炼钢工艺设计讲座（蓝天CAD）.ppt

1,炼钢工艺设计讲座,2,内容摘要,钢铁生产工艺流程简介炼钢、连铸工艺及设备炼钢连铸工程设计对辅助专业的一般要求,3,钢铁生产工艺流程分类长、短流程优、缺点,第一部分钢铁生产工艺流程简介,4,1钢铁生产工艺流程分类,1.1长流程以矿石和煤为主要原料，通过烧结或球团、焦化、高炉、炼钢连铸和轧钢等工序生产钢材的流程。在我国主要钢铁联合企业中，长流程的产量占主导地位。有的联合企业长短流程兼有。有的钢铁联合企业还包括矿山、选矿、耐火材料、热电站和某些副产品加工及其它钢铁产品的深加工等。,,钢铁生产的工艺流程可分为两大类,长流程短流程,5,,钢铁生产长流程示意框图,6,钢铁生产长流程优点长流程的优势在于其工艺成熟可靠；效率高、生产规模大；产品质量好；能源消耗少，成本低廉。至今乃至今后相当长的一段时间内仍是钢铁生产的主导工艺。钢铁产品的主要部分和一些重要品种都要依靠它生产，大型联合企业200～1000万t/a都采用这种流程。,7,钢铁生产长流程缺点长流程的生产链长，建设投资大，周期长，生产灵活性差、建厂条件水电、运输及原材料供应等要求高而且复杂；焦化、烧结及高炉等，环境污染比较严重；高炉冶炼必须使用日趋紧缺的冶金焦。因此，长流程正面临着环境保护要求不断提高以及焦煤资源短缺的挑战。为此，近20年来研发了熔融还原流程，以迎接上述挑战。熔融还原流程只采用的能源介质为煤和氧气，基本上不使用冶金焦。它的主要产品是铁水和热值较高的煤气。熔融还原取代高炉的前景还在经受考验中。,8,1.2钢铁生产短流程以废钢或海绵铁直接还原铁为原料通过电炉炼钢和轧钢等工序生产钢材的流程。国外称这种电炉连铸轧钢这样的短流程生产工艺为小钢厂的短流程，其生产工艺流程如下,钢铁生产短流程示意框图,9,钢铁生产短流程优点①生产规模适中。一般为50～100万t/a，现在薄板坯连铸连轧生产带钢技术成熟后，其规模已扩大至150～200万t/a；②建设投资省。根据生产规模及钢材品种，吨钢建设投资约为常规长流程的35～50；③生产成本低。在工业发达国家，废钢资源充裕，其价格低于生铁，电费也不高，而且流程短，工序少，吨钢所耗劳动工时也少；④热能消耗少；⑤环境污染小。因不建严重污染环境的烧结、焦化、高炉工序，烟尘和污水排放量少；⑥生产灵活性大。规模可大可小，可靠近钢材用户地区建设，减少运输费用，也能随市场变化调整生产，容易适应地区对钢材的需求。,10,采用电炉连铸轧钢短流程的条件是必须有充足的废钢来源和相对低廉的电价。电炉冶炼中以海绵铁作为废钢代用品，主要目的在于补充废钢数量的不足和提高入炉原料的质量。因为海绵铁中微量元素的含量极低，对于冶炼微量元素含量要求严格的特殊用途钢种，配加一定比例的海绵铁是完全必要的。我公司在上世纪90年代设计建设投产的短流程有天津无缝钢管厂、张家港润忠及沙景、淮阴、江阴兴澄、苏钢、抚钢、韶关等厂。,11,第二部分炼钢、连铸工艺及设备,炼钢的基本任务主要炼钢方法炼钢原料铁水预处理转炉炼钢生产工艺及主要设施钢水炉外精炼连铸,12,①脱C；②去磷和去硫；③去除冶炼过程中进入钢液的有害气体及非金属夹杂物；④脱氧及合金化。把冶炼过程中生成的对钢质量有害的过量氧以FeO形式有存在从钢液中排出。加入合金元素，把钢液中的各种合金元素含量调整到所炼钢号的范围内；⑤调温。按冶炼工艺要求，调整钢液温度到出钢温度；⑥浇铸。把冶炼好的合格钢水浇铸成一定形状的铸坯，供下步工序轧钢轧材。,2.1炼钢的基本任务,13,2.2主要炼钢方法,氧气转炉炼钢氧气转炉炼钢是以铁水及少量废钢等为原料，加入熔剂活性石灰石、萤石、白云石等及铁合金。在转炉内用氧气进行吹炼的炼钢方法。根据冶炼期间向炉内喷吹氧气、惰性气体的部位不同，转炉炼钢又可分为顶吹、底吹和顶底复合吹转炉。电炉炼钢通常所说的电炉炼钢主要指电弧炉炼钢。电炉炼钢是以电能为热源，以废钢为主要原料，辅助料铁矿石、铁合金、石灰、萤石等。电弧炉炼钢是靠电极和炉料产生的电弧热，加热、熔化废钢和其它炉料，加入铁矿石氧化铁皮、石灰、萤石和吹氧，去除金属中的杂质，然后用铁合金、铝等使钢水脱氧和合金化的炼钢方法。,14,2.3炼钢原料,15,铁水铁水是转炉炼钢的主要原料，一般占装入量的80以上。在废钢供应不足时，电炉炼钢中如有条件可用铁水代替部分废钢，此时铁水配入量可达30左右。转炉炼钢对铁水的要求①铁水温度铁水的物理热和化学热是转炉炼钢的基本热源。