氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐爐殼

由鋼板焊成，內(nèi)襯砌有堿性耐火材料。各國(guó)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(qiáng)度的鎂碳磚。托圈起著支撐爐體、傳遞傾動(dòng)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(zhuǎn)爐托圈兩側(cè)設(shè)有耳軸，耳軸支撐在軸承上，由齒輪帶動(dòng)，經(jīng)托圈使?fàn)t體傾動(dòng)。傾動(dòng)機(jī)構(gòu)是使?fàn)t體能傾動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，以便進(jìn)行兌鐵水、加廢鋼、取樣、出鋼和倒渣等工藝操作。傾動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)能使?fàn)t體正反旋轉(zhuǎn)3600°。

轉(zhuǎn)爐爐型指爐殼砌襯后所形成的轉(zhuǎn)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(duì)稱的截錐形，這樣可使兌鐵水和出鋼分在兩側(cè)進(jìn)行，有利于爐襯均勻受侵蝕，故大多數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐爐型比較示意圖。決定轉(zhuǎn)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(jiàn)轉(zhuǎn)爐泡沫渣)，避免噴濺。但過(guò)大的爐容比增加設(shè)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(zhuǎn)爐容量時(shí)降低高寬比，即爐子向矮胖方向發(fā)展。但這使得兩個(gè)耳軸距離加大，并導(dǎo)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(dòng)時(shí)還承受很大的扭力，爐體受熱膨脹還對(duì)托圈形成熱應(yīng)力。爐子越大，所受力越大，產(chǎn)生的應(yīng)力也愈復(fù)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(dòng)機(jī)全都掛在耳軸上。這樣，無(wú)論耳軸中心線如何變形，減速器和耳軸都保持相互垂直關(guān)系。

傾動(dòng)電動(dòng)機(jī)和減速器 是根據(jù)傾動(dòng)力矩的大小來(lái)設(shè)計(jì)的。

轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)力矩包括三部分：

(1)爐殼和爐襯自重引起的力矩，簡(jiǎn)稱空爐力矩；

(2)爐內(nèi)液體金屬引起的力矩，簡(jiǎn)稱鐵水力矩；

(3)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)和耳軸的摩擦力矩。力矩由重心和耳軸位置所決定?？諣t的重心是固定的，而鐵水重心在爐子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不斷變化，當(dāng)爐子轉(zhuǎn)到出鋼位置，空爐重心和鐵水重心位于耳軸的兩側(cè)，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(dòng)機(jī)械的制動(dòng)不靈，在鐵水力矩的作用，爐子會(huì)自動(dòng)下傾而使鋼水潑灑在地面上，造成嚴(yán)重事故。為了避免這個(gè)問(wèn)題，選擇耳軸位置時(shí)應(yīng)使空爐力矩總是大于鐵水力矩。當(dāng)傾動(dòng)機(jī)械臨時(shí)發(fā)生故障，可使轉(zhuǎn)爐借助自重自動(dòng)轉(zhuǎn)回垂直位置。后一種設(shè)計(jì)稱為全正力矩，而前一種稱為正負(fù)力矩。全正力矩的缺點(diǎn)是提高了力矩的最大值，增大了傾動(dòng)機(jī)械的負(fù)荷和設(shè)備投資。

附屬設(shè)備 為了保證轉(zhuǎn)爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還要有加料系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等附屬設(shè)備。它們的配置情況如圖5所示。加料系統(tǒng)由許多料倉(cāng)和帶式運(yùn)輸機(jī)組成，將各種散裝料(石灰、鐵礦石、螢石等)由地下料倉(cāng)運(yùn)輸?shù)綘t頂上方。吹煉時(shí)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(zhuǎn)爐。煙氣凈化回收系統(tǒng)包括爐氣的冷卻、除塵和抽引機(jī)械，用以回收爐氣的物理熱和化學(xué)熱和去除爐氣中的細(xì)微煙塵顆粒物。 2100433B

一個(gè)轉(zhuǎn)爐有兩個(gè)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(shí)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(zhuǎn)爐及其氧槍系統(tǒng)使得氧另一新氧槍備用。轉(zhuǎn)爐爐體包括爐殼、耳軸和托圈、軸承座等金屬結(jié)構(gòu)及傾動(dòng)機(jī)構(gòu)。

通過(guò)轉(zhuǎn)爐頂部的噴槍把氧氣或空氣吹入爐內(nèi)從而強(qiáng)化煉鋼過(guò)程并改善熔池?cái)嚢璧霓D(zhuǎn)爐煉鋼工藝。

應(yīng)用學(xué)科：材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），金屬材料（二級(jí)學(xué)科），鋼鐵材料（三級(jí)學(xué)科），鋼鐵材料生產(chǎn)技術(shù)（四級(jí)學(xué)科）

