3炉外精炼方法分类 如图1.1，表1.1- 4 -1.4几种常用的炉外精炼方法- 6 -1.5发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向- 12 -2 年产250万吨合格连铸坯的炉外精炼系统设计- 13 -1.1 2.1生产规模- 13 -1.2 2.2产品方案- 13 -1.2.1 2.2.1产品大纲- 13 -1.3 2.3金属平衡表- 15 -1.4 2.4转

4、炉车间生产能力确定- 15 -1.4.1 2.4.1转炉座数和大小的确定- 15 -3精炼车间设计- 16 -LF炉的主要设备选型及技术参数的计算- 16 -LF具体形式的确定- 16 -LF精炼系统主要设备选型及计算- 16 -LF精炼炉本体- 16 -炉体各部分尺寸的计算- 17 -LF炉质量的计算- 20 -LF供电系统选型- 21 -VD钢包精炼炉主要（设备）参数的选择计算- 23 -主要设备及技术参数:- 23 -参 考 文 献2致谢31 专题论文1.1 国内外炉外精炼技术的发展历程和现状随着炼钢技术的不断进步,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位,传统的生产流程(高炉炼钢炉(电

5、炉或转炉)铸锭),已逐步被新的流程(高炉铁水预处理炼钢炉炉外精炼连铸)所代替。已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程,尤其在特殊钢领域,精炼和连铸技术发展得日趋成熟。精炼工序在整个流程中起到至关重要的作用,一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理;另一方面,精炼又是一个缓冲环节,有利于连铸生产均衡地进行。 日本在20世纪70年代为了降低炼钢成本,提高钢的纯净度和质量,率先将炉外精炼技术应用于特殊钢生产中,随后西欧的钢铁企业也加入到推广和使用这项技术的行列中。据资料报道,日本早在1985年精炼率达到65.9%,1989年上升到73.4%,特殊钢的精炼率

6、达到94%,新建电炉短流程钢厂100%采用炉外精炼技术。80年代连铸技术发展迅速,原有的炼钢炉难以满足连铸的技术要求,更加促进了炉外精炼技术的发展,到1990年为止世界各主要工业国家拥有1000多台(套)炉外精炼设备。 我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅

7、助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)精炼连铸,成了现代化典型的工艺短流程。 1.2 炉外精炼技术的特点与功能炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下: 1)可以改

8、变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力50Pa,适于对钢液脱气。 2)可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。 3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.81.3mm2,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大1000

9、倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程。1.3 炉外精炼方法分类 如图1.1图1.1分类名称开发年份与国别适用性合成渣渣洗液态合成渣洗(液态)固态合成渣洗预熔渣渣洗1933 法国脱氧、脱硫、去除夹杂物钢包吹氩精炼GAZAL(钢包吹氩法)CAB(带盖钢包吹氩法)CAS1950 加拿大1965 日本1965 日本去夹杂，均匀成分和温度真空脱气法BV(倒桶法)VC(真空浇注)SLD(倒包法)VD(真空罐内钢包脱气法)DH(提升脱气法)TD(出钢过程中的真空脱气法)连

10、续真空处理法(CVD)VSR(真空渣洗精炼法)RH(真空循环脱气法)RH-OBRH-KTBRH-PBRH-PTBRH-MFB1952西德1952 西德1952 德国1952 德国1956 西德1962 德国1971前苏联1974 前苏联1958 德国1968 日本1986 日本1987日本脱氢，脱氮，脱氧，去除夹杂物带有加热装置的炉外精炼ASEA-SKF(真空电磁搅拌+电弧加热)VAD(真空埋弧加热去气法)LF1965 瑞典1967 美国1971 日本钢水升温、脱氧、脱硫低碳钢液的精炼VOD(真空吹氧脱碳法)AOD(氩、氧混吹脱碳法)CLU(汽、氧混吹脱碳法)VODC(转炉真空吹氧脱碳法)19

