電弧爐煉鋼設(shè)計方案

電弧爐煉鋼設(shè)計方案1、緒論1．1電弧爐煉鋼發(fā)展現(xiàn)狀近年來，電弧爐鋼產(chǎn)量增長速率超過了鋼總產(chǎn)量的增長速率。 2000年全世界鋼總產(chǎn)量為84115.4萬t,其中電爐鋼產(chǎn)量為28352萬t,占鋼總產(chǎn)量的33.7%,與1995年相比，鋼總產(chǎn)量增長 13.2%，電爐鋼產(chǎn)量增長了 16.8%。2001年，全世界鋼總產(chǎn)量為 84379.7萬t，其中電爐鋼產(chǎn)量為 29587.9萬t，占鋼總產(chǎn)量的 35.07%。有些國家廢鋼資源豐富， 電價低廉，電弧爐煉鋼發(fā)展迅速。 2000年美國電爐鋼比達到 46.8%。而我國由于廢鋼資源短缺， 電價較高，2000年電爐鋼產(chǎn)量為 2020萬t，占全國總產(chǎn)量的 15.9%。2001年，我國的鋼總產(chǎn)量為15163萬t,其中電爐鋼產(chǎn)量為2400.5萬t,電爐鋼比為15.8%。較早年代， 我國電弧爐以冶煉合金鋼為主，多集中于特殊鋼廠，電弧爐容量小。上世紀90年代起，我國相繼建設(shè)了多座大容量超高功率電弧爐。 據(jù)統(tǒng)計， 1990年至1999年我國新建設(shè)60~150t電弧爐19座，總?cè)萘繛?1645t。目前，我國投入運行的 50t以上電弧爐有 39座，其中單爐出鋼量 100t以上的電弧爐有 10座。1992年我國電弧爐平均爐容量為 4.6t/座，2000年容量50~150t的大電爐 36座，而且大多數(shù)采用超高功率技術(shù)。為了提高鋼的質(zhì)量，電弧爐鋼廠大都配有鋼包精煉裝置 （LF爐）并采取全連鑄生產(chǎn)。一些鋼廠還配有 VD真空精煉裝置。現(xiàn)代煉鋼方法主要為轉(zhuǎn)爐煉鋼法和電爐煉鋼法。電弧爐是繼轉(zhuǎn)爐、 平爐（現(xiàn)已淘汰）之后出現(xiàn)的又一種煉鋼方法， 它是在電發(fā)明之后的 1900年，由法國的赫勞特在拉巴斯發(fā)明的。電弧爐是煉鋼電爐的一種， 也是目前世界上熔煉優(yōu)質(zhì)鋼、 特殊用途鋼種的主要設(shè)備。 電弧爐煉鋼技術(shù)已有 100年的歷史，第二次世界大戰(zhàn)后電爐煉鋼才有較大發(fā)展，在最近的 20年，電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展尤為迅速， 電弧爐的應(yīng)用帶來了煉鋼技術(shù)的革命。 盡管全球粗鋼年產(chǎn)總量的增長速度很緩慢，但以廢鋼為主要原料的電弧爐煉鋼的產(chǎn)量所占的比重卻在逐年上升。2001年，電弧爐煉鋼占世界鋼產(chǎn)量的 40％，成為最重要的煉鋼方法之一。與高爐鐵水煉鋼相比，其競爭優(yōu)勢在于投資費用和運行成本。 自60年代中期提出電弧爐超高功率概念以來，電弧爐建造趨于大型化、 高功率化， 出現(xiàn)現(xiàn)了多種新型式的電弧爐。 在發(fā)展大型電弧爐的過程中，美國曾用六支電極，由兩臺變壓器供電，電弧爐為橢圓形。電弧爐是利用電極電弧產(chǎn)生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。 氣體放電形成電弧時能量很集中，弧區(qū)溫度在 3000℃以上。對于熔煉金屬，電弧爐比其他煉鋼爐工藝靈活性大，能有效地除去硫、磷等雜質(zhì)，爐溫容易控制，設(shè)備占地面積小，適于優(yōu)質(zhì)合金鋼的熔煉。電弧爐按電弧形式可分為三相電弧爐、 自耗電弧爐、 單相電弧爐和電阻電弧爐等類型。 電弧煉鋼爐的爐體由爐蓋、 爐門、出鋼槽和爐身組成， 爐底和爐壁用堿性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。電弧煉鋼爐按每噸爐容量所配變壓器容量的多少分為普通功率電弧爐、 高功率電弧爐和超高功率電弧爐。 電弧爐煉鋼是通過石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能， 以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進行煉鋼。 電弧爐以電能為熱源， 可調(diào)整爐內(nèi)氣氛， 對熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利。電弧爐煉鋼發(fā)明后不久，就用于冶煉合金鋼，并得到較大的發(fā)展。發(fā)展大容量電爐和提高電爐自動化水平， 采用大功率靜止式動態(tài)補償技術(shù)， 用水冷構(gòu)件代替耐火材料， 爐蓋第四孔直接排煙與電爐周圍密封罩相連接的煙塵凈化系統(tǒng)， 爐蓋第五孔機械化自動化加料系統(tǒng)， 電爐使用還原鐵比例逐漸擴大， 爐外廢鋼預(yù)熱，爐內(nèi)燃料助燃，強化熔池用氧，開發(fā)底氣攪拌系統(tǒng)和泡沫渣覆蓋下的冶煉工藝，從冷卻水和廢氣中回收熱能，采用全連鑄，發(fā)展纖維石墨電極和采用優(yōu)質(zhì)高效堿性鎂碳爐襯等。電弧爐煉鋼得到迅速發(fā)展的主要原因： (1)廢鋼日益增多； (2)鋼鐵工業(yè)迅速增長。 由于發(fā)電設(shè)備大型化和技術(shù)不斷改進， 可利煤用部分劣質(zhì)粉發(fā)電， 電的供應(yīng)和價格比較穩(wěn)定， 使電爐煉鋼有了比較可靠的基礎(chǔ)。此外，電爐用廢鋼比高爐——轉(zhuǎn)爐煉鋼的能耗低。(3)電爐趨向大型化、超高功率化，冶煉工藝化。 (4)投資少，基建速度快，基金回收速度。 (5)鋼液溫度、成份容易控制，品種適應(yīng)性大，可冶煉多種牌號的鋼，同時還能間斷性生產(chǎn)。目前，由于煉鋼電爐的大型化、 超高功率化及冶煉工藝的強化， 并與不斷發(fā)展完善的二次精煉和連鑄連軋技術(shù)相配套，已形成了自動化、機械化水平高、能耗低的專業(yè)生產(chǎn)體系，使得它在鋼的生產(chǎn)中更具有競爭能力。

