【《120万吨电弧炉设计说明书》7900字（论文）】

第第页120万吨电弧炉设计说明书目录TOC\o"1-3"\h\u17574摘要 310020第一章设计方案 45340第二章电弧炉炼钢建厂可行性分析 519534（1）气温： 59117（2）降水： 526226（3）日照： 616028（4）湿度： 69038第三章电炉容量及座数的确定 6181.炉型设计 845841.1熔池的形状和尺寸 8189331.2熔炼室尺寸 10264521.3炉衬及厚度（δ）的确定 11215221.4炉壳及厚度δZ 11161151.5炉门尺寸的确定 1211246第四章变压器功率和电参数的确定 12228682.1变压器功率的确定 12155002.2电压级数 13141672.3电极直径（d电极） 13259992.4电机心圆直径（d三极心） 146989第五章物料平衡计算与热平衡计算 1593013.2.2计算热支出Qs 12082第六章车间布置及主要设备的选择 49981第七章附属设备的选择与设计 1022233电路炉内排烟系统（4-2） 108303电路炉内排烟系统（4-3） 10319664.3布袋式除尘器简介 11117504.3.1布袋除尘器的特点 11128014.3.2布袋除尘器的结构和工作原理 1124971脉冲式布袋除尘器（4-4） 11摘要由于当今世界科学技术的不断发展，钢铁冶炼对工程材料的质量提出了越来越高的要求。各个国家的发展都离不开钢铁，通过所学的冶金专业知识，本着低成本，技术新的原则，设计出年产一百二十万吨的电弧炉炼钢车间。经查阅相关书籍信息后，本设计以唐山市作为炼钢车间生产的厂址，并计算出七十吨电弧炉的尺寸、变压器功率以及电参数，再做出炉型图，之后进行电炉炼钢的物料平衡以及热平衡计算，然后选择一种烟气净化系统做为附属机构，最后设计车间布置方案以及厂房的尺寸并做出厂房的布置图。关键词：电弧炉设计；物料平衡;热平衡；车间设计；烟气净化系统。第二章电弧炉炼钢建厂可行性分析通过调查收集到的资料，就辽宁鞍山的资源、气温、降水、日照、地质、气候等方面来具体分析。资源能源鞍山是辽宁矿藏比较丰富的地方，种类繁多，有丰富的水电资源。交通运输这一块也有着较为不错的铁路线。（1）从气温方面来看，本市的最低气温为8.30°C（2）从降水方面来看，本市的年平均降水量为710.12mm，最多为1043.07mm，最少为386.23mm（3）从日照方面来看，本市的气温比较充足，非常适合钢铁工业（4）从湿度方面来看，本市平均湿度达到百分之四十期到百分之四十九。7、8月份湿度达到了一年中最高的百分之七十五左右。另外辽宁钢铁工业十分雄厚，有东北最大的钢铁基地。常用钢16Mn的化学成分16Mn是低合金钢，在冶炼钢铁中也是非常常见的钢种含碳量为百分之0.1616Mn的化学成分：1碳含量：0.13～0.192硅含量：0.20～0.603锰含量：1.20～1.604磷含量：≤0.0305硫含量：≤0.0206镍含量：≤0.307铜含量：≤0.25。第三章电炉容量及座数的确定在同一车间，一般设置一座或两座电炉。首先要估计每次出钢量q：q=Gat式中-Ga-年车间产品反方案中确定的年产量，tτ-治炼周期，hη-作业率y-良坯收得率另外，车问内的电炉类型不宜过多，一般不超过两种。1、求车间每次出钢量①上述式子中Gst是出钢的总和；也是是Gst规定年产量②通过查阅资料熟知冶炼周期t取1.4③ηf为电炉作业周期率％，通过查阅资料熟知为90~94%，取92.701%④良锭收得率y通过查阅资料熟知可取92.200%2、座数及容量碗定在不同生产规模下，选用的电炉容量可参考表1-1。表1-1生产规模与电炉容量的选择序号车间年产钢锭量，(t)电炉公称容量，(t)1＜700001.5；3；5；10270000～2000005；10；20；303＞20000010；20；30；50；100N=①上述自查公式中的P为实际出钢量P=Ti(1+fch)；②上述自查公式中的fch为超装系数为10.0～20.1%，取17.0%；③上述自查公式中的Ti为公称容量，吨；④上述自查公式中的n为电弧炉座数，取2座。