【正文】 程 62 除塵系統(tǒng)選擇 62 塵系統(tǒng)的組成 62 統(tǒng)主要設(shè)備的選取及特點(diǎn) 63 7 車間廠房主要設(shè)計(jì)參數(shù) 66 原料跨設(shè)計(jì)計(jì)算 66 澆注跨設(shè)計(jì)計(jì)算 66 精煉跨設(shè)計(jì)計(jì)算 67 連鑄車間澆注跨的設(shè)計(jì) 67 8 電爐煉鋼新技術(shù) 69 致 謝 77 參考文獻(xiàn) 78 附錄一外文翻譯 79 附錄二 英文原文 85 附錄三 計(jì)算過程 97 物料平衡計(jì)算 97 熱平衡的計(jì)算 107 車間主要設(shè)備的計(jì)算 113 1 電弧爐設(shè)計(jì) 113 2 水冷爐壁設(shè)計(jì) 116 3 變壓器設(shè)計(jì) 116 4 連鑄機(jī)設(shè)計(jì) 118 5 鋼包設(shè)計(jì) 122 6 中間包設(shè)計(jì) 123 1 電爐煉鋼概述 我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展概況 我國有豐富的鐵礦石、有色金屬、煤炭和水力資源等，是發(fā)展鋼鐵工業(yè)的基本條件。從產(chǎn)能方面看， 2021 年、 2021 年和 2021 年分別為 億 t、 億 t 和 億 t，如果目前在建和擬 建的鋼鐵項(xiàng)目全部建成其產(chǎn)能將突破 6 億 t；這么大的生產(chǎn)能力不但超過了當(dāng)期需求，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了預(yù)期需求。 近 20 年來，雖然世界的粗鋼產(chǎn)量始終徘徊在 10 億多噸的水平，以廢鋼為主要原料的電弧爐煉鋼技術(shù)卻取得了長足的發(fā)展，已由 1970 年的 15% 左右上升到 ,2021 年的 40%左右，這除了技術(shù)方面的原因之外，社會含鐵 物料的平衡起了很大作用。故能冶煉出高質(zhì)量的持殊鋼。 電弧爐車間設(shè)計(jì)內(nèi)容 （ 1）結(jié)合本地區(qū)條件設(shè)計(jì)年產(chǎn) 80 萬噸合格連鑄坯的電弧煉鋼車間，運(yùn)用相關(guān)的資料制定設(shè)計(jì)原則和依據(jù)制定產(chǎn)品大綱，并運(yùn)行工藝方案與工藝流程的選擇和論證。同時(shí)，由于傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)工藝技術(shù)發(fā)展的局限性和我國多年來基本上延續(xù)以粗放生產(chǎn)為經(jīng)濟(jì)增長方式，整體工藝技術(shù)裝備水平落后，導(dǎo)致鋼鐵工業(yè)一直成為國內(nèi)幾大重點(diǎn)污染行業(yè)之一；與發(fā)達(dá)國家相比，單位產(chǎn)能的能源消耗高、資源浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題十分突出，廢氣、廢水、固體廢物排放量巨大―― 尤其是低水平的生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備。而這一點(diǎn)實(shí)際上已經(jīng)表明中國的鋼鐵業(yè)發(fā)展正在向國際看齊，因?yàn)閲H上大鋼廠基本都分布在沿海地區(qū)。 市場要求 得益于世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是建筑、汽車、造船、家電、機(jī)械制造等鋼鐵下游消費(fèi)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量的增加，全球市場對鋼鐵產(chǎn)品的需求旺盛。