年产100万吨连铸坯的电弧炉-炼钢车间工艺设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目录目录精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1 电弧炉炼钢的现状及发展1.1 电弧炉炼钢发展概况近年来，电弧炉钢产量增长速率超过了钢总产量的增长速率。2000 年全世界钢总产量为 84115.4 万 t，其中电炉钢产量为 28352 万 t，占钢总产量的 33.7%，与 1995 年相比，钢总产量增长 13.2%，电炉钢产量增长了 16.8

2、%。2001 年，全世界钢总产量为 84379.7 万 t，其中电炉钢产量为 29587.9 万 t，占钢总产量的 35.07%。有些国家废钢资源丰富，电价低廉，电弧炉炼钢发展迅速。2000 年美国电炉钢比达到 46.8%。而我国由于废钢资源短缺，电价较高，2000 年电炉钢产量为 2020 万 t，占全国总产量的 15.9%。2001 年，我国的钢总产量为 15163 万t，其中电炉钢产量为 2400.5 万 t，电炉钢比为 15.8%。较早年代，我国电弧炉以冶炼合金钢为主，多集中于特殊钢厂，电弧炉容量小。上世纪 90 年代起，我国相继建设了多座大容量超高功率电弧炉。据统计，1990 年至

3、1999 年我国新建设 60150t 电弧炉 19 座，总容量为 1645t。目前，我国投入运行的 50t 以上电弧炉有 39 座，其中单炉出钢量 100t 以上的电弧炉有 10 座。1992 年我国电弧炉平均炉容量为 4.6t/座，2000 年容量 50150t 的大电炉36 座，而且大多数采用超高功率技术。为了提高钢的质量，电弧炉钢厂大都配有钢包精炼装置(LF 炉)并采取全连铸生产。一些钢厂还配有 VD 真空精炼装置。1.2 国内外电炉炼的发展趋势炼钢新原料和短流程的发展，促进了电炉炼钢的飞速发展。21 世纪，很可能是电炉与转炉平分秋色的时代，因此世界各国都非常重视电炉的发展，而电炉炼钢技

4、术发展趋势有如下几点：(1) 超高功率直流电弧炉具有电极消耗低、节电且对渣线耐火材料侵蚀小等特点，是世界范围内电炉发展的总趋势。并且要充分利用超高功率电弧炉的精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业一些强化冶炼技术，提高电炉生产能力，逐步缩小与转炉出钢周期的差距，达到电炉转炉化的水平。(2) 尽可能地利用电炉冶炼废热和化学能，发展废钢预热及烟气二次燃烧技术。竖式电炉不仅在生产率、能量利用、环境适用性及炉料灵活性等方面占有优势，而且实现了电炉炼钢的连续化，是目前最有发展前途的电炉。但其设备结构的复杂性以及其产生的二噁咽等问题也是值得注意并有待解决的。(3) 用初级能源代电，采用氧燃烧嘴助熔技术

5、，可以降低电耗、降低生产成本、缩短冶炼时间，尤其是煤氧助熔技术更有发展前途。(4) 扩大铁源应用范围，除废钢外广泛应用 DRI、HBI、碳化铁、高炉铁水、熔融还原铁、生铁块等灵活配比，以适应不同地区的原料供应状况。(5) 电炉炼钢应逐步趋向连续化操作，改善劳动条件，提高设备的利用率。(6)环保问题是全世界永恒的话题，应注意环境保护和废气物的回收利用。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业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 电炉容量和台数的确定电炉车间产量系指一定的生产期内合格产品的产量。通常指经检验合格的连铸坯产量。本设计题目为年产量 100 万 t/年。电

6、弧炉车间年产量计算式A=24nga/t (2-1)式中：n 全年实际有效作业日数；n365作业率(98%)=358；G 一炉熔炼钢水的量；t 平均一炉的冶炼时间，取 t=55min；a 钢水铸成铸坯的收得率，取 a=98.0%。考虑到电炉的过装系数 f 可取 1.21.3，故取电弧炉的公称容量 120t，且车间有一台电弧炉可满足要求。2.1.2 电炉车间生产技术指标(1) 产量指标合格钢产量 100 万吨/年；冶炼时间 55min(2) 质量指标铸坯合格率：方坯 99.0%t 8 .108%0 .983582460/5510100244naAtg精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业(3)

7、 作业率指标连铸机作业率：85%(4) 连铸生产技术指标连铸比：100%铸坯合格率：方坯 99.0%连铸坯收得率 98.0%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，水路运输及地区公路、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：超高功率电弧炉冶炼，然后进行炉

8、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 产品大纲本设计题目为年产 100 万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间工艺设计，产品大纲为：碳素结构钢 50 万吨，合金结构钢 50 万吨。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2.2.3 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、浇注跨和出坯跨。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) 机电修理间及快速分析室；7) 炉衬制作与各种备件修理场地；8)

