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煉鋼廠設(shè)計的依據(jù)是甲方或廠家提出的經(jīng)政府有關(guān)部門核準的設(shè)計項目建議書,它可能是整個鋼鐵企業(yè)設(shè)計內(nèi)容的一部分,也可能是單獨的一個煉鋼廠。此外,對于煉鋼廠中部分設(shè)施,如煉鋼爐爐體設(shè)備、連鑄機等單項工程,也可單獨設(shè)計。另外,煉鋼廠設(shè)計的依據(jù),除了項目建議書外,有一些依據(jù)需由相鄰專業(yè)提供,例如對于轉(zhuǎn)爐全連鑄鋼廠設(shè)計來說,常德轉(zhuǎn)爐爐體下段施工主要包括:(1)煉鋼的生產(chǎn)規(guī)模,要注明一期和二期,或者是否要留有未來發(fā)展的余地。(2)產(chǎn)品的品種,包括鋼種和產(chǎn)品尺寸形式(此項可由軋鋼專業(yè)按總?cè)蝿?wù)書轉(zhuǎn)提)。(3)鐵水成分,包括鐵水中C、Si、Mn、P、S等元素的含量,以及V、Ti、Nb等微量元素的含量(此項可由煉鐵專業(yè)按總?cè)蝿?wù)書轉(zhuǎn)提)。(4)氧氣轉(zhuǎn)爐設(shè)備的容量和座數(shù)(委托單項轉(zhuǎn)爐設(shè)計時要說明,做全車間設(shè)計時可作指定;如果轉(zhuǎn)爐是在現(xiàn)有廠房內(nèi)的改造項目,則尚需提供轉(zhuǎn)爐周圍的廠房尺寸和圖紙)。(5)連鑄機澆鑄的各種連鑄坯斷面尺寸、單機的生產(chǎn)能力、要求的連鑄機流數(shù)和臺數(shù)、要求的連鑄機類型(如弧形多點矯直,立彎弧形多點矯直等)和基本半徑。如果連鑄機是在現(xiàn)有廠房內(nèi)增建或改建項目,則需提供連鑄機周圍的廠房尺寸和圖紙。優(yōu)質(zhì)【地區(qū)轉(zhuǎn)爐爐體下段施工(6)對于轉(zhuǎn)爐設(shè)備全連鑄煉鋼廠整體設(shè)計,需提供到達車間的基本原料(石灰、螢石、富鐵礦、氧化鐵皮等)的成分和粒度,廢鋼(尤其是外供廢鋼)的類型和品質(zhì),可供應(yīng)的各種能源的狀況,可供耐火材料(主要是爐襯材料)的類型和品質(zhì)等,并且提出這些物品的運輸方式。(7)對于轉(zhuǎn)爐全連鑄煉鋼廠整體設(shè)計,甲方或廠家的有關(guān)具體要求,如采用新技術(shù)的水平,已有配套輔助設(shè)備的利用,投資的使用和限定,要求選用的有關(guān)配套設(shè)備如混鐵車容量和爐外精煉的類型等,以及該地區(qū)的有關(guān)風俗習慣等。(8)我國現(xiàn)有的有關(guān)工業(yè)建設(shè)和生產(chǎn)的法律、制度和規(guī)定等,尤其是關(guān)于鋼材的質(zhì)量品種標準、環(huán)境保護法、能源政策、勞動保護法及冶金建設(shè)的規(guī)定等,必須嚴格遵守和認真執(zhí)行
鋼結(jié)構(gòu)建筑屬于裝配式建筑范疇,即先在工廠內(nèi)進行部件部品的預(yù)制,得到施工所需的鋼構(gòu)框架,之后運到現(xiàn)場拼裝。鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)分析指出,大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑是貫徹落實綠色低碳循環(huán)要求、提高建筑工業(yè)化水平的重要途徑,是穩(wěn)增長調(diào)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、化解鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩的重要舉措。鋼材的基本特點是強度高、自重輕、整體剛性好、變形能力強,因此特別適宜用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物。此外,鋼材勻質(zhì)性和各向同性好,屬理想彈性體,最符合一般工程力學的基本假定;材料塑性、韌性好,可有較大變形,能很好地承受動力荷載;建筑工期短;其工業(yè)化程度高,可進行機械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn)?,F(xiàn)從三方面分析鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)技術(shù)特點:
