50萬(wàn)噸電爐煉鋼車間設(shè)計(jì)(共65頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目:年產(chǎn)50萬(wàn)噸電爐煉鋼車間設(shè)計(jì)系：化學(xué)與化學(xué)工程專業(yè)：冶金工程班級(jí)：2012級(jí)學(xué)號(hào)：4姓名：黃遠(yuǎn)東指導(dǎo)教師：周剛 年 月 日 專心-專注-專業(yè)六盤水師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信責(zé)任書本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究、探索所完成的。畢業(yè)論文中凡引用他人已發(fā)表或未發(fā)表的研究成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。特此聲明。設(shè)計(jì)作者簽名： 目錄摘 要 與轉(zhuǎn)爐煉鋼相比，電爐的短流程在該地區(qū)具有優(yōu)勢(shì)，投資、節(jié)能、環(huán)保等方面具有優(yōu)勢(shì)。爐鋼比逐年增加，是冶金工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)鋼鐵行業(yè)的老齡化設(shè)備存在的問題，普通鋼生產(chǎn)過剩，生產(chǎn)能力低

2、，質(zhì)量差，高質(zhì)量的鋼鐵產(chǎn)品，生產(chǎn)能力弱，再加上缺乏的中國(guó)，電爐鋼比一直處于低水平，比西方主要鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，有一定的差距。具有高功率和超高功率電弧爐，精煉，連鑄，連軋等一系列技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)廢鋼資源充足的直接還原技術(shù)的發(fā)展積累，精煉技術(shù)的快速發(fā)展，電力工業(yè)的發(fā)展，電弧爐的生產(chǎn)成本將下降，相對(duì)的，國(guó)家在能源、資源和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步改善管理和加強(qiáng)，電爐煉鋼具有更為廣闊的發(fā)展空間，在鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)勢(shì)頭比電爐鋼將不會(huì)改變。通過查閱國(guó)內(nèi)外電爐車間的文獻(xiàn)資料，閱讀書籍，并要求教師完成設(shè)計(jì)工作。包括制定本產(chǎn)品的概要、電爐、爐外精煉、連鑄示范；然后計(jì)算負(fù)荷、選擇合適的設(shè)備；最后得出電爐爐型和電爐車間平面圖。關(guān)鍵字：電

3、弧爐；車間設(shè)計(jì)；超高功率；連鑄；爐外精煉ABSTRACT The short process of electric furnace steelmaking plant has advantages in investment, energy saving, environmental protection and so on in the area. Electric furnace steel is the development trend of metallurgical industry, exist in the China Iron and steel industry of e

4、quipment of aging, ordinary steel overcapacity, production efficiency low lack high quality steel products quality, production capacity weak, coupled with the lack of resources of Chinas steel scrap EAF steel than has been at a low level, compared to the Western mainly produce steel there is still a

5、 certain gap. With high power and ultra high power electric arc furnace, refining, the accumulation of continuous casting and rolling, and a series of technical development and social availability of steel scrap for direct reduction technology development, rapid development of out of furnace refinin

6、g technology development, the development of electric power industry, electric arc furnace production costs will drop, the relative, national energy, resources and environmental standards, to further improve the management and strengthen, EAF steelmaking has more broad space for development, in stee

7、l production growth momentum than electric furnace steel will not change. Through the domestic and foreign electric furnace shop design literature, read the books, and to the teacher to ask for the completion of the design. Formulation of product outline; furnace, refining, continuous casting, the m

8、aterial balance and heat balance calculation; then the burden calculation, calculation and selection of appropriate equipment function; final released type and electric furnace workshop layout.Keywords: electric arc furnace; plant design; ultra-high power; continuous casting; furnace outer refining.

9、1 概述1.1 鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀 鋼鐵是使用最廣泛的金屬材料，人用金屬，鋼鐵占90%以上。沒有鋼鐵，人們不能活，生產(chǎn)或其他活動(dòng)中使用的工具和設(shè)施也都是用鋼制的。鋼鐵生產(chǎn)往往是衡量一個(gè)國(guó)家的工業(yè)化水平和生產(chǎn)能力的重要標(biāo)志，鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量和品種，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和其他工業(yè)部門的產(chǎn)品質(zhì)量，有很大的影響。 轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料是高爐冶煉，多數(shù)情況下，高爐的主要原料是鐵礦石。錠坯或鑄坯轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的產(chǎn)品是，他們不是最終產(chǎn)品，必須由各種類型和規(guī)格的鋼板、鋼、管等最終產(chǎn)品的軋制生產(chǎn)，提供市場(chǎng)。因此，氧氣轉(zhuǎn)爐不能獨(dú)立存在，它必須首先煉鋼，軋制，和其他輔助原料生產(chǎn)和供應(yīng)系統(tǒng)，鋼鐵生產(chǎn)的組合組成，我們稱這種生產(chǎn)方式為鋼鐵

