年產(chǎn)100萬噸合格不銹鋼鑄坯電爐煉鋼廠工藝設計

1、西安建筑科技大學西安建筑科技大學本科畢業(yè)設計（論文）任務書本科畢業(yè)設計（論文）任務書題 目：年產(chǎn)100萬噸合格不銹鋼鑄坯的電爐煉鋼廠工藝設計院（系）：冶金工程學院專 業(yè)：冶金工程學生姓名：學 號：指導教師（簽名）：主管院長（主任）（簽名）：時 間：2012年 2 月 28 日 第 1 頁一、畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容（含主要技術(shù)參數(shù)）1. 進行畢業(yè)實習，完成實習任務要求的實習內(nèi)容；2. 選擇適宜的冶煉設備，并綜述其基本特點；3. 產(chǎn)品方案的確定；物料平衡及各種消耗指標的計算；熱平衡及各種消耗指標的計算；冶金工藝指標的可行性分析；編制配料計算、熱平衡計算相應的說明書；4. 煉鋼生產(chǎn)工藝設計及爐型

2、設計；5. 煉鋼車間生產(chǎn)工藝布置；6. 主要設備選擇（型號規(guī)格、數(shù)量）；7. 生產(chǎn)組織編制及各項技術(shù)經(jīng)濟指標的確定；8. 繪制出三張設計圖（車間工藝平面布置圖；車間工藝布置剖面圖；煉鋼爐型圖）；9. 完成專題研究：LF爐外精煉技術(shù)及其發(fā)展； 10. 翻譯冶金工程專業(yè)有關(guān)英文12篇。二二、畢業(yè)設計（論文）題目應完成的工作（含圖紙數(shù)量）1.認真進行畢業(yè)實習，寫出實習報告；2.完成設計任務，寫出畢業(yè)設計說明書；3.繪制設計圖3張；4.翻譯與本專業(yè)有關(guān)的外文譯文12篇，達到要求的工作量；5.完成專題研究，參照科技論文的格式寫出研究報告。三、畢業(yè)設計（論文）進程的安排序號設計（論文）各階段任務日 期備

3、注1進行畢業(yè)實習, 撰寫實習報告2.20-3.62完成外文譯文及專題研究3.7-3.253完成物料平衡和熱平衡計算3.26-4.5 第 2 頁4完成爐型設計和煉鋼工藝設計4.6-4.235完成車間生產(chǎn)工藝布置及主體設備選型4.24-4.306生產(chǎn)組織編制及技術(shù)經(jīng)濟指標確5.8-5.227繪制設計圖5.23-5.318打印畢業(yè)設計說明書，進行畢業(yè)答辯6.1-6.13四、主要參考資料及文獻閱讀任務（含外文閱讀翻譯任務）1 鋼冶教研室編. 畢業(yè)設計參考資料(鋼鐵冶金專業(yè)). 西安建筑科技大學2 時彥林主編.冶煉機械.化學工業(yè)出版社,20043 李傳薪主編.鋼鐵廠設計原理（下冊）.冶金工業(yè)出版社，19

4、944 馮聚和編.煉鋼設計原理.化工出版社出版，20045 王令福主編.煉鋼設備及車間設計.冶金工業(yè)出版社，20076 王成剛,王齊銘主編.金屬提取冶金學.西安地圖出版社,20007 王雅貞等編. 新編連續(xù)鑄鋼工藝及設備.冶金工業(yè)出版社，20038 金鐵城等編.電爐煉鋼新工藝、新技術(shù)與質(zhì)量控制實用手冊. 當代中國音像出版社,2005五、審核批準意見 教研室主任簽（章） 第 1 頁 設計總說明設計總說明本文設計了一個年產(chǎn) 100 萬噸合格不銹鋼的電弧爐煉鋼車間，通過產(chǎn)品大綱的確定、電弧爐煉鋼的物料平衡與熱平衡計算、超高功率電弧爐的爐型設計、連鑄設備選擇、車間工藝設計及車間總體布置，確定了一座 1

5、50 噸超高功率電弧爐、一臺 AOD 精練爐、一臺連鑄機為主要生產(chǎn)設備。并根據(jù)國內(nèi)外煉鋼技術(shù)的發(fā)展趨勢、鋼鐵產(chǎn)品的發(fā)展方向，選擇了先進且有較大發(fā)展余地的短流程工藝：廢鋼超高功率電弧爐AOD 爐精煉連鑄。設計方案以技術(shù)新、效益高為原則，充分體現(xiàn)了先進、靈活、多功能的特點，具備可持續(xù)發(fā)展性。關(guān)鍵詞：超高功率電弧爐，AOD 精煉爐，煉鋼 第 2 頁Design DescriptionIn this paper, we have designed a electric arc furnace workshop which can produce 1000,000 tons of qualified s

6、tainless steel a year.Through the ascertained of the products outline, eaf material balance, thermal equilibrium calculation, ultra-high power electric arc furnaces type design ,the workshop process design and workshop layout, we finaly identified a 1000,000 tons of qualified stainless steel smeltin

7、g plant with which a 150 tons of ultra-high power electric arc furnace, a chastening AOD furnace and a caster is as the main production equipment.And according to the domestic and foreign steelmaking technology trends, the development direction of the steel product,we finally selected the short flow

8、 process，scrap steel ultra-high power electric arc furnaceAOD furnace refineingcontinuous casting, which is advanced and has a bigger development room.The Design scheme based new technology and high efficienc as the principle, fully embodies the advanced, flexible, multi-function characteristic and

9、has the characteristics of sustainable development.Key Words：ultra-high power electric arc furnace，AOD refineing furnace, Steelmaking 第 3 頁目錄緒論 .11 電弧爐煉鋼車間的設計方案12.41.1 電爐車間生產(chǎn)能力計算 .41.1.1 電爐容量和臺數(shù)的確定 .41.1.2 電爐車間生產(chǎn)技術(shù)指標 .41.2 電爐車間設計方案 .51.2.1 主要冶煉鋼種及產(chǎn)品方案 .51.2.2 電爐煉鋼車間設計與建設的基礎(chǔ)材料 .51.2.3 電爐煉鋼車間的組成 .61.2