9、 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。2.2.4 电炉车间各跨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：此跨主要是为外来废钢、返回废钢、炼钢生铁、合金料、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，另外还有合金料和散装料的烘烤区。(2) 炉子跨：此跨配有一座 120 吨超高功率偏心底出钢电弧炉，一座 140 吨 LF 精炼炉，炉体彻修区、炉盖修理区、耐火材料干燥室，钢包烘烤区，电炉装料配置，电炉变压器房，供氧系统，粉尘处理系统等，由高架行车进行跨间的整

10、体运输工作。LF 精炼炉主要是进行钢水的脱氧，脱硫脱气，合金化等操作。(3) 精炼跨：此跨设有钢包回转台，连铸机，钢包修理备用区，中间包修理区及烘烤区，结晶器修理区及烘烤区。因运输量大，设有两台行车进行钢包的调运工作。(4) 浇注跨：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业此跨主要进行铸坯的凝固，另外，此跨间还有铸机备件区、检修区、良坯存放区、缓冷区等等。(5) 出坯跨：此跨主要包括铸坯堆放区，连铸机维修区、铸坯操作室等等。3 电弧炉炉型设计随着钢质量不断提高，熔炼工艺在革新，也向炉子结构提出了更高的要求。炉型尺寸的计算既可用于设计新炉子，又可用于核算改造旧炉子。3.1 电弧炉炉型炉型是指炉

11、子内部空间的形状和尺寸。现今，大型高功率电弧炉均为圆桶形炉体和拱顶炉盖，三电极分布在等边三角形顶点上。另外，自发展电炉高功率和超高功率技术以来，新型电炉多采用水冷壁以及水冷炉顶，而当今采用水冷壁的电弧炉炉壁均作成柱形。3.1.1 炉缸将炉体剖开，向炉门方向看，熔池形状见图 3-1。 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图 3-1 电弧炉炉型图 3-1 中，D钢液面直径；H钢液深度；h1球缺状钢液高度；h2锥台状钢液高度；d球缺直径；锥台与水平的夹角。根据计算与经验，D/H=3.55。h1=H/5，炉底采用球形便于在熔化初期聚集一定的钢液，既可保护炉底，又有利于吹氧助熔，加速熔化。 一般取

12、 45，在操作过程中熔池的形状易于保持，且便于出钢后修补炉坡(镁砂自然堆角 45)，出钢时钢水与渣能够倒尽。对于一定质量的钢液，其体积为：V=GV0 (3-1)式中：G炉子额定容量，t；V0 一定钢液的体积，m3/t，V0=0.14 m3/t。计算得： V=16.8m3。钢液面直径为：D=2.0CV1/3 (3-2)式中：C=0.875+0.042D/H所以得：D=2.0(0.875+0.0425)8.41/3=3.92m炉渣体积可取钢液体积的 1015%，由此即可计算渣层厚度。炉门坎平面应高于渣液面 2040mm，炉缸与炉壁连接面应高于炉门坎面 3070mm，减轻炉渣对炉壁与炉坡接缝处的侵蚀

13、。所以炉缸上缘直径(或即为熔化室直径)DB为：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业DB=D+0.10.2 (3-3)所以：DB=D+0.1=3.92+0.1=4.95mH=D/5=3.92/5=0.78m3.1.2 熔化室炉缸以上至炉顶拱角以下的空间称作熔化室。熔化室的高度即为炉壁的高度，计算为：H1=0.40DB=0.404.02=1.61m。熔化室的容积加上炉缸容积应能容纳一炉所需废钢铁料，其上部直径为：D1=DB+2H1tan (3-4)计算得：D1=4.40.m。3.1.3 电极分布电弧炉是以三个电极圆心构成的圆的直径 Dp来表示电极在炉内的分布，比值 Dp/DB决定电极在炉中的

14、位置，同时也决定炉内热量的分布。考虑到炉壁热负荷的均匀和电极把持器的位置，电极分布圆直径 Dp与 DB有如下关系：Dp/DB0.250.35 (3-5)取值为 0.3，所以 Dp=1.206m。电极直径取为 500mm。3.1.4 工作门现代电弧炉只设一个工作门，用于加料、炉前操作和观察炉况。依据经验公式，得：炉门宽度：l= (0.200.30)D=0.23.92=0.780m炉门高度：b= (0.750.85) l=0.80.78=0.624m 3.1.5 炉衬厚度炉衬厚度是按耐火材料的热阻计算的。(1) 炉底厚度 d底d底=1000mm。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业(2) 炉

15、壁根部厚度 d壁炉壁根部厚度即炉缸平面处炉衬的厚度，一般取 壁400600mm。120t炉子，d壁=600mm。(3) 炉壁与炉盖厚度对于超高功率电弧炉大多都采用水冷炉壁、水冷炉盖，其厚度取决于水冷构件的形式、材质及炉内热负荷等。 3.2 电弧炉变压器容量选择由熔化时间来计算变压器容量：熔化期长短主要是由供电功率来确定。变压器的容量由下式计算： (3-6)式中：P炉用变压器额定容量，kVA；q熔化每吨废钢料及熔化相应的渣料并升温所需要的电量，kWh/t，q350kWh/t；G电炉装入量，t；tm预期的熔化时间，h；cos熔化期平均功率因数，超高功率选取 0.70；变压器有功功率的热效率，选取

