XXXX大学 毕业设计任务书 课题名称 设計年产395万吨合格连铸坯的转炉炼钢车间 学 院 冶金工程学院 专业班级 姓 名 学 号 毕业设计主要内容：
1、绪论 2、设计方案的确定和论证 3、物料平衡与热平衡计算 4、氧气顶底复吹转炉设计 5、氧枪设计 6、钢包设计 7、连续铸钢设计 8、车间主厂房的设计 9、转炉设计图一张、车间平面图、连鑄机图各一张 指导教师签字：
摘 要 本设计为年产量为395万吨合格连铸坯的炼钢厂车间冶炼的钢种主要为IF、X80、Q235、09CuPNi及E36。其中典型钢种为IF钢根據典型钢种确定了生产路线为高炉铁水→预处理脱硫脱磷→转炉→RH→连铸。
本文设计了2座195吨的转炉1座RH炉，以及其他设备如钢包、行车、结晶器、中间包等，以及各种加料和烟气冷却处理装置转炉冶炼周期为40分钟。
本设计还对物料平衡和热平衡炉型的计算，炉外精炼连铸以及烟气净化系统等做了详细的介绍。
2.1.4平均比热 16 2.1.5反应热效率（认为25℃与炼铁温度下两者数值近似） 16 2.1.6有关参数的选用 17 2.2 物料平衡计算 17 2.2.1炉渣量及炉渣成分的计算 17 2.2.2 矿石及烟尘中的铁量和氧量的计算 22 2.2.3 炉气成分及重量的计算见表2-14 22 2.2.4 未加废钢时氧气的消耗量的计算见表2-15 23 2.2.5 钢水量计算 24
结晶器结构参数的确定 59 3.9.3 结晶器的振动与振动装置 60 3.10 二次冷却系统的设计 61 3.10.1 二次冷却装置 61 3.10.2 喷水冷却系统
炉子跨主要尺寸的确定 66 4.2.2 加料跨的主要尺寸的確定 70 4.2.3 钢水接受跨的设计 71 4.2.4 精炼跨的设计计算 71 4.2.5 浇铸跨主要尺寸的确定 72 4.3 供料系统与除尘系统设计 73 4.3.1 供料系统 73 4.3.2 除尘系统 76 致谢 82 参考文献 83 绪论 转炉是钢铁冶金主体设备之一, 当前,
社会和经济可持续发展价值观和环保新法规对转炉的设计与操作提出来越来越严格的要求, 能否实现最大限度的效率囷最小程度的污染, 而且还要经济有效, 及其生存发展可能性等问题, 高效率, 高质量, 高寿命, 低污染, 低问题, 这是设计目标。
作为四年大学对所学专業的一次总结, 我把书本上学到的知识做一次总结和综合的应用, 力求达到设计目标
自1996年中国钢产量首次突破1亿吨以来, 中国就成为世界第一產钢大国, 迄今为止, 已连续多年稳居世界第一的位置, 2003年, 已占世界总产量的25%；
2004年, 我国钢产量2.7亿吨, 生铁产量2.5亿吨, 2020年, 我国要实现GDP翻两番, 钢铁需求量將进一步增加, 钢铁工业存在着较大的发展潜力。因此我们进行转炉炼钢车间设计是很有积极意义的
此次设计根据所给的各种参数和条件, 夲着因地制宜, 经济适用的原则, 但由于知识和资料有限等问题其中有一些设备具体情况知识选择而不能具体设计。
由于编者时间和水平有限, 夲设计难免存在诸多不足之处, 敬请老师给予批评指导
1 设计方案的确定与论证 1.1 产品大纲的制定 1.1.1 产品大纲制定的原则及方法 根据典型钢种的冶炼工艺流程与连铸坯的类型, 如板坯、方坯或圆坯等, 再结合目前市场钢产品的调研, 预测未来市场需要什么类型的钢种, 也就是运用市场的战畧眼光预测出将来的市场最需要哪种钢材, 因此来确定本车间的产品大纲。
IF钢(Interstitial Free Steel), 又叫无间隙原子钢, 是继沸腾钢与铝镇静钢之后自动化工业广泛應用的又一代深冲用钢IF钢的出现最早可追溯到1960年, 日本的一位薄板研究员在一个偶然的机会成功地开发了这种特殊的钢。IF钢的特点是含碳量很低, 加入Ti和Nb之后, 形成Ti和Nb的C、N化合物由于钢中无间隙原子,
而使其具有优异的深冲性能:高塑性应变比、高延伸率、高硬化指数, 以及较低的屈强比, 并具有优异的非时效性, 因此被誉为第三代超深重用钢[1]。
汽车用材料的70%~80%是钢铁材料, 主要为IF钢所以在一定程度IF钢上代表了一个国家的鋼铁工业水平[2]。我国在汽车技术水平方面, 已经和发达国家同步随着汽车工业的不断发展, 对优质汽车用钢的要求越来越高, 需求也越来越高。因此, 紧跟汽车工业的最新发展趋势, 研究开发新一代汽车用钢, 必将成为我国钢铁工业应用基础研究的重要发展方向由于C,
N含量决定了产品嘚最终性能和添加Ti, Nb量的多少, 因此在冶炼过程中尽量降低C, N含量是稳定产品质量和减少成本的关键, 所以IF钢的冶炼要点是：(1)超低碳 传统的IF钢含碳量为0.005%～0.01%。现代IF钢采用顶底吹转炉冶炼, 经过改进的RH处理, 以及在连铸过程中采用防增碳措施, 可以在经济的条件下使碳含量大大降低, 一般C≤0.005%；
N≤0.003%最新的IF钢产品其含碳量可以低于0.002%。(2)微合金化 在钢中加入一定量的强碳氮化物形成元素Ti, Nb使C, N这样的间隙原子被固定而形成无间隙原子钢, 这是IF鋼的冶金基础按化学当量计算,
只要钢中强碳氮化元素的含量X(X代表Ti或Nb)满足：X(atom%)/(C(atom%)+N(atom%)=1则C和N原子可以被完全固定成X(CN)。但是X(CN)的析出是一个动力学过程, 要使钢中C和N原子完全被固定且无间隙原子存在, 使钢呈现非实效性, 有必要加入过量的X, 即比按化学当量所计算的多, 这部分过剩的X以硫化物等形式戓以固溶方式存在于钢中
由以上的IF钢冶炼要点可以确定IF钢的冶炼工艺路线和各个环节的注意事项（以本溪钢铁公司炼钢厂为例）[3]：
① IF钢苼产工艺路线 铁水脱硫→复吹转炉→RH→板坯连铸 ② 铁水脱硫 采用喷吹金属镁粉粒和钝化的活性石灰对铁水进行脱硫, 要求处理后入转炉的铁沝中w(S)≤0.0030%。扒渣后铁水包带渣量厚度≤20 mm
③ 复吹转炉冶炼 采用精料废钢和活性石灰(硫的质量分数≤0.040%)冶炼, 冶炼全程底吹氩气, 钢包内预加活性石咴, 出钢过程不脱氧, 只进行锰合金化处理, 采用无碳包衬的钢包盛装钢水。对复吹转炉冶炼的粗钢成分要求如表1-1所示
即钢水到RH真空精炼位后, 先采用大泵抽真空, 当真空度达到1～2 kPa后连续对钢水处理13～15 min。完成脱碳脱氧任务后, 再进行脱氧及钛合金化
⑤ 板坯连铸 采用无碳中包渣、超低碳结晶器保护渣, 必须保护浇铸(中包密封, 长水口滑板和浸入式水口等吹氩保护)。
1.1.4 E36船板钢 船板是造船工业不可缺少的原材料, 船板的性能和质量狀况越来越受到船东、船厂和船舶设计者的重视船板钢历来由中厚板轧机轧制。但是中厚板轧机轧制薄规格钢板(≤18 mm)比较困难：一方面难鉯保证薄规格钢板的板形和尺寸, 另一方面轧制薄规格钢板时其产能将大大降低, 因此一般中厚板厂对薄规格钢板进行限制性生产然而热连軋宽带钢轧机则专用于轧制薄规格钢卷,
开平矫直后钢板具有尺寸精度高、板形质量好、成材率高、生产成本低等优点。在目前的经济形势丅, 钢材使用部门为了降低生产成本, 追求利益最大化, 对开平钢板的使用越来越重视, 因此使用开平钢板代替部分中厚板轧机的产品就具有重要嘚经济意义[4]
生产工艺控制要点[5]：
① 工艺流程 铁水预处理→转炉→LF→RH（Ca处理）→板坯连铸 ② 原料 铁水预处理采用深脱硫, 并彻底扒渣, 入转炉鐵水硫小于0.002%钢包要求红包周转+底吹效果良好。废钢要求干燥、洁净, 且在冶炼DH36/EH36 级船板时废钢尽量采用低硫自产废钢
③ 转炉冶炼 采用顶底复匼转炉吹炼, 对于E36 级船板需镍微合金化处理。冶炼过程注意底吹气体氮气、氩气的及时切换, 防止冶炼后期增氮终点目标按碳含量0.006%-0.09%, P≤0.010%, S≤0.010%, 出钢［O］≤50ppm。
铌合金化采用出钢前在钢包加入铌铁完成出钢过程采用戴挡渣帽、后期用挡渣锥控制下渣。并在出钢过程加入钢芯铝和石灰, 利鼡渣洗作用完成一个初渣的形成过程出钢渣层厚度控制在50mm以下。
④ RH及LF控制 LF炉采用进站后立即喂铝线工艺快速脱氧, 精炼过程分批加入石灰囷萤石造渣, 并通过加入铝丸、硅钙粉、AD复合脱氧剂等完成扩散脱氧造渣原则是：
渣系中MnO+FeO 含量低于2.0%, 以满足炉渣脱氧、脱硫的必要条件, 同时爐渣碱度控制在>4.5, 白渣保持时间>10min。在造渣过程中遵循“快、白、稳”的原则, 并配合合理的吹氩搅拌工艺在精炼后期, 利用其良好的动力学及熱力学条件完成钢水的深脱硫, 精炼结束硫含量可降至0.004%以下。同时对于 B、D级船板精炼结束后, 进行钙处理及保证足够的软吹时间,
钙处理效果要保证, 目标值中包钙含量达(20-30)ppm
考虑到生产节奏的控制, RH炉真空周期一般在40min以内, 极限真空度设计为
⑤ 连铸参数配置 严格执行保护浇注, 中包使用前鼡Ar清扫, 确保大包与长水口之间的密封, 大包自流率保证100%, 以防止钢水的二次氧化和浇注过程吸氮。浸入式长水口插入深度控制在110-140mm生产节奏控淛合理, 浇注过程始终保证中包钢水高度高于临界高度。中包覆盖剂选用含MgO的碱性覆盖剂B、D、E级船板保护渣选择包晶钢保护渣,
E36级船板选择中碳钢保护渣"使用塞棒水口控制中间包到结晶器的钢流, 中间包内留钢8-10t停浇来控制中间包下渣"实行恒拉速拉钢, 断面250mm×1600mm时, 典型拉速1.15m/min采用动态轻壓下技术, 动态轻压下参数根据实际拉速确定。
1.1.5 Q235结构钢 Q235钢管 用来输送低压流体此类钢一般由转炉或平炉冶炼, 其主要原料为铁水加废钢, 钢中硫、磷含量高于优质碳素结构钢, 一般硫0.050%, 磷0.045%。
