煉鋼廠畢業(yè)設計-年產200萬噸板坯的電爐煉鋼分廠工藝設計

畢業(yè)設計(論文)任務書 院(系):材料與冶金工程系 專業(yè)：冶金工程 師(簽名):長(主第1頁年產200萬噸板坯的電爐煉鋼分廠工藝設計摘要結合本專業(yè)所學的理論知識，設計年產200萬噸板培坯的電弧爐煉鋼車間，根連鑄設備選擇、車間工藝設計及車間總體布置，確定了以兩座120噸超高功率交的內容包括設計說明書一份(含專題和冶金專業(yè)相關外文文獻譯文各一篇),關鍵詞：電弧爐發(fā)展，超高功率電弧爐(UHP),EBT,LF精煉爐，工藝設計AnnualProductivityof200milliontonsofslabElectricarcfurnacesteelmakingworkshofslab.accordingtothedomesticandforeignsteelmakingtechnologydevelopmetrend,steelproducts,chosethedevelopoutlineascertained,eafmaterialbalanceandfurnacetypedesign,equipmentselection,wtechnologyandnewandhighefadvanced,flexible,multi-functionch發(fā)建萊科技史學善清輩虎畢業(yè)設計(論文)用紙目錄 7 8 8 8能源消耗 8 8 9 9 9導電橫臀技術 電弧爐電極自動控制技術 直流電弧爐技術 9泡沫渣技術 我國電爐鋼發(fā)展前景 電爐鋼產量 廢朗替代品 裝備水平和工藝特點 節(jié)能減排技術 我國電弧爐煉鋼存在的問題 1電弧爐煉鋼車間的設計方案 1.1.1它爐容量和臺數的碳定 1.1.2電爐車間生產技術指標 2.1Q235B的物理性能 2.2.1原料的分類保管要求 2.2.2配料的原則與方法 2.2.5熔化期的操作 2.2.6氧化期的操作 3電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡 3.1物料平衡計算 3.1.3計算步驟 36 4、超高功率電弧爐爐型設計計算 4.2.3、爐襯及厚度(ō)的確定 4.2.4、爐殼及厚度8 4.3、水冷掛渣爐壁的設計 4.4、水冷爐蓋 5、電弧爐電氣設備的計算和選擇 5.1.3.電極直徑(da) 52 6.1.1、真空磷脫氧 606.2.1、LF制包精煉 7、電爐煉鋼車間煙氣凈化系統(tǒng)的設計 7.5.4、抽氣設備(抽煙機) 8電弧爐煉鋼車間工藝布置 8.1.2原料跨總長度確定 728.2.1爐子跨工作平臺高度 728.3鋼包回轉臺的布置 8.3.1其他布置 8.4連鑄跨 8.4.1總體布置 8.6備注 9車間主要設備的選擇 7 9.3.2拉坯速度 9.5.1中間包的形狀和構造 9.5.3中間包運載裝置 9.6.1結晶器的性能要求及其結構要求 9.73二次冷卻水量的計算 9.81拉矯裝置 10車間人員編制及主要經濟技術指標 9410.1.3作業(yè)效率指標 10.1.4連鑄生產技術指標 94 12.設計收獲心得與謝辭 畢業(yè)設計之歌 電弧爐煉鋼綜合節(jié)能技術研究 建蘊科控史學善清掌院畢業(yè)設計(論文)用紙電弧爐煉鋼是靠電極和爐料間放電產生的電弧，使電能在弧光中轉變?yōu)闊岣母镩_放以來，我國電弧爐煉鋼技術緊跟世界電爐煉鋼工業(yè)的發(fā)展趨勢，得到了快速發(fā)展。特別是冶金工藝流程的革命性變化，如電爐從三期操作發(fā)展到只提供初煉鋼水的兩期操作，從模鑄到連鑄，從出鋼槽出鋼到偏心爐底出鋼，以及為了滿足連續(xù)生產的快節(jié)奏提高爐子生產率而采用多能源的綜合利用等等，所有這些改變都促使為冶金工藝服務的電爐裝備也取得了突破性的發(fā)展。近十年，我國從國外先后引進了交流超高功率電弧爐、直流電弧爐、高阻抗電弧爐、雙殼爐和豎爐。通過這些設備的調試、操作、維護，以及備品、備件的制造，提高了我國電爐制造業(yè)的設計制造水平。在消化吸收與創(chuàng)新的基礎上，為我國大容量電弧爐的國產化奠定了基礎。本設計緊緊圍繞冶金專業(yè)的各類生產實際進行的，在進行煉鋼車間物料平衡計算、熱平衡計算的基礎上，結合煉鋼的理論，設計使用超高功率電弧爐與連鑄工藝結合進行冶煉生產，利用爐外精煉處理及兩臺連鑄機相互配合。設計工程中應用了目前在企業(yè)較為流行的無渣出鋼、廢鋼預熱、偏心爐底出鋼和水冷掛渣爐壁等先進的技術，并進行了車間布局設計。經過生產能力計算和經濟效益計算，設計工藝流程和相關參數滿足正常生產的需求。設計過程中綜合利用大學所學知識，分析、解決實際問題，培養(yǎng)了我的獨立工作能力。在克服了一個又一個困難之后，我收獲了成功的喜悅和成就感。但是因為時間緊迫和自己所學有限，以及信息的閉塞，設計中在冶金理論和新工藝的應用方面的論述還不夠充分，先進工藝應用不夠充分，工藝之中依然有諸多不足之處，這將是我今后努力的方向。發(fā)建瑞科指史學善清掌院畢業(yè)設計(論文)用紙緒論電弧爐煉鋼已有近100年的歷史，最近30余年發(fā)展尤為迅速。盡管全球粗鋼年總產量的增長速度很緩慢，但以廢鋼為主要原料的電爐鋼產量所占的比重鋼總產量15億t,中國電爐鋼產量6800萬噸，約占總計粗鋼產量的10%。電弧分為補爐、裝料、熔化期、氧化期、還原期、出鋼等6個階段。世界鋼鐵的歷史積累量已超過110億。若按平均14年的折舊計算，每年產鋼鐵工業(yè)工藝技術的進步以及鋼廠與主要鋼鐵用戶工業(yè)協(xié)調配合的不斷加強，發(fā)建端科技大學尊清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙國內外電弧爐技術的發(fā)展1964年，美國Schwabe和Robinson提出了超高功率的概念。超高功率電弧爐具備如下特征：(1)高的單位功率(噸鋼配置的變壓器容量)水平；(2)高的電弧爐變壓器最大功率利用率和時間利用率；(3)高的電效率和熱效率：超高功率電弧爐煉鋼過程中合理的電氣運行制度是最基本的工藝制度之一。合理的電氣運行制度，是順利操作的基礎，有助于縮短冶煉周期，降低電耗、電極耗損和耐火材料侵蝕，取得良好的節(jié)能降耗效果。將傳統(tǒng)的電爐橫臂和導線合為一體，使之既起支撐電極作用，又起導電作用的新型橫臂。電弧爐是以電能為主要熱源的冶煉裝備，電極調節(jié)系統(tǒng)是電弧爐煉鋼過程不可缺少的基本裝備，電極控制系統(tǒng)先后有以下幾代形式：機械控制、液壓控制、液壓一氣動聯(lián)合控制、電極自動調節(jié)器、微機控制及神經網絡。直流電弧爐技術直流煉鋼電弧爐結構的特點是只有1根爐頂石墨電極和相應的爐底電極。直流電沒有集膚效應和鄰近效應，因此在石墨電極和導電體截面中電流的分布是均勻的，從而可以減少這些部件的尺寸和重量。全部電流都要通過爐頂中心的單電極，為此應用電流密度大的超高功率石墨電極。大型可控直流電源和爐底電極是直流煉鋼電弧爐最關鍵的技術。直流電弧爐有如下特點：(1)石墨電極消耗大幅度降低；(2)電壓波動和閃變小，對前級電網的沖擊小；畢業(yè)設計(論文)用紙(4)縮短冶煉時間，可降低熔煉單位電耗5%～10%;(5)噪音水平可降低10~15dB;(6)耐火材料消耗可降低30%泡沫渣技術更為突出。泡沫渣可使電弧對熔池的傳熱效率從30%提高到60%;電爐冶煉時間縮短10%~14%;冶煉電耗降低約22%;并能提高爐齡，減少爐襯材料消耗。