中文名稱

頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼

英文名稱

top blown converter steelmaking

定　　義

通過(guò)轉(zhuǎn)爐頂部的噴槍把氧氣或空氣吹入爐內(nèi)從而強(qiáng)化煉鋼過(guò)程并改善熔池?cái)嚢璧霓D(zhuǎn)爐煉鋼工藝。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），金屬材料（二級(jí)學(xué)科），鋼鐵材料（三級(jí)學(xué)科），鋼鐵材料生產(chǎn)技術(shù)（四級(jí)學(xué)科）

氧氣純度在99％以上。吹入氧氣的方式有頂吹、側(cè)吹、底吹三種。1952年，頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐最早研究開(kāi)發(fā)成功(見(jiàn)圖)。頂吹時(shí)，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(dá)到液面時(shí)仍有必要的動(dòng)能和動(dòng)量，噴嘴出口的氧氣壓力達(dá)0.81～1.22兆帕，噴出的氧流為超聲速（450～500米/秒）。帶有巨大動(dòng)能的氧流把熔池中心沖成一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面形的凹坑，通過(guò)對(duì)凹坑表面的摩擦把動(dòng)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(yīng)速率極高。據(jù)實(shí)際測(cè)定，當(dāng)熔池平均含碳1.0％～1.5％時(shí)，液滴中含碳量已降低到0.1％～0.7％；大量液滴是煉鋼反應(yīng)速率高的原因。由于反應(yīng)速率高，放出化學(xué)熱的反應(yīng)速率也高，熱損失少，再加上空氣中的氮（占4/5）未進(jìn)入熔池帶走熱量，因而氧氣轉(zhuǎn)爐熱量有富余，可以用來(lái)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(lái)，此外由于可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，使終點(diǎn)鋼的成分和溫度更為精確，所以鋼的質(zhì)量?jī)?yōu)良。再加上轉(zhuǎn)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(diǎn)，使氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展極快；由1952年誕生到1970年不到20年的時(shí)間，氧氣轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量就超過(guò)了平爐鋼；20世紀(jì)90年代末期，氧氣轉(zhuǎn)爐鋼年產(chǎn)量達(dá)3.5億～4.0億噸，已超過(guò)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(shù)，于是法國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)等國(guó)利用這一技術(shù)開(kāi)發(fā)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼。底吹轉(zhuǎn)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(guó)的冶金工作者利用該技術(shù)改造側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐，也研發(fā)成功世界特有的側(cè)吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼。在研究底吹氧氣轉(zhuǎn)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?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐。更多類型的復(fù)吹轉(zhuǎn)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(jìn)熔池的攪拌，減少金屬氧化損失。所以，幾乎所有的氧氣轉(zhuǎn)爐都改造成這種類型的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐；而生產(chǎn)超低碳鋼種的轉(zhuǎn)爐，采用部分氧底吹、部分氧頂吹的方法。單純的頂吹轉(zhuǎn)爐和底吹轉(zhuǎn)爐已不復(fù)存在。

為了克服空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼熱效率低、鋼中含氮量高的缺點(diǎn)，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(shí)的強(qiáng)烈侵蝕。1973年，中國(guó)東北工學(xué)院(冶金系、沈陽(yáng)第一鋼廠、唐山鋼廠參照氧氣底吹轉(zhuǎn)爐使用油、氧噴嘴的經(jīng)驗(yàn)，將側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的風(fēng)嘴改為油、氧噴嘴，解決了吹氧煉鋼的噴嘴壽命問(wèn)題。于是空氣側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法被改造成為氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝操作和空氣側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)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(dá)10%～25%，鋼鐵料消耗降低30～100kg/t鋼，鐵損減少使?fàn)t齡也有了提高。油、氧噴嘴的構(gòu)造如圖4所示。它由兩根同心套管組成，外管為無(wú)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(xì)的螺旋油槽，和外層鋼管構(gòu)成輕柴油的通路。輕柴油和氧同時(shí)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(zhǎng)的壽命。

從1974年到1976年，中國(guó)有26座空氣側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐改造成氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，總?cè)萘窟_(dá)150_t。在推廣應(yīng)用吹氧后，發(fā)現(xiàn)氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐容量仍然不能增大。側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的除塵設(shè)備大(因?yàn)樾枰诖禑挄r(shí)傾動(dòng)爐身，8t側(cè)吹轉(zhuǎn)爐和25t頂吹轉(zhuǎn)爐的除塵設(shè)備相當(dāng));氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐消耗輕柴油4～8L/t;鋼鐵料消耗比頂吹轉(zhuǎn)爐高10～20kg/t。由于存在這些缺點(diǎn)，到90年代初，除唐山鋼廠一個(gè)氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐車間還在繼續(xù)生產(chǎn)外，其余的氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐或改為頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐，或者停止了生產(chǎn)。

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