四川西南不锈钢70万吨电炉不锈钢厂的工艺优化设计毕业论文.doc

目录 四川西南不锈钢70万吨电炉不锈钢厂的工艺优化设计毕业论文目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1不锈钢的基本信息11.2不锈钢的发展历史11.3不锈钢的种类21.4不锈钢为什么耐腐蚀21.5不锈钢的物理性能21.6各种不锈钢的特性和用途32 设计方案72.1设计的基本原则72.2厂址的选择论证72.2.1沙湾区概述72.2.2交通条件82.2.3气候条件82.2.4矿产资源92.2.5电力资源和水资源102.2.6工业发展102.2.7产品市场102.3产品大纲112.3.1产品方案112.3.2钢种简介112.4冶炼工艺操作要点112.4.1原来的分类保管112.4.2装料122.4.3装料后操作132.5配料计算142.6技术可行性153 电弧炉设计163.1电炉容量和台数确定163.2电弧炉炉型设计163.2.1电弧炉炉型173.2.2熔池的形状和尺寸173.2.3熔炼室尺寸183.2.4炉衬及厚度（）的确定193.2.5炉壳及厚度203.2.6炉门尺寸的确定203.2.7出钢口和流钢槽203.3变压器功率和电参数的确定213.3.1确定变压器的容量213.3.2电压级数213.3.3 电极直径的确定213.3.4电极心圆的尺寸224 物料平衡和热平衡计算234.1物料平衡计算234.1.1计算所需原始数据234.1.2物料平衡基本项目244.1.3计算步骤254.2 热平衡计算364.2.1计算热收入Qs364.2.2计算热支出Qz375 烟尘净化系统的设备选型及相关计算405.1烟气净化系统的设计405.2电炉炉内排烟量的确定425.2.1排烟量计算425.2.2烟气成分确定435.2.3烟气温度及热量计算445.3炉外排烟量计算455.4工艺流程及系统组成475.4.1工艺流程475.4.2系统组成475.4.3电炉密闭罩486 钢水炉外精炼设备、盛钢桶、起重机计算496.1炉外精炼496.1.1炉外精炼特点496.1.2炉外精炼的功能496.1.3不锈钢炉外精炼方法506.2盛钢桶（钢包）计算516.2.1盛钢桶各部分尺寸计算516.2.2盛钢桶质量536.2.3盛钢桶重心计算546.2.4钢包（盛钢桶）需要量576.3起重机的设计587 模铸设计及相关计算627.1钢锭模设计参数627.2钢锭重量及尺寸的确定627.3冒口及保温帽尺寸的确定648 车间工艺布置方案与厂房主要尺寸的计算678.1电弧炉车间工艺布置678.2电弧炉车间各部分工艺布置698.2.1变压器跨698.2.2原料跨加炉子跨699 车间主要经济技术指标769.1产量指标769.1.1车间生产能力769.1.2小时产钢量769.2质量指标769.2.1钢锭合格率769.2.2钢锭收得率769.2.3合金比和高合金比779.3作业率指标779.3.1作业率779.3.2日历利用系数779.4材料消耗指标779.5工序能耗7810 制定主炼钢种的操作规程7910.1原材料7910.1.1钢铁原料7910.1.2合金材料7910.1.3补炉材料7910.1.4造渣材料8010.1.5氧化材料8010.1.6脱氧材料8010.2氧化法8110.2.1配料守则8110.2.2开炉直接装料炼钢8110.2.3冶炼注意事项8210.2.4扒补炉材料8210.2.5装料8210.3轴承钢冶炼浇注规程8310.3.1冶炼特点8310.3.2工艺特点8311 拟定生产组织及安全生产制度8411.1生产组织安排8411.1.1原料部分8411.1.2冶炼部分8411.1.3模铸及精整部分8411.2安全制度的制定8511.2.1实行承包责任制8511.2.2安全规程的制定85参考文献87致 谢88III 1 绪论 1 绪 论1.1不锈钢的基本信息 在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，不锈钢是具有美观的表面和耐腐蚀性能好，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢。代表性能的有13铬钢，18-铬镍钢等高合金钢。从金相学角度分析，因为不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有12%以上的铬。