電弧煉鋼的缺點有:(1)電弧是點熱源，爐內(nèi)溫度分布的不均勻，熔池各部位的溫差較大；爐氣或水分，在電弧的作用下，能解離出大量的HN,而使鋼中的氣體含量增高。國內(nèi)外電爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展趨勢煉鋼新原料和短流程的發(fā)展，促進了電爐煉鋼的飛速發(fā)展。 21世紀，很可能是電爐與轉(zhuǎn)爐平分秋色的時代，因此世界各國都非常重視電爐的發(fā)展，而電爐煉鋼技術(shù)發(fā)展趨勢有如下幾點：(1)超高功率直流電弧爐具有電極消耗低、節(jié)電且對渣線耐火材料侵蝕小等特點，是世界范圍內(nèi)電爐發(fā)展的總趨勢。并且要充分利用超高功率電弧爐的一些強化冶煉技術(shù)， 提高電爐生產(chǎn)能力，逐步縮小與轉(zhuǎn)爐出鋼周期的差距，達到電爐轉(zhuǎn)爐化的水平。(2)盡可能地利用電爐冶煉廢熱和化學(xué)能， 發(fā)展廢鋼預(yù)熱及煙氣二次燃燒技術(shù)。 豎式電爐不僅在生產(chǎn)率、能量利用、環(huán)境適用性及爐料靈活性等方面占有優(yōu)勢， 而且實現(xiàn)了電爐煉鋼的連續(xù)化，是目前最有發(fā)展前途的電爐。但其設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及其產(chǎn)生的二嗯英等問題也是值得注意并有待解決的。(3)用初級能源代電，采用氧燃燒嘴助熔技術(shù)，可以降低電耗、降低生產(chǎn)成本、縮短冶煉時間，尤其是煤一一氧助熔技術(shù)更有發(fā)展前途。(4)擴大鐵源應(yīng)用范圍，除廢鋼外廣泛應(yīng)用 DRI、HBI、碳化鐵、高爐鐵水、熔融還原鐵、生鐵塊等靈活配比，以適應(yīng)不同地區(qū)的原料供應(yīng)狀況。(5)電爐煉鋼應(yīng)逐步趨向連續(xù)化操作，改善勞動條件，提高設(shè)備的利用率。(6)環(huán)保問題是全世界永恒的話題，應(yīng)注意環(huán)境保護和廢氣物的回收利用。隨著電弧爐設(shè)備的改進以及冶煉技術(shù)的提高， 電力工業(yè)的發(fā)展，電弧爐煉鋼的成本不斷下降， 現(xiàn)在電弧爐煉鋼不但用于生產(chǎn)合金鋼， 而且大量用來生產(chǎn)普通碳素鋼， 其產(chǎn)量在主要工業(yè)國家鋼總產(chǎn)量中的比重，不斷上升。450u4000350033000M2500J4圖1.1世界總鋼產(chǎn)量、電弧爐鋼產(chǎn)量的變化隨著科技的進步，電弧爐的鋼產(chǎn)量及其比例始終在穩(wěn)步增長。電弧爐煉鋼自 20世紀60年代提出超高功率概念以來一直處于不斷發(fā)展變革的過程中。 考察其發(fā)展的歷史進程可以看出，電弧爐流程之所以能夠成為與轉(zhuǎn)爐流程相抗衡的第二大鋼鐵制造流程， 技術(shù)的發(fā)展使得流程上的瓶頸得以突破起到了關(guān)鍵性的作用（以廢鋼資源積累至一定程度為條件） :正是因為能量輸入強度的提高使得爐子大型化、 冶煉周期大幅度縮短成為現(xiàn)實， 電弧爐與后續(xù)精煉、連鑄工序的匹配得以實現(xiàn)， 從而使電弧爐流程的產(chǎn)能、 勞動生產(chǎn)率能夠與大規(guī)?；a(chǎn)相適應(yīng)。就電弧爐煉鋼的當(dāng)代技術(shù)而言，隨著化學(xué)能利用技術(shù)的長足進步，冶煉周期己由 60min左右進入50?40min,因此其生產(chǎn)節(jié)奏己逼近轉(zhuǎn)爐水平。產(chǎn)品設(shè)計要求及鋼種概述設(shè)計20CrMnTi鋼種為主的年產(chǎn) 120萬噸棒線材鋼廠的電爐煉鋼車間20CrMnTi是滲碳鋼 ,滲碳鋼通常為含碳量為 0.17%-0.24%的低碳鋼。汽車上多用其制造傳動齒輪是中淬透性滲碳鋼中 CrMnTi鋼，其淬透性較高，在保證淬透情況下，具有較高的強度和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性。 20CrMnTi表面滲碳硬化處理用鋼，良好的加工性,特加工變形微小， 抗疲勞性能相當(dāng)好 .用途廣泛 :用于汽車、 拖拉機變速箱中的齒輪、內(nèi)燃機上的凸輪、 軸類、活塞類零配件等。 它往往要求表面具有高的硬度和耐磨性而心部則要求有足夠的強度和韌性，使零件既有耐磨的表面，又能承受大的沖擊載荷。 20CrMnTi是能保證心部足夠的韌性和強度的理想材質(zhì)。特性及適用范圍：20CrMnTi是性能良好的滲碳鋼，淬透性較高，經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性，焊接性中等，正火后可切削性良好。 用于制造截面v30m吊勺承受高速、中等或重載荷、沖擊及摩擦的重要零件，如齒輪、齒圈、齒輪軸十字頭等。20CrMnTi的化學(xué)成分和控制成分：見表1-1表1-120CrMnTi的化學(xué)成分和控制成分(％)70ftCSiMnGrTiSPFe標(biāo)準(zhǔn)成分0.17?0.20?0.80?1.00?0.06?余/%0.240.401.101.300.120.040.04量控制成分/%0.200.300.951.150.090.040.04余量電弧爐煉鋼車間設(shè)計任務(wù)和程序一個現(xiàn)代化電爐冶煉鋼廠， 是由相對獨立而又相互聯(lián)系的車間組成， 如冶煉車間、連鑄車間、軋鋼車間、熱處理車間、動力車間等。按設(shè)計性質(zhì)不同，電爐煉鋼廠設(shè)計又可以分為新建設(shè)計和擴建設(shè)計。新建設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，從頭開始按設(shè)計程序進行。本次設(shè)計為新建設(shè)計，其具體設(shè)計步驟如下：建廠可行性研究：為了確保新建項目的經(jīng)濟效益，技術(shù)上可靠，工藝合理，充分發(fā)揮項目建成后的作用，在設(shè)計開始前，必須組織工程技術(shù)人員進行可行性研究論證，然后組織專家評審。對可行的幾種建設(shè)方案，加以分析比較論證，最后確定一種最佳方案，上報有關(guān)部門或投資方，獲得批準(zhǔn)之后，下達設(shè)計任務(wù)書。建設(shè)單位得到批文之后，找設(shè)計院才能進行正式設(shè)計。下達任務(wù)書階段設(shè)計1>初步設(shè)計：初步設(shè)計的主要內(nèi)容和程序是：①根據(jù)建廠的指導(dǎo)思想選擇廠址、確定建廠規(guī)模以及總體布置簡圖；②編制產(chǎn)品方案，指定主要的或有代表性的產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過程；③確定煉鋼設(shè)備的組成和主要技術(shù)性能；④選擇其他各項設(shè)備并確定其主要技術(shù)參數(shù);⑤擬定煉鋼程序， 設(shè)計煉鋼生產(chǎn)能力并確定其他設(shè)備數(shù)量及作業(yè)率， 提出生產(chǎn)需要的各種設(shè)備清單；⑥按照產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程， 考慮各設(shè)備在車間中位置上的相互關(guān)系， 擬定車間工藝平面布置圖；⑦擬定生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，計算生產(chǎn)所需原材料、水、電、燃料、氣等各種材料的消耗定額，估計產(chǎn)品成本，提出車間投資概算；⑧車間的組成和人員編制的確定；⑨確定主要的建筑物和構(gòu)筑物的占地面積、 構(gòu)造形式及他們在位置上的相互關(guān)系， 考慮到車間運輸及材料供應(yīng)、管線鋪設(shè)等方案；⑩考慮車間的綜合利用和環(huán)境保護以及今后擴建的可能性。2>技術(shù)設(shè)計：①確定能夠滿足生產(chǎn)要求的各生產(chǎn)工序，指定詳盡的工藝規(guī)程；②確定爐子設(shè)備的設(shè)計和制作， 電氣設(shè)備和其他各項設(shè)備的技術(shù)預(yù)算， 編制技術(shù)設(shè)計說明書；③確定各項設(shè)備的數(shù)量、能力和他們在車間的具體位置；④決定車間生產(chǎn)能力，編制各個產(chǎn)品的金屬平衡，繪制可供施工用的車間平面布置圖；⑤驗算煉鋼生產(chǎn)能力和確定車間各類技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)；⑥進行供電、供水、油、氣、通風(fēng)、照明、采光及土建等方面的技術(shù)設(shè)計并編寫有關(guān)說明書；⑦編制職工定員表，提出車間投資和預(yù)算表。3>施工設(shè)計：施工設(shè)計是設(shè)計的最后階段，一般在技術(shù)設(shè)計批準(zhǔn)后進行，施工設(shè)計的任務(wù)在于為設(shè)備制造、廠房基礎(chǔ)及其他構(gòu)筑物的施工提供依據(jù)。 其主要內(nèi)容有： 車間全部土建設(shè)計； 繪制各項設(shè)備的施工圖紙；施工時，有關(guān)的文件準(zhǔn)備和說明。4） 現(xiàn)場施工，安裝，調(diào)試，試生產(chǎn)階段5） 設(shè)計總結(jié)煉鋼廠的設(shè)計任務(wù)和大致程序可有圖 1.2表示建E行性班交雇告工，：上戳下達也計住翱書： 1--- 匚牌同闌刎||一———1 T?；一制產(chǎn)品士- 噴址屐授［暨g」_l 上.場j---|卜T叫國］ r'ft#irw-LJ?5Si+J=5 1—1..鬼好試運轉(zhuǎn)?一.毛一|工程腫及！」?，一域2、電爐物料平衡和熱平衡計算計算目的和意義煉鋼過程的物料平衡與熱平衡是建立在物質(zhì)和能量守恒的基礎(chǔ)上的。 其主要目的是比較整個冶煉過程中物料、能量的收入項和支出項，為改進操作工藝制度，確定合理的設(shè)計參數(shù)和提高煉鋼技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)提供定量的依據(jù)。由于煉鋼是一個復(fù)雜的高溫物理化學(xué)變化過程，加上測試手段有限，目前還難以做到精確取值和計算。 盡管如此，它對指導(dǎo)煉鋼生產(chǎn)和設(shè)計仍有重要的意義?，F(xiàn)代電弧爐冶煉工藝與傳統(tǒng)三段式工藝有較大的變化， 目前主要方式是：在超高功率電弧爐內(nèi)借助大功率供電、高強度供氧和氧燃燒嘴等輔助供熱手段快速熔化廢鋼并完成脫碳脫磷任務(wù)，然后在精煉爐內(nèi)完成脫氧、脫硫、微調(diào)合金成份、去除夾雜等任務(wù)。本次計算仍按傳統(tǒng)電弧爐三段式工藝做物料平衡與熱平衡計算。物料平衡計算所需原始數(shù)據(jù)基本原始數(shù)據(jù)有：冶煉鋼種及其成分（表 2-1）;原材料成分（表2-2）;爐料中元素?zé)龘p率（表2-3）;合金元素回收率（表2-4）;其他數(shù)據(jù)（表2-5）。

