【正文】 國的礦產(chǎn)資源基本是缺鉻少鎳多硅錳。表11 冶煉鋼種化學(xué)成分表(%) 成分鋼種CSiMnPSNiCuCrTi優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45～～～≤≤≤≤≤20～～～≤≤≤≤≤合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr～～～≤≤≤≤～20MnSi[1]～～～≤≤≤≤≤碳工鋼T8～～～≤≤≤≤硅鋼D22≤～～≤≤軸承鋼GCr15～～～≤≤≤≤～彈簧鋼60Si2Mn～～～≤≤不銹鋼1Cr18Ni9Ti≤≤≤≤≤～17～19[2]注：[1]：C+1/6Mn= [2]:5()～ 鋼種簡介要求對所選鋼號的工藝性能，機械性能和用途作簡要介紹。如軸承鋼GCr15，%~%的Cr，以增加鋼的淬透性，并使鋼中的合金碳化物均勻細(xì)密分布，保證了高硬度和耐磨性，提高鋼的強度和接觸疲勞抗力。主要用來制造各種機械，機械零件和各種工程中金屬結(jié)構(gòu)，加汽車、柴油機及機床等上的齒輪，主軸等構(gòu)件。大多數(shù)生產(chǎn)高精度薄鋼板，用于制造深沖壓和深拉延制品，如汽車用深沖板，各種貯器，油桶，搪瓷制品，儀表板等；也用于制成管子，墊片及心部強度要求不高的滲碳和氰化零件，如套筒，短軸，離合器盤，及電焊條等。為了提高合金元素回收率，避免在強冷卻條件下產(chǎn)生裂紋，一般不銹鋼應(yīng)用模鑄，與LF爐相配合。表12 車間產(chǎn)量分布冶煉鋼種年產(chǎn)量(t)裝入量i=a∕(1h)鋼水量j=i(1c)返回鋼j=i(hc)收得率k=1c收合率l=1h消耗系數(shù)n=i∕a4560000095%%GCr1580000095%%Cr18Ni9Ti110000095%%精煉后鋼水 94%精煉損失 6%中間包鋼水 %注余鋼水 %原坯 98%氧化鐵皮 %合格坯 450000 %廢品 %(2)配料計算配料任務(wù)在于確定爐料的化學(xué)組成及其配比。另外，當(dāng)采用氧化法冶煉時，應(yīng)大量使用普通廢鋼。、元素特性，冶煉方法和質(zhì)量要求等確定，對于普碳鋼和低合金鋼應(yīng)著重配好C，而對于高合金鋼則應(yīng)著重 配好幾個主要的合金元素。如果熔化期吹氧助熔，則氧化法配料中碳應(yīng)該比 %～%，當(dāng)廢鋼含C量不足時，可以用增碳劑增碳。鎳、鉬、鎢：成品中含量較高時按規(guī)格中、下限配入，并同爐料一起裝爐。設(shè)計中按所設(shè)計鋼種碳量相應(yīng)選擇碳素廢鋼，如45鋼一般選中碳廢鋼。，%計算。= =(5)氧化法配料計算45鋼的配料計算①配料量=%lO=鐵礦進(jìn)鐵量=55%80%=10脫1KgC所需鐵礦量，KgFeMn==FeSi== FeSi粉進(jìn)入液量=355%=(造還原渣時加入FeSi粉量為3kg/t，其回收率為55%)進(jìn)入鋼液鐵合金總量=++=配料量==②確定各種廢鋼配比設(shè)碳素廢鋼為x噸，生鐵加為y噸 。表 16 返回鋼牌號 (%) 成分鋼種CCrMnNiSiP1Cr18Ni9Ti3Cr13D4220。各種廢鋼帶入P量為：+++=則配料含P量為：鋼號產(chǎn)量礦石FeMnFeSiFeSi粉Al生鐵碳素廢鋼返回鋼45600000GCr158000001Cr18Ni9Ti1100000 備注1Cr18Ni9Ti配料Cr1: Ni: D42: 3Cr13: 1Cr18Ni9Ti返回鋼:全廠全年配料情況見表18表18 車間年配料2 超高功率電弧爐爐型設(shè)計計算 電弧爐是煉鋼電爐的一種，也是目前世界上焙煉優(yōu)質(zhì)鋼、特殊用途鋼種的主要設(shè)備。