所以：P=tTi=≈100t故确定公称容量为110t。3、车间生产能力的核算Qst=Σti(1+fch)ni式中：ni——电弧炉座数，指同一公称容量炉子的座数。其余称号同前Qst=110(1+0.17)×2××92.2%=1189061.53t本设计产量为120万吨，所以满足要求。1.炉型设计通过材料分析和网上公式查阅资料等可知出炉内钢液和熔渣的体积；然后再查阅资料运算熔池的深度和直径；之后查阅资料确定熔炼室空间的高度和直径；然后在查阅相关资料确定炉顶的拱高和炉盖的厚度；再通过之上查阅资料确定炉衬尺寸和炉壳直径；同上可确定变压器的功率与电压的级数和大小；其次通过查阅资料及以上计算求出电极直径；最后就可以确定电极心圆直径。1.1熔池的形状和尺寸熔池的形状：使用的多为锥球形熔池熔池尺寸运算：熔池容积V池。依照；式中T—出钢液量；ρ液-钢液密度，6.8～7.0t/m3。式中G渣-按氧化期最大渣量运算，钢液量的7%（碱性）；ρ渣—3～4t/m3，通过网上查阅资料熟知了炉坡倾角为45度的时候，然后取值D/H=5合适。通过以上材料分析和公式查阅得到熔池的运算公式为：通过以上材料分析和公式查阅上式中h1为球冠部分高度，一样取h1=H/5；通过以上材料分析和公式查阅上式中h2为截锥部分高度，h2=H-h1=4/5H；通过以上材料分析和公式查阅上式中D为熔池液面直径，通常采取D/H=5，即D=5H；通过以上材料分析和公式查阅上式中d为球冠直径，因d=D-2h2=5H-8/5H=17/5H，整理得：h1=H/5=0.146mh2=4/5H=0.585md=17/5H=2.486m1.2熔炼室尺寸熔炼室直径D熔通过以上材料分析和公式查阅资料等得知炉坡应高于炉门槛约100mm左右，炉坡倾角为45时：D熔=D+2×100==4.9335m熔炼室高度H1炉衬门槛较金属门槛高出80~100mm，体会值：=0.5～0.45<40t电炉=0.44～0.40>40t电炉=0.43，H1=2.035m炉顶高h3炉顶高度h3与熔池室直径D有如下关系：=1/7～1/9（因炉顶砖不同而异）取=1/7，h3=0.704m渣面至炉顶中央高度：H2=H1+h3=2.035+0.704=2.739m熔炼室上缘直径D1通过以上材料分析和公式查阅资料等得知到炉墙内侧倾斜度为炉坡水平面至拱基高度（H1—100）的10%左右；=5320.5mm1.3炉衬及厚度（δ）的确定炉衬的组成：炉壳→石棉（100mm）→绝热层→工作层。炉顶砖厚度吨位/t<2020~40>40δ/mm230300350烟壁部位厚度见表吨位/t<1010~40>40工作层/mm230345460绝热层/mm757575炉底部位总厚度近似等于熔池深度炉顶砖厚度为350δ/mm、炉壁厚度为460+75=535mm熔池深度H1+H+h3=3.4703m1.4炉壳及厚度δZ炉壳要求承担炉衬和炉料的质量，承担装料时的撞击力。炉壳厚度δZ：炉壳厚度δZ于炉壳直径D壳的关系D壳/m<33~44~6>6δZ/mm12~1515~202528~30有了δ、δZ就能够求出D壳。D壳=D熔+炉壁×2=4933.5+535×2=6003.5mmδZ=6033.5/200=30.0175mm1.5炉门尺寸的确定电炉设一个加料炉门和一个出钢口，其位置相隔180°。炉门尺寸的体会值：炉门宽度=（0.25~0.3）D熔取0.27炉门高度=0.8×炉门宽度为了密封，门框应向内倾斜8°~12°。取11°炉门宽度=0.27D熔=0.3×4933=1479.9mm炉门高度=0.8×炉门宽度=0.8×1479.9=1183.92mm第四章变压器功率和电参数的确定4.1变压器功率的确定当炉壳直径D壳已知时，可用下面体会公式。式中：P：额定的变压器容量，kV·A；q：升温消耗的电能。