生产规模和产品方案

1、第二章、 生产规模和产品方案 2.1 生产规模 根据公式qAt/8760y计算的本次设计炼钢车间生产规模为年产合格钢产量为100万吨 式中：A 车间产品方案中确定的年产量； 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%，取%。 y 良坯收得率，连铸一般95%96%，取96%。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/365×100%。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

2、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290天。则290/365×100%79.45%。（2）、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96%。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（3）、冶炼周期电炉

3、冶炼周期一般为6080分钟，取1.3小时。由以上参数和设计原则可知：A= 462560.3吨 两座90吨电弧炉 2A=925120.6 所以生产规模确定为年产100万吨。2.2 产品方案 我国钢材消费主要集中在建筑、机械、汽车、家电、造船；石化、集装箱、铁路八大行业，这八大行业钢材消费量占全国消费量的80 ，结合我国钢材市场对各钢种的需求来确定产品方案。 在这方面中，棒材和线材需求量较大。这里所说的棒材主要是碳素结构钢和低合金钢。因此，设计该电炉车间主要生产优质碳素结构钢和中、低合金钢。 2.2.1 钢种简介 1)合金结构钢合金结构钢，可分为工程结构钢和机械零件用钢。前者广泛用于建筑、车辆、造

4、船、桥梁、石化、电站等。后者主要制造各种机械零件，比如轴类、弹簧、齿轮、轴承等。如轴承钢GCr15，钢中加人了1.3%1.65%的Cr，以增加钢的淬透性，并使钢中的合金碳化物均匀细密分布，保证了高硬度和耐磨性，提高钢的强度和接触疲劳抗力。Cr还有利于提高钢的耐蚀性。一般合金结构钢所用合金元素的种类却很多。各种合金元素对其性能产生一定影响,至使其具有良好的综合机械性能(b、k、等)，为了提高其收得率，可以不经过炉外精炼，只通过吹氩搅拌便可进行连铸。主要用来制造各种机械，机械零件和各种工程中金属结构，加汽车、柴油机及机床等上的齿轮，主轴等构件。近年来工业发展迅速，合金结构钢需求日益增多，目前世界上

5、合金结构钢的总产量已达总产量10%，占合金钢总产量45%以上。(2)碳素结构钢这种钢的强度不高，而且塑性和韧性甚高，有良好的冲压，拉伸和弯曲性能，焊接性能良好。主要用于制造容易加工成形，而不要求强度的部件。大多数生产高精度薄钢板，用于制造深冲压和深拉延制品，如汽车用深冲板，各种贮器，油桶，搪瓷制品，仪表板等；也用于制成管子，垫片及心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，如套筒，短轴，离合器盘，及电焊条等。这些刚均具有时效敏感性。生产品种圆钢，方刚，六角钢，扁钢，热轧厚钢板和宽带钢，热轧和冷轧薄板和钢带，钢丝。 2.2.2 车间原料需求方案 表2-1产品方案序号钢种代表钢号年产钢水量（万吨）全年连铸坯

6、（万吨）比例（%）12合计优质碳素结构钢合金结构钢20304550Mn30CrMnSi42CrMo20MnSi40Cr5.2610.5210.5212.624.206.3046.308.42104.145.0010.0010.0012.004.006.0045.008.00100510101246458100第五章 电炉炼钢车间工艺布置、主要流程及工艺技术特点5.1 工艺平面布置及主要流程5.1.1 工艺平面布置本电弧炉炼钢车间的设计厂房型式采用单层，多跨间，内设起重机。电弧炉在厂房内的布置（位置与方向）为横向布置，即炉子轴线与车间纵向柱列线相互垂直。车间包括渣跨、原料跨、炉子跨、精炼跨、连铸

7、跨和出坏精整跨。电弧炉车间的工艺布置必须满足：工艺流程合理，各种工序的操作顺利，特别是电弧炉操作要方便；厂房电源等费用投资要低；并预留发展的余地。车间物料流程总图如下所示：废钢、其他辅助材料（合金剂、造渣剂、耐火材料等） 超高功率电弧炉 LFVD钢包精炼炉 连铸机 出坯精整5.1.1.1 原料垮的尺寸确定和布置方案原料垮的主要任务是£º接受和卸下运进车间的各种物料，保持一定的储存量，在进料间断的情况下,能保证车间的连续生产和人炉前的准备6备料下序应包括：炉料的加 工处理，称量和装人各种料的储存容器，如料坑、料仓、料斗、料槽等，以及准备好各种由原料跨间 向炉子输料的工具，如提

