年产140万吨连铸坯电炉炼钢车间平面布置毕业论文.docx

年产140万吨连铸坯电炉炼钢车间平面布置毕业论文目 录设计总说明书41综述1 1.1电弧炉发展史1 1.2国外电弧炉的发展1 1.3现代电弧炉炼钢技术2 1.4电弧炉炼钢的发展趋势3 1.5电弧炉装备技术未来的创新发展3 1.6我国电弧炉炼钢的发展重点4 1.7我国电弧炉炼钢的发展展望4 1.8结语42电弧炉炼钢车间的设计方案6 2.1电炉车间生产能力计算6 2.1.1电炉容量和座数的确定6 2.1.2电炉车间生产技术指标7 2.2电炉车间设计方案7 2.2.1电炉炼钢车间设计与建设的基础材料7 2.2.2电炉炼钢车间的组成83产品的选择和生产工艺的设计10 3.1W18CR4V简介10 3.1.1化学成分10 3.1.2成分特点10 3.1.3组织结构10 3.1.4主要用途11 3.1.5产品牌号11 3.2生产工艺的设计11 3.3冶炼工艺操作要点11 3.3.1原料的分类保管要求11 3.3.2配料的原则与方法12 3.3.3装料12 3.3.4送电13 3.3.5熔化期的操作13 3.3.6氧化期的操作13 3.3.7钢包精炼炉的操作144电炉炼钢物料平衡和热平衡15 4.1物料平衡计算15 4.4.1计算所需原始数据154.1.2物料平衡基本项目174.1.3计算步骤17 4.2热平衡计算27 4.2.1计算热收入QS27 4.2.2计算热支出QZ285 超高功率电弧炉炉型设计计算31 5.1电炉容量和座数的确定31 5.2超高功率炉型设计32 5.2.1熔池的形状和尺寸32 5.2.2熔炼室尺寸34 5.2.3电弧炉炉衬及厚度的确定36 5.2.4炉壳及厚度37 5.2.5 炉门尺寸的确定37 5.2.6偏心底出钢设计38 5.3水冷挂渣炉壁的设计40 5.4水冷炉盖416电弧炉电气设备的计算和选择42 6.1变压器功率和电参数的确定42 6.1.1变压器功率的确定42 6.1.2电压级数43 6.2电极及其主要参数43 6.2.1电极直径43 6.2.2电极极心圆直径44 6.3短网的设计457炉外精炼技术48 7.1钢包精炼48 7.2氩气的精炼作用49 7.3钢包精炼炉设备参数50 7.4真空吹氩脱气法（VD法）518连铸工艺的设计54 8.1连铸机的主要工艺参数计算54 8.1.1钢包允许的最大浇注时间548.1.2铸坯断面548.1.3拉坯速度54 8.1.4圆弧半径55 8.1.5铸坯的液相深度和冶金长度56 8.2连铸机生产能力确定57 8.2.1连铸机台数的确定57 8.2.2连铸浇注周期的计算57 8.2.3连铸机的作业率58 8.2.4连铸坯收得率58 8.2.5连铸机生产能力的计算599连铸机主要设备60 9.1钢包及其载运设备的选择60 9.1.1 钢包内衬材质的确定609.1.2钢包的主要尺寸及工艺参数的确定60 9.1.3钢包形状的确定61 9.1.4钢包载运设备62 9.2中间包及其运载设备62 9.2.1中间包的形状和构造62 9.2.2中间包的主要工艺参数62 9.2.3中间包运载装置64 9.2.4结晶器及其振动装置64 9.2.5结晶器的性能要求及其结构要求64 9.2.6结晶器主要参数选择64 9.2.7结晶器的振动装置66 9.3二次冷却66 9.3.1冷却装置66 9.3.2二次冷却水冷喷嘴的选择和布置67 9.3.3二次冷却水量的计算67 9.4拉矫装置及引锭装置67 9.4.1拉矫装置67 9.4.2引锭装置68 9.5铸坯切割装置6810炼钢车间布局设计69 10.1车间总体布局69 10.2主厂房内跨间的布置及尺寸的确定69 10.2.1炉子跨的布置及尺寸确定69 10.2.2原料跨的布置及尺寸确定70 10.2.3精炼跨的布置及尺寸确定72 10.2.4连铸跨的布置及尺寸确定72 10.2.5出坯跨的布置及尺寸确定75 10.3起重机的选择75 10.4电弧炉出渣7611电炉炼钢车间烟气净化系统的设计77 11.1电炉烟气的来源及性质77 11.2电炉除尘系统基本设计77 11.3电炉除尘系统设备78 11.3.1一次烟气量的确定78 11.3.2二次烟气量的确定7912车间主要经济技术指标及人员编制80 12.1技术经济指标80 12.1.1产量指标80 12.1.2作业效率指标80 12.1.3连铸生产技术指标80 12.2车间人员编制80参考文献83LF炉精炼渣深脱硫的影响探讨84参考文献931综述1.1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LaPraz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%1.2国外电弧炉的发展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，增设了磁镜线圈，已制成WTD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。