kW·h/t，q≈410kW·h/t；G：入炉料的量，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，普通功率选取0.80～0.87，超高功率选0.7，本设计取0.70；η=0.74～0.80，此次设计取值（0.75）；N：融化期中利用变压器的率，N=1.0~1.2，本设计取N=1.07.故计算4.2电压级数在功率一定时，其体会公式为：由上可知P，所以U=660.485V最高级二次电压/V200-250250-300320-400大于400电压级数2-44-66-88-18根据上式得到，本次设计电压级数应在8～18之间，所以取值为≧11。4.3电极直径（d电极）依照体会，电极直径公式如下确定。通过以上材料分析和网上公式查阅资料等得知式中ρ为石墨电极500摄氏度时的电阻系数ρ石墨=10Ωmm2/m；通过以上材料分析和网上公式查阅资料等得知式中K为系数，对石墨电极K=2.1瓦每平方厘米；通过以上材料分析和网上公式查阅资料等得知式中I为电极上的电流强度，安培；式中，U—最高二次电压。===102.496cm不同尺寸电极I/S值见下表。d电极/mm100200300400500600（I/S）/（A/cm2）282017151412为了减少电极消耗，露出炉顶外的那部分电极温度：石墨电极不超过500℃。4.4电机心圆直径（d三极心）通过材料分析和网上公式查阅资料等得知d三极心的定义是过三个电极极心的圆周直径。通过材料分析和网上公式查阅资料等得知d三极心过小，过大都不行，所以需要一个合适值。通过材料分析和网上公式查阅资料等得知电极心圆直径的体会值为：d三极心=（0.250～0.300）D由以上公式和网上查阅资料可知式中，D为熔池直径，然后电极心圆取0.30Dd三极心=0.30D=0.30QUOTE××5337.28=1601.184mm电极电流密度校核 A/QUOTEcm2cm2电极直径102.496cm对应的I/S(A/cm2)为20，校核为9.049QUOTE<<20，故本设计合理.第五章物料平衡计算与热平衡计算表3-1冶炼钢种及其成分钢种成分（%）备注CSiMnPSCrFeGCr150.95～1.05取1.000.25～0.35取0.250.25～0.45取0.35≤0.025取0.025≤0.025取0.0251.40～1.65取1.52余量氧化冶炼法注：分母的设定值被计算，且其组合物的介质限度被取。①通过材料分析和网上公式查阅资料等可知按末期含量比规格下限（取0.06%）。②按末期含量0.015%来确定。3.1.3计算步骤金属装料为100千克，通过材料分析和网上公式查阅资料等可知工艺分为熔化期，氧化期以及还原期三部分，再通过材料分析和查阅资料等可知最后整理做出原料平衡表。1.第一步：熔化期计算，明确物料损耗量:金属装料量：废料分配75.000KG，生铁分配25.000KG，焦炭用于在缺碳时作为填充物。通过材料分析和网上公式查阅资料等得知碳烧损率百分之30。最终情况参考表3-6内容。2.第二步，通过材料分析和网上公式查阅资料等得知，先加入一部分石灰和矿石造渣脱磷。3.第三步：通过材料分析和网上公式查阅资料等可确定炉渣量，顶部以及衬里受损严重，焦炭与电极内的灰分，和增加不同类型的助焊剂。最终成果参考表3-9内容。①石灰中氧化钙被自身的硅还原,消耗氧化钙0.002kg。4.第四步：通过材料分析和网上公式查阅资料等可确定金属量5.第五步：通过材料分析和网上公式查阅资料等得知确定炉气量①通过材料分析和网上公式查阅资料等得知计算条件是常温，常压下，空气湿度百分数为百分之70。首先，要求湿的空气的体积：4.302×（273+20）/273×0.1/（0.1-0.0023）=4.732m3;6.第六步：确定铁挥发量，表3-7中，铁挥发的量为：97.834×2％×80％=1.565kg。因此就可以得知下表3-11具体内容。