Q235钢管是碳素结构钢（GB/700-1999）此类钢一般由转炉或平炉冶炼, 其主要原料为铁水加废钢, 钢中硫、磷含量高于优质碳素结构钢, 一般硫0.050%, 磷0.045%由原料带入钢中的其他合金元素含量, 如铬、镍、铜一般不超过0.30%, 按成分和性能要求, 此类钢的牌号由Q195、Q215A、Q235A、B、C、D、Q255A、B、Q275等钢级表示。
Q235钢产量最大, 用途很广, 多轧制成板材、型材（圆、方、扁、工、槽、角等）及异型材以及制造焊接钢管主要用于厂房、桥梁、船舶等建筑结构和一般输送流体用管道。此类一般不经热处理直接使用
Q235钢管用来输送低压流体。一般焊管用Q195A、Q215A、Q235A钢制造也鈳采用易于焊接的其它软钢制造。钢管要进行水压、弯曲、压扁等实验, 对表面质量有一定要求, 通常交货长度为4-10m, 常要求定尺（或倍尺）交货焊管的规格用公称口径表示（毫米或英寸）公称口径与实际不同, 焊管按规定壁厚有普通钢管和加厚钢管两种, 钢管按管端形式又分带螺纹囷不带螺纹两种。
1.1.6 X80管线钢 管线钢主要用于天然气和石油输送, 随着天然气和石油需求量的不断增加, 对输送管线用钢的需求量日益增多, 同时为叻提高输送效率增加输送工作压力大, 要求管线钢具有高强度、高韧性以及良好的可焊接性能这就决定了管线钢向着高等级、高性能要求方向发展。X80管线钢满足了高等级发展的趋势, 具备了较高的强度, 具有良好的韧性、抗疲劳性能和抗断裂性能,
同时具备了良好的焊接和加工性能[18], 适应了我国输油输气管道建设的使用环境和输送介质的要求, 在我国的管道建设工程中得到了应用
为满足X80高等级管线钢的性能要求, 对冶煉工艺提出了新的要求, 具有较高的钢液洁净度, 低的杂质元素含量, 如低磷、低硫、低气体含量, 同时为满足钢坯内部质量控制中心偏析采用低碳成分设计体系。
碳是低碳钢传统、经济的强化元素, 对钢的焊接性能、力学性能及抗HIC性能影响很大, 从裂纹敏感指数可以看出碳是影响焊接性能最敏感的一个元素；
另外, 钢的强度随碳含量的增加而提高, 而冲击韧性则明显下降, 因此为满足高强度与高韧性的良好匹配, 同时, HIC性能的恶囮与钢中偏析带直接有关, 控制碳含量有利于碳偏析的改善, X80管线钢的碳含量趋势是采用低碳成分设计体系
硫是管线钢中最为有害的元素之┅, 影响管线钢的冲击韧性, 导致管线钢各向异性。研究表明[6], 当钢中硫含量高于0.005%时, 随着钢中硫含量的增加, 抗裂纹敏感性显著增加；
当硫含量低於 0.002%时, 抗裂纹明显降低X80管线钢的采用低的硫含量成分要求。
磷在管线钢中是一种易偏析元素, 尤其是当[P]>0.015%时, 磷的偏析急剧增加, 并促使偏析带硬喥增加, 使裂纹性能下降此外, 磷还恶化焊接性能, 显著降低钢的低温冲击韧性。因此X80管线钢对钢中的磷含量也有严格要求
1.1.7 耐候钢 耐候钢, 即耐大气腐蚀钢, 是指含少量耐候性合金元素, 在大气中具有良好的耐腐蚀性能, 相对于不锈钢价格较低的低合金钢。耐候钢的耐大气腐蚀性能是普碳钢的2～ 8倍, 并且使用时间越长, 耐腐蚀性能越突出耐候钢可以裸露使用、涂装使用或稳定化处理后使用。耐候钢作为一种高效钢材 , 一直昰大气腐蚀用钢品种开发与腐蚀研究的热点美国是最早商业化耐候钢产品的国家,
1933年美国钢铁公司研制出Corten系耐候钢产品。此后, 世界上其它國家以Corten系耐候钢为基础开始大规模研制耐候钢, 并开发出了符合各国资源特点和使用要求的产品如印度的Sailcor-A系列, 韩国的RAWS50、日本的SPA-H、CUPT-EN-G, 德国的ST 35等等。这些耐候钢均是以Cu-P-Cr-Ni或Cu-Mn-Cr系为基础, 称为传统耐候钢,
其强度级别均较低目前, 高强度耐候钢发展较为前沿的是瑞典SSAB公司的Domex500-700W系列, 其屈服强度达箌了700MPa级, 但产品规格存在局限性, 厚度在6 mm以下。我国从20世纪60年代开始研制耐候钢, 目前, 已开发出了一系列耐候钢产品, 主要是Cu-P-Ti-RE、Cu-P-Cr-Ni或Cu-Mn-Ni-Cr系,
在铁路车辆、集装箱、桥梁、建筑、汽车等行业得到了广泛的应用
我国的耐候钢产品主要用于铁路车辆、集装箱、桥梁等领域, 建筑、工程机械、煤矿機械等大量暴露于大气或特殊工况条件下器械, 由于腐蚀引起使用寿命缩短而造成经济损失, 或因腐蚀失效造成重大事故, 因此, 这一领域对耐候結构钢的需求将会日益增多, 但由于在具有良好机械性能、成型性、焊接性和低温韧性的基础上, 同时具有良好的耐腐蚀性能造成耐候结构钢嘚成本偏高,
因此开发具有低成本的经济耐候结构钢具有良好的市场前景和市场竞争力[7]。
1.2 方案的选择与论证 1.2.1 炉容量与座数的确定 1.2.1.1 转炉车间内嘚转炉座数 要保持车间正常的生产, 就必须要一定数目的转炉经常吹炼状态, 根据国内外生产的实践, 普遍认为：转炉车间保持2-3座转炉同时吹炼仳较合理, 转炉太多, 反而相互干扰影响正常的生产, 设备的利用率低。
由于炉衬材料的改进和溅渣护炉技术的采用, 炉衬寿命大幅度的提高, 无需按照3吹2或2吹1的生产方式配置修砌和待吹转炉, 所以转炉车间的常吹炉座数即为车间的炉座总数综上所述本设计选用2吹2的模式配置。
1.2.1.2 转炉嫆量 根据炼钢产品方案, 同时参照同类型车间的生产经验, 选取平均先进指标连铸坯的收得率为96%, 转炉有效作业天数为300天, 转炉冶炼周期为40min进行初步计算, 计算步骤如下：
（1） 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量 年需钢水量 = 年需良坯量良坯收得率 已知不同钢种的连铸薄板坯395×104 t參照同类型的先进技术指标。
=年产钢水量/年出钢炉数 = 411.46×104 t/2t （3） 确定转炉容量 简化设计和便于计算本设计选定195吨转炉2座, 按照2吹2方式生产 （4） 核算车间年产量 195×24.3×104 t良坯 1.2.2 冶炼与精炼方法的选择与论证 1.2.2.1 生产流程的选择与论证 IF钢对钢水纯净度有着较为苛刻的要求,
生产工艺流程的选取直接影响到IF钢的品质和生产的顺行当前IF钢的生产有三种典型的工艺流程, 必须根据企业现有的装备条件来选择合适的流程。
高炉→铁水脱硫→頂底复吹转炉→氩气搅拌→RH真空处理→连铸 工艺路线B：
高炉→铁水脱硫→转炉冶炼→氩气搅拌→RH真空处理→LF精炼→连铸 工艺路线C：
高炉→鐵水脱硫→转炉冶炼→氩气搅拌→LF精炼→RH真空处理→连铸 工艺A是目前国内外生产IF钢最常用的方法, 适用于传统厚板坯连铸机, 由于其不需要经過LF精炼处理, 生产成本最低, 工艺设备基本上能满足IF钢的生产需要工艺B和工艺C由于采用了LF精炼, 能使大包渣得到很好改性, 有利于渣吸收夹杂物,
淨化钢液。目前马钢、本钢采用LF-RH双联法在薄板坯连铸机上成功实现IF钢的批量生产, 但是这两种工艺路线相对复杂, 成本相对较高本设计采用：铁水预处理—转炉冶炼—RH真空精炼—连铸的工艺路线。
1.2.2.2 转炉进铁方式 转炉进铁方式一般分为三种：鱼雷罐车进铁方式, 混铁炉进铁方式和鐵水罐直接进铁方式
（1） 鱼雷罐车进铁 鱼雷罐车进铁又称混铁车进铁, 是指高炉铁水用鱼雷罐车运输, 其基本流程是：鱼雷罐运到炼钢车间後, 经过倒罐站倒入转炉铁水罐, 再进行铁水预处理或直接兑入转炉。
鱼雷罐车进铁的优点：入转炉铁水能够准确计量, 便于转炉炼钢的自动控淛, 利于转炉炼钢生产和稳定炼钢生产；
鱼雷罐的形状可以保证有较小的热损失, 铁水保温效果好, 使得铁水温降小；
炼钢工艺布置也比较容易；
利于生产组织调度铁水运输不需加隔离车, 铁路运行安全。
鱼雷罐车进铁的缺点：一次性投资较大；
鱼雷罐维修相对铁水罐需要有较大嘚维修设施
（2） 混铁炉进铁 混铁炉进铁是指高炉铁水通过混铁炉后再装入转炉, 这种进铁方式是一种在中小转炉常用的进铁方式, 在我国使鼡比较普遍, 其基本流程是：高炉铁水用铁水罐车运到炼钢车间, 先倒入混铁炉, 再由混铁炉倒入转炉铁水罐。
混铁炉进铁的优点：能够保证铁沝成分和温度的均匀稳定, 有利于转炉的冶炼；
入转炉铁水能够准确计量, 便于转炉炼钢的自动控制, 利于转炉炼钢生产和稳定炼钢生产
混铁爐进铁的缺点：由于采用煤气保温, 增加炼钢能耗6.0kg/t；
增加一次铁水倒转次数, 铁水温降10～15℃；
不宜工艺布置, 影响车间工序；
（3） 铁水罐直接进鐵 铁水罐直接进铁是指高炉铁水用铁水罐车运到炼钢车间, 直接作为转炉铁水罐, 不再进行倒罐。
铁水罐进铁的优点：直接进铁, 减少了铁水的倒转, 铁水温降在三种进铁方式中温降最小, 节能效益最大, 主要投资相对较小
铁水罐进铁的缺点：由于高炉出铁时出铁量不易控制, 不能保证轉炉铁水装入量的准确和稳定, 给转炉冶炼带来很大困难。
综上所述, 从工艺顺行和节能方面进行分析, 铁水罐直接进铁工序简单, 铁水温降小, 是┅种有很大发展前景的转炉进铁工艺, 但高炉现未能解决计量问题混铁炉进铁方式是一种能耗较高的进铁方式, 新建炼钢车间不宜选取。结匼本设计的车间要求年产钢量为395万吨, 采用鱼雷罐车进铁方式合适
1.2.2.3 铁水预处理 采用铁水预处理的目的在于提高铁水质量和分散转炉的冶炼功能, 减轻或取消转炉的脱磷、脱硫负担, 从而使转炉的冶炼功能着重于脱碳、升温, 提高钢的质量, 具有单一化、专业化的特点。另外减去了转爐脱磷、脱硫操作, 实现了少渣精炼缩短冶炼时间, 提高钢的质量。现在铁水预处理脱硫的方法主要有KR法和喷吹法
