爐容比設(shè)計

由于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)配套設(shè)施為20世紀70年代設(shè)計建設(shè)，從主廠房以及現(xiàn)有配套設(shè)施現(xiàn)狀考慮，轉(zhuǎn)爐擴容的基本前提是利用現(xiàn)有傾動機構(gòu)，即在利用現(xiàn)有傾動機構(gòu)條件下優(yōu)化爐型以最大限度地改善爐容比，充分考慮行車起重最大能力，對轉(zhuǎn)爐本體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計改造。

1　轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計改造

轉(zhuǎn)爐爐容比優(yōu)化的設(shè)計改造是以設(shè)備基礎(chǔ)不動和傾動系統(tǒng)利舊為前提原則，因此提高和改善爐容比的主要途徑是保證托圈有足夠強度的條件下，盡可能的擴大托圈的內(nèi)徑，同時達到保證爐殼規(guī)范間隙的設(shè)計要求，擴大轉(zhuǎn)爐爐殼的直徑。在綜合考慮了轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)承載和不變、托圈增大的最大可能、傾動機構(gòu)能力、出鋼口角度、水冷爐口形式、轉(zhuǎn)爐爐襯的砌筑、爐役后期耐材侵蝕等因素后，設(shè)計對轉(zhuǎn)爐爐型技術(shù)參數(shù)、傾動力矩、最佳耳軸位置進行了優(yōu)化計算。

2　托圈設(shè)計改造

由于轉(zhuǎn)爐爐容比改善的設(shè)計改造爐殼直徑加大，因此托圈也要相應(yīng)增大；設(shè)計將原分離組合焊接式托圈改為整體焊接式托圈，適當(dāng)減小托圈與爐殼間隙為75mm(原間隙為90mm)，在保證托圈截面寬度750mm不變的情況下，適當(dāng)增大截面的高度，由原尺寸1650 mm增大到1800mm，從而提高托圈強度和剛度，滿足安全生產(chǎn)要求。

3　耳軸軸承和軸承座的設(shè)計改造

由于轉(zhuǎn)爐爐容比改善后爐容增大，轉(zhuǎn)爐傾動力矩增大，同時轉(zhuǎn)爐本體靜載荷也增大，因此耳軸承載也相應(yīng)增大，經(jīng)設(shè)計計算耳軸直徑也相應(yīng)增大，由原 800mm增大到 850mm，軸承選用軸承內(nèi)徑也增大50mm;同時軸承座也進行相應(yīng)改造。因原軸承座底座在使用中就發(fā)生較大變形，同時由于改造后承載增大。因此軸承座底座也作增大強度和剛度的設(shè)計改造。

4　轉(zhuǎn)爐支承系統(tǒng)的設(shè)計改造

原轉(zhuǎn)爐支承系統(tǒng)采用的設(shè)計為斜面卡板把持器連接形式。這種連接方式的特點是:在爐體中部與托圈的上下設(shè)有三組卡板把持器將托圈卡在中間，使爐體與托圈保持相對的位置關(guān)系。

這種結(jié)構(gòu)在安裝斜板時應(yīng)使每兩塊斜墊板緊密接觸，實際上要保證每組斜墊板都緊密接觸必然造成有的斜墊板安裝特別緊，這樣就引起爐殼的附加載荷，且這一附加載荷的大小與斜墊板的傾角的大小成正比。這種附加載荷加大了爐殼的變形，使爐殼的變形在局部過大。由于爐容比改善設(shè)計托圈內(nèi)徑直徑增大有限，為了保證爐殼外徑盡可能增大，必需適當(dāng)減小托圈與爐殼間隙,必需考慮爐殼盡可能受熱后盡可能均勻自由地膨脹，因此連接形式設(shè)計改造更改為在爐體圓周方向間隔120 度布置的三點支承形式。由托圈上一個球面帶銷活節(jié)螺栓與爐殼上部支承法蘭中間有一個雙球面兩墊片，四波紋形式蝶片彈簧墊片支承的連接裝置，從而使爐殼受熱后自由地膨脹，保證了爐體與托圈在±360°傾動中，實現(xiàn)可靠連接，同時能有效地緩解爐體和托圈熱膨脹產(chǎn)生的變形及轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的應(yīng)力。設(shè)計選擇這種連接形式，由于爐殼上部增加較大的支承法蘭,同時三點球面支承裝置重心較與原斜面卡板夾持器支承裝置相對于托圈中心的重心有提高，有利于減小轉(zhuǎn)爐的操作時最大傾動力拒，提高原傾動系統(tǒng)利舊安全運行的可靠性。