10、.4 電爐各車間的布置情況 .62 電弧爐爐型設計3.72.1 電弧爐爐型設計 .72.1.1 電弧爐爐型 .72.1.2 熔池的形狀和尺寸 .72.1.3 熔化室的尺寸 .82.1.4 爐襯厚度 的確定 .92.1.5 爐殼及厚度 z 的確定 .92.1.6 工作門和出鋼口 .102.2 偏心底出鋼箱的設計 .102.3 電弧爐變壓器功率和電參數(shù)的確定 .122.3.1 確定變壓器的功率 .122.3.2 電極直徑的確定 .122.3.3 電極心圓的尺寸 .132.4 水冷掛渣爐壁設計 .133 電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡 .163.1 物料平衡計算 .163.1.1 熔化期的物料平衡 .1

11、63.1.2 氧化期的物料平衡 .223.2 熱平衡計算 .253.2.1 計算熱收入 QS.253.2.2 計算熱支出 QZ.264 電弧爐煉鋼車間工藝布置 .29 第 4 頁4.1 原料跨 .294.1.1 原料跨的跨度 .304.1.2 原料跨總長度確定 .304.1.3 原料跨高度確定 .304.2 爐子跨整體布置 .304.2.1 爐子跨工作平臺高度 .304.2.2 爐子的變壓器室和控制室 .314.2.3 電弧爐出渣和爐渣處理 .314.2.4 爐子跨的長度、跨度、高度 .314.3 精煉跨 .314.3.1 整體布置 .314.3.2 AOD 精煉爐的工藝布置 .324.4 連

12、鑄跨 .324.4.1 總體布置 .324.4.2 連鑄機操作平臺的高度、長度、寬度 .324.4.3 連鑄機總高和本跨吊車軌面標高 .334.4.4 連鑄機總長度 .334.4.5 連鑄跨跨度 .344.5 出坯跨 .344.6 備注 .345 電弧爐煉鋼車間工藝設計 .365.1 廢鋼 .365.2 輔助料 .365.2.1 對輔助料的要求 .365.2.2 供應方案 .375.2.3 配料 .375.2.4 裝料和補料 .385.2.5 電弧爐冶金工藝3.395.2.6 精煉工藝4.405.2.7 連鑄操作工藝 .416 車間主要設備的選擇 .436.1 電弧爐主要設備選擇 .436.1

13、.1 校核年產(chǎn)量 .436.1.2 電極 .436.2 精煉爐設備選擇 .446.3 連鑄設備選型5.456.3.1 鋼包允許的最大澆注時間 .45 第 5 頁6.3.2 拉坯速度 .456.3.3 連鑄機的流數(shù) .466.3.4 弧型半徑 .466.4 連鑄機的生產(chǎn)能力的確定 .476.4.1 連鑄澆注周期的計算 .476.4.2 連鑄機作業(yè)率 .476.4.3 連鑄坯收得率 .486.4.4 連鑄機生產(chǎn)能力的計算 .486.5 中間包及其運載設備 .496.5.1 中間包的形狀和構(gòu)造 .496.5.2 中間包的主要工藝參數(shù) .496.5.3 中間包運載裝置 .496.6 結(jié)晶器及其振動裝置

14、 .496.6.1 結(jié)晶器的性能要求及其結(jié)構(gòu)要求 .496.6.2 結(jié)晶器主要參數(shù)選擇 .506.6.3 結(jié)晶器的振動裝置 .506.7 二次冷卻裝置 .516.7.1 二次冷卻裝置的基本結(jié)構(gòu) .516.7.2 二次冷卻水冷噴嘴的布置 .516.7.3 二次冷卻水量的計算 .516.8 拉矯裝置及引錠裝置 .516.8.1 拉矯裝置 .516.8.2 引錠裝置 .516.9 鑄坯切割裝置 .516.10 盛鋼桶的選擇 .516.11 渣罐及渣罐車的選擇 .536.11.1 車間所需的渣罐數(shù)量 .536.11.2 車間所需渣罐車數(shù)量 .536.12 起重機的選擇 .536.13 其它輔助設備的選

15、擇 .547 車間人員編制及主要經(jīng)濟技術(shù)指標 .557.1 技術(shù)經(jīng)濟指標 .557.1.1 產(chǎn)量指標 .557.1.2 質(zhì)量指標 .557.1.3 作業(yè)效率指標 .557.1.4 連鑄生產(chǎn)技術(shù)指標 .557.2 車間人員編制 .55參考文獻 .58 第 6 頁致謝 .59專題 .60 第 1 頁緒論1 不銹鋼基本信息不銹鋼基本信息所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進行氧化，使銹蝕不斷擴大，最終形成孔洞?？梢岳糜推峄蚰脱趸慕饘伲ɡ?，鋅，鎳和鉻）進行電鍍來保護碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞，

16、下面的鋼便開始銹蝕 鉻是使不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素，當鋼中含鉻量達到 12%左右時，鉻與腐蝕介質(zhì)中的氧作用，在鋼表面形成一層很薄的氧化膜（自鈍化膜） ，可阻止鋼的基體進一步腐蝕。除鉻外，常用的合金元素還有鎳、鉬、鈦、鈮、銅、氮等，以滿足各種用途對不銹鋼組織和性能的要求。不銹鋼的耐蝕性隨含碳量的增加而降低，因此，大多數(shù)不銹鋼的含碳量均較低，有些鋼的含碳量甚至低于 0.03%(如 00Cr12)。不銹鋼中的主要合金元素 是Cr，只有當 Cr 含量達到一定值時，鋼才有耐蝕性。因此，不銹鋼一般 wCr 均在 13%以上。不銹鋼中還含有 Ni、Ti、Mn、N、Nb 等元素。2 不銹鋼歷史不銹鋼歷史畢業(yè)

