万吨电炉炼钢车间毕业

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。万吨电炉炼钢车间毕业毕业设计论文65万吨电炉炼钢车间设计材料与冶金学院指导老师： 79摘 要 电炉短流程钢厂与转炉长流程钢厂相比，在占地、投资、节能、环保等方面都有优势，电炉钢比逐年提高是冶金工业发展趋势。中国钢铁业存在的问题有设备老化、普通钢生产过剩、生产率低，而优质钢产品质量欠佳、生产能力薄弱等；再加上中国废钢资源不足，电炉钢比一直处于较低水平，相比西方主要产钢国存在一定差距。随着电弧炉采用高功率或超高功率，炉外精炼、连续铸钢，连续轧钢等一系列技术的发展和社会废钢资源的足量累计，直接还原技术的开发，

2、二次精炼技术的飞速发展，电力工业的发展，电弧炉生产成本会相对下降，国家对能源、资源和环保标准的进一步提高及管理的加强，电炉炼钢有着更加广阔的发展空间，电炉钢在钢产量上的比例增长势头不会改变。通过查阅国内外电炉车间设计的文献资料，阅读有关书籍，并向老师请教完成了本次设计。包括产品大纲的制定；电炉、炉外精炼、连铸的论证；然后进行配料计算，选择合适设备；最后绘出电炉的剖面图和电炉车间的平面布置图。关键字：电弧炉；车间设计；超高功率；连铸；炉外精炼ABSTRACT Compared with the long steel mill, the short process steel plant of t

3、he electric furnace has advantages in the area of the area, investment, energy saving and environmental protection. The electric furnace steel is the development trend of the metallurgical industry.Problems existed in the Chinese iron and steel industry of aging equipment, ordinary steel overproduct

4、ion, low productivity, and poor quality of the high quality steel products, production capacity is weak, coupled with the lack of scrap resources in China, the electric furnace steel than has been in a low level, compared to the western major steel producing countries, there is a certain gap.With th

5、e electric arc furnace with high power and ultra high power, refining, continuous casting, continuous rolling and a series of technical development and social scrap resources adequate amounts of accumulated development of direct reduction technology, rapid development of secondary refining technolog

6、y, the development of electric power industry, electric arc furnace production cost will decline relative, countries on energy, resources and environmental standards to further improve the management and strengthen, EAF steel making has a broader space for development, electric furnace steel in stee

7、l output in the proportion of growth momentum will not change.Through the review of domestic and foreign electric furnace workshop design literature, read about books, and to the teacher to consult the completion of the design.Including the formulation of product outline; furnace, refining, continuo

8、us casting, material balance and heat balance calculation; then ingredients calculation, calculation and selection of suitable equipment; finally draw the furnace profile and electric furnace workshop layout.Keywords: electric arc furnace; plant design; ultra-high power; continuous casting; furnace

9、outer refining目录1 概述21.1 钢铁工业现状21.2 电弧炼钢厂31.3 炼钢厂生产规模与物料平衡41.3.1 炼钢厂生产规模与产品大纲41.3.2 炼钢厂的物料平衡41.4 炼钢车间设计的内容52 设计方案的确定72.1 产品大纲的制定72.1.1 产品大纲72.1.2 制定产品大纲的依据72.1.3 钢种的特性以及用途82.2 工艺方案与工艺流程的选择92.2.1 炉容量与座数的确定92.2.2 工艺方法与工艺流程的选择与论证102.2.3 车间生产能力核算及主要原材料的消耗162.2.4 车间组成和工艺布置163 车间物料与热平衡及主要经济技术指标193.1 物料平衡计

10、算193.2 热平衡计算293.3 主要技术经济指标334 车间主体设备的计算354.1 电弧炉的设计354.1.1 炉型的设计354.1.2 变压器的设计394.1.3 石墨电极的选用404.1.4 水冷炉壁的设计414.1.5 电弧炉主要技术参数424.1.6 连续加料装置的设计434.2 钢包尺寸的设计444.3 连铸的设计464.3.1 连铸机的主要参数设计464.3.2 连铸机生产能力的计算524.3.3 连铸机的主要设备544.4 精炼炉的设计645 车间主厂房设计655.1 电弧炉车间的布置方案655.1.1 电弧炉车间的组成655.1.2 车间布置类型655.2 电炉车间各部分

11、的设计665.2.1 电炉炼钢车间原材料供应与原料工段665.2.2 炉子跨的设计685.2.3 散装料和铁合金加料跨685.2.4 精炼跨的设计695.2.5 钢水接受跨设计695.2.6 浇铸跨设计695.2.7 切割跨设计705.2.8 出坯跨设计716 电弧炉的相关技术716.1 超高功率电弧炉配套相关技术716.1.1 水冷炉壁和水冷炉盖技术716.1.2 无渣出钢技术(EBT)716.1.3 泡沫渣埋弧技术726.1.4 废钢预热技术727 车间主要经济技术指标73参考文献75致 谢761 概述1.1 钢铁工业现状钢铁是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占了90%以上。人

