【正文】 鋼的年遞增速率略高于同期全國粗鋼的遞增速率。在我國，目前電爐基本上是用于生產(chǎn)合金鋼或特殊質(zhì)量的碳素鋼，用于生產(chǎn)普碳鋼的比例相對較小，而且不少電爐中加入鐵水數(shù)量較大，有的超過鋼鐵料的50%，而在國外電爐煉鋼中廢鋼占有絕對大的比例。12 設(shè)計方案2 設(shè)計方案 設(shè)計簡述 設(shè)計原則2005年7月8日，我國頒布并施行了《鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》。① 對于產(chǎn)量：為了實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)產(chǎn)業(yè)的升級，防止重復建設(shè)低水平，現(xiàn)有企業(yè)和審批新必須的企業(yè)要通過技術(shù)改造努力達到建設(shè)燒結(jié)機使用面積180 m2及以上；焦爐炭化室高度6 m及以上；高爐有效容積1000 m3及以上；轉(zhuǎn)爐公稱容量120 t及以上；電爐公稱容量70 t及以上。鋼鐵企業(yè)跨地區(qū)投資建設(shè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)項目，普鋼企業(yè)上年鋼產(chǎn)量必須達到500萬噸及以上，特鋼企業(yè)產(chǎn)量達到50萬噸及以上。③ 對于環(huán)保：所有生產(chǎn)企業(yè)必須達到國家和地方污染物排放標準，建設(shè)項目主要污染物排放總量控制指標要嚴格執(zhí)行經(jīng)批準的環(huán)境影響評價報告書的規(guī)定，對超過核定的污染物排放指標和總量的，不準生產(chǎn)運行。 設(shè)計內(nèi)容① 廠址選擇論證；② 編制產(chǎn)品（鋼材）方案，擬訂產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程；③ 全廠（煉鋼廠、軋鋼廠）金屬料平衡計算，確定爐子座數(shù)和爐容量，并核算年產(chǎn)量；④ 電弧爐煉鋼的物料平衡和熱平衡計算；⑤ 電弧爐爐型的設(shè)計計算及繪圖；⑥ 煙氣凈化系統(tǒng)的選型以及鋼水爐外精煉設(shè)備選型、鋼包尺寸及數(shù)量、起重機噸位及數(shù)量的相關(guān)數(shù)據(jù)計算；⑦ 制定主煉鋼種的操作規(guī)程；⑧ 鋼水澆鑄方案及連鑄機機型選擇，澆鑄系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)的計算和連鑄機主要尺寸的計算，擬訂連鑄操作規(guī)程；⑨ 車間工藝布置方案的設(shè)計、廠房主要尺寸的計算及繪圖，車間主要技術(shù)經(jīng)濟指標；⑩ 擬訂生產(chǎn)組織及安全生產(chǎn)制度。下面就對該地的各個條件進行表述，僅供參考使用。面積6 km2，長達2900 m左右，礦體埋藏淺，出露良好，易采易選，礦體成份簡單，礦點大都分布在鐵路沿線和干線公路兩側(cè)，運輸方便，開采條件優(yōu)越?！?，～%，品位等級優(yōu)良。此外，本市其它礦產(chǎn)資源還有白方巖、鉀長石、硅石、磷礦、銅礦、水晶礦、金礦等以及花崗巖、大理巖、熱水、云母、鹽堿硝、螢石、石膏等礦化點[3]。境內(nèi)京原、北同蒲鐵路在市區(qū)交匯，朔黃鐵路和京原、大運等公路穿境而過，大運高速公路縱貫南北，交通條件極為便利。市內(nèi)電網(wǎng)設(shè)施齊全，是山西電網(wǎng)南北聯(lián)絡(luò)的中心樞紐；鋁業(yè)、電力、煤炭、化工、冶金、建材、機械等行業(yè)形成一定規(guī)模，是山西省重要的能源和工業(yè)基地?？偼顿Y20億元的華能風電項目，其中段家堡風場項目已開始實施，該市正著力加快長梁溝風場的開發(fā)建設(shè)步伐。原平市地處華北黃土高原，氣候由地理環(huán)境所決定，在大陸性季風氣候總的前提下，兼具山地性氣候的特征。 