表2-1冶煉鋼種及其成分鋼種類別CSiMnCrTiSPFe備注化學(xué)成0.17?0.20?0.80?1.00?0.06?余20CrMnTi分/%0.240.401.101.300.120.040.04量熔氧法冶煉控制成分/%0.200.300.951.150.090.040.04余量表2-2原材料成分名稱CSiMnPSCrTiAlFeH0灰分揮發(fā)分碳素廢鋼0.180.250.550.0300.030余量煉鋼生鐵4.200.800.600.2000.035余量FeMn6.60.567.80.230.13027.74FeSi730.50.050.0302.523.92FeCr4.350.40.0350.04567.327.87FeTi4.82.13306.955.17Al98.51.5焦炭81.500.5812.405.52電極99.001.00名稱CaOSiO2MgOAl2OCaEFe2O3COHbOP2QS心灰88.002.502.601.500.504.640.100.100.06螢后0.305.500.601.4588.001.501.500.900.10鐵礦石1.305.750.301.4589.771.200.150.08火磚塊0.5560.800.6036.801.25高鋁磚1.256.400.1291.350.88

鎂砂4.103.6589.500.851.90焦炭灰分4.4049.700.9526.2518.550.15電極灰分8.9057.800.1033.10表2-3爐料中元素?zé)龘p率成份CSiMnPS燒損率/%熔化期25?40,取3070?95,取8560?70,取6540?50,取45可以忽略氧化期0.06①全部燒損200.015②25?30,取27②按末期含量比規(guī)定下限低0.03?0.1%（取0.06%）確定（一般不應(yīng)低于0.30%的脫碳量）；②按末期含量0.015%來確定。表2-4合金元素回收率合金原料加入時間回收率/%CSiMnCrAlTiFeMn還原初期10010096出鋼前10010098FeSi還原初期651000還原后期9610060FeCr還原初期10010096FeTi還原初期10010060Al還原初期預(yù)脫氧0還原后期終脫氧40Fe-Si粉還原期擴散脫氧501000Al粉還原期擴散脫氧0

表2-5其他數(shù)據(jù)名稱參數(shù)配碳量比鋼種規(guī)格控制成分高 0.70%,即達0.90%熔化期脫碳量30%,即0.90X30%=0.27kg（金屬爐料配入量按100kg）電極消耗量5kg/t（金屬料）：其中熔化期占60%氧化期和還原期各占 20%爐頂高鋁磚消耗量1.5kg/t（金屬料）：其中熔化期占50%,氧化期占35%還原期占15%爐襯鎂磚消耗量5kg/t（金屬料）：其中熔化期占40%氧化期和還原期各占 30%熔化期和氧化期所需要氧量50林自氧氣，其余50麻自空氣和礦石氧氣純度和利用率99%,余者為出氧利用率90%焦炭中碳的回收率75%（指配料用焦炭）碳氧化產(chǎn)物均按70%fe成CO30%fe成CO考慮煙塵量按8.5kg/t（ 金屬料）考慮2.2.2物料平衡基本項目收入項有：廢鋼、生鐵、焦炭、石灰、礦石、螢石、電極、爐襯鎂磚、爐頂高鋁磚、火磚塊、鐵合金、氧氣和空氣。支出項有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵、焦炭中揮發(fā)分。2.2.3計算步驟以100kg金屬爐料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)，按工藝階段一一熔化期、氧化期和還原期分布進行計算，然后匯總成物料平衡表。第一步：熔化期計算。（1）確定物料消耗量：1）金屬爐料配入量。廢鋼和生鐵按 85kg和15kg搭配，不足碳量用焦炭來配。其結(jié)果列于表2-6。計算所用原始數(shù)據(jù)見表 2-5。

表2-6爐料配入量名稱用量/kg配料成分/kgCSiMnPSFe廢鋼85.0000.1530.2130.4680.0260.02684.116生鐵15.0000.6300.1200.0900.0300.00514.125焦炭0.1910.117合計100.1910.9000.3330.5580.0560.03198.241①碳燒損率25%2）其他原材料消耗量。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 2-5。（2）確定氧氣和空氣消耗量：耗氧項包括礦料中元素的氧化，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。前后二者之差即為所需凈氧量2.046kg。詳見表2-7。根據(jù)表2-5中的假定，應(yīng)由氧氣供給的氧氣為50%即為2.316X50%=1.158kg,空氣應(yīng)供氧1.158-0.270=0.888kg。由此可求出氧氣與空氣的實際耗氧量。詳見表2-8。上述（1）+（2）便是熔化期的物料收入項。表2-7凈耗氧量的計算項目名稱元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量/kg耗羊l厘/kg供氧量/kg耗氧項爐料中元素的氧化C(C)-{CQ0.1890.252(C)f{CO}0.0810.216Si(Si)—(SO)0.2830.323Mn(Mn)f(MnO)0.3620.105

P(P)-RO)0.0250.032Fe(Fe)f(FeO)①0.2950.084(Fe)—(FezQ)①1.6700.716小計2.9051.729焦炭中碳的氧化C(C)-{CQ0.0270.036(C)-{CO}0.0120.031電極中碳的氧化C(C)-{CQ0.2100.280(C)—{CO}0.0900.240合計3.2442.316供氧項礦石Fe2O3Fe2O=2Fe+3/2O20.269心灰SCaO+S=CaS+O0.001合計0.270凈耗氧量2.046①令鐵燒損率為2%,其中80%生成Fe?Q揮發(fā)掉成為煙塵的一部分；20%成渣。在20%這中，按3:1的比例分別生成(FeO)和(FezQ)。表2-8氧氣與空氣實際消耗量氧氣/kg空氣/kg帶入O2帶入N2帶入O2帶入Nb1.2870.0130.8882.9721.3003.860注：空氣中N2與Q的質(zhì)量比為77/23,假設(shè)空氣中氧的利用率為 100%(3)確定爐渣量：爐渣源于爐料中Si、MnP、Fe等元素的氧化產(chǎn)物，爐頂和爐襯的蝕損，焦炭和電極的灰分，以及加入的各種熔劑。結(jié)果見表 2-9。(4)確定金屬量：金屬量 Qi=金屬爐料重+礦石帶入的鐵量—爐料中 C、Si、MnP和Fe的燒損量+焦炭配入的碳量=100+0.628-2.905+0.117=97.840kg 。

(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CO,氧氣和空氣帶入的N2,物料中的代0及其反應(yīng)產(chǎn)物，游離Q及其反應(yīng)產(chǎn)物，石灰的燒減(CO),焦炭的揮發(fā)分。計算結(jié)果列于表 2-10。表2-9熔化期爐渣量的確定名稱消耗重/kg成渣組分/kgCaOSiO2MgOAlzQMnOFeOFe?QP2C5CaS合計爐料中元素的氧化Si0.2830.6060.606Mn0.3620.4680.468P0.0250.0590.059Fe0.3930.3790.1400.519爐頂0.0750.0010.005略0.0690.0010.075爐襯0.2000.0080.0070.1790.0020.0040.200焦炭0.1910.0010.012略0.0060.004略0.023電極0.300略0.002略0.0010.003礦石1.0000.0130.0580.0030.0150.8980.0020.0020.091石灰2.0001.7580.0500.0520.0300.0100.0020.0031.905合計1.7810.7390.2340.1220.4680.3790.1590.0620.0053.948質(zhì)量分數(shù)/%45.10818.710.5.9263.08811.8479.5974.0321.5770.114100.000①石灰中CaO被自身S還原，消耗0.002kgCaO。②設(shè)Fe2O3全部還原，還原出的Fe量為1X0.8977x112/160=0.628kg表2-10爐氣量計算