電極電弧爐偏心爐底出鋼技術(1)爐內能保留98%以上的鋼渣，有利于下一步爐料的熔化和脫磷，生產率可提高15%左右；(2)出鋼時，電爐傾動角度小于15°(傳統(tǒng)電爐為40～45°),允許爐體水冷爐壁面積加大，噸鋼耐火材料消耗可降低25%;短網長度較短，阻抗降低8%左右；(3)出鋼時鋼液垂直下降，呈圓柱形流入鋼包，縮短與空氣接觸的路徑，鋼液的溫降減少，出鋼溫度可降低25～30℃,相應節(jié)電20~25kW·h/t,并使鋼液的二次氧化減少；(4)偏心爐底出鋼有利于鋼液的純凈度提高，夾雜物的含量減少，鋼液脫硫電爐鋼產量 畢業(yè)設計(論文)用紙資源和環(huán)保標準的進一步提高及管理的加強，促使我國電弧爐煉鋼走出低谷，與工業(yè)發(fā)達國家電爐鋼生產趨勢相同，預計我國電爐鋼比例至2020年可達25%,如采用加35%鐵水的電弧爐冶煉工藝，2020年我國電爐鋼比例會超過30%。廢鋼替代品在我國廢鋼資源短缺的情況下，有必要適度開發(fā)直接還原鐵等原料替代產品，這既可減少對廢鋼的過分依賴，又可提高鋼的純凈度。直接還原鐵的生產技術進步很快，特別是熱壓塊(HBI),為電弧爐煉鋼提供廠高密度、高化學能的純凈鐵源。在世界范圍內直接還原鐵的生產技術以氣基法為主，氣基法在直接還原鐵產量中占90%。然而，由于我國天然氣缺乏，優(yōu)質鐵礦較少，大批量優(yōu)質、低成本生產直接還原鐵尚需一段時間。因此，在電弧爐冶煉廢鋼原料匱乏的情況下，有必要適當加大包括煤基法生產直接還原鐵在內的技術開發(fā)力度，促進直接還原鐵生產技術的發(fā)展。裝備水平和工藝特點未來≥70t電弧爐將是我國電爐鋼生產的主體冶煉設備。但是仍應清醒的看到，我國是一個發(fā)展中國家，各類各層次鋼鐵產品需求不同，地區(qū)發(fā)展和資源配置又極不平衡，煉鋼裝備呈現(xiàn)出“大、中、小結合，先進與落后并存”的多層次局面，不會在很短時間內得到徹底改變。節(jié)能減排技術節(jié)能減排技術是未來我國電弧爐冶煉工藝發(fā)展的主要方向。隨著我國節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高及規(guī)范管理的不斷加強，電弧爐冶煉工藝需要不斷開發(fā)完善新型節(jié)能環(huán)保技術，如電弧爐煙氣的回收利用，除塵設備的技術升級等。目前我國已有企業(yè)成功回收利用電弧爐余熱產生蒸汽。并不斷完善裝備技術水平，回收蒸汽供給真空精煉裝置，對于整個生產流程的節(jié)能降耗起到促進作用，值得借鑒和推廣。(1)在世界電爐鋼占總鋼產量比例不斷增長的同時，我國電爐鋼占總鋼產量比例有所下降(2)部分電弧爐廠家不賺錢，連年虧損，有的廠甚至關閉。(3)在環(huán)保方面，大多數企業(yè)與國際水平相比較，差距很大。當前電爐鋼發(fā)展面臨的主要問題是如何使企業(yè)盈利和取得更大效益。主要對畢業(yè)設計(論文)用紙策有3條.能生產的產品，肯定競爭不過轉爐，電弧爐必須生產一些高附加值的目前轉爐應注意兩點：①強化爐外精煉過程，生產低氧、硫含量的純凈鋼。;②生產低(2)降低成本。電爐鋼成本中，以碳鋼為例，鋼鐵料約占60%,電能占10.5%,電極消耗約占5%。我國廢鋼價格及電費高，因此電爐鋼的成本較高。目前我國電爐鋼生產工藝已取得很大進步，近年來電爐鋼產量不斷增加，技術裝備水平快速提高，但是電爐鋼生產工藝仍然存在一些問題需要解決。隨著社會工業(yè)化進程的發(fā)展，鋼鐵蓄積量的不斷增加，直接還原鐵技術的進步，電弧爐煉鋼技術的不斷完善和發(fā)展以及電弧爐流程的結構優(yōu)化，電弧爐煉鋼的市場競爭力將不斷增強，未來電弧爐煉鋼的優(yōu)勢將會逐步凸現(xiàn)。同時，隨著我國政府對節(jié)能減排管理制度的逐步加強，會促使廢鋼一電弧爐流程和鐵水-轉爐流程冶煉工藝互相滲透，并存發(fā)展，直至在最佳點上達到平衡。發(fā)建策科拉史學普清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙1電弧爐煉鋼車間的設計方案首先估算每次出鋼量q:式中Ga一車間產品方案中確定的年產量，200萬t;y一良坯收得率，連鑄一般95%～96%。根據每次出鋼量來選擇電爐容量和座數，車間布置2座120噸電弧爐。1.1.2電爐車間生產技術指標1)產量指標年產量200萬噸；小時出鋼量：230噸2)質量指標鋼坯合格率96%;3)作業(yè)率指標作業(yè)率：95%4)材料消耗指標a金屬材料消耗5)連鑄生產技術指標1.2.1電爐煉鋼車間設計與建設的基礎材料(1)建廠條件(2)工藝制度5)中間渣場；1.2.3電爐各車間的布置情況第1頁建蘊刺拉史學善清掌院畢業(yè)設計(論文)用紙2產品性能及冶煉要點為了使鋼具有需要的性能，需要在Q235B中加入合金元素，Q235B各合金元素的理論值如表2-1所示。表2-1Q235B中各合金元素的理論值(%)元素CPS含量55008合金元素中硅、錳、在鋼中的作用如下；(1)硅在鋼中的作用：提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低；硅能顯著地提高鋼的彈性極限和屈服極限；耐腐蝕性。硅的質量分數為15%～20%的高硅鑄鐵，是很好的耐酸材料。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面也將形成一層Si0?薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。缺點：使鋼的焊接性能惡化。(2)錳在鋼中的作用：錳對提高鋼的淬透性；錳對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用：錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高。錳鋼的主要缺點是；①含錳較高時，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；②錳有促進晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感，在熱處理工藝上必須注意。這種缺點可用加入細化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服；③當錳的質量分數超過1%時，會使鋼的焊接性能變壞；④錳會使鋼的耐銹蝕性能降低。(3)鎳在鋼中的作用增進鋼的硬化能力：能降低熱處理時的淬火溫度，因為在處理時的變形小；(4)銅在鋼中的作用同在鋼中有抵抗大氣腐蝕的能力，低碳鋼內含銅1%,其抵抗大氣腐蝕能力約較不含銅者高出四倍。在不銹鋼中的銅3%-4%,亦有助于不銹鋼的防腐蝕作用；可以增加鋼的強度，不宜超過0.2%鑒于以上元素的作用，使得Q235B具有以下優(yōu)越的性能：高Q235B有一定的伸長率、強度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛用于一般機械零件的制造。主要用于建筑、橋梁工程上質量要求較高的焊接結構件。畢業(yè)設計(論文)用紙(1)與其他雜質隔開；(2)設置各種金屬及各種廢料的單獨儲存區(qū)：(4)如果是廢鋼板及鐵屑，則在這些廢料的儲存區(qū)之間必須設立擋墻，以得到明顯區(qū)分。(1)為能合理的使用廢鋼，就必須進行爐料種類的分選和分類存放，以使廢鋼的化學成份準確，塊度適當；(2)返回的普碳鋼和廢料可以用來熔煉碳素鋼和合金鋼，為此，返回普碳鋼在存放中必須注意和防止鋼種混合。只有經過精心挑選過的返回料才能作為電弧爐的金屬爐料。車間廢料的含碳量，是采用成品鋼中碳含量的平均數字。計算方法：本設計中煉鋼的主要原料是廢鋼，其次是生鐵，兩種原料的化學成份都已知冶煉鋼種中的平均含碳量為0.42%,以鋼水量為100.174kg(表3-爐冶煉結束后鋼液中的含碳量為0.342kg;(96.480kg鋼水，表3-16)為滿足計的廢鋼80.50kg,生鐵19.50kg。