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车间主体设备的设计1. 转炉炉型设计1.1型设计概述1.1.1公称容量及其表示方法公称容量（T）,对转炉容量大小的称谓，即平时所说的转炉的吨位。它是转炉生产能力的主要标志和炉型设计的重要依据。目前国内外对公称容量的含义的解释还很不统一，归纳起来，大体上有以下三种表示方法。以平均金属装入量表示以平均出钢量表示以平均炉产良批量表示。在一个炉役期内，炉役前期和后期的装入量或出钢量不同，随着吹炼的进行，炉衬不断地受到侵蚀，熔池不断扩大，装入量增大，所以三种表示方法都是以其平均容量来表示。这三种表示方法各有其优缺点，以平均金属装入量表示公称容量，便于进行物料平衡和热平衡计算，换算成新炉装入量时也比较方便。以平均出钢量表示公称容量，便于车间生产规模核技术经济指标的比较，但是在进行炉型设计时需要做复杂的换算。以平均出钢量表示公称容量则介于两者之间，其产量不受操作方法和浇铸方法的影响，便于炼钢后步工序的设计，也比较容易换算成平均金属装入量和平均炉产良批量。设计的公称容量与实际生产的炉产量基本一致。所以在进行炉型设计时采用以平均出钢量表示公称容量比较合理。1.1.2 炉型的定义转炉炉型是指转炉炉膛的几何形状，亦即由耐火材料砌成的炉衬内形。1.1.3炉型设计的意义转炉是转炉炼钢车间的核心设备，转炉炉型及其主要参数对转炉炼钢的生产效率、金属收得率、炉龄等技术经济指标都有着直接的影响，炉型设计是否合理关系到冶炼工艺能否顺利进行，如喷溅问题，除与操作因素有关外，炉型设计是否合理也是个重要的因素，并且车间的主厂房高度以及主要设备，像除尘设备、倾动机构设备等都与炉型尺寸密切相关。而且转炉一旦投产使用，炉型尺寸就很难再做改动，因为不论变动直径还是高度都涉及耳轴位置，它是与转炉基础联系在一起的，一般不能随意变动。所以说，设计一座炉型结构合理，满足工艺要求的转炉是保证车间正常生产的前提。而炉型设计又是整个转炉设计的关键。炉型设计内容包括：炉型种类的选择；炉型主要参数的确定；炉型尺寸设计计算；炉衬和炉壳厚度的确定；顶底复吹转炉设计。1.2炉型种类及其选择转炉炉型应能适应炉内钢液、熔渣和高温气的循环运动规律。达到反应快、喷减少和炉龄高等目的。内型应与残余炉衬的轮廓接近，以利减少炉衬的局部侵蚀和降低耐火材料的消耗。此外还要容易砌筑。目前我国氧气顶吹转炉金属熔池形状可分为三种炉型：筒球形炉型。这种炉子形状简单、砌砖方便，炉壳容易制造。球形底可使散热面积小，倒渣时炉底形成拱顶而强度相对要大。球底熔池的形状接近金属液的循环轨迹。使用于大型转炉。锥球形炉型。该炉型的熔池有一个倒置截锥体和一个球冠体两部分组成，炉帽和炉身与筒球形炉型相同。其特点是，与同容量的其它炉型相比，在相同熔池深度下，其反应面积大，有利于钢、渣之间的反应，使用于吹炼高磷铁水。 锥形炉型。该炉型的熔池由一个倒置的截锥体组成。其特点是，形状简炉底砌筑简便；其形状基本上能满足炼钢反应的要求，与相同容量的其它炉型相比，在容池直径相同的情况下，熔池最深，适用于小型转炉。这种倒圆台的炉底比球形炉底易于砌筑。 总之，结合中国已建成的转炉的设计经验，在设计转炉时，可以考虑： 100200t以上的大型转炉，采用筒球型； 5080t的中型转炉，采用锥球型炉型； 30t以下的小型转炉，采用截锥形炉型； 但是也不绝对，还要根据当地的铁水条件，主要是P、S含量，来考虑确定最合适的转炉炉型。对于顶底复吹转炉，可以采用截球形炉型。 顶底复吹转炉的炉型基本上与顶吹转炉和底吹转炉相似；它介于顶吹转炉和底吹转炉之间。本例设计的转炉公称容量大于200t，故选择筒球型炉型。1.3转炉炉型主要参数目前国内外各厂在进行转炉炉型设计时，一般都是采用“依炉建炉”的设计方法。主要参数包括：V/T、H/D、h/D、do/D、，出钢口参数dT、LT 炉容比（V/T）是指新炉时，转炉的炉膛有效容积V与公称容量T的比值。它的意义是单位公称容量所占有的炉膛有效容积的大小。它是炉型参数中一个最重要的参数，它决定了转炉吹炼容积的大小。本设计取炉容比V/T=1 m3/t1.3.1 炉型设计原始条件炉子平均出钢量为250t，钢水收得率为94.8797%，废钢比为6.4%，采用废钢矿石法冷却；铁水采用低磷低硫铁水。1.3.2 熔池尺寸的计算根据生产炉的情况选择供氧强度为3.5 Nm3/t.min。