冶金工程专业毕业论文年产100万吨电炉炼钢车间设计.doc

摘 要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本设计根据指导老师的课题范围查阅相关资料结合重庆地区实际条件优化设计年产为100万吨的电炉间本次设计查阅国内大型电炉车间设计的相关内容和文献资料明确本次设计的目的方法并向老师请教可行性方案结合炼钢设备及车间设计炼钢厂设计原理炉外处理等资料进行设计提纲的书写对电炉进行配料计算计算出电炉炼钢的原料配比对电炉电气设备炉外精炼连铸系统车间烟气净化系统炼钢车间布局结合国内大型电炉进行设定并向田老师探讨可行的方法和数据绘制电弧炉平面图和电炉炼钢车间平面布置图关键字电弧炉 车间设计 连铸 炉外精炼ABSTRACTThe current is moving large electric arc furnace electric arc furnace high-power power supply technology using a variety of refining the development of direct reduction steel making and gradually expand the use of mechanization and automation and process control computer for the development so we were EAF designed to fit the trend of development The main products are steel furnace and the quality of steel depends on the electric furnace smelting technology and techniques present a large number of integrated steel industry in China tend to focus on integrating resources for optimization and upgrading The design of the subject areas under the guidance of teachers access to relevant information combined with the actual conditions in Chongqing optimal design capacity of 100 tons of furnace plantThe design of access to large domestic electric furnace workshop content and related design documents specifically designed for this purpose methods feasibility of the program to the teacher for help With steel-making equipment and plant design Steel design principles outside the furnace processing etc to design the outline of the writing Calculated on the EAF ingredients to calculate the ratio of electric steelmaking raw materials Electrical equipment on the furnace secondary refining continuous casting system the plant flue gas purification systems steel plant layout combined with the large EAF set to Tian to explore feasible approaches and data Electric arc furnace steel-making plans and drawing workshop floor planKeywordelectric arc furnace plant design casting refinin目录摘 要IABSTRACTII绪 论11 设 计 方 案311设计概述3111 设计的基本原则及内容3112 建厂条件评述312 产品方案5121 冶炼的钢种代表钢号及化学成分确定6122 钢种简介7123生产工艺流程72超高功率电弧炉炉型设计计算921 电炉容量和座数的确定922 超高功率炉型设计11221 熔池的形状和尺寸11222 熔炼室尺寸13223 炉衬及厚度的确定14224 炉壳及厚度z14225 炉门尺寸的确定15226 