11、65 德国1968美国1973 法国1976 西德降碳保铬，适用于超低碳不锈钢和低碳钢的精炼喷粉及特殊材料添加IRSID(钢包喷粉)ABS(弹射法)TN(蒂森法)SL(氏兰法)WF(喂线法)1963 德国1973 日本1974 德国1976 瑞典1976 日本脱氧、脱硫，去除夹杂物1.4 几种常用的炉外精炼方法1.4.1 渣洗 所谓渣洗，就是在转炉或电弧炉出钢过程中通过钢液对合成渣的冲洗，进一步提高钢质的一种炉外精炼方法。目前转炉和电弧炉在出钢过程中普遍采用预熔渣渣洗，预熔渣是指将石灰和铝矾土预先熔化，冷却破碎后直接用于炼钢生产。渣洗过程没有固定的设备和装置。渣洗除了可以快速脱硫以外，还能有效

12、地脱氧和去除夹杂，从而减轻出钢过程中二次氧化的有害作用。用于渣洗的合成渣一般为CaO-Al2O3渣系。其熔点低于被渣洗钢液的熔点，为1400以下；具有较好的流动性。预熔渣是还原性的，渣中FeO含量很低。现在除广泛使用预熔渣渣洗外，还使用电解铝工业的二次废弃物。1.4.2 钢包吹氩精炼法 钢包内喷吹惰性气体(Ar气)搅拌工艺(底吹或顶吹法)，又称“钢包吹氩”技术是最普通也是最简单的炉外处理工艺。其主要冶金功能是均匀钢水成分、温度、促进夹杂物上浮。通常钢包吹氩的气体搅拌强度为0.0030.01Nm3/tmin。钢包吹氩的作用：1)调温：主要是冷却钢液。对于开浇温度有比较严格要求的钢种或浇注方法，用

13、吹氩的办法将钢液温度降低到规定的要求。2)混匀：在钢包底部适当位置安放气体喷入口，可使钢包中的钢液产生环流，用控制气体流量的方法来控制钢液的搅拌强度。实践证明，这种搅拌方法可促使钢液的成分和温度迅速地趋于均匀。3)净化：搅动的钢液增加了钢中非金属夹杂碰撞长大的机会。上浮的氩气泡不仅能够吸收钢中的气体，还会粘附悬浮于钢液中的夹杂，把这些粘附的夹杂带至钢液表面被渣层所吸收。钢包吹氩二种型式：1)底吹。大多数炉外精炼的吹氩型式是通过安装在钢包底部一定位置的透气砖(或其他型式的喷口)，将氩气吹入钢液。2)顶吹。吹氩喷枪插入钢包内的钢液中，在接近包底处将氩吹入钢液。钢包吹氩精炼最常见的有CAS和CAS-

14、OB两种。CAS提高钢包吹氩强度，有利于熔池混匀和夹杂物上浮。而吹氩强度过大，会使钢液面裸露，造成二次氧化，为解决这一问题，采用强吹氩工艺将渣液面吹开后，将封闭的浸渍钟罩内迅速形成氩气保护气氛，避免了钢水氧化的工艺，这一吹氩工艺通常称为CAS法，如图1.2(a)所示。CAS法不仅提高了吹氩强度，而且钟罩内氩气氛使合金收得率提高，又使钢包吹氩工艺增加了合金微调的功能。SAB法又称CAS法，由日本1965年开发。其特点是除底部吹氩外，在钢包液面上加一沉入罩，罩内充有从钢液中排出的或专门导入的氩气。通过罩上方的加料口，可添加合成渣料和微调钢液成分用的合金。优点：1)均匀钢水成分和温度，且控制快速、准

