年產(chǎn)100萬(wàn)噸連鑄坯的電弧爐 煉鋼車間工藝設(shè)計(jì)

第72頁(yè)目錄1電弧爐煉鋼技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展 11.1電弧爐煉鋼發(fā)展概況 11.2國(guó)內(nèi)外電爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 12電弧爐煉鋼車間的設(shè)計(jì)方案 32.1電爐車間生產(chǎn)能力計(jì)算 32.1.1電爐容量和臺(tái)數(shù)的確定 32.1.2電爐車間生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo) 32.2電爐車間設(shè)計(jì)方案 42.2.1電爐煉鋼車間設(shè)計(jì)與建設(shè)的基礎(chǔ)材料 42.2.2產(chǎn)品大綱 42.2.3電爐煉鋼車間的組成 42.2.4電爐車間各跨的布置情況 53電弧爐爐型設(shè)計(jì) 63.1電弧爐爐型 63.1.1爐缸 63.1.2熔化室 73.1.3電極分布 83.1.4工作門和出鋼口 83.1.5爐襯厚度 83.2電弧爐變壓器容量選擇 93.3水冷爐壁與水冷爐蓋 93.3.1水冷爐蓋的設(shè)計(jì) 93.3.2水冷爐蓋的安裝 103.4偏心底出鋼的設(shè)計(jì) 113.4.1EBT電爐的爐殼 113.4.2EBT電爐的爐底 123.4.3出鋼口 123.4.4機(jī)械裝置 133.4.5偏心底出鋼箱的設(shè)計(jì) 133.5水冷掛渣爐壁的設(shè)計(jì) 143.5.1電弧爐爐壁的熱流 143.5.2冷卻水流量 143.5.3水冷爐壁水速的確定 153.5.4管徑的確定 153.5.5平衡掛渣厚度 153.5.6綜合傳熱系數(shù) 163.5.7臨界熱流量與最大熱流量 164電弧爐煉鋼過(guò)程中的物料平衡與熱平衡計(jì)算 174.1物料平衡計(jì)算 174.1.1熔化期計(jì)算 194.1.2氧化期計(jì)算 254.2熱平衡的計(jì)算 294.2.1計(jì)算熱收入Qs。 294.2.2計(jì)算熱支出Qz。 315電弧爐煉鋼車間工藝設(shè)計(jì) 335.1對(duì)原料的要求 335.1.1廢鋼 335.1.2輔助料 335.2電弧爐冶煉工藝 345.3精整工藝 355.4連鑄操作工藝 366電弧爐煉鋼車間工藝布置 386.1原料跨 386.1.1原料跨的寬度 396.1.2原料跨的烘烤間 396.1.3原料跨總長(zhǎng)度確定 406.2爐子跨整體布置 406.2.1爐子跨工作平臺(tái)高度 406.2.3爐子的變壓器室和控制室 406.2.4電弧爐出渣和爐渣處理 406.2.5精煉爐的工藝布置 406.2.6爐子跨的長(zhǎng)度、跨度、高度 406.3連鑄跨 416.3.1總體布置 416.3.2鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的布置 416.3.3連鑄機(jī)操作平臺(tái)的高度、長(zhǎng)度、寬度 416.3.4連鑄機(jī)總高和本跨吊車軌面標(biāo)高 426.3.5連鑄機(jī)總長(zhǎng)度 426.3.6其它布置 436.4精整跨 436.5備注 437車間主要設(shè)備的選擇和配置 457.1電弧爐主體設(shè)備選擇 457.1.1校核年產(chǎn)量 457.1.2電極 457.2精煉爐設(shè)備選擇 457.2.1LF鋼包爐的參數(shù)確定 457.2.2LF鋼包爐的工藝確定 467.3連鑄設(shè)備選擇 467.3.1鋼包允許的最大澆注時(shí)間 467.3.2鑄坯斷面 477.3.3拉坯速度 477.3.4連鑄機(jī)的流數(shù) 487.3.5鑄坯的液相深度和冶金長(zhǎng)度 487.3.6弧型半徑 497.4連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力的確定 497.4.1連鑄澆注周期的計(jì)算 497.4.2連鑄機(jī)作業(yè)率 507.4.3連鑄坯收得率 507.4.4連鑄機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算 517.4.5最高日澆注爐數(shù) 527.4.6最高日產(chǎn)量 527.5中間包及其運(yùn)載設(shè)備 527.5.1中間包的形狀和構(gòu)造 527.5.2中間包的主要工藝參數(shù) 527.5.3中間包運(yùn)載裝置 537.6結(jié)晶器及其振動(dòng)裝置 537.6.1結(jié)晶器的性能要求及其結(jié)構(gòu)要求 537.6.2結(jié)晶器主要參數(shù)選擇 537.6.3結(jié)晶器的振動(dòng)裝置 557.7二次冷卻裝置 557.7.1二冷裝置的基本結(jié)構(gòu) 557.7.2二次冷卻水冷噴嘴的布置 557.7.3二次冷卻水量的計(jì)算 567.8拉矯裝置及引錠裝置 567.9鑄坯切割裝置 567.10盛鋼桶的選擇 567.10.1型號(hào)選擇 567.10.2容納鋼水量 577.10.3盛鋼桶內(nèi)渣量 577.10.4盛鋼桶容積 577.10.5盛鋼桶壁磚襯厚度 577.10.6盛鋼桶外殼 577.10.7盛鋼桶的質(zhì)量 587.10.8鋼包需用量 587.11渣罐及渣罐車的選擇 597.11.1車間所需的渣罐數(shù)量 597.11.2車間所需渣罐車數(shù)量 607.12起重機(jī)和電動(dòng)平車的選擇 607.13其它輔助設(shè)備的選擇 608車間人員編制及主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 618.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 618.2車間人員編制 629參考文獻(xiàn) 6410專題 6511致謝 721電弧爐煉鋼的現(xiàn)狀及發(fā)展1.1電弧爐煉鋼發(fā)展概況近年來(lái)，電弧爐鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)速率超過(guò)了鋼總產(chǎn)量的增長(zhǎng)速率。2000年全世界鋼總產(chǎn)量為84115.4萬(wàn)t，其中電爐鋼產(chǎn)量為28352萬(wàn)t，占鋼總產(chǎn)量的33.7%，與1995年相比，鋼總產(chǎn)量增長(zhǎng)13.2%，電爐鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)了16.8%。2001年，全世界鋼總產(chǎn)量為84379.7萬(wàn)t，其中電爐鋼產(chǎn)量為29587.9萬(wàn)t，占鋼總產(chǎn)量的35.07%。有些國(guó)家廢鋼資源豐富，電價(jià)低廉，電弧爐煉鋼發(fā)展迅速。