毕业设计年产200万吨板坯的电炉炼钢分厂工艺设计

1、西安建筑科技大学华清学院西安建筑科技大学华清学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题 目： 年产 200 万吨板坯的电炉炼钢分厂工艺设计 院（系）： 材料与冶金工程系 专 业：冶金工程 学生姓名： 学 号： 指导教师 （签名）： 主管院长 （主任） （签名）： 时 间： 年产年产 200200 万吨板坯的电炉炼钢分厂工艺设计万吨板坯的电炉炼钢分厂工艺设计 摘 要 本设计主要是为了阐述当今电弧炉的发展概况以及电弧炉未来发展前景，结合本专业所 学的理论知识，设计年产 200 万吨板培坯的电弧炉炼钢车间，根据国内外炼钢技术的发展趋 势、钢铁产品的发展方向，选择了先进且有较大发展余地的短

2、流程工艺：原料、废钢超高 功率电弧炉lf 炉精炼连铸。通过产品大纲的确定、电弧炉炼钢的物料平衡与热平衡计算、 电弧炉的炉型设计、连铸设备选择、车间工艺设计及车间总体布置，确定了以两座 120 吨超 高功率电弧炉、两台 lf 精炼炉及两台连铸机为主要生产设备。设计方案以技术新、效益高 为原则，充分体现了先进、灵活、多功能的特点，具备可持续发展性。提交的内容包括设计 说明书一份（含专题和冶金专业相关外文文献译文各一篇） ，电弧炉炉型图、车间平面布置 图和剖面图各一张。 关键词： 电弧炉发展，超高功率电弧炉(uhp),ebt，lf 精炼炉，工艺设计 a design on electronic ar

3、c furnace steel plant with an annual productivity of 200 million tons of slab speciality:ironsteel metallurgy abstract this is designed to this development survey of current electric arc furnace eaf future development prospects and combined with the professional theories knowledge, electric arc furn

4、ace steelmaking workshop designed annual output of 2 million tons of slab.according to the domestic and foreign steelmaking technology development trend, steel products, chose the development direction of advanced and have larger development room of short flow process: raw materials, scrap and high

5、power electric arc furnace and furnace refining lf refining furnace-. through products outline ascertained, eaf material balance and the thermal equilibrium calculation, eaf furnace type design, equipment selection, workshop casting process design and workshop layout, identified with two 120 tons of

6、 high power electric arc furnace, two lf finer and two caster main production equipment. for design schemes to technology and new and high efficiency for the principle, fully embodies the advanced, flexible, multi-function characteristics, with sustainable development. the content includes the desig

7、n specifications submitted a (including project and metallurgy professional translation related foreign documents each an article), eaf furnace type figure, workshop layout and section each one. key words: development,uhp-eaf，steelmaking，lf， process desig 目 录 前 言 .7 绪论 .8 电弧炉流程发展的背景.9 炼钢原料：废钢.9 能源消耗

8、.9 环境因素.9 国内外电弧炉技术的发展.9 超高功率电弧炉技术.9 电弧炉炼钢合理供电技术.10 导电横臂技术.10 电弧炉电极自动控制技术.10 直流电弧炉技术.10 泡沫渣技术.10 电弧炉偏心炉底出钢技术.11 电弧炉底吹搅拌技术.11 我国电炉钢发展前景.11 电炉钢产量.11 废钢替代品.11 装备水平和工艺特点.12 节能减排技术.12 我国电弧炉炼钢存在的问题.12 结语.13 1 电弧炉炼钢车间的设计方案 .13 1.1 电炉车间生产能力计算.13 1.1.1 电炉容量和台数的确定.13 1.1.2 电炉车间生产技术指标.14 1.2 电炉车间设计方案.15 1.2.1 电

9、炉炼钢车间设计与建设的基础材料.15 1.2.2 电炉炼钢车间的组成.15 1.2.3 电炉各车间的布置情况.16 2 产品性能及冶炼要点 .16 2.1 q235b 的物理性能.16 2.2.1 原料的分类保管要求.17 2.2.2 配料的原则与方法.18 2.2.3 装料.18 2.2.4 送电.19 2.2.5 熔化期的操作.19 2.2.6 氧化期的操作.19 3 电弧炉炼钢物料平衡和热平衡 .20 3.1 物料平衡计算.20 3.1.1 计算所需原始数据.20 3.1.2 物料平衡基本项目.23 3.1.3 计算步骤.23 3.2 热平衡计算.36 3.2.1 计算热收入qs.37