铁水温度是铁水带入转炉物理热多少的标志，铁水物理热约占转炉热量收入的50，一般要求铁水物理温度大于1250℃。②化学成分国家标准对炼钢生铁的成份有具体规定GB/T17-1998,但在实际生产中，各钢厂都根据本厂具体情况对炼钢生铁的成分提出比国家更严格的规定。,16,国内部分钢厂用铁水成分,另外，为提高钢水质量，降低消耗指标，铁水兑入转炉之前，还需要对铁水进行预处理，脱硫或三脱脱硅、脱硫、脱磷。,17,生铁块在电炉炼钢中，生铁矿一般用来提高炉料中的配碳量，通常配入量为10左右。低磷、低硫生铁也可作为转炉炼钢的冷却剂。铁合金铁合金是脱氧及合金化材料。用于钢液脱氧的铁合金及硅钙合金等。用于调整钢液成分的铁合金叫做合金剂，常用的有锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钛铁和镍铁等。炼钢对铁合金的要求是成分应符合标准规定，块度适宜一般为10～50mm。,废钢废钢是电弧炉炼钢最主要的金属料，其用量约占金属料的70～90。氧气转炉炼钢时，由于热量富裕，可加入10～25的废钢，作为调吹炼温度的冷却剂。废钢在入炉前要进行加工处理，使其达到冶炼的质量要求。,18,造渣材料包括活性石灰、萤石、轻烧白云石等各种造渣材料都必须满足炼钢要求条件。如成分、粒度等要求。如我国顶吹转炉用石灰标准如下表,氧化剂炼钢用的氧化剂主要有氧气、铁矿石和氧化铁皮等。氧气是转炉炼钢的主要氧化剂，炼钢过程中，一切元素的氧化都是直接或间接与氧作用的结果。对氧气的要求是纯度应大于99.5，氧压稳定且不含水分。一般都安装中压球形贮罐，采用专线管道输入氧气顶吹阀门站。,19,铁矿石是电炉炼钢常用的氧气剂，在转炉炼钢还起冷却剂的作用，要求铁含量高TFe＞56，杂质少SiO2＜10，S＜0.2，块度适宜。氧化铁皮主要用来调整炉渣的化学成分，提高炉渣的FeO含量，降低炉渣的熔点，改善流动性。在炉渣碱度合适的情况下，还可提高去磷效果。增碳剂转炉用增碳法冶炼中、高碳钢时，一般采用石油焦作为增碳剂，也有采用焦炭或废电极制成粉状用惰性气体喷吹输入到钢水中。增碳剂碳含量应不小于95，灰分、挥发物和硫含量应尽可能低,20,2.4铁水预处理,铁水预处理通常指铁水脱硫、脱磷和脱硅即三脱处理。现代炼钢工艺中，铁水预处理已成为炼钢前一道独立的工序。铁水脱硫广泛运用的有搅拌法和喷吹法。①机械搅拌法将搅拌器浸入铁水中旋转，使脱硫剂和铁水充分混合发生反应，称KR法。使用的脱硫剂为电石粉，用量为2～3Kg/t铁水，搅拌时间10～15min，处理周期为30～40min，脱硫高达96。主要缺点是设备复杂，铁水罐内衬和搅拌器的耐火材料使用寿命短。②喷吹法以惰性气体为载流体、将脱硫剂与气体混合吹入铁水中，同时也搅拌了铁水。目前喷吹法采用较普遍。喷吹法可在铁水罐内进行，也可在混铁车鱼雷罐内进行处理，采用铁水罐处理，容器形状较合理，效果较好，可设置在主厂房内，混铁车则要设置在高炉与炼钢之间的独立厂房内。,21,铁水脱硅铁水脱硅目的在于脱磷，在转炉生产不锈钢和越低磷钢时P＜0.01以下，铁水需进行三脱脱S、脱P和脱Si。由于Si的氧化势比P低，冶炼中脱P加入氧化剂后，Si比P先氧化成SiO2，大大降低炉渣的碱度，影响脱磷效果，所以必须先脱Si。生产实践证明，铁水中的硅含量小于0.20有利于脱P，脱P剂消耗少。①高炉出铁沟中投入固体氧化剂连续脱硅这是早期使用的方法，脱硅效率比较低，一般在50左右②喷吹法在铁水罐或混铁车喷吹脱硅剂吹氧和固体氧化剂吹氧是防止温降大。目前使用的脱硅剂主要是氧化铁皮和烧结矿粉。,22,铁水脱磷铁水预脱磷主要是为了稳定和改善转炉冶炼工艺操作，降低消耗和成本、提高钢的质量，冶炼超低磷钢。①喷吹法是借助于载流体把脱磷剂喷吹于铁水内脱磷。可在铁水罐和混铁车中进行。使用的喷枪与脱硫的差不多。②转炉法脱磷是日本各钢厂中普遍采用的方法，优点是具有足够的反应空间和强烈的搅拌动力学条件、氧气、温度和碱度的热力学条件，使铁水中的磷容易进入渣中。公司正在进行设计的京唐钢厂就是采用转炉脱磷的方法。目前使用最多的脱磷剂主要是石灰系。主要成分是CaO，配一定比例的氧化铁皮或烧结矿粉和萤石。,23,铁水预处理使用的粉剂的组成和粒度,24,2.5转炉炼钢生产工艺及主要设施,,炼钢工艺设备流程图,1,2,3,4,5,,,,6,7,8,25,铁水供应方式铁水罐车供应方式选用标准铁罐车（35t、65t、100t和140t），也有采用转炉兑铁水罐直接运输的。