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，有些钢的含碳量甚至低于0.03%(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Cr含量均在13%以上。不锈钢中还含有Ni、Ti、Mn、N、Nb等元素。1.2不锈钢的发展历史中华名族是世界上最早冶铁炼钢的国家，我们的祖先远在三千年前就掌握了一些冶铁、炼钢、铸锻和热处理的技艺，比欧洲各国要早1700多年，对世界文明与人类进步作出过重要的贡献。钢铁对于现代化的工农业生产、交通运输、国防乃至人民生活来说，已成为最基本、最重要的材料。当前，尽管各种新型的无机材料和有机合成材料已得到很大发展。但从生产成本、广泛的适用性能等方面来看，它们还远远不能取代钢铁。因此钢铁的生产能力仍不失为衡量一个国家国力的重要标志之一。钢铁材料之所以得到如此广泛的应用是因为铁矿矿藏集中，贮藏量大，开采、冶炼比较经济，钢铁半成品冷、热变形能力强。制成品具有优良的力学性能（强度，塑性及抗冲击能力）和加工性能（切削，焊接、冷变形等）。但是与硅酸材料、高分子合成材料及某些有色金属相比，它的最大的缺点是：在大气或酸、碱、盐等各种介质条件下，易于因腐蚀而失重损耗，乃至完全破坏13。1.3不锈钢的种类不锈钢可以按用途、化学成分及金相组织来大体分类。 以奥氏体系类的钢由18%铬-8%镍为基本组成，各元素的加入量变化的不同，而开发各种用途的钢种10。 以化学成分分类： Cr系列：铁素体系列、马氏体系列 ；Cr-Ni系列：奥氏体系列，异常系列，析出硬化系列。 以金相组织的分类： 奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢，马氏体不锈钢，双相不锈钢，沉淀硬化不锈钢。1.4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11.7%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。1.5不锈钢的物理性能不锈钢的物理性能主要用以下几方面来表示： 热膨胀系数 因温度变化而引起物质量度元素的变化。膨胀系数是膨胀温度曲线的斜率，瞬时膨胀系数是特定温度下的斜率，两个指定的温度之间的平均斜率是平均热膨胀系数。膨胀系数可以用体积或者是长度表示，通常是用长度表示。密度 物质的密度是该物质单位体积的质量，单位是kg/m3或1b/in3。 弹性模量当施加力于单位长度棱住的两端能引起物体在长度上的单位变化时，单位面积上所需的力称为弹性模量。单位为1b/in3或N/m3。 电阻率 在单位长度立方体材料的两对面之间测量的电阻，单位用m，cm或（已废的）/(circular mil.ft)来表示。 磁导率 无量纲系数，表示物质易被磁化的程度，是磁感应强度与磁场强度之比。 熔化温度范围 确定合金开始凝固和凝固完了的温度。 比热 单位质量的物质温度改变1度所需要的热量。在英制和CGS制中二者比热的数值相同，因为热量的单位（Biu或cal)取决于单位质量的水升高1度听需的热量。国际单位制中比热的数值与英制或CGS制是不同的，因为能量的单位（J）是按不同的定义定的。比热的单位是Btu(1b0F)及J/（kg k）。 热导率 物质导热的速率的量度。在单位截面积物质上建立单位长度上的1度的温度梯度时，那么热导率定义为单位时间传导的热量，热导率的单位为 Btu/(hft0F)或w/(m K)。 热扩散率 是确定物质内部温度前迁速率的一种性能，是热导率对比热和密度乘积的比值，热扩散率单位以Btu/(hft0F)或w/(mk)表示。1.6各种不锈钢的特性和用途表 1.1钢号特性用途301 17Cr-7Ni-碳与304钢相比，Cr、Ni含量少，冷加工时抗拉强度和硬度增高，无磁性，但冷加工后有磁性。列车、航空器、传送带、车辆、螺栓、弹簧、筛网301L 17Cr-7Ni-0.1N-低碳是在301钢基础上，降低C含量，改善焊口的抗晶界腐蚀性；通过添加N元素来弥补含C量降低引起的强度不足，保证钢的强度。铁道车辆构架及外部装饰材料304 18Cr-8Ni作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（无磁性，便用温茺-196800）。