年产100万吨合格不锈钢铸坯的电炉炼钢厂的工艺设计

年产100万吨合格不锈钢铸坯的电炉炼钢厂的工艺设计本科毕业设计论文任务书题目 年产100万吨合格不锈钢铸坯的电炉炼钢厂工艺设计 院系 冶金工程学院 专业 冶金工程 学生姓名 学号 指导教师签名 主管院长主任签名 时间

毕业设计论文的主要内容含主要技术参数进行毕业实习完成实习任务要求的实习内容选择适宜的冶炼设备并综述其基本特点产品方案的确定物料平衡及各种消耗指标的计算热平衡及各种消耗指标的计算冶金工艺指标的可行性分析编制配料计算热平衡计算相应的说明书炼钢生产工艺设计及炉型设计炼钢车间生产工艺布置主要设备选择型号规格数量生产组织编制及各项技术经济指标的确定绘制出三张设计图车间工艺平面布置图车间工艺布置剖面图炼钢炉型图完成专题研究LF炉外精炼技术及其发展翻译冶金工程专业有关英文1～2篇 二毕业设计论文题目应完成的工作含图纸数量认真进行毕业实习写出实习报告完成设计任务写出毕业设计说明书绘制设计图3张翻译与本专业有关的外文译文1～2篇达到要求的工作量完成专题研究参照科技论文的格式写出研究报告 三毕业设计论文进程的安排 序号 设计论文各阶段任务 日期 备注 1 进行毕业实习撰写实习报告 220-36 2 完成外文译文及专题研究 37-325 3 完成物料平衡和热平衡计算 326-45 4 完成炉型设计和炼钢工艺设计 46-423 5 完成车间生产工艺布置及主体设备选型 424-430 6 生产组织编制及技术经济指标确 58-522 7 绘制设计图 523-531 8 打印毕业设计说明书进行毕业答辩 61-613 四主要参考资料及文献阅读任务含外文阅读翻译任务[1]钢冶教研室编毕业设计参考资料钢铁冶金专业西安建筑科技大学时彦林主编冶炼机械化学工业出版社2004[3]李传薪主编钢铁厂设计原理下册冶金工业出版社1994[4]冯聚和编炼钢设计原理化工出版社出版2004[5]王令福主编炼钢设备及车间设计冶金工业出版社2007[6]王成刚王齐铭主编金属提取冶金学西安地图出版社2000[7]王雅贞等编新编连续铸钢工艺及设备冶金工业出版社2003金铁城 五审核批准意见教研室主任签章设计总说明本文设计了一个年产100万吨合格不锈钢的电弧炉炼钢车间通过产品大纲的确定电弧炉炼钢的物料平衡与热平衡计算超高功率电弧炉的炉型设计连铸设备选择车间工艺设计及车间总体布置确定了一座150吨超高功率电弧炉一台AOD精练炉一台连铸机为主要生产设备并根据国内外炼钢技术的发展趋势钢铁产品的发展方向选择了先进且有较大发展余地的短流程工艺废钢→超高功率电弧炉→AOD炉精炼→连铸设计方案

DesignDescriptionInthispaperwehavedesignedaelectricarcfurnaceworkshopwhichcanproduce1000000tonsofqualifiedstainlesssteelayearThroughtheascertainedoftheproductsoutlineeafmaterialbalancethermalequilibriumcalculationultra-highpowerelectricarcfurnacestypedesigntheworkshopprocessdesignandworkshoplayoutwefinalyidentifieda1000000tonsofqualifiedstainlesssteelsmeltingplantwithwhicha150tonsofultra-highpowerelectricarcfurnaceachasteningAODfurnaceandacasterisasthemainproductionequipmentAndaccordingtothedomesticandforeignsteelmakingtechnologytrendsthedevelopmentdirectionofthesteelproductwefinallyselectedtheshortflowprocessscrapsteel→ultra-highpowerelectricarcfurnace→AODfurnacerefineing→continuouscastingwhichisadvancedandhasabiggerdevelopmentroomTheDesignschemebasednewtechnologyandhighefficiencastheprinciplefullyembodiestheadvancedflexiblemulti-functioncharacteristicandhasthecharacteristicsofsustainabledevelopmentKeyWordsultra-highpowerelectricarcfurnaceAODrefineingfurnaceSteelmaking目录绪论 11电弧炉炼钢车间的设计方案[1][2] 411电炉车间生产能力计算 4111电炉容量和台数的确定 4112电炉车间生产技术指标 412电炉车间设计方案 5121主要冶炼钢种及产品方案 5122电炉炼钢车间设计与建设的基础材料 5123电炉炼钢车间的组成 6124电炉各车间的布置情况 62电弧炉炉型设计[3] 721电弧炉炉型设计 7211电弧炉炉型 7212熔池的形状和尺寸 7213熔化室的尺寸 8214炉衬厚度δ的确定 9215炉壳及厚度δz的确定 9216工作门和出钢口 1022偏心底出钢箱的设计 1023电弧炉变压器功率和电参数的确定 12231确定变压器的功率 12232电极直径的确定 12233电极心圆的尺寸 1324水冷挂渣炉壁设计 133电弧炉炼钢物料平衡和热平衡 1631物料平衡计算 16311熔化期的物料平衡 16312氧化期的物料平衡 2232热平衡计算 25321计算热收入QS 25322计算热支出QZ 264电弧炉炼钢车间工艺布置 2941原料跨 29411原料跨的跨度 30412原料跨总长度确定 30413原料跨高度确定 3042炉子跨整体布置 30421炉子跨工作平台高度 30422炉子的变压器室和控制室 31423电弧炉出渣和炉渣处理 31424炉子跨的长度跨度高度 3143精炼跨 31431整体布置 31432AOD精炼炉的工艺布置 3244连铸跨 32441总体布置 32442连铸机操作平台的高度长度宽度 32443连铸机总高和本跨吊车轨面标高 33444连铸机总长度 33445连铸跨跨度 3445出坯跨 3446备注 345电弧炉炼钢车间工艺设计 3651废钢 3652辅助料 36521对辅助料的要求 36522供应方案 37523配料 37524装料和补料 38525电弧炉冶金工艺[3] 39526精炼工艺[4] 40527连铸操作工艺 416车间主要设备的选择 4361电弧炉主要设备选择 43611校核年产量 43612电极 4362精炼炉设备选择 4463连铸设备选型[5] 45631钢包允许的最大浇注时间 45632拉坯速度 45633连铸机的流数 46634弧型半径 4664连铸机的生产能力的确定 47641连铸浇注周期的计算 47642连铸机作业率 47643连铸坯收得率 48644连铸机生产能力的计算 4865中间包及其运载设备 49651中间包的形状和构造 49652中间包的主要工艺参数 49653中间包运载装置 4966结晶器及其振动装置 49661结晶器的性能要求及其结构要求 49662结晶器主要参数选择 