冶煉機(jī)械

鋼、鐵一般都采用高溫冶金方法冶煉。鋼鐵冶煉機(jī)械包括煉鐵的高爐及其配套機(jī)械、煉鋼的平爐和轉(zhuǎn)爐、電弧爐、爐外精煉設(shè)備、鑄錠設(shè)備以及冶金車輛等。

高爐及其配套機(jī)械 將鐵礦石或人造富礦連續(xù)煉成生鐵的鼓風(fēng)豎爐稱為高爐。它的外形像一個堅式的圓筒，由耐火材料及金屬殼體組成,圖1為高爐及其配套機(jī)械的布置。原料從貯礦槽經(jīng)稱量后由高爐機(jī)械的料斗或帶式輸送機(jī)送到爐頂，分批均勻地置入爐內(nèi)。經(jīng)熱風(fēng)爐預(yù)熱的空氣由風(fēng)口鼓入爐內(nèi)，使燃料燃燒加熱爐料并使之分解和還原，從而得到生鐵。鐵水從出鐵口放出，經(jīng)鐵水溝和流嘴進(jìn)入鐵水罐中，運往鋼廠或由鑄鐵機(jī)鑄成鐵塊。從爐頂導(dǎo)出的煤氣，經(jīng)煤氣凈化系統(tǒng)處理后可作為燃料。為強(qiáng)化冶煉，除采用外燃式熱風(fēng)爐提高風(fēng)溫、加大風(fēng)量或采用綜合鼓風(fēng)(包括噴吹燃料、富氧鼓風(fēng)和脫濕鼓風(fēng))外，提高爐頂壓力也能增加產(chǎn)量和降低焦碳消耗。新建的高爐廣泛采用鐘閥密封式或無料鐘式高壓爐頂。采用無料鐘式高壓爐頂后，爐頂高度和重量均可相應(yīng)降低一半左右。高爐容積也達(dá)5500米3左右(日產(chǎn)生鐵1萬余噸)。高爐生產(chǎn)的大型化、連續(xù)化,要求有較高的機(jī)械化和自動化程度,須采用開、堵出鐵口機(jī)和換風(fēng)口機(jī)等配套高爐機(jī)械。

按結(jié)構(gòu)形式可分為傾動式和固定式兩種。傾動式平爐因熔煉室可前后傾動，具有操作靈活和分罐出鋼的特點，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故一般均采用固定式平爐。固定式平爐的特點與傾動式平爐相反。平爐熔煉范圍一般為100~650噸。20世紀(jì)70年代開始采用埋入式氧槍，加大供氧強(qiáng)度，縮短了冶煉時間。

鼓入空氣或工業(yè)純氧，使氧氣與液態(tài)鐵水中的碳、硅、錳等元素氧化，以調(diào)整鋼水的化學(xué)成分，并利用氧化時產(chǎn)生的熱量來煉鋼的設(shè)備。鼓入空氣的轉(zhuǎn)爐，因煉出的鋼質(zhì)量差,已較少應(yīng)用。圖2為轉(zhuǎn)爐的外形及其配套機(jī)械。煉鋼所需的造渣劑可從爐頂料倉卸下，經(jīng)稱量后通過密封料倉和流槽加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)。整個轉(zhuǎn)爐爐體由圓環(huán)形托圈支承，托圈兩端的軸由軸承支承。托圈軸與傳動機(jī)構(gòu)聯(lián)接后能使?fàn)t體繞軸線作360°回轉(zhuǎn),以適應(yīng)轉(zhuǎn)爐加料、出鋼、出渣等工藝要求。轉(zhuǎn)爐傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有落地式、半懸掛式或全懸掛的多點嚙合式等，以全懸掛的多點嚙合式較為普遍。為了提高轉(zhuǎn)爐爐座利用率，轉(zhuǎn)爐爐體也可做成更換式的。