家庭用品（1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸），汽车配件（风挡雨刷、消声器、模制品），医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件304L 18Cr-8Ni-低碳作为低C的304钢，在一般状态下，其耐蚀性与304刚相似，但在焊接后或者消除应力后，其抗晶界腐蚀能力优秀；在未进行热处理的情况下，亦能保持良好的耐蚀性，使用温度-196800。应用于抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器，建材耐热零件及热处理有困难的零件。304Cu 13Cr-7.7Ni-2Cu因添加Cu其型性，特别是拔丝性和抗时效裂纹性好，故可进行复杂形状的产品成形；其耐腐蚀性与304相同。保温瓶、厨房洗涤槽、锅、壶、保温饭盒、门把手、纺织加工机器。304N1 18Cr-8Ni-N在304钢的基础上，减少了S、Mn含量，添加N元素，防止塑性降低，提高强度，减少钢材厚度。构件、路灯、贮水罐、水管304N2 18Cr-8Ni-N与304相比，添加了N、Nb，为结构件用的高强度钢。构件、路灯、贮水罐316 18Cr-12Ni-2.5Mo因添加Mo，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用；加工硬化性优（无磁性）。海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备；照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母316L 18Cr-12Ni-2.5Mo低碳作为316钢种的低C系列，除与316钢有相同的特性外，其抗晶界腐蚀性优。316钢的用途中，对抗晶界腐蚀性有特别要求的产品321 18Cr-9Ni-Ti在304钢中添加Ti元素来防止晶界腐蚀；适合于在430900温度下使用。航空器、排气管、锅炉汽包409L 11.3Cr-0.17Ti-低C、N因添加了Ti元素，故其高温耐蚀性及高温强度较好。汽车排气管、热交换机、集装箱等在焊接后不热处理的产品。410L 13Cr-低C在410钢的基础上，降低了含C量，其加工性，抗焊接变形，耐高温氧化性优秀。机械构造用件，发动机排气管，锅炉燃烧室，燃烧器。430 16Cr作为铁素体钢的代表钢种，热膨胀率低，成形性及耐氧化性优。耐热器具、燃烧器、家电产品2类餐具、厨房洗涤槽、外部装饰材料、螺栓、螺母、 CD杆、筛网430J1L 18-Cr0.5Cu-Nb-低C、N在430钢中，添加了Cu、Nb等元素；其耐蚀性、成形性、焊接性及耐高温氧化性良好。建筑外部装饰材料，汽车零件，冷热水供给设备。436L 18Cr-1Mo-Ti、Nb、Zr低C、N耐热性、耐磨蚀性良好，因含有Nb、Zr元素，故其加工性，焊接性优秀。洗衣机、汽车排气管、电子产品、3层底的锅。410 13Cr-低碳 作为马氏体钢的代表钢，虽然强度高，但不适合于苛酷的腐蚀环境下使用；其加工性好，依热处理面硬化（有磁性）。刀刃、机械零件、石油精练置、螺栓、螺母、泵杆、1类餐具（刀叉）。420J1 13Cr-0.2C淬火后硬度高，耐蚀性好（有磁性）。餐具（刀）、涡轮机叶片420J2 13Cr-0.3C淬火后，比420J1钢硬度升高（有磁性）。刀刃、管嘴、阀门、板尺、餐具（剪刀、刃）10。91 2 设计方案 2 设计方案2.1设计的基本原则（1）贯彻执行党和国家建设四化的方针、政策及其有关规定。在厂址选择及进行总平面布置时，尽量少占现有耕地，“三废”的处理和排除不应污染环境，不应有害农业生产，且应综合利用。在方案的确定和选择上要考虑到国家的现状和要求以及外来发展的需要。（2）设计中的技术决定紧密结合我国的具体情况，保证技术先进与经济合理相结合。在生产工艺流程和机器设备的选择上，考虑到我国现有的生产技术水平，尽可能地提高机械化，自动化的程度。以达到高产、优质低耗，提高经济效益。（3）充分利用本地资源，发挥现有工业基地的潜力，降低资本。（4）设计应充分体现社会主义制度对劳动者的安全与健康的关怀，应把环境提到重要位置，重视“三废”处理及综合利用1。2.2厂址的选择论证四川西南不锈钢有限责任公司是目前国内最大的民营不锈钢生产企业，也是目前西南地区唯一的专业不锈钢生产企业。