國內某鋼鐵公司120 t轉爐煉鋼工程設計

劉冬

（中冶京誠工程技術有限公司煉鋼所，北京 100176）

國內某鋼鐵公司120 t轉爐煉鋼工程設計

劉冬

（中冶京誠工程技術有限公司煉鋼所，北京 100176）

介紹了國內某鋼鐵公司轉爐煉鋼工程的總體工藝布置、工藝流程、主要設備選型、主要技術經濟指標和原材料消耗等，闡述了設計人員對設計過程當中遇到的問題是如何考慮并解決的，并歸納總結了該工程設計的特點和不足，為以后開展類似項目的設計提供一定的借鑒。

轉爐煉鋼 工程設計 120t轉爐

國內某鋼鐵公司120 t轉爐煉鋼工程項目建設方現有煉鋼系統(tǒng)年產鋼水約115萬t，根據該公司產品升級技術改造規(guī)劃需求，淘汰現有的高爐落后產能，升級改造現有煉鐵系統(tǒng)，并在原有轉爐車間西側配套建設年產125萬t鋼坯煉鋼車間及公輔設施，新建1座120 t轉爐，配置1臺8機8流方坯連鑄機，年生產能力130萬t鋼水。項目建設完成后，煉鋼系統(tǒng)總的生產能力達到年產鋼水245萬t、連鑄坯236萬t。配套新建的煉鋼系統(tǒng)主要產品為碳素結構鋼、低合金鋼，鑄坯規(guī)格為150 mm×150 mm，定尺長度為9～12 m。

1 工程設計的主要設計原則和設計決定

根據項目建設方現有場地條件及總體布置規(guī)劃需求，將新建的煉鋼車間廠址選擇在現有煉鋼廠西側。

1.1 主要設計原則

1）充分利用現有生產設施和資源。

2）充分利用先進、成熟、可靠的工藝技術和裝備，建設一個滿足市場需求、產品質量高、生產成本低的國內一流的生產線。合理配置資源，設備盡可能國產化，盡量減少基建投資。

3）設計物料流程合理，工序銜接緊湊，合理緊湊布置，節(jié)約建設用地。

4）采用節(jié)能減排、節(jié)能降耗、環(huán)保、長壽等先進技術和設備。

5）設計應考慮施工的方便性和備件的通用性，重視項目建設地的氣候特點，充分考慮雨水、溫度的影響。

1.2 設計決定

本工程將循環(huán)經濟、低碳、環(huán)境保護設計放在更加重要的位置。設計中將嚴格遵守和貫徹國家、行業(yè)和地區(qū)頒布的有關環(huán)境保護的方針、政策、法律、法規(guī)、規(guī)程、規(guī)范和規(guī)定等，從源頭上抓好循環(huán)經濟、低碳、環(huán)保工程建設工作。

2 主要工藝布置、工藝流程

2.1 主要工藝布置

總體工藝布置設計滿足物流順暢、緊湊合理，為適應該項目所在地地勢東高西低落差較大的地理現狀，使新建煉鋼車間比舊煉鋼車間低10 m，將所有新建公輔設施布置于煉鋼車間西側較低平面上，且比新建煉鋼車間地坪標高低10 m。

這樣的布置充分考慮了可用場地條件，大幅減少了土建工程量，降低了工程投資。

新建煉鋼車間的主要生產跨間包括爐渣跨、混鐵爐跨、加料跨、轉爐跨、鋼包準備跨、鋼水接受跨、連鑄跨、出坯跨。主廠房內有轉爐主控樓及爐前快速化驗分析室，并預留了1座LF鋼包精煉爐。