12、们生活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁。钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量，都有着极大地影响。一个多世纪以来，钢铁生产工艺流程经过长时间的探索、发展和选择，目前只剩下两种主要的工艺流程。一种是以氧气转炉为炼钢中心的钢铁联合企业生产流程；另一种是以电弧炉炼钢为中心的电炉厂生产流程。氧气转炉炼钢生产的主要原料是铁水，大多数情况下由高炉供给，而高炉的主要原料是铁矿石。转炉生产出来的产品是钢坯或钢锭，它们还不是最终成品，必须经轧钢机轧制成各种类型和规格的钢板、型钢、钢管等最终产品，提供给市场。因此

13、，氧气转炉不可能独立存在，它必须前有炼钢，后有轧钢，以及其他辅助原材料的生产和供给系统，共同组成一个钢铁生产的联合体，我们称这样的生产模式为钢铁联合企业。电弧炉炼钢的主要原料是废钢或直接还原铁，其产品依然是钢坯或钢锭，需经由轧钢机轧制成最终产品，供市场需要。在这种情况下，作为成品钢材的一个生产单位，往往由炼钢和轧钢两个部分组成，我们称这样的生产模式为电炉钢厂。随着电弧炉采用高功率或超高功率，炉外精炼、连续铸钢、连续轧钢等一系列技术的发展和社会废钢资源的足量积累，由于资源和环境的影响“废钢电弧炉连铸轧制”的钢生产工艺流程显示出强劲的发展势头，与传统的钢铁联合企业工艺相比，这种新型的电弧炉钢厂又称

14、短流程工艺。电炉炼钢的产品主要是特殊钢如轴承钢、不锈钢等。 我国的轴承市场巨大,特别是国内机械、电子、航空、汽车等行业的高速发展,将为轴承行业发展提供广阔的市场空间。轴承市场的不断拓展,也为轴承钢带来了市场和商机，未来的国内轴承市场还将不断扩大。 一方面，轴承是消耗性的机械基础件，除新增项目和新增机械产品将拉动轴承需求外，机械产品（如：机床、汽车、火车等）保有量的增加和利用率的提高都会增加对轴承的消耗；另一方面，随着我国国民经济持续发展、自动化程度不断提高，对机械的性能要求将越来越高，从而对轴承的性能、技术要求也会越来越高。 因此，我们要抓紧机遇，努力发展国内的轴承钢产业的技术水平，实现轴承钢

15、产业向着优质的方向发展，满足国内未来的发展要求。1.2 电弧炼钢厂近年来，电弧炉炼钢在整个世界范围内都在持续不断地发展，电弧炉钢在世界钢的总产量中所占的比例在不断增加。电弧炉炼钢厂多以废钢为原料，或者加一部分直接还原铁，其冶炼部分的构成通常是：一座高功率或超高功率电弧炉+一座炉外精炼装置如LF炉+一台连铸机，生产出来的钢坯热送至紧邻的轧钢车间直接轧制。由此可以看出电炉炼钢厂具有结构紧凑、投资省、建设周期短、节约能源消耗、改善对环境的污染、劳动生产率高等优点，年产钢可以从万吨到百万吨，品种范围广，从普通碳素钢到优质合金钢钢材。与传统钢铁联合企业相比规模小，工艺流程相对较短，也称“短流程”在我国电

16、弧炉钢厂产品大多是优质钢、合金钢、等特殊用途的钢种。在特殊钢厂里，由于品种质量的要求，其冶炼与加工工艺较为复杂，也需要设置出电炉以外的精炼炉、真空熔炼炉、电渣炉等多种类型的设备以适应不同钢种的生产需要。 炼钢生产流程的方案是指选择什么炼钢方法与浇铸方法。 若在建厂地区可以取得充足的废钢供应条件，废钢来源可以是该地区内能回收到的废钢，也可能是来自外地、或拆船业或进口，此外还应有一定数量的生铁供给来源，则以选择电炉炼钢为合理。电炉炼钢的特点是：冶炼品种适应性强，既可以熔炼高级优质钢种，也可以价廉快速地熔炼一般钢种，在生产管理上也较为灵活机动。 钢水炉外精炼，是新兴的提高钢质量、增加钢的品种和电弧炉

17、产量的有效技术。通过精炼使钢水温度与成份均匀化，有助于顺利进行连铸。炉外精炼设备与工艺多种多样，各有特点，选用哪一种合理可行，应考虑产品品种质量是否必需，分析对比研究，谨慎从事。所以当采用炉外精炼环节时，要全面衡量，细致地从技术与经济论证，再决定选择。 钢水浇铸方式的选择：在冶炼钢种与产量规模合适的条件下，应当以连铸为首选方案，与炼钢铸锭开坯(轧材)这一传统的生产流程相比，连续铸钢具有一系列优点： 1) 金属收得率可提高10%15%； 2) 采用连铸生产工艺要比模铸工艺节约能耗25%50%； 3) 节省基建投资40%； 4) 促进生产过程自动化，使钢种扩大，钢坯质量得到提高。 连铸坯生产的技术

