年產100萬噸合格不銹鋼鑄坯的電爐煉鋼廠工藝設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 第 3 頁都會及時更新。 第 4 頁1 電弧爐煉鋼車間的設計方案 [1][2] 電爐車間生產能力計算 電爐容量和臺數的確定電爐車間產量系指一定的生產期內合格產品的產量。合格率是反映生產技術水平的重要指標之一，它既與操作水平能夠有關，也與鋼種有關。本設計題目為年產量 100 萬噸不銹鋼的煉鋼車間工藝設計。首先估算每次出剛量Q= .8760aGy??式中：Ga—車間產品方案中確定的年產量，t； τ—冶煉周期， 取 60min； η—作業率 η= 100%，一般 η=90% 94%，取 90%；年 作 業 天 數年 日 歷 天 數 y—良坯收得率，連鑄一般 95% 98%。Q= = ==130t，??4109%8?爐容量標準系列為：20t、30t、40t、50t、60t、70t、80t 、100t 、125t 、150t 、175t 、200t所以選 150t 超高功率電弧爐一座。 電爐車間生產技術指標（1）產量指標 合格鋼產量 100 萬噸/年 冶煉時間 60min 熔化時間 40min （2）質量指標 鋼坯合格率 98% （3）作業率指標 連鑄機作業率： 80%（4）材料消耗指標1） 金屬材料消耗一般為廢鋼、返回廢鋼、合金料與脫氧合金。2） 煉鋼輔助材料消耗石灰、螢石以及其他造渣材料和脫氧粉劑。3） 耐火材料消耗 主要用于爐襯的各種耐火磚以及鋼包的耐火材料。4） 其它原材料消耗 第 5 頁電極和工具材料。5） 動力熱力消耗指標主要為電能和各種氣體和燃油等。(5)連鑄生產技術指標連鑄比 100%鑄坯合格率 98%連鑄收得率 98% 電爐車間設計方案 主要冶煉鋼種及產品方案本設計主要生產不銹鋼，產品需求可根據市場的要求進行靈活調整。根據畢業設計任務書中年產 100 萬噸不銹鋼的要求，可確定其產品大綱。詳見于表11：表 11 產品大綱序號代表鋼號產量（10 4t/a）比例（%）1 1Cr17Ni7 60 602 1Cr18Ni9Ti 20 203 1Cr17Mo 10 104 1Cr13 10 10合計 100 100 電爐煉鋼車間設計與建設的基礎材料（1）建廠條件 1）各種原料的供應條件，特別是鋼鐵材料來源； 2）產品銷售對象及其對產品質量的要求； 3）水電資源情況，所在地區的產品加工，配件制作的協作條件；（2）工藝制度確定工藝制度是整個工藝設計的基本方案，是設備選擇，工藝布置等一系列問題的設計基礎。1）冶煉方法：利用超高功率電弧爐進行單渣法冶煉，然后進行爐外精煉； 第 6 頁2）澆注方法：采用全連鑄；3）連鑄坯的冷卻處理與精整：鑄坯在冷床上冷卻并精整；4）在技術或產量方面應留有一定的余地。 電爐煉鋼車間的組成完整的電弧爐車間應包括：（1）煉鋼主廠房，包括原料跨、爐子跨、精煉跨及鋼水連鑄跨；（2）廢鋼料堆場及配料間包括廢鋼處理設施（預熱、烘烤等） ；（3）鐵合金及散狀材料間；（4）鋼錠、坯存放場地；（5）中間渣場；（6）機電維修間及快速分析室；（7）爐襯制作與各種備件修理場地；（8）耐火材料庫、備件備品庫、車間變壓器室、配電室；（9）水處理、煙氣凈化設施及車間管理、生活服務設施。 電爐各車間的布置情況由于是一臺超高功率電弧爐，且是全連鑄，考慮到物料順行、勞動安全條件和未來發展，采用橫向高架式布置。（1）原料跨:此跨主要是為廢鋼、返回廢鋼，散狀料及耐火材料等提供場地。 （2）爐子跨：此跨配一臺 150 噸超高功率的偏心底出鋼電弧爐，爐體爐蓋修理區，電爐裝料配置，電爐變壓器房。（3）精煉跨：此跨配公稱容量 150 噸的精煉爐一座，供氧系統，鋼包烘烤區，精煉設備維修區及鋼包維修區，高架行車進行跨間的整體運輸工作。