50663结晶器的振动装置 5067二次冷却装置 51671二次冷却装置的基本结构 51672二次冷却水冷喷嘴的布置 51673二次冷却水量的计算 5168拉矫装置及引锭装置 51681拉矫装置 51682引锭装置 5169铸坯切割装置 51610盛钢桶的选择 51611渣罐及渣罐车的选择 536111车间所需的渣罐数量 536112车间所需渣罐车数量 53612起重机的选择 53613其它辅助设备的选择 547车间人员编制及主要经济技术指标 5571技术经济指标 55711产量指标 55712质量指标 55713作业效率指标 55714连铸生产技术指标 5572车间人员编制 55参考文献 58致谢 59专题 60绪论1不锈钢基本信息所有金属都和大气中的氧气进行反应在表面形成氧化膜不幸的是在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化使锈蚀不断扩大最终形成孔洞可以利用油漆或耐氧化的金属例如锌镍和铬进行电镀来保护碳钢表面但是正如人们所知道的那样这种保护仅是一种薄膜如果保护层被破坏下面的钢便开始锈蚀铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素当钢中含铬量达到12左右时铬与腐蚀介质中的氧作用在钢表面形成一层很薄的氧化膜自钝化膜可阻止钢的基体进一步腐蚀除铬外常用的合金元素还有镍钼钛铌铜氮等以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求不锈钢的耐蚀性随含碳量的增加而降低因此大多数不锈钢的含碳量均较低有些钢的甚至低于003如00Cr12不锈钢中的主要合金元素是Cr只有当Cr含量达到一定值时钢才有耐蚀性因此不锈钢一般wCr均在13以上不锈钢中还含有NiTiMnNNb等元素不锈钢历史毕业于英国谢菲尔德大学的著名冶金科学家亨利·布雷尔利HarryBrearley于20世纪初期发明了不锈钢不锈钢的发明和使用要追溯到第一次世界大战时期英国科学家布享利·布雷尔利受英国政府军部兵工厂委托研究武器的改进工作那时士兵用的步枪枪膛极易磨损布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢布雷尔利发明的不锈钢于1916年取得英国专利权并开始大量生产至此从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球亨利·布雷尔利也被誉为不锈钢之父不锈钢作用不锈钢不会产生腐蚀点蚀锈蚀或磨损不锈钢还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身易于部件的加工制造可满足建筑师和结构设计人员的需要不锈钢为什么耐腐蚀所有金属都和大气中的氧气进行反应在表面形成氧化膜不幸的是在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化使锈蚀不断扩大最终形成孔洞可以利用油漆或耐氧化的金属例如锌镍和铬进行电镀来保证碳钢表面但是正如人们所知道的那样这种保护仅是一种薄膜如果保护层被破坏下面的钢便开始锈蚀不锈钢的耐腐蚀性取决于铬但是因为铬是钢的组成部分之一所以保护方法不尽相同在铬的添加量达到117以上时钢的耐大气腐蚀性能显著增加但铬含量更高时尽管仍可提高耐腐蚀性但不明显原因是用铬对钢进行合金化处理时把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面防止进一步地氧化这种氧化层极薄透过它可以看到钢表面的自然光泽使不锈钢具有独特的表面而且如果损坏了表层所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理重新形成这种氧化物"钝化膜"继续起保护作用因此所有的不锈钢元素都具有一种共同的特性即铬含量均在10．5以上未来展望由于不锈钢已具备建筑材料所要求的许多理想性能它在金属中可以说是独一无二的而其发展仍在继续为使不锈钢在传统的应用中性能更好一直在改进现有的类型而且为了满足高级建筑应用的严格要求正在开发新的不锈钢由于生产效率不断提高质量不断改进不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之一不锈钢集性能外观和使用特性于一身所以不锈钢仍将是世界上最佳的建筑材料之一中国不锈钢营销整合了不锈钢及不锈钢供应链信息的服务平台通过设立不锈钢行业资讯行业观察企业管理不锈钢设计不锈钢论坛设备材料展会信息不锈钢知识人才招聘等各种栏目通过最新信息资料库数据库分析预测交流平台等为会员单位和世界各国用户提供中国不锈钢业以的信息和咨询服务为不锈钢业和相关产业提供贸易信息寻找商业机会传播不锈钢文化和家居生活艺术提供不锈钢消费知识不锈钢的标识方法用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份用阿拉伯字母来表示成份含量如中国俄国12CrNi3A用固定位数数字来表示钢类系列或数字如美国日本300系400系200系用拉丁字母和顺序组成序号只表示用途不锈钢价格对于铁素体不锈钢来说由于其镍含量很少甚至没有所以价格比较低廉而奥氏体不锈钢由于镍含量较高价格也相对较高所以奥氏体不锈钢特别是304不锈钢的价格一般跟LME镍价正相关市场上最常见的几种不锈钢按价格高低依次为201202304j1304321316L309310S由于受LME镍价的波动影响不锈钢价格波动也比较大随LME镍价反应最快的是304不锈钢不锈网提供了201202304316L310S430等常用不锈钢的每日报价服务以及销售服务网站报价在每次市场价格变动的时候都会及时更新11电炉车间生产能力计算111电炉容量和台数的确定电炉车间产量系指一定的生产期内合格产品的产量合格率是反映生产技术水平的重要指标之一它既与操作水平能够有关也与钢种有关本设计题目为年产量100万吨不锈钢的炼钢车间工艺设计首先估算每次出刚量Q式中Ga车间产品方案中确定的年产量tτ冶炼周期取60minη作业率η×100一般η9094取90y良坯收得率连铸一般9598Q130t按电炉工艺设计技术规范制定的电炉容量标准系列为20t30t40t50t60t70t80t100t125t150t175t200t所以选150t超高功率电弧炉一座112电炉车间生产技术指标1产量指标合格钢产量100万吨年冶炼时间60min熔化时间40min2质量指标钢坯合格率983作业率指标连铸机作业率804材料消耗指标1金属材料消耗一般为废钢2炼钢辅助材料消耗石灰3耐火材料消耗主要用于炉衬的各种耐火砖以及钢包的耐火材料4其它原材料消耗电极和工具材料5动力热力消耗指标主要为电能和各种气体和燃油等5连铸生产技术指标连铸比100铸坯合格率98连铸收得率9812电炉车间设计方案121主要冶炼钢种及产品方案本设计主要生产不锈钢产品需求可根据市场的要求进行灵活调整根据毕业设计任务书中年产100万吨不锈钢的要求可确定其产品大纲详见于表1-1表1-1产品大纲序号 代表钢号 产量104ta 比例 1 1Cr17Ni7 60 60 2 1Cr18Ni9Ti 20 20 3 1Cr17Mo 10 10 4 1Cr13 10 10 合计 100 100 