18、经济效益是显著的，发展连铸是炼钢浇铸工艺的重大改革，与后续工序衔接，提高生产率，降低能耗，各种新技术也因连铸水平的提高(生产出无缺陷铸坯)而得以实现：采用连铸连轧，铸坯热送、热装，连铸坯直接扎制等。1.3 炼钢厂生产规模与物料平衡1.3.1 炼钢厂生产规模与产品大纲 炼钢厂(车间)的生产规模指该厂(车间)年产合格连铸坯的数量。对于一个车间还应区分它的“生产能力”和“实际(或计划)产量”，当设备运转正常，无意外的外界因素影响时，二者实际上相同。 炼钢车间的产量是由该厂钢材生产的需要决定的。根据厂的产品计划，该厂钢材产品的产量、品种、产品规格等诸参数来确定加工工序和加工设备类型，再依加工工序的要求

19、来确定炼钢车间所应提供的铸坯的质量与断面形状、尺寸，从而计算出按不同钢种所需供应的铸坯的数量(吨)，这通常称为炼钢车间的产品大纲。 设计炼钢车间时首先应制定车间的产品大纲(或称之为设计的产品计划)，应详细地列出所要冶炼的钢种，各钢种具有代表性的若干钢号，各钢号的产量及在总产量中所占的比例。这样就可使炼钢车间的产品品种、产量、所占比例十分清楚地表述出来。 1.3.2 炼钢厂的物料平衡 炼钢厂（或车间）生产的物料平衡是指进入车间的各项原材料的量(月耗用量或年耗用量，kg或t)，同一时期内生产出的合格连铸坯量，排出的炉渣、工业垃圾量以及排放的废气与可回收的烟尘量的平衡计算。也就是一个车间生产的投入与

20、产出的实物量的关系。炼钢过程消耗的原料以金属料(废钢和铁水)的量为最大，所以物料平衡中宜以金属料平衡为主。 物料平衡计算是以实际生产中统计的技术经济指标为依据，应当选用生产上的平均先进指标(如原材料的单位消耗和收得率，合格率等)作为设计的指标进行计算。而各项指标又与不同的生产流程、设备的类型(不同种类的初炼炉及其容量大小)及与所熔炼的钢种密切相关。因此，选用计算时必须认真考虑，并且用这些指标来代表设计方案的技术可行性和经济合理性。原料的单位消耗是指平均的单位合格产品所用的原料量，通常以kg/t计。表1.1是超高功率电弧炉炼钢主要经济技术指标，可供计算时参考。表1.1 超高功率电弧炉熔炼主要经济

21、技术指标项 目单 位主要经济技术指标冶 炼 周 期min/炉40 70冶 炼 电 耗kwh/t250 400石墨电极消耗量kg/tAC:3；DC:1.5单位功率水平kvA/t700 1000电炉的公称容量t60 150 计算车间生产物料平衡的意义在于： 1)对一定规模的生产车间显示出其输入与输出任务的大小，即车间吞吐量的定量概念。由此又可以选定各种原材料输入，成品与废品的输出应采用的运输方式。计算所得运输任务的大小亦是进行总图运输设计的依据。 2)由物料消耗量设计各原材料的储存量与储存容器或存放场地面积。 3)所选用指标的优劣直接反映设计的经济合理与否，特别是金属料的消耗与部分金属在生产流程中

22、的循环往复更能显示所设计流程的先进与否，显示金属利用的水平。1.4 炼钢车间设计的内容(1) 车间设计的依据。炼钢厂或一个车间的设计工作应按照基建程序来安排，每段工作均应以前一段设计内容为依据，若非必要不得任意修改。设计之前，应该制定详细的设计任务书。设计任务书是根据当地的实际经过充分讨论研究之后制定的。 (2) 车间设计的目的和基本内容。设计的目的是要建设新的生产厂。设计的任务是要对建设单位作出技术的与经济的详细规划，确定企业的生产经济状况，技术经济指标。设计中所拟定的劳动人员编制和建设投资估算与概算，是企业招工定额、建立人员编剧和申请拨付投资或贷款的依据。 炼钢车间设计一般应包含下列各项基

23、本内容： 1) 车间的工艺设计部分； 2) 车间机械设备设计； 3) 供电设施设计，电讯系统设计，照明设计； 4) 给水、排水(包括污水处理)设计； 5) 厂房通风与局部的采暖、通风设计； 6) 厂房与设备基础及其它构筑物设计； 7) 环境保护与安全卫生。 显然上述众多设计内容应由各种专业设计人员共同协作完成，各专业之间形成一个完整的组合体，不同专业为一个共同目的而互相协作，密切配合，而由该项目的总设计师(项目总负责人)组织、协调各方面的设计工作，共同的任务。 (3)车间工艺设计的任务。具体地说，工艺设计的任务是以设计任务书为依据，对下列各项内容完成较详细的设计与计算，编制设计况明书，绘制相应