10、3.2.2 计算热支出qz.39 4、超高功率电弧炉炉型设计计算 .42 4.1、电炉容量和座数的确定.42 4.2、超高功率炉型设计.43 4.2.1、熔池的形状和尺寸.44 4.2.2、熔化室尺寸.45 4.2.3、炉衬及厚度（）的确定.46 4.2.4、炉壳及厚度z.47 4.2.5、炉门尺寸的确定.47 4.2.6、偏心炉设计.48 4.3、水冷挂渣炉壁的设计.50 4.4、水冷炉盖.51 5、电弧炉电气设备的计算和选择 .52 5.1、变压器功率和电参数的确定.52 5.1.1、变压器功率的确定.52 5.1.2、电压级数.53 5.1.3、电极直径（d电极）.53 5.1.4、电极

11、心圆直径（d三极心）.54 5.2、短网的设计.55 6、炉外精炼技术 .57 6.1、炉外精炼的基本原理.58 6.1.1、真空碳脱氧.58 6.1.2、真空去气.59 6.1.3、氩气的精炼作用.60 6.2、钢包精炼法.61 6.2.1、lf钢包精炼.62 6.2.2、真空吹氩脱气法（vd法）.63 7、电炉炼钢车间烟气净化系统的设计 .65 7.1、烟气特征.65 7.1.1、烟气成分.65 7.1.2、烟气温度.65 7.1.3、烟气量.65 7.2、烟尘性质.66 7.3、烟气净化方法的选择.67 7.4、烟气净化系统的设计.67 7.5、烟气净化系统的主要设备.68 7.5.1、

12、烟气收集设备烟罩.68 7.5.2、烟气冷却设备.68 7.5.3、除尘设备.69 7.5.4、抽气设备（抽烟机）.69 8 电弧炉炼钢车间工艺布置 .71 8.1 原料跨.71 8.1.1 原料跨的宽度.72 8.1.2 原料跨总长度确定.72 8.2.炉子跨整体布置.73 8.2.1 炉子跨工作平台高度.73 8.2.2炉子的变压器室和控制室.73 8.2.3 电弧炉出渣和炉渣处理.73 8.2.4炉子跨的长度、跨度、高度.73 8.3 钢包回转台的布置.74 8.3.1 其他布置.74 8.4 连铸跨.75 8.4.1 总体布置.75 8.4.2 连铸机操作平台的高度、长度、宽度.75

13、8.4.3 连铸机总高和本跨吊车轨面标高.75 8.4.4 连铸机总长度.76 8.5 出坯跨.76 8.5.1总体布置.76 8.6 备注.77 9 车间主要设备的选择 .78 9.1 电弧炉主要设备选择.78 9.1.1 校核年产量.78 9.1.2 电极.79 9.2 精炼炉设备选择.79 9.3 连铸设备选型.80 9.3.1钢包允许的最大浇注时间.80 9.3.2 拉坯速度.81 9.3.3 连铸机的流数.82 9.3.4 弧型半径.83 9.4 连铸机的生产能力的确定.83 9.4.1 连铸浇注周期的计算.83 9.4.2 连铸机作业率.84 9.4.3 连铸坯收得率.84 9.4

14、.4 连铸机生产能力的计算.84 9.5 中间包及其运载设备.86 9.5.1 中间包的形状和构造.86 9.5.2 中间包的主要工艺参数.86 9.5.3 中间包运载装置.87 9.6 结晶器及其振动装置.88 9.6.1 结晶器的性能要求及其结构要求.88 9.6.2 结晶器主要参数选择.88 9.6.3 结晶器的振动装置.89 9.7 二次冷却装置.89 9.7.1 二次冷却装置的基本结构.89 9.7.2 二次冷却水冷喷嘴的布置.90 9.7.3 二次冷却水量的计算.90 9.8 拉矫装置及引锭装置.90 9.8.1 拉矫装置.90 9.8.2 引锭装置.90 9.9 铸坯切割装置.9