另外，我國鋼鐵生產(chǎn)商也要適應(yīng)世界潮流，逐漸由量的競爭轉(zhuǎn)向質(zhì)的競爭，追求生產(chǎn)的高效化和產(chǎn)品的質(zhì)量中國目前已發(fā)展為全球最大的鋼鐵生產(chǎn)國、消費(fèi)國和進(jìn)口國。 而且，拉動(dòng)內(nèi)需政策需要時(shí)間落實(shí)，從批準(zhǔn)項(xiàng)目到真正建設(shè)還需要一個(gè)很長的過程。這樣既減少了資源的消耗和廢棄物的排放，也從根本上解決我們的發(fā)展質(zhì)量問題。 鋼鐵生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，在每一工序都會產(chǎn)生粉塵、廢氣等過程排廢。對部分采用外配鐵水和廢鋼預(yù)熱的電弧爐已實(shí)現(xiàn)了電耗低于理論電耗的運(yùn)行。節(jié)能不一定可使生產(chǎn)過程高效化，但生產(chǎn)的高效率必然會有一定的節(jié)能效果，電弧爐煉鋼工藝單位爐容輸入功率由提高 到，不僅大大縮短了冶煉周期，同時(shí)使電耗降低了約。對生態(tài)友好的外延，包括對城市和環(huán)境的融洽會越來越受到關(guān)注。 3 設(shè)計(jì)方案的確定與論證 產(chǎn)品大綱的制定 綱 1）冶煉鋼種 典型鋼種： 00Cr18Ni10 其他鋼種： 1Cr18Ni12Mo2Ti,45Mn2,27SiMn,Y20, 2） 鋼種成分 表 3― 1 鋼種成分 C Si Mn P S Cr Ni Ti 00Cr18Ni10 ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ～ ～ 1Cr18Ni12Mo2Ti ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ～ ～ ～ 45Mn2 ～ ～ ～ ≤ ≤ ≤ 27SiMn ～ ～ ～ ≤ ≤ ≤ Y20 ～ ～ ～ ≤ ～ ≤ 3） 各鋼種產(chǎn)量及產(chǎn)量比（ %） 單位：萬噸 表 3― 2 各鋼種產(chǎn)量及產(chǎn)量比 牌號 產(chǎn)量（萬噸） 產(chǎn)量比 % 00Cr18Ni10 32 40 1Cr18Ni12Mo2Ti 20 25 45Mn2 8 10 27SiMn 8 10 Y20 12 15 綱制定的依據(jù) 19101914 年誕生的組織分別為馬氏體、鐵素體和奧氏體的不銹鋼，從化學(xué)成分來看，主要屬 FeCr 和 FeCrNi 兩大體系。第一個(gè)方面是發(fā)展高強(qiáng)度不銹鋼 即沉淀硬化不銹鋼 ，這種鋼是一次大戰(zhàn)后隨著航空、航天和火箭技術(shù)的進(jìn)展而發(fā)展起來的。鉻比鐵易于氧化，鉻的氧化物熔點(diǎn)高，渣子粘稠 。 在飽和氧的熔池中鉻、碳和溫度的關(guān)系如圖所示。進(jìn)行扒渣處理時(shí)，前期損失 Cr 約 %%。機(jī)械零件和各種工程構(gòu)件并含有一種或數(shù)種一定量的合金元素的鋼。 4）合金結(jié)構(gòu)鋼 27SiMn （ 1）特性： 這種鋼的性能優(yōu) 于 30Mn2 鋼，淬透性較高，在水中臨界淬透直徑達(dá) 8～22mm，可切削性良好，冷變形塑性及焊接性中等；另外鋼在熱處理時(shí)韌性減低不多，但卻有相當(dāng)高的強(qiáng)度和耐磨性，特別是水淬時(shí)仍有較高的韌性；但是此鋼對白點(diǎn)敏感性大，熱處理時(shí)有回火脆性傾向及過熱敏感性。 ③氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼配以二次精煉的工序優(yōu)勢在于極高的生產(chǎn)速率和優(yōu)異的純度，因而適于低碳／超低碳、低殘余元素的鋼種，尤其是批量很大、合金含量較低的鋼種。 ② 由于電爐加熱鋼水時(shí)會使熔池增碳，而電爐冶煉過程成分控制較為容易，故其優(yōu)勢鋼類為中、高碳鋼和高合金鋼。電弧爐中電弧區(qū)溫度高達(dá) 4000℃以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煉鋼所需的溫度，因而可以融 化各種高熔點(diǎn)的合金。在電弧爐中沒有可以燃燒的氣體。因此 , 超高功率電爐在70 年代后期得到了廣泛的應(yīng)用 , 目前已經(jīng)成為現(xiàn)代電弧爐的總稱 , 是高效、節(jié)能的煉鋼設(shè)備。 由于環(huán)境方面的原因 ,必須限制廢氣中未燃燒顆粒的數(shù)量 ,因而安裝在豎爐下方區(qū)域的氧油燒嘴不僅用于幫助廢鋼預(yù)熱 ,而且還能盡快提高廢氣溫度。 圖 33 手指式豎爐電弧爐與傳統(tǒng)電弧爐能量平衡比較 綜上所述，手指式豎爐電弧爐具有很高的安全可靠性和良好的操作性能，在生產(chǎn)率、能量利用、原料靈活性等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)電弧爐，故本設(shè)計(jì)選擇其為冶煉爐。 80 年代，我國加快了爐外精煉的推廣應(yīng)用步伐，國產(chǎn)的 LF 爐以及喂線和鋼水噴粉技術(shù)有所發(fā)展，引進(jìn)了一部分技術(shù)和裝備，如寶鋼的大型 RH 裝置 以后發(fā)展成 HOB 。 1998 年召開的煉鋼軋鋼工作會議上，又明確提出了“要像抓連鑄一樣，把發(fā)展?fàn)t外處理技術(shù)作為一項(xiàng)重大的戰(zhàn)略措施，放到優(yōu)先的位置上，保證流程工藝裝備結(jié)構(gòu) 的全而優(yōu)化。如前所述，爐外精煉的發(fā)展是與連鑄的發(fā)展息息相關(guān)的，而且它己成為能否穩(wěn)定連鑄生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)。將這兩種精煉設(shè)施的任何一種與電爐相配合，就形成了不銹鋼的二步法生產(chǎn)工藝。 3 日前還不能生產(chǎn)超低碳、超低氮不銹鋼，且鋼中含氣量較高 。氬氧精煉爐的形狀近似直筒形轉(zhuǎn)爐，安放在一個(gè)與傾動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸連接的旋轉(zhuǎn)支撐軸圈內(nèi)，可以變速向前、后旋轉(zhuǎn) 180。爐帽的作用除了防止噴濺以外，還用人氬氧混合氣體，噴槍外圍則吹入冷卻劑。氬氧精煉爐由電弧爐 或其它爐種 和 AOD爐雙聯(lián)操作。 根據(jù)鋼液中碳、硅、錳等元素合量，計(jì)算出氧化這些元素的氧量。 氬氧爐精練時(shí)間隨容量大小而異，―般在 小時(shí)左右。另一種是稀釋發(fā)，如氬氧脫碳法 AOD 法 ，用氬氣稀釋，降低 Po 入汽氧脫碳法 CLU 法 ，用水蒸汽分解得來的氫氣稀釋降低 Pco。蓋子砌有耐火磚。 隨著碳濃度的降低，真空度逐漸上升，吹煉末期可達(dá) 1000Pa 左右。作為真空脫氣設(shè)備采用 VOD 法，由于鋼包底部設(shè)有吹氬攪拌裝置，其脫氣去夾雜的效果較好，冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)較為有利。 ?