（京唐钢厂）混铁车供应方式高炉铁水流到混铁车鱼雷罐中，由铁路运送到转炉车间倒罐站，转炉铁水罐车通过地坑连接铁水倒罐站和加料跨。混铁车兼有运输铁水和贮存铁水的作用。混铁车的容量根据转炉容量选择标准系列并应与高炉出铁量相适应。目前国内使用的混铁车公称吨位最大320t。,原料系统,,铁水废钢散状料铁合金供应,2.5.1原料系统,26,废钢供应废钢作为转炉钢铁料和冷却剂通常在废钢配料间装入废钢料槽中，然后运入加料跨，用废钢加料吊车或废钢加料车加入转炉中。散状原料供应散状原料是造渣剂和冷却剂，主要有活性石灰、轻烧白云石、萤石、铁化铁皮、铁矿石、烧结矿和焦碳等。散状料种类多、用量大，而转炉冶炼周期短，要求供应及时，称量准确。散状料供应系统包括由低位料仓至高位料仓的上料系统和高位料仓至转炉的加料系统。①低位料仓（也称地下料仓）在主厂房附近接收由火车或汽车运进来的散状原料。料仓容积及贮存量根据原料性质、产地远近、使用量等具体情况而定。,27,②由低位料仓至转炉跨高位料仓之间，通过倾斜胶带通廊和高位料仓上的带卸料小车的水平胶带运输机，将散状料由地下送入高位料。③加料系统是从高位料仓起，通过振动给料机、称量斗、中间汇总斗、密封闸门、溜管等环节将散状料加入转炉为止。转炉高位料仓的储存量一般要供转炉16～24小时使用。每座转炉都有专用的炉顶料仓，数量约10个，分别设在转炉中心线两侧，大部分转炉车间都采用分散称量，两侧加料的方式，以减少对炉衬侵蚀的不均匀性。另外在加料系统中还设防爆或和防煤气泄漏的措施。,加料系统,29,铁合金供应铁合金供应方式随炼钢车间规模大小而异。供应系统由运输、贮存、称量和投料等部分组成。大型转炉车间铁合金用量较多，上料系统一般为自卸卡车→铁合金地下料仓→振动给料器→皮带机上料系统→转炉跨中位料仓贮存待用。需要时由中位料仓经仓下插板阀，电磁振动给料器到称量斗，再由炉后旋转漏斗、溜槽加入钢包。少量贵重合金运往转炉主操作平台，用台称称量后加入钢包。中、小转炉铁合金用量少，一般是将铁合金运到转炉跨主操作平台上的高架料仓中贮存，称量后用叉车运往炉后，通过旋转溜槽加入钢仓。,30,31,转炉机械设备①炉壳由锥形炉帽、圆筒形炉身及球形炉底三部分组成。各部分由钢板成形后再焊接成整体。钢板厚度取决于转炉容量大小，如120t转炉钢板厚度为80mm。②托圈托圈与炉身相连，主要作用是支撑炉体，传送倾动力矩。大中型转炉托圈一般用钢板焊接为箱形结构，其内通水冷却。转炉炉壳与托圈的连接，采用三点支撑方式。转炉工艺要求炉体应能正反旋转360，在不同操作期间，炉子要处于不同的倾动角度。为此两根耳轴与托圈连接成整体，一侧耳轴与倾动机构相连，带动炉子旋转，耳轴是空心的，以容纳供托圈冷却和炉壳上部锥体冷却水管及转炉底部搅拌供气管的通道。,转炉示意图,转炉实物图,34,③倾动机构其作用是倾动炉体，满足兑铁水、加废钢、取样、出钢和倒渣等操作的要求。倾动机构采用全悬挂扭力杆平衡型式，它由驱动电机、一次减速机、二次减速机、扭力杆平衡装置和润滑装置组成。④转炉内衬转炉内衬由隔热层、永久层和工作层组成。工作层全部由镁炭砖砌筑。采用煤炭砖后，炉衬寿命大大提高，但煤炭砖导热系数比以往的耐火材料大三倍，使炉壳温度升高，特别是炉帽及托圈内的炉身直筒部分，实际温度已高于一般材料的蜕变温度，炉壳寿命大大降低。为增加薄弱环节的冷却强度，降低此部位的热应力，围绕转炉设计采用了许多改进新技术,35,水冷炉口。炉口采用铸钢质内埋管式水冷结构，坚固耐用。避免炉口粘渣，有利煤气回收。炉帽采用半管覆盖强制冷却，冷却水与炉壳直接冷却。炉帽部分设计合理的挡渣裙板，便于拆卸，利于散热，防止钢渣落入裙板空腹内。炉体与托圈采用三点球面支撑方式，可有效吸收因炉壳与托圈热膨胀造成的位移量。炉腹空冷，托圈内炉身直筒部分采用大风量，大面积直接风冷方式，使托圈内部炉腹的温度降低约100℃左右，能保持炉腹温度在350℃的蜕变温度下，炉壳变形速度大大降低，使用寿命大大提高。,36,氧枪系统主要包括氧枪、氧枪升降机构、横移装置、阀门站及供氧、供排水、管道等组成。一座转炉设两根氧枪，两根氧枪分别安装在各自的升降、横移装置上，互为备用，便于维护和不间断生产。通过电动横移装置，实现氧枪快速、准确地更换。氧气在阀门站经压力和流量调节后供给氧枪。两套氧枪共用一套供氧系统，通过快速切换阀进行切换。