炼钢厂设计(engineering design of steelmaking plant)

以铁水(或生铁)、废钢和直接还原铁等为主要原料、采用转炉、电弧炉(简称电炉)、平炉或特种冶炼设备，为下工序提供连铸坯或钢锭的工厂设计。设计范围包括铁水预处理站设计、铁水提钒工艺设计、铁水提铌工艺设计、转炉炼钢车间设计、电弧炉炼钢车间设计、平炉炼钢车间设计、特种冶炼车间设计、钢水炉外精炼设施设计、连续铸钢车间设计、模铸系统设计、废钢处理车间设计和钢渣处理设施设计。炼钢厂设计要贯彻精料方针，搞好综合利用，节约能源，选好炼钢方法，正确确定工艺流程和车间布置方案，保证产品质量，降低投资，降低成本，重视环境保护和安全，齐全配套辅助设施。

简史1930～1960年平炉炼钢曾是世界上的主要炼钢方法，曾占世界钢总产量的80％左右，60年代后平炉陆续被氧气转炉和电炉所代替。中国在50年代建设了鞍山、武汉、包头、湘潭等钢铁公司的300～500t平炉炼钢厂和齐齐哈尔钢厂、大冶钢厂、成都无缝钢管厂等70～90t中型平炉，之后没有再建新的平炉。

1952年氧气顶吹转炉炼钢问世后，成为世界上的主要炼钢方法。1974年后又出现了将顶吹转炉和底吹转炉的特点结合起来的顶底复合吹炼转炉炼钢法，使转炉炼钢更趋完善。国际上的转炉容量一般都在50t以上，最大的达到300～400t。1964年中国自行设计的30t氧气顶吹转炉炼钢厂在首都钢铁公司建成投产，70年代建成本溪、攀枝花和鞍山钢铁公司的120～180t氧气顶吹转炉炼钢厂，80年代上海宝山钢铁总厂的300t现代化转炉炼钢厂又建成投产。在此期间，结合中国具体条件，各省建成一批15～50t中小型转炉炼钢厂。

电弧炉(简称电炉)的炉容量和单位炉容量的变压器功率不断加大，新建电炉的炉容量一般都在50～150t，单位炉容量的变压器功率逐步由300～400kVA加大至700～1000kVA。中国70年代以前电炉炼钢厂都是10～30t的普通功率电炉，80年代开始建设40t以上的高功率或超高功率电炉，舞阳钢铁公司的90t和天津无缝钢管总厂的150t超高功率电炉也已在90年代初建成投产。

60年代至70年代前期，不同形式的炉外精炼装置在炼钢领域中得到普遍推广采用，因此70年代以后建设的炼钢车间多采用初炼炉(转炉或电炉)一炉外精炼一连铸的工艺路线代替传统的炼钢炉一步炼钢法，提高了钢水的质量和产量。

连续铸钢(简称连铸)具有提高金属收得率，节约能源，提高质量，有利于实现钢水成型工艺的机械化和自动化等一系列优点，因此，50年代以后得到迅速发展，原有炼钢的模铸系统逐步为连铸所取代。世界多数主要产钢国家，例如日本、联邦德国、法国和意大利等国的连铸比都已超过90％，1991年世界平均连铸比达到66．8％。

1992年中国转炉钢占钢总产量的60．8％，电炉钢占21．8％，平炉钢占17．3％。连铸比为30．0％。

冶炼方法选择炼钢厂设计中冶炼方法主要是在转炉炼钢和电炉炼钢中选择。转炉炼钢一般适用于规模较大，有高炉铁水供应的联合企业。少数转炉采用化铁炉供应铁水，但将增加能源消耗和铁耗，提高生产成本，设计已不再采用。电炉炼钢一般适用于电力、废钢或直接还原铁供应充裕的地区。

转炉炼钢是一种不需外加热源，主要以液态生铁为原料的炼钢方法，除了适宜于生产普通碳素钢和低合金钢特别是低碳钢种外，配用炉外精炼设备后，亦能生产硅钢、轴承钢和不锈钢等多种合金钢。为了实现转炉少渣炼钢，或者为了生产低硫低磷钢种，提高钢的质量，改善技术经济指标，铁水需采用预处理，最常用的是脱硫，亦可以进行铁水脱硅、脱磷并脱硫。另外当铁水中含有一定的钒、铌等金属元素时，应该进行预处理，把钒、铌等金属成分氧化富集进入渣中，再把这些渣作为原料提炼出有用金属。

电炉炼钢是以电为热源，以废钢为主要原料的炼钢方法，亦可以掺用一部分直接还原铁。当废钢质量不能保证某些产品对铜、锡、镍、锑、铬、钼等少量元素总含量的严格限制时就必须配用一定数量的直接还原铁。过去由于电炉钢成本较高，电炉炼钢法主要用来生产特殊钢或合金钢。随着电炉的大型化和加大功率的成功，在废钢价格和电价便宜的区域，电炉钢的成本降低，因此出现了专门生产普通钢的电炉炼钢厂(见小钢厂设计)。这种钢厂的投资比同样规模的高炉——转炉联合企业为低。超高功率电炉与普通功率电炉相比，每吨炉容量单位时间内输入电炉的热能大幅度增加，使熔化时间显著缩短，从而可以提高生产能力，降低电极消耗，减少热损失，降低电能消耗，降低生产成本；同时冶炼周期大大缩短，改善了与连铸机的生产配合，为多炉连浇提高连铸效益创造了条件。因此在条件许可的情况下，应优先采用超高功率电炉，并配上与所生产钢种相适应的炉外精炼设备，以提高炼钢的产量和质量。但超高功率电炉的变压器容量大，对电网冲击较大，一般要求电网在接点处的短路容量是变压器容量的80～100倍，达不到要求时需增设功率补偿装置，价格比较昂贵。直流电弧炉与交流电弧炉相比，电极消耗大约可以减少50％，电能消耗减少约5％，要求电网在接点处的短路容量可以降为变压器容量的40倍，但投资提高大约20％～30％，且作为阳极的炉底结构比较复杂，增加了维修工作量和费用。

平炉需要外加热源，热效率低，生产能力亦低，已不再新建，逐步被淘汰。

某些有特殊质量要求的小批量钢种需要采用特种冶炼方法进行生产(见特种冶炼车间设计)。

工艺流程和车间布置通过多方案比较，选择最佳方案，以保证生产顺利和取得良好的经济效益。车间内部布置要注意原材料供应、出钢浇铸、连铸坯或钢锭的运出、出渣和检修维护等操作的互不干扰、保证生产工艺流程的顺畅；要慎重考虑与前后工序的衔接，例如，连铸机的位置要有利于连铸坯热送轧钢或直接轧制；选择连铸坯断面的种类和尺寸，既要满足轧钢的需要，亦要有利于连铸顺利生产，取得炼钢和轧钢的最佳综合效益。炼钢厂车间组成包括原材料处理和供应系统，炉子和炉子修理系统，钢水炉外精炼设施，除尘系统，浇铸系统，炉渣处理系统，水、电、燃气、热力等能源设施和机修、检验、仓库、生活福利等辅助设施，设计中的配套设施要齐全，以保证投产后很快就能形成完整的生产能力，同时要合理考虑今后的扩建和发展远景。

发展趋势直流电弧炉炼钢将不断得到推广采用。转炉炼钢厂和电炉炼钢厂都可能实现全连铸，模铸只用于生产极少数特殊钢种或连铸坯断面尺寸不能满足最终产品需要的某些大规格产品。生产无缺陷铸坯，热送热装或直接轧制和薄板坯连铸等技术都将得到逐步推广。