（4）連鑄跨：此跨設有二機二流的弧形板坯連鑄機 1 臺、二冷裝置維修區、中間包維修區和結晶器維修區以及連鑄機設備維修區。（5）出坯跨：主要是鑄坯堆放區，拉矯機及切割機維修區等的布置。鑄坯堆放區用來存放良錠、坯件，其間有運輸線路直接通到軋鋼車間。 第 7 頁2 電弧爐爐型設計 [3] 電弧爐爐型設計 電弧爐爐型電弧爐爐型是指爐子內部空間的形狀和尺寸，不同的熔煉爐因工作條件不同，供熱熱源不同而有不同的內部空間。電弧爐近于球形體，從減少散熱面出發，以球形為最好。現代電弧爐爐體中部是圓筒形，爐底為弧型，爐頂為拱形。作為發熱體，電極端部的三電弧位于爐內中心部位。電弧爐設計應保證高的生產率，電能、耐火材料、電極等消耗要低，同時要滿足冶金反應順利進行，故應考慮以下因素：（1）選用大功率變壓器；（2）保證高的熱效率和電流效率；（3）采用高質量的耐火材料砌筑材料；（4）爐子各部分形狀和尺寸設計布局合理；（5）爐子熔煉室容積能一次裝入堆比量中等的全部爐料；（6）爐子傾斜 10176。～20176。能保證鋼液順利流出。 熔池的形狀和尺寸（1）熔池的形狀。熔池的容積應能足夠容納適宜熔煉重量的鋼液和爐渣，并留有余地，它應能滿足冶金反應順利進行。熔池設計為錐球形，圓錐部分對水平線的傾角為 45176。，這樣的形狀可保證爐料加速熔化，鋼液可積蓄在球形熔池底上，且易于修爐。（2）熔池的尺寸計算。熔池的容積應能容納全部鋼水和約為鋼水量的 7%8%的熔渣，并留有適當余量。熔池體積 V 池 （m 3）的計算公式為：V 池 = +22(D)1hd??21(3h)64d??式中：h 1——球冠部分高度，m，一般取 h1=H/5。 h2——截錐部分高度，m，h 2=Hh1=4/5H； D——熔池液面直徑，m，通常采取 D/H=5，即 D=5H； d——球冠直徑，m。因 d=D2h2=5H H= H。857則：V 池 ==V 池 =V 金 +V 渣電爐的氧化期具有最大渣量。對堿性電爐：G 鋼 /G 渣 =7%。而渣的比重為 第 8 頁 ，取每立方米渣重 ，則每噸鋼的體積為 。則：V 渣 /V 金 = =?????所以：V 池 = 金=?V 0式中：G—爐子容量，t； V0—噸鋼液體積，取 。則對于 150 噸電弧爐：V 池 = 金 =?V0=150=熔池深度 H= = 熔池直徑 D= =球冠部分高度 = =截錐部分高度 = = =球冠直徑 d= H= = 熔化室的尺寸熔煉室是指熔池以上至爐頂拱基的那部分容積，其大小應能一次裝入堆積密度中等的全部爐料。（1）熔煉室下緣直徑 D 熔爐坡與爐壁交接處的直徑，為了防止鋼液沸騰時爐渣沖刷爐壁磚或爐渣到達爐坡與爐壁磚交界處，爐坡應高于爐門檻約 100mm 左右，及當選定爐坡角度為 45176。時：D 熔 =D+2100因 D==6295mm，則 D 熔 =6495mm（2）熔煉室的高度 H1金屬爐門檻至爐頂拱基的空間高度為熔煉室高度。爐襯門檻較金屬門檻高出 80~100mm。熔煉室的高度應根據爐內的熱交換情況來確定。經驗值為：H1/D=~，40t 電爐； H1/D=~，40t 電爐。此處取 。所以：H 1=D== （3）爐頂高 h3= （因爐頂磚不同而異，取 ）sD熔 79?8 第 9 頁則 h3=D 熔 /8=至此，爐底至爐頂中央高度H2=H1+H+h3=++=（4）熔煉室上緣直徑 D1熔煉室一般為上大下小，爐壁上薄下厚，即 D1D 熔 ，其爐墻內側斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度（H 1100）的 10%左右。所以：D 1=D 熔 +2（H 1100）10%=+2（）10%= 爐襯厚度 δ 的確定爐襯組成：爐殼→石棉（10mm）→絕熱層→工作層。