表3-11熔化期物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%废钢7567.01金属97.98388.08生铁2522.34炉渣4.1613.74焦炭0.9240.83炉气7.5406.78电极0.3000.27铁的挥发1.5641.41矿石1.0000.89（其余烟尘）（列入总物料平衡表中）石灰2.0001.79炉顶0.0750.07炉衬0.2000.18氧气1.7641.58空气5.6575.05合计111.920100.00合计111.248100.00注：计算误差=（113.786-112.572）/113.786=1.07%。第二步：氧化期计算造成氧化时期变化的相关条件为：通过材料分析和网上公式查阅资料等得知可去除熔渣;然后再通过材料分析和网上公式查阅资料等得知金属元件的持续氧化;最后通过材料分析和网上公式查阅资料等再得知炉顶，炉子内衬以及炉子燃烧的电极侵蚀。①确定渣量:1）剩下的炉渣量。为了方便脱磷，渣出现变化的时候，也就是熔融炉渣的70％一般被删除，剩余炉渣在氧化时期删除。此时期的组合物请看下表。2)通过材料分析和网上公式查阅资料等可知金属里元素的氧化结果。参考表3-3确定的值来统计产物量3）通过材料分析和网上公式查阅资料等可知炉顶以及炉衬、电极的燃烧量侵蚀。统计参考表3-5假定进行，所得结果看下表内容。4)通过材料分析和网上公式查阅资料等得知造新渣的时候新增CaO和矿石以及火砖块产生的渣量,见表3-12。渣量计算有几个要点：关于石灰消耗：如从表3-12中可以看出，除了石灰，渣已经包含W（二氧化硅）=0.221+0.104+0.003+0.005+0.058+0.304=0.696千克;已知W(CaO)=0.518kg，碱度为3.50时,石灰加入量为:[RΣW（SiO2）-ΣW（CaO）]/[W（CaO石灰）-Rw（SiO2石灰）]=1.918/（88.01％-3.50×2.5％）=2.427磷的氧化量:根据表3-7，3-9，3-11，同理可求[（0.073-0.033）/98.031-0.015%]×98.031=0.025kg通过材料分析和网上公式查阅资料等得知可设定铁的烧损量：氧化末期金属含碳量约百分之0.900的时候，再查阅可知钢渣中∑w(Fe)约达百分之七；（氧化铁）百分数为75.0%，（三氧化二铁）百分数为25.0%。渣中含（氧化铁）为：（7.00%×75.00%×72.0）/56.0=6.750%，含（Fe2O3）为：（7.00%×25.00%×160.0）/112.0=2.500%，由表3-12可知，除了（氧化铁）和（三氧化二铁）以外的渣量为：2.891+0.764+0.281+0.332+0.204+0.086+0.059=4.617kg总渣量=4.617/（100-6.75-2.50）%=5.088kg。于是可得W(氧化铁)=0.347kg，W(三氧化二铁)=0.129kg。由铁氧化生成的（氧化铁）含量为0.234kg。由铁生成的（三氧化二铁）的含量为0.054kg。①通过材料分析和网上公式查阅资料等得知石灰被自身S还原，消耗0.003千克CaO。②通过材料分析和网上公式查阅资料等可确定金属量：表3-12和通过材料分析和网上公式查阅资料熔化期的金属量，可得氧化末期的金属量为：98.031-（0.047+0.120+0.025+0.220+0.023+0.318）+0.639=97.917kg。③确定炉气量：计算方法如同熔化期。具体算法可参照表3-10。表3-28热平衡计算表收入支出项目热量/kJ%项目热量/kJ%钢水物理热2726.251.31钢水物理热134640.8964.89氧化热和成渣热50005.0024.10炉渣物理热16908.058.14其中C氧化10895.008.28吸热反应消耗热7580.693.53Si氧化4596.002.58炉气物理热12920.216.50Mn氧化881.000.47烟尘物理热2754．