【正文】 摘要 本文涉及內(nèi)容為年產(chǎn) 70 萬噸良錠電弧爐煉鋼車間設(shè)計。根據(jù)高等院校冶金工程專業(yè)《鋼鐵廠設(shè)計原理》 ,通過廣泛參考有關(guān)文獻資料 ,簡要介紹了我國煉鋼技術(shù)的發(fā)展歷程、電弧爐煉鋼的特點、未來的發(fā)展趨勢。本文的重點是 ,通過 物料平衡和熱平衡的計算、爐型設(shè)計與計算 ,確定了合理的生產(chǎn)工藝，完成了主要設(shè)備的選擇與計算、煙氣凈化系統(tǒng)的選擇與設(shè)計 ， 繪制了電弧爐和煉鋼車間等剖面圖紙， 最后成功完成 年產(chǎn) 70萬噸良錠電弧爐煉鋼車間設(shè)計。 關(guān)鍵詞 ： 物料平衡 ， 熱平衡，爐型，車間設(shè)計， 電弧爐 ， 連鑄第一章 緒論 電爐是在 電發(fā)明之后的 1899 年，由法國的海勞爾特在玻利維亞發(fā)明的。它被建在阿爾卑斯山的峽谷中，原因是在距它不遠處有一個火力發(fā)電廠。電能具有清潔、高效、方便等優(yōu)點，是工業(yè)發(fā)展的優(yōu)選能源。 19 世紀中葉以后，大規(guī)模實現(xiàn)電 —— 熱轉(zhuǎn)換的冶煉裝置陸續(xù)出現(xiàn)： 1879 年， William Siemens 首次進行了使用電能融化鋼鐵爐料的實驗， 1889 年出現(xiàn)了普通感應(yīng)煉鋼爐， 1900 年法國人 設(shè)計的第一臺煉鋼電弧爐突入生產(chǎn)。從此電弧爐煉鋼在一百年中得到了充分的發(fā)展，目前已經(jīng)成為最重要的煉鋼方法之一。電弧爐的出現(xiàn)， 開發(fā)了煤的替代能源使廢鋼開始能回收再利用，為可持續(xù)發(fā)展做出了巨大貢獻。 [1] 在國際上，電弧爐裝備技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了以下幾個階段， 20 世紀 70年代，常規(guī)交流超高功率電爐及其配套技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，使電爐的生產(chǎn)效率大大提高，技術(shù)經(jīng)濟指標大大改善。 20 世紀 80年代，直流電弧爐得到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。 20世紀 80 年代后期至 90年代中期，利用高溫廢氣對廢鋼和 CO進行預熱后再燃燒的技術(shù)，以及用化學能代替部分電能的各種節(jié)能電爐技術(shù)被成功開發(fā)并應(yīng)用。 我國電爐煉鋼在 20世紀 80年代以前一直處于落后的狀態(tài)，當時全國有 3000多 座容量為 3 噸 30噸的小電爐，功率水平普遍不大于 350kVAt。這些小電爐多采用落后的“老三段”冶煉工藝 (即在電爐內(nèi)完成熔化、氧化、還原三步冶煉任務(wù) )，電爐生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、能源消耗高、生產(chǎn)過程污染嚴重。我國電爐鋼生產(chǎn)能力在 90 年代得到發(fā)展，從 90 年代中期的 2021 萬噸 /年提高到 2021年的 6800 萬噸 /年，與此同時電爐煉鋼產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟指標也得到明顯改善。 電爐煉鋼的發(fā)展經(jīng)歷了普通功率電弧爐 —— 高功率電弧爐 —— 超高功率電弧爐的過程，其冶金性能 也隨之發(fā)生了革命性的變化，由傳統(tǒng)的制作發(fā)展為能提供初煉鋼 水的二期操作。 [2] 現(xiàn)在國外，最大容量的交流電弧爐，美國為 350t、日本為 250t、英國和俄羅斯都為 200t、西德為 175t。直流電弧爐方面，以日本的 130t 單電極和法國 的三電極為最大。國內(nèi)迄今為止還沒有一臺自制的交流超高功率電弧爐，合作生產(chǎn)的百噸級的電弧爐正在進行。直流電弧爐方面，自從太原重型機器廠雙電極的投產(chǎn)后，西安電磁機械廠在設(shè)備上作了改進，增設(shè)了磁鏡線圈，已制成 W TD系列、容量為 90t 以下的雙電極直流電弧爐產(chǎn)品。株洲電爐廠也有類似產(chǎn)品。由此可以說在國外，交流超高功率電弧爐已趨成熟，并 向直流電弧爐方向發(fā)展。而在國內(nèi)交流超高功率電弧爐還剛起步不久，直流電弧爐也處在初創(chuàng)階段，相比世界總鋼產(chǎn)量達 31%以上，且保持著繼續(xù)上升的態(tài)勢。我國電弧爐鋼產(chǎn)量近幾年也在不斷攀升。 2021 5843 萬噸，己超過電弧爐鋼生產(chǎn)大國 —— 美國，比德國、韓國全年鋇產(chǎn)量還要多，但我國相對焦煤資源較多、人力成本較低、廢鋼資源積累有限、電力資源價格仍較高，所以電弧爐鋼產(chǎn)量增幅遠低于轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的增長速度，比例呈下降趨勢。