簡化生產(chǎn)工序 由于連鑄可以省去初軋開坯工序，不僅節(jié)約了均熱爐加熱的能耗，而且也縮短了從鋼水到成坯的周期時(shí)間。 ?節(jié)約能源消耗 據(jù)有關(guān)資料介紹，生產(chǎn) 1t 連鑄坯比模鑄開坯節(jié)能 627～ 1046kJ，相當(dāng)于～ 標(biāo)準(zhǔn)煤，再加上提高成材率所節(jié)約的能耗，節(jié)能超過了 100kg 標(biāo)準(zhǔn)煤。 （二）連鑄機(jī)型及特點(diǎn) ?連鑄機(jī)的分類 從 20 世界 50 年代連鑄工業(yè)化開始， 40 多年來，連鑄機(jī)的機(jī)型發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)由立式、立彎式到弧形的演變過程。 ?各類連鑄機(jī)的特點(diǎn) ①立式連鑄機(jī)。 立式連鑄機(jī)可分為高架式布置兩種。 立彎式連鑄機(jī)不適用于澆鑄斷面太厚的鑄坯，鑄坯太厚待鑄坯完全凝固后再頂彎，冶金長度已很長了，這和立式連鑄機(jī)的高度差不多，其優(yōu)點(diǎn)已不明顯。 ，使這種鑄機(jī)又具有弧形連鑄機(jī)設(shè)備高度低，建設(shè)費(fèi)用較低的特點(diǎn)。為了進(jìn)一步減低高度，發(fā)展了橢圓形連鑄機(jī)。另外，拉坯時(shí)不是結(jié)晶器振動(dòng)，而是拉坯機(jī)帶著鑄坯做“拉→反推→?！辈煌M合的周期運(yùn)動(dòng)。 表 3― 5 各種機(jī)型對鑄坯質(zhì)量的影響 鑄坯缺陷 連鑄機(jī)機(jī)型 立式 立彎式 直弧形 弧形 內(nèi)部裂紋 較重 較重 輕 最輕 中心偏析 較重 較重 較輕 較輕 表面裂紋 輕 較重 較輕 較輕 夾雜（皮下 3～ 5mm） 較多 較多 較少 較少 夾雜（皮下 30～ 40mm） 最少 較少 較少 最多 （三）連鑄機(jī)型的選擇 為保證獲得高質(zhì)量的鑄坯，設(shè)計(jì)選用弧型連鑄機(jī)。 ② 結(jié)晶器應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛性。高速冷卻水在其內(nèi)循環(huán)流過。 4 電爐煉鋼車間 車間生產(chǎn)能力核算及原材料消耗 年生產(chǎn)能力是衡量電爐煉鋼廠生產(chǎn)運(yùn)營狀況的一個(gè)重要指標(biāo)。耐火材料間、爐襯修砌間，鋼渣處理間以及其他輔助設(shè)施。 ①電爐在車間的平面布置如下： 電爐縱向布置：電爐的出鋼方向與車間柱子縱向行列線平行。但出鋼條件差。 連鑄機(jī)在電爐車間的布置一般有 3 種形式。 3）緊湊式布置電爐車間 超高功率電弧爐煉鋼技術(shù)迅速發(fā)展和爐外精煉技術(shù)的開發(fā)成功，使得電爐的還原精煉移到爐外進(jìn)行，充分發(fā)揮了超高功率電弧爐的快速熔化作用，縮短了冶煉時(shí)間，這種快節(jié)奏的電弧爐煉鋼促使電爐配連鑄，出現(xiàn)了一種緊湊式電弧爐煉鋼廠，這種緊湊式布置可避免多跨式布置的缺點(diǎn)。 這種電爐車間布置綜合了許多現(xiàn)代化的技術(shù)和裝備，其平面布置包括：廢鋼和配料區(qū)，廢鋼預(yù)熱裝置，超高功率電弧爐，合金化系統(tǒng)，爐外精煉設(shè)備，連鑄機(jī)等生產(chǎn)工序和設(shè)備。這種布置跨間少，鋼水運(yùn)輸距離短，周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)少。 b. 高架式布置：電爐布置在高架操作平臺上，冶煉操作也在平臺上進(jìn)行。 