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鋼、鐵一般都采用高溫冶金方法冶煉。鋼鐵冶煉機(jī)械包括煉鐵的高爐及其配套機(jī)械、煉鋼的平爐和轉(zhuǎn)爐、電弧爐、爐外精煉設(shè)備、鑄錠設(shè)備以及冶金車(chē)輛等。高爐及其配套機(jī)械 將鐵礦石或人造富礦連續(xù)煉成生鐵的鼓風(fēng)豎爐稱為高爐。它的外形像一個(gè)堅(jiān)式的圓筒,由耐火材料及金屬殼體組成,為高爐及其配套機(jī)械的布置。原料從貯礦槽經(jīng)稱量后由高爐機(jī)械的料斗或帶式輸送機(jī)送到爐頂,分批均勻地置入爐內(nèi)。經(jīng)熱風(fēng)爐預(yù)熱的空氣由風(fēng)口鼓入爐內(nèi),使燃料燃燒加熱爐料并使之分解和還原,從而得到生鐵。鐵水從出鐵口放出,經(jīng)鐵水溝和流嘴進(jìn)入鐵水罐中,運(yùn)往鋼廠或由鑄鐵機(jī)鑄成鐵塊。從爐頂導(dǎo)出的煤氣,經(jīng)煤氣凈化系統(tǒng)處理后可作為燃料。為強(qiáng)化冶煉,除采用外燃式熱風(fēng)爐提高風(fēng)溫、加大風(fēng)量或采用綜合鼓風(fēng)(包括噴吹燃料、富氧鼓風(fēng)和脫濕鼓風(fēng))外,提高爐頂壓力也能增加產(chǎn)量和降低焦碳消耗。新建的高爐廣泛采用鐘閥密封式或無(wú)料鐘式高壓爐頂。采用無(wú)料鐘式高壓爐頂后,爐頂高度和重量均可相應(yīng)降低一半左右。高爐容積也達(dá)5500米3左右(日產(chǎn)生鐵1萬(wàn)余噸)。高爐生產(chǎn)的大型化、連續(xù)化,要求有較高的機(jī)械化和自動(dòng)化程度,須采用開(kāi)、堵出鐵口機(jī)和換風(fēng)口機(jī)等配套高爐機(jī)械。煉鋼平爐按結(jié)構(gòu)形式可分為傾動(dòng)式和固定式兩種。傾動(dòng)式平爐因熔煉室可前后傾動(dòng),具有操作靈活和分罐出鋼的特點(diǎn),但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,故一般均采用固定式平爐。固定式平爐的特點(diǎn)與傾動(dòng)式平爐相反。平爐熔煉范圍一般為100~650噸。20世紀(jì)70年代開(kāi)始采用埋入式氧槍,加大供氧強(qiáng)度,縮短了冶煉時(shí)間.煉鋼轉(zhuǎn)爐鼓入空氣或工業(yè)純氧,使氧氣與液態(tài)鐵水中的碳、硅、錳等元素氧化,以調(diào)整鋼水的化學(xué)成分,并利用氧化時(shí)產(chǎn)生的熱量來(lái)煉鋼的設(shè)備。鼓入空氣的轉(zhuǎn)爐,因煉出的鋼質(zhì)量差,已較少應(yīng)用。圖2為轉(zhuǎn)爐的外形及其配套機(jī)械。煉鋼所需的造渣劑可從爐頂料倉(cāng)卸下,經(jīng)稱量后通過(guò)密封料倉(cāng)和流槽加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)。整個(gè)轉(zhuǎn)爐爐體由圓環(huán)形托圈支承,托圈兩端的軸由軸承支承。托圈軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)接后能使?fàn)t體繞軸線作360°回轉(zhuǎn),以適應(yīng)轉(zhuǎn)爐加料、出鋼、出渣等工藝要求。轉(zhuǎn)爐傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有落地式、半懸掛式或全懸掛的多點(diǎn)嚙合式等,以全懸掛的多點(diǎn)嚙合式較為普遍。為了提高轉(zhuǎn)爐爐座利用率,轉(zhuǎn)爐爐體也可做成更換式的。 為了防止環(huán)境污染和節(jié)約能源,在冶煉時(shí)從轉(zhuǎn)爐爐口逸出的、含有較多煙塵和大量CO高溫爐氣,經(jīng)余熱利用煙道生產(chǎn)蒸汽,又經(jīng)過(guò)能回收CO和降低煙氣含塵量的除塵系統(tǒng),使煙氣符合排放標(biāo)準(zhǔn)。