煉鋼廠設計(engineeringdesignofsteelmakingplant)

以鐵水(或生鐵)、廢鋼和直接還原鐵等為主要原料、采用轉爐、電弧爐(簡稱電爐)、平爐或特種冶煉設備，為下工序提供連鑄坯或鋼錠的工廠設計。設計范圍包括鐵水預處理站設計、鐵水提釩工藝設計、鐵水提鈮工藝設計、轉爐煉鋼車間設計、電弧爐煉鋼車間設計、平爐煉鋼車間設計、特種冶煉車間設計、鋼水爐外精煉設施設計、連續鑄鋼車間設計、模鑄系統設計、廢鋼處理車間設計和鋼渣處理設施設計。煉鋼廠設計要貫徹精料方針，搞好綜合利用，節約能源，選好煉鋼方法，正確確定工藝流程和車間布置方案，保證產品質量，降低投資，降低成本，重視環境保護和安全，齊全配套輔助設施。

簡史1930～1960年平爐煉鋼曾是世界上的主要煉鋼方法，曾占世界鋼總產量的80％左右，60年代后平爐陸續被氧氣轉爐和電爐所代替。中國在50年代建設了鞍山、武漢、包頭、湘潭等鋼鐵公司的300～500t平爐煉鋼廠和齊齊哈爾鋼廠、大冶鋼廠、成都無縫鋼管廠等70～90t中型平爐，之后沒有再建新的平爐。

1952年氧氣頂吹轉爐煉鋼問世后，成為世界上的主要煉鋼方法。1974年后又出現了將頂吹轉爐和底吹轉爐的特點結合起來的頂底復合吹煉轉爐煉鋼法，使轉爐煉鋼更趨完善。國際上的轉爐容量一般都在50t以上，最大的達到300～400t。1964年中國自行設計的30t氧氣頂吹轉爐煉鋼廠在首都鋼鐵公司建成投產，70年代建成本溪、攀枝花和鞍山鋼鐵公司的120～180t氧氣頂吹轉爐煉鋼廠，80年代上海寶山鋼鐵總廠的300t現代化轉爐煉鋼廠又建成投產。在此期間，結合中國具體條件，各省建成一批15～50t中小型轉爐煉鋼廠。

電弧爐(簡稱電爐)的爐容量和單位爐容量的變壓器功率不斷加大，新建電爐的爐容量一般都在50～150t，單位爐容量的變壓器功率逐步由300～400kVA加大至700～1000kVA。中國70年代以前電爐煉鋼廠都是10～30t的普通功率電爐，80年代開始建設40t以上的高功率或超高功率電爐，舞陽鋼鐵公司的90t和天津無縫鋼管總廠的150t超高功率電爐也已在90年代初建成投產。

60年代至70年代前期，不同形式的爐外精煉裝置在煉鋼領域中得到普遍推廣采用，因此70年代以后建設的煉鋼車間多采用初煉爐(轉爐或電爐)一爐外精煉一連鑄的工藝路線代替傳統的煉鋼爐一步煉鋼法，提高了鋼水的質量和產量。

連續鑄鋼(簡稱連鑄)具有提高金屬收得率，節約能源，提高質量，有利于實現鋼水成型工藝的機械化和自動化等一系列優點，因此，50年代以后得到迅速發展，原有煉鋼的模鑄系統逐步為連鑄所取代。世界多數主要產鋼國家，例如日本、聯邦德國、法國和意大利等國的連鑄比都已超過90％，1991年世界平均連鑄比達到66．8％。

1992年中國轉爐鋼占鋼總產量的60．8％，電爐鋼占21．8％，平爐鋼占17．3％。連鑄比為30．0％。

冶煉方法選擇煉鋼廠設計中冶煉方法主要是在轉爐煉鋼和電爐煉鋼中選擇。轉爐煉鋼一般適用于規模較大，有高爐鐵水供應的聯合企業。少數轉爐采用化鐵爐供應鐵水，但將增加能源消耗和鐵耗，提高生產成本，設計已不再采用。電爐煉鋼一般適用于電力、廢鋼或直接還原鐵供應充裕的地區。