15、确，操作方便；2)提高合金收得率，且稳定；3)净化钢液，去除夹杂物，连铸坯质量提高；4)基建、设备投资少，操作费用低。图1.2 CAS与CAS-OB工作原理图(a)CAS调节成分；(b)OB升温CAS-OB为了解决钢水升温的问题，日本又在CAS上增设顶吹吹氧枪和加铝丸设备，通过溶入钢水内的铝氧化发热，实现钢水升温，通常称为CAS-OB工艺，如图1.2(b)所示。CAS-OB工艺的工作原理是在一个密闭、惰性、无渣的环境下，通过铝的氧化反应放热使钢水升温，并在此惰性气氛下加入合金。1.4.3 LF精炼炉 LF是70年代初由日本开发成功，并大量推广，成为当代最主要的炉外精炼设备，见图1.3。（1）L

16、F具有以下工艺优点：1)电弧加热热效率高,升温幅度大,控温准确度可达5;2)具备搅拌和合金化的功能,吹氩搅拌易于实现窄范围合金成份控制,提高产品的稳定性;3)设备投资少,精炼成本低,适合生产超低硫钢、超低氧钢。 图1.3 LF设备示意图 (2) 加热与温度控制LF采用电弧加热，对钢水加热效率一般60%，高于电炉升温热效率。吨钢水平均升温1耗电0.50.8kWh。LF的升温速度决定于供电的比功率(kVA/t)，而供电比功率的大小又决定于钢包耐火材料的熔损指数。通常，LF的供电比功率为150200kVA/t，升温速度可达到35/min，采用埋弧泡沫技术，可减轻电弧的幅射热损失，提高加热效率10%1

17、5%。LF采用计算机动态控制终点温度，可保证终点温度的控制精度5。(3) 白渣精炼工艺LF利用白渣进行钢水精炼，实现钢水脱硫、脱氧，生产超低硫钢和低氧钢。因此，白渣精炼是LF工艺操作的核心，也是提高钢水纯净度的重要保证。白渣精炼的工艺要点是：出钢挡渣，控制下渣量5kg/t；钢包渣改质，控制包渣R2.5，w(TFe+MnO)3.0%；白渣精炼，一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣，控制钢包渣碱度R4，渣中w(TFe+MnO)1%，保证脱硫、脱氧效果；控制LF内气氛为弱氧化性，避免炉渣再氧化；适当搅拌，避免钢液面裸露，并保证熔池内具有较高的传质速度。(4) 合金微调与窄成分控制合金微调与窄成

18、分控制技术是保证钢材成分性能稳定的关键技术之一，也是LF的重要冶金功能。 （5）LF法在生产实践中的应用 2000年6月,鞍钢第一炼钢厂新建的连铸车间正式投产,精炼设备由两座LF钢包精炼炉,年处理钢水200万t;一座VD钢水真空处理装置,年处理钢水80万t组成。LF炉最大升温速度为4,LF炉平均处理周期28min;处理效果:平均H0.0002%;最低H0.0001%。 我国现有家重轨生产厂(攀钢、包钢、鞍钢和武钢)生产典型的工艺路线如下:LDLFVDWFCC,钢包吊到LF处理线的钢包车上后,由人工接通钢包底吹氩的快速接头,根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量(含喂丝)重轨钢含碳量较高,因而

19、增碳显得很重要,转炉出钢时钢水含碳量控制为0.2%0.3%(wt),炉后增碳至0.60%0.65%(wt),在LF炉处理时再增0.10%0.15%(wt)个碳至标准成份的中上限,经VD处理后即可达到钢种成分要求。1.4.4 RH真空循环脱气法1959年西德Ruhrstahl和Heraeus公司共同开发了真空循环脱气法(RH)，开发的主要目的：钢水脱氢，防止钢中白点。RH法又称真空循环脱气法。其基本工艺原理是利用气泡将钢水不断地提升到真空室内进行脱气、脱碳等反应，然后回流到钢包中。因此，RH处理不要求特定的钢包净空高度，反应速度也不受钢包净空高度的限制。（1）RH法的优点 1)反应速度快。真空脱

