年產(chǎn)130萬噸連鑄坯的電弧爐煉鋼車間設計

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摘要

本文表達了年產(chǎn)130萬噸連鑄坯的電弧爐煉鋼車間工藝設計過程，通過對電弧爐相關(guān)材料的查閱，對現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝及車間布置有了一定的了解和認識。在此次設計中，主要冶煉的鋼種為不銹鋼，生產(chǎn)鋼板為主。通過查閱資料選擇了適合的冶煉工藝路線和相應的設備。嚴格依照設計任務書的要求，先后進行并完成了不銹鋼1Cr17Ni2的物料平衡和熱平衡的計算，電弧爐爐型尺寸的計算及確定、相應配備設備的計算及確定如：變壓器、AOD、鋼包、中間包、板坯連鑄機等設備尺寸的選擇確定、爐外精煉方式的選擇確定，電弧爐車間的整體布置以及人員配備和經(jīng)濟指標的核算等任務。電弧爐新技術(shù)的開發(fā)給電弧爐煉鋼帶來了巨大的經(jīng)濟效益與環(huán)境優(yōu)勢，本文針對現(xiàn)代電弧爐煉鋼新技術(shù)方面作了詳細的探討。

4.11.1車間所需的渣罐車數(shù)量364.11.2車間所需渣罐數(shù)量364.12起重機的選擇364.13其他輔助設備的選擇375電弧爐煉鋼車間工藝設計38

5.1廢鋼385.2輔助料38

5.2.1對輔助料的要求385.2.2供應方案395.2.3配料395.2.4裝料和補料405.2.5電弧爐冶金工藝415.2.6精煉工藝425.2.7連鑄操作工藝44

6電弧爐煉鋼車間工藝布置46

6.1原料跨46

6.1.1原料跨的寬度476.1.2原料跨的總長度476.2爐子跨整體布置47

6.2.1爐子跨工作平臺高度486.2.2爐子的變壓器室和控制室486.2.3電弧爐出渣和爐渣處理486.2.4爐子跨的長度、高度、跨度48

VI

6.3精煉跨49

6.3.1整體布置496.3.2LF爐的布置496.3.3AOD爐的布置496.3.4鋼包回轉(zhuǎn)臺的布置496.3.5其他布置496.4連鑄跨50

6.4.1總體布置506.4.2連鑄機操作平臺的高度、長度、寬度506.4.3連鑄機總高和本跨吊車軌面標高506.4.4連鑄機總長度516.5出坯跨516.6備注517車間人員編制及主要經(jīng)濟技術(shù)指標52

7.1技術(shù)經(jīng)濟指標52

7.1.1產(chǎn)量指標527.1.2質(zhì)量指標527.1.3作業(yè)效率指標527.1.4連鑄生產(chǎn)技術(shù)指標527.2車間人員編制52

2電弧爐爐型設計

2.1電弧爐爐型設計2.1.1電弧爐爐型

電弧爐爐型是指爐子內(nèi)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(nèi)部空間。電弧爐近于球形體，從減少散熱面出發(fā)，以球形最好?，F(xiàn)代電弧爐爐體中部是圓筒形，爐底為弧形，爐頂為拱形。作為發(fā)熱體，電極端部的三電弧位于爐內(nèi)中心部位。[2]

電弧爐設計應保證高的生產(chǎn)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）保證高的電流效率和熱效率；（3）采用高質(zhì)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10?！?0。能保證鋼液順利流出。

2.1.2熔池的形狀和尺寸

熔池的容積應能足夠容納適合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45。

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部，且易于維修。1.熔池的形狀

其形狀應有利于冶煉反應的順利進行，砌筑簡單，修補便利。

目前使用的多為錐球形熔池，上部分為倒置的截錐，下部分為球冠。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，加快爐料的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。。2.熔池尺寸計算（1）熔池的容積：

a.對于爐子能容納90噸鋼液，則鋼液體積為：V鋼=90×0.14=12.6m3(式中的0.14m3為一噸鋼液的體積）；

b.對于堿性電弧爐而言，溶氧期具有最大渣量，渣量和鋼液之比為0.08，則熔

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渣重量為90×0.08=7.2噸，假定1m3爐渣重量為3噸，故渣的體積為：V渣=7.2/3=2.4m3;