項目氣態(tài)產(chǎn)物/kgCOCONbHO揮發(fā)物合計爐料中C的氧化0.4410.2970.738焦炭帶入0.0640.0430.0010.0110.118電極帶入0.4900.3300.820礦后帶入0.0120.012石灰?guī)?.0930.0020.095氧氣帶入0.0130.013空氣帶入2.9720.0383.011游離O2參與反應(yīng):CO+1/2O2=CO-0.2250.3540.129H2O參與反應(yīng)：H2O+CO=2+CO-0.0830.131-0.0530.0060.000合計0.6861.2472.9850.0000.0060.0114.9355質(zhì)量分數(shù)/%13.90625.27360.4860.0000.1200.214100.000注：空氣含水量的計算條件：溫度為20C,空氣密度1.205kg/m3,空氣飽和含水量為17.117g/m3(6)確定鐵的揮發(fā)量：由表2-7中的設(shè)定，鐵的揮發(fā)量為98.241X2%X80%=1.572kg。上述(3)+(4)+(5)+(6)便是熔化期的物料支出量。由此可列出熔化期物料平衡表 2-11。表2-11熔化期物料平衡表收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%廢鋼85.00078.035金屬97.84090.345生鐵15.00013.771爐渣3.9483.646焦炭0.1910.175爐氣4.9354.557電極0.3000.275鐵的揮發(fā)1.5721.452礦石1.0000.918(其余煙塵)(列入總物料平衡表中)心灰2.0001.836爐頂0.0750.069爐襯0.2000.184氧氣1.3001.193空氣3.8603.544合計108.926100.000合計108.296100.000注：計算誤差=(108.926-108.296)/108.926X100%=0.578%第二步：氧化期計算。引起氧化期物料波動的因素有： 扒除熔化渣，造新渣；金屬中元素的進一步氧化； 爐頂、爐襯的蝕損和電極的蝕損。(1)確定渣量：1)留渣量。為了有利去磷，要進行換渣，即通常除去 70%￡右熔化渣，而進入氧化期只留下30%勺渣。其組成見表2-12。2)金屬中元素的氧化產(chǎn)物。根據(jù)表2-3給出的值可以計算產(chǎn)物量，詳見表2-12。3)爐頂、爐襯的蝕損和電極的燒損量。根據(jù)表2-5的假定進行計算，其結(jié)果一并列入表2-12。4)造新渣時加入石灰、礦石和火磚塊帶入的渣量，見表2-12。(2)確定金屬量：根據(jù)熔化期的金屬量以及表 2-12中的元素?zé)龘p量和礦石還原出來的鐵量，即可得氧化末期的金屬量為：97.840-(0.050+0.112+0.016+0.021+0.008+0.522)+0.628=97.559kg 。(3)確定爐氣量:

計算方法如同熔化期。 先求凈耗氧量（表2-13）,再確定氧氣與空氣消耗量 （表2-14）,最后將各種物料或化學(xué)反應(yīng)帶入的氣態(tài)產(chǎn)物歸類，而得其結(jié)果（表2-15）。熔化期和氧化期的綜合物料平衡比列于表 2-16。氧化期末金屬成分見表 2-17。表2-12氧化期渣量的確定名稱消耗重/kg成渣組分/kgCaOSiO2MgOALQMnOFeOFe2QP2C5CaS合計留法1.185kg0.5340.2220.0700.0370.1400.1140.0480.0190.0011.185爐料中元素的氧化或燒損Si0.0500.1070.107Mn0.1120.1440.144P0.0160.0360.036Fe0.2010.2120.0510.263S0.008-0.0150.0190.004爐頂蝕損量0.0530.0010.003略0.048略0.053爐襯蝕損量0.1500.0060.0050.1340.0010.0030.150電極燒損量0.100略0.001略略0.001石灰?guī)?.4042.1130.0600.0630.0360.0120.0020.0032.289礦石帶1.0000.0130.0580.0030.0150.8980.0020.0020.091

入火磚塊帶入0.5000.0030.3040.0030.1840.0060.500合計2.6560.7600.2730.3210.2840.3260.1210.0590.0254.823質(zhì)量分數(shù)/%55.06015.7465.6606.6495.8946.7502.5001.2210.520100.00①石灰中CaO被自身S還原，消耗0.002kgCaO。表2-13凈耗氧量的計算名稱元素?zé)龘p量/kg反應(yīng)產(chǎn)物耗羊i厘/kg供氧量/kg金屬中元素的氧化C0.522(C)-{CO0.488(C)-{CO}0.418Si0.050(Si)—(SiO2)0.057Mn0.112(Mn)f(MnO)0.032P0.016(P)-(P2Q)0.020Fe0.201(Fe)f(FeO)0.043(Fe)—(Fe2c3)0.022電極中碳的氧化C0.099(C)-{CO0.092(C)-{CO}0.079合計1.251礦石供氧FezQ0.898Fe2O3=2Fe+3/2O20.269石灰中S還原CaOS0.001CaO+S=CaS+O0.001金屬中S還原CaO供氧S0.008CaO+S=CaS+O0.017合計0.286凈耗氧量0.965

表2-14氧氣和空氣實際消耗量氧氣/kg空氣/kg帶入O2帶入N2帶入O2帶入Nb0.6950.0070.3391.1360.7021.476表2-15爐氣量項目氣態(tài)氧化物/kgCOCON2H2O合計金屬中C的氧化0.8530.5751.428電極帶入0.1620.1090.271礦后帶入0.0120.012石灰?guī)?.1120.0020.114氧氣帶入0.0070.007空氣帶入1.1360.0151.151游離Q反應(yīng):CO+1/2O2=CO-0.1220.1910.070HO反應(yīng)：H2O+CO=2+CO-0.0450.071-0.0290.0030.000合計0.8481.0571.1430.0000.0033.052質(zhì)量分數(shù)/%27.78634.64537.4630.0000.106100.000注：空氣含水量的計算：溫度為20C,空氣密度1.205kg/m3,空氣飽和含水量為17.117g/m3表2-16熔化期和氧化期綜合物料平衡表收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%

廢鋼85.00073.714金屬97.55985.052生鐵15.00013.008爐渣7.5876.615焦炭0.1910.166爐氣7.9876.963電極0.4000.347鐵的揮發(fā)1.5721.370礦石2.0001.734（其余煙塵）（例如總物料平衡表中）心灰4.4043.819火磚塊0.5000.434爐頂0.1280.111爐襯0.3500.304氧氣2.0021.736空氣5.3364.627合計115.310100.000合計114.706100.000注：計算誤差=(115.310-114.706)/115.310X100%=0.524%表2-17氧化期末金屬成分（質(zhì)量百分數(shù)）CSiMnPS0.1100.0000.0860.0150.023第三步、還原期計算：還原期采用白渣操作。引起該期物料變化的因素有： 扒除氧化渣,再造稀薄渣；擴散脫氧和沉淀脫氧。（1）確定渣量：1）殘渣量。工藝上要求盡量扒凈氧化渣，但實際操作條件下難以完全除去。現(xiàn)定殘渣量為5%即4.823X5%=0.241kg（見表2-12）.其組成列于表2-18。2）造稀薄渣加入的渣料。渣料組成比為 m（石灰）：m（螢石）：m（火磚塊）=3:1:0.5,其用量應(yīng)保證順利完成脫硫任務(wù)。根據(jù)理論和實踐，欲使 S在還原期降至0.015%以下，加入量為鋼水量的2%-3%本計算取3%如暫定鋼水量為98kg,則得到渣料量為：98X3%=2.940kg,即石灰、螢石、火磚塊的用量分別為 1.960kg、0.653kg、0.327kg。其組成列于表2-18。3)加入脫氧劑。 采用沉淀脫氧和擴散脫氧相結(jié)合的方式， 即稀薄渣形成后， 先按0.6kg/t插鋁預(yù)脫氧；再分批加入碳粉( 2.5kg/t)和硅鐵粉( 5kg/t)進行擴散脫氧；待渣變白色，按0.5kg/t插鋁終脫氧。其入渣組成列于表 2-18。4)加入合金劑。還原期需往爐內(nèi)加入 FeMn、FeCr、FeTi和FeSi進行合金化。加入量計算如下。計算結(jié)果列入表 2-18。FeMn加入量CUFeMn是在還原初期插Al預(yù)脫氧后加入的。根據(jù)表2-2和表2-4以及應(yīng)增加的 w[Mn]=0.950%—0.086%=0.864%確定： QMn=FeCr加入量Q。FeCr亦在還原初期隨FeMn之后加入。計算過程同 FeMn根據(jù)表2-2和表 2-4以及應(yīng)增加的 w[Cr]=1.15%確定： QCr=FeTi加入量QnoFeTi亦在還原初期隨FeMn之后加入。計算過程同 FeMn根據(jù)表2-2和表 2-4以及應(yīng)增加的 w[Ti]=0.09%確定： QTi=FeSi加入量 QSi。FeSi在還原后期加入。 計算過程同 FeMn，根據(jù)表2-2和表2-4以及應(yīng)增加的w[Si]=0.30%和擴散脫氧 FeSi粉帶入金屬中的 Si確定：QSi=表2-18還原期造渣的確定名稱成渣組分/kgCaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFez。Cr2OTiO2CaF2P2OCaS合計殘渣量/kg0.2410.1330.0380.0140.0160.0140.0160.0060.0030.0010.241爐頂蝕損/kg0.023略0.001略0.021略0.023爐襯蝕損/kg0.1500.0060.0050.1340.0010.0030.150造渣劑石灰/kg1.9601.7250.0490.0510.0290.0100.0020.0031.869螢石/kg0.6530.0020.0360.0040.0090.0100.5750.0060.0010.643火磚塊/kg0.3270.0020.1990.0020.1200.0040.327脫氧劑Al塊（預(yù)脫氧）/kg0.0590.1110.111C粉/kg0.240.0010.015略0.0080.006略0.030