24、的图纸： 1)制订详细的产品计划方案(产品大纲)； 2)根据不同钢种，制订生产工艺大纲； 3)主体设备的选型，确定设备数量，型号等； 4)选择各种辅助设备，提出非标准设备的设计工艺要求； 5)设计并绘制车间的工艺布置平面图，及剖面图； 6)提供水、电、热力、土建、通风、照明，设备制造及总图运输等各专业设计所需要的资料； 7)计算各项原材料的消耗量，计算炼钢浇铸生产过程的各项技术经济指标； 8)编制劳动定员计划； 9)连铸坯生产成本计算或提出成本计算的技术资料，提出进行技术经济分析所需要的资料。 由上述各项可见，工艺设计部分是决定一个车间(或厂)面貌的主要因素，是决定和影响其它专业设计的前提条件

25、。正确进行工艺设计便成为完成设计任务、保证设计质量的关键。因此，设计者必须根据设计任务所提出的要求，严格按照设计工作所应遵循的程序，既避免繁琐，又不可简略草率，保证设计工作的质量。 本设计主要解决的是工艺设计部分。概括地说，是制定了产品大纲，确定了主体工艺流程，选定了各项主要生产设备(电炉、精炼设备、连铸设备以及各跨间所需的相关起重设备等的确定)，解决生产车间各组成部分的布置问题（主要指电炉、精炼设备、连铸设备等的工艺布置），绘制了车间布置的平面图、剖面图以及电弧炉的炉型图，核算了车间主要经济技术指标。2 设计方案的确定2.1 产品大纲的制定2.1.1 产品大纲（1）冶炼钢种主要钢种：轴承钢其

26、他钢种：碳素钢、合金结构钢、冷镦钢、碳素工具钢（2） 代表钢号成分。见表2.1。表2.1 代表钢号成分 成分牌号CSiMnPSCrGCr9（轴承钢）1.0050.250.45 0.0250.91.20Q235（碳素钢）0.80.350.4530Mn2（合金结构钢）0.270.340.170.371.401.80ML15（冷镦钢）50.335T7（碳素工具钢）0.650.750.350.40.0350.030 （3）各钢种代表钢号、产量以及产量比 （%）。见表2.2 。 表2.2 各钢种代表钢号、产量以及产量比

27、单位：万吨钢 种代表钢号产量产量比(%) 高碳铬轴承钢GCr93960碳素钢Q2351320合金结构钢30Mn26.510冷镦钢ML153.255碳素工具钢T73.2552.1.2 制定产品大纲的依据近年来,我国轴承市场发展迅速，与机械、汽车等行业的发展迅猛有关,为轴承行业的发展提供了市场空间，轴承市场空间的拓展,为轴承钢的发展带来了机遇和前景。工程机械轴承占轴承钢比例较大。从长期发展着眼，中高档轿车轴承、航空航天轴承、数控机床轴承、前景很不错。由于市场对轴承的要求的因素如质量,噪音和使用寿命等越来越高,轴承行业对轴承钢的要求也随之增高。比如,航空航天、机床主轴精密轴承,计算机专用轴承等,这些

28、产品对轴承的要求很高。所以，在现阶段，除了保证轴承钢的产量，还应大力提高冶炼水平，生产优质轴承钢，为国内航空航天、汽车轮船、计算机等行业的未来发展提供保障。2.1.3 钢种的特性以及用途(1) 高碳铬轴承钢GCr9。表2.3 GCr9的化学成分元素CSiMnCrPSNHOTi含量()1.0050.250.450.901.200.02580ppm12ppm12ppm15ppm 1) 特性：淬透性和耐磨性高，冷应变塑性和切削加工性中等，焊接性差，对白点形成敏感，热处理有回火脆性倾向。GCr9因为具有良好性能、合金含量较少而成为最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有均匀的组

29、织、良好的耐磨性、较高的硬度、高的接触疲劳性能。2) 用途：用于制作各种滚动体以及轴承套圈。例如:制作汽车、机床、火车、钻探机、各种机械,传动轴承的套圈、钢球、滚子。 有时也用来制造冲模、量具等工具(2) 碳素钢 Q2351) 特性：含碳量适中，塑性、韧性、焊接性能、冷加工性能良好。强度良好，易于加工。 2) 用途：大量生产钢板、钢筋、型钢、桥梁、车辆等。质量好的含S、P量低的C、D级Q235，相当于优质碳素结构钢，适于制造机座、支架、连杆、轴、轴套圈等对焊接性和韧性要求较高的工程结构机械零部件。（3）碳素工具钢 T7 1） 特性： 亚共析钢，韧性和强度良好。 2） 用途：用于制造能够承受冲击