2000年美國(guó)電爐鋼比達(dá)到46.8%。而我國(guó)由于廢鋼資源短缺，電價(jià)較高，2000年電爐鋼產(chǎn)量為2020萬(wàn)t，占全國(guó)總產(chǎn)量的15.9%。2001年，我國(guó)的鋼總產(chǎn)量為15163萬(wàn)t，其中電爐鋼產(chǎn)量為2400.5萬(wàn)t，電爐鋼比為15.8%。較早年代，我國(guó)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(jì)90年代起，我國(guó)相繼建設(shè)了多座大容量超高功率電弧爐。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990年至1999年我國(guó)新建設(shè)60~150t電弧爐19座，總?cè)萘繛?645t。目前，我國(guó)投入運(yùn)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(guó)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。1.2國(guó)內(nèi)外電爐煉的發(fā)展趨勢(shì)煉鋼新原料和短流程的發(fā)展，促進(jìn)了電爐煉鋼的飛速發(fā)展。21世紀(jì)，很可能是電爐與轉(zhuǎn)爐平分秋色的時(shí)代，因此世界各國(guó)都非常重視電爐的發(fā)展，而電爐煉鋼技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)有如下幾點(diǎn)：(1)超高功率直流電弧爐具有電極消耗低、節(jié)電且對(duì)渣線耐火材料侵蝕小等特點(diǎn)，是世界范圍內(nèi)電爐發(fā)展的總趨勢(shì)。并且要充分利用超高功率電弧爐的一些強(qiáng)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(dá)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(shì)，而且實(shí)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)生的二噁咽等問(wèn)題也是值得注意并有待解決的。(3)用初級(jí)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(shí)間，尤其是煤——氧助熔技術(shù)更有發(fā)展前途。(4)擴(kuò)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(dòng)條件，提高設(shè)備的利用率。(6)環(huán)保問(wèn)題是全世界永恒的話題，應(yīng)注意環(huán)境保護(hù)和廢氣物的回收利用。

2電弧爐煉鋼車間的設(shè)計(jì)方案2.1電爐車間生產(chǎn)能力計(jì)算2.1.1電爐容量和臺(tái)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。通常指經(jīng)檢驗(yàn)合格的連鑄坯產(chǎn)量。本設(shè)計(jì)題目為年產(chǎn)量100萬(wàn)t/年。電弧爐車間年產(chǎn)量計(jì)算式A=24nga/t(2-1)式中：n——全年實(shí)際有效作業(yè)日數(shù)；n＝365×作業(yè)率(98%)=358；G——一爐熔煉鋼水的量；t——平均一爐的冶煉時(shí)間，取t=55min；a——鋼水鑄成鑄坯的收得率，取a=98.0%。?！嗫紤]到電爐的過(guò)裝系數(shù)f可取1.2~1.3，故取電弧爐的公稱容量120t，且車間有一臺(tái)電弧爐可滿足要求。2.1.2電爐車間生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)(1)產(chǎn)量指標(biāo)合格鋼產(chǎn)量100萬(wàn)噸/年；冶煉時(shí)間55min(2)質(zhì)量指標(biāo)鑄坯合格率：方坯99.0%(3)作業(yè)率指標(biāo)連鑄機(jī)作業(yè)率：85%(4)連鑄生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)連鑄比：100%鑄坯合格率：方坯99.0%連鑄坯收得率98.0%2.2電爐車間設(shè)計(jì)方案2.2.1電爐煉鋼車間設(shè)計(jì)與建設(shè)的基礎(chǔ)材料(1)建廠條件：1)各種原料的供應(yīng)條件，特別是鋼鐵材料來(lái)源；2)產(chǎn)品銷售對(duì)象及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求；3)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；4)交通運(yùn)輸條件，水路運(yùn)輸及地區(qū)公路、鐵路的現(xiàn)狀與發(fā)展計(jì)劃；5)當(dāng)?shù)貧庀?、地質(zhì)條件、環(huán)保要求；(2)工藝制度：確定工藝制度是整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的基本方案，是設(shè)備選擇，工藝布置等一系列問(wèn)題的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。1)冶煉方法：超高功率電弧爐冶煉，然后進(jìn)行爐外精煉；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(yīng)留有一定的余地。2.2.2產(chǎn)品大綱本設(shè)計(jì)題目為年產(chǎn)100萬(wàn)噸連鑄坯的電弧爐煉鋼車間工藝設(shè)計(jì)，產(chǎn)品大綱為：碳素結(jié)構(gòu)鋼50萬(wàn)噸，合金結(jié)構(gòu)鋼50萬(wàn)噸。2.2.3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(chǎng)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(chǎng)地；5)中間渣場(chǎng)；6)機(jī)電修理間及快速分析室；7)爐襯制作與各種備件修理場(chǎng)地；8)耐材庫(kù)、備件備品庫(kù)、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。2.2.4電爐車間各跨的布置情況由于是一臺(tái)超高功率電弧爐，且是全連鑄，考慮到物料順行、勞動(dòng)安全條件和未來(lái)發(fā)展，采用橫向高架式布置。(1)原料跨：此跨主要是為外來(lái)廢鋼、返回廢鋼、煉鋼生鐵、合金料、散狀料等提供場(chǎng)地。廢鋼坑可按其塊度大小分幾個(gè)不同的坑，另外還有合金料和散裝料的烘烤區(qū)。