标题：冶炼机械
简介
  应用高温冶金方法（或称火法冶金）将矿石或低纯度金属冶炼成为一定纯度金属或者将几种金属和非金属配合冶炼成为一定成分的合金的机械设备。大多数金属矿石是含有杂质的金属化合物，主要是氧化物和硫化物。含杂质少的天然矿石可以直接进入冶炼过程；杂质多的则先经过精选富集成为精矿再行冶炼。氧化物矿石多用焦炭及其燃烧产生的一氧化碳气在竖式或卧式炉、窑中还原，少数用氢或甲烷等还原。硫化物矿石则一般先在氧化气氛的炉、窑中焙烧，将硫氧化为SO2,随气流排出并被收集，然后再处理留存的金属氧化物。冶炼机械主要包括与所冶炼的矿石相适应的各种炉、窑和配套的上料、出料、铸锭和冶金车辆等设备，有人将处理精矿的烧结设备或球团设备等也包括在内。某些金属矿石采用湿法提炼（包括化学浸出、电解、细菌分解等）。湿法提炼的优点是回收率高、能耗少，较适用于难选、难熔的贫矿石和稀有金属的提炼。湿法提炼所采用的机械设备有萃取器、电解设备、高压釜、过滤机、离心分离机等。[1]
简史
1856年英国的H.贝塞麦发明贝塞麦转炉炼钢。1856～1864年英国的K.W.西门子和法国的P.┵.马丁发明平炉炼钢。1899年法国的P.L.T.埃鲁用电炉炼钢。贝塞麦转炉炼出的钢含杂质较多，平炉和电炉的应用遂逐渐扩大。1952年第一座工业生产用的氧气顶吹转炉在奥地利的林茨厂投产。氧气顶吹转炉生产的每吨钢投资少,冶炼周期短，产量高，钢的质量好，获得迅速发展。1970年氧气底吹转炉投入工业性生产。它需要的厂房高度较低。氧气转炉与炉外精炼、连续铸锭等设备结合应用后，使钢的冶炼机械更趋完善。 
17世纪末英国有了炼铜的反射炉。1880年始用转炉吹炼，同期在欧美又发明了电解精炼铜和熔炉电解铝等设备。[2]
钢、铁冶炼机械
  钢、铁一般都采用高温冶金方法冶炼。钢铁冶炼机械包括炼铁的高炉及其配套机械、炼钢的平炉和转炉、电弧炉、炉外精炼设备、铸锭设备以及冶金车辆等。 
高炉及其配套机械 　将铁矿石或人造富矿连续炼成生铁的鼓风竖炉称为高炉。它的外形像一个坚式的圆筒，由耐火材料及金属壳体组成,图1为高炉及其配套机械的布置。原料从贮矿槽经称量后由高炉机械的料斗或带式输送机送到炉顶，分批均匀地置入炉内。经热风炉预热的空气由风口鼓入炉内，使燃料燃烧加热炉料并使之分解和还原，从而得到生铁。铁水从出铁口放出，经铁水沟和流嘴进入铁水罐中，运往钢厂或由铸铁机铸成铁块。从炉顶导出的煤气，经煤气净化系统处理后可作为燃料。为强化冶炼，除采用外燃式热风炉提高风温、加大风量或采用综合鼓风（包括喷吹燃料、富氧鼓风和脱湿鼓风）外，提高炉顶压力也能增加产量和降低焦碳消耗。新建的高炉广泛采用钟阀密封式或无料钟式高压炉顶。采用无料钟式高压炉顶后，炉顶高度和重量均可相应降低一半左右。高炉容积也达5500米3左右（日产生铁1万余吨）。高炉生产的大型化、连续化,要求有较高的机械化和自动化程度,须采用开、堵出铁口机和换风口机等配套高炉机械。 [1]
炼钢平炉按结构形式可分为倾动式和固定式两种。倾动式平炉因熔炼室可前后倾动，具有操作灵活和分罐出钢的特点，但结构较复杂，故一般均采用固定式平炉。固定式平炉的特点与倾动式平炉相反。平炉熔炼范围一般为100～650吨。20世纪70年代开始采用埋入式氧枪，加大供氧强度，缩短了冶炼时间。[1]炼钢转炉鼓入空气或工业纯氧，使氧气与液态铁水中的碳、硅、锰等元素氧化，以调整钢水的化学成分，并利用氧化时产生的热量来炼钢的设备。鼓入空气的转炉，因炼出的钢质量差,已较少应用。图2为转炉的外形及其配套机械。炼钢所需的造渣剂可从炉顶料仓卸下，经称量后通过密封料仓和流槽加入转炉内。整个转炉炉体由圆环形托圈支承，托圈两端的轴由轴承支承。托圈轴与传动机构联接后能使炉体绕轴线作360°回转,以适应转炉加料、出钢、出渣等工艺要求。转炉传动机构的结构形式有落地式、半悬挂式或全悬挂的多点啮合式等，以全悬挂的多点啮合式较为普遍。为了提高转炉炉座利用率，转炉炉体也可做成更换式的。 