20、气周期短,一般10分钟可以完成脱气操作,5分种能完成合金化及温度均匀化,可与转炉配合使用。 2)反应效率高。钢水直接在真空室内反应,钢中可达到H1.010-6,N2510-6,C1010-6,的超纯净钢。 3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿,减少精炼过程的温降。 （2）RH法工艺参数 1)RH循环量。循环量是指单位时间内通过上升管或下降管的钢水量,单位是t/min。有关资料给出的计算公式为: Q=0.002Du1.5?G0.33,式中:Q循环流量,t/min;Du上升管直径,cm;G上升管内氩气流量,L/min。 2)循环因数。他是指在RH处理过程中通过真空室的钢水与处理量之比,其公式为:=w

21、?t/v式中:循环因数,次;w循环量,t/min;t循环时间,min;v钢包容量,t。 3)供氧强度与含碳量的关系。向RH内吹氧可以提高脱碳速度,即RH-OB法。当C/O0.66时钢包内氧的传质速度决定脱碳速度,其计算公式为: QO2=27.3Q?C式中:QO2氧气强度,Nm3/min;Q钢水循环量,t/min;C含碳量,Nm3/t。 （3）RH法在生产实践中的应用 日本的山阳钢厂将LF与RH配合生产轴承钢形成EF-LF-RH-CC轴承钢生产线,钢中总氧量达到5.810-6。LF-RH法首先利用LF炉将钢水升温,利用LF搅拌和渣精炼功能进行还原精炼,是钢水脱硫和预脱氧,然后将钢水送入RH中进行

22、脱氢和二次脱氧。经过这样处理大大的提高了钢水的清洁度,同时钢水的温度达到连铸需要的温度。随着技术的进步，随后又开发出了RH-OB、RH-KTB、RH-PB、RH-PTB和RH-MFB等RH精炼装置，各装置的图示与技术特点见表1.2所示。设备名称设备简图技术特点RH1959年西德(1)反应速度快，表观脱碳速度常数可达到3.5min-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。(2)反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产wH0.510-6、wN2510-6、wC1010-6的超纯净钢。(3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降。(4)可喷粉脱硫，生产wS510-6的超低硫钢。

23、RH-OB1972年新日铁1985年中国宝钢优点：(1)RH-OB真空吹氧法进行强制脱碳。(2)加铝吹氧升高钢水温度、生产铝镇静钢等技术，减轻了转炉负担，提高了转炉作业率，降低了脱氧铝耗。缺点：RH-OB喷嘴寿命低，降低了RH设备的作业率，喷溅严重，RH真空室易结瘤，辅助作业时间处长，要求增加RH真空泵的能力RH-KTB1986年日本川崎(1)转炉出钢终点碳由(200300)10-6，提高到(400500)10-6，并且KTB吹氧脱碳时，产生的CO气体二次燃烧，放出热量补偿了RH处理过程的温度损失。可降低转炉出钢温度23。(2)与RH-OB真空吹氧法吹氧脱碳相比，RH-KTB吹氧脱碳时产生的喷

24、溅减少，真空室结冷钢现象减少，减少了RH-OB工艺中Ar气的消耗，使用灵活，操作简便。处理效果：wH1.510-6；w N4010-6；w O3010-6；wC2010-6RH-PB1987年新日铁脱氧、脱硫(wS1010-6)，而且还可以用来冶炼超低磷钢。具有喷粉功能，依靠载气将粉剂通过OB喷嘴吹入钢液。RH真空室下部两个喷嘴，可以利用切换阀门改变成吹氧方式，通过加铝可使钢水升温，速度达810/min。同时还具有良好的去氢效果，不会影响传统的RH真空脱气的能力，不吸氮。RH-PTB1994年日本住友(1)用水冷顶枪进行喷粉，粉剂输送较流畅，喷嘴不易堵塞；不使用耐火材质的浸入式喷粉枪，操作成本