公司由四川金广实业（集团）股份有限公司控股，与西宁特殊钢股份有限公司、常熟市东风齿轮厂、第一拖拉机股份有限公司共同投资组建。 2.2.1沙湾区概述沙湾区是乐山市县级市辖区，位于四川盆地西南边缘，幅员面积610.89平方公里，下辖8镇5乡1个办事处，127个村，21个社区居委会，全区总人口21万（其中非农业人口7.73万人，农业人口13.27万人）。建制始设于唐玄宗天宝元年（公元742），号“拓林镇兵”，位于今乐山监狱（原中川纸厂）外的富样建材有限公司（原乐山市水泥厂）处。唐德宗贞元九年（公元793），城栅被吐蕃军焚毁。唐僖宗乾符二年（公元875），高骄为剑南西川节度使修复城平栅将镇移至姚河坝，因当地广生楠树且成林，故将镇名改称南（楠）林镇，另有一说因地处峨眉山南麓而名“南陵”，故亦称“南陵”镇。南宋诗人，四川制置史范成大，在淳熙四年离任回京前，曾作峨眉三山游，写下赞誉峨眉三山的诗篇，评“南陵”地处“灵山秀山水，沙岸湾环处”。清乾隆五十一年（公元1786），南陵镇没于大水，镇始移于今址，由于在“灵山秀水，沙岸湾环”处建场，故名“沙湾”，沿袭至今。 2.2.2交通条件沙湾区交通便捷，全区公路通车里程191.31Km。成昆铁路、省道103线穿越全境，有4个火车站，运输线路总长度达371公里。城区距成乐高速公路入口仅24公里，距乐山大佛37公里，距峨眉山19公里。沙湾站位于成昆线K179+137米处，车站货运营业办理限制为三角危，零担仅办理笨零发到。货场总面积15334平方米，该站货运年设计能力为50.13万吨，货物线两条：货物线有效长212米，仓库使用面积1076平方米，站台装卸长度136米，使用面积3775平方米。大渡河流经区内110Km常年通航，250吨驳船可达长江沿岸的任何码头。 2.2.3气候条件沙湾区属亚热带季风区，呈湿润性季风气候，气候随海拔高度的变化而变化，其特点是一年四季分明，雨量充沛，夏季降水较多且多暴雨，尤以夜间降雨为主要特征。年平均气温摄氏17.3度。最热在7月，平均月气温摄氏26度；最冷为1月，平均月气温摄氏7.3度。年平均日照数1091.6小时，日极端最高气温摄氏38.1度，日极端最低气温摄氏零下4.3度。自然灾害有干旱、洪涝、暴雨、泥石流、低温、秋绵雨、大风、冰雹等。由于海拔高度的变化和迎风坡和背风坡的影响，区内坝丘区和山区降雨差异在500毫米以上。坝丘区多年平均年降雨量12001400毫米。北少南多，东少西多。二峨山、三峨山等中山顶部降雨量1900毫米以上。四季降雨量分配不均是该区季风气候的显著表现，夏季（68月）降雨量782.7毫米，占全年的59%，冬季（122月）降雨量54.4毫米，占全年的 45%，春季降雨量 230.7毫米，秋季降雨量267.6毫米。7、8两月降雨最集中，平均雨量分别为314.4、321.7毫米，最少为1月和12月，分别是15.4、14.6毫米。随着海拔高度升高，冬季雨量比例稍有增大，对于山地区域，降雨强度随高度上升而增。全年平均降雨量为1430毫米，降雨日数平均为185天左右，最多年份210天，最少年份150天。平坝、丘陵区域无霜期长，霜雪稀。平均无霜期330天，降雪通常随降随化，年平均积雪时间仅0.3天，连续积雪时间不超过一天，一般是夜间积雪，次日上午消融。日照受地形和降水、云雾影响，分布较悬殊。开阔地日照时数随海拔高度每上升 100米而下降510小时。光照资源的季节分配合理，夏季是黄金时期，每年7、8月是高光照时期，其次是4月。由于有较好的光热条件，坝区和低山区几乎没有高温干旱，没有严寒冰冻，作物四季都能生长，光照资源的有效性好，利用率高。 2.2.4矿产资源 区内矿产资源丰富，探明的有铁矿、铜矿、铝土矿、砂金、铅锌矿。硬质耐火粘土矿、煤、磷、绿豆岩、石膏矿、溶剂石灰岩、花岗岩、玄武岩、岩盐、盐卤、白云石、长石砂岩矿、砂岩、泥岩等20余种矿产。 铁矿：主要分布在牛石、四峨山、铜茨青杠坪、沙湾等地，以新华矿区为主，主矿层厚度1.050.41米，平均0.58米，铁品位36.6141.01%。 铜矿：分布在四峨山、牛石、沙湾、青杠坪等地，以四峨矿区为主，矿层平均厚度为几77米，矿区平均品位0.82%；矿石类型有铜粘土页矿及含铜砂岩。 铝土矿：分布在四峨山、牛石、沙湾等地，以新华矿区为主，最厚7.49米，最薄0.47米，一般厚度11.5米，矿石类型有水铝石铝土矿、高岭石水铝石铝土矿、含绿泥石水铝石铝土矿三类。 