煉鋼車間工藝布置如下頁圖1所示。

2.2 轉爐冶煉工藝及流程

120 t轉爐煉鋼連鑄車間生產采用“高爐鐵水—混鐵爐—鐵水預處理—頂底復吹轉爐冶煉—LF精煉爐（預留）—連鑄—鑄坯直接熱送軋制”的先進生產工藝。

煉鋼車間用鐵水由新建高爐系統(tǒng)供應，鐵水罐與現有高爐系統(tǒng)使用的鐵水罐一致，60 t高爐鐵水罐經鐵路被運到煉鋼車間?？紤]到該項目所在地原料條件不穩(wěn)定，高爐鐵水的成分和溫度波動較大，不利于煉鋼車間的穩(wěn)定生產，在新建的煉鋼車間內設置1座1 300 t混鐵爐，將其布置在專用的混鐵跨內。高爐運來的鐵水先被兌入混鐵爐中，均勻鐵水成分和溫度后再傾動出鐵。混鐵爐采用鐵水包傾翻車出鐵方式，鐵水包傾翻車與脫硫設施共用，鐵水包接滿鐵水后，用鐵水罐傾翻運輸車直接運到脫硫設施處進行鐵水脫硫預處理，經預處理合格后的鐵水由加料跨225/63 t鑄造天車吊運至轉爐前并兌入轉爐。

煉鋼用廢鋼為自返廢鋼和外購廢鋼，冶煉用合格廢鋼在加料跨廢鋼堆存區(qū)貯存，按照冶煉工藝要求用16 t電磁吊加入廢鋼料槽中并稱量合格，再由32 t+32 t橋吊將裝有廢鋼的廢鋼料槽加入轉爐，廢鋼重量及配比等數據通過終端計算機被傳往主控室。

轉爐冶煉用輔原料如活性石灰、輕燒白云石、鐵礦石、鐵皮、改質劑等用汽車運輸并卸入地下料倉貯存，通過皮帶機輸送到煉鋼主廠房爐子跨高位料倉，需要時經散狀料加料系統(tǒng)加入轉爐或鋼包；轉爐鋼包鋼水脫氧及合金化所需的合格鐵合金用汽車直接運至轉爐跨，然后由10 t橋式起重機吊運鐵合金料袋至鐵合金料倉儲存并烘烤，通過振動給料器將料卸入料倉下的稱量斗內。當轉爐需要時，稱量好的鐵合金由稱量斗下的閘門卸至叉車內，然后被運至爐后通過旋轉溜管加入鋼包內。

轉爐冶煉采用頂底復合吹煉技術，配置副槍系統(tǒng)，實現自動化煉鋼。出鋼后，由爐下鋼水罐車運至爐后吹氬喂絲平臺處，進行測溫取樣及吹氬喂絲等操作，合格后的鋼水運至鋼水接受跨由225/63 t鑄造起重機將鋼水包吊運至LF鋼包精煉爐，或直接吊運至連鑄鋼包回轉臺，進行澆注作業(yè)。

轉爐冶煉產生的鋼渣，倒入爐下渣罐，由爐下渣罐車將渣罐運至渣跨，經打水冷卻后用汽車運往現有渣處理廠進行下一步處理。

3 主要設備選型

3.1 鐵水轉運設備

煉鋼車間用鐵水由新建高爐系統(tǒng)供應，由60 t高爐鐵水罐車運到煉鋼車間的混鐵爐跨內，用100/32 t吊車兌入1 300 t混鐵爐中。混鐵爐采用鐵水包傾翻車出鐵方式，鐵水包傾翻車與脫硫設施共用。

混鐵爐主要技術參數如表1所示。

表1 混鐵爐主要技術參數

3.2 轉爐

根據擬定的生產工藝及規(guī)模，煉鋼主體設備為1座120 t氧氣頂底復吹轉爐。

轉爐主要技術參數：轉爐公稱容量120 t/爐，爐身外徑Φ6 740 mm，爐體總高9 000 mm，爐體砌磚后爐容121.22 m3；冷卻介質為工業(yè)軟化水；轉爐傾動裝置形式為4點嚙合全懸掛扭力桿式，傾動速度0.1～1.05 r/min（無極調速）；一次減速機臺數為4臺，二次減速機嚙合形式為4點嚙合，二次減速機臺數為1臺；傾動主電機功率110 kW，電機臺數為4臺。

3.3 氣化冷卻系統(tǒng)

轉爐氣化冷卻系統(tǒng)由氣化冷卻裝置及汽、水管路等系統(tǒng)組成。設置氣化冷卻裝置的目的是：收集轉爐冶煉過程中的高溫煙氣并將其冷卻下來，以便滿足下一步除塵及煤氣回收的要求，保證轉爐煉鋼的安全生產；同時可回收大量熱能生產蒸汽供生產和生活使用，并降低轉爐煉鋼的生產成本。