(2)爐子跨：此跨配有一座120噸超高功率偏心底出鋼電弧爐，一座140噸LF精煉爐，爐體徹修區(qū)、爐蓋修理區(qū)、耐火材料干燥室，鋼包烘烤區(qū)，電爐裝料配置，電爐變壓器房，供氧系統(tǒng)，粉塵處理系統(tǒng)等，由高架行車進(jìn)行跨間的整體運(yùn)輸工作。LF精煉爐主要是進(jìn)行鋼水的脫氧，脫硫脫氣，合金化等操作。(3)精煉跨：此跨設(shè)有鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)，連鑄機(jī)，鋼包修理備用區(qū)，中間包修理區(qū)及烘烤區(qū)，結(jié)晶器修理區(qū)及烘烤區(qū)。因運(yùn)輸量大，設(shè)有兩臺(tái)行車進(jìn)行鋼包的調(diào)運(yùn)工作。(4)澆注跨：此跨主要進(jìn)行鑄坯的凝固，另外，此跨間還有鑄機(jī)備件區(qū)、檢修區(qū)、良坯存放區(qū)、緩冷區(qū)等等。(5)出坯跨：此跨主要包括鑄坯堆放區(qū)，連鑄機(jī)維修區(qū)、鑄坯操作室等等。3電弧爐爐型設(shè)計(jì)隨著鋼質(zhì)量不斷提高，熔煉工藝在革新，也向爐子結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。爐型尺寸的計(jì)算既可用于設(shè)計(jì)新?tīng)t子，又可用于核算改造舊爐子。3.1電弧爐爐型爐型是指爐子內(nèi)部空間的形狀和尺寸。現(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(diǎn)上。另外，自發(fā)展電爐高功率和超高功率技術(shù)以來(lái)，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。3.1.1爐缸將爐體剖開(kāi)，向爐門方向看，熔池形狀見(jiàn)圖3-1。圖3-1電弧爐爐型圖3-1中，D——鋼液面直徑；H——鋼液深度；h1——球缺狀鋼液高度；h2——錐臺(tái)狀鋼液高度；d——球缺直徑；α——錐臺(tái)與水平的夾角。根據(jù)計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)，D/H=3.5～5。h1=H/5，爐底采用球形便于在熔化初期聚集一定的鋼液，既可保護(hù)爐底，又有利于吹氧助熔，加速熔化。α一般取45°，在操作過(guò)程中熔池的形狀易于保持，且便于出鋼后修補(bǔ)爐坡(鎂砂自然堆角45°)，出鋼時(shí)鋼水與渣能夠倒盡。對(duì)于一定質(zhì)量的鋼液，其體積為：V=GV0(3-1)式中：G——爐子額定容量，t；V0——一定鋼液的體積，m3/t，V0=0.14m計(jì)算得：V=16.8m3。鋼液面直徑為：D=2.0CV1/3(3-2)式中：C=0.875+0.042D/H所以得：D=2.0×(0.875+0.042×5)×8.41/3=3.92爐渣體積可取鋼液體積的10~15%，由此即可計(jì)算渣層厚度。爐門坎平面應(yīng)高于渣液面20~40mm，爐缸與爐壁連接面應(yīng)高于爐門坎面30~70mm，減輕爐渣對(duì)爐壁與爐坡接縫處的侵蝕。所以爐缸上緣直徑(或即為熔化室直徑)DB為：DB=D+0.1~0.2(3-3)所以：DB=D+0.1=3.92+0.1=4.95mH=D/5=3.92/5=0.3.1.2熔化室爐缸以上至爐頂拱角以下的空間稱作熔化室。熔化室的高度即為爐壁的高度，計(jì)算為：H1=0.40DB=0.40×4..02=1.61熔化室的容積加上爐缸容積應(yīng)能容納一爐所需廢鋼鐵料，其上部直徑為：D1=DB+2H1tanβ(3-4)計(jì)算得：D1=4.40.m。3.1.3電極分布電弧爐是以三個(gè)電極圓心構(gòu)成的圓的直徑Dp來(lái)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(shí)也決定爐內(nèi)熱量的分布?？紤]到爐壁熱負(fù)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≦0.25~0.35(3-5)取值為0.3，所以Dp=1.206電極直徑取為503.1.4工作門現(xiàn)代電弧爐只設(shè)一個(gè)工作門，用于加料、爐前操作和觀察爐況。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，得：爐門寬度：l=(0.20~0.30)D=0.2×3.92=0.780m爐門高度：b=(0.75~0.85)l=0.8×0.78=0.6243.1.5爐襯厚度爐襯厚度是按耐火材料的熱阻計(jì)算的。(1)爐底厚度d底d底=1000mm。(2)爐壁根部厚度d壁爐壁根部厚度即爐缸平面處爐襯的厚度，一般取δ壁>400~600mm。120t爐子，d壁=600mm。(3)爐壁與爐蓋厚度對(duì)于超高功率電弧爐大多都采用水冷爐壁、水冷爐蓋，其厚度取決于水冷構(gòu)件的形式、材質(zhì)及爐內(nèi)熱負(fù)荷等。3.2電弧爐變壓器容量選擇由熔化時(shí)間來(lái)計(jì)算變壓器容量：熔化期長(zhǎng)短主要是由供電功率來(lái)確定。變壓器的容量由下式計(jì)算：(3-6)式中：P——爐用變壓器額定容量，kVA；q——熔化每噸廢鋼料及熔化相應(yīng)的渣料并升溫所需要的電量，kWh/t，q≈350kWh/t；G——電爐裝入量，t；tm——預(yù)期的熔化時(shí)間，h；cosφ——熔化期平均功率因數(shù)，超高功率選取0.70；η——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(jì)算得：P=40909.09kVA若按電弧爐的額定容量計(jì)算其單位功率則為40909.09/120=341kVA/t，屬于超高功率范圍。3.3水冷爐壁與水冷爐蓋3.3.1水冷爐蓋的設(shè)計(jì)爐蓋直徑的確定：Dg=Dr+2dc(3-7)式中：Dg——水冷爐蓋的直徑Dr——熔化室直徑dc——添加系數(shù)其值為300mm故：Dg=4.4+2×0.3=5m圖3-2EBT結(jié)構(gòu)圖爐蓋上開(kāi)五個(gè)孔，其中三個(gè)為電極孔，一個(gè)為排塵孔。后一個(gè)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。3.3.2水冷爐蓋的安裝分為爐殼內(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(wú)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(yùn)輸、安裝、維護(hù)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(kāi)，采用法蘭連接。