不锈钢电炉炼钢毕业论文.doc

目 录1电炉炼钢概述11.1 我国钢铁工业发展概况11.2电弧炉的发展概况11.3电弧炉的特点21.4电弧炉车间设计内容32设计原则和依据42.1 国家方针政策42.2 市场要求52.3 环保要求73 设计方案的确定与论证103.1 产品大纲的制定103.1.1 产品大纲103.1.2产品大纲制定的依据113.1.3 钢种的特性、用途及生产工艺要点113.2 工艺方案的选择及论证163.2.1 炉容量与座数的确定163.2.2工艺方法与工艺流程的选择与论证163.2.3炉外精炼工艺方法的选择与论证193.2.4冶炼不锈钢的几种方法论证213.2.5 AOD炉的功能及特点：223.2.6VOD精炼基本原理243.2.7连铸部分的选择与论证274 电炉炼钢车间324.1车间生产能力核算及原材料消耗324.2车间组成和工艺布置324.2.1车间的组成334.2.2工艺布置334.3物料与热平衡计算355 车间主体设备的设计405.1电弧炉设计405.1.1炉型设计405.1.2水冷炉壁参数的确定425.2炉外精炼设计425.2.1设计选型原则425.2.2精炼炉的主要参数425.3连铸设备的设计445.3.1连铸机参数的确定445.3.2连铸机主要设备的设计456车间主厂房设计606.1主厂房布置形式的分析606.2原料系统供应的选择606.2.1混铁车供应铁水606.2.2废钢供应系统606.2.3散状料供应系统616.2.4铁合金供应系统616.3供氧系统的选择616.3.1制氧的基本原理616.3.2供氧系统的流程626.4除尘系统选择626.4.1电炉除尘系统的组成626.4.2除尘系统主要设备的选取及特点637车间厂房主要设计参数667.1原料跨设计计算667.2浇注跨设计计算667.3精炼跨设计计算677.4连铸车间浇注跨的设计678电炉炼钢新技术69致 谢77参考文献78附录一外文翻译79附录二 英文原文85附录三 计算过程97物料平衡计算97热平衡的计算107车间主要设备的计算1131电弧炉设计1132水冷炉壁设计1163变压器设计1164连铸机设计1185钢包设计1226中间包设计1231电炉炼钢概述1.1 我国钢铁工业发展概况我国有丰富的铁矿石、有色金属、煤炭和水力资源等，是发展钢铁工业的基本条件。我国是世界上钢铁冶金起源最早的国家之一，早在春秋战国时代(公元前8世纪5世纪)就出现了生铁冶炼，制造出很锋利的宝剑及其他用具在历史上有着极辉煌的成就。但在漫长的封建社会中，工业生产和科学技术发展缓慢近代又受帝国主义侵略掠夺，钢铁工业技术和装备水平极为落后。从1890年建设的汉阳铁厂算起至1948年的半个世纪中，钢的总产量累计还不到200万吨，年产量最多的1043年才923万吨，I949年只有158万吨。 新中国成立以后，钢铁冶金工业发展很快。19491980年累计为国家生产铁47亿吨，钢434亿吨，钢材305亿吨，1980年产钢量达3712万吨，同1952年相比平均每年递增进度为126路。1988年全年产钢已超过5900万吨。到1996年以达到了1.01 亿t，实现第一个1 亿t 用了46 年的时间；2003 年达到了2.2 亿t，实现第二个1 亿t 只用了7 年时间；2005 年达到了3.5 亿t，实现第三个1 亿t 竟用了2 年不到时间；2006 年上半年粗钢产量达到了1.99 亿t、预计全年将达到4.24.3 亿t，占世界粗钢产量的30%以上。从产能方面看，2003 年、2004 年和2005 年分别为3.1 亿t、4.2 亿t 和4.7 亿t，如果目前在建和拟建的钢铁项目全部建成其产能将突破6 亿t；这么大的生产能力不但超过了当期需求，而且远远超过了预期需求。1.2电弧炉的发展概况电炉炼钢已有八十多年的历史，第二次世界大战后电炉炼钢才有较大发展，见下表1-1年代19201930194019501960197019852005电炉钢比，%1.22.02.36.99.7152840表1-1电炉炼钢比的发展电炉炼钢得到迅速发展的主要原因 (1)废钢日益增多。 (2)钢铁工业迅速增长。由于发电设备大型化和技术不断改进，可利用部分劣质粉煤发电，电的供应与价格比较稳定，使电炉炼钢有了比较可靠的基础。此外，电炉用废钢比高炉一转炉炼钢的能耗低。(3)电炉趋向大型化、超高功率化，冶炼工艺强化。 (4)投资少，基建速度快，资金回收迅速。 (5)钢液温度、成份容易控制，品种适应性大，可冶炼各种牌号的钢，同时还能间断性生产。近20年来，虽然世界的粗钢产量始终徘徊在10亿多吨的水平，以废钢为主要原料的电弧炉炼钢技术却取得了长足的发展，已由1970年的15% 左右上升到,2005年的40%左右，这除了技术方面的原因之外，社会含铁物料的平衡起了很大作用。