本工程一次煙氣凈化除塵采用LT干法除塵，為滿足轉爐煙氣凈化除塵的要求，將轉爐爐口（氣化冷卻煙道進口）溫度為1 400～1 450℃的煙氣，通過氣化冷卻煙道吸熱后降至900～1 000℃，降溫后的煙氣，進入LT干法除塵設備進口（氣化冷卻煙道出口）即干法除塵蒸發(fā)冷卻器。

轉爐煙氣冷卻系統(tǒng)采用強制循環(huán)氣化冷卻和自然循環(huán)氣化冷卻相結合的復合循環(huán)冷卻方式。轉爐煙道冷卻系統(tǒng)復合循環(huán)冷卻技術具有余熱回收率高、安全可靠、使用壽命長等優(yōu)點。

轉爐采用簡易上修爐方式，煙道不設移動段，結合多年來中冶京誠工程技術有限公司在轉爐氣化冷卻工程中的實踐經驗，擬將本工程轉爐氣化冷卻煙道分為活動煙罩、爐口固定Ⅰ段、爐口固定Ⅱ段、爐口中Ⅰ段、爐口中Ⅱ段、爐口中Ⅲ段、爐口末段等七部分。煙道截面為圓形，其節(jié)圓直徑為Φ2 636 mm，為防止積渣將煙道拐點角度設計為53°，煙氣流速約為20 m/s，煙道總長度約49 m，煙道總受熱輻射圍檔面積約為450 m2。

轉爐氣化冷卻系統(tǒng)汽包工作壓力為2.45 MPa，蒸汽溫度為飽和溫度（225℃）。

3.4 氧槍系統(tǒng)

為保證轉爐吹煉時不發(fā)生換槍停吹，并為盡量減少換槍時間，在每座轉爐上方配橫移式氧槍車一臺，在車上配有氧槍升降傳動設備兩套，并在轉爐上設置氧槍固定升降滑道一條，為兩個氧槍共用。

轉爐氧槍系統(tǒng)的設備主要為：吹氧管、供氧和供排水金屬軟管氧槍升降小車、橫移車及升降傳動裝置、控制檢測設施、固定導軌、橫移液壓站、氧槍刮渣裝置、氧槍孔密封裝置。

氧槍的升降是通過升降小車來實現的。小車由焊接式車架、滾輪和滑輪等組成，車架上有供連接吹氧管用的連接板，用螺栓將吹氧管固定在車架上。在車架底部設有調節(jié)和夾緊吹氧管的裝置，導向滾輪能保證小車上下運行自如。當突然斷電氧槍急需提升時，設計的備用電源可將氧槍緊急提升。在冶煉過程中氧槍下部有可能發(fā)生結渣，故在煙道上的氧槍口上方設置了采用氣缸控制閉開的刮渣裝置。

氧槍系統(tǒng)主要技術參數如表2所示。氧槍橫移小車是供轉爐冶煉過程中快速更換氧槍的裝置，整體橫移臺車的直行由電機拖動，橫移速度為3 m/min，橫移行程被設定為4 m。

表2 氧槍系統(tǒng)主要技術參數

3.5 車間內起重機設備（見表3）

表3 車間內主要起重機設備

4 轉爐車間技術經濟指標和原材料、動力消耗

4.1 轉爐車間技術經濟指標（見表4）

表4 轉爐煉鋼車間技術經濟指標

在制定轉爐煉鋼車間技術經濟指標時，考慮到本項目鐵水中含P量偏高（w(P)≤0.25%），采用雙渣法冶煉，在冶煉過程中需要倒一次渣，所以將轉爐冶煉周期設定為42～45 min。

4.2 轉爐原材料、動力消耗（見下頁表5和表6）

5 工程設計中的問題

從總的布局來看，工程的整體設計是合理的，在工程設計及建設過程中，沒有遇到太大的問題。但由于本工程的地理位置比較特殊，新建煉鋼廠與現有老廠房高差約10 m，而新建公輔設施與新建煉鋼廠之間又存在約10 m的高差，這就給鐵水等原材料運輸造成了不便，需要在設計中考慮如何解決；受總體工藝布局的限制，煉鋼車間的可用場地較小，車間內的工藝布局略顯緊湊；另外由于當地原材料限制，供應給煉鋼廠的鐵水含磷量高（w(P)≤0.25%），這樣一來轉爐在冶煉過程中需要倒一次渣，造成了轉爐冶煉周期較長（42～45 min）。