5FeSi粉0.4900.3830.0230.406Al塊（終脫氧）/kg0.0490.0560.056脫硫:[CaO]+[FeS]—(CaS)+(FeO)0.008-0.0140.0180.0180.022小計1.8550.7270.2050.3950.0140.0340.0380.5750.0110.0233.877其他反應(yīng)(FeO)+C—[Fe]+{CO}-0.009-0.009(FezQ)+3C—2[Fe]+3{CO}-0.015-0.0152(FeO)+Si—2[Fe]+(SiO2)0.006-0.013-0.0082(Fe2O3)+3Si—4[Fe]+3(SiO2)0.014-0.023-0.0092(P2O5)+5Si—4[P]+5(SiO2)0.011-0.0110.0012(CaF2)+(SiO2)一2(CaO)+{SiF4}0.206-0.118-0.287-0.199合金劑FeMn/kg1.3010.0460.046

FeCr/kg1.7440.0690.069FeTi/kg0.4900.0980.098FeSi/kg0.1640.0100.0030.013合計2.0620.6500.2050.3980.0600.0120.0000.0690.0980.2870.0000.0233.863質(zhì)量分數(shù)/%53.37116.8315.30110.3001.5470.3010.0001.7862.5377.4300.0000.596100.000注：1）預(yù)脫氧Al的燒損率是100%終月^氧Al的燒損率是60%C粉中含灰分12.4%;FeSi粉中Si的燒損率50%Al的燒損率是100%2）金屬脫硫量98*（0.023-0.015）%=0.008kg;該反應(yīng)消耗CaO0.008*（56/32）=0.014kg。3）令：還原末期渣中（ FeO）含量為0.3%,即3.877*0.3%=0.012kg,因此應(yīng)被還原的（FeO）為：0.016+0.018-0.012=0.022kg; （FezQ）為0.038kg;渣中的（FeQ和（FezO）有40蹴C還原，60%^Si還原，（P2Q）全部被Si還原，；（CaF2）有50娼與反應(yīng)。還原（FeQ和（Fe2Q）消耗的C為：0.002+0.004=0.006kg（2）確定爐氣量：先計算凈耗氧量（表2-19）和空氣消耗量（表2-20）,再將其他方面帶入的氣態(tài)產(chǎn)物歸類合并，既得其結(jié)果（表2-21）。表2-19凈耗氧量計算名稱元素?zé)龘p量/kg反應(yīng)產(chǎn)物耗羊i厘/kg供氧量/kg電極中碳的氧化C0.099Cf{CO0.132C粉中碳的氧化C0.180Cf{CO0.233FeSi粉中Si、Al的氧化Si0.179Sif(SiO2)0.204Al0.012Alf(Al2O)0.011Al塊的氧化Al0.087Alf(Al2O)0.077FeMn中Mn的燒損Mn0.035Mn^(MnO)0.010FeCr中Cr的燒損Cr0.047Crf(ClO)0.022FeTi中Ti的燒損Ti0.059Tif(TiO2)0.039FeSi中Si、Al的燒損Si0.006Sif(SiO2)0.007Al0.002Alf(Al2O)0.001心灰中S還原CaOS0.001CaO+S-CaS+O0.001金屬中S還原CaO供氧S0.008CaO+S-CaS+O0.004

合計0.7370.005凈耗氧量0.732注：C粉中約10%勺C轉(zhuǎn)入金屬中，即0.245*81.5%*10%=0.020kg;0.180kg包括還原渣中（FeQ和（Fe2O3所消耗的C量0.006kg和被空氣中的O2燃燒的C量0.174kg。表2-20空氣消耗量及其帶入的水分空氣供Q量/kg隨O帶入的Nb量/kg0.7322.452空氣消耗量3.185kg空氣帶入的水分 0.032kg表2-21爐氣量項目氣態(tài)氧化物/kgCOCONbH2OH2SiF4揮發(fā)分合計C粉帶入0.4080.0010.0100.419電極帶入0.2310.231石灰?guī)?.0910.0020.093螢后帶入0.0100.010空氣帶入2.4520.0322.484HbO+CO=H-CO2-0.0690.109-0.0440.0050.0002(CaF2)+(SiO2)0.2040.204

—2(CaO)+{SiF4}合計0.5000.2002.4520.0000.0050.2040.0103.371質(zhì)量分數(shù)/%14.8445.92172.7340.0000.1476.0600.294100.00表2-22鋼水量及其成分項目鋼水成分/kgCSiMnCrTiPSAlFe合計還原初期金屬帶入0.1080.0840.0150.02297.33197.559C粉帶入0.0200.020FeSi粉帶入0.1790.002略略0.1170.299FeMn帶入0.0860.0070.8470.0030.0020.3611.305FeCr帶入0.0760.0071.1270.0010.0010.4861.697FeTi帶入0.0240.0100.0880.0340.2700.426FeSi帶入0.1150.001略略0.0020.0390.119Al帶入0.0190.0010.020渣中（FeO）和（Fe?Q）被GSi還原帶入Fe0.0440.044渣中（P2Q）被Si還原帶入P0.0050.005金屬(CaO)+[FeS]一(CaS)+(FeO)-0.008-0.014-0.022總計0.2890.3310.9441.1270.0880.0230.0170.05698.636101.512質(zhì)量分數(shù)/%0.2850.3260.9301.1100.0870.0230.0170.05597.167100.00

表2-23還原期物料平衡表收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%金屬液97.55989.718鋼液101.51293.347爐渣0.2410.222爐渣3.8633.552心灰1.9601.802爐氣3.3713.100螢后0.6530.601（其余煙塵）（列入總物料平衡表中）火磚塊0.3270.301Al塊0.1080.099C粉0.2450.225FeSi0.6540.602FeMn1.3011.197FeCr1.7441.604FeTi0.4900.451電極0.1000.092爐頂0.0230.021爐襯0.1500.138空氣3.1852.929合計108.740100.000合計108.747100.000注：計算誤差=（108.740-108.747）/108.740X100%=-0.006%將表2-16和表2-23歸并合并，即得總物料平衡表 2-24。表2-24總物料平衡表收入支出

項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%廢鋼85.00067.327鋼液101.51280.106生鐵15.00011.881爐渣11.4509.036心灰6.3645.041爐氣11.3598.963螢后0.6530.517鐵的揮發(fā)1.5721.241火磚塊0.8270.655（其余煙塵）0.8290.654礦石2.0001.584焦炭0.4360.345爐頂0.1500.119爐襯0.5000.396氧氣2.0021.586空氣8.5206.749電極0.5000.396Al0.1080.085FeMn1.3011.031FeCr1.7441.382FeTi0.4900.388FeSi0.6540.518合計126.250100.000合計126.722100.000注：計算誤差=(126.250-126.722)/126.250X100%=-0.374%熱平衡計算計算所需原始數(shù)據(jù)計算所需基本原始數(shù)據(jù)有：各種入爐料及產(chǎn)物的溫度（表2-25）;物料平均熱容（表2-26）;反應(yīng)熱效應(yīng)（表2-27）;溶入鐵水中的元素對鐵熔點的影響（表2-28）。其他數(shù)據(jù)參照物料平衡選取。

表2-25入爐物料及產(chǎn)物的溫度設(shè)定值名稱入爐物料產(chǎn)物鐵水①廢鋼其他原料爐渣爐氣煙塵溫度（C）12502525與鋼水相同14501450①純鐵熔點為1536c表2-26物料平均熱容物料名稱生鐵鋼爐渣礦石煙塵爐氣固態(tài)平均熱容（kJ/kg-K）0.7450.699一1.0470.996一熔化潛熱（kJ/kg）218272209209209一液態(tài)或氣態(tài)平均熱容（kJ/kgK）0.8370.8371.248一一1.137表2-27煉鋼溫度下的反應(yīng)熱效應(yīng)組元化學(xué)反應(yīng)AH(kJ/kmol)AH(kJ/kg)C[C]+1/2{O2}—{CO} 氧化反應(yīng)-139420-11639C[C]+{O2}—{CO2} 氧化反應(yīng)-418072-34834Si[Si]+{O2}—(SiO2) 氧化反應(yīng)-817682-29202Mn[Mn]+1/2{O2}—(MnO) 氧化反應(yīng)-361740-6594P2[P]+5/2{O2}一（P2。） 氧化反應(yīng)-1176563-18980Fe[Fe]+1/2{O2}—(FeO) 氧化反應(yīng)-238229-4250Fe2[Fe]+3/2{O2}—(Fe2O3) 氧化反應(yīng)-722432-6460SiO2(SiO2)+2(CaO)—(2CaO.SiO2) 成渣反應(yīng)-97133-1620P2Q(P2O5)+4(CaO)—(4CaO.P2O5) 成渣反應(yīng)-693054-4880