15、0 9.10 盛钢桶的选择.91 9.11 渣罐及渣罐车的选择.93 9.11.1 车间所需的渣罐数量为.93 9.11.2 车间所需渣罐车数量.93 9.12 起重机和电动平车的选择.94 9.13 其它辅助设备的选择.94 10 车间人员编制及主要经济技术指标 .95 10.1 技术经济指标.95 10.1.1 产量指标.95 10.1.2 质量指标.95 10.1.3 作业效率指标.95 10.1.4 连铸生产技术指标.95 10.2 车间人员编制.95 11 参考文献（正文） .98 12.设计收获心得与谢辞 .99 毕业设计之歌.99 电弧炉炼钢综合节能技术研究 .100 前前 言言

16、 电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热 能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的 钢和合金的一种冶炼方法。 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化，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，从出钢槽出钢到偏心炉底出钢， 以及为了满足连续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。

17、通过这些设备的调试、操作、维护，以及备品、备件的制造， 提高了我国电炉制造业的设计制造水平。在消化吸收与创新的基础上，为我国 大容量电弧炉的国产化奠定了基础。 本设计紧紧围绕冶金专业的各类生产实际进行的，在进行炼钢车间物料平 衡计算、热平衡计算的基础上，结合炼钢的理论，设计使用超高功率电弧炉与 连铸工艺结合进行冶炼生产，利用炉外精炼处理及两台连铸机相互配合。设计 工程中应用了目前在企业较为流行的无渣出钢、废钢预热、偏心炉底出钢和水 冷挂渣炉壁等先进的技术，并进行了车间布局设计。经过生产能力计算和经济 效益计算，设计工艺流程和相关参数满足正常生产的需求。 设计过程中综合利用大学所学知识，分析、解

18、决实际问题，培养了我的独立工 作能力。在克服了一个又一个困难之后，我收获了成功的喜悦和成就感。但是 因为时间紧迫和自己所学有限，以及信息的闭塞，设计中在冶金理论和新工艺 的应用方面的论述还不够充分，先进工艺应用不够充分，工艺之中依然有诸多 不足之处，这将是我今后努力的方向。 绪 论 电弧炉炼钢已有近 100 年的历史, 最近 30 余年发展尤为迅速。尽管全球粗 钢年总产量的增长速度很缓慢, 但以废钢为主要原料的电炉钢产量所占的比重 却在逐年上升。1998 年, 电炉钢占世界钢产量的, 成为最重要的炼钢方法之一。 近年来,电弧炉钢产量增长速率超过了钢总产量的增长速率。2011 年全世 界钢总产量

19、 15 亿 t , 中国电炉钢产量 6800 万吨，约占总计粗钢产量的 10% 。 电弧炉根据炉衬的性质不同，可以分为碱性炉和酸性炉。传统的电弧炉为碱性 炉。它的工艺方法，一般分为氧化法、不氧化法及返回吹氧法。其中氧化法冶 炼操作又分为补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期、出钢等 6 个阶段。 电弧炉流程发展的背景 炼钢原料：废钢 世界钢铁的历史积累量已超过 110 亿。若按平均 14 年的折旧计算, 每年产 生的废钢量将在 7 亿吨左右。虽然废钢的产生量不等于其可再生利用量, 但随 着钢铁工业工艺技术的进步以及钢厂与主要钢铁用户工业协调配合的不断加强, 可以利用的废钢比例将逐年提高。例如, 美

20、国目前的废钢回收率在多方努力下 已达到 66%。同此可见, 全球范围内已经蕴藏了相当丰富的可利用的废钢资源。 同时, 随着电弧炉技术的发展和完善以及废钢代用品的开发与发展如 dri、hbi 等, 电弧炉流程已可使用废钢、废钢代用品甚至相当数量的生铁包括热铁水或 冷铁块进行操作。因此, 从全球角度看, 电弧炉生产流程的前景十分广阔。 能源消耗 能源背景废钢实际上已是一种载能体。用废钢炼钢主要是完成其熔化过程 的物理热增值, 故其能耗在理论上要比高炉一转炉流程低得多。理想情况下, 用废钢炼钢所需的能量仅为由铁矿石炼钢的三分之一左右。因为矿石还原所需 的化学能占整个冶炼能耗的三分之二左右。电能是电弧