砂金：主要分布在区境内大渡河和沫溪河的沿河漫滩与阶地上，无成型金矿，储量625千克左右，葫芦坝一带大渡河阶地底部产金较旺，每立方米含金1020毫克，个别阶地底部的石灰岩溶洞中砂金特别富集。 铅锌矿：分布在境内西南山区，范店乡水池坝多呈“鸡窝状”分布零星。硬质耐火粘土矿：分布在沙湾、范店等镇，以沙湾矿区为主，厚度03.74米，平均厚度0.80米。 煤矿：主要分布在大渡河东岸的太平、路水、福禄、谭坝等乡镇，储量 1900万吨，均为肥气煤。 磷矿：分布在范店一带，区内矿层总长6000米左右。东北端400米，平均厚度为1米，平均品位含五氧化二磷19.08%；东南端600余米，矿层平均厚度094米，平均品位15.88%；其它地段矿层厚度均在05米以下。 绿豆岩：主要分布在龚嘴镇（金牛村）一带。分布面积为5平方公里，矿层厚度0.795.04米，平均1.83米。矿石品位氧化钾6.30%8.70%，平均7.67%。类型为密块状水云母粘土岩。 石膏矿：分布在轮溪、龚嘴一带，区内为七层，主矿有四层，平均厚度3.626.34米，品位69.18%81%，矿区总储量14.699万吨。 溶剂石灰岩：区境内除碧山乡外均有石灰岩矿，储量在10亿吨以上，大部分是露天矿，一般氧化钙含量在50%以上，是建材、化工冶金生产的重要原（配）料。矿区黑色致密石灰岩尚可作装饰板材的“黑色大理石”用。 花岗岩：主要分布在范店乡、龚嘴镇的大渡河两岸，可供开采的有55万立方米以上，露天开采。 玄武岩：分布在沙湾镇，厚度达200400米，可用于制造铸石与岩棉。 岩盐和盐卤：分布在碧山乡境红碧山一带，储量丰富，开采历史悠久，其起源可溯至宋代，解放前夕月产盐105万公斤。 白云石：主要分布在范店、龚嘴、罗亦和沙湾六并沟，其储量在1.8亿吨左右，尤以范店乡岱湾和李子坪居多，氧化钙含量在19 21%之间，是冶金、建材、化工生产的重要原（配）料。 长石砂岩矿：主要分布在谭坝、路水、太平等乡镇，主矿区有谭坝乡胡岩，厚度3040米，远景储量3157万吨，氧化硅含量在85.88% 93%之间。可用于制作玻璃、陶瓷等。砂岩与泥岩：砂岩主要分布在沙湾罗槽，泥岩主要分布在嘉农苏店儿，储量分别在1000万吨以上。 2.2.5电力资源和水资源大渡河为境内主要河流，流经范店、铜茨、龚嘴、牛石、福禄、葫芦、轸溪、谭坝、沙湾、沫江、太平、嘉农等11个乡镇、办事处，流程118公里（含与峨边、沐川县界河段），流成面积36935平方公里，年平均经流量为400亿至500亿立方米。境内水力资源颇丰，开发利用条件好，境内大中型水电站4座，总装机容量280万千瓦，供电设施齐备，有8座11万伏变电站和1座22万伏变电站。 2.2.6工业发展 乐山位于成渝经济区成绵乐发展带南部，是四川的清洁能源、新材料和建材生产基地。乐山工业长期居四川工业第一方阵。乐山重点建设和规划12个优势突出、特色鲜明、功能健全、配套完善、产业相对集中的工业集中发展区。集中力量把高新区建成国家级高新区，把乐山建设成为四川新型工业化的示范窗口、高新技术产业集聚中心和工业经济重要增长极。劳动力市场充足，钢铁行业的专业技术人员由于西南不锈钢和德胜集团在沙湾的投资建设大量拥进乐山。 2.2.7产品市场 乐山处于西部大开发中心四川省，在这时代背景下为各基础材料生产行业提供了大量的机遇。西部大开发在桥梁、建筑、汽车、轮船、家庭日用品都需要大量优质钢材，只要把握住这些，不锈钢在西南是很容易销售的。综上述，在乐山沙湾区建不锈钢厂是合理可行的。2.3产品大纲 2.3.1产品方案炼钢厂的产品生产方案根据下游企业的需要决定的，企业的产品计划（即产品的产量、品种、产品的规格）确定了加工工序和加工设备类型，再依据加工工序的要求来确定炼钢厂所应提供的铸坯或钢锭的质量与断面形状、尺寸，从而计算按不同钢种所需供应的坯或锭的数量。 本产品大纲的设计原则是：生产有竞争力的优势产品，坚决淘汰落后的产品。因此，结合市场所需提出了本设计的产品。本设计为轴承钢。综上，本钢厂主要生产以GCr15为主的不锈钢，其余为碳素钢、碳工钢、硅钢、弹簧钢以及合金钢。冶炼钢种的化学成分列与下表2.11表2.1 冶炼钢种的化学成分轴承钢GCr150.951.050.150.350.20.40.0270.0201.31.650.300.25 2.3.2钢种简介以GCr15为例，有较高硬度、耐磨性，高的接触疲劳强度和抗压强度，良好韧性及较高的抗磨蚀性。