料籃頂裝料是目前最理想的裝料方法，爐料入爐速度快，只需3～5min就可完成，熱量損失小，節(jié)約電能，能提高爐襯的使用壽命，還能充分利用熔煉室的空間。另外，料籃中的料可在原料跨間或貯料場上提前裝好，時間充裕、布料合理，裝入爐內的爐料仍能保持它在料籃中的布料位置，如爐料質完成裝料。裝料前，值班調度員要審查配料單，檢查爐號、鋼種、配定成分、錠型及重量等是否符合計劃要求；對于持有疑義的料單，不能用于裝料。裝料工應嚴格按照配料單準確裝料，因此在裝料前需核定鋼鐵料的組別、合金成分，還要校核計畢業(yè)設計(論文)用紙合理的布料更為重要，一般均是將部分小料雜鐵裝在料籃底部，借以保護料籃的鏈板或蛤頁板，減緩重料對爐底的沖擊。在小料的上面，料籃的中心部位裝大料或難熔料，中間填小料，作到平整、致密、無大空隙，使之既有利于導電，又可消除料橋及防止塌料時折斷電極。其余的中小料裝在大料或難熔料的上邊及四周，最后在料籃的上部裝入料重0.02%~0.03%的雜鐵，以利于起弧、穩(wěn)定電流和減輕弧光對爐蓋的輻射損傷。爐料入爐前，電爐煉鋼工應根據作業(yè)計劃、配料單審核爐料中的重量及合金元素與成分，并在爐底墊入料重1%～2%的石灰。如料單中寫明配入電極塊或焦炭等配碳劑，應在裝料前裝到爐內，以利于提高它們的收得率及保證配碳的準確性。料籃頂裝料要有專人指揮，抽爐或旋轉爐蓋時，爐蓋要完全抬起，電極要升到頂點且下端脫離爐膛、以防損壞爐蓋或電極，同時又要求電極下端不許超出爐蓋的水冷圈或絕緣圈，避免搖晃擺動時將電極折斷而滾落到它處砸壞設備或砸傷人。爐膛裸露后，應迅速將料籃吊入爐內的中心位置，不得過高、過偏與過低。過高容易砸壞爐底，且吊車震動大：過偏使爐料在爐中布局偏離，抬料籃時也容易損壞爐壁；過低易粘壞料籃的鏈板。爐料入爐后并在送電前，電爐煉鋼工和設備維護人員應對爐蓋、電極、水冷系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)、電氣設備等進行檢查，如發(fā)現(xiàn)故障要及時處理，以免在冶煉過程中造成停工；還應檢查爐料與爐門或水冷系統(tǒng)是否接觸，如有接觸要立即排除、以免送電后被擊穿。如電極不夠長時，最好在送電前更換，當完成上述工作并確認無誤，方可正常送電轉入熔化期。送電后應緊閉爐門，堵好出鋼口，扣嚴爐蓋與爐壁的接臺處及加料孔等，以防冷空氣進入爐內。在起弧階段結束后，還要調放電極長度，使一次穿井成功并需多次裝料時，在爐料每次塌料后，熔煉室能容納下一料籃中的料時再裝入。在爐料熔化過程中，加入石灰20kg/t(金屬料)和礦石10kg/t(金屬料)提前造渣與脫磷等。熔化末期如果發(fā)現(xiàn)全熔碳不能滿足工藝要求，一般應先進行增碳操作。因電爐功率較高，熔化渣的渣量取為料重的3%。爐料全熔并經攪拌后，取全分析樣，然后扒除部分熔化渣，留渣30%轉入氧化期。如果認為脫磷困難或發(fā)現(xiàn)熔渣中含有大量的MgO,也可進行全扒渣，重新造渣。當熔池溫度升到符合工藝要求時，方可轉入下一階段的冶煉。熔化期爐渣堿度理論值為2.5左右。建策刺拉史學善清堂院畢業(yè)設計(論文)用紙氧化期操作的原則：氧化期的各項任務主要是通過脫碳來完成。單就脫磷和脫碳來說，兩者均要求熔渣具有較強的氧化能力，可是脫磷要求中等偏低的溫度、大渣量且流動性良好，而脫碳要求高溫、薄渣，所以熔池的溫度是逐漸上升的，根據這些特點，將氧化期總的操作原則歸納如下：在氧化順序上，先磷后碳；在溫度控制上，先慢后快；在造渣上，先大渣量去磷，后薄渣脫碳；在供氧上，可先進行礦石或綜合氧化，最后以吹氧為主。爐料全熔經攪拌后，取樣分析C、Mn、S、P、Ni、Si、Cu等元素。然后扒渣并補造新渣，加入造渣材料石灰27kg/t(金屬料)、礦石10kg/t(金屬料),使氧化渣的渣量達到料重的3%。為了加速造渣材料的熔化可用氧氣吹拂渣層，當溫度達到1530℃以上開始用礦石氧化。在氧化過程中，應控制脫碳速度，并掌握熔池的激烈沸騰時間；脫碳量要滿足工藝要求，在氧化過程中，最好能夠做到自動流渣，這樣既有利于脫磷，又有利于后期的薄渣降碳。為了掌握脫碳、脫磷情況及準確地知道不氧化元素的成分，在氧化中途還應分析有關的含量。當加完礦石或停吹后，熔池進入清潔沸騰，然后再取樣分析C、Si、Mn、P、S等其他有關元素的成分。當熔池具備出鋼條件時，即可進行出鋼操作，而后轉入爐外精在氧化過程中，應正確控制熔渣的成分、流動性和渣量。無論是脫磷還是脫碳，都要求熔渣具有較高的氧化能力和良好的流動性。理想的脫磷堿度保持為2.5~3.0,而脫碳的堿度為2.0左右。良好的泡沫渣，可包圍住弧光，從而有利于鋼液的升溫和保護爐襯，冷卻后表團呈油黑色，斷口致密而松脫，這表明(FeO)含量較高、堿度合適。出鋼采取無渣出鋼，出鋼后，電爐內留渣，有助于下爐熔池的形成?；驹紨祿阂睙掍摲N及成分(見表3-1);原材料成分(見表3-2);爐料中元素燒損率(見表3-3):合金元素回收率(見表3-4):其他數據(見表3-5)。鋼種成分/%CPSB055000余量注：分母系計算時的設定值，取其成分中限。表3-3爐料中元素燒損成分CPS燒損率/%熔化期25~40,取70~95,去60~70,取40~50,取可以忽略氧化期全部燒損25~30,取①按末期含量比規(guī)格下限低0.03%~0.10%(取0.06%)確表3-4冶煉鋼種成分設定值(%)成分CPS廢鋼設定值表3-2原料成分表(%)名稱CPS灰分揮發(fā)份碳素廢鋼00余量煉鋼生鐵05余量00040002005540增碳劑080電極0名稱S石灰0螢石0鐵礦石7火磚塊00高鋁磚5鎂砂0焦炭灰分055電極灰分表3-6合金中元素的回收率合金材料加入時間C精煉初期出鋼前精煉初期0精煉后期精煉初期精煉初期精煉初期預脫氧0第1頁精煉后期終脫氧精煉期擴散脫氧0精煉期擴散脫氧0表3-5其它數據名稱參數定數配碳量比鋼中規(guī)格中限高0.7%,即達1.7%熔化期脫碳量30%,即1.70×30%=0.51kg電極消耗量5kg/t(金屬料);其中熔化期占60%,氧化期爐頂高鋁磚消耗量1.5kg/t(金屬料);其中熔化期占50%,氧化期占35%,精煉期15%爐襯鎂磚消耗量5kg/t(金屬料):其中熔化期占40%,氧化期和精煉期各占30%熔化期和氧化期所需氧量50%來自氧氣，其余50%來自空氣和礦石氧氣純度和利用率焦炭中碳的回收率75%,(系指配料用焦炭)碳氧化產物均按70%生成CO,30%生成CO?來考慮煙塵量按8.5kg/t(金屬料)考慮3.1.3計算步驟表3-6爐料配入量名稱用量/kgCPS廢鋼生鐵合計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)上述1)+2)便是熔化期的物料收入量。表3-7凈耗氧量的計算名稱元素反應產物元素氧化量/kg耗氧量供氧量耗氧項爐料中元素的氧化CP合計電極中碳的氧化C合計礦石石灰S合計凈耗氧量表3-8氧氣與空氣實際消耗量空氣/kg帶入00.654/氧利用率(或m3)∑=0.727+0.007=0.734(或m)這20%中，按3;1的比例分別生成(FeO)和(Fe:0?)。(6)確定鐵的揮發(fā)量：有表3-7中設定，鐵的揮發(fā)量為：98.025×2%×80%=1.568kg。上述(3)+(4)+(5)+(6)便是熔化期的物料支出量。名稱渣組成(kg)Si0.名稱渣組成(kg)Si0.合計消耗量PP3爐頂略爐頂略爐襯爐襯電極略略電極略略礦石礦石石灰石灰合計合計%%表3-10爐氣量計算表3-10爐氣量計算氣態(tài)產物/氣態(tài)產物/kg合計爐料中C的氧化電極帶入礦石帶入石灰?guī)霠t料中C的氧化電極帶入礦石帶入石灰?guī)胙鯕鈳肟諝鈳胗坞x0?參與反應CO+1/20?=CO?H?O參與反應合計0合計000確定爐氣量：爐氣來源于爐料以及焦炭和電極中碳的氧化物C0和CO?,氧氣減(CO?),結果列于表3-10。