所以鋼液和爐渣的總和即熔池的容積為：V=V鋼+V渣=12.6+2.4=15m3（2）熔池的深度和直徑

鋼液面直徑D和鋼液深度H之比D/H是確定爐型尺寸的基本參數(shù)。一般狀況下，比值越大則鋼-渣接觸面越大，利于鋼水精煉。但鍋考慮到本設計的還原期在后續(xù)工藝—精煉爐中進行，故D/H不應過大。同時考慮到熔池熱阻的因素，即D/H≤4時，熔池熱阻顯著增加，不利于鋼水加熱，當D/H≥4～6時，單位容積的界面面積急劇增加，故綜合考慮選取D/H=5。a.確定爐缸鋼液面直徑

由經(jīng)驗公式可得：

D=2.0CV1/3式中C=0.875+0.042×5=1.085

則D=2.0CV1/3=2.0×1.085×12.61/3m3=5.050m所以H=D/5=1.010m=1010mm,取H=1020mmb.確定爐缸上緣直徑

為了減輕爐渣對爐與爐坡接縫處的侵蝕，爐門坎平面應高于渣液面20-40mm，爐缸與爐壁連接面應高于爐門檻30-70mm。由于爐渣深度大約為0.09-0.12m。故可得爐缸上緣直徑為D+100～200這里取其值為Db=5250mm

2.1.3熔化室的尺寸

（1）熔化室直徑

熔化室直徑Dr=D+（0.1～0.2）=5250mm球冠部分高度h1=H/5=204mm截錐部分高度h2=H-h1=816mm球冠直徑d=D-2h2=3418mm

（2）熔化室的高度H1（即為爐壁的高度）

熔化室的高度應根據(jù)爐內(nèi)的熱交換狀況來確定。一般?。?.40～0.44）Dr,取0.42，計算得，H1=2205mm（3）熔化室上部直徑

采用耐火材料爐壁，特別是散狀料和粘結(jié)劑打結(jié)爐壁時，為了提高爐襯壽命，便于修補和節(jié)省材料，將爐壁做成傾斜式的，傾角β=6。。熔化室上部直徑：

D1=Db＋2H1tanβ=5250＋464=5714mm

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（3）爐頂高度

h3/Dr=1/7～1/9(因爐頂磚不同而異，取1/8)則h3=656mm

2.1.4爐襯厚度

(1)爐頂厚度：由于電爐頂采用高鋁磚，根據(jù)額定容量取其值為350mm；(2)爐壁厚度：爐壁根部厚度δ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。90t爐子，δ壁=550mm；（工作層460mm，絕熱層90mm。）(3)爐底厚度：爐底厚度δ底，δ底=900mm；

爐底的結(jié)構(gòu)分為絕熱層、永久層、工作層。對于小于15t的爐子,爐底厚度不小于鋼液深度,即δ底≥H;對于15t以上爐子,δ底628～30

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因D殼＝D熔+2δ壁+2δz＝5250+2×550+2δz=6350+2δz>6m，則取δz＝30mm，所以D殼＝5850+2×30=6410mm。

2.1.5工作門和出鋼口

現(xiàn)代電弧爐只設一個工作門，用于加料，爐前操作和觀測狀況。爐門應當滿

足以下的要求：

（1）能明白看見爐內(nèi)的爐料，爐頂中心，并便于觀測爐內(nèi)狀況；（2）能便利的修補爐壁和爐底；

（3）熔煉過程中，電極折斷時能將電極從爐門取出：（4）便利噴吹爐料和氧氣。

爐門寬度：l=（0.2-0.3）D=1263mm爐門高度：b=（0.75-0.85）l=1010mm2.2偏心底出鋼箱的設計

電弧爐煉鋼傳統(tǒng)的“老三期〞工藝中，出鋼帶入鋼包的爐渣是還原性的，而超高功率電弧爐及爐外精煉技術(shù)應用后，電爐出鋼前的爐渣是氧化性的，生產(chǎn)實踐證明，這種爐渣帶入鋼包對精煉效果有如下不利影響：