1.3现代电弧炉炼钢技术近年来，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)原料多样化电弧炉原料供给的新发展表现在以下几方面: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。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CO2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。1.6我国电弧炉炼钢的发展重点原料多样化及合理供电。电弧炉原料范围得到扩展，包括铁水、DRI/HBI、碳化铁等；从交流炉向超高功率、高阻抗交流炉及直流炉发展。能量多元化。为提高能量输入强度以缩短冶炼周期，多种形式的能力利用技术被采用，如机械式氧碳枪、二次燃烧、炉壁氧-燃烧嘴、底吹气等。余热利用。电弧炉炼钢技术发展的集中体现，是基于不同的解决方案，各种炉型的不断涌现，如竖炉、Consteel炉、双炉壳、CONARC炉、ECOARC炉等形式电弧炉。绿色环保。三级除尘、综合利用电弧炉除尘粉、炉渣再利用等已成为常规的环保措施。众多电弧炉均重视全封闭冶炼，在控制烟尘放散方面也有专门措施。1.7我国电弧炉炼钢的发展展望基于连续生产技术集成的高效节约型生产流程。生产品种的扩展，从起初的长材、扁平材扩展到板带材；电弧炉容量及短流程生产规模不断扩大；高化学能电弧炉的发展。以高纯铁源为基础的电弧炉炼钢洁净化生产平台。电弧炉高纯净度炼铁技术的发展受制于铁源的供应。从实际上看，炼钢的过程是提升铁水纯度的过程，精矿纯度为65-67%，生铁中铁的纯度为93-95%，粗钢中铁的纯度提高到99%。而随着直接还原制铁技术进一步发展和产能扩大，若能提供纯度为99-99.9%的含铁原料，将为电弧炉炼钢流程生产高性能洁净钢提供技术发展的平台。与清洁能源技术发展相匹配的低碳或非碳技术，清洁能源的利用的发展，与之密切相关的电弧炉炼钢技术也将有重大的发展。如直接利用光伏发电技术的无碳或低碳炼钢工艺将可能是一种未来的方向。1.8结语目前我国电炉钢生产工艺已取得很大进步，近年来电炉钢产量不断增加，技术装备水平快速提高，但是电炉钢生产工艺仍然存在一些问题需要解决。随着社会工业化进程的发展，钢铁蓄积量的不断增加，直接还原铁技术的进步，电弧炉炼钢技术的不断完善和发展以及电弧炉流程的结构优化，电弧炉炼钢的市场竞争力将不断增强，未来电弧炉炼钢的优势将会逐步凸现。同时，随着我国政府对节能减排管理制度的逐步加强，会促使废钢一电弧炉流程和铁水-转炉流程冶炼工艺互相渗透，并存发展，直至在最佳点上达到平衡。2电弧炉炼钢车间的设计方案2.1电炉车间生产能力计算2.1.1电炉容量和座数的确定在同一车间，所选电炉容量的类型一般认为不超过两种为宜。座数也不宜过多，一般设置一座或两座电炉。为了确定电炉的座数和容量，首先要估算每次出钢量Q：（21）式中 A 车间产品方案中确定的年产量，140万吨； 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100%，一般90%94%，取90%； y 良坯收得率，连铸一般95%96%，取95%。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/365100%。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。（2）良坯收得率合格连铸坯量/全部入炉金属料量。我国连铸法生产的合格率为9596%。取95%。（3）冶炼周期电炉冶炼周期一般为6070分钟，取60分钟，约为1小时。由以上参数和设计原则可知：选两座，故车间设计100t超高功率电弧炉两座。2.1.2电炉车间生产技术指标（1）产量指标年产量140万吨；小时出钢量：160吨（2）质量指标钢坯合格率96%; （3）作业率指标作业率：95%（4）材料消耗指标1）金属材料消耗一般为废钢、返回废钢、生铁、合金料于脱氧合金。2）炼钢辅助材料消耗石灰、萤石以及其他造渣材料和脱氧粉剂。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）其他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。