为了防止环境污染和节约能源，在冶炼时从转炉炉口逸出的、含有较多烟尘和大量CO高温炉气，经余热利用烟道生产蒸汽，又经过能回收CO和降低烟气含尘量的除尘系统，使烟气符合排放标准。 
转炉依氧气喷口在炉体的位置不同可分为顶吹、底吹和侧吹几种，但侧吹转炉应用较少。氧气顶吹转炉在炉口插入水冷氧枪（喷口）供工业纯氧，并以超音速气流喷入熔池进行搅拌和反应。 
顶吹转炉的容量已达400吨,并有更大型的转炉正在筹建中。 
底吹转炉的喷口设置在炉底(图3)，喷口数目可根据工艺要求而定。 　喷口型式有透气（或毛细管式）耐火砖和同心套管式两种。为延长同心套管式喷口寿命，套管之间的环缝可喷入碳氢化合物作为冷却介质，喷口也可在喷入氧气流时带入粉状造渣剂提前化渣去除硫、磷。底吹转炉较适用于高磷铁水的冶炼。 
在顶吹转炉上结合底吹转炉的优点，将部分氧气或惰性气体从炉底喷入，便成为顶底复合吹炼的转炉，效果较好。 
为了适应氧化转炉快速操作和环境保护的要求，现代转炉还配有相应的装料、出钢、出渣、渣处理、烟气净化、污水处理和综合利用等配套设备，同时也采用计算机控制，以提高生产的经济效益。[1]电弧炉利用电能通过石墨制的电极与金属炉料之间产生电弧所生成的热量进行熔化炉料。电弧炉由炉体、传动装置、供电系统和控制设备等组成（图4）。炉体结构依装料形式不同，可分为炉身开出式、炉盖旋转式和炉盖开出式几种。 
为了出钢方便，整个炉体可作前后倾动。电极的夹持和升降机构安装在炉体的侧面,为了调整电弧长度,升降机构能自动调节。为了提高钢的质量，常在炉底下部装设电磁搅拌器，使钢流按需要方向流动。电弧炉容量一般为10～360吨。为了提高生产能力和缩短熔炼时间，电弧炉正向超高功率方向发展。[1]炉外精炼为提高钢液质量，可将炼钢炉初炼的钢液在炼钢炉外精炼。炉外精炼有真空脱气、钢包精炼、喷射冶金等方法。 
① 真空脱气:利用气相压力降低而使钢中溶解的气体析出。真空脱气有座包脱气法、滴流脱气法、提升除气(D-H)法、循环除气(R-H)法等。提升除气法和循环除气法应用较为普遍。提升除气法 （图5）是靠真空室和钢水罐的垂直往复相对运动，使钢液分批进入负压 66.6～133帕的真空室处理，小批量的钢液吞吐过程即为除气搅拌过程，处理容量约为钢水罐容量的1/12～1/6。提升除气法的真空室顶部装有电热装置,可减少钢液的温度降。在处理后期，可通过特殊的合金料罐加入铁合金。循环除气法 （图6）是将真空室下端的二根管子插入钢液中进行，先在左侧的上升管内导入少量氩气或其他惰性气体。气体经钢液高温加热而产生热膨胀，不断膨胀的向上流动的气体使钢液上升进入真空室而溅成微粒，从而获得充分除气，除气后的钢液沿右侧下降管流回钢水罐，使钢液在罐内充分搅拌。经循环除气后的钢液纯度高，温度和成分也较均匀。真空室可容钢量约为1～2吨。整个设备支承在平行的四联杆机构上，能在不同容量的钢水罐上工作。 
② 钢包精炼:将钢液电弧加热、真空脱气、吹氩或电磁搅拌、合金化、脱硫等多种工艺均移入钢包内进行的精炼方法。 
③ 喷射冶金:将粉状精炼剂，合金剂以流态化状态吹入钢液内部的精炼方法。主要设备有喷粉罐和可升降的喷枪架等。[1]铸锭设备将钢液铸成坯锭的设备。铸锭分为钢锭模铸锭和连续铸锭两种工艺。连续铸锭能提高钢材成材率，降低能耗，简化传统的钢锭模铸锭的准备和脱模等工序,为钢铁工业的生产连续化创造条件。图7为连续铸锭的工艺流程和设备。设备的主要结构型式有立式、立弯式、弧式和水平式等，以弧式应用较为广泛。热状态下设备变形和防止漏钢是设备制造和操作中的关键环节。为了加快处理漏钢事故，关键设备应能迅速整体吊装更换。 