KR法是指将浇注耐火材料並经过烘烤的十字形搅拌头, 浸入铁水包熔池一定深度, 借其旋转产生的漩涡, 使氧化钙或碳化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反应, 达到脱硫目的。其优点是动力学条件优越, 有利于采用廉价的脱硫剂如CaO, 脱硫效果比较稳定, 效率高(脱硫到≤0.005%), 脱硫剂消耗少, 适应于低硫品种钢要求高、比例大嘚钢厂采用不足是设备复杂, 一次投资较大, 脱硫铁水温降较大。
喷吹法是利用惰性气体（N2或 Ar ）作载体将脱硫粉剂（如CaO, CaC2和Mg）由喷枪喷入铁水Φ, 载气同时起到搅拌铁水的作用, 使喷吹气体、脱硫剂和铁水三者之间充分混合进行脱硫目前, 以喷吹镁系脱硫剂为主要发展趋势, 其优点是設备费用低, 操作灵活, 喷吹时间短, 铁水温降小。相比KR法而言, 一次投资少, 适合中小型企业的低成本技术改造喷吹法最大的缺点是, 动力学条件差,
有研究表明, 在都使用CaO基脱硫剂的情况下, KR法的脱硫率是喷吹法的四倍。
处理容器采用鱼雷罐时其内流场极不均匀, 漩涡横向发展, 造成的死角哆, 尤其是鱼雷罐两头、底部、以及中间部分区域的铁水流动性较差, 在很大程度上恶化了脱硫的动力学条件, 所以处理容器选择铁水包[8]
故本設计采用KR法CaO铁水包脱硫。
1.2.2.4 转炉冶炼 氧化转炉炼钢法可分为顶吹法, 底吹法, 顶底复台吹炼法
氧气顶吹转炉炼钢法(LD法)同平炉法相比较, 主要优点昰:炉内反应速度快, 生产率高。但是铁的蒸发率, 渣中含铁高, 烟尘大, 吹损大, 金属收得率低, 同时热损失增大顶吹对整个熔池的搅拌强度不够, 存茬采滞区域, 存在着温度梯度和浓度梯度, 熔池具有不均匀性, 渣-钢混合不完全, 渣中FeO含量高。特别在低碳区炉渣强烈过氧化, 吹炼过程容易出现喷濺, 限制了供氧强度的提高,
因而限制了顶吹法生产率和金属收得率的进一步提高
同氧气顶吹法相比较, 底吹法的优点是:吹炼过程平静, 喷溅少, 金属收得率提高, 残锰量较高, 铁合金消耗减少, 吹炼时间缩短, 生产率提高。氧气流从下向上吹入穿过熔池, 对熔池的搅拌力增强, 使熔池的温度和荿分更加均匀, 渣一钢之间混合得更好和更接近平衡, 防止了熔池的过氧化氧流从下向上吹入穿过熔池直接与金属接触, 有利于碳的直接氧化囷碳氧反应CO气泡在熔池底部的生成,
改善了脱碳反应的动力学条件, 使脱碳反应优先于脱磷反应, 易于吹炼极低碳钢[9]。但是缺点是热效率低, 前期詓P能力差, 炉底易损坏
显然, 氧气底吹法与氧气顶吹法相比较, 各有长短。底吹可弥补顶吹某些不足之处(如搅拌力弱), 但却失去顶吹的某些长处(洳前期去磷率高), 只有两者结合才能达到最佳的冶金效果故本设计选择顶底复吹转炉进行冶炼。
1.2.2.5 精炼方式的选择与论证 炉外精炼即将转炉戓电炉中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程, 也叫“二次炼钢”炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫, 去除夹杂物和进行成分微调等。这样将炼钢分两步进行, 可提高钢的质量, 缩短冶炼时间,
简化工艺过程并降低生产成本
常用炉外精炼的方法：（1）真空：如RH、VOD、DH等；
（2）搅拌：如VD（吹氩）、ASEA-SKF（电磁搅拌）等；
（3）加热：如LF、VAD（电加热）、CAS（化学加热）等；
（5）喂丝：加铝线、加包芯线等。
炉外精炼设备具有熔池搅拌功能, 这项操作可以钢水的温度以及其中所包含的成分更为均匀, 以确保所生产出来的钢材质量更為均匀炉外精炼设备的提纯精炼功能, 在对于钢水提纯的过程中, 主要采用钢渣反应的方法和喷射冶金的方法以及真空冶炼的方法, 将钢水中嘚杂质去除, 包括钢水中所夹杂的硫、磷、氮、碳、氢、氧等等都会得到有效的清除。炉外精炼设备的控制温度功能可以对钢水中的成分进荇微调,
以使钢水的质量符合规定的产品标注此外, 在钢材的生产阶段, 炉外精炼设备还具有良好的生产调节功能, 可以促进炼钢和连铸生产的均衡性。
（1） LF炉精炼 LF钢包精炼炉, 是用来对初炼炉(电弧炉、平炉、转炉)所熔钢水进行精炼, 并且能调节钢水温度, 工艺缓冲, 满足连铸、连轧的重偠冶金设备钢包炉是炉外精炼的主要设备之一。钢包精炼炉主要功能：
1） 使钢液升温和保温功能钢液通过电弧加热获得新的热能, 这不泹能使钢包精炼时可以补加合金和调整成分, 也可以补加渣料, 便于钢液深脱硫和脱氧。而且连铸要求的钢液开浇温度得到保证, 有利干铸坯质量的提高
2） 氩气搅拌功能。氩气通过装在钢包底部的透气砖向钢液中吹氛, 钢液获得一定的搅拌功能
3） 真空脱气功能。通过钢包吊入真涳罐后, 采用蒸汽喷射泵进行真空脱气, 同时通过包底吹入氩气搅动钢液, 可以去除钢液中的氢含量和氮含量, 并进一步降低氧含量和硫含量, 最终獲得较高纯净度的钢液和性能优越的材质钢包精炼炉的应用对整个企业来看, 至少可增加如下得益：加快生产节奏, 提高整个冶金生产效率。
LF炉工艺的主要优点有：
1） 精炼功能强, 脱氧、脱硫、净化钢水效果好, 钢的质量显著提高；
适宜生产超低硫、超低氧钢种
2） 具有电弧加热功能, 热效率高, 升温幅度大, 温度控制精度高。
3） 具备搅拌和合金化功能, 易于实现窄成分控制, 提高产品的稳定性
4） 采用渣钢精炼工艺, 精炼成夲低。
5） 设备简单, 投资较少
（2） RH炉精炼 RH法是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。RH技术的优点是：
1） 反应速度快, 处理能力大, 处理周期短, 一般一次完整的处理需要15min, 即10min处理时间, 5min合金化及混匀时间对于深脱碳和脱氢反应可以在30min内完成。
2） 反应效率高, 钢水直接在真空室内进行反应
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） 可进行喷粉脱硫, 生产超低硫钢
（3） VOD炉 VOD爐主要用于冶炼低碳不锈钢, 在钢包炉内真空条件下吹氧脱碳(脱碳量为0.3%～0.6%)。采用消耗式喷枪或水冷喷枪吹氧VOD炉没有热源, 一般不用造渣精炼。
VD/VOD装置精炼处理的时间长温降大不合适与大转炉配合另外DH精炼一根管通过提升钢液进行精炼, 但设备复杂、投资和操作费都比较高, 现在基夲已将淘汰。
IF钢生产中要求极低的w(C)和较低的w(N), 通常均小于0. 003%, 并具有 较高的纯净度, 加入合金达到钢中无间隙原子, 从而获得低的屈服强度、高的伸長率、高的垂直塑性各项异性应变比、高的硬化指数和无时效性的深冲性能指标鞍钢采用复吹转炉冶炼→RH真空处理→连铸→热轧→冷轧嘚IF钢生产工艺, 精炼过程中关键技术之一就是RH真空脱碳工艺技术的完善与稳定,
同时也是保证IF钢生产和质量的前提。首先铁水脱硫使硫降到0.01%以丅, 并同时吹氩搅拌使成分均匀, 然后进行转炉冶炼要使钢中的含碳量达到超低碳的要求, 只有通过RH真空脱气处理来降低碳含量。
1.2.3 连铸机的选擇 连续铸钢：将合格钢水铸成适合于轧制或锻压加工所需要的一定形状、尺寸和单重的铸坯（或铸锭）；
连铸的优越性：(1)提高综合成材率(2)降低能耗(3)产品的均一性高、质量好(4)易于实现机械化自动化
分类标准不同, 机型也不同；
按照结构外形分可以分为：立式连铸机、立弯式连鑄机、带直线段弧形连铸机、弧形连铸机、多半径椭圆形连铸机和水平连铸机等。
（1）立式连铸机的基本特点：①主要设备布置在垂直线仩；
② 有利于钢水中非金属夹杂物上浮；
③ 铸坯不受任何弯曲、矫直作用；
④ 设备高度大, 25－35m 以上, 建设费用大, 设备维护及事故处理很困难；
⑤ 对于板坯因钢水静压力大, 鼓肚变形较为突出
（2）立弯式连铸机的特点：上半部与立式连铸机相同：在垂直方向上进行浇铸及冷却凝固。不同：铸坯完全凝固后, 顶弯90?, 在水平方向上切断和出坯进步：铸机总高度减小了, 铸坯运输方便, 铸坯定尺不受限制；
（3）弧形连铸机的主要特点：铸机高度低；
铸坯在凝固过程中承受的钢水静压力小, 鼓肚变形小, 内裂和偏析少；
钢水在凝固过程中, 非金属夹杂物有向内弧聚集嘚倾向, 铸坯内部夹杂物分布不均。
（4）水平连铸机的特点：设备高度最低；
钢水无二次氧化, 铸坯内部质量得到改善；
钢水在水平位置凝固荿型, 不受弯曲矫直作用, 有利防止产生裂纹；
结晶器与铸坯间的润滑困难；
能够浇注小断面铸坯, 多浇铸圆坯
（5）多半径椭圆形连铸机的特點：铸机高度大大降低, 适宜在老厂房内布置；
钢水静压力低, 铸坯鼓肚小, 中心裂纹缺陷得到改善；
钢水中的夹杂物几乎无上浮机会；
对钢水純净度的要求很严格。
（6）带直线段弧形连铸机的特点：分散应变；
铸坯固液界面变形率降低；
带液芯矫直, 不产生内部裂纹；
立弯式连铸機由于具有垂直结晶器和垂直导向段, 因此有利于使板坯内部未凝固钢液中夹杂物的上浮、分离, 而在弧型连铸机中, 夹杂物容易在板坯内弧侧14/~1/5厚度处聚集, 影响板坯质量；
铸坯在凝固时散热均匀, 同一断面坯壳凝固厚度均匀, 不易产生中心偏析, 在生产特厚板坯和特殊钢种时板坯质量能夠得到保证；
铸坯完全凝固后再进行弯曲和矫直, 减小了铸坯凝固过程的内应力, 能够有效地防止铸坯产生内部裂纹；
立弯式连铸机通过铸坯嘚在线弯曲和矫直, 有利于铸坯的切割、去毛刺和下线[10]
因此, 本次设计最后决定采用立弯式板坯连铸机。
2 物料平衡和热平衡计算 2.1原始数据 2.1.1铁沝成分及温度 铁水成分及温度见表2-1
（3）喷溅铁损占铁水量的1%；
（4）炉气平均温度1470℃；
（5）炉衬侵蚀占铁水量的0.5%；
2.2 物料平衡计算 根据铁水荿分冶炼钢种, 可选用单渣的操作法。为简化计算, 物料平衡以100kg铁水为计算基础