122电炉炼钢车间设计与建设的基础材料1建厂条件1各种原料的供应条件特别是钢铁材料来源2产品销售对象及其对产品质量的要求3水电资源情况所在地区的产品加工配件制作的协作条件2工艺制度确定工艺制度是整个工艺设计的基本方案是设备选择工艺布置等一系列问题的设计基础1冶炼方法利用超高功率电弧炉进行单渣法冶炼然后进行炉外精炼2浇注方法采用全连铸3连铸坯的冷却处理与精整铸坯在冷床上冷却并精整4在技术或产量方面应留有一定的余地123电炉炼钢车间的组成完整的电弧炉车间应包括1炼钢主厂房包括原料跨炉子跨精炼跨及钢水连铸跨2废钢料堆场及配料间包括废钢处理设施预热烘烤等3铁合金及散状材料间4钢锭坯存放场地5中间渣场6机电维修间及快速分析室7炉衬制作与各种备件修理场地8耐火材料库备件备品库车间变压器室配电室9水处理烟气净化设施及车间管理生活服务设施124电炉各车间的布置情况由于是一台超高功率电弧炉且是全连铸考虑到物料顺行劳动安全条件和未来发展采用横向高架式布置1原料跨此跨主要是为废钢返回废钢散状料及耐火材料等提供场地2炉子跨此跨配一台150吨超高功率的偏心底出钢电弧炉炉体炉盖修理区电炉装料配置电炉变压器房3精炼跨此跨配公称容量150吨的精炼炉一座供氧系统钢包烘烤区精炼设备维修区及钢包维修区高架行车进行跨间的整体运输工作4连铸跨此跨设有二机二流的弧形板坯连铸机1台二冷装置维修区中间包维修区和结晶器维修区以及连铸机设备维修区5出坯跨主要是铸坯堆放区拉矫机及切割机维修区等的布置铸坯堆放区用来存放良锭坯件其间有运输线路直接通到轧钢车间2电弧炉炉型设计[3]21电弧炉炉型设计211电弧炉炉型电弧炉炉型是指炉子内部空间的形状和尺寸不同的熔炼炉因工作条件不同供热热源不同而有不同的内部空间电弧炉近于球形体从减少散热面出发以球形为最好现代电弧炉炉体中部是圆筒形炉底为弧型炉顶为拱形作为发热体电极端部的三电弧位于炉内中心部位电弧炉设计应保证高的生产率电能耐火材料电极等消耗要低同时要满足冶金反应顺利进行故应考虑以下因素1选用大功率变压器2保证高的热效率和电流效率3采用高质量的耐火材料砌筑材料4炉子各部分形状和尺寸设计布局合理5炉子熔炼室容积能一次装入堆比量中等的全部炉料6炉子倾斜10°～20°能保证钢液顺利流出212熔池的形状和尺寸1熔池的形状熔池的容积应能足够容纳适宜熔炼重量的钢液和炉渣并留有余地它应能满足冶金反应顺利进行熔池设计为锥球形圆锥部分对水平线的倾角为45°这样的形状可保证炉料加速熔化钢液可积蓄在球形熔池底上且易于修炉2熔池的尺寸计算熔池的容积应能容纳全部钢水和约为钢水量的78的熔渣并留有适当余量熔池体积V池m3的计算公式为V池式中h1球冠部分高度m一般取h1H5h2截锥部分高度mh2H-h145HD熔池液面直径m通常采取DH5即D5Hd球冠直径m因dD-2h25H-HH则V池121H300968D3V池V金V渣电炉的氧化期具有最大渣量对碱性电炉G钢G渣7而渣的比重为3035tm3取每立方米渣重33t则每吨钢的体积为03m3则V渣V金015所以V池115V金115GV0式中G炉子容量tV0吨钢液体积取014m3t则对于150吨电弧炉V池115V金115GV0115×150×0142415m3熔池深度H1259m熔池直径D6295m球冠部分高度0252m截锥部分高度×12591007m球冠直径dH×12594281m213熔化室的尺寸熔炼室是指熔池以上至炉顶拱基的那部分容积其大小应能一次装入堆积密度中等的全部炉料1熔炼室下缘直径D熔炉坡与炉壁交接处的直径为了防止钢液沸腾时炉渣冲刷炉壁砖或炉渣到达炉坡与炉壁砖交界处炉坡应高于炉门槛约100mm左右及当选定炉坡角度为45°时D熔D2×100因D6295m6295mm则D熔6495mm2熔炼室的高度H1金属炉门槛至炉顶拱基的空间高度为熔炼室高度炉衬门槛较金属门槛高出80100mm熔炼室的高度应根据炉内的热交换情况来确定经验值为H1D0504540t电炉H1D04404040t电炉此处取042所以H1042×D042×62952644m3炉顶高h3因炉顶砖不同而异取则h3D熔8649580812m至此炉底至炉顶中央高度H2H1Hh32644125908124715m4熔炼室上缘直径D1熔炼室一般为上大下小炉壁上薄下厚即D1D熔其炉墙内侧斜度一般为炉坡水平面至拱基高度H1-100的10左右所以D1D熔2×H1-100×1064952×2644-01×107004m214炉衬厚度δ的确定炉衬组成炉壳→石棉10mm→绝热层→工作层比较经济的做法是选择优质材料使用较轻薄的炉衬按经验值选炉顶炉衬厚度见下表表2-1炉顶炉衬厚度吨位t 20 20-40 40 δmm 230 300 350 对150t电弧炉取350mm炉壁部位厚度见下表表2-2炉壁部位厚度吨位t 20 20-40 40 工作层mm 230 345 460 绝热层mm 75 75 75 炉底部位 总厚度近似等于熔池深度 对150t电弧炉炉壁厚度取工作层460mm绝热层75mm炉底厚度1259mm炉壁厚度为δ壁46075535mm215炉壳及厚度δz的确定炉壳要承受炉衬和炉料的重量抵抗部分衬砖在受热膨胀时产生的膨胀力承受装料时的撞击力炉壳厚度一般为炉壳直径的1200即δz炉壳厚度与炉壳直径的关系见下表表2-3炉壳厚度与炉壳直径的关系D壳m 3 34 46 6 δzmm 1215 1520 25 2830 因D6295m故D壳6m因δz与炉壳直径D壳的关系为取δz30mm则D壳D熔2δ壁2δz64952×05352×0037625m216工作门和出钢口 现代电弧炉只设一个工作门用于加料炉前操作和观察情况炉门应该满足以下的要求1能清楚看见炉内的炉料炉顶中心并便于观察炉内情况2能方便的修补炉壁和炉底3熔炼过程中电极折断时能将电极从炉门取出4方便喷吹炉料和氧气炉门尺寸的经验值炉门宽度l＝025-03×D熔＝1624m炉门高度b＝08l＝1300m22偏心底出钢箱的设计1出钢箱内口与中心夹角α出钢箱内口与中心夹角α的大小直接影响箱体内钢水的流动性从而影响钢水的温度在一定范围内α越小出钢箱内钢水流动性越差其与炉子中心温度差越大一般情况下出钢箱温度比炉子中心的温度低50℃～80℃如果过低会造成出钢时箱体内仍有固体冷块料和未熔渣料出钢时会堵塞出钢口造成事故因此出钢箱内口和中心夹角α要确保钢水流动性好钢水温差小α100°时钢水在出钢箱的流动性最好考虑到弧形架对炉底的支撑150t超高功率电弧炉的α取112°2出港口到炉子中心的距离偏心度E出钢口位置的确定应该考虑填料方便便于检修如果出钢口到炉子中心距离偏心度E过大则出钢口到炉子中心的距离越远箱内钢液的温度与炉内的钢液的温度差越大因此在填料维修方便的前提下偏心度越小越好考虑到出钢口填料方便出钢口到炉体中心的距离为E[D壳2350400]4213mm3出钢箱远离中心内测距离炉子中心的距离L当炉壁厚度S为535mm时有LES42135356005348mm4出钢箱高度出钢箱的高度为箱底炉衬厚度及箱底钢板厚度38mm共1300mm钢液高度838mm安全高度1400mm三者之和为3538mm5出钢口直径出钢口为一个圆形孔洞其直径一半为120～150mm为缩短出钢时间取出钢口直径为150mm80t超高功率电弧炉各部分尺寸列于表3-4设定值见表3-5表2-4150t超高功率电弧炉各部分尺寸项目 尺寸mm 项目 尺寸mm 熔池容积V池 2415m3 炉衬工作层厚度 460 熔池直径D 6295 炉衬绝热层厚度 75 熔池深度H 1259 炉底厚度 1259 球冠部分高度h1 252 炉壳厚度δz 30 截锥部分高度h2 1007 炉壳直径D壳 7625 球冠直径d 4281 炉门宽度L 1624 熔炼室下缘直径D熔 6495 炉门高度b 1300 熔炼室高度H1 2644 出钢口直径 150 炉顶高h3 812 出钢箱内口与中心夹角α 