从大的方面来看，冶金矿产资源（即一次资源）必然要走向枯竭，而废钢在社会蓄积量的不断提高，利用废钢资源符合环保和物质平衡规律的要求，据有关统计，目前世界的总废钢蓄积量已超过140亿t，若平均按14年折旧，全世界每年的废钢产量将达到近10亿t，将与全球总的钢产量持平，也就是说如果不对废钢资源进行认真的开发利用，人们每年开采的大量矿山等，实际上是在将自然资源转化为铁质污染态。电弧炉炼钢技术的不断进步为废钢的经济利用提供了条件。1.3电弧炉的特点目前，电炉炼钢是世界各国生产特殊钢的主要方法、它具有系列的优点：(1)电炉炼钢的设备比较简单，投资少、基建速度以及资金回收快。尤其是廉价的水力发电的普及与核能发电的发展使其更得到了迅猛的发展。(2)因电炉炼钢的热源来自于电弧，温度高达40006000，并直接作用于炉料，所以热效率较高，一船在65以上。此外，在冶炼过程中，提高钢液温度灵活，容易冶炼含有难熔元素W、Mo等高合金钢。(3)电炉炼钢不仅可去除钢中的有害气体与夹杂物，还可脱氧、去硫、台金化等。故能冶炼出高质量的持殊钢。此外，电炉钢的成分易于调整与控制，也能熔炼成分复杂的钢种，如不锈耐酸、耐热钢及其他高温合金等。(4)电炉炼钢可采用冷装或热装不受炉料的限制，并可用较次的炉料熔炼出较好的高级优质钢或合金。目前，社会上的板边、车屑等废钢量增加，“吃掉”这些东西最理想的办法就是用于电炉炼钢。电炉还能将高合金废料进行重熔或返回冶炼，从而可回收大量的贵重合金元素。(5)适应性强，可连续生产，也可间断生产，就是经过长期停产后恢复也快。由于电弧炉炼钢具有上述特点，能保证冶炼含有低磷、硫、氧的优质钢，能使用各种元素（包括铝、钛等容易被氧化的元素）来使钢合金化，冶炼出各种类型的优质钢和合金钢，如滚动轴承钢、不锈耐酸刚、高速工具钢、耐热钢和合金以及磁性材料等。由此可见电弧炉炼钢具有相当大的优越性，世界各国都在积极大力的发展电炉炼钢技术。1.4电弧炉车间设计内容（1）结合本地区条件设计年产80万吨合格连铸坯的电弧炼钢车间，运用相关的资料制定设计原则和依据制定产品大纲，并运行工艺方案与工艺流程的选择和论证。（2）通过论证确定电炉的炉型、大小和座数，精炼方式和设备，连铸机的机型和台数；确定典型钢的生产工艺路线，并对冶炼的典型钢种进行物料平衡和热平衡计算，对电炉炉型、变压器功率和电极参数及连铸机进行设计计算，对车间主厂房进行设计计算。2设计原则和依据2.1 国家方针政策钢铁产业是国民经济的重要基础产业，是实现工业化的支撑产业，是技术、资金、资源、能源密集型产业，钢铁产业的发展需要综合平衡各种外部条件。我国粗钢产量已经连续10 年稳居世界第一、实现了钢铁大国之梦，为我国国民经济的发展做出了重大贡献，但却未能实现钢铁大国向钢铁强国的转变。至2008 年底(国家统计局统计)，全国共有钢铁企业约3800 家，其中具备炼铁、炼钢能力的企业有1200 余家，产业集中度非常低：粗钢产量超过500万t 的只有15 家，300500 万t 的企业有11 家，100300 万t 的企业有29 家。2008 年全国25 家300 万t 以上规模企业产量之和占全国粗钢的比重只有53%左右，国内最大的钢铁企业宝钢集团2008年产量占全国粗钢产量的比重约为8.3%与2007年相比又降低了一个百分点。并由此导致了资源配置不合理、竞争能力低下，不仅严重制约着整体竞争力的提高，同时也大大削弱了我国钢铁工业在国际市场上的地位和作用。另一方面钢铁工业是能源、水、矿石消耗量大的资源密集型产业，其特点是产业规模大、生产工艺流程长，从矿石开采到产品的最终加工，需要经过很多生产工序，其中的一些主体工序资源、能源消耗量都很大，污染物排放量也比较大。同时，由于传统钢铁生产工艺技术发展的局限性和我国多年来基本上延续以粗放生产为经济增长方式，整体工艺技术装备水平落后，导致钢铁工业一直成为国内几大重点污染行业之一；与发达国家相比，单位产能的能源消耗高、资源浪费大、环境污染严重等问题十分突出，废气、废水、固体废物排放量巨大 尤其是低水平的生产工艺技术装备。在产业布局方面，针对目前我国钢铁产业布局不合理现象，产业政策特别强调，钢铁产业的布局调整要与城市发展相结合。要综合考虑市场分布、矿产资源、能源、水资源、交通运输、环境容量和利用国外资源等条件，必须依托有条件的现有企业，结合兼并、搬迁，在具有比较优势的地区进行改造和扩建。针对我国钢铁产业实际产能已基本满足国内需要的现状，产业政策规定，原则上不再单独建设新的钢铁联合企业、独立炼铁厂、炼钢厂，不提倡建设独立轧钢厂。新增生产能力要和淘汰落后生产能力相结合，原则上不再大幅度扩大钢铁生产能力。重要环境保护区、严重缺水地区、大城市市区，不再扩建钢铁冶炼生产能力，区域内现有企业要结合组织结构、装备结构、产品结构调整，实施压产、搬迁，满足环境保护和资源节约的要求。同时产业政策规定，大型钢铁企业应主要分布在沿海地区。内陆地区钢铁企业应结合本地市场和矿石资源状况，以矿定产，不谋求生产规模的扩大，以可持续生产为企业生存的主要目标。而这一点实际上已经表明中国的钢铁业发展正在向国际看齐，因为国际上大钢厂基本都分布在沿海地区。