8、升机、皮带机系统的给料和受料装置。还包括材料的破碎、精选及干燥、预热等操作。重型废钢应合理搭配入炉，炉料中个别大块废钢的断面尺寸、长度和质量任何一项都有具体规定，对150t电炉：废钢最大断面600mm×600mm，废钢最大长度1200mm，废钢质量2000kg。轻薄废钢需打包成型，入炉废钢的体积密度应2.0t/m3。废钢处理间应有1个月左右的废钢储存量。配料跨的面积应满足57天的废钢用量，其区域配置和料坑布置应满足对废钢按种类（合金钢，高、中、低碳合金钢，钢渣）和规格（重、中、轻废钢，轻薄料，钢屑严格分类堆存的要求）。废钢配料间应设有废钢称量设施，尽量采用计算机管理废钢和配料。电炉使

9、用的造渣料石灰、萤石的粒度应为1060mm。石灰应就近由石灰焙烧车间供给，焙烧后的石灰在料仓中的贮存时间应24h，当石灰采用容器送往主厂房原料跨时，容器应为密闭式，有条件的地方尽可能采用活性石灰。电炉采用吹氧助熔相吹氧氧化工艺时，一般不再使用铁矿石作氧化剂，当因氧气供应不足或因操作习惯需使用铁矿石时，铁矿石应不含机械水和泥砂，粒度应为3080mm。铁矿石由散状料间或贮场供给。铁合金由专用铁合金库供给，各种铁合金的化学成分应符合部颁标淮规定，应严格分类保管贮存，严防混料和沾水，运输过程中应考虑防雨防湿。场外来料可用汽车或火车运入贮料堆场（设有顶盖），经加工处理后转运至配料跨间。场内返回废钢可直接

10、送入原料跨配料间。在原料跨各种原树料应分区分类存放保管，为及时准确配好炉料创造条件。原料跨内应设置磁散吊与抓斗吊专用行车以及专用称量设备。运载科斗的电动平车，用电子秤或轨道衡的称量方式，吊车采用电子秤直接称量显示。电弧炉车间一般来说生产力小于转炉车间，原材料供应较少，且多以固体冷料（废钢与生铁）为主要原料的车间，故运输量比转炉车间小，但是电弧炉车间的特点是返回钢的品种多，批量小，需要的合金量种类多，遭渣料的质量要求严格，因此，电弧炉车间的供料工作又比转炉车间复杂。特别是在冶炼要求很高的钢种与高合金钢种车间，设计中必须考虑到原料的保质保量供应，在设备配置上要给予注意。原料间主要是储存钢铁料、氧化

11、剂等 原材料，还有废钢的预热烘烤设施。原材料堆存或者存入料仓等容器所需用的场合面积或容器容积的计算公式如下： qQT/nQA单耗指标；q某种原材料的储存量，t；Q该种材料的全年消耗量，t；n年作业天数；T计划储存天数；A车间年产钢量，t/a 。s材料堆占用面积，m2；h材料堆存允许高度，m；a材料堆积密度，t/m3。表51原材料单耗指标 kg/t钢铁料Kg/t铁合金Kg/t石灰Kg/t电极Kg/t炉衬耐火材料Kg/t钢包耐材Kg/t氧气Nm3/t1050206035820表52 计划储存天数外购废钢（天）返回废钢（天）铁合金（天）石灰（天）萤石（天）镁砂（天）5155155表53 各种材料堆积