偏心炉设计15227废钢的供应方式和预处理方案18228炼钢过程的物料平衡和热平衡计算18229全厂金属料平衡计算303电弧炉电气设备的计算和选择3131 变压器功率和电参数的确定31311 变压器功率的确定31312 电压级数32313 电极直径d电极33314电极极心圆直径d三极心3432短网的设计344 炉 外 精 炼 设 计3741 炉外精炼的功能3742 LF精炼炉38421 LF精炼炉的特点38422 LF炉设备组成3843 真空吹氩脱气法VD法395 连 铸 设 计4551连铸系统的组成及工艺流程4552 车间设备及参数的确定45521 连铸机型的选择45522 连铸机主要参数的确定4653连铸机生产能力的计算52531 连铸浇注周期计算52532 连铸机的作业率53533 连铸坯收得率54534 连铸机的理论小时产量54535 连铸机平均日产量55536 连铸机平均年产量5554 连铸操作规程56541 浇铸前的准备56542 250250方坯浇钢操作57543 配水操作58544 一操台操作58545 二操台操作58546 三操台操作59547 吊坯操作及精整60548 砌中间包操作606 电炉炼钢车间烟气净化系统的设计6161 烟气特征61611 烟气成分61612 烟气温度61613 烟气量6162 烟尘特征61621烟尘的来源61622烟尘成分62623烟尘粒度6263烟气净化方法的选择6264 烟尘净化系统的设计6265 烟尘净化系统的主要设备65651 烟气收集设备烟罩65652 烟气冷却设备65653 烟气净化设备除尘器和脱水器65654 抽气设备抽烟机657 电弧炉炼钢车间工艺布置6771 原料跨的跨度67711原料跨总长度确定67712原料跨高度6772 炉子跨整体布置67721 炉子跨工作平台高度67722 炉子的变压器室和控制室67723 电弧炉出渣和炉渣处理68724 炉子跨的长度跨度高度68725 其他布置6873精炼跨69731 整体布置69732 VD精炼炉的工艺布置6974连铸跨69741 总体布置69742 连铸机操作平台的高度长度宽度69743 连铸机总高和本跨吊车轨面标高70744 连铸机总长度70745 连铸跨跨度7175出坯跨7176 备注718 电炉炼钢生产技术经济指标与生产能力计算7381 电炉生产经济技术指标73811 指标产量73812 质量指标73813 作业效率指标74814 连铸生产技术经济指标7482 电炉车间生产能力核算749拟订生产组织及安全生产制度7591 生产组织安排75911 原料车间75912 冶炼车间75913 连铸及铸坯精整车间7592 安全制度的制定76921 实行承包责任制76922 安全规程的制定76结论77参 考 文 献78致 谢79绪 论钢铁工业是国国民经济的支柱产业是国民经济的中的主导产业而钢铁材料是用途最广泛的金属材料人类使用的金属中钢铁占90以上人们生活离不开钢铁人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁材料钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量都有着极大的影响世界经济发展到今天钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到根本性影响而且在可预见的范围内这个地位也不会因世界新技术和新材料的进步而削弱纵观世界主要发达国家的经济发展史不难看出钢铁材料工业的发展在美国前苏联日本英国德国法国等国家的经济发展中都起到了决定性作用这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车造船机械电器等工业 的发展和经济的腾飞都发挥了至关重要的作用美国钢铁工业曾在20世纪7080年代遭到来自日本为主的国外进口材料的冲击而受到重创钢铁产品生产能力急剧下降但经过十几年的改造和重建终于在20世纪90年代中期恢复到其原有的钢铁生产规模为其维持世界强国地位继续发挥着重要作用由此可见钢铁工业在公民经济的重要作用并且钢铁工业在整个国家的发展中都起着举足轻重的作用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本设计由重庆科技学院冶金工程学院张海军设计在编写的过程中得到了田世龙工程师的悉心指导在此特别表示感谢1 设 计 方 案11设计概述111 设计的基本原则及内容 1 设计的基本原则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厂总平面布置时尽量少占有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未来发展的需要 设计中的技术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充分利用本地资源发挥现有工业基地的潜力降低成本 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 