3.4偏心底出鋼的設(shè)計(jì)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(wú)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(shí)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(shí)間大大縮短，減小了出鋼過(guò)程中的鋼水溫降及鋼水對(duì)鋼包內(nèi)襯的沖刷，出爐后合金化的進(jìn)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(duì)短網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。偏心底出鋼是一種應(yīng)用較為廣泛的無(wú)渣出鋼的最好的出鋼方式。圖3-3所示：圖3-3偏心底出鋼電弧爐示意圖3.4.1EBT電爐的爐殼偏心底出鋼電弧爐的爐殼上部仍為圓形，下部帶有突出的圓弧形出鋼箱。傳統(tǒng)的電弧爐出鋼時(shí)，一般需要把爐子傾動(dòng)45°，傾動(dòng)大，對(duì)爐襯損耗大。采用偏心底出鋼后，出鋼時(shí)爐子傾動(dòng)只有15°，可以避免鋼水于水冷爐壁的接觸，從而提高爐襯的壽命，偏心底出鋼電弧爐采用全水冷爐壁和爐蓋，一般采用若干水冷件組成，水冷件的更換方便。3.4.2EBT電爐的爐底偏心底出鋼電弧爐爐底設(shè)計(jì)成淺盤狀，以確保無(wú)渣出鋼。為安全起見(jiàn)，底部排兩層鎂質(zhì)火磚，與鋼水接觸的底部有白云石耐火磚，并搗上一層鎂質(zhì)耐火磚。3.4.3出鋼口偏心底出鋼電爐的出鋼口位于出鋼箱的底部，利用出鋼口的開(kāi)閉機(jī)構(gòu)和傾動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)渣出鋼、留渣操作。見(jiàn)圖3-4。圖3-4出鋼口示意圖圖3-4中：1——出鋼口座磚；2——出鋼口消耗袖磚；3——填充物；4——尾磚；5——隔離環(huán)；6——水冷環(huán)；7——底蓋系統(tǒng)。3.4.4機(jī)械裝置一般偏心底出鋼電弧爐，向爐門傾動(dòng)10~12°，向出鋼口最大傾動(dòng)15°。偏心低出鋼電弧爐的傾動(dòng)液壓缸行程較傳統(tǒng)電弧爐小，為保證不帶渣出鋼，以避免出鋼箱部分產(chǎn)生漩渦，即爐體傾動(dòng)最大至結(jié)束出鋼時(shí)，使?fàn)t內(nèi)留一部分鋼水，為此應(yīng)使?fàn)t體迅速回傾，一般為3°/S。3.4.5偏心底出鋼箱的設(shè)計(jì)EBT電爐的特征是設(shè)置了一個(gè)偏心區(qū)，如圖所示該偏心區(qū)相對(duì)構(gòu)成一個(gè)小熔池，并通過(guò)圓滑過(guò)渡與電爐主熔池相連，爐體回到正常位置是將部分鋼水和全部的爐渣留在爐內(nèi)，出鋼口垂直設(shè)置在偏心區(qū)的底部，這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)使得偏心區(qū)的設(shè)計(jì)顯得相當(dāng)重要，下述四點(diǎn)的設(shè)計(jì)優(yōu)良直接影響到爐子的正常工作。(1)偏心距即出鋼口中心線至爐子中心線的距離。偏心距選取過(guò)大，則偏心區(qū)內(nèi)的廢鋼不容易熔化，即使全部熔化，由于溫度不均勻，該區(qū)的鋼液成分偏差很大，造成冶煉的不正常。同時(shí)，考慮到在出鋼口上蓋的操作方便，偏心區(qū)不能過(guò)小。在不影響出鋼的情況下，此距離應(yīng)盡可能的小。經(jīng)過(guò)查詢了許多的現(xiàn)有的偏心距后，確定本設(shè)計(jì)的偏心距為3400mm。(2)出鋼口直徑出鋼口直徑的確定應(yīng)保證鋼液在盡可能短的時(shí)間內(nèi)出凈。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)70噸以上的電弧爐，出鋼時(shí)間在120s~180s內(nèi)，出鋼口的直徑一般在120mm以上，本設(shè)計(jì)取150mm。(3)出鋼箱的高度出鋼箱的高度確定應(yīng)保證爐體傾斜10~15°時(shí)，鋼水不與出鋼箱的水冷蓋板相接觸，并留有一定的安全距離，還要求氧化渣全部留在爐內(nèi)。經(jīng)推薦，本設(shè)計(jì)出鋼箱的高度取為1100mm。(4)出鋼箱內(nèi)口與中心夾角此夾角的大小直接影響到箱體內(nèi)鋼水的流動(dòng)性，從而影響鋼液的溫度。本設(shè)計(jì)取該角為120°。3.5水冷掛渣爐壁的設(shè)計(jì)3.5.1電弧爐爐壁的熱流根據(jù)爐子上的“熱點(diǎn)”和“冷點(diǎn)”都受三電弧輻射熱的條件來(lái)計(jì)算電弧爐壁的熱流強(qiáng)度，有如下公式：(3-1)(3-2)式中：q熱點(diǎn)——爐壁熱點(diǎn)表面單位面積上接受的輻射功率，kW/m2；q冷點(diǎn)——爐壁冷點(diǎn)表面單位面積上接受的輻射功率，kW/m2；PH——平均每相電弧功率，kW，其值為cosφ×P/3=0.7×40909.09/3=9545.5kW；R——熔池面半徑，其值為2.425m；K——三電極極心分布圓直徑與熔池直徑之比，其值為1.206/3.92=0.31經(jīng)計(jì)算得，q熱點(diǎn)=135.1kW/m2，q冷點(diǎn)=116.6kW/m2。3.5.2冷卻水流量根據(jù)電弧爐水冷爐壁的熱流全部被冷卻水吸收的熱平衡關(guān)系得：qS=GCp(t0-t1)(3-3)式中：q——爐壁熱流，kJ/m2·h；S——水冷爐壁的受熱面積，m2；G——冷卻水的流量，t/h；Cp——水的熱容，J/kg·℃；t0——出水溫度，℃；t1——入水溫度，℃；計(jì)算得：3.5.3水冷爐壁水速的確定冷卻水的實(shí)際流速與冷卻水通道結(jié)構(gòu)關(guān)系很大，因?yàn)闋t壁熱流強(qiáng)度為228kW/m2，可選用管式水冷爐壁，水速定為2.3m/s。3.5.4管徑的確定水速確定后，根據(jù)所需水流量計(jì)算管徑d，其計(jì)算公式可根據(jù)G=3600πd2μρ/4為：(3-4)式中：u——冷卻水流速，1.5mρ——水的密度，1000kg/所以，d=0.31校核：水冷爐壁產(chǎn)生局部沸騰的水速u沸：u沸=(qd0.2/105)1.25=(135.1×103×0.310.2/105)1.25=1.09m/s所以：u﹥u沸，管徑符合標(biāo)準(zhǔn)。3.5.5平衡掛渣厚度平衡掛渣厚度可用下式計(jì)算：(3-5)為計(jì)算Ls，上式中需求出水冷管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)αFe：αFe=0.023Re0.8Pr0.4λ/d(3-6)式中：λ——水在平均溫度為30℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，0.598W/m·℃；Re=ud/ν=1.5×0.31/1.47×10-6=3.16×105；Pr=7.06；λFe=44.99W/m·℃；λs=3.48W/m·℃；LFe為水冷管壁厚度，取10mm。計(jì)算得：αFe=0.023Re0.8Pr0.4λ/d=0.023×2.51×105×7.060.4×0.598/0.31=2436W/m2·℃所以：Ls=0.019m3.5.6綜合傳熱系數(shù)水冷爐壁的綜合傳熱系數(shù)U：(3-7)計(jì)算得：U=1580.33W/m2·℃校核：U1＝q/(t2-t0)=135100/470＝287W/m2·℃U>U1，該水冷爐壁運(yùn)行安全可靠。3.5.7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(jì)算q最大=4.688[4×106u1/3+4800(tw-tH2O)u1/3](3-8)取tw=100℃，tH2O=30℃，u=1.5計(jì)算得：q最大=2.33×107W/m2。