表3-11熔化期物料平衡表收入支出質量/kg%質量/kg%廢鋼金屬生鐵爐渣電極爐氣礦石鐵的揮發(fā)石灰爐頂爐襯氧氣空氣合計合計注：計算誤差=(107.149-106.461)/107.547×100%=0.6%。(1)確定渣量：關于石灰消耗量：由表3-12可知，除石灰?guī)氲囊酝?，渣中已含Si0?=0.226+0.107+0.003+0.005+0.001+0.058=0.40[RZW(SiO?)-∑W(Ca0)]/[w(Ca0)-Rw(SiO? (Fe)約達7%;且其中75%為(Fe0),25%為(Fe?O)。因此，渣中含(Fe0)為 (7%×75%×72)/56=6.75%,含(Fe?0?)為(7%×25%×160)/112=2.50%,由表第1頁(100-6.75-2.50)%=3.其中，有Fe氧化生成的(Fe0)和(Fe?0)分別為0.169kg和0.039kg。(2)確定金屬量：根據熔化期的金屬量以及表3-12中元素燒損量和礦石還原出來的鐵量，即可得氧化末期的金屬3量為96.708-(0.089+0.196+0.035+0.220+0.023+0.338)(①0.288為碳的燒損量接近值，即(0.90-0.27)-0.35%×97,708=0.確定爐氣量：計算方法如同熔化期。先求凈耗氧量(見表3-13),再確定氧氣消耗量(見表3-14),最后將各種物料或化學反應帶入的氣態(tài)產物歸類，從而得其結果(見表3-15)。具體算法可參照表3-10。名稱合計留渣名稱合計留渣消耗量/kgPS金屬PS金屬中元素氧化或燒損爐頂蝕損量爐襯蝕損量電極燒損量石灰?guī)牖鸫u塊帶入略爐頂蝕損量爐襯蝕損量電極燒損量石灰?guī)牖鸫u塊帶入略略略略合計合計%1%1(1)石灰中Ca0被自身S還原，消耗0.003kgCa0。(1)石灰中Ca0被自身S還原，消耗0.003kgCa0。表3-13凈耗氧量的計算量70%[C]生成CO量70%[C]生成CO30%[C]生成CO?見表3-12CC素的氧化P見表3-1270%[C]生成C0C30%[C]生成CO見表3-1270%[C]生成C0C30%[C]生成CO合計礦石供氧石灰中S還原Ca0金屬中S還原Ca0供氧合計凈耗氧量電極中碳的氧化SSSS氧氣/kg氧氣/kg空氣/kg0.513/氧利用率0.513/氧利用率(表3-15爐氣量氣態(tài)產物/kg備注H合計金屬中C的氧化電極帶入礦石帶入石灰?guī)胙鯕鈳肟諝鈳胗坞x0?參與反應C0+1/20?=CO?H?0參與反應H?0+C0=H?+CO?2229084426215241214730H?O全部消耗掉合計0182229630表3-16熔化期和氧化期綜合物料平衡表收入支出質量/kg%質量/kg%廢鋼金屬生鐵爐渣電極石灰5鐵的揮發(fā)礦石爐頂8爐襯0氧氣9空氣合計合計注：計算誤差=(111.119-110.600)/111.119×100%元素CPS%痕跡第三步：還原期計算現(xiàn)定殘渣量為5%,即3.758×5%=0.188kg鋼水量2%～3%,本計算取3%。如暫定鋼水量為98kg,則得渣料量為98×3%按0.6kg/t插鋁欲脫氧；再分批加入碳粉(2.5kg/t)和硅鐵粉(5kg/t)進FeCr加入量Q:FeCrFeSi加入量Q:FeSi2)確定爐氣量：先計算凈耗氧量(3-18)和空氣消耗量(3-19),再將其它方面帶入的氣態(tài)產物歸類合并，即得其結果(3-20)建球科技大學善清量院畢業(yè)設計(論文)用紙名稱成渣組分(kg)合計殘渣量98624414爐頂蝕損略1略略2爐襯蝕損65439劑石灰8571228螢石10017724脫氧劑(預脫015略6略036(終脫1882建球科技大學善清量院畢業(yè)設計(論文)用紙17757336其他反應5十2312合金劑63399合計3278034017%398 名稱元素燒損量反應產物耗氧量供氧量電極中C的氧化C粉中C的氧化FeMn中Mn的燒損FeCr中Cr的燒損FeSi中Si的燒損合計石灰中S還原Ca0金屬中S還原Ca0合計凈耗氧量3-19空氣消耗量及其帶入的水分空氣供氧量(kg)隨0帶入的N?量空氣消耗量=0.684+2.290=2.974kg空氣帶入的水分=0.038kg3-20爐氣量建革科拉史摩普清堂院畢業(yè)設計(論文)用紙氣態(tài)產物(kg)NH揮發(fā)物合計電極帶入石灰?guī)胛炇瘞肟諝鈳?.0110.0310合計0%03)確定鋼水量，如表3-21所示。將表3-16和3-22歸類合并，即得總物料平衡表3-23。鋼水成份(%)CPS合計第1頁渣中(FeO)和(Fe?O)被C、Si還原帶入鐵(表3-17)2渣中(P?Os)被Si還原帶入P5%3-22還原期物料平衡表支出(kg)質量(kg)%質量(kg)%金屬液爐渣石灰螢石電極爐頂爐渣爐氣爐襯空氣合計合計3-23總物料平衡表收入(kg)支出(kg)廢鋼生鐵石灰螢石礦石焦炭爐頂爐襯氧氣空氣電極5.294.400.611.660.200.130.421.045.540.420.090.561.290.50鋼水爐渣爐氣鐵的揮發(fā)其余煙塵1.57合計合計以100kg金屬料(廢鋼+生鐵)為基礎。畢業(yè)設計(論文)用紙建蘊科技史學畢業(yè)設計(論文)用紙建蘊科技史學善清掌院(1)物料的物理熱。計算結果列于表3-24。(2)元素氧化熱及成渣熱。計算結果列于表3-25。表3-24物料帶入的物理熱名稱熱容消耗量物理熱/kJ廢鋼08生鐵0石灰螢石5礦石0焦炭5爐頂高1爐襯Mg磚0氧氣6空氣2建革科技史學善清堂院畢業(yè)設計(論文)用紙電極08833合計5表3-25元素氧化熱及成渣熱名稱氧化量化學反應電極中的C焦炭中的C金屬中SiFeSi中金屬中MnFeMn中金屬中P第1頁①因熔化期和氧化期所需要的0量100%由氧氣提供，由表3-8和3-14所①因熔化期和氧化期所需要的0量100%由氧氣提供，由表3-8和3-14所SiO?成渣P?Os成渣合計.該氣態(tài)0?總用量為3.447kg。(1)鋼水物理熱Q。該鋼熔點為1536-(0.43×70+0.31×8+0.65×5+1.062×15+0.021×30+0.015×25+0.019×3+0.194×2)-6=1470℃;出鋼溫度控制在Q=100.174×[0.699×(1470-25)+0.837×(1580-1470)](2)爐渣物理熱Q。計算結果見表3-26。表3-26爐渣物理熱名稱熔化期爐渣氧化期爐渣合計溫度/℃物理熱/kJ發(fā)建端科投史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙表3-27吸熱量名稱氧化量/kg化學反應量金屬脫碳渣中(Fe0)和(Fe?O?)被C粉中的C還原石灰燒堿25.596水分揮發(fā)升至石灰?guī)氲V石帶入螢石帶入焦炭帶入空氣帶入小計金屬增CC合計(4)爐氣物理熱Q。令爐氣溫度為1200℃,熱容為1.137kJ·(kg·K)1Q=8.906×[1.137×(1200-25)Q=(1.57+0.43)×[0.996×(1200-(6)冷卻水吸熱Q。如爐子公稱為100t,冷卻水消耗量為70m3/h,冷卻水進令爐子總收入等于Qs,則：故應供應電能為：212294.078-3147.765-45458.404=163687.879kJ;Q,=212294.078×8%=16983.526kJ;Q=212294.078×6表3-28熱平衡表收入支出%%物料物理熱鋼水物理熱氧化熱和成渣熱Si氧化Cr氧化 SiO?成渣4.500.430.200.069.801.050.25爐渣物理熱吸熱反應消耗熱爐氣物理熱煙塵物理熱冷卻水吸熱其他熱損失變壓器系統(tǒng)熱損失電能合計合計建端科投史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙4、超高功率電弧爐爐型設計計算電弧爐是煉鋼電爐的一種，也是目前世界上焙煉優(yōu)質鋼、特殊用途鋼種的主要設備。