2 设计内容设计内容包括产品方案确定配料计算炉型设计 炉子容量及座数确定炉型尺寸计算变压器及电器参数选择等 连铸车间设计电炉和精炼车间的设计和选择 车间设备选择及布置各跨间的设计 烟气净化设计等112 建厂条件评述通过实地调查利用收集到的资料就该地区资源电力交通水文地质气候等方面加以评述以论证在该地建厂发可能性与合理性本次设计中参考重庆万州地区的条件进行的下面就将该地条件表述如下以供参考使用1地理概况 万州区属重庆市位于四川盆地东部濒临长江三峡扼川江咽喉有川东门户之称水路上距重庆市区327公里下距湖北省宜昌市321公里为川东水陆要冲跨大巴山巫山七曜山和盆东平行岭谷区地处三峡工程库区腹地举世闻名的大小三峡均在其中境内山峦起伏丘陵交错街道楼房背山面江故又称江城1902年中英通商条约辟为商埠1915年日英两国于此设立海关1928年设市其附近山地丘陵除有煤铁硫盐等矿藏外盛产柑橘桐油乌桕生漆及蘑菇等又是山羊及山羊板皮主要产地之一工业以罐头肉类等食品工业和纺织皮革工业为主次为机械化肥和造纸等万州港货物年吞吐量在重庆市内居第2位仅次于重庆港水陆交通便利有万利公路万渠公路万开公路万忠公路等干线是川东湘鄂西陕南的物资集散地万州区溯江而上有妩媚多姿的忠县石宝寨下行有云阳境内的古迹张飞庙奉节境内的白帝城及巫山境内的大宁河小三峡与长江三峡等奇景2资源分布在这节里年产量冶炼钢种及其产量比例均有设计任务书规定得知具体钢号可给定也可自行选择包括每类选2个以上钢号其比例自定选择原则如下1所选钢号必须是该钢种中典型的常用代表钢号2综合考虑中国的矿产资源状况我国的矿产资源基本是缺铬少镍多硅锰3考虑市场需求情况以下内容将举例说明121 冶炼的钢种代表钢号及化学成分确定表1-1给出各冶炼钢种代表钢号及其化学成分表表1-1 冶炼钢种化学成分表 钢种 成分优质碳素结构钢合金结构钢碳工钢硅钢轴承钢弹簧钢不锈钢452040Cr20MnSi1T8D22GCr1560Si2Mn1Cr18Ni9TiC042050017023037045017023075084008095105057065012Si0170370170370170370400700150352012500150351520080Mn0500800350650500801301700200400200400204060920P0035004003004500350040002700450035S0035004003004500300030002000450030Ni03003002503002003080110Cu025025003030030025Cr025025080110030131651719Ti-2注1C16Mn 05 25 C-002 本设计只以轴承钢GCr15SiMn为例来确定配料计算炉型设计 炉子容量及座数确定炉型尺寸计算变压器及电器参数选择等 连铸车间设计电炉和精炼车间的设计和选择 车间设备选择及布置各跨间的设计 烟气净化设计等下面给出轴承钢GCr15SiMn的目标成分表表1-2 冶炼钢种及其成分钢种成分备注CSiMnPSCrFeGCr15SiMn09510510002503502502504503500250025140165153余量氧化法冶炼122 钢种简介轴承钢是用来制造滚珠滚柱和轴承套圈的钢轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性以及高的弹性极限对轴承钢的化学成分的均匀性非金属夹杂物的含量和分布碳化物的分布等要求都十分严格是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一1976年国际标准化组织ISO将一些通用的轴承钢号纳入国际标准将轴承钢分为全淬透型轴承钢表面硬化型轴承钢不锈轴承钢高温轴承钢等四类共17个钢号有的国家增加一个类别为特殊用途的轴承钢或合金我国已纳入标准的轴承钢分类方法与ISO相似分别对应为高碳铬轴承钢渗碳轴承钢不锈耐蚀轴承钢高温轴承钢四大类近五十年来我国还在轴承钢钢种及其轴承用材料方面如无铬轴承钢中碳轴承钢特殊用途轴承钢及合金金属陶瓷等取得了很大的进展高碳铬轴承钢GCr15是世界上生产量最大的轴承钢含碳Wc为1左右含铬量Wcr为15左右从1901年诞生至今100多年来主要成分基本没有改变随着科学技术的进步研究工作任在继续产品质量不断提高占世界轴承钢生产总量的80以上以至于现在我们所说的轴承钢如果没有特殊的说明那就是指GCr15生产工艺流程钢的冶炼水平是轴承钢内在质量好坏的先决条件钢中的氧含量成分偏析夹杂物数量及分布大颗粒碳化物的状况是影响轴承钢内在质量的重要冶金因素世界上生产轴承钢最著名的厂家有瑞典SKF公司日本的山阳特殊钢厂美国Timken公司等日本山阳公司的棒线生产工艺流程UHP电炉LF精炼炉RH精炼炉连铸或模铸初轧三辊行星轧机或大型轧机无损探伤修磨连轧机组无损检验连续炉球化退火无损检测检验入库SKF公司OVaK0钢厂棒线生产工艺流程电炉LFV精炼炉模铸均热炉初轧火焰清理150150坯料检验喷丸修磨加热除鳞轧制冷却剪切打包发货该厂年产45万t钢全部采用模铸初轧开坯而没有采用连铸我国某著名特殊钢厂轴承钢棒材4条生产线工艺流程1电炉VHD精炼炉模铸680 