17、于英國謝菲爾德大學的著名冶金科學家亨利布雷爾利（Harry Brearley）于 20 世紀初期發(fā)明了不銹鋼。 不銹鋼的發(fā)明和使用，要追溯到第一次世界大戰(zhàn)時期。英國科學家布享利布雷爾利受英國政府軍部兵工廠委托，研究武器的改進工作。那時，士兵用的步槍槍膛極易磨損，布雷爾利想發(fā)明一種不易磨損的合金鋼。布雷爾利發(fā)明的不銹鋼于 1916 年取得英國專利權(quán)并開始大量生產(chǎn)，至此，從垃圾堆中偶然發(fā)現(xiàn)的不銹鋼便風靡全球，亨利布雷爾利也被譽為“不銹鋼之父” 。3 不銹鋼作用不銹鋼作用不銹鋼不會產(chǎn)生腐蝕、點蝕、銹蝕或磨損。不銹鋼還是建筑用金屬材料中強度最高的材料之一。由于不銹鋼具有良好的耐腐蝕性，所以它能使結(jié)構(gòu)部

18、件永久地保持工程設計的完整性。含鉻不銹鋼還集機械強度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可滿足建筑師和結(jié)構(gòu)設計人員的需要4 不銹鋼為什么耐腐蝕？不銹鋼為什么耐腐蝕？所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進行氧化，使銹蝕不斷擴大，最終形成孔洞。可以利用油漆 或耐氧化的金屬（例如，鋅，鎳和鉻）進行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞， 第 2 頁下面的鋼便開始銹 蝕。不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻，但是因為鉻是鋼的組成部分之一，所以保護方法不盡相同。 在鉻的添加量達到 11.7%以上時，鋼的耐大氣腐蝕

19、性能顯著增加，但鉻含量更高時，盡管仍可提 高耐腐蝕性，但不明顯。原因是用鉻對鋼進行合金化處理時，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護表 面，防止進一步地氧化。這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有獨特的表面。而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會和大氣反應 進行自我修理，重新形成這種氧化物鈍化膜，繼續(xù)起保護作用。 因此，所有的不銹鋼元素都具有一種共同的特性，即鉻含量均在 105%以上。5 未來展望未來展望由于不銹鋼已具備建筑材料所要求的許多理想性能，它在金屬中可以說是獨一無二的，而其發(fā)展仍在繼續(xù)。為使不銹鋼在傳統(tǒng)的應用

20、中性能更好，一直在改進現(xiàn)有 的類型，而且，為了滿足高級建筑應用的嚴格要求，正在開發(fā)新的不銹鋼。由于生產(chǎn)效率不斷提高，質(zhì)量不斷改進，不銹鋼已成為建筑師們選擇的最具有成本效益的 材料之一。 不銹鋼集性能、外觀和使用特性于一身，所以不銹鋼仍將是世界上最佳的建筑材料之一。中國不銹鋼營銷網(wǎng)整合了不銹鋼及不銹鋼供應鏈信息的服務平臺，通過設立不銹鋼行業(yè)資訊、行業(yè)觀察、企業(yè)管理、不銹鋼設計、不銹鋼論壇、設備材料、展會信息、不銹鋼知識、人才 招聘等各種欄目，通過最新信息、資料庫、數(shù)據(jù)庫、分析預測、交流平臺等為會員單位和世界各國用戶，提供中國不銹鋼業(yè)以的信息和咨詢服務；為不銹鋼業(yè)和相關(guān) 產(chǎn)業(yè)提供貿(mào)易信息，尋找商業(yè)

21、機會；傳播不銹鋼文化和家居生活藝術(shù)，提供不銹鋼消費知識。6 不銹鋼的標識方法不銹鋼的標識方法 （1）用國際化學元素符號和本國的符號來表示化學成份，用阿拉伯字母來表示成份含量： 如：中國、俄國 12CrNi3A （2）用固定位數(shù)數(shù)字來表示鋼類系列或數(shù)字；如：美國、日本、300 系、400 系、200 系； （3）用拉丁字母和順序組成序號，只表示用途。 7 不銹鋼價格不銹鋼價格對于鐵素體不銹鋼來說，由于其鎳含量很少甚至沒有，所以價格比較低廉。而奧氏體不銹鋼由于鎳含量較高，價格也相對較高。所以奧氏體不銹鋼特別是304 不銹鋼的價格一般跟 LME 鎳價正相關(guān)。市場上最常見的幾種不銹鋼按價格高低依次 為

22、:201202304j1304321316L309310S。 由于受 LME 鎳價的波動影響，不銹鋼價格波動也比較大（隨 LME 鎳價反應最快的是 304 不銹鋼） 。不銹網(wǎng)提供了 201、202、304、316L、310S、430 等常用不銹鋼的每日報價服務以及銷售服務。網(wǎng)站報價在每次市場價格變動的時候 第 3 頁都會及時更新。 第 4 頁1 電弧爐煉鋼車間的設計方案121.11.1 電爐車間生產(chǎn)能力計算電爐車間生產(chǎn)能力計算1.1.11.1.1 電爐容量和臺數(shù)的確定電爐容量和臺數(shù)的確定電爐車間產(chǎn)量系指一定的生產(chǎn)期內(nèi)合格產(chǎn)品的產(chǎn)量。合格率是反映生產(chǎn)技術(shù)水平的重要指標之一，它既與操作水平能夠有關(guān)

23、，也與鋼種有關(guān)。本設計題目為年產(chǎn)量 100 萬噸不銹鋼的煉鋼車間工藝設計。首先估算每次出剛量Q=.8760aGy式中：Ga車間產(chǎn)品方案中確定的年產(chǎn)量，t； 冶煉周期， 取 60min； 作業(yè)率 =100%，一般 =90%94%，取 90%；年作業(yè)天數(shù)年日歷天數(shù) y良坯收得率，連鑄一般 95%98%。Q=130t，按電爐工藝設計技術(shù)規(guī)范制定的電.8760aGy4100 1018760 90% 98%爐容量標準系列為：20t、30t、40t、50t、60t、70t、80t 、100t 、125t 、150t 、175t 、200t所以選 150t 超高功率電弧爐一座。1.1.21.1.2 電爐車間

