1)在可能条件下,尽量选用大砖,以提高筑炉速度,减少砖缝,减轻劳动强度; 2)力争砌筑过程中不打或少大砖,以提高砖的利用率和保证砖的质量;
3)对用小砖组合起来有困难或难以保证修筑质量的部位,如出钢口和炉底等,则选用异砖型;
4)尽量减少砖型种类。
3.3 氧气顶吹转炉炉体金属构件设计
转炉炉体金属构件由炉壳、炉体装置及倾动机构组成。其选型或设计是否合理,将直接影响到设备、操作安全性和转炉生产率。
(1)炉壳组成及结构型式。炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成。炉帽制成截圆锥型。由于炉帽,特别是炉口部位受高温作用易变形,所以目前普遍采用水冷炉口。这样既提高了炉帽寿命,又能减少炉口粘渣。
水冷炉口有两种结构:其一是钢板焊成的水箱;其二是把蛇形钢管铸在铸铁的炉口圈内。前者制作方便,但容易烧穿;后者制作难度大,但使用安全。水冷炉口可用销钉与炉帽连接,或用卡板焊在炉帽上。
炉身制成圆柱型,它是整个炉子的承载部分,受力最大。
炉底有球型和截锥型两种。前者制作和内衬砌筑均较后者复杂,但强度优于后者,所以多用于大型转炉。
炉帽、炉身和炉底三段间的联结有以下几种方式。对于死炉帽活炉底的结构,炉帽与炉身是焊死的,炉身与炉底多用丁字形销钉和斜楔联结。这种结构适用于下修法。对于只能采用上修法的死炉底结构,炉底与炉身可以焊死;有时为了增加修炉的灵活性,也用可拆卸的小炉底结构。
(2)炉壳钢板材质与厚度的确定。转炉吹炼过程中,炉壳承受多种负荷的作用:有炉壳、炉衬自重和炉料重引起的静负荷;有兑铁水、加废钢时的冲击以及炉体旋转时的加速度或减速度产生的动力等引起的动负荷;还有炉衬热膨胀和炉壳本身温度分布不均匀引起的热负荷。受此种种负荷的影响,必然使炉壳产生相应的应力,以致引起不同程度的变形。实践表明,热应力在此起主导作用。所以设计时必须给予足够的重视。
就材质而言,力求选用抗蠕变强度高、焊接性能又好的材料。对于30t以上的转炉,
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各国多用耐高压的锅炉钢板制作炉壳,也有合金钢板的。国内用于制作炉壳的低合金高强度钢有16Mn、14MnNb等。
3.4 支承装置
支承装置承载着转炉炉体的全部重量。其主要部件有托圈,炉体与托圈的连接装置,耳轴及其轴承。
(1)托圈。托圈是转炉的重要承载和传动部件,通常是用钢板焊接成的且呈箱形断面的环形结构。两侧焊有铸钢的耳轴座,供装耳轴用。大型转炉的托圈直径较大,一般将其剖分成四段,运往现场组装。为增加托圈的刚度,中间焊有垂直筋板。
托圈的基本尺寸是断面尺寸,高宽比可按2.5~3.5选取。托圈与炉壳之间间隙宜适当留大,以改善炉身通风条件和适当留有扩容潜力,可以参照炉壳可能生产的最大变形量(为炉壳直径的3%)确定。
(2)炉壳与托圈的连接装置。连接装置的基本型式有两种。本设计采用支承托架夹持器。其结构是沿炉壳圆周固接若干组上、下托架,由它们夹住托圈的顶底面。支架数目通常为3~6组,装在同一水平上。
(3)耳轴及其轴承。炉体和托圈的全部载荷都通过耳轴,经轴承座传给地基;同时,倾动机构的倾动力矩又通过耳轴传给托圈和炉体。可见耳轴要受多种负荷的作用,因此应有足够的强度和刚度。耳轴材质一般为合金钢。本设计中采用的耳轴直径为850mm,耳轴采用重型双列向心球面滚子轴承。这种轴承的特点是能承受重载、自动调位和保持良好的润滑。耳轴与托圈的连接方式主要有三种,本设计采用静配合连接。
3.5 倾动机构
(1)冶炼工艺对倾动机构的要求。转炉在冶炼过程中要前后倾转,倾动角度为±360度,以满足兑铁水、加废钢、取样、测温、补炉、出渣、出钢等的需要。必要时,倾动速度也应是可调的。此外,倾动机构尚需与氧枪和烟罩升降机构联锁,且能适应载荷的变化和结构的变形。
(2)倾动机构主要参数的确定。倾动机构的主要参数有倾动速度、倾动力矩和耳轴位置。
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1)倾动速度:转炉的转速通常为0.15~1.5r/min,而倾动机构是低转速,故其减速比很大,约为800~1000。本设计采用两级调速:低速为0.2r/min,高速为0.8r/min。