CaCOCaCO-(CaO)+{CO2}分解反應(yīng)1690501690MgCOMgCO-(MgO)+{CO2}分解反應(yīng)1180201405表2-28溶入鐵水中的元素對鐵熔點的降低值元素CSiMnPSAlCrN、HO在鐵中的極限溶解度/%5.4118.5無限2.80.1835.0無限溶入1%沅素使鐵熔點降低值/c65707580859010085302531.5氮、氫、氧溶入使鐵熔點降低值/c藝=6適用含量范圍/%<1.0122.533.54<3150.70.08<1<18計算熱收入Qs以100kg金屬料(廢鋼+生鐵)為基礎(chǔ)。(1)物料的物理熱。計算結(jié)果列于表2-29。(2)元素氧化熱及成渣熱。計算結(jié)果列于表2-30。(3)消耗的電能。根據(jù)消耗的熱量確定，為189272.734kJ。詳見下面的計算。表2-29物料帶入的物理熱名稱熱容/kJ(kgK)-1溫度/K消耗量/kg物理熱/kJ廢鋼0.69929885.0001485.375生鐵0.74529815.000279.375心灰0.7282986.364115.827螢后0.8982980.65314.660火磚塊0.8582980.82717.739

礦石1.0472982.00052.350焦炭0.8582980.4369.352爐頂高Al磚0.8798730.15079.110爐襯Mg磚0.9968730.500298.800氧氣1.3182982.00265.968空氣0.9632988.520205.129電極1.5077230.500339.075Al0.8962980.1082.415FeMn0.6782981.30122.057FeCr0.5655731.744295.670FeTi0.5105730.49074.970FeSi0.7452980.65412.187合計3374.138計算熱支出Qz(1)鋼水物理熱Qgjo該鋼熔點為：1536-(0.285X65+0.326X8+0.930X5+1.110X1.5+0.087X30+0.023X25+0.017X3)-6=1501.268C;出鋼溫度控制在中下限， 本計算中取1580C。按鋼水量和熱容算出物理熱Qg=101.512X[0.699X(1501.268-25)+272+0.837X(1580-1501.268)]=139052.355kJ 。(2)爐渣物理熱Qr。計算結(jié)果如表2-31所示。(3)吸熱反應(yīng)消耗的熱量 Qh=詳見表2-32。(4)爐氣物理熱Qx。令爐氣溫度為1200C,熱容為1.137kJ/(kg ?K)(表2-26),由爐氣量可得：Qx=11.359X1.137X(1450-25)=18403.698kJ(5)煙塵物理熱Qy。將鐵的揮發(fā)物計入煙塵中，煙塵熱容為 0.996kJ/(kg?K)(表2-26),則得：Qy=(1.572+0.829)X0.996X(1450-25)=3408.099kJ

(6)冷卻水吸熱Ql。如爐子公稱容量為 50t,冷卻水消耗量為30m3/h,冷卻水進出口溫差為 20C,冶煉時間平均為4h,則得Ql=30X1000X4X4.185X20/500=20088.00kJ表2-30元素氧化熱及成渣熱名稱氧化量/kg化學(xué)反應(yīng)A-1H/kJ.kg放熱量/kJ電極中C0.376C+1/2{O2}—{CO}-116394378.5920.119C+{O2}—{CO2}-348344138.279焦炭中C0.207C+1/2{O2}—{CO}-116392409.3600.012C+{O2}—{CO2}-34834407.558金屬中Si0.3332(FeO)+[Si]—2[Fe]+(SiO2)-113293766.893FeSi中Si0.0032(FeO)+Si—2[Fe]+(SiO2)-1132929.4580.0062(Fe2O3)+3Si—4[Fe]+3(SiO2)-975062.8910.170Si+{O2}—(SiO2)-292024978.4190.0052(P2O5)+5Si—4[P]+5(SiO2)-918548.815金屬中Mn0.474[Mn]+(FeO)—(MnO)+[Fe]-21761031.152FeMn中Mn0.035Mn+(FeO)—(MnO)+[Fe]-217676.794Al塊0.0872Al+3(FeO)—(Al2O)+3[Fe]-145721265.972FeSi粉中Al0.0142Al+3(FeO)—(Al2O)+3[Fe]-14572202.451FeCr中Cr0.0472Cr+3(FeO)—(Cr2O)+3[Fe]-2982140.030FeTi中Ti0.006Ti+2(FeO)—(TiO2)+2[Fe]-856852.436續(xù)表2-30金屬中P0.0412[P]+5(FeO)—(P2O5)+5[Fe]-241998.753Fe3.738[Fe]+1/2{O2}—(FeO)-425015887.958

1.6702[Fe]+3/2{O2}一(FezO)-646010788.799SiO2成渣1.8892(CaO)+(SiO2)—(2CaO.SiO2)-16203059.905P2Q成渣0.1004(CaO)+(P2Q)—(4CaO.P2Q)-4880485.677合計53310.192(7)其他熱損失Qq。包括爐體表面散熱熱損失、開啟爐門熱損失、開啟爐蓋熱損失、電極熱損失等。其損失量與設(shè)備的大小、冶煉時間、開啟爐門和爐蓋的總時間以及爐內(nèi)的工作溫度有關(guān)。實踐表明，該項熱損失約占總熱收入的 6唳9%,本計算中取8%(8)變壓器及短網(wǎng)系統(tǒng)的熱損失 Qb一般，該損失量為總熱收入的 5%?7%。本計算取6%。令總熱收入等于Qs,則：Qs=Qg+Qr+Ql+Qq+Qb+Qy+Qx+QhQs=245952.985kJ故應(yīng)供電能為：245952.985-3370.059-53310.192=189272.734kJ ;Qq=19676.239kJ;Qb=14757.179kJ?？偀崞胶庥嬎憬Y(jié)果列于表 2-33。表2-31爐渣物理熱名稱熔化期爐渣氧化期爐渣還原期爐渣合計溫度/c150016501620…、. -1熱容/kJ(kg.K)1.1721.2161.210物理熱/kJ5355.66010012.2428262.55523630.457表2-32吸熱量名稱氧化量化學(xué)反應(yīng)A-1H/kJ.kg吸收熱/kJ金屬脫碳0.792(FeO)+[C]—[Fe]+{CO}62444947.596渣中(FeO)和(Fe2O)被碳粉中的碳還原0.001(FeO)+C—[Fe]+{CO}62449.2780.003(Fe2O3)+3C—2[Fe]+3{CO}852029.442金屬脫硫0.014(CaO)+[FeS]—(CaS)+(FeO)214329.417

心灰燒減0.295CaCO3-CaO+CO41771233.447水分揮發(fā)(由25cz1200C)石灰?guī)?.006礦后帶入0.024螢后帶入0.010焦炭帶入0.003空氣帶入0.085小計0.127代冊{H2O}1200C1227156.333金屬增碳0.299八[C]1779531.448合計6936.959表2-33熱平衡表收入支出項目熱量/kJ%項目熱量/kJ%物料物理熱3370.0591.370鋼水物理熱139052.35556.536氧化熱和成渣熱53310.19221.675爐渣物理熱23630.4579.608其中： C氧化11333.7894.608吸熱反應(yīng)消耗熱6936.9592.820Si氧化9305.9703.613爐氣物理熱18403.6987.483Mn氧化1107.9460.450煙塵物理熱3408.0991.386P氧化98.7530.040冷卻水吸熱20088.008.167Al氧化1468.4220.597其他熱損失19276.2398.000Cr氧化140.0300.057變壓器系統(tǒng)熱損失14757.1796.000Ti氧化52.4360.021Fe氧化26676.75710.846SiO2氧化3059.9051.244P2Q氧化485.6770.197電能189272.73476.955合計245952.985100.000合計245952.985100.003、電弧爐主要參數(shù)設(shè)計電爐容量的確定為了確定電爐公稱容量和爐子座數(shù)，首先要估算每次出鋼量 q(t)計算公式為:式中：A——車間產(chǎn)品方案中確定的年產(chǎn)量， t,計算中取1000000t;t——為電爐冶煉時間，h,計算中取1h;8760——年日歷時間，h;——作業(yè)率，一般，計算中取 92%y——良坯收得率，連鑄一般為 95%~96%計算中取96%由計算公式可得，每次出鋼量 q(t)=129.252t,取電爐公稱容量為G=150t。電弧爐爐型爐型是指爐子內(nèi)部空間的形狀和尺寸?，F(xiàn)今，大型高功率電弧爐均為圓桶形爐體和拱頂爐蓋，三電極分布在等邊三角形頂點上。另外，自發(fā)展電爐高功率和超高功率技術(shù)以來，新型電爐多采用水冷壁以及水冷爐頂，而當(dāng)今采用水冷壁的電弧爐爐壁均作成柱形。采用高架式超高功率偏心底出鋼電弧爐。上有全水冷式爐蓋，出鋼任務(wù)由液壓傾動裝置完成。爐底設(shè)計成盤型便于留鋼留渣。車間相關(guān)技術(shù)： 1)第四孔采用除塵裝置，通過爐體式封閉除塵，改善車間環(huán)境；2)采用管式水冷爐壁設(shè)計； 3)由于廢

