氧氣頂吹轉爐

一個轉爐有兩個氧槍系統(tǒng)：工作氧槍和備用氧槍，這樣可以在工作氧槍損毀時立即換上備用氧槍，不致造成冶煉中斷。損壞的氧槍拆除后更換轉爐及其氧槍系統(tǒng)使得氧另一新氧槍備用。轉爐爐體包括爐殼、耳軸和托圈、軸承座等金屬結構及傾動機構。

由鋼板焊成，內(nèi)襯砌有堿性耐火材料。各國由于資源不同，所用耐火材料也不同。主要有含Mg()較高的白云石磚和高純度、高密度、高強度的鎂碳磚。托圈起著支撐爐體、傳遞傾動力矩的作用。托圈斷面呈矩形，中間焊有直立的帶孔筋板，以增加托圈的剛度。轉爐托圈兩側設有耳軸，耳軸支撐在軸承上，由齒輪帶動，經(jīng)托圈使爐體傾動。傾動機構是使爐體能傾動的機械設備，以便進行兌鐵水、加廢鋼、取樣、出鋼和倒渣等工藝操作。傾動機構應能使爐體正反旋轉3600°。

轉爐爐型指爐殼砌襯后所形成的轉爐內(nèi)膛輪廓。最上端稱為爐口，然后由上到下分為爐帽、爐身和爐底三段。爐帽有正口式和偏口式兩種，正口式爐帽為軸心對稱的截錐形，這樣可使兌鐵水和出鋼分在兩側進行，有利于爐襯均勻受侵蝕，故大多數(shù)轉爐都采用正口式爐帽。爐身為直圓筒形，爐底為球缺形。是不同噸位的轉爐爐型比較示意圖。決定轉爐爐型的基本參數(shù)是爐容比和高寬比。爐容比是指爐型空間所有容積和金屬料裝入量之比，一般接近1m3/t鋼水的密度是7t/m3。這樣，爐子內(nèi)只有1/7為鋼水所占據(jù)，其余6/7都是空的，保留這樣大的空間是為了容納泡沫渣(見轉爐泡沫渣)，避免噴濺。但過大的爐容比增加設備投資。高寬比是指爐型總高度和爐身直徑的比。早期增加轉爐容量時降低高寬比，即爐子向矮胖方向發(fā)展。但這使得兩個耳軸距離加大，并導致耳軸中心線彎曲度增大，所以特別大的爐子高寬比又趨向增加。根據(jù)高寬比和爐容量即可確定熔池深度和熔池面積。

耳軸和托圈 它們不僅承受爐體(包括爐襯)和金屬料的重量，在傾動時還承受很大的扭力，爐體受熱膨脹還對托圈形成熱應力。爐子越大，所受力越大，產(chǎn)生的應力也愈復雜。大爐子兩耳軸間跨度增加，耳軸和托圈彎曲變形使減速器內(nèi)齒輪咬合不好，增加磨損。因此大爐子多采用懸掛式減速系統(tǒng)，也就是把減速器甚至包括電動機全都掛在耳軸上。這樣，無論耳軸中心線如何變形，減速器和耳軸都保持相互垂直關系。

傾動電動機和減速器 是根據(jù)傾動力矩的大小來設計的。

轉爐的傾動力矩包括三部分：

(1)爐殼和爐襯自重引起的力矩，簡稱空爐力矩；

(2)爐內(nèi)液體金屬引起的力矩，簡稱鐵水力矩；

(3)轉爐傾動系統(tǒng)和耳軸的摩擦力矩。力矩由重心和耳軸位置所決定。空爐的重心是固定的，而鐵水重心在爐子轉動過程中不斷變化，當爐子轉到出鋼位置，空爐重心和鐵水重心位于耳軸的兩側，空爐力矩和鐵水力矩方向相反。

