【《电弧炉炼钢参数计算及工艺布置分析》9000字（论文）】

第一章绪论1.1钢铁产业及电弧炉的发展史在工业的旧时代，处于不是很好的炼钢发展时代，我们作为新时代工业革命的领航者，钢铁发展是我们新时代人都应该关注和了解的一部分，毕竟现在的工业时代都在点点滴滴的进步包括我们所在的国家也是。因为工业的发展到目前为止是不可以被其它的一种产业方式取代的，作为学习者涉及到这一的领域的知识，我们就应该好好的去学习去研究去发现它，电弧炉现在开始趋向和超高功率化大型机械化，现代许多新型电弧炉开始问世。想要发展大型电弧炉，就必须了解电弧炉的特点，工作原理，车间布置，未来的必要性很重要。1.2偏心底电弧炉工艺及其特点工业上炼钢现是需要电弧给进行加热的，加热之后温度高达2000℃往上，电弧炉炼钢主要是完成；将炉料装入炉中，熔化物料，氧化之后再扒渣，造渣还原和最后出钢一系列流程。设计则选用了偏心底电弧炉出钢；即为EBT法（Eccentricbottomarcfurnace），选用这种出钢方式的目的是为了避免渣进入钢包中。表1-1老旧电炉与新型电炉炼钢特点对比比较项目传统电弧炉EBT电弧炉能源电能电能物理能冶金过程古代最老的操作可以将碳的量达到0.3%左右。冶炼时候在还原期发生这一过程。主要原料废钢、10%~15%生铁废钢，30%~40%铁水/生铁产品钢锭钢锭环境环境意识差耗电大缩短周期降低消耗提高产能重视环境绿色制造可知ETB电弧炉炼钢是有诸多优点所在；1.没有渣出钢和提高电炉的寿命。2.出钢的时候炉体倾斜的角度明显会减小。3.没有渣出钢，就可以让钢的总的质量得以改善，尽可能减少出钢温度损失，不仅节约电能耗，还会提高了钢包使用的寿命。综上所述偏心底炼钢已经在世界很快得到了普及。第二章厂址选择及可行性分析2.12020年中国钢行业现状与前景估测至今2021年我国的钢铁的产业始终维持在全球的首要的位置上，绿色生产和低碳发展是国家一直倡导的。将过剩碳将作为钢铁生产的重要来源之一。图2-12010-2018年中国钢材产量统计的增长情况1.从上面的图可以看出2010-2017年，钢材的产量从8.03亿吨增长到了10.48亿吨，这期间钢材的产量一直在上什发展的趋势。但是从15、16年受房地产业下降以后的影响，钢铁产量也相继下滑了一大截，从17年开始钢材的产量又恢复了一些，同比增长了0.8%。到2018年钢材产量为11.06亿吨，与去年相比增长了5.53%。2.中国钢铁行业长期处于贸易的逆差状态，出现一个“多进少出”的这样状况，从国家海关那统计的数据可以看出；我国的钢材进出口量一直出于一种不稳定的状态，总的来说出口量不见多大明显的增长。但是到2021年我国的钢材进出口和2020年相持平，出口量同比增长30.24%。图2-22011至2021年钢材料进口量变化趋势（单位/万吨，%）图2-32014-2018年Q4中国钢铁行业产销率统计情况3.从上图2-3数据看出从2010年到2015年，国内的钢材开始需求量增升，到2015年时候，上什到10.94亿吨。到2016年时候钢材销售量维持相对稳定。但是到2017年的时候钢材销售量大大跌落，一年销售量为10.31亿吨，成为历史最低水平。经2018年一年时间来看，钢材产能的提高，销售量也开始慢慢恢复，到2018年钢材供需基本持平。到现在一直处于一种上什的趋势。2.2厂址选择1.选址原因选址选在宝武钢铁集团是因为宝武集团建在上海；①交通便利发达，临海运输条件也不错，这样的条件就解决了从外进口材料的难题。②人民劳动力水平与技术生产条件就要比其它地方高的很多，光靠这些就可以为钢铁的生产提供了很有力的保障：③市场条件好：上海是一个大型的消费市场，对于钢铁的销售很有利。④地理优势：地点在郊区外所以说它的地势是非常宽广的，而且土地价格是十分便宜的，适合大型生产工业的最佳选址。产业性能宝武钢铁一直遵循绿色精品智慧的制造，想要打造成为世界一流的碳钢、特钢和不锈钢为主体的综合材料供应商。