转炉车间设计

转炉炼钢车间设计

转炉炼钢车间设计(engineering design of converter steelmaking plant)

以铁水为主要原料，向转炉内吹入空气或氧气，生产钢水并浇注成连铸坯或钢锭的车间设计。其设计范围主要包括转炉原料系统设计、转炉炉型和炉衬设计、转炉氧枪系统设计、转炉修炉系统设计和转炉复合吹炼设计等。其设计内容主要包括工艺流程选择、生产能力计算、设备选型，以及车间组成和布置等。

简史 19世纪中后期，英国人贝塞麦(H．Bessemer)和托马斯(S．G．Thomas)，先后发明了酸性转炉炼钢和碱性转炉炼钢，这两种方法的特点都是向转炉熔池中吹入空气。20世纪40年代大规模空气分离制氧获得成功，为转炉炼钢提供了廉价氧气，从而开创了用氧气代替空气炼钢的可能性。1952年世界上第一个工业性生产的氧气顶吹转炉炼钢车间在奥地利建成投产，由于纯氧顶吹转炉炼钢比其他传统的炼钢方法优越，因此，世界上许多国家相继建成一大批氧气转炉炼钢车间，使转炉的钢产量迅速增长，最大炉容量达到300t，有的甚至要更大一些，为适应冶炼中、高磷生铁的需要，在西欧一些国家还出现了喷石灰粉的氧气顶吹转炉炼钢法。20世纪60年代末，联邦德国和法国研究成功氧气底吹转炉炼钢，在欧洲、日本和美国建成了一批氧气底吹转炉炼钢车间。70年代后期，综合了顶吹转炉和底吹转炉两者优点的顶底复合吹炼转炉炼钢逢勃兴起，并迅速得到推广。20世纪60年代以前，中国的转炉炼钢基本上是使用小型空气侧吹转炉。中国第一个自行设计的30t氧气顶吹转炉炼钢车间于1964年在首都钢铁公司(原石景山钢铁公司)建成投产，以后又陆续建成了一批30～180t氧气转炉炼钢车间。与此同时，各地方钢铁厂还建成了一批小型氧气顶吹转炉。80年代上海宝山钢铁总厂建成了现代化的300t大型转炉炼钢车间。

工艺流程选择转炉炼钢生产工艺流程包括铁水、废钢、散状原料和铁合金4个原料设施系统和转炉冶炼控制、钢水炉外精炼、浇铸工艺、转炉修理和三废治理等操作。如图1所示。

铁水系统转炉炼钢车间的铁水供应常用的有4种方式。(见转炉原料系统设计)为了提高炼钢产品质量，改善消耗指标，铁水兑入转炉之前，需要对铁水进行预处理，如脱硫或再加脱硅、脱磷(见铁水预处理站设计)。

废钢系统废钢是氧气转炉炼钢的金属炉料之一。转炉在冶炼过程中，铁水中各元素氧化产生的化学热，除满足出钢温度要求外，还有富余热量，因此需要加入一定数量的冷却剂，而废钢是较为理想的冷却剂之一。废钢在加入转炉之前要进行加工处理，其外形尺寸、体积密度、有色金属和各种杂质含量等要符合转炉冶炼要求，并不得有密闭容器和爆炸物。存放时要按废钢性质进行分类堆放。

废钢加入转炉的方式有两种：一种是将废钢装入废钢料槽，利用加料跨起重机将废钢加入炉内，这种方式设备简单。操作方便，在转炉炼钢车间获得广泛采用；另一种是利用炉前或炉后操作平台上设置的地上废钢加料机，将废钢加入炉内。

散状原料系统转炉在冶炼过程中需要加入石灰、轻烧白云石、氧化铁皮、萤石和铁矿石等造渣原料。由于散状原料品种多，用量大，而且转炉冶炼周期短，冶炼过程中需要及时准确地将其加入炉内。散状原料系统由上料和加料两部分组成。上料系统包括低位料仓和上料设施。低位料仓的数量和容积主要取决于原料种类和日消耗量。转炉炼钢车间的散状原料上料设施广泛采用胶带运输机。对于一些上料量不大或总图布置受限制的中、小转炉炼钢车间，上料系统也可以采用单斗或多斗提升机。散状原料加料部分由高位料仓、振动给料器、称量斗、汇集料斗和加料溜槽等组成。高位料仓的数量，容积取决于物料种类和转炉每小时的耗量。散状原料的上料和加料操作可以自动控制，也可以人工操作。