4電弧爐煉鋼過(guò)程中的物料平衡與熱平衡計(jì)算4.1物料平衡計(jì)算(1)計(jì)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4-1)；原材料成分(表4-2)；爐料中元素?zé)龘p率(表4-3)；合金元素回收率(表4-4)；其它數(shù)據(jù)(表4-5)。表4-1冶煉鋼種及其成分鋼種成分(%)備注CSiMnPSFe16Mn≦0.045≦0.045余量氧化法冶煉注：分母系計(jì)算時(shí)的設(shè)定值，取其成分的中限。表4-2原材料成分(%)名稱CSiMnPSAlFeH2O灰分揮發(fā)分碳素廢鋼0.180.250.550.0300.030余量FeMn6.600.5067.800.2300.13024.74FeSi73.000.500.0500.0302.5023.92Al98.51.50焦炭81.500.5812.405.52電極99.001.00續(xù)表4-2名稱CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰88.002.502.601.500.504.640.100.100.06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4-3爐料中元素?zé)龘p率成分CSiMnPS燒損率(％)熔化期25～40，取3070～95，取8560～70，取6540～50，取45可予忽略氧化期①全部燒損20②25～30，取27注：①按末期含量比規(guī)格下限低0.03～0.10%(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(lái)確定。表4-4合金中元素的回收率合金材料加入時(shí)間回收率(%)CSiMnAlFeMn還原初期10010096出鋼前10010098FeSi還原初期651000還原后期9510050Al還原初期預(yù)脫氧0還原后期終脫氧40FeSi粉還原期擴(kuò)散脫氧501000Al粉還原期擴(kuò)散脫氧0表4-5其它數(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砂消耗量熔化期和氧化期所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0.70%30%5kg/t(金屬料)：其中熔化期占60%，氧化期和還原期各占20%1.5kg/t(金屬料)：其中熔化期占50%，氧化期占35%，還原期占15%5kg/t(金屬料)：其中熔化期占40%，氧化期和還原期各占30%50%來(lái)自氧氣，其余50%來(lái)自空氣99%，余者為N2，氧利用率90%75%均按70%生成CO，30%生成CO2考慮按8.5kg/t(金屬料)考慮(2)物料平衡基本項(xiàng)目收入項(xiàng)有：廢鋼、焦炭、石灰、電極、爐襯鎂磚、爐頂高鋁磚、鐵合金、氧氣和空氣。支出項(xiàng)有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵、焦炭中揮發(fā)分。(3)計(jì)算步驟。以100kg金屬爐料(廢鋼)為基礎(chǔ)，按工藝階段——熔化期、氧化期和還原期分別進(jìn)行計(jì)算，然后匯總成物料平衡表。4.1.1熔化期計(jì)算(1)確定物料消耗量：1)金屬料配入量。按100kg廢鋼配料，結(jié)果列于表4-6。原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表4-2和表4-5。表4-6爐料配入表名稱用量(kg)配料成分(kg)CSiMnPSFe廢鋼100.0000.1800.2500.5500.0300.03098.96合計(jì)101.1450.8800.2500.5500.0300.03098.962)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))。爐頂、爐襯和電極消耗量見(jiàn)表4-5。(2)確定氧氣和空氣的消耗量：耗氧包括爐料中元素的氧化，電極中碳的氧化；而石灰則帶來(lái)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——2.701kg，見(jiàn)表根據(jù)表4-5的規(guī)定，應(yīng)由氧氣供給的氧為2.701×50%=1.351kg，空氣應(yīng)供氧1.351表4-8氧氣與空氣的實(shí)際消耗量氧氣(kg)空氣(kg)帶入O2帶入N2帶入O2帶入N21.351/氧利用率=1.351/90%=1.5011.501×99%×1%=0.0161.3511.351×77/23=4.523∑=1.501+0.016=1.517∑=1.351+4.523=5.874注：77/23為空氣中N2與O2的質(zhì)量比。

表4-7靜耗氧量的計(jì)算項(xiàng)目名稱元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量(kg)耗氧量(kg)供氧量(kg)耗氧項(xiàng)爐料中的元素的氧化CCO0.880×30%×70%=0.1850.247CO20.880×30%×30%=0.0790.211SiSiO20.250×85%=0.2130.243MnMnO0.550×65%=0.3580.104PP2O50.030×45%=0.0140.173FeFeO①98.96×2%×15%=0.2970.085Fe2O3①98.96×2%×85%=1.6820.721小計(jì)2.8281.784電極中C的氧化CCO0.300×99%×70%=0.2080.277CO20.300×99%×30%=0.0890.237焦炭中碳的氧化CCO1.145×0.815×0.25×0.7=0.1630.217CO21.145×0.815×0.25×0.3=0.0700.187合計(jì)2.702供氧項(xiàng)石灰SCaO+S=CaS+O2×0.06%×16/32=0.0006合計(jì)0.0006凈耗氧量2.702-0.0006=2.701注：①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。(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、Fe等元素的氧化產(chǎn)物，爐頂和爐襯的損蝕，電極中的灰分，以及加入的各種熔劑。結(jié)果見(jiàn)表4-9。