90吨超高功率直流电弧炉炼钢车间设计

2X90吨超高功率直

电弧炉炼钢车间设

计内蒙古科技大学

本科生毕业设计手册题目：新建2X90吨超高功率直流电弧炉炼钢车间设计学生姓名：赵帅学号：0961102207专业：冶金工程班级：冶金09-2班指导教师：杨吉春教授手册目录摘要Abstract第一章、文献综述电弧炉设备电弧炉炼钢工艺电弧炉炼钢合理供电技术超高功率电弧炉技术直流电弧炉技术导电横臂技术电弧炉电极自动控制技术电弧炉偏心炉底出钢技术3445QL3445H=R+H1+H2-0.3H一连铸平台的高度，m；熔池的形状和尺寸

(1)、熔池的形状3V池=1.15V金=1.15GVo=1.15X90X0.14=14.49mV池=12.1H3=0.0968D3(4—3)熔化室尺寸(1)、熔炼室直径D熔D熔=口+2><100(4—4)d三极心=(0.25〜0.3)D,取d三极心=0.27D=0.27*5.310=1.434炉衬及厚度(S)的确定炉壳及厚度&炉门尺寸的确定偏心炉设计(2)出钢口到炉子中心的距离一一偏心度E(3)、出钢箱远中心内侧距离炉中心的距离L(5)出钢口直径TOC\o"1-5"\h\z水冷挂渣炉壁的设计60水冷炉盖62第七章电弧炉电气设备的计算和选择变压器功率和电参数的确定65变压器功率的确定电压级数电极直径(d电极)电极心圆直径(d三极心)TOC\o"1-5"\h\z短网的设计68钢包允许的最大浇注时间拉坯速度.一22D=2t]Vt或r=D/4n连铸机的流数弧型半径连铸机的生产能力的确定74连铸浇注周期的计算连铸机作业率连铸坯收得率连铸机生产能力的计算中间包及其运载设备77中间包的形状和构造中间包的主要工艺参数G中40%P40%9036t)取乐=36t 取乐=36t 3水口直径 5.5.555.5...55TOC\o"1-5"\h\z结晶器及其振动装置79结晶器的性能要求及其结构要求结晶器主要参数选择结晶器的振动装置二次冷却装置81二次冷却装置的基本结构二次冷却水冷喷嘴的布置二次冷却水量的计算拉矫装置及引锭装置826666666777777777777777778888TOC\o"1-5"\h\z引锭装置8铸坯切割装置82盛钢桶的选择82摘要本次导师所给毕业设计题目新建2X90吨超高功率直流电弧炉炼钢车间设计以废钢和铁水为原料，根据所要求产品方案最终确定炉外精炼设备采用LF炉和VD炉，选择连铸机为一台板坯连铸机。文献综述中主要叙述了电弧炉发展的现状和历史以及新技术的发展和应用。并且在此次设计过程中，严格按照设计任务书的要求，先后进行并完成了物料平衡和热平衡的计算，电弧炉炉型尺寸的计算及确定、相应配备设备的计算及确定。全面设计了电弧炉车间的干法布袋除尘系统，并且针对设计钢厂的废物排放特点采取了废物综合利用和环保措施，对设计车间主要经济技术指标和投资估算做了较详细的论述。关键词：电弧炉，精炼设备，连铸机AbstractouscasThetutorthegraduationdesigntopicgiven2x90tonsofnewhighpowerdcarcfurnacesteelmakingworkshopdesignwithscrapsteelandmoltenironasrawmaterial,requiredproductsolutionsaccordingtothefinalizedequipmentadoptsLFfurnacerefiningoutsidethefurnaceandtheVDfurnace,choosecontinuouscasterforaslabcontinuouscastingmachine.Intheliteraturereviewmainlydescribesthestatusofdevelopmentoftheelectricarcfurnaceandthehistoryandt520hedevelopmentofnewtechnologiesandapplications.Andinthedesignprocess,strictlyaccordingtotherequirementsofthedesignspecification,hasconductedandcompletedthematerialbalanceandheatbalancecalculations,typesizecalculationofelectricarcfurnaceandthecalculationanddeterminationofdetermination,equippedwithcorrespondingfacilities.Comprehensivedesignofelectricarcfurnaceplantofdryclothbagdustremovalsystem,characteristicsanddesignforsteelmillwaste,wastecomprehensiveutilizationandenvironmentalprotectionmeasuresweretakentodesigntheworkshopmaineconomicandtechnicalindicatorsandinvestmentestimationwerediscussedindetail.Keywords:electricarcfurnace,refiningequipment,continutingmachine第一章、文献综述前言通过金属电极或非金属电极产生电弧加热的工业炉叫做电弧炉。电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等类型。电弧炼钢炉的炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉身组成，炉底和炉壁用碱性耐火材料砌筑。电弧炼钢炉按每吨炉容量所配容量的多少分为普通电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。电弧炉炼钢是通过向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢。电弧炉以电能为热源，可调整炉内气氛，对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利。电弧炉炼钢发明后不久，就用于冶炼合金钢，并得到较大的发展。随着电弧炉设备的改进以及冶炼技术的提高，电力工业的发展，电弧炉炼钢的成本不断下降，现在电弧炉炼钢不但用于生产合金钢，而且大量用来生产普通碳素钢，其产量在主要工业国家钢总产量中的比重不断上升。改革开放以来，我国电弧炉炼钢技术紧跟世界电炉炼钢工业的发展趋势，得到了快速发展。特别是冶金工艺流程的革命性变换，如电炉从三期操作发展到只提供初炼钢水的两期操作，从模铸到连铸，从出钢槽到偏心底出钢，以及为了满足连铸生产的快节奏提高炉子生产率而采用多能源的综合利用等等，所有这些改变都是促使为冶金工艺服务的电炉装备也取得了突破性的发展。近十年，我国从国外先后引进了交流超高功率电弧炉、直流电弧炉、高阻抗电弧炉、双壳炉和竖炉。通过这些设备的调试、操作、维护以及备品的制造，提高了我国电炉制造的设计制造水平。在消化吸收与创新的基础上，我国大容量电弧炉的国产化奠定了基础。当前电弧炉正朝着大型电弧炉、超高功率供电技术、采用各种炉外精炼、发展直接还原法炼钢、逐步扩大机械化自动化及用电子计算机进行过程控制等的发展，所以我们进行了电炉炼钢的设计，以适应潮流的发展。当前电弧炉正朝着大型电弧炉、超高功率供电技术、采用各种炉外精炼、发展直接还原法炼钢、逐步扩大机械化自动化及用电子计算机进行过程控制等的发展，所以我们进行了电炉炼钢的设计，以适应潮流的发展。电炉的主要产品是钢材，而钢的质量取决于电炉冶炼技术和工艺，目前我国钢铁产业大量整合趋向于集中，整合资源优化升级。电弧炉发展简史电弧炉炼钢始于1878年，第一座电弧炉是由德国西门子(WillianVonSimens)制造的，为单相间电弧炉。1899年由法国海劳尔特(PaulHeroalt)首创了三相交流电弧炉。此后电弧炉设备不断改变，1936年出现了炉盖旋转式电弧炉。电弧炉容量不断扩大，最大到400吨级。功率水平不断提高，20世纪60年代出现了超高功率电弧炉。随着超高功率技术的应用和完善，带动了电弧炉炼钢技术的发展，诸如水冷炉体技术、电极保护技术、底出钢技术、底吹气技术、废钢预热技术、计算机应用技术等。20世纪80年代开发了直流电弧炉，并获得了迅速发展。20世纪90年代又出现了竖炉电弧炉，可充分利用废气预热废钢，进一步降低电耗，最新研制的电弧炉有：转炉电弧炉、多段废钢预热炉、连续打弧、连续操作的熔融反应器等。1940年以前，所有的电弧炉都被用来冶炼制造飞机、坦克用的合金钢及不锈钢、工具钢。所以，当时不论电弧炉的数量还是容量都极有限，大于25吨的电弧炉全世界只有5台。二战后合金钢需求量减少，迫使许多电炉钢厂改炼碳素钢。