生产资源宝武钢铁优势在于能够拥有与国内外主要原料供应商长期稳定合作的优势，拥有一些做事效率非常快，技术和手法非常精干的人才在里可以说是里面的主要核心。在船运方面靠近海边所以说运输是相当快捷而且又方便的。宝武钢铁成功的经验宝武刚铁从建设成功到现在有这样的成绩肯定当之无愧是领导者选择恰到好处，不论是从它的地理位置还是人力物力方面的选择是相当不错的。这样的有利地理位置不仅解决了材料不做的问题而且还在钢材出口上占到非常好地理位置这是选在一个港口城市相当很不错的。上海地大物博所以不缺少那些技术好能力强的人，不是说在一个团队里面好的人力才是团队里面的核心，所以在这方面上海的领导这选择的很好。从这样看来将宝武钢铁集团作为本次设计的厂址选择是一个不错的选择。第三章车间产品大纲3.1#45钢的产品与性能我国的的钢铁产业还一直处于迅速发展的时代，特别是在我国的机械制造、汽车、造船、磁悬浮列车让我们大开眼见，所以说钢铁这部分产业是中国当今不以缺失的一部分。1.#45称钢中碳结构钢机械功能：45号钢中碳结构钢在加工方面的机械功能能都是很好的，能够具有非常好的塑性和韧性，还能具有非常高的强度。2.用途45号钢的适用范围非常广泛，适合比如活塞和空压机这种强度特别高的零件使用，还有机械中的扎制轴，连杆，蜗杆，齿条和齿轮等一系列的重型机械。45号钢可以代替耐磨型的一些零件使用零件，但是前提肯定在正火下才可以。3.不足它的淬透性非常的低，向那些尺寸比较大的工件就不建议采用这样的钢材。3.2钢号材质分析45号钢是国家标准规定的优质碳素钢材，其材质的化学成分为：碳0.450%、硅Si0.30%、锰Mn0.75%、磷P：≤0.035%、硫S：≤0.035%、铬Cr：≤0.25%、镍Ni：≤0.25%。第四章电弧炉炉型设计4.1电弧炉容量及座数确定年产量200万吨/年则出钢量q：Q:一车间产品方案确定的年产量，tt:冶炼周期，取值1小时：作业率，，一般取值90%~94%，本次取值93%。Y：良坯的收得率，规定为取值95%~96%，设计取值为95.5%故计算得：（4-1）=257t根据数据得出钢量257t,故选取的炉容量为120t两台计算炉子炉最大容量4.2电弧炉熔池形状与尺寸4.2.1电弧炉形状电弧炉的炉型内部大致分为两个部分：一是用来承钢水与炉渣，另部分是容纳冷钢铁材料的。2.设计的电弧炉的炉倾斜角为45°，这样更有利于将钢水全部流出。图中：h1：球冠高度h2:球锥高度h3:炉顶的高度H1:熔池的高度H2:：熔炼室的高度图4-1电弧炉尺寸图4.2.2熔池尺寸计算：熔池容积V池=+根据（4-2）式中出钢液量，-钢液密度，取值为6.8~7.0t/，本次取值6.9（4-3）式中：钢液为酸性，所以取值按照7%取，故：按最大取值为0.07G,—3~4t/故取值为3.5t/4.3熔池直径和熔池深度计算计算前确定D/H的比值，要使设计合理D/H的比值不易过大也不易过小，大了炉子的散热面积会增大，故电耗也会增大。小了会使炉子的温度分布不均匀，钢液加热也不均匀，所以确定好D/H的取值是计算的关键因素。炉子斜角设定为45°左右。D/H=5是熔池高度与深度的最合适关系值熔池计算：（4-4）钢液面直径D/m:熔池深度：（4-5）球冠的高度（4-6）截锥体高度（4-7）球冠直径d（4-8）整理的：（4-9）4.4熔炼室尺寸的确定熔炼室高度。是指炉门到炉顶拱的高度，取值范围的主要依据是电弧炉的容量。经验值：<40t电弧炉，式（3-1）>40t电弧炉综上所述，本设计电弧炉产量为257t,所以取值。（4-10）4.5熔炼室直径D熔设计的电弧炉熔炼室必须高于炉门100mm左右，熔室计算。（4-11）4.6熔炼室上缘直径设计拱基高度在（）10％左右。（4-12）4.7炉衬及厚度对于温度很高的电弧炉，故而对耐火材料的使用是要比较很苛刻的，要以适用电弧炉的生产需求出发，提高生产效率，降低成本等许多条件来考虑的。炉壳、石棉、绝热层。工作层共同构建成电弧炉炉衬。4.7.1炉底衬厚：电炉熔量为120t，故；设计取值为700mm。