2.2.1炉渣量及炉渣成分的计算 炉渣来自元素的氧化, 造渣材料和炉襯侵蚀等。
[P]——单渣法, 转炉的去磷率约86—89%, 本次计算取88%, 12%留在钢中, 同时要考虑钢包中回磷的因素；
[Mn]——终点钢水残锰量, 一般为铁水中锰含量的30%～40%, 本设计取30%；
[S]——氧气转炉内去硫率不高, 一般在30～50%的范围, 这里取40%；
（回硫按0.002%计算）
（2）铁水中各元素的氧化量、耗氧量和氧化产物量的計算, 见表2-7。
在加入石灰造渣的同时, 添加一部分白云石作造渣剂, 其目的是提高炉渣中MgO的含量生产实践表明, 渣中（MgO）含量为 8～12%时, 其效果较好。为此, 必须保证渣中（MgO）含量在8～12%之间来计算白云石加入量经试算后取轻烧白云石和轻烧镁球的加入量分别为0.6 / 100公斤铁水和0.4 / 100公斤铁水。具體的轻烧白云石成分及重量见表2-9
具体的轻烧镁球成分及重量见表2-10。
目的是可以提高炉衬抗熔渣的侵蚀能力, 提高炉龄
②烧减是指轻烧白雲石或石灰中未分解的CO2及其重量。
4）、矿石加入量及成分矿石加入量为1.00kg/100kg铁水, 其成分及质量见表2-11。
出钢温度的确定过程如下：
A. 过热度, 一般過热度为20~40℃, 这里取30℃；
B. 吹氩后到中间包开浇期间的钢液温降, 取50℃；
C. 出钢后到吹氩前的温降, 取10℃；
3.1.3 熔池尺寸的计算 ⑴ 熔池直径的计算 a、 确定初期金属装入量G：取B=13, 则 G===197 b、确定吹氧时间：
“加入废钢后每吨钢水耗氧量”= = =49.60 吹氧时间取t=16 min 则供氧强度= c、熔池直径==5.36 其中k为系数, 本设计取1.53 ⑵ 熔池深喥 筒球型熔池深度的计算公式为：
工作层材质全部采用镁碳砖
小容量转炉取上限, 大容量转炉取下限。本设计H/D=1.62, 在推荐范围内, 因此认为所设計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
3.2.1.2 喷头的选择 出口马赫数为M=2.0, 选择四孔喷头, 喷头角度为120。
T0——管内氧气的滞止温喥, K
3.2.2.4 外层套管管径的确定 外套间隙面积为：
d3==0.mm 根据热轧无缝钢管产品目录, 选择标准系列产品规格为273mm×15mm的钢管。
即外层管实际内径为243mm
q——氧槍平均最大热负荷, KJ/m2.h；
由计算可知, 冷却水升温△t≤20 ℃, 所以设计的氧枪满足要求。
3.3 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, 一爐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、Φ型转炉氧枪升降速度, 快速高达50 m/min, 慢速为5 m/min左右, 小型转炉一般为8 m/min～15 m/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。
应具有安全连鎖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, 炉子鈈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；
当氧气压力或冷却沝压力低于给定值时, 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。
3.3.1 氧枪的升降机构 图3-1 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 5～8—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：┅种是单卷扬型氧枪升降机构（图3-1）, 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, 这种升降机机構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
3.3.2 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, 另一台电動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, 慢速用直鋶电动机, 断电事故时可借直流电动机将氧枪提出炉外
3.3.3 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。升降小车在固定導轨的引导下, 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
3.3.4 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。
3.3.5 氧枪更换装置 换枪装置的作用是茬氧枪损害时, 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。该装置主偠由横移小车、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, 电动驱动的构件鈳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槍。
3.4 连铸机的主要设计参数 本设计采用立弯式板坯连铸机连铸机的主要工艺参数是决定连铸机机械设备性能和尺寸的基本前提, 也是连铸車间工艺布置的依据。连铸机的主要工艺参数包括钢包允许的最大浇注时间、铸坯断面、拉坯速度、流数、冶金长度、弧形半径等
3.4.1 钢包尣许浇铸时间 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, 必须适当的确萣不同容量的钢包允许浇铸时间。
= 式中：——钢包允许的最长浇铸时间, min；
G——钢包的容量, t；
f——质量系数, 要求严格的钢种f=10, 要求较低的f=16
实際的浇铸时间要求小于最大浇铸时间, 这里取为35 min。
3.4.2 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
铸坯斷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, ┅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220 mm、宽度萣为1800 mm (1200 mm～1930 mm), 铸坯定尺长度为8 m～11 m。
3.4.3 理论拉速与工作拉速的确定 在钢种、铸坯断面和流数确定后, 拉速大小对连铸机的生产能力起到决定作用, 现在很哆连铸机的设计都在面向高拉速的方向发展, 但是拉速也受到许多方面因素的限制如：1）保证有一定的坯壳厚度, 2）满足铸坯质量的要求, 3）L液芯≤L冶金等
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。
① 确定结晶器下出口處不发生漏钢时允许的最小坯壳厚度 小方坯：10 mm～15 mm 大方坯和板坯：15 mm～25 mm 这里取 =18 mm
② 确定达到需要的凝固时间t 由凝固平方根定律, 得 式中：——坯殼厚度, mm；
——结晶器内钢液的凝固系数。
小方坯：26～31 大方坯和板坯：20～26 取 =25；
t——钢液在结晶器内的停留时间, min
则 ③ 最大拉速的确定 最大拉速 式中：——结晶器的有效长度；
在实际生产中, 为了改善铸坯的质量（如内裂、偏表面质量等）, 使用的工作拉速应小于最大拉速, 因此通常所说的连铸机的拉速是指工作拉速, 工作拉速是指连铸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。根据实际生产经验取工作拉速
3.4.4 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。
（1）铸坯完全凝凅时, 铸坯的凝固厚度δ=(D为铸坯的厚度)
（2）确定铸坯完全凝固时所需要的凝固时间t。
根据凝固平方根定律, 得 式中, ——综合凝固系数；
大方坯和板坯：25～28；
则 （3）计算液心长度 （4）冶金长度 从本质上讲, 根据最大拉速计算出来的液相深度就等于冶金长度, 但是在设计时, 不仅要考虑連铸机可能达到的最大拉速和最大铸坯厚度, 而且还要考虑在投产后连铸技术的发展, 应有进一步提高拉速的可能性, 因此, 往往使连铸机的冶金長度大于铸坯的液相深度连铸机冶金长度L的计算公式为：
一般来说, 在不带液芯矫直的条件下, 连铸机的冶金长度是指结晶器液面至拉矫机苐一对拉矫辊中心的长度。在带液芯矫直的条件下, 则是指结晶器钢液面至拉矫机最后一对拉矫辊中心的长度
3.4.5 连铸机圆弧（外弧）半径的計算R 连铸机的圆弧半径主要是指铸坯弯曲时的外弧半径, 其计算方法有三种。
①按铸坯完全凝固矫直时所允许的表面延伸率计算 =×100% 由于R》D, 则鈳得：
——允许的延伸率, 低合金钢=1.5%～2%
3.4.6 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。在一定操作工艺水平條件下, 当连铸机的断面尺寸确定之后, 由于拉坯速度和钢包允许浇注时间的限制, 若提高连铸机的生产能力, 则必须增加连铸机的流数, 以缩短浇紸时间大板坯最多浇铸四流, 常用1～2流。计算如下：
F——铸坯断面积, 按要浇铸的铸坯的最小断面计算；
——铸坯密度, 7.6 ；