副枪装置①副枪的功能副枪装置用于转炉吹炼后期或停吹后测定钢温度、含碳量、含氧量、取样分析化学成分及测量熔池钢液面等作业，以配合计算机实现对转炉冶炼的动态控制。为实现上述5种功能，通常配有4种探头测温取样、测温定碳、定氧、测量钢水液面探头。,氧枪系统,38,②副枪装置主要设备组成包括副枪本体、升降装置、导轨及旋转装置、探头自动装卸及回收装置、副枪孔密封装置等部分组成。枪体由三根不同直径的钢管相套制成，端部装有铜制探头。管中心导出传送探头检测信号的补偿导线并通N2气保护。其它通道为冷却水进出。升降装置为电动卷扬升降，升降速度8～150m/min，停位精度10mm。旋转装置为电动缸驱动方式，转炉修炉时，转离工作位置。探头自动装卸及回收装置包括探头贮存、运送、装卸及回收。,39,③副枪操作流程枪指令给出探头→传送探头→把持器夹住探头→装头器立起→装头→检查接点是否导电→下枪测定→枪升起拔起探头→锯断回收试样。副枪测定周期100s副枪应用范围＞100t转炉（副枪和氧枪中心距～1100mm）冶炼终点命中率采用副枪后，转炉冶炼终点命中率达85～90。,40,转炉烟气处理系统①烟气冷却装置由裙罩（活动烟罩）、下部烟罩、上部烟罩及汽化冷却烟道组成。（固定烟道）功能是将转炉口排出的～1450℃的烟气冷却至1100～1200℃，送入烟气净化系统。裙罩及上、下烟罩采用封闭循环的热水（～80℃）冷却系统，活动烟罩带升降装置。实现闭罩操作。固定烟道采用强制循环的汽化冷却，利用余热，节约能源。②烟气净化回收装置目前主要有湿法（OG法）和干法（LT法）两种除尘方式。（原始含尘量100～150g/Nm3降至＜100mg/Nm3，排放标准）,烟气净化回收,42,LT法目前仅有宝钢等少数厂采用，大多数为OG法，但从环保角度将来会逐渐增多。OG法烟气净化装置由两级文氏管洗涤器及附属的弯管分离器、水雾分离器、风机等组成。烟气回收设备由三通切换阀、水封逆止阀、旁通阀及V型水封阀、煤气柜等组成。,OG与LT法比较,43,③炉烟气净化回收系统回收量蒸汽回收量80～90kg/t煤气回收量一般80～100Nm3/t，发热值～1800-2000kcal/Nm3，CO50～70，≥100t转炉，要求实现负能炼钢。转炉生产辅助设备转炉生产辅助设备包括铁水罐、钢水罐及钢水罐车、渣罐及渣罐车等，钢水罐衬修砌设施、铁水罐和钢水罐干燥烘烤设施等。现在这些设备国内都有相应的专业制造厂，设计可提出设备技术性能和控制参数要求（相当于基本设计），制造厂详细设计和制造供货。,44,吹炼工艺采用顶底复合吹炼顶底复合吹炼是从转炉顶部氧枪吹入氧气，同时从底部一组透气砖吹入惰性气体以强化熔池搅拌的炼钢方法。它是在顶吹和底吹氧气转炉炼钢的基础上发展起来的，兼有两者优点，消除了两者的缺点，熔池搅拌充分，吹炼平稳，喷溅少（无喷溅炉次60以上），收得率高（提高收得率1，氧气消耗降8），可以冶炼高纯度低碳钢、超低碳钢和超低碳不锈钢。复吹技术自20世纪70年代问世以来发展很快，种类繁多，但顶部吹氧是相同的，主要差别在于底吹的气体种类、供气强度和供气元件上。,2.5.3转炉吹炼操作简介,,,顶底复吹转炉,46,①气源选择主要考虑搅拌效果、冷却效应、安全、对钢质量和炉衬影响等因素，复吹气体一般为氮气和氩气。为避免钢中增N2，在吹炼前期和中期（吹炼期的前2/3时间）用N2，后期切换Ar气。两种气体在底吹阀门站经流量调节后通过转炉耳轴上的旋转接头供给炉底上的各个透气元件。②供气强度一般分为中压和高压两档。中压复吹，总管压力在0.8～1.6Mpa范围内。供气压力到5Mpa为高压复吹，日本有的转炉采用，吹炼效果好，但费用高。供气强度一般为0.01m3/tmin（标态），最大不超过0.3m3/tmin。③供气元件复吹关键部位，技术核心。供气元件根据材质和结构不同分为钢管形（单管、双层套管）、砖形砖缝组合式和细管多孔塞三类。,47,我国复吹转炉现有几种底部供气情况,48,转炉吹炼操作控制转炉系统的操作控制采用基础自动化和过程计算机两级控制系统。利用副枪技术配合转炉过程计算机实现吹炼过程的动态自动控制。基础自动化级承担转炉系统设备及能源介质的检测及控制。完成数据检测、操作监控、报警处理、报表打印及根据模型计算各参数设定值，完成转炉冶炼过程各种控制及数据采集。在过程控制计算机离线时，本系统能独立工作。过程控制级主要完成主原料的计算及管理、散状料计算及管理、吹炼模式的选择及管理、底吹供气模式的选择及管理、吹炼终点控制、铁合金的计算及管理、转炉作业时间管理及转炉生产数据及历史数据的储存。