kg锭钢锭修磨需要时650轧机酸洗抛丸检查修磨需要时退火包装入库2UHP电炉LFVD精炼炉连铸或模铸3 t锭850开坯检查修磨连轧需要时连续退火检查修磨校直包装入库3电炉模铸电极电渣冶金轧制或热处理精整包装入库4真空感应炉真空自耗炉轧制精整或热处理包装入库UHP电炉LFVD精炼炉连铸检查修磨连轧需要时连续退火检查修磨校直包装入库电弧炉是炼钢电炉的一种也是目前世界上焙炼优质钢特殊用途钢种的主要设备电弧炉的整体设计是包括机械电气热工冶炼耐火材料等多门专业的工程随着钢的质量不断提高熔炼工艺在革新也向炉子结构包括耐火材料砌衬提出了更高的要求自60年代中期提出电弧炉超高功率概念以来电孤炉建造趋于大型化高功率化出现了多种新型式的电弧炉本次设计的电弧炉具有如下特点具有较高的生产率电能耐火材料和电极消耗低满足多钢种冶炼时冶金反应的要求21 电炉容量和座数的确定 电炉容量和座数的选择与车间的生产规模生产的钢种以及设备供应情况等因素有关一般在要求一定的车间产钢量的条件下力求选用较大容量的电炉因为大型电炉的技术经济指标较好单位热损失较小电能等单位消耗较低操作人员和管理人员相对较小另外车间内的电炉类型不宜过多一般不超过两种同一车间电炉类型过多对车间的设备配置备品备件的准备以及炉子的维护检修都有困难但车间内设置一二座小容量电炉对生产是有利的座数也不宜过多座数过多时车间生产调度复杂各个电炉之间相互影响和干扰同时车间劳动条件亦会恶化为了确定电炉的座数和容量首先要估算每次出钢量 1265t注意Gst是指车间内各座电炉每次出钢的总和而电炉的每次出钢量是指该电炉的平均出钢量 式中Gst 车间产品方案中规定年产量t tc冶炼周期h取1h 电炉作业周期率一般为9094取94 344天年 y良锭收得率96公式中几个主要技术指标的确定和计算如下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当电炉与全连铸配合时电炉有效作业日数为275290天当电炉与全模铸配合时电炉有效作业日数为3l0320天此处取天则365100良坯收得率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9596取95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冶炼周期电炉冶炼周期一般为6070分钟取分钟约为1小时在不同生产规模下一般选用的电炉容量可参考表2-1表2-1 生产规模与电炉容量的选择序号车间年产钢锭量 t 电炉公称容量 t 1700001535102700002000005102030320000020305075100电炉座数 N 式中 P实际出钢量P Ti 1fch fch超装系数为1020取10Ti公称容量tn电弧炉座数取2座所以 P 6325tTi 575t75t故确定公称容量为75t 3 车间生产能力的核算Qst ti 1fch ni式中ni电弧炉座数指同一公称容量炉子的座数其余称号同前Qst 75 101 296 1304329t 100万吨年良锭设计产量为130万吨故满足要求22 超高功率炉型设计设计步骤 求出炉内钢液和熔渣的体积计算熔池的深度和直径确定熔炼室空间的高度和直径确定炉顶的拱高和和炉盖的厚度确定炉衬的尺寸和炉壳的直径 图2-1 电炉炉型221 熔池的形状和尺寸电弧炉的大小以其额定容量公称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不断增装入量或者出钢量也就不断增大另外生产中还经常用提高炉门门槛即造假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不超装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其形状应有利于冶炼反应的顺利进行砌筑容易修补方便本设计使用目前较为流行的锥球形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熔化并及早造渣去磷截锥形电炉炉坡便于补炉炉坡倾角45其优点如下45角叫自然锥角沙子等松散材料堆成堆后的自然锥角正好是45当用镁砂补炉时利用镁砂自然滚落的特性可以很容易的使被侵蚀的炉坡得到修补恢复原状出钢时炉子倾斜5能顺利出净钢水 熔池的容积V池根据定义V池V金V渣电炉的氧化期具有最大的渣量对碱性电炉GG钢0077而渣的比重为3035m3取每立方米渣重33则每吨渣的体积为033则 V渣V金015所以V池115V金115 GV0 式中G炉子容量吨V0吨钢液的体积取0143t V池115V金115 