25、较低；无钢水阻力，载气耗量小。(2)喷粉速度为100130kg/min，约喷吹10min。(3)钢中碳可降到3010-6，硫可降到510-6。处理效果：wH1.510-6；wN4010-6；wO3010-6；wC2010-6RH-MFB1992年日本新日铁其冶金功能与KTB精炼技术相近，另外可喷吹铁矿石粉以加速脱碳，可加铝吹氧升温(通过铝燃烧发热来加热钢水)，还可在精炼过程中吹入一定量的天然气使之燃烧达到加热钢水的目的。处理效果：wH1.510-6；wN4010-6；wO3010-6；wC2010-6表1.2 不同RH装置设备1.4.5 VOD与AOD (1) VODVOD是Vacuum(真空

26、)、Oxygen(氧)和Decarburization(脱碳)三个词第一个字母的组合，表示真空条件下吹氧脱碳，装置如图1.4所示。该方法是1965年西德首先开发应用的，它是将钢包放人真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳，同时从钢包底部向上吹氩搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢，达到保铬去碳的目的，可与转炉配合使用。它的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件高温、真空、搅拌。可见，VOD具有吹氧脱碳、升温、吹氩搅拌、真空脱气、造渣合金化等冶金手段，适用于不锈钢、工业纯铁、精密合金、高温合金和合金结构钢的冶炼，其基本功能概括为：1)吹氧升温、脱碳保铬；2)脱气；3)造渣、脱氧、脱硫、

27、去夹杂；4)合金化。 图1.4 VOD装置示意图 图1.5 侧顶复吹AOD示意图(2) AOD(Argon Oxygen Decarbrization)不锈钢的工业性生产开始于上世纪20年代，到目前为止，它的冶炼工艺技术也一直在发展和改进，主要表现在以下几个方面：1) 允许选用更廉价的原料，降低生产成本。如采用高碳或中碳铬铁代替价格昂贵的微碳铬铁或金属铬，应用不锈钢返回料以回收合金元素。2) 能生产出高纯度、高均匀性的不锈钢，特别是生产超纯不锈钢。在冶炼过程中能大幅度地去除原材料中带入的碳、硫、磷、气体、夹杂以及其他有害元素。3) 冶炼工艺能更好地与连铸配合。如冶炼的生产率能适应连铸的要求。A

28、OD法就是为了解决上述问题而发展起来的一种冶炼高铬不锈钢的专用方法。AOD冶炼不锈钢的主要优点是：1) 因为是吹入气体进行精炼，所以设备投资比VOD少2倍以上；2) 工艺易掌握，易冶炼超低碳不锈钢；3) 钢的质量高，与电炉相比，氢氧含量可分别降低2565%和2530%，因是吹氩的强搅拌，硫含量很低，可生产0.001%的超低硫不锈钢。4) 在大气压力下向钢水吹氧的同时，吹入惰性气体(Ar)，通过降低PCO以实现脱碳保铬。1954年美国UCC公司开始研究，1968年Josly Steel研制第一台AOD炉。到目前为止，世界上已有140多台AOD，容量在3175吨之间。世界上不锈钢总产量的93%由A

29、OD生产。我国AOD法生产不锈钢的研究开始于1973年，但发展缓慢。侧顶复吹AOD炉示意图见图1.5所示。AOD炉路体结构包括炉身和炉帽。炉身下部侧墙与炉体中心线成一般为20的倾斜角度，其目的是为了有助于吹入气体沿侧墙上升到炉口，减少气体对风枪上部区域的严重侵蚀。炉帽部分为圆台体；炉体中部为圆柱体；炉体下部为倒置圆台体。炉容比为1 0.7m3/t，熔池深度：熔池直径：炉膛有效高度=1：2：3。炉膛的内形为圆台体的炉帽部分、炉体中部的圆柱体和下部的倒置圆台体所组成。我国18tAOD炉所取的比例为1：2.1：3.8。吹入精炼用混合气体的风口，安装在出钢口侧对面、靠近炉底的侧壁上。当装料和出钢时，炉