電弧爐的整體設計是包括機械、電氣、熱工、冶煉、耐火材料等多門專業(yè)的工程。隨著鋼的質量不斷提高，熔煉工藝在革新，也向爐子結構(包括耐火材料砌襯)提出了更高的要求。自60年代中期提出電弧爐超高功率概念以來，電孤爐建造趨于大型化、高功率化，出現(xiàn)了多種新型式的電弧爐。本設計采用150t超高功率電弧爐，設計的電弧爐具有如下特點：具有較高的生產率，電能、耐火材料和電極消耗低，滿足多鋼種冶煉時冶金反應的要求。在同一車間，所選電爐容量的類型一般認為不超過兩種為宜。座數也不宜過多，一般設置一座或兩座電爐。為了確定電爐的座數和容量，首先要估算每次出鋼量Q:式中：G——車間產品方案中確定的年產量，200萬噸；T——冶煉周期，55分鐘，lh;η—日歷作業(yè)率，η=有效工作日數/年日歷天數×100%,取y——良坯收得率，連鑄一般95%～99%,取95%。公式中幾個主要技術指標的確定和計算如下：(1)、日歷作業(yè)率。有效作業(yè)日數占日歷日數的百分比，稱為日歷作業(yè)率。日歷作業(yè)率=有效工作日數/365×100%。圖4-1電弧爐爐型及各部分尺寸有效作業(yè)時間=日歷時間-停工時爐襯和裝料操作之爐襯及臨時性(事故性的)的熱停工、停業(yè)日數為275～290業(yè)日數為310～320天。此處取275天。=圖4-1電弧爐爐型及各部分尺寸(2)、良坯收得率α=合格鋼錠量/全部入爐金屬料量合格鋼錠量=全部入爐金屬料量-熔損量-(湯道+鑄余+包底量)-廢品量收合率的倒數稱為金屬消耗系數。金屬收合率與冶煉鋼種、方法、鋼鐵料質量、錠型大小、鑄錠方法、爐子公稱容量等因素有關。我國連鑄法生產的收合率為95～96%。取95%。另外，要注意鋼錠收合率與鋼水收得率的區(qū)別。鋼水收得率=合格鋼錠量/合格鋼水量(3)、冶煉周期電爐冶煉周期一般為60～70分鐘，取55分鐘，約為1小時。故車間設計兩座120t超高功率電弧爐。①求出爐內鋼液和熔渣的體積；②計算熔池的深度和直徑；③確定熔煉室空間的高度和直徑；④確定爐頂的拱高和和爐蓋的厚度；⑤確定爐襯的尺寸和爐殼的直徑；⑥確定偏心爐尺寸第1頁發(fā)建策科拉史學單清掌院畢業(yè)設計(論文)用紙4.2.1、熔池的形狀和尺寸電弧爐的大小以其額定容量(公稱容量)來表示，所謂額定容量是指新設計的電爐熔池所能容納的鋼水量。實際生產過程中，隨著熔煉爐數的增多，熔池容積不斷增大，裝入量或者出鋼量也就不斷增大。另外生產中還經常用提高爐門門檻即造假門檻的辦法來增加爐產量，這樣就出現(xiàn)了超裝問題，一般認為超裝20%～50%為宜，不宜超裝太多，大電弧爐基本上不超裝。熔池：容納鋼液和熔渣的那部分容積。熔池的容積應能足夠容納適宜熔煉的鋼液和熔渣，并留有余地。其形狀應有利于冶煉反應的順利進行，砌筑容易修補方便。本設計使用目前較為流行的錐球形熔池，上部分為倒置的截錐，下部分為球冠，如圖4-1所示。球冠形電爐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，加快爐料熔化并及早造渣去磷。截錐形電爐爐坡便于補爐，爐坡傾角45°,其優(yōu)點如下：電爐的氧化期具有最大的渣量。V兆=1.15Vs=1.15GK=1.15×120×0.14=19.32m②熔池直徑D(渣面直徑)和深度H之比D/H;在計算熔池直徑D和深度H之前，首先確定一個合適的D/H值。在熔池容積一定的條件下，D/H大，則熔池淺。熔池容積一定，熔池越淺，熔池表面積越大，即鋼、渣界面積越大，有利于鋼渣之間冶金反應的進行。因此，希望D/H大一些，但D/H太大，則熔池直徑和熔煉室直徑都增大，于是爐殼直徑增大，導致D殼太大，爐殼散熱面積增大，電耗也增大，因此D/H又不能太大。如果D/H太小，熔池太深，鋼液加熱困難，溫度分布不均勻性增大。在氧化期應對金屬進行良好的加熱，并對熔池中金屬進行強烈沸騰攪拌，以使金屬成分和溫度均勻。當選定爐坡傾角45°時，一般取D/I=5左右較合適。由截錐體和球冠體的體積計算公式可知，熔池的計算公式為：發(fā)建策科控史學善清掌院畢業(yè)設計(論文)用紙h——截錐部分高度，h=Ith=4/5H;D——熔池液面直徑，通常采取D/H=5,即D=5H;d——球冠直徑，因d=D-2h=5H-8/5H=17/5H帶入上式，整理后h=4/5H=4/5×1.169=0.935mm熔煉室是指熔池以上至爐頂拱基的那部分容積，其大小應能一次性裝入堆積密度中等的全部爐料。(1)、熔煉室直徑D據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交界處(薄弱處),爐坡應高于爐門檻(渣面與爐門檻平齊)約100m左右，即當選定爐坡傾角為45°時：因D=5.844m,則D粼=D+2×100=5844+200=6.044(2)、熔煉室高度H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從延長爐蓋壽命和多裝輕薄料考慮，希望熔煉室高度H大一些，因為增大熔煉室高度H,爐蓋距電弧和熔池面距離遠，爐蓋受到的熱輻射相對較小，爐蓋壽命長，另外，熔煉室高度H大，裝輕薄料多。但是如果熔煉室高度叢太大，則爐殼散熱面積增大導致電耗增多，電極增長導致電阻增大。此處取0.42。(3)、爐頂高h爐頂高度h與熔池室直徑D有如下關系：(因爐頂磚不同而異，至此，爐底至爐頂中央高度H=H+H(4)、熔池上緣直徑D其爐墻內側傾斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度所以D=Dm+2×(H-100)×10%=d-=(0.25～0.3)D,取d=0.27D=04.2.3、爐襯及厚度(δ)的確定末期被加熱的溫度不大于200℃,以免爐殼變形。一般而言，增加爐襯厚度，爐損失減少并非線性關系，厚度δ達到一定值以后，再增加爐襯厚度δ,熱損失減少不顯著,反而因厚度δ增加過大，而增加爐殼直徑Dz,耐火爐頂襯磚厚度如表4-1所示。表4-1爐頂襯磚厚度噸位/t爐壁部位厚度見表4-2。表4-2爐壁部位厚度噸位/t尚發(fā)建策科投史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙對120t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δ=460+75=535mm。則D,=Dx+2δw+2δ:=6044+2×535+2爐殼厚度δ,一般為爐殼直徑D的1/200,即：爐殼厚度δ、與爐殼直徑D的關系見表4-3。表4-3爐殼厚度δ,與爐殼直徑D.的關系因D=5.844m,故D殼>4~6m,發(fā)建藤科投史學善清掌院畢業(yè)設計(論文)用紙爐門寬度L=(0.25~0.3)D爐門高度b=0.8×L8°~12°。圖4-3偏心爐設計部分尺寸圖4-3偏心爐設計部分尺寸圖4-2出鋼箱內口與中心夾角a制在10%～15%,留渣量可達到95%圖4-2出鋼箱內口與中心夾角a4電弧爐水冷爐壁的水冷面積可從出鋼槽出鋼的70%增加到87%-90%,從而提高爐襯壽命15%及擴大爐膛直徑(德國BS公司的45t爐從原來的4.2m擴大到4.6m)。耐火材料消耗可降低2.5～3.5kg/t,維修噴補爐襯的費用可減少60%,爐容量可擴大12.5%。爐體后傾角從42°~45°減少到12°~15°,可縮短短網長度，從而提高輸入爐內的有功功率(10%～33%)和功率因數(從0.707提高到0.8),縮短冶煉時間3～7min,可降低電耗15%～30%。此外，爐體傾動角減小可簡化爐子設質量減輕),且減少電極折斷幾率。