30、负荷的工具，如冲头、锻模、钳工工具、锤和冲模、钻子、手用大锤的锤头、钢印、较纯的外科医疗用具等。（4）冷镦钢 ML15 1） 特性：塑性和韧性良好，较好的冷镦和冲击性能。 2） 用途： 常用来制作铆钉、开口销、弹簧插销、螺钉、等。（5）合金结构钢 30Mn21） 特性： 经处理后，具有很好的强度、韧性和耐磨性能。拉丝、冷镦、热处理工艺在制造截面尺寸小的零件时表现更好，可加工性与焊接性尚可，一般不作为焊接件。具有较高的淬透性，淬变性小，但有过热、脱碳敏感性及回火脆性。2） 用途：汽车、拖拉机中的车架、变速箱齿轮、轴、较大截面的调质件多是用其制造，起重机的后车轴等心部强度较高的渗碳件也可用其制造。

31、2.2 工艺方案与工艺流程的选择 2.2.1 炉容量与座数的确定大电炉技术经济指标较好，热损失和电耗较小，因此一般力求选用较大容量的电炉。车间的生产规模，冶炼周期，作业率等因素对电弧炉的炉容量影响较大。每次的出钢量q由此可以估算出： (2.1)式中车间产品方案中确定的年产量，t； 冶炼周期，取51分钟即0.85h； 作业率，取88%； y 良坯收得率，连铸一般 95%96%；求得q = 75 t 。留钢量设计为炉子公称容量的21.1%，由此确定电弧炉的公称容量为 95 t 。现代电弧炉炼钢车间一般配置1座电弧炉1套炉外精炼装置1台连铸机1套成品连轧机的“四位一体”一对一的生产作业线。这种配置方

32、式具有生产管理方便，技术经济指标先进，相对投资省的优点。2.2.2 工艺方法与工艺流程的选择与论证现代电炉生产流程是以电炉生产的现代化、高效化为出发点。而超高功率供电技术、炉外精炼技术和用氧技术是提高电炉生产效率的最重要的技术。由于精炼任务移到炉后的精炼炉中进行，传统电炉所承担的熔化、脱碳、还原等多项任务被分解，电炉的任务单纯化，主要任务是熔化废钢。通过提高电炉功率，发展用氧技术，增强化学能的使用，提高了熔化废钢所需能量的输入强度。并改进能源在炉内的分布，极大地缩短了电炉冶炼周期，实现了与连铸机生产节奏匹配，为建立现代电炉流程奠定基础。从电炉生产普钢开始，电炉钢厂逐渐形成了现代电炉精炼连铸连轧

33、的生产线，成为有竞争能力的炼钢生产线。在生产高碳铬轴承钢方面江阴兴澄特种钢铁有限公司居全国领先、世界先进水平。品种包括棒材和线材，其生产的主要工艺流程为：较大规格棒材生产工艺流程为：高炉铁水十优质废钢 100t EAF超高功率偏心底出钢直流电弧炉 100t LF精炼炉 100t VD 真空脱气炉 R12m、5机5流300mm300mm大方坯连铸CC 热送 热装 加热 连轧轧制 ( 抛丸 矫直 涡流探伤 超声波探伤 )。较小规格棒材生产工艺流程为：高炉铁水十优质废钢 100t EAF超高功率偏心底出钢直流电弧炉 100tLF精炼炉 100tVD真空脱气炉 R12m、5机5流300mm300mm大

34、方坯连铸CC 热送 热装 加热 连轧开坯 中间坯加热 连轧轧制( 抛丸 矫直 倒角 涡流探伤 超声波探伤)。线材生产艺流程为：高炉铁水十优质废钢 100t EAF超高功率偏心底出钢直流电弧炉 100tLF精炼炉 100tVD真空脱气炉 R12m、5机5流300mm300mm大方坯连铸CC 。本次设计考虑到实际和先进性，采用：95t Consteel交流电弧炉（UHP-EAF，EBT） 80t LF精炼炉 80t VD 真空脱气炉 R12m、3机3流300mm300mm大方坯连铸CC 热送 热装 加热 连轧轧制 ( 抛丸 矫直 涡流探伤 超声波探伤 )。（UHP超高功率，EBT偏心炉底出钢法）

35、（1）Consteel电弧炉可以实现连续加料、连续预热废钢、生铁、预还原铁矿等金属料，同时减少烟尘排放量的电弧炉炼钢技术。它从废钢料场或铁路车皮把废钢装上炉料传送机，通过加料传送机，自动、连续地从电弧炉1号和3号电极（见图2.1所示）一侧的炉壳上部部位加入电弧炉内，并始终在炉内保持一定的钢水量。同时，电弧炉内的烟气逆向通过预热段不断地对炉料进行预热。这样，电弧可直接加热钢水，通过钢水直接融化废钢，使操作平稳，对前级电网冲击小，降低变压器容量，节约能源。废钢由铁路被运输到炉子料场的加料区，由电磁吊吊到传送机上。全封闭的废钢预热段为1824m长，内衬以耐火材料并用水冷密封装置密封，以防封闭盖和预热