30、体前倾一定角度，风口处于钢液面以上。（3）AOD精炼效果1) 气体。AOD法精炼的不锈钢，其气体含量明显地低于电弧炉返回吹氧法冶炼的产品。由于氢的降低，不锈钢针孔缺陷明显减少。氮含量比电炉冶炼低30%60%，降低氮含量对改进铬不锈钢冲击性能有重要作用。2) 夹杂。由于在整个冶炼过程中，特别是在预还原和精炼时仍喷吹气体，所以AOD法所炼的钢中，基本上消除了大颗粒夹杂，细小夹杂也比电炉所炼的同钢种要低。夹杂物主要是出钙硅酸盐组成，其颗粒细小，分布均匀。3) 脱硫。AOD法吹炼的还原阶段，具有极为优越的脱硫条件。对于超低硫的钢种，采用双渣法，可将钢中的硫脱到1010-6以下。这种深度脱硫的效果是不锈

31、钢的真空精炼法所难以达到的。4)有害微量元素的去除。在AOD法精炼中，能够有效地去除诸如铅、铋、锑、锡等有害的微量元素。如我国的一座18tAOD炉所炼的不锈钢，这些有害元素一般都在1010-6以下。1.5 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美。 1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速

32、分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间。 2)炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来,实现精炼,以满足超纯净钢生产的社会需求。 3)开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料,以适应不同精炼炉的需要,注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应,最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料,研究开发保温和修补技术,提高炉衬的使用寿命。 4)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这

33、些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识。 2 年产250万吨合格连铸坯的炉外精炼系统设计2.1生产规模根据设计任务书要求，本设计生产规模为年产250万吨合格铸坯，钢水由与之匹配的转炉车间提供。2.2产品方案2.2.1产品大纲钢种代表钢号产量比例铸坯规格线材Q235622mmQ195Q215重轨钢U71Mn300450mm这两种产品的精炼方法如下：普碳钢经过LF钢包精炼炉处理后进行连铸生产；需要经过LF钢包精炼炉和RH真空处理，然后进行连铸生产。 2.2.2生产钢种1）普碳钢：Q235，含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用

34、途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。 大量用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。2）重轨：我国是以铁路运输为主的国家，铁路运输承担着货运总量的70%，客运总量的63%左右。我国铁路运输的一个突出特点是铁路少、运量大、货运密度高。目前铁路营运里程仅有5104m。而货运量已从50年代的1.3xl08t，增加到2002年的25.2108t，货运密度相当大，居世界第2位。要完成如此繁重的运输任务，重载、高速和提高行车密度已成为

35、我国目前解决铁路运输中运量和运能之间矛盾的主要手段。所以本设计以重轨作为生产的主要产品，以尽量满足国内需求。表2-1重轨生产采用的相关标准2.2.3金属平衡表钢水+废钢 转炉265.63LF精炼259.25损耗8.77 3.3% 96.7% 0.2% 99.8%RH精炼258.73事故废钢0.52 0.5% 99.5%事故废钢1.29中间包257.44 1.0% 1.2% 97.5% 0.30% 中间罐结壳2.57钢坯251.00氧化铁皮0.77切头3.10 合格坯250万t连铸废坯 0.4% 99.6%成品 96.0% 2.3转炉车间生产能力确定现代氧气转炉炼钢车间一般由主厂房（包括炉子跨、

36、原料垮、炉外精炼及钢包转运垮、浇注系统各胯间）；铁水预处理站及铁水倒罐间或混铁炉间；废钢堆场与配料间，铁合金仓库及散料储运设施；中间渣场；耐材仓库，以二次烟气净化设施和煤气回收设施；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；水、电、气（氧气、氮气、压缩空气及氩气）等的供应设施。 然而车间的主要生产操作都集中在主厂房内进行，所以主厂房至少包括原料垮、炉子跨或浇注跨9。2.3.1转炉座数和大小的确定设计年产250万吨合格铸坯的转炉炼钢系统。由金属平衡表计算可知，所需的转炉钢水年产量为273万吨。每一座吹炼转炉的年出钢炉数N为： （2-1）式中： T1每炉钢的平均冶炼时间，min；

