毕业论文范文——100吨交流电弧炉炼钢车间设计

论 文 题 名 一 般 不 宜 超 过 25 个 汉 字 。 题 名 应 避 免 使 用 不 常 见 的 缩 略 词 、 首 字 母 缩 写 ， 避 免 使 用 英 文 字 符 、 代 号 、 公 式 和 上 下 标 等 ， 对 于 题 名 和 副 题 名 的 具 体 要 求 请 看 文 中 说 明 。 论 文 题 名 在 整 本 论 文 中 不 同 地 方 或 填 写 学 位 申 请 有 关 表 格 中 出 现 时 ， 应 完 全 相 同 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 请 尽 量 调 整 字 号 大 小 ， 使 1 行 能 够 显 示 题 名 和 副 题 名 ， 目 录 更 新 方 法 ， 将 光 标 置 于 此 页 的 “ 摘 要 ” 前 ， 点 击 菜 单 “ 插 入 ” “ 引 用 ” “ 索 引 和 目 录 ” ， 出 现 选 项 后 选 择 “ 目 录 ” 项 ， 点 击 “ 确 定 ” 。 注 意 更 新 之 前 需 要 将 页 码 改 为 “ 1” 形 式 ， 目 录 更 新 完 毕 后 再 将 页 码 改 为 “ - 1-” 形 式 。 这 样 目 录 中 就 不 会 出 现 “ - 1-” 这 样 的 形 式 了 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 关 键 词 是 为 了 文 献 标 引 工 作 从 论 文 中 选 取 出 来 用 以 表 示 全 文 主 题 内 容 信 息 款 目 的 单 词 或 术 语 。 如 有 可 能 ， 应 尽 量 用 汉 语 主 题 词 表 等 词 表 提 供 的 规 范 词 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 毕业设计说明书毕业设计说明书 设计题目：100吨交流电弧炉炼钢车间设计 学 号：_ 姓 名：_ 专 业 班 级：_ 092*2245 年 月 号 论 文 题 名 一 般 不 宜 超 过 25 个 汉 字 。 题 名 应 避 免 使 用 不 常 见 的 缩 略 词 、 首 字 母 缩 写 ， 避 免 使 用 英 文 字 符 、 代 号 、 公 式 和 上 下 标 等 ， 对 于 题 名 和 副 题 名 的 具 体 要 求 请 看 文 中 说 明 。 论 文 题 名 在 整 本 论 文 中 不 同 地 方 或 填 写 学 位 申 请 有 关 表 格 中 出 现 时 ， 应 完 全 相 同 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 请 尽 量 调 整 字 号 大 小 ， 使 1 行 能 够 显 示 题 名 和 副 题 名 ， 目 录 更 新 方 法 ， 将 光 标 置 于 此 页 的 “ 摘 要 ” 前 ， 点 击 菜 单 “ 插 入 ” “ 引 用 ” “ 索 引 和 目 录 ” ， 出 现 选 项 后 选 择 “ 目 录 ” 项 ， 点 击 “ 确 定 ” 。 注 意 更 新 之 前 需 要 将 页 码 改 为 “ 1” 形 式 ， 目 录 更 新 完 毕 后 再 将 页 码 改 为 “ - 1-” 形 式 。 这 样 目 录 中 就 不 会 出 现 “ - 1-” 这 样 的 形 式 了 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 关 键 词 是 为 了 文 献 标 引 工 作 从 论 文 中 选 取 出 来 用 以 表 示 全 文 主 题 内 容 信 息 款 目 的 单 词 或 术 语 。 如 有 可 能 ， 应 尽 量 用 汉 语 主 题 词 表 等 词 表 提 供 的 规 范 词 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 毕业设计说明书毕业设计说明书- 1 - 文献综述2 1.3 现代电弧炉炼钢技术7 1.4 电弧炉炼钢的发展趋势7 1.5 电弧炉装备技术未来的创新发展.8 1.5.2 我国正进人电炉炼钢高速发展时期.8 3.4.1、炉料入炉.15 第四章 建设所选电弧炉炼钢工程的必要性和可行性分析15 电弧炉车间设计.19 1.1 电炉车间计算.19 111 电炉容量和座数的确定.19 1.1.2 电炉车间生产技术指标.19 参考文献 致谢 论 文 题 名 一 般 不 宜 超 过 25 个 汉 字 。 题 名 应 避 免 使 用 不 常 见 的 缩 略 词 、 首 字 母 缩 写 ， 避 免 使 用 英 文 字 符 、 代 号 、 公 式 和 上 下 标 等 ， 对 于 题 名 和 副 题 名 的 具 体 要 求 请 看 文 中 说 明 。 论 文 题 名 在 整 本 论 文 中 不 同 地 方 或 填 写 学 位 申 请 有 关 表 格 中 出 现 时 ， 应 完 全 相 同 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 请 尽 量 调 整 字 号 大 小 ， 使 1 行 能 够 显 示 题 名 和 副 题 名 ， 目 录 更 新 方 法 ， 将 光 标 置 于 此 页 的 “ 摘 要 ” 前 ， 点 击 菜 单 “ 插 入 ” “ 引 用 ” “ 索 引 和 目 录 ” ， 出 现 选 项 后 选 择 “ 目 录 ” 项 ， 点 击 “ 确 定 ” 。 