电炉冶炼碳素钢的产量从1960年的3100万吨增至1970年的7400万吨，因普通钢的需求量很大，促使电炉容量增大，70年代先后出现300t,360t,400t容量的大型电弧炉。为了进一步改善电弧炉炼钢的经济性，60年代初，美国研制成功容量为135t的超高功率电弧炉，生产效率提高了将近1倍。80年代初，底出钢电弧炉、直流电弧炉相继问世。在发展电炉技术的同时，与之匹配的各种各样的炉外精练的方法得到广泛的应用。电弧炉炼钢正日益发展，在20世纪90年代初电炉钢约占钢总产量的30%,现在约占38%,估计到2010年将达到50%。电弧炉的迅速发展是由于DC电弧炉的出现，但非连续出钢操作仍为其生产障碍，因此当今电弧炉技术将朝着连续作业方向发展节能、节省劳力，有利于环保，将是对未来电弧炉的主要要求.碱性电弧炉和酸性电弧炉碱性电弧炉炉衬用碱性耐火材料，造碱性渣，能大幅度地去除钢中的有害杂质磷、硫等，广泛用于炼钢。电弧炉炼钢，通常是指碱性电弧炉炼钢。酸性电弧炉对炉料要求很高，一般只有铸钢厂和少数机械厂采用。.交流电弧炉和直流电弧炉根据电源的不同，电弧炉分为直流电弧炉和交流电弧炉。直流电弧炉和普通三相电弧炉相比，具有很大优越性，电极消耗明显降低，耐火材料消耗降低，电耗降低，电压闪烁程度小，对电网干扰小，噪声低，操作费用低等。.超高功率电弧炉根据电弧炉功率水平的高低，将电弧炉划分为普通功率(RP)、高功率(HP)、超高功率(UHP)电弧炉，超高功率电弧炉的功率水平为700〜1000kVA/t。超高功率电弧炉的主要优点是：缩短融化时间、提高生产率、改善热效率、降低电耗。世界电弧炉发展方向及预测：(1)电弧炉炼钢还是钢铁工业很有吸引力的工艺，在未来白^年内，不会受到其它新工艺的挑战。电炉钢的市场份额将进一步扩大，特别是在扁平材方面。在一定程度上，北美和大洋州的电炉生产者与欧洲和亚洲人有不同的观点，他们认为，在2010年前，生产合格的被锌板还要用传统的工艺进行。(2)到2010年，典型的电弧炉电能消耗为360Wh/t,供电时间为45min。生产工艺要与用二次燃烧技术加热到的300c的废钢相匹配。废钢还是主要的炉料，其它为辅助炉料。最有创新性的观点是电弧炉能适应铁料铁水、生铁块及带人炉内的能量的变化、全封闭设计、高温预热废钢以及连续加料工艺。(3)废钢资源不会短缺，低残余元素的废钢可以以现在的价格甚至更低的价格买到。(4)高炉生铁代替废钢只在西欧可行,然而,在北美,RHF/SAF类型的热炉料会日益普遍。生铁是广受欢迎的，预计上市的生铁会越来越多。碳铁是很好的炉料，但在2010年前数量不会太多。即使认为DRI/HBI不是理想的炉料，但还是要使用一些。气体/团块状类型的DRI工艺还将占主导地位，但是提高工艺水平还是可以增加其市场份额。目前，美洲和大洋州DRI的生产工艺用的是天然气，而在西欧DRI生产工艺中，煤还是占主导地位。电弧炉炼钢的特点电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生电弧，电能在弧光中转变为热能，借助辐射和弧的直接作用，加热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金。电炉炼钢与其他炼钢方法比较，由以下特点：靠电弧加热，温度可高达2000摄氏度以上；热量集中，热效率高；可以根据工艺要求在不同的气氛下进行加热，用电能加热可以精确的控制出钢温度。由于电弧炉具有以上优点，故能冶炼出硫、磷、氧含量都很低的钢种，能使各种元素(包括铝、钛等易氧化元素)进行合金化。冶炼出各种特种钢和合金。与长流程的转炉钢相比，电弧炉基建投资少，占地面积小，不需要庞大的炼铁、炼焦系统。止匕外，电能的成本稳定，供应便捷。电弧炉设备简单。操作方便，易于控制污染也是电弧炉炼钢的优点。电弧炉设备机械设备电弧炉的构造主要由炼钢工艺决定，同时又与电弧炉的容量大小，装料方式，传动方式等有关，电弧炉的基本结构如图1所示。电弧炉的主体设备由炉体、电极夹持器及电极升降装置、炉体倾动装置、炉盖提升和旋转装置组成。炉体是电炉的主体，用于熔化炉料和进行各种冶金反应。电弧炉炉体由金属构件和耐火材料两部分组成，炉体的金属构件包括炉壳、炉门、出钢槽、炉盖圈和电极密封圈。电极夹持器有两个作用：夹紧或放松电极，把电流传到电极上。一般由火头、横壁和放松电极机构等3部分组成。再熔炼过程中，电极的升降受电极自动调节装置的控制。电极升降装置由横臂、立柱和传动机构组成。传动方式有钢丝纯传动、齿轮传动、液压传动3种。炉体倾动装置是为倾动炉体或出钢或扒渣操作而设，有侧倾和底倾两种类型。传动方式有机械传动和液压传动。炉顶装料可采用炉体开初或炉盖旋出两种方法，后者须有炉盖提起和旋转机构，一般采用液压可电动传动。电弧炉电气设备电弧炉的电气设备主要分为主电路和电极升降自动调节系统。主电路的任务是将高压转变为低压大电流输向电弧炉，并以电弧的形式将电能转变为热能。电弧炉的主电路由隔离开关、高压断电器、电抗器、电炉变压器及低压短网等组成。电炉通过高压电缆供电，电压300V以上。电炉变压器是降压变压器，具有很大的过载容量。电炉变压器的一侧（高压侧）有隔离开关和高压断路器。电极升降自动调节系统的任务是根据冶炼要求，通过调整电极和炉料之间的距离，调节电弧电流和电压。电极调节装置主要由电流和电压的测量比较部分及其后的执行部分构成。电弧炉炼钢工艺传统碱性电弧炉炼钢的工艺方法，一般可分为氧化法、不氧化法、几返回吹氧法。不氧化法在冶炼过程中没有氧化期，能充分吸收原料中的合金元素。返回吹氧发就是在炉料中配入大量的合金返回料，一般用于冶炼高速工具钢和少量特殊的不锈钢。生产实践中不氧化法及返回吹氧法采用较少，一般都采用氧化法冶炼。氧化法的主要特点是冶炼过程中有氧化期，通过氧化反应脱碳脱磷，并使熔池沸腾，以降低钢种气体和杂质含量。主要的工艺流程有补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期及出钢等7个阶段。国内外电炉炼钢的发展现状与前景电弧炉炼钢合理供电技术超高功率电弧炉炼钢过程中合理的电气运行制度是最基本的工艺制度之一。合理的电气运行制度，是顺利操作的基础，有助于缩短冶炼周期，降低电耗、电极耗损和耐火材料侵蚀，取得良好的节能降耗效果。超高功率电弧炉技术1964年，美国Schwabe和Robinson提出了超高功率的概念。超高功率电弧炉具备如下特征：(1)高的单位功率(吨钢配置的变压器容量)水平；(2)高的电弧炉变压器最大功率利用率和时间利用率；(3)高的电效率和热效率；(4)低的电弧炉短网电阻和电抗，且短网电抗平衡。直流电弧炉技术直流炼钢电弧炉结构的特点是只有1根炉顶石墨电极和相应的炉底电极。直流电没有集肤效应和邻近效应，因此在石墨电极和导电体截面中电流的分布是均匀的，从而可以减少这些部件的尺寸和重量。全部电流都要通过炉顶中心的单电极，为此应用电流密度大的超高功率石墨电极。大型可控直流电源和炉底电极是直流炼钢电弧炉最关键的技术。直流电弧炉有如下特点：(1)石墨电极消耗大幅度降低；(2)电压波动和闪变小，对前级电网的冲击小；(3)只需一套电极系统，可使用与三相交流电弧炉同直径的石墨电极；(4)缩短冶炼时间，可降低熔炼单位电耗5%~10%;(5)噪音水平可降低10〜15dB;(6)耐火材料消耗可降低30%;(7)金属熔池始终存在强烈的循环搅拌。导电横臂技术将传统的电炉横臂和导线合为一体，使之既起支撑电极作用，又起导电作用的新型横臂。电弧炉电极自动控制技术电弧炉是以电能为主要热源的冶炼装备，电极调节系统是电弧炉炼钢过程不可缺少的基本装备，电极控制系统先后有以下几代形式：机械控制、液压控制、液压一气动联合控制、电极自动调节器、微机控制及神经网络。电弧炉偏心炉底出钢技术为实现无法出钢，1974年德国蒂森公司首先采用了电弧炉炉底中心出钢技术，后来发展为偏心炉底出钢技术(EBT)。偏心炉底出钢与传统电弧炉出钢槽出钢相比具有如下优点：(1)炉内能保留98%以上的钢渣，有利于下一步炉料的熔化和脱磷，生产率可提高15%左右；(2)出钢时，电炉倾动角度小于15°(传统电炉为40〜450),允许炉体水冷炉壁面积加大，吨钢耐火材料消耗可降低25%;短网长度较短，阻抗降低8%左右;(3)出钢时钢液垂直下降，呈圆柱形流入钢包，缩短与空气接触的路径，钢液的温降减少，出钢温度可降低25〜30C,相应节电20〜25kW・h/t,并使钢液的二次氧化减少；(4)偏心炉底出钢有利于钢液的纯净度提高，夹杂物的含量减少，钢液脱硫效率提高，并能防止钢液回磷。我国电弧炉发展现状我国现代电炉炼钢始于199孙原冶金部和上海市在上海召开的当代电炉流程和电炉工程问题研讨会”(以下简称第一次上海会议)。由于各级政府部门引导，支持钢铁企业进行了对现代电炉流程的一轮投资，依靠引进国外现代电炉流程先进技术，在我国建成了一批三位一体”或四位一体”的先进电炉流程。从1993年至今，我国电炉钢生产的发展可分为三个阶段。在1993年至2003这一阶段，我国电炉钢产量在1800~2000万t波动，电炉钢比例逐年下降，从23.2%下降至15.7%。