比較經濟的做法是選擇優質材料，使用較輕薄的爐襯，按經驗值選，爐頂爐襯厚度見下表:表 21 爐頂爐襯厚度噸位/t 20 2040 40δ/mm 230 300 350對 150t 電弧爐取 350mm。爐壁部位厚度見下表：表 22 爐壁部位厚度噸位/t 20 2040 40工作層/mm 230 345 460絕熱層/mm 75 75 75爐底部位 總厚度近似等于熔池深度對 150t 電弧爐爐壁厚度取工作層 460mm，絕熱層 75mm，爐底厚度1259mm，爐壁厚度為 δ 壁 =460+75=535mm。 爐殼及厚度 δz 的確定爐殼要承受爐襯和爐料的重量，抵抗部分襯磚在受熱膨脹時產生的膨脹力，承受裝料時的撞擊力。爐殼厚度一般為爐殼直徑的 1/200，即 δz= ,爐殼厚度與爐殼直徑的關20D殼系見下表：表 23 爐殼厚度與爐殼直徑的關系D 殼 /m33~4 4~66δ z/mm 12~15 15~202528~30 第 10 頁因 D=，故 D 殼 6m，因 δ z與爐殼直徑 D 殼的關系為 ，取120δz=30mm，則：D 殼 =D 熔 +2δ 壁 +2δ z=+2+2= 工作門和出鋼口 現代電弧爐只設一個工作門，用于加料，爐前操作和觀察情況。爐門應該滿足以下的要求：(1)能清楚看見爐內的爐料，爐頂中心，并便于觀察爐內情況；(2)能方便的修補爐壁和爐底；(3)熔煉過程中，電極折斷時能將電極從爐門取出；(4)方便噴吹爐料和氧氣。爐門尺寸的經驗值： 爐門寬度 l＝()D 熔 ＝爐門高度 b＝?l＝ 偏心底出鋼箱的設計（1）出鋼箱內口與中心夾角 α出鋼箱內口與中心夾角 α 的大小直接影響箱體內鋼水的流動性，從而影響鋼水的溫度。在一定范圍內，α 越小，出鋼箱內鋼水流動性越差，其與爐子中心溫度差越大，一般情況下，出鋼箱溫度比爐子中心的溫度低 50℃～80℃，如果過低會造成出鋼時箱體內仍有固體冷塊料和未熔渣料，出鋼時會堵塞出鋼口造成事故。因此出鋼箱內口和中心夾角 α 要確保鋼水流動性好，鋼水溫差小。α=100176。時鋼水在出鋼箱的流動性最好。考慮到弧形架對爐底的支撐，150t 超高功率電弧爐的 α 取 112176。（2）出港口到爐子中心的距離——偏心度 E出鋼口位置的確定應該考慮填料方便，便于檢修。如果出鋼口到爐子中心距離——偏心度 E 過大，則出鋼口到爐子中心的距離越遠，箱內鋼液的溫度與爐內的鋼液的溫度差越大。因此，在填料、維修方便的前提下，偏心度越小越好。考慮到出鋼口填料方便，出鋼口到爐體中心的距離為：E=[D 殼 /2+（350~400）]=4213mm（3）出鋼箱遠離中心內測距離爐子中心的距離 L當爐壁厚度 S 為 535mm 時有 L=E+S=4213+535+600=5348mm。（4）出鋼箱高度出鋼箱的高度為箱底爐襯厚度及箱底鋼板厚度（38mm）共 1300mm，鋼液高度 838mm，安全高度 1400mm，三者之和為 3538mm。（5）出鋼口直徑出鋼口為一個圓形孔洞，其直徑一半為 120～150mm，為縮短出鋼時間，取 第 11 頁出鋼口直徑為 150mm。80t 超高功率電弧爐各部分尺寸列于表 34，設定值見表 35。表 24 150t 超高功率電弧爐各部分尺寸項目 尺寸/mm 項目 尺寸/mm熔池容積 V 池 m3 爐襯工作層厚度 460熔池直徑 D 6295 爐襯絕熱層厚度 75熔池深度 H 1259 爐底厚度 1259球冠部分高度 h1 252 爐殼厚度 δ z 30截錐部分高度 h2 1007 爐殼直徑 D 殼 7625球冠直徑 d 4281 爐門寬度 L 1624熔煉室下緣直徑 D 熔 6495 爐門高度 b 1300熔煉室高度 H1 2644 出鋼口直徑 150爐頂高 h3 812 出鋼箱內口