891.23P氧化140.000.10冷却水吸热48508.14Al氧化598.000.24其他热损失16608.808.00Cr氧化185.000.07变压器系统热损失12589.106.00Fe氧化30659.5014.77SiO2成渣2847.001.15P2O5成渣693.000.40电能①164859.1174.60合计276591.88100.00合计201727.73100.00①单位电耗计算：由于1KJ=2.773×10-4kWh时，单位电耗为（16859.11×2.773×10-4）×1000/102.215=505.10kWH/T（钢水）。注：误差计算=氧化期末金属成分如下：第三步：还原期计算①通过材料分析和网上公式查阅资料等确定渣的量：1）通过材料分析和网上公式查阅资料等可知渣分为加入的脱氧剂、加入的合金剂、残渣量和造稀薄渣加入的渣料。现定残渣量为5%，即5.0930×5.00%=0.2555kg（见表3-12）。可见表3-17。②碳粉中约10%的碳转入金属中，即0.245×81.5%×10%=0.020kg；③确定钢水的量：钢水在还原期间和其组合物的最终示于表3-21的量。计算误差=(107.749-107.787)/107.749×100%=-0.04%。将表3-17和表3-22归类合并，即得总物料平衡表3-23。表3-23总物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%废钢生铁石灰萤石火砖块矿石焦碳炉顶炉衬氧气空气电极AlFeMnFeCrFeSi75.00025.0004.700+1.960=6.6600.6530.500+0.327=0.8272.0000.800+0.245=1.0450.128+0.023=0.1510.350+0.150=0.5002.6477.887+2.878=8.1330.424+0.075=0.4990.1080.2782.3060.58559.0119.675.240.510.651.570.830.120.392.086.400.120.081.051.820.46钢液炉渣炉气铁的挥发(其他烟尘)100.8274.038×70%+5.093×95%+3.796=11.65010.708+3.164=13.8721.5640.79080.479.188.501.230.62合计127.453100.00合计128.703100.00注:计算误差=(127.453-128.703)/127.453×100%=-0.98%。3.2热平衡计算以100kg金属料（废钢+生铁）为基础。3.2.1计算热收入Qs①通过材料分析和网上公式查阅资料等可知物料的物理热[1]。②通过材料分析和网上公式查阅资料等可知元素氧化热及成渣热。③消耗的电能为183349.77KJ。3.2.2计算热支出Qs①钢水物理热Qg。该钢熔点为：本计算中取1580℃。用氧气转炉计算：②通过材料分析和网上公式查阅资料等可知炉渣物理热Qr。计算结果如表3-26所示。③通过材料分析和网上公式查阅资料等可知吸热反应消耗的热量Qh。④通过材料分析和网上公式查阅资料等可知炉气物理热Qx。令炉气温度为1200.00℃，热容为1.1370kJ/(kg·K)⑤烟尘物理热Qy。烟尘热容为0.996kJ/(kg·K)；则得：冷却水吸热Ql。通过材料分析和网上公式查阅资料等可知冷却水消耗为90立方米每小时通过材料分析和网上公式查阅资料等可知冷却水进出口温差为20摄氏度冶炼平均时间为4h则：通过材料分析和网上公式查阅资料等可知其他热损失Qq。本设计取8.0%。通过材料分析和网上公式查阅资料等可知短网系统和变压器的热损失Qb。本设计取6.0%。通过材料分析和网上公式查阅资料等可知令总热收入等于Qs，则：故应供电能为：246891.74-3420.625-64663.00=178808.11kJ；Qq=246891.74×8%=19751.34kJ；Qb=246891.74×6%=14813.50J。总热平衡计算结果列于表3-28。