10 炉外精炼设备选型
10.1 炉外精炼的功能
钢水炉外精炼又称钢水二次精炼,而各种精炼设备的冶金功能又是多种多样的。为了能获得低碳或超低碳钢种，采用真空脱碳或真空下吹氧脱碳的技术；为了炼得极低硫的钢种，而有炉外脱硫手段；为促进钢水成分和温度的均匀化，吹入惰性气体或通过电磁搅拌钢水，更有利于脱除气体和使夹杂物聚集上浮。通过炉外精炼对钢水进行处理，能够加快钢水成分的稳定，从而取得传统熔炼炉所难以达到的冶炼标准；更能冶炼出要求特殊的钢种，应用高科技领域。
精炼设备能够完成的冶金功能包括：脱气（脱氢、脱氮、脱氧），脱硫，脱碳（冶炼低碳、超低碳钢种），清洁钢液（减少非金属夹杂物，提高显微清洁度），调整钢液成份和温度。
10.2 LF精炼炉
10.2.1 LF精炼炉的特点
LF精炼炉(图10-1)在常压下通过电弧加热钢包内钢水，并同时造高碱度合成渣精炼和底部吹氩搅拌。LF炉能够承担电弧炉炼钢的精炼工作，如造渣、还原、脱氧、脱气、均匀温度成分等。除此之外还可以保温度、升温，作为炼钢和连铸之间的缓冲装置，协调炼钢和连铸生产周期不匹配的矛盾，所以现代化的转炉和电弧炉炼钢车间都采用它作为精炼设备。
图10-1 LF法原理图
a—埋弧加热； b—真空处理；1—加热盖；2—电极；3—加料槽；
4—真空盖； 5—钢包；6—碱性还原渣；7—钢包车
LF炉具有工艺灵活性强的特点，对不同精炼要求的钢种采用不同的工艺过程：
(1) 转炉钢水—LF(无真空)精炼—浇注；
(2) 转炉、电炉钢水—LF(无真空)精炼—RH或DH处理—浇注； (3) 电炉钢水—LF精炼—浇注。
转炉作为初炼炉时，因原始含氢量低，主要任务是脱硫与合金化，则只进行埋弧、密封下加热进行还原精炼，吹氩搅拌即可，可使[S]≤0.005%，∑[O]≤30ppm。而电弧炉钢水则应经过真空脱气精炼，钢水在较长时间的炉渣与真空精炼作用下，例如轴承钢可∑[O]＜20ppm。
10.2.2 LF炉设备组成
LF炉与ASEA-SKF炉功能相近，整体结构多为台车（钢包车）式，钢包由座包扒渣工位向固定于一定位置的加热炉盖、精炼炉盖处移动，分别完成各项工艺过程。有的还将LF精炼与喷粉处理相连接，即将喷粉设备也装设于钢包车的移动线上，实现钢水的喷粉处理。或者因钢水质量要求不同，在同一线路上有选择地通过几个精炼环节，得到需要的成品钢水。
(1) 炉体
作为精炼炉体的钢包与普通浇注钢包的不同点是内型尺寸较为矮粗，即H/D较小；钢包上口外缘装有水冷圈（法兰），防止包口变形和保证炉盖与之密封接触，底部装有滑动水口和吹氩透气砖。钢包壳需按气密性焊接的要求焊制。
(2) 炉盖
LF炉炉盖与ASEA-SKF炉相同，为保证炉内加热时的还原气氛或（当有真空精炼时）真空密封性，炉盖下部与钢包上口接触应采用密封装置。现在，炉盖大都采用水冷结构型。为保护水冷构件和减少冷却水带走热量，在水冷炉盖的内表面衬以捣制耐火材料，下部还挂铸造的保护挡板，以防钢液激烈喷溅，粘结炉盖，使炉盖与钢包边缘焊死，无法开启。
(3) 真空系统
LF炉与ASEA-SKF炉一样，采用蒸汽喷射泵。一方面它有巨大的排气能力，另一方面可以不必顾虑排出气体的温度和抽出气体中含有微小渣粒和金属尘埃；这是机械泵所不可比拟的。LF炉与ASEA-SKF炉真空精炼过程中真空度应≤67Pa（0.5mmHg），应能在5分钟左右将炉内压力抽吸到上述范围。
10.3 RH精炼炉
10.3.1 RH精炼炉的特点
RH设备(图10-2)是真空装置中最庞大、最复杂、投资最大的一种，但由于周期短，生产能力大、脱气效果好，仍然是目前大多数大型转炉车间首选的精炼设备。RH设备真空室下端设置两根吸引和排放钢液的上升管和下降管，钢液脱气处理时，两根管插入钢包内的钢水中，通过抽真空和在上升管下部1/3处向钢水吹入氩气等驱动气体，使钢水上下循环脱气。同时可以加入合金微调成分。
图10-2 RH法示意图 1—加料装置；2—真空室；3—钢包；
4—石墨电阻电极加热装置。
10.3.2 RH精炼炉设备脱
RH真空脱气室为圆筒型容材料一般由顶部、中部和底部组
气原理
器，外壳由钢板焊成，内衬耐火成。底部连通循环管(上升与下降)
二支。而循环管在结构上又由两段连成，上段与真空室底壳连接，下段与上段用法兰盘连接，下段即是工作时侵入钢水的部分。真空室顶部有加料孔、排烟孔、摄像孔等。真空脱气时应能使钢水进入后有适当的停留时间，和足够的脱气表面积，脱气过程中热损失要小。
