煉鋼爐的一種。一般指可以傾動的圓筒狀吹氧煉鋼容器。爐體圓筒形，架在一個水平軸架上，可以轉動。也用來煉銅。
基本介紹
- 中文名：轉爐
- 外文名：Converter
- 拼音：zhuàn lú
- 形狀：圓筒形
詞語,器具,簡介,轉爐結構,煉鋼轉爐,煉銅轉爐,噴濺預防,廢物回收,淨化回收,
詞語
詞目：轉爐
拼音：zhuàn lú
基本解釋
[converter] 一般指可以傾動的圓筒狀吹氧煉鋼容器
詳細解釋
煉鋼爐的一種。爐體圓筒形，架在一個水平軸架上，可以轉動。也用來煉銅。雁翼《重鋼晚霞》詩：“煙囪四處生長，像森林般稠密；高爐、平爐、轉爐，像山峰般挺立。”《工人歌謠·小轉爐》：“小轉爐，張大嘴，沒有胳膊沒有腿，嘴裡噴金花，低頭吐鋼水。”
器具
簡介
轉爐（converter），爐體可轉動，用於吹煉鋼或吹煉鋶的冶金爐。轉爐爐體用鋼板製成，呈圓筒形，內襯耐火材料，吹煉時靠化學反應熱加熱，不需外加熱源，是最重要的煉鋼設備，也可用於銅、鎳冶煉。轉爐按爐襯的耐火材料性質分為鹼性（用鎂砂或白雲石為內襯）和酸性（用矽質材料為內襯）轉爐；按氣體吹入爐內的部位分為底吹、頂吹和側吹轉爐；按吹煉採用的氣體，分為空氣轉爐和氧氣轉爐。轉爐煉鋼主要是以液態生鐵為原料的煉鋼方法。其主要特點是：靠轉爐內液態生鐵的物理熱和生鐵內各組分（如碳、錳、矽、磷等）與送入爐內的氧進行化學反應所產生的熱量，使金屬達到出鋼要求的成分和溫度。爐料主要為鐵水和造渣料（如石灰、石英、螢石等），為調整溫度，可加入廢鋼及少量的冷生鐵塊和礦石等。在轉爐煉鋼過程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合氣體，即轉爐煤氣。轉爐煤氣的發生量在一個冶煉過程中並不均衡，且成分也有變化，通常將轉爐多次冶煉過程回收的煤氣經降溫、除塵，輸入儲氣櫃，混勻後再輸送給用戶。
轉爐結構
轉爐爐體由爐殼和爐襯組成。爐殼由鋼板焊成，而爐襯由工作層、永久層和充填層三部分組成。工作層直接與爐內液體金屬、爐渣和爐氣接觸，易受浸蝕，國內通常用瀝青鎂磚砌築。永久層緊貼爐殼，用以保護爐殼鋼板，修爐時永久層可不拆除。在永久層和工作層之間設充填層，由焦油鎂砂或焦油白雲石組成，其作用是減輕工作層熱膨脹對爐殼的壓力，並便於拆爐。
1.爐帽
為了減少吹煉時的噴濺和熱量損失以及爐氣的排出，故爐帽的形狀皆做成截圓錐形或球缺截圓錐形，其爐口均為正爐口，用來加料，插入吹氧管，排出爐氣和倒渣。由於爐帽處於高溫爐氣區，直接受噴濺物燒損，並受煙罩輻射熱的作用，其溫度經常高達300*400+，在高溫的作用下，爐帽和爐口極易產生變形。為了保護爐口，目前普遍採用通入循環水強制冷卻的水冷爐口，這樣既可減少爐口變形又便於爐口結渣的清除。為防止發生事故，水冷部分應加強維護。
水冷爐口有水箱式和埋管式兩種結構。水箱式水冷爐口見圖4-1-3，它採用鋼板焊接結構，其水箱內焊有若干隔水板，使冷卻水在水箱內形成一個迴路，同時也起加強筋的作用。這種結構冷卻強度較大，製造容易，但是由於焊口易開裂，因此安全性較差。
埋管式水冷爐口如圖4-1-4所示，它是把通冷卻水用的蛇形鋼管埋鑄於鑄鐵中，這種結構冷卻強度不如水箱式，但安全性和壽命均比水箱式高。
水冷爐口可用楔與爐帽聯結，但由於爐渣的粘結，往往在更換損壞了的爐口時不得不用火焰切割。因此，我國在中小型轉爐較多採用卡板焊接的方法將爐口固接在爐帽上。
2.爐身