24、生產(chǎn)技術(shù)指標電爐車間生產(chǎn)技術(shù)指標（1）產(chǎn)量指標 合格鋼產(chǎn)量 100 萬噸/年 冶煉時間 60min 熔化時間 40min （2）質(zhì)量指標 鋼坯合格率 98% （3）作業(yè)率指標 連鑄機作業(yè)率： 80%（4）材料消耗指標1） 金屬材料消耗一般為廢鋼、返回廢鋼、合金料與脫氧合金。2） 煉鋼輔助材料消耗石灰、螢石以及其他造渣材料和脫氧粉劑。3） 耐火材料消耗 主要用于爐襯的各種耐火磚以及鋼包的耐火材料。4） 其它原材料消耗 第 5 頁電極和工具材料。5） 動力熱力消耗指標主要為電能和各種氣體和燃油等。(5)連鑄生產(chǎn)技術(shù)指標連鑄比 100%鑄坯合格率 98%連鑄收得率 98%1.21.2 電爐車間設計方

25、案電爐車間設計方案1.2.11.2.1 主要冶煉鋼種及產(chǎn)品方案主要冶煉鋼種及產(chǎn)品方案本設計主要生產(chǎn)不銹鋼，產(chǎn)品需求可根據(jù)市場的要求進行靈活調(diào)整。根據(jù)畢業(yè)設計任務書中年產(chǎn) 100 萬噸不銹鋼的要求，可確定其產(chǎn)品大綱。詳見于表1-1：表 1-1 產(chǎn)品大綱序號代表鋼號產(chǎn)量（104t/a）比例（%）11Cr17Ni7606021Cr18Ni9Ti202031Cr17Mo101041Cr13 1010合計1001001.2.21.2.2 電爐煉鋼車間設計與建設的基礎(chǔ)材料電爐煉鋼車間設計與建設的基礎(chǔ)材料（1）建廠條件 1）各種原料的供應條件，特別是鋼鐵材料來源； 2）產(chǎn)品銷售對象及其對產(chǎn)品質(zhì)量的要求； 3

26、）水電資源情況，所在地區(qū)的產(chǎn)品加工，配件制作的協(xié)作條件；（2）工藝制度確定工藝制度是整個工藝設計的基本方案，是設備選擇，工藝布置等一系列問題的設計基礎(chǔ)。1）冶煉方法：利用超高功率電弧爐進行單渣法冶煉，然后進行爐外精煉； 第 6 頁2）澆注方法：采用全連鑄；3）連鑄坯的冷卻處理與精整：鑄坯在冷床上冷卻并精整；4）在技術(shù)或產(chǎn)量方面應留有一定的余地。1.2.31.2.3 電爐煉鋼車間的組成電爐煉鋼車間的組成完整的電弧爐車間應包括：（1）煉鋼主廠房，包括原料跨、爐子跨、精煉跨及鋼水連鑄跨；（2）廢鋼料堆場及配料間包括廢鋼處理設施（預熱、烘烤等） ；（3）鐵合金及散狀材料間；（4）鋼錠、坯存放場地；（5

27、）中間渣場；（6）機電維修間及快速分析室；（7）爐襯制作與各種備件修理場地；（8）耐火材料庫、備件備品庫、車間變壓器室、配電室；（9）水處理、煙氣凈化設施及車間管理、生活服務設施。1.2.41.2.4 電爐各車間的布置情況電爐各車間的布置情況由于是一臺超高功率電弧爐，且是全連鑄，考慮到物料順行、勞動安全條件和未來發(fā)展，采用橫向高架式布置。（1）原料跨:此跨主要是為廢鋼、返回廢鋼，散狀料及耐火材料等提供場地。 （2）爐子跨：此跨配一臺 150 噸超高功率的偏心底出鋼電弧爐，爐體爐蓋修理區(qū)，電爐裝料配置，電爐變壓器房。（3）精煉跨：此跨配公稱容量 150 噸的精煉爐一座，供氧系統(tǒng)，鋼包烘烤區(qū)，精煉

28、設備維修區(qū)及鋼包維修區(qū)，高架行車進行跨間的整體運輸工作。（4）連鑄跨：此跨設有二機二流的弧形板坯連鑄機 1 臺、二冷裝置維修區(qū)、中間包維修區(qū)和結(jié)晶器維修區(qū)以及連鑄機設備維修區(qū)。（5）出坯跨：主要是鑄坯堆放區(qū)，拉矯機及切割機維修區(qū)等的布置。鑄坯堆放區(qū)用來存放良錠、坯件，其間有運輸線路直接通到軋鋼車間。 第 7 頁2 電弧爐爐型設計32.12.1 電弧爐爐型設計電弧爐爐型設計2.1.12.1.1 電弧爐爐型電弧爐爐型電弧爐爐型是指爐子內(nèi)部空間的形狀和尺寸，不同的熔煉爐因工作條件不同，供熱熱源不同而有不同的內(nèi)部空間。電弧爐近于球形體，從減少散熱面出發(fā)，以球形為最好?，F(xiàn)代電弧爐爐體中部是圓筒形，爐底為

29、弧型，爐頂為拱形。作為發(fā)熱體，電極端部的三電弧位于爐內(nèi)中心部位。電弧爐設計應保證高的生產(chǎn)率，電能、耐火材料、電極等消耗要低，同時要滿足冶金反應順利進行，故應考慮以下因素：（1）選用大功率變壓器；（2）保證高的熱效率和電流效率；（3）采用高質(zhì)量的耐火材料砌筑材料；（4）爐子各部分形狀和尺寸設計布局合理；（5）爐子熔煉室容積能一次裝入堆比量中等的全部爐料；（6）爐子傾斜 1020能保證鋼液順利流出。2.1.22.1.2 熔池的形狀和尺寸熔池的形狀和尺寸（1）熔池的形狀。熔池的容積應能足夠容納適宜熔煉重量的鋼液和爐渣，并留有余地，它應能滿足冶金反應順利進行。熔池設計為錐球形，圓錐部分對水平線的傾角為