注 意 更 新 之 前 需 要 将 页 码 改 为 “ 1” 形 式 ， 目 录 更 新 完 毕 后 再 将 页 码 改 为 “ - 1-” 形 式 。 这 样 目 录 中 就 不 会 出 现 “ - 1-” 这 样 的 形 式 了 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 关 键 词 是 为 了 文 献 标 引 工 作 从 论 文 中 选 取 出 来 用 以 表 示 全 文 主 题 内 容 信 息 款 目 的 单 词 或 术 语 。 如 有 可 能 ， 应 尽 量 用 汉 语 主 题 词 表 等 词 表 提 供 的 规 范 词 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 摘要摘要 错过了工业革命，我国的钢铁实业一直落后。每一个学子都应该了解钢铁的形成， 发展，前景，以及趋势。上个世纪，电弧炉炼钢是如何进入钢铁行业，是谁造就了其 建立的伟大之举。相信经融危机的影响早已波及到钢铁行业，如何才能高效，合理， 环保，绿色的进行生产，这是我们应该关心的话题。电弧炉炼钢技术已有100 年的历 史，第二次世界大战后电炉炼钢才有较大发展，在最近的20年，电弧炉炼钢技术发 展尤为迅速，电弧炉的应用带来了炼钢技术的革命。尽管全球粗钢年产总量的增长速 度很缓慢，但以废钢为主要原料的电弧炉炼钢的产量所占的比重却在逐年上升。2001 年，电弧炉炼钢占世界钢产量的 40，成为最重要的炼钢方法之一。与高炉铁水炼钢 相比，其竞争优势在于投资费用和运行成本。自60年代中期提出电弧炉超高功率概 念以来，电弧炉建造趋于大型化、高功率化，出现现了多种新型式的电弧炉。在发展 大型电弧炉的过所以，就必须了解交流电弧炉的特点，工作原理，车间布置，未来的 必要性，发展大容量电炉和提高电炉自动化水平，采用大功率静止式动态补 偿技术，用水冷构件代替耐火材料，炉盖第四孔直接排烟与电炉周围密封罩相连接的 烟尘净化系统，炉盖第五孔机械化自动化加料系统，电炉使用还原铁比例逐渐扩大， 炉外废钢预热，炉内燃料助燃，强化熔池用氧，开发底气搅拌系统和泡沫渣覆盖下的 冶炼工艺，从冷却水和废气中回收热能，采用全连铸，发展纤维石墨电极和采用优质 高效碱性镁碳炉衬等。 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 文献综述文献综述 第一章国内外电弧炉炼钢技术的发展概况第一章国内外电弧炉炼钢技术的发展概况: 1.1 电弧炉发展史电弧炉发展史： 电炉是在电发明之后的 1899 年，由法国的海劳尔特（Heroult）在La Praz 发明的。 它被建在阿尔卑斯山（Alps）的峡谷中，原因是在距它不远处有一个火力发电 厂。 电炉的出现，开发了煤的替代能源，使得废钢开始了经济回收，这最 好使得钢铁成为世界上最易于回收的材料，也为可持续发展做出巨大贡献。1995 年以前，电炉钢比例保持在 20%左右，但多数炉型较小，且以模铸为主。1996 年 以后，在有关部门的引导和支持下，一大批现代化的电炉投产、达产，电炉发展 进入新的历史时期，但电炉钢比例一直在 16%左右徘徊。2004 年以后，电炉钢比 例出现新低。电炉炼钢原料以废钢和生铁为主，能量供给以电能为主。我国电力 紧缺，短时期内仍难满足国内电炉钢生产用电需求，缺电和限电导致电炉间歇式 生产，生产成本更趋升高。 目前转炉与电炉冶炼钢种几乎相同，钢质量差距不大。然而在电弧作用下，电 弧区钢液易于吸氮，影响钢水质量，不利于生产氮含量较低的钢种。此外，电炉 加热钢水会使熔池少量增碳，也不利于生产碳含量要求低的钢种。同时，废钢中 残余元素（Cr、Ni、Cu 等）的循环富集，也影响电炉生产高纯净度的钢种。废钢 电炉钢水与高炉转炉钢水两种工艺相比，短流程总能耗仅为长流程的 50%。 据预测，我国将在 20082009 年结束工业化中期阶段，钢铁生产和消费将出现 拐点，之后钢铁增长速度必将迅速明显减缓。当 2020 年左右实现工业化后钢铁消 费将达到峰值，此后废钢资源将越来越多，而以废钢为主的电炉钢资源的成本优 势也将日益凸显。1978 1998 年20年间转炉钢与 电炉钢产量的变化如下： 德 国转炉钢增 2%，电炉钢增102%； 法 国转炉钢减 32%，电炉钢增 138%； 西班牙转炉钢减 27%，电炉钢增119%； 意大利转炉钢不变， 电炉钢增 24% 1.2.1 交流电弧炉 现在国外最大容量的交流电弧炉，美国为 350t，日本为250t，英国和苏联各为 200t，西德为175t。直流电弧炉方面，以日本的130t单电极和法国 82, 5t 三电极的为 最大。在我们国内，迄今为止还没有一台自制的交流超高功率电弧炉，合作生产的百 吨级的电弧炉正在进行。江苏省张家港市中外合资的永新钢铁公司自英国引进的二手 货 70t超高功率交流电弧炉才于1991 年6 月初以高功率试运行。直流电弧炉方面，自 从太原重型机器厂双电极的投产后，西安电磁机械厂在设备上作了改进，增设了磁镜 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 线圈，已制成 W TD 系列、容量为 40t以下的双电极直流电弧炉产品，株洲电炉厂也 有类似产品，至于有底电极的直流电弧炉，迄未投入工业性生产。