冶金工程概论第七章氧气转炉炼钢设备.ppt

第七章氧气转炉炼钢 7 1转炉炼钢原料金属料 铁水 生铁 废钢 铁合金 非金属料 造渣材料 氧化剂 冷却剂和增碳剂 7 1 1金属料 铁水铁水一般占装入量的70 100 是转炉炼钢的主要热源 对铁水要求主要有 成分要求 温度要求1 成分要求硅 Si 是重要的发热元素 铁水中含Si量高 炉内的化学热增加 一般0 4 0 8 锰 Mn 是发热元素 有利元素 一般0 2 0 4 磷 P 是高发热元素 一般为有害元素 不加限制 尽量低且稳定 硫 S 一般为有害元素 S 0 05 2 温度 铁水物理热得占转炉热收入的50 入炉铁水温度应大于1200 1300 并且要相对稳定 废钢废钢量一般是总装入量的10 30 既是金属料又是冷却剂 铁合金脱氧剂和合金化元素 如Fe Mn Fe Si Fe Cr等 7 1 2辅助材料 造渣材料 石灰 CaO 作用 脱磷 脱硫 保护炉衬 活性石灰 把具有高反应能力 体积密度小 气孔率高 比表面积大 晶粒细小的优质石灰称为活性石灰有效熔剂性 熔剂含有的碱性氧化物扣除其自身酸性氧化物造渣所需的碱性氧化物后剩余的碱性氧化物质量分数 萤石 主要成分 CaF2 含有SiO2 Al2O3杂质 作用 化渣 原理 1 萤石与CaO作用形成1635K的共晶体 直接促进石灰熔化 2 能显著降低2CaO SiO2的熔点 生成3CaO CaF2 2SiO2 熔点1362 3 能降低炉渣粘度 认为氟离子切断了硅酸盐链状结构 白云石 CaCO3 MgCO3 经焙烧可得轻烧白云石 CaO MgO 白云石的作用如下 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 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 促进前期化渣 生成共熔点化合物 都比C2S的熔点低的多 氧化剂 氧气转炉炼钢的主要氧源 氧气纯度 超过98 氧气压力要稳定 0 6 1 5MPa之间 铁矿石和氧化铁皮氧化铁有利于化渣和冷却作用 冷却剂作用 准确命中转炉终点温度 种类 废钢 氧化铁皮 铁矿石 烧结矿 球团矿 石灰石等 增碳剂种类 木炭 电极粉 焦炭粉 生铁等 7 2转炉设备 转炉炼钢 转炉 转炉倾动机构 供料系统 供氧系统 烟气净化与回收系统 钢包及钢包回转台 渣罐及台车 钢包及钢包台车 钢包用于盛装钢水 钢包台车将钢水运送到不同的加工 处理地点 渣罐及台车 渣罐用于盛装热炉渣 钢渣台车将热炉渣运送到不同的加工 处理地点 7 2 1转炉炉体及转炉倾动系统 转炉炉体包括 炉壳 托圈 耳轴和耳轴轴承座 托圈作用 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 水冷托圈系统简图 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 转炉托圈简图 耳轴支撑托圈和炉体的载荷 传动扭矩使转炉旋转 耳轴要求很高的强度和刚度 耳轴和托圈用法兰盘 螺栓或焊接等方式连接成整体 倾动机构作用 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 要求 在整个生产过程中 满足工艺要求 如以一定的转速连续回转360 可以停留在任何位置 能与氧枪等有一定连锁要求 安全可靠的运转 即使某一部分发生事故 倾动机械也可继续工作 维持到一炉钢结束 适应高温 动载荷 扭振的作用 具有较长的寿命 倾动机构通常有以下几种类型 落地式 半悬挂式 部分中型转炉采用 全悬挂式 我国大部分大中型转炉都采用此种类型 转炉半悬挂式倾动机构 300t转炉全悬挂装置 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 转炉炉衬 工作层 材质采用镁碳砖 其具有良好的耐火度 高温强度 耐蚀性和抗热震性 工作层厚度为350 800mm 填充层 工作层和永久层之间 由镁砂和焦油捣打成 厚度在80 150mm 永久层 保护炉壳 在靠近炉壳内壁砌上一层或多层标准砖 修炉时一般不拆除 一般用标准镁砖修砌 其厚度65 345mm 炉底永久层要厚些 转炉护炉技术 溅渣护炉 炉衬寿命 炉衬寿命影响转炉的工作时间及生产成本 炉龄是钢厂一重要生产技术指标 炉衬损坏的原因 铁水 废钢及炉渣等的机械碰撞和冲刷 炉渣及钢水的化学侵蚀 炉衬自身矿物组成分解引起的层裂 急冷急热等因素 溅渣护炉是维护炉衬的主要手段 其基本原理 利用高速氮气射流冲击熔池液面 将MgO饱和的高碱度炉渣喷溅涂敷在炉衬表面 形成一层具有一定耐火度的溅渣层 工艺特点 操作简便 成本低 时间短 一般只需3 4min 溅渣均匀覆盖在整个炉膛内壁上 