4縮短出鋼時間75%,出鋼溫度可降低30℃,因而可縮短冶煉時間，降低電耗6%,降低電極消耗，生產率提高10%～15%。(1)出鋼箱內口與中心夾角α1]出鋼箱內口與中心夾角α(圖4-2)的大小直接影響箱體內鋼水的流動性，與爐中心溫度差越大，一般情況下，出鋼箱內溫度比爐心的溫度低50℃~8考慮到弧形架對爐底的支撐，120t超高功率電弧爐的α取112°。畢業(yè)設計(論文)用紙β=14°=arccos[(10210-h-1200)/(10210-1260],所以h=330mm,取h于β=arccos[(10210-350)/(10210]=15°。(5)出鋼口直徑120t超高功率電弧爐各部分尺寸列于表4-4,設定值見表4-5。表4-4120t超高功率電弧爐各部分尺寸爐襯工作層厚度熔池直徑D爐襯絕熱層厚度熔池深度H爐底厚度球冠部分高度h爐殼厚度δ截錐部分高度h球冠直徑d爐門寬度L熔煉室直徑Dn爐門高度b出鋼口直徑爐頂高h出鋼箱內口與中心夾角α熔煉室上緣直徑n爐壁襯磚厚度δ出鋼傾翻角β建萊科技史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙圖4-4板式水冷掛渣爐壁4.3、水冷掛渣爐壁的設計建革科技史學善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙5孔等。三相交流電弧爐需3個電極孔。由于電極自身被加熱，電極孔應由具有水冷爐蓋的部件有：管式環(huán)形外套圈，具有1個中心，1組管式支桿從外套且與各自凹管件共同形成3個管狀通孔(電極孔);與外套管同心，并位于內套建編科技史臀善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙變壓器功率的確定P現(xiàn)=gG/tmcosφrN=68750.5kV·A9——融化每噸廢鋼料及溶化相應的渣料升溫所需要的電量，t——變壓器有效功率熱效率，取0.8;cosφ——熔化期平均功率因數，取0.7;發(fā)建壤科投史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙為了滿足冶煉工藝的要求，在各冶煉期采用不同的功率供電，如熔化期采用最高功率及最高二次電壓供電，在精煉期使用較小功率及低電壓供電。在功率要為此變壓器要設置若干級二次電壓。首先選最高一級的二次電壓，其經驗公式為：電壓級數高壓繞組三角形獲得，另一半用星形連接獲得。故取14級電極是將電流輸送到熔煉室的導體，當電流通過電極時，電極會發(fā)熱，此時會有8%左右的電能損失。當功率一定時：電極直徑減小，電極上的電流密度I/S增大，電能損失增大。電極直徑增大，電極上的電流密度I/S減小，電能損失減小，因此希望電極直徑大點。但是如果電極直徑太大，電極表面的能量熱量損失增加，所以電極直徑不能太大，應有一個合適的值，以保證電極上的電流密度在一定范圍內，根據經驗，電極直徑可按下式確定：K——系數，對石墨電極K=2.1W/cm2;I——電極上的電流強度，A; 壓。不同尺寸的電極I/S值見表5-1。發(fā)建藻科技史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙d電極/mm此電極上的電流密度不應超過該尺寸電極的I/S允許值，以免電極溫度過高。取電極直徑為d極700但是爐坡上的爐料難熔化，熔池加熱不均勻，爐頂中心結構強度差，容易損壞，并且電極把持器上下移動困難。如果電極心圓直徑d加劇爐壁損壞。電極心圓直徑的經驗值為：d三極心=(0.25～0.3)D則：d三極心=0.3D=0.27×5844=1578mm。表5-2變壓器功率和電參數參數參數變壓器視在功率P視最高的二次電壓U電極電流強度I電極直徑d電電極上的電流密度電極心圓直徑d二極心建編科技史臀善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙IⅡaⅡⅢIbⅢ圖5-2硬銅母線的兩種布置方式a一平面布置；b一等邊三角形布置電路的短網是指變壓器低壓側的引出線至電極這一段傳導低壓大電流的導體。這一段線路不長，約10m～20m,但是導體的橫截面積大，電流大。它的電參數(電阻和電抗)對電爐裝置的工作有很大的影響，在很大程度上決定了電爐短網的結構如圖所示，主要由硬銅母線(銅排)、軟電纜和爐頂水冷銅管幾部分組成，電極有時也算做短網的一部分。因為短網導體中電流，特別是經常性的沖擊性短路電流使導體之間存在很大的電動力，所以目前絕大多數電弧爐的短網都采用銅來制造，而很少采用機械強度較差的鋁。從變壓器低壓側出線端到變壓器室外面的軟電纜接頭處是硬銅母線。這段硬銅母線通常采用矩形銅排，考慮到交流電的集膚效應矩形銅排的高寬比為10~20。有的電爐為了簡效應和鄰近有的電爐為了簡效應和鄰近效應矩形銅排的高寬比為化結構，減少維修，采用空心銅管，中心通水冷卻，以提高平均電流密度。在我國目前多數電爐的硬銅母線是采用三相平面布置，有個別電爐采用了等邊三角形布置(如圖5-2所示),也有采用改進平面布置。軟電纜的長度應能滿足電極升降、爐體傾動及爐蓋旋轉的需要。根據變壓器額定電流的大小，采用多根軟電纜并聯(lián)連接。軟電纜一般為裸銅電纜，如在裸銅電纜外套水冷膠管，可使允許電流密度提高兩倍左右，這樣既減少電纜根數，節(jié)約銅材，又可提高使用壽命。水冷導電銅管裝在電極夾持器的上方，一頭與軟電纜相連，一頭與電極夾頭相連。水冷銅管管壁厚度一般為10mm。為了減少短網的電阻和感抗，要盡量縮短短網的長度；導體的接頭處要緊密連接；導體要有足夠大的截面，并且截面形狀應采用較大高寬比的矩形截面或空心銅管，還必須注意合理的布線，導體與粗大的鋼結構應離得遠一些。建革科技史學善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙(3)、將中間相電極向爐子中心移動。此外，為了提高爐襯壽命，也可采用不均衡爐襯結構，在熱點區(qū)域采用優(yōu)質耐火材料，在非熱點區(qū)采用般耐火材建編科技史臀善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙隨著對特殊鋼質量要求的不斷提高，就必須不斷強化特殊鋼的冶煉。為此，近些年來發(fā)展了以爐外精煉法為中心的煉鋼溫度等，移到爐外的鋼包或專用容器中進行。這樣就把煉鋼工藝分成兩步進行，在轉爐和電弧爐中進行熔化和初煉，這些爐電弧爐與精煉爐雙聯(lián)取消了電弧爐的精煉操作，提高了電爐變壓器的時間利為了加快精煉爐內的反應速度，加快反應產物及雜質的排除，加速升溫和使溫度、成分均勻化，采用吹氬攪拌或電磁攪拌技術。本設計爐外精煉采用鋼包吹氬埋弧精煉法(LF法)和法);發(fā)建壤科投史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙單憑鋼液真空處理不可能降低鋼中[0]含量，在真空條件下要降低[0]含量，也必須加入脫氧劑，借助于脫氧反應。在煉鋼操作中，碳是最理想的脫氧劑，因為其脫氧產物是CO氣體，所以不會玷污鋼液。而且隨著CO氣泡在鋼液中上浮，可以有效地去除鋼液中的氣體和非金屬夾雜物。但是在常壓下，碳的脫氧能力并不大，只比錳、鉻、釩略高，而且鋼中碳含量都比較低，不可能使鋼中氧降低到0.05%以下。p0——常壓，101325Pa或101.325kPa;ac,ao——鋼液中碳和氧的活度，ac=fc[%C]由上式可見，在一定溫度下，鋼中碳含量不變時，鋼中氧含量將隨著Pco的高時，其脫氧能力將超過硅、鋁而成為決定鋼中[0]含量的元素，如圖6—1所爐外精煉時熔煉室的真空度通常為0.1～0.01kPa,熔煉溫度1600℃下建編科技史臀善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙應達到10-?