在行业准入方面，为确保钢铁工业产业升级和实现可持续发展，防止低水平重复建设，产业政策也给出了相当严格的标准。权威人士透露，产业政策要求现有企业通过技术改造一定要努力达到：建设烧结机使用面积180平方米及以上；焦炉炭化室高度6米及以上；高炉有效容积1000立方米及以上；转炉公称容量120吨及以上；电炉公称容量70吨及以上。沿海深水港地区建设钢铁项目，高炉有效容积要大于3000立方米；转炉公称容量大于200吨，钢生产规模800万吨及以上等。而钢铁联合企业技术经济指标也应达到：吨钢综合能耗高炉流程低于0.7吨标煤，电炉流程低于0.4吨标煤，吨钢能耗新高炉流程低于6吨，电炉流程低于3吨，水循环利用率95%以上。上述二点外，循环经济概念首次引入钢铁产业政策。新产业政策还结合中国不断发展变化的市场，首次把发展循环经济放在重要地位。钢铁工业是能源、水资源、矿产资源消耗的密集型产业，也是最具潜力、最有条件、最迫切需要发展循环经济的产业。 2.2 市场要求得益于世界经济的发展，特别是建筑、汽车、造船、家电、机械制造等钢铁下游消费产业产量的增加，全球市场对钢铁产品的需求旺盛。据国际钢铁协会预测，今年全球钢铁市场的需求量将达到8.41亿吨，比去年增加4.8左右。台湾地区“中钢公司”预测，明年全球钢铁需求量将达到10亿吨，刷新历史纪录。还有行业专家认为，2000年至2010年是全球钢铁产业的黄金十年，在此期间，全球钢铁市场将增加近3亿吨的消费，至2010年全球钢铁消费量将超过11亿吨。全球钢市走旺对我国钢铁事业的发展是一个极好的机遇，但也需冷静看到钢铁市场前景仍然存在一些不确定因素。例如美、欧、日等发达国家经济恢复和发展还不能非常确定；国际钢铁市场贸易环境、纠纷摩擦没有得到根本解决；世界经合组织成员国的钢铁会议有关压缩产能、反对不公平市场竞争等重大钢铁议题，因为存在不少分歧意见而进展缓慢等等。这些因素都将在一定时期内对国际钢铁市场产生负面影响。因此，中国钢铁企业在扩大发展的同时，需谨防盲目大量生产造成对市场的过度供应，并调整产品结构，确保生产和发货计划能够反映市场对钢材的真实需求；在投资建立新厂前，应确保新项目的确是市场所需求的，并能够收回成本并获得投资回报。另外，我国钢铁生产商也要适应世界潮流，逐渐由量的竞争转向质的竞争，追求生产的高效化和产品的质量。中国目前已发展为全球最大的钢铁生产国、消费国和进口国。据业内人士估计，2000年至2010年全球钢铁市场将增加3亿吨的消费，其中有2亿吨以上来自中国内地。中国内地今年的钢材消费量将达到2.5亿吨，产量达到2.25亿吨，进口量将超过3026万吨的历史最高水平，连续第二年位居全球最大的钢材进口国。中国钢铁工业经过 “十五”期间的快速发展，装备水平、生产规模和品种质量等方面都有了很大的提高，解决了产需总量的基本平衡问题。今后钢铁行业发展的思路也比较清晰，主要是品种、质量和效益，要实现经济增长方式的转变，要抓管理、练内功，提高市场竞争力，保持平稳健康地发展。中国钢铁工业不仅在数量上快速增长，而且在品种质量、装备水平、技术经济、节能环保等诸多方面都取得了很大的进步，形成了一大批具有较强竞争力的钢铁企业。中国钢铁工业不仅为中国国民经济的快速发展做出了重大贡献，也为世界经济的繁荣和世界钢铁工业的发展起到积极的促进作用。中国经济快速的发展，拉动了中国钢材消费的持续增长，缓解了全球钢铁产能过剩，改变了世界钢铁市场和原料市场的供求关系，由过去的供大于求转为供不应求，钢铁市场由低迷转为兴旺，钢材价格由长期的低价位运行转为高价位运行。2001年至2007年，全球钢铁业重新恢复了活力，国际钢铁市场需求兴旺，钢铁企业利润丰厚。 2008年，随着世界经济危机的蔓延，全球钢铁行业发展面临巨大压力，中国钢铁行业下游市场需求减缓，在应对经济危机方面，中国政府频频出台政策措施，对钢铁行业产生积极作用。不久前，为了扩大内需、刺激经济，国家出台了钢铁产业调整振兴规划，钢铁行业被列为十大振兴行业之首。但近期钢铁行业的发展似乎并不乐观，并且列举了三个理由来阐述 首先，我国钢铁行业产能过剩，超过正常消费量20%以上，这个问题解决不好，不利于行业的健康发展。 其次，钢铁产品出口依赖程度很高，而目前国际需求急剧萎缩，如果国际经济形势没有好转，对我国钢铁行业发展也是很大的制约。 而且，拉动内需政策需要时间落实，从批准项目到真正建设还需要一个很长的过程。 钢铁行业振兴规划涵盖内容广泛，对要实现的目标、原则和方式都做了全面的标识。但是规划只是起引导的作用，目前更期待具体的产业标准、产品标准和具体操作方案等综合配套措施早期出台，将规划落到实处。 另外，建议提高钢铁行业的各项政策标准。多年前制定的行业政策标准，由于当时客观条件限制，对装备水平、节能减排、产品技术标准等无缝管要求很低。而现在早已告别短缺经济时代，需要解决的不再是产量的问题，而是质量的问题。因此，必须提高各项标准，并且强制执行，才有助于该行业的良性发展。 