表3-28热平衡计算总表收入支出项目热量/kJ%项目热量/kJ%钢水物理热3420.6251.39钢水物理热139063.7356.33氧化热和成渣热64663.0026.19炉渣物理热24056.949.74其中C氧化27556.6611.16吸热反应消耗热7830.693.17Si氧化7830.693.17炉气物理热18532.657.50Mn氧化1109.000.49烟尘物理热2754．891.12P氧化140.000.06冷却水吸热20088.008.14Al氧化598.000.24其他热损失19751.348.00Cr氧化185.000.07变压器系统热损失14813.506.00Fe氧化29795.0012.07SiO2成渣3336.001.35P2O5成渣673.000.27电能①178808.1172.42合计246891.74100.00合计246891.74100.00①单位电耗计算：由于1KJ=2.773×10-4kWh时，单位电耗为（178808.11×2.773×10-4）×1000/102.215=485.09kWH/T（钢水）。车间布置及主要设备的选择6.1炉子跨1)根据车间的生产规模，决定炉子数目和座数；2)通过材料分析和网上公式查阅资料等可知确定炉子布置方案，通过材料分析和网上公式查阅资料等可知与之相关的浇注方式；3)通过材料分析和网上公式查阅资料等可知炉子装料方法(炉门装料或炉顶装料)；4)采周高架还是低架布置；5)备用炉盖、炉壳数量及存放面积的确定；6)选择吊车设备型号，台数及排列次序；7)确定运输型式及线路和数量；8)大型电弧炉炼钢车间(图4—2所示)图4—2电炉车间剖面图图4—2为电炉车间剖面图。6.1.1炉子跨工艺布置及跨间尺寸1、分为纵向布置和横向布置2、高架、低架布置的选取(1)低架布置：低架布置通过材料分析和网上公式查阅资料等可知是电炉建在地面上，冶炼操作在地面平台上进行。(2)高架布置：表4-1高架布置时平台高度序号电炉公称容量平台高度（米）备注1104用炉下渣车，由配料问拉出。2204～53305～63、炉子跨跨度的确定跨度大小主要取决于炉子的大小和布置的方式。具体选择参照表4-3。表4—3炉子跨间尺寸项目炉容量,t跨间，m吊车轨面标高，m工作平台高度，m备注518～219纵向布置，地坑式横向布置，高架式1021～2492018～21144302114～164～5502417～1874、炉子跨高度的确定炉子跨的高度主要由吊车轨面标高来定。炉子跨间吊车轨面高度(h)，电极的长度由炉体的结构尺寸决定(图4-8中L5)。h≥Ll+L2+L3+L4+L5+L6通过材料分析和网上公式查阅资料等可知式中Ll起重机吊钩极限尺寸，毫米;通过材料分析和网上公式查阅资料等可知L2吊换电极用吊具长度，毫米，取700.00～100.00毫米;通过材料分析和网上公式查阅资料等可知L3需吊出电极的长度，毫米，见表3-4;通过材料分析和网上公式查阅资料等可知L4为余量，取300.00毫米;通过材料分析和网上公式查阅资料等可知L5为电极把持器顶端降至最低位置时与炉门坎面距离，毫米;通过材料分析和网上公式查阅资料等可知L6电炉炉门坎面距车间±0.00处距离或跨间工作平台距离，毫米,平台高度见表3-3。表4-4L3值，mm（见图4-4）电炉公称容量（t）3510152050L3值300+L5300+L5+100300+L5+200300+L5+200300+L5+350300+L5+6005、跨内其它布置工作平台上的布置，能储存补炉的材料和造渣材斜的料仓、磅秤，储存少量铁合金的料仓。工段的加料方法。炉子工段吊车的起重量和数量、由炉子的数量、容量和装料方法而决定。6.2原料跨6.2.1原料跨的工艺布置 通常原料跨布置在单独的一跨内，并与炉子跨平行。部分原村料的堆比重、堆存高度及储存天数材料堆比重（t/m3）堆存高度（m）半机械化仓库、机械化仓库储存天数备注生铁3～3.51.535～7应区分大中小型废钢厂、轧钢车间返回钢与电炉车间返回钢堆比重不同。废钢3～3.51.535返回钢3～3.51.51.5～215～20铁合金3～41.51.5～2铁屑2.5～3.01.5