4.7.2炉衬厚度：（设计取为450~500）故：取值为700mm时取值约为466mm4.8炉盖拱高炉顶高度与熔炼室直径有如下关系，因炉顶砖而异故取值，可计算：（4-13）吨位/t<2020~40>40h/mm230300350因为炉子的直径大于4500mm,所以本设计采用350mm厚度的炉顶砖。致此，渣面到炉顶中央高度的距离为4.9炉门高度料斗能否成功的将炉料送进炉内，炉门的尺寸与大小很关键。炉门尺寸的计算：门的宽度：门的高度：可计算：（4-14）设计炉门向内倾斜角12°。4.10炉壳尺寸大炉壳内径：(m)（4-15）炉壳钢板的厚度一般为直径的，即：故：4.11偏心底出钢操作用E表示出钢口直径大小；，其中为偏心率本设计取值为1.5则（4-16）4.12出钢口直径考虑多种因素，将钢液从炉里倒出设计使用150秒的时间，需要计算倒出钢液时候钢液口的大是多少。如公式（4-17）所以表4-1熔炼室各部分尺寸参数设计名称尺寸钢液面直径D6500mm熔池深度H1120mm球冠高度h1224mm钢液截锥体高度h2856mm球冠直径d3888mm熔炼室高度H12464mm熔炼室直径D熔5800mm熔炼室上缘直径D15850mm炉盖拱高h3725mm炉衬厚度Tq466mm炉门高度b1479mm炉门宽度i1740mm炉壳内径D壳6600mm出钢口直径d178mm出钢口偏心距E5550mm第五章电弧炉变压器功率和电参数计算5.1变压器容量确定设计这里要用到的电炉的功率1千kV·A的，主要是现在普遍的变压器的功率都是非常大的。5.1.1变压器容量计算变压器需要的容量计算如下：（5-1）P:变压器中的额定容量q:熔废钢所需要的电量G:电弧炉装入量:预期的熔化时间h;本取值为1h:熔化期所取的平均功率因数，设计取值为0.7:取值0.8（变压器利用率）N:取值1.2（变压器利用系数）故计算得；（5-2）取整值P=73000KV.A5.2电压极数这里设置为一级二次电压就是为了达到不同功率电压供电。最高的一级二次电压计算；故：（5-3）式中K:根据电弧炉的功率则取值不同，设计的取值为15。P：变压器额定容量 ，KV.A最高级二次电压/V200~270270~300320~400>400电压级数2~44~66~88~18797V>400V，电压极数选8~18级，本设计中电压极数选18级。5.3电流密度的确定电流密度计算如下：（5-4）式中：P:变压器的额定容量，KV.A:U2:最高一级的二次电压5.4电极直径及电极校核径电极直径可按以下公式决定：得：（5-5）式中：:电流密度：电阻系数，石墨电极达到500℃时，为10/m;k:2.1w/。电极电流密度校核：（5-6）d电极/mm1002004006008001000（I/S）/（A/cm2）282015141211如上图电极直径84cm对应的（A/）为11，核算结果10<11，所以设计及合。第六章电弧炉炼钢物料平衡计算与热平衡计算6.1物料平衡计算计算物料是加入的物料量与生成的物料量保持相对一致的量，计算整个过程的物料指标是否合理。表6-1冶炼钢种及其成分钢种成分（%）备注CSiMnPSCrNicu#450.42～0.50取0.480.17～0.37取0.300.50～0.80取0.75≤0.035取0.035≤0.035取0.035≤0.25取0.25≤0.25取0.25≤0.25取0.25氧化冶炼法注：前面三种成分取中间值，后面的则取设定值。6.2物料平衡基本项目计算的时需要加入的料包括废料钢、也需要计入一定量的焦炭、一定量生铁石灰和大量的空气，保证冶时炼炉中的氧气充足。一些不需要的炉渣和一些碳中挥发东西，如铁就会被算做支持的项目。6.3熔化期的计算步骤6.3.1计算物料消耗量用100g的金属原炉料作为生产基础进行计算，算两期的总物料之后汇总成物料总。计算物料消耗量：（1）规定金属的炉料量。计算需要使用的废钢和生铁各75kg、25kg，其余的用焦炭来补不足的碳量。