一個轉(zhuǎn)爐有兩個氧槍系統(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)及傾動機構(gòu)。爐殼由鋼板焊成,內(nèi)襯砌有堿性耐火材料。各國由于資源不同,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、高強度的鎂碳磚。托圈起著支撐爐體、傳遞傾動力矩的作用。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,經(jīng)托圈使爐體傾動。傾動機構(gòu)是使爐體能傾動的機械設(shè)備,以便進行兌鐵水、加廢鋼、取樣、出鋼和倒渣等工藝操作。傾動機構(gòu)應(yīng)能使爐體正反旋轉(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稱的截錐形,這樣可使兌鐵水和出鋼分在兩側(cè)進行,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(見轉(zhuǎn)爐泡沫渣),避免噴濺。但過大的爐容比增加設(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)爐容量時降低高寬比,即爐子向矮胖方向發(fā)展。但這使得兩個耳軸距離加大,并導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。。
2)轉(zhuǎn)爐煉鋼原料質(zhì)量有待提高。我國轉(zhuǎn)爐煉鋼用石灰的含硫量比較高,許多鋼廠達0.06%甚至更高,這不僅影響轉(zhuǎn)爐鋼的性能,而且冶煉過程中產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Νh(huán)境也會造成嚴重污染。3)我國轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制水平,特別是動態(tài)控制水平需要進一步提升。目前,歐洲大部分鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)都實現(xiàn)了快速出鋼,即大部分爐次終點不倒爐、不取樣而直接出鋼。國內(nèi)企業(yè)的控制水平與先進指標還有一定差距。4)我國轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展不平衡。無論是自動煉鋼水平、同樣爐齡復吹條件下的碳氧積水平、煤氣蒸汽回收量、對精煉工藝掌握的深度還是供氧強度與冶煉周期等主要技術(shù)經(jīng)濟指標,先進與落后的鋼廠差距較大。5)我國轉(zhuǎn)爐煉鋼終點鋼水氧含量普遍偏高,這大大增加了高品質(zhì)鋼冶煉的難度。高效率低成本的轉(zhuǎn)爐脫[Si]和[P]工藝還未能全面推廣。我國先進企業(yè)全新流程在原料消耗與生產(chǎn)效率上與國外先進企業(yè)還有一定差距。今后,我國鋼鐵企業(yè)還要進一步增強環(huán)保意識,進一步做好煉鋼節(jié)水、節(jié)能和生態(tài)環(huán)境保護等工作。
鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)有三個流程,即高爐轉(zhuǎn)爐流程、電爐流程、特種熔煉。高爐、轉(zhuǎn)爐流程稱為長流程,生產(chǎn)的鋼稱為轉(zhuǎn)爐鋼,它是以鐵礦(590, -14.50, -2.40%)石和焦炭(1872, -37.50, -1.96%)為主要原料冶煉成鐵水,再由轉(zhuǎn)爐冶煉成鋼;電爐流程稱為短流程,生產(chǎn)的鋼稱為電爐鋼,它以廢鋼為主要原料冶煉成鋼。1工藝技術(shù)的比較分析轉(zhuǎn)爐流程和電爐流程是鋼鐵冶金行業(yè)兩個主要流程,其在煉鋼方面的主要差別在于:1) 所用主要鋼鐵料不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要以鐵水為主要原料,還有一般15%左右的廢鋼,近一年多時間,由于廢鋼價格低,噸鋼利潤較高為轉(zhuǎn)爐煉鋼用高比例的廢鋼消耗提供了條件,廢鋼消耗比例大幅提高,有的甚至高達40%,但存在轉(zhuǎn)爐內(nèi)熱量不足的問題,解決轉(zhuǎn)爐內(nèi)熱量問題是提高廢鋼比的關(guān)鍵;電爐煉鋼主要以廢鋼為主要原料,還有鐵水(生鐵)、直接還原鐵,脫碳粒鐵、碳化鐵及復合金屬料等廢鋼替代品。2) 主要能源不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是鐵水的物理熱和化學熱;電弧爐煉主要是電弧的物理熱,廢鋼預(yù)熱的物理熱、加鐵水帶來的部分物理熱和化學熱。