10、企業(yè)。電弧爐煉鋼是煉鋼的主要原料，或直接還原鐵及其制品，其產(chǎn)品仍為錠或坯，需要通過滾壓機(jī)軋制成最終產(chǎn)品，為市場(chǎng)需求。在這種情況下，作為一個(gè)成品鋼的生產(chǎn)單位，往往由鋼和鋼的2個(gè)部分，我們說這樣的生產(chǎn)模式，電爐鋼。隨著電弧爐的高功率和超高功率，精煉，連鑄連軋和一系列的技術(shù)開發(fā)和社會(huì)的廢料資源充足的積累，顯示了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，由于資源和環(huán)境的影響“廢電弧爐連鑄-軋鋼生產(chǎn)過程，與傳統(tǒng)的鋼鐵企業(yè)相比，這種新型電弧爐鋼米爾斯也被稱為短流程。電爐煉鋼產(chǎn)品主要有軸承鋼、不銹鋼等。1.2 電弧煉鋼廠近年來，電弧爐煉鋼在全球的不斷發(fā)展，電弧爐鋼在世界鋼鐵生產(chǎn)中所占的比重越來越。電弧爐煉鋼廠的廢料為原料，或直接還原

11、鐵的一部分，構(gòu)成部分的冶煉通常是一個(gè)高功率或超高功率電弧爐和爐精煉設(shè)備，如爐和一個(gè)連續(xù)鑄造機(jī)，鋼坯熱交付到下一個(gè)滾動(dòng)汽車直接軋制生產(chǎn)。由此我們可以看出，電爐煉鋼廠具有結(jié)構(gòu)緊湊、投資的優(yōu)勢(shì)，建設(shè)周期短，節(jié)約能源消耗，改善環(huán)境污染，勞動(dòng)生產(chǎn)率優(yōu)勢(shì)，具有年產(chǎn)鋼可以從百萬(wàn)噸到數(shù)百萬(wàn)噸，品種種類繁多，從普通碳鋼高質(zhì)量合金鋼。與傳統(tǒng)的鋼鐵企業(yè)相比，規(guī)模小，過程相對(duì)短，也被稱為“短流程”在我國(guó)電弧爐鋼產(chǎn)品有優(yōu)質(zhì)鋼材、合金鋼、鋼等特殊用途。在特殊鋼廠，由于品種和質(zhì)量要求，冶煉和加工技術(shù)更為復(fù)雜，還需要設(shè)置爐精煉爐、真空爐、電渣爐等多種類型的設(shè)備，滿足不同種類的鋼生產(chǎn)的需要。鋼水澆鑄方式的選擇：在冶煉鋼和生產(chǎn)規(guī)

12、模適宜的條件下，應(yīng)在連鑄選擇方案、煉鋼、鑄造、鍛（軋）相比于傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，連鑄具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：1）金屬產(chǎn)量可提高10% 15%；2）采用連鑄生產(chǎn)工藝，降低能耗25%至50%；3）節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)施投資40%；4）促進(jìn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，擴(kuò)大和提高鋼材質(zhì)量，鋼坯。 連鑄坯生產(chǎn)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益顯著，連鑄技術(shù)的發(fā)展是煉鋼和鑄造工藝的重大變革，以及后續(xù)工序的銜接，提高生產(chǎn)率，降低能耗，各種新技術(shù)也都是因?yàn)樗竭B鑄的提高而得以實(shí)現(xiàn)的：通過連鑄連軋、鑄坯熱送、熱裝、連鑄坯直接結(jié)扎。1.3 煉鋼廠生產(chǎn)規(guī)模與物料平衡1.3.1 煉鋼廠生產(chǎn)規(guī)模與產(chǎn)品大綱 鋼廠（車間）的生產(chǎn)規(guī)模是指合格的連鑄坯質(zhì)量的數(shù)量。對(duì)于一個(gè)車間

13、，還應(yīng)區(qū)分其“生產(chǎn)能力”和“實(shí)際（或計(jì)劃）輸出”，當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行，沒有意外事故的外部因素，兩者實(shí)際上是相同的。 煉鋼廠的產(chǎn)量是由該工廠的煉鋼生產(chǎn)所決定的。根據(jù)工廠的產(chǎn)品計(jì)劃，該廠的產(chǎn)品產(chǎn)量，品種和規(guī)格的產(chǎn)品，如各種參數(shù)，以確定加工工藝和加工設(shè)備類型，再根據(jù)工藝的要求，以確定的煉鋼車間應(yīng)提供鑄坯質(zhì)量和截面形狀和大小，根據(jù)不同的鋼材等級(jí)要求提供的板坯數(shù)量（噸），這通常是一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)車間的概述。 煉鋼車間的設(shè)計(jì)應(yīng)該首先制定車間生產(chǎn)計(jì)劃（或計(jì)劃的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，清單的鋼鐵，冶煉鋼鐵有一些工具的代表，鋼鐵產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比例。以這種方式，產(chǎn)品種類，生產(chǎn)，和生產(chǎn)車間的比例明確表示。 1.3.2 煉鋼廠的物料平衡

