【《年产250万吨电弧炉炼钢车间及工艺设计》6500字（论文）】

年产250万吨电弧炉炼钢车间及工艺设计摘要本次设计为年产量为250w吨的电弧炉冶炼车间，经过计算确定电炉座数和电弧炉炉型大小数目为2座和150炉型，第三步需要确定电弧炉的变压器，需确定变压器的容量和电压级数等，最后核算变压器数值是否符合技术指标的要求。下一步算物料平衡和热平衡，首先确定钢种为T9号钢，分析钢种成分列出原材料成分的表格，在以设定废钢加生铁总量为100kg的原材料分为熔化期和氧化期分别计算，再以物料平衡的计算数据确定热平衡。下一步需求计算炼钢车间的一些工艺布置：原料跨、炉子跨、厂房跨，这一步需要查找资料，确定数值后再进行计算。接着需要设计一个其他系统，我选择了烟气除尘系统来进行设计。最后需要计算车间技术指标确定车间设计是否符合标准。关键词：电弧炉、厂房、车间、物料平衡、热平衡目录TOC\o"1-3"\h\u9726绪论 页第一章.可行性报告1.1设计的基本原则以及设计内容1.1.1设计的基本原则①为了响应国家关于建设的基本方针。在厂址的选择上应当满足不浪费土地，不占用耕地，方便进行废物处理以及不会污染环境、不会产生对农业有害的产物的基本要求，并且能够进行综合回收以及2次利用。在设计方案上要满足国家对未来发展的需求不能对此产生影响。②设计方案要符合我国的基本技术情况，在技术方面要与经济指标相结合合理安排。根据国家的生产技术水平，要对设计方案进行严格要求。以做到高产、低耗的基本要求③设计生产中要严格符合国家对于大型厂房对于环境的要求，环境保护是重中之重，绝对不能有资源浪费和环境破坏的情况产生。1.1.2设计内容本次设计包括:产品大纲的确定，150t炉型设计，变压器设计以及物料平衡和热平衡计算等。1.2厂址选择通过对实地进行考查和选取，结合各种资料，就当地的各种方面来进行分析评测，确定该地区符合建厂的要求。本次设计中，以内蒙古地区的条件进行，下面就该地区条件表述如下1.2.1地理概括托克托县坐落于内蒙古\t"/item/%E6%89%98%E5%85%8B%E6%89%98%E5%8E%BF/_blank"呼和浩特市，处于整个内蒙古的中心位置，地理坐标在东经111°-东经112°、北纬40°-41°。靠近黄河中上游。地处于内蒙古三大重点城市的中心，是内蒙古的重点战略发展区域。托克托县的总面积将近1500平方公里，平均海拔有1100米，辖区内有5个小镇，耕地面积达到60多万亩。1.2.2交通条件托克托县作为呼市的近郊县，距呼市有65公里，距包头有30公里。托克托县的交通条件十分发达，铁路空三路一应俱全，作为内蒙古工业的发展重心。托克托县的交通系统可谓是非常重要的。1.2.3气候条件托克托县位于内蒙古中部，方圆无海皆为陆地，所以此地应为温带大陆性气候。雨水量不多，大都集中于春秋两季之间。早上冷中午热晚上也冷，温差差距明显，四季温差也是如此1.2.4钢铁资源因为托县靠近呼和浩特，虽然托县没有较多的铁矿，但是这些可以通过方便简洁的交通来解决，达到冶炼的基本需求。1.3钢种分析1.3.1钢种牌号T91.3.1材料名称碳素工具钢1.3.2国家标准GB/T1298-19861.3.3含碳量0.85%-0.94%1.3.4钢种特性用于制作具有较高硬度的工具1.3.5钢种化学成分表1.1钢种化学成分钢种成分/%CSiMnPSCrNiCuT90.8-0.9≤0.35≤0.50≤0.035≤0.03≤0.25≤0.20≤0.30电弧炉炼钢车间设计2.1电炉容量计算:求车间每次出钢量(以年产250万吨为例) (2-1)注意:Gst--电弧炉平均出钢量的产量之和。式中：Gst——本设计设定为每年的产量，单位为ttc——冶炼的周期时长，单位h，本次设计方案取1h——为电炉工作的周期效率，本次设计方案取92.5%(338天/年)y——良锭收成率为94%2.2电炉座数和公称容量的确定电炉座数 (2-2)式中P——实际出钢量fch——超装系数为10~20%，取15%Ti——公称容量，tn——电弧炉座数，取2座所以公称容量为150t2.3电炉年产量核算核算公式为: (2-3)经核算本设计采用数据合理符合生产要求第三章.电弧炉炉型设计3.1熔池形状3.1.1熔池容积的计算熔炼室尺寸：熔池容积V池 (3-1)根据定义: (3-2)式中T：因公称容量Ti为142.7t，为符合生产要求取150t；ρ液，本次设计取ρ液6.89t/m3。 (3-3)式中G渣-以钢液量的7%计算；ρ渣—3～4t/m3，本设计取ρ渣3.56t/m3。