16、0.80；N熔化期变压器功率平均利用系数，选取 1.1。所以，计算得：P=40909.09kVA若按电弧炉的额定容量计算其单位功率则为 40909.09/120=341kVA/t，属于超高功率范围。NcostqGPm精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.3 水冷炉壁与水冷炉盖3.3.1 水冷炉盖的设计炉盖直径的确定：Dg=Dr+2dc (3-7)式中：Dg水冷炉盖的直径Dr熔化室直径dc添加系数其值为 300mm故：Dg=4.4+20.3=5m。图 3-2 EBT 结构图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业炉盖上开五个孔，其中三个为电极孔，一个为排尘孔。后一个孔的直径为450mm

17、，炉盖圈的高度为 300mm，环形凸圈的高度定为 60mm，宽度也定为60mm，炉盖上还焊有 6 根拉筋，起加固炉盖的作用。3.3.2 水冷炉盖的安装分为炉壳内装式和框架悬挂式两种。前者炉壁、炉盖有完整的钢板炉壳，炉壁炉盖采取内装方式；后者炉壁、炉盖无完整钢板炉壳，而是水冷的框架，依靠悬挂在上面的水冷炉壁、水冷炉盖组成完整的炉体。为便于运输、安装、维护以及提高寿命，将装有水冷炉壁的炉体制成上下两部分，在水冷炉壁的下沿与炉底及渣线分开，采用法兰连接。3.4 偏心底出钢的设计偏心底出钢电弧炉(EBT 电炉)采用留钢留渣操作，不但做到了无渣出钢，精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业而且留钢操作

18、增加了电弧炉冶炼的连续性，熔化期电弧稳定，熔池形成较快，可以实现提前吹氧，有效地提高了氧利用率以及电弧炉热效率；偏心底出钢电弧炉出钢钢流短，出钢时间大大缩短，减小了出钢过程中的钢水温降及钢水对钢包内衬的冲刷，出炉后合金化的进行提高了合金的回收率；偏心底出钢电弧炉倾炉角度较出钢槽电弧炉大为减小，有条件对短网进行优化。偏心底出钢是一种应用较为广泛的无渣出钢的最好的出钢方式。图 3-3 所示：图 3-3 偏心底出钢电弧炉示意图3.4.1 EBT 电炉的炉壳偏心底出钢电弧炉的炉壳上部仍为圆形，下部带有突出的圆弧形出钢箱。传统的电弧炉出钢时，一般需要把炉子倾动 45，倾动大，对炉衬损耗大。采用偏心底出钢

19、后，出钢时炉子倾动只有 15，可以避免钢水于水冷炉壁的接触，从而提高炉衬的寿命，偏心底出钢电弧炉采用全水冷炉壁和炉盖，一般采用若干水冷件组成，水冷件的更换方便。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.4.2 EBT 电炉的炉底偏心底出钢电弧炉炉底设计成浅盘状，以确保无渣出钢。为安全起见，底部排两层镁质火砖，与钢水接触的底部有白云石耐火砖，并捣上一层镁质耐火砖。3.4.3 出钢口偏心底出钢电炉的出钢口位于出钢箱的底部，利用出钢口的开闭机构和倾动机构，实现无渣出钢、留渣操作。见图 3-4。图 3-4 出钢口示意图图 3-4 中：1出钢口座砖；2出钢口消耗袖砖；3填充物；4尾砖；5隔离环；6水

20、冷环；精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业7底盖系统。3.4.4 机械装置一般偏心底出钢电弧炉，向炉门倾动 1012，向出钢口最大倾动 15。偏心低出钢电弧炉的倾动液压缸行程较传统电弧炉小，为保证不带渣出钢，以避免出钢箱部分产生漩涡，即炉体倾动最大至结束出钢时，使炉内留一部分钢水，为此应使炉体迅速回倾，一般为 3/S。3.4.5 偏心底出钢箱的设计EBT 电炉的特征是设置了一个偏心区，如图所示该偏心区相对构成一个小熔池，并通过圆滑过渡与电炉主熔池相连，炉体回到正常位置是将部分钢水和全部的炉渣留在炉内，出钢口垂直设置在偏心区的底部，这样一个结构使得偏心区的设计显得相当重要，下述四点的设计优

21、良直接影响到炉子的正常工作。(1) 偏心距 即出钢口中心线至炉子中心线的距离。偏心距选取过大，则偏心区内的废钢不容易熔化，即使全部熔化，由于温度不均匀，该区的钢液成分偏差很大，造成冶炼的不正常。同时，考虑到在出钢口上盖的操作方便，偏心区不能过小。在不影响出钢的情况下，此距离应尽可能的小。经过查询了许多的现有的偏心距后，确定本设计的偏心距为 3400mm。(2) 出钢口直径 出钢口直径的确定应保证钢液在尽可能短的时间内出净。经验表明，对 70吨以上的电弧炉，出钢时间在 120s180s 内，出钢口的直径一般在 120mm 以上，本设计取 150mm。(3) 出钢箱的高度出钢箱的高度确定应保证炉体