21、炉炼钢的主要能源, 约 占总量的百分之七十。 环境因素 在目前条件下, 引起国际社会普遍关注的、由钢铁工业造成的环境问题主 要是：co2 等工业废气的排放焦化系统排放的有害物质废钢、废渣的再生利用 以及淡水的循环使用等。全球环境问题日益苛刻的要求为电弧炉流程的发展提 供了绝好的机会。 国内外电弧炉技术的发展 超高功率电弧炉技术 1964 年,美国 schwabe 和 robinson 提出了超高功率的概念。超高功率电 弧炉具备如下特征: (1) 高的单位功率(吨钢配置的变压器容量) 水平; (2) 高的电弧炉变压器最大功率利用率和时间利用率; (3) 高的电效率和热效率; (4) 低的电弧炉短

22、网电阻和电抗,且短网电抗平衡。 电弧炉炼钢合理供电技术 超高功率电弧炉炼钢过程中合理的电气运行制度是最基本的工艺制度之一。 合理的电气运行制度,是顺利操作的基础,有助于缩短冶炼周期,降低电耗、电极 耗损和耐火材料侵蚀,取得良好的节能降耗效果。 导电横臂技术 将传统的电炉横臂和导线合为一体,使之既起支撑电极作用,又起导电作用 的新型横臂。 电弧炉电极自动控制技术 电弧炉是以电能为主要热源的冶炼装备,电极调节系统是电弧炉炼钢过程不 可缺少的基本装备,电极控制系统先后有以下几代形式:机械控制、液压控制、 液压气动联合控制、电极自动调节器、微机控制及神经网络。 直流电弧炉技术 直流炼钢电弧炉结构的特点

23、是只有 1 根炉顶石墨电极和相应的炉底电极。 直流电没有集肤效应和邻近效应,因此在石墨电极和导电体截面中电流的分布是 均匀的,从而可以减少这些部件的尺寸和重量。全部电流都要通过炉顶中心的单 电极,为此应用电流密度大的超高功率石墨电极。大型可控直流电源和炉底电极 是直流炼钢电弧炉最关键的技术。直流电弧炉有如下特点: (1) 石墨电极消耗大幅度降低; (2) 电压波动和闪变小,对前级电网的冲击小; (3) 只需一套电极系统,可使用与三相交流电弧炉同直径的石墨电极; (4) 缩短冶炼时间,可降低熔炼单位电耗 5 %10 %; (5) 噪音水平可降低 1015 db ; (6) 耐火材料消耗可降低 3

24、0 %; (7) 金属熔池始终存在强烈的循环搅拌。 泡沫渣技术 泡沫渣技术适用于大容量超高功率电炉,在电弧较长的直流电炉上使用效果 更为突出。泡沫渣可使电弧对熔池的传热效率从 30 %提高到 60 %;电炉冶炼时 间缩短 10 %14 %;冶炼电耗降低约 22 %;并能提高炉龄,减少炉衬材料消耗。 电极消耗减少 2kg/ t 以上,因而使得生产成本低,同地也提高了生产率,也使噪 音减少,噪声污染得到控制。 电弧炉偏心炉底出钢技术 为实现无渣出钢,1974 年德国蒂森公司首先采用了电弧炉炉底中心出钢技 术,后来发展为偏心炉底出钢技术( ebt) 。偏心炉底出钢与传统电弧炉出钢槽 出钢相比具有如下

25、优点: (1) 炉内能保留 98 %以上的钢渣,有利于下一步炉料的熔化和脱磷,生产率 可提高 15 %左右; (2) 出钢时,电炉倾动角度小于 15(传统电炉为 4045) ,允许炉体水 冷炉壁面积加大,吨钢耐火材料消耗可降低 25 %;短网长度较短,阻抗降低 8 %左 右; (3) 出钢时钢液垂直下降,呈圆柱形流入钢包,缩短与空气接触的路径,钢液 的温降减少,出钢温度可降低 2530 ,相应节电 2025 kwh/ t ,并使钢液 的二次氧化减少; (4) 偏心炉底出钢有利于钢液的纯净度提高,夹杂物的含量减少,钢液脱硫 效率提高,并能防止钢液回磷。 电弧炉底吹搅拌技术 在电炉安装喷嘴或透气砖