表5 轉爐煉鋼車間主要原材料消耗kg/t

表6 轉爐煉鋼車間主要動力消耗

5.1 鐵水運輸

該項目建設區(qū)域地勢較為特殊，新建煉鋼廠與老廠區(qū)存在10 m的高差，造成了鐵水從高爐區(qū)用60 t鐵水罐經鐵路運輸到煉鋼廠內時，無法實現直接被運輸到車間地坪上，只能通過倒包的方式將60 t鐵水罐內的鐵水兌入1 300 t混鐵爐內或直接倒入120 t鐵水罐內。

由于地勢高差的原因，需要在新建廠房邊建一面高度約10 m的擋土墻以保證新建車間的安全。為了滿足擋土墻的強度要求及與老車間的安全距離要求，需要將擋土墻建在新建煉鋼廠內，使得混鐵爐區(qū)域的布置顯得較為緊張，既要滿足進鐵水鐵路的要求，又要滿足在混鐵爐事故維修狀態(tài)下的倒包要求。經過在設計過程中的計算和放樣布局，最終決定將混鐵爐操作平臺高度定為10 m，與進鐵水線路同標高，將煉鋼車間內接鐵水的軌道與混鐵爐垂直布置，同時將混鐵爐出鐵口側平臺縮小，留出事故狀態(tài)下的倒包位置，這樣一來車間外和車間內的鐵水運輸問題都得到了妥善解決，充分利用現有的地勢和場地條件，滿足了工藝布置的需求。

5.2 鐵水預處理

為提高產品質量，本項目配置一套鐵水脫硫設施，并綜合考慮投資及運行成本后決定采用鐵水包噴吹脫硫劑的工藝設計方案。

在設計時，考慮本工程的生產規(guī)模約為130萬t/年的合格鋼水，年需合格鐵水約127.4萬t，因此配置有一套鐵水脫硫系統(tǒng)，實現鐵水全量脫硫。

一套脫硫站采用一套噴吹系統(tǒng)，包括兩個噴吹工位（兩只噴槍，一用一備），一臺液壓扒渣機。將鐵水脫硫設施布置在轉爐跨的低跨區(qū)域，接收鐵水的鐵水罐車可在混鐵爐跨、加料跨和轉爐跨的脫硫區(qū)之間運行，鐵水脫硫工位、扒渣設備和加料設備均被布置在轉爐跨的鐵水脫硫區(qū)域內。

在轉爐跨高跨旁的脫硫區(qū)內，可用于脫硫設施布置的寬度為21 m，這個寬度對布置一套120 t的鐵水脫硫系統(tǒng)來說是足夠的，但是由于之前提到的擋土墻的存在，使得可用于脫硫布置的寬度縮短為約15.4 m，這樣一來脫硫設施的布置就顯得十分有限，且由于脫硫用的鐵水罐傾翻運輸車與混鐵爐出鐵水共用，軌道中心線已確定需滿足混鐵爐出鐵水的要求，軌道中心線距離右側的轉爐高跨為7.5 m，鐵水罐運輸車軌距4.2 m，經計算，脫硫使用的脫硫劑儲粉倉及脫硫操作室電氣室只能被擺放在左側靠近擋土墻的6.8 m的范圍內，同時還需滿足與鐵水罐運輸車的安全距離及主操作平臺的寬度需求。

在這么狹小的范圍內布置儲粉倉、噴吹罐、操作室、電氣室，如何才能既布置得下又不影響投產的使用呢？經過設計人員反復放樣和計算，最終確定如下方案：將脫硫主平臺不對稱布置，在滿足安全性和使用性的前提下把脫硫中心線左側的平臺縮??；將噴吹罐放置在地面上，在噴吹罐上方布置脫硫劑儲粉倉，占用寬度范圍約4.35 m；在噴吹罐旁邊放置電氣室，電氣室地面與液壓扒渣機平臺同標高；在電氣室上方布置脫硫操作室，操作室與脫硫主平臺9.1 m同標高，這種布置雖然滿足了使用和安全要求，但是美中不足的是扒渣機無法旋轉180°，在更換扒渣頭時也就不能將扒渣機旋轉到一個最合適的位置后再更換，好在并不影響用戶的使用。