14、 煉鋼廠（車間）生產(chǎn)物料平衡是指進(jìn)入車間的原材料（月消耗量或年消耗量，公斤或噸），用一段時(shí)間來生產(chǎn)合格鋼坯數(shù)量，排出渣，工業(yè)廢物的量和排放量和回收的煙塵量的平衡計(jì)算。它是一個(gè)車間的投入和產(chǎn)出之間的關(guān)系。煉鋼過程中，消耗的原材料對(duì)金屬材料的量（廢料和鐵水）是最大的，所以在物料平衡應(yīng)是金屬材料的平衡。表1.1 超高功率電弧爐熔煉主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)項(xiàng) 目單 位主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)冶 煉 周 期min/爐40 70冶 煉 電 耗kwh/t250 400石墨電極消耗量kg/tAC:3；DC:，加熱、軋坯機(jī)、中間坯加熱、軋制（、拋丸、矯直直、倒角、渦流探傷、超聲波探傷）。線材的生產(chǎn)工藝：高爐鐵水10優(yōu)質(zhì)廢鋼、1

15、00t電爐超高功率偏心底出鋼電弧爐、精煉爐真空脫氣100tlf，100tvd，12M 5 300mm300mm 5流小方坯連鑄機(jī)。本設(shè)計(jì)考慮實(shí)際和先進(jìn)的使用：煙道Consteel電弧爐（UHP-EAF，EBT） 80t LF精煉爐、VD真空脫氣爐80t，12M 3機(jī)3流小方坯連鑄機(jī)300mm300mm大方熱送、熱負(fù)荷、加熱、軋制（拋丸、矯直，渦流探傷、超聲波探傷）。（超高壓超高功率電爐、偏心底出鋼法）（1）Consteel電弧爐實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料、預(yù)熱廢料、生鐵、預(yù)還原鐵礦石和其他金屬材料，減少電弧爐煉鋼技術(shù)的煙塵排放。它從廢碼或鐵路貨車到廢裝機(jī)，通過送料輸送機(jī)自動(dòng)，連續(xù)從1號(hào)和3號(hào)電極（見圖2.1

16、）側(cè)的爐殼部分加入電弧爐，始終在爐內(nèi)保持一定量的鋼。同時(shí)，通過對(duì)爐內(nèi)煙氣的反向預(yù)熱段進(jìn)行預(yù)熱預(yù)熱。這樣的電弧可以直接加熱熔融鋼，通過直接熔融的鋼廢料，平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)的預(yù)沖擊，降低變壓器容量，節(jié)約能源。鐵路廢料被運(yùn)送到一個(gè)爐體材料領(lǐng)域，電磁掛在傳送帶上。全封閉式廢鋼預(yù)熱段長(zhǎng)度18 24m，內(nèi)襯耐火材料和水密封裝置的密封，以防止密封蓋和預(yù)熱段在泄漏的底部。預(yù)熱段還可以安裝天然氣燃燒器。廢料由加熱氣體和燃料500700度組成。圖2.1 煉鋼電弧爐爐蓋簡(jiǎn)圖11號(hào)電極；22號(hào)電極；33號(hào)電極；4轉(zhuǎn)動(dòng)爐蓋機(jī)構(gòu)它的優(yōu)勢(shì)是：占地面積小，節(jié)省投資。使用該計(jì)劃，不會(huì)增加工廠的高度，減少生產(chǎn)規(guī)模和投資比例。大

17、大降低運(yùn)營(yíng)成本。連續(xù)熔煉廢屑預(yù)熱，大大降低耐火材料的消耗，電極。廢氣由15%到10%減少，廢氣通過預(yù)熱段以較低的速度傳遞，廢氣中大量的煙氣和粉塵在預(yù)熱段減少。對(duì)原材料的適應(yīng)性強(qiáng)。Consteel系統(tǒng)可以使用狀態(tài)的廢鋼、生鐵、冷或熱的直接還原鐵（DRI）和熱球丸（HBI），鐵和COREX海綿鐵。熱金屬的加入量為20%60%，而且加入爐。廢氣處理方法簡(jiǎn)單。因?yàn)橛幸粋€(gè)較長(zhǎng)的預(yù)熱期，以確保在預(yù)熱爐2 / 3長(zhǎng)度的充分反應(yīng)，預(yù)熱爐廢氣，可以方便地實(shí)現(xiàn)廢氣的排放，在共同，氮氧化物等嚴(yán)格控制。（2）熔鐵魚雷車的供應(yīng)：工藝流程：高爐出鐵在魚雷車、鐵路機(jī)車牽引到流坑邊電爐廠電爐鐵水的鐵水罐在坑內(nèi)，稱重后對(duì)入爐。