表4-9熔化期渣量的確定名稱消耗量(kg)成渣組分(kg)CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合計(jì)爐料中元素的氧化Si0.2130.4560456Mn0.3580.4620.470P0.0140.0320.032Fe0.3940.3800.1410.521爐頂0.0750.0010.0040.0690.0010.090爐襯焦炭0.2000.8430.0080.0050.0070.0520.1790.0010.0020.1270.0040.0190.2000.104電極0.3000.0020.0010.003石灰2.0001.758①0.0500.0520.0300.0100.0020.0021.904合計(jì)1.7720.5110.2320.2290.4820.3800.1750.0340.0023.857%45.9414.806.025.4412.489.854.540.880.05100.00注：①石灰中CaO被自身S還原，消耗0.002kgCaO。(4)確定金屬量：金屬量Q=金屬爐料重—爐料中的C、Si、Mn、P和Fe的燒損量=100-2.828=97.(5)確定爐氣量：結(jié)果列于表4-10。項(xiàng)目氣態(tài)產(chǎn)物(kg)COCO2N2H2OH2總計(jì)爐料中C的燒損0.185×28/12=0.4320.079×44/12=0.2900.722電極帶入焦炭帶入0.208×28/12=0.4850.163×28/12=0.3800.089×44/12=0.3260.070×44/12=0.2570.8110.645石灰?guī)?.000×4.64%=0.0930.0020.095氧氣帶入0.0150.015空氣帶入4.5230.0424.565游離氧反應(yīng):CO+1/2O2=CO21.501×10%×28/16=-0.2631.501×10%×44/16=0.4130.150H2O參與反應(yīng):H2O+CO=H2+CO20.052×28/18=-0.0810.052×44/18=0.127-0.0520.052×2/18=0.0060合計(jì)0.4681.5064.53800.0066.518%7.1823.2169.620.090100.00

表4-10爐氣量的計(jì)算(6)確定鐵的揮發(fā)量：由表4-7的設(shè)定，鐵的揮發(fā)量為98.96×2%×80%=1.593(3)+(4)＋(5)＋(6)便是熔化期的物料支出量。并由此列出熔化期物料平衡表。表4-11熔化期物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量(kg)%項(xiàng)目質(zhì)量(kg)%廢鋼100.00090.00金屬97.17289.03焦炭1.1451.03爐渣3.8573.55電極0.3000.27爐氣6.5185.97石灰2.0001.80鐵的揮發(fā)1.5831.45爐頂0.0750.07爐襯0.2000.18氧氣1.5171.37空氣5.8745.28合計(jì)111.111100.00合計(jì)109.150100.00注：計(jì)算誤差=(111.111-109.150)/111.111×100%=1.76%。4.1.2氧化期計(jì)算引起氧化期物料波動(dòng)的因素有：扒除熔化渣，造新渣；金屬中元素進(jìn)一步氧化；爐頂、爐襯的損蝕和電極的燒損。(1)確定渣量：1)留渣量。為了有效的去磷，要進(jìn)行換渣，通常除去70％的熔化渣，而進(jìn)入氧化期只留下30％的渣。其組成見(jiàn)表4-12。2)金屬中元素得氧化產(chǎn)物。根據(jù)表4-3給出的值可計(jì)算產(chǎn)物量，詳見(jiàn)表4-12。3)爐頂、爐襯的損蝕和電極得燒損量。根據(jù)表4-5的假定，其結(jié)果一并列入表4-12。4)造渣時(shí)加入石灰?guī)氲脑俊Ｒ?jiàn)表4-12。(2)確定金屬量：根據(jù)熔化期的金屬量及表4-12的元素?zé)龘p量，即可求得氧化末期得金屬量為97.172-(0.037+0.020+0.001+0.133+0.008+0.558)=96.415kg。其中0.558是為碳的燒損量近似值，即（0.880-0.264）-0.06%×97.172=(3)確定爐氣量：計(jì)算方法如同熔化期：先求靜耗氧量(表4-13)，再確定氧氣與空氣得消耗量(表4-14)，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，結(jié)果列表4-15。名稱消耗量(kg)成渣組分(kg)CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合計(jì)留渣=30%×3.857=1.1570.5320.1710.0700.0690.1390.1160.0530.0100.0011.159金屬中元素的氧化Si0.0370.1790.079Mn0.0200.0260.026P0.0010.0020.002Fe0.1330.1340.0430.177S0.008-0.0440.0180.004爐頂0.0530.0010.0030.0480.052爐襯0.1500.0060.0050.1340.0010.0030.149電極0.1000.0010.001石灰1.7441.5340.0440.0450.0260.0090.0020.0021.662合計(jì)2.0590.3030.2440.1440.1650.2480.1080.0140.0213.306%62.289.177.384.364.987.503.270.420.64100.00表4-12氧化期渣量的確定

表4-13靜耗氧量的計(jì)算名稱元素?zé)龘p量(kg)反應(yīng)產(chǎn)物耗氧量(kg)供氧量(kg)金屬中元素的氧化C0.558CO0.521CO20.446Si0.037SiO20.042Mn0.020MnO0.011P0.001P2O50.001Fe0.133FeO0.029Fe2O30.014電極中C的氧化C0.100×99%=0.099CO0.092CO20.079合計(jì)1.235石灰中S還原CaOS0.001CaO+S=CaS+O0.001金屬中S還原CaOS0.008CaO+S=CaS+O0.004合計(jì)0.005靜耗氧量1.224表4-14氧氣與空氣的實(shí)際消耗量氧氣(kg)空氣(kg)帶入O2帶入N2帶入O2帶入N20.618/氧利用率90%=0.6870.687×99％×1%＝0.0070.6130.613×77/23＝2.052∑=0.687+0.004=0.694∑=0.613+2.052=2.665注：氧氣供氧50%，即1.235×50%=0.618kg，空氣供氧為0.618-0.005=氧化期末金屬成分如下：C：0.060%((0.880-0.264-0.558)/96.415)；Si：痕跡；Mn：0.718%((0.550-0.358-0.020)/96.415)；P：0.016%((0.030-0.014-0.001)/96.415)；S：0.023%((0.030-0.008)/96.415)。表4-15爐氣量的計(jì)算項(xiàng)目氣態(tài)產(chǎn)物(kg)COCO2N2H2OH2總計(jì)金屬中C的氧化0.9120.6131.525電極帶入0.1610.1090.270石灰?guī)?.1120.0080.013氧氣帶入0.0070.007空氣帶入2.0520.0682.084游離氧反應(yīng):CO+1/2O2=CO2-0.1200.1890.107H2O參與反應(yīng):H2O+CO=H2+CO2-0.1180.186-0.0760.0080合計(jì)0.8351.2092.05900.0084.111%20.3129.4150.090.19100.00