~107,即：必須指出，實測的結果以及許多研究試驗都表明，在真空下碳的脫氧能力遠沒有像理論計算那樣強。各種真空精煉法(不論其真空度多高),如將真空精煉后實測的氧含量標在碳一氧平衡圖上，如圖6—2所示，大多聚集在0C脫氧元素含量/%衡曲線附近。因此，實測值是大大高于理論計算的平衡值。在真空下碳脫氧能力實測值與理論計算差別很大的原因可歸納為：(1)、熔池內碳氧反應區(qū)真實的C0分壓值，遠高于熔煉室真空精煉時的工作壓力。(2)、鋼液暴露在真空下的時間比較短，碳氧反應沒有達到平衡。某些真空精煉的方法，如真空澆鑄、真空脫氣等工藝，雖然能保證鋼水靜壓力和毛細管壓力都很小，但碳的脫氧效果并沒有提高。這主要是碳和氧在鋼液中的擴散速度比氫要緩慢得多，所以在有限的真空處理時間內，脫氧就沒有脫氫那么完全。因此，反應區(qū)壓力大不是解釋碳真空脫氧能力偏低的惟一原因。(3)、真空下與鋼液接觸的爐襯和爐渣中的氧化物分解，向鋼液供氧。特別是鋼液中碳的存在，使氧化物的穩(wěn)定性進一步降低。由于爐襯和爐渣的供氧，即使長時間的保持真空，碳氧仍不能達到平衡計算值。(4)、真空精煉時鋼中的氧(特別是已脫氧的鋼液),大部分是以氧化物夾雜的形式存在。只有部分粘附在氣泡壁上的氧化物，才有可能被碳還原。特別是含有強脫氧元素的鋼種或真空精煉前已經終脫氧的鋼，碳的脫氧量就更少。氣體在鋼中的溶解度隨著溫度和壓力而變化，其變化規(guī)律服從平方根定律：建藻科技史學善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙在1600℃時，Kμ=0.00268;KN=0.0402;此時，純鐵液中氫和氮的溶解因此，只要降低氣相中氫和氮的分壓由此可見，鋼液真空脫氣并不需要很高的真空度。必須指出，鋼液真空脫氣遠達不到理論計算的平衡值。因為爐內壓力實測值不能代表脫氣反應處的真實壓力。同時，鋼液成分對去氣也有相當大的影響，所以真空脫氣不能脫離鋼液熔池的一般脫氣原理，即碳氧反應，沸騰熔池的脫氣。脫氫和脫氮是與溶解于鋼中的氣體[H]、[N]向析出的CO氣泡中擴散有關，所以真空脫氣和熔池的真空碳脫氧相聯(lián)系。氬氣是一種惰性氣體，通常是將氬氣通過鋼包底部的多孔透氣塞不斷地吹入鋼液中，形成大量的小氬氣泡，對于鋼液中的有害氣體[H]、[N]和脫氧產物CO來說，相當于無數個小真空室，可逐漸將這些氣體帶走，其原理與真空脫氣是一樣的。而氬氣上浮時引起鋼水攪動，提供了氣相形核和夾雜顆粒碰撞聚集的機會，因而有利于氣體、夾雜物的排除。氬氣的精煉作用可歸納成下列3點：(1)、氬氣的發(fā)泡、氣洗作用：使鋼液中[H]、[N]含量降低，并進一步鋼中(2)、氬氣的攪拌作用：清除夾渣、夾雜物，使溫度化學成分均勻；(3)、氬氣的保護作用：氬氣從鋼液中逸出覆蓋在鋼液面上，可避免鋼液被二次氧化。氬氣的精煉效果與耗氬量、吹氬壓力、氬流量、處理時間和氣泡大小等因素有關。當吹氬量偏低時，就限制了氬氣的精煉作用，只能起到氬氣的攪拌作用，從而使氬氣的去氣、脫氧和保護鋼水的作用都得不到充分發(fā)揮。有資料報道，如無其他精煉手段，僅采用吹氬精煉，要達到去除氣體和夾雜物的目的，耗氬量應在1.64～3.28m3/t。這些氬氣全部由透氣塞吹入在實際上是很難做到的。如果把吹建編科技史臀善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙應，而氬氣雖不參與化學反應而從熔池中逸出，但氬氣泡在上升的過程中，使發(fā)建球科技史學尊清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙b圖6-3LF鋼包爐基本功能示意圖5一加熱用爐蓋；6—鋼包；7一抽氣管道；8一真空爐蓋(爐蓋上有加料口、取樣測溫孔、吹氧孔及氧槍、窺視孔等)倒入扒渣發(fā)建編科技史學善清塑院畢業(yè)設計(論文)用紙VD法是把鋼包真空脫氣法和吹氬攪拌相結合產生的一種方法。鋼包真空脫氣法是出鋼后將鋼包置于真空室內，蓋上真空蓋后抽真空使鋼液內氣體由液面逸出。在包內無強制攪拌裝置的情況下，脫氣主要靠負壓作用在鋼液上層進行。并借助于鋼液內的碳自發(fā)脫氧反應形成的CO氣泡的排除造成鋼液沸騰攪拌鋼液，增大氣液界面積，并提高了傳質系數，從而提高了脫氣效果。因此，認為脫氣由液面脫氣和上浮氣泡脫氣構成。但因無強制攪拌措施，只有鋼包上部一層鋼液與真空作用，所以脫氣效果差。特別是大容量鋼包，因鋼液靜壓力的影響大，包底層的氣體不易逸出。而VD法的精煉手段是底吹氬攪拌與真空相結合。在真空狀態(tài)下吹氬攪拌鋼液，一方面增加了鋼液與真空的接觸界面積；另一方面從包底上浮的氬氣泡吸收鋼液內溶解的氣體，加強了真空脫氣效果，脫氫率可達到42%~78%,同時上浮的氬氣泡還能黏附非金屬夾雜物，促使夾雜物從鋼液內排除。使鋼的純凈度提高，清除鋼的白點和發(fā)紋缺陷。真空室的壓力一般為660～2.66×10?Pa,處理時間為12～15min。VD法的裝置如圖6-4所示，其所用鋼包壁普通鋼包稍深一些，使鋼包液面以上留有800～1000mm的凈空高度，以適應鋼液沸騰的需要。包底裝有透氣原件或透氣磚，真空蓋上裝有加料設備，可以在真空狀態(tài)下添加合金料。實現(xiàn)真空有兩種形式：(1)真空罐式，鋼包坐入真空室內，蓋上真空蓋然后抽真空。(2)桶式密封結構，連接真空系統(tǒng)的包蓋蓋在帶凸臂的鋼包上代替真空室。本設計采用真空罐式密封結構。VD法的工藝過程：需要處理的鋼液在LF爐處理后，將鋼包坐入真空室內，接通吹氬管吹氬攪拌，測溫取樣，再蓋上真空蓋，啟動真空泵，大約10～15min后可達到工作真空度(13.33～133.3Pa),在真空下保持10min中左右，達到脫氣、去夾雜、均勻成分和溫度的作用，整個精煉時間約30min,吹氬攪拌貫穿整個精煉過程。(1)、氬氣壓力。為了將氬氣吹入鋼液內并攪拌鋼液運動，氬氣應具有一定的壓力，最小壓力Pmin應滿足下列關系式：P鋼——鋼液的靜壓力(P鋼=pgH),Pa;發(fā)建球科技史學尊清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙克服表面能的壓力損壓力過小形不成液面運動情況進行調真空料斗真空料斗攝像頭抽風口滑板力為200～350kPa左右。氧含量一般為(7～15)×10?%,溶解氧的脫除率平均為82%;發(fā)建球科技史學尊清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙7、電爐煉鋼車間煙氣凈化系統(tǒng)的設計空氣而產生大量煙塵。煙氣量取決于爐容量和冶煉工藝。當鋼中每氧化1%的碳可產生20～25Nm3/t的煙氣。在吹氧階段煙氣量將為吹氧量的6倍以上。煙氣成還原期為1000～1200℃,熔化期為600～800℃,煙塵主要是在氧化期和熔化期煙塵的粒度，在熔化期小于10微米占80%以上，在氧化期小于1微米占90%以煙氣溫度平均約1100℃。煙氣量發(fā)建藻科技史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙可按氧化期的最大脫碳速率時的爐氣量，再考慮到爐氣中CO全部撒燒成CO?所帶入的空氣量來確定應排出的煙氣量。先由式(8—1)計算Vmax,再由式(8-2)求其最大煙氣量Qmax。vc.max——最大脫碳速率，%/min;式中：{CO}——爐氣中CO含量，%。吹氧時一般按吹氧量的3～4倍率設計排煙量。由于電弧爐采用除塵后會對爐內氣體產生抽力.所以設計時應注意到可能產生的某些不利影響。例如，在熔化期，因爐內被加熱的氣體受抽力作用，逸出速度加快，熱損失增加，能耗提高。對于還原期，如不采取措施，就難以保證爐內的還原性氣氛，對脫氧脫硫不利。