冶炼低磷铁水时，加废钢后的吨钢耗氧量一般为5057 Nm3/t 新炉金属装入量G=250/94.8797%=263.49 t供氧时间= = = 15min熔池直径=6.29 m式中D熔池直径，mG新炉金属装入量，tt吹氧时间，minK比例系数熔池深度h= V池=G/金=263.49/6.8=38.75 h= =1.61熔池其它尺寸的确定球冠的弓形高度：h1=0.12D=0.126.29=0.75炉底球冠曲率半径：R=1.1D=1.16.29=6.921.3.3 炉帽尺寸的确定炉口直径d0: d0=0.5D=0.56.29=3.15炉帽倾角：65炉帽高度h帽= =3.37取炉口高度H口=0.4 m，则整个炉帽高度为：H帽= h帽+H口=.37+0.4=3.77，在炉口处设置水箱式水箱式水冷炉口炉帽部分容积为： =64.231.3.4 炉身尺寸确定炉膛直径D膛= D=6.29 根据选定的炉容比，可求出炉子总体积为V总=1250=250 V身=V总V池V帽 =25038.7564.23=147.02炉身高度H身= = =4.73则炉型内高H内=h+ H帽+H身=1.61+3.77+4.73=10.111.3.5 出钢口尺寸的确定出钢口的直径=22.4出钢口衬砖外径=6dT =134.4出钢口长度=7=156.8出钢口倾角：取=181.4转炉各个部分耐火材料的选择1.4.1炉衬的组成炉衬一般由永久层、填允层和工作层三层组成。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。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。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）就要更换炉衬了。1.4.2各层厚度的确定工作层厚度为400800，炉底工作层比炉身略薄一些，约350600,填允层80100，炉身永久层113200,多数113115，炉底永久层300500。本例设计取炉身工作层为750mm，永久层115mm,填允层100mm，则总厚度为750+115+100=965mm ,D壳=6.29+0.9652=8.22 m炉帽和炉底工作层均选为600mm ,炉帽永久层为150mm ,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 ,则炉底砖衬总厚度为600+230+195=1025mm 。故炉壳内型高度为H壳内=1.025+10.11=11.135m1.4.3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=11.135+0.065=11.2D壳=8.22+20.078=8.38验算高宽比：H总/ D壳=11.2/8.38=1.34可见H总/ D壳1.3，符合高宽比的推荐值，因此认为所设计的炉子尺寸基本上是合适的，能够保证转炉的正常冶炼进行。1.4.4 氧气顶吹转炉主要参数表（表1） 表1 转炉主要参数名称单位符号参数名称单位符号参数公称容量tT250炉口直径mmd03150炉壳全高mmH总11200炉帽倾角度65炉壳外径mmD壳8380出钢口直径mm224高宽比H总/ D壳1.34出钢口倾角度18内型有效高度mmH内10110出钢口长度mm 1568炉容比m3/tV/T1炉帽厚mm875熔池直径mmD6290炉身厚mm965炉壳直径mmD壳8380炉底厚mm1025熔池深度mmh1610炉壳钢板厚mm78/651.5 料仓配置散装料具有种类多、批量少、批数多、加入要求迅速，可靠，准确的特点。目前广泛采用的散装料供应方式是皮带机上料。其工艺流程为：地面料仓固定皮带运输机可逆皮带运输机炉顶料仓称量料斗汇集皮带运输机中间密封料仓加料溜槽转炉 。炉顶料仓布置方式通常采用单独用料仓式，它具有的优点是发生故障时影响面小，双层下料有利于化渣；其缺点是石灰损失大，炉顶料仓数目太多。从高位料仓向转炉内加料，其主要设备有高位料仓及其给料器，称量漏斗、汇总漏斗及加料溜槽等部分，它们均布置在转炉跨的高架厂房内，依各个设备的标高要求分别设置在各层平台上。2 氧枪喷头及枪身的设计2.1 喷头设计2.1.1原始数据转炉公称容量为250t,低磷铁水，冶炼钢种以超低碳钢为主。转炉参数：炉容比V/T=1,熔池直径D=6290，有效高度H内=10110,熔池深度h=1610 。2.1.2计算氧流量吨钢耗氧量为56 Nm3/t，吹氧时间15min,则氧流量为 QV=5625015=933.3/min2.1.3 选用喷孔参数 出口马赫数为M=2，采用五孔喷头，喷孔夹角为14。