爐身是整個爐子承載部分，皆採用圓柱型。出鋼口通常設定在爐帽和爐身耐火爐襯的交界處。其位置、角度和長度的設計，應考慮出鋼過程中爐內鋼水液面；爐口和盛鋼桶間的相互位置及其移動關係；堵出鋼口方便否；能否保證爐內鋼水全部倒完；出鋼時鋼流對盛鋼桶內的鐵合金應有一定的衝擊攪拌能力等。在生產過程中，由於出鋼口燒損較嚴重，為便於修砌、維修和更換，出鋼口可設計短些。
3.爐底
爐底有截錐型和球型兩種。截錐型爐底製造和砌磚都較為簡便，但其強度不如球型底好，故只適用於中小型轉爐。球型爐底的優缺點與截錐型相反，故為大型轉爐採用。
爐帽、爐身和爐底三段的聯結有三種方式:死爐帽活爐底、活爐帽死爐底和整體爐殼。三種聯結的型式與修爐方式有關，死爐底和整體爐殼都採取上修，而活爐底的則採取下修。
煉鋼轉爐
早期的貝塞麥轉爐煉鋼法和托馬斯轉爐煉鋼法都用空氣通過底部風嘴鼓入鋼水進行吹煉。側吹轉爐容量一般較小，從爐牆側面吹入空氣。煉鋼轉爐按不同需要用酸性或鹼性耐火材料作爐襯。直立式圓筒形的爐體，通過托圈、耳軸架置於支座軸承上，操作時用機械傾動裝置使爐體圍繞橫軸轉動（見圖空氣底吹轉爐示意圖）。
50年代發展起來的氧氣轉爐仍保持直立式圓筒形，隨著技術改進，發展成頂吹噴氧槍供氧，因而得名氧氣頂吹轉爐，即L-D轉爐（見氧氣頂吹轉爐煉鋼）；用帶吹冷卻劑的爐底噴嘴的，稱為氧氣底吹轉爐（見氧氣底吹轉爐煉鋼）。在套用氧氣煉鋼的初期還使用過卡爾多轉爐和羅托轉爐，通過爐體迴轉改善爐內反應，但由於設備複雜，爐襯壽命短未能獲得推廣。
煉銅轉爐
一般為臥式轉爐用於處理銅鋶，通過鼓入空氣把冰銅氧化吹煉成粗銅，也用於吹煉冰鎳。（見銅、鎳）（見彩圖臥式煉銅轉爐──把冰銅吹煉成粗銅的設備、150噸氧氣頂吹轉爐）
噴濺預防
轉爐鋼包噴濺
一、噴濺機理
轉爐使用的氧化劑主要是氧氣，純度>99%。使用壓力為6~12kgf/cm2通過吹氧來降低鋼水中的碳含量。並氧化其它元素。碳氧反應的方程式為：
[C]+[O]={CO}↑+Q
反應生成CO，並放出大量的熱。本爐冶煉終點含C0.10%。剔除錳鐵及碳化矽進入鋼中的碳，冶煉終點碳低於0.05%。說明本爐鋼是過氧化鋼，根據鋼中碳與氧的乘積為一常數
[C][O]=m
這一原理，說明本次鋼中含有大量的[O]，鋼中氧與投入包底的碳化矽突然反應，產生大量的CO氣體，將鋼水、鋼渣噴出。同時，由於鋼水過氧化，鋼中氧含量高，鋼中氧的溶解度隨著溫度的降低而下降，隨著溫度的下降鋼中的氧大量析出，產生大量的氣體，也是造成大噴的主要原因。
二、預防對策
1、鋼水過氧化是產生噴濺的主要原因。因此，如何避免鋼水過氧化是預防鋼水大噴的根本措施。
2、 爐前在冶煉操作時，應採取的措施是增大供氧強度，採用多孔噴頭，低槍位操作，這樣可以降低渣中FeO含量從而降低鋼中氧含量，提高一次拉碳命中率，應儘量減少補吹。加入合金脫氧時，應按照先弱後強的順序，先加入矽鐵，然後加入錳鐵，以保證良好的脫氧效果。
3、保證拉碳準確，避免過低量的碳，然後補加碳粉或SiC來增碳，從而降低鋼中的氧含量。
4、加入碳粉或碳化矽時，不要將碳粉或碳化矽一次性加入包底，以防被鋼包底部渣子裹住，鋼水翻入後，不能及時反應，待到溫度達到碳氧反應條件後，急劇反應，另外，在鋼包水中不能自動開澆，用氧氣燒眼引流時，大量的氧氣進入鋼包中，打破鋼包內原有的平衡，鋼包內原有存在的大量氣體，在外界因素的導致下，突然反應而導致大噴。
5、鋼包要潔淨，以防鋼水注入鋼包前期溫度過底，碳粉或碳化矽與鋼中氧不反應，待溫度升高后，突然反應造成大噴。