22、倾斜 1015时，钢水不与出钢箱的水冷盖板相接触，并留有一定的安全距离，还要求氧化渣全部留在炉内。经推荐，本设计出钢箱的高度取为 1100mm。(4) 出钢箱内口与中心夹角此夹角的大小直接影响到箱体内钢水的流动性，从而影响钢液的温度。本精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业设计取该角为 120。3.5 水冷挂渣炉壁的设计3.5.1 电弧炉炉壁的热流根据炉子上的“热点”和“冷点”都受三电弧辐射热的条件来计算电弧炉壁的热流强度，有如下公式：(3-1) (3-2)式中：q热点炉壁热点表面单位面积上接受的辐射功率，kW/m2；q冷点炉壁冷点表面单位面积上接受的辐射功率，kW/m2；PH平均每相电弧

23、功率，kW，其值为cosP/3=0.740909.09/3=9545.5kW；R熔池面半径，其值为 2.425m；K三电极极心分布圆直径与熔池直径之比，其值为 1.206/3.92=0.31经计算得，q热点=135.1kW/m2，q冷点=116.6kW/m2。3.5.2 冷却水流量根据电弧炉水冷炉壁的热流全部被冷却水吸收的热平衡关系得：qS=GCp(t0-t1) (3-3)式中：q炉壁热流，kJ/ m2h；S水冷炉壁的受热面积，m2；G冷却水的流量，t/h；2/3222HKK1K2K11R120.9P冷冷q2/3222HKK1K2K11R120.9P冷冷q精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-

24、专业Cp水的热容，J/kg；t0出水温度，；t1入水温度，；计算得：3.5.3 水冷炉壁水速的确定冷却水的实际流速与冷却水通道结构关系很大，因为炉壁热流强度为228kW/m2，可选用管式水冷炉壁，水速定为 2.3m/s。3.5.4 管径的确定水速确定后，根据所需水流量计算管径 d，其计算公式可根据G=3600d2/4 为： (3-4)式中：u冷却水流速，1.5m/s；水的密度，1000kg/3m所以，d=0.31m。校核：水冷炉壁产生局部沸腾的水速 u沸：u沸=(qd0.2/105)1.25=(135.11030.310.2/105)1.25=1.09m/s所以：uu沸，管径符合标准。3.5.

25、5 平衡挂渣厚度平衡挂渣厚度可用下式计算： (3-5)434t/h84.2303600135.1ttCqSG10p36004GdsFe011FeFesLqttL精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业为计算 Ls，上式中需求出水冷管内对流传热系数 Fe：Fe=0.023Re0.8Pr0.4/d (3-6)式中：水在平均温度为 30时的导热系数，0.598W/m；Re=ud/=1.50.31/1.4710-6=3.16105；Pr=7.06；Fe=44.99W/m；s=3.48W/m；LFe为水冷管壁厚度，取 10mm。计算得：Fe=0.023Re0.8Pr0.4/d=0.0232.51105

26、7.060.40.598/0.31=2436W/m2所以：Ls=0.019m。3.5.6 综合传热系数水冷炉壁的综合传热系数 U： (3-7)计算得：U=1580.33W/m2校核：U1q/(t2-t0)=/470287W/m2UU1，该水冷炉壁运行安全可靠。3.5.7 临界热流量与最大热流量临界热流量与最大热流量可用如下公式计算q最大=4.6884106u1/3+4800(tw-tH2O)u1/3 (3-8)取 tw=100，tH2O=30，u=1.5m/s；计算得：q 最大=2.33107W/m2。FeFeFeL11U精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业4 电弧炉炼钢过程中的物料平衡

27、与热平衡计算4.1 物料平衡计算(1) 计算所需原始数据。基本原始数据有：冶炼钢种及其成分(表 4-1)；原材料成分(表 4-2)；炉料中元素烧损率(表 4-3)；合金元素回收率(表 4-4)；其它数据(表 4-5)。表 4-1 冶炼钢种及其成分成分(%)钢种CSiMnPSFe备注16Mn0.0450.045余量氧化法冶炼注：分母系计算时的设定值，取其成分的中限。表 4-2 原材料成分(%)名称CSiMnPSAlFeH2O灰分挥发分碳素废钢0.180.250.550.0300.030余量FeMn6.600.5067.800.2300.13024.74FeSi73.000.500.0500.03