26、,将气体(惰性气体、氧气或天然气等) 吹入炼钢 熔池,加强钢液的搅拌,提高电弧炉冷区热量的传递速率,促进熔池温度和成分的 均匀化,加快炉内反应进行速度。 我国电炉钢发展前景 电炉钢产量 世界电炉钢生产发展的历史表明，电炉钢比例逐年增长的总趋势不会改变。 随着社会废钢资源的积累，直接还原技术的开发，电力工业的发展，电弧炉炼 钢技术和二次精炼技术的飞速发展，电弧炉生产成本会相对下降。未来国家对 能源、资源和环保标准的进一步提高及管理的加强，促使我国电弧炉炼钢走出 低谷，与工业发达国家电炉钢生产趋势相同，预计我国电炉钢比例至 2020 年可 达 25，如采用加 35铁水的电弧炉冶炼工艺，2020 年

27、我国电炉钢比例会超 过 30。 废钢替代品 在我国废钢资源短缺的情况下，有必要适度开发直接还原铁等原料替代产 品，这既可减少对废钢的过分依赖，又可提高钢的纯净度。直接还原铁的生产 技术进步很快，特别是热压块(hbi)，为电弧炉炼钢提供厂高密度、高化学能的 纯净铁源。在世界范围内直接还原铁的生产技术以气基法为主，气基法在直接 还原铁产量中占 90。然而，由于我国天然气缺乏，优质铁矿较少，大批量优 质、低成本生产直接还原铁尚需一段时间。因此，在电弧炉冶炼废钢原料匮乏 的情况下，有必要适当加大包括煤基法生产直接还原铁在内的技术开发力度， 促进直接还原铁生产技术的发展。 装备水平和工艺特点 未来70

28、t 电弧炉将是我国电炉钢生产的主体冶炼设备。但是仍应清醒的 看到，我国是一个发展中国家，各类各层次钢铁产品需求不同，地区发展和资 源配置又极不平衡，炼钢装备呈现出“大、中、小结合，先进与落后并存”的 多层次局面，不会在很短时间内得到彻底改变。 目前，我国电弧炉冶炼配加铁水工艺，可弥补废钢资源的不足，且缩短冶 炼周期，使电弧炉与连铸更加匹配。在我国废钢和直接还原铁资源尚未达到足 够丰富的情况下，考虑到成本压力，电弧炉配加铁水工艺将在一定时期内存在。 节能减排技术 节能减排技术是未来我国电弧炉冶炼工艺发展的主要方向。随着我国节能 环保要求的不断提高及规范管理的不断加强，电弧炉冶炼工艺需要不断开发完

29、 善新型节能环保技术，如电弧炉烟气的回收利用，除尘设备的技术升级等。目 前我国已有企业成功回收利用电弧炉余热产生蒸汽。并不断完善装备技术水平， 回收蒸汽供给真空精炼装置，对于整个生产流程的节能降耗起到促进作用，值 得借鉴和推广。 我国电弧炉炼钢存在的问题 存在的三个问题： (1) 在世界电炉钢占总钢产量比例不断增长的同时, 我国电炉钢占总钢产 量比例有所下降 (2) 部分电弧炉厂家不赚钱, 连年亏损, 有的厂甚至关闭。 (3) 在环保方面, 大多数企业与国际水平相比较, 差距很大。 当前电炉钢发展面临的主要问题是如何使企业盈利和取得更大效益。主要 对策有 3 条. (1) 生产高附加值产品。电

