《钢铁工业窑炉》PPT课件.ppt

第八章第八章 钢铁工业窑炉钢铁工业窑炉 本章要点：本章要点： 高炉冶炼是获得生铁的手段，而转炉则为炼钢车间的高炉冶炼是获得生铁的手段，而转炉则为炼钢车间的主体设备本章学习的主要目的在于掌握钢铁生产的两大主体设备本章学习的主要目的在于掌握钢铁生产的两大基本炉窑（高炉与转炉）的工作原理、窑炉结构、内衬材基本炉窑（高炉与转炉）的工作原理、窑炉结构、内衬材料以及损毁机理，为现代冶金工业的优质高效、长寿节能、料以及损毁机理，为现代冶金工业的优质高效、长寿节能、清洁生产和过程自动设计奠定基础清洁生产和过程自动设计奠定基础第一节第一节 炼铁高炉炼铁高炉 高炉冶炼主要以铁矿石（天然富矿、烧结矿和球团矿）为原料，以焦碳、煤粉、重油、天然气为燃料和还原剂，以石灰石为溶剂，在高炉中通过燃料燃烧、氧化物中铁元素的还原以及非铁元素造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁 高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却装置，而高炉本体设计是最为关键的部分高炉炉衬用耐火材料已由单一用陶瓷耐火材料过渡到陶瓷质和碳质耐火材料 图8.1 高炉生产流程1.储矿槽；2.焦仓；3.称量车；4.斜桥；5.放散阀；6.高炉；7.热风炉；8.除尘器；9.切断阀； 所谓五段式结构，自高炉底部死铁层以上的部位，依次为炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。

我国习惯地规定: 有效容积Vu 620m3，为大型高炉 高炉的有效高度，对高炉内煤气和炉料之间的传热过程有重大影响有效高度增加，煤气流速与炉料接触机会增加，有利于传热传质，降低能耗但太高会形成料拱，对炉料下降不利一、高炉本体五段式结构 2. 炉缸 指高炉炉型下部圆筒部分它的上中下部分分别装有风口，渣口，铁口炉缸下部容积盛装有液态的渣铁，上部空间为风口燃烧带风口的数目主要取决于炉容大小，与炉缸直径成正比，还与冶炼强度有关其数目n的确定可参照如下公式： n = 2( d + 1 ) 中小型高炉 n = 2( d + 2 ) 大型高炉 n = 3d 巨型高炉（4000m3以上） 式中d为炉缸直径，m 3. 炉腹 位于炉缸上部，呈倒截圆锥形炉腹的形状适应该部位炉料已熔化滴落而引起的物料体积的收缩，稳定下料速度由于燃烧带产生的煤气是鼓风量的倍，理论燃烧温度可达1800-2000度，气体激烈膨胀，炉腹的存在适应这一变化 4. 炉腰 炉腹上部的圆形空间为炉腰，是高炉炉型直径最大部位它是冶炼的软熔带，炉料的透气性变差，炉腰的存在扩大了该部位的横向空间，改善了通气条件因此，当冶炼渣量大时，应适当扩大直径。

在炉型结构上，炉腰起承上启下的作用，使得炉腹向炉身过渡来的平缓，减少死角高度一般取13 m之间炉腰直径与炉缸、炉腹角、炉腹高度有关 5. 炉身 呈正截圆锥形向下扩张，以适应于炉料向下运动，因温度升高所产生体积的膨胀，有利于减小炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱炉身高度占高炉有效高度的5060%，保障了煤气与炉料之间传热和传质过程的进行 6. 炉喉 呈圆柱型，它的作用是承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布炉喉直径与炉腰直径之比应在0.64之间炉喉之上部位是钟上炉顶装料装置 炉型设计与计算见有关书籍二. 高炉炉衬破坏机理碱金属和其他有害元素的破坏作用炉料和煤气流的摩擦冲刷及煤气碳素沉积的破坏作用高温和热震破损高温渣铁的渗透与侵蚀炉衬破坏机理归纳为如下几方面 综上所述，高炉内任何部位的破坏，都是多种破坏机理的交替综合作用的结果高炉寿命是炉型设计、炉衬结构及材质、高炉冷却设备与工艺制度、冶炼条件等因素的综合作用的结果 高炉用耐火材料有陶瓷质材料和碳质材料陶瓷质材料有粘土砖、高铝砖、刚玉砖、不定型耐火材料碳质材料有碳砖、石墨砖、石墨炭化硅砖、氮结合炭化硅砖和粘土结合炭化硅砖三. 高炉用耐火材料1. 粘土砖和高铝砖粘土砖和高铝砖 其具有较好的机械强度，耐磨性和抗渣性均好，成本较低，普遍用于高炉的各个部位。