2)倾动力矩:计算倾动力矩的目的是确定不同情况下的倾动力矩值和合理选择耳轴位置,以确保操作安全。
3)最佳耳轴位置的确定:从安全观点考虑,当用“全正力矩”来确定。若从经济效果出发,宜用“正负力矩等值”的原则。所谓最佳位置的确定,即应兼顾到安全性和经济性。
(3)倾动机构的类型。目前转炉倾动机构一般都采用电动机—齿轮传动方式。根据传动装置形式的不同,可将倾动机构分为三类:落地式、半悬挂式和悬挂式,本设计采用悬挂式。悬挂式是将整个传动装置全部悬挂在耳轴上。传动程序与半悬挂式基本相同。这种布置方式的优点是设备轻、结构紧凑、占地面积少。特别是末级减速机中采用了由数个小齿轮驱动同一大齿轮的多点啮合传动方式,使设备的运行安全可靠性大大提高。所以,一般情况下,宜采用这种传动装置。
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转炉炉型参数表
转炉炉型的设计 比例系数K 熔池直径D 熔池体积Vc 熔池深度h 炉容比Vt/T(m3/t) 炉帽倾角θ 炉口直径d 炉口直线段H口(m) 炉帽高度H帽 炉帽总容积V帽 转炉有效容积 炉身高度H身 出钢口倾角θ1 出钢口直径d出(cm) 填充层(mm) 转炉总高H总(m) 截锥体底部直径(m) 炉壳外径D壳(m) 转炉高径比 1.500 炉帽 4.070 18.330 炉身(加料侧) 1.931 0.900 炉身(出钢侧) 60.0 2.040 炉底 0.380 2.130 14.60 108.00 5.760 45 16.00 90 9.716 3.060 5.970 1.621 工作层厚度(mm) 炉体金属构件的设计 炉帽钢板厚度(mm) 炉身 钢板厚度(mm) 炉底钢板厚度(mm) 断面形状 断面高度(mm) 端面宽度(mm) 盖板厚度(mm) 腹板厚度(mm) 耳轴直径(mm) 耳轴中心到炉底的距离(mm) 55 60 55 箱式 1750 800 100 80 Φ850 4490 600 工作层厚度(mm) 永久层厚度(mm) 600 350 工作层厚度(mm) 永久层厚度(mm) 700 150 工作层厚度(mm) 永久层厚度(mm) 600 150 转炉炉衬的设计 永久层厚度(mm) 130 3.6 底部供气构件的设计
选用N2+Ar为底气气源。以透气砖为供气构件。
N2是惰性气体中唯一价格最低,是制氧的副产品,转炉生产厂最易获得的气体,用N2气作为底部搅拌气体时,无需采用冷却介质对供气元件进行保护,因而供气元件结构简单,对耐火材料的蚀损影响小,是目前采用最为广泛的气源,但使用不当会引起钢水增[N],影响钢质。采用全程底吹N2时,即便使用较小的供N2强度,钢水也要增[N]30~ 50ppm,
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但实践表明吹炼前期和中期用N2极少有增[N]危险,因此只要在吹炼中后期的适当时刻以Ar气切换N2就不会增[N]。
Ar气是最为理想的搅拌气体,不仅可以保证搅拌效果,而且没有增加钢中有害气体的危险,但Ar资源来源有限,1000(标)m3/h制氧机仅产Ar25(标)m3,同时制Ar设备昂贵。制氧副产的Ar十分昂贵,应用又日益广泛,以致在复吹中非特殊要求不采用全程供Ar,一般只用作于后期搅拌,Ar耗量对钢的成本影响颇大。
N2—Ar切换时根据吹氧累计量控制,在吹炼中期当氧气累计量达到预定值时,进行切换。Ar-N2切换时一般按冶炼期分,当出钢完毕进入排渣状态时即进行切换。但是在出钢过程中,钢水面下降到使风口露出钢水时,就可以切换成N2,以节约用氩量。
复合吹炼的冶金效果有以下几点:
1)加速脱碳反应。由于底吹气体的搅拌作用,改善了钢渣反应,促进了碳的传递,降低了脱碳速度特性发生变化时的临界碳含量。复吹对低碳范围的脱碳反应有促进作用。因此,需修正吹炼终点动态控制中的有关系数。
2)降低渣中含铁,Δ(TFe)≈5~6%; 3)降低钢水中氧含量,Δ[O]≈200ppm; 4)提高钢水中锰含量20%;
5)节约合金,铝消耗量约降低0.2kg/t,锰铁消耗量约降低0.4kg/t; 6)减少石灰、白云石用量,约节约10%; 7)提高钢水收得率,约提高0.5%;
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