我国大约30%的钢材用于建筑行业，如果将钢材标准提高一个等级，仅建筑行业就可以节约15%的使用量。这样既减少了资源的消耗和废弃物的排放，也从根本上解决我们的发展质量问题。2.3 环保要求结合钢铁产量总量调控和结构调整，大力推动以清洁生产为中心的技术改造，积极采用热装铁水、废钢预热、泡沫渣埋弧、二次燃烧、炉外精炼、高效连铸等先进技术，全面推广余能、余压、余热和废气、废水、废渣的综合利用。搞好节能降耗、环境保护和资源综合利用。推进“清洁生产”工艺技术的应用，全面推广余能、余压、余热回收利用技术，实现废物的资源化、无害化、最小化。采用“清洁生产”工艺技术，从生产源头做起，控制污染的产生，解决老污染源治理问题。保证新、改、扩建工程中的环保技术、资金的到位，使环保“三同时”高水平配套。搞好钢铁企业总排水处理、钢铁渣综合利用，以及低浓度SO2烟气治理技术的应用。采取精料方针，优化原料结构，降低消耗，改善环境。 由于连铸比的不断增加使得优质返回废钢的比例日趋减少，混杂的社会回收废钢的比例逐年增加，尤其是汽车、家电等产品的电子组件中广泛使用各种有色金属，加之磁性材料和复合材料的大量使用，使得难以解体分离的产品不断地增加。这就使回收的废金属中含有较多杂质。如铜含量可达0.4%2.5%；锡含量大于0.3%。这种不断富集的趋势使废钢中有害残存元素的控制越来越困难。为了解决社会废钢的回收利用问题，应该开发去除并回收废钢中有害元素的技术。包括废钢预处理（如压碎和分离），废钢回收利用（包括去铜、锡、锌、预热和熔炼、灰尘和废气的处理等等）。作为废钢为主要原料的炼钢短流程，一方面要进一步发展精确成分冶炼和近终成形技术，从源头降低消耗和减少排放。另一方面要形成新的杂质分离技术，在原料、产品、排放等方面加强与上、下游产业的联结，尽可能利用上游产业的排放物作为原料，并将自身的排放物为下游产业所利用，使生产和消费过程中产生的废弃物作为二次资源，通过使用先进技术加以回收和重新利用，形成物质的充分循环。此外，在形成新的工艺流程中，要实现将材料制造、能源生产和废物处理等功能相结合，使钢铁材料生产过程不再是一面大量耗能、一面大量排放的污染源，相反成为清洁生产的典范，成为能量和资源循环的典范。钢铁工业是国民经济的支柱产业，但长期以来，钢铁工业一直被作为能源消耗和污染大户受到批评。据有关报道，钢铁工业固体粉尘、SO2排放和烟尘排放分别列行业第二、第三和第四位，其中粉尘排放占工业排放量的20.0%。 钢铁生产工艺过程复杂，在每一工序都会产生粉尘、废气等过程排废。排废在机制上有如下两个方面：一是冶金工艺过程必然产生的排废。如钢铁冶金过程必然要产生脉石、炉渣和氧的气体产物CO2及CO；二是钢铁冶金过程附带工艺排废，如加热过程产生的高温废气、因废气和高温蒸发产生的烟尘、设备冷却产生的废水等。前者是物料平衡的必然结果，可通过原料结构和工艺加以调节，调节的结果一般只能改变排放物的性质和地点，而无法降低总排放量。要降低该部分排废只能通过与其它行业技术的结合实现再资源化，如利用冶金炉渣生产建材等。通过革命性的工艺变革可彻底改变工艺结构，也H2O可使工艺过程排放发生变化，如采用还原，产物将为而非CO2和CO；而第二种排废是能量过度消耗所引起的，可以通过工艺进步和节能技术措施加以解决。就短流程炼钢工艺而言，提高效率和连铸工艺配合是其发展的一条主线，围绕这一点，开发了一系列的相关节能、提高效率的措施，彻底改变了传统电弧炉炼钢周期很长三段式炼钢模式。电耗已由1965年的降低到2005年的。对部分采用外配铁水和废钢预热的电弧炉已实现了电耗低于理论电耗的运行。由于能耗降低，效率提高，不仅使钢铁企业获得了明显的经济效益，而且大大降低了对环境的污染。可以看出，钢铁冶金技术的进步本身使单位产品的资源消耗和对环境的影响明显降低，集中地体现在能源消耗的大幅度降低。近20年来，虽然世界的粗钢产量始终徘徊在7 亿多吨的水平，以废钢为主要原料的电弧炉炼钢技术却取得了长足的发展，已由1970年的15% 左右上升到,2000年的38%左右，这除了技术方面的原因之外，社会含铁物料的平衡起了很大作用。从大的方面来看，冶金矿产资源（即一次资源）必然要走向枯竭，而废钢在社会蓄积量的不断提高，利用废钢资源符合环保和物质平衡规律的要求，据有关统计，目前世界的总废钢蓄积量已超过140亿t，若平均按14年折旧，全世界每年的废钢产量将达到近10亿t，将与全球总的钢产量持平，也就是说如果不对废钢资源进行认真的开发利用，人们每年开采的大量矿山等，实际上是在将自然资源转化为铁质污染态。电弧炉炼钢技术的不断进步为废钢的经济利用提供了条件。高效生产是在一定的资金投入条件下实现最大产出的生产方式。生产效率的提高会带来明显的经济和社会效益。节能不一定可使生产过程高效化，但生产的高效率必然会有一定的节能效果，电弧炉炼钢工艺单位炉容输入功率由提高到，不仅大大缩短了冶炼周期，同时使电耗降低了约。