如果所選耳軸位置和空爐重心很近，有可能造成鐵水力矩大于空爐力矩的情況，如果傾動機械的制動不靈，在鐵水力矩的作用，爐子會自動下傾而使鋼水潑灑在地面上，造成嚴重事故。為了避免這個問題，選擇耳軸位置時應使空爐力矩總是大于鐵水力矩。當傾動機械臨時發(fā)生故障，可使轉爐借助自重自動轉回垂直位置。后一種設計稱為全正力矩，而前一種稱為正負力矩。全正力矩的缺點是提高了力矩的最大值，增大了傾動機械的負荷和設備投資。

附屬設備 為了保證轉爐的正常運轉，還要有加料系統(tǒng)、轉爐煙氣凈化回收系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等附屬設備。它們的配置情況如圖5所示。加料系統(tǒng)由許多料倉和帶式運輸機組成，將各種散裝料(石灰、鐵礦石、螢石等)由地下料倉運輸?shù)綘t頂上方。吹煉時根據(jù)工藝要求，將不同散裝料用電子秤稱量后，經(jīng)由煙道的加料口加入轉爐。煙氣凈化回收系統(tǒng)包括爐氣的冷卻、除塵和抽引機械，用以回收爐氣的物理熱和化學熱和去除爐氣中的細微煙塵顆粒物。 2100433B

通過轉爐頂部的噴槍把氧氣或空氣吹入爐內(nèi)從而強化煉鋼過程并改善熔池攪拌的轉爐煉鋼工藝。

應用學科：材料科學技術（一級學科），金屬材料（二級學科），鋼鐵材料（三級學科），鋼鐵材料生產(chǎn)技術（四級學科）

中文名稱

頂吹轉爐煉鋼

英文名稱

top blown converter steelmaking

定　　義

通過轉爐頂部的噴槍把氧氣或空氣吹入爐內(nèi)從而強化煉鋼過程并改善熔池攪拌的轉爐煉鋼工藝。

應用學科

材料科學技術（一級學科），金屬材料（二級學科），鋼鐵材料（三級學科），鋼鐵材料生產(chǎn)技術（四級學科）

氧氣純度在99％以上。吹入氧氣的方式有頂吹、側吹、底吹三種。1952年，頂吹氧氣轉爐最早研究開發(fā)成功(見圖)。頂吹時，氧氣噴嘴不埋入鐵水中，和液面有1米左右的距離，可以用水冷卻噴嘴。為了使氧流達到液面時仍有必要的動能和動量，噴嘴出口的氧氣壓力達0.81～1.22兆帕，噴出的氧流為超聲速（450～500米/秒）。帶有巨大動能的氧流把熔池中心沖成一個旋轉拋物面形的凹坑，通過對凹坑表面的摩擦把動量傳遞給熔池，使熔池形成環(huán)流；另外，摩擦力又把金屬液體撕碎，形成大量小液滴彌散分布在渣中，成為乳化狀態(tài)。由于液滴有極大的界面積，反應速率極高。據(jù)實際測定，當熔池平均含碳1.0％～1.5％時，液滴中含碳量已降低到0.1％～0.7％；大量液滴是煉鋼反應速率高的原因。由于反應速率高，放出化學熱的反應速率也高，熱損失少，再加上空氣中的氮（占4/5）未進入熔池帶走熱量，因而氧氣轉爐熱量有富余，可以用來熔化廢鋼。另外，高速脫碳使熔池沸騰非常激烈，沸騰的CO氣泡將溶解在鋼中的氫、氮、氧帶出來，此外由于可用計算機進行自動控制，使終點鋼的成分和溫度更為精確，所以鋼的質(zhì)量優(yōu)良。再加上轉爐煉鋼有極高的生產(chǎn)率（30～40分鐘產(chǎn)出一爐鋼），煉鋼不消耗能量，甚至產(chǎn)生二次能源。由于上述優(yōu)點，使氧氣轉爐煉鋼發(fā)展極快；由1952年誕生到1970年不到20年的時間，氧氣轉爐鋼產(chǎn)量就超過了平爐鋼；20世紀90年代末期，氧氣轉爐鋼年產(chǎn)量達3.5億～4.0億噸，已超過總產(chǎn)鋼量的50％。1965年加拿大空氣液化公司研究成功用烴類（柴油、丙烷）裂解吸熱可以冷卻吹氧噴嘴的技術，于是法國、聯(lián)邦德國等國利用這一技術開發(fā)底吹氧氣轉爐煉鋼。底吹轉爐向熔池供氧可以不局限在一處，吹煉更平穩(wěn)，噴濺少，金屬收得率高。中國的冶金工作者利用該技術改造側吹堿性轉爐，也研發(fā)成功世界特有的側吹氧氣轉爐煉鋼。在研究底吹氧氣轉爐中發(fā)現(xiàn)，只需將20％～30％的氧由爐底吹入，70％～80％的氧仍由頂部吹入，效果和全部底吹差不多。于是產(chǎn)生了頂?shù)讖秃洗禑掁D爐。更多類型的復吹轉爐只從爐底吹入氮、氬等惰性氣體，全部氧保持頂吹，這樣也可以改進熔池的攪拌，減少金屬氧化損失。所以，幾乎所有的氧氣轉爐都改造成這種類型的復吹轉爐；而生產(chǎn)超低碳鋼種的轉爐，采用部分氧底吹、部分氧頂吹的方法。單純的頂吹轉爐和底吹轉爐已不復存在。