112° 熔炼室上缘直径D1 7004 偏心度E 4213 表2-5150t超高功率电弧炉各部分尺寸设定值项目 尺寸mm 项目 尺寸mm 熔池容积V池 2415m3 炉衬工作层厚度 460 熔池直径D 6300 炉衬绝热层厚度 75 熔池深度H 1260 炉底厚度 1260 球冠部分高度h1 250 炉壳厚度δz 30 截锥部分高度h2 1010 炉壳直径D壳 7630 球冠直径d 4280 炉门宽度L 1630 熔炼室下缘直径D熔 6500 炉门高度b 1300 熔炼室高度H1 2650 出钢口直径 150 炉顶高h3 820 出钢箱内口与中心夹角α 112° 熔炼室上缘直径D1 7010 偏心度E 4220 23电弧炉变压器功率和电参数的确定231确定变压器的功率由熔化时间来计算变压器功率熔化期长短主要是由供电功率来确定变压器的功率由以计算式来求P视式中P视变压器视在功率KVAD壳炉壳直径mτ额定装入量的熔化时间h取40min即0683h则P视93621KVA取变压器视在功率为100000KVA即100MVA232电极直径的确定d电极式中I电极上的电流强度Aρ石墨电极500℃时的电阻系数10×10-4Ωcmk系数石墨电极取21wcm2其中I82479A最高二次电压U1515×696KV≈700KV计算d电极706mm≈700mm由所得的电极上的电流强度I可得出电流密度IS82479π4×70×7022Acm2故选取的电极直径是合理的不同尺寸的电极IS值见表表2-6电极IS值d电极mm 450 500 550 600 700 ISAcm2 1927 1827 1726 1725 1725 233电极心圆的尺寸设计依据若三个电极靠的很近则电弧炉墙较远对炉墙寿命有利但炉坡上炉料熔化困难熔池加热不均匀且炉顶中心的结构强度很难保证此时电极把持器上下移动也困难当电极心圆较大时电弧靠近炉墙炉墙的损耗要加剧因此电极直径与熔池溶液面直径有关电极心圆直径的经验值为025030D所以d三极心03D030×62951890mm表2-7变压器功率及电参数项目 参数 项目 参数 P视 100MVA d直 700mm U 7000V IS 22Acm2 I 82479A d三极心 1890mm 24水冷挂渣炉壁设计由于电弧炉的高功率化使炉内热负荷急剧增加炉内热量分布不均匀加剧从而使炉壁寿命大大降低利用水冷挂渣炉壁来解决上述问题对于超高功率电弧炉炉壁热量很高故选用管式水冷挂渣炉壁其特点如下1一定厚度的此炉壁可以抗击炉料撞击或者炉料搭接打弧以及吹氧不当造成的过热2具有很好的挂渣能力3采用分离式炉壳易于拆卸更换水冷挂渣炉壁各基本参数确定的主要依据是炉子工作条件下通过炉壁所传出的热量大小水冷炉壁应确定几个参数水冷壁的热流水冷炉壁的面积冷却水流量流速冷却水通道的尺寸冷却水管直径还有计算过程中所需要的对流换热系数综合传热系数和最大热流等参数值1电弧炉炉壁的热流电弧炉炉壁承受的热流主要来自电弧辐射热其大小与电弧功率电弧和炉壁间距等因素有关冷热点处单位面积上电弧辐射功率的计算式如下式中平均每相电弧功率其值为cosφ×P3＝07×1000003＝233333KWR熔池面半径其值为31475mK三电极极心圆与熔池直径之比其值为188856295＝03经计算得＝23574kWm2＝20673kWm22冷却水流量计算根据电弧炉水冷炉壁的热流全部被冷却水吸收的热平衡关系得Qs式中q炉壁热流kJm2·hS水冷炉壁的受热面积33m2G－冷却水的流量th水的热容4190kJkg℃t0出水温度℃t1进水温度℃故Gqs／[t0-t1]23574×3600×33／4190×15450th冷却水的实际流速与冷却水通道结构关系很大因为炉壁热流强度为23574kWm2可选用管式水冷炉壁水速定为20ms3管径的确定水速确定后根据所需水流量计算管径d支其计算公式为式中u冷却水速20msρ水的密度1000kgm3NS面积分为N块取10计算得d支0090m4平衡挂渣厚度平衡挂渣厚度可用下式计算Ls[]式中λ水在平均温度为30℃时的导热系数0598Wm·℃λFe＝4499Wm℃λs＝348Wm·℃LFe为水冷管壁厚度取10mmRe10×20×0090147×10-6＝12244900230023×××05980090392710Wm·℃计算得Ls[][]×3480016m5综合传热系数水冷炉壁的综合传热系数UU218818Wm℃U1235740450＝5239Wm·℃式中t2水冷管外表温度t2500℃取480℃t1冷却水平均温度t0≈30℃UU1该水冷炉壁运行安全可靠6临界热流量与最大热流量临界热流量与最大热流量可用如下公式计算＝＝392710×100-30＝274897Wm2319[4×＋4800]＝174×107Wm27水冷炉盖计算采用超高功率电弧炉冶炼为了延长炉盖的使用寿命采用水冷炉盖该炉盖由上下两层钢板焊接而成上薄下厚其厚度各为20mm30mm水冷层厚度为200mm内衬挂渣铆钉为20mm炉盖直径的确定式中水冷炉盖直径炉壳直径添加系数其值为200mm76252×028025m炉盖上开五个孔其中三个为电极孔一个为高位料仓加料孔另一个为排尘孔炉盖圈的高度为300mm环形凸圈的高度定为60mm宽度也定为60mm炉盖上还焊有6根拉筋起加固炉盖作用3电弧炉炼钢物料平衡和热平衡31物料平衡计算311熔化期的物料平衡1计算所需的原始数据有冶炼钢种及其成分表31原材料成分32炉料中元素烧损率表33被炉料带入的表34等其他数据表3-1冶炼钢种及其成分钢种 化学成分 1Cr17Ni7 C≤015 Mn≤200 Si≤100 P≤0035 S≤0030 Ni600800 Cr16001800 注分母系计算时的设定值取其成分中限表3-2炉料中元素烧损率成分 C Si Mn P S 烧损率 熔化期 25～40取30 70～95取85 60～70取65 40～50取45 可以忽略 氧化期 006① 全部烧损 20 0015② 25～30取27 注①按末期含量取006②按末期含量取0015表3-3原材料成分名称 C Si Mn P S Cr Al Fe H2O 灰分 挥发分 碳素废钢 018 025 055 003 003 余量 FeMn 660 050 6780 0230 0130 2474 FeSi 7300 050 0050 0030 250 2392 SiMn 165 2050 6320 0065 0045 1454 FeCr 435 040 0035 0045 6730 2787 Al 150 焦炭 8150 058 1240 552 电极 9900 100 名称 S CaO SiO2 MgO AlO3 CaF2 Fe2O3 CO2 H2O P2O5 石灰 006 8800 250 260 050 464 010 010 萤石 010 030 550 060 880 150 150 090 铁矿石 008 130 575 030 8977 120 015 火砖块 055 6080 060 125 高铝砖 125 640 012 088 镁砂 410 365 8950 190 焦炭灰分 440 4970 095 1855 015 电极灰分 8910 5780 010 2物料平衡的基本项目收入项有废钢焦炭石灰萤石电极炉衬镁砖炉顶高铝砖铁合金火砖块氧气空气支出项有钢水炉渣炉气挥发的铁焦炭中的挥发分计算步骤以100Kg金属炉料为基础按工艺阶段熔化期氧化期分别进行计算然后汇成总物料平衡表3计算步骤以100Kg金属炉料废钢为基础按工艺阶段分别进行计算然后会总成物料平衡表第一步熔化期计算表3-4其他数据名称 