36、段底漏气。预热段还可安装天然气烧嘴。废钢由废气和燃料加热到500700。图2.1 炼钢电弧炉炉盖简图11号电极；22号电极；33号电极；4转动炉盖机构其优越性为： 占地面积小，节约投资。采用的平面布置方案，不会增加厂房高度，降低了生产规模和投资比。相较于竖炉增加的占地面积，对电弧炉的本体结构不会造成较大影响。大幅度降低了操作成本。废钢连续预热后进行熔炼大大降低电能、电极、耐火材料的消耗。耗电量下降10%15%；废气以低速逆流通过预热段，废气中大量的烟尘在预热段沉降大大降低布袋除尘量。 减少渣中FeO含量。可使从废钢到铁水的金属收得率提高2%，因为熔池始终处于脱碳沸腾的精炼阶段（15801590

37、），熔池搅拌强度剧烈，使C和O的关系更接近平衡，所以渣中FeO含量低。 钢中气体含量低。原料进入熔池时，经预热段后其中的碳氢化合物已被完全燃烧，且一般不用燃烧嘴和天然气预热烧嘴，所以杜绝了氢的来源。而整个熔炼中，熔池始终处于脱碳沸腾的精炼阶段，熔池搅拌强烈，且采用泡沫渣深埋弧操作，减少了进入炉内的气体量及气体进入熔池的可能性。因此，可使钢中的H和N的含量保持在较低的水平。此外，钢液的连续脱碳沸腾，也保证了良好的脱硫和脱磷效果。 对原料的适应性强。Consteel系统可以使用废钢、生铁、冷或热态直接还原铁矿（DRI）和热球团矿（HBI）、铁水和Corex海绵铁。其中铁水加入量可达20%60%，也

38、是连续加入炉内的。 废气的处理简便。因有一较长的预热段，从而确保了废气在靠近电弧炉的2/3长度的预热段进行充分反应，可方便的实现对释放的废气中的CO、NOx等进行严格控制。因环保要求需提高废气温度时，也只需在预热段加一小烧嘴以提高废气温度，不像其他电弧炉那样需要特设一专用的庞大的炉后处理系统。（2）采用鱼雷罐车供应铁水：流程：高炉出铁到混铁车内，铁路机车牵引到电炉车间倒灌坑旁，电炉需要铁水时倒入坑内的铁水罐内，称量后兑入电炉。不仅设备、厂房、建设投资以及生产费用比采用混铁炉时省，而且还能节能和优化生产环境。但是运输过程中散热少，减少了总的热损失。铁水温度高，有利于脱磷硫处理。比较适合于高炉和电

39、炉距离较远时使用。（3） 废钢供应方式： 设立在单独的废钢间，用火车或汽车向料坑或料仓卸入本厂或外来废钢，按照类型不同分类堆放，用磁盘吊车或大钳向废钢料斗装入废钢，然后用热力或电力料斗平车运输到加料跨；（4）采用LF炉作为炉外精炼，在LF炉后将配置VD脱气装置1）LF炉：LF法主要是通过电极埋弧加热、底吹Ar搅拌钢液和造还原渣(合成渣)实现精炼的，并完成深脱氧、深脱硫和去除夹杂物等主要任务。LF炉是钢水在电弧炉出钢后在钢包内精炼的设备，LF炉是由钢包、炉盖、电极加热系统、搅拌系统等组成的。LF炉具有以下的功能： 搅拌作用。LF炉底吹氩气，搅拌钢渣，均匀钢水成分和温度加快钢渣界面的脱硫脱氧反应，

40、促进夹杂物上浮，脱除气体，净化钢液，提高钢的纯净度； 加热作用。LF炉具有加热功能，补充钢水从初炼炉至开浇前的温降，并在精炼过程中进行合金微调； LF炉炉盖的封闭保持炉内还原气氛的功能。 储存钢水的调节作用。可在LF炉工位储备12炉钢水，待后续钢水冶炼出来后再进行连铸作用，从而确保连铸的顺行。其工艺的优点是： 电弧加热热效率高，升温幅度大，控制准确度可达5； 具有搅拌和合金化的功能，吹氩搅拌易于实现窄范围合金成分的控制，提高产品的稳定性； 设备投资少，精炼成本低，适合生产超低硫钢、超低氧钢。LF炉内处理时，钢水的化学成分的变化： 脱氧。在LF精炼过程中，由于加入(或喂入)脱氧剂，或精炼渣中配有

41、部分脱氧剂，因此有可能同时存在Si脱氧(如加入含Si物料)、Al脱氧(如加入Al)、复合脱氧剂脱氧(如加入Ca-Si. FeBaAlSi等)和炉渣(精炼渣)脱氧等几种方式。使用强脱氧化剂的铝粒作为终脱氧剂，当酸溶铝达到0.03%0.05%时钢中的O几乎全部转变成Al2O3。精炼过程钢中全氧含量变化趋势如图2.2所示。图2.2 精炼时间与钢中全氧含量的关系由上图可知 ,精炼时间的延长钢中氧含量降低 ,但精炼时间大于 40min 钢中氧含量的降低趋势趋缓。同时 ,终点弱搅拌时间大于 5min 具有一定的去氧效果。 脱硫。熔渣的脱硫能力常用渣中的硫含量与钢中的硫含量之比 ,即硫的分配系数(Ls =