并完成综合画面显示及操作指导、生产报表打印、事故追忆、与精练、连铸过程计算机、分析计算机、基础自动化级的通讯等。,49,转炉主控室及操作台①在转炉前设主控室，对转炉生产各系统进行操作控制。主要控制氧枪升降吹氧冶炼及溅渣护炉和横移换枪、副枪升降及旋转、裙罩升降、炉前挡火门开闭、门上窥视孔开闭、散装料上料及下料、铁合金上料及下料、烟气净化系统、烟道冷却系统、底吹系统以及各种冶炼数据采集。室内还设计算机终端及工业电视，对转炉整个生产过程和主要作业点进行监控。②在主操作平台上设有炉前、炉后及移动操作台。炉前操作台负责转炉出渣；炉后操作台负责转炉出钢；移动操作台在转炉兑铁水及加废钢时控制转炉倾动。,50,冶炼完毕，钢水终点成分和温度符合预设定目标值时即可进行出钢作业。首先由炉下钢包操作室开动钢包车将已预先通过出钢线上的烘烤装置把包衬预热至～1200℃的钢包运至转炉下方等待出钢，然后钢包车的操作改至炉后操作台操作，确认钢包车到达预定位置，转炉向炉后倾动80～110，将钢水倒入钢包中，同时通过炉后铁合金旋转溜槽将预先设定称量好的铁合金加入钢水中，以便脱O2及合金化。当出钢到3/4～4/5时，通过机械手将挡渣塞放入转炉出钢口孔挡渣出钢，减少进入钢包中的渣量。出钢完毕后，可通过炉顶下料系统将顶渣料加入钢包中，减少钢水回磷；然后送往位于钢水接受跨的在线吹氩喂丝站进行钢水底吹Ar喂丝处理；最后根据钢种要求送炉外精炼装置处理。,2.5.4出钢,51,出渣与渣处理在转炉炉役前期，出钢完后，转炉摇向炉前＋180出渣，炉渣全部倒入炉下渣罐车上的渣罐中，送往主厂房外的炉渣间进行渣处理。处理后的钢渣，经简单的筛分和磁选，挑出废钢后即可回收利用。至此，一炉钢水冶炼操作过程全部结束。下面介绍一下我国炼钢装备概况及有关产业政策方面的信息。,2.5.5出渣与渣处理,转炉兑铁水,,,吹炼过程中的转炉,54,至2004年底炼钢装备情况,55,56,钢水炉外精炼是将原来在转炉、电炉完成的部分精炼任务，移到炉外的钢包或专用容器中进行，以便更有效地获得更优质、低耗和多品种的钢水。转炉、电炉中只承担熔化、去磷、脱硫和升温的任务，减轻了负担，技术经济指标显著改善。常用的炉外精炼方法钢水炉外精炼的方法很多，大约有近30种。为实现炉外精炼任务，可采用钢包吹氩、真空处理、吹氧、加热和喷粉、喂丝等手段。根据不同的精炼目的，选择一种或几种精炼手段组合的精炼方法。在常压下精炼钢水的方法带浸入罩吹氩微调成分与化学升温（CAS或CAS-OB）喂丝法（WF法）,2.6钢水炉外精炼,57,喷粉法（TN法和SL法）钢包吹Ar埋弧精炼法（LF法）氩氧脱碳精炼法（AOD）②以钢液真空脱气为主的精炼方法钢水循环真空脱气法（RH法）钢水提升真空脱气法（DH法）钢包真空吹氩法（VD）③以真空吹氧脱碳、脱气为主的精炼方法真空吹氧脱碳法（VOD）真空循环脱气吹氧法（RH-KTB法）,双罐位VD,59,常用炉外精炼法的工艺效果,60,炉外精炼方法的选择炉外精炼方法的选择主要取决于生产的钢种。不同产品对炉外精炼的功能有不同的要求，例如各种产品对精炼功能的一般要求厚板钢脱氢、脱硫、减少氧化物夹杂；钢轨脱氢；薄板脱碳、脱氧；管材脱硫、减少夹杂物；弹簧钢减少氧化物夹杂；轴承钢脱氧、减少氧化物夹杂、脱硫、改变硫化物形态；硅钢脱碳、脱氢、微调成分；不锈钢脱碳保铬、脱氢、减少夹杂物、降低成本,61,国际特钢界对机械用钢洁净度的要求,62,精炼方法的选择举例生产不锈钢的车间宜选用AOD或VOD精炼装置。AOD适用于产量大，钢种单纯，最低含碳量不低于0.03，而且应有充足氩气供应；VOD适用于不锈钢产量小，最低含碳量不大于0.01或产量虽大，但无充足氩气供货。如果不锈钢产量大，又有含碳量低于0.01的钢种，可考虑同时采用AOD和VOD，在这种情况下，AOD除生产碳含量0.03以上的一般不锈钢，还要为VOD提供碳含量0.2～0.03的初炼钢水，以便VOD在短时间内生产出碳含量低于0.01的高质量不锈钢。又如生产硅钢、深冲及超深冲钢等的炼钢车间应选择的精炼装置为RH-KTB和LF，而且铁水一般应经预处理，特别是高牌号硅钢，应进行脱硫、脱硅和脱磷处理。显然，从表中可看出，生产轴承钢应配备LF和VD精炼装置。,63,连铸是连续铸钢的简称，是把高温钢水连续不断地浇注成具有一定断面形状和一定规格尺寸铸坯的生产工艺。