18、（3）廢料供應(yīng)模式：在廢料的分離設(shè)置，乘火車或汽車到材料或青貯窖卸到廠外的廢料，按照不同類型的分類堆放，起重機(jī)磁鐵或夾具廢鋼料斗進(jìn)入報(bào)廢的熱、電漏斗車運(yùn)輸?shù)匠潆姙车膽?yīng)用；（4）LF爐外精煉用，和VD脫氣裝置將配置LF爐后。1）爐：如果方法主要是通過電極埋弧加熱，底吹氬攪拌鋼和渣（合成渣）來實(shí)現(xiàn)精煉，完成主要任務(wù)的深、深脫硫和夾雜物去除。鋼包精煉爐內(nèi)的電弧爐用鋼液，鋼包、爐蓋、電極加熱系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)。爐有以下功能：攪拌作用。LF爐的底吹氬攪拌鋼渣吹，均勻鋼水成分和溫度加速鋼的脫氧和脫硫反應(yīng)之間的界面，促進(jìn)夾雜物上浮，除氣、凈化鋼液，提高鋼的純凈度。熱效應(yīng)。加熱爐有加熱的作用，從最初的冶煉爐中加入

19、熔化的鋼，在開口前的溫度下降，并在精煉過程中進(jìn)行合金微調(diào)；還原氣氛在爐蓋中的作用。鋼液儲(chǔ)存效果?？梢栽贚F爐站儲(chǔ)備1個(gè)2爐鋼水，要由鋼水冶煉而出的連鑄工藝，從而保證連鑄。過程的優(yōu)點(diǎn)是：電弧加熱效率高，溫度上升幅度大，控制精度可達(dá)到5；它具有攪拌和合金化功能，氬氣攪拌容易實(shí)現(xiàn)控制的窄范圍的組成，并提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性；設(shè)備投資少、精煉成本低，適合生產(chǎn)超低硫鋼、超低氧鋼。爐內(nèi)鋼水化學(xué)成分的變化：1。在LF精煉過程中，由于除（或飼料）的脫氧劑，脫氧劑或精煉渣的組成部分，因此，它是可能的，Si脫氧同時(shí)存在（如添加含硅材料）、鋁脫氧（如添加Al）、復(fù)合脫氧脫氧劑（如添加鈣硅。febaalsi，等）和礦渣（

20、礦渣）DNA的幾種方法。使用強(qiáng)氧化劑的鋁粒子作為最終氧，當(dāng)酸溶鋁達(dá)到0.03%，0.05%時(shí)，鋼鄰幾乎所有的轉(zhuǎn)化為氧化鋁。精煉過程中全氧含量的變化趨勢(shì)如圖2.2所示。圖2.2 精煉時(shí)間與鋼中全氧含量的關(guān)系由上圖可知 ,精煉時(shí)間的延長(zhǎng)鋼中氧含量降低 ,但精煉時(shí)間大于 40min 鋼中氧含量的降低趨勢(shì)趨緩。同時(shí) ,終點(diǎn)弱攪拌時(shí)間大于 5min 具有一定的去氧效果。 脫硫。熔渣的脫硫能力常用渣中的硫含量與鋼中的硫含量之比 ,即硫的分配系數(shù)(Ls = (%S)/ S) 表示。通過批量取樣分析，可得出精煉時(shí)間和硫的分配系數(shù)之間的關(guān)系。見圖2.3所示。圖2.3 LF爐精煉時(shí)間與硫在渣鋼間的分配系數(shù)之間的關(guān)

21、系脫硫反應(yīng)：如前所述，目前精煉渣基礎(chǔ)渣系仍以CaO-Al203 (-SiO2)和CaO-CaF2 (-SiO2)為主，屬高堿度還原渣。因此精煉渣脫硫反應(yīng)通式可按離子理論寫成:(O2-) +S= (S2-) +O G=71965-38T, J.mol-1可見，增大渣中(02-)、降低鋼中O和高溫對(duì)脫硫有利。所以，當(dāng)鋼液中的（FeO）的含量小于10%時(shí)，鋼液處于還原性氣氛，極易去除硫，這時(shí)可以使得脫硫率達(dá)到50%以上。 C + (FeO) = Fe + CO,由于（FeO）的含量很小，所以反應(yīng)消耗的碳含量較為穩(wěn)定。 2P + 5(Fe2+) + 8(O2-)= 2(PO43-) +5Fe,由于渣中

22、的(O2-)含量降低，所以反應(yīng)會(huì)向著逆方向進(jìn)行，從而使磷含量升高，產(chǎn)生“回磷”的現(xiàn)象。 合金化后的鋼水，在LF吹氬精煉過程中，鋼液中的氮可以不斷地向氬氣泡中擴(kuò)散，并由氬氣泡帶出鋼液；但是因?yàn)槌跏嫉坎桓咔倚纬煞€(wěn)定的氮化物，故LF吹氬精煉時(shí)，不會(huì)有明顯的脫氮效果。2）脫氣裝置選擇VD精煉工藝：VD法是在伴有底吹A(chǔ)r的情況下，通過抽真空(67pa)降低鋼水上部的氣壓實(shí)現(xiàn)精煉的，并完成以脫氣為主要目的的功能，通常與LF爐相配合使用。其主要特點(diǎn)為： 脫氫和脫氮。鋼中的氣體含量與熔池溫度和氣相中該氣體分壓有關(guān)。在減壓條件下，氣相中的P（H2）和P（N2）分壓降低，從而降低鋼液中的氣體含量。由于氫在鋼水