车间设计产品大纲见下表：（5）连铸生产技术指标连铸比 100%铸坯合格率 98.5%连铸收得率 96%2.2电炉车间设计方案2.2.1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； 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，环保要求；（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。2.2.2电炉炼钢车间的组成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）机电修间及快速分析室；7）炉衬制作与各种备件修理场地；8）耐材库、备件备品库、车间变、配电室；9）水处理、烟气净化设施及车间管理、生活服务设施。2.2.3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:此跨主要是为返回废钢，重型废料处理，轻料打包才处理，散状料等提供场地。（2）炉子跨：此跨配以两台100吨超高功率的偏心底出钢电弧炉；两台LF精炼炉；炉体彻修区，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。（3）精炼跨：此夸设有两台LF精炼炉；两台VD精炼炉；钢包烘烤区，合金料区，精炼维修区等。（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，两跨相同。还设有连铸机备件，良锭存放区，缓冷区，铸坯精整等。3产品的选择和生产工艺的设计3.1W18Cr4V简介W18Cr4V是应用最广泛的高速钢，是典型的莱氏体钢,特点是红硬性和耐磨性高，而且具有一定的韧性，因而常用来制作各种刃具和冷作模具。在钢中，碳主要与铬、钨、钼和钒(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及红硬性。钨是提高红硬性的主要元素，它在钢中形成碳化物。3.1.1化学成分如表3-1 钢号CSiMnWCrPSMoVW18Cr4V0.700.800.150.400.150.4017.519.03.804.400.0300.0300.301.001.403.1.2成分特点在钢中，碳主要与铬、钨、钼和钒(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及红硬性。钨是提高红硬性的主要元素，它在钢中形成碳化物。加热时，一部分碳化物溶入奥氏体，淬火后形成含有大量钨及其他合金元素、有很高回火稳定性的马氏体。在回火时，一部分钨以碳化物的形式弥散析出，造成二次硬化。在加热时，未溶的碳化物则起到阻止奥氏体晶粒长大的作用.钒能显著地提高高速钢的红硬性、硬度及耐磨性。钒形成的碳化物在加热时，部分溶入奥氏体，回火时以细小的质点弥散析出，造成二次硬化而提高钢的红硬性。铬在高速钢中主要是增加其淬透性，同时还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。钴也能显著提高钢的红硬性及硬度。3.1.3组织结构W18Cr4V的铸态组织包括呈骨骼状的、碳化物片状与马氏体或屈氏体相间排列的莱氏体，以及黑色组织(偏析)和白色组织(马氏体和残余奥氏体)。高速钢的铸态组织和化学成分尤其不均匀，而且热处理也不能改变，因而必须进行压力加工，将粗大的共晶碳化物打碎，并使其均匀分布，然后再用以制造各种刃具及模具。3.1.4主要用途通用性强，广泛用于制造钻头、铰刀、丝锥、铣刀、齿轮刀具及拉刀等。3.1.5产品牌号表32 产品牌号（GB 1499.22007）序号钢号化学成分 /%,不大于产量（万吨）%CSiMnPSWMo1W18Cr4V0.80.40.40.0300.03019.00.3010071.42%2W12Cr4V5Co52014.28%3W6Mo5Cr4V22014.28%3.2生产工艺的设计W18Cr4V为高速工具钢，含有W、Cr、V等合金元素，对钢中夹杂要求较高，依据目前短流程的炼钢生产工艺，设计生产流程如下：铁水+优质废钢超高功率电弧炉冶炼LF炉外精炼处理VD真空脱气处理方坯连铸方坯检验。其中：超高功率电弧炉使用无渣出钢、偏心炉底出钢和挂渣水冷炉壁设计，连铸机为五机五流方坯连铸机两台，连铸工艺有钢包、中间包结晶器的设计。烟气净化系统使用布袋收尘器及其他附属设备。3.3冶炼工艺操作要点3.3.1原料的分类保管要求废钢及废料储存在车间原料跨内，对这一工作应当特别重视。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；（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。3.3.2配料的原则与方法炉料重量的组成是根据炉料中的平均含碳量以及主要炉料来计算的，废钢是主要原料。