因此要求钢种非金属夹杂的量少，尺寸小，塑形好和分布均匀。但从电炉生产实际来看，由于一般轴承钢C量较高，非金属夹杂不仅数量多，而且形状不规则，所以常用渣洗和延长镇静钢时间等办法，不适合进行连铸，连铸冷却强度大，镇静时间断，易产生碳化物偏析和裂纹，为了去除一定数量杂物和偏析，用LF炉精炼。该钢种用于制造滚珠轴承的滚珠，棱柱和内外套圈。现列工艺流程列于图2.1：2.4冶炼工艺操作要点 2.4.1原来的分类保管要求废钢及废料储存在车间原料跨内，对这一工作用当特别重视。必须将合金钢废料储存于专用贮存室内。废料的储存应符合下列几项基本要求：（1）与其他杂质隔开；（2）设置各种金属及各种废料的单独储存室；废钢生铁合金等渣剂与溶剂类材料废钢料筐机械化加工系统EAFAODLF连铸精整热轧模铸 图2.1 工艺流程图（3）原料跨个储存室的位置必须便于装料及节省废料的运输工作；（4）如果是废钢板及铁屑，则在这些废料的储存室之间必须有专门的捆压机及团压机，以便达到电炉冶炼需要的致密度。废钢及碳素钢的分类存放原则：（1）为能合理的使用废钢，就必须进行炉料种类的分选和分类存放，以使废钢的化学成份准确，块度适当；（2）碳素返回钢和废料可以用来熔炼碳素钢和合金钢，为此，碳素返回钢在存放中必须注意和防止钢种混合。只有经过精心挑选过的返回料才能作为电弧炉的金属炉料1。 2.4.2装料料筐顶装料是目前最理想的装料方法，炉料入炉速度快，只需35min就可完成，热量损失小，节约电能，能提高炉衬的使用寿命，还能充分利用熔炼室的空间。另外，料筐中的料可在原料跨间或贮料场上提前装好，时间充裕、布料合理，装入炉内的炉料仍能保持它在料筐中的布料位置，如炉料质量好，一次即可完成装料。为了缩短时间，保证合金元素的收得率，降低电耗和提高炉衬的使用寿命，装料时要求做到：准确无误、装得致密、布料合理及快速入炉。装料前，值班调度员要审查配料单，检查炉号、钢种、配定成分、锭型及重量等是否符合计划要求；对于持有疑义的料单，不能用于装料。装料工应严格按照配料单准确装料，因此在装料前需核定钢铁料的组别、合金或份，还要校核计量仪器，保证全熔后化学成分合适、重量准确，以利于冶炼的顺利进行。炉料装得致密，可求得一次装完，并能改善炉料的导电传热性能，电极穿并时，弧光稳定，有利于熔化。要达到致密，装料时必须依靠大、中、小炉料合理的搭配。合理的布料更为为重要，一般均是将部分小料杂铁装在料筐底部，借以保护料筐的链板或蛤页板，减缓重料对炉底的冲击。在小料的上面，料筐的中心部位装大料或难熔料，中间填小料，作到平整、致密、无大空隙，使之既有利于导电，又可消除料桥及防止塌料时折断电极。其余的中小料装在大料或难熔料的上边及四周，最后在料筐的上部装入料重0.02%0.03%的杂铁，以利于起弧、稳定电流和减轻弧光对炉盖的辐射损伤。炉料入炉前，电炉炼钢工应根据作业计划、配料单审核炉料中的重量及合金元素与成分，并在炉底垫入料重1%2%的石灰。如料单中写明配入石墨碳、电极块或焦炭等配碳剂、应在装料前装到炉内，以利于提高它们的收得率及保证配碳的准确性。料筐顶装料要有专人指挥，抽炉或旋转炉盖时，炉盖要完全抬起，电极要升到顶点且下端脱离炉膛、以防剐坏炉盖或电极，同时又要求电极下端不许超出炉盖的水冷圈或绝缘圈，避免摇晃摆动时将电极折断而滚落到它处砸坏设备或砸伤人。炉膛裸露后，应迅速将料筐吊入炉内的中心位置，不得过高、过偏与过低。过高容易砸坏炉底且吊车震动大；过偏特使炉料在炉中布局偏倚，抬料筐时也容易带剐炉壁；过低易粘坏料筐的链板1。 2.4.3装料后操作送电炉料入炉后并在送电前，电炉炼钢工和设备维护人员应对炉盖、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；还应检查沪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，当完成上述工作并确认无误后，方可正常送电转入熔化期。2.5配料计算配料任务在于确定炉料的化学组成及其配比；合理利用返回钢，节约合金元素，减少消耗，缩短冶炼时间。（1）配料原则1）配料的准确性即炉料重量和配料成分要准确。2）合理使用废钢，废钢的化学成分必须符合所冶炼钢种的要求。另外，当采用氧化法冶炼时，应大量使用普通废钢；而在采用返回法时，必须使用优质返回钢。使用废钢时，还应考虑其块度和单位体积重量，不同块度的炉料应有适宜的配比，轻薄废钢所占的比例不宜过大。