2.1.4 设计工况氧压查等熵流表，当M=2时，P/PO=0.1278,定P膛=1.3105Pa,则 = 1.3105/0.1278=1017214.4 Pa2.1.5 计算喉口直径每孔氧流量 q= QV /5=933.3/5=186.66 m3/min利用公式, =/4=4q/（1.784）=0.05P设设计工况氧压，PaAT喉口面积，m2CD系数（0.90.95）TO滞止温度，取为290Kq单孔氧流量，m3/mindT喉口直径，m求得dT =50mm,取喉口长度为LT=102.1.6 计算出口直径依据M=2，查等熵流表啊A出/A喉=1.688=50=652.1.7 计算扩张段长度取半锥角为5，则扩张段长度为=862.1.8 收缩段长度收缩段尺寸可由图上作业确定，只要靠近喉口时断面变化尽可能缓慢。喷头其它尺寸可参考所作出的图形。2.1.9 校核熔池深度氧气顶吹转炉三孔喷头要求h穿/h=0.250.4 ，将H=25d出代入上式得：=40(1.3/0.1278)0.5650.6/(1.6256.80.4) =446h穿氧射流对熔池的穿透深度，mmPO设计工况氧压，kg/cm2h穿喷孔出口直径，mm钢液密度，6.8t/m3H氧枪最佳枪位，mm由计算结果可知h穿/h=446/1610=0.277,要求h穿/h=0.250.4。可见本例设计的喷头符合工艺要求。 ，：单个喷孔在标态时的流速，Nm/S 令=,则3 + H - d出V单孔=0 H=25d出=2565=1625，取H=1600 V单孔=4186.66/(603.140.0652)=938 Nm/S 故，3 + 1600 60970=0，解得=39-14=25 h穿=2 =625由计算结果可知h穿/h=625/1610=0.39,要求h穿/h=0.250.4。可见本例设计的喷头符合工艺要求。2.2枪身设计2.2.1 已知数据氧流量Q= QV/60=15.56 m3/S；滞止温度TO =290K；滞止氧压PO=10.172105Pa水的比热C=4.1868103KJ/m3.2.2.2 给定条件枪身热负荷q=0.983106 KJ/m2.h进水流量为W水=250 m3/h氧在中心管内的工况流速：=4060/S中层套管的进水流速为进水=56m/S外层套管的出水流速为出水=67m/S2.2.3 供作参考数据中心管壁厚为610mm；中层套管壁厚35mm；外层套管壁厚610mm。2.2.4中心氧管的计算中心氧管是向喷头输送氧气的通道，其直径大小主要取决于氧气在管道内的流量和流速。根据公式 和，可得：=0.206中心氧管的内径，mAO中心氧管的内截面积，m2q工管内氧气的工况体积流量，m3/S标态下的氧流量，Nm3/S管内氧气的流速，m/SP标标准大气压，PaT标标准温度，273KTO管内氧气的实际温度，293KPO管内氧气的实际压力，Pa 根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为2198。2.2.5中层套管的计算吹氧管外径断面积+进水断面积=中层套管内径断面积=0.256中层套管的内径，mDO中心氧管的外径,mW水进水流量，m3/h进水中层套管的进水流速，m/S 根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为2737。2.2.6 外层套管的计算中层套管外径断面积+出水断面积=外层套管内径断面积= =0.299外层套管的内径，mD中中层套管的外径,mW水进水流量，m3/h出水外层套管的出水流速，m/S根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为325mm13mm 。2.2.7 氧枪冷却水升温的核算冷却水允许的升温值20。，其中=(10.11-1.61-0.3)+1.2+4+3.918=17.32m=3.140.32517.320.983106/(4.1868103250)=16.6冷却水进出温差，q氧枪平均最大热负荷，KJ/m2.hC水的比热，KJ/m3.Q水的流量，m3/hd氧枪的外径，mL氧枪喷头到烟道出口的长度，m h1氧枪最低位置至路口的距离，mm ； h2炉口至烟罩下沿的距离，一般取350500；h3烟罩下沿至烟道拐点的距离, 一般取30004000；h4烟道拐点至氧枪插入孔的距离，一般等于h3的三分之二 ； 由计算可知，冷却水升温t20，所以设计的氧枪满足要求。2.2.8 氧枪总长度和行程的确定氧枪全长包括下部枪身长度和尾部长度。氧枪尾部安装有氧枪把持器，冷却水进出管接头，氧气管接头和吊环等。故取决于布置上述装置所需的尺寸。氧枪下部枪身长度取决于炉子容量和烟罩尺寸。图中的为把持器下缘至烟罩氧枪口顶面距离，主要按操作安全选定。图中的为氧枪处于极限位置时喷头端面至平静熔池面的垂直距离。从防止喷溅和挂渣考虑，垂直段愈高，烟罩倾斜角度愈大愈好，但这样会增加氧枪的长度，影响氧枪强度，还会增加厂房高度，因此必须综合考虑。