12、密度与允许堆高序号材料名称堆积密度t/m3堆存高度，m备注半机械化仓库机械化仓库1生铁33.51.53锻压返回钢与车间返回钢堆积密度不同2轻型废钢1.01.73中性废钢1.82.54重型废钢3.23.55返回钢23.51.51.626铁合金341.51.527铁屑2.531.5238焦炭0.450.522.549石灰0.810矿石2.72311白云石1.51.62312镁砂1.51.8235表54 密度容器修正系数材料外来废钢渣料燃料修正系数1.51.251.5经过计算后，各种原料料坑的尺寸列入下表表55 各种原料的占地面积尺寸（m2）名称废钢铁合金散状料炼钢生铁返回钢轻型中型重型尺寸 m（长

13、×宽）106201220122012581085×8坑深 m1.51.51.51.51.522原料跨的宽度：取决于料仓的料格宽度、布置方式、运输方式等并应和标淮型原料吊车跨度相适应。目前，我国各电炉炼钢车间原料磅的宽度多在1827m之间，本设计露天栈桥跨27m，废钢处理跨27m，配料跨33m。原料跨的长度：当厂房的宽度确定后，厂房的长度主要取决于料仓的总长度及其辅助材料（如铁合金、造渣剂、还原剂、增碳刑等）所占面积和运输作业面积等。横向布置的车间内原料跨间和炉子跨间毗连着，因此原料跨间长度通常与炉子跨间相同，使整个车间成为个整齐的长方形建筑物，不但车间的外表整齐美观，在建筑

14、设计方面也较简单。原料跨的高度：跨间高度取决于设备的立面布置情况，如石灰、矿石烘烤窑设在室内，就要考虑行车能把石灰、矿石吊入窑内烘烤，这时，厂房的高度就主要决定于石灰、矿石烘烤窑的高度。一般原料跨吊车轨面标高为9m左右，对炉子跨为高架式布置的要考虑吊料斗上受料平台，吊车轨面高度为1013m。原材料堆存或存入料仓等容器带用的场地面积或容器的容积计算如下。储存量q按下式计算。式中：q 某种原料的储存量，t；Q 该种原料的全年消耗量，t；n 年作业天数，取275天；T 计划储料日数，对外购废钢取5天；A 车间年产钢量，t/a。式中：S 材料对占用面积，m2；h 材料堆存允许高度，m；a 材料堆积密度

15、，t/m3。为计算的储存材料体积，亦即容纳该项材料容器的有效容积。S为材料堆存于地面上时理论上需用面积。关于各种材料的堆存高度和堆积密度可参考表810。对废钢，由表13可知，年消耗量68万吨，则：废钢处理跨宽度27.6m，长度110m，面积为3036m2，满足生产需要。5.1.1.2 炉子跨的布置及尺寸炉子跨是电炉炼钢车间的核心，其他各跨间的安置都取决于炉子跨。本次设计炉子跨采用横向、高架式布置。（1）炉子跨的长度：与原料跨相同，取为160m（2）炉子跨的跨度：考虑到修筑炉体、炉盖的场地要求，以及变压器房的限定，取其跨度为 24m；（3）炉子跨间吊车轨面的高度：对于横向布置的电弧炉车间，桥式吊

16、车吊起的最高工作点是电弧炉接装电极时的高度。故计算吊车的轨面标高为： hL1+L2+L3+L4+L5+L6 式中 L1起重机吊钩的极限尺寸，取其值为 3000m ； L2调换电极用吊具的尺寸，取其值为 1000mm ； L3需要吊出的电极的长度，其值为 4000 mm ； L4余量，取其值为 300mm ； L5电极把持器顶端降低到最地位置时与炉门坎的距离，取值为4000 mm ； L6电弧炉炉们坎到车间地面的距离，取其值为 8000mm 。 计算得 h= L1+ L2+ L3+ L4+ L5+ L6=20.3m，故取轨面标高为24m。5.1.1.3 连铸跨的布置连铸机布置要根据产品大纲、生产

17、能力来确定机型、流数，还要考虑物流合理，维修、更换、搬运方便。1）操作平台的高度一般低于结晶器上口0.3-0.4米，本设计中取其值为0.3米，所以平台的高度为： H=R+H1+H2-0.3 H连铸平台的高度，m； R连铸机圆弧半径，R= 8 m； H1拉矫机底座到铸坯底面的距离，取为 1.0 m；H2弧型结晶器顶面到弧型中心的距离，取值为 0.6 m 。计算得: H= 9.3m.。（2）浇注平台的度要考虑到中间包车的长度及布置，通常中间包车长度为 7米，所以浇注平台的长度为 45 米。（3）平台宽度取决于连铸机外弧垂直切线至铸机内侧柱列线之距离和铸机外侧的操作空间，其值取为 15米。（4）平台