1降低脫氧、脫硫能力，從而降低鋼水質(zhì)量2降低合金回收率，鋼的化學成分不穩(wěn)定3降低鋼包吹氬或攪拌強度4降低包襯壽命

偏心底出鋼是電弧爐底鋼的一種形式，可以實現(xiàn)無渣出鋼。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，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，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。

2.2.1爐殼

偏心底出鋼電弧爐的爐殼上部的爐身為圓形，下部帶有突出的圓滑形出鋼

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箱。偏心底出鋼電爐采用全水冷爐壁爐殼，出鋼時爐子傾動僅為15。左右，可避免鋼水和水冷爐壁的接觸，從而提高爐襯壽命。爐殼上沿的加固圈用鋼板或型鋼焊成。內(nèi)通冷卻水，用以增加爐殼的剛度，防止爐殼由于受熱而變形，保證爐殼與爐蓋接觸嚴密。

2.2.2爐底

偏心底出鋼電弧爐爐底設計成淺盤狀，以確保無渣出鋼。為安全起見，底部排三層鎂質(zhì)火磚，與鋼水接觸的底部為鎂砂搗打料。

2.2.3出鋼口

偏心底出鋼電爐的出鋼口位于出鋼箱的底部，利用出鋼口的開閉機構(gòu)和傾動機構(gòu)，實現(xiàn)無渣出鋼、留渣操作。出鋼口類似鋼包水口，所用耐火材料材質(zhì)為鎂碳磚。出鋼口用搖擺式鉸鏈蓋板密封。為防止變形，密封處的蓋板和出鋼口尾磚均有石墨構(gòu)成。

2.2.4機械裝置

一般偏心底出鋼電弧爐，向爐門傾動10～12°,向出鋼口最大傾動15°偏心底出鋼電弧爐的傾動液壓缸行程較傳統(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，即爐體傾動最大至終止出鋼時，使爐內(nèi)留一部分鋼水，為此應使爐體迅速回傾。一般為3°/S。

2.2.5出鋼箱設計參數(shù)

EBT電爐的特征是設置了一個偏心區(qū)，該偏心區(qū)相對構(gòu)成一個小熔池，并通過圓滑過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)，出鋼口垂直設置在偏心區(qū)的底部，這樣一個結(jié)構(gòu)使得偏心區(qū)的設計顯得相當重要，下述四點的設計優(yōu)良直接影響到爐子的正常工作。1）出鋼箱切角α

出鋼箱切角α，即出鋼箱與爐體中心的夾角。出鋼箱與爐體(殼)的連接要滿足耐火材料能平滑過渡,故要求相切,其切角隨著爐殼直徑的增大而減小,90°≤α≤120°。本例90t爐的α取120°。

2）偏心距

即出鋼口中心線至爐子中心線的距離。偏心距選取過大，則偏心區(qū)內(nèi)的廢鋼不簡單熔化，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，考慮到在出鋼口上蓋的操作便利，偏心區(qū)不能過小。在不影響出鋼的狀況下，此距離應盡可能的小。經(jīng)過查詢了大量的現(xiàn)有的偏心

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距后，確定本設計的偏心距為3800mm。

3）出鋼口直徑

出鋼口直徑的確定應保證鋼液在盡可能短的時間內(nèi)出凈。經(jīng)驗說明，對70噸以上的電弧爐，出鋼口的直徑一般在120mm以上，本設計取180mm。

4）出鋼箱的高度

出鋼箱的高度確定應保證爐體傾斜10～15°時，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)過計算及經(jīng)驗值的推薦，本設計出鋼箱的高度取為3275mm。[4]

表3－290t超高功率電弧爐各部分尺寸

項目熔池容積V池熔池直徑D熔池深度H球冠部分高度h1截錐部分高度h2球冠直徑d熔煉室直徑D熔熔煉室高度H1爐頂高h3熔煉室上緣直徑

D爐頂襯磚厚度δ

尺寸/mm15m3505010202048163418525022056565714350

項目爐壁工作層厚度爐壁絕熱層厚度爐底厚度爐殼厚度δz爐殼直徑D殼爐門寬度L爐門高度b出鋼口直徑出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α

偏心度E出鋼傾翻角γ

尺寸/mm4609090030641012631010180120°380012°

2.3電弧爐變壓器容量和參數(shù)的確定2.3.1確定變壓器的容量

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。壓器的容量由以計算式來求：

p?