连续铸锭的发展趋向是：提高浇铸速度和设备利用率，快速变换结晶器的断面尺寸，用计算机控制提高连续浇铸能力等。 
有色金属的火法冶炼机械 　
在高温条件下利用燃烧或电产生的热能，将矿石或精矿中的金属分离并提炼出来的机械。表列出主要的有色金属冶炼设备及其特点。 
此外尚有感应电炉、电弧炉、真空自耗电炉、电子束熔炼炉、等离子熔炼炉等，以及类似于电化学设备的电解熔炼槽和熔盐电解槽等。
冶金设备的维护
高炉的机械维护与保养高炉是冶金企业，尤其是钢铁生产企业的主要炼钢设备，其性能的优劣直接影响到钢铁的品质，因此，对于如何提高高炉的维护与保养水平，实现高炉高性能运转时间的最大化，一直是冶金企业重点抓的头等大事。
目前，高炉在使用过程中，主要的故障与问题集中在冷却壁破损，造成冷却壁破损的原因有很多，而且由于高炉内部结构复杂，一旦发生故障，维修技术难度大，将严重影响企业的正常生产，因此，对于高炉的维护与保养，就显得异常重要。
在日常的生产中，对于高炉设备的维护保养，主要集中在如何预防冷却壁的破损方面，对此，以下一些措施可以在实际中加以应用，以提高高炉设备的维护保养水平：
（1）增大冷却水量，提高水流速度，加大冷却强度；
（2）抑制边缘煤气流，发展中心，控制十字测温，使边缘煤气温度不大于100℃；
（3）采用有效的炉外喷淋措施，保持合理的炉外冷却，减少温度场发生的变化，避免炉皮烧红；
（4）根据风压调整水量，以达到对冷却壁的养护；
（5）严格控制软水温度。软水进水温度严格控制在40士2℃，相对提高冷却强度，减少冷却壁峰值热流时的损坏几率，保证脱气罐、膨胀罐工作正常，减少水中溶解氧对水管的腐蚀，延长冷却壁寿命；
（6）稳定炉温，减小温度波动幅度与频率，降低对冷却壁的热震；保持碱度稳定，防止软熔带的波动；杜绝集中加硅石和集中加焦操作，避免影响造渣制度和减少炉温波动；
（7）日常操作中，稳定造渣制度与热制度，形成合理的软熔带，是维护冷却壁完好的基本措施；
（8）发挥多环布料作用，开放中心气流，兼顾边缘气流，是实现冷却壁安全平稳运行的重要手段；蒸发式冷凝器的维护保养冷凝器作为制冷、冶金和化工等行业的主要热交换设备之一，应用的十分普及。常用的冷凝器按其冷却介质和冷却方式一般可分为三种类型：水冷式(又分为壳管式、套管式、沉浸式)、空气冷却式、蒸发式。而蒸发式冷凝器作为一种新型节能省耗换热设备，近年来更是得到了巨大的发展和广泛的应用。
蒸发式冷凝器在运行过程中存在的最大问题是形成水垢和污垢，而且由于其蒸发汽化的工作机理，它比其他类别的冷凝器更易结垢。因此，对于蒸发式冷凝器的维护保养，主要就集中在如何解决蒸发式冷凝器的结垢问题。 蒸发式冷凝器的工作环境在室外，且高温潮湿，易于腐蚀，因此其上箱体和下箱体应保证足够的镀锌厚度。由于管子表面上的水不断蒸发易结蒸发式冷凝器的工作环境在室外，且高温潮湿，易于腐蚀，因此其上箱体和下箱体应保证足够的镀锌厚度。由于管子表面上的水不断蒸发易结垢，而结垢将大大降低蒸发式冷凝器的换热性能，为此，可以采取以下的措施来解决蒸发式冷凝器的结垢问题。
（1）采用悬臂型蒸发式冷凝器：主机在起停的过程中，由于冷凝器蛇形管存在着压力差和温度差，导致铜管产生伸缩超直效应，由于铜材、垢质膨胀系数差别很大，因而悬臂型蒸发式冷凝器有自动脱垢的功能。在运行过程中由于制冷剂在冷凝器中发生两相转换产生高频震动，因此很难形成结垢核心，导致水垢无法附着管壁。
（2）冷凝器制作时进行预膜防垢处理，可有效的阻止污垢晶体在铜管表面上附着。