3） 确定适宜的配料成分，配料成分由钢种成分、元素特性、冶金方法和质量要求等确定。（2） 确定配料（以轴承钢GCr15为例）不锈钢冶炼工艺的特殊性主要表现在以下几个方面：钢中合金含量高，总量为13%30%；2)合金元素中铬含量很高，而碳含量很低(0.01%0.08%)；3)铬比铁易于氧化，铬的氧化物熔点高，渣子粘稠；4)合金元素价格昂贵，提高Cr、Ni、Mo的收得率十分重要；5)近年来由于对表面质量要求日益提高，故对夹杂和氧、硫等杂质的洁净化要求也日益提高；6)不锈钢脱磷问题仍未解决。配料时，应把P的含量配到钢种规格之下，使钢液中P的含量应尽可能低，以满足不锈钢生产的需要。（3）返回吹氧法的特点在冶炼过程中，存在较短的氧化期，进行短时间的吹氧操作，这有利于去碳，碳的氧化沸腾加速了气体和夹杂物的排出，提高钢的质量。氧化操作时只进行吹氧，而不加入矿石或氧化铁皮，以减少合金元素的损失。返回吹氧法有短暂的氧化期，吹氧脱碳使钢液沸腾，有利于脱气和夹杂物的排出，钢的质量与氧化法相当，并能回收返回钢中的合金元素。冶炼GCr15所用原料如下表2.2用返回吹氧法冶炼GCr15，出钢量以100Kg计算，炉料综合回收率取90%。用模铸，合金Fe-Mn其中Mn收得率98%；Fe-Si中Si收得率95%；炉料有80%外来废钢。表2.2 GCr15所用原料成分（%）成分CSiMnPSFe 碳素废钢0.200.28 0.600.030.03 余量炼钢生铁4.200.80 0.500.200.03 余量 Fe-Mn6.600.50 67.800.230.13 24.74 Fe-Si74.00 0.500.050.03 22.92矿石进入铁量=Kg (2.1)Fe-Mn添加量=Kg (2.2)Fe-Si添加量=Kg (2.3)装入量=Kg (2.4)外来废钢=103.3180%=82.65Kg (2.5)配生铁量=Kg (2.6)返回废钢量=Kg (2.7)计算结果为：炉料由返回废钢4.31Kg，外来废钢82.65Kg，生铁22.08Kg组成2。2.6技术可行性 车间所炼钢种以自动化设备用钢为主，各项技术指标均可行，再加上铁水预处理和炉外精练得预炼钢种都较易生产得到。炉外精炼采用AOD以及LF炉，LF炉具有埋弧加料功能，可以兼做炼钢和连铸之间的缓冲设备，AOD炉可以使碳含量降到很低的水平，并且抑制钢中铬的氧化。AOD法几乎可以生产所有牌号的不锈钢，保证车间全连铸方案的顺利实现。再加上车间所炼钢种在其他钢厂的实践，表明它们的连铸方案都能实践，更进一步说明了产品方案的可行性。 根据实际情况证明以上技术在国内外炼钢厂得到使用，属于成熟技术，考虑本设计的情况均可借鉴，并在原来的基础上使其更优化，设计出适合本设计要求的技术方案。所以技术可行。 3 电弧炉设计 3 电弧炉设计3.1电炉容量和台数确定年产70万吨不锈钢的炼钢车间工艺设计。电弧炉产量一般计算式： （3.1）式中 n-全年实际有效作业日数，n=365作业率，d； g-一炉熔炼钢水量（出钢量）； t-平均每一炉冶炼时间，h； a-钢水铸成良锭的收得率，%； 24-昼夜时数。我国冶金熔炼炉一般均为连续生产，节假日不停工，故正常生产时作业率可达90%，即340天左右，模铸良锭收得率一般为81-85%，计算取85%2。（1）估算每次出钢量： （3.2）由上式计算得q=151.38t根据炉子实际出钢量与额定容量有不同超装，超装量为20-25%，计算时取f=1.2-1.25为最大值，本设计取1.2.所有暂时选取3台50t的电炉。（2） 核算年产量 T (3.3)AAs=700000t根据计算所得，该设计方案可行，满足设计的年产钢能力2。3.2电弧炉炉型设计电弧炉是电路炼钢车间的核心设备，电炉设计的好坏直接影响到炼钢生产的顺利与否。如果设计不合理造成先天性缺陷，一旦投产就很难再做改动，所以对于电炉设计应予以重视。3.2.1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，炉底为弧形，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1020能保证钢液顺利流出。 3.2.2熔池的形状和尺寸电弧炉的大小以其额定容量来表示，所谓额定容量是指新设计的电炉熔池所能容纳的钢水量。实际生产过程中，随着熔炼炉数的增多，熔池容积逐渐增大，装入量或者出钢量也就不断增加。