18、上操作室的尺寸：554米。（5）连铸机的高度一般是指从拉矫机底座基础面至中间包顶面的总高度H，有：H=R+H1+H2+H3+H4式中 R连铸机圆弧半径，R= 8m.H1拉矫机底座基础面至铸坯底面距离，取为 1.0 m ；H2连铸机弧形中心至结晶器顶面的距离，常取结晶器高度的一半，取其值为0.4m；H3结晶器顶面至中间包水口升至最高位置时的距 离，取其值为0.2m； H4中间包全高，取其值为1 m;计算得H= 10.6 m。由于连铸机与精炼同跨，故取其轨面标高相同，即24m （6）连铸机总长度的计算公式为：LR+L1+L2+L3+L4+L5式中：R连铸机圆弧半径，R=8.75m；L1矫直切点至拉

19、矫机最后一个棍子的距离，主要有拉矫机的类型来定，取其值为2m；L2拉矫机至切割机前的距离，适当加长冶金长度延长段有利于提高拉速，这里取其值为6m；L3切割区长度，3m；L4输出轨道或铸坯等待区长度，一般至少大于最大定尺尺寸的1.5倍，取其值为10m；L5冷床或者出坯区长度，取决于最大定尺尺寸在增加1米，这里取为7m。故LR+L1+L2+L3+L4+L58.7526310736.75m。4.1.1.4 出钢跨的布置缓冷区位于连铸机旁侧；良锭存放区位于跨间另一侧，用来存放良锭、坯件，其间有运输线路直接通到轧钢车间；连铸备件的存放和修理区位于跨间另一侧，另外还有配电室、剪切控制室、拉矫机控制室分别位

20、于良锭存放区一边靠近连铸机的位置，其他具体设施依具体情况而定 废钢铁，是指已报废的钢铁产品（含半成品）以及机器、设备、器械、结构件、构筑物及生活用品等钢铁部分 。它是电弧炉炼钢的基本原料，用量约占钢铁料的7090。对氧气转炉而言，废钢既是金属料，又是冷却剂。废钢铁是二次炼钢铁源。世界钢产量的一半是来自废钢。 炼钢铁源分为一次铁源、二次铁源。 一次铁源是来自自然界的铁矿石。一次资源的利用是“动脉”流程，因为它是来自自然界的“新鲜”铁源。目前，一次铁源主要有： （1）热铁水。主要供氧气转炉炼钢。近年来，电炉部分热装铁水的炼钢工艺呈发展趋势。 （2）生铁块或粒铁，主要用于电炉炼钢工艺。 （3）直接还

21、原铁（DRI、HBI）。主要用于电炉炼钢，与废钢铁和生铁块混合使用。 （4）碳化铁（Fe3C）。这是一种新发展起来的铁源，电炉和转炉炼钢都可以使用。 二次铁源是人类社会活动产生的废弃物废钢铁。二次铁源的利用是“静脉”流程。 就炼钢用两种铁源作以比较，一次铁源中有害残余元素含量很少，但其制备流程较长，投资大，能耗高。二次铁源再生流程较短，基建投资少、建设期短、综合能耗低、工艺灵活，其主要问题是有残余元素在废钢循环中的积累，影响产品的性能和质量。图1所示铁源与钢铁生产流程相互关系。废钢预热伴随着钢铁生产的技术进步，我国电炉炼钢技术也得到了持续的发展，包括超高功率冶炼、富氧及燃料喷吹、偏心炉底出钢、