鋼比例較高，采用完整的環(huán)保型廢鋼余熱設(shè)備和系統(tǒng);4)鋼比例較高，采用完整的環(huán)保型廢鋼余熱設(shè)備和系統(tǒng);4)風(fēng)力送樣和全計算機自動化控制系統(tǒng)。圖3-1電弧爐的爐型爐缸將爐體剖開，向爐門方向看，熔池形狀見圖 3-2o(1)熔池的形狀熔池形狀應(yīng)有利于冶煉反應(yīng)的順利進行，砌筑容易，修補方便。目前使用的多為錐球型熔池，上部分為倒置的截錐，下部分為球冠(如圖3-1所示)，球冠型爐底使得熔化了的鋼液能積蓄在熔池底部，迅速形成金屬熔池，有利于加快爐料的熔化及早造渣去磷。截錐型電弧爐爐坡傾角為 45。，使被侵蝕后的爐坡容易得到修補(補爐鎂砂的自然傾角為 45。)，且有利于出盡鋼水。圖3-2熔池形狀(2)熔池尺寸計算熔池的容積應(yīng)能容納全部鋼水和約為鋼水量 7%~8%1熔渣，并留有適當(dāng)余量。熔池直徑D和熔池深度H的比值D/H是確定爐型的基本參數(shù)。熔池的直徑和深度應(yīng)有一定的比例，通常D/H=4.5?5.0較適宜。本設(shè)計計算中選取5.0。由截錐體和球冠體的體積計算公式可知，熔池體積 V)()計算公式為：TOC\o"1-5"\h\z, 2 .2wh2 2 2 .r hiVb——RRrr h1————\o"CurrentDocument"3 2 6式中：h1——球冠部分高度，已知 h尸H/5;h2——倒圓錐部分高度， h2=H-h1=H-H/5=4/5H;R——熔池(在門坎水平面上)半徑，R=D/2=5/2H?？紤]到為便于爐子容易全部出鋼， 通常采取D/H=5,即D=5Hr——球冠半徑，r=d/2=17/10H,因d=D-2h2=5H-8/5H=17/5H;

把上列數(shù)值帶入熔池體積式中，整理后可得:3 _3Vb 12.1H 0.0968D3鋼披體積：Vm=GV=150*0.14=21.000m式中：G——爐子額定容量，t;V0——一噸鋼液的體積， m3/t,取V0=0.14m3/t。熔渣體積可取鋼液體積的 10%~15%計算中取15%則Vsg=21.000*15%=3.15m3用Vb=Vm+Vsg=24.15nm,即可求出熔池直徑D=6.295m=6295mm取D=6500mm這樣，可得到：熔池深度H=1300mm球冠部分高度h1=260mm球冠部分直徑d=4420mm倒截頭圓錐高度h2=1040mm3.2.2熔化室(1)熔化室直徑D熔：在鋼液沸騰時，為了使?fàn)t渣不致沖刷到爐墻上，爐坡應(yīng)高于爐門門坎(也就是爐渣面)100mm即h0=100mmD熔=6500+2X100=6700mm(2)熔化室高度H。金屬爐門坎至爐頂拱基的空間高度為熔化室高度。 從延長爐蓋壽命和多裝輕薄料考慮,希望熔化室高度H大些，但是如果太大，則電極長，電阻大，爐蓋散熱面積大，電耗大。經(jīng)驗值：<40t電弧爐，Hi/D=0.45?0.50>40t電弧爐，Hi/D=0.40?0.44本計算中取H/D=0.42,熔化室高度Hi=6700X0.42=2730mm。(3)熔化室上緣直徑口。采用耐火材料爐壁，為提高爐襯壽命，便于修補和節(jié)省材料，將爐壁作傾斜式，傾角3=6°。D產(chǎn)D熔+2HXtan3=6700+2X2730Xtan6°=7274mm出鋼口偏心底出鋼電爐的出鋼口位于出鋼箱的底部出鋼口為圓形或修砌成方 (或長方)形，直徑約150?200mm通常，出鋼口的下沿與工作門坎在同一水平面上，但是對于虹吸式出鋼或偏心底出鋼的電弧爐則要另作特殊設(shè)計以滿足工藝過程的需求。見圖 3-3。圖3-4中：1——出鋼口座磚；2——出鋼口消耗袖磚； 圖3-3出鋼口示意圖3——填充物；4——尾磚；5——隔離環(huán)；6——水冷環(huán)；7——底蓋系統(tǒng)。爐門尺寸、流鋼槽現(xiàn)代電弧爐一般只設(shè)一個工作門，用于加料、爐前操作和觀察爐況。確定爐門尺寸要考慮下列因素：應(yīng)便于觀察爐況；能良好地修補爐底和整個爐坡；采用加料機加料的爐子，料斗應(yīng)能自由出入；能順利取出折斷的電極。爐門尺寸可按照下列經(jīng)驗值確定：爐門寬度： l=(0.20~0.30)D, 取0.25；則 l=1625mm爐門高度： b=(0.75~0.85)l, 取0.8；則 b=1300mm為了密封，門框應(yīng)向內(nèi)傾斜8°?12。。流鋼槽外殼用鋼板或角鋼做成，其斷面為槽形，固定在爐殼上，內(nèi)襯凹形預(yù)制磚(稱流鋼槽磚) ，長度與出鋼傾爐方式和爐子在車間內(nèi)的布置有關(guān)， 原則上流鋼槽應(yīng)盡量短， 以減少出鋼過程的鋼液溫降和吸收氣體。為了防止打開出鋼口以后鋼水自動流出，流鋼槽一般向上傾斜約10。為了防止打開出鋼口以后鋼水自動流出，流鋼槽一般向上傾斜約電弧爐爐襯及厚度爐壁磚襯厚度通常按耐火材料熱阻計算確定。計算依據(jù)的條件是爐殼在操作末期被加熱的溫度不大于200C,以免爐殼變形。(1)爐壁底部厚度b,包括隔熱層(石棉與輕質(zhì)黏土磚或普通黏土磚)與工作層，設(shè)計時可采用表 3-1的推薦值。表3-1電弧爐底部厚度爐子容量/t爐壁厚度/mm<5250?45010?50450?50075?100550?650依爐容量取爐壁底部厚度為 b=650mm(2)爐頂拱角處直徑D與拱頂高度h3按以下比值決定：h3/Di=0.11?0.13,計算中0.12,所以h3=0.12X7274=873mm電弧爐爐頂用磚多為高鋁質(zhì)專用型磚。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電弧爐爐頂用磚形狀尺寸和理化性能指標(biāo)，按經(jīng)驗值選爐頂磚厚度d如表3-2所示。表3-2爐頂磚厚度d噸位/t<2020-40>40d/mm230300350依爐容量取爐頂醇厚度d=350mm(3)爐底厚度B包括隔熱層和工作層總厚度)約等于鋼液深度的尺寸，即可取b=H,故爐底厚度B=1300mm爐殼要承受爐襯和爐料的質(zhì)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。爐殼厚度z與爐殼直徑D殼的關(guān)系見表3-3。表3-3爐殼厚度z與爐殼直徑D殼的關(guān)系