熔化期和氧化期的綜合物料平衡表列于表4-16。表4-16熔化期和氧化期綜合物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量(kg)%項(xiàng)目質(zhì)量(kg)%廢鋼100.00086.64金屬96.41584.11電極石灰0.300+0.100=0.4000.35爐渣3.857+2.147=6.0045.242.000+1.744=3.74413.24爐氣6.518+4.111=10.6299.27爐頂0.075+0.053=0.1280.11鐵的揮發(fā)1.5831.38爐襯0.200+0.150=0.3500.30氧氣1.517+0.694=2.2651.96空氣5.874+2.665=8.5397.40合計(jì)115.426100.00合計(jì)114.631100.00注：計(jì)算誤差=(115.426-114.631)/115.426×100%=0.69%。4.2熱平衡的計(jì)算以100kg金屬料(廢鋼)進(jìn)行計(jì)算。4.2.1計(jì)算熱收入Qs。(1)物料的物理熱，計(jì)算結(jié)果列于表4-24。(2)元素氧化熱及成渣熱。計(jì)算結(jié)果列表4-25。(3)消耗的電能。根據(jù)消耗的熱量確定，為152930.133kJ。詳見(jiàn)下面計(jì)算。表4-24物料帶入的物理熱名稱熱容(kJ/kg·K)溫度(K)消耗量(kg)物理熱(kJ)廢鋼0.699298100.0001398.000焦炭0.7452981.08823.338石灰0.7282985.38898.062爐頂高Al轉(zhuǎn)0.8798730.15179.637爐襯成Mg砂0.9968730.500298.800氧氣1.3182982.12570.019空氣0.96329811.780283.604電極1.5077230.500339.075Al0.8962980.1062.374FeMn0.6782981.84331.239FeSi0.7452980.78914.695合計(jì)2638.843

表4-25元素氧化熱及成渣熱名稱氧化量(kg)化學(xué)反應(yīng)△H(kJ/kg)放熱量(kJ)電極中C0.208+0.069=0.277C+1/2{O2}={CO}-116393224.0030.089+0.030=0.119C+{O2}={CO2}-348344145.246焦炭中C0.0520.120+0.174=0.294C+{O2}={CO2}C+1/2{O2}={CO}-34834-116391811.3683421.866金屬中Si0.213+0.037=0.250[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]-113292832.250FeSi中Si0.015[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]-11329169.9350.0063Si+2(Fe2O3)=3(SiO2)+4[Fe]-975058.5000.192Si+{O2}=(SiO2)-292025606.7840.0035Si+2(P2O5)=4[P]+5(SiO2)-918527.555金屬中Mn0.358+0.020＝0.378[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]-2176822.528FeMn中Mn0.029Mn+(FeO)=(MnO)+[Fe]-217663.104Al塊(0.058+0.048×60%)×98.5%＝0.0852Al+3[FeO]=(Al2O3)+3[Fe]-145721238.620FeSi中Al0.485×2.5%=0.0122Al+3[FeO]=(Al2O3)+3[Fe]-14572174.864金屬中P0.014+0.001=0.0152[P]+5(FeO)=(P2O5)+5[Fe]-241936.285Fe4.045[Fe]+1/2{O2}=(FeO)-425018721.2501.6782[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3)-646010839.880SiO2成渣0.571×70%+0.303×95%＝0.6882(CaO)+(SiO2)=(2CaO·SiO2)-16201082.160P2O5成渣0.034×70%+0.014×95%=0.0374(CaO)+(P2O5)=(4CaO·P2O5)-4880180.560合計(jì)54456.7584.2.2計(jì)算熱支出Qz。(1)鋼水物理熱Qg。計(jì)算鋼熔點(diǎn)為：1536-(0.197×70+0.40×8+1.38×5+0.022×30+0.019×25+0.02×3)-6=1505℃；出鋼溫度控制在中下限，本計(jì)算取1Qg＝99.98×[0.699×(1505-25)+272+0.837×(1580－1505)]=135793.4kJ。(2)爐渣物理熱Qr。計(jì)算結(jié)果如表4-26。(3)吸熱反應(yīng)消耗熱量Qs。詳見(jiàn)表4-27。表4-26爐渣物理熱名稱熔化期爐渣氧化期爐渣合計(jì)溫度(℃)15001650熱容(kJ/kg)1.1721.216物理熱(kJ)2.896×[1.172×(1500-25)+209]=5611.584.845×[1.216×(1650-25)+209]=10586.3316197.91