28、02.5023.92Al98.51.50焦炭81.500.5812.405.52电极99.001.00续表 4-2名称CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰88.002.502.601.500.504.640.100.100.06高铝砖1.256.400.1291.350.88镁砂4.103.6589.500.851.90焦炭灰分4.4049.700.9526.2518.550.15电极灰分8.9057.800.1033.1016.020.012.040. 060. 020. 040. 160. 120. 1精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业表 4-3 炉料

29、中元素烧损率成分CSiMnPS熔化期2540，取 307095，取 856070，取 654050，取 45可予忽略烧损率()氧化期全部烧损202530，取 27注：按末期含量比规格下限低 0.030.10%(取 0.06%)确定(一般不应低于 0.30%的脱碳量)；按末期含量 0.015%来确定。表 4-4 合金中元素的回收率回收率(%)合金材料加入时间CSiMnAlFeMn还原初期10010096出钢前10010098FeSi还原初期651000还原后期9510050Al还原初期预脱氧0还原后期终脱氧40FeSi 粉还原期扩散脱氧501000Al 粉还原期扩散脱氧0表 4-5 其它数据名

30、称参 数配碳量熔化期脱碳量电极消耗量炉顶高铝砖消耗量炉衬镁砂消耗量熔化期和氧化期所需氧量氧气纯度和利用率焦炭中碳的回收率碳氧化产物烟尘量比钢种规格中限高 0.70%30%5kg/t(金属料)：其中熔化期占 60%，氧化期和还原期各占 20%1.5kg/t(金属料)：其中熔化期占 50%，氧化期占 35%，还原期占15%5kg/t(金属料)：其中熔化期占 40%，氧化期和还原期各占 30%50%来自氧气，其余 50%来自空气99%，余者为 N2，氧利用率 90%75%均按 70%生成 CO，30%生成 CO2 考虑按 8.5kg/t(金属料)考虑(2) 物料平衡基本项目收入项有：废钢、焦炭、石灰

31、、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、铁合金、氧气和空气。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业支出项有：钢水、炉渣、炉气、挥发的铁、焦炭中挥发分。(3) 计算步骤。以 100kg 金属炉料(废钢)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。4.1.1 熔化期计算(1) 确定物料消耗量：1) 金属料配入量。按 100kg 废钢配料，结果列于表 4-6。原始数据见表 4-2 和表 4-5。表 4-6 炉料配入表配料成分(kg)名称用量(kg)CSiMnPSFe废钢100.0000.1800.2500.5500.0300.03098.96合计101.1450.8800.

32、2500.5500.0300.03098.962) 其他原料消耗。为了提前造渣脱磷，先加入一部分石灰(20kg/t(金属料)。炉顶、炉衬和电极消耗量见表 4-5。(2) 确定氧气和空气的消耗量：耗氧包括炉料中元素的氧化，电极中碳的氧化；而石灰则带来部分氧，石灰中 CaO 被自身 S 还原出部分氧。前后二者之差为所需净氧量2.701kg，见表 4-7。根据表 4-5 的规定，应由氧气供给的氧为 2.70150%=1.351kg，空气应供氧1.351kg，由此计算氧气和空气的消耗量。见表 4-8。表 4-8 氧气与空气的实际消耗量氧气(kg)空气(kg)带入 O2带入 N2带入 O2带入 N21.

33、351/氧利用率=1.351/90%=1.5011.50199%1%=0.0161.3511.35177/23=4.523=1.501+0.016=1.517=1.351+4.523=5.874注：77/23 为空气中 N2与 O2的质量比。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业表 4-7 静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)CO0.88030%70%=0.1850.247CCO20.88030%30%=0.0790.211SiSiO20.25085%=0.2130.243MnMnO0.55065%=0.3580.104PP2O50.03045%

34、=0.0140.173FeO98.962%15%=0.2970.085炉料中的元素的氧化FeFe2O398.962%85%=1.6820.721小计2.8281.784CO0.30099%70%=0.2080.277电极中 C的氧化CCO20.30099%30%=0.0890.237CO1.1450.8150.250.7=0.1630.217焦炭中碳的氧化CCO21.1450.8150.250.3=0.0700.187 耗 氧 项合计2.702石灰SCaO+S=CaS+O20.06%16/32=0.0006供氧项合计0.0006净耗氧量2.702-0.0006=2.701注：令铁烧损 2，其中

35、 80生成 Fe2O3成为烟尘的一部分；20成渣。在这 20中，按 3：1 分别生成 FeO 和 Fe2O3。(1)(2) 便是熔化期的物料收入量。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业(3) 确定炉渣量：炉渣源于炉料中的 Si、Mn、P、Fe 等元素的氧化产物，炉顶和炉衬的损蚀，电极中的灰分，以及加入的各种熔剂。结果见表 4-9。表 4-9 熔化期渣量的确定成渣组分(kg)名称消耗量(kg)CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计Si0.2130.4560456Mn0.3580.4620.470P0.0140.0320.032炉料中元素的氧化Fe0.3940