為了防止環(huán)境污染和節(jié)約能源，在冶煉時從轉(zhuǎn)爐爐口逸出的、含有較多煙塵和大量CO高溫爐氣，經(jīng)余熱利用煙道生產(chǎn)蒸汽，又經(jīng)過能回收CO和降低煙氣含塵量的除塵系統(tǒng)，使煙氣符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

轉(zhuǎn)爐依氧氣噴口在爐體的位置不同可分為頂吹、底吹和側(cè)吹幾種，但側(cè)吹轉(zhuǎn)爐應(yīng)用較少。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在爐口插入水冷氧槍(噴口)供工業(yè)純氧，并以超音速氣流噴入熔池進(jìn)行攪拌和反應(yīng)。

頂吹轉(zhuǎn)爐的容量已達(dá)400噸,并有更大型的轉(zhuǎn)爐正在籌建中。

底吹轉(zhuǎn)爐的噴口設(shè)置在爐底(圖3)，噴口數(shù)目可根據(jù)工藝要求而定。 噴口型式有透氣(或毛細(xì)管式)耐火磚和同心套管式兩種。為延長同心套管式噴口壽命，套管之間的環(huán)縫可噴入碳?xì)浠衔镒鳛槔鋮s介質(zhì)，噴口也可在噴入氧氣流時帶入粉狀造渣劑提前化渣去除硫、磷。底吹轉(zhuǎn)爐較適用于高磷鐵水的冶煉。

在頂吹轉(zhuǎn)爐上結(jié)合底吹轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點，將部分氧氣或惰性氣體從爐底噴入，便成為頂?shù)讖?fù)合吹煉的轉(zhuǎn)爐，效果較好。

為了適應(yīng)氧化轉(zhuǎn)爐快速操作和環(huán)境保護(hù)的要求，現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐還配有相應(yīng)的裝料、出鋼、出渣、渣處理、煙氣凈化、污水處理和綜合利用等配套設(shè)備，同時也采用計算機(jī)控制，以提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

利用電能通過石墨制的電極與金屬爐料之間產(chǎn)生電弧所生成的熱量進(jìn)行熔化爐料。電弧爐由爐體、傳動裝置、供電系統(tǒng)和控制設(shè)備等組成(圖4)。爐體結(jié)構(gòu)依裝料形式不同，可分為爐身開出式、爐蓋旋轉(zhuǎn)式和爐蓋開出式幾種。

為了出鋼方便，整個爐體可作前后傾動。電極的夾持和升降機(jī)構(gòu)安裝在爐體的側(cè)面,為了調(diào)整電弧長度,升降機(jī)構(gòu)能自動調(diào)節(jié)。為了提高鋼的質(zhì)量，常在爐底下部裝設(shè)電磁攪拌器，使鋼流按需要方向流動。電弧爐容量一般為10~360噸。為了提高生產(chǎn)能力和縮短熔煉時間，電弧爐正向超高功率方向發(fā)展。

為提高鋼液質(zhì)量，可將煉鋼爐初煉的鋼液在煉鋼爐外精煉。爐外精煉有真空脫氣、鋼包精煉、噴射冶金等方法。

① 真空脫氣:利用氣相壓力降低而使鋼中溶解的氣體析出。真空脫氣有座包脫氣法、滴流脫氣法、提升除氣(D-H)法、循環(huán)除氣(R-H)法等。提升除氣法和循環(huán)除氣法應(yīng)用較為普遍。提升除氣法 (圖5)是靠真空室和鋼水罐的垂直往復(fù)相對運動，使鋼液分批進(jìn)入負(fù)壓 66.6~133帕的真空室處理，小批量的鋼液吞吐過程即為除氣攪拌過程，處理容量約為鋼水罐容量的1/12~1/6。提升除氣法的真空室頂部裝有電熱裝置,可減少鋼液的溫度降。在處理后期，可通過特殊的合金料罐加入鐵合金。循環(huán)除氣法 (圖6)是將真空室下端的二根管子插入鋼液中進(jìn)行，先在左側(cè)的上升管內(nèi)導(dǎo)入少量氬氣或其他惰性氣體。氣體經(jīng)鋼液高溫加熱而產(chǎn)生熱膨脹，不斷膨脹的向上流動的氣體使鋼液上升進(jìn)入真空室而濺成微粒，從而獲得充分除氣，除氣后的鋼液沿右側(cè)下降管流回鋼水罐，使鋼液在罐內(nèi)充分?jǐn)嚢?。?jīng)循環(huán)除氣后的鋼液純度高，溫度和成分也較均勻。真空室可容鋼量約為1~2噸。整個設(shè)備支承在平行的四聯(lián)桿機(jī)構(gòu)上，能在不同容量的鋼水罐上工作。