氧枪总长可按下式确定： =(10.11-1.61-0.3)+1.2+4+3.918+0.8+0.8+1+0.5=20式中 氧枪最低位置至炉口的距离mm 炉口至烟罩下沿的距离，取1.2烟罩下沿至烟道拐点的距离, 一般取30004000烟道拐点至氧枪插入孔的距离，一般等于的三分之二为清理结渣和换枪需要的距离mm，取为0.8根据把持器下端的要求决定的距离mm，取为0.8把持器的两个卡座中心线间的距离mm，取为1根据把持器上段要求决定的距离mm，取为0.5其中氧枪行程为：=182.2.9 喷头及氧枪的设计参数表（表2）表2 喷头及氧枪的参数名称单位 数值名称单位 数值喉口直径mm50中心氧管内径mm206喉口长度mm10中心氧管壁厚mm10出口直径mm65中层套管内径mm262扩张段长度mm86中层套壁厚mm4最佳枪位mm1600外层套管内径mm296最高枪位mm外层套管壁厚mm8喷孔夹角度14供氧压力Pa10.172105扩张段半锥角度5冷却水升温12.5出口马赫数2氧气流量m3/S15.562.3氧枪的升降机构与更换装置 为了适应转炉冶炼操作的要求，一炉钢吹炼过程中需要多次升降氧枪以调整枪位，因此氧枪升降机构和更换装置要具备一下特点：应具有合适的升降速度并可以变速。冶炼过程中氧枪在炉口以上应快速升降，以缩短冶炼周期；当氧枪进入炉口一下时则应慢速升降，以便准确控制枪位来控制熔池反应。目前国内大、中型转炉氧枪升降速度，快速高达50m/min,慢速为5m/min左右，小型转炉一般为815m/min 。应保证氧枪升降平稳，控制灵活，操作安全。机构简单，便于维护。应具有安全连锁装置。为了保证安全生产，氧枪升降机构设有下列装置：当氧枪不在垂直位置（允许误差3）时，氧枪不能下降。当氧枪进入炉口后，炉子不能做任何方向的倾动；当氧枪下降到炉内经过氧气开关、点时，氧气能自动接通。当氧枪经过此点时，氧气能自动切断；当氧气压力或冷却水压力低于给定值时，氧枪能自动提升；车间临时停电时由可能利用手动控制，使氧枪自动提升。2.3.1 氧枪的升降机构 图2 单卷扬型氧枪升降机构1氧枪 2氧枪升降小车 3导轨 4、10钢绳 58滑轮9平衡锤 11卷筒当前氧枪升降机构的基本形式是用起重卷扬机垂直升降氧枪。有两种类型：一种是单卷扬型氧枪升降机构（图2），这种机构时采用间接升降方式，及借助平衡来升降氧枪。另一种是双卷扬型氧枪升降机构，这种升降机机构设置两套升降卷扬机，一套工作，另一套备用。两套卷扬机均安装在横移小车上，在传动中不用平衡锤，采用直接升降的方式，即由卷扬机直接升降氧枪。当该机构出现断电事故时，需利用另外的动力。2.3.2 升降卷扬机变速方式 有电动机变速和双电动机-行星差动减速器变速两种。电动机变速方式中，通常采用直流电动机变速。电动机变速在安全上不如双电动机-行星差动减速器变速。后者当其中一台电动机出现故障时，另一台电动机仍能继续工作。因此，多倾向于采用双电动机-行星差动减速器。所用的两台电动机可以时有交流和直流的，即快速用交流电动机，慢速用直流电动机，断电事故时可借直流电动机将氧枪提出炉外。2.3.3 升降小车和固定导轨升降小车主要由车架、 车轮及制动装置组成。升降小车在固定导轨的引导下，一方面使得氧枪严格沿垂线升降，另外亦可减轻吹炼时氧气流不稳定所造成的管体振动。2.3.4 安全装置 安全装置有断电事故保护装置、断绳保护装置、制动装置、失载保护装置、氧枪极限保护装置、各机构和各工艺操作间的电气联锁。2.3.5 氧枪更换装置换枪装置的作用是在氧枪损害时，能在最短时间内将备用氧枪换上投入工作。单卷扬型升降机构，一般使用安装在转炉跨最高平台上的横移小车换枪。该装置主要由横移小车、横移小车传动装置及氧枪升降装置组成。横移小车的驱动方式由液压和电动两种，采用电动驱动的方式较多，电动驱动的构件可分为丝杆和齿轮传动两种。横移小车换枪装置目前存在的主要问题是定位不准。 双卷扬型氧枪升降机构通过设置两套升降卷扬机实现换枪。3 炉外精炼的设计3.1 吹氩站一般在炉子出钢开始时随即通氩，以预防钢水在透气砖处冷凝堵塞透气孔。有的厂认为从出钢开始到出钢完毕并吊运到精炼工位这一段时间不会堵塞透气砖，自精炼开始再吹氩即可。从钢包底部嵌入透气砖吹氩时，透气砖的位置一般是在钢包水口的对侧，位于钢包底部半径的1/2处。吹氩透气砖数(吹氩孔数)，l00t以下钢水包设一个，200t以下设二个，300t钢包设三个。本设计吹氩孔数设三个。钢包底吹氩。底吹氩时在出钢过程及运送途中都要通入氩气。如图1所示，设有两个底吹氩操作控制点，一在炉旁(A点)便于出钢过程中控制，一在处理站(B点)便于控制处理过程。这两点之间送氩管路互相联锁和自动切换，以保证透气砖不被堵塞。3.1.1吹氩压力理想的吹氩压力应该使氩气泡遍布整个钢包，氩气泡在钢液内呈均匀分布。