高效生产使电弧炉能和现代高效连铸及近终形连铸如薄板坯连铸等有效结合，形成了UHP-EAF+LF+VD+CC 的新型短流程炼钢工艺，以其紧凑、临界、高效的特征，大大缩短了企业的生产流程，降低了能耗和其它辅助材料消耗，不仅可使取得明显的经济效益，也明显降低环境负荷。钢铁冶金工业通过工艺的合理化，设备的大型化，操作的自动化，已具备了高效生产的基本条件。今后进一步的工艺优化将是高效生产研究的主要方向。钢铁仍然是非常重要的结构材料和迄今为止产量最大的功能材料，在众多的使用领域内钢铁仍属必选材料，是工、农业、交通运输业和国防工业的基础。钢铁工业属于流程制造业，在钢铁制造体系中大量的物质/产品流、大量能量转换过程、多种形式的排放过程和大量的排放/废弃物都对环境造成不同层次、不同程度上的影响。钢铁工业面向新世纪的重要命题（也是根本性的命题）之是走绿色制造的道路，构筑可持续发展的钢铁工业。技术研究将沿着低能耗、低资源消耗、低排放和可循环利用的方向。对生态友好的外延，包括对城市和环境的融洽会越来越受到关注。继续开发和生产高性能产品以满足新的需要，应对其它新型材料的竞争和挑战。新一代钢铁材料将更有利于生态。如通过细化晶粒，减少合金元素加入，从而便于循环利用的新型钢铁材料开发。新流程、新工艺研究与开发。除现有主要流程的进一步优化外，继续开发新一代钢铁生产工艺，寻求从根本上改变钢铁工业能耗高、环境污染严重的局面。如对熔融还原技术的持续关注等。钢铁工艺中将更广泛地采用其它工业和社会的废弃物，成为环保的积极因素。3 设计方案的确定与论证3.1产品大纲的制定3.1.1产品大纲1）冶炼钢种典型钢种：00Cr18Ni10其他钢种：1Cr18Ni12Mo2Ti,45Mn2,27SiMn,Y20,2） 钢种成分表 31钢种成分成分钢种CSiMnPSCrNiTi00Cr18Ni100.031.02.00.0450.0318.0020.008.0011.001Cr18Ni12Mo2Ti0.081.02.00.0350.03016.0019.0011.0014.000.50.745Mn20.170.240.170.371.401.800.0350.0350.1527SiMn0.240.321.101.401.101.400.0350.0350.15Y200.170.250.150.350.71.00.060.080.150.153） 各钢种产量及产量比（%） 单位：万吨表32 各钢种产量及产量比牌号产量（万吨）产量比(%)00Cr18Ni1032401Cr18Ni12Mo2Ti202545Mn281027SiMn810Y2012153.1.2产品大纲制定的依据 1910-1914年诞生的组织分别为马氏体、铁素体和奥氏体的不锈钢，从化学成分来看，主要属Fe-Cr和Fe-Cr-Ni两大体系。从第一次世界大战结束到第一次世界大战结束的近二十年中(即1919年至1945年)。随着各种工业的发展，不锈钢为适应工作条件而发生了分化，即在原来两大体系二种组织状态的基础上，通过增减碳含量和添加多种其它的合金元素而衍生出了许多新型的不锈钢。从一次大站结束直至日前为止的二十多年中，主要为适应抗海水或盐类腐烛，吸收Y射线及中了、获得超高强度、节约镍等需要而发展了抗点蚀不锈钢、原了能工业用不锈钢、沉淀硬化不锈钢和锰氮代镍不锈钢。近年来.为了解决奥氏体不锈钢的品间腐烛和应力腐蚀问题，又分别发展了超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。日前，己投入市场的不锈钢的品种己达到230种以上，经常使用的也有近50种，其中约有80%是奥氏体不锈钢C18铬一8镍)的衍生物，而其余20%则是由13铬钢演变而成的。关于不锈钢钢种的最卞要的研究和发展是集中在两个方面:第一个方面是改善钢的耐腐蚀性，其中对18- 8钢品间腐烛问题的研究，不仅发展了钢种，提出了解决这个间题的工艺方法。还促进了有关不锈钢的钝化和腐蚀机理的研究。第一个方面是发展高强度不锈钢(即沉淀硬化不锈钢)，这种钢是一次大战后随着航空、航天和火箭技术的进展而发展起来的。其中半奥氏体沉淀硬化不锈钢具有优异的工艺性能(17-7PH类)，固溶处理后极易加工成形，目随后的强化热处理(时效处理)温度不高变形很小，在美国这种钢多用于航空结构，并己大量生产，各国也都有类似钢种投入使用。不锈钢的特性主要表现在表面美观以及使用可能性多样化耐腐蚀性能好，强度高，耐高温氧化及强度高，不必表而处理，所以简便、维护简单清洁，光洁度高焊接性能好3.1.3钢种的特性、用途及生产工艺要点1）不锈钢 00Cr18Ni10 表33 不锈钢钢的成分 牌号化学成分（%）CSiMnPSCrNi00Cr18Ni100.031.02.00.0450.0318.020.008.011.00（1）特性：不锈钢的一般特性：表面美观以及使用可能性多样化 ，耐腐蚀性能好，比普通钢长久耐用 ，耐腐蚀性好 ，强度高，因而薄板使用的可能性大 ，耐高温氧化及强度高，因此能够抗火灾 ，常温加工，即容易塑性加工 ，因为不必表面处理，所以简便、维护简单。 