電爐橫向布置：電爐的出鋼方向與車間柱子縱向行列 線相垂直。一般設(shè)原料跨、爐子跨、澆鑄跨、出坯精整跨。 式中 A 車間年產(chǎn)合格連鑄坯量 t/a n―全年工作天數(shù) 本設(shè)計(jì) 305 天 a―金屬料收得率 ,爐料收得率 95～ 96%，鋼液收得率 95～ 96%，本設(shè)計(jì)各取 G―車間爐子總?cè)萘? G g N 130 130 g ― 一座爐子的容量 t，本設(shè)計(jì)平均出鋼量為 130t。這種結(jié)晶器結(jié)構(gòu)簡單制造和維修方便廣泛用于澆注中小斷面的方坯和矩形坯。 ③ 結(jié)晶器的內(nèi)表面應(yīng)具有較高的耐磨性，以保證結(jié)晶器有較好的尺寸精度，并保證鑄坯有較好的表面質(zhì)量，同時(shí)可以提高結(jié)晶器的使用壽命。 ②全弧型連鑄機(jī)采用多點(diǎn)彎曲多點(diǎn)嬌直 或連續(xù)彎曲連續(xù)矯直 及密排分節(jié)輥技術(shù)，能確保高溫鑄坯在彎曲變形時(shí)不產(chǎn)生缺陷，并且由于具有一定長度的垂直段，減輕夾雜物在鑄坯內(nèi)弧側(cè)的富集，從而有利于提高鑄坯質(zhì) 量。 b．鋼水無二次氧化，鑄 坯質(zhì)量得到改善。它分段，依次改變圓弧部分的曲率半徑，使結(jié)晶器和二冷段夾棍布置在四分之一橢圓形圓弧上。 ，設(shè)備總質(zhì)量要大，設(shè)備的安裝，調(diào)整難度較大是這種連鑄機(jī)的缺點(diǎn)。而且，鑄坯要經(jīng)受頂彎和矯直兩次變形，更易產(chǎn)生裂紋。為了減少地坑施工困難，一般立式連鑄機(jī)是一小半建在地上，一小半建在地下，稱為半高架式或半地坑式。鑄坯在切成定尺后由升降機(jī)或運(yùn)輸機(jī)送到地面。若按結(jié)構(gòu)外形可將連鑄機(jī)分為立式連鑄機(jī)，立彎式連鑄機(jī)，帶直線段弧形連鑄機(jī)，多半經(jīng)弧形連鑄機(jī)和水平連鑄機(jī)。 ?改善勞動(dòng)條件，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 連鑄的機(jī)械化和自動(dòng)化程度比較高，連鑄過程已實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，使操作工人從笨重的體力勞動(dòng)中解放出來。 ?提高金屬的收得率 采用鋼錠模澆鑄從鋼水到成坯的收得率大約是 84%～ 88%，而連鑄約為 95%～96%，因此采用連鑄工藝可節(jié)約金屬 7%～ 12%，這是一個(gè)相當(dāng)可觀的數(shù)字。處理效果較好。吹氧精煉中脫碳反應(yīng)的進(jìn)程要由真空度、廢氣成分的連續(xù)分析來控制吹煉終點(diǎn)。鋼液溫度調(diào)到1600～ 1650℃時(shí)出鋼。 VOD 法裝置見圖。 %， %， VOD VOD 精煉基本原理 近些年來，對低碳和超低碳不銹鋼的要求日益增加，過去電弧爐冶煉不銹鋼時(shí)，采用較高的鋼液溫度 1800℃ 的辦法來實(shí)現(xiàn)去碳保鉻的目的，因此導(dǎo)致耐火材料損壞嚴(yán)重，爐襯壽命低。 第二階段：按 O2： Ar＝ 2： 1 的比例供氣。碳的含顯可以根據(jù)原料的情況來配，一般在 %以下。 氬氧爐的技制系統(tǒng)，除了一般的機(jī)械傾動(dòng)，除塵裝置以外，主要是氣源的調(diào)節(jié)控制制系統(tǒng)。爐子內(nèi)型的主要尺寸大約為熔池深度：內(nèi)徑：高度＝ 1： 2： 3。 日前，世界上 88%的不銹鋼采用二步法生產(chǎn)，其中 76%是通過 AOD 爐生產(chǎn)。 采用電爐