30、炉钢较转炉钢成本高, 电弧炉如果只生产转炉 也能生产的产品, 肯定竞争不过转炉, 电弧炉必须生产一些高附加值的目前转 炉还难以生产的品种。事实表明, 我国那些以生产高附加值产品为主的电弧炉 厂家是赚钱的。值得指出的是, 要搞高附加值产品, 必须提高产品的质量,在这 方面, 应注意两点: 强化炉外精炼过程, 生产低氧、硫含量的纯净钢。; 生产低氮电炉钢。电弧炉炼钢和转炉炼钢相比较, 由于废钢原料氮含量高及电 弧炉钢液易吸氮, 钢中氮含量较高, 这是电弧炉流程的先天性缺陷之一。为此, 低氮电炉钢生产技术的研究开发成为电弧炉炼钢的热门课题, 它有利于改善电 炉钢质量, 增加电炉钢品种, 提高电弧炉流

31、程产品的市场竞争能力。 （2） 降低成本。电炉钢成本中, 以碳钢为例, 钢铁料约占 60 %, 电能占 105 %, 电极消耗约占 5 %。我国废钢价格及电费高, 因此电炉钢的成本较高。 要降低成本, 首要降低钢铁料成本, 降低电耗和电极消耗。从这一点出发, 有 两项电弧炉技术特别值得重视, 一是二次燃烧技术, 二是电弧炉加铁水技术 (3) 关注环保问题。 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

32、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。 1 电弧炉炼钢车间的设计方案 1.1 电炉车间生产能力计算 1.1.1 电炉容量和台数的确定 首先估算每次出钢量 q： t48.229 96%95%8760 55/6010200 y8760 ga q 4 式中 ga 车间产品方案中确定的年产量，200 万 t； 冶炼周期， 55min； 作业率，%100 年日历天数 年作业天数 ； y 良坯收得率，连铸一

33、般 95%96%。 根据每次出钢量来选择电炉容量和座数，车间布置 2 座 120 吨电弧炉。 1.1.2 电炉车间生产技术指标 1）产量指标 年产量 200 万吨；小时出钢量：230 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 a 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。 b 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。 c 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。 d 其他材料消耗 电极和工具材料。 e 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

34、指标 连铸比 100% 铸坯合格率 98.5% 连铸收得率 96% 1.2 电炉车间设计方案 1.2.1 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)

35、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。 1.2.2 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。 1.2.3 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。

36、（1）原料跨:此跨主要是为返回废钢，耐火材料，散状料等提供场地。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，热装铁水的供应区； 合金料和散装料的烘烤区。 （2）炉子跨：此跨配以两台 120 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）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，备品检修区，良锭存放区，缓冷 区，铸坯精整等。 2 产品性能及冶炼要点 2.1 q235b 的物理性能 为了使钢

37、具有需要的性能，需要在 q235b 中加入合金元素，q235b 各合金 元素的理论值如表 21 所示。 表 21 q235b 中各合金元素的理论值（%） 元素 csimnpscunife 含量 0.180.270.65 0.03 5 0.03 5 0.03 0 0.03 0 97.2 8 合金元素中硅、锰、在钢中的作用如下： （1）硅在钢中的作用： 提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低； 硅能显著地提高钢的弹性极限和屈服极限； 耐腐蚀性。硅的质量分数为 15%20%的高 硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将 形成一层 sio2薄膜，从而提高钢在高

38、温时的抗氧化性。 缺点：使钢的焊接性能恶化。 （2）锰在钢中的作用： 锰对提高钢的淬透性； 锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用； 锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点是： 含锰较高时，有较明显的回火脆性现象； 锰有 促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感，在热处理工艺上必须注意。这 种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服； 当锰的质量分数超 过 1%时，会使钢的焊接性能变坏； 锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 （3）镍在钢中的作用 增进钢的硬化能力； 能降低热处理时的淬火温度，因为在处理时的变形小； 能增加钢的韧性； （4）铜在钢中的作用 同在钢中有抵抗大气腐蚀的能力，

39、低碳钢内含铜 1%，其抵抗大气腐蚀能力 约较不含铜者高出四倍。在不锈钢中的铜 3%-4%,亦有助于不锈钢的防腐蚀作用； 可以增加钢的强度，不宜超过 0.2% 鉴于以上元素的作用，使得 q235b 具有以下优越的性能： 高 q235b 有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接， 广泛用于一般机械零件的制造。主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊 接结构件。 2.2.1 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，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区