00Cr18Ni10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。（2）用途：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。（3）力学性能表34 不锈钢的力学性能牌号试样毛坯尺寸（mm）力学性能（纵向）退火或高温回火供应状态硬度HB抗拉强度屈服点伸长率5收缩率冲击吸收功Ak（J）（MPa）（%）00Cr18Ni1025520205104039180（4）生产工艺要点化学成分的选择304L不锈钢冶炼中提高钢水中Cr量与尽量减少渣中Cr量是根本环节，冶炼各阶段都可以以此为基础，这不仅仅是个理论问题，也是操作中的根本认识问题。钢中合金含量高，总量为13%一30% ;合金元素中铬含量很高，而碳含量很低约为0.03%;铬比铁易于氧化，铬的氧化物熔点高，渣子粘稠;合金元素价格昂贵，提高Cr,Ni,Mn，的收得率十分重要;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;不锈钢脱磷问题仍未解决。总之，不锈钢冶炼的核心技术可归纳为4个字:降碳保铬。即如何在降碳的同时尽量减少铬的烧损。在一般不锈钢的成分范围内，可认为在Fe-Cr-C-O构成的四元体系中基本的反应式为Cr3O4(s)+4C=3Cr+4(CO)(g)若取一氧化碳的分压为一个大气压，即Pco=1atm，实用的热力学计算式为:=+8.76 式中:T为绝对温度K; %Cr和%C分别为熔池中Cr和C的重量百分浓度。在饱和氧的熔池中铬、碳和温度的关系如图所示。图3-1：在饱和氧的熔池中铬、碳和温度的关系图可以看出:对于Cr =18%的不锈钢，若使C降至0.12%以下，溶池温度可达到1825，炉衬将很快毁坏。这就是单炉法冶炼的主要困难。考虑到Pco的影响，热力学计算式为:=-+8.76-0.925lgPco式中Pco为气相中一氧化碳的分压，单位为atm。由此式可知减压操作有利于不锈钢冶炼，即可通过VOD抽真空，降低气相总压强，从而提高Cr的收得率。从图中可以清楚地看出，18%Cr钢中C% ,温度和Pco的关系。图3-2 18% Cr钢中C%、温度和Pco的关系冶炼工艺要点：(1) 前期炉渣的处理。炉料融化后由于Si的氧化，炉渣碱度很低（R0.6），但由于C,Si高，渣中的氧化铬不多，熔清后应扒除炉渣并补加石灰，保证炉渣的碱度。进行扒渣处理时，前期损失Cr约0.3%-0.4%。否则还原前期扒渣时，由于渣量大，Cr的损失很大，也导致还原困难。(2) 白灰用量。增加垫底白灰，前期还原白灰及还原期白灰的用量，则渣中的（）含量明显下降。(3) 开吹条件的控制。要达到良好的脱C保Cr效果，需要高的温度。(4) 关于还原剂的使用。实际冶炼中，止吹加入Cr后，钢水温度迅速下降至1650左右，C的脱氧能力很低，应迅速加入Si或Al来防止因Cr的溶解度变化而出现的烧损，因此预还原工艺中同时应用Al块，FeSi块来控制钢水的脱氧，用Si粉，Al粉，Ca粉来控制渣中Cr的还原，预还原时，脱氧剂及FeCr中Si的总量约1%，预还原后，钢水中Si量0.2%-0.28%，当白灰用量不足时，钢水中Si可达0.6%-0.7%。(5) 关于还原期增C。预还原期增C是不锈钢冶炼中的一个重要问题。(6) 关于还原白渣问题。全分析后的脱氧往往很容易忽视，实际上全分析后脱氧好坏至关重要。2）316L不锈钢1Cr18Ni12Mo2Ti（1）特性：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;加土硬化性优(无磁性)。（2）用途：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3）合金结构钢45Mn2（1）特性：此钢为中碳调质钢，强度、耐磨性和淬透性均较高，在油中临界淬透直径达1025mm，在水中临界淬透直径达2245。调质后具有良好的综合力学性能，可切削性尚好；但热处理时有过热敏感性及回火脆性倾向，水淬易开裂，对白点敏感，焊接性和冷变形塑性较低等缺点。（2）用途：用作机械零件和各种工程构件并含有一种或数种一定量的合金元素的钢。可分为普通合金结构钢和特殊用途合金结构钢。前者包括低合金高强度钢、低温用钢、超高强度钢、渗碳钢、调质钢和非调质钢；后者包括弹簧钢、滚珠轴承钢、易切削钢、冷冲压钢等。要求具有较高的屈服强度、抗拉强度和疲劳强度，还有足够的塑性和韧性。一般采用电弧炉和氧气顶吹转炉冶炼，要求高的采用炉外精炼、电渣重熔或真空处理、真空感应炉冶炼或双真空冶炼、合适的热处理。这类钢的合金元素含量都相当高，主要有耐蚀钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢以及具有其他特殊物理和化学性能的特殊钢。