由此可以说在国外 交流超高功率电弧炉已趋成熟，并向直流电弧炉方向发展。而在国内，交流超高功率 电弧炉还刚起步，直流电弧炉也处在初创阶段，相比之下，差距甚大。 电弧炉发展史1993200 4 年我国电炉钢产量及电炉钢比例的变 化 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 12.2 近年来电弧炉钢产量近年来电弧炉钢产量 1.2.3 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 综上可见，电弧炉炼钢自问世以来，呈不断增长的发展势头，迄今为止占世界总 钢产量达 31%以上，且保持着继续上升的态势。我国电弧炉钢产量近几年也在不断攀 升，2007 年，我国电弧炉炼钢产量达到 5843 万吨，己超过电弧炉钢生产大国一美国， 比德国、韩国全年钡产量还要多，但我国相对焦煤资源较多、人力成本较低、废钢资 源积累有限，电力资源价格仍较高，所以电弧炉钢产量增幅远低于转炉钢产量的增长 速度，比例呈下降趋势。3 国内外电弧炉炼钢技术及装备技术的发展特点 全球电弧炉钢产量呈不断上升的趋势很大一部分也是得益于电弧炉炼钢技术和装 备技术的不断创新和进步。 1.3 现代电弧炉炼钢技术现代电弧炉炼钢技术 1.3.1 近年来，电弧炉短流程钢厂的生产技术有了众多新发展，主要表现在以下几 个方面。 (1)形成了电弧炉冶炼连铸“三位一体”或电路冶炼连铸一连轧“四位一体” 的现代化电弧炉流程。(2)电弧炉功能逐渐变为初炼炉技术的不断进步，改变和结束了 原电弧炉的熔时长(3 个多小时)、老三期操作(熔化期、氧化期、还原期)以及产量低、 渣量大、炉容小、成本高的状况。 (3)生产品种的增加，从起初的长材、扁平材到如今的高附加值产品进入21 世纪以 来，电弧炉短流程钢厂开始生产高附加值产品。如美国新建 Severcorr 钢厂以生产汽车 板为主;俄罗斯联合冶金公司Vyksa 厂主要生产用于北极及其他高寒地区的管线钢。我 国天津无缝钢管公司、衡阳钢管公司、舞阳钢铁公司在无缝钢管和高质量特厚钢板生 产方面也表现突出。 (4)短流程钢厂规模不断扩大化俄罗斯马格尼托哥尔斯克钢铁公司和土耳其Atlas 合 资建设的 Atlas 公司，配置一台300t 超高功率交流电弧炉，年钢产量 240 万t。土耳其 Colakoglu 钢厂已建成一台装有特大功率变压器(240MVA+200)，出钢量约320t 的电 弧炉，年产钢能力 200 万 t/a(现已达到月产21 万t钢)。 (5)原料多样化 1.3.2 电弧炉原料供给的新发展表现在以下几方面: 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 1)采用CORER/DR 装置供给CORER 铁水及直接还原铁作为电弧炉原料例如，南 非萨尔达尼亚厂设置 C-2000COREX 及Midrex 炉，和印度埃萨公司Hazira 厂在原有的 Midrex 装置基础上新建两台 CORER-2000装置，用以生产热轧带钢。 2)近年来，SMS 公司和Midrex 技术公司联合推出从铁矿石到热轧带的电弧炉短流 程钢厂 据介绍，该工艺流程较传统高炉转炉流程，有更高的能源利用效率，且C02 排放量能减少一半。阿曼 Shadeed 钢铁公司近日向Midrex 技术公司订购直接还原炼铁 装置，可提供 700热直接还原铁。 3)在缺乏天然气资源的地区，最近已开发出用煤制气，作为直接还原炼铁装置的 还原气体，建设联合小钢厂。 印度Jindal 公司建设一座年产 DRI200 万 t 的Danarex 装置，用煤制气为还原剂，反应器直径7m,用60%一 100%球团矿和040%块矿为原料， 产品金属化率 93%以上。 1.4 电弧炉炼钢的发展趋势电弧炉炼钢的发展趋势 电弧炉炼钢工艺技术的发展可以从电弧炉炼钢技术和电弧炉装备技术两大方面进 行推进 电弧炉炼钢技术的创新发展将来电弧炉炼钢技术的创新发展主要体现在以下四个 方面: 1)继续加强电弧炉的高效化生产操作 为缩短冶炼周期，形成系统综合控制，采用先进技术保证钢质量最优、综合消 耗最低的前提下，最大限度的缩短冶炼周期，包括:电弧炉以氮代氢全程底吹技术、低 氮电弧炉钢生产技术、终点控制技术、优化供电技术、炉料结构优化和不延长冶炼周 期的 DRI, HBI 加入工艺技术等。 2)优化生产工艺，降低生产成本 在钢铁生产中，成本是决定性因素，必须降低成本以促进电弧炉钢的发展。优化 生产工艺，加强精细管理与操作，从优化炉料结构、降低钢铁料消耗、添加合金精矿 和还原剂实现直接合金化、废钢渣的回收利用等方面入手，以追求工序成本和保障系 统成本最低。 3)优化电弧炉炼钢流程 要实现电弧炉的高效化生产，缩短冶炼周期是核心，而前提则是流程优化。例 如我国安钢采用了高炉铁水一铁水罐扒渣一100t 电弧炉脱磷一无渣出钢一转炉少渣吹 炼一 LF 炉精炼一连铸接高线、型棒和2800mm 中厚板轧机的流程，把车间现有超高 功率电弧炉变成了铁水预处理炉。 4)优化品种结构，生产高附加值产品 对于电弧炉冶炼钢种的品种结构，目前主要的优化方向应着眼于:转炉流程不适合 生产的高合金钢、高温合金和大锻件等;转炉流程能够生产目前在国内产量还不高的一 些合金钢种;过去仅能用转炉流程生产的现代电弧炉亦能生产的一些品种，如高附加值 的板材(薄板、中板、厚板);优质高碳钢(如预应力钢绞线、钢帘线)和低合金钢(如合金 冷徽钢)等。 