结果在附表6-7，计算使用的给定数在附表6-1与6-6。（2）规定原的材料使用量。加入20kg的石灰、10kg的矿石，计算电极使用量在附表6-6。（3）规定氧气和空气使用量：部分氧是被磷还原氧石灰形成的。铁的烧损掉的要是2%左右，产生80%Fe2O3，其它的都挥发掉，则这20%会生产成渣，在这20%渣中会以FeO和Fe2O3两种产物行车成。根据附表5-6数据知应有氧气供给氧气的量为45%，故3.581×45%=1.611-0.270=1.341，空气与氧气的实际消耗量求出见附表6-9。计算炉子里渣的量：炉中的渣一大部分都是出在Si、Mn、P等这些元素的氧化出来的，很少是炉衬腐蚀和焦炭灰分产生的。结果看附表6-10。计算金属的使用量：100kg（炉料）+0.624kg（铁量）+0.58kg（焦炭量）-3.156kg（元素烧损量）=98.091kg（规定金属使用量）4.计算炉气的使用量：大多一部分在碳的电极氧化产生，小一部分是气体带入。结果看附表6-11上。5.计算铁挥发量：铁的少量挥发97.754×2%=1.955×80%=1.564kg,取表6-8。通过上面的各种物料消耗计算相加是这阶段物料总支出量。故可以列出熔化期物料平衡表6-12表6-12熔化期的物料平衡表收入支出项目质量(kg)%项目质量(kg)%废钢75.0065.91金属92.17290.03焦炭0.8000.8炉渣4.8573.75电极0.3600.27炉气7.5185.97石灰2.0001.80铁的挥发1.4831.34炉顶0.0750.07炉衬0.2000.18氧气1.4901.37空气5.6115.28生铁25.0021.97合计112.536100.00合计107.030100.00注：误差计算=（112.536-107.030）/112.536=4.8%6.4氧化期计算1.计算渣的量：（1）这里是要把70%的渣去除掉，把其余的剩下的渣都放到氧化期。于附表6-13（2）氧化的产物计算在附的表6-13中，计算过程参考附6-4中的数值。（3）电极烧的损量计算在附的表6-13中：计算过程参考表附6-6中的数值。（4）石灰和矿石带进去的渣可以叫新渣，附表6-13为计算结果。计算渣的量有以下说明：已知渣中含有的SiO2和CaO的渣量：SiO2=0.22+0.10+0.05+0.3=0.67kg;CaO=0.53-0.04+0.01=0.5kg故计算的石灰加入量为：{（SiO2）-（CaO）/（CaO）-（SiO2）}=1.9151.915/（88%-3.5×2.5%）=-0.065kg关于磷的氧化量：{（0.073）-（0.033）/98.031-0.015%}×98.031=0.025kg关于铁的烧损量：铁的含量在金属铁中占到的比列不大，只有0.90%，但是渣中的铁可达到7%左右，FeO占70%左右，Fe2O320%左右。除FeO、Fe2O3之外的渣量为：2.891+0.764+0.281+0.332+0.204+0.086+0.059=4.617kg总得出的渣量为：4.671/100-6.74-2.5%=5.175kg,于是可得（FeO）=0.0349、（Fe2O3）=0.129kg。计算金属的使用量：98.093+0.615-（0.047+0.120+0.025+0.220+0.023+0.361）=97.912kg。3.计算炉气的使用量：将表6-14与表6-15带到气态产物归类之后计算得炉气使用量结果在附表6-16得。表6-17为两期的计算综合物料平衡表。表6-1两期物料平衡综合表收入支出项目质量(kg)%项目质量(kg)%废钢75.00086.64金属94.41584.11电极石灰0.360+0.140=0.5000.35炉渣4.857+2.147=7.1045.242.000+1.744=3.74415.24炉气6.518+4.121=10.6499.27炉顶0.075+0.053=0.1280.11铁的挥发1.6431.38炉衬0.200+0.150=0.3500.30氧气0.499+0.555=1.0541.96空气6.874+0.665=7.5397.40生铁25.000焦炭0.800合计117.115100.00合计114.811100.00注：检验误差为；117.105-114.711/117.105×100%=2%。