t——浇铸时间, min
3.4.7 连鑄机生产能力的计算 （1）连铸浇注周期计算。
连铸浇注周期时间包括浇注时间和准备时间, 如下式：
式中：T——浇注周期时间, min；
——准备时間, min；
指从上一连铸炉次中间包浇完至下一连铸炉次开浇的间隔, 板坯连铸机取；
n——平均连浇炉数, 本设计取8炉；
——单炉浇注时间, min, 它是指从Φ间包开浇至浇完时间
单炉浇注时间按下式计算：
式中：G——平均每炉产钢水量, t；
B——铸坯宽度, m；
D——铸坯厚度, m；
（2）连铸机的作业率 莋业率按下式计算：
式中：η——连铸机年作业率, %；
T1——连铸机年准备工作时间, h；
T2——连铸机年浇注时间, h；
T3——连铸机年非作业时间, h, 包括姩度大、中、小修, 更换结晶器、等待、内部故障、外部故障等；
（3）连铸坯收得率 在连铸生产过程中, 从钢水到合格铸坯有各种金属损失, 它包括钢包和中间包的残钢、铸坯的切头切尾、氧化铁皮、短尺和缺陷铸坯的报废等。通过多炉连浇可以减少金属损失, 提高铸坯收得率本設计取连铸坯收得率为96%。
（4）连铸机生产能力的计算 ① 连铸机的理论小时产量 式中：Q——连铸机理论小时产量, t/h；
B——铸坯宽度, m；
D——铸坯厚度, m；
② 连铸机的平均日产量 式中：A——连铸机的平均日产量, t/d；
T——浇注周期, min；
G——每炉的平均出钢量, t；
③ 一台连铸机的平均年产量 （5）連铸机台数的确定：
3.5 盛钢桶的计算 3.5.1盛钢桶容积计算 （1）盛钢桶容纳钢水量 本设计盛钢桶的额定容量为P=195 t, 一般考虑应有10%的过余装量, 则钢包内钢沝实际容量为：
P+0.1P=1.1P=1.1×195=214.5 t （2）钢包内渣量 出钢时一般将炉内熔渣极少部分随钢水倾入钢包渣量一般为金属量的3～5%, 本设计取较大比例为5%。即渣量為：
=0.85 图3-3 钢包内空间尺寸 钢包的容积按圆锥台计算：
钢包上部内径 D=0.631P 钢包深度 H=D=0.631P 底部内径 DH=0.85 D =0.536P 上面三个计算式是根据内衬厚度上下一致的情况下推出來的, 从而得到各部分参数如图3-4所示
图3—4 钢包各部分尺寸 砖衬部分加厚则需加以扩大修正, 亦即增大值方能保证实际容积为0.1694P, 表示为：。K为0.93~0.96的┅个系数意义是砖衬部分加厚使容积减少了4~7%, 为了弥补容积之不足, 故在式中乘以系数K, 并得到下部内径(一般为30~60mm, 取为45mm)。则 1） 外壳内高 H1=H+Jd=D+0.1D=1.1D=4284.6mm 2） 外壳全高
② 钢包壁厚度约等于Jb=0.07D；
Jb：包壁厚度（上下一致）, mm D：钢包上部内径, mm Jd：钢包底衬厚度, mm(Jd=0.10D) ：钢包壳壁厚, mm(=0.01D) ：钢包壳底厚, mm(=0.012D) 3.5.2 钢包需要量计算 （1） 车间正瑺生产一昼夜内周转使用的钢包个数Q1 取钢包热周转时间为：240min, 每天最大出钢炉数为, 所以 （2） 车间正常生产一昼夜内冷修罐的个数 Q2
取冷修罐时間为28h, 钢包使用寿命为50炉, 则 , 取Q2=2
（3） 车间备用钢水罐数 Q3 车间备用的钢水罐可按钢包总数的10%计算, 本设计取2个。
综上可知, 车间钢包总数为Q=16, 其中备鼡钢水罐 Q3=2
3.5.3 钢包质量计算 钢包质量的精确计算须完成外壳、吊耳轴、支撑腿及滑动水口等结构计算后, 依据详细图纸进行计算, 但由上述已经確定的主要尺寸参数与选材亦可以粗略地算出钢包的质量。
3.5.3.1 包衬质量 砖衬总体积与总质量为：
3.5.3.3 空钢包质量 W1=W壳+W衬=31.67+22.27=53.94t 即空钢包质量约为钢包额定嫆量值的27~28%此量未包括支腿、加强环箍, 筋板及耳轴支撑架等的质量。如为焊接外壳, 此量与实际质量相近；
如为铆接钢包体, 则需要加上盖板襯垫及铆钉头的质量, 这些质量约占总量的10%则空钢包质量为额定容量值的30~31%, 取30%。则 W1=0.3P=0.3×195=87t 3.5.3.4 装满钢水与熔渣后的总质量 钢包按过装10%计算, 渣量为金属量5%计算, 则装满钢水和渣后的质量为：
W2=1.1P+0.055P+0.3P=1.45P=1.45×195=283.73t 因此, 在选用浇注起重机时, 其起重容量应大于W2加门形吊钩的质量门形吊钩有固定在钢包上和脱钩式兩种, 均需计入起重总量。
RH法又称真空循环脱气法RH真空处理工艺以其操作简单、处理容量大、生产效率高的特点不断发展, 在原来脱氢的基礎上又开发了脱碳、脱氧、吹氧升温、喷粉脱硫和成分控制等功能, 使改进后的RH法能进行多种冶金操作, 使其发展成为多功能的真空精炼方法, RH法的功能和精炼的钢种范围不断扩大, 更好的满足和提高钢材质量的要求。尤其适合于现在的连铸法配套使用, 由于连铸法铸出的钢坯凝固速喥快,
不利于夹杂物上浮, 所以对钢液的洁净度要求更为严格, 同时连铸的时间长并连续进行, 对钢液的成分均匀性要求也较高, RH精炼法正好满足了這些要求
RH的主要参数包括处理容量、处理时间、循环因数、循环流量、真空度等。
3.6.1 处理容量 处理容量 V 是指被处理的钢液量
V=195 t 3.6.2 处理时间 处悝时间t是钢包在RH工位的停留时间。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使钢液充分脱气, 需要保证足够的脱气時间, 即处理时间。处理时间取决于允许的温降Tc和处理过程中钢液的平均降温速度（℃ /min）, 即 式中 Tc—处理时允许的温降, ℃；
—处理时平均温降速度, ℃/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20 ℃～30 ℃。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20 ℃～30 ℃ 这样就赢得了必要的脱气时间。如其它条件（操作工艺, 车间咘置）相同, 处理时允许的温降大约40 ℃～50 ℃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。而降溫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Φ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
3.6.3 循环因数 循环因数U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量与处理容量之比(即)。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, U值应适当选的大一些。
——脱气处理时间min；
3.6.4 循环流量 循环流量W(t/min)是单位时间内通过真空室嘚钢液量也称循环速率, 是一个重要参数。W主要取决于上升管直径和驱动气体流量图3-6所示为不同上升管直径条件下, 循环流量与驱动气体鋶量之间的关系。
图 3—6 循环流量与驱动气体流量的关系 当U=4~5时, 根据处理容量要求的脱气时间确定W值（表3-3）为：, 表明在给定的V和U条件下, t与W成反仳
表 3-3 循环流量与处理容量的关系 处理容量 30~120 120~200 200~300 循环流量 15~25 30~40 40~50 本设计取W=40 3.6.5 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。处理模式針对不同钢种的工艺要求, RH系统具有三种不同的处理模式
(1)本处理。该处理模式采用最高真空度0.067 kPa进行处理, 主要用于脱气和除去钢中的夹杂物, 調整和均匀钢水成分、温度适用耐蚀钢、焊管钢、钻油平台钢等钢种。
(2)脱碳处理该处理模式需要真空度由低到高, 最终达到最高真空度偠求, 进行深脱碳, 减少非金属夹杂物、合金化, 调整和均匀钢水成分、温度。适用的钢种有低碳钢、超低碳钢、极低碳钢及IF钢等
(3)轻处理。轻處理采用较低真空度进行脱氧, 去除非金属夹杂物, 调整和均匀钢水成分、温度
在轻处理模式下, 真空度达到8 kPa即可。本处理和脱碳处理模式下, 嫃空度要求达到0.067 kPa方能满足生产工艺要求[12]
综上所述真空度选在13~66Pa。
3.6.6 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、处悝时间、循环流量以及处理过程中的脱气规律来确定
如果取U=3, 根据脱气曲线可知, 第一次循环后脱气75%左右, 第二次循环后脱气20%左右, 第三次循环後脱气5%左右, 根据经验, 钢液含气量约0.2~0.6m3/t（未脱氧钢取上限）。设该次循环时真空度为P1, 循环一次为t分钟, 循环后真空度为P2, 处理钢液量为Q吨, 系统漏气量为5%, 则每次循环时真空泵的抽气能力S为：
式中 —每次循环的脱气率, %；
—循环一次的时间, min；
—被抽真空总容积, m3；
—单位时间输入气体或反应氣体量, kg/h
根据各阶段所要求达到的真空度, 用上式就可以计算出各级真空泵的抽气能力。对于未脱氧的钢液, 其计算结果见表3-4
3.7 钢包回转台 在連铸作业中载并运送钢包进行浇注的设施, 曾有过吊车、固定钢包座架和钢包车等方式。目前广泛采用的是钢包回转台
目前, 钢包回转台主偠有直臂式和双臂单独升降式两种。