針對這種情況，確定合理的排煙量至關重要。通常應使爐內維持一定的正壓：既減少冷空氣吸入爐內，又不致使較多妒氣逐出爐外。這就需要設置調節(jié)閥。電弧冶煉過程中的煙塵產生量為4.5～22.5kg/t。在不吹氧的情況下，爐氣含塵量約2.3～10g/m3,氧化期吹氧時，含塵量可達10～20g/m。雖然它比氧氣頂吹轉爐的低得多，但仍然大大超出排放標準。電弧爐煙塵主要是鐵的氧化物(表7—1)。其粒度很細，<5μm的占一半以上(表7-2)。表7-1電弧爐煙塵成份，%成份%~12成份PSC堿%表7-2電弧爐煙塵的粒度分布發(fā)建球科技史學尊清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙%在我國，從設置有凈化系統(tǒng)的電視爐來看，主要還是用袋式除塵器。表8-3對表7-3電弧爐煙氣常用凈化方法的比較干法袋式除塵器除塵效率(%)操作溫度煙氣調節(jié)需要空間基建投資動力費用相對費用99(效率無波動)有限制(略低)不需要略低中等中等90～95(效率有波動無限制(略高)需要小略高低高)抽氣方式主要有兩種：爐頂(即在爐蓋上開孔)抽氣和爐側(即在爐體側壁器的煙氣溫度通?？刂圃?50～200℃以建藻科技史學善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙設計電弧爐煙氣凈化系統(tǒng)的工藝流程為：電弧爐爐內爐氣→爐內排煙管道→燃燒室→廢鋼預熱室→水冷管道→風冷管道→7.5、煙氣凈化系統(tǒng)的主要圖7-1電爐移動式爐門示意圖煙氣收集設備——煙罩煙罩位于電爐之上，用來收集冶煉過程中產生的煙氣，本設計煙罩采用移動式煙罩(如圖7-1)。煙罩分為左右兩部分，每部分由立面和平面兩部分組成，立面底部裝有滾輪用于移動煙罩。首先，煙罩打開，通過料斗向電路內加入爐料，加入完畢后，爐門閉合，電爐開始冶煉，冶煉過程中，電爐產生的煙氣通過伸入爐內的煙道被抽煙機送入廢鋼預熱系統(tǒng)的二次燃燒室，電爐冶煉結束后，將電極抬起出鋼。此時產生的煙氣被煙罩收集后同樣送入廢鋼預熱系統(tǒng)的二次燃燒室。煙氣冷卻設備使用噴淋塔。噴淋塔主要用于煙氣冷卻，同時也起一定的凈化作用。噴淋塔置于文(絕熱增濕降溫過程),可使煙氣溫度降至70～250℃,置于文氏管后(絕熱減濕降溫過程),煙氣溫度可降到50～60℃。其主要設計參數如下：(1)、空塔直徑D.和有效傳熱高度H。D.和H可按下式確定：而建編科技史臀善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙20m/s和12～15m/s。3層布設。如為兩層，按上層70%和下層30%來考慮；如為三層，按上層噴50%抽氣設備(抽煙機)發(fā)建革科技史學單清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙發(fā)建藻科技史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙8電弧爐煉鋼車間工藝布置廢鋼、煉鋼生鐵、造渣材料→超高功率電弧爐→LF精練爐→連鑄機原料間主要是儲存鋼鐵料、氧化劑等原材料，還有廢鋼的預熱烘烤設施。表8—1原材料單耗指標kg/t鋼鐵料鐵合金石灰電極爐襯耐火材料鋼包耐材Kg/t358表8—2計劃儲存天數外購廢鋼(天)返回廢鐵合金石灰螢石鎂砂發(fā)建藻科技史學善清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙鋼(天)(天)(天)(天)(天)55155表8—3各種材料堆積密度與允許堆高名稱外購廢鋼返回廢鋼鐵合金焦炭螢石石灰輕中重密度(t/m3)222表8—4密度容器修正系數材料外來廢鋼渣料燃料修正系數表8—5各種原料的占地面積尺寸(m2)名稱廢鋼鐵合金散狀料煉鋼生鐵返回鋼輕型中型重型尺寸m(長×寬)坑深m22由于廢鋼間的選取為70+35+50=155m,再留有一定的預留空間，故確定建編科技史臀善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙8.2.爐子跨整體布置器房和控制室，另一側為爐體和爐蓋的修砌區(qū)。8.2.1爐子跨工作平臺高度利通過爐子下面，平臺標高=鋼包車高+鋼包高+1.5~2.5=1.5+4.0+2.0=7.5m。8.2.2爐子的變壓器室和控制室證操作安全，電弧爐變壓器與房子的內墻應該有一部分距離，變壓器到門離為2.5米，到后墻及側墻的距離為1.5米。電弧爐變壓器的參數如表7—6所表7—6電弧爐變壓器的參數(米)寬度m高度m大門尺寸m爐子中心線到變壓器房的距離m4×4.578.2.3電弧爐出渣和爐渣處理電弧爐直接出渣到爐下的渣罐車，渣罐車通過原料跨把電爐渣運出廠房8.2.4爐子跨的長度、跨度、高度(1)爐子跨的長度：與原料跨相同，取為160m(2)爐子跨的跨度：考慮到修筑爐體、爐蓋的場地要求，以及變壓器房的限定，取其跨度為24m;(3)爐子跨間吊車軌面的高度：對于橫向布置的電弧爐車間，橋式吊車吊建編科技史臀善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙起的最高工作點是電弧爐接裝電極時的高度。故計算吊車的軌面標高為：L5—電極把持器頂端降低到最地位置時與爐門坎的距離，取值為4000mm;L6—電弧爐爐們坎到車間地面的距離，取其值為8000mm。計算得h=L1+L2+L3+L4+L5+L6=20.3m,故取軌面標高為24m。鋼包回轉臺的布置是采用高架式布置，它位機的結晶器及中間包的長度予以考慮?？紤]回轉臺的高度為9米。回轉臂半徑必須能從鋼水一側的吊車接受鋼包，旋轉180度停在澆注跨中間回轉速度以多爐連澆時允許的鋼包更換時間和啟動停止時鋼水不被晃出為前提條件，這里取回轉速度為1.0轉/分，更換鋼包的時間為1.0--2.0分鐘，鋼包回轉臺半徑依鋼包尺寸及場地限制取為6米。8.3.1其他布置建藻科技史學尊清堂院畢業(yè)設計(論文)用紙8.4連鑄跨(1)操作平臺的高度一般低于結晶器上口0.3--0.4米，本設計中取其值為H1—拉矯機底座到鑄坯底面的距離，取為1.0m;H2—弧型結晶器頂面到弧型中心的距離，取值為0.6m計算得：H=9.3m.。(2)澆注平臺的度要考慮到中間包車的長度及布置，通常中間包車長度為7米，所以澆注平臺的長度為45米。(3)平臺寬度取決于連鑄機外弧垂直切線至鑄機內側柱列線之距離和鑄機外側的操作空間，其值取為15米。(4)平臺上操作室的尺寸：5×5×4米。H?—拉矯機底座基礎面至鑄坯底面距離，取為1.0m;建編科技史臀善清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙來定，取其值為2m;故L=R+L?+L?+L?+L?+L?=5+2+4+4+15+11=43m,,確定出壞跨為30m。8.5出坯跨建藻科技史學尊清墅院畢業(yè)設計(論文)用紙8.6備注(2)各級平臺均設有樓梯臺階，此設計可依靠具體空間及相應地點的構造表7—7電爐煉鋼車間各跨間的基本情況表序號跨間名稱跨度長度軌面標高1原料跨2電爐跨3精煉跨4連鑄跨5出壞跨9車間主要設備的選擇選擇合適的煉鋼設備是冶煉工藝順利進行的基本保障。設備選擇主要包括：9.1.1校核年產量對于年產量200萬噸的電弧爐車間，采用超高功率偏心底出鋼電弧爐，利用水冷掛渣爐壁技術，電弧爐公稱容量為120噸。校核年產量A=269萬噸.此容量電弧爐完全符合車間生產要求，根據相關電弧爐的參數列表名稱單位數值額定容量T最大出鋼量T變壓器公稱容量爐殼內徑爐膛內徑電極直徑電極分布圓直徑電極最大行程工作門尺寸爐體傾動液壓爐蓋提升液壓電極升降液壓除塵方式除塵罩建球科技史學尊清輩院畢業(yè)設計(論文)用紙4電極成品具