② 鋼包精煉:將鋼液電弧加熱、真空脫氣、吹氬或電磁攪拌、合金化、脫硫等多種工藝均移入鋼包內(nèi)進(jìn)行的精煉方法。

③ 噴射冶金:將粉狀精煉劑，合金劑以流態(tài)化狀態(tài)吹入鋼液內(nèi)部的精煉方法。主要設(shè)備有噴粉罐和可升降的噴槍架等。

將鋼液鑄成坯錠的設(shè)備。鑄錠分為鋼錠模鑄錠和連續(xù)鑄錠兩種工藝。連續(xù)鑄錠能提高鋼材成材率，降低能耗，簡化傳統(tǒng)的鋼錠模鑄錠的準(zhǔn)備和脫模等工序,為鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)連續(xù)化創(chuàng)造條件。圖7為連續(xù)鑄錠的工藝流程和設(shè)備。設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)型式有立式、立彎式、弧式和水平式等，以弧式應(yīng)用較為廣泛。熱狀態(tài)下設(shè)備變形和防止漏鋼是設(shè)備制造和操作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了加快處理漏鋼事故，關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)能迅速整體吊裝更換。

連續(xù)鑄錠的發(fā)展趨向是:提高澆鑄速度和設(shè)備利用率，快速變換結(jié)晶器的斷面尺寸，用計算機(jī)控制提高連續(xù)澆鑄能力等。

有色金屬的火法冶煉機(jī)械

在高溫條件下利用燃燒或電產(chǎn)生的熱能，將礦石或精礦中的金屬分離并提煉出來的機(jī)械。表列出主要的有色金屬冶煉設(shè)備及其特點。

此外尚有感應(yīng)電爐、電弧爐、真空自耗電爐、電子束熔煉爐、等離子熔煉爐等，以及類似于電化學(xué)設(shè)備的電解熔煉槽和熔鹽電解槽等。

高爐是冶金企業(yè)，尤其是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的主要煉鋼設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接影響到鋼鐵的品質(zhì)，因此，對于如何提高高爐的維護(hù)與保養(yǎng)水平，實現(xiàn)高爐高性能運轉(zhuǎn)時間的最大化，一直是冶金企業(yè)重點抓的頭等大事。

目前，高爐在使用過程中，主要的故障與問題集中在冷卻壁破損，造成冷卻壁破損的原因有很多，而且由于高爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦發(fā)生故障，維修技術(shù)難度大，將嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，因此，對于高爐的維護(hù)與保養(yǎng)，就顯得異常重要。

在日常的生產(chǎn)中，對于高爐設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，主要集中在如何預(yù)防冷卻壁的破損方面，對此，以下一些措施可以在實際中加以應(yīng)用，以提高高爐設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)水平:

(1)增大冷卻水量，提高水流速度，加大冷卻強(qiáng)度;

(2)抑制邊緣煤氣流，發(fā)展中心，控制十字測溫，使邊緣煤氣溫度不大于100℃;

(3)采用有效的爐外噴淋措施，保持合理的爐外冷卻，減少溫度場發(fā)生的變化，避免爐皮燒紅;