23、中的活性很高，擴(kuò)散系數(shù)很大(DH= (1.21.5)10-3cm/s)，所以抽真空時(shí)大部分氫能迅速逸出。但氮的活性較小，其在鋼中的擴(kuò)散系數(shù)也小(DH =(14)10-4 cm/s )，所以鋼水脫氮效果略差，除非加大真空度。 脫氧和脫碳。在減壓條件下，PCO分壓降低，脫碳反應(yīng)平衡向產(chǎn)生CO的方向移動(dòng)，鋼中的WO和WC下降，即減壓條件下提高了碳的自脫氧能力。 去除夾雜物。真空精煉過程中，由于脫碳反應(yīng)的進(jìn)行，能夠促進(jìn)夾雜物從鋼液中上浮進(jìn)入渣中。 功能齊全，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便。（5）選擇全弧連鑄機(jī)。連鑄鋼水連續(xù)不斷地投進(jìn)一個(gè)或一組水冷銅模具裝置，鋼水在結(jié)晶器逐漸固化成殼的邊緣，直到液面上升到一定高

24、度，坯殼到一定厚度的板坯拉矯直機(jī)，和二冷區(qū)的冷卻水等為了使鑄坯凝固根據(jù)滾動(dòng)切割成固定長(zhǎng)度的切割裝置。將高溫鋼水直接澆鑄到鋼中的過程稱為連鑄。連鑄的優(yōu)越性。簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，提高金屬回收率3，節(jié)省能源消耗，改善勞動(dòng)條件，易于實(shí)現(xiàn)鋼坯質(zhì)量自動(dòng)化。電弧連鑄機(jī)是一個(gè)凝固過程中的鋼水，在非金屬夾雜中夾雜著內(nèi)弧側(cè)的聚集傾向，容易導(dǎo)致鋼坯的夾雜物分布不均勻。另外，由于內(nèi)外弧冷卻不均勻，容易造成鑄坯中心偏析，降低鋼坯質(zhì)量。2.2.3 車間生產(chǎn)能力核算及主要原材料的消耗車間生產(chǎn)能力是衡量電爐煉鋼廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況的一個(gè)重要指標(biāo)。電爐車間的生產(chǎn)能力: 主要原材料消耗如下：金屬料 724kg/t廢鋼+310kg/t鐵水；石

25、灰 32.46kg/t電極 2.07kg/t爐襯耐火材料 2.59kg/t氧氣 31.23kg/t冶煉電耗 253.492 kWh /t2.2.4 車間組成和工藝布置 電爐車間的工藝布置必須滿足：工藝合理，各種工序的運(yùn)行平穩(wěn)，特別是電爐的操作方便，設(shè)備的功率低，開發(fā)的余地也不小。1）原料交叉各種原材料的鋼材布局：廢舊鋼塊，鐵合金，礦渣材料等。通常安排在一個(gè)交叉的交叉的爐灶附近，安排在平行或垂直布局。它的大小應(yīng)該能夠確保所需的各種原料冶煉所需的儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)目臻g。各種原材料應(yīng)放置在分類。2）爐電爐設(shè)備的安裝及冶煉操作。布局：垂直爐的攻方向和爐管車間的縱向平行于隊(duì)伍的行列。這一安排一般是在同一個(gè)交叉

26、的冶煉和鑄造布局。橫向布置：電爐和爐廠房柱縱向縱向排列的方向。當(dāng)冶煉和鑄造在兩者的交叉中分別進(jìn)行時(shí)，宜采用水平布局。利用水平布置的電爐設(shè)計(jì)。3）鑄件采用水平布置的連續(xù)鑄造機(jī)的設(shè)計(jì)。橫向布置：連續(xù)鑄造機(jī)和電爐布置在多跨的廠房中，連續(xù)鑄造件通常接受由鋼水、連鑄坯、坯橫、精橫組成、坯方向和橫縱。這一安排可以容納大量的電爐和連鑄機(jī)，車間生產(chǎn)能力。3 車間主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)3.1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（1）產(chǎn)量指標(biāo)：車間生產(chǎn)能力（年產(chǎn)量）：求得，A=52.63萬(wàn)噸（2）質(zhì)量指標(biāo)： 合格率=100% (3.2) = 100% = 94%鑄坯收得率= (3.3) =100%=96%（3）作業(yè)效率指標(biāo)作業(yè)率= (3

27、.4) = （4）渣量根據(jù)物料平衡的計(jì)算可知，渣量為鋼液量的5.86%。電爐渣量：745.86% = 4.34t/爐。4 車間主體設(shè)備的計(jì)算4.1 電弧爐的設(shè)計(jì) 電爐煉鋼車間的核心設(shè)備是電弧爐，煉鋼生產(chǎn)的順利受電爐設(shè)計(jì)好壞的直接影響。如果設(shè)計(jì)不合理，生產(chǎn)過程中很難再做改動(dòng)，所以應(yīng)特別重視電爐設(shè)計(jì)。4.1.1 爐型的設(shè)計(jì)生產(chǎn)率高，電能、耐火材料和電極消耗低，滿足多鋼種冶煉時(shí)冶金反應(yīng)的要求是新設(shè)計(jì)的電弧爐應(yīng)具有的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)步驟： 計(jì)算爐內(nèi)鋼液和熔渣的體積； 計(jì)算熔池的直徑以及深度； 計(jì)算熔煉室的高度和直徑； 計(jì)算爐頂?shù)墓案吆蜖t蓋的厚度； 計(jì)算爐襯尺寸和爐殼直徑； 計(jì)算變壓器的功率與電壓的大小和級(jí)數(shù)