1.5 电弧炉装备技术未来的创新发展电弧炉装备技术未来的创新发展 1.5.1 手段 ：手段 ： 首先，开发大容量的电弧炉变压器，进一步提升电弧炉超高功率水平和高阻抗技 术。 第二，继续加强清洁环保型电弧炉烟气余热回收装备技术的研发。 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 第三，开发简单实用的电弧炉装备。第四，我国还需进一步完善和提高电弧炉操 作控制系统。电弧炉炼钢工艺技术的发展应着眼于降低吨钢冶炼的综合能耗为中冶京 诚营口中试基地 100t 国产化高阻抗超高功率电弧炉全冷料吨钢能量平衡图。 电弧炉使用废钢为原料与使用高炉铁水的转炉相比，总能耗是高炉一转炉工艺的 1/2-1/3。从两种工艺排放出的 COz气体污染源的数量看，电弧炉为 641kg/t钢，高炉 一转炉工艺为 1922kg/t钢，是高炉一转炉工艺的1/3。同时电炉以废钢为原料也直接 体现了金属材料的循环利用。从整个钢铁工业系统看，对一定规模的年产钢量，提高 电弧炉钢比例，显然有利于循环经济。 1.5.2 我国正进人电炉炼钢高速发展时期 随着超高功率电炉装备和配套技术的不断发展和完善，使电炉生产更具有原 料适应广、生产效率高、产品质量好、消耗少、成本低、能灵活适应市场变化的明显 优势。所以，世界各国从 80年代兴起了“电炉小钢厂”的建设。日、美等西方工业 国家，电炉钢所占的份额已近 40 0o，美国计划从 1996 年至2000 年增加电炉钢生产能 力 1370 万 t，为 1995 年生产能力的130. 9%，其时电炉钢生产能力将占总产钢能力的 约 4500。 我国 1995 年的电炉钢产量是 1810 万 t，占总钢产量的 18. 99%。与1991 年比较， 在钢产量中所占的比率却下降了 2. 我国 1995 年的电炉钢产量是 1810 万t，占总钢产 量的 18. 99%。与1991 年比较，在钢产量中所占的比率却下降了2. 14 0 o。分析原因， 主要是我国电炉炼钢装备与工艺技术长期处于落后状态。首先是炉容量过小、单位功 率水平过低，现有电炉 338。座，大约 98%为30 t以下的小炉子，变压器单位功率绝 大部分小于 350 kV “ A/t。由于容量小，无法配备炉外精炼设施，至今大多数还停留在 熔化一氧化一还原的老三段模式中，因此导致冶炼时间长、生产能力低、消耗高、质 量差、缺少市场竞争能力。 当前许多地区正在建设新的电炉钢厂和改造原有工艺、更新装备、扩大规模 等等，使我国从 80年代后期开始加快了超高功率电炉炼钢车间的建设步 伐。至 1996 年已建成投产炉容量 40150 t的超高功率电炉炼钢车间 11 个，设计生 产能力 460 万ti 年。目前还有 15 个超高功率电炉炼钢车间正在进行建设或设计，设计 总生产能力约 770 万 t/年。这些新建的超高功率电炉炉容量多数在70“100 t，单位功 率水平在 6001000 kVA/t。电弧炉后步都配备有LF 炉，或 LF+VD 等精炼装置，钢水 全部连铸成坯，即几乎全部采用超高功率电弧炉一炉外精炼一连铸三位一体的优化工 艺路线。因而在装备上、生产工艺上，都能达到国际上当代电炉的水平。 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 产品方案是工程建设的出发点和归宿，包炉工程也不例外。立项之初就需确 定生产汁么品种。但电炉工程有一个特殊情况，即高线已经建成再上电炉，而且电炉 主要是跟高浅配套的，因此在确定电炉品种方案时不得不将满足高线需要放在突出位 置加以考虑，在某种意义上可以说高线的品种就是电炉要生产的品种。根据这一原则， 我们确定了三分之一低碳钢，三分之一低合金钢，三分之一高碳钢的品种方案，见表 【5 】 (1)电弧温度分布 电弧温度及其分布对电弧的辐射能影响最大。电弧炉冶炼过程中，虽然电弧 辐射传热的比例不大(应在电弧传热总量的 10%左右，不会超过 20%)，但仍不可忽视。 将电弧区作了人为的放大，为了保证辐射总量的不变，电弧的总体温度应有所下降， 通过对电弧区当量导热系数的调整即可做到这一点。电弧区温度呈现中心温度高、边 缘温度低的趋势:但总体温度相对较低，中心最高温达到13000K，而Szekely对SOKA 直流电弧的计算结果表明最高可达17000K 以上，在保证扩大的电弧区辐射总量保持 不变的前提下，本模型的计算结果是合理的。 显示了体系温分布的动态变化过程。横坐标为电弧炉沿径向的位置，纵坐标 轴为电弧炉的中心线，纵坐标表示电炉的高度，图中选取炉底耐材表面为高度的参照 位置，高度设为 0。各图对应的自通电起始的时间见表 4-60 图中1525等温线为近似 的废钢液相线温度，该温度线内部的废钢区域为己熔化的钢液部分，外部为未熔废钢 区或固液混合区。因为此时的模型尚未考虑钢液成分变化对液相线温度的影响，故不 能对固液混合区的钢液量作理论上的准确计算，但从传热角度分析对整体的温度分布 计算影响不大，因此基于 1525 等温线即可以直的 第二章第二章关于电弧炉关于电弧炉 。2.1 电弧炉工作原理 电弧炉工作原理 ： 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 电弧炉（electric arc furnace）利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体 放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他 炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小， 适于优质合金钢的熔炼。