车间废料和废钢含有大量的杂质（如氢气、硫、磷等非金属夹杂物），根据钢种质量的要求，车间废料的含量通常在一定的范围之内。车间废料的含碳量，是采用成品钢中碳含量的平均数字。3.3.3装料料篮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，料篮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。原料中包含30%的高炉炼钢铁水，铁水罐用行车吊起直接从炉顶装入。应先装废钢，再装铁水，防止大量喷溅。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篮底部，借以保护料篮的链板或蛤页板，减缓重料对炉底的冲击。在小料的上面，料篮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，最后在料篮的上部装入料重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。料篮顶装料要有专人指挥，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，应迅速将料篮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，抬料篮时也容易带剐炉壁；过低易粘坏料篮的链板。3.3.4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，方可正常送电转入熔化期。3.3.5熔化期的操作扣严炉盖与炉壁的接台处及加料孔等，以防冷空气进入炉内。在起弧阶段结束后，还要调放电极长度，使次穿井成功并能保证全炉冶炼的需要。需多次装料时，在炉料每次塌铁后，熔炼室能容纳下一料筐中的料时再装入。在炉料熔化过程中，加入石灰20kg/t（金属料）提前造渣与脱磷等。熔化末期如果发现全熔碳不能满足工艺要求，一股应先进行增碳操作。因电炉功率较高，熔化渣的渣量取为料重的3%。炉料全熔并经搅拌后，取全分析样，然后扒除部分熔化渣。3.3.6氧化期的操作氧化期操作的原则：氧化期的各项任务主要是通过脱碳来完成。单就脱磷和脱碳来说，两者均要求熔渣具有较强的氧化能力，可是脱磷要求中等偏低的温度、大渣量且流动性良好，而脱碳要求高温、薄渣，所以熔池的温度是逐渐上升的，根据这些特点，将氧化期总的操作原则归纳如下：在氧化顺序上，先磷后碳；在温度控制上，先慢后快；在造渣上，先大渣量去磷，后薄渣脱碳；在供氧上，以吹全吹氧冶炼操作。炉料全熔经搅拌后，取样分析C、Mn、S、P、Si等元素。加入造渣材料石灰27kg/t（金属料）、火砖块5 kg/t（金属料），使氧化渣的渣量达到料重的3%。在氧化过程中，应控制脱碳速度，并掌握熔池的激烈沸腾时间；脱碳量要满足工艺要求，在氧化过程中，最好能够做到自动流渣，这样既有利于脱磷，又有利于后期的薄渣降碳。为了掌握脱碳、脱磷情况及准确地知道不氧化元素的成分，在氧化中途还应分析有关的含量。当停吹后，熔池进入清洁沸腾，然后再取样分析C、Si、Mn、P、S等及其他有关元素的成分。当熔池具备出钢条件时，即可进行出钢操作，而后转入炉外精炼。在氧化过程中，应正确控制熔渣的成分、流动性和渣量。无论是脱磷还是脱碳，都要求熔渣具有较高的氧化能力和良好的流动性。在冶炼过程中，有的因炉壁例塌或炉底大块镁砂上浮，使氧化渣的流动件变坏，这时应及时地扒出。良好的氧化渣应是泡沫渣，可包围住弧光，从而有利于钢液的升温和保护炉衬，冷却后表团呈油黑色，断口致密而松脱，这表明（FeO）含量较高、碱度合适。出钢采取无渣出钢，电炉内留15%钢液，有助于下炉熔池的形成。3.3.7钢包精炼炉的操作精炼工艺包括加热、氩气搅拌、炉渣成分调整、钢液成分调整及保温等。钢包移入精炼工位以后，即可开始电弧加热和氩气搅拌，造出还原气氛和高碱度炉渣。降下包盖罩在钢包口的同时，降下电极插入炉渣埋弧加热。补充钢液从电炉进入精炼炉中的温降，精炼过程中加造渣材料、合金等的吸热，底吹氩气带走的热量等造成的钢包炉内的钢液热损失，保证钢液能够顺利地进行精炼和最终满足出钢要求的温度。加热时间取决于初炼钢液进入钢包炉后的温度。将石灰、火砖块按比例分别加入钢包用来造稀薄渣，加入量为钢液量的3%，然后用硅铁粉、铝块和碳进行预脱氧，之后加入铝块进行终脱氧，形成流动性较好的稀薄渣。加热钢液达到一定温度后，即可向钢液中加入合金成份加入种类分别为：FeMn、FeSi、VN合金，弱搅拌并保温一段时间后，取样测温（包括钢、渣样做）全分析，成份合格后停止精炼移出精炼工位，等待浇注。