参数 配碳量熔化期脱碳量电极消耗量炉顶高铝砖消耗量炉衬镁砖消耗量熔化期和氧化期需氧量氧气纯度和利用率焦炭中碳的回收率碳氧化产物烟尘量 比钢种规格中限高016即达02630即026×300078kg4tkg金属料其中熔化期占75氧化期占2513tkg金属料其中熔化期占60氧化期占4035tkg金属料其中熔化期占57氧化期占4350来自O2其余50来自空气和矿石99余者为N2氧利用率9075均指配料用碳均按70生成CO30生成CO2考虑按85kgt金属料考虑 1确定物料消耗量A金属料配入量以100Kg金属炉料废钢为基础不足碳量用焦炭来配结果列入表3-5原始数据见表31和34B其他原料消耗为了提前造渣脱磷先加入一部分石灰20Kgt金属料和矿石10kgt金属料炉顶炉衬和电极消耗量见表3表35炉料配入量名称 用量kg 配料成分kg C Si Mn P S Fe 废钢 100 0180 0250 0550 0030 0030 98960 焦炭 0131 0080① 合计 100131 0260 0250 0550 0060 0030 98960 ①碳烧损率252确定氧气和空气的消耗量耗氧项包括炉料中元素的氧化焦炭和电极中碳的氧化而矿石则带来部分氧石灰中CaO被自身S还原出部分氧前后二者之差为所需净氧量1409Kg见表36表36净耗氧量的计算项目 名称 元素 反应产物 元素氧化量kg 耗氧量kg 供氧量kg 耗氧项炉料中元素的氧化 C C→CO 026×30×700055 0073 C→CO2 026×30×300023 0061 Si Si→SiO2 025×850213 0243 Mn Mn→MnO 055×650358 0208 P P→P2O5 003×450014 0018 Fe Fe→FeO① 9896×2×150297 0085 Fe→Fe2O3① 9896×2×851682 0721 合计 2642 1409 焦炭中碳的氧化 C C→CO 0131×0815×25×700019 0025 C→CO2 0131×0815×25×300008 0021 电极中碳的氧化 C C→CO 4×75×99×700208 0277 C→CO2 4×75×99×300089 0238 合计 2016 供氧项 矿石 Fe2O3 Fe2O32Fe32O2 1×08977×48600269 石灰 S CaOSCaSO 2×006×163200006 合计 0270 净耗氧量 2016-0201746 ①令铁烧损2其中80生成Fe2O3成为烟尘的一部分20成渣在这20中按31分别生成FeO和Fe2O3根据表3-4的规定应由氧气供给的氧为2016×50＝1008Kg空气应供氧0738Kg由此计算氧气和空气的消耗量见表37表37氧气与空气的实际消耗量氧气kg 空气kg 带入O2 带入N2 带入O2 带入N2 2016×50氧利用率2016×5090112 11299×10011 112-02700850595m3 112772337503000m3 ε112001131131 ε085375046003595m3 上述1＋2便是熔化期的物料收入量3确定炉渣量炉渣源于炉料中的SiMnPFe等元素的氧化产物炉顶和炉衬的损蚀电极中的灰分以及加入的各种溶剂结果见表38表38熔化期渣量的确定名称 消耗量kg 成渣组分kg CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO FeO Fe2O3 P2O5 CaS 合计 炉料中元素的氧化 Si 0213 0456 0456 Mn 0358 0462 0462 P 00135 0031 0031 Fe 0396 0382 0141 0523 炉顶 0078 0001 0005 略 0071 0001 0078 炉衬 0200 0008 0007 0179 0002 0004 0200 焦炭 0131 0001 0008 0004 0003 0016 电极 0300 略 0002 略 0001 0003 矿石 1000 0013 0058 0003 0015 0898 0002 0002 0093 石灰 2000 1758 0050 0052 0030 0010 0002 0002 1904 合计 1781 0586 0234 0123 0462 0382 0159 0035 0004 3766 质量分数 4726 1556 621 327 1227 1014 422 093 011 10000 4确定金属量金属量Qi＝金属炉料重矿石带入的铁量-炉料中的CSiMnP和Fe的烧损量焦炭配入的碳量＝10008977×56×256×216×3-264200898066kg5确定炉气量炉气来源于炉料以及焦炭和电极中碳的氧化产物CO和CO2氧气和空气带入的N2物料中的H2O及其反应产物游离O2及其反应产物石灰的烧减CO2焦炭的挥发分结果列于表39表39炉气量的计算项目 气态产物kg CO CO2 N2 H2O H2 挥发物 合计 炉料中碳的氧化 0127 0086 0213 焦炭带入 0087 0057 0002 0014 0160 电极带入 0485 0327 0812 矿石带入 0012 0012 石灰带入 0093 0002 0095 氧气带入 0011 0011 空气带入 3750 0047 3797 游离氧气参与反应 0196 0308 0504 H2O参与反应 -0098 10154 -0063 0007 0 合计 0797 1025 3761 0 0007 0014 5604 质量分数 1422 1829 6711 012 025 10000 6确定铁的挥发量由表3-6的设定铁的挥发量为9896×2×80＝1583Kg34＋5＋6便是熔化期的物料支出量并由此列出熔化期物料平衡总表310表310熔化期物料平衡总表收入 支出 项目 质量Kg 项目 质量Kg 废钢 100 9137 金属 98066 8995 电极 0300 012 炉渣 3766 345 矿石 1000 091 炉气 3207 491 焦炭 0131 012 铁的挥发 1583 145 石灰 2000 183 炉顶 0078 007 炉衬 0200 018 氧气 1131 103 空气 4600 420 生铁 10 229 合计 109440 10000 合计 109019 10000 注计算误差＝109440-10901910944×100＝039312氧化期的物料平衡引起氧化期物料波动的因素有扒除熔化渣造新渣金属中元素进一步氧化炉顶炉衬的损蚀和电极的烧损1确定渣量1留渣量为了有效的去磷要进行换渣通常除去70的熔化渣而进入氧化期只留下30的渣其组成见表3112金属中元素得氧化产物根据表3-3给出的值可计算产物量详见表3-113炉顶炉衬的损蚀和电极的烧损量根据表3-5得假定其结果一并列入表3-114造渣时加入石灰矿石和带入的渣量见表3-112确定金属量根据熔化期的金属量及表3-12得元素烧损量和矿石还原出的铁量即可求得氧化末期得金属量为97842㎏3确定炉气量计算方法如同熔化期先求静耗氧量表3-13再确定氧气与空气得消耗量表314最后将各种物料或化学反应带入的气态产物规类结果列表3-15熔化期和氧化期的综合物料平衡表列于表3-16表3-11氧化期渣量的确定名称 消耗量kg 成渣组分kg CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO FeO Fe2O3 