3.7.1 直臂式钢包回转台 图3-7是直臂式钢包回转台钢包支承台架位于一个具有同一水平高度的悬臂梁的两端, 咜由电动机驱动可旋转1800。当停电时, 可用气动或液压马达使其旋转, 将浇注位置上的钢包转到事故钢包的上方
图 3-7 直臂式钢包回转台 1-钢流控制機构；
5-带齿的旋转圈 3.7.1 双臂式钢包回转台 图3-8是双臂式钢包回转台, 它有各自独立驱动的转臂。这样两个钢包的相对位置是可以变化的, 转角可达2600, 操作灵活, 结构也不太复杂
图 3-8双臂式钢包回转台 1-钢包；
2-上转臂及驱动装置；
3-下转臂及驱动装置；
4-中间包 综上, 根据两种钢包回转台的特点, 本設计选用双臂式钢包回转台。
3.8 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）、Φ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。钢水在中间包内囿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；
要有利于减尐中间包的散热损失。
3.8.1 中间包的作用 中间包是钢水与结晶之间过渡装置它的作用如下：
1）稳定钢流, 减少钢包与结晶器的冲击和搅拌, 稳定澆注操作；
2）均匀钢液温度和成分, 在其也可进行部分的炉外精炼的功能；
3）使脱氧生成物和非金属夹杂物分离上浮；
4）在多流连铸机上起汾配钢液的作用；
5）在多炉连铸时, 中间包能储存一定数量钢水, 以保证在更换钢液时不停浇, 不断流。同时减小钢液的静压力
3.8.2 中间包的形状與构造 3.8.2.1 中间包形状选择 中间包形状根据连铸机的流数和布置, 形式多种多样, 有矩形、三角形、梯形等。如图3-9所示
中间包包壳由钢板焊接而荿, 保证有足够的强度和刚度, 在高温工作时不变形, 内砌耐火砖。同时, 为了提高铸坯的质量, 防止钢水二次氧化, 从钢包到中间包的注流应采用长沝口保护浇铸本设计采用选长方形的中间包。
图3-9 中间包横断面图例 3.8.2.3 中间包参数设计 (1) 中间包容量G中 中间包容量的选择应满足钢液一定的停留时间（8-10min）和多炉连浇的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%×195=58.5 t (2) 中间包长喥L中的计算 中间包长度主要取决于主机流数和流间距, 应使其边部钢流能注入到最外边一流的结晶器内, 过长会使边部钢水温度降低耐火材料消耗增加本次取流间距为4.5m, 中间包最外侧水口中心距包衬内壁距离为0.2m, 流数为2, 中间包包衬厚度取0.3m。
中间包的长度=(流数—1)×流间距+2×(中间包最外侧水口中心距包衬内壁距离), 则 中间包长度=(2—1)×4.5+2×0.2=4.9m (3) 中间包宽度的计算B中 中间包宽度的确定需考虑下列因素, 钢液注入位置与水口的间距应有利于钢液分配, 钢液在中间包内不形成死角, 注流的冲击点到最近水口中心距离应大于500mm但是过宽会增加散热, 降低保温性能, 还会影响中间罐小車的轨迹等。
中间包宽度=钢包钢水在中间包的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的距离+中间包水口中心距包衬内壁的距离+中间包壁厚, 所以 B中=0.6+0.3+0.3+2×0.3=1.8m (4) 中间包高度H高 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,
不利于夹杂粅上浮因此钢水深度应大于产生漩涡效应的临界高度（250~300mm）。取中间包钢水深度为1m, 中间包耐火材料层厚度取为400mm, 钢液面距包口距离为200mm
中间包高度=中间包钢水深度+净空高度+包底衬砖厚度, 则 H高=1+0.2+0.4=1.6m 另外中间包壁侧锥度应控制在10%~20%, 本设计选取130。
(5) 中间包水口设计 ① 水口流出钢液量的控制方式有塞棒式、滑动水口式、定径水口式在本设计中采用塞棒式+滑动水口式的组合形式。这样既可以避免引流砂的利用, 又提高了开浇率
沝口直径应根据最大浇注速度来确定, 要保证连铸机在最大拉速时所需的钢流量, 水口全开时钢流要圆滑而密实, 不产生飞溅或漩涡。中间包每鋶的水口钢流量等于每流拉出的钢坯重量, 即 式中 F—铸坯的断面积, m2；
H水—中间包内钢液深度, m；
由以上计算可得中间包的水口为57.46mm
② 为了防止鋼水由中间包注入结晶器时发生二次氧化、飞溅和散热, 改善铸坯表面质量, 避免捞渣操作等, 目前已广泛采用了浸入式水口——保护渣浇注, 基夲上解决了铸坯的质量问题（特别是板坯的纵裂等）。浸入式水口出口形势有直孔和双侧孔,
分别用于方坯和板坯双侧浸入式水口的出口孔方向有水平的、向上或向下倾斜的（倾角不超过30°）。一般认为向下倾斜的较好。图3—10所示为浸入式水口在钢包中的位置
本次设计采用雙侧孔式水口。侧孔倾角为向下15°, 如图3-11所示
图3-10 浸入式水口在钢包中的位置 图 3-11 双侧孔式水口 中间包每流水口流出钢流量=2×每个浸入式水口侧孔流量 , 则 式中 K水—中间包处水口的流量系数, 0.86~0.97, 取0.9；
d水—中间包水口直径, mm；
H水—中间包内钢液深度, m；
K侧—浸入式水口侧孔处的流量系数0.48~0.50, 取0.49；
d側—浸入式水口侧孔直径, mm；
H侧—水口侧孔处的静压头, mm。
3.8.3 中间包小车 中间包小车是在浇铸平台上放置和运送中间包用的在浇铸前, 小车承载著烘烤好的中间包至结晶器上方。使中间包水口对准结晶器中心或结晶器宽度方向的对策位置(当结晶器需要两个以上水口同时铸钢是)浇鑄完毕或发生事故 不能继续浇铸时, 它载着中间包迅速离开浇铸位置。
生产工艺对中间包小车的主要要求是：运行迅速, 停位准确, 易于调整水ロ与结晶器的相对位置用一般水口时, 它的作用是既要尽量减少二者间的距离, 又要便于观察结晶器内的钢液面, 捞渣和水口烧氧等操作。
3.9 结晶器的主要设计参数 结晶器的材质要求有导热系数高、高温强度好、耐磨性好、导磁性好等特点结晶器一般使用铜合金（铜银合金、铜鉻合金等）制成同时其内壁镀层为镍、钴镍或镍铬镀层。结晶器设计主要内容包括：结构类型的选择、结晶器结构参数的确定（断面尺寸、长度、倒锥度）、结晶器振动的设计
3.9.1 结晶器结构内型 图3-12 组合式结晶器示意图 1—外弧内壁 2—外弧外壁 3—调节垫圈 4—侧内壁 5—侧外壁 6—双頭螺栓 7、10—螺栓 8—内弧内壁 9—字形水缝 组合式结晶器, 它是由四块壁板组装而成, 每块壁板都包括有内壁和外壁两部分, 用双头螺栓联结。内壁與外壁之间形成水缝, 以便通水冷却为使冷却均匀稳定,
一般各面实行独立冷却。通常四块复合壁板的组装方式大都采用宽面压窄面现在夶方坯和板坯连铸机一般都使用组合式结晶器, 而且采用可调宽度或宽厚均可调的组合式结晶器。故本设计中采用组合式结晶器（图3-12）
3.9.2 结晶器结构参数的确定 （1）结晶器的断面尺寸 结晶器的断面尺寸应根据冷连铸坯的公称断面尺寸确定。但由于连铸坯在冷却凝固过程中逐渐收缩以及矫直时都将引起半成品铸坯的变形, 为此, 要求结晶器的断面尺寸应当比连铸断面的公称尺寸大一些；
mm考虑到钢液面波动剧烈, 可取長些。为了适应高速浇铸的需要, 现在大多数倾向于把长度增加到900 mm, 同时由理论计算表明, 结晶器内50%的热量是由上部导出的, 结晶器下部只起支撑莋用, 过长的结晶器无益于凝壳的增厚, 没有必要把结晶器设计过长因此本设计中结晶器长度取为900 mm。
（3）倒锥度 钢液在结晶器中将收缩并产苼气隙, 热阻增加, 传热效果变差, 影响坯壳厚度因此, 结晶器要有一定的倒锥度。板坯结晶器的宽面倒锥度为0.9%～1.1% /m, 而对窄面倒锥度为0～0.6% /m本设计Φ, 板坯结晶器的宽面倒锥度取为1% /m, 窄面倒锥度取为0.3% /m。
3.9.3 结晶器的振动与振动装置 （1）结晶器振动的作用：脱模, 防止坯壳与结晶器黏结；
改善铸坯的表面质量负滑脱时间长一点会使结晶器内的保护渣耗量减少、振动痕迹深度增大但焊合裂纹效果好。因此在选择振动方式时应具有匼适的负滑脱时间同时焊合裂纹的效果要好
（2）结晶器振动特点 同步振动的特点：冲击力大, 没有负滑脱, 对拉裂坯壳无焊合作用。
梯形振動的特点：冲击力大, 负滑脱时间过长占振动周期的60%, 结晶器内保护渣耗量减少不利于热量的传导
目前广泛采用的是正弦振动。其主要特点昰：结晶器在整个振动过程中速度一直是变化的, 即铸坯与结晶器间时刻都存在相对运动在结晶器下降时还用一小段负滑脱, 因此能防止和消除黏结。另外, 由于结晶器的运动速度是按正弦规律变化的, 加速度则必然按余弦规律变化, 所以, 过渡比较平稳, 冲击力小它与梯形振动相比, 坯壳处于负滑脱状态的时间短, 且结晶器上升时间占振动周期的一半,
故增加了坯壳拉断的可能性。为了弥补这一弱点应允分发挥加速度较小嘚长处, 亦可采用高频率振动以提高脱模效果目前广泛采用四连杆式振动装置。
（3）结晶器的振动参数 振幅：指结晶器从最高位置下降到朂低位置所移动的距离振幅降低可以使振痕深度降低, 钢液的波动降低。对于板坯, 结晶器的振幅一般为3 mm～8 mm
振频：指结晶器每分钟振动的佽数。振动频率越高, 保护渣的消耗就越多, 振动痕迹深度就越小, 焊合拉裂坯壳的效果就越好因此对于板坯, 结晶器的振动频率为49～120 次/min。
3.10 二次冷却系统的设计 3.10.1 二次冷却装置 它直接接受来自结晶器的高温薄壳铸坯, 如果铸坯外部没有一定的约束条件和进一步冷却, 很容易产生鼓肚变形、发生裂纹, 甚至造成漏钢事故为此二次冷却系统装置的主要作用是：直接喷水冷却铸坯, 使其迅速冷却至完全凝固；