基本上不改变炉膛形状 工人劳动强度低 无环境污染 炉膛温度较稳定 炉衬砖无急冷急热的变化 利于提高钢产量和平衡 协调生产组织 转炉炉型及设计参数 转炉炉型 指新砌砖的转炉由耐火材料构成的内部形状尺寸 即为炉膛的几何形状 类型 国内外转炉炉型主要有筒球型 锥球型和截锥型 我国推荐用转炉炉型是筒球型和截锥型 容量100t以下的转炉一般采用截锥型活炉底 容量在150t以上的转炉一般采用筒球型死炉底 此外 有些炉子也用锥球型和大炉膛转炉 转炉炉型目前有从细高向矮胖演变的趋势 转炉常用炉型图 a 筒球形 b 锥球形 c 截锥形 300吨转炉炉型图 转炉主要尺寸 转炉炉容比 V T 概念 是指转炉转炉内自由容积V与金属装入量T之比 m3 t 炉容比过大 投资增加 炉容比过小 会喷溅及对炉衬的冲刷加剧 使提高供氧强度受到限制 不利于提高生产率 大型转炉的炉容比一般在0 9 1 05m3 t之间 而小型转炉的炉容比在0 8m3 t左右 转炉高径比 H D 概念 是指转炉腔内的自由空间的高度 单位m 与熔池直径 单位m 之比 高径比一般为0 8 1 8 作用 1 决定转炉氧枪的吹炼强度 冶炼时间等 2 同时影响溅渣的好坏 3 决定氧枪喷头的设计参数 如喷头的射流角等 7 2 2转炉供料设备 供料设备包括 铁水 废钢 铁合金和散状材料 熔剂 供料设备等 铁水供应设备主要有三种 高炉 铁水罐车 混铁炉 铁水罐 称量 转炉 高炉 混铁车 铁水罐 称量 转炉 高炉 铁水罐车 铁水罐 称量 转炉 混铁炉 是铁水的中间贮存设备 以协调高炉与转炉之间铁水供求的不一致性 保证供应及时 同时还有均匀不同高炉和不同时间的铁水 混铁车 兼有运送和贮存铁水两种作用 实质上是列车式的小型混铁炉 废钢装入设备 用桥式吊车吊挂废钢槽向转炉倒入 用落地式加料机 铁合金供料设备组成 由贮存 运送 称量和向钢包加料等用途 铁合金用于钢水的脱氧和合金化类型 锰铁 硅铁 硅锰铁和铝等 高位料仓铁合金供应方式 平台式料仓铁合金供应方式 散装材料设备 熔剂 主要指 炼钢过程中加入的造渣材料和冷却剂等 种类 石灰 轻烧白云石和生白云石 萤石 矿石和氧化铁皮等 作用 用于炼钢的造渣 保护炉衬和冷却钢水 散装材料供应系统一般由 贮存 运送 称量和向转炉加料等几个环节组成 通过皮带运输机运送到转炉的高位料仓 称量后加入到转炉 7 2 3转炉供氧设备 氧气顶吹转炉炼钢主体设备及氧枪 供氧系统由 制氧机 加压机 中间储气箱 输氧管 控制闸阀 测量仪表及喷枪等主要设备组成 氧枪又名喷枪或吹氧管 担负着向熔池吹氧的任务 采用循环水冷却的套管结构 由喷头 枪身及尾部结构所组成 喷头 采用紫铜制成 内通高压水强制冷却 均为超音速喷头 喷头的类型按结构形状 可分为拉瓦尔型 直简型 螺旋型等 按喷孔数目 可分为单孔 三孔和多孔喷头 拉瓦尔喷头是 收缩 扩张型喷头 截面最小处为喉口 工作原理是 高压低速的气流经收缩段时 气流的压力能转化为动能 使气流获得加速度 当气流到达喉口截面时 气流速度达到音速 在扩张段内 气流的压力能除部分消耗在气体的膨胀上外 其余部分继续转化为动能 使气流速度继续增加 在喷头出口处 当气流压力降到与外界压力相等时 即获得了远大于音速的气流速度 最常用的为三孔拉瓦尔喷头 7 2 4转炉烟气净化与回收设备 通常将炉内原生的气体称为炉气 炉气出炉口后则称为烟气炉气成分 主要CO和CO2 此外 还含有大量的铁和其它氧化物粉尘 在进入烟罩与净化系统时 或多或少地吸入部分空气使CO燃烧 炉气成分等均发生变化 转炉烟气的特点 温度高 1450 1800 平均1500 气量多 含尘量大 气体具有毒性和爆炸性 直接排放有很大的危害 必须净化 回收 氧气顶吹转炉烟气的处理处理般过程包括三部分 对含有大量CO的高温炉气的处理 然后对出炉口后的烟气进行收集和冷却 将冷却后的烟气进行净化 氧气顶吹转炉烟气的净化处理方式主要分两大类 燃烧法 原理 即在炉气离开炉口进入烟罩时 使其与大量空气混合 使炉气中的CO全部燃烧 采用较大的空气过剩系数 利用过剩的空气和水冷烟道对烟气冷却 然后进入文氏管湿法净化系统进一步冷却 最后排入大气 特点 这种方法不能回收煤气和余热 炉气的化学热和物理热全部浪费掉了 而且由于吸入空气量大 进入净化系统的烟气量大大增加 使设备占地面积大 投资和生产费用比未燃法高 但因不回收煤气 烟罩结构和净化系统的操作 控制较简单 未燃法原理 是在炉气离开炉口进入烟罩时 控制炉口压力或用氮气密封 只使吸入少量空气与炉气混合 仅令其中10 20 的CO燃烧 出口后的烟气仍含有50 70 的CO 经汽化冷却后被冷却到1000 左右 然后进入文氏管湿法净化系统 进一步冷却和净化 净化后称为转炉煤气 经加压后使用 特点 此法由于