压力过大，不但使氩气泡在整个钢包内分布不均，甚至形成连泡气柱，与钢液接触面积减小，而且容易造成钢包液面翻滚激烈，钢液大量裸露与空气接触造成二次氧化和降温，钢渣相混，被击碎乳化的炉渣进入钢液深处，使夹杂物含量增加，所以最大压力以不冲破渣层露出液面为限。压力过小，搅拌能力弱，吹氩时间延长，甚至造成透气砖堵塞。所以压力过大过小都不好，合适的压力应能克服各种压力损失和钢液静压力。主要决定于，一般为（25）。还要注意开吹压力不宜过大，以防止造成很大的沸腾和飞溅。压力小一些，氩气透过砖形成的氩气泡小一些，增加气泡与钢液接触面积，有利于精炼。图2 底吹氩处理站工艺布置1吹氩操作盘 2钢包 3钢包车 4钢包测温取样装置5倾翻料斗 6挡渣球送入装置 7铁合金加料装置 8转炉3.1.2 吹氩时间吹氩时间与钢包容量和钢种有关，时间不宜太长，否则温降过大，也不宜太短。吹氩时间不够，碳氧反应未能充分进行，非金属夹杂物和气体不能有效排除，吹氩效果不显著。一般515min，耗氩量为0.20.4。3.1.3 吹氩方式采用底吹，在钢包底部安装供气元件（透气砖、细金属管供气砖），氩气通过底部的透气砖吹入钢液，形成大量细小的氩气泡，透气砖除有一定透气性能外，还必须能承受钢液冲刷，具有一定的高温强度和较好的耐急冷急热性能，一般用高铝砖。透气砖的个数依据钢包的大小可以采用单个和多个布置，透气孔的直径为0.10.26mm 。3.2 LF装置LF炉是以电弧加热为主要技术特征的炉外精炼方法，LF炉主要设备包括炉体（钢包）、电弧加热系统、合金与渣料加料系统、底吹氩搅拌系统、喂线系统、炉盖及冷却水系统（有的没有冷却系统）、除尘系统、测温、取样系统、钢包车控制系统等，如图2。 图2 LF设备示意图1 电极 2合金料仓 3透气砖 4滑动水口按照供电方式分为交流钢包炉和直流钢包炉，目前国内多数炉是使用交流钢包炉。炉体由一个普通钢包制成，包盖上装有三根加热用的电极，包底装有底吹氩气用的透气砖。3.2.1 LF炉炉体LF炉的炉体是由一个普通钢包制成，但与普通的钢包有所不同，这种钢包的上口有水冷法兰盘，通过密封橡皮圈与炉盖密封，以防止空气的侵入。当钢包用于真空处理时，还要求其外壳用钢板按气密焊接条件焊成。钢包底部有浇钢用的滑动水口及距炉壁（为炉底半径）处设有吹氩用的透气砖。精炼过程中氩气流量根据不同工位和钢包容量等决定。氩气流量高可达200L/min，以达到搅拌钢液的目的。包衬为镁炭砖或者镁铬砖、高铝砖、锆铬砖，根据精炼钢种的工艺要求，采用综合砌砖法。3.3.2 LF炉炉盖LF炉盖用于钢包口密封，以及保持炉内强还原性气氛，防止钢包散热及提高加热效率而设置的。炉盖为水冷结构。炉盖内层衬有耐火材料。为了防止钢液喷溅而引起的炉盖与钢包的粘连，在炉盖下还吊挂一个防溅挡板。整个水冷炉盖在 个点上，用可调节的链钩悬挂在门形吊架上，吊架上有升降机构，可根据需要，调整炉盖的位置。有真空脱气系统的LFV炉，除上述加热盖以外，还有一个真空炉盖，与真空系统相连，用来进行钢液脱。在LF炉的两种炉盖上都设有合金加料口，渣料加料装置及测温或取样装置。3.2.3 电弧加热装置LF炉所使用的电弧加热系统设备也与电弧炉基本相同，由炉用变压器，短网，电极升降机构，导电横臂，石墨电极所组成。三根石墨电极与钢液间产生的电弧作为热源加热钢液，由于电极通过炉盖孔插入泡沫渣或渣中，故称埋弧加热。此种加热法散热少，减少电弧光对炉衬热辐射和侵蚀，并可稳定电流。采用埋弧加热方法，与电炉相比，可采用更低的二次电压。钢液升温速度可达4/min 。LF炉所用的变压器，其副边通常也分为数级电压，但没有必要进行有载调荷。因为无载时切换方式很多，设备简单便宜，可靠性好。 炉精炼时钢液面比较平稳，电流波动较小，没有电炉熔化炉料时，由于塌料所引起的短路冲击电流，所以许用电流密度可选得较大。LF炉是采用低电压，大电流埋弧加热法精炼钢液的。电极调节系统要采用反应良好，灵敏度高的自动调节系统。LF炉的电极升降速度一般为23m/min 。电弧加热装置LF电弧加热系统与三相电弧加热装置相似，电极支撑与传动结构也相似，只是尺寸随钢包炉结构而异。钢包炉加热所需电功率远低于电弧炉熔化期，且二次电压也较低。选择加热变压器容量时可近似按下式计算：= =19MV.A变压器额定容量，MV.A钢包炉容量，t由于各型钢包炉(包括ASEASKF炉、VAD和LF炉)加热时钢液平稳，电流较稳定，即与电弧炉熔炼的还原期相似，因此不必担心因电弧电流冲击引起的线路中闪烁现象；同时二次短网导体的电流密度的计算许用值可比相同功率的一般电弧炉为高，留有较小的安全余量。LF炉用变压器次级电压通常也设计制作有若干级次，但因加热电流稳定，加热所需功率不必很大变化，所以选定某一级电压后，一般不作变动，故变压器设计没必要采用有载调压，设备可以更简单可靠。