4电炉炼钢物料平衡和热平衡4.1物料平衡计算4.4.1计算所需原始数据基本原始数据：冶炼钢种及成分（见表4-1）；原材料成分（见表4-2）；炉料中元素烧损率（见表4-3）；合金元素回收率（见表4-4）；其他数据（见表4-5）。表4-1 计算选定钢种及其成分钢种成分/%CSiMnPSCrWMoVW18Cr4V0.70 0.80.150.400.150.400.0300.0303.8 4.4017.5 19.00. 301.001.40注：分母系计算时的设定值，取其成分中限。表4-2原料成分表（%）名称CSiMnPSAlFeH2O灰分挥发份碳素废钢0.180.250.550.030.03余量炼钢生铁4.200.800.600.200.035余量FeMn6.600.5067.800.2300.13024.74FeSi73.000.500.0500.0302.5023.92SiMn1.6520.5063.200.0650.04514.54Al98.501.50增碳剂81.500.5812.405.52电极99.001.00续表42名称CaOSiO2MgOAl2O3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰88.002.502.601.500.504.640.100.100.06萤石0.305.500.601.6088.001.501.500.900.10铁矿石1.305.750.301.4589.771.200.150.08火砖块0.5560.800.6036.801.25高铝砖1.256.400.1291.350.88镁砂4.103.6589.500.851.90电极灰分8.9057.800.1033.10表4-3 炉料中元素烧损成分CSiMnPS烧损率/%熔化期2540,取307095，取856070，取654050，取45可以忽略氧化期0.06全部烧损200.0152530，取27按末期含量比规格下限低0.03%0.10%（取0.06%）确定（一般不低于0.03%的脱碳量）；按末期含量的0.015%来确定。表4-4合金中元素的回收率合金材料加入时间回收率（%）CSiMnCrAlFeMn精炼初期10010096出钢前10010098FeSi精炼初期651000精炼后期9510060FeCr精炼初期10010096FeMo精炼初期100Al精炼初期预脱氧0精炼后期终脱氧40Fe-Si粉精炼期扩散脱氧501000Al粉精炼期扩散脱氧0表4-5其它数据名称参数定数配碳量比钢中规格中限高0.7%，即达1.7%1.45%熔化期脱碳量30%，即1.4530%0.435kg30电极消耗量5kg/t（金属料）；其中熔化期占60%，氧化期和精炼期各占20%5kg/t炉顶高铝砖消耗量1.5kg/t（金属料）；其中熔化期占50%，氧化期占35%，精炼期15%1.5kg/t炉衬镁砖消耗量5kg/t（金属料）；其中熔化期占40，氧化期和精炼期各占30%5kg/t熔化期和氧化期所需氧量50%来自氧气，其余50%来自空气和矿石氧气纯度和利用率99%，余者为氮气，氧可利用率为9099%焦炭中碳的回收率75%，（系指配料用焦炭）75%碳氧化产物均按70%生成CO，30%生成CO2来考虑烟尘量按8.5kg/t（金属料）考虑8.5kg/t4.1.2物料平衡基本项目收入项有：废钢、生铁、石灰、萤石、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、铁合金、氧气和空气。支出项有：钢水、炉渣、炉气、挥发的铁。4.1.3计算步骤以100kg金属炉料（废钢+生铁）为基础，按工艺阶段。熔化期和氧化期分别进行计算，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68.40kg和31.60kg搭配，金属总量为100kg。其结果列于表3-6。计算用原始数据见表4-2和4-5。表4-6 炉料配入量名称用量/kg配料成分/kgCSiMnPSFe废钢68.4000.1230.1710.3760.0210.02167.709生铁31.6001.3270.2530.0190.0630.01129.756合计100.0001.450.4240.5660.0840.03297.4652)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4-5。（2）确定氧气和空气消耗量：耗氧项包括炉料中元素的氧化和电极中碳的氧化；而矿石则带来部分氧，石灰中CaO被自身S还原出部分氧。前后两者之差即为所需净氧量2.358kg。详见表4-7。根据表3-5中的假设，应由氧气供给的氧气为50%，即1.314kg。空气应供氧：1.3140.270=1.044kg，由此可求出氧气实际消耗量。详见表4-8。上述1）+2）便是熔化期的物料收入量。