37、T2一年的有效作业天数，d；1440一天的日历时间，min；365一年的日历天数，d；转炉的作业率，取84%；转炉车间年产钢水量：W=nNq （2-2）式中： W转炉车间年产钢水量，t；n转炉车间经常吹炼炉子座数；N每一座吹炼炉的年出钢炉数；q转炉公称容量，t。nq=273000011037.6=247.35吨 所以，取n= 1，则q=250t所以：本设计选一座250吨的转炉进行炼钢。3精炼车间设计3.1LF具体形式的确定LF炉有直流和交流之分,交流又分为三臂和单臂。本设计采用三相交流三臂LF炉。 3.2平均精炼周期的计算本次设计任务为年处理钢水量为250万吨,选一座LF炉设备，处理容量为25

38、0吨,作业率选85%。可得处理周期19：每座LF炉年处理钢水量5 （4.1） 式中：t精炼一炉钢的平均周期，min； LF额定炉容量，t； 作业率(取85%)。求得t=44.6min 2) 每台每天处理炉数： (4.2)3.3炉体各部分尺寸的计算 1) LF炉钢包的容积(1) 钢包容纳钢水量:本设计炉子额定容量为P=250t,一般考虑应用10%的过装余量,则炉内钢水的实际容量为P+0.1P=1.1P=270t （4.3）(2) 钢包内的渣量:渣量一般为金属量的35%,本设计取较大比例15%.即渣量为：1.1P0.15=0.165P=41.25t （4.4）(3) 钢包容积:钢液比容取0.14m

39、3/t, 熔渣比容取0.28 m3/t。 V=0.141.1P0.280.165P=0.20P=50m3 （4.5）(4) 钢包下部内径DH:采用D/H=1,锥度为15%,则钢包下部分内经 DH=D-0.15H=0.85D （4.6） 钢包容积按圆锥台计算: (4.7)将D=H,DH=0.85D带入上式得:V=0.673D3又因为钢与渣总体积为0.18P,故: 0.673D3=0.20P=50m3 （4.8） 所以D=7.4m从而可得出炉子的基本尺寸与容量的关系式如下: D=0.667P1/3=7424mm （4.9） H=D=7424mm （4.10） DH=0.567 P1/3=6378m

40、m （4.11）上面三式是根据内衬厚度上下一致的情况下推出的,但炉子砖衬也有砌成阶梯形状的,即沿高度分段砖衬厚度不同,沿高度上中下各1/3分段,中下两段内衬分别加厚和2。设V1代表中段1/3H高加厚砖衬所占体积。V2代表下段1/3H高加厚2砖衬所占的体积。V代表中、下段加厚之后炉子的实际容积。（如图4.1）则:中、下段加厚之后炉子的实际容积。图4.1钢包不同厚度内衬炉型图 V=V-V1-V2 （4.12） （4.13）因为D/H=1，带入上面两式得简化得： （4.14）因为锥度为15%，所以有 =0.95D=7053mm （4.15） =0.95D=6700mm （4.16）将D,D带入上式得：V1+V2=2.8D2-5.24D2根据V=0.673D3（原炉子容积），因此实际容积为：V=V- V1- V2=0.673D3-2.8D2+5.24D2 （4.17） 另一方面钢包仍应容纳全部钢水与渣量，体积为0.2P。即必须使V=0.2P，将其带入上式得： 0.673D3-2.8D2+5.24D2=0.2P （4.18）上式说明:砖衬厚度加厚后,P的选取值应满足此等式恒等的条件,才可容纳下倾入之钢水与熔渣。一般取值为3060mm，由于此钢包用于精炼，耐火材料损耗较大，所以取=60mm，并已知P，带入上式可得D。 D=7536mm DH=6482mm2) LF炉钢包砖衬厚度(1)