D殼/m<33~44~6>6z/mm12?1515~202528~30D殼內(nèi)=D熔+2b=6700+2X650=8000mm故爐殼厚度z=30mm爐殼外徑D殼外=8000+2X30=8060mm水冷爐壁與水冷爐蓋爐蓋上開五個孔，其中三個為電極孔，一個為排塵孔。后一個孔的直徑為450mm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，起加固爐蓋的作用。分為爐殼內(nèi)裝式和框架懸掛式兩種。 前者爐壁、爐蓋有完整的鋼板爐殼，爐壁爐蓋采取內(nèi)裝方式；后者爐壁、爐蓋無完整鋼板爐殼，而是水冷的框架，依靠懸掛在上面的水冷爐壁、水冷爐蓋組成完整的爐體。 為便于運輸、安裝、維護以及提高壽命將裝有水冷爐壁的爐體制成上下兩部分， 在水冷爐壁的下沿與爐底及渣線分開，采用法蘭連接。圖3-4EBT結(jié)構(gòu)圖爐蓋直徑的確定： Dg=D+2dc=4.4+2X0.3=5nl式中：Dg——水冷爐蓋的直徑D 熔化室直徑dc 添加系數(shù)其值為300mm偏心底出鋼的設(shè)計偏心底出鋼電弧爐（EBT電爐）采用留鋼留渣操作，不但做到了無渣出鋼， 而且留鋼操作增加了電弧爐冶煉的連續(xù)性，熔化期電弧穩(wěn)定，熔池形成較快，可以實現(xiàn)提前吹氧，有效地提高了氧利用率以及電弧爐熱效率；偏心底出鋼電弧爐出鋼鋼流短，出鋼時間大大縮短，減小了出鋼過程中的鋼水溫降及鋼水對鋼包內(nèi)襯的沖刷，出爐后合金化的進行提高了合金的回收率；偏心底出鋼電弧爐傾爐角度較出鋼槽電弧爐大為減小，有條件對短網(wǎng)進行優(yōu)化。 偏心底出鋼是一種應(yīng)用較為廣泛的無渣出鋼的最好的出鋼方式。 圖3-5所示:圖3-5偏心底出鋼電弧爐示意圖電極分布電弧爐是以三個電極圓心構(gòu)成的圓的直徑 DP來表示電極在爐內(nèi)的分布， 比值Dp/DB決定電極在爐中的位置，同時也決定爐內(nèi)熱量的分布?？紤]到爐壁熱負荷的均勻和電極把持器的位置，電極分布圓直徑 DP與DB有如下關(guān)系：DP/Db三0.25~0.35取值為0.3,所以Dp=1.206m。電極直徑取為500mm電極是將電流輸入熔煉室的導(dǎo)體，當(dāng)電流通過電極時，電極會發(fā)熱，此時會有 8吐右的電能損失。根據(jù)經(jīng)驗，電極直徑可按下式確定：式中：p 石墨電極500c時的電阻系數(shù)，Q-m；p石墨=100-mr2/m,即10A-5Q-項K式一系數(shù)，對石墨電極K=2.1W/cm2,即21000W/m2;I——電極上的電流，A;I=1000P視/()式中：P-一一變壓器視在功率， kV?AU 最tWj--次電壓，為705V;代入上式得：I=109014.281Ad 電極=1.32m電極極心圓直徑電弧爐是以三個電極圓心構(gòu)成的圓的直徑 d三極心來表示電極在爐內(nèi)的分布。若d三極心過小，則三根電極彼此靠的較近，電極距離爐壁較遠，對爐壁壽命有利；但是，爐坡上的爐料難熔化，熔池加熱不均勻，爐頂中心結(jié)構(gòu)強度差，容易損壞，并且電極把持器上下移動困難。若d三極心太大，則電弧距爐壁近，加劇爐襯的損壞。電極極心圓直徑的經(jīng)驗值為： d三極心=(0.25?0.30)D熔即：d三極心=0.28xD熔=1876mm電弧爐變壓器容量選擇由熔化時間來計算變壓器容量：熔化期長短主要是由供電功率來確定。變壓器的容量由下式計算：Ptmcosy]N式中：P——爐用變壓器 額定容量，kVA;q式一熔化每噸廢鋼料及熔化相應(yīng)白查料并升溫所需要的電量， kWh/t,q=410kWh/t;G——電爐裝入量，t;tm-―預(yù)期的反§化時間，h;cos———熔化期平均功率因數(shù)，超高功率選取 0.70;———變壓器有功功率的熱效率，選取0.80;N——熔化期變壓器功率平均利用系數(shù)，選取1.1。所以，計算得：P=133116.883kVA若按電弧爐的額定容量計算其單位功率則為 887.445kVA/t,屬于超高功率范圍電弧爐參數(shù)表表3-4電弧爐參數(shù)表序號名稱技術(shù)參數(shù)單位1電爐公稱容量150t2出鋼方式偏心爐底出鋼3爐殼外徑8060mm爐殼內(nèi)徑8000mm4變壓器容量133116.883kV-A5電極分布直彳仝1876mm6爐蓋升降高度300mm7電極升降速度3m/min8出鋼傾角129出渣傾角154、電爐車間設(shè)計方案電爐煉鋼車間的組成1）煉鋼主廠房，包括原料跨、爐子跨、精煉跨、澆注跨和出坯跨。2）廢鋼料堆場及配料間包括廢鋼處理設(shè)施（預(yù)熱、烘烤等）3）鐵合金及散狀材料間；4）鋼錠、坯存放場地；5）中間渣場；6）機電修理間及快速分析室；7）爐襯制作與各種備件修理場地；8）耐材庫、備件備品庫、車間變、配電室；9）水處理、煙氣凈化設(shè)施及車間管理、生活服務(wù)設(shè)施。電爐車間各跨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。原料跨煉鋼車間原料工段或原料跨間的任務(wù)是：接收和卸下運進車間的各種原料，保持一定貯存量，在進料間斷的情況下，能保持車間的連續(xù)生產(chǎn)和入爐前原料的準(zhǔn)備。在原料供應(yīng)系統(tǒng)中，除應(yīng)有符合儲存量需求的場所和容器外，還需設(shè)置按工藝要求的加工、稱量與烘烤設(shè)備。各種原料在車間的儲存量（計劃儲存待用量）原則上可按下式計算：儲存量（t）=材料單耗（t/t鋼）x日產(chǎn)鋼量（t/d）x計劃儲存天數(shù)由儲存量可計算各種物料的體積，從而確定分別需要的料坑、料倉（斗） 、料箱或在地面堆存時計劃占用的場地等的大小與數(shù)量。各類料的儲存日數(shù)須考慮物料的來源、運輸距離、運輸方式、物料性質(zhì)等因素。企業(yè)外購原料的儲存日數(shù)建議如表 4-1所示。表4-1煉鋼原料的計劃儲存日數(shù)序號原料名稱儲存日數(shù)備注1生鐵5?7由生鐵堆場運來2外購廢鋼5由廢鋼處理場（車間）運來

3本廠返回廢鋼15?20廠內(nèi)不另設(shè)庫，由鍛軋車間直接運來4鐵合金5?7由鐵合金庫運來5鐵礦石5?7由礦石堆場運來6心灰<2由石灰車間運來，應(yīng)為新燒后灰當(dāng)日使用7螢后5?7由螢石堆場運來8鎂砂5?7由耐火材料庫運來原材料堆存或存入料倉等容器需用的場地面積或容器的容積計算如下。Q=/A＜單耗指標(biāo)式中：q——原料貯存量，t;Q——原料的全年消耗量，t;n年作業(yè)天數(shù)；T——計劃貯存日數(shù)；A車間年產(chǎn)鋼量，t/a。q=S-h-aTOC\o"1-5"\h\z式中：S——材料堆存于地面日^理論占地面積， m2;h材料堆存允許高度， m———材料的堆積密度， t/m3;4-2),設(shè)計堆存原材料的場地面積或容器容積時，應(yīng)考慮各種材料的堆存密度和如需允許堆高（見表以及儲料方式。4-2),表4-2各種材料堆積密度與允許堆高序號材料名稱堆積密度/t?m3堆存高度/m半機械化倉庫機械化倉庫

1生鐵3?3.51.532廢鋼1.53輕型1.0?1.7中型1.8?2.5重型3.2?3.53返回鋼2?3.51.51.5?24鐵合金3?41.51.5?25鐵屑2.5?31.52?36焦炭0.45?0.522.5?47無煙煤0.722.5?48心灰0.89螢后1.72310礦石2.72311白云后23生囪入后1.6熟化力1.512鎂砂1.5?1.823~513球團礦1.8?2.01.5天車軌面高度。原料跨天車主要把原料從車上卸下和料籃裝料，考慮車廂高度:天車標(biāo)高：12m；廠房高度：20ml爐子跨（熔煉跨）電弧爐的布置電爐采用高架式橫向布置，計算機操作，自動加料及密封罩除塵，這樣可大大提高工作效率，改善勞動條件。爐子跨間的長度、跨度與高度以配料跨、爐子跨、出鋼澆注跨等組成的平行多跨間布置的電弧爐車間，車間長度主要依據(jù)爐子跨間設(shè)備布置而定，即爐子跨長度首先確定后，一般相鄰跨間長度也取一致，使整個廠房平面為一長方形。（1）爐子跨間的長度：橫向布置