表4-27吸熱反應(yīng)耗熱量名稱消耗量(kg)化學(xué)反應(yīng)△H（kJ/kg）吸熱量（kJ）金屬脫碳0.880-96.145×0.06%=0.822[C]+(FeO)={CO}+[Fe]6244/C5132.568渣中(FeO)與(Fe2O3)焦炭中的碳還原C=0.002(FeO)+C={CO}+[Fe]6245/C12.490C=0.008(Fe2O3)+3C=3{CO}+2[Fe]8520/C34.080金屬脫硫0.030-0.009=0.021[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)2143/CaS45.003石灰燒減5.388×4.64%=0.250CaCO3=CaO+CO24177/CO21044.250水分揮發(fā)石灰?guī)?.388×0.10%=0.005焦炭帶入0.242×0.58%=0.001空氣帶入0.042+0.032=0.074小計(jì)0.080{H2O}12001227/H2O98.160金屬增碳0.193-0.060=0.133[C]1779/C236.607合計(jì)6603.158(4)爐氣物理熱Qx。令爐氣溫度為1200℃，熱容為1.137kJ/kg·K，由爐氣量可得：Qx=10.629×[1.137×(1200－25)]=14200.078(5)煙塵物理熱Qy。將鐵的揮發(fā)物計(jì)入煙塵中，煙塵熱容為0.996kJ/kg·K，則得：Qy＝1.583×[0.996×(1200-25)]=1852.585kJ。(6)冷卻水吸熱Ql。設(shè)爐子公稱容量為120t，冷卻水消耗為50m3/h，冷卻水進(jìn)出水溫差為20Ql=(50×1000×1×4.185×20)/600=6975kJ/100kg(7)其它熱損失Qq。包括爐體表面散熱熱損失、開(kāi)啟爐門熱損失、開(kāi)啟爐蓋熱損失、電極熱損失等。本計(jì)算取8%。(8）變壓器及短網(wǎng)系統(tǒng)的熱損失Qb。本計(jì)算取6%。令總熱收入等于Qs，則：Qs=135793.4+16197.91+6603.158+14200.078+1852.585+6975+Qs×(8%+6%)整理得：0.86Qs＝180622.131Qs＝210025.734kJ故應(yīng)供電能為：210025.734-2638.843-54456.758=152930.133kJ；其中Qq=8%×Qs＝16802.059；Qb=6%×Qs=12601.544kJ。熱平衡總表列于表4-28。表4-28熱平衡表收入支出項(xiàng)目熱量(kJ)%項(xiàng)目熱量(kJ)%物料物理熱2638.8430.97鋼水物理熱135793.40059..98氧化熱和成渣熱54456.75819.59爐渣物理熱16197.9108.90其中C氧化12602.4833.78吸熱反應(yīng)耗熱6603.1583.26Si氧化8695.0243.38爐氣物理熱14200.0788.71Mn氧化885.6320.34煙塵物理熱1852.5851.38P氧化36.2850.04冷卻水吸熱6975.0003.71Al氧化1413.7840.51其它熱損失21158.6238.05Fe氧化29561.13010.15變壓器系統(tǒng)熱損失15868.9676.01SiO2成渣1082.1601.08P2O5成渣180.5600.21電能合計(jì)152930.13359.95264482.791100.00合計(jì)227649.721100.00

5電弧爐煉鋼車間工藝設(shè)計(jì)電弧爐生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的合理性直接決定著產(chǎn)品的高質(zhì)量和良好性能，而制定生產(chǎn)工藝是根據(jù)具體鋼中、產(chǎn)品要求而定的。下面從原料要求、車間冶煉的工藝特點(diǎn)及操作要領(lǐng)等方面進(jìn)行說(shuō)明。5.1對(duì)原料的要求5.1.1廢鋼為了滿足冶煉工藝及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與鋼水質(zhì)量的要求，對(duì)入爐的廢鋼料一般有如下要求：(1)按廢鋼鐵分類標(biāo)準(zhǔn)的組別進(jìn)行分類管理，供應(yīng)不得混亂，不允許由成套機(jī)器、設(shè)備及結(jié)構(gòu)件。(2)少銹。入爐鐵銹太多，不能準(zhǔn)確掌握鋼水成分和重量，造成成分不符或短錠，還會(huì)使鋼液增氫。(3)不應(yīng)混入鉛、銅、鋅、錫、砷等有色金屬和冶煉鋼種限制的合金元素。(4)不可混入爆炸物品、密閉容器、有毒物質(zhì)以及塑料、橡膠等。(5)應(yīng)限制入爐料的磷、硫含量，否則嚴(yán)重惡化電弧爐操作指標(biāo)。(6)清除爐料中泥沙等酸性物質(zhì)。(7)爐料單位外形尺寸不能過(guò)大。(8)裝料密實(shí)不松散。5.1.2輔助料(1)鋁粉鋁粉脫氧能力強(qiáng)，主要用于冶煉低碳不銹鋼和某些低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，以提高合金元素的收得率。使用粒度≤0.5mm，水分≤0.20%，Al>95%。(2)硅鐵粉硅鐵粉是用含硅75%的硅鐵磨制而成的，這樣比重輕，含硅量高，有利于進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，使用粒度≤1mm，水分≤0.20%。(3)石灰由石灰石在800~1000℃(4)白云石主要成分為CaO、MgO，用于電弧爐補(bǔ)爐和堵?tīng)t門坎，也用于造渣，造渣用輕燒白云石，補(bǔ)爐用重?zé)自剖?5)螢石主要成分為CaF2，要求含量>85%、SiO2<4%、CaO<5%、S<0.1%、H2O<0.5%，使用前應(yīng)在100~200℃(6)焦炭粉主要作用：1)在熔化后期和氧化期造泡沫渣；2)作為增碳劑加入爐內(nèi)或包內(nèi)。一般要求焦炭中碳含量>80%、灰分<15%，石墨電極粉中碳含量>95%、灰分<2%、硫含量均<0.1%、水分<0.5%。(7)氧氣氧氣的使用強(qiáng)化了冶煉過(guò)程，縮短了熔化時(shí)間，降低電耗，提高了鋼液溫度，加速熔池激烈沸騰，有力地去除廢鋼中的氣體和夾雜。對(duì)氧氣有如下幾點(diǎn)要求：含氧量>99%、水分≤3×10-3kg/m3、工作壓力(5.065~12.156)×1055.2電弧爐冶煉工藝(1)裝料：裝料方式對(duì)爐料的熔化速度，合金元素?zé)龘p率以及爐襯壽命有很大影響。裝料應(yīng)做到快速和密實(shí)，布料合理。合理的布料應(yīng)該是：先在爐底鋪一層石灰，約為料重量的1.5~2.5%，再在石灰上加一定量的氧化鐵皮或碎礦石，之后加入部分小塊廢鋼，在小塊廢鋼的電弧作用區(qū)加入大塊廢鋼和難熔爐料，其周圍及上面裝入中型廢鋼；最后將小塊廢鋼裝入最上層填充空隙。配料時(shí)大小料配比如下：小型料占20%，中型料占40%，大型料占40%。(2)熔氧：熔氧期的主要任務(wù)是：在保證爐體壽命的前提下，用最少的電耗快速地將爐料熔化及升溫，迅速形成熔池，并完成脫磷、脫碳、去氣、去除非金屬夾雜的工藝任務(wù)。爐料全部熔化，熔池溫度符合要求后為完成脫磷、脫碳、去氣、去夾雜的任務(wù)繼續(xù)吹氧進(jìn)行氧化。吹入熔池中的氧氣與熔池中的氧劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生的CO氣泡在上浮過(guò)程中將非金屬夾雜物帶入爐渣，同時(shí)，碳氧反應(yīng)放出的熱量使熔池升溫，進(jìn)而使鋼液達(dá)到出鋼溫度，從而減少一部分電能的輸入。本設(shè)計(jì)采用吹氧氧化。吹氧氧化使鋼液脫碳速度快，熔池溫度上升快且均勻，鋼中氣體、夾雜含量低，氧化時(shí)間短，電耗相應(yīng)降低。氧化終了，取樣分析，當(dāng)鋼液成分和溫度符合要求時(shí)，即可出鋼。(3)出鋼條件及操作當(dāng)鋼水成分，溫度符合條件時(shí)，且出鋼和精煉的準(zhǔn)備