本次設(shè)計的電弧爐具有如下特點：具有較高的生產(chǎn)率，電能、耐火材料和電極消耗低，滿足多鋼種冶煉時冶金反應(yīng)的要求。另外，車間內(nèi)的電爐類型不宜過多，一般不超過兩種。 式中：Gst ——車間產(chǎn)品方案中規(guī)定年產(chǎn)量，t tc——冶煉周期，h，取1h ——電爐作業(yè)周期率%，一般為90～94%，取93%(343天/年) y——良錠收得率94%公式中幾個主要技術(shù)指標(biāo)的確定和計算如下： （1）日歷作業(yè)率有效作業(yè)日數(shù)占日歷日數(shù)的百分比，稱為日歷作業(yè)率。當(dāng)電爐與全連鑄配合時，電爐有效作業(yè)日數(shù)為275～290天，當(dāng)電爐與全模鑄配合時，電爐有效作業(yè)日數(shù)為3l0～320天。金屬收合率與冶煉鋼種、方法、鋼鐵料質(zhì)量、錠型大小、鑄錠方法、爐子公稱容量等因素有關(guān)。鋼水收得率＝合格鋼錠量/合格鋼水量 （3）冶煉周期電爐冶煉周期一般為60～70分鐘，取60分鐘，約為1小時。(3)車間生產(chǎn)能力的核算Qst=Σti(1+fch)ni式中：ni——電弧爐座數(shù)，指同一公稱容量爐子的座數(shù)。另外生產(chǎn)中還經(jīng)常用提高爐門門檻即造假門檻的辦法來增加爐產(chǎn)量，這樣就出現(xiàn)了超裝問題，一般認(rèn)為超裝20％左右為宜，不宜超裝太多，大電弧爐基本上不超裝。本設(shè)計使用目前較為流行的錐球形熔池，上部分為倒置的截錐，下部分為球冠。角叫自然錐角，沙子等松散材料堆成堆后的自然錐角正好是45176。（2）熔池尺寸計算① 熔池的容積V池。則對于150噸電弧爐：V池＝＝ GV0＝150= m3② 熔池直徑D（渣面直徑）和深度H之比D/H；在計算熔池直徑D和深度H之前，首先確定一個合適的D/H值。如果D/H太小，熔池太深，鋼液加熱困難，溫度分布不均勻性增大。由截錐體和球冠體的體積計算公式可知，熔池的計算公式為： 式中：h1—— 球冠部分高度，一般取h1＝H/5； h2—— 截錐部分高度，h2=Hh1=4/5H； D—— 熔池液面直徑，通常采取D/H＝5，即D=5H； d—— 球冠直徑，因d＝D2h2＝5H8/5H＝17/5H帶入上式，整理后得：V池＝＝ 若V池＝ 米3，則h1＝H/5=＝ mh2＝4/5H＝4/5＝ md＝17/5H＝17/5＝ m 熔煉室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(yīng)能一次性裝入堆積密度中等的全部爐料。從延長爐蓋壽命和多裝輕薄料考慮，希望熔煉室高度H1大一些，因為增大熔煉室高度H1，爐蓋距電弧和熔池面距離遠(yuǎn)，爐蓋受到的熱輻射相對較小，爐蓋壽命長，另外，熔煉室高度H1大，裝輕薄料多。所以，H1=D＝＝（3）爐頂高h(yuǎn)3爐頂高度h3與熔池室直徑D有如下關(guān)系：則h3＝D熔/8＝至此，爐底至爐頂中央高度H2＝H1+H則H2＝H1+H＝++ h3＝（4）熔池上緣直徑D1一般熔煉室要設(shè)計成上大下小傾斜形的，即D1D熔，爐壁上部薄下部厚，這樣形狀的熔煉室增加了爐壁的穩(wěn)定性，爐壁較穩(wěn)固，并且容易修補，同時使熔煉室的容積增大，可多裝輕薄料。一般而言，增加爐襯厚度，爐殼受熱及熱損失可以減少，爐頂襯磚厚度如表2－2所示。