这是由于一方面淘汰了大量落后的小电炉，使得我国电炉钢产量下降，另一方面新投产的大电炉产量还是不够高，致使电炉钢产量在一个水平线上波动，另外由于转炉钢产量的迅速增长，电炉钢产量增长比较慢，致使电炉钢比例下降，但这也正好说明第一次上海会议”的意义及影响，如果没有199孙的第一次上海会议”，在小电炉大量被淘汰的情况下，2000年我国电炉钢的比例恐怕还会低很多。从2003至2003年，在世界电炉钢比例有所下降的同时，我国电炉钢比例却走出了低谷有所回升。从2000^的15.7%上升至IJ200孙的17.6%。电炉钢比例回升说明在这一阶段，虽然全国钢产量迅速增长，但电炉钢增长的速度比钢总量增长的速度更快。在2001-200科问，我国钢生产迅速发展，年增长速率达20~22%,远高于世界同期增长速度。电炉钢增长速度更高，达27-28%,电炉钢比例回升了约2个百分点。尽管目前我国电炉炼钢面临重重困难，但我们认为前景是光明的，因为世界电炉钢生产发展的历史，发达国家从发展中国家走过来的历史表明，电炉钢比例逐年增长的总趋势不会改变，我国废钢的生成量会不断增加，废钢生铁比价会有所改变，加上国家宏观调控都会朝有利于电炉钢生产发展的方面变化。在中国工程院2005年4月在上海举办的中国电炉流程与工程技术研讨会”（简称第二次上海会议）上殷瑞桂院士预测我国电炉钢比例至2020年可望达到25%,如果采用加35%铁水的电炉冶炼工艺，2023我国电炉钢比例会超过30%,电炉钢生产前景是光明的。目前应引导钢铁企业考虑对发展我国现代电炉炼钢的第二轮投资，新增现代电炉炼钢生产能力。历史经验证明，我国对现代电炉炼钢的第一轮投资，经过十年才达到产能充分释放，形成生产能力。再过十年。估计我国的废钢及电力紧缺的局面将会有大的改变，电炉炼钢的优势将会得以充分体现出来，到时候现抓电炉钢生产，就可能措手不及，失去机会，减少企业利润。新建2X90吨超高功率直流电弧炉炼钢车厂的必要性及可行性分析当今世界钢铁工业所采用的炼钢流程，经长期的发展斗争，主要有以下两种，即高炉-转炉炼钢流程与废钢-电炉炼钢流程。后者与前者相比较具有流程短，设备布置、工艺衔接紧凑，投入产出快，故称其为“短流程”。“短流程”是有前提的，即该流程必须是高效的、节能的。起码是世界上流行的“三位一体”（即由电炉-炉外精炼-连铸组成的流程）。或者“四个一”（即由电炉-炉外精炼-连铸-连轧组成的流程）。也正是由于这种高效、节能的短流程才赋予给电弧炉炼钢强大的生命力。当前环境问题已在世界范围内达成共识。“可持续发展”定义：满足当代人物质文化需求，又不危机后代人的发展和生存的需求。这一概念的提出，是人类实现持久发展和生存观念的根本改变。我国于199时发布了“中国21世纪人口、环境与发展白皮书”，其后又将可持续发展作为重要战略纳入“九五”计划和2010年远景目标”，将可持续发展与科教兴国并列为我国今后发展的两大基本战略。与长流程相比，电弧炉炼钢没有新建焦化、烧结、高炉产生的大量二氧化碳和有害气体和粉尘，并且利于控制，可以减轻污染。由于钢是最好的可再生资源、资源和能源等方面苛刻的要求，使得尽可能多的利用废钢成为国际趋势。废钢如得不到有效的利用和回收，将成为巨大的潜在环境污染，有些甚至可能对水质、土壤等够成严重威胁。大量锈蚀的钢铁废料，不但照成资源浪费，也将造成严重的粉尘污染，废钢的堆积本身也会给环境带来不利影响。并且通过后面的炉型计算和车间设计可知新建2X90吨超高功率直流电弧炉炼钢既可行又是必须的。第二章、生产规模和产品方案生产规模根据公式q=At/8760”讨算的本次设计炼钢车间生产规模为年产合格钢产量为100万吨式中：A——车间产品方案中确定的年产量；t——冶炼周期，60分钟，1h;———日历作业率，”=有效工作日数/年日历天数M00%,取「%oy——良坯收得率，连铸一般95%〜96%,取96%。公式中几个主要技术指标的确定和计算如下：(1)、日历作业率。有效作业日数占日历日数的百分比，称为日历作业率。日历作业率=有效工作日数/365X00%。有效作业时间=日历时间-停工时间。停工时间除去出钢、出钢后的热修补炉衬和装料操作之外的所有停歇时间，含有计划检修、更换炉衬及临时性(事故性的)的热停工、停电、停止熔炼时间在内。当电炉与全连铸配合时，电炉有效作业日数为275〜290天，当电炉与全模铸配合时，电炉有效作业日数为310〜320天。止匕处取290天。贝U4=290/365X00%=79.45%。(2)、良坯收得率4=合格钢锭量/全部入炉金属料量合格钢锭量=全部入炉金属料量-熔损量-(汤道+铸余+包底量)-废品量收合率的倒数称为金属消耗系数。金属收合率与冶炼钢种、方法、钢铁料质量、锭型大小、铸锭方法、炉子公称容量等因素有关。我国连铸法生产的收合率为95〜96%。取96%。另外，要注意钢锭收合率与钢水收得率的区别。钢水收得率=合格钢锭量/合格钢水量(3)、冶炼周期电炉冶炼周期一般为60〜80分钟，取1.3小时。由以上参数和设计原则可知：A=462560.3吨两座90吨电弧炉2A=925120.6所以生产规模确定为年产100万吨。产品方案我国钢材消费主要集中在建筑、机械、汽车、家电、造船；石化、集装箱、铁路八大行业，这八大行业钢材消费量占全国消费量的80%,结合我国钢材市场对各钢种的需求来确定产品方案。在这方面中，棒材和线材需求量较大。这里所说的棒材主要是碳素结构钢和低合金钢。因此，设计该电炉车间主要生产优质碳素结构钢和中、低合金钢。钢种简介1)合金结构钢合金结构钢，可分为工程结构钢和机械零件用钢。前者广泛用于建筑、车辆、造船、桥梁、石化、电站等。后者主要制造各种机械零件，比如轴类、弹簧、齿轮、轴承等。如轴承钢GCU5,钢中加人了1.3%~1.65%的Cr,以增加钢的淬透性，并使钢中的合金碳化物均匀细密分布，保证了高硬度和耐磨性，提高钢的强度和接触疲劳抗力。Cr还有利于提高钢的耐蚀性。一般合金结构钢所用合金元素的种类却很多。各种合金元素对其性能产生一定影响，至使其具有良好的综合机械性能(db、ak、6、甲与，为了提高其收得率，可以不经过炉外精炼，只通过吹氮搅拌便可进行连铸。主要用来制造各种机械，机械零件和各种工程中金属结构，加汽车、柴油机及机床等上的齿轮，主轴等构件。近年来工业发展迅速，合金结构钢需求日益增多，目前世界上合金结构钢的总产量已达总产量10%,占合金钢总产量45%以上。（2）碳素结构钢这种钢的强度不高，而且塑性和韧性甚高，有良好的冲压，拉伸和弯曲性能，焊接性能良好。主要用于制造容易加工成形，而不要求强度的部件。大多数生产高精度薄钢板，用于制造深冲压和深拉延制品，如汽车用深冲板，各种贮器，油桶，搪瓷制品，仪表板等；也用于制成管子，垫片及心部强度要求不高的渗碳和氟化零件，如套筒，短轴，离合器盘，及电焊条等。这些刚均具有时效敏感性。生产品种圆钢，方刚，六角钢，扁钢，热轧厚钢板和宽带钢，热轧和冷轧薄板和钢带，钢丝。车间原料需求方案表2-1产品方案在舁厅P钢种代表钢号年产钢水量（万吨）全年连铸坯（万吨）比例（为1优质碳素结205.265.005构钢3010.5210.00104510.5210.001050Mn12.6212.0012230CrMnSi4.204.004合金结构钢42CrMo6.306.00620MnSi46.3045.004540Cr8.428.008合计104.14100100第三章电炉炼钢过程的物料平衡与热平衡计算物料平衡计算计算所需原始数据基本原始数据有：冶炼钢种及其成分（见表8-24）;原材料成分（见表8-25）,炉料中元素烧损率（见8-26）;合金元素回收率（见8-27）;其他数据（见8-28）。钢种成分/%备注CSiMnPSCrFeGCr0.95~1.05/1.000.15~0.35/0.25o.25~(345/迎025磅.025必僭/查里氧化法冶炼注：分母系计算式的设定值，取其成分中限表3-2原材料成分/%名称CSiMnPSCrAlFeH2O灰分挥发分碳素废钢50.030.0398.96炼钢生铁3.858.800.30050.094.13FeMn6.600.5067.80.080.0385FeSi73.000.2352.5024.74SiMn1.6500.5000.1323.92FeCr4.3520.563.20.05014.54Al0000.0367.3098.527.87隹炭81.500.400.06001.500.5812.45.5299.0050.040甩饮0.0351.0050.045名称CaOSiO2MgAl2OCaFFe2OCO2H2OP2OSO3235石灰88.002.501.601.250.08萤后4.460.292.7689.01.5021.700.460.04铁矿石1.05.400.401.0229.980.304H/zl—10.5560.80.602外传吠3.600.1200.88局铝砖4.304.4089.291.31.30w3.803.650517.400.15焦炭成分9.0949.70.950.7电极成分00.1028.057.70433.07表3-3炉料中元素烧损成分CSiMnPS烧损熔化期25~40,取3070~95,取8560~70,取6540~50,取45可以忽略