轉(zhuǎn)爐依氧氣噴口在爐體的位置不同可分為頂吹、底吹和側(cè)吹幾種,但側(cè)吹轉(zhuǎn)爐應(yīng)用較少。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在爐口插入水冷氧槍(噴口)供工業(yè)純氧,并以超音速氣流噴入熔池進(jìn)行攪拌和反應(yīng)。吹轉(zhuǎn)爐的容量已達(dá)400噸,并有更大型的轉(zhuǎn)爐正在籌建中。底吹轉(zhuǎn)爐的噴口設(shè)置在爐底,噴口數(shù)目可根據(jù)工藝要求而定。噴口型式有透氣(或毛細(xì)管式)耐火磚和同心套管式兩種。為延長(zhǎng)同心套管式噴口壽命,套管之間的環(huán)縫可噴入碳?xì)浠衔镒鳛槔鋮s介質(zhì),噴口也可在噴入氧氣流時(shí)帶入粉狀造渣劑提前化渣去除硫、磷。底吹轉(zhuǎn)爐較適用于高磷鐵水的冶煉。頂吹轉(zhuǎn)爐上結(jié)合底吹轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點(diǎn),將部分氧氣或惰性氣體從爐底噴入,便成為頂?shù)讖?fù)合吹煉的轉(zhuǎn)爐,效果較好。為了適應(yīng)氧化轉(zhuǎn)爐快速操作和環(huán)境保護(hù)的要求,現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐還配有相應(yīng)的裝料、出鋼、出渣、渣處理、煙氣凈化、污水處理和綜合利用等配套設(shè)備,同時(shí)也采用計(jì)算機(jī)控制,以提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。電弧爐利用電能通過(guò)石墨制的電極與金屬爐料之間產(chǎn)生電弧所生成的熱量進(jìn)行熔化爐料。電弧爐由爐體、傳動(dòng)裝置、供電系統(tǒng)和控制設(shè)備等組成。爐體結(jié)構(gòu)依裝料形式不同,可分為爐身開(kāi)出式、爐蓋旋轉(zhuǎn)式和爐蓋開(kāi)出式幾種。為了出鋼方便,整個(gè)爐體可作前后傾動(dòng)。電極的夾持和升降機(jī)構(gòu)安裝在爐體的側(cè)面,為了調(diào)整電弧長(zhǎng)度,升降機(jī)構(gòu)能自動(dòng)調(diào)節(jié)。為了提高鋼的質(zhì)量,常在爐底下部裝設(shè)電磁攪拌器,使鋼流按需要方向流動(dòng)。電弧爐容量一般為10~360噸。為了提高生產(chǎn)能力和縮短熔煉時(shí)間,電弧爐正向超高功率方向發(fā)展。爐外精煉為提高鋼液質(zhì)量,可將煉鋼爐初煉的鋼液在煉鋼爐外精煉。爐外精煉有真空脫氣、鋼包精煉、噴射冶金等方法。① 真空脫氣:利用氣相壓力降低而使鋼中溶解的氣體析出。真空脫氣有座包脫氣法、滴流脫氣法、提升除氣(D-H)法、循環(huán)除氣(R-H)法等。提升除氣法和循環(huán)除氣法應(yīng)用較為普遍。提升除氣法 是靠真空室和鋼水罐的垂直往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng),使鋼液分批進(jìn)入負(fù)壓 66.6~133帕的真空室處理,小批量的鋼液吞吐過(guò)程即為除氣攪拌過(guò)程,處理容量約為鋼水罐容量的1/12~1/6。提升除氣法的真空室頂部裝有電熱裝置,可減少鋼液的溫度降。在處理后期,可通過(guò)特殊的合金料罐加入鐵合金。循環(huán)除氣法 是將真空室下端的二根管子插入鋼液中進(jìn)行,先在左側(cè)的上升管內(nèi)導(dǎo)入少量氬氣或其他惰性氣體。