6、爐前要加強吹氬攪拌，通過吹氬，來均勻鋼水成份、溫度，確保氣體和夾雜物上浮，保證吹氬時間大於3min，吹氬壓力保證鋼包內鋼水微微浮起為最佳，鋼水翻花太大，鋼包內鋼水渣層被破壞，鋼水吸氣，使鋼水二次氧化，鋼水不翻花，吹氬攪拌效果不好，達不到去氣去夾雜的效果。
7、加強終脫氧力度，凡終點碳低於0.05%個時，應加大矽鋁鋇量用，將矽鋁鋇用量提高到0.5~1kg/t。
8、連鑄澆鑄前必須將包蓋扣好，鋼包沿要清理好，以防止包蓋不嚴，鋼水、鋼渣從縫隙中噴出，並在適當增加大包包蓋的寬度。
9、防止鋼包噴濺的關鍵是爐前避免出過氧化鋼。因此，規範爐前冶煉操作是杜絕過氧化鋼出現的主要措施。
10、頂吹轉爐吹煉低碳鋼種，可以直接一次拉碳，但為了一次有效地去除磷、硫，並使終點溫度達到鋼種要求，在吹煉低碳鋼時，都要採用高拉調溫一次補吹的工藝操作。
11、第一次拉碳時，鋼中含碳量最好控制在0.16%~0.20%的範圍內，倒爐測溫、取樣，根據爐溫確定冷卻劑加入數量，根據含碳量確定補吹時間。
12、 第一次拉碳時的爐渣鹼度為3.4~3.6。
13、注意控制好爐渣，早化渣、化好渣，全程化透。通過調節槍位促進化渣。
14、第一次倒爐時要儘量多倒渣，可以加入石灰和白雲石調溫，如果加入調溫劑的數量較多，可以在開始氧化時分批加入。
廢物回收
負能、煤氣回收
1、轉爐煉鋼工序能耗實現負值——負能煉鋼
在轉爐內，把鐵水煉成鋼的過程，主要是降碳、升溫、脫磷、脫硫以及脫氧和合金化等高溫物理化學反應過程，其工藝操作是控制供氧、造渣、溫度及加入合金料等，以獲得所要求的鋼液並澆鑄成鋼錠或連鑄坯。氧氣頂吹轉爐煉鋼法的特點之一是不需要外來熱源，根據物料和熱平衡計算：以鐵水的物理熱和化學熱為主要熱收入，抵消金屬和爐渣的含熱量以及各項熱損失外，還有剩餘熱量。因此常將廢鋼、鐵礦石和石灰石等作為冷卻劑加入爐內以平衡熱量防止爐溫過高。
1.1煉鋼過程的能量消耗
煉鋼過程需要有足夠的能量輸入才能完成，通常要消耗電力、氧氣、燃氣、惰性氣體、壓縮空氣以及水、蒸汽等。以寶鋼一期工程為例，詳見表1。
1.2煉鋼過程能量的釋放
在吹煉過程中，碳氧反應是冶煉過程始終存在的一個重要反應，反應的生成物主要是C0氣體（濃度約為85%~90%),但也有少量碳與氧直接作用生成CO2,其化學反應式為
2C+O2→2CO↑
2C+2O2→2CO2↑
2CO+O2→2CO2↑
在冶煉過程中爐內處於高溫，碳氧反應形成的CO氣體也稱轉爐煤氣，溫度約在1600℃。此時高溫轉爐煤氣的能量約為1GJ/t,其中煤氣顯熱能約占1/5,其餘4/5為潛能（燃燒時轉化為熱能，不燃燒時為化學能),這就是轉爐冶煉過程中釋放出的主要能量。因此，轉爐煤氣回收利用是煉鋼節能降耗的重要途徑。
1.3煉鋼工序能耗實現負值分析
煉鋼工序能耗是按生產出每噸合格產品（鋼錠或連鑄坯）所用的各種能量之和扣除相應回收的能量（標煤）進行計算的。
消耗能量>回收能量時，耗能為正值
消耗能量-回收能量=0時（稱“零”能煉鋼）
消耗能量<回收能量時，耗能為負值（稱“負”能煉鋼）
1.4實現負能煉鋼是可能的
轉爐煉鋼過程中釋放出的能量是以高溫煤氣為載體，若以熱能加以度量分析，具體表現為潛熱占83.6%,顯熱占16.4%,詳見圖3。顯然，煤氣所擁有的能量占總熱量中的絕大部分。從圖2中也可看出回收煤氣對降低煉鋼工序能耗所起的作用。因此，要做到負能煉鋼必須回收煤氣，而且應儘可能提高回收煤氣的數量和質量。