表3-7 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CSiMnPFeFeCCOCCO2Si（SiO2）Mn（MnO）P（P2O5）Fe(FeO）Fe（Fe2O3）0.3040.1300.3600.3680.0380.2921.6560.4050.3470.4110.1070.0500.0840.710合计2.7142.114电极中碳的氧化CCCOCCO20.2080.0890.2770.237合计2.628供氧项矿石石灰Fe2O3S2Fe2O3=4Fe+3O2CaO+S=CaS+O0.2690.0006合计0.270净耗氧量 2.358令铁烧损率为2%，其中80%生成Fe2O挥发掉成为烟尘的一部分；20%成渣。在这20%中，按3：1的比例分别生成（FeO）和（Fe2O3）。表4-8 氧气与空气实际消耗量氧气/kg空气/kg带入O2带入N2带入O2带入N21.314/氧利用率=1.314/90%=1.460（或1.022m3）（1.4699%）1%=0.015（或0.012m3）1.044（或0.731m3）1.044(7723)=3.50（或2.80m3）=1.461（或1.034m3）=4.544（3.531m3）（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，电极中的灰分，以及加入的各种熔剂。结果见表4-9。（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C、Si、Mn、P和Fe的烧损量=100+0.628-2.714=97.914kg。（5）确定炉气量：炉气来源于炉料以及电极中碳的氧化物CO和CO2，氧气带入的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）。计算结果列于表3-10。（6）确定铁的挥发量：有表4-7中设定，铁的挥发量为：97.4652%80%=1.559kg。上述（3）+（4）+（5）+（6）便是熔化期的物料支出量。由此可列出熔化期物料平衡表4-11。表4-9 熔化期炉渣量的确定名称消耗量（kg）渣组成（kg）CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计炉料中元素的氧化Si0.3660.7710.771Mn0.3680.4700.470P0.0380.0870.087Fe0.3900.3770.1400.517炉顶0.0750.0010.004略0.0690.0010.075炉衬0.2000.0080.0070.1790.0020.0040.200电极0.300略0.002略0.0010.003矿石1.0000.0130.0580.0030.0150.8980.0020.0020.091石灰2.0001.7570.0500.0520.0300.0100.0020.0031.904合计1.7800.8920.2340.1170.4700.3770.1550.0700.0044.111%42.3021.705.6702.8511.439.203.771.700.1100.000表4-10 炉气量计算项目气态产物/kgCOCO2N2H2OH2挥发分合计炉料中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O2参与反应CO+1/2O2=CO2H2O参与反应H2O+CO=H2+CO20.7100.485-0.182-0. 1180.4800.3260.0930.2860.1860.0174.2620.0120.002 0.057-0.0760.0081.200.8110.0120.0950.0174.3190.1040合计0.8951.3714.27900.00806.048质量分数/%14.8016.6370.7500.130100.00确定炉气量：炉气来源于炉料以及焦炭和电极中碳的氧化物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），结果列于表4-10。表4-11 熔化期物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%废钢68.462.42金属97.91589.31生铁31.628.84炉渣4.1113.75电极0.3000.27炉气6.0485.51矿石1.0000.91铁的挥发1.5591.42石灰2.0001.82炉顶0.0750.07炉衬0.2000.18氧气1.4611.33空气4.5444.15合计109.58100.00合计109.63100.00注：计算误差=（109.58-109.63）/109.5810