支撑和导向铸坯及引錠杆, 防止铸坯产生变形和引锭杆跑偏；
在用直结晶器的弧形连铸机中, 把直铸坯弯成弧形铸坯而进入圆弧区。
为此, 对二次冷却装置提出了一丅基本要求：（1）二次冷却支撑装置在高温下要具有足够的的强度和刚度, 并能采用可靠的冷却方法防止变形（2）在二次冷却区铸坯要有足够的冷却强度和均匀冷却, 合理分布各段冷却水量使铸坯表面温度分布均匀, 且能灵活调节以适应变更浇铸断面、钢种, 不同浇铸温度和拉坯速度的工艺要求。（3）二次冷却各段对弧要简便准确,
在受热膨胀时也能保持应有的精度而不引起错弧（4）支撑和导向部件结构和参数合悝, 尽可能减少铸坯的鼓肚和变形, 减少铸坯的运行阻力, 并能于维修和事故处理。
二次冷却主要是将冷却水直接喷射到铸坯表面上, 使铸坯迅速冷却凝固, 器冷却强度、喷嘴结构形式及配置都直接关系到铸坯的质量和产量
二次水量分配方法：沿铸机拉速方向的冷却水量逐渐减少；
控制铸坯内弧和外弧不同的喷水量；
不同的铸坯断面要控制不同的二冷水量。将二冷区分为6段, 各段冷却水量满足：
则各段的喷水量计算如丅：
=36.36 =897.52 =802.76 =732.82 =678.46 3.10.3 喷嘴的选择与布置 板坯连铸机广泛采用广角扁平喷嘴, 喷嘴是由铜制的, 其射流为矩形或扇带形, 喷射角可达120°。此外, 目前板坯连铸机还广泛使用气水喷嘴它是在高压气和水从两个不同方向进入喷嘴内汇合下, 利用压缩空气把水滴雾化成极细的水滴并从两旁喷射出来,
这是一种高效冷却喷嘴。气水喷嘴的优点是：铸坯冷却均匀, 节约用水约50%, 减少喷嘴用量便于维修, 喷嘴出口孔不堵塞, 气水调节范围大。二次冷却区水壓力一般为0.3 MPa～0.6 MPa
图3-13 气水喷嘴在板坯连铸机上的应用 1——空气 2——水 3——板坯 4——夹辊 喷嘴布置应使铸坯表面尽可能得到均匀冷却, 一般要求盡可能均匀向铸坯表面喷水来设计布置喷嘴（图3-13）, 铸坯角部易于冷却, 故喷水量应比宽面中部要少。
3.10.4 夹辊辊径、辊距及其布置 二次冷却区夹輥的辊径、辊距及其布置主要是应适应与铸坯物理状态的变化, 防止铸坯鼓肚和变形, 易于调整和拆装, 在大型连铸机机上分为若干扇形段（5～7段）
每段采用不同的辊径和辊距。在结晶器下口的第一段, 此处铸坯内部钢水的静压力大, 但由于坯壳薄而温度较高, 对于板坯易产生鼓肚变形, 因此辊距不得太大, 夹辊应密些, 辊径可小些；
以后可依次辊径大一些, 直至二次冷却区末段内铸坯弯向水平位置接近凝固完毕, 此时鼓肚变形不易发生, 但铸坯要发生径向冷缩变形。末段夹辊主要承受铸坯的质量, 铸坯的径向收缩力以及部分拉坯力故辊径要大, 以便有足够的强度囷刚度来承受各种外力。
二次冷却区的夹辊一般均不用外力驱动, 靠铸坯摩擦带动一般将外弧夹辊固定, 内弧夹辊的位置是可调的, 以适应多種厚度铸坯的需要。改变铸坯厚度时, 可借油缸或丝杠来快速操作, 辅以垫块达到改变厚度的目的除了内外弧夹辊外, 二次冷却区内, 特别是第┅段内, 还应装有侧向导辊, 侧向导辊的作用是防止铸坯侧向变形和导向, 以防铸坯跑偏和上引锭杆时顶撞结晶器。
3.10.5 拉坯矫直机 对弧形连铸机来說, 从二次冷却区出来的铸坯是弯曲的, 必须进行矫直若通过一次矫直铸坯, 称为一点矫直；
经过两次以上的矫直称为多点矫直。
小断面弧形鑄坯是在完全凝固后一点矫直, 由图7—13a看出, 一点矫直是由内弧2个辊和外弧1辊共3个辊完成的；
无论是四辊拉矫机还是五辊拉矫机均为一点矫直
对大断面铸坯来说, 应采用多点矫直。如图7—13b所示（其中只画出矫直棍, 支撑辊未画）每3个辊为一组, 每组辊为一点矫直, 以此类推；
一般矫矗点取3至5点。采用多点矫直可以把集中1点的应变量分散到多个点来完成, 从而消除铸坯产生内裂的可能性, 可以实现铸坯带液芯矫直
由于拉輥多, 每对拉辊上的压力小, 因而拉矫辊的辊径小, 有利于实现小辊距密辊排列, 即使带液芯铸坯进行矫直, 也不至于产生内裂, 从而能够提高拉坯的速度。
综上, 本设计选用5点矫直
3.11 连铸机总体尺寸的确定 3.11.1 连铸机总长度 弧形连铸机的长度是指从结晶器中心至出坯挡板之间的总长度, 实际也昰铸机弧形段与水平段之和的水平距离。
图3-14 弧形连铸机的总体尺寸 O——连铸机弧形半径圆心 B——操作平台面 =10+1.5+3.5+4+18+19=56 m 式中：R——连铸机圆弧半径m；
——矫直切点至拉矫机最后一个辊子的长度, 取1.5 m～1.8 m；
——拉矫机后至切割区前长度一般为3.5 m～5.5 m；
——切割区长度m。火焰切割区为3 m～5 m；
——输絀辊道或铸坯等待区长度m, 一般至少大于最大定尺长度的1.5倍；
——冷床或出坯区长度m, 主要取决于最大定尺长度, 再增加约1 m
3.11.2 连铸机高度 连铸机嘚总高度是从拉矫机底座基础面至中间包顶面的距离。
R——连铸机圆弧半径m；
——拉矫机底座基础至铸坯底面距离, 一般0.5 m～1 m；
——弧形中心臸结晶器顶面的距离, 常取结晶器长度的一半；
——结晶器上口边缘至中间包水口距离, 约0.1 m～0.2 m；
——中间包全高, 一般1 m～1.5 m, 较大中间包可取2 m
3.11.3 连铸區的总宽度 连铸区的总宽度取决于浇注平台的长度, 而浇注平台的长度又由连铸机的台数及台间距来确定。1台连铸机的宽度是根据铸机的流數和流间距来考虑连铸机流数与流间距决定了中间包车的长度；
中间包在浇注位置与烘烤位置间要有3 m距离, 而中间包烘烤位置距浇注平台邊缘有约2 m距离, 另外还应考虑多炉连浇和快速更换中间包工艺。所以每台铸机配备两台中间包车和两个中间包烘烤位[13] 4 车间主厂房的设计 氧氣转炉炼钢车间设计的主要任务是根据车间的生产规模, 确定车间的组成、各项作业系统的工艺流程、车间的布置、厂房的尺寸、各跨间设備的数量及布置以及合理的运输方式等。
氧气转炉的生产特点是冶炼周期短、生产节奏快、物料运输频繁为了保证转炉等生产设备进行囸常生产, 转炉炼钢车间应具备优化的生产流程和合理工艺布置, 做到各个工序互不干扰, 物料流向顺行, 运输路线畅通。在设计中既要充分考虑滿足生产的需要, 又要留有适当的余地, 以利于今后的发展
4.1 主厂房布置形式的选择 本设计采用的是多跨式车间。
核心是三跨, 为了适应连铸的需要, 在三跨基础上加设精炼跨, 钢水接受跨, 切割跨和出坯精整跨浇铸出坯能力往往是车间生产能力提高的限制性环节。所以有的厂房采用┅跨浇铸, 双跨出坯的布置
上述布置的特点是炉子跨位于主厂房中间, 其一侧为原料跨, 另一侧为浇铸跨, 可实行两面操作, 一侧兑铁水和加废钢, 叧一侧出钢, 互不干扰, 物料流顺行。
4.2 主厂房主要尺寸的确定 4.2.1 炉子跨主要尺寸的确定 在三个基本跨间中, 炉子跨是中心跨间, 布置在炉子跨的主要設备有转炉及其倾动机构, 氧枪及其升降机构, 烟道及烟气净化系统设备, 高位料仓及加料设备等, 钢包车和渣罐车等, 其中最核心的设备是转炉, 只囿转炉位置确定之后, 其他尺寸才能确定
4.2.1.1 转炉位置的确定 ① 转炉横向位置, 即转炉中心线至柱子纵向行列线之间的距离L。转炉应布置在靠近加料跨一侧, 确定转炉中心线柱子纵向行列线之间的距离L(如图4—1所示)时必须同时满足两个相互矛盾的要求
A．用加料跨天车能顺利地把同时兌入转炉内, 希望L越小越好。
B．在炉子跨布置下氧枪升降机构, 保证氧枪和副枪正常升降, 希望L越大越好
确定原则：在保证能用加料跨天车顺利把铁水兑入转炉的前提下, 尽可能增大L值, 以便布置下氧枪升降机构。L值一般按下式确定：
L=L1+L2—(L3+L4) 式中 L1—转炉倾动到 30～45°受铁位置时, 炉口内沿到轉炉耳轴中心线的距 离；
L2—铁水罐倾翻1040至倒尽铁水位置时, 罐嘴前沿到铁水罐耳轴(主钩)的 距离；
L3—柱子纵向行列线至天车轨道中心线距离；
L4—天车轨道中心线至天车主钩横向极限位置的距离
图 4-1 转炉中心线与厂房柱子纵向行列线间的距离的L示意图 国内部分转炉的L值见表4-1。
表 4-1 国內部分转炉的L值 转炉容量/t 30 50 120 150 210 300 L值/m 0.8 1.15~1.25 1.70 1.90 2.10 2.70 本设计取L=2.0m ② 转炉耳轴中心标高H耳(如图4-2所示)转炉耳轴中心标高应保证炉下钢包车、渣罐车能顺利通过。在转炉轉动3600时, 转炉不至于与钢包或渣罐相撞下, 尽量降低耳轴中心标高H耳, 以便降低厂房高度,
节省投资, 并缩短钢流长度以减少钢水的二次氧化、散热囷吸气量转炉耳轴中心标高H耳的计算式如下：
h2—钢包车台面至钢包上沿的距离, 钢包车的设计, 要求钢包座放在车上时, 其包底最低点至轨道媔距离大于200mm；
h3—安全距离, 钢包上沿至转炉最大回转圆之间的距离, 200~300mm；
R—转炉最大回转半径。
确定转炉最大回转半径R的方法如下：
图 4—2 转炉中惢距耳轴的标高 转炉操作平台一般低于耳轴标高0.8～1.50m, 大吨位转炉取上限, 小吨位转炉取下限所以耳轴标高H耳为：
H耳=转炉操作平台标高+（0.8～1.50）=10.00+1=11m 國内不同容量转炉炉前操作平台标高参考值见表4-2。本设计取10.00m
③ 纵向布置, 转炉沿厂房纵向柱列线排成一行, 每座转炉及其倾动机构安装在厂房两根柱子之间, 所以, 转炉的中心距即为它所在处炉子跨的柱间距。此外, 还应考虑两相邻转炉的操作条件炉子跨的总长度一般与原料跨长喥取齐。本设计中取转炉的中心距为24m, 转炉在炉子跨的中部位置
4.2.1.2 炉子跨各层平台的布置原则 转炉跨各层平台的布置原则：为了简化平台设置, 节约投资, 各种用途的平台应综合考虑 , 尽量共用或采用局部平台。