5　爐裙的結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計改造

爐裙的結(jié)構(gòu)形式目前轉(zhuǎn)爐設(shè)計基本采用水冷爐冒結(jié)構(gòu)形式。采用水冷爐冒式可降低爐殼上部的溫度，減少爐殼上部的粘結(jié)物，并可以提高爐殼上部的剛性，減少爐殼上部變形，改善爐殼上部的應(yīng)力狀態(tài)，延長爐體和內(nèi)部爐襯的使用壽命。但必需增大轉(zhuǎn)爐的供水量。由于現(xiàn)有水處理系統(tǒng)的設(shè)計能力的限制，難以滿足要求，而水冷效果的不良，將影響水冷爐裙的使用效果,同時使水冷爐裙產(chǎn)生應(yīng)力裂紋漏水，影響安全生產(chǎn)。另外采用水冷爐裙較原設(shè)計鋼板焊接式爐裙重量大大減小，勢必增大轉(zhuǎn)爐操作時最大傾動力矩，不利于轉(zhuǎn)爐爐容比參數(shù)的設(shè)計增大。為此在設(shè)計中采用球墨鑄鐵板式爐裙，即可提高爐殼上部的冷卻效果，又可以減少爐口粘結(jié)物，有利于粘結(jié)物清除。同時由于采用球墨鑄鐵板爐裙,因鑄鐵板厚度增大，較原爐裙重量增大，相應(yīng)減小爐體重心相對托圈中心的位置，從而減少轉(zhuǎn)爐操作時最大傾動力拒，有利于轉(zhuǎn)爐爐容比參數(shù)的設(shè)計增大。

6　水冷爐口結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計改造

采用鋼板焊接式箱式水冷爐口，按爐型要求適當(dāng)增大水冷爐口尺寸，同時適當(dāng)增大水量，這樣提高水冷爐口冷卻強度，改善降低爐口溫度,減少爐口的粘結(jié)物，提高爐口的剛性，減小爐口的變形，改善爐口應(yīng)力狀態(tài)，延長爐口和內(nèi)部爐襯的使用壽命，提高爐殼使用壽命。由于水冷爐口尺寸增大，水冷爐口的重量也相應(yīng)增大，相應(yīng)減小爐體重心相對托圈中心的位置，有利于減小轉(zhuǎn)爐操作時的最大傾動力拒。

7　轉(zhuǎn)爐水冷爐口旋轉(zhuǎn)及底吹系統(tǒng)的設(shè)計改造

原50t轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)采用布置轉(zhuǎn)爐傳動耳軸側(cè)，為非旋轉(zhuǎn)接頭形式;由于爐殼間隙變小，由原90mm改為70mm，底吹配管如果還是利用傳動耳軸側(cè)托圈與爐殼之間布置，會造成爐殼間隙過小，由于爐殼的受熱變形，必然影響安全生產(chǎn)。

若采用旋轉(zhuǎn)接頭形式，必須在傳動側(cè)耳軸上加工底吹管路，由于傳動側(cè)耳軸較長，加工難度大，制造成本增大。為此在改造設(shè)計中，將底吹系統(tǒng)改為非傳動側(cè)，將原設(shè)計的水冷爐口水冷兩路旋轉(zhuǎn)接頭改為有水冷兩路和六路氣路的旋轉(zhuǎn)接頭 形式。

在原有50t轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)上適當(dāng)挖掘生產(chǎn)潛力，提高轉(zhuǎn)爐爐容比，節(jié)約投資費用，利用轉(zhuǎn)爐爐役大修對轉(zhuǎn)爐本體進行改造，不影響公司生產(chǎn)，盡量利舊原轉(zhuǎn)爐設(shè)備，縮短大修改造周期，節(jié)約大修改造投資。