40、； （3）原料跨储存区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区之间必须设立挡墙，以 得到明显区分。 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）返回的普碳钢和废料可以用来熔炼碳素钢和合金钢，为此，返回普碳 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。 2.2.2 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

41、 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。 计算方法：本设计中炼钢的主要原料是废钢，其次是生铁，两种原料的化 学成份都已知冶炼钢种中的平均含碳量为 0.42%，以钢水量为 100.174kg（表 321）为例进行说明，即 0.420kg；考虑到精炼期加入铁合金会带入碳，则要 求电炉冶炼结束后钢液中的含碳量为 0.342kg；（96.480kg 钢水，表 316） 为满足电炉夹杂物的去除和熔池沸腾的需要，电炉氧化期碳烧损 0.288kg，按 照经验电炉熔化期碳约烧损总碳量的 30%，由此可以确定电炉入炉料的配碳比， 即为

42、本设计的废钢 80.50kg，生铁 19.50kg。 2.2.3 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篮中的布料位置，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

43、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、合金成分，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 井时，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

44、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，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、以防损坏炉盖或电极，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

45、置，不得过高、过偏 与过低。过高容易砸坏炉底，且吊车震动大；过偏使炉料在炉中布局偏离，抬 料篮时也容易损坏炉壁；过低易粘坏料篮的链板。 2.2.4 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，当完 成上述工作并确认无误，方可正常送电转入熔化期。 2.2.5 熔化期的操作 送电后应紧闭炉门，堵好出钢口，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

46、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。氧燃烧嘴装置也应适时点燃，以使炉料能够同 步熔化。需多次装料时，在炉料每次塌料后，熔炼室能容纳下一料篮中的料时 再装入。在炉料熔化过程中，加入石灰 20kg/t（金属料）和矿石 10 kg/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，一般 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，留渣 30%转入氧化期。如果 认为脱磷困难或发现熔渣中含有大量的 mgo，也可进行全扒渣，重新造渣。当 熔池温度升到符合工艺要求时，方可转入下一阶段的

47、冶炼。熔化期炉渣碱度理 论值为 2.5 左右。 2.2.6 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，可先进行矿石或综合氧化，最后以吹氧为主。 炉料全熔经搅拌后，取样分析 c、mn、s、p、ni、si、cu 等元素。然后扒 渣并补造新渣，加入造渣材料石灰 27 kg/t（

48、金属料） 、矿石 10 kg/t（金属料） ， 使氧化渣的渣量达到料重的 3%。为了加速造渣材料的熔化可用氧气吹拂渣层， 当温度达到 1530以上开始用矿石氧化。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。 当加完矿石或停吹后，熔池进入清洁沸腾，然后再取样分析 c、si、mn、p、s 等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

49、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。理想的脱磷碱度保持 为 2.53.0，而脱碳的碱度为 2.0 左右。良好的泡沫渣，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，出钢后，电炉内留渣，有助于下炉熔池的形成。 3 电弧炉炼钢物料平衡和热平衡 3.1 物料平衡计算 3.1.1 计算所需原始数据 基本原始数据：冶炼钢种及成分（见表 3-1） ；原材料成分（见表 3-2） ；炉 料中元素烧损率（见表 3-3） ；合金元素回收率（见表 3-4） ；其他数据（见

50、表 3-5） 。 表 3-1 计算选定钢种及其成分 成分/% 钢种 csimnpscrcunif e q235 b 0.12 0.2 0 0.3 0 0.30 0.7 0 0.04 5 0.04 5 0.03 0 0.03 0 0.03 0 余 量 注：分母系计算时的设定值，取其成分中限。 表 3-3 炉料中元素烧损 成分 csimnps 熔化期 2540, 取 30 7095， 去 85 6070， 取 65 4050， 取 45 可以忽略 烧损 率/% 氧化期 0.06 全部烧损 200.015 2530， 取 27 按末期含量比规格下限低 0.03%0.10%（取 0.06%）确定（一般