36、.3800.1410.521炉顶0.0750.0010.0040.0690.0010.090炉衬焦炭0.2000.8430.0080.0050.0070.0520.1790.0010.0020.1270.0040.0190.2000.104电极0.3000.0020.0010.003石灰2.0001.7580.0500.0520.0300.0100.0020.0021.904合计1.7720.5110.2320.2290.4820.3800.1750.0340.0023.857%45.9414.806.025.4412.489.854.540.880.05100.00注：石灰中 CaO 被自身

37、 S 还原，消耗 0.002kgCaO。 (4) 确定金属量：金属量 Q=金属炉料重炉料中的 C、Si、Mn、P 和 Fe的烧损量=100-2.828=97.172kg。(5) 确定炉气量：结果列于表 4-10。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 气态产物(kg)项目COCO2N2H2OH2总计 炉料中 C的烧损0.18528/12=0.4320.07944/12=0.2900.722电极带入焦炭带入0.20828/12=0.4850.16328/12=0.3800.08944/12=0.3260.07044/12=0.2570.8110.645石灰带入2.0004.64%=0.093

38、0.0020.095氧气带入0.0150.015空气带入4.5230.0424.565游离氧反应:CO+1/2O2=CO21.50110%28/16=-0.2631.50110%44/16=0.4130.150H2O 参与反应:H2O+CO=H2+CO2 0.05228/18=-0.0810.05244/18=0.127-0.0520.0522/18=0.0060合计0.4681.5064.53800.0066.518%7.1823.2169.620.090100.00精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业表 4-10 炉气量的计算(6) 确定铁的挥发量：由表 4-7 的设定，铁的挥发量为

39、 98.962%80% =1.593kg。(3)+(4)(5)(6)便是熔化期的物料支出量。并由此列出熔化期物料平衡表。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100.00090.00金属97.17289.03焦炭1.1451.03炉渣3.8573.55电极0.3000.27炉气6.5185.97石灰2.0001.80铁的挥发1.5831.45炉顶0.0750.07炉衬0.2000.18氧气1.5171.37空气5.8745.28合计111.111100.00合计109.150100.00注：计算误差=(111.111-109.150)/ 111.1111

40、00%=1.76%。4.1.2 氧化期计算引起氧化期物料波动的因素有：扒除熔化渣，造新渣；金属中元素进一步氧化；炉顶、炉衬的损蚀和电极的烧损。(1) 确定渣量：1) 留渣量。为了有效的去磷，要进行换渣，通常除去 70的熔化渣，而进入氧化期只留下 30的渣。其组成见表 4-12。2) 金属中元素得氧化产物。根据表 4-3 给出的值可计算产物量，详见表 4-12。3) 炉顶、炉衬的损蚀和电极得烧损量。根据表 4-5 的假定，其结果一并列入表 4-12。4) 造渣时加入石灰带入的渣量。见表 4-12。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业(2) 确定金属量：根据熔化期的金属量及表 4-12 的元

41、素烧损量，即可求得氧化末期得金属量为 97.172-(0.037+0.020+0.001+0.133+0.008+0.558)=96.415kg。其中 0.558 是为碳的烧损量近似值，即（0.880-0.264）-0.06%97.172=0.558kg。(3) 确定炉气量：计算方法如同熔化期：先求静耗氧量(表 4-13)，再确定氧气与空气得消耗量(表 4-14)，最后将各种物料或化学反应带入的气态产物归类，结果列表 4-15。表 4-12 氧化期渣量的确定成渣组分(kg)名称消耗量(kg)CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计留渣=30%3.857=1.157

42、0.5320.1710.0700.0690.1390.1160.0530.0100.0011.159Si0.0370.1790.079Mn0.0200.0260.026P0.0010.0020.002Fe0.1330.1340.0430.177金属中元素的氧化S0.008-0.0440.0180.004炉顶0.0530.0010.0030.0480.052炉衬0.1500.0060.0050.1340.0010.0030.149电极0.1000.0010.001石灰1.7441.5340.0440.0450.0260.0090.0020.0021.662合计2.0590.3030.2440.1

43、440.1650.2480.1080.0140.0213.306%62.289.177.384.364.987.503.270.420.64100.00精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业表 4-13 静耗氧量的计算名称元素烧损量(kg)反应产物耗氧量(kg)供氧量(kg)CO0.521C0.558CO20.446Si0.037SiO20.042Mn0.020MnO0.011P0.001P2O50.001FeO0.029金属中元素的氧化Fe0.133Fe2O30.014CO0.092电极中 C 的氧化C0.10099%=0.099CO20.079合计1.235石灰中 S 还原 CaOS0

44、.001CaO+S=CaS+O0.001金属中 S 还原 CaOS0.008CaO+S=CaS+O0.004合计0.005静耗氧量1.224表 4-14 氧气与空气的实际消耗量氧气(kg)空气(kg)带入 O2带入 N2带入 O2带入 N20.618/氧利用率90%=0.6870.687991%0.0070.6130.61377/232.052=0.687+0.004=0.694=0.613+2.052=2.665注：氧气供氧 50%，即 1.23550%=0.618kg，空气供氧为 0.618-0.005=0.613kg。氧化期末金属成分如下：C：0.060% (0.880-0.264-0.