P2O5 CaS 合计 留渣1130 0534 0176 0070 0037 0139 0115 0048 0011 0001 1130 金属中元素的氧化或烧损 Si 0038 0081 0081 Mn 0039 0050 0050 P 0001 0002 0002 Fe 0163 0173 0040 0213 S 0008 -0014 0018 0004 炉顶蚀损量 0052 0001 0003 略 0048 略 0052 炉衬蚀损量 0150 0006 0006 0135 0001 0003 0151 电极烧损量 0100 略 0001 略 略 0001 石灰带入 2089 1838 0052 0054 0031 0010 0002 0001 1988 矿石带入 1000 0013 0898 0002 0002 0093 火砖块带入 0500 0003 0304 0003 0184 0006 0500 合计 2381 0681 0265 0316 0189 0288 0107 0017 0022 4266 5581 1596 621 741 443 675 251 040 052 100 表3-12净耗氧量的计算名称 元素 烧损量 反应产物 耗氧量kg 供氧量kg 金属中元素的氧化 C 0084 C→CO 0078 C→CO2 0067 Si 0083 Si→SiO2 0051 Mn 0039 Mn→MnO 0011 P 0001 P→P2O5 0001 Fe 0163 Fe→FeO 0038 Fe→Fe2O3 0012 电极中碳的氧化 C 0099 0092 0079 合计 0418 矿石供氧 Fe2O3 0898 Fe→Fe2O3 0269 石灰中S还原CaO S 0002 CaOSCaSO 0001 金属中S还原CaO供氧 S 0008 CaOSCaSO 0004 合计 0274 净供氧量 0144 表313氧气与空气的实际消耗量氧气kg 空气kg 带入O2 带入N2 带入O2 带入N2 0144氧利用率9001600005m3 016099×100020002m3 ε016000020162 0 注氧气供氧50即0418×500209kg空气供氧为0209-0274-0065kg所以不需要空气供氧只需要氧气供氧0144kg即可表3-14炉气量项目 气态氧化产物kg CO CO2 N2 H2O H2 合计 金属中碳的氧化 0137 0092 0229 电极带入 0161 0109 0270 矿石带入 0012 0012 石灰带入 0097 0002 0099 氧气带入 0002 0002 游离氧气参与反应 -0040 0063 0023 H2O参与反应 -0022 0034 -0014 0002 0 合计 0236 0395 0002 0 0002 0635 质量分数 3717 6220 031 0 031 10000 表315熔化期和氧化期综合物料平衡表收入 支出 项目 质量Kg 项目 质量Kg 废钢 100 8806 金属 98066 8608 焦炭 0131 012 炉渣 8032 705 电极 0400 035 炉气 6239 548 矿石 2000 176 铁的挥发 1583 139 火砖块 4089 360 石灰 0500 044 炉顶 0130 011 炉衬 0350 031 氧气 1365 120 空气 4600 405 合计 113565 100 注计算误差113565-113920113565×100＝-031氧化期末金属成分如下ωC1000100ωSi0ωMn×1000156ωP×1000015ωS×100002232热平衡计算以100Kg金属料进行计算321计算热收入QS1炉料的物理热计算结果列于表3－162元素氧化热及成渣热计算结果列表3-173消耗的电能根据消耗的热量确定详见下面计算表3－16物料带入的物理热名称 热容KJkg℃-1 温度℃ 消耗量Kg 物理热KJ 废钢 0699 25 100 17475 石灰 0728 25 4089 744198 火砖块 0858 25 0500 10725 矿石 1047 25 2000 5235 焦炭 0858 25 0131 280995 炉顶高铝砖 0879 600 0130 68562 炉衬镁砖 0996 600 0350 20916 氧气 1318 25 1365 4497675 空气 0963 25 4600 110745 电极 1507 450 0400 27126 合计 2592509 322计算热支出QZ1钢水物理热Qg该钢熔点为1536-01×650×80156×50015×30＋0022×25-6≈1522℃出钢温度控制在中下限本计算取1580℃按氧气转炉的计算方法可得Qg＝98066×[0699×1522-252720837×1580-1522]＝13405122KJ2炉渣物理热Qr计算结果如表3-18所示表3-17元素氧化热及成渣热名称 氧化量Kg 化学反应 HKJKg-1 放热量KJ 电极中C 0277 C12｛O2｝＝｛CO｝ -11639 3224 0119 C｛O2｝＝｛CO2｝ -34834 4145 焦炭中C 0019 C12｛O2｝＝｛CO｝ -11639 221 0008 C｛O2｝＝｛CO2｝ -34834 279 金属中Si 0251 [Si]2FeO＝SiO2＋2[Fe] -11329 2844 金属中Mn 0397 [Mn]＋2FeO＝4[MnO]＋Fe -2176 864 金属中P 0015 2P＋5FeO＝P2O5＋5[Fe] -2419 36 Fe 1509 [Fe]12｛O2｝＝FeO -4250 6413 0721 2[Fe]32｛O2｝＝Fe2O3 -6460 4658 SiO2成渣 1091 2CaOSiO2＝2CaO·SiO2 -1620 1767 P2O5成渣 0042 4CaOP2O5＝4CaO·P2O5 -4880 205 合计 24656 表3-18炉渣物理热名称 熔化期炉渣 氧化期炉渣 合计KJ 温度℃ 1500 1650 热容KJKgK-1 1172 1216 物理热KJ 510816 930841 1441657 3热反应消耗热量详见表3-194炉气物理热Qx令炉气温度为1200℃热容为1137KJKg·K由炉气量可得Qx＝6293×[1137×1200-25]＝840729KJ表3-19吸热量名称 氧化量kg 化学反应 HKJKg-1 吸热量KJ 金属脱碳 0162 [C]FeOCO[Fe] 6244 198533 金属脱硫 0008 [FeS]CaOCaSFeO 2143 1714 石灰烧碱 0190 CaCO3CaOCO2 4177 79363 水分挥发由25℃升至1200℃ 石灰带入 0004 H2O→H2O1200℃ 1227 9448 矿石带入 0024 焦炭带入 0002 空气带入 0047 小计 0077 金属增碳 0152 C→[C] 1779 27041 合计 316099 