(4)根據(jù)風(fēng)壓調(diào)整水量，以達(dá)到對冷卻壁的養(yǎng)護(hù);

(5)嚴(yán)格控制軟水溫度。軟水進(jìn)水溫度嚴(yán)格控制在40士2℃，相對提高冷卻強(qiáng)度，減少冷卻壁峰值熱流時的損壞幾率，保證脫氣罐、膨脹罐工作正常，減少水中溶解氧對水管的腐蝕，延長冷卻壁壽命;

(6)穩(wěn)定爐溫，減小溫度波動幅度與頻率，降低對冷卻壁的熱震;保持堿度穩(wěn)定，防止軟熔帶的波動;杜絕集中加硅石和集中加焦操作，避免影響造渣制度和減少爐溫波動;

(7)日常操作中，穩(wěn)定造渣制度與熱制度，形成合理的軟熔帶，是維護(hù)冷卻壁完好的基本措施;

(8)發(fā)揮多環(huán)布料作用，開放中心氣流，兼顧邊緣氣流，是實現(xiàn)冷卻壁安全平穩(wěn)運行的重要手段;

冷凝器作為制冷、冶金和化工等行業(yè)的主要熱交換設(shè)備之一，應(yīng)用的十分普及。常用的冷凝器按其冷卻介質(zhì)和冷卻方式一般可分為三種類型:水冷式(又分為殼管式、套管式、沉浸式)、空氣冷卻式、蒸發(fā)式。而蒸發(fā)式冷凝器作為一種新型節(jié)能省耗換熱設(shè)備，近年來更是得到了巨大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

蒸發(fā)式冷凝器在運行過程中存在的最大問題是形成水垢和污垢，而且由于其蒸發(fā)汽化的工作機(jī)理，它比其他類別的冷凝器更易結(jié)垢。因此，對于蒸發(fā)式冷凝器的維護(hù)保養(yǎng)，主要就集中在如何解決蒸發(fā)式冷凝器的結(jié)垢問題。 蒸發(fā)式冷凝器的工作環(huán)境在室外，且高溫潮濕，易于腐蝕，因此其上箱體和下箱體應(yīng)保證足夠的鍍鋅厚度。由于管子表面上的水不斷蒸發(fā)易結(jié)蒸發(fā)式冷凝器的工作環(huán)境在室外，且高溫潮濕，易于腐蝕，因此其上箱體和下箱體應(yīng)保證足夠的鍍鋅厚度。由于管子表面上的水不斷蒸發(fā)易結(jié)垢，而結(jié)垢將大大降低蒸發(fā)式冷凝器的換熱性能，為此，可以采取以下的措施來解決蒸發(fā)式冷凝器的結(jié)垢問題。

(1)采用懸臂型蒸發(fā)式冷凝器:主機(jī)在起停的過程中，由于冷凝器蛇形管存在著壓力差和溫度差，導(dǎo)致銅管產(chǎn)生伸縮超直效應(yīng)，由于銅材、垢質(zhì)膨脹系數(shù)差別很大，因而懸臂型蒸發(fā)式冷凝器有自動脫垢的功能。在運行過程中由于制冷劑在冷凝器中發(fā)生兩相轉(zhuǎn)換產(chǎn)生高頻震動，因此很難形成結(jié)垢核心，導(dǎo)致水垢無法附著管壁。

(2)冷凝器制作時進(jìn)行預(yù)膜防垢處理，可有效的阻止污垢晶體在銅管表面上附著。

(3)采用少量連續(xù)排水裝置，將冷卻循環(huán)水的鈣離子的濃縮倍數(shù)控制在一定范圍內(nèi)，有效的防止垢質(zhì)的析出。

(4)設(shè)置預(yù)冷器，使冷凝器管的表面蒸發(fā)溫度在50℃以下，采用大水量，密集型布水器，確保冷凝器管表面時刻被水膜包覆，無干涸點。當(dāng)換熱盤管的表面溫度低于50℃時，產(chǎn)生的垢質(zhì)疏松，易于沖洗，當(dāng)其表面溫度高于50℃時，產(chǎn)生的垢質(zhì)堅硬，難以清除。(5)設(shè)置檔水板，使較高溫度的冷凝管上無水沾附，可有效地預(yù)防冷凝器結(jié)垢。