1)轉(zhuǎn)爐設(shè)備土建基礎(chǔ)不變。

2)驅(qū)動電機、主減速機、轉(zhuǎn)爐傾動機構(gòu)利舊。

3)轉(zhuǎn)爐耳軸軸承座和軸承座底座中心距不變。

4)爐下出渣擋渣系統(tǒng)、鋼包車系統(tǒng)、活動煙罩下口標高及煙罩系統(tǒng)、氧槍系統(tǒng)、散狀料系統(tǒng)等不 變。

產(chǎn)能大幅提升主要依靠超裝和縮短冶煉時間來實現(xiàn)。未改造前50t轉(zhuǎn)爐平均出鋼量70t，最大出鋼量達到78t。在轉(zhuǎn)爐大量超裝情況下，新爐爐容比為0.68 ～ 0.7，到爐役中后期時爐容比僅為0.64，遠遠小于50 ～ 80t的轉(zhuǎn)爐爐容比為0.85 ～ 0.90的規(guī)范要求。因此實際操作過程中噴濺現(xiàn)象較為嚴重，噴濺冒煙污染環(huán)境；噴濺物大量噴出，影響脫除P、S，熱量損失增大，鋼鐵料消耗較高，鋼水質(zhì)量不穩(wěn)定，影響冶煉控制的穩(wěn)定性，限制供氧強度的提高;由于噴濺的噴出物堆積，清除困難，嚴重噴濺影響人身及設(shè)備安全，因此存在生產(chǎn)安全隱患。另根據(jù)煉鋼行車能力，煉鋼生產(chǎn)在增建70tLFVD精煉和增建60t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)時，對鐵水預(yù)處理及煉鋼配套系統(tǒng)都進行了相應(yīng)改造，隨著公司鐵水產(chǎn)量的增加和連鑄高效化改造生產(chǎn)能力增加，轉(zhuǎn)爐進行適當(dāng)爐容比改善擴容，提高鋼水產(chǎn)量與鋼包、行車能力相匹配，平衡公司鋼鐵料，充分發(fā)揮全連鑄生產(chǎn)能力，是十分必要的；同時對轉(zhuǎn)爐進行適當(dāng)爐容比改善擴容，還可以顯著提高轉(zhuǎn)爐爐齡，降低耐材消耗，提高供氧強度，提高氧槍噴頭冷強度，提高氧槍的使用壽命，并能提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率，降低煉鋼成本，改善勞動條件等 。

利用轉(zhuǎn)爐爐役大修間隙對原有三座50t轉(zhuǎn)爐進行了改造，爐容比大大改善，鋼產(chǎn)量得到大幅提高，各項經(jīng)濟指標也得到了很大提高，特別是金屬噴濺的減少，提高了濺渣護爐的效果，降低了鋼鐵料的消耗，降低了吹損率，縮短了冶煉周期，提高了鋼水的質(zhì)量，延長了爐役時間，最長過26000爐，提高了與連鑄機的配備能力，降低了煉鋼成本 。

50t轉(zhuǎn)爐爐容比改善的設(shè)計改造在進行充分的方案設(shè)計研究的基礎(chǔ)上所采用的方法簡單可行，在對原轉(zhuǎn)爐傾動機構(gòu)進行和設(shè)備的原有基礎(chǔ)核算符合設(shè)計要求基礎(chǔ)上，在不影響生產(chǎn)的情況下，利用整體大修工期，對轉(zhuǎn)爐進行了大修改造，周期短，投資少，見效快，減少了金屬噴濺，消除生產(chǎn)隱患，改善了生產(chǎn)環(huán)境,提高了煉鋼的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低了鋼鐵料消耗,降低了吹損率，降低了煉鋼成本。隨著改造后煉鋼工藝操作和生產(chǎn)管理水平的進一步提高，頂?shù)讖?fù)吹煉鋼過程更加平穩(wěn)，吹氧槍位置更加穩(wěn)定,供氧強度得到提高，過程和終點熔渣得到更好控制，成渣速度加快，冶煉周期相應(yīng)縮短，鋼水的合格率會得到進一步提高。50t轉(zhuǎn)爐爐容比改善的設(shè)計改造的成功，為同類中型轉(zhuǎn)爐爐容比改善的改造提供了寶貴經(jīng)驗 。

（1）什么是容載比：

指城網(wǎng)變電容量（kVA）在滿足供電可靠性基礎(chǔ)上與對應(yīng)的負荷（kW）之比，它是反映電網(wǎng)供電能力的重要技術(shù)經(jīng)濟指標之一，是宏觀控制變電總?cè)萘亢鸵?guī)劃安排變電容量的依據(jù)。容載比可按下式估算：

式中：R_S —— 容載比（kVA/kW）；

K₁ —— 負荷分散系數(shù)；

K₂ —— 變壓器安全運行率；

K₃ —— 變壓器運行率；

K₄ —— 儲備系數(shù)

理想氣體的比定壓熱容可表示為：

比熱容比指的是定壓比熱Cp與定容比熱Cv之比，通常用符號γ表示，即γ=Cp/Cv，是描述氣體熱力學(xué)性質(zhì)的一個重要參數(shù)。