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。 电弧炉炼钢是通过石墨电极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. 电弧炉由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料， 使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈 而注入电网。其中主要是 2- 7 次的谐波，平均可达基波的 8% 20%，最大可达 45%。 严重影响电网的电能质量。 2.2 电炉流程与转炉流程比较，具有以下特点：电炉流程与转炉流程比较，具有以下特点： 电炉流程投资省，占地面积小，建设周期短； 资源问题：随着国民经济的发展，铁矿石、焦煤等资源将日益匮乏，而废钢资源则会 不断积累，因此从长远看电炉流程具有优势； 环保问题：电炉流程产生的 CO2、NOx、SOx 有害气等体量较高炉-转炉流程少； 2.32.3电弧炉工艺流程：电弧炉工艺流程： 电弧炉炼钢从整体可分为原材料的收集、冶炼前的准备工作、熔化期、氧化期和还原 期五大阶段。 2.3.12.3.1原材料的收集原材料的收集 废钢是电弧炉炼钢的主要材料，废钢质量的好坏直接影响钢的质量、成本和电炉 生产率，因此，对废钢有如下几点要求： (1)废钢表面应清洁少锈，因废钢中沾有的泥沙等杂物会降低炉料的导电性能， 延长熔化时间，还会影响氧化期去磷效果以及侵蚀炉衬。废钢锈蚀严重或沾有油污时 会降低钢和合金元素的收得率，增加钢中的含氢量。 (2)废钢中不得混有铅、锡、砷、锌、铜等有色金属。铅的密度大，熔点低，不 溶于钢液，易沉积在炉底缝隙中造成漏钢事故。锡、砷和铜，易引起钢的热脆。 (3)废钢中不得混有密封容器，易燃、易爆物和有毒物，以保证安全生产。 (4)废钢化学成分应明确，硫、磷含量不宜过高。 (5)废钢外形尺寸不能过大(截面积不宜超过 150mm150mm，最大长度不宜超过 350mm)。生铁在电弧炉炼钢中，一般被用来提高炉料的配碳量，通常配入量不超过炉 料的 30%。 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 2.3.22.3.2 冶炼前的准备工作 冶炼前的准备工作 配料是电炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分，配料是否合理关系到炼钢工能否按 照工艺要求正常地进行冶炼操作。合理的配料能缩短冶炼时间。配料时应注意：一是 必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量。二是炉料的大小要按比例搭配， 以达到好装、快化的目的。三是各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用。 四是配料成分必须符合工艺要求。 一般冶炼方法对炉料中的主要元素含量要求如下： (1)碳含量。炉料中含碳量应保证氧化期有足够量的碳进行碳氧反应，达到去气、 去夹杂物的目的。配碳量根据熔化期碳的烧损、氧化期的脱碳量和还原期增碳量这3 个因素来确定，要求炉料熔清时，钢中碳量高出成品规格下限0.3%0.4%；但配碳量 也不能过高，否则会延长氧化时间并使钢液过热。 (2)硅含量。含硅量一般不大于炉料的 0.8%，过高会延缓钢液的沸腾。 (3)锰含量。一般钢种配料时对锰可不考虑，通常熔清后锰含量小于 0.3%，否则 也会延缓熔池沸腾。 磷和硫含量原则上是越低越好。通常熔清后，磷的含量应小于 0.05%。 为使炉内炉料密实，装料时必须把大、中、小料合理搭配，一般小料占15% 20%，中料占 40%50%，大料占40%。 进料前炉底应先铺占料重 1.5%左右的石灰，以便提前造好熔化渣，有利于早期去 磷，减少钢液的吸气和加速升温。 装料时应将小料的一半放入底部，小料的上部、炉子中心区放入全部大料、低碳 废钢和难熔炉料，大料之间放入小料，中型料装在大料的上面及四周，大料的最上面 放入小料。凡在配料中使用的电极块，应砸成50mm100mm 左右，装在炉料下层。 总之，布料应做到：下致密、上疏松，中间高，四周低，炉门口无大料；使得穿 井快，不搭桥。 熔化期 在电弧炉炼钢工艺中，从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。熔化期约占 整个冶炼时间的一半左右，耗电量占电耗总数的 2/3左右。 熔化期的任务是在保证炉体寿命的前提下，用最少的电耗快速地将炉料熔化升温， 并造好烧化期的炉渣，以便稳定电弧，防止吸气和提前去磷。 (1)启弧阶段。通电启弧时炉膛内充满炉料，电弧与炉顶距离很近，如果输入功 率过大，电压过高炉顶容易被烧坏，所以一般选用中级电压和输入变压器额定功率的 2/3 左右。 (2)穿井阶段。这个阶段电弧完全被炉料包围起来，热量几乎全部被炉料所吸收， 不会烧坏炉衬，所以使用最大功率，一般穿井时间为 20min 左右，约占总熔化时间的 1/4。 (3)电极上升阶段。