在平常的運行中，要保持設(shè)備管路的清潔，要經(jīng)常做預(yù)防性檢測，以最大程度地實現(xiàn)蒸發(fā)式冷凝器的維護(hù)與保養(yǎng)。

1 液壓系統(tǒng)維護(hù)的問題

冶金行業(yè)，尤其是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)環(huán)境多是高溫、多塵、水淋、重載，工況條件特別惡劣。液壓系統(tǒng)在如此惡劣的工況下工作，遭受嚴(yán)重污染是不可避免的。

污染物進(jìn)入液壓系統(tǒng)首先加快了機(jī)件磨損，降低了精度和使用壽命，其次造成了液壓系統(tǒng)各液壓元件動作的不靈敏、突停或失效。統(tǒng)計資料表明，污染危害占液壓系統(tǒng)故障率的75%以上。

2 液壓系統(tǒng)維護(hù)的手段方法

(1)控制液壓系統(tǒng)內(nèi)部固有污染源

① 系統(tǒng)安裝前的沖洗工作

清洗工藝須嚴(yán)把酸洗液、鈍化液、中和液的配方關(guān)，其次要選用較大流量的沖洗裝置，使管道中的液流呈紊流狀態(tài)，操縱各個元件的動作，將污染物沖洗出來。清洗結(jié)束后，在熱態(tài)下排掉沖洗液。

② 液壓元件及液壓油的管理工作，液壓元件要選用正規(guī)產(chǎn)品，加強(qiáng)液壓油的污染管理。

(2)控制外部污染物的入侵

① 在油箱的通氣孔及活塞桿處設(shè)置可靠的防塵裝置，外漏的液壓油不得直接流回油箱。

② 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障需解體時，要防止環(huán)境對系統(tǒng)的污染。

③ 拆修液壓管路時要清洗接頭處的污垢，避免拆卸和安裝時把污垢帶入系統(tǒng)。

④ 不要輕易拆卸液壓元件，必須拆卸時應(yīng)將零件清洗吹干并置于干凈的地方。

⑤ 經(jīng)常清除液壓系統(tǒng)表面的油污、塵土，清洗和更換濾油器濾芯。

⑥ 防止冷卻器或其他水源滲入系統(tǒng)。

大多數(shù)金屬礦石是含有雜質(zhì)的金屬化合物，主要是氧化物和硫化物。含雜質(zhì)少的天然礦石可以直接進(jìn)入冶煉過程;雜質(zhì)多的則先經(jīng)過精選富集成為精礦再行冶煉。氧化物礦石多用焦炭及其燃燒產(chǎn)生的一氧化碳?xì)庠谪Q式或臥式爐、窯中還原，少數(shù)用氫或甲烷等還原。硫化物礦石則一般先在氧化氣氛的爐、窯中焙燒，將硫氧化為SO2,隨氣流排出并被收集，然后再處理留存的金屬氧化物。冶煉機(jī)械主要包括與所冶煉的礦石相適應(yīng)的各種爐、窯和配套的上料、出料、鑄錠和冶金車輛等設(shè)備，有人將處理精礦的燒結(jié)設(shè)備或球團(tuán)設(shè)備等也包括在內(nèi)。某些金屬礦石采用濕法提煉(包括化學(xué)浸出、電解、細(xì)菌分解等)。濕法提煉的優(yōu)點是回收率高、能耗少，較適用于難選、難熔的貧礦石和稀有金屬的提煉。濕法提煉所采用的機(jī)械設(shè)備有萃取器、電解設(shè)備、高壓釜、過濾機(jī)、離心分離機(jī)等。