氣體經(jīng)鋼液高溫加熱而產(chǎn)生熱膨脹,不斷膨脹的向上流動(dòng)的氣體使鋼液上升進(jìn)入真空室而濺成微粒,從而獲得充分除氣,除氣后的鋼液沿右側(cè)下降管流回鋼水罐,使鋼液在罐內(nèi)充分?jǐn)嚢?。?jīng)循環(huán)除氣后的鋼液純度高,溫度和成分也較均勻。真空室可容鋼量約為1~2噸。整個(gè)設(shè)備支承在平行的四聯(lián)桿機(jī)構(gòu)上,能在不同容量的鋼水罐上工作。② 鋼包精煉:將鋼液電弧加熱、真空脫氣、吹氬或電磁攪拌、合金化、脫硫等多種工藝均移入鋼包內(nèi)進(jìn)行的精煉方法。③ 噴射冶金:將粉狀精煉劑,合金劑以流態(tài)化狀態(tài)吹入鋼液內(nèi)部的精煉方法。主要設(shè)備有噴粉罐和可升降的噴槍架等。鑄錠設(shè)備將鋼液鑄成坯錠的設(shè)備。鑄錠分為鋼錠模鑄錠和連續(xù)鑄錠兩種工藝。連續(xù)鑄錠能提高鋼材成材率,降低能耗,簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的鋼錠模鑄錠的準(zhǔn)備和脫模等工序,為鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)連續(xù)化創(chuàng)造條件。圖7為連續(xù)鑄錠的工藝流程和設(shè)備。設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)型式有立式、立彎式、弧式和水平式等,以弧式應(yīng)用較為廣泛。熱狀態(tài)下設(shè)備變形和防止漏鋼是設(shè)備制造和操作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了加快處理漏鋼事故,關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)能迅速整體吊裝更換。連續(xù)鑄錠的發(fā)展趨向是:提高澆鑄速度和設(shè)備利用率,快速變換結(jié)晶器的斷面尺寸,用計(jì)算機(jī)控制提高連續(xù)澆鑄能力等。有色金屬的火法冶煉機(jī)械在高溫條件下利用燃燒或電產(chǎn)生的熱能,將礦石或精礦中的金屬分離并提煉出來(lái)的機(jī)械。表列出主要的有色金屬冶煉設(shè)備及其特點(diǎn)。此外尚有感應(yīng)電爐、電弧爐、真空自耗電爐、電子束熔煉爐、等離子熔煉爐等,以及類似于電化學(xué)設(shè)備的電解熔煉槽和熔鹽電解槽等。
沈文榮:造就中國(guó)最大民營(yíng)鋼企的鋼鐵沙皇46年出生于蘇南一個(gè)普通農(nóng)民家庭,68年中專畢業(yè)后進(jìn)入沙洲縣錦豐軋花廠當(dāng)鉗工本溪優(yōu)質(zhì)混鐵爐傾動(dòng)齒條施工。由于在廠各方面表現(xiàn)突出,很快成為老廠長(zhǎng)張耀生的培養(yǎng)對(duì)象和左膀右臂。1975年扎花廠組織籌軋鋼廠投產(chǎn),這就是后來(lái)的沙鋼原身,10年后沈文榮成為這家軋鋼廠的廠長(zhǎng)本溪優(yōu)質(zhì)混鐵爐傾動(dòng)齒條施工,正式踏上鋼鐵創(chuàng)業(yè)之路。歷經(jīng)40多年的拼搏,沙鋼從默默無(wú)聞的縣級(jí)小企業(yè)發(fā)展成為中國(guó)最大的民營(yíng)鋼企。那個(gè)每天站在廠門(mén)口,跟每個(gè)進(jìn)廠工人打招呼的樸素的身影也成為了中國(guó)鋼鐵沙皇。
制氧車(chē)間電氣設(shè)備主要是機(jī)械設(shè)備的電動(dòng)機(jī)、低壓供配電設(shè)施及電氣線路,主要危險(xiǎn)因素有:(1)在火災(zāi)爆炸環(huán)境中使用非防爆電氣設(shè)備,電氣設(shè)備設(shè)施產(chǎn)生的電弧和電氣火花可能成為火災(zāi)爆炸的點(diǎn)火源導(dǎo)致火災(zāi)爆炸;(2)生產(chǎn)及儲(chǔ)存設(shè)備配套的壓力表、溫度儀表、流量計(jì)、液位計(jì)、安全閥及自控系統(tǒng)儀器儀表不符合工藝的要求,不能準(zhǔn)確顯示工藝狀況,可引起操作失誤,造成超溫、超壓等危險(xiǎn)工況導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)爆炸事故;(3)車(chē)間電氣設(shè)備如電力變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備等安裝質(zhì)量問(wèn)題、電氣設(shè)備過(guò)載、電氣線路短路及電線超負(fù)荷、絕緣老化、散熱不良,接地不好、運(yùn)行維修不當(dāng)?shù)?,均可能?dǎo)致電氣設(shè)備火災(zāi),電氣火災(zāi)又可導(dǎo)致其它易燃易爆介質(zhì)的燃燒爆炸。
從國(guó)內(nèi)外氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼科技創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,以下幾個(gè)方面值得重點(diǎn)關(guān)注。3.1、節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展鋼鐵生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步必須與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。重點(diǎn)研發(fā)各種工藝條件下優(yōu)化“負(fù)能煉鋼”的工藝與裝備技術(shù),必須采用各種綜合節(jié)能技術(shù),實(shí)現(xiàn)“負(fù)能煉鋼”。雖然轉(zhuǎn)爐煉鋼是當(dāng)代鋼鐵生產(chǎn)中耗能最少,且是唯一可以實(shí)現(xiàn)總能耗為“負(fù)值”的工序,但進(jìn)一步降低工序能耗和物耗,更加高效地實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換和回收,更加有效地利用二次能源,開(kāi)發(fā)低溫余熱回收利用新途徑等許多問(wèn)題還要進(jìn)行深入研究和優(yōu)化。主要思路有:1)流程優(yōu)化應(yīng)成為煉鋼廠進(jìn)一步節(jié)能的重點(diǎn)流程優(yōu)化主要體現(xiàn)在緊湊、高效、自控三個(gè)方面。流程功能的解析、優(yōu)化重組,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的緊湊化,即工序時(shí)間的最小化、銜接最優(yōu)化,這是最有效的節(jié)能措施;高效化是轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)能的重要措施;自動(dòng)化是轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)能的重要保證2)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)提高煉鋼能源轉(zhuǎn)換效率煙氣能量的高效轉(zhuǎn)換及回收利用;連鑄坯熱送熱裝是銜接煉鋼、軋鋼兩大工序的重要節(jié)能措施;爐渣余熱回收和利用;冷卻水余熱回收利用技術(shù)是轉(zhuǎn)爐煉鋼廠進(jìn)一步提高能源轉(zhuǎn)換與利用效率的難題。3)進(jìn)一步挖掘煉鋼工序的節(jié)能潛力加大全過(guò)程保溫措施是轉(zhuǎn)爐鋼廠節(jié)能的重要基礎(chǔ);以穩(wěn)定的工藝操作,實(shí)現(xiàn)全廠低溫制度的運(yùn)行,有效地節(jié)能降耗;在全鋼鐵企業(yè)能源高效轉(zhuǎn)換利用和構(gòu)建能量流網(wǎng)絡(luò)以及優(yōu)化的總體思路下,研究轉(zhuǎn)爐煉鋼廠進(jìn)一步節(jié)能降耗的新措施。