30、 45，這樣的形狀可保證爐料加速熔化，鋼液可積蓄在球形熔池底上，且易于修爐。（2）熔池的尺寸計算。熔池的容積應能容納全部鋼水和約為鋼水量的 7%8%的熔渣，并留有適當余量。熔池體積 V池（m3）的計算公式為：V池=+222(D)12hdDdDd221(3+h )64dh式中：h1球冠部分高度，m，一般取 h1=H/5; h2截錐部分高度，m，h2=H-h1=4/5H； D熔池液面直徑，m，通常采取 D/H=5，即 D=5H； d球冠直徑，m。因 d=D-2h2=5H-H=H。85175則：V池=12.1H3=0.0968D3V池=V金+V渣電爐的氧化期具有最大渣量。對堿性電爐：G鋼/G渣=7%

31、。而渣的比重為 第 8 頁3.03.5t/m3，取每立方米渣重 3.3t，則每噸鋼的體積為 0.3m3。則：V渣/V金=0.15.0.14GG 所以：V池=1.15V 金=1.15GV0式中：G爐子容量，t； V0噸鋼液體積，取 0.14m3/t。則對于 150 噸電弧爐：V池=1.15V金=1.15GV0=1.151500.14=24.15m3熔池深度 H=1.259 m312.1V池熔池直徑 D=6.295m30.0968V池球冠部分高度=0.252m1h5H截錐部分高度=1.259=1.007m2h45H45球冠直徑 d=H=1.259=4.281m1751752.1.32.1.3 熔化

32、室的尺寸熔化室的尺寸熔煉室是指熔池以上至爐頂拱基的那部分容積，其大小應能一次裝入堆積密度中等的全部爐料。（1）熔煉室下緣直徑 D熔爐坡與爐壁交接處的直徑，為了防止鋼液沸騰時爐渣沖刷爐壁磚或爐渣到達爐坡與爐壁磚交界處，爐坡應高于爐門檻約 100mm 左右，及當選定爐坡角度為 45時：D熔=D+2100因 D=6.295m=6295mm，則 D熔=6495mm（2）熔煉室的高度 H1金屬爐門檻至爐頂拱基的空間高度為熔煉室高度。爐襯門檻較金屬門檻高出 80100mm。熔煉室的高度應根據(jù)爐內(nèi)的熱交換情況來確定。經(jīng)驗值為：H1/D=0.50.45，40t 電爐。此處取 0.42。所以：H1=0.42D=

33、0.426.295=2.644m （3）爐頂高 h3=（因爐頂磚不同而異，?。﹕hD熔117918 第 9 頁則 h3=D熔/8=6.495/8=0.812m至此，爐底至爐頂中央高度H2=H1+H+h3=2.644+1.259+0.812=4.715m（4）熔煉室上緣直徑 D1熔煉室一般為上大下小，爐壁上薄下厚，即 D1D熔，其爐墻內(nèi)側(cè)斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度（H1-100）的 10%左右。所以：D1=D熔+2（H1-100）10%=6.495+2（2.644-0.1）10%=7.004m2.1.42.1.4 爐襯厚度爐襯厚度 的確定的確定爐襯組成：爐殼石棉（10mm）絕熱層工作層。比

34、較經(jīng)濟的做法是選擇優(yōu)質(zhì)材料，使用較輕薄的爐襯，按經(jīng)驗值選，爐頂爐襯厚度見下表:表 2-1 爐頂爐襯厚度噸位/t40/mm230300350對 150t 電弧爐取 350mm。爐壁部位厚度見下表：表 2-2 爐壁部位厚度噸位/t40工作層/mm230345460絕熱層/mm757575爐底部位總厚度近似等于熔池深度對 150t 電弧爐爐壁厚度取工作層 460mm，絕熱層 75mm，爐底厚度1259mm，爐壁厚度為 壁=460+75=535mm。2.1.52.1.5 爐殼及厚度爐殼及厚度 zz 的確定的確定爐殼要承受爐襯和爐料的重量，抵抗部分襯磚在受熱膨脹時產(chǎn)生的膨脹力，承受裝料時的撞擊力。爐殼厚

35、度一般為爐殼直徑的 1/200，即 z=,爐殼厚度與爐殼直徑的關(guān)200D殼系見下表：表 2-3 爐殼厚度與爐殼直徑的關(guān)系D殼/m6z/mm12151520252830 第 10 頁因 D=6.295m，故 D殼6m，因 z與爐殼直徑 D 殼的關(guān)系為，取1200z=30mm，則：D殼=D熔+2壁+2z=6.495+20.535+20.03=7.625m2.1.62.1.6 工作門和出鋼口工作門和出鋼口 現(xiàn)代電弧爐只設一個工作門，用于加料，爐前操作和觀察情況。爐門應該滿足以下的要求：(1)能清楚看見爐內(nèi)的爐料，爐頂中心，并便于觀察爐內(nèi)情況；(2)能方便的修補爐壁和爐底；(3)熔煉過程中，電極折斷時

36、能將電極從爐門取出；(4)方便噴吹爐料和氧氣。爐門尺寸的經(jīng)驗值： 爐門寬度 l(0.25-0.3)D熔1.624m爐門高度 b0.8l1.300m2.22.2 偏心底出鋼箱的設計偏心底出鋼箱的設計（1）出鋼箱內(nèi)口與中心夾角 出鋼箱內(nèi)口與中心夾角 的大小直接影響箱體內(nèi)鋼水的流動性，從而影響鋼水的溫度。在一定范圍內(nèi)， 越小，出鋼箱內(nèi)鋼水流動性越差，其與爐子中心溫度差越大，一般情況下，出鋼箱溫度比爐子中心的溫度低 5080，如果過低會造成出鋼時箱體內(nèi)仍有固體冷塊料和未熔渣料，出鋼時會堵塞出鋼口造成事故。因此出鋼箱內(nèi)口和中心夾角 要確保鋼水流動性好，鋼水溫差小。=100時鋼水在出鋼箱的流動性最好?？紤]