率/%氧化期0.06全部烧损200.01520~30,取27①按末期含量比规格下限低0..3%~0.10%（取0.06%）确定（一般不应低于0.30%的脱碳量）。②按期末含量0.015%来确定。表3-4合金元素的回收率合金材料加入时间回收率CSiMnCrAlFeMn还原初期10010096FeSiFeCrAl出钢前还原初期还原后期还原初期100100100659510098100100960600还原初期预脱40Fe-Si氧501000粉Al粉还原初期终脱氧还原期扩散脱氧还原期扩散脱氧0表3-5其他数据名称参数配碳量熔化期脱碳量电极消耗量炉顶局铝砖消耗量炉衬镁砖消耗量熔化期和氧化期所需要氧量氧气纯度和利用率焦炭中碳的回收率比钢种规格中限高0.70%,即达1.70%30%,即1.70%*30%=0.51kg4kg/t（金属料）；其中熔化期占60%;氧化期和还原期各占20%1.5kg/t（金属料）；其中熔化期占50%;氧化期和还原期各占35%、15%4.5kg/t（金属料）；其中熔化期占40%;氧化期和还原期各占30%50%来自氧气，其余50%来自空气和矿石99.6%,余者为N2,氧气利用率90%

碳氧化产物烟尘量碳氧化产物烟尘量均按70%生成CO,30%生成CO2考虑按8kg/t（金属料）考虑物料平衡基本项目收入项有：废钢，生铁，焦炭，石灰，萤石，电极，炉衬镁砖，火砖块，炉顶高铝砖，铁合金，氧气和水。支出项目：钢水，炉渣，炉气，挥发的铁，焦炭中挥发分。计算步骤以100kg金属炉料（废钢加生铁）为基础，按工艺阶段——熔化期，氧化期和还原期分别进行计算，然后汇总成物料平衡表。第一步：熔化期计算。（1）确定物料消耗量：1）金属炉料配入量。废钢和生铁按75kg和25kg搭配，不足碳量用焦炭来配。其结果列于表3-6。表3-6炉料配入量名称用量配料成分CSiMnPSFe废钢90.000.1620.2250.4950.0270.02789.064生铁10.000.3850.080.030.0080.003519.4135焦炭1.8861.153合计101.8861.7000.3050.5250.0350.030598.47752）其他原材料消耗量。为了提前造渣脱磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金属料））和矿石（10kg/t（金属料））。炉顶，炉衬和电极消耗量见表3-5.（2）确定氧气和空气消耗量：好氧项包括炉料中元素的氧化，焦炭和电极中碳的氧化；而矿石则带来的部分氧，石灰中Cao被自身S还原出部分氧。前后二者之差即为所需净氧量。详见表3-7根据表3-5中的假定，应由氧气供给的氧气为50%,即3.085*50%=1.543,空