全球電弧爐鋼產(chǎn) 量呈不斷上升的趨勢，很大一部分也是得益于電弧爐煉鋼技術(shù)和裝備技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進步。 近年來，電弧爐短流程鋼廠的生產(chǎn)技術(shù)有了眾多新發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 [3] 1)形成了電弧爐冶煉 —— 連鑄“三位一體”或電路冶煉 —— 連鑄 —— 連軋“四位一體”的現(xiàn)代化電弧爐流程。 2)電弧爐功能逐漸變?yōu)槌鯚挔t技術(shù)的不斷進步，改變和結(jié)束了原電弧爐的熔時長 ((3 個多小時 )、老三期操作 (熔化期、氧化期、還原期 )以及產(chǎn)量低、渣量大、爐容小、成本高的狀況。 3)生產(chǎn)品種的增加，從起初的長材、扁平材到如今的高附加值產(chǎn)品進入 21世紀 以來的電弧爐短流程鋼廠開始生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。如：美國新建 Severcorr鋼廠以生產(chǎn)汽車板為主，俄羅斯聯(lián)合冶金公司 Vyksa 廠主要生產(chǎn)用于北極及其他高寒地區(qū)的管線鋼。我國天津無縫鋼管公司、衡陽鋼管公司、舞陽鋼鐵公司在無縫鋼管和高質(zhì)量特厚鋼板生產(chǎn)方面也表現(xiàn)突出。 4)短流程鋼廠規(guī)模不斷擴大化，俄羅斯馬格尼托哥爾斯克鋼鐵公司和土耳其Atlas 合資建設(shè)的 Atlas 公司，配置了一臺 300t 超高功率交流電弧爐，年鋼產(chǎn)量 240 萬 t。土耳其 Colakoglu 鋼廠已建成一臺裝有特大功率變壓器(240MVA+200})、出鋼 量約 320t 的電弧爐，年產(chǎn)鋼能力 200 萬 t/a(現(xiàn)已達到月產(chǎn) 21 萬 t鋼 )。 5)原料多樣化，采用 CORER/DR 裝置供給 CORER 鐵水及直接還原鐵作為電弧爐原料，例如，南非薩爾達尼亞廠設(shè)置 C2021COREX 及 Midrex 爐和印度埃薩公司 Hazira 廠，在原有的 Midrex 裝置基礎(chǔ)上新建兩臺 CORER2021 裝置，用以生產(chǎn)熱軋帶鋼。近年來 SMS 公司和 Midrex 技術(shù)公司，聯(lián)合推出了從鐵礦石到熱軋帶的電弧爐短流程鋼廠。據(jù)介紹，該工藝流程較傳統(tǒng)高爐轉(zhuǎn)爐流程具有更高的能源利用效率，且二氧化碳排放量能減少一半。 阿曼 Shadeed 鋼鐵公司近日向Midrex 技術(shù)公司訂購直接還原煉鐵裝置，可提供 700℃熱直接還原鐵。在缺乏天然氣資源的地區(qū)，最近已開發(fā)出用煤制氣，作為直接還原煉鐵裝置的還原氣體，建設(shè)聯(lián)合小鋼廠。 印度 Jindal公司建設(shè)一座年產(chǎn) DRI200萬 t的 Danarex裝置，用煤制氣為還原劑，反應(yīng)器直徑 7m,用 60%100%球團礦和 040%塊礦為原料，產(chǎn)品金屬化率達 93%以上。 電弧爐煉鋼工藝的進步 傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼操作集爐料融化、鋼液精煉和合金化于同一池內(nèi)，它經(jīng)過了熔化期、氧化期和還原期，這使得電 弧爐內(nèi)既要完成融化，又要完成脫碳化、脫磷工序，還要進行脫氧、脫硫、升溫的、去氣、去夾雜、合金化以及溫度和成分的調(diào)整，因而冶煉的周期長，既難保證對鋼材越來越嚴格的質(zhì)量要求，又限制了電弧爐煉鋼生產(chǎn)率的提高?，F(xiàn)在，電弧爐煉鋼工藝只保留了融化、升溫和必要的精煉操作，如：脫磷、脫碳，而把其余的精煉過程均轉(zhuǎn)移到二次精煉工序中進行。電弧爐煉鋼工藝上的改進提高了電弧爐設(shè)備的能力，使其能夠以盡可能大的功率進行融化、升溫操作，將需要較低功率的操作轉(zhuǎn)移到鋼包精煉爐內(nèi)進行。越來越完善的二次精煉技術(shù)，完全能滿足鋼液清潔度和嚴格的成分 與溫度控制要求。 電弧爐煉鋼的特點： 1）電能為熱源，避免了燃料燃燒對鋼液的污染，熱效率可達 65%以上。 2）冶煉熔池溫度高且容易控制，滿足冶煉不同鋼種的要求。 3）電熱轉(zhuǎn)換時，輸入熔池功率容易調(diào)節(jié)，因而容易實現(xiàn)熔池加熱制度的自動化，操作方便。 4）電弧爐煉鋼可以消化廢鋼，是一種資源回收再利用的過程，也是處理污染的環(huán)保鋼技術(shù)，它相當于鋼鐵工業(yè)和社會廢鋼的回收工具。 由于鋼鐵良好的可再生性及