电弧功率的确定，确定电弧加热功率的经验公式为：精炼一吨钢液理论上所需补偿的能量，1吨钢液升温1所需的能量，钢液的升温，渣料的用量与钢液总量的比例 熔化占钢液总质量的渣料所需要的能量，一般合金料的加入量占钢液总量的比例熔化占钢液总质量的合金料所需要的能量，一般钢包炉总的热效率一般为=3035%，故钢包炉实际需要的能量： 3.2.5 加料装置LF炉一般在加热包盖上设合金及渣料料斗，通过电子秤称量过的炉料，经溜槽、加料口进入钢包炉内。有真空系统的LFV炉，一般在真空盖上设合金及渣料的加料装置。其结构与加热包盖上的基本上相同，只是在各接头处均需加上真空密封阀。3.2.6 扒渣装置 LF炉精炼功能之一是靠还原性白渣精炼。为此，在LF炉精炼之前，将氧化性炉渣必须去掉。因此，LF炉必须具备除渣的功能。除渣的方式有两种：(1) 当LF炉采用多工位操作时，可在放钢包的钢包车上设置倾动、扒渣装置。当钢包车开到扒渣工位时，即可进行扒渣操作。(2) 如果LF炉采用固定位置，炉盖移动形式时，则需把钢包倾动装置设在LF炉底座上，在精炼前先扒渣，加新渣料，再加热精炼。3.2.7 喷粉装置LF炉精炼时常采用喷粉设备对钢液进行脱硫，净化及微合金化等操作。喷粉设备包括钢包盖、一支喷粉用的喷枪和可以滑动的粉料分配器。分配器接粉料料仓。喷粉时对粉料先自动称重及混合，然后通过螺旋给料器送至粉料分配器。 喷粉时采用高纯氩气作载流气，流量为200400L/min 。通常处理时间为510min3.2.8 LF主要参数表3 LF主要参数参数名称数值公称容量/t250变压器额定容量/MV.A40一次电压/KV30二次电压/V513电极上的电流强度/A45电极直径/ mm500电极心圆直径/mm900单位变压器功率/(KV.A/t)160钢水平均升温速度/min4电极升降行程mm26003.3 RHKTB装置RH法的设备由脱气主体设备（如图2所示）、水处理设备、电气设备、仪表设备所组成。而主体设备又由如下设备构成：真空室及附属设备、气体冷却器、真空排气装置、合金称量台车及加料装置、真空室移动台车、真空室固定装置、真空室下部槽及浸渍管更换台车及专用工器具、浸渍管修补台车、电极加热装置（煤气加热）、钢包液压升降装置、钢包台车、测温取样装置、脱气附属设备、管道设备等。真空室外壳为钢板围焊成的圆筒状结构，内衬耐火砖。真空室下部有两根用耐火材料制成的可以插入钢液的浸渍管，也称升降管，其中一根为钢液的上升管，另一根为钢液下降管，浸渍管的上半部外侧为钢管结构。真空处理时钢液沿上升管进入真空室，沿下降管返回钢包。真空室中部有加热孔，上部有连接真空泵抽气孔，顶部为合金添加孔，可以在真空状态下向真空室内加合金。真空精炼过程的冶金反应主要在真空室内进行，因此，熔池反应的表面积决定了真空精炼冶金反应（如真空脱碳反应）的反应速度。随着初炼炉的容量的不断增大，真空室的直径与高度也逐步增大和增高。图2 RHKTB装置RH装置类型采用双真空室平移式，KTB系统主要由顶枪、顶枪升降装置、密封装置、贮粉罐、输送罐、喷吹罐等设备组成。随着RH真空精炼冶金功能的发展，转炉炼钢脱氧合金化和成分微调的任务转移到RH真空精炼炉来完成，因此要求 配备一套完整的合金加料系统。其控制部分已发展到用计算机控制加料的配料、称量、添加的全过程，有的用计算机控制RH真空精炼的全过程。合金加料系统主要由高位料仓、合金切出装置、合金称量装置以及合金加料装置所组成。合金料由自卸汽车运到供料站，经斗式提升机及皮带运输机装满高位料仓。料仓分为三组，其中两组料仓下设称量斗，均装有电子秤，一个称料斗供称量少量的铁合金（微调用），另一个称量斗则供称量大量铁合金之用。废钢、铝和碳分别装入另一组料仓，经电磁振动给料器或旋转给料器加入真空室。图1 双真空室平移式3.3.1 处理时间处理时间t是指钢包在RH工位停留时间。该时间的大部分在进行真空脱气，所以脱气时间略小于处理时间。为了使钢液充分脱气，需要保证足够的脱气时间，即处理时间。处理时间取决于允许的钢液温降和处理过程中钢液的平均降温速度(/min)，即： =31式中 处理时允许的温降/ ，40处理时平均温降速度/ /min，取为1.3/min为了弥补处理时的温降，需要脱气处理的炉号，其出钢温度比不处理的同钢种钢要高出2030。又由于处理后的钢液含气量及夹杂物含量的减少使钢液黏度下降，因此开浇温度可比未处理的同钢种钢降低2030 。这样就赢得了必要的脱气时间。如其它条件（操作工艺，车间布置）相同，处理时允许的温降大约4050。一般来说，允许温度损失不会有太大的波动，所以处理时间就决定于脱气时的平均降温速度。而降温速度主要与处理容量、钢包和真空室的预热温度、处理时加入的添加剂的种类和数量以及渣层厚度、包衬材料的热导率等因素有关。