电极“穿井”到底后，炉底已形成熔池，炉底石灰及部分元 素氧化，使得在钢液面上形成一层熔渣，四周的炉料继续受辐射热而熔化，钢液增加 使液面升高，电极逐渐上升。这阶段仍采用最大功率输送电能，所占时间为总熔化时 间的 1/2左右。 (4)熔化末了阶级。炉料被熔化 3/4 以上后，电弧已不能被炉料遮蔽，3个电 极下的高温区已连成一片，此时如长时间采用最大功率供电，电弧会强烈损坏炉盖和 炉墙。 熔化期的主要任务是熔化炉料，但是在熔化期既是造好炉渣，也是熔化期的重要 操作内容，如果仅为满足覆盖钢液及稳定电弧的要求，只需1%1.5%的渣量就已足 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 够了，但从脱磷的要求考虑，熔化渣必须具有一定的氧化性、碱度和渣量。 氧化期 1 氧化期的主要任务 氧化期的主要任务如下： (1)继续氧化钢液中的磷。一般钢种要求氧化期结束时钢中磷含量不高于 0.015% 0.010%，炼高锰钢时由于锰铁中磷含量较高，应控制得更低些。 (2)去除气体及夹杂物。氧化期结束时，钢中氮气量降低到 0.004%0.01%，钢中 氢含量降到 0.00035%左右，夹杂总量不高于 0.001%。 (3)使钢液均匀加热升温，氧化末期达到高于出钢温度1020。 矿石氧化法是利用铁矿石中含有80%90%的高价氧化铁加入到熔池中后，转变 成低价氧化铁(Fe2O3 Fe=3FeO，Fe3O4 Fe=4FeO 或 Fe3O4=Fe2O3 FeO)。低价氧化铁一 部分留在渣中，大部分用于钢液中碳和磷的氧化。 为达到良好的去磷效果：炉渣中FeO 含量为 12%20%，R 为23，流动性良好； 适当偏低的温度，加强钢渣的搅拌。 碳的氧化：炼钢过程中碳的氧化反应是一个非常重要的反应，并有利于整个熔池的迅 速加热，有利于钢液成分的均匀化。具体步骤如下： FeO=Fe O，O C=CO， 总的反应 FeO C=Fe CO。 所以矿石法的氧化过程为：矿石加入炉内，在渣中转变为FeO，然后扩散到钢液 中去，并分布于整个熔池中。碳和氧在气泡容易生成的地方进行反应，生成 CO 气泡， CO 脱离反应区上浮，在上升过程中逐渐长大，并进入炉气，造成熔池的激烈沸腾。 为加快脱碳速度，氧化期加矿温度应大于 1550。 总之，矿石脱碳操作应该是：高温、薄渣、分批加矿、均匀激烈的沸腾。 2 氧化期操作要点 (1)熔清后取样及测温(温度不低于1550)。 (2)氧化、测温符合要求，渣况良好即可分批加矿，每批加矿石量不得超过料重的 1.0%2.0%，每批间隔时间需大于 5min。 (3)脱碳速度(V)每小时大于或等于 0.06%；脱碳量为 C0.30%。 (4)调整渣况。当氧化沸腾开始，采用流渣要求炉渣R=23，炉内渣量控制在 3% 4%。氧化期后阶段，应使炉渣流动性好，渣层要薄、渣量控制在2%3%左右。 (5)期中取样分析及控制终点碳。为了掌握磷、碳氧化程度，在沸腾开始流渣两批 后，应及时取样分析碳和磷的含量，以便决定下步操作。 (6)温度控制。氧化期总的来讲是一个升温阶段，升温速度的快慢根据钢液磷的情 况而定。到氧化期时必须使钢液温度升高到大于该钢种出钢温度的1020。 (7)净沸腾。当温度、化学成分合适，就停止加矿，调整好炉渣，让熔池进入自然 沸腾(5min10min)，使钢液中的残余含氧量降低，并使气体及夹杂物充分上浮，以利 于还原期的顺利进行。 (8)扒渣。氧化期，炉渣中 FeO 含量很高，又含有P2O5 为了还原期脱氧及防止回 磷必须扒渣，扒渣的条件是扒渣温度高于出钢温度1020；扒渣前碳、磷及其他 限制性成分应符合要求。 (9)增碳。如果氧化末期碳含量过低需增碳，可在扒渣后裸露的钢液面上撒加纯净、 干燥的碳粉，进行增碳。 还原期 氧化期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。主要任务是脱氧、脱硫、控制化学 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 成分、调整温度。还原期的操作工艺如下： (1)扒渣后迅速加入薄渣料以覆盖钢液，防止吸气和降温。造稀薄渣 m(CaO)m(CaF2)=31。 (2)薄渣形成后进行预脱氧，往渣面上加入碳粉2.5kg/t4kg/t，加入后紧闭炉门， 输入较大功率，使碳粉在电弧区同氧化钙反应生成碳化钙。 (3)电石渣形成后保持 20min30min，渣子变白，同时注意钢液的增碳。 第三章电弧炉炼钢车布置方式第三章电弧炉炼钢车布置方式 3.1电炉车间设计方案 电炉车间设计方案 电炉炼钢车间设计与建设的基础材料 3.1.13.1.1建厂条件建厂条件 1 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； 4）交通运输条件，水路运输及地区公铁路的现状与发展计划； 5）当地气象，地质条件； 6）环境保护的要求； 在上述各项主要建厂条件之中，原材料条件对于工艺设计的关系尤为密切重 要。 3.1.23.1.2工艺制度工艺制度 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。确定工艺制度的主要依据是产品大纲所规定的钢种，生产规模，原材料 条件以及后步工序的设计方案。 1）冶炼方法：利用超高功率电弧炉进行单渣冶炼，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。 