铁合金系统铁合金的供应方式随炼钢车间规模幸专zhuan大小而有所不同。铁合金供应系统由运输、贮存、称量和投入等部分组成，有的炼钢车间还设置了铁合金烘烤炉。大型转炉炼钢车间铁合金用量较多，铁合金通过低位料仓、胶带运输机或提升机送到转炉跨高位料仓贮存，并通过振动给料器、称量斗和溜槽加入钢包。中、小型转炉炼钢车间铁合金用量小，一般是将铁合金运到转炉操作平台上的铁合金活动料仓中贮存，称量后通过叉式运输车或手推车运到炉后，经铁合金活动溜槽加入钢包。

设有钢水脱气装置的转炉炼钢车间，可以不设铁合金烘烤炉，未设钢水脱气装置的或者在气候比较潮湿的转炉炼钢车间，当冶炼一些对氢敏感的钢种时，需要考虑铁合金烘烤炉。

转炉冶炼控制转炉冶炼周期短，冶炼过程变化十分复杂，影响因素多。为了及时、准确地控制冶炼过程和确定吹炼终点，现代化的转炉炼钢车间都设置了完善的计量检测仪表和自动控制系统。转炉冶炼时通过控制铁水、废钢和各种散状原料的成分和加入量，并根据转炉冶炼需要，及时调整氧枪高度、氧气压力或氧气用量，以提高吹炼终点钢水成分和温度的命中率。不同容量的转炉应考虑不同的装备水平。大型转炉炼钢车间可采用副枪和电子计算机进行动态控制。中、小型转炉炼钢车间可考虑用微机按理论模型或经验模型进行静态控制，小型转炉也可以用人工控制吹炼过程。无论采用何种控制方式，要提高转炉吹炼终点的命中率，首先要求入炉物料质量高，成分要均匀稳定，其次是各种计量、检测仪表要求完善和准确，．这些是提高转炉自动化水平的前提条件。

钢水炉外精炼钢水炉外精炼是改善钢的纯洁度，提高钢水质量，扩大冶炼品种，以及协调转炉与连铸生产的重要手段。不同的钢水炉外精炼设施可以分别完成脱碳、脱硫、脱氧、脱气、成分和温度调整、去除非金属夹杂物或改变其形态，以及成分和温度均匀化等。炉外精炼的型式很多，应根据钢种和钢水质量要求进行选择(见钢水炉外精炼设施设计)。

浇铸工艺浇铸工艺对成品钢的质量、钢水收得率和成材率有直接影响。浇铸工艺有模铸和连铸两种类型。模铸又可分为地面(坑)浇铸和车铸两种形式。地面(坑)浇铸仅适用于小型转炉炼钢车间，大、中型转炉炼钢车间多采用车铸。按钢水注入锭模的方向不同，模铸又可分为上注和下注，其中下注应用较为普遍。(见模铸系统设计)。连铸工艺是将钢水直接浇成铸坯，其成材率大幅度提高，节能效果显著，因而发

展很快。新建转炉炼钢车间和旧车间改造，应优先考虑采用连续铸钢工艺，有条件的地方还应推广连铸坯热送或直接轧制。(见连续铸钢车间设计)

转炉修炉转炉冶炼过程中，炉衬受到化学、机械和高温作用而逐渐变薄，需要定期更换。修炉操作包括旧炉衬冷却、拆除和新炉衬修砌等工作。转炉炉衬修砌一般都在炉座上进行，修炉方法有两种：(1)修炉设备和炉衬砖从转炉下部进入炉内的下修法。此法进砖方便，修炉不与其他作业发生干扰，但要求炉底与炉身为“分离式”，多用于中、小型转炉。(2)修炉设备和炉衬砖从炉口上部进入炉内的上修法，其最大优点是保持转炉炉体的完整性，但固定烟道下段要求做成“活动式”。大型转炉基本上都采用上修法。为适应修炉作业的需要，还需配置拆炉机、修炉机和下修法用的炉底车等设备。

“三废”治理转炉在生产过程中将产生大量的废气、废水和废渣(简称“三废”)。为了保护环境，消除污染和开展综合利用，需要对“三废”进行治理。转炉冶炼脱碳期的烟气中含有较高的CO气体，经净化处理后可以回收利用，煤气回收量为每吨钢60～80m3(热值约为8000kJ／m3)。不能回收煤气的烟气，需经净化处理，，达到国家规定的排放标准后通过烟囱排入大气。转炉烟气采用湿法除尘时，将产生大量的洗涤污水，污水经沉淀处理后可循环使用，沉淀后的污泥进行脱水、成型和干燥后，可返回转炉作为造渣剂或送烧结厂作原料。采用干法除尘时，可将除尘干灰加粘结剂，经压块，于燥后返回转炉使用。转炉在生产过程中一般。每吨钢产生100～150kg钢渣。多数转炉炼钢车间用火车或汽车将钢渣运往弃渣场，这种方法占地多，同时容易污染环境，也有一部分转炉炼钢车间对转炉钢渣进行了加工处理和综合利用，同时回收渣中废钢。转炉钢渣的处理方法主要有水淬、风淬、热泼、盘泼、闷渣和激冷等工艺。经过处理的钢渣可返回烧结车间或高炉作为熔剂，也可以经进一步加工作为建筑材料，有的钢渣还可以作为肥料用于农业生产(见钢渣处理设施设计)。新建转炉炼钢车间应将“三废”治理和综合利用与主体工程同时设计和施工。