51、不低于 0.03%的脱碳量） ； 按末期含量的 0.015%来确定。 表 3-4 冶炼钢种成分设定值（%） 成分 csimnps 废钢设定值 0.180.270.650.0350.035 表 32 原料成分表（%） 名称 csimnpscralfeh2omo 灰分挥发份 碳素废 钢 0.180.250.55 0.03 0 0.03 0 余量 炼钢生 铁 4.200.800.60 0.20 0 0.03 5 余量 femn6.600.50 67.8 0 0.23 0 0.13 0 24.7 4 fesi 73.0 0 0.50 0.05 0 0.03 0 2.50 23.9 2 simn1.65

52、 20.5 0 63.2 0 0.06 5 0.04 5 14.5 4 al 98.5 0 1.50 增碳剂 81.5 0 0.5 8 12.4 0 5.52 电极 99.0 0 1.00 续表 32 名称 caosio2mgoal2o3caf2fe2o3co2h2op2o5s 石灰 88.0 0 2.502.601.500.504.640.100.100.06 萤石 0.305.500.601.60 88.0 0 1.501.500.900.10 铁矿石 1.305.750.301.45 89.7 7 1.200.150.08 火砖块 0.55 60.8 0 0.60 36.8 0 1.25

53、 高铝砖 1.256.400.12 91.3 5 0.88 镁砂 4.103.65 89.5 0 0.851.90 焦炭灰分 4.40 49.7 0 0.95 26.2 5 18.5 5 0.15 电极灰分 8.90 57.8 0 0.10 33.1 0 表 36 合金中元素的回收率 回收率 （%） 合金材料加入时间 csimncral 精炼初期 10010096 femn 出钢前 10010098 精炼初期 651000 fesi 精炼后期 9510060 fecr 精炼初期 10010096 femo 精炼初期 100 精炼初期预脱氧 0 al 精炼后期终脱氧 40 fe-si 粉精炼期扩

54、散脱氧 501000 al 粉精炼期扩散脱氧 0 表 35 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% 1.7% 熔化期脱碳量30%，即 1.7030%0.51kg30 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

55、和利用率995，余者为氮气，氧可利用率为 90 99% 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/t 3.1.2 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。 3.1.3 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、氧化期 和还原期分别进行计算，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

56、 80.5kg 和 19.5kg 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 3-2 和 3-5。 表 3-6 炉料配入量 配料成分/kg 名称用量/kg csimnpsfe 废钢 80.50.1450.2010.4430.0240.02479.663 生铁 19.50.8190.1560.1170.0390.00718.362 合计 100.0000.9640.3570.5600.0630.03198.025 2)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 3-

57、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 1.577kg。详见表 3-7。 根据表 3-5 中的假设，应由氧气供给的氧气为 50%，即 0.924kg。空气应供氧： 0.9240.270=0.654kg，由此可求出氧气实际消耗量。详见表 3-8。 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 炉料中 元素的 氧化 c si mn p fe cco cco2 si（sio

58、2） mn（mno） p（p2o5） fe(feo） fe （fe2o3） 0.202 0.087 0.303 0.364 0.028 0.294 1.666 0.269 0.232 0.407 0.105 0.036 0.084 0.714 合计 2.9441.747 电极中碳 的氧化 c cco cco2 0.208 0.089 0.277 0.237 耗 氧 项 合计 1.847 矿石 石灰 fe2o3 s 2fe2o3=4fe+3o2 cao+s=cas+o 0.269 0.0006 供 氧 项合计 0.270 净耗氧量 1.577 表 3-8 氧气与空气实际消耗量 氧气/kg空气/k

59、g 带入 o2带入 n2带入 o2带入 n2 0.654/氧利用率 =0.654/90%=0.7 （0.72799%） 1%=0.007（m3 0.654 （或 m3） 0.6547723=2.1 89 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 3：1 的比例分别生成（feo）和（fe2o3） 。 （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 3-9。 （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

60、和 fe 的烧损量+焦炭配入的碳量=100+0.628-3.92=96.708kg。 （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 3-7 中设定，铁的挥发量为： 98.0252%80%=1.568kg。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 3-11。 表 39 熔化期炉渣量的确定 渣组成（kg） 名称 消耗 量 （kg ） caosio2mgoal2o 3 m