3.23.2电炉炼钢车间的组成电炉炼钢车间的组成 炼钢车间是刚出整个生产系统的一个组成部分。而炼钢车间本身除工艺流程上主 要工序配料、熔炼、浇注之外，尚要有与之配合的必不可少的辅助设施，诸如原 料准备、储存与供应、动力设施等，共同组成一个生产部门，但它们的设置与领导关 系可能依生产厂家的管理体制而不同。车间各个组成部分应根据生产规模、工艺流程、 厂区条件、厂内外协作与原料供应情况确定合理的电炉炼钢车间组成。应视具体情况 在下列一般组成中兼并取舍，以满足生产需要为准，可适当简化各种设施的是指与管 理系统。完整的车间组成应包括： （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、坯检验与精整跨间； （5）钢锭、坯存放场地； （6）中间渣场； （7）机电修间及快速分析室； （8）炉衬制作与各种备件修理场地； （9）耐材库、备件备品库、车间变、配电室； 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 （10）水处理、烟气净化设施及车间管理、生活服务设施。 3.33.3电炉各车间的布置情况电炉各车间的布置情况 由于时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：此跨主要是为各种废钢，耐火材料，散装料等提供场地。废钢坑可按 其块度大小分几个不同的坑；另外还有金属料库，合金料和散装料的烘烤区；另外设 有两台高架行车，以备装料使用。 2）炉子跨：配以一台100 吨的超高功率的偏心底出钢电弧炉；炉体砌修区，炉盖 修理区，耐火材料干燥室；电炉装料配置，电炉变压器房，供氧系统，粉尘处理系统； 高架行车进行跨间的整体运输工作。另外，设有 LF 精炼炉。还有钢包烘烤区，修理 区，中间包修理区及烘烤区，结晶器修理区；若干钢包车负责钢水的供应工作；由于 运输量大，设有两台行车进行钢包的调运工作。 3）过渡跨：此跨主要作用是实现炉子跨河连铸跨的过渡，使炉子跨冶炼的钢水能 够顺利浇注，并且为事故模铸的场地。 4）连铸跨：此跨主要是进行钢坯的凝固工作。连铸机是精炼跨和连铸跨的联系纽 带，两跨间相同。还设有连铸机备件，备品检修区，良锭存放区，缓冷去，铸坯精整 等。 3.4 炉料入炉与送电炉料入炉与送电 3.4.1、炉料入炉炉料入炉 3.4.2 送水送水：炉料入炉后，在送电前应对炉盖、电极、水冷系统、机械传动系统、电气 设备等进行检查，如发现故障要及时处理，以免在冶炼过程中造成停工；还应检查炉 料与炉门或水冷系统是否接触，如有接触要立即排除，以免送电后被击穿。如电极不 够长时，最好在送电前更换，如接头位置松动，应先拧紧，以利于一次穿井成功，减 少冶炼过程中造成停工现象。 为维护玩具商品的安全卫生，保障儿童生命健康安全， 国家有关部门根据有关法律法规规定，决定自 2006 年3月 1日起，对童车、电玩具、 塑胶玩具、金属玩具、弹射玩具、娃娃玩具实施强制性产品认证。自 2007 年 6月1 日 起，这六类产品凡未获得强制性产品认证证书和未加贴中国强制性认证标志的，不得 出厂、销售、进口或在其他经营活动中使用。 第四章 建设所选电弧炉炼钢工程的必要性和可行性分析第四章 建设所选电弧炉炼钢工程的必要性和可行性分析 现代大型超高功率炼钢电弧炉，由于其容量大，是用电大户，对电网的影响具 有举足轻重的作用。它具有功率因数低，无功波动负荷大且急剧变动，产生有害的 高次谐波电流，三相负荷严重不平衡产生负序电流等对电网不利的因素，使得电网 电能质量恶化，危及发配电和大量用户，也影响电炉自身的产量、质量，使电耗、 电极消耗增大，从而成为电网的主要公害之一。现在有关大型电炉对电网公害抑制 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 的研究也正在深入开展，有必要对其不利影响和抑制对策作一概述性的分析。 4.1 4.1 现代大型电炉对电网的影响现代大型电炉对电网的影响 4.1.14.1.1 引起电网电压急剧波动 大型电炉在打孔期和熔化期电弧长度急剧变化，引起无功负荷急剧波动，其工 作短路功率为电炉变压器额定功率的两倍左右，其最大波动无功为电炉变压器额定 功率的 1.5 倍左右（具体倍数取决于短网阻抗、电炉变压器阻抗、供电系统阻抗之 和的大小，总阻抗大则工作短路倍数小，反之则大）。无功的急剧波动，引起电网 电压的急剧波动，其波动频率一般为 115Hz，使灯光和电视机屏幕产生闪烁，使人 视觉疲劳而感到烦躁，此外还影响到晶闸管设备和精密仪表等的稳定运行，甚至产 生质量事故。国标 GB12326-2000电能质量 电压允许波动和闪变规定了电力系 统公共供电点各级电压等级的电压波动和闪变允许值。 4.1.24.1.2 使电网电压波形产生畸变 电炉在熔化和打孔期，电弧电流是不规则的，且急剧变化，其电流波形不是正 弦波，可分解为 2次和 2 次以上的各次谐波电流，主要为 27次，其中 2次和3 次最 大，其平均值可达基波分量的 5%10%，最大可达 15%30%；47 次平均值为 2%6%， 最大值可达 6%15%。而电网中的铁磁元件也产生高次谐波，以 3 次和 5 次谐波电流 较大，其中 3 次分量最大，而电炉刚好也是 3 次谐波电流很大，这对电网是极为不 利的。