GV0熔池直径D渣面直径和深度H之比DH在计算熔池直径D和深度H之前首先确定一个合适的DH值在熔池容积一定的条件下DH大则熔池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冶金反应的进行因此希望DH大一些但DH太大则熔池直径和熔炼室直径都增大于是炉壳直径增大导致D壳太大炉壳散热面积增大电耗也增大因此DH又不能太大如果DH太小熔池太深钢液加热困难温度分布不均匀性增大在氧化期应对金属进行良好的加热并对熔池中金属进行强烈沸腾搅拌以使金属成分和温度均匀当选定炉坡倾角45时一般取DH5左右较合适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式中h1 球冠部分高度一般取h1H5 h2 截锥部分高度h2 H-h1 45H D 熔池液面直径通常采取DH5即D 5H d 球冠直径因dD-2h25H-85H175H带入上式整理后得V池121H300968D3 若V池H 1000mD 5000mh1H5 100050200mh245H4510000800md175222 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性装入堆积密度中等的全部炉料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交界处薄弱处炉坡应高于炉门槛渣面与炉门槛平齐约100mm左右即当选定炉坡倾角为45时D熔D2100 因D5000m则D熔D21002熔炼室高度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从延长炉盖寿命和多装轻薄料考虑希望熔炼室高度H1大一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受到的热辐射相对较小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太大则炉壳散热面积增大导致电耗增多电极增长导致电阻增大经验值为H1D 05045 40t电炉H1D 044040 40t电炉此处取042H1 042D04250002100m3炉顶高度炉顶高度h3与熔池室直径D有如下关系至此至炉顶中央高度H2H1则H2H1 h33750m4熔池上缘直径一般熔炼室要设计成上大下小倾斜形的即D1 D熔炉壁上部薄下部厚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左右所以D1D熔2 H1-100 1052002 210001 015600m 223 炉衬及厚度的确定炉衬的组成炉壳石棉100mm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炉顶衬砖厚度如表22所示表22 炉顶衬砖厚度吨位t 202040 40mm230300350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厚度增加过大而增加炉壳直径D壳耐火材料消耗增加散热面积增加所以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对75t电弧炉取350mm炉壁部位厚度见表23表23 炉壁部位厚度吨位t 202040 40工作层mm230345460绝热层mm757575炉底部位总厚度近似等于熔池深度对100t电弧炉炉壁厚度取工作层460mm绝热层75mm炉底厚度1000mm炉壁厚度为壁224 炉壳及厚度z炉壳要承受炉衬和炉料的质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z一般为炉壳直径D壳的1200即炉壳厚度z与炉壳直径D壳的关系见表24表24炉壳厚度z与炉壳直径D壳的关系D壳m 33446 6zmm12151520252830因D5500m故4m D壳 6m故取z25mm则D壳D2壁2225 炉门尺寸的确定一般电炉设一个加料炉门和一个出钢炉门其位置相隔180确定炉门尺寸时考虑了以下因素便于顺利的观察炉况能良好的修补炉底和整个炉坡采用加料机加料的炉子料斗能自由出入能顺利取出折断电极炉门尺寸的经验值炉门宽度L02503D熔 炉门高度b08L为了密封门框应向内倾斜812所以L025D熔02552001300mb0813001040m 图2-2 偏心炉设计部分尺寸 226 偏心炉设计 大量的生产实践表明采用偏心炉底出钢电弧炉与出钢槽出钢相比可取得以下显著效果可彻底地实现无渣出钢和留钢留渣操作炉内留钢量一般控制在10留渣量可达到以上为此偏心炉底出钢已成为超高功率电弧炉炉外精炼连铸短流程及直流电弧炉的一项重要的必备技术之一为氧化性出钢创造了必要的条件炉体后倾角从4245减少到1215可缩短短网长度从而提高输入炉内的有功功率1033和功率因数从0707提高到08缩短冶炼时间37min可降低电耗1530此外炉体倾动角减小可简化炉子设计短网中的非磁性支承架电缆接头等有关连接构件受力状况改善倾动摇架质量减轻且减少电极折断几率缩短出钢时间75出钢温度可降低30因而可缩短冶炼时间降低电耗6降低电极消耗生产率提高1015出钢钢流短而垂直且集中无分散可减轻出钢过程中钢流的二次氧化及吸气加上出钢时间缩短钢中氢氧和氮及夹杂物的含量均有所减少同时便于采用钢包加盖及氩气保护技术1出钢箱内口与中心夹角图23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越小出钢箱内钢水流动性越差其与炉中心温度差越大一般情况下出钢箱内温度比炉心的温度低5080如果过低会造成出钢时箱体内仍有固体冷块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要确保钢水流动性好钢水温差小 