表2－3 爐壁部位厚度噸位/t 2020～40 40工作層/mm230345460絕熱層/mm757575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。表2－4爐殼厚度δz與爐殼直徑D殼的關(guān)系D殼/m 33～44～6 6δz/mm12～1515～202528～30因D＝，故D殼6m，因δz與爐殼直徑D殼的關(guān)系為2/200，經(jīng)查詢五金手冊，取δz＝38mm（G＝）?！?2176。為此，偏心爐底出鋼已成為“超高功率電弧爐—爐外精煉—連鑄”短流程及直流電弧爐的一項重要的必備技術(shù)之一，為氧化性出鋼創(chuàng)造了必要的條件。～45176。此外，爐體傾動角減小可簡化爐子設(shè)計（短網(wǎng)中的非磁性支承架、電纜接頭等有關(guān)連接構(gòu)件受力狀況改善，傾動搖架質(zhì)量減輕），且減少電極折斷幾率。 （1）出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α（圖2－3）的大小直接影響箱體內(nèi)鋼水的流動性，從而影響鋼水的溫度。時鋼水在出鋼箱的流動性最好。因此，在填料、維修方便的前提下，偏心度越小越好。則：β＝14176?！?5176。熔煉室上緣直徑 D17000偏心度E4025爐壁襯磚厚度 δ350出鋼傾翻角β12176。圖24 板式水冷掛渣爐壁 水冷掛渣爐壁的設(shè)計電弧爐使用耐火材料砌筑，其使用壽命受到限制。板式水冷爐壁：板式水冷爐壁采用鍋爐鋼板焊接，水冷爐壁內(nèi)部為由導(dǎo)流板分割成的冷卻水道，流道截面面積可根據(jù)爐壁熱負(fù)荷來確定。本設(shè)計采用管式套圈和外環(huán)套圈組合式水冷爐蓋。水冷爐蓋的部件有：管式環(huán)形外套圈，具有1個中心，1組管式支桿從外套圈向中心伸展；管式環(huán)形內(nèi)套圈，固定在支桿上且形成數(shù)個通道；由各自凹管件構(gòu)成的內(nèi)套圈彎頭形成通道，在通道間各個管自內(nèi)凸管彎頭構(gòu)件安裝在支桿上，且與各自凹管件共同形成3個管狀通孔（電極孔）；與外套管同心，并位于內(nèi)套圈內(nèi)，由與內(nèi)套圈相連的管組成中心套圈，它與外圈中的循環(huán)系統(tǒng)相聯(lián)，還有一組冷卻管套圈，它和支桿相互連通。確定變壓器功率的目的是為了選擇與電爐容量相匹配的變壓器。當(dāng)爐殼直徑D殼已知時，可用下面的經(jīng)驗公式選擇變壓器的額定功率。 電壓級數(shù)為了熔煉的正常進(jìn)行，應(yīng)在熔煉的各個期中使用不同的電力及不同長度的電弧，以滿足冶煉工藝的要求。一般為，如表31:表31 最高級電壓與二次電壓級數(shù)最高級電壓，V200～250250～300 320～400 ＞400二次電壓級數(shù)2～4 4～6 6～8 8～18 電壓級數(shù)的一半用高壓繞組三角形聯(lián)接獲得，另一半用星形聯(lián)接獲得。cmKed——系數(shù)，對石墨電極Ked=對變壓器功率為80462KVA，二次電壓為648V的條件下，電流密度為： (沒考慮過載電流)則可得電極直徑為：于是，可以校核這個電極的電流密度為：不同尺寸的電極I/S值見表3－2。 圖31 短網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖片d三極心過小，三根電極彼此靠的比較近，電極距離爐壁遠(yuǎn)，對爐壁壽命有利；但是爐坡上的爐料難熔化，熔池加熱不均勻，爐頂中心結(jié)構(gòu)強度差，容易損壞，并且電極把持器上下移動困難。