37、到弧形架對爐底的支撐，150t 超高功率電弧爐的 取 112。（2）出港口到爐子中心的距離偏心度 E出鋼口位置的確定應該考慮填料方便，便于檢修。如果出鋼口到爐子中心距離偏心度 E 過大，則出鋼口到爐子中心的距離越遠，箱內(nèi)鋼液的溫度與爐內(nèi)的鋼液的溫度差越大。因此，在填料、維修方便的前提下，偏心度越小越好?？紤]到出鋼口填料方便，出鋼口到爐體中心的距離為：E=D殼/2+（350400）=4213mm（3）出鋼箱遠離中心內(nèi)測距離爐子中心的距離 L當爐壁厚度 S 為 535mm 時有 L=E+S=4213+535+600=5348mm。（4）出鋼箱高度出鋼箱的高度為箱底爐襯厚度及箱底鋼板厚度（38mm）

38、共 1300mm，鋼液高度 838mm，安全高度 1400mm，三者之和為 3538mm。（5）出鋼口直徑出鋼口為一個圓形孔洞，其直徑一半為 120150mm，為縮短出鋼時間，取 第 11 頁出鋼口直徑為 150mm。80t 超高功率電弧爐各部分尺寸列于表 3-4，設定值見表 3-5。表 2-4 150t 超高功率電弧爐各部分尺寸項目尺寸/mm項目尺寸/mm熔池容積 V池24.15 m3爐襯工作層厚度460熔池直徑 D6295爐襯絕熱層厚度75熔池深度 H1259爐底厚度1259球冠部分高度 h1252爐殼厚度 z30截錐部分高度 h21007爐殼直徑 D殼7625球冠直徑 d4281爐門寬度

39、 L1624熔煉室下緣直徑 D熔6495爐門高度 b1300熔煉室高度 H12644出鋼口直徑150爐頂高 h3812出鋼箱內(nèi)口與中心夾角112熔煉室上緣直徑 D17004偏心度 E4213表 2-5 150t 超高功率電弧爐各部分尺寸設定值項目尺寸/mm項目尺寸/mm熔池容積 V池24.15 m3爐襯工作層厚度460熔池直徑 D6300爐襯絕熱層厚度75熔池深度 H1260爐底厚度1260球冠部分高度 h1250爐殼厚度 z30截錐部分高度 h21010爐殼直徑 D殼7630球冠直徑 d4280爐門寬度 L1630熔煉室下緣直徑 D熔6500爐門高度 b1300熔煉室高度 H12650出鋼口

40、直徑150爐頂高 h3820出鋼箱內(nèi)口與中心夾角112熔煉室上緣直徑 D17010偏心度 E42202.32.3 電弧爐變壓器功率和電參數(shù)的確定電弧爐變壓器功率和電參數(shù)的確定2.3.12.3.1 確定變壓器的確定變壓器的功率功率由熔化時間來計算變壓器功率；熔化期長短主要是由供電功率來確定。變壓器的功率由以計算式來求：P視=3.32110D殼式中：P視變壓器視在功率，KVA；D殼爐殼直徑，m； 第 12 頁 額定裝入量的熔化時間，h，取 40min，即 0.683h。則 P視=93621KVA，取變壓器視在功率為 100000KVA，即 100MVA。2.3.22.3.2 電極直徑的確定電極直徑

41、的確定d電極= 230.4061k式中：I電極上的電流強度，A；石墨電極 500時的電阻系數(shù)，1010-4/cm；k系數(shù)，石墨電極取 2.1w/cm。其中 I=82479A1000P3U視1000 1000003700最高二次電壓 U=15=15=696KV700KV3P視3100000計算 d電極=706mm700mm由所得的電極上的電流強度 I 可得出電流密度I/S=82479/（/47070）=22A/cm2。故選取的電極直徑是合理的。不同尺寸的電極 I/S 值見表：表 2-6 電極 I/S 值d電極/mm450500550600700I/S（A/cm2）1927182717261725

42、17252.3.32.3.3 電極心圓的尺寸電極心圓的尺寸設計依據(jù)：若三個電極靠的很近，則電弧爐墻較遠，對爐墻壽命有利，但爐坡上爐料熔化困難，熔池加熱不均勻，且爐頂中心的結(jié)構(gòu)強度很難保證，此時電極把持器上下移動也困難，當電極心圓較大時，電弧靠近爐墻，爐墻的損耗要加劇，因此電極直徑與熔池溶液面直徑有關(guān)。電極心圓直徑的經(jīng)驗值為：=（0.250.30）Dd極所以 d 三極心=0.3D=0.306295=1890mm表 2-7 變壓器功率及電參數(shù)項目參數(shù)項目參數(shù)P視100MVAd直700mmU7000VI/S22A/cm2I82479Ad三極心1890mm 第 13 頁2.42.4 水冷掛渣爐壁設計水

43、冷掛渣爐壁設計由于電弧爐的高功率化，使爐內(nèi)熱負荷急劇增加，爐內(nèi)熱量分布不均勻加劇，從而使爐壁壽命大大降低，利用水冷掛渣爐壁來解決上述問題，對于超高功率電弧爐爐壁熱量很高，故選用管式水冷掛渣爐壁，其特點如下：1）一定厚度的此爐壁可以抗擊爐料撞擊或者爐料搭接打弧，以及吹氧不當造成的過熱；2）具有很好的掛渣能力；3）采用分離式爐殼，易于拆卸更換。水冷掛渣爐壁各基本參數(shù)確定的主要依據(jù)是爐子工作條件下通過爐壁所傳出的熱量大小。水冷爐壁應確定幾個參數(shù)：水冷壁的熱流，水冷爐壁的面積，冷卻水流量，流速，冷卻水通道的尺寸（冷卻水管直徑） ；還有計算過程中所需要的對流換熱系數(shù)，綜合傳熱系數(shù)和最大熱流等參數(shù)值.（1