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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的渣料并升溫所需要的電量，

KWh/t,q≈410KWh；由于本設計采用偏心底出鋼，實現(xiàn)留渣操作，可儉約電量1/4多，故取其值為q=300KWh

G—電爐裝入量，90t；tm—預期的熔化時間，55min；

cosφ—熔化期平均功率因數(shù)，本設計選取0.70；л—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；

300?90?5950.140.91?0.7?0.8?1.1

若按電弧爐的額定容量計算其單位功率則為59504/90＝661kVA/t，屬于超高功

p?率范圍。

2.3.2電壓級數(shù)

根據(jù)經(jīng)驗公式，選擇最高一級二次電壓，對于堿性電弧爐：U=15×P1/3=5856.1V

所以取電壓級數(shù)為12級

2.3.3電極直徑的確定

20.406I?d電極?3

K式中I—電極上的電流強度，I=P/1.732U=5866.7A；

ρ—石墨電極500℃時的電阻系數(shù)，10Ωmm2/m；k—系數(shù)，石墨電極取2.1w/cm2.計算得取d＝505mm。

根據(jù)經(jīng)驗選取電極直徑d為600mm。

2.3.4電極極心圓的尺寸

設計依據(jù)：若三個電極靠的很近，則電弧爐墻較遠，對爐墻壽命有利，但爐坡上爐料熔化困難，熔池加熱不均勻，且爐頂中心的結(jié)構(gòu)強度很難保證，此時電極把持器上下移動也困難，當電極心圓較大時，電弧靠近爐墻，爐墻的損耗要加劇，因此電極直徑與熔池溶液面直徑有關(guān)。對中等爐子：d三極心/Db=(0.25～0.35)，故d三極心=0.30Db=0.35×5250=1840mm。

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2.3.5短網(wǎng)的設計

電爐的短網(wǎng)是指變壓器低壓側(cè)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(shù)（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的電效率、功率因數(shù)以及三相電功率的平衡。

短網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，主要由硬銅母線（銅排）、軟電纜和爐頂水冷銅管及部分組成，電極有時也算做短網(wǎng)的一部分。由于短網(wǎng)導體中電流，特別是經(jīng)常性的沖擊性短路電流使導體之間存在很大的動力，所以目前絕大多數(shù)電弧爐的短網(wǎng)都采用銅來制造，而很少用機械強度較差的鋁。

從變壓器低壓側(cè)出線端到變壓器室外面的軟電纜接頭處是硬銅母線。這段硬銅母線尋常采用矩形銅排，考慮到交流電的集膚效應矩形銅排的高寬比為10～20。有的電爐為了簡化結(jié)構(gòu)，減少維修，采用空心鋼管，中心通水冷卻，以提高平均電流密度。在我國目前多數(shù)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，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(zhuǎn)的需要。根據(jù)變壓器額定電流的大小，采用多跟軟電纜并聯(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(shù)，儉約銅材，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10㎜。

為了減少短網(wǎng)的電阻和感抗，要盡量縮短短網(wǎng)的長度；導體的接頭處要緊湊連接；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，還必需注意合理的布線，導體與粗大的鋼結(jié)構(gòu)應離得遠一些。

當電弧爐工作時，即使在變壓器二次側(cè)三個相的電壓和電弧電流相等的狀況下，三個相的電弧功率卻是不相等的。這種三相功率的不平衡，是由三相的阻抗不平衡引起的。一般短網(wǎng)三相導體是平面布置的，并且相間的距離是相等的。中間相的短網(wǎng)長度較其他兩相短，且電感也比其他兩相小，所以阻抗小。這樣中間相的電弧功率尋常總是超過其他兩相的。其他兩相也由于感抗不同而電弧功率不同，兩相中電弧功率大的一相稱為“加強相〞，電弧功率小的一相稱為“減弱相〞。加強相與減弱相電弧功率的加強和減弱的數(shù)值是相等的，也就是有一部分功率從減弱相轉(zhuǎn)移到加強相去了，這種現(xiàn)象稱為“相間功率轉(zhuǎn)移〞。電流越大，三相電弧功率的不平衡現(xiàn)象越嚴重。[5]