生产能力计算转炉炼钢车间年生产能力按下式计算：

式中Q为转炉炼钢车间年生产能力，t／a；1440为一天的分钟数，min／d；G为一座转炉平均出钢量，t；T为转炉平均冶炼周期，min；C为转炉年有效作业天数，d；n为转炉车间经常吹炼炉座数。

转炉平均冶炼周期根据转炉容量、原材料条件、冶炼钢种以及铁水预处理和钢水炉外精炼等设施的配置情况而异。以生铁为原料冶炼碳素结构钢时，可以参考如下数值：15～25t转炉取28～32min；30～50t 转炉取32～38min；100t以上转炉取38～45min。转炉年有效作业天数可按290～310d考虑。采用全连铸的转炉炼钢车间，需要考虑转炉和连铸机生产的配合关系，因此转炉年有效作业天数略有减少。

设备选型转炉炼钢车间的设备选型主要是确定设备的基本性能、技术参数、结构特点和进行数量计算等。转炉容量和座数主要取决于车间生产规模，一般转炉炼钢车间要配置2～3座转炉。转炉炼钢车间有两种生产操作方式：即二吹一(车间有2座转炉，经常吹炼1座)和三吹二(车间有3座转炉，经常吹炼2座)操作。转炉容量不宜过小，以利于降低原材料消耗，改善技术经济指标，同时也有助于采用炉外精炼技术。在满足产量要求的情况下一般尽可能选择炉容量大、炉座少的方案。复合吹炼转炉兼有顶吹和底吹转炉的优点，可积极推广采用。连铸机的台数、流数、曲率半径和连铸坯断面等参数主要由生产规模和产品方案

确定。连铸机的生产能力要与转炉生产能力相匹配，以实现连铸机的多炉连浇，提高连铸机的作业率和钢水收得率。钢水炉外精炼的形式很多，功能多样，可根据钢种质量要求和生产规模，选择不同的处理方法和确定处理装置的功能和座数。兑铁水和浇铸用起重机是转炉炼钢车间的重要设备，起重机的主钩起重量应根据铁(钢)水、渣和铁(钢)水包三者的重量之和来确定。不带龙门钩的起重机，还需考虑活动龙门钩的自重。起重机的台数由各种占用起重机的作业时间来计算。炼钢车间的起重机一般按重级工作制选用。

车间组成和布置转炉炼钢冶炼周期短，出钢次数频繁，原材料种类多，物流量大，因此在布置上尽可能减少各操作工序之间的相互干扰，使工艺流程合理，物料运输顺行。转炉炼钢车间宜接近炼铁车间，以减少铁水运输行程和温降损失，同时也可以缩短混铁车(铁水罐)的占用时间。转炉炼钢车间也要靠近轧钢车间，便于连铸坯热送轧钢车间。进行转炉炼钢车间总体设计时，特别是对分期建设的车间，要考虑今后的发展余地，如总图布置、辅助设施和公用系统的发展潜力。车间改、扩建时，应充分利用原有设备和建筑物，以降低工程费用。

转炉炼钢车间由主厂房、辅助设施和公用系统等组成。

主厂房由加料跨、转炉跨、浇铸跨(钢水接受跨)，连铸跨和出坯跨等组成。生产规模和工艺流程不同的车间，其主厂房跨间组成也有所区别。常见的转炉炼钢车问主厂房的平面布置如图2所示。

转炉炼钢车间主厂房采用多跨毗连布置。随着连铸工艺和钢水炉外精炼技术的发展，浇铸系统也往往由多跨厂房组成。主厂房三个主要跨间有加料跨一转炉跨一浇铸跨并列和转炉跨一加料跨一浇铸跨并列

两种布置形式。(1)加料跨一转炉跨一浇铸跨并列形式，炉下钢包车运行距离短，炉前操作平台采光和通风条件比较好。由于转炉跨在加料跨和浇铸跨之间，转炉跨高层框架厂房结构比较稳定。但转炉烟气净化系统的煤气管道和除尘污水槽的布置比较困难，且管路也比较长。这种布置形式在转炉炼钢车间设计中被广泛采用。(2)转炉跨一加料跨一浇铸跨并列形式，对转炉烟气净化设备的布置比较有利，烟气净化系统的烟气管道和除尘污水槽长度短；加料跨和浇铸跨的一部分厂房柱子可以公用，节省土建投资。但钢包车运行线路长，炉前操作条件差。这种布置形式在车间改造和小转炉炼钢车间使用较多。