V液=150/6.89=21.77m3G渣=150×0.07=10.5tV渣=10.5/3.56=2.95m3V池=21.77+2.95=24.72m33.1.2熔池尺寸的计算熔池的运算公式为： (3-4)式中h1=H/5；h2=H-h1=4/5H；D=5H；D=17/5H经计算可得： (3-5)h1=1269/5=234mmh2=1269-234=1035mmd=（17/5）×1.269=4315mm3.2熔炼室尺寸3.2.1熔炼室直径熔炼室直径D熔 (3-6)D熔=6345+2×100=6545mm3.2.2熔炼室高度熔炼室高度H1炉膛的高度为熔炼室高度。H1H1 (3-7)H1=2800mm3.2.3炉顶高度炉顶高h3炉顶高度h3与熔池室直径D有如下关系：h3 (3-8)h3=818mm至此，渣面至炉顶中央高度H2=H1+h3=2800+818=3618mm3.2.4熔炼室上缘直径D1 (3-9)D1=6545+2×（2800-100）×0.1=7085mm3.3炉衬及厚度（δ）的确定3.3.1炉顶砖厚度炉顶砖厚度（δ）如下表所示。表3.1炉顶砖厚度吨位/t<2020~40>40δ/mm230300450由表中数据取炉顶转厚度450mm3.3.2炉壁厚度表3.2烟壁部位厚度表吨位/t工作层/mm绝热层/mm炉底部位<1010~40>40230345460757575总厚度近似等于熔池深度本次设计电弧炉吨位为150t＞40t，因此可以取工作层为460mm、绝热层为75mm、所以炉壁厚度为535mm。3.4炉壳及厚度δZδ3.5槽出钢一种较为普通的出钢方式，这种出钢方式会降低电弧炉的炉衬使用寿命，因为其会使电弧炉倾斜，而且角度较大，这样就会加快电弧炉中耐火材料的使用，影响炼钢的效率。3.5.1出钢口出钢口位置选取在炉门上方200mm处，整个炉嘴为圆柱形状，所以出钢口是圆形的，其直径为500mm。3.5.2流钢槽形状为槽型，与水平面倾斜角度12°。根据车间布置以及电炉的出钢方式，取流钢槽长度2000mm。3.6炉门尺寸的确定炉门宽度=（0.25~0.3）D熔炉门高度=0.8×炉门宽度为了电弧炉生产安全，所以门框应向内部产生倾斜角度，这个角度一般为8°~12°。取宽度为0.26,倾斜角度为10°炉门宽度=0.26D熔=0.26×6545=1701mm炉门高度=0.8×炉门宽度=0.8×1701=1360mm表3.3电弧炉炉型数据汇总名称大小球冠直径d4315mm熔池液面直径D6345mm熔炼室直径D熔6545mm熔壳直径D壳7615mm熔炼池上边缘直径D17085mm球冠部分高度h1234mm球锥部分高度h21035mm炉顶高h3818mm熔池深度H1269mm熔炼室高度H12800mm炉壁厚度535mm炉壳厚度38mm炉门宽度1701mm炉门高度1360mm第四章.变压器功率的确定4.1变压器容量p=式中：P：额定的变压器容量，kV·A；q：q≈410kW·h/t，单位kW·h/t。G：装入炉料的重量，单位是t；tm：融化所需的时间，单位是h，本设计取1h；cosφ：融化期的功率因素，本设计取0.85η——变压器工作的有功功率，此次设计取值0.79；N：融化期变压器的使用率，N=1.0~1.2，本设计取N=1.15故计算P=4.2电压级数U=15表3.1二次电压的要求最高级二次电压/V200~250250~300320~400>400电压级数2~44~66~88~18经比较最高级二次电压为645V>400V,故取电压极数为164.3电极直径（d电极）d电极=3式中，ρ石墨=10Ωmm2/m；K—系数，对石墨电极K=2.1W/cm2；I—电极上的电流强度，A；I=1000P视式中，U—最高二次电压。I=d4.4电极心圆直径（d三极心）d三极心=（0.25～0.3）D式中，D—熔池直径。电机心圆直径取0.26Dd三极心=0.26D=0.26×6545=1701mm4.5电极电流密度校核I表3.2电极电流密度校核数据表d电极/mm1002003004005006007009001000（I/S）/（A/cm2）28201715141211109校核结果在对应的电极直径100cm对应的I/S(A/cm2)值范围内，故本设计结果合理。第五章电弧炉炼钢物料平衡计算5.1原材料成分其结果见附表5.1-5.55.2物料平衡基本项目收入项，支出项。5.3设计计算步骤设金属炉料100kg，本设计以老三期中前两期进行计算，列物料平衡表5.4融化期计算5.4.1确定物料消耗量金属炉料配入量。