1.5實現轉爐負能煉鋼必須回收煤氣
1.6實現負能煉鋼的主要技術途徑
(1)採用新技術系統集成，提高煤氣回收的質量與數量；
(2)採用交流變頻調速新技術，降低煉鋼工序大功率電機的電力消耗；
(3)改進煉鋼（包括連鑄等）操作水平，降低物料、燃料消耗；
(4)提高管理水平及人員素質，保證安全、正常、穩定生產。
2、轉爐煤氣回收技術
2.1轉爐煤氣淨化回收主要代表流程
中國於1966年在上鋼一廠30t轉爐上首先實現了煤氣回收，是濕法流程，簡稱OG法，主要採用兩級文丘里型煤氣除塵器，貯氣為濕式煤氣櫃,至今中國已回收煤氣的企業均為濕法流程（圖4)。此流程基建技資較低，操作運行簡單、安全，但運行費用相對較高，要附設除塵污水處理設施。
另一種乾法流程，簡稱LT法（圖5),為寶鋼三期250t轉爐引進奧鋼聯技術建設的煤氣回收裝置。轉爐煤氣淨化採用乾式靜電除塵器，貯氣為乾式煤氣櫃。此流程基本建設投資較高，運行費用較低，操作較為複雜，沒有污水處理設施，將與寶鋼250t轉爐同時投產。
2.2中國轉爐煤氣回收技術水平與國外先進水平的比較
①線性矩形可調喉口文丘里除塵器;
②可調喉口液壓伺服裝置；
③爐口微差壓自動調節系統;
④快速三通切換閥；
⑤大管徑文丘里型煤氣流量計;
⑥煤氣回收自動控制裝置；
⑦煤氣成分自動分析裝置。
2.3回收煤氣的節能潛力巨大
自1966年中國開始回收轉爐煤氣以來，經歷了30年，到1996年已有20個企業回收了煤氣（表4),占應回收煤氣企業的51%。全行業轉爐煤氣回收利用率平均為51%,重點鋼鐵企業為70%,中小骨幹企業僅為6%。如果目前還沒有回收煤氣的19個企業儘快增添回收設施，採用新技術裝備，初期回收先按中等水平要求，即每噸鋼回收65m3,煤氣熱值為1800×4.18kJ/m3,每年回收的煤氣折合標煤可達34萬t。已做到低水平回收的17個企業，用新技術進行技術改造，把回收水平提高到較高水平，即每噸鋼回收70m3,煤氣熱值為1950×4.18kJ/m3,則每年多回收的煤氣折合標煤可達16萬t。上述二者之和，將達到每年回收能量約40萬t,上述36個企業轉爐煉鋼工序能耗（標煤）將平均下降9.2kg/t,節能潛力是巨大的。
轉爐負能煉鋼是先進煉鋼技術的重要標誌之一，是煉鋼工藝、裝備、操作以及管理諸方面先進水平的綜合體現，也是節能降耗、降低生產成本、提高企業競爭力的主要技術措施。實現負能煉鋼也是一項艱難的科技攻關係統工程，需要將許多先進技術集成、配套，尤其離不開企業現代化的科學管理和生產，必須千方百計提高轉爐煤氣回收的數量與質量。
淨化回收
轉爐煙氣淨化與回收
1 回收基本原理
1.1 煙氣的收集、冷卻和淨化
轉爐煙氣離開爐口時溫度為1 400~1 500℃，主要採用循環水冷法令其迅速冷卻。煙氣經過眾多毛細管環繞的活動煙罩、上部固定煙罩和汽化冷卻煙道後，冷卻至800~1 000℃，然後經溢流文氏管（以下簡稱“一文”）進行飽和冷卻降溫、除塵，此時溫度已降至75℃左右。冷卻後的煙氣經重力脫水器進入矩形線性可調文氏管（以下簡稱“二文”），進行精除塵。此時，煙氣與噴入二文內的水滴高速碰撞，由於擴散、慣性作用，煙氣中的塵粒與水珠結合後凝聚而被除下。二文採用矩形“R-D”線性可調文氏管，通過閥板（米字閥）調節其開度，控制罩內差壓。回收時，將罩內煙氣壓力調節至微正壓（一般約為0~20 Pa），以控制空氣吸入量（即控制O2的吸入量），減少煙氣中CO的燃燒，使回收的煤氣濃度增高。