45、558)/96.415)；Si：痕迹；Mn： 0.718% (0.550-0.358-0.020)/ 96.415)；P： 0.016% (0.030-0.014-0.001)/ 96.415)；精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业S： 0.023% (0.030-0.008)/ 96.415)。表 4-15 炉气量的计算气态产物(kg)项目COCO2N2H2OH2总计金属中 C 的氧化0.9120.6131.525电极带入0.1610.1090.270石灰带入0.1120.0080.013氧气带入0.0070.007空气带入2.0520.0682.084游离氧反应:CO+1/2O2=C

46、O2-0.1200.1890.107H2O 参与反应:H2O+CO=H2+CO2-0.1180.186-0.0760.0080合计0.8351.2092.05900.0084.111%20.3129.4150.090.19100.00精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业熔化期和氧化期的综合物料平衡表列于表 4-16。表 4-16 熔化期和氧化期综合物料平衡表收入支出项目质量(kg)%项目质量(kg)%废钢100.00086.64金属96.41584.110.300+0.100=0.4000.35炉渣3.857+2.147=6.0045.24电极石灰2.000+1.744=3.74413.

47、24炉气6.518+4.111=10.6299.27炉顶0.075+0.053=0.1280.11铁的挥发1.5831.38炉衬0.200+0.150=0.3500.30氧气1.517+0.694=2.2651.96空气5.874+2.665=8.5397.40合计115.426100.00合计114.631100.00注：计算误差=(115.426-114.631)/ 115.426100%=0.69%。4.2 热平衡的计算以 100kg 金属料(废钢)进行计算。4.2.1 计算热收入 Qs 。(1) 物料的物理热，计算结果列于表 4-24。(2) 元素氧化热及成渣热。计算结果列表 4-25

48、。(3) 消耗的电能。根据消耗的热量确定，为.133kJ。详见下面计算。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业表 4-24 物料带入的物理热名称热容(kJ/kgK)温度(K)消耗量(kg)物理热(kJ)废钢0.699298100.0001398.000焦炭0.7452981.08823.338石灰0.7282985.38898.062炉顶高 Al 转0.8798730.15179.637炉衬成 Mg 砂0.9968730.500298.800氧气1.3182982.12570.019空气0.96329811.780283.604电极1.5077230.500339.075Al0.89629

49、80.1062.374FeMn0.6782981.84331.239FeSi0.7452980.78914.695合计2638.843精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业表 4-25 元素氧化热及成渣热名称氧化量(kg)化学反应H(kJ/kg)放热量(kJ)0.208+0.069=0.277C+1/2O2=CO-116393224.003电极中 C0.089+0.030=0.119C+O2=CO2-348344145.246焦炭中 C0.0520.120+0.174=0.294C+O2= CO2C+1/2O2=CO-34834-116391811.3683421.866金属中 Si0.2

50、13+0.037=0.250Si+2(FeO)=(SiO2)+2Fe-113292832.2500.015Si+2(FeO)=(SiO2)+2Fe-11329169.9350.0063Si+2(Fe2O3)=3(SiO2)+4Fe-975058.5000.192Si+O2=(SiO2)-292025606.784FeSi 中 Si0.0035Si+2(P2O5)=4P+5(SiO2)-918527.555金属中 Mn0.358+0.0200.378Mn+(FeO)=(MnO)+Fe-2176822.528FeMn 中 Mn0.029Mn+(FeO)=(MnO)+Fe-217663.104Al

51、块(0.058+0.04860%)98.5%0.0852Al+3FeO=(Al2O3)+3Fe-145721238.620FeSi 中 Al0.4852.5%=0.0122Al+3FeO=(Al2O3)+3Fe-14572174.864金属中 P0.014+0.001=0.0152P+5(FeO)=(P2O5)+5Fe-241936.2854.045Fe+1/2O2=(FeO)-425018721.250Fe1.6782Fe+3/2O2=(Fe2O3)-646010839.880SiO2 成渣0.57170%+0.30395%0.6882(CaO)+(SiO2)=(2CaOSiO2)-1620

52、1082.160P2O5 成渣0.03470%+0.01495%=0.0374(CaO)+(P2O5)=(4CaOP2O5)-4880180.560合计54456.7584.2.2 计算热支出 Qz 。(1) 钢水物理热 Qg 。计算钢熔点为：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1536-(0.19770+0.408+1.385+0.02230+0.01925+0.023)-6=1505；出钢温度控制在中下限，本计算取 1580。按氧气转炉的计算方法，可得：Qg99.980.699(1505-25)+272+0.837(15801505)=.4kJ。(2) 炉渣物理热 Qr 。计算结果如