氧气顶吹转炉炼钢车间常见的横断面布置如图3所示：

加料跨转炉兑铁水、加废钢和炉前冶炼操作均在加料跨进行。一般将转炉炼钢车间的铁水区和废钢区分别布置在加料跨的两端，中部为转炉炉前操作区。

高炉铁水通过两种主要途径供应转炉，即混铁炉或混铁车。混铁炉布置在加料跨，铁水吊运比较方便。也有个别车间为减少其对主厂房的污染，设置独立的混铁炉间，铁水经过跨线运至加料跨。混铁车供应铁水需设置倒罐站，多数车间将铁水倒罐站设在加料跨外侧的跨间内，铁水经过跨线运进加料跨，也有少数车间将铁水倒罐站设在加料跨内。铁水倒罐站一般为地坑式。

大型转炉炼钢车间废钢加入量较多，可在加料跨外设置独立的废钢间。废钢问一般与加料跨呈T字形布置，废钢装槽后通过2～4条过跨运输线送往加料跨。中、小型转炉炼钢车间的废钢区大都设在加料跨的一端，废钢在地坪上或地坑内存放。废钢存放时间取决于废钢来源，采用本企业返回废钢可取3～5d，外来废钢为10～15d。加料跨起重机的轨面标高，主要取决于加料跨起重机向混铁炉和转炉兑铁水以及向

转炉加废钢时所需的高度。加料跨的跨度应满足转炉炉前操作的需要，同时也要考虑铁水区和废钢区工艺布置的要求。加料跨厂房的长度包括转炉操作区、铁水区和废钢区厂房的长度。

转炉跨是转炉炼钢车间的核心部位。转炉、氧枪和供氧系统、副枪、散状原料加料系统、烟气除尘装置和烟道汽化冷却装置等均布置在转炉跨，有的车间还将钢水精炼装置也设在转炉跨。转炉跨为高层框架式厂房，按车间布置要求，一般设4～6层平台，其中主要的是转炉操作平台。

转炉跨的跨度主要取决于转炉容量、氧枪和副枪的位置、烟道汽化冷却装置、烟气除尘装置和散状原料加料系统等的布置。相邻两座转炉的中心距，需满足有关设备布置、工艺操作和设备检修的要求。转炉跨的长度与转炉座数、转炉之间中心距、以及钢包精炼炉的布置有关。转炉跨还需考虑楼梯、电梯和氧枪吊装孔的位置。转炉跨的厂房高度主要根据更换氧枪和副枪的起重机的轨面标高确定，同时也要兼顾烟道汽化冷却装置、加料系统和转炉烟气除尘装置的高度。

浇铸跨浇铸方法、浇铸能力对车间组成和布置有很大影响。浇铸方法主要取决于产品方案，对于生产275mm以下的小钢锭，一般采用地面浇铸或横向车铸。钢水浇铸、脱模和整模等作业集中在1～2跨厂房内进行。这种布置工艺流程简单，设备少，但劳动条件差，而且仅适用于小规模车间。生产规模较大、钢锭单重在2t以上的转炉炼钢车间，大都采用车铸工艺。车铸又分为纵向车铸和横向车铸两种形式(见模铸系统设计)。20世纪70年代以来，连铸技术获得迅速发展。新建转炉炼钢车间一般都采用全连铸工艺，车间技术改造也应积极推广这种工艺。多数转炉炼钢车间的连铸机采用横向布置，少数车间采用纵向布置。当转炉炼钢车间有多台连铸机时，连铸机分别布置在出钢线的两侧。为避免浇铸作业的相互干扰，应将钢水接受和浇铸作业分别安排在相邻两跨间内进行，也有将这两项作业集中在同跨内进行的。

辅助设施包括废钢配料间、铁水预处理站、散状原料转运站、转炉烟气净化和回收装置、污水处理装置、钢渣处理设施、炉前化验室、机修间、电气室以及各种仓库设施等。

公用系统包括车间变电所、空气压缩机站、乙炔站和水泵房等。此外在全厂性公用设施中还需设置氧气站、炉衬制造车间和石灰煅烧窑等。

技术经济指标转炉设计的主要技术经济指标见表。

转炉炼钢车间浇铸系统分为连铸和模铸两种形式，由于生产工艺不同，连铸坯和钢锭的消耗指标也有所差别，表中所列数据均为每吨铸坯的消耗指标。

相关词条：

转炉炼钢车间设计炼钢厂设计

合作编辑者：