高炉用粘土砖和高铝砖要求具备如下性能: （1） （2）（3）（4）化学成分中氧化铝含量高而氧化铁含量低耐火度和荷重软化要求高重烧收缩率要小气孔率要低2. 碳质耐火材料碳质耐火材料 随着冶炼强度提高，炉衬热负荷加重以快速导热的碳质耐火材料显示独特性能尤其炉底部位几乎普遍采用碳质耐火材料它的主要性质如下：耐火度高,3500升华在冶炼工艺过程中不软化也不熔化具有很好的抗渣性,无论对酸性与碱性炉渣都有良好的抗蚀性具有高导热性与抗热冲击性,有利于延长炉衬的寿命热膨胀系数小，热稳定性高但对氧化性气体的抵抗能力差，易氧化 (2) (3) (1) (5) (4) 3. 不定型耐火材料 主要有捣打料、喷补料、浇注料、泥浆和填料其主要特点是成型工艺简单、能耗低、抗热震性好、耐剥落等优点 高炉冷却的目的是维持炉衬在一定温度下工作，使其不失去强度，保持炉型；形成渣皮，保护和替代炉衬工作；保护炉壳与各种钢结构，使其不因受热而变形或破坏 常用的冷却方式为水冷，风冷和汽化冷却四. 高炉冷却 高炉基础是高炉下部的承重结构，它的作用是将高炉全部载荷传递到地基构成形式为基座和基墩（如图）五五. . 高炉基础高炉基础第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 本节主要介绍氧气顶吹转炉结构与工艺特点。

氧气转炉是转炉炼钢的主体设备，如图所示转炉由炉帽、炉身和炉底三部分组成炉帽系一上小下大的正口形截圆锥体；炉帽以下、熔池面以上的圆筒为炉身部分；熔池面以下为炉底部分图8.2 转炉结构一. 炉型结构主要确定的参数 熔池尺寸的确定（熔池直径与深度）1炉身、炉帽、出钢口尺寸确定2炉容比确定3 它是提高炉龄的基础常用的工作层衬砖有：沥青结合镁砖，含碳量56%；烧成浸渍镁砖，焦油或沥青结合的白云石砖，含碳量2%；沥青或树脂结合白云石碳砖，含碳量715%；沥青或树脂结合镁碳砖，含碳量1025%由于镁碳砖成本高，一般只用于耳轴区或渣线易损部位二. 炉衬材质的合理选择 通常炉衬由永久层、填充层和工作层组成 永久层紧贴与保护炉壳，常用煤砖砌筑; 填充层介于永久层与工作层之间，主要功能是减轻炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压; 工作层系指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣目前该层多用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑炉帽可用二步煅烧镁砖 三. 炉衬的组成四. 砖型选择原则11尽可能选用大砖，提高筑炉速度，减少砖缝，减轻劳动强度；2 2 力争筑炉过程中不打或少打砖，以提高砖的利用率和保证砖的质量；3 33在出钢口和炉底选用异性砖；4 4 4尽量减少砖型种类。

11尽可能选用大砖，提高筑炉速度，减少砖缝，减轻劳动强度；42 转炉炉体的金属构件由炉壳、炉体支承装置和倾动机构组成炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成由于炉帽，特别是炉口部位受高温作用易变形，所以目前采用水冷炉口对30t以上的转炉要求耐高压的锅炉钢板，也有用合金钢板的，如16Mn, 14MnNb等五. 氧气顶吹转炉炉体的金属构件 支承装置承载炉体全部重量，主要部件有托圈炉体与托圈的连接装置为耳轴及其轴承，炉体及其托圈的全部载荷通过耳轴，经轴承座传给地基；而倾动机构的力矩又通过耳轴传给炉体与托圈，因此要求具有足够的强度和刚度，一般选用合金钢 倾动机构：转炉在冶炼过程中前后倾转，倾动角度为360，以满足兑铁水、加废钢、取样测温等需要，倾动速度可以调节倾动机构的主要参数有倾动速度（）、倾动力矩和耳轴位置 炉型基本特征：炉底一般为平底以便设置喷口；炉子的高宽比略小于顶吹转炉，却大于底吹转炉，略呈矮胖型；熔池深度取决于底部喷口直径和供气压力主要设计参数为：炉容比；高径比；熔池直径和熔池深度 六. 顶底复吹转炉炉型与底部供气构件 一般为Ar、N2、O2、空气，缺少Ar气地方可以设置CO2和CO气源。