气应供氧1.543-0.270=1.273kg由此可求出氧气与空气的实际消耗量。详见表3-8上述（1）+（2）是熔化期的物料收入量。表3-7净耗氧量的计算

项目名称儿系反应产物兀素氧化量耗氧量供氧量耗氧项炉料中元素的氧化CSiMnPFeC-COCfC02Si-SiO2MnfMn0P-P2O5F屋FeOF屋F2O30.3570.1530.2590.3240.0160.2951.6740.4760.4080.2960.0680.0200.0840.502合计3.07851.854焦炭中碳的氧化电极中碳的氧化CCC-COCfCO2C-COCfCO20.35850.30660.2210.189合计2.9291供养项矿石石灰Fe2O3SF2O3=2Fe+3/2O2CaO+S=CaS+O1*0.62*48/160=0.1862*0.08%*16/32=0.0008合计0.1928消耗氧量2.9291-0.1928=2.7483①令铁烧损率为2%,其中80%生成F2O3挥发掉成为烟尘的一部分，20%成渣,在这20%中，按3:1的比例人吧生成FeO和F2O3表3-8氧气与空气实际消耗量氧气空气带入O2带入N2带入O2带入N21.4645/M气禾1」用率=1.4645/90%=1.6272(1.627/99.6%)*1%=0.0061.2171.217*(77/23)=3.7551.6272+0.006=1.63221.277+3.755=5.63①77/23为空气中N2与02的质量比

(3)确定炉渣量：炉渣源于炉料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物，炉顶和炉衬的蚀损，焦炭和电极中的灰分，以及加入的各种溶剂。表3-9熔化期炉渣量的确定名称消耗量成渣组分CaOSiO2[MgOAl2O3MnOFeOF2O3P2O5CaS合计炉Si0.25910.5550.555料中Mn0.3240.4180.418元素P0.016O.0360.036的Fe0.393O.3780.1400.518氧化炉顶:、~0.0750.0020.003略0.0690.0010.075炉衬0.180.0070.0060.1630.0020.0040.180隹炭1.8860.0880.1150.0030.0620.0400.308由福0.24略0.001略0.0010.00040.002为二NT1.0000.0130.0540.0040.010.06200020.78回白2.0001.7580.0500.0320.0251.867石灰合计1.8640.7850.2020.1960.4780.3780.1850.0360.00244.1264质里分数45.1819.0340894.7411.699.174.480.870.05100.00①见表3-7的注②石灰中CaO被自身S还原，消耗0.002kgCaO③Fe2O3还原出的Fe量为1*0.8977*112/160=0.628kg(4)确定金属量：金属量Qi=金金属炉料重+矿石带人的铁量-炉料中C、SI、Mn、P和Fe的烧损量+焦炭配入的炭量=100+0.665-3.078+1.153=978.74kg(5)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，石灰的烧碱(CO2),焦炭的挥发分，计算结果列于表3-10表3-10炉气量计算项目气态产物备注COCO2N2H2OH2挥发物合计炉料中C的氧化0.8330.5611.394

入电极带入矿石带入石灰带入氧气带入空气带入游离O2参与反应CO+1/2O2=CO2H2O参与反应：H2O+CO=H2+CO20.6270.387-0.2840.073*28/18=--0.1130.4210.26032*6.67%=0.130.4470.073*44/18=0.1780.0063.7750.0100.0030.0020.058--0.0730.073*2/18=0.0080.1041.1620.64730.00030.130.0063.8130.1630H2O全部消耗合计1.4501.96033.76100.0080.1047.283质量分数19.9026.9351.640.111.42100①计算条件是：常温（20C）、常压（0.1MPa）下空气相对湿度为70%;20C的饱和蒸汽压为0.0023;露点14C。先求湿空气体积4.374*（273+20）/（0.1-0.0023）=4.81lm3;再算含水量。（6）确定铁的挥发量：由表3-7中的设定，铁的挥发量为：98.477*2%*80%=1.576kg。由此可列出熔化期物料平衡表3-11。表3-11熔化期物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%废钢90.0079.9金属98.7488.38生铁10.0012.63炉渣4.1263.70焦炭1.8861.69炉气7.2836.52电极0.240.21铁的挥发1.5751.40矿石1.001.12（其余烟尘）（列入总物料平衡表中）石灰2.002.24炉顶0.0750.06炉衬0.180.16氧气1.63321.45空气5.6304.44合计112.623100.00合计111.724100.0注：计算误差=(112.623-111.724)/111.623*100%=0.805%第二步：氧化期计算引起氧化期物料波动的因素有：扒除熔化渣，造新渣；金属中元素的进一步氧化；炉顶、炉衬的蚀损和电极的烧损。(1)确定谓量：1)留渣量。为了有利于去磷，要进行换渣，即通常除去70%左右的熔化渣，而进入氧化期只留下30%的渣。其组成见表3-12.2)金属中元素的氧化物。根据表3-13给出的值可以计算产物量，详见表8-35.3)炉顶、炉衬的蚀损和电极烧损量。根据表8-28的假定计算，其结果一并列入表3-12.表3-12氧化期渣量的确定名称消耗量/kg成渣组分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计留渣30%*4.1260.5580.2350.0600.0590.1430.1130.0590.0100.0011.237=1.237kg金属中元素的氧化或烧损SiMnPFeS0.0450.0340.0150.1940.022--0.0380.0960.0430.2040.0510.0340.0491.2370.0960.0430.0340.2550.011炉顶蚀损量炉衬蚀损量电极烧损量0.0530.1350.082.2971.0000.5000.0020.0052.0170.010.0030.0020.0050.0010.0570.0540.3040.1340.0700.0030.0030.0480.0010.0280.0100.1840.0010.0040.0020.0520.1310.0012.1420.0780.500石灰带入矿石带入火砖块带入0.620.006合M2.6580.7600.2810.3290.1930.3170.1170.0440.0544.695%56.616.015.467.04.16.752.490.931.15100.0①石灰中CaO被自身S还原，消耗0.003kgCaO4)造新渣时加入石灰和火砖块带人的渣量。见表3-12.渣量计算的几点说明：关于石灰消耗量：由表3-11可知，除石灰带入的以外，渣中已含W(SiO2)=0.241+0.096+0.002+0.005+0.001+0.054+0.304=0.703kg已知CaO=0.658-0.038+0.001+0.006+0.010+0.003=0.64kg取碱度3.5,故石灰加入量为：[REW(SiO2)-!W(CaO)]/[w(CaO石灰)-Rw(SiO2石灰)]=2.139/(88.00%-3.5*2.50%)=2.700kg]关于磷的氧化量，根据表3-7,可以近似求得[(0.035-0.016)/98.74-0.015%]*98.74=0.0418kg。关于铁的烧损量：一般可以设定，当氧化末期金属中含C约0.90%时，渣中Ew(Fe)约达7%,且其中75%为(Fe)和(Fe2O3)分另为0.317kg和0.117kg<(2)确定金属量：根据熔化期的金属量以及表8-35中的元素烧损量和矿石还原出来的铁量，即可得氧化期末期的金属量为98.74-(0.045+0.034+0.148+0.194+0.044+0.054+0.665=98.642kg表3-13净耗氧量的计算名称儿系烧损量反应产物耗氧量供氧量备注金属元素的氧化C0.320C-CO0.29870%[C]生成COCfCO20.25530%[C]生成CO2Si0.045Si-SiO20.051Mn0.034MnfMnO0.009P0.0148P-P2O50.027Fe0.1943Fe-FeO0.046见表3-12FefFe2O30.015见表3-12电极中碳的氧化C0.100*99%=0.079C-CO0.07370%[C]生成COCfCO20.06330%[C]生成CO2合计0.837矿石供氧Fe2O30.62F2O3=2Fe+3/2O20.253还原出FeO0.628kg石灰中S还原CaOS0.002CaO+S=CaS+O0.001金属中S还原CaO供氧S0.010CaO+S=CaS+O0.005合计0.2587净耗氧量10.5783