42、(%S)/ S) 表示。通过批量取样分析，可得出精炼时间和硫的分配系数之间的关系。见图2.3所示。图2.3 LF炉精炼时间与硫在渣钢间的分配系数之间的关系脱硫反应：如前所述，目前精炼渣基础渣系仍以CaO-Al203 (-SiO2)和CaO-CaF2 (-SiO2)为主，属高碱度还原渣。因此精炼渣脱硫反应通式可按离子理论写成:(O2-) +S= (S2-) +O G=71965-38T, J.mol-1可见，增大渣中(02-)、降低钢中O和高温对脱硫有利。所以，当钢液中的（FeO）的含量小于10%时，钢液处于还原性气氛，极易去除硫，这时可以使得脱硫率达到50%以上。 C + (FeO) = Fe

43、 + CO,由于（FeO）的含量很小，所以反应消耗的碳含量较为稳定。但是，由于电极的作用和微合金化时加入的炉料带入的碳量，所以LF精炼中，极有可能增碳。 2P + 5(Fe2+) + 8(O2-)= 2(PO43-) +5Fe,由于渣中的(O2-)含量降低，所以反应会向着逆方向进行，从而使磷含量升高，产生“回磷”的现象。 合金化后的钢水，在LF吹氩精炼过程中，钢液中的氮可以不断地向氩气泡中扩散，并由氩气泡带出钢液；但是因为初始氮含量不高且形成稳定的氮化物，故LF吹氩精炼时，不会有明显的脱氮效果。同时，由于加入铁合金带入氮，虽然大量吹氩，可是钢液暴露于大气中，所以会出现增氮的现象。2）脱气装置选

44、择VD精炼工艺：VD法是在伴有底吹Ar的情况下，通过抽真空(67pa)降低钢水上部的气压实现精炼的，并完成以脱气为主要目的的功能，通常与LF炉相配合使用。其主要特点为： 脱氢和脱氮。钢中的气体含量与熔池温度和气相中该气体分压有关。在减压条件下，气相中的P（H2）和P（N2）分压降低，从而降低钢液中的气体含量。由于氢在钢水中的活性很高，扩散系数很大(DH= (1.21.5)10-3cm/s)，所以抽真空时大部分氢能迅速逸出。但氮的活性较小，其在钢中的扩散系数也小(DH =(14)10-4 cm/s )，所以钢水脱氮效果略差，除非加大真空度。 脱氧和脱碳。在减压条件下，PCO分压降低，脱碳反应平衡

45、向产生CO的方向移动，钢中的WO和WC下降，即减压条件下提高了碳的自脱氧能力。 去除夹杂物。真空精炼过程中，由于脱碳反应的进行，能够促进夹杂物从钢液中上浮进入渣中。 功能齐全，设备简单，操作灵活方便。（5）选取全弧形连铸机连铸。 连铸是将高温钢水连续不断地浇铸到一个或一组水冷铜制结晶器内，钢水沿结晶器周边逐渐凝固成坯壳，待钢液面上升到一定高度，坯壳凝固到一定厚度后由拉矫机将铸坯拉出，并经二冷区喷水冷却使铸坯完全凝固，由切割装置根据轧钢要求切成定尺。这种使高温钢水直接浇铸成钢坯的工艺称为连续铸钢。它的出现从根本上改变了一个世纪的钢锭-初轧工艺。连铸的优越性 简化生产工序 提高金属的收得率 节约能

46、量消耗 改善劳动条件，易于实现自动化 铸坯质量好全弧形连铸机的结晶器是弧形的，二冷区夹辊安装在四分之一圆弧内，铸坯在垂直中心线切点位置被矫直，然后切割成定尺，从水平方向出坯，因此，铸机的高度基本上等于圆弧半径。这种连铸机的主要特点如下。a.由于它布置在1/4圆弧范围内，因此，它的高度比立式、立弯式要低，这一特点使它的设备质量较轻，投资费用较低，设备的安装和维护方便，因而得到广泛应用。b.由于设备高度较低，铸坯在凝固过程中承受的钢水静压力相对较小，可减小坯壳因鼓肚变形而产生的内裂和偏析，有利于改善铸坯质量和提高拉速。c.弧形连铸机的主要问题是钢水在凝固过程中非金属夹杂物有向内弧侧聚集的倾向，易造

47、成铸坯内部夹杂物分布不均匀，另外，由于内、外弧形冷却不均匀，容易造成铸坯中心偏析而降低铸坯质量。2.2.3 车间生产能力核算及主要原材料的消耗车间生产能力是衡量电炉炼钢厂生产运营状况的一个重要指标。随着我国电炉炼钢的迅速发展, 不论是新钢厂设计或老企业改造, 还是现有车间的生产组织，年生产能力越来越为工程设计人员和企业的生产经营者所重视。电炉车间的生产能力:Q = 1440 n a KGN/T (2.2)式中 Q车间电炉的年产钢水量，t/a； 1440每天日历时间，min/d； n电炉一全年工作天数，d/a，本设计取320天； a金属收得率，取95%； K过装系数，本设计取1.0； T每炉钢平