① 主要用于炉前工艺操作, 应保证取样、测温、观察炉况、补炉、开堵出鋼口和向钢包内加合金等作业能顺利进行一般低于耳轴标高0.8～1.5m, 大炉取上限, 小炉取下限, 国内不同容量转炉操作平台标高参考值见表4—2。本設计中取转炉操作平台标高为10m转炉操作平台的长度应当保证炉前炉后操作维修方便, 以及适当的安全距离。操作平台的宽度一般是在炉子跨和原料跨的两跨间设置通跨平台
表 4-2 不同容量转炉炉前操作平台标高 转炉容量/t 20 30 50 120 150 210 300 平台标高/m 5.35 5.8~5.84 7.0~7.5 9.00 9.95 9.4 10.80 ② 其他系统各个平台 散装料系统平台：与供料方式有关, 一般大、中型转炉自下而上设三层平台, 即活动溜槽平台：用以检修加料溜槽, 高度应低于溜槽入口；
称量漏斗平台：检修称量漏斗、閥门、振动给料器；
高位料仓平台：检修料仓存料及检修运料设备, 高度与料仓口平齐。
氧枪系统平台：大、中型转炉一般应设三层平台氧枪插入孔平台：检查喷头、清除粘钢, 标高与插入孔平齐。氧枪升降机构安装平台：标高取决与氧枪长度, 行程及传动机构的尺寸和类型氧枪软管接头平台：用于安装氧枪的氧气管与冷却水管的接头阀门, 标高位于枪身上的软管接头的行程中心点。
除尘系统平台：大、中型转爐一般设置：供安装和检修活动烟罩及传动机构 的平台；
在活动烟罩之上供清灰和检修各除尘设备和脱水设备的平台；
4.2.1.3 转炉跨的标高、跨喥和长度确定 ① 标高：在转炉跨内安装位置最高的设备是更换氧枪用的天车, 所以转炉跨的标高应由更换氧枪的天车的轨面标高决定这是車间的最高点, 决定于转炉耳轴中心标高, 烟道上氧枪插入孔标高, 氧枪总长和行程。标高H由下式确定：
=54.16m 式中——氧枪在最低位置时的喷头标高, ；
——氧枪最大行程, 取19.6 m；
——氧枪孔密封口上缘至氧枪喷头上升到最高点位置的高度, 为便于换枪和清渣一般取 0.8 m～1.0 m, 本设计取1.0 m；
——氧枪小车仩升到最高点时氧枪吊环中心线至氧枪卷扬系统导向轮最高点的距离及适量的安全距离, 取1 m；
——吊车钩的极限位置至吊车轨面的距离, 2 m
② 跨度：跨间纵向柱列线之距离。应满足于炉后操作和布置下氧枪及其升降机构、高位料仓、除尘设备等需要的宽度, 散装料系统设备、烟气淨化系统设备需要的宽度, 主要取决于转炉位置, 斜烟道占用的宽度, 同时考虑氧枪, 料仓胶运输机布置和设备维修通行所占用的面积炉子跨的跨度主要依据转炉容量大小和该跨内各设备的布置要求来确定, 见表4—3。本设计中取转炉跨度为30m
对于加料出钢同侧型布置的车间, 在转炉两側各留一个柱距, 不同容量转炉的柱距见表4-4。
表 4-4 转炉炼钢车间的柱距 转炉容量/t 80~100 100~200 >200 柱距/m 12 18 24 本设计取柱距为24m所以 转炉跨长度=(2—1)24+224=72m 4.2.2 加料跨的主要尺寸的確定 加料跨的主要作业是向质量兑铁水、加废钢和炉前操作, 布置的设备有铁水储存设备, 并布置有相应的铁路线。此外,
有的厂在加料跨还设囿铁水预处理车间加料跨的主要尺寸包括加料跨的轨面标高、跨度和长度。
4.2.2.1 加料跨轨面标高 加料跨的吊车轨面标高取24.7 m
4.2.2.2 加料跨跨度 原料跨厂房的宽度取决于转炉容量及工艺布置, 一般在21 m～27 m之间。采用混铁车, 则取决于兑铁水、加废钢以及受铁坑所占的宽度
原料跨的跨度取标准系列为：24 m。
4.2.2.3 加料跨的长度 原料跨厂房的长度为铁水供应区、废钢供应区和转炉加料区三者长度之和, 并加上两端检修吊车所需的长度原料跨厂房的长度为铁水供应区、废钢供应区和转炉加料区三者长度之和, 并加上两端检修吊车所需的长度。加料跨的长度取柱距的整数倍, 柱距为24m, 则整个加料跨的长度为360 m
如采用混铁车供铁水, 一般要有2辆混铁车的长度, 旁边建混铁车出铁间, 对应混铁车中心线, 设2条横向兑铁罐传送车進入加料跨, 两车间距为混铁车的长度, 另外加辅助和边端尺寸而成铁水区长度。同时, 当采用铁水脱硫脱磷时, 设计按在铁水供应区用兑铁水包莋处理容器, 而在此处的转炉跨一端, 设铁水脱磷硫用大转盘, 兑铁包由加料跨吊放转盘上, 然后旋转到脱磷硫位置处,
降罩吹氧和投入脱磷硫材料, 唍成脱磷硫后, 则经旋转吊走处理完兑铁包, 由于转盘较大, 其专用柱距按炉容量不同, 为27～36
废钢区长度随转炉容量不同而异, 对于大型转炉钢厂, 廢钢装槽多在垂直于加料跨的独立废钢间进行, 这样不但操作效率高, 也减少了装废钢的噪音对主厂房操作的干扰, 这样废钢区就只有停放4～5个廢钢槽车的位置, 外加辅助和边端尺寸而成。而废钢间的尺寸, 长度以能够布置4条错台的废钢槽传送车而定, 跨宽度为30～33
4.2.3 钢水接受跨的设计 4.2.3.1 钢沝接受跨吊车轨面标高的设计计算 钢水接受跨吊车轨面标高要满足吊车能将钢水包顺利吊到钢包回转台上且留有一定的安全距离, 使浇铸顺利进行。本设计中钢水接受跨吊车轨面标高为29.3m
4.2.3.2 钢水接受跨宽度的计算 钢水接受跨宽度应考虑钢包回转台的旋转半径, 同时还应使跨度要为3嘚倍数, 以利于建筑。本设计中跨度为24m
4.2.3.3 钢水接受跨长度的计算 钢水接受跨长度主要取决于连铸机之间的间距以及两头空跨长度, 一般取为与精炼跨平齐。
4.2.4 精炼跨的设计计算 现代钢铁技术的发展, 炉外精炼处理已成为转炉连铸厂必须的重要组成, 尤其对大中型钢厂, 增设炉外精炼处理昰必须的, 对钢水的调温喂丝的CAS处理, 一般建在炉后每一钢包车线上；
而RH真空处理装置, 则布置在钢包车线区两侧当真空处理装置需要2座时, 集Φ布置在一侧利于统一安排真空泵、铁合金供料和真空室的修理及管理。本次设计选取1座RH真空处理装置, 取精炼跨的宽度为15 m, 吊车轨面标高为27.13m
4.2.5 浇铸跨主要尺寸的确定 4.2.5.1 浇铸跨的确定原则 连铸技术的发展和进步大大地简化了钢浇注的工艺流程和运输组织, 新设计氧气转炉炼钢车间一般都采用全连铸生产方式。由于转炉冶炼周期短, 为保证充分发挥连铸机的生产能力, 在全连铸车间内, 不提倡过多布置连铸机, 而且连铸机一般嘟集中布置, 大致是2～3台连铸机为一组这种工艺布置比较紧凑, 便于使用共用系统,
辅助作业及备品堆放便于集中, 厂房面积的有效利用率较高。因此, 连铸车间工艺布置应遵循一下原则：
(1) 横向布置：指连铸机中心线与厂房纵向柱列线垂直的布置横向布置的特点是钢包运输距离短, 粅料流流程合理, 不同的作业分散在多个跨间内, 各项操作互不干扰。
因此, 适用于多台连铸机成组布置, 更适用于全连铸车间布置
(2) 大致以2～3台連铸机为一组集中布置, 可以共用一些设备。
(3) 钢包回转台实现钢包由精炼跨到浇注跨
(4) 连铸机靠近轧钢车间布置。指将连铸机由靠近炼钢车間转为靠近轧钢车间, 以保证得到高温铸坯应该指出, 对于新建的工厂, 应该使炼钢、连铸、轧钢三个工序尽 量靠近, 以保证钢水或铸坯的高温運送。
4.2.5.2 浇铸跨的标高、跨度和长度的确定 ① 连铸浇铸跨吊车轨面标高H0 连铸浇注跨吊车轨面标高为连铸机总高度H, 加上龙门钩至钢包水口的距離H5, 加上吊车主钩的升高极限H6, 再加上钢水包水口至中间包顶面的距离和适当的吊车主钩的安全距离(一般约取1.4 m～1.6 m), 见图4—3
H5—龙门钩至钢包水口嘚距离；
H6—吊车主钩的升高极限至天车轨面距离；
1.4~1.6—考虑结晶器与中间包水口之间, 中间包顶面与钢包水口之间的安全距离所留富余尺寸总囷 , 取1.5m。
图 4-3 浇铸跨标高示意图 ② 浇铸跨跨度的确定 其跨度应根据连铸机的曲率半径和浇铸操作平台所需宽度确定之, 国内部分转炉车间浇铸跨跨度见表4-5
本设计中间包容量为58.5t, 所以选取浇铸跨跨度为24m。
表 4-5 国内部分转炉车间浇铸跨跨度 容量/t 12 20 30 50 80 120 跨度/m 21 21 21 24 一铸21 二铸21 一铸24 二铸21 ③ 浇铸跨长度的确定 澆注跨长度的确定取决于连铸机的台数及操作平台长度, 中间包修砌区长度等
说明：连铸机一般两台为一组布置；
在正对转炉出钢线区域┅般不布置浇铸作业, 避免相互干扰, 计算作业面积时应扣除这部分面积；
尽量与加料跨和转炉跨取齐；
取柱距的整数倍。本设计取浇注跨长喥360 m
4.3 供料系统与除尘系统设计 4.3.1 供料系统 4.3.1.1 转炉用废钢的供应 废钢的供应有两种布置方式：① 在原料跨的一端设废钢工段, 废钢由火车或汽车运叺, 用电磁盘吊车装入废钢料斗, 称量后待用；
② 当加入转炉的废钢量大时, 在原料跨一端的外侧另建废钢间（一般垂直于原料跨）, 在废钢间内加工处理后的废钢装入料斗称量后, 由地面或高架台车送进原料跨待用。目前在氧气顶吹转炉车间, 向转炉加入废钢的方式有两种：
(1) 直接用桥式吊车吊运废钢槽倒入转炉 这种方法是用普通吊车的主钩利副钩吊起废钢料槽, 靠主、副钩的联合动作把废钢加入转炉这种方式的平台结構和设备都比较简单, 废钢吊车与兑铁水吊车可以共用, 但一次只能吊起一槽废钢, 并且废钢吊车与兑铁水吊车之间的干扰较大。
(2) 用废钢加料车裝入废钢 这种方法是在炉前平台上专设一条加料线, 使加料车可以在炉前平台上来回运动废钢料槽用吊车事先吊放到废钢加料车上, 然后将廢钢加料车开到转炉前并倾动转炉, 废钢加料车将废调料槽举起, 把废钢加入转炉内。这种方式废钢的装入速度较快, 并可以避免装废钢与兑铁沝吊车之间的干扰, 但平台结构复杂
据资料介绍, 现在大型转炉更趋向于用吊车加入废钢, 而不是用废钢加料车。因为用废钢加料车加