28、； 計(jì)算電極直徑。（1）熔池的形狀和尺寸額定容量又叫公稱容量是指電爐熔池所能容納的鋼水量。我們用電爐的額定容量來表示電弧爐的大小。熔池指容納鋼液和熔渣的那部分容積。熔池的容積應(yīng)能足夠容納適宜熔煉的鋼液和熔渣，并留有余地。 1）熔池的形狀由截頭圓錐和球缺組成的錐球型內(nèi)型是熔池最好的形狀，爐坡傾斜角為45。這樣的形狀可保證爐料加速熔化，且易砌筑和修補(bǔ)方便，以及易于保持熔池形狀。 2）熔池尺寸計(jì)算熔池容積。根據(jù)定義: (4.1) (4.2)式中，T鋼液量，52.63t； 鋼液密度，6.87.0t/;本設(shè)計(jì)取6.9 t/； =/ =7.63 (4.3)式中，爐渣的重量，由本設(shè)計(jì)物料平衡計(jì)算得渣量是鋼液

29、量的5.86%；爐渣的密度，34 t/；本設(shè)計(jì)取3.7 t/。=0.83m熔池直徑D（渣面直徑）和深度H之比D/H；當(dāng)選定爐坡傾角為45時(shí)，一般取D/H=5左右合適，本設(shè)計(jì)取D/H=4.8。由截錐體和球冠體的體積計(jì)算公式可知，熔池的計(jì)算公式為： (4.4)式中 球冠部分高度，一般取=0.2H； 截錐部分高度，=H=0.8H； D熔池液面直徑，D=4.8H； d球冠直徑，因d = D2= 4.8H1.6H = 3.2H,代入上式,整理后得:= 10.99 = 0.0994 (4.5)綜上所述，本設(shè)計(jì)74t電弧爐設(shè)計(jì)如下：公稱容量T=74t，爐渣量占鋼液量的5.86%。= 74/6.9 + 745

30、.86%/3.7 = 11.897=1.027mD = 4.8H = 4.930md = 3.2H =3 .286m = 0.2H = 0.206m = 0.8H = 0.822m（2）熔煉室尺寸熔池以上至爐頂拱基的那部分容積就是熔煉室。1）熔煉室直徑爐坡與爐壁交接處的直徑， 爐門坎平面應(yīng)高于鋼液面2040mm，爐坡與爐壁連接面應(yīng)高于爐門坎平面3070mm，以減輕爐渣對(duì)爐壁與爐坡接縫處的侵蝕。爐坡與爐壁連接面應(yīng)高于液面直徑約100mm左右，即當(dāng)選定爐坡傾角為45時(shí)： = D + 20.1 (4.6) 所以得出= 4.930+20.1 = 5.130m2）熔煉室高度當(dāng)決定熔煉室高度時(shí),規(guī)定從爐子

31、加料門坎水平面上(指金屬門坎而言)至爐頂拱腳的空間高度為熔煉室高度，爐襯門坎較金屬門坎水平高出80100mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值/D=0.400.44，本設(shè)計(jì)取/D=0.41所以 =0.414.930=2.021m（3）水冷爐襯提高超高功率電弧爐爐襯使用壽命，促進(jìn)超高功率電弧爐技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一就是采用水冷爐壁和水冷爐蓋。水冷爐蓋的尺寸確定如下：爐頂高度與熔池直徑D有如下關(guān)系：=1917，由此得=4.930/94.930/7=（0.5480.704）m，本設(shè)計(jì)取=0.7m。爐蓋厚度取300mm；爐蓋中央取350mm。至此，渣面至爐頂中央高度=+=2.021+0.7=2.721m=5.514m（4）

32、爐底和爐壁除水冷爐壁后剩余部分的爐襯爐襯組成：工作層絕熱層石棉爐殼。通常按耐火材料熱阻計(jì)算確定除水冷爐壁后剩余部分的襯磚厚度。操作末期被加熱的溫度不大于200，以免爐殼變形，是其計(jì)算依據(jù)。一般來說，增加爐襯厚度，爐殼受熱及熱損失可以減少，但是厚度達(dá)到一定值以后，再增加爐襯厚度，反而因?yàn)楹穸仍黾舆^大，而增加爐殼直徑，增加了散熱面積，耐火材料消耗增加，所以選擇優(yōu)質(zhì)材料，使用較薄的爐襯是最好的辦法。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：石棉厚度取100mm，絕熱層厚度取75mm；工作層厚度為300mm。=2(+100+75+300)爐底的總厚度應(yīng)由熱量計(jì)算來確定，近似等于熔池深度，即為1008mm。（5）爐殼及厚度爐殼的作