其中钢包和真空室的预热温度，特别是真空室的预热温度，对影响最大。因此，为了保证足够的处理时间，真空室要充分预热。3.3.2 循环流量与浸入管的计算循环流量（/min）是指单位时间内通过真空室的钢液量。也称循环速率，是一个重要的工艺参数。主要取决于上升管直径和驱动气体流量。当=45时，根据处理容量要求的脱气时间确定值。（1）德马克麦索(DEMA G MESSO)公司根据自己多年的设计经验, 总结出更为简化的公式如下: =0.667250=166.75=0.706式中环流量，/min浸入管直径，钢水重量，/炉（2）循环管的长度按下式计算：循环管垂直高度为： =1.4+0.4=1.8循环管垂直高度，m当抽气至一定真空度时大气压差支持的钢液柱高度，m 。循环管浸入钢液的深度，一般为0.250.40 。3.3.3 循环因数循环因数是指处理过程中循环钢液的当量次数，即通过真空室的钢液总量与处理容量之比。循环因数受包内钢液混合状况的影响。如果下降管内的钢液速度适当，使脱气后的钢液恰好流到钢液底部（脱气后比重增大）。然后沿包壁向上扩散，不产生涡流的话就能达到最快的脱气效果，所以下降管管径应适当（比上升管小）。为了保证充分脱气 , 值应适当选的大一些。=21式中循环流量t/min ,取为45t/min脱气处理时间min钢包容量t3.3.4 真空度真空度是指RH处理时真空室内可以达到并且保持的最小压力。对于一般钢种（对气体含量要求不高的）并不需要太高的真空度，通常控制在几百帕范围内。经验表明如果钢中的氢降到以下，也就是低于铁素体中的溶解度极限，即可完全排除引起白点的敏感性。从热力学角度考虑，真空度达到310Pa即能满足要求。考虑动力学条件和其他因素真空度达到的影响，真空度选在1366Pa。3.3.5 真空泵的抽气能力 真空泵的抽气能力大小，应根据处理钢种、处理容量、处理时间、循环流量以及处理过程中的脱气规律来确定。 根据热力学和动力学分析可知, 对于一般钢种来说, 并不需要太高的工作真空度就可满足脱气要求。通常, 工作真空度控制在67134Pa的范围内。在确定工作真空度下的真空系统抽气能力时, 除了考虑抽出钢液放出的气体外, 还需考虑在处理过程中所应用的惰性气体量和反应生成的气体等。本设计中选择处理容量为250t的真空泵。德马克麦索公司设计的四级真空泵的抽气能力见表4。表4 麦索公司的四级真空泵抽气能力处理容量,t真空能力，67Pa6700Pa13300Pa100450160027001505502600350017565030004600250750320060003.3.6 真空脱气室设计真空脱气室为圆筒形容器，外壳由钢板焊成、内衬耐火材料。一般由顶部(顶盖)、中部和底部组成。底部连通循环管(上升、下降管)二支。而循环管在结构上又由两段连成，上段与真空室底壳连接，下段与上段用法兰盘连接，下段即是工作时侵入钢水的部分，用法兰盘连接是为了便于更换和修砌吹氩件吹氩扩散环或吹氩喷嘴(喷射砖)。真空室顶部有加料孔、排烟孔、摄像孔等。中上部有通向排气抽真空系统的排气孔两个。有加热电极棒的装入孔。脱气真空室应能使钢水进入后有适当长的停留时间，和足够的脱气表面积，脱气过程中热损失要小和易于维护。真空脱气室尺寸：真空脱气室的尺寸系指它的内径和高度。内径主要与钢液循环流量、循环管管径及钢液在脱气室停留时间有关。钢液在脱气室内的停留时间对脱气反应进行的程度以及合金的熔化及其均匀化都有重要作用。停留时间和反应速度决定了真空脱气室中的物质迁移互换程度。反应速度与传质系数、钢液有效表面积及反应成份的浓度差有关。由于各种物质的传质系数不同，脱氢反应时间较短，而反应时间较长，这样就分别要求不同的停留时间。根据实测，钢液在脱气室内的平均停留时间为57S。知道钢液在脱气室内平均停留时间、下降管直径和循环流量，就可按下式求出脱气室半径：=式中脱气室半径，cm下降管半径，cm气压高度与循环高度之差，cm循环流量，t/min平均停留时间，min3.3.7 提升气体流量的确定浸入管直径一定时,提升气体流量有一个最佳值, 超过这个最佳值的量越大, 真空室内喷溅就越大。根据这个原因, 提升气体流量确定如下:= =29353913 （）式中: F 提升气体流量，S 浸入管截面积，根据上式，本设计中RH真空处理装置提升气体的流量在29353913。3.3.8 RH主要工艺参数 表5 RH工艺参数参数名称数值参数名称数值处理容量/t250浸渍管内径/mm706处理时间/min31真空室容积/29真空度/Pa1366高度/m10.8真空泵抽气能力Kg/h（67Pa）750真空室内径/m2.4循环因数21氩气喷嘴数10提升气体流速()(67Pa)293539134 连铸部分的设计4.1 连铸机的主要设计参数4.1.1 钢包允许浇铸时间 为了使钢包内的钢液不致因散热太多而形成包底柠壳，又能充分发挥其延长浇铸时间的潜力，保证浇铸的顺利进行，必须适当的确定不同容量的钢包允许浇铸时间。