三相電弧功率不平衡對電弧爐煉鋼時不利的，會造成熔池受熱不均，局部爐墻損壞嚴重，從而降低爐襯壽命，直接影響電爐生產(chǎn)率。為了減輕三相功率不平衡的不良后果，可以采取如下措施：（1）盡可能使短網(wǎng)導體對稱布置，把短網(wǎng)由原來的平面布置改為等邊三角形布置，或改進平面型布置。

（2）要求近爐門的電極成為加強相，進出鋼口側(cè)的電極為減弱相。

（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

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衡爐襯結(jié)構(gòu)，在熱點區(qū)域采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，在非熱點區(qū)采用一般耐火材料。（4）短網(wǎng)線路傳統(tǒng)為單線布法，應盡量實行來回電流交織排列的雙線布法。

2.4水冷掛渣爐壁設計

由于電弧爐的高功率化，是爐內(nèi)熱負荷急劇增加，爐內(nèi)熱量分布不均勻加劇，從而使爐壁壽命大大降低，利用水冷掛渣爐壁來解決上述問題，對于超高功率電弧爐爐壁熱量很高，應選用管式水冷掛渣爐壁，其特點如下：

（1）一定厚度的此爐壁可以抗擊爐料撞擊或者爐料搭接打弧，以及吹氧不當造成的過熱；

（2）具有很好的掛渣能力；

（3）采用分開式爐殼，易于拆卸更換。

水冷爐壁的形式有板式、管式及噴淋式多種，但較普遍的是管式水冷爐壁。整個水冷爐壁由6～12個水冷構(gòu)件組成。水冷爐壁材質(zhì)有鋼質(zhì)與銅質(zhì)，其中銅質(zhì)水冷爐壁在爐壁的下面靠近渣線附近。水冷爐壁布置，對于偏心底出鋼電爐，水冷爐壁布置在距渣線附近。水冷爐壁布置，對于偏心底出鋼電爐，水冷爐壁布置在距渣線200～300㎜以上的爐壁上，占爐壁面積的80～85%。另外，采用水冷爐壁后，爐容積擴大，增加了廢鋼裝入量。

管式水冷掛渣爐壁由多支冷卻管組合而成。冷卻管是用鋼爐鋼管，兩端是用鍋爐鋼管彎頭或鍋爐鋼鑄造彎頭制作的。

2.5水冷爐蓋設計

超高功率電弧爐的水冷爐蓋形式有管式與噴淋式，多用管式，其材質(zhì)為鋼。整個水冷爐蓋可由一個水冷構(gòu)件組成或由5～6個水冷構(gòu)件組成。采用超高功率電弧爐冶煉，為了延長爐蓋的使用壽命，采用水冷爐蓋，該爐蓋由上下兩層鋼板焊接而成，上薄下厚，其厚度各為20㎜，30㎜，水冷層厚度為200㎜。內(nèi)襯掛渣鉚釘為20㎜。爐蓋直徑的確定：

Dg=Dr+2δc

式中：Dg—水冷爐蓋的直徑，㎜；Dr—熔化室直徑，㎜；

δc—添加系數(shù)，取其值為300㎜

故：Dg=Dr+2δc=5250+2×300=5850㎜

爐蓋上開五個孔，其中三個為電極孔，一個為高位料倉加料孔，直徑為500mm；另一個為排塵孔，直徑為450㎜，爐蓋圈的高度為350㎜。

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3電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡

3.1物料衡算3.1.1熔化期物料計算

基本原始數(shù)據(jù)：冶煉鋼種及成分（見表3-1）；爐料中元素燒損（見表3-2）；冶煉鋼種成分設定值（見表3-3）；原料成分表（見表3-4）；其他數(shù)據(jù)（見表3-5）；