44、）電弧爐爐壁的熱流：電弧爐爐壁承受的熱流主要來自電弧輻射熱，其大小與電弧功率、電弧和爐壁間距等因素有關(guān)。冷熱點處單位面積上電弧輻射功率的計算式如下：=q熱點322220.912+12(1-K)(1)HPKRKK=q冷點322220.912+12(1+K)(1)HPKRKK式中 平均每相電弧功率，其值為HPcosP/30.7100000/323333.3KW R熔池面半徑，其值為 3.1475m， K三電極極心圓與熔池直徑之比，其值為 1.8885/6.2950.3經(jīng)計算得，235.74kW/m2，206.73kW/m2q熱點q冷點（2）冷卻水流量計算根據(jù)電弧爐水冷爐壁的熱流全部被冷卻水吸收的熱

45、平衡關(guān)系得 Qs=201( - )H OPG Ct t式中：q爐壁熱流，kJ/m2h S水冷爐壁的受熱面積，33m2 G冷卻水的流量，t/h 水的熱容，4190kJ/kg2H OPC t0出水溫度 t1進水溫度故 G =qs (t0-t1)=235.74360033（419015）=450t/h2H OPC冷卻水的實際流速與冷卻水通道結(jié)構(gòu)關(guān)系很大，因為爐壁熱流強度為235.74kW/m2，可選用管式水冷爐壁，水速定為 2.0 m/s。 第 14 頁（3）管徑的確定水速確定后，根據(jù)所需水流量計算管徑 d支，其計算公式為2=4GdN支式中：u冷卻水速，2.0 m/s 水的密度，1000kg/m3

46、NS 面積分為 N 塊，取 10。計算得 d支=0.090m（4）平衡掛渣厚度平衡掛渣厚度可用下式計算：Ls=20-1-LFeqFeFe s式中：水在平均溫度為 30時的導熱系數(shù)，0.598W/m，F(xiàn)e44.99 W/m，s3.48 W/m，LFe為水冷管壁厚度，取 10 mm。Re=1.02.00.090/1.4710-6122449。=0.023=0.0230.598/0.090=3927.10 Fe0.8Re0.4Prrd0.81224490.47.06W/m計算得 Ls= 20-1LFeqFeFe s12503010.012357403927.1049.443.48=0.016m（5）

47、綜合傳熱系數(shù)水冷爐壁的綜合傳熱系數(shù) U：U = =2188.18W/m111+FeFe110.013927.1049.44U1=235740/450523.9W/m20-q 式中：t2水冷管外表溫度，t2U1 ,該水冷爐壁運行安全可靠（6）臨界熱流量與最大熱流量臨界熱流量與最大熱流量可用如下公式計算3927.10（100-30）274897 W/m2q臨2-FewH O（tt）=3.19448001.74107 W/m2maxq16310u2-wH O（tt）16310u（7）水冷爐蓋計算采用超高功率電弧爐冶煉，為了延長爐蓋的使用壽命，采用水冷爐蓋，該 第 15 頁爐蓋由上下兩層鋼板焊接而成，

48、上薄下厚，其厚度各為 20mm，30mm，水冷層厚度為 200mm。內(nèi)襯掛渣鉚釘為 20mm。爐蓋直徑的確定：=2gCDD 殼式中：水冷爐蓋直徑；gD爐殼直徑；D殼添加系數(shù)，其值為 200mm。c=7.625+20.2=8.025mgD爐蓋上開五個孔，其中三個為電極孔，一個為高位料倉加料孔，另一個為排塵孔。爐蓋圈的高度為 300mm，環(huán)形凸圈的高度定為 60mm，寬度也定為60mm，爐蓋上還焊有 6 根拉筋，起加固爐蓋作用。 第 16 頁3 電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡3.13.1 物料平衡計算物料平衡計算3.1.13.1.1 熔化期的物料平衡熔化期的物料平衡（1）計算所需的原始數(shù)據(jù)有冶煉鋼種及

49、其成分表(31)，原材料成分（32）爐料中元素燒損率（表 33）被爐料帶入的（表 34）等其他數(shù)據(jù)表 3-1 冶煉鋼種及其成分鋼種化學成分%1Cr17Ni7C0.15Mn2.00Si1.00P0.035S0.030Ni6.008.00Cr16.0018.00注：分母系計算時的設定值，取其成分中限表 3-2 爐料中元素燒損率成分CSiMnPS熔化期2540，取 307095，取 856070，取 654050，取 45可以忽略燒損 率（%）氧化期0.06全部燒損200.0152530，取 27注： 按末期含量取 0.06%；按末期含量取 0.015%表 3-3 原材料成分%名稱CSiMnPSCr

50、AlFeH2O灰分揮發(fā)分碳素廢鋼0.180.250.550.030.03余量FeMn6.600.5067.800.2300.13024.74FeSi73.000.500.0500.0302.5023.92Si Mn1.6520.5063.200.0650.04514.54 第 17 頁Fe Cr4.350.400.0350.04567.3027.87Al1.50焦炭81.500.5812.405.52電極99.001.00名稱SCaOSiO2MgOAlO3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5石灰0.0688.002.502.600.504.640.100.10螢石0.100.305.500.

51、6088.01.501.500.90鐵礦石0.081.305.750.3089.771.200.15火磚塊0.5560.800.601.25高鋁磚1.256.400.120.88鎂砂4.103.6589.501.90焦炭灰分4.4049.700.9518.550.15電極灰分8.91057.800.10（2）物料平衡的基本項目收入項有：廢鋼、焦炭、石灰、螢石、電極、爐襯鎂磚、爐頂高鋁磚、鐵合金、火磚塊、氧氣、空氣。支出項有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵、焦炭中的揮發(fā)分。計算步驟.以 100Kg 金屬爐料為基礎(chǔ)，按工藝階段熔化期、氧化期分別進行計算，然后匯成總物料平衡表。（3）計算步驟。以 100

52、 Kg 金屬爐料（廢鋼）為基礎(chǔ)，按工藝階段分別進行計算，然后會總成物料平衡表。 第 18 頁第一步：熔化期計算表 3-4 其他數(shù)據(jù)名稱參數(shù)配碳量熔化期脫碳量電極消耗量爐頂高鋁磚消耗量爐襯鎂磚消耗量熔化期和氧化期需氧量氧氣純度和利用率焦炭中碳的回收率碳氧化產(chǎn)物煙塵量比鋼種規(guī)格中限高0.16%，即達0.26%30%，即0.26%30%=0.078kg4t/kg（金屬料）：其中熔化期占75%；氧化期占25%1.3t/kg（金屬料）：其中熔化期占60%；氧化期占40%3.5t/kg（金屬料）：其中熔化期占57%；氧化期占43%50%來自O2，其余50%來自空氣和礦石99%，余者為N2，氧利用率90%7