4）确定炉气量：计算方法如同熔化期。先求净耗氧量，再求氧气与空气消耗量，最后将各种物料或化学反应带人的气态产物归类，而得其结果。具体算法可参照表3-12.熔化期和氧化期的综合物料平衡列于表3-163-17氧气和空气的时间消耗量氧气空气带入O2带入N2带入O2带入N20.470.00020.1620.5421&0.47+0.002=0.472&0.162+0.542=0.704"N注：氧气供氧50%,即0.837*50%=0.450kg;空气供氧为0.47-0.258=0.162kg表3-15炉气量项目气态氧化物备注COCO2N2H2OH2合计金属中C的氧化电极带入矿石带入石灰带入氧气带入空气带入游离O2反应CO+1/2=CO2H2O反应H2O+CO=H2+CO20.5220.129-0.082-0.0180.3520.0860.130.1290.0290.0020.5420.0030.008-0.0110.0070.8740.2150.0030.130.00020.5500.0470合计0.5510.7260.54200.0021.8192质里分数/%30.2839.929.80.10100.00表3-16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90.00075.92金属98.64284.35生铁10.0008.43炉渣7.6226.5210.8860.59炉气9.10227.78电极0.320.27铁的挥发1.57561.34矿石2.001.68（其余烟尘）（列入总物料平衡表中）石灰4.294.13火块砖0.5000.42炉顶0.1280.11炉衬0.3150.27氧气2.13821.80空气6.3445.35合计118.5312100.00合计116.9418100.00注：计算误差=(117.453-116.77吩/117.453*100%=0.57%氧化期末金属成分如下：W(C)=(1.700-0.510-0.320)/98.642*100%=0.881%W(Si)=0W(Mn)=(0.498-0.324-0.034)/98.642*100%=0.141%W(P)=(0.035-0.016-0.0148)/98.642*100%=0.004%W(S)=(0.030-0.010)/98.642*100%=0.021%第三步：还原期计算。还原期采用白渣操作。引起该期物料变化的因素有：扒除氧化渣，再造稀薄渣；扩散脱氧和沉淀脱氧。(1)确定谓量：1。残渣量。工艺上要求尽量扒净氧化渣，但实际操作条件下难以完全除去。现定残渣量为5%,即4.695*5%=0.235kg2)造渣加入的渣料。m(石灰)：m(萤石)：m(火砖块)=1.960kg:0.653kg:0.372kg3)加入脱氧剂。采用沉淀脱氧和扩散脱氧相结合的方式，即先按0.6kg/t插铝终脱氧。具入渣组成列于表3-17.4)加入合金剂。还原期需往炉内加入FeMn,FeCr和FeSi进行合金化。加入量计算如下。计算结果列入表3-17.FeMn力口入量QMr增加量w[Mn]=0.350%-0.161%=0.189%确定：QMr=98*0.189%/(0.678*0.96)=0.285kgFeCr加入量QCr。FeCr亦在还原初期随FeMn之后加入。根据表8-25和表8-27以及增加的w[Cr]=1.53%确定：QCr=98*0.153/(0.673*0.96)=2.320kgFeSi加入量QSi0FeSi亦在还原后期加入。根据表8-25和表8-27以及增加的w[Si]=0.25%确定：QSi=(98*0.25%-0.490*73%*50%)/(0.73*0.96)=0.095kg

(2)确定炉气量：先计算经耗氧量和空气消耗量，再将其他方面带入的气态

产物归类合并，即得到其结果3-20表3-17还原期渣量的确定名称成渣组分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3Cr2O3CaF2P2O5CaS合计残渣量0.235kg炉顶蚀损0.15*15%=0.023kg炉衬蚀损0.45*30%=0.135kg0.1320.010.0060.0370.0010.0050..0110.1200.0160.0210.0010.0100.0160.0060.0020.0030.0030.2340.0220.134造渣剂石灰1.960kg萤后0.653kg火砖块0.327kg1.7240.0020.0490.0360.1990.0310.0020.0020.020.0180.1200.5820.0030.0030.0011.8310.6360.327脱氧剂Al块(预脱氧)98*0.06%=0.059kgC粉98*0.25%=0.245kgFeSi粉98*0.50%=0.049kgAl块(终脱氧)98*0.05%=0.049kg0.0010.0150.1100.0080.0230.0910.0060.1100.0300.4060.091脱硫[CaO]+[FeS]=(CaS)+(FeO)-0.110.0140.0140.017小计1.8650.7190.1660.4320.0100.0300.0180.5820.0060.0073.838其他反应FeO+C=Fe+COFe2O3+3C=2Fe+3CO2FeO+Si=2Fe+SiO22Fe2O3+3Si=4Fe+3SiO22P2O5+5Si=4P+5SiO22CaF+SiO2=2CaO+SiF40.2090.0050.0060.007-0.112-0.008-0.011-0.008-0.008-0.006-0.0040.001-0.194