33、用除了承受爐襯和爐料的質(zhì)量還要承受裝料時(shí)的撞擊力，同時(shí)抵抗襯磚在受熱膨脹時(shí)產(chǎn)生的部分膨脹力。表4.1表示爐殼厚度與爐殼直徑之間的關(guān)系。表4.1 爐殼厚度與爐殼直徑的關(guān)系/m6/mm12151520252830爐殼直徑等于：=+2 = 5.130 + 20.504 = 6.138m由上表可以取=29mm（6）爐門尺寸的確定爐門尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下條件：a.順利觀察爐況，b.能良好的修補(bǔ)爐底和整個(gè)爐坡，c.料斗應(yīng)能自由出入，d.能順利取出折斷的電極。電爐一般設(shè)一個(gè)加料爐門和一個(gè)出鋼口，其位置相隔180。爐門尺寸的經(jīng)驗(yàn)值：爐門寬度=（0.20.3） ,= 5.130m;本設(shè)計(jì)取=1.53m。爐門高

34、度=（0.750.85）=（1.1481.301）m，本設(shè)計(jì)取1.224m。門框應(yīng)向內(nèi)傾斜8 12以便于密封，本設(shè)計(jì)取10（7）偏心爐底出鋼裝置1) 無渣出鋼的原理：當(dāng)出鋼口鋼液高度大于臨界高度時(shí)，不致產(chǎn)生漩渦效應(yīng)。出鋼時(shí)鋼渣分離，剩余鋼水占總鋼水量的21%。2）主要尺寸參數(shù)確定： 出鋼箱內(nèi)口與中心角為90 100，本設(shè)計(jì)取95。 出鋼口偏心距L： （4.7） 出鋼箱高度H內(nèi)：整個(gè)出鋼過程中爐子搖到最大角度出鋼時(shí)鋼水不能接觸水冷爐壁，并留有一定安全距離。出鋼箱內(nèi)高度H內(nèi) = H +（600800）mm，本設(shè)計(jì)取出鋼箱內(nèi)高H內(nèi) = 1027 + 700 = 1727mm = 1.727m。 出鋼

35、口直徑：鋼水流速V=，求出V=5.88m/s；本設(shè)計(jì)取出鋼時(shí)間t=2min=120s；由公式, （4.8）求出 = 132mm。4.1.2 變壓器的設(shè)計(jì)確定變壓器的功率的目的是選擇與電弧爐容量相匹配的變壓器。在一般情況下，變壓器的匹配和電弧爐的容量應(yīng)考慮以下因素：a.電弧爐只作為一個(gè)熔化裝置或作為熔化裝置；b.電弧爐，冶煉工藝；c.當(dāng)配有高功率、超高功率電弧爐、爐體結(jié)構(gòu)等相關(guān)技術(shù)的C型變壓器；d.選擇不同功率等級(jí)的電弧爐操作系統(tǒng)，是間歇生產(chǎn)或全負(fù)荷連續(xù)生產(chǎn)；e.選擇什么樣的功率水平應(yīng)考慮到工廠或工廠的供應(yīng)情況；用能量平衡計(jì)算： （4.9）式中 q熔化每噸廢鋼所需的電量，253.492 kWh/

36、t； G廢鋼裝入量，本設(shè)計(jì)為公稱容量的70%；熔化期平均功率因數(shù)，0.800.85，本設(shè)計(jì)取0.84； 電效率，0.9，本設(shè)計(jì)取0.95； N變壓器功率平均利用系數(shù)，1.01.2，本設(shè)計(jì)取1.1； 廢鋼熔化時(shí)間,0.5h；求得P = 29917.72 kVA按國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行變壓器額定容量（平均先進(jìn)水平）見表4.2。 表4.2 現(xiàn)行變壓器平均先進(jìn)水平額定容量（t）電極（mm）功率（kVA）7050050000 630009055063000 8000010061075000 83000 本設(shè)計(jì)取P = 70000 kVA4.1.3 石墨電極的選用(1) 初步確定電極的直徑。 經(jīng)驗(yàn)公式： （4.10）

37、式中d極石墨電極直徑，mm； I電流強(qiáng)度，A；I = = 6.24 A 石墨電極電阻系數(shù)，； K系數(shù)，2.1W/；求得d極 = 909.58mm。 參照比較國(guó)內(nèi)外石墨電極的直徑（表4.2）：本設(shè)計(jì)取d極 = 600mm。（2）校核電極密度。= (4.11)求得，I/S=23.1，符合設(shè)計(jì)要求。（2）確定電極心圓直徑。D極 = （0.25 0.40）D (4.12)取D極 = 0.31D = 0.315.130 = 1.59m。4.1.4 水冷爐壁的設(shè)計(jì)（1） 水冷爐壁的特性： 有自發(fā)的掛渣能力，直到掛渣層溫度達(dá)到爐渣的熔點(diǎn)時(shí)不再掛渣有保護(hù)水冷爐壁的作用。 水冷爐壁的輸出熱流越大掛渣越厚，水冷爐