53、5%（均指配料用碳）均按70%生成CO，30%生成CO2考慮按8.5kg/t（金屬料）考慮1）確定物料消耗量：A. 金屬料配入量。以 100Kg 金屬爐料（廢鋼）為基礎(chǔ)，不足碳量用焦炭來配。結(jié)果列入表 3-5。原始數(shù)據(jù)見表 31 和 34。B 其他原料消耗。為了提前造渣脫磷，先加入一部分石灰（20Kg/t 金屬料）和礦石（10kg/t 金屬料） 。爐頂、爐襯和電極消耗量見表 3表 35 爐料配入量配料成分/kg名稱用量/kgCSiMnPSFe廢鋼1000.1800.2500.5500.0300.03098.960焦炭0.1310.080合計100.1310.2600.2500.5500.060

54、0.03098.960碳燒損率 25%。2）確定氧氣和空氣的消耗量：耗氧項包括爐料中元素的氧化，焦炭和電極中碳的氧化，而礦石則帶來部分氧，石灰中 CaO 被自身 S 還原出部分氧。前后二者之差為所需凈氧量 1.409Kg 見表 36表36凈耗氧量的計算項目名稱元素反應產(chǎn)物元素氧化量/kg耗氧量/kg供氧量/kg（C）CO0.2630%70%=0.0550.073爐料中元C（C）0.2630%30%=0.020.061 第 19 頁CO23Si（Si）（SiO2）0.2585%=0.2130.243Mn（Mn）（MnO）0.5565%=0.3580.208P（P）（P2O5）0.0345%=0.

55、0140.018（Fe）（FeO）98.962%15%=0.2970.085素的氧化Fe（Fe）（Fe2O3）98.962%85%=1.6820.721合計2.6421.409（C）CO 0.1310.81525%70%=0.0190.025焦炭中碳的氧化C（C）CO2 0.1310.81525%30%=0.0080.021（C）CO475%99%70%=0.2080.277電極中碳的氧化C（C）CO2475%99%30%=0.0890.238耗氧項合計2.016礦石Fe2O3Fe2O3=2Fe+ 3/2O210.897748/60=0.269石灰SCaO+S= CaS+O20.06%16/3

56、2=0.0006供氧項合計0.270凈耗氧量2.016-0.20=1.746令鐵燒損 2%，其中 80%生成 Fe2O3成為煙塵的一部分；20%成渣，在這20%中，按 3：1 分別生成 FeO 和 Fe2O3。根據(jù)表 3-4 的規(guī)定，應由氧氣供給的氧為 2.01650%1.008Kg?？諝鈶?第 20 頁供氧 0.738Kg，由此計算氧氣和空氣的消耗量。見表 37。表37氧氣與空氣的實際消耗量氧氣/kg空氣/kg帶入O2帶入N2帶入O2帶入N22.01650%/氧利用率=2.01650%/90%=1.12（1.12/99%）1%=0.0111.12-0.270=0.85（0.595m3）1.1

57、2（77/23）=3.750（3.000m3）=1.12+0.0113=1.131=0.85+3.750=4.600（3.595m3）上述（1）（2）便是熔化期的物料收入量。3）確定爐渣量：爐渣源于爐料中的 Si，Mn，P，F(xiàn)e 等元素的氧化產(chǎn)物，爐頂和爐襯的損蝕，電極中的灰分以及加入的各種溶劑。結(jié)果見表 38。表38 熔化期渣量的確定成渣組分/kg名稱消耗量/kgCaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2 O5CaS合計Si0.2130.4560.456Mn0.3580.4620.462P0.01350.0310.031爐料中元素的氧化Fe0.3960.3820.1410.52

58、3爐頂0.0780.0010.005略0.0710.0010.078爐襯0.2000.0080.0070.1790.0020.0040.200焦炭0.1310.0010.0080.0040.0030.016電極0.300略0.002略0.0010.003礦石1.0000.0130.0580.0030.015（0.898）0.0020.0020.093石灰2.0001.7580.0500.0520.0300.0100.0020.0021.904 第 21 頁合計1.7810.5860.2340.1230.4620.3820.1590.0350.0043.766質(zhì)量分數(shù)/%47.2615.566.

59、213.2712.2710.144.220.930.11100.004）確定金屬量：金屬量 Qi金屬爐料重+礦石帶入的鐵量-爐料中的C、Si、Mn、P、和 Fe 的燒損量+焦炭配入的碳量100+0.8977（562）/（562+163）-2.642+0.08=98.066kg。5）確定爐氣量：爐氣來源于爐料以及焦炭和電極中碳的氧化產(chǎn)物 CO 和CO2，氧氣和空氣帶入的 N2，物料中的 H2O 及其反應產(chǎn)物，游離 O2及其反應產(chǎn)物，石灰的燒減（CO2） ，焦炭的揮發(fā)分，結(jié)果列于表 39。表39 爐氣量的計算氣態(tài)產(chǎn)物/kg項目COCO2N2H2OH2揮發(fā)物合計爐料中碳的氧化0.1270.0860.

60、213焦炭 帶入0.0870.0570.0020.0140.160電極帶入0.4850.3270.812礦石帶入0.0120.012石灰?guī)?.0930.0020.095氧氣帶入0.0110.011空氣帶入3.7500.0473.797游離氧氣參與反應0.1960.3080.504H2O參與反應-0.09810.154-0.0630.0070合計0.7971.0253.76100.0070.0145.604質(zhì)量分數(shù)/%14.2218.2967.110.120.25100.006）確定鐵的揮發(fā)量：由表 3-6 的設定，鐵的揮發(fā)量為 第 22 頁98.962%80%1.583Kg。3）+4）5）6