合金剂FeMn0.285kgFeCr2.320kgFeSi0.095kg0.0070.0020.0910.0110.0910.009合计2.0740.6320.1660.4340.0210.01100.0910.29100.0073.728质里分数/%55.6316.454.4511.640.560.2902.447.8100.19100.003-18净耗氧量计算名称儿系烧损量反应产物耗氧量供氧量电极中C的氧化C粉中C的氧化CC0.0790.180C-COC-CO0.1120.240FeSi粉中Si,Al的氧化SiAl0.1790.012Si-SiO2AlfAl2O30.2050.011Al块的氧化FeMn中Mn的烧损FeCr的烧损AlMnCr0.0870.0080.062AlfAl2O3MnfMnOCrfCr2O30.0770.0020.029FeSi中Si,Al的烧损SiAl0.0030.001Si-SiO2AlfAl2O30.0030.001合计0.680石灰中S还原CaO金属中S还原CaOSS0.0020.008CaO+S=CaS+OCaO+S=CaS+O0.0010.004合计净耗氧量0.675①C粉中约10%勺C转入金属中，即0.245X81.5%X10%=0.020kg;0.180kg包括还原渣中＜FeO别（FeO）所消耗的C量0.004kg（表3-17）和被空气中Oj燃烧的C量0.174kg0表3-19空气消耗量及其带入的水分空气供O2量/kg随O2带入的N2量/kg0.675(或0.487m3)0.65*(77/23)=2.327空气消耗量=0.675+2.259=2.934kg空气带入的水分=[2.281*(237+20)/273*0.1/(0.1-0.0023)]*0.012=0.030kg1

表3-20炉气量项目气态产物/kg备注COCO2N2H2OH2SiF4挥发分合计C粉带入电极带入石灰带入萤石带入空气带入H2O+CO=H2+CO22CaF+SiO2=2CaO+SiF40.4060.017-0.0650.1280.1022.2590.0010.0020.0110.030-0.0420.005C预0.174C损0.079H2O全部消耗掉合计0.3580.232.25900.0050.3880.0103.25质量分数11.07.0769.500.1511.940.31100.0（3）确定钢水量：还原期结束时的刚水量及其成分如表3-21所示。该物料平衡见表3-22.将表3-17和3-22归类合并，即得总物料平衡表3-23.表3-21钢水量及其成分项目钢水成份（％）CSiMnCrPSAlFe合计还原初期金属带入0.8690.1560.0040.02297.60998.642C粉带入0.0200.020FeSi粉带入0.1790.0020.1170.298FeMn带入0.0200.0010.5010.0010.305FeCr带入0.1010.0091.4990.0010.0010.6471.552FeSi带入0.0660.0010.0010.0230.112Al带入0.0190.0010.020渣中（FeO）和（Fe2O3）被C、Si还原带入铁（表3-17）0.0270.027

渣中（P2O5）被Si还原带入P0.0030.003金属脱硫(CaO)+[FeS]=(CaS)+(FeO)-0.008-0.014-0.022总计1.010.2550.3461.4990.0090.0150.02098.488101.641%0.9940.2510.3401.4740.0090.0150.02296.89100.00表3-22还原期物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%金属液98.64290.86钢液101.64193.58炉渣0.2350.22炉渣3.7283.43石灰1.9601.81炉气3.252.99萤后0.6530.60（其余烟尘）（列入总物料平衡表中）火砖块0.3270.30Al块0.1080.10C粉0.2450.23FeSi0.5850.54FeMn0.3150.29FeCr2.3202.14电极0.080.07炉顶0.0230.02炉衬0.1350.12空气2.9342.70合计108.562100.00合计108.619100.00注：计算误差=(108.562-108.61吩/107.931*100%=-0.03%表3-23总物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%废钢90.0070.90钢液生铁25.007.78炉渣11.0778.69石灰6.2574.92

萤后0.6530.51炉气12.3529.69火砖块0.8270.65铁的挥发「1.57560.23矿石2.0001.57其他烟尘0.7960.62焦炭2.1311.68炉顶0.1510.12炉衬0.4500.35氧气2.1051.66客气9.2787.30电极0.4000.32Al0.1080.09FeMn0.3150.09FeCr2.3200.24FeSi0.5850.46合计126.927100.00合计127.44100.00注：计算误差二(126.927-127.44)/126.927=-0.404%3.2热平衡计算以100Kg金属料(废钢+生铁)为基础计算热收入Qs(1)物料的物理热。计算结果列于表8-47.(2)元素氧化热及成渣值及成渣热。计算结果列于8-48.(3)消耗的电能。根据消耗的热量确定，为183248.76KJ。详见下面的计算表3-24物料带入的物理热名称热容c-1/kJ(kg.£温度/K消耗量/kg物理热/kJ废钢0.69929890.001572.75生铁0.74529810.00186.25石灰0.7282986.2571138.78萤后0.8962980.65314.627火块砖0.8582980.82717.739

矿石1.0472982.00052.350焦炭0.8582982.13145.711炉顶局Al砖0.8798730.15179.637炉衬Mg砖0.9968730.450268.92氧气1.3182980.10569.360空气0.9632989.278223.367电极1.5077230.400271.260Al0.8962980.1082.419FeMn0.6782980.3155.340FeCr0.5655732.320393.240FeSi0.7452980.58510.896合计3327.744计算热支出Qz(1)钢水物理热Q。该钢熔点为1536-(0.99X65+0.25X8+0.34X5+1.47X15+0.09X30+0.015X25+0.02X3)-6=1435C；出钢温度控制在中下限，本计算中取1580Co则：Q=101.641X[0.699X(1435-25)+0.837X(1580-1435)]=141011.16kJ(2)炉渣物理热Q。计算结果见表3-25。(3)吸热反应消耗的物理热Qso表3-25元素氧化热及成渣热名称氧化量化学反应△H/kJ.kg-1放热量/KJ电极中C0.250.095C+1/2O2=COC+O2=CO2-11639-3483429093309焦炭中C0.442C+1/2O2=CO-116395144