鋼種：1Cr17Ni2表3-1計算選定鋼種及其成分(GB/T1220-2023不銹鋼)CSiMnPSCrNi≤0.80≤0.8≤0.035≤0.0300.11～16.00～1.50～0.1718.002.50注：括號內(nèi)是計算時的設定值，取其成份的中限。采用氧化法冶煉。

表3-2爐料中元素燒損率

CSiMnPS成份

燒損熔化25～40，取70～95，取60～70，取40～50，取可予忽略30856545率期

（%）氧化①②全部燒損2025～30，取

27期①按末期含量比規(guī)格下限低0.03～0.01%（取0.08%）確定（一般不應低于0.03%

的脫碳量）；②按末期含量0.015%來確定。

表3-3冶煉鋼種成分設定值（%）

CSiMnPSCrNi成分

0.140.800.80.0350.0317.002.0廢鋼設

定值

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C．爐頂、爐襯的損蝕和電極得燒損量。根據(jù)表3-5得假定，其結(jié)果一并列

入表3-12。

D.造渣時參與石灰、礦石、和帶入的渣量。見表3-12。

表3-11熔化期物料平衡表

收入

項目質(zhì)量（kg）廢鋼焦炭電極石灰爐頂爐襯氧氣空氣合計

1000.9490.3752.0000.0900.2851.1724.539109.41

%91.400.8670.3431.8280.0820.2601.0714.149100.00

合計

108.67

100.00

項目金屬爐渣爐氣鐵的揮發(fā)

支出質(zhì)量（kg）98.0523.9625.0741.583

%90.233.6464.6691.457

（其余煙塵）（列入物料平衡總表）

注：計算誤差=（109.41－108.67）/109.41×100%=0.68%

表3-12氧化期渣量的確定

成渣組分Kg

名稱

消耗量Kg

CaO

SiO2

MgO

Al2O3

MnOFeO

Fe2O3P2O5

CaS合計

留渣

Si

0.037

0.537-0.0140.008

0.1920.0790.004

0.0930.000

0.0480.055

0.1390.049

0.1150.578

0.0540.2140.000

0.0090.002

0.0020.018

1.1900.0790.0490.0020.7920.0040.067

爐

料MnO.038元

P0.001素

氧Fe0.600化

S0.008爐頂

0.060

第19頁

表3-12氧化期渣量的確定（續(xù)）

成渣組分Kg

名稱

消耗量Kg

CaO

SiO20.0080.0010.0580.0540.3040.70013.91

MgO

Al2O30.0020.0000.0150.0320.1840.3366.677

MnOFeO

Fe2O30.0040.0060.2785.525

P2O50.0020.0020.0150.298

CaS合計

爐襯電極礦石石灰火磚合計%

0.2150.1251.0002.1540.500

0.0090.0000.0121.8940.0032.44948.67

0.1920.0000.0030.0560.0030.3476.896

0.1883.736

0.69313.77

0.0020.0030.0250.497

0.2150.0010.0922.0410.5005.032100.0

表3-13凈耗氧量的計算

項目

名稱

元素C

爐料中的元素的氧化

金屬中元素的氧化

SiMnPFe

反應產(chǎn)物COCO2SiO2MnOP2O5FeOFe2O3

電極中C合計石灰金屬礦石合計凈耗氧量

第20頁

燒損量0.0340.0150.0370.0380.0010.4500.1500.0870.0370.0010.0080.898

耗氧量0.0450.0390.0500.0110.0010.1290.0670.1160.0990.459

供氧量

C

COCO20.849OOO2

SSFe2O3

0.0010.0040.2690.274

0.459－0.274=0.185kg

2）確定金屬量：根據(jù)熔化期的金屬量及表3-12得元素燒損量和礦石還原出的鐵量，即可求得氧化末期得金屬量為：

98.052－（0.049＋0.037＋0.038＋0.001＋0.026＋0.600＋0.008）+0.628=97.921㎏。

表3-14氧氣與空氣的實際消耗量

氧氣（㎏）

帶入O20.093/90%=0.103

帶入N20.103/99%×1%

=0.0010.104

帶入O20.093

空氣（㎏）

帶入N20.093×(77/23)=0.311

0.404(0.14m3)