另外生产中还经常用提高炉门槛即造假炉门槛的办法来增加炉产量，这样就出现了超装问题，一般认为超装20%为宜，不宜超装太多，大电弧炉基本上都不超装2。熔池：容纳钢液和熔渣的那部分容积。熔池的容积应能足够容纳适宜熔炼的钢液和熔渣，并留有余地。（1） 池的形状其形状应有利于冶炼反应的顺利进行，砌筑容易，修补方便。目前使用的多为锥球型熔池，上部分为倒置的截锥，下部分为球冠。球冠形电炉炉底使得熔化了的钢液能积蓄在熔池底部，迅速形成金属熔池，加快炉料的熔化并及早造渣去磷。截锥形电炉炉破便于补炉，炉坡倾角45，其优点如下：45角叫自然锥角，砂子等松散材料成堆后的自然锥角正好也是45熔池尺寸计算熔池容积V池。根据定义： V池=V液+V渣 （3.4） V液=T/液 （3.5） 式中T出钢液量； 液钢液的密度，取6.9t/m。 V渣=G渣/液 （3.6） 式中G渣按氧化期最大渣量计算，钢液量的7%（碱性）； 渣34t/m，取3.5t/m。熔池直径D（渣面直径）和深度H之比D/H。 在计算熔池直径D和深度H之前，首先要确定一个合适的D/H值。在熔池容积一定的条件下，D/H越大，则熔池越浅。熔池容积一定，熔池越浅，熔池表面积越大，即钢、渣界面积越大，有利于钢渣之间的冶金反应，因此，希望D/H大一些。但是D/H太大，则熔池直径和熔炼室直径都增大，于是路壳直径增大，导致D壳太大，炉壳散热面积增大，电耗也增大，所以D/H又不能太大。 如果D/H太小，熔池太深，钢液加热困难，温度分布不均匀性大。在氧化期应对金属进行良好的加热，并对熔池中的金属进行强烈沸腾搅拌，以使金属成分和温度均匀。当炉坡倾角45时，D/H一般趣=5左右教合适1。 由截锥体和球冠体的体积计算公式可知，熔池的计算公式为： （3.7） 式中 h1球冠部分高度，一般取h1=H/5; h2截锥部分高度，h2=H-h1=4/5H ; D熔池液面直径，通常采取D/H=5; d球冠直径，因d=D-2h2=5H-8/5H=17/5H带入上式，整理后得 V池=12.1=0.0968 (3.8)利用上式可求出H和D的值。（电炉50t 出钢量50t）计算求得： =m (3.9) T (3.10) m (3.11)mm；mm；mm；mm； mm； 3.2.3熔炼室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）熔炼室直径D熔 炉坡与炉壁交界处的直径，为了防止钢液沸腾时炉渣冲刷炉壁砖或炉渣到大炉坡与炉壁砖交界处，炉坡应高于炉门槛（渣面与炉门槛平齐）约100左右，即当选定炉坡倾角为45时： D熔=D+2100=4400+2100=4600mm (3.12)（2）熔炼室高度H1 金属炉门槛至炉顶拱基的高度为熔炼室高度。炉衬门槛较金属门槛高80100mm。 从延长炉盖寿命和多装轻薄料考虑，希望熔炼室高度H1大些，因为增大熔炼室高度H1，炉盖距电弧和熔池面距离远，炉盖收到的辐射热相对少一些，炉盖寿命长，另外，熔炼室高度H1大，装轻薄料多。但是如果熔炼室高度H1太大：炉壳散热面积大电耗多；电极长电阻大。经验值H1/D=0.440.4040t电炉，本设计取0.40，则H1=0.40D=1848mm (3.13)（3）炉顶高度h3炉顶高度h3与熔池室直径D有如下关系： =（因炉顶砖不同而异） （3.14）本设计取，则： =4600=575mm (3.15)至此，渣面至炉顶中央高度H2=H1+h3=2423mm熔炼室上缘直径D1 一般熔炼室要设计成上大下小倾斜形的，即D1D熔，炉壁上部薄下部厚，这样形状的熔炼室增加了炉壁的稳定性，炉壁较稳固，并且容易修补，同时使熔炼室的容积增大，可多装些轻薄料。另外下部的炉衬接近于炉渣，侵蚀快些，炉衬下厚上薄可以使整个熔炼室炉衬寿命趋于均匀1。其炉墙内侧倾斜度，一般为炉坡水平面至拱基高度（H1-100）的10%左右： mm (3.16) 3.2.4炉衬及厚度（）的确定炉衬组成：炉壳石棉（100）绝热层工作层。炉壁衬砖厚度通常按耐火材料热阻计算确定，计算依据的条件是炉壳在操作末期被加热的温度不大于200，以免炉壳变形。一般而言，增加炉衬厚度，炉壳受热及热损失可以减少，这在一定限度内是正确的，但是炉衬厚度增加与热损失减少并非线性关系，厚度达到一定值以后，再增加炉衬厚度，热损失减少不显著，反而因为厚度过大，而增加炉壳直径，耐火材料增加，散热面积