100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75t超高功率电弧炉的取110图2-3 出钢箱内口与中心夹角2出钢口到炉子中心的距离偏心度E 出钢口位置的确定应考虑填料方便便于检修图23如果出钢口到炉子图 中心的距离偏心度E过大则出钢口到炉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取炉壳最大外径的一半再加上200mm即3360mm3出钢箱远中心内侧距离炉中心的距离L见图当炉壁厚度S为535mm时有LES33605353004395mm4出钢倾翻角与出钢箱高度h4取出钢最大倾角为14则14arccos 10210-h4-1200 10210-1260所以h4330mm取h4350mm这是新砌炉的最大倾翻角由于炉内温度与出钢箱温度不等炉子后期炉底耐火材料的侵蚀会比出钢箱严重后期炉子的最大倾角壁初期要大但不会大于arccos 10210-350 1021015即炉体最大倾角为14155出钢口直径出钢口为一个圆形孔洞其直径一半为120150mm为缩短出钢时间取出钢口直径为300mm出钢口高度为箱底衬砖厚度及箱底钢板厚度25mm 共1200mm钢液高度1080mm安全高度1760mm三者之和即4040mm表24 75t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12075 m3炉衬工作层厚度460熔池直径 D5000炉衬绝热层厚度75熔池深度 H1000炉底厚度1000球冠部分高度 h1200炉壳厚度z25截锥部分高度 h2800炉壳直径 D壳6300球冠直径 d3400炉门宽度 L1300熔炼室直径 D熔5200炉门高度 b1040熔炼室高度 H12100出钢口直径300炉顶高 h3650出钢箱内口与中心夹角110熔炼室上缘直径 D15600偏心度E3510炉壁衬砖厚度 350出钢倾翻角12227废钢的供应方式和预处理方案1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2废钢的预处理方案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应限制入炉料的磷硫含量否则严重恶化电弧炉操作指标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装料密实不松散228炼钢过程的物料平衡和热平衡计算物料平衡计算1 计算所需原始数据基本原始数据冶炼钢种及成分见表1原材料成分见2炉料中元素烧损率3其他数据见表4表1 冶炼钢种及其成分钢种成分备注CSiMnPSCrFeGCr15SiMn09510510002503502502504503500250025140165153余量氧化法冶炼表2 原材料成分名称CSiMnPSCrAlFeH2O灰分挥发分碳素废钢01802505500300030余量炼钢生铁42008006002000035余量FeMn6600506780023001302474FeSi7300050005000302502392FeSi7300050005000302502392FeCr4350400035004567302787Al9850150焦炭81500581240552电极9900100名称CaOSiO2MgOAl2O3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰8800250260150050464010010006萤石0305500601608800150150090010铁矿石1305750301458977120015008火砖块05560800603680125高铝砖1256400129135088镁砂4103658950085190焦炭灰分440497009526251855015电极灰分89057800103310表3 炉料中元素烧损率成分CSiMnPS烧损率熔化期2540取307095去856070取654050取45可以忽略氧化期全部烧损202530取27按末期含量比规格下限低003010取006确定一般不低于003的脱碳量按末期含量0015来确定表4 