（3）采用少量连续排水装置，将冷却循环水的钙离子的浓缩倍数控制在一定范围内，有效的防止垢质的析出。
（4）设置预冷器，使冷凝器管的表面蒸发温度在50℃以下，采用大水量，密集型布水器，确保冷凝器管表面时刻被水膜包覆，无干涸点。当换热盘管的表面温度低于50℃时，产生的垢质疏松，易于冲洗，当其表面温度高于50℃时，产生的垢质坚硬，难以清除。（5）设置档水板，使较高温度的冷凝管上无水沾附，可有效地预防冷凝器结垢。
在平常的运行中，要保持设备管路的清洁，要经常做预防性检测，以最大程度地实现蒸发式冷凝器的维护与保养。冶金设备液压系统的维护1 液压系统维护的问题
冶金行业，尤其是钢铁生产企业，生产环境多是高温、多尘、水淋、重载，工况条件特别恶劣。液压系统在如此恶劣的工况下工作，遭受严重污染是不可避免的。
污染物进入液压系统首先加快了机件磨损，降低了精度和使用寿命，其次造成了液压系统各液压元件动作的不灵敏、突停或失效。统计资料表明，污染危害占液压系统故障率的75%以上。
2 液压系统维护的手段方法
（1）控制液压系统内部固有污染源
① 系统安装前的冲洗工作
清洗工艺须严把酸洗液、钝化液、中和液的配方关，其次要选用较大流量的冲洗装置，使管道中的液流呈紊流状态，操纵各个元件的动作，将污染物冲洗出来。清洗结束后，在热态下排掉冲洗液。
② 液压元件及液压油的管理工作，液压元件要选用正规产品，加强液压油的污染管理。
（2）控制外部污染物的入侵
① 在油箱的通气孔及活塞杆处设置可靠的防尘装置，外漏的液压油不得直接流回油箱。
② 当系统出现故障需解体时，要防止环境对系统的污染。
③ 拆修液压管路时要清洗接头处的污垢，避免拆卸和安装时把污垢带入系统。
④ 不要轻易拆卸液压元件，必须拆卸时应将零件清洗吹干并置于干净的地方。
⑤ 经常清除液压系统表面的油污、尘土，清洗和更换滤油器滤芯。
⑥ 防止冷却器或其他水源渗入系统。[2]
图书信息
  书 名: 冶炼机械
作　者：时彦林
出版社： 化学工业出版社
出版时间： 2011年1月19日
ISBN: 9787502554392
开本： 16开
定价: 27.00元
内容简介本书根据2002年全国高职高专冶金机械专业研讨会的精神、《冶炼机械》课程的基本要求和教材编写大纲编写。
本书内容包括炼铁机械设备、炼钢机械设备和连续铸钢设备等三篇，详细阐述冶炼机械设备的用途和工作原理，并对设备的结构和运转情况、各主要设备日常维护、常见故障、故障产生的原因以及处理方法进行介绍。
本书内容丰富，重点突出；文字简练，图文并茂；各章均附有复习题，在加深对理论理解的同时，可提高对知识运用的灵活性。
本书可作为高职高专院校冶金机械、钢铁冶金和金属材料工程等专业的三年制、五年制高职专及中等职业技术教育教材，也可供冶金职工技术培训及有关工程技术人员参考。图书目录第一篇 炼铁机械设备 
第一章 概论
第一节 高炉生产的主要工艺过程及车间主要设备
第二节 高炉生产技术经济指标
第二章 供料设备
第一节 供料系统基本概念
第二节 称量漏斗和给料机
第三节 振动筛
第三章 上料设备
第一节 料车上料机
第二节 带式上料机
第四章 炉顶装料设备
第一节 双钟式炉顶设备
第二节 无钟炉顶
第五章 炉前设备
第一节 开铁口机
第二节 堵铁口机
第三节 堵渣口机
第六章 热风炉设备和除尘设备
第一节 热风炉设备
第二节 除尘设备
第二篇 炼钢机械设备 
第七章 氧气顶吹转炉炼钢设备
第一节 氧气转炉车间的布置
第二节 氧气顶吹转炉炼钢车间的主要设备
第三节 转炉炉体
第四节 炉体支撑系统 
第五节 转炉倾动机构
第六节 吹氧系统装置
第七节 供料设备
第八节 烟气处理设备
……