0.115C+O2=CO2-34834[4005金属中Si0.3042FeO+Si=2Fe+SiO2-113293442FeSi中Si0.0032FeO+Si=2Fe+SiO2-11329340.0062Fe2O3+3Si=4Fe+3SiO2-9750590.164Si+O2=SiO2-2920247890.0062P2O5+5Si=4P+5SiO2-918555金属中Mn0.358Mn+FeO=MnO+Fe-2176779FeMn中Mn0.008Mn+FeO=MnO+Fe-217617Al块0.0292Al+3FeO=Al2O3+3Fe-14572423FeSi中AlFeCr中Cr0.0122Al+3FeO=Al2O3+3Fe-145721750.0622Cr+3FeO=Cr2O3+3Fe-29821850.0382P+5FeO=P2O5+5Fe-2419910金属PFe4.070Fe+1/2O2=FeO-4250172981.6742Fe+3/2O2=Fe2O3-646010814SiO2成渣4.0702CaO+SiO2=2CaOSiO2-16203188P2O5成渣1.6744CaO+P2O5=4CaOP2O5-4880326合计57044表3-26炉渣物理热名称熔化期炉渣氧化期炉渣还原期炉渣合计(KJ)温度（c）150016501620热容(KJ/Kg)1.1721.2161.210物理热（KJ）2.889巾.172X(1500-25)+209]=5598.024.460巾.216X(1650-25)+209]=9745.13.728[1.210(162025)+209]=797423317.12表3-27吸热量名称氧化量/kg化学反应H/kJkg吸热量/kJ金属脱碳渣中（FeQ和1.7-98.642义0.881%=0.821C=0.002[C]+(FeO)={CO}+[Fe](FeO)+C={CO}+[Fe]624462445126.3212.49(FeQ)被C粉中的C还原石灰烧碱C=0.0020.411(Fe2O)+3C=3{CO}+2[Fe]CaCO=CaO+GO8520417725.561716.75水分挥发(由25C升至1200C)石灰带入矿石带入萤后带入焦炭带入空气带入小计0.0050.0060.0110.0120.0969.125IHO^{H2O}1200c1227/HO153.38金属增C1.266CfC]1779/C2252.21合计9639.52(4)炉气物理热Qxo令炉气温度为1200C,热容为1.137(KJ/KgK),由炉气量可得：Qx=12.352[1.137><1200-25)]=16501.97KJ(5)烟尘物理热Qy。将铁的挥发物计入烟尘中，烟尘热容为0.996(KJ/KgK)则得，Qy=(1.5756+0.796)[0.996X1200-25)]=2775.49KJ(6)冷却水吸热Qlo设炉子公称容量为100t,冷却水消耗为60t/h,冷却水进出水温差为20C,冶炼时间为0.75h,则得，Ql=(54X000>0.754.18520)/900=20088.00/100Kg(KJ/100Kg)(7)其它热损失Qq。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8%。(8)变压器及短网系统的热损蚀一般，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=14102.4+23317.2+9329.52+16501.97+2775.49+20088.00+QX(8%+6%)整理得：0.86Qs=213126.26;Qs=247821.23KJ故应供电为247821.23-3327.74-57.44.00=187449.49KJ其中Qq=0.08Qs=19825.78KJ;Qb=14869.27KJ热平衡总表列于表3-28。表3-28热平衡表收入支出项目热量%项目热量%物料物理热3327.741.34钢水物理热141044.1656.93氧化热和成渣热57044.0023.02炉渣物理热23317.129.94其中C氧化15367.006.20吸热反应消耗热9329.523.77Si氧化8381.003.38炉气物理热16501.976.67796.000.36烟尘物理热2775.491.12Mn氧化91.000.048.11P氧化598.000.24冷却水吸热19825.708.00Al氧化185.000.08其他热损失14869.276.00Cr氧化28112.0012.02变压器系统热损Fe氧化3188.001.29失SiO2成渣P2O5成渣326.000.27电能187449.4975.64合计247751.23100.00合计247751.23100.00①单位电耗计算：因1kJ=2.773Xl0-4kWh,故单位电耗为(187499.49X2.773X10-4)X1000/100.174=446.091kWh/t(钢水)。第四章金属平衡炉料按75%g钢、22.25%生铁、2.25%铁合金年产合格钢水100万吨进行金属平衡。钢坯收得率=合格钢坯量/金属材料入炉料*100%=96%则金属材料入炉量=1000000/96%=1041667t铁合金总量=1041667*2.25%=26041.675t生铁量=1041667*22.5%=234375.075废车冈量=1041667*75%=781250.25金属平衡图如下:0.6%1.3%97.7%0.4%0.4%98.9%0.7%清理损失6367t第五章电炉炼钢车间工艺布置、主要流程及工艺技术特点工艺平面布置及主要流程工艺平面布置本电弧炉炼钢车间的设计厂房型式采用单层，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）一超高功率电弧炉一LF-VD钢包精炼炉一连铸机一出坯精整原料垮的尺寸确定和布置方案原料垮的主要任务是：接受和卸下运进车间的各种物料，保持一定的储存量，在进料间断的情况下，能保证车间的连续生产和人炉前的准备6备料下序应包括：炉料的加工处理，称量和装人各种料的储存容器，如料坑、料仓、料斗、料槽等，以及准备好各种由原料跨间向炉子输料的工具，如提升机、皮带机系统的给料和受料装置。还包括材料的破碎、精选及干燥、预热等操作。重型废钢应合理搭配入炉，炉料中个别大块废钢的断面尺寸、长度和质量任何一项都有具体规定，对150t电炉：废钢最大断面0600mmX600mm,废钢最大长度01200mm,废钢质量02000kg。轻薄废钢需打包成型，入炉废钢的体积密度应》2.0t/m3。废钢处理间应有1个月左右的废钢储存量。配料跨的面积应满足5〜7天的废钢用量，其区域配置和料坑布置应满足对废钢按种类（合金钢，高、中、低碳合金钢，钢渣）和规格（重、中、轻废钢，轻薄料，钢屑严格分类堆存的要求）。废钢配料间应设有废钢称量设施，尽量采用计算机管理废钢和配料。电炉使用的造渣料石灰、萤石的粒度应为10〜60mm。石灰应就近由石灰焙烧车间供给，焙烧后的石灰在料仓中的贮存时间应＜24h,当石灰采用容器送往主厂房原料跨时，容器应为密闭式，有条件的地方尽可能采用活性石灰。电炉采用吹氧助熔相吹氧氧化工艺时，一般不再使用铁矿石作氧化剂，当因氧气供应不足或因操作习惯需使用铁矿石时，铁矿石应不含机械水和泥砂，粒度应为30〜80mm。铁矿石由散状料间或贮场供给。铁合金由专用铁合金库供给，各种铁合金的化学成分应符合部颁标淮规定，应严格分类保管贮存，严防混料和沾水，运输过程中应考虑防雨防湿。场外来料可用汽车或火车运入贮料堆场（设有顶盖），经加工处理后转运至配料跨问。场内返回废钢可直接送入原料跨配料间。在原料跨各种原树料应分区分类存放保管，为及时准确配好炉料创造条件。原料跨内应设置磁散吊与抓斗吊专用行车以及专用称量设备。运载科斗的电动平车，用电子秤或轨道衡的称量方式，吊车米用电子秤直接称量显示。电弧炉车间一般来说生产力小于转炉车间，原材料供应较少，且多以固体冷料（废钢与生铁）为主要原料的车间，故运输量比转炉车间小，但是电弧炉车间的特点是返回钢的品种多，批量小，需要的合金量种类多，遭渣料的质量要求严格，因此，电弧炉车间的供料工作又比转炉车间复杂。特别是在冶炼要求很高的钢种与高合金钢种车间，设计中必须考虑到原料的保质保量供应，在设备配置上要给予注意。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：q=QT/nQ=A单耗指标；q一某种原材料的储存量，t;Q—该种材料的全年消耗量，t;n一年作业天数；T一计划储存天数；A一车间年产钢量，t/a0s一材料堆占用面积，m2h一材料堆存允许高度，m；a—材料堆积密度，t/m3。表5—1原材料单耗指标kg/t钢铁料Kg/t铁合金Kg/t石灰Kg/t电极Kg/t炉衬耐火材料Kg/t钢包耐材Kg/t氧气Nmt1050206035820表5-2计划储存天数外购废钢返回废铁合金石灰萤后镁砂

（大）钢（大）（大）（大）（大）（大）5155155表5—3各种材料堆积密度与允许堆高在舁厅P材料名称堆积密度t/m3堆存局度，m备注半机械化仓库机械化仓库1生铁3〜3.51.532轻型废钢1.0〜1.73中性废钢1.8〜2.54重型废钢3.2〜3.55返回钢2〜〜2锻压返回钢与6铁合金3〜41.51.5〜2车间返回钢堆7铁屑2.5〜31.52〜3积密度不同8焦炭0.45〜0.522.5〜49石灰0.810矿石2.72311白云石1.5〜1.623121.5〜1.823〜5表5—4密度容器修正系数材料外来废钢渣料燃料修正系数经过计算后，各种原料料坑的尺寸列入下表表5—5各种原料的占地面积尺寸（m2名称废钢铁合金散状料炼钢生铁