= ；= =73.26 min钢包允许的最长浇铸时间，minG钢包的容量，tf质量系数，要求严格的钢种f=10，要求较低的f=16 实际的浇铸时间要求小于最大浇铸时间，这里取为42min 。4.1.2 铸坯断面的选择铸坯断面尺寸以其冷态时的尺寸表示、称之为铸坯断面的公称尺寸。 铸坯断面的形状和尺寸主要根据铸坯的用途来确定。在选择铸坯断面时应遵循以下原则：不同钢种需要不同的压缩比；根据轧材品种规格选择，一般来讲，板材选择板坯，线材选择方坯，管材选择圆坯；连铸机生产能力必须与炼钢能力相匹配。在本设计中典型钢种的铸坯厚度定为230、宽度定为12001930，铸坯定尺长度为811。4.1.3 理论拉速与工作拉速的确定 理论拉速:实际上，连铸机的最大拉速取决于铸坯出结晶器时不致发生变形或拉漏所需的最小坯壳厚度。理论=1.73/min理论拉速m/minL结结晶器的有效长度mm，取为800结晶器下口处不发生漏钢时允许的最小铸坯厚度mm,取为17mm结铸坯在结晶器内凝固系数mm/，取为25mm/ 工作拉速:是指连铸机生产操作中能顺利浇铸，保证铸坯质量相对稳定的平均拉速。在实际生产中，为改善铸坯质量，使用的工作拉速应小于最大理论拉速。 ；则=1.5/min4.1.4 冶金长度的计算 铸机的冶金长度是指以最大拉速浇铸某一断面的铸坯从结晶器的钢液面到钢液完全凝固时的长度。 冶金长度=最大拉速铸坯完全凝固的时间 =1.73=33.85L结结晶器的有效长度，取为800结晶器下口处不发生漏钢时允许的最小铸坯厚度,取为17K结铸坯在结晶器内凝固系数/，取为25/D铸坯的厚度铸机的综合凝固系数/，取为26/4.1.5 连铸机圆弧（外弧）半径的计算R 连铸机的圆弧半径主要是指铸坯弯曲时的外弧半径，其计算方法有四种。按铸坯完全凝固矫直时所允许的表面延伸率计算 =0.23/(21.6%)=7.2D铸坯的厚度允许的延伸率，低合金钢=1.5%2% 图2铸坯矫直的后的延伸 （a）矫电前(b)矫直后按进入拉矫机第一对辊子时铸坯温度900，计算RR1.52/3.14=4.75式中铸坯温度达到900度所需的时间，min拉坯速度/minD铸坯的厚度按经验式计算 R=KD=450.23=10.35D铸坯的厚度K系数，板坯为4050总上所述，综合考虑以上计算结果取铸机的圆弧半径R=104.1.6 连铸机的流数的计算 一台连铸机能同时浇铸铸坯的总根数称为连铸机的流数。大板坯最多浇铸四流，常用12流。本台连铸机采用一个机组。由计算可得板坯连铸机为一机两流，计算如下： =250/(1.20.231.57.642)=1.89 =2 连铸机的流数G钢包的容量tF铸坯断面积，按要浇铸的铸坯的最小断面计算拉坯速度铸坯密度，7.6 t浇铸时间，min4.2 中间包的主要设计参数 中间包设计的主要内容有：中间包形状选择、中间包内型参数（内型长宽高尺寸）、中间包容量以及钢水深度、中间包水口设计。中间包设计的目标为：要使中间包钢水流畅合理即：不存在死区，流场均匀。钢水在中间包内有合适的停留时间。钢包钢液在中间包落点产生的紊流强度不影响中间包出口处钢水流态；要有利于中间包内夹杂物的上浮；要有利于减少中间包的散热损失。4.2.1 中间包形状的选择 中间包的形状要满足铸坯断面和流数的布置，有长方形、椭圆形、三角形、T形及v形等，如图4所示。本设计采用选船形的中间包。 图4 中间包横断面图例4.2.2中间包内型参数的设计 中间包的长度=（流数-1）流间距+2（中包最外侧水口中心距包衬内壁距离） 中间包的长度=（2-1）6.6+20.2=7 中间包宽度=钢包钢液在中间包落点与中包水口最短距离+钢包钢液在中间包落点与包衬内壁距离+中包水口中心与包衬内壁距离 中间包宽度=0.6+0.3+0.3=1.2 中间包高度=中间包钢水深度+净空高度 中间包钢水深度过深会产生漏钢事故；过浅则产生漩涡效应卷渣且钢水停留时间过短，不利于夹杂物的上浮。因此中间包钢水深度应大于产生漩涡效应的临界高度（250300）。净空高度约为200。 中间包高度=中间包钢水深度+净空高度=1+0.2=1.2 另外中间包壁侧锥度应控制在10%20% 。4.2.3中间包容量以及钢水深度中间包容量的选择应满足钢液一定的停留时间（810min）和多炉连浇等要求。同时在换包时间内中间包的钢水不能低于临界高度。 中间包容量=（20%40%）钢包容量 中间包容量=30%250=75t 中间包钢水深度=14.2.3中间包水口设计水口流出钢流量的控制方式有塞棒式、滑动水口式