6.5热平衡计算6.5.1计算热收入以100kg（废钢）金属料进行计算计算物料的物理热，见附表6-18附表6-19是原料的两种热量计算结果6.5.2计算热支出1.钢熔点=1530-（0.181×70×0.6×8×1.55×5×0.69×30×0.29×0.039×20×3）-6=1505℃（钢水倒出时温度设计取值1580℃）计算钢水的物理热为：98.87×0.699×1025×1550+（272+0.837）=136498.4kg2.附表6-20是炉渣物理量的计算结果。3.附表6-21为物理吸热反应消耗的热量计算结果，详细计算结果如下。（1）吸收热Q1；规定炉气热量1200℃，热量1.162kJ/kg·K；故：Q1=10.629×[1.162×(1200-25)]=1418300.088KJ。（2）烟尘的物理吸热量为Q2；计算设定烟尘的比热熔为0.996kJ/kg·K；故：Q2=2.739×[0.956×(1200-25)]=1918.12KJ。（3）冷却时水吸热计算Q3；一台炉子120t的容纳量,需要冶炼的时间为1h,温差在20℃时，水冷却的速度会是50m3/h。故：Q3=（50×1000×1h×5.169×20）/600=8615KJ/100kg。（4）其它热损失的量为Q4；这里热的损失主要包括炉体表面会散失一部分热，开炉门和炉盖时候散失一部分热，这些热损失设计取值9%左右，变压器也会损失掉7%左右的热量。4.计算的总收入的热量Q总；=136493.3+16186.25+6673.178+14200.362+2035.15+6958+Q总×（7%+9%）整理得Q=182545.936KJ。其中X=7%×Q总=12778.21，Y=9%×Q总=16429.13故：应供电能为182545.936-2715.855-5789.238=174040.843KJ。表6-22热平衡总表收入支出项目热量(kJ)%项目热量(kJ)%物料物理热2715.8550.97钢水物理热135793.40059..98氧化时和成渣时的热量热5779.23819.72炉渣的物理吸热15497.9108.95其中C氧化12602.4833.78吸热反应耗热6603.1583.26Si氧化8695.0243.38炉气物理热14250.0788.71Mn氧化885.6320.34烟尘物理热1252.5851.38P氧化36.2850.04冷却水吸热6965.0003.71Al氧化1413.7840.51其它热损失25158.6238.05Fe氧化29561.13010.15变压器系统热损失15788.9676.01SiO2成渣1072.1601.08P2O5成渣190.5600.21电能合计153730.13359.95269482.791100.00合计223749.721100.00第七章电弧炉炼钢车间工艺布置电弧炉车间采用的是横向布置的方式来设计的，采用横向布置车间主要为了使在接下来冶炼，浇钢操作工艺流程中互不干扰，这样一来车间劳动得到了改善，可能存在的不足之处是跨间会大，投资也大。7.1原料跨其任务主要是：设计原料跨这一环节是为了保证生产原料不间断的入炉，不会出现缺料、料不足的情况，保证一段时间的原料量。原料存放容纳体积与场地大小。