轉爐煉鋼是一種不需外加熱源，主要以液態生鐵為原料的煉鋼方法，除了適宜于生產普通碳素鋼和低合金鋼特別是低碳鋼種外，配用爐外精煉設備后，亦能生產硅鋼、軸承鋼和不銹鋼等多種合金鋼。為了實現轉爐少渣煉鋼，或者為了生產低硫低磷鋼種，提高鋼的質量，改善技術經濟指標，鐵水需采用預處理，最常用的是脫硫，亦可以進行鐵水脫硅、脫磷并脫硫。另外當鐵水中含有一定的釩、鈮等金屬元素時，應該進行預處理，把釩、鈮等金屬成分氧化富集進入渣中，再把這些渣作為原料提煉出有用金屬。

電爐煉鋼是以電為熱源，以廢鋼為主要原料的煉鋼方法，亦可以摻用一部分直接還原鐵。當廢鋼質量不能保證某些產品對銅、錫、鎳、銻、鉻、鉬等少量元素總含量的嚴格限制時就必須配用一定數量的直接還原鐵。過去由于電爐鋼成本較高，電爐煉鋼法主要用來生產特殊鋼或合金鋼。隨著電爐的大型化和加大功率的成功，在廢鋼價格和電價便宜的區域，電爐鋼的成本降低，因此出現了專門生產普通鋼的電爐煉鋼廠(見小鋼廠設計)。這種鋼廠的投資比同樣規模的高爐——轉爐聯合企業為低。超高功率電爐與普通功率電爐相比，每噸爐容量單位時間內輸入電爐的熱能大幅度增加，使熔化時間顯著縮短，從而可以提高生產能力，降低電極消耗，減少熱損失，降低電能消耗，降低生產成本；同時冶煉周期大大縮短，改善了與連鑄機的生產配合，為多爐連澆提高連鑄效益創造了條件。因此在條件許可的情況下，應優先采用超高功率電爐，并配上與所生產鋼種相適應的爐外精煉設備，以提高煉鋼的產量和質量。但超高功率電爐的變壓器容量大，對電網沖擊較大，一般要求電網在接點處的短路容量是變壓器容量的80～100倍，達不到要求時需增設功率補償裝置，價格比較昂貴。直流電弧爐與交流電弧爐相比，電極消耗大約可以減少50％，電能消耗減少約5％，要求電網在接點處的短路容量可以降為變壓器容量的40倍，但投資提高大約20％～30％，且作為陽極的爐底結構比較復雜，增加了維修工作量和費用。

平爐需要外加熱源，熱效率低，生產能力亦低，已不再新建，逐步被淘汰。

某些有特殊質量要求的小批量鋼種需要采用特種冶煉方法進行生產(見特種冶煉車間設計)。

工藝流程和車間布置通過多方案比較，選擇最佳方案，以保證生產順利和取得良好的經濟效益。車間內部布置要注意原材料供應、出鋼澆鑄、連鑄坯或鋼錠的運出、出渣和檢修維護等操作的互不干擾、保證生產工藝流程的順暢；要慎重考慮與前后工序的銜接，例如，連鑄機的位置要有利于連鑄坯熱送軋鋼或直接軋制；選擇連鑄坯斷面的種類和尺寸，既要滿足軋鋼的需要，亦要有利于連鑄順利生產，取得煉鋼和軋鋼的最佳綜合效益。煉鋼廠車間組成包括原材料處理和供應系統，爐子和爐子修理系統，鋼水爐外精煉設施，除塵系統，澆鑄系統，爐渣處理系統，水、電、燃氣、熱力等能源設施和機修、檢驗、倉庫、生活福利等輔助設施，設計中的配套設施要齊全，以保證投產后很快就能形成完整的生產能力，同時要合理考慮今后的擴建和發展遠景。

發展趨勢直流電弧爐煉鋼將不斷得到推廣采用。轉爐煉鋼廠和電爐煉鋼廠都可能實現全連鑄，模鑄只用于生產極少數特殊鋼種或連鑄坯斷面尺寸不能滿足最終產品需要的某些大規格產品。生產無缺陷鑄坯，熱送熱裝或直接軋制和薄板坯連鑄等技術都將得到逐步推廣。