11 钢包、起重机相关数据计算及车间经济指标
11.1 钢包尺寸及数量
11.1.1 钢包尺寸
① 盛钢桶容纳钢水量
盛钢桶的额定容量为P=50t，一般应考虑用10%左右的超装余量，则钢桶内钢水实际容量为：P+0.1P=1.1P=55t
② 盛钢桶内渣量
出钢时一般将炉内渣量全部或绝大部分随钢水倾入盛钢桶。采用留渣出钢外，但留渣出钢操作时在钢桶中要新加渣料熔融成新渣层覆盖。渣量一般为金属量的3~5%，设计时取较大比例为15%。即留渣量为：1.1P×0.15=0.165P =9.1t
③ 盛钢桶的容积
根据盛钢桶实际容纳金属液与熔渣量计算容积。钢液比容取0.14m3/t，熔渣比容取0.28m3/t。 因此，钢与渣的总体积即钢桶容积应为：0.14×1.1P+0.28×0.165P=0.20Pm3，若采用D/H=1，锥度为15%，则盛钢桶下部内径：DH?D?0.15H?0.85D
2?DDHH?D2?DH??) 盛钢桶的容积按圆锥台计算：V?(3444将H?D,DH?0.85D代入上式得：V?0.673D3 又因钢与渣总体积为0.20P，故0.673D3?0.20P。 综合上面等式得上部内径与额定容量之关系式为D?(尺寸与容量的关系式如下：
D?0.667P1/3?2.46m H?0.667P1/3?2.46m
0.20P1/3)?0.667P1/3，从而可得出盛钢桶基本0.673DH?0.567P1/3?2.09m
从而可得出V?0.673D3?0.673?2.463?10.02m3。 ④ 盛钢桶砖衬厚度
盛钢桶砖衬包括保温层与耐火工作层，一般砌筑总厚度为100~250mm。工作层砌砖有多种形式，除列入标准的盛钢桶衬砖砖型外，可针对专用盛钢桶依据其锥度、直径、高度等参数设计砖衬。
钢桶桶壁厚度约等于：Jb?0.07D?0.07?2.46?0.17m
盛钢桶桶底砖衬的厚度一般砌成170~300mm，再用经验公式计算其大致厚度：Jd?0.10D?0.25m 最后，综合两者取平均值为210mm。 ⑤ 盛钢桶外壳
桶壁一般用14～28mm，桶底用18～35mm厚钢板焊制。 则：桶壳壁厚：?b?0.01D?0.025m 综合取其尺寸为25mm。
桶壳底厚：?d?0.012D?0.030m 综合取其尺寸为30mm。
已求得钢桶内部尺寸、砖衬厚度、钢壳厚度之后，便可求出外壳的外部尺寸。 外壳内高：H1?H?Jd?D?0.1D?1.1D?1.1?3.4?2.71m 外壳全高：H2?H?Jd??d?1.112D?1.112?3.4?2.74m 外壳上部内径：D1?D?2Jb?D?2?0.07D?1.14D?2.80m
外壳上部外径：D2?D?2Jb?2?b?1.14D?2?0.01D?1.16D?2.85m 外壳下部内径：D3?DH?2Jb?0.85D?2?0.07D?0.99D?2.40m 外壳下部外径：D4?DH?2Jb?2?b?0.99D?2?0.01D?1.01D?2.49m
11.1.2 钢包质量
盛钢桶质量的计算必须完成外壳、吊挂耳轴、支撑腿及滑动水口等结构计算后，再根据图纸进行计算。由于这种方法相对麻烦，我们可以根据上述已经确定的主要尺寸参数粗略地算出盛钢桶的质量。
① 桶衬质量
桶壁砖衬体积为：
?DVb?[(1.14D)2?(0.99D)2?1.14D?0.99D?D2?(0.85D)2?0.85D2]?0.219D3 桶底砖衬
3?4体积为：
(0.99D)2Vb????0.1D?0.077D3
4砖衬总体积：
V总?(0.219?0.077)D3?0.296D3
砖衬质量精确计算时，应分别算出隔热层轻质黏土砖(密度约0.6～1g/cm3)的质量，与耐火工作层的黏土砖、高铝砖和铝镁砖的质量(粘土砖密度2.1g/cm3，高铝砖密度2.3～2.5g/cm3，镁铝砖密度2.8g/cm3)。最后取总质量。现取一平均密度约1.8t/m3计算。得：
W总?0.219D3?1.81?0.077D3?1.81?0.536D3=7.98t
② 外壳钢板质量 钢板外壳体积： 圆锥台母线：
?1.16D?1.01D?L??1.112D?????1.15D?2.83m
2??22桶壁钢板体积：