合金结构钢广泛用于船舶、车辆、飞机、导弹、兵器、铁路、桥梁、压力容器、机床等结构上。合金结构钢比碳素钢有更好的力学性能，特别是热处理性能优良。4）合金结构钢27SiMn（1）特性： 这种钢的性能优于30Mn2钢，淬透性较高，在水中临界淬透直径达822mm，可切削性良好，冷变形塑性及焊接性中等；另外钢在热处理时韧性减低不多，但却有相当高的强度和耐磨性，特别是水淬时仍有较高的韧性；但是此钢对白点敏感性大，热处理时有回火脆性倾向及过热敏感性。（2）用途：这种钢主要在调质状态下使用，用于制造要求高韧性和耐磨性的热冲压件；也可在正火或热轧供应状态下使用，如拖拉机的履带销等。5）易切削结构钢 Y20（1）特性： 具有较高的力学性能，可切削性与相应的20钢相比，生产效率可提高30%40%，但低于Y12；有热脆和冷脆倾向，工艺上应注意防止。与其它钢的不同点，钢中S和P含量很高，主要是为提高易切削性能。还含有其它易切削元素，如Mn、Pb、Bi、Te、Se。（2）用途：用于小型机器上难于加工的复杂断面零件，以及内燃机的轮轴、离开器开关、球形卡头销钉等3.2 工艺方案的选择及论证3.2.1炉容量与座数的确定已知年产合格连铸坯是80万吨，为确定电炉的容量和座数，可用下式求出：式中 A 车间年产合格连铸坯量 t/a n全年工作天数 本设计305天 a金属料收得率,炉料收得率 9596%，钢液收得率9596%，本设计各取0.96 G车间炉子总容量 G=gN g 一座炉子的容量 t N车间内炉子座数 钢锭收得率，连铸为96%98% 本设计取 0.98 冶炼周期，6070min 本设计取65minG=130t本设计采用一座130t的电炉。3.2.2工艺方法与工艺流程的选择与论证1）冶炼方法的选择与论证本设计的工艺流程为：配料（废钢）+铁水130tUHP超高功率电弧炉冶炼（出钢槽出钢）130tAOD精炼炉130tVOD精炼炉全弧型连铸机连铸连轧成材精整检验入库1.电弧炉炼钢和转炉炼钢的比较转炉流程的优缺点：转炉流程：高炉铁水预处理转炉二次精炼连铸轧制。铁水的纯净度和质量稳定性均优于废钢。采用铁水预处理工艺，进一步提高铁水纯净度： S0005，P001。氧气转炉炼钢配以二次精炼的工序优势在于极高的生产速率和优异的纯度，因而适于低碳超低碳、低残余元素的钢种，尤其是批量很大、合金含量较低的钢种。转炉的终点控制水平高，渣钢反应比电炉更接近平衡。转炉钢水的气体含量低，N20ppm，H3ppm。由于冶炼过程所需的能量依靠钢中易氧化元素与氧作用而释放的化学能供应，因而温度控制与冶金过程密切相关，工艺灵活性较差。转炉冶炼周期短，生产效率高，易于与精炼、连铸形成高效化生产。转炉与LF炉匹配，可灵活生产高、中碳及含有一定合金量的低合金钢。转炉冶炼是采用化学热和物理热，富裕热量只能熔化1015废钢或合金，故不适宜冶炼高合金钢，尤其不适宜炼合金工具钢、难熔钨铁等高熔点合金。电炉流程的优缺点： 电炉流程：电炉二次精炼连铸轧制。 电炉炼钢配以LF/VD二次精炼生产特殊钢的优势在于使用化学性质为中性的电弧作为热源，冶炼过程中加热与化学反应相互独立，从而保证了工艺的灵活性。又由于允许加入较多数量的合金，因而在生产高合金钢方面具有更明显的优势。采用电炉炼钢工艺适合于生产小批量、多品种、合金含量较高的钢种。 由于电炉加热钢水时会使熔池增碳，而电炉冶炼过程成分控制较为容易，故其优势钢类为中、高碳钢和高合金钢。由于电弧区钢液吸氮，因而难以生产氮含量低的产品。 电弧加热炉料时，产生物理热大部分被包围在加热的炉料中，而且带走的热损失少，所以热效率比转炉炼钢法要高。但使用小容量的电弧炉生产特殊钢的首要问题在于无法配置有效的二次精炼手段；其次是装备水平难以提高，影响了成分和温度的精确控制；第三是由于出钢量小，炉间成分波动范围大。 采用电炉冶炼消耗高、生产成本高。 电炉由于采用的原料是废钢，因此残余元素较多，影响铸坯成分和质量。电弧炉炼钢以电能为热源，利用电极与炉料间产生的电弧的高温来加热和融化炉料。因而与转炉炼钢比较有以下优点：a.能灵活掌握温度。电弧炉中电弧区温度高达4000以上，远远高于炼钢所需的温度，因而可以融化各种高熔点的合金。通过电弧加热，钢液温度可达1600以上。在冶炼过程中通过对电流和电压的控制，可以灵活掌握冶炼温度。以满足不同钢种冶炼的需要。b. 热效率高。电弧炉炼钢没有大量高温炉气带走的热损失，因而热效率高，一般可达60%以上，比转炉炼钢率高。c.炉内气氛可以控制。氧气转炉吹入大量氧气是熔炼得以进行的必要条件，因而在转炉中，熔炼自始至终是在不同程度的氧化性气氛下进行的。在电弧炉中没有可以燃烧的气体。根据工艺要求，既可造成炉内的氧化性气氛，也可造成还原性气氛，这是转炉无法做到的。因而在碱性电弧炉炼钢过程中能够大量的去除钢中的硫、磷、氧和其他杂质，提高钢的质量，合金的回收率高且稳定，钢的化学成分比较容易控制，冶炼的钢种也较多。d. 设备简单，工艺流程短。