Q=A×bq=Q/n×Tq为某原料存放量Q为某原料一年耗掉量b为某原料的一年单耗掉量n一年之中机械运行的天数T预计要存放几天A预计一年要生产多少表7-1原材料单耗指标（kg/t）钢铁才料铁合金石灰电极炉衬耐火料钢包耐火材料氧气1150601058161640表7-2计划储存天数（天）外购废钢铁合金石灰镁砂5515材料废钢渣料生产6-燃料修正系数1.51.251.5表7-4计算材料容器的修正系数表7-5原料堆积所用场地面积计算结果（万）钢铁料铁合金石灰电极炉衬耐火料钢包耐火材料氧气Q43012211.63.23.28q6.31770619471471q=S×h×aS原料需要占用的面积h规定允许可以堆放高度a原料占用密度S×h=q/am3则；S=q/h×am2下表为各原料料坑设定尺寸：表7-6各原料的所占地面积尺寸(m2)名称废钢铁合金散装料尺寸=长×宽75×6515×108×8坑深323个数2227.1.1原料跨的宽度从计算结果与电炉的实际场地需求出发，最终将原料的宽度值设定为30m。7.1.2原料跨的烘烤间将两个不同材质的烘烤间要设置在原料跨的两侧，这样方便进行烘烤。它们尺寸分别是；合金材料：14m×10m,散装材料15m×8m。7.1.3原料跨总长度的确定车间总长度的设计是在确定了炉子跨长度以后确定的，使整个厂房的跨度都保持相同的距离。厂房的车间原料跨、电炉跨、形成一种平行的跨间，最后使得整个厂房平面以一种长方形结构呈现出来。7.2炉子跨的整体布置操作平台的高度主要考虑钢包与钢包车的高度；钢包的3.5米与车的2.5米再加2.5米为操作平台设计的合理高度7.2.1电炉的变压器室的布置设置变压器控制室的目的为了防止突发情况的产生，保证操作安全在突发情况时能迅速开展检修工作。下面是设计变压器室参数表：表7-7电炉变压器尺寸参数表（m）长度宽度高度大门尺寸电炉到变压器的距离16894×4.510为了便于清理炉前、后残渣，设备检修，机件容易挪动，设计采用高架式布置，电气室可造成两层，两者并排布置。7.3备注1.结合标准场房设计情况，设定几个不同大小的休息室、吸烟区和厕所。2.结合标准厂房设计情况，要合理修建安全通道和参观通道，方便参观和突发情况逃生。第八章附属设备的选择8.1袋式除尘器的技术性能8.1.1袋式除尘器简介及特点设计的附属设备是一种除尘器，这种除尘器它的价格特是相当便宜的，而且运行非常可靠，操作十分简单，布袋工作时候的温度特别的低和除尘空间非常的大。目前过滤布袋编织材料材料有两种用多孔制成的纤维布袋和用聚酯纤维制成的涤纶布袋。前者温度（260℃）寿命低，后者温度（135℃）在化学方面，腐蚀性非常，寿命高。8.1.2布袋除尘器工作原理与结构若干条数米长的布袋置于除尘器中，等到布袋里面的灰尘厚度非常厚的时候，袋内压差就会增加的非常大，将启动振打装置，将灰尘由内壁下落至灰仓中，沉积一定量的灰尘将由车都送到该储放的地方。8.1.3布袋除尘器的效率1.布袋式的主要是通过机器里面的一种织物把灰尘通过黏附在织网上以后带出来反而落在机器上的灰量多的时候袋效率就会大大的增加。举例比如粉尘的量在4g/m2，则除尘的效率会达到90%，当沉积粉越多尘达到150g/m2时，除尘效率也越高，会达到99%。钢厂最长用的是脉冲式与反吹式这两种的。2.两者进行对比如下脉冲式的有以下优点：（1）风速非常快，带走灰尘非常多；（2）不但能力而且效果还好；（3）设备质量好耐用、质量轻占地小、耗能低造价低；反吹风袋除尘器的优点如下：（1）过滤风速低，面积大；（2）吹灰能力强、效果好；（3）设备体积大，质量好，造价高；（4）结构简单、维修工作量少；第九章电弧炉炼钢车间生产技术指标电弧炉炼钢车间生产技术指标是否合理直接就关系着产品的质量和性能的好与坏，车间生产技术指标主要是根据具体的钢种与产品要求规定的。设计考虑从原料的要以及车间冶炼工艺方面和操作特点进行说明的。9.1对原料的要求9.1.1废钢为了让冶炼工艺和生产技术经济指标达到与钢水质量要求，对加入炉中的废钢要有以下这些要求：入炉的废钢要少锈，锈多易造成成分不符规定和少锭的情况，不能掌控钢水成分和它的重量。（2）废钢中不可以混入铅、铜、锌、锡、砷等一系列合金元素。（3）对加入的废钢中不可以混有爆炸物品和有毒物质。（4）生产时要能够及时处理炉料中的酸性物质。9.1.2辅助材料石灰1000