38、壁承受的熱流強(qiáng)度越大，掛渣越薄。（2）管式水冷爐壁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 管子內(nèi)徑選擇，管內(nèi)水流速，控制水冷管輸出熱流強(qiáng)度； 水冷爐壁由若干塊水冷件組成，每塊水冷件單獨(dú)供水，1015塊； 采用分離式爐殼（分體式爐殼）有利于水冷爐壁更換； 在水冷構(gòu)件上安置掛渣釘（掛渣爪），提高爐壁掛渣能力； 控制管壁厚度，保證水冷爐壁有足夠的強(qiáng)度。（3）管式水冷爐壁設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算確定：1） 最大熱流強(qiáng)度： (4.13)式中，P變壓器額定功率； 電效率，超高功率電弧爐中，0.9，本設(shè)計(jì)取0.95；cos功率因數(shù)，超高功率電弧爐中，cos=0.800.85，本設(shè)計(jì)取0.82；R熔池半徑，m；,一般K=0.250.40；求得，

39、2） 水冷壁面積：當(dāng)電弧爐傾動(dòng)最大角度時(shí)，水冷爐壁不能浸泡在鋼液中，并留有一定安全距離，250mm以上，水冷爐壁面積占爐壁總面積的80%90%，本設(shè)計(jì)取85%。 S= 85%=85%=27.6863） 冷卻水流量和流速及水冷管內(nèi)徑的確定： (4.14) (4.15) (4.16)，當(dāng)時(shí)，D為最大直徑； (4.17)式中，冷卻水流量； 冷卻水流出和流入時(shí)的溫度，進(jìn)出水溫差為58，本設(shè)計(jì)取5； D水冷管內(nèi)徑； 冷卻水流速； 水冷件塊數(shù)；本設(shè)計(jì)取12塊當(dāng)臨界水流速時(shí)，求得：=500；D=59mm；=5.9m/s4.1.5 電弧爐主要技術(shù)參數(shù)表4.3 電弧爐主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目單 位參 數(shù)爐型超高功率電

40、弧爐電爐爐殼直徑mm6230電爐額定出鋼量t58電爐最大容量t120留鋼量t21出鋼方式EBT電爐變壓器額定功率MVA70+20%電爐變壓器二次電壓V618電極橫臂水冷導(dǎo)電鋁合金電極直徑mm 600電極心圓直徑mm 1570電極行程mm4200電極提升速度自動(dòng)mm/s110150手動(dòng)mm/s110300電極下降速度：自動(dòng)mm/s100電爐傾斜角度出鋼810出渣10電爐傾動(dòng)時(shí)間：出鋼s7爐蓋旋轉(zhuǎn)角度70爐蓋旋轉(zhuǎn)時(shí)間s68爐蓋提升時(shí)間s4爐子傾動(dòng)方式全液壓爐蓋提升行程mm600 4.1.6 連續(xù)加料裝置的設(shè)計(jì)如圖4.1 所示，Consteel 可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料，連續(xù)預(yù)熱廢鋼、生鐵、預(yù)還原鐵礦等金屬

41、料，同時(shí)可以減少煙塵排放量。設(shè)備結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)交流爐相比沒有無大的差異其 工藝應(yīng)用于交流煉鋼電弧爐。圖4.1 Consteel加料系統(tǒng) 它從廢場(chǎng)或鐵路貨車，廢料放在電荷轉(zhuǎn)移機(jī)，通過送料輸送輸送自動(dòng)連續(xù)從電爐的爐殼部分的廢料爐電極側(cè)，并始終在爐中保持一定數(shù)量的鋼。同時(shí)，電爐煙氣通過預(yù)熱爐預(yù)熱段，不斷對(duì)預(yù)熱進(jìn)行預(yù)熱，使電弧可以直接加熱鋼水。通過直接熔融熔融鋼廢料，運(yùn)行平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)影響不大，減少變壓器容量，節(jié)約能源。根據(jù)電弧爐生產(chǎn)能力以及煉鋼廠場(chǎng)地狀況本設(shè)計(jì)采用水平高架配置方式連續(xù)送料系統(tǒng)（圖4.2）圖4.2 水平高架配置式連續(xù)送料系統(tǒng)4.2 鋼包尺寸的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)根據(jù)軸承鋼的生產(chǎn)工藝要求，爐外精煉采用LF+VD的工藝路線。（500700）mm是LF要求鋼包凈空高度， （8001000）mm是VD要求鋼包凈空高度，因此，本設(shè)計(jì)取凈空高度為800mm。（1）包容納的鋼水量。設(shè)鋼包的額定容量為P(t)，一般考慮應(yīng)10%的過裝余量，則鋼包內(nèi)鋼水實(shí)際容量為:P + 0.1P = 1.1P = 1.150 = 55t （4.18）（2）鋼包內(nèi)渣量。出鋼時(shí)一般會(huì)有少量的爐渣隨鋼水傾入鋼包內(nèi)；考慮到爐外精煉時(shí)會(huì)造渣，本設(shè)計(jì)爐渣量取鋼水量的5%。即渣量為：1.1P0.05 = 550.05 = 2.