表 3－3 變壓器功率和電參數(shù)項目參數(shù)項目參數(shù)變壓器視在功率90MV圖32 硬銅母線布置方式短網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由硬銅母線（銅排）、軟電纜和爐頂水冷銅管幾部分組成，電極有時也算做短網(wǎng)的一部分。有的電爐為了簡效應(yīng)和鄰近有的電爐為了簡效應(yīng)和鄰近效應(yīng)矩形銅排的高寬比為化結(jié)構(gòu)，減少維修，采用空心銅管，中心通水冷卻，以提高平均電流密度。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)，節(jié)約銅材，又可提高使用壽命。當(dāng)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情況下，三個相的電弧功率卻是不相等的。這樣中間相的電弧功率通?？偸浅^其他兩相的。三相電弧功率不平衡對電爐煉鋼是很不利的，會造成熔池受熱不均，局部爐墻損壞嚴(yán)重，從而降低爐襯壽命，直接影響電爐生產(chǎn)率。此外，為了提高爐襯壽命，也可采用不均衡爐襯結(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 般耐火材料。鋼的爐外精煉是把電弧爐中要完成的精煉任務(wù)，如脫硫、脫氧、去除有害氣體及非金屬夾雜物、調(diào)整成分及溫度等，移到爐外的鋼包或?qū)Ｓ萌萜髦羞M(jìn)行。爐外精煉技術(shù)由于得到幾乎同時出現(xiàn)的超高功率電爐這一新技術(shù)的配合而更加理想，超高功率電弧爐將作為一個高效率的熔化爐而存在，而鋼液的精煉任務(wù)則由爐外精煉法去承擔(dān)，可見這是兩個相互依存的新技術(shù)。因此，冶煉的鋼種范圍較廣。并借助于鋼液內(nèi)的碳自發(fā)脫氧反應(yīng)形成的CO氣泡的排除造成鋼液沸騰攪拌鋼液，增大氣液界面積，并提高了傳質(zhì)系數(shù)，從而提高了脫氣效果。而VD法的精煉手段是底吹氬攪拌與真空相結(jié)合。VD法的裝置如圖4－1所示，其所用鋼包壁普通鋼包稍深一些，使鋼包液面以上留有800～1000mm的凈空高度，以適應(yīng)鋼液沸騰的需要。本設(shè)計采用真空罐式密封結(jié)構(gòu)。實際操作時，供氣壓力根據(jù)液面運動情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，最佳壓力應(yīng)是剛好使氬氣泡在鋼液底部形成，排出的氣體不沖突渣層而使液面上、下脈動。經(jīng)VD法精煉后鋼中全氧含量在（12～27）104%之間，溶解氧含量一般為（7～15）104%，溶解氧的脫除率平均為82%；（2）脫氫。20℃，處理后為177。（5）脫硫。由于兩者在化學(xué)成分上的差異，前者不一定耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而后者則一般均具有不銹性。 AOD精煉法的簡介AOD是不銹鋼生產(chǎn)的“利器”。據(jù)統(tǒng)計，2000年世界上80%的不銹鋼都是用AOD爐生產(chǎn)的。 早在1954年，克里夫斯基就提出了用混合氣體降低CO分壓來脫碳的思想，直到1968年才在喬斯林不銹鋼公司（現(xiàn)名為史萊特不銹鋼公司）研制成功世界上第