气源压力不能少于3MPa气源选择与吹炼功能有关顶底复吹法可分为如下三种：1强化冶炼型：顶枪吹氧，底部也吹氧，同时还要吹入保护性燃料和中性气体、石灰粉等供气构件和系统比较复杂2增加废钢比型： 顶枪上设有上下孔，上孔专为CO完全燃烧成CO2提供氧气，下孔专为氧化金属中的杂质供氧；底枪为氧-燃型喷枪3加强搅拌型： 顶枪吹氧，底部吹惰性气体或中性气体N2供气构件大为简化 采用底吹氧时一般吹氧用量占总氧量的20 25%采用底吹Ar、N2、CO2，供气强度小于3/tmin，冶金特征接近顶吹法；达到3/tmin，可保证降低炉渣和金属的氧化性，并达到足够的搅拌强度 2. 底气用量3. 透气构件透气构件透气砖：目前采用组合式透气砖，由多块耐火砖组合成各种砖缝并外包不锈钢板而成高压成型透气砖以镁碳砖为宜，单管内径1.54mm, 壁厚1 mm喷嘴：套管式喷嘴的内管和环缝均供气，调节气流的压力和面积可改善气流性能12一、薄板坯连铸连轧工艺技术1、CSP工艺技术(Compact Strip Production) CSP工艺也称紧凑式热带生产工艺CSP生产工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢钢包精炼炉薄板坯连铸机剪切机辊底式隧道加热炉粗轧机(或没有)均热炉(或没有)事故剪高压水除鳞机小立辊轧机(或没有)精轧机输出辊道和层流冷却卷取机。

第三节 薄板坯连铸连轧生产用加热炉及炼钢炉 图9.1 高炉转炉薄板坯连铸连轧CSP工艺流程图1回转台；2钢包；3中间罐；4连铸机；5剪切机；6加热炉；7除鳞机；8粗轧机；9加热炉；10事故剪；11除鳞机；12精轧机；13层流冷却；14卷取机；15预留卷取机2、ISP工艺技术(Inline Strip Production) ISP工艺也称热带钢生产工艺ISP生产线的工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢钢包精炼连铸机大压下量初轧机剪切机感应加热炉克日莫那炉热卷箱高压水除鳞机精轧机输出辊道和层流冷却卷取机1中间包；2结晶器；3液芯压下；4除鳞机；5预轧机；6剪切机；7感应加热炉；8热卷箱；9事故剪；10除鳞机；11精轧机；12层流冷却；13卷取机3、FTSR工艺技术(Flexible Thin Slab Rolling) FTSR工艺(Flexible Thin Slab Rolling)被称之为生产高质量产品的灵活性薄板坯轧制工艺FTSR工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢钢包精炼薄板坯连铸机旋转式除鳞机剪切机辊底式隧道式加热炉二次除鳞机立辊轧机粗轧机保温辊道三次除鳞装置精轧机输出辊道和带钢冷却段卷取机。

见图1连铸机；2旋转式一次除鳞；3隧道式加热炉；4二次除鳞；5立辊轧机；6粗轧机；7保温辊道；8三次除鳞；9精轧机；10输出辊道和层流冷却；11卷取机4、CONROLL工艺技术 CONROLL工艺是奥钢联工程技术公司开发的用于生产不同钢种的连铸连轧生产工艺CONROLL工艺流程为：常规连铸机板坯热装(或直接)进步进梁式加热炉带立辊可逆粗轧机精轧机架输出辊道和层流冷卷取机 1钢包加热炉；2电炉；3AOD；4传送车；5连铸机；6加热炉；7立辊轧机；8粗轧机；9精轧机；10卷取机5、QSP工艺技术 QSP技术是日本住友金属开发出的生产中厚板坯的技术，开发的目的在于提高铸机生产能力的同时生产高质量的冷轧薄板QSP工艺生产流程一般为：电炉或转炉炼钢钢包精炼炉薄板坯连铸机剪切机辊底式隧道加热炉立辊轧边机粗轧机高压水除鳞机精轧机卷取机1单流连铸机；2软压下装置；3剪切机；4隧道式加热炉；5立辊轧边机；6初轧机、除鳞机；7除鳞机；8精轧机；9卷取机6、TSP工艺技术(Tippins-Samsung Process) 倾翻带钢新技术，简称TSPTSP工艺流程一般为：电弧炉(AC或DC）或转炉炼钢钢包精炼薄板坯连铸机步进式加热炉高压水除鳞机立辊轧边机单机架斯特克尔轧机层流冷却卷取机。

见图1电弧炉；2钢包精炼炉；3连铸机；4均热炉；5卷取机；6立辊轧边机；7单机架斯特克尔轧机；8层流冷却；9成品带卷 7、CPR工艺技术(Casting Pressing Rolling) CPR工艺即铸压轧工艺，用于生产厚度小于25mm的合金钢和普。