K5烟尘物理热Qy将铁的挥发物计入烟尘中烟尘热容为0996KJKg·K则得Qy＝15830850×[0996×1200-25]284733KJ6冷却水吸热Q1子公称容量为80t冷却水消耗量为92m3h冷却水进出口温差为20℃冶炼时间平均为1h则得Ql＝92×1000×1×4185×20500154008KJ100Kg金属料7其它热损失包括炉体表面散热热损蚀开启炉门热损失开启炉盖热损失电极热损失等其损失量与设备大小冶炼时间等等因素有关实践表明该项热损失占热量总收入得6～9本计算取88变压器及短网系统的热损蚀Qb一般该项热损失为总热收入的5～7本计算取6令总热收入为Qs则Qs＝134051221441657316099840729284733154008Qs×86即086Qs1782842所以Qs20730721KJ故应供电为20730721-2592509-246561800587KJ其中＝20730721×8＝1658458KJQb＝2073072165＝1243843KJ热平衡总表列于表320表3-20热平衡表收入 支出 项目 热量KJ 项目 热量KJ 物料物理热 259251 125 钢水物理热 13405122 6466 氧化成渣热其中C氧化Si氧化Mn氧化P氧化Fe氧化SiO2成渣P2O5成渣 246567869284486436110711767205 1189380137042002534085010 炉渣物理热吸热反应消耗热炉气物理热烟尘物理热冷却吸热其他热损失变压器系统热损失 144162731609984072928473315400816584581243843 695152406137743800600 电能 1554024 7496 合计 20730691 10000 20730691 10000 4电弧炉炼钢车间工艺布置本设计电弧炉炼钢车间的厂房型式采用单层多跨间内设起重机电弧炉在厂房内的布置位置与方向为横向布置即炉子轴线与车间纵向柱列线相互垂直车间包括渣跨原料跨炉子跨精炼跨连铸跨和出坏精整跨电弧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弧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车间物料流程总图如下所示废钢其他辅助材料合金剂造渣剂耐火材料等→超高功率电弧炉→AOD精炼炉→连铸机→出坯精整41原料跨原料间主要是储存钢铁料氧化剂等原材料原料间主要是储存钢铁料氧化剂等原材料还有废钢的预热烘烤设施原材料堆存或者存入料仓等容器所需用的场合面积或容器容积的计算公式如下qTQ＝A×单耗指标式中q某种原材料的储存量tQ该种材料的全年消耗量tn年作业天数T计划储存天数A车间年产钢量taqSha式中S材料堆存占用面积m2h材料堆存允许高度ma材料堆积密度tm3表41原材料消耗指标kgt钢铁料Kgt 铁合金Kgt 石灰Kgt 电极Kgt 炉衬耐火材料Kgt 钢包耐材Kgt 氧气Nm3t 1050 40 42 4 5 8 15 表42计划储存天数外购废钢天 返回废钢天 铁合金天 石灰天 萤石天 镁砂天 5 15 5 1 5 5 表43各种材料堆积密度与允许堆高名称 外购废钢 返回废钢 铁合金 焦炭 萤石 矿石 石灰 镁砂 轻 中 重 密度tm3 14 22 33 33 35 048 17 27 08 16 高度m 3 3 3 3 2 3 3 3 2 3 表44密度容器修正系数材料 外购废钢 渣料 燃料 修正系数 15 125 15 经过计算后各种原料料坑的尺寸列入下表表45各种原料的占地面积尺寸m2名称 外购废钢 返回废钢 铁合金 散装料 轻 中 重 尺寸m长×宽 20×10 20×17 20×17 20×19 8×7 15×10 坑深m 2 2 2 2 1 2 411原料跨的跨度考虑到电弧炉车间的横向布置的结构及年使用废钢总量的占地面积选取车间跨度为22m412原料跨总长度确定设计废钢间的尺寸选为84815107m再考虑一定的富余空间确定总长度为180m413原料跨高度确定跨间的高度取决于设备的立面布置情况如石灰矿石烘烤窑设在室内就要考虑行车能把石灰矿石吊入窑内烘烤这时厂房的高度就主要决定于石灰矿石烘烤窑的高度一般原料跨吊车轨面标高为9m左右对炉子跨为高架式布置的要考虑吊料筐上料平台吊车轨面高度为10～13m本设计取12m42炉子跨整体布置炉子跨是整个车间最高的部分炉子位于跨间靠近中间的部分采用钢包车出钢的方式本跨配有吊车进行车间的高空吊运炉下渣罐车出渣中心为炉子变压器房和控制室一侧为散装料烘烤区和合金料烘烤区另一侧为炉体和炉盖的修砌区421炉子跨工作平台高度对于偏心底出钢电弧炉考虑到钢包车及钢包的高度应该保证钢包车能顺利通过炉子下面平台高度为75m422炉子的变压器室和控制室炉子变压器室应该有足够的空间方便各种设备的布置和检修另外为了保证操作安全电弧炉变压器与房子的内墙应该有一部分距离变压器到门口的距离为25米到后墙及侧墙的距离为15米电弧炉变压器的参数如表46所示表46电弧炉变压器的参数米长度m 宽度m 高度m 大门尺寸m 炉子中心线到变压器房的距离m 10 12 10 4×45 12 电弧炉采用高架式布置电气室建为两层控制室在电炉操作平台上与电气室并排423电弧炉出渣和炉渣处理电弧炉直接出渣到炉下的渣罐车渣罐车通过原料跨把电炉渣运出厂房424炉子跨的长度跨度高度1炉子跨的长度与原料跨相同取为180m2炉子跨的跨度考虑到修筑炉体炉盖的场地要求以及变压器房的限定取其跨度为24m3炉子跨间吊车轨面的高度对于横向布置的电弧炉车间桥式吊车吊起的最高工作点是电弧炉接装电极时的高度故计算吊车的轨面标高为h≥L1L2L3L4L5L6式中L1起重机吊钩的极限尺寸取其值为3000mL2吊换电极用吊具的长度取其值为1000mmL3需要吊出的电极的长度其值为4100mmL4余量取其值为300mmL5电极把持器顶端降低到最低位置时与炉门坎的距离取其值为4000mmL6电弧炉炉门坎到车间地面的距离取其值为8000mm计算得h＝L1L2L3L4L5L6201m考虑到高位料仓放置在炉子跨轨面标高要略有升高故取轨面标高为25m43精炼跨431整体布置此跨设有公称容量AOD精炼炉台AOD炉位于操作平台上一侧设有AOD炉的维修区域另一侧设有钢包的修砌区烘烤区32AOD精炼炉的工艺布置AOD精炼炉布置在精炼跨中间位置公称容量为考虑到AOD精炼炉的操作平台精炼过程中吹氩氧所需的设备以及各种设备的修砌取精炼跨的跨度为2而此跨的吊车轨面标高同样取为2长度取为441总体布置本跨间设有连铸机1台二冷段维修区中间包维修区和结晶器维修区442连铸机操作平台的高度长度宽度1操作平台的高度一般低于结晶器上口0304米本设计中取其值为03米所以平台的高度为H＝RH1H2-03式中H连铸平台的高度mR连铸机圆弧半径R9mH1拉矫机底座到铸坯底面的距离取为10mH2弧型结晶器顶面到弧型中心的距离取其值为06m计算得H103m2浇注平台的长度要考虑到中间包车的长度及布置中间包车长度为5米取浇注平台的长度为40米3平台宽度取决于连铸机外弧垂直切线至铸机内侧柱列线之距离和铸机外侧的操作空间其值取为13米4平台上操作室的尺寸5×5×4米443连铸机总高和本跨吊车轨面标高连铸机的高度一般是指从拉矫机底座基础面至中间包顶面的总高度H有H＝RH1H2H3H4式中R连铸机圆弧半径R9mH1拉矫机底座基础面至铸坯底面距离取为1mH2连铸机弧形中心至结晶器顶面的距离常取结晶器高度的一半取其值为05mH3结晶器顶面至中间包水口升至最高位置时的距离取其值为02mH4中间包全高取其值为1m计算得H＝117m取浇注跨吊车轨面标高25m444连铸机总长度连铸机总长度的计算公式为L＝RL1L2L3L4L5式中R连铸机圆弧半径R8mL1矫直切点至拉矫机最后一个棍子的距离主要有拉矫机的类型来定取其值为2mL2拉矫机至切割机前的距离适当加长冶金长度延长段有利于提高拉速这里取其值为6m