本次设计设废钢78kg、设生铁22kg表5.6炉料配入量名称用量/kg配料成分/kgCSiMnpsFe废钢78.000.1560.1950.4290.0230.02377.174生铁22.000.8800.1100.1980.0440.00820.760焦炭0.8000.560①合计100.8001.5960.3050.6270.0670.03197.934①碳烧损率30%5.4.2确定氧气和空气的消耗量净耗氧量=耗氧项-供氧项=3.019-0.270=2.749kg，计算过程见附表5-7。根据附表5.5对参数的要求，因氧气占静耗氧项的50%，所以氧气为2.749×50%=1.375kg，而空气和矿石占据剩余的50%所以空气的量为1.375-0.270=1.105kg由此能够计算氧气和空气的实际消耗量。其结果见附表5.8。5.2.3确定炉渣量其结果见附表5-9。5.2.4确定金属量根据上述表格中的数值计算金属量Qi==100+0.629-3.088+0.560=98.101kg。5.2.5确定炉气量其计算结果可见附表确定铁的挥发分由附表5.7中的设定，确定铁的挥发分97.934×2%×80%=1.567kg。5.2.7列出融化期物料平衡表表5.11熔化期物料平衡表收入支出项目质量(kg)%项目质量(kg)%废钢7870.44金属98.10188.97生铁2219.87焦炭0.8000.72炉渣4.0603.68电极0.3000.27炉气6.5405.93矿石1.0000.90石灰2.0001.80铁的挥发1.5671.42炉顶0.0750.07炉衬0.2000.18氧气1.5431.39空气4.8044.33合计110.722100.00合计110.268100.00注：计算误差=（110.722-110.268）/110.722×100%=0.41%5.3氧化期计算氧化期的主要任务：氧化钢液中的磷，降低其含量达到要求；除气除夹；给钢液加热；造成氧化期的原因：钢液中渣物的侵蚀；金属元素氧化和各种各样的烧损。5.3.1确定渣量1)留渣量。氧化期只需保留十分之三的渣2)存在于钢液中的氧化物，由其中元素的氧化生成3)烧损量。4)造渣时加入石灰带入的渣量。上述计算结果和各项数据见附表5.12-确定金属量金属量为98.101-(0.046+0.126+0.023+0.215+0.022+0.206)+0.560=98.023kg。碳的烧损量近似值，即（1.596-0.517）-0.89%×98.101=0.206kg。5.3.3确定炉气量其结果见附表5-15。5.3.4列出融化期和氧化期综合物料平衡表表5.16综合物料平衡表收入支出项目质量(kg)%项目质量(kg)%废钢7867.26金属98.02384.97生铁2218.97焦炭0.8000.69电极0.300+0.100=0.4000.34炉渣4.06+3.874=7.9346.88矿石1.000+1.000=2.0001.72石灰2.000+2.700=4.7004.05炉气6.540+1.300=7.8406.80火砖块0.5000.43炉顶0.075+0.053=0.1280.11铁的挥发1.5671.35炉衬0.200+0.150=0.3500.30氧气1.543+0.398=1.9411.67空气4.804+0.348=5.1524.44合计115.971100.00合计115.364100.00注：计算误差=(115.971-115.364)/115.971×100%=0.52%。第六章电弧炉炼钢热平衡6.1计算热收入Qs以100kg金属料(废钢+生铁)进行计算。6.1.1物料的物理热计算结果列于附表元素氧化热及成渣热计算结果见附表6.26.2计算热支出Qz6.2.1钢水物理热QgTt=1526-（0.82×70+0.33×8+0.44×5+0.035×30+0.03×20）-6=1455.96℃Tt为1455.96℃；冶炼工程中钢水温度取中下限，故本计算取1500℃。Qg=99.98×[0.699×（1456-25）+273+0.837×（1500-1456）]=130983.498kJ6.2.2炉渣物理热Qr其计算结果见附表吸热反应消耗热量Qs其计算结果见附表炉气物理热Qx根据公式可得Qx=7.84×[1.137×(1200－25)]=10474.044kJ。6.2.5烟尘物理热Qy根据公式可得：Qy＝1.567×[0.996×(1200-25)]=1833.860kJ。6.2.6冷却水吸热Ql根据公式可得Ql=(50×1000×1×4.185×20)/750=5580kJ/100kg(金属料)。