3）確定爐氣量：計算方法宛如熔化期：先求靜耗氧量，（表3-13）再確定氧氣與空氣得消耗量（表3-14）最終將各種物料或化學反應帶入的氣態(tài)產(chǎn)物規(guī)類，結(jié)果列表（3-15）。熔化期和氧化期的綜合物料平衡表列于表3-16。

表3-15爐氣量

項目金屬中C電極帶入礦石石灰?guī)胙鯕鈳肟諝鈳胗坞x氧

氣態(tài)產(chǎn)物

N2H2O0.0010.3110.31233.58

0.0120.0030.002-0.0170.0000.000

CO0.0790.203-0.018-0.0260.23825.62

CO20.0550.1360.1170.0280.0420.37840.69

H20.0020.0020.215

合計0.1340.3390.0120.1200.0010.3130.0100.0000.929100.0

H2O

合計質(zhì)量分數(shù)%

第21頁

表3-16熔化期和氧化期綜合物料平衡表

收入

項目廢鋼焦炭電極礦石火磚塊石灰爐頂爐襯氧氣空氣合計

質(zhì)量（Kg）

1000.9490.5002.0000.5004.1540.1500.5001.2764.943115.332

%86.710.8230.4341.7340.4343.6020.1300.4341.1064.286100.0

項目金屬渣量爐氣鐵的揮發(fā)

支出質(zhì)量（Kg）97.929.5466.0031.583115.052

%85.118.2975.2181.376100.0

注：計算誤差=（115.332-115.052）/115.332=0.24%

3.2熱平衡計算

以100Kg金屬料進行計算。

3.2.1計算熱收入QS

1）爐料的物理熱，計算結(jié)果列于表3-17

2）元素氧化熱及成渣熱計算結(jié)果列表3-18。

3）消耗的電能。根據(jù)消耗的熱量確定，為146405.15kJ詳見下面計算。

3.2.2計算熱支出QZ

1）鋼水物理熱Qg。該鋼熔點為：1536-（0.12×60+0.8×8+0.8×5＋0.035×30＋0.030×25+0.02×3）-6≈1511℃；出鋼溫度控制在中下限，本計算取1580℃按氧氣轉(zhuǎn)爐的計算方法，可得，

Qg＝97.92×[0.699×（1511-25）+272+0.837×（1580-1511）]＝134737.53KJ。2）爐渣物理熱Qr.計算結(jié)果如表3-17所示

第22頁

表3-17物料帶入的物理熱

名稱廢鋼焦炭石灰火磚塊礦石爐頂高Al磚爐襯Mg砂氧氣

空氣電極合計

熱容（KJ/Kg/K）溫度（K）消耗量（Kg）

0.6990.8530.7230.8581.0470.8790.9961.3180.9631.507

298298298298298873873298298723

100.00.9494.1540.5002.0000.1500.5001.0914.2290.500

物理熱（KJ）20830.200241.230894.996127.842624.012115.105434.754428.5061213.613544.78124455.039

表3-18元素氧化熱及成渣熱

名稱電極中C焦炭中C金屬中Si金屬中Mn金屬中PFeSiO2成渣P2O5成渣合計

氧化量0.3470.1480.1350.0580.2500.3960.0150.7471.8321.3400.045

化學反應

C+1/2｛O2｝＝｛CO｝C+｛O2｝＝｛CO2｝C+1/2｛O2｝＝｛CO｝C+｛O2｝＝｛CO2｝

[Si]+2(FeO)＝（SiO2）＋2[Fe][Mn]＋（FeO）＝[MnO]＋（Fe）2P＋5（FeO）＝（P2O5）＋5[Fe]

[Fe]+1/2｛O2｝＝(FeO)2[Fe]+3/2｛O2｝＝(Fe2O3)2（CaO）+(SiO2)＝(2CaO·SiO2)4（CaO）+(P2O5)＝(4CaO·P2O5)

△H（KJ/Kg）放熱量（KJ）-11639

-34834-11639-34834-11329-2176-2419-4250-5460-1620-4880

4039515515712023283286236317510003217122032084

4)爐氣物理熱Qx。令爐氣溫度為1200℃，熱容為1.137（KJ/Kg·K），由爐氣量可得:Qx＝6.003×[1.137×（1200-25）]＝8019.86KJ