谐波电流流入电网，使其电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动，增 加损耗，干扰通信，使电力电缆局部放电绝缘损坏，电容器过载损坏等，国家标准 GB/T14549-1993电能质量 公用电网谐波规定了电压波形畸变率限值。 4.1.34.1.3 使电网电压产生负序分量 电炉在熔化期，特别是打孔期，各相电弧电压是独立变化的，三相电弧各自发 生急剧无规则变化，故其三相电流是不对称的。在正常生产情况下，产生的负序电 流约为电炉变压器额定电流的 25%左右；在不正常情况下，如一相断弧时，可达 56% 左右，如两相短路的同时，第三相又断弧，此时可达 86%左右。负序电流流入电网， 使电网电压产生负序分量，影响发电机和用电设备使用效果，严重时可能造成损坏， 还会使继电保护误动作，其严重程度一般用不平衡度（即负序电压与正序电压分量 之比的百分数）表示，国标 GB/T15543-1995电能质量 三相电压允许不平衡度 对于对称三相电网规定：负序电压不大于 2%，短时不超过 4%。一般来讲，在电网公 共连接点上的短路容量为电炉变压器额定容量的 3040 倍以上时，电网是允许的， 否则应采取使三相达到平衡对称的补偿措施。 4.1.4 4.1.4 引起电网电压水平降低 电炉在熔化期功率因数低于 0.7，在发生工作短路时甚至低到 0.1，在精炼期大 型电炉功率因数也不高，一般为 0.8 左右。由于功率因数低，感性无功功率大，从 而引起电压水平降低，影响用电设备出力，增加电能损耗，按供用电规则的规定， 必须采用无功补偿措施在高峰负荷时把功率因数提高到0.9以上，但又不得超前。 上述电炉对电网影响的四个方面，有时是单独作用的，有时是综合的。 4.2 4.2 大型电弧炉对自身及电气设备的影响大型电弧炉对自身及电气设备的影响 4.2.14.2.1 对接在电炉供电电源电压等级上的小型发电机的影响对接在电炉供电电源电压等级上的小型发电机的影响 以具有代表性和典型意义的某钢厂超高功率电炉为例。该电炉是由一座 220/110kV 变电站的110kV 电压供电，在 110kV系统中接有某一小电厂，在电厂中装 有 3 台 1500kW 水轮发电机。在电炉进行正常生产时，电厂发电机出现频繁振动，每 次振动连续时间短的几十秒，长的达几分钟，一天振动最多达 20 多次。作发电运行 时（惯性大）振动小，作调相运行时（惯性小）振动大。在振动时发电机定子三相 内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书 电流幅值不平衡且波动很大，同一相电流相对波动达 20%，三相电流之间相位偏差 也在波动（约 3 4），三相电流电压幅值包络线的波动频率为 0.330.4Hz，电 压和电流包络线正好反相位。机架上有一机械振动信号与电压波动频率相同（即共 振）。上述情况说明发电机的低频振动是由电炉的无功波动、三相负荷不平衡、波 形畸变综合作用形成的，而起主导作用的是无功波动。这是由于 110kV 系统该小电 厂与电炉的电气距离最近，因此电炉对其有显著影响，不仅引起发电机振动，而且 三相负荷不平衡还引起转子轴系产生曲扭，对轴产生不利影响，谐波电流使转子绕 组铁心产生附加损耗，引起局部过热。 4.2.24.2.2 对负序继电保护的影响对负序继电保护的影响 该电炉投产后，SVC 装置尚未投入运行，变电站 110kV系统距离保护装置的负序 继电保护部分产生误动作，不得已只能退出运行。 功率因数低，降低输送功率，增加网损 电炉熔化期功率因数只有 0.7，冶炼周期平均功率因数只有 0.79。在熔化期如 果功率因数提高到规定值 0.9，则网络可多输送 11.6MW 有功功率。而功率因数为 0.7，就相当于使网络降低了 11.6MW 的有功输送能力，按平均网损 8%计算，多送无 功造成的网损为 928kW，年电能损耗达372MWh，电费为81.6万元。 影响冶炼质量和效益 电炉变压器的直接用电电压为 35kV，在电炉熔化期、打孔期，当 SVC 未投入时， 母线上的电压波动为 8%14%，取 10%计算，电炉出力降低 19%，即使取 8%计算，电 炉出力也降低 15.4%，熔化时间就要延长，至少要降低8%的产量。 电压波动再加上 35kV 母线上电压畸变率(3.3%5.9%)的影响，炉况不稳定电极 升降调节频繁，使电极消耗增加，电力单耗增加，影响电炉自身的电能质量，从而 对冶炼质量不利，经济效益会降低。另外，电炉投入运行后，由于功率因数低，在 SVC 装置未投入前，每月罚款6万元，一年就达72 万元。 4 抑制途径 抑制大型电弧炉对电网及其自身的影响的途径有： 提高供电电源的电压等 级，以提高与电网公共连接点的短路容量，使其对电网和自身的影响在允许范围内； 采用 SVC 装置，使其对电网和自身的影响在允许范围内。这两种途径相比，途 径 是治标的办法，因为电炉对电网和自身的影响的各种量值并未消除，而是送 到更高电压等级的电网去扩散，随着电炉不断建设发展，这些量值在电网中增加积 累，泛滥成灾，将会达到电网不能接受的程度，反而增加了对广大用户的影响，因 此，使用范围越来越小；而途径 是治本的办法，它使电炉对电网和自身的影响 的各种量值大部分就地消除了，其应用前景广阔。 近年来发展起来的 SVC 装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电 力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿上，它可使所需无功