為了克服空氣側吹轉爐煉鋼熱效率低、鋼中含氮量高的缺點，用氧氣代替空氣吹煉是惟一的出路，但一般耐火材料噴嘴承受不了吹氧煉鋼時的強烈侵蝕。1973年，中國東北工學院(冶金系、沈陽第一鋼廠、唐山鋼廠參照氧氣底吹轉爐使用油、氧噴嘴的經(jīng)驗，將側吹轉爐的風嘴改為油、氧噴嘴，解決了吹氧煉鋼的噴嘴壽命問題。于是空氣側吹堿性轉爐煉鋼法被改造成為氧氣側吹轉爐煉鋼法。氧氣側吹轉爐煉鋼的工藝操作和空氣側吹堿性轉爐煉鋼基本相同。只是由于不再把空氣中大量的氮吹入爐內(nèi)，熱效率提高，原料中廢鋼比可達10%～25%，鋼鐵料消耗降低30～100kg/t鋼，鐵損減少使爐齡也有了提高。油、氧噴嘴的構造如圖4所示。它由兩根同心套管組成，外管為無縫鋼管，內(nèi)管為紫銅管。銅管內(nèi)通氧氣，外壁切削出幾條細的螺旋油槽，和外層鋼管構成輕柴油的通路。輕柴油和氧同時吹入爐內(nèi)，輕柴油在噴嘴出口受熱氣化和裂解，吸收了很多熱量，使噴嘴受到冷卻，噴嘴出口溫度保持在200～250℃，使噴嘴能正常吹氧而保持較長的壽命。

從1974年到1976年，中國有26座空氣側吹堿性轉爐改造成氧氣側吹轉爐，總容量達150_t。在推廣應用吹氧后，發(fā)現(xiàn)氧氣側吹轉爐容量仍然不能增大。側吹轉爐的除塵設備大(因為需要在吹煉時傾動爐身，8t側吹轉爐和25t頂吹轉爐的除塵設備相當);氧氣側吹轉爐消耗輕柴油4～8L/t;鋼鐵料消耗比頂吹轉爐高10～20kg/t。由于存在這些缺點，到90年代初，除唐山鋼廠一個氧氣側吹轉爐車間還在繼續(xù)生產(chǎn)外，其余的氧氣側吹轉爐或改為頂吹氧氣轉爐，或者停止了生產(chǎn)。

2100433B