其他数据名称参数配碳量比钢种规格中限高070即达170熔化期脱碳量30即17030051kg电极消耗量5kgt金属料其中熔化期占60氧化期和还原期各占20炉顶高铝砖消耗量15kgt金属料其中熔化期占50氧化期占35还原期占15炉衬镁砖消耗量5kgt金属料其中熔化期占40氧化期和还原期各占30熔化期和氧化期所需要氧量50来自氧气其余50来自矿石和空气氧气纯度和利用率99余者为N2氧利用率90焦炭中碳的回收率75系指配料用焦炭碳氧化产物均按70生成CO30生成CO2考虑2 物料平衡基本项目收入项有废钢生铁碳粉石灰萤石电极炉衬镁砖炉顶高铝砖火砖块铁合金氧气和空气支出项有钢水炉渣炉气挥发的铁碳粉中挥发分3 计算步骤以75t金属炉料废钢生铁为基础按工艺阶段分为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50t和15t搭配不足碳量用焦炭来配其结果列于表5表5 炉料配入量名称用量t配料成分tCSiMnPSFe废钢60000 0090 0125 0275 0015 0015 59480 生铁15000 0630 0120 0090 0030 0005 14125 焦炭1604 0980 合计76604 1700 0245 0365 0045 0020 73605 碳烧损率2509800750980 1604t2 其他原材料消耗量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42确定氧气和空气消耗量耗氧项包括炉料中元素的氧化碳粉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还原出部分氧详见表6表6 净耗氧量的计算项目名称元素反应产物元素氧化量t耗氧量t供氧量t耗氧项炉料中元素的氧化CSiMnPFeC CO C CO2 Si SiO2Mn MnOP P2O5Fe FeOFeFe2O317003070 035717003030 0153024585 0208036565 0237004545 002073605215 019173605285 10810476040802380069002600550463合计22471735焦炭中碳的氧化电极中碳的氧化CCC CO C CO2 C CO C CO2 16048152570 022908358152530 0098756099701000 0027756099301000 00120305026200360032合计2370供氧项矿石石灰Fe2O3SFe2O3 2Fe32O2CaOS CaSO0175000039合计0176净耗氧量2194令铁烧损率为2其中80生成Fe2O3挥发掉成为烟尘的一部分20成渣在这20中按31的比例分别生成FeO和Fe2O3根据表4中的假定应由氧气供给的氧气为50即237050 1185t空气应供氧1185-0176 1009t由此可求出氧气与空气的实际消耗量详见表7表7 氧气与空气实际消耗量氧气t空气t带入O2带入N2带入O2带入N21185氧利用率 1185900013100910097723 13170013 1330 10093378 4387 7723为空气中N2 与O2的质量比上述12便是熔化期的物料收入量3确定炉渣量炉渣源于炉料中SiMnPFe等元素的氧化产物炉顶和炉衬的蚀损碳粉和电极中的灰分以及加入的各种熔剂结果见表8表8熔化期炉渣量的确定名称消耗量 t 成渣组分 t CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计炉料SiMnPFe0208023700200254044603060245009100460446030600460336炉顶炉衬焦炭电极石灰矿石004901301604019513000650000100050009略1142000800030006 0099000100330038略01160002略0035000200450001005100010020001000010003003600070584略0001000100010001005001310197000212410061合计1166062601550128030602450138004800022816百分比41442223550455109787049017000810000几点说明Fe的消耗量按表6中注释73605220 0254t石灰中氧化钙的计算石灰中自身S还原消耗1365kgCaO矿石中的Fe2O3假设全部还原还原得到的铁为751008977112160 408454kg4确定金属量金属量Qi 金属炉料重矿石带入的铁量-炉料中CSiMnP和Fe的烧损量碳粉配入的碳量 750408-22470980 74141t5确定炉气量炉气来源于炉料以及碳粉和电极中碳的氧化物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碳粉的挥发分计算结果列于表9表9 炉气量计算项目气态产物 t COCO2N2H2OH2挥发物合计炉料中C的氧化焦炭带入电极带入石灰带入矿石带入氧气带入空气带入游离O2参与反应CO