L3切割区长度3mL4输出轨道或铸坯等待区长度一般至少大于最大定尺尺寸的15倍取其值为10mL5冷床或者出坯区长度取决于最大定尺尺寸在增加1米这里取为7m故L＝RL1L2L3L4L5＝8＋4＋4＋3＋10＋7＝34m445连铸跨跨度连铸跨跨度是根据连铸机的曲率半径圆弧中心零点以前的部分都布置在铸跨内和铸操作所需要的宽度来确定参照国内部分车间铸跨跨度尺寸设计中取m主要是铸坯堆放区拉矫机及切割机维修区等的布置铸坯堆放区放区位于跨间另一侧用来存放良锭坯件其间有运输线路直接通到轧钢车间拉矫机及切割机维修区位于跨间另一侧另外还有配有出坯操作室等其他具体设施依具体情况而定46备注1跨间依具体空间情况可设置一定数量的休息室吸烟区厕所等2各级平台均设有楼梯台阶此设计可依靠具体空间及相应地点的构造予以修建安全方便的通道本设计的其它数据请参阅电炉车间平面布置图和剖面图各跨间的基本情况请见下表表47电炉炼钢车间各跨间的基本情况表序号 跨间名称 跨度m 长度m 轨面标高m 1 原料跨 22 180 12 2 炉子跨 24 180 25 3 精炼跨 27 180 25 4 连铸跨 27 180 25 5 出坯跨 28 180 15 5电弧炉炼钢车间工艺设计电弧炉生产工艺设计的合理性直接决定着产品的高质量和良好性能而制定生产工艺是根据具体钢中产品要求而定的下面从原料要求车间冶炼的工艺特点及操作要领等方面进行说明51废钢废钢包括返回废钢和外来废钢废钢外形尺寸不一分重中轻三种类型为了满足冶炼工艺及技术经济指标与钢水质量的要求对入炉的废钢料一般有如下要求1按废钢铁分类标准的组别进行分类管理供应不得混乱不允许由成套机器设备及结构件2少锈入炉铁锈太多不能准确掌握钢水成分和重量造成成分不符或短锭还会使钢液增氢3不应混入铅铜锌锡砷等有色金属和冶炼钢种限制的合金元素这些元素在冶炼条件下很难去除不但会影响钢材的纯净度还会增加操作难度恶化技术经济指标缩短电弧炉炉体寿命4废钢中不得混有爆炸物品密闭容器有毒物质以及塑料橡胶等5应限制入炉料的磷硫含量否则严重恶化电弧炉操作指标6清除炉料中泥沙等酸性物质以免降低炉渣碱度增加造渣剂消耗侵蚀炉衬增加电耗降低生产率7炉料单位外形尺寸不能过大否则装料困难还可能砸坏炉体或因塌料砸断电极8装料密实不松散52辅助料521对辅助料的要求1铝粉铝粉脱氧能力强主要用于冶炼低碳不锈钢和某些低碳合金结构钢以提高合金元的收得率和缩短冶炼还原时间铝粉使用前也应干燥使用粒度≤05毫米水分≤020Al952硅铁粉硅铁粉是用含硅75得硅铁磨制而成的这样比重轻含硅量高有利于进行扩散氧使用粒度≤1毫米水分≤0203石灰由石灰石在800～1000℃的高温下焙烧而成一般要求石灰中CaO含量90硫含量01入炉石灰要求水量034白云石主要成分为CaOMgO用于电弧炉补炉和堵炉门坎也用于造渣造渣用轻烧白云石补炉用重烧白云石5萤石主要成分为CaF2要求含量85SiO24CaO5S01H2O05使用前应在100～200℃的低温下干燥4小时以上温度不宜过高可作为炉渣调节剂改善炉渣流动性6铁合金1合金材料应分类堆放颜色相近的不宜邻近堆放2合金材料不应露天堆放以防生锈或混入杂物3合金块度应符合使用要求 4合金料使用前应烘烤以去除合金中的气体和水分7焦炭粉主要作用1在熔化后期和氧化期造泡沫渣2作为增碳剂加入炉内或包内一般要求焦炭中碳含量80灰分15石墨电极粉中碳含量95灰分2硫含量均01水分058氧气氧气的使用强化了冶炼过程缩短了熔化时间降低电耗提高了钢液温度加速熔池激烈沸腾有力地去除废钢中的气体和夹杂对氧气有如下几点要求含氧量99水分≤3×10-3kgm3工作压力5065～12156×105Pa9铁矿石铁矿石在电弧炉炼钢过程中主要用于脱磷硫气和夹杂物铁矿石主要成分为磁铁矿要求含铁量高522供应方案1高位料仓供应方案所需的散状料和合金料中冶金石灰萤石矿石以及硅铁锰铁硅铝铁硅锰合金采用高位料仓供应方案共设17个高位料仓上料采用垂直皮带机加配包皮带机的方式分系统设置加料设施其中供应电炉生产用散状料采用经称量后直接用溜槽加入炉内的方式供炉后合金化2废钢的供应方案通过料篮车将废钢从原料跨间运到炉子跨再通过天车将料篮吊至炉子上方加入炉内523配料配料是电弧炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分合理配料将保证炼钢工人按照工艺要求正常的进行冶炼操作合理使用原材料及返回废钢能节约合金元素缩短冶炼时间1配料注意事项1必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料重量2炉料的大小要求按比例搭配以达到好装快化的目的3各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用4配料成分必须符合工艺要求5注意上炉冶炼含NiCrWMo等元素的高合金钢下炉应配相应的钢种进行浇炉并注意残余元素不得出格2配料基本原则钢铁料的使用原则主要考虑冶炼方法装料方法钢种的化学成分及产品对质量的要求等如氧化法有较高的脱P去气去夹杂能力应使用普通的粗料返回法和不氧化法因脱P去气除夹杂能力不强但能回收贵重合金元素所以应尽量使用优质返回料凡航空钢舰板钢炮钢轻武器及特殊要求带顶发军字样的钢种一律按氧化法配料并多配碳010严禁将成分不明的返回料配入炉料中残余元素配料时不得超标装入法返回法不足之碳可用电极粉增碳不得配入生铁3配料计算1钢铁料综合收得率＝∑配料比×收得率一般钢铁料收得率为9354～95返回钢收得率为95～962合金返回钢的收得率按下式计算x＝100-05Mn-Si-005-02Cr-007W-03V-Ti-Al3合金元素全炉回收率按下式计算x＝成品成分配料量×配料成分补加合金量×合金成分出钢量4配料量度＝出钢量-合金加入量钢铁料综合收得率5钢铁料装入量＝出钢量-铁合金加入量-其他如矿石等钢铁料综合收得率524装料和补料1装料为能有效地进行炼钢操作在考虑金属料配比量和装料时总是以最大可能地提高生产率作为主要因素提高熔化速度的基本条件如下料篮容积一般设计成炉子容量相同装料后炉料不能高出炉子上口第一篮料通电熔化后进第二篮料的时机应选在既能提高热效率又不使炉料过高而影响送电根据炉子容量变压器功率和吹氧情况确定合适的废钢堆积密度密度过大废钢落入熔池后使熔化条件变坏密度过轻废钢下落不稳定熔化速度减慢厂内自产或压块等大块废钢应装在料篮下部以防止熔化时滑落碰断电极装料次数应尽可能少以减少热损失原料中低碳高熔点轻薄料多时要适当配入含碳材料降低熔点加速熔化加海绵铁时如连续加入应从电极穿井后开始直至出钢这段时间内连续不断地加入如果分批加入每次加入量宜少既要避免发生炉料架桥又能使炉壁处残存的废钢起到保护耐火材料免遭电弧辐射的损害石灰溶剂可和炉料一起加入炉内以利早期成渣脱磷如果有条件在熔化期从炉顶或炉壁喷入最好2布料布料原则下致密上疏松中间高四周低炉门口无大料穿井快不搭桥布料顺序底部装小料其用量为小料总量的一半然后在料罐的下部中心区装入全部大料低碳废钢或难熔炉料在大料之间填充中小料中型料装在大料的上面及四周在料的最上面电极下面放入剩余的小料轻废钢以便通电后电极能很快穿井埋入料中减轻电弧光对炉盖的辐射熔点高的铁合金应放在高温区但不能装在电极下面易挥发的合金元素避免放在电极下高温区若配入增碳剂如生铁焦粉电极粉电极块等应将增碳剂放在生铁大料块上部破碎电极块或大包焦粉电极粉放在料篮底部小料之上装料完毕进行计算做到准确真实装料时料篮中心与炉膛中心线必须在同一条垂直线上料篮不得不碰撞炉衬和水冷件525电弧炉冶金工艺[3]1装料装料方式对炉料的熔化速度合金元素烧损率以及炉衬寿命有很大影响装料应做到快速密实布料合理合理的布料应该是先