第23頁

表3-19爐渣物理熱

名稱溫度（℃）熱容（KJ/Kg）

熔化期爐渣15001.172

氧化期爐渣16501.216

合計（KJ）

物理熱（KJ）

3.962×1.172×

（1500-25）=7819.59

5.032×1.216×（1625-25）=11222.08

19041.67

3)熱反應消耗熱量詳見表3-20。

表3-20吸熱量

名稱金屬脫碳金屬脫硫石灰燒減

石灰?guī)肟諝鈳氲V石帶入焦炭小計合計

消耗量0.238-97.92×0.12%=0.12

0.0084.514×4.64%=

0.1934.154×0.10%=

0.0040.048＋0.002=0.0502×1.20%=0.02

40909×0.58%=

0.005

0.083

化學反應

[C]＋（FeO）＝[CO]＋[Fe][FeS]＋（CaO）＝（CaO）＋

（FeO）

△H（KJ/Kg）624421434177

吸熱量（KJ）789.2817.14805.10

CaCO3＝CaO＋CO2

水分揮發(fā)

H2O→{H2O}

1200℃

1227101.84

1673.3

6

5)煙塵物理熱Qy。將鐵的揮發(fā)物計入煙塵中，煙塵熱容為0.996（KJ/Kg·K）則得，

Qy＝1.583×[0.996×（1200-25）]＝1852.58KJ

6)冷卻水吸熱Ql。設爐子公稱容量為90t，冷卻水消耗為55t/h，冷卻水進出水溫差為20℃，冶煉時間為1h，則得，

Ql＝(55×1000×1×4.185×20)/500＝9207.00（KJ/100Kg）

7)其它熱損失。包括爐體表面散熱熱損蝕。開啟爐門熱損失。開啟爐蓋熱損

第24頁

失。電極熱損失等。其損失量與設備大小，冶煉時間等等因素有關(guān)。實踐說明，該項熱損失占熱量總收入得6～9%,本計算取8%。[7]

8）變壓器及短網(wǎng)系統(tǒng)的熱損蝕一般，該項熱損失為總熱收入的5～7%。本計算取6%。令總熱收入為：

Qs＝134737.53+19041.67+1673.36+8019.86+1852.58+9207.00+Qs×（8%＋6%）

整理得：Qs=202944.19KJ

故應供電為202944.19-24455.04-32084.00=146405.15KJ其中＝0.08×Qs＝16235.54KJ；Qb＝12176.65KJ熱平衡總表列于表3-21

表3-21熱平衡表

收入

項目物料物理熱氧化熱和成渣

熱

其中C氧化Si氧化Mn氧化P氧化Fe氧化SiO2成渣P2O5成渣

電能*

合計

支出

%12.0515.816.301.3950.4250.0186.4931.0700.10872.14

100.00

熱量（kJ）24455.0432084.0012785.002832.00862.0036.0013178.002171.00220.00146405.1

5

202944.19

項目鋼水物理熱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它熱損失變壓器系統(tǒng)熱損

失

合計

熱量（kJ）%134737.566.39

3

19041.679.3831673.368019.861852.589707.00

0.8253.9520.9134.537

16235.548.00012176.656.000

202944.19

單位電耗計算：因1kJ=2.773×10-4kW·h，故單位電耗為40.60kW·h。

第25頁

4車間主要設備的選擇

4.1電弧爐主要設備的選擇4.1.1校核年產(chǎn)量

對于年產(chǎn)量130萬噸的電弧爐車間,采用超高功率偏心底出鋼電弧爐,利用水冷掛渣爐壁技術(shù),電弧爐公稱容量為90噸。

校核年產(chǎn)量A=135萬噸.此容量電弧爐完全符合車間生產(chǎn)要求,根據(jù)相關(guān)資料選擇電弧爐,其主要技術(shù)性能如下表：

表4－1電弧爐的參數(shù)列表名稱單位數(shù)值t90額定容量

t112最大出鋼量

mm6410爐殼內(nèi)徑

mm600電極直徑

mm×mm1263×1010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

4.1.2對電極的要求

(1