6.2.7其它热损失Qq本计算取Qq7.7%。6.2.8热损失Qb本计算取Qb为6.3%。6.2.9总热收入令总热收入等于Qs，则：整理得：0.86Qs＝170356.275Qs＝198088.692kJ6.2.10应供电能故应供电能为:198088.692-2681.495-54385.614=141021.583kJ6.2.11列出热平衡表其中Qq=7.7%×Qs＝15252.829kJ；Qb=6.3%×Qs=12479.587kJ。表5.5热平衡表收入支出项目热量(kJ)%项目热量(kJ)%物料物理热2681.4951.06钢水物理热130983.49866.13氧化热和成渣热54385.61921.57炉渣物理热14211.2677.28其中C氧化12602.6174.96吸热反应耗热7273.6663.67Si氧化9221.9483.65炉气物理热10474.0445.29Mn氧化1213.3780.48烟尘物理热1833.8600.93P氧化127.9360.05冷却水吸热55802.72Al氧化568.6780.22其它热损失15252.8297.69Fe氧化29519.21511.68变压器系统热损失12479.5876.29SiO2成渣1079.1520.43P2O5成渣180.6260.07电能合计141021.58355.84252602.242100.00合计198088.692100.00第七章电弧炉炼钢车间工艺布置7.1原料跨原材料堆存计算公式：q＝QT/nQ＝A×单耗指标；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；T——计划储存天数；A——车间年产钢量，t/a。q=S·h·a式中：S——材料堆存占用面积，m2；h——材料堆存允许高度，m；a——材料堆积密度，t/m3。表7.1原材料单耗指标钢铁料(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/t)1070325248822表7.2计划储存天数外购废钢(天)铁合金(天)石灰(天)镁砂(天)5616表7.3各种材料堆积密度与允许堆高名称外购废钢返回废钢铁合金焦炭镁砂石灰轻中重密度(t/m3)81.70.8高度(m)33322342表7.4材料容器的修正系数材料外来废钢渣料燃料生铁修正系数原料跨的工艺布置电弧炉冶炼过程中炼钢原材料的地位非常重要，没有原材料就没有办法去炼钢，毕竟巧妇难为无米之炊，所以关于原材料的运输和保管的要求就必须严格。原料跨的作用就是如此。原料跨一般就座数决定2座或者3座设立一条。根据车间的电炉炉型大小从而来决定车间原料跨的跨度为32m。7.1.2原料跨的尺寸原料跨的跨间尺寸的决定方式较多，一般是取决于料仓的宽度大小和排放方式等。就实际信息而言，一般原料跨的宽度都处于15~30米之间。本次设计根据车间的电炉炉型大小从而来决定车间原料跨的跨度为30m。原料跨的长度就料仓的大小决定，在宽度确定为30m后，决定原料跨的排布形状为一个正方形，所以长度为30m为了满足操作要求，原料跨的高度应为整个原料跨最高的位置。7.1.3原料跨的主要设备①起重机：电磁吊钩桥式、吊钩挂磁量式②废钢料车：电磁卷样机拖动的早板车③烘烤炉：铁合金式、散状料式7.2炉子跨整体布置7.2.1炉子跨炉子跨：炼钢车间的核心，因此炉子跨的布置非常重要。炉子跨决定了别的跨的布置。在设计炉子跨的过程中需要决定：①车间产模②电弧炉布置计划方案要求③电弧炉出钢方式（本设计为槽式出钢）④车间采用的布置方式⑤占地面积的确定⑥设备型号和台数7.2.2炉子跨的工艺布置以及尺寸因为本设计采用槽式出钢的出钢方式所以炉子跨采用横向布置的平面布置方式。冶炼和浇注，此为电炉车间炉子跨布置方式选择横向布置的二个跨间的生产步骤，炉子跨也关系这很多方方面面：例如出钢等，其方向与炉子跨的胯间成90°角。横向布置可以作用与车间的浇注。本次设计设定炉子跨的柱间距离为20m，跨度为30m。为了使电炉的冶炼能在平台上进行，所以选取车间的方向布置为高架布置。高架布置能让炉子的出渣更加的顺利，炉子设备的检修也能更加方便节省人力。7.2.2炉子跨的长度、跨度、高度(1)炉子跨的长度：电炉车间设计电炉的长度，也可以视两个炉子中点到中点的距离，这一段距离需要设置变压器等，因此可以确定炉子跨的长度为：182m；(2)炉子跨的跨度：可以就设计炉型的长宽来决定取值大小，就本设计中炉体、炉盖的大小，决定跨度为25m；(3)炉子跨