48、均冶炼时间，min/炉； G每炉平均出钢量，t/炉； 铸坯的收得率，本设计取96%； N车间内电炉座数；则 Q = 618014t/a主要原材料消耗如下：金属料 724kg/t废钢+310kg/t铁水；石灰 32.46kg/t电极 2.07kg/t炉衬耐火材料 2.59kg/t氧气 31.23kg/t冶炼电耗 253.492 kWh /t2.2.4 车间组成和工艺布置 电炉车间的工艺布置必须满足：工艺流程合理，各种工序的操作顺利，特别是电炉操作要方便，厂房电源等费用投资要低，并预留发展的余地。（1）车间的组成 一个电炉炼钢车间要具备如下功能：原料的存储及炉前的准备，冶炼，浇铸，钢锭（坯）的冷却

49、和处理，耐火材料的存储和准备，炉衬和炉盖的修砌以及其他辅助生产准备。所以一个电炉炼钢车间一般设有原料跨、炉子跨、浇铸跨、出坯精整跨。耐火材料间、炉衬修砌间，钢渣处理间以及其他辅助设施。上述各间并不一定必须独立设立，设计时可根据电炉的布置和浇铸方式的不同，几个工序合并在一个跨间内进行，考虑原则应是工艺流程合理，原料和成品运输畅通，运输线路短，布置紧凑，生产方便。一般设原料跨、炉子跨、精炼跨、浇铸跨、出坯精整跨。（2）工艺布置1） 原料跨布置炼钢用的各种原料：废钢块、铁合金、各种造渣材料等。通常单独布置在一个跨间内，与炉子跨毗连，平行布置或垂直布置。其大小应能保证储存冶炼所需的各种原料以及流出运输

50、所需的空间。各种原料应分类放置。2）炉子跨 安装电炉设备和冶炼操作。 电炉在车间的平面布置如下。电炉纵向布置：电炉的出钢方向与车间柱子纵向行列线平行。这种布置一般是把冶炼和浇铸布置在同一个跨间。电炉横向布置：电炉的出钢方向与车间柱子纵向行列线相垂直。当冶炼和浇铸分别在两个跨间进行时，宜采用横向布置。本设计中电炉采用横向布置。 立面布置如下。a. 低架式布置：电炉布置在地平面，出钢在出钢坑内进行；操作在地平面上进行。优点：简单，厂房标高低。但出钢条件差。这种布置是较早的小型电炉的布置形式，新建钢厂极少采用。b. 高架式布置：电炉布置在高架操作平台上，冶炼操作也在平台上进行。优点是炉前劳动条件好，

51、可采用炉下渣车出渣，改善除渣条件，炉下检修设备也比较方便，不必做防水坑工程，电气室可分为二层布置。但是，一次投资费用高，地面向平台搬运物品占用吊车时间多。大型电炉和新建电炉采用较多。本设计中电炉采用高架式布置。 3） 浇铸跨本设计中连铸机采用横向布置。横向布置：连铸机与电炉布置在多跨的厂房内，连铸部分通常由钢水接受跨，浇铸跨，出坯跨，精整跨组成，出坯方向与跨间垂直。这种布置方式可容纳多台电炉和连铸机，车间生产能力大。 （3）紧凑式布置电炉车间超高功率电弧炉炼钢技术迅速发展和炉外精炼技术的开发成功，使得电炉的还原精炼移到炉外进行，充分发挥了超高功率电弧炉的快速熔化作用，缩短了冶炼时间，这种快节奏

52、的电弧炉炼钢促使电炉配连铸，出现了一种紧凑式电弧炉炼钢厂，这种紧凑式布置可避免多跨式布置的缺点。 其布置原则是最紧凑的将炼钢生产的各种工艺设备布置在最少跨间内，尽量压缩各跨间的距离，最大限度的削减运输环节，只使用少量的提升和运输设备达到占地面积小，节省投资，降低经营费用，获得更高的劳动生产率的目的。这种电炉车间布置综合了许多现代化的技术和装备，其平面布置包括：废钢和配料区，废钢预热装置，超高功率电弧炉，合金化系统，炉外精炼设备，连铸机等生产工序和设备。这些先进设备连成一排，前后有序，不强求传统式排列，只要求最佳的物料流程。从原料开始到浇铸成坯，没有任何中间干扰，车间运输距离压缩到最短，而且考虑必要的提升和运输设备，电炉通过偏心炉底无渣出钢，运至精炼炉处理，随后吊至连铸机浇铸。这种紧凑式布置所需空间只是一般电炉车间的25%，厂房大大简化，基建费用大幅度减少。3 车间物料与热平衡及主要经济技术指标3.1 物料平衡计算(1) 计算所需原始数据。基本数据有：冶炼钢种及其成