5.3 鋼渣處理

基于減小投資并充分利用現有渣處理設施的考慮，在新建渣跨中直接向渣盤打水冷卻鋼渣，之后直接用汽車運輸到渣處理廠進行處理。但是直接往渣盤內打水冷卻鋼渣存在噴水時發(fā)生噴濺的危險，為此，在渣跨廠房內四周設置了鋼筋混凝土防護墻。

5.4 廢鋼運輸

本項目在煉鋼主廠房內設有廢鋼堆存場地，煉鋼所需合格廢鋼直接被運至煉鋼主廠房加料跨，按照不同種類堆存，根據冶煉工藝要求，用16 t電磁吊將廢鋼加入廢鋼料槽，稱量合格后，用32 t+32 t橋吊將廢鋼料槽吊運至轉爐前并加入轉爐。

但是，同樣由于場地限制，廢鋼堆存區(qū)域偏小，還要放置廢鋼稱量地中衡和幾個廢鋼料槽，雖能滿足使用要求，但是在將來用汽車運送廢鋼到加料跨時，此區(qū)域還是顯得緊張；而在車間外，由于總圖限制，也無法設立獨立的廢鋼間。綜合考慮之后，在車間內將原定于高跨右側的過跨線移到左側，給廢鋼堆存區(qū)域再讓出一部分區(qū)域，但是過跨線移到左側也是造成高跨左側脫硫布置緊張的原因之一。綜合這兩方面的因素，最終采用了將過跨線移到左側，增加廢鋼堆存區(qū)域這一方案。

5.5 廠房的總體布置

從煉鋼連鑄主廠房總體布局上來看，工藝布局比較緊張，車間橫向長度只有108 m，廠房有效作業(yè)面積偏小；車間產品定位為碳素鋼和低合金鋼，預留了一座LF爐的位置，在鋼水接受跨和轉爐跨之間設置了修罐跨，用于放置鋼包鐵包烘烤器及進行鋼包鐵包的拆包和冷修作業(yè)。

5.6 車間整體工藝流程

1）鐵水運輸：從工藝流程上看，車間內配置了混鐵爐，相對于目前國內主流的“一包到底”的鐵水運輸方式，設置混鐵爐存在鐵水溫度損失大、對車間環(huán)境有污染等缺點，但是考慮到鐵水供應不穩(wěn)定，為保證后續(xù)煉鋼生產的順利進行配置混鐵爐還是有必要的。從長遠來看，待該項目原料條件有改善后，可選擇取消混鐵爐，進行車間的局部改造后可實現更為先進的“一包到底”運輸方式。

2）鋼渣處理：受車間場地條件限制并綜合考慮利用已有的鋼渣處理設施，本項目在煉鋼車間內僅在渣跨內對鋼渣進行打水冷卻，從目前國內鋼渣一次處理的情況來看，本工程采用的這種在渣盤內打水冷卻的處理方法在設計上不是十分合理的。遠期可考慮將整體煉鋼系統(tǒng)的鋼渣統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一處理，充分回收鋼渣。

6 結語

由于本工程地勢條件特殊、可用場地較為狹小，在設計和建設過程中充分考慮了整體布局的合理性、保證了車間內物流運輸的順行流暢。

在新建煉鋼車間和公輔設施與老廠區(qū)都有較大高差并且轉爐煉鋼車間可用場地有限的條件下，在原材料運輸和車間內的工藝布局上精心設計，滿足了前后工序間的合理布置和銜接。

（編輯：胡玉香）

Design of a 120 t Converter Steelmaking Project of a Steel Corp in China

LIU Dong
（Steelmaking Plant of Capital Engineering&Research Incorporation Ltd.,Beijing 100176）

This paper introduces the overall layout,technological process,selection of main equipment,main technical and economic indicators and the consumption of raw materials in a domestic steel corp of converter steelmaking project,and expounds how to consider and solve the problem encountered in design process,and summarizes characteristics and the deficiencies of engineering design,providing certain reference for the future design of similar projects.

converter steelmaking,engineering design,120 t converter

TB21

A

1672-1152（2016）06-0063-05

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.24

2016-11-21

劉冬（1982—），男，從事煉鋼工藝設計和研究工作，工程師。