自上世纪50年代末，连铸在钢铁工业中成功应用以来，整个钢铁工业发生了巨大变化，现在连铸工艺已取代了传统的模铸工艺，一方面铸锭车间、均热炉和初轧机已被连铸机所取代，另一方面随着连铸技术的进一步发展正在改变着从炼钢到轧钢的工艺流程。,2.7连铸,64,连铸与模铸工艺流程比较,2.7.1连铸与模铸相比的优越性,65,连铸的优点简化了生产工艺省去模铸的脱模、整模、钢锭均热和开坯等工序，使基建投资省40，占地面积减少30，劳动力节省约75，同时缩短了从钢水到坯料的周转时间。提高金属收得率连铸消除了模铸的切头、中注管、汤道及开坯损失（而连铸仅切头、切尾和中间罐残钢），可提高金属收得率10～14。节约能耗连铸省掉均热炉的再加热工序，使能耗降低25～50。20世纪80年代末，铸坯热送和直接轧制的出现，进一步开辟了节能新途径。铸坯质量好浇铸条件稳定，可控性强，因此铸坯内部组织均匀，致密，偏析小，沿铸坯长度方向成分均匀、性能稳定。生产过程易于实现机械化、自动化，劳动环境得到了根本性的改善模铸是炼钢生产中最落后的工序，劳动条件恶劣，手工劳动多，劳动强度大。,66,2.7.2连铸机型及特点,现有各种连铸机的机型,67,连铸机的分类若按结构外形可把连铸机分为立式连铸机，立弯式连铸机，带直线段的弧形连铸机（直弧形），全弧形连铸机和水平连铸机等。立式连铸机主要特点铸机的主要设备布置在同一垂直线上，从钢水浇注到铸坯切成定长，整个工序是在垂直位置完成的，铸坯在切成定尺后，由升降机或运输机送到地面。从工艺上看，钢水是在直立结晶器和二冷段逐渐结晶，有利于钢水中非金属夹杂物上浮，坯壳冷却也较均匀，另外铸坯在整个凝固过程中不受任何弯曲、矫直作用，更适合于对裂纹敏感性高的钢种的浇注。立式连铸机设备高，建设费用大，设备的维护和铸坯的运送都比较困难。浇铸厚度为200mm左右的铸坯，铸机的总高度可达,68,25～35m。从工艺上来说，铸坯因钢水静压力大，鼓肚变形较为突出，这些是立式连铸机的主要缺点。立弯式连铸机立弯式连铸机是连铸技术发展过程中的一个过渡机型。这种机型的主要特点是它的上半部和立式相同，它保持了立式连铸机垂直方向进行浇注的特点，所不同的是铸坯完全凝固后，把铸坯顶弯90，铸坯在水平方向矫直、切割、出坯，这样可缩小铸机高度，铸坯的定尺也不受限制，由于在水平方向出坯，铸坯的运送也较为方便。,69,带直线段的弧形连铸机这种机型采用直结晶器，在结晶器下有2～3m直线段夹辊。带有液芯的铸坯经过直线段后被连续弯曲成弧形，然后又把已凝固带有液芯的弧形铸坯矫直，再切成定尺。这种连铸机的特点有在工艺上保留了立弯型连铸机的部分优点，钢水在垂直结晶器和二冷直线段内初凝过程中，非金属夹杂物有充分时间上浮，有利于高质量钢的浇铸。铸坯在带液相弯曲成弧形后，使这种铸机又具有弧形连铸机设备高度低，建设费用较低的特点。采用连续（或多点）弯曲和连续（或多点）矫直技术，可使铸坯在两相区不产生裂纹，是这种机型的技术关键。,70,弧形连铸机弧形连铸机结晶器是弧形的，二冷区夹辊安装在1/4圆弧内并向水平方向延伸，铸坯在垂直中心线切点位置被矫直，然后切割成定尺，从水平方向出坯，因此铸机高度基本上等于圆弧半径。它的高度比立式、立弯式要低，这一特点使得它的设备重量相对较轻，投资费用较低，设备安装维护较方便。由于设备高度较低，铸坯在凝固过程中承受的钢水静压力相对较小，可减小坯壳因鼓肚变形产生的内裂和偏析，有利于改善铸坯质量和提高拉速。弧形连铸机的主要问题是钢水在凝固过程中非金属夹杂物有向内弧聚集的倾向，易造成铸坯内部夹杂物分布不均，另外由于内外弧冷却不均，容易造成铸坯中心偏析而降低铸坯质量。,71,水平连铸机它的主要设备如结晶器、二冷段、拉矫机和切割设备均布置在水平位置上，它的结晶器和中间包是紧密连接的，在水口和结晶器连接处安装有分离环，另外拉坯时不是结晶器振动，而是拉坯机带着铸坯拉－反推－停不同组合的周期运动。水平连铸机的特点是设备高度低，投资省，建设周期短；钢水无二次氧化，也无须钢液面检测和控制；铸坯在水平位置凝固成形，不受弯曲、矫直作用；设备维护简单，处理事故方便。水平连铸机目前的主要问题是结晶器的石墨板和分离环的价格高，增加了铸坯的成本。水平连铸机比较适合于中小型企业用来浇注小断面的特殊钢和高合金钢的方、圆坯。