3) 主要操作目標不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼是在給定的時間內(nèi)完成脫碳、脫磷及溫度控制的冶金操作,實現(xiàn)成份(碳、磷)及溫度的命中;電爐煉鋼是在全廢鋼的條件下,在給定的時間內(nèi)完成廢鋼的升溫、熔化和過熱等,加鐵水等廢鋼替代品的情況下,也有部分脫碳的要求。另外電弧爐煉鋼可分別控制成分和溫度。4) 工藝技術(shù)進步的方向不同。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是通過包括提高供氧強度的高效吹煉技術(shù)、碳及溫度中率的全自動化吹煉技術(shù)、不倒爐出鋼的快速出鋼技術(shù)、采用爐外處理和鐵水預(yù)處理減輕轉(zhuǎn)爐冶金負荷等措施,實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)高效化;通過接近平衡的冶煉工藝、高效脫磷工藝、出鋼擋渣技術(shù),實現(xiàn)產(chǎn)品的潔凈化,通過少渣冶煉與爐渣返回、使用合金元素熔融還原(Cr、Mn)礦、干法除塵用水減量化,煤氣余熱回收等技術(shù),實現(xiàn)低成本及負能煉鋼。電爐煉鋼主要是通過強化供能(包括強化供電和輔助能源),采用“環(huán)境友好型” 廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱廢鋼和加鐵水工藝,增加物理熱和化學熱;采用不開爐蓋及出鋼時仍能通電的連續(xù)冶煉技術(shù),有效地減少非通電時間;50%左右或更高的大留鋼量平熔池冶煉技術(shù),減少冶煉過程電弧輻射對耐火材料的損害;降低電極消耗。以上技術(shù)的應(yīng)用,縮短冶煉周期,實現(xiàn)高效化生產(chǎn),降低噸鋼能耗。5) 冶金質(zhì)量方面的差異。鋼中的殘余元素(Cu、Ni、Mo、As、Sb、Bi、Sn)不同,電弧爐煉鋼由于廢鋼多次循環(huán)使用,造成鋼中殘余元素含量高;鋼中氮含量不同,電弧爐煉鋼由于電弧區(qū)空氣電離增氮及原料中氮含量高,造成鋼中氮含量高。
我國“負能煉鋼”技術(shù)的迅速發(fā)展得益于以下三方面: 一是煉鋼工藝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。隨著國內(nèi)新建100噸以上大、中型轉(zhuǎn)爐的增多,配備了煤氣、蒸汽回收與余熱發(fā)電等設(shè)施,為“負能煉鋼”打下設(shè)備基礎(chǔ);二是“負能煉鋼”工藝不斷完善,多數(shù)鋼廠已掌握“負能煉鋼”的基本工藝;三是2005年,國家統(tǒng)計局將電力折算系數(shù)調(diào)整為電熱當量值(即1kWh=0.1229kg)替換原來沿用的電煤耗等價值(即1kWh=0.404kg)。煉鋼能耗統(tǒng)計值降低,利于實現(xiàn)“負能煉鋼”。重點企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量由2010年的平均81m3/t提高到2014年的106m3/t。近幾年,我國轉(zhuǎn)爐蒸汽回收量有很大提高,但蒸汽回收量和壓力差別較大;先進的回收量已達到100kg/t以上、壓力可達2.5-4MPa,用于鋼水真空處理、發(fā)電或并入蒸汽管網(wǎng)。 1.5、轉(zhuǎn)爐使用壽命進一步提高 爐齡是轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要技術(shù)指標,提高爐齡在降低生產(chǎn)成本的同時,也提高了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率。濺渣護爐的基本原理是利用高速氮氣將成分調(diào)整后的剩余爐渣噴濺在爐襯表面,形成濺渣層。濺渣層抑制了爐襯表層的氧化,減輕了高溫爐渣對磚表面的沖刷侵蝕。采用濺渣護爐工藝后,當爐襯殘磚厚度侵蝕至500mm左右時,爐壁冷卻與爐內(nèi)鋼渣對爐襯的導熱基本實現(xiàn)了動態(tài)平衡。此時,爐襯與濺渣層的結(jié)合層很難被進一步熔損。在濺渣條件下爐襯基本為“零熔損”,即隨爐齡增加,爐襯厚度基本保持不變。國內(nèi)鋼廠據(jù)此研發(fā)出了長壽轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝,進而使轉(zhuǎn)爐爐齡達到30000爐以上,爐役期和產(chǎn)鋼量同步增長,耐火材料消耗和噸鋼成本也相應(yīng)降低。