53、表 4-26。(3) 吸热反应消耗热量 Qs 。详见表 4-27。表 4-26 炉渣物理热名称熔化期炉渣氧化期炉渣合计温度()15001650热容(kJ/kg)1.1721.216物理热(kJ)2.8961.172(1500-25)+209=5611.584.8451.216(1650-25)+209=10586.3316197.91精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业表 4-27 吸热反应耗热量名称消耗量(kg)化学反应H（kJ/kg）吸热量（kJ）金属脱碳0.880-96.1450.06%=0.822C+(FeO)=CO+Fe6244/C5132.568C=0.002(FeO)+C=

54、CO+Fe6245/C12.490渣中(FeO)与(Fe2O3)焦炭中的碳还原C=0.008(Fe2O3)+3C=3CO+2Fe8520/C34.080金属脱硫0.030-0.009=0.021FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO)2143/CaS45.003石灰烧减5.3884.64%=0.250CaCO3=CaO+CO24177/CO21044.250石灰带入5.3880.10%=0.005焦炭带入0.2420.58%=0.001空气带入0.042+0.032=0.074水分挥发小计0.080H2O12001227/H2O98.160金属增碳0.193-0.060=0.133C1779

55、/C236.607合计6603.158(4) 炉气物理热 Qx 。令炉气温度为 1200，热容为 1.137kJ/kgK，由炉气量可得： Qx=10.6291.137(120025)=14200.078kJ。(5)烟尘物理热 Qy 。将铁的挥发物计入烟尘中，烟尘热容为0.996kJ/kgK，则得：Qy1.5830.996(1200-25)=1852.585kJ。(6)冷却水吸热 Ql 。设炉子公称容量为 120t，冷却水消耗为 50m3/h，冷却精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业水进出水温差为 20，冶炼时间为 1h，则得：Ql=(50100014.18520)/600=6975kJ/

56、100kg(金属料)。(7)其它热损失 Qq 。包括炉体表面散热热损失、开启炉门热损失、开启炉盖热损失、电极热损失等。本计算取 8%。(8）变压器及短网系统的热损失 Qb 。本计算取 6%。令总热收入等于 Qs，则：Qs=.4+16197.91+6603.158+14200.078+1852.585+6975+Qs(8%+6%)整理得：0.86Qs.131Qs.734kJ故应供电能为：.734-2638.843-54456.758=.133kJ；其中 Qq=8%Qs16802.059；Qb=6%Qs=12601.544kJ。热平衡总表列于表 4-28。表 4-28 热平衡表收入支出项目热量(k

57、J)%项目热量(kJ)%物料物理热2638.8430.97钢水物理热.40059.98氧化热和成渣热54456.75819.59炉渣物理热16197.9108.90C 氧化12602.4833.78吸热反应耗热6603.1583.26Si 氧化8695.0243.38炉气物理热14200.0788.71Mn 氧化885.6320.34烟尘物理热1852.5851.38P 氧化36.2850.04冷却水吸热6975.0003.71Al 氧化1413.7840.51其它热损失21158.6238.05Fe 氧化29561.13010.15变压器系统热损失15868.9676.01SiO2 成渣10

58、82.1601.08其中P2O5 成渣180.5600.21.13359.95电能合计.791100.00合计.721100.00精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业5 电弧炉炼钢车间工艺设计电弧炉生产工艺设计的合理性直接决定着产品的高质量和良好性能，而制定生产工艺是根据具体钢中、产品要求而定的。下面从原料要求、车间冶炼的工艺特点及操作要领等方面进行说明。5.1 对原料的要求5.1.1 废钢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：(1) 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。(2) 少锈。入炉铁锈太多，不能

59、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。(3) 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。 (4) 不可混入爆炸物品、密闭容器、有毒物质以及塑料、橡胶等。(5) 应限制入炉料的磷、硫含量，否则严重恶化电弧炉操作指标。(6) 清除炉料中泥沙等酸性物质。 (7) 炉料单位外形尺寸不能过大。(8) 装料密实不松散。5.1.2 辅助料 (1) 铝粉铝粉脱氧能力强，主要用于冶炼低碳不锈钢和某些低碳合金结构钢，以提高合金元素的收得率。使用粒度0.5mm，水分0.20%，Al95%。(2) 硅铁粉精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业硅铁粉是用含硅 75%的硅铁磨

60、制而成的，这样比重轻，含硅量高，有利于进行扩散脱氧，使用粒度1mm，水分0.20%。(3) 石灰由石灰石在 8001000的高温下焙烧而成，一般要求石灰中 CaO 含量90%，硫含量0.1%，入炉石灰要求水量85%、SiO24%、CaO5%、S0.1%、H2O80%、灰分95%、灰分2%、硫含量均0.1%、水分99%、水分310-3kg/m3、工作压力(5.06512.156)105Pa。5.2 电弧炉冶炼工艺 (1) 装料：装料方式对炉料的熔化速度，合金元素烧损率以及炉衬寿命有很大影响。装料应做到快速和密实，布料合理。合理的布料应该是：先在炉底铺一层石灰，约为料重量的 1.52.5%，再在石