,72,根据连铸机所浇注的断面尺寸和形状区分，连铸机可作如下分类,73,连铸机的机型选择在设计连铸车间时，首要的问题是要根据确定的产品方案（铸坯产量、生产钢种、浇注断面尺寸及比例等）确定一种合适的机型。影响机型选择的因素是多方面的，一般来说，选择机型时要满足钢种及断面规格要求，确保铸坯质量，既要技术先进又要经济合理，节省建设投资和生产操作费用。通常方、圆坯和异型坯连铸机多点矫直或连续矫直的弧形连铸机仍是当今首选机型。板坯连铸机生产中的连铸机中，弧形及直弧形占主导地位。近年来新建的板坯连铸机基本上都采用直弧形，已建的弧形连铸机也在逐步改造为直弧形连铸机。薄板坯连铸机目前国内采用的薄板坯连铸机连轧工艺主要有两种西马克公司开发的CSP工艺，其中的薄板坯连铸机为立弯式连铸机；意大利达涅利公司开发的FTSR工艺，其薄板坯连铸机为直弧形连铸机。水平连铸机比较适合小型厂用来生产小断面的特殊钢和高合金钢的方、圆坯。,2.7.3连铸机的机型选择,74,连铸机主要设备组成连铸机在线设备连铸机在线设备一般包括钢包回转台、中间罐及中间罐车、中间罐烘烤装置、结晶器、结晶器振动装置、二冷导向段和喷水装置、拉坯矫直机、切割设备、引锭杆和引锭杆存放装置、输出辊道、推/（拉）钢机、冷床等。对板坯连铸机通常还设有去毛刺机、打号机、堆垛/卸垛设备、热送辊道等设备。连铸机离线维修设备主要包括中间罐机设备维修用的各种台架、吊具、样板等。中间罐维修设备包括中间罐倾翻台、中间罐冷却台、中间罐修砌、喷补台及干燥台等。设备维修区设备包括结晶器组装及对中台、振动装置试验台和二冷区各扇形段的对中、检查、试验台和存放台等。,2.7.4连铸机主要设备组成,钢包回转台实物图,上装引锭杆系统,浸入式水口保护浇铸,,结晶器实物图,自主研发的新型结晶器液压振动,零段实物图,扇形段实物图,,,二冷室,拉矫机,二冷水控制系统,火焰切割机,,,双流板坯连铸机,87,为提高铸坯的表面质量及内部质量，确保生产无缺陷高温铸坯，提高铸机的生产能力，节能环保。现代连铸机上有选择的采用了下列中一些体现当今连铸技术发展水平的先进措施直弧形连续弯曲、连续矫直；带中间支撑的小辊径密排辊辊列；钢水罐下渣检测；加堰大容量中间罐；钢水全程无氧化保护浇注；电磁搅拌；中间罐钢水连续测温；结晶器液面控制；高拉速连铸（薄板坯）结晶器电磁制动（EMBR）；结晶器专家系统（漏钢预报及热相图）；,2.7.5连铸机装备水平,88,结晶器自动调宽；结晶器液压振动；二冷气雾冷却动态控制；扇形段远程自动调辊缝；动态软压下（动态凝固计算、液芯长度计算）主机设备的整体吊换及线外维修；最佳定尺长度优化切割控制；铸坯去毛刺、喷号、在线称量；铸坯火焰清理或修磨；计算机质量判定；计算机铸坯跟踪及管理技术；高温铸坯热送热装或直接轧制。,89,2.7.6工艺流程,连铸的一般生产工艺流程框图,90,从框图中可以看出铸坯运送到轧钢有三种方式热送热装合格坯用热送辊道直送轧钢加热炉前上料台架（或保温坑中）。热送直接轧制热坯直送轧机（CC-DR）或经保温炉后再送轧机轧制，薄板坯连铸连轧流程即是这种典型工艺。冷送对一些质量要求高的钢种（如不锈钢、轴承钢等高碳钢）需要缓冷、或生产中出现缺陷需下线清理的铸坯用冷送。,91,①连铸机浇注前的准备将修砌好并在干燥站干燥完毕的中间罐，用浇注跨的吊车运至浇注平台上的中间罐车上，再用浇注平台上的烘烤站将中间罐烘烤至～1100℃，同时中间罐水口也用水口烘烤装置烘烤到～1100℃；接通结晶器冷却水、二冷水、压缩空气、设备冷却水、液压、润滑等系统，使其处于正常状态；引锭杆送至结晶器内合适位置，并将引锭头在结晶器内塞紧，并填好冷却用废钢屑；火焰切割机用燃气、氧气等能源介质系统处于正常状态；各操作台、控制箱显示电气系统正常。,生产工艺流程简述,92,浇注操作转炉出钢经吹氩、精炼处理后，使钢水的化学成分、气体含量、温度等满足浇注要求。处理后的钢水包用吊车吊上钢水包回转台。钢水包由回转台转至中间罐上方，打开钢水包滑动水口，钢水流入中间罐，当中间罐内钢水深度达到浇注要求高度后即可开始浇注。经由钢水包进入中间罐的钢水，当其液面高度达到一定高度时，打开塞棒，此时钢水通过浸入式水口注入结晶器；当钢液在结晶器内上升到规定的拉坯位置时，启动操作箱上的“浇注”按钮，扇形段驱动辊按预定的起步拉速开始拉坯，与此同时，结晶器振动装置、二冷喷淋水、二冷室排蒸汽风机同时启动；结晶器内已凝固成坯壳带液芯的铸坯由引锭杆牵引离开结晶器下口，经足辊、弯曲段、弧形段往下移动，此时被压缩空气雾化的冷却水直接喷到铸坯上进行冷却；,93,弧形的铸坯进入矫直段被矫直，然后进入水平段；铸坯出水平段后与引锭杆脱离，引锭杆快速送至引锭杆存放辊道处，由引锭杆存放装置回收引锭杆；与引锭杆分离后的连铸坯按拉坯速度进入火焰切割机，火切机切掉约400～600mm左右长度的切头，掉入下部的切头收集箱内。以后的铸坯按要求的定尺切割；切割成定尺的铸坯经去毛刺后由输送辊道送到铸坯横移辊道，由铸坯横移装置横移并入连铸机热送辊道；铸坯经热送辊道直接热送至热连轧车间或堆垛吊运下线。,94,结束浇注当回转台上的空钢包从中间罐上方移出后，应随着中间罐钢水量的降低，逐步降低拉速，直至中间罐液面达150～300mm时（根据钢种）关闭中间罐塞棒、移出中间罐车至放渣位。当结晶器液面下降至结晶器上口以下500mm时按下“浇注结束”按钮，以通知跟踪系统，打开“清理机器模式”，铸机自动进入“尾坯”工作方式。随后，进行铸坯尾部“封顶”（搅拌排渣和喷水加速凝固）。确认“封顶”坚固时，以允许的最大拉速，快速将“尾坯”拉出。一旦“尾坯”离开结晶器，按“清理机器模式”按钮，操作自动进行（振动延时停止，驱动辊压力转换，调节喷水量设定值至最小值，依次一个区、一个区的关闭）。当“尾坯”离开二冷室后，清理机器过程结束。至此本次浇注全部结束，即可进行下一次浇注的准备工作。,95,第三部分炼钢连铸工程设计对辅助专业的一般要求,三电系统水道专业热力专业燃气专业通风专业检、化验设计内容储运专业（机械化专业）总图运输土建专业（建筑、结构）,96,3.1三电系统,主要任务供、配电；全部设备的操作、连锁控制及车间照明灯的设计。车间供电要求两路电源供电，每路电源均能承担车间全部用电负荷，供电电源AC3000v、300v、220v、36vDC24v,设插座箱设备操作控制目前炼钢连铸主体设备实行二级控制，全自动操作。①基础自动化级（一级）仪电合一的基础自动化级基本控制功能炼钢及连铸各种操作模式下的自动及手动操作。（包括断开工作状态）人机对话炼钢、连铸各种画面及图表的显示，各种参数设定和修改。,97,监测功能事故报警的处理、显示、纪录、打印，系统状态及设备状态监视。静态控制计算例如转炉系统各种辅原料投入总量、各分批辅原料投入时刻的供氧量、吹炼中副枪定碳时的供氧量、停吹时的供氧量等。连铸拉速及结晶器振动频率的比例关系计算等。炼钢、连铸设备运行状态跟踪控制，如连铸机引锭杆跟踪、铸坯跟踪及测长系统；转炉供氧管及副枪升降行程位置定位控制及测量等等。设备用冷却水及能源介质检测及回路控制。将设备状态送至过程机，并接受过程机下达的指令，以实现全线自动控制。另外，基础自动级还应在过程控制计算机离线时，系统能独立工作,98,②过程控制机（二级）计算机自动化系统，对炼钢、连铸生产进行优化控制，并负责生产管理。主要功能生产过程的动态模型计算。例如转炉吹炼过程中的动态模型计算，连铸二次冷却水的动态模型计算。材料跟踪连铸优化切割、质量跟踪及评估操作指南数据通讯，数据收集、处理和管理功能报表打印，事件纪录等车间照明分一般照明和主要操作区的强光照明和检修用安全照明灯等。,99,主要任务是按照工艺要求进行炼钢、连铸车间及辅助车间供、排水设计。用户点压力应按照设备冷却要求供水，例如转炉吹氧管及副枪水压要求1.0～1.2Mpa，连铸机结晶器冷却压力一般要求0.8～0.9Mpa，二冷喷淋水一般要求1.0～1.2Mpa，有的公司对方坯二冷水压力要求更高一些。其他炼钢及连铸设备冷却水压力0.3～0.6Mpa。水温进出水温根据水质确定，一般温升15～25℃，连铸结晶器温升应不大于10℃，超过10℃即报警。转炉吹氧管出水温度不应高于50℃，（进水33℃）。,3.2水道专业,100,水质应根据设备的要求不同而各异，一般冶炼设备的冷却水碳酸盐硬度≤200mg/L，悬浮物100mg/L，而现代板坯连铸机结晶器及设备冷却水的碳酸硬度≤20ppm，悬浮物≤20ppm。事故供水系统通常，炼钢及连铸的水处理系统应分别设置，即便泵站合一，供水系统也应独立。另外，连铸机供水还应设事故供水系统，以防止水泵断电，一般以设高位水箱（塔）居多，较便宜。高出地坪20～30m，但时间有限.容积按供水量的20～30，供水时间约20min。对小方坯连铸机通常仅结晶器设事故水系统。防断电方式也有备柴油发电机的，但维护费用高，平时不用，需要时要求30秒内务必启动。,101,转炉烟气冷却装置设计包括活动烟罩（裙罩，上、下烟罩）及汽化