电弧炉的主要设备为变压器和炉体两大部分，固而基建费用低，投产快。电弧炉以废钢为原科，不像转炉那样以铁水为原料，所以不需要一套庞大的炼铁和炼焦系统，因而流程短。根据生产钢种及生产条件，本设计采用130t超高功率竖炉电弧炉。2)电弧炉形式及变压器的选择：1964 年, 美国的Schwabe 等首次提出了超高功率电炉的概念, 它显著地提高了交流电弧炉的生产率, 同时摆脱了炉壁损耗过快的问题, 并且具有缩短熔化时间、改善热效率、降低电耗、电弧稳定等优点。因此, 超高功率电炉在70 年代后期得到了广泛的应用, 目前已经成为现代电弧炉的总称, 是高效、节能的炼钢设备。UHP 技术近年有炉子容量趋大、功率水平趋高的趋势, 国外个别UHP2EAF 的功率水平已达到 1 000 kVAt, 甚至更高, 可以称为超超高功率电弧炉。手指式竖炉电弧炉是德国 FUCHS公司在 20世纪90 年代初开发和研制的，所谓“手指”是指在竖炉和电弧炉连通接口之间有单排或双排的可通过机械装置开启和关闭的手指状托架。其操作步骤如下：前一炉出钢结束 打开手指，加第一筐预热好的废钢 加第二筐需预热的废钢 熔炼(同时可加铁水) 关闭手指，加下一炉第一筐需预热的废钢 出钢。在电弧炉冶炼过程中 ,通过向废气流中直接加入废钢而充分利用废气对废钢的预热能力 ,不仅是利用有形能量 ,而且利用二次燃烧的化学能。下一炉的第一筐废钢放置在竖炉手指装置上 ,因而在前一炉冶炼过程中产生的废气热量也被充分利用。 电弧炉配备的变压器容量仅为每吨冶炼能力0.7MW,同时 ,由于是对经过预热的废钢起弧 ,因而电弧炉的电能输入状况有了很大改善。在这样工艺过程中的时间限制因素仅是废钢中的热传递。由于环境方面的原因 ,必须限制废气中未燃烧颗粒的数量 ,因而安装在竖炉下方区域的氧油烧嘴不仅用于帮助废钢预热 ,而且还能尽快提高废气温度。废钢在废气流中受到预热 ,同时它被用作是废气的第一个过滤装置 ,这就意味着只有少量炉尘需要处理 ,而且电弧炉的金属收得率因此而提高。此外还发现了附带的好处 ,即布袋除尘室中炉尘锌含量高达40 %,因而有助于这样的炉尘在相关工业中得到回收利用。手指式竖炉电弧炉工艺本身所具备的特点是生产率最大 ,废气热损失最小 ,同时满足日趋严格的环保要求。因此 ,该电弧炉的冶炼成本能够大大降低。 竖炉的作用:提高电弧炉生产率；提高金属收得率；烟气上升直接预热竖炉中废钢 ,以降低炉子电能输入和能耗；无需开炉盖加废钢 ,以减少加料过程中的能量损失；竖炉中的废钢料柱可作过滤器 ,以减少烟气中的粉尘量；降低电极消耗。手指的作用:100 %废钢经预热加入炉内；吨钢电耗降低约100 kWh；提高金属收得率；降低电极消耗；缩短冶炼周期；提高生产率；降低生产成本；降低噪音和闪变；降低粉尘排放；缩短资金的回收期。在废钢条件相同的情况下 ,同普通电弧炉工艺相比较 ,手指式竖炉电弧炉的优点显而易见 ,下图给出了二者的能量平衡比较。图3-3 手指式竖炉电弧炉与传统电弧炉能量平衡比较综上所述，手指式竖炉电弧炉具有很高的安全可靠性和良好的操作性能，在生产率、能量利用、原料灵活性等方面均优于传统电弧炉，故本设计选择其为冶炼炉。变压器选择：在保证同等产量条件下, 设计由于兑用铁水后, 130t直流电弧炉的变压器容量可以从一般选用120一160MVA降至110MVA, 为773 KVA/t, 采用700mm电极,电流强度控制在27.3A/cm较为稳妥。3.2.3炉外精炼工艺方法的选择与论证1）应用概况：我国炉外精炼的开发应用始于20世纪50年代中后期。当时曾对合成渣渣洗(如出钢过程中用高碱度合成渣进行钢水脱硫，用于冶炼轴承钢)和真空处理(如用VD和DH精炼硅钢等)，开展过应用性研究。但由于钢包吹Ar技术和蒸汽喷射泵制造技术尚未过关，以致无法在工业上推广应用。1965年，大冶钢厂引进了一台70tRH装置(1978年正式运行)。70年代，特钢生产以及机电和军工行业为了进行钢水精炼，引进了一批真空精炼设备(如武钢的RH，北重的ASEA-SKF，抚钢的VOD-VAD等)，还试制了一批国产真空处理设备。与此同时，钢包吹Ar精炼也在首钢等企业投入使用。80年代，我国加快了炉外精炼的推广应用步伐，国产的LF炉以及喂线和钢水喷粉技术有所发展，引进了一部分技术和装备，如宝钢的大型RH装置(以后发展成H-OB )。KIP喷粉装置，马钢和齐钢的SL喷粉装置，攀钢的N喷粉装置等。它们为本企业开发高质量钢材品种和优化炼钢生产发挥了重要作用，也为国内其它同类企业起到示范作用。90年代以来，是我国炉外精炼发展的兴盛时期，其特征是:a. 精炼设备数量增幅较大，据不完全统计，1991年底，我国冶金系统拥有除吹Ar外的各种炉外处理设备(含铁水预处理设备)115台(另外，机电系统有17台)；到1998年8月，对68家大中型钢铁企业的调查表明，钢铁冶金系统拥有除吹Ar外的各种炉外处理设备已达160余台，其中钢水精炼设备140台，主要