1856年英國的H.貝塞麥發(fā)明貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼。1856~1864年英國的K.W.西門子和法國的P.┵.馬丁發(fā)明平爐煉鋼。1899年法國的P.L.T.埃魯用電爐煉鋼。貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉出的鋼含雜質(zhì)較多，平爐和電爐的應(yīng)用遂逐漸擴(kuò)大。1952年第一座工業(yè)生產(chǎn)用的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在奧地利的林茨廠投產(chǎn)。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的每噸鋼投資少,冶煉周期短，產(chǎn)量高，鋼的質(zhì)量好，獲得迅速發(fā)展。1970年氧氣底吹轉(zhuǎn)爐投入工業(yè)性生產(chǎn)。它需要的廠房高度較低。氧氣轉(zhuǎn)爐與爐外精煉、連續(xù)鑄錠等設(shè)備結(jié)合應(yīng)用后，使鋼的冶煉機(jī)械更趨完善。

17世紀(jì)末英國有了煉銅的反射爐。1880年始用轉(zhuǎn)爐吹煉，同期在歐美又發(fā)明了電解精煉銅和熔爐電解鋁等設(shè)備。

本書根據(jù)2002年全國高職高專冶金機(jī)械專業(yè)研討會的精神、《冶煉機(jī)械》課程的基本要求和教材編寫大綱編寫。

本書內(nèi)容包括煉鐵機(jī)械設(shè)備、煉鋼機(jī)械設(shè)備和連續(xù)鑄鋼設(shè)備等三篇，詳細(xì)闡述冶煉機(jī)械設(shè)備的用途和工作原理，并對設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運轉(zhuǎn)情況、各主要設(shè)備日常維護(hù)、常見故障、故障產(chǎn)生的原因以及處理方法進(jìn)行介紹。

本書內(nèi)容豐富，重點突出;文字簡練，圖文并茂;各章均附有復(fù)習(xí)題，在加深對理論理解的同時，可提高對知識運用的靈活性。

本書可作為高職高專院校冶金機(jī)械、鋼鐵冶金和金屬材料工程等專業(yè)的三年制、五年制高職專及中等職業(yè)技術(shù)教育教材，也可供冶金職工技術(shù)培訓(xùn)及有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

第一篇 煉鐵機(jī)械設(shè)備

第一章 概論

第一節(jié) 高爐生產(chǎn)的主要工藝過程及車間主要設(shè)備

第二節(jié) 高爐生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

第二章 供料設(shè)備

第一節(jié) 供料系統(tǒng)基本概念

第二節(jié) 稱量漏斗和給料機(jī)

第三節(jié) 振動篩

第三章 上料設(shè)備

第一節(jié) 料車上料機(jī)

第二節(jié) 帶式上料機(jī)

第四章 爐頂裝料設(shè)備

第一節(jié) 雙鐘式爐頂設(shè)備

第二節(jié) 無鐘爐頂

第五章 爐前設(shè)備

第一節(jié) 開鐵口機(jī)

第二節(jié) 堵鐵口機(jī)

第三節(jié) 堵渣口機(jī)

第六章 熱風(fēng)爐設(shè)備和除塵設(shè)備

第一節(jié) 熱風(fēng)爐設(shè)備

第二節(jié) 除塵設(shè)備

第二篇 煉鋼機(jī)械設(shè)備

第七章 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備

第一節(jié) 氧氣轉(zhuǎn)爐車間的布置

第二節(jié) 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的主要設(shè)備

第三節(jié) 轉(zhuǎn)爐爐體

第四節(jié) 爐體支撐系統(tǒng)

第五節(jié) 轉(zhuǎn)爐傾動機(jī)構(gòu)

第六節(jié) 吹氧系統(tǒng)裝置

第七節(jié) 供料設(shè)備

第八節(jié) 煙氣處理設(shè)備

……