1.2 煙氣的抽取、放散及回收
煤氣鼓風機是煙氣除塵系統的重要設備，依靠它的強大抽吸能力將吹煉產生的大量煙塵抽走。淮鋼風機通過液力耦合器調速，其轉速根據生產工藝進行調整（淮鋼煙氣鼓風機高速為2 700 r/min；低速為800 r/min），動力源採用防爆電機。一般情況下，在轉爐吹煉期，鼓風機升至高速；非吹煉期，降至低速。在鼓風機的煙氣出口處，設有煤氣分析儀，錄檢測到CO含量>40%，O2含量<1.5%時，煙氣送入煤氣加壓站，作為燃料儲存，否則引至煙囪放散。
2 主要設備選型與系統基本配置
轉爐煙氣淨化回收自動控制系統，採用西門子SMATIC S7-400作為主站，掛接ET200M遠程站，I/O模板選用S7-300系列，主從站間採用PROFIBUS-DP網通信，主幹環網選用SIMATICNET。軟體平台選用WINDOWS 2000 PROFESSIONAL，PLC編程環境採用Step7 V5.2，上位監控軟體採用WIN CC V5.2，網路通信採用Soft Net軟體。從運行效果看，硬體系統運行穩定可靠，軟體系統刷新速度快，實時更新性好，配合報警與趨勢功能，極大地滿足了操作人員對於數值監測，設備控制以及數據記錄的需要。
3 控制要求的實現
3.1 基本控制流程
在整個煙氣淨化與回收的過程中，由於煙氣溫度很高，且屬易燃易爆氣體，一旦出現泄漏將出現不可估量的後果，所以在控制方式上對自動化要求很高。
3.2 主要控制迴路
（1）爐口微差壓控制。採用閉環PID調節迴路，將爐口微差壓的檢測值作為過程值，設定值一般在10 Pa左右，利用閉環調節二文閥芯開度。由於爐口微差壓調節的好壞，直接影響煤氣回收的質量，所以要求將比例調節值P和積分調節值I調節到使輸出較為靈敏的數值處。此外，降罩後進行調節，抬罩後將二文閥芯開度設定到50%。
（2）風機轉速控制。風機的全程自動調節取決於兩點，即兌鐵時刻和出鋼時刻。當OG系統收到頂吹“兌鐵”信號後，負機自動升至高速，吹煉完畢，轉爐轉至出鋼角時，風機自動降為低速。風機高低速的轉換，必須平滑，實現斜坡速度上升或下降，否則電流變化過猛，會對電機造成損害，縮短電機壽命。
（3）三通閥組連鎖控制。三通閥組是決定煤氣回收、放散的核心裝置，閥組的控制也是OG系統中比較複雜的環節。在這一環節中，包括對三通閥體的控制，對水封逆止閥以及旁通閥的控制，對N2吹掃B1閥、B2閥、D閥的控制以及對沖洗電磁閥的控制。
4 尚待完善提高的環節
本設計完全滿足了煉鋼車間對於煙氣淨化與回收系統的工藝要求，控制系統運行穩定可靠，極大地方便了操作人員對於整個OG系統的監控。但縱觀整體設計，存在以下兩點不足：
（1）二文喉口處的噴水量直接決定著除塵效果的好壞，因這裡總有大量煙塵通過，極易堵塞，廠家在這裡設計了氮氣捅針。操作工定時操作捅針，對二文喉口噴水處進行清堵處理。但這項上作瑣碎易忘，導致堵塞後的除塵效果不好，冒出大量黃煙。在今後的設計中，應將這一過程加入PLC自控系統，以便定期自動完成清堵工作。
（2）自控系統很大程度上依賴於儀表測量到的準確數據。由於本系統處於高溫、高粉塵環境中，所以某些位置的儀表易出故障，導致操作工無法正確了解各段設備的情況，不但直接影響除塵效果，更易發生意想不到的危險。所以今後在設計這類工況下的儀表時，務必在選型和安裝位置上仔細斟酌，以便能夠長期測量到準確的數據。