22、热兑铁水等，但与国外同行相比，我国电炉炼钢的综合能耗偏高，尚未达到国际先进水平。而电炉炼钢中富氧技术的应用直接导致了电炉烟气温度上升，温度可达1300，随烟气显热带走的热量占总投入热量的13%20%.理论上废钢预热温度每增加100，可节约电能20千瓦时/吨钢。除节约能源、降低消耗外，废钢预热还可缩短冶炼周期，提高生产率。目前，成功得到工业应用的废钢预热技术主要有吊篮型、直流双壳炉型、竖炉型和Consteel（康斯迪）型4种。吊篮型废钢预热法需解决污染难题吊篮型预热方式是将装满废钢的吊篮放入容器中进行预热，同时备用吊篮轮流连续使用。实践表明，吊篮型废钢预热的效果受到废钢种类、烟气温度、预热时间等

23、因素影响，不同电炉节省电力的大小差别较大，通常可以回收20%30%的烟气余热，降低电耗10千瓦时/吨钢35千瓦时/吨钢（平均为20千瓦时/吨钢），冶炼周期缩短3分钟/炉，节约电极0.3千克/吨钢0.5千克/吨钢，提高生产率约5%.随着电炉炼钢技术的发展，电炉冶炼周期时间缩短，要提高烟气余热回收率，就需要提高废钢预热的时间和预热废钢的比例，从而需要多个吊篮进行预热，通过串联形成吊篮型多级废钢换热，提高了预热效果。吊篮型废钢预热在节约电力的同时，也带来了污染物排放问题，特别是二氧芑（致癌物）的产生，其主要是废钢中的油分、涂料、橡胶、化学合成品等有机物和锌、镉镀层挥发物在预热装置中温度较低时加热而产

24、生。受到吊篮局部过热变形、废钢黏结的限制，预热温度不能太高，预热效果有限，限制了该方法的推广使用。直流双壳炉型废钢预热法寻求节能突破为提高电炉生产能力，日本率先开发出直流双壳电炉，可达到100%废钢预热，可减少电耗60千瓦时/吨钢90千瓦时/吨钢。受换热能力和废钢类型的限制，直接采用烟气余热来预热废钢的双壳炉型实际很难取得预期效果，故多采用带有烧嘴的双壳炉型废钢预热方法，而且需要增加其他燃料。尽管这种方法吨钢耗电量能够减少，生产率提高20%以上，通常节约20千瓦时/吨钢40千瓦时/吨钢，但因增加了其他能源，导致节能效果下降。竖炉型废钢预热法应用广泛由于吊篮型废钢预热存在环境和预热效果的问题，在

25、20世纪90年代初，出现了两种商业运行成功的废钢预热方法，即竖炉型废钢预热和Consteel型电炉废钢预热法。竖炉型废钢预热方法，是目前最为成功、应用最为广泛的电炉废钢预热方法竖炉直接安装在电炉上方，电炉排出烟气不经管道直接进入竖炉，保证了排气热量的充分利用。双壳炉体型竖式电炉，热效率比一般烧嘴热效率要高，可回收废气热量的60%70%，与无竖炉的传统超高功率电弧炉相比，总能耗要减少50千瓦时/吨钢100千瓦时/吨钢，提高生产效率15%以上，并且减少环境污染。连续装料型S-EAF竖式双电极直流电弧炉，电耗下降40千瓦时/吨钢以上，冶炼周期缩短7分钟8分钟，生产效率比常规机组增加30%40%.竖炉

26、型废钢预热仍然存在一些需要改进的地方，如由于剖面不对称或呈椭圆形导致炉内受热不平衡，从而引起热损失；高温预热导致废钢氧化，降低炼钢收得率并增大为进行还原而需要的能量；废钢保存装置抗热负荷的可靠性；二次燃烧的空间小，增大了防止一氧化碳气体爆炸的难度。Consteel型废钢预热法不断改进Consteel电炉是在连续加料的同时，利用炉子产生的高温废气对运送过程中的炉料进行连续预热，可使废钢入炉前的温度高达500600，而预热后的废气经燃烧室进入预热回收系统。它实现了废钢连续预热、连续加料、连续熔化，提高了生产率，改善了车间内外的环保条件，降低了电耗及电极消耗等。连续电弧炉是未来电弧炉的发展趋势，具有显著的节能作用。目前我国引进最多的高端、先进的电弧炉炼钢设备炉型就是Consteel电炉。尽管Consteel电炉具有显著的节能效果，但目前也存在明显的不足，主要体现在下面3个方面：一是烟