產(chǎn)品方案 產(chǎn)品大綱在山西省內(nèi)生產(chǎn)冶煉軸承鋼廠家較少，而市場需求量較大，所以主打產(chǎn)品是軸承鋼大約占百分之五十；由于山西的不銹鋼的銷售渠道都很完善，容易打開市場，所以生產(chǎn)不銹鋼占中的份額的百分之三十；剩下的彈簧鋼和齒輪鋼各占百分之十。軸承在工作時要承受著極大的壓力和摩擦力，所以要求軸承鋼有高而均勻的硬度和耐磨性和高的彈性極限。從1901年誕生至今100多年來，主要成分基本沒有改變，隨著科學技術(shù)的進步，研究工作任在繼續(xù)，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。2）工藝選擇當今國際上電爐生產(chǎn)軸承鋼主要按是否使用的是連鑄技術(shù)，主要分為兩種：一是日本山陽公司為代表的工藝流程：UHP電爐LF精煉爐RH精煉爐連鑄；另一個是以瑞典SKF為代表的：UHP電爐 LF精煉爐模鑄。山陽廠的特點是用高堿度渣精煉。② 不銹鋼1）簡介不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱，耐空氣、蒸汽、水等弱酸腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種即為不銹鋼。廣泛應用于航天航空、工民建筑、化肥工業(yè)、海洋開發(fā)、食品工業(yè)等人們的日常生活中。直接冶煉法現(xiàn)在很少再用到；三步法因為設(shè)備多，所以操作復雜，管理難度大。本設(shè)計也采取此種方法。③ 彈簧鋼1）簡介彈簧鋼主要是要有良好的彈性，又由于它是在動載荷環(huán)境條件下工作的，所以對制造彈簧的材質(zhì)最主要的是要有高的屈服強度；在承受重載荷時不能引起塑性變形；應有高的疲勞強度，在載荷反復作用下具有長的使用壽命；并有足夠的韌性和塑性，以防在沖擊力作用下突然脆斷。2）工藝選擇國外采用超低氧、超潔凈的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)中主要采用電弧爐—RH、電弧爐—LF—RH等，我國有很多企業(yè)如武漢鋼鐵、鞍山鋼鐵等則是采用電弧爐－LF+VD的工藝[4]。④ 齒輪鋼1）簡介齒輪鋼是屬于低合金高強度鋼，是合金結(jié)構(gòu)鋼中的重要一類。2）工藝選擇在我國寶鋼、天津榮成鋼鐵等公司是采用電弧爐－LF+VD的工藝生產(chǎn)的。煉鋼過程消耗的原料主要是以金屬料為主，故主要計算金屬料平衡即可。故計算 （）取爐子座數(shù)2座。 超高功率EBT出鋼爐型設(shè)計 熔池形狀及計算① 熔池形狀選用錐球型熔池。使被侵蝕后的爐坡容量易得到補修（補爐鎂砂的自然堆角為45176。球冠形爐底使得熔化了的鋼液積蓄在熔池底部，迅速形成金屬熔池，有利于加快爐料的熔化及早造渣去磷。故本設(shè)計的G渣=7%G金。熔池直徑D和熔池深度H的比值D/H是確定爐型的基本參數(shù)。但是D/H太大，則爐殼直徑也大，散熱面積也大。故本設(shè)計取。 因 （）故 （）爐渣體積可取鋼液體積的10%~15%，由此可計算渣層厚度。爐坡與爐壁連接面應高于爐門坎平面30~70mm，以減輕爐渣對爐壁與爐坡接縫處的侵蝕。① 熔煉室高度H1。爐襯門坎比金屬爐門坎高出約80~100mm。所以經(jīng)驗值：40t電弧爐，H1/D熔=~；40t電弧爐，H1/D熔=~；本設(shè)計H1/D熔=，故H1=。采用耐火材料爐壁，特別是散狀料和黏結(jié)劑做爐壁時，一般講熔化室設(shè)計成上大下小，即D1 D熔，爐壁做成傾斜狀，傾角β≈6176。熔化室上緣直徑： （）故D1=。h3/ D1=~ （），故h3=。 爐門尺寸本設(shè)計只設(shè)一個工作門，用于加料、爐前操作和觀察爐況。可按以下經(jīng)驗值確定：爐門寬度 l=（~）D （）爐門高度 b=（~）l （）為了密封，門框應向內(nèi)傾斜8176。故本設(shè)計中l(wèi)==b==門框應向內(nèi)傾斜10176。 電弧爐爐襯以及其厚度爐壁襯磚厚度通常按耐火材料熱阻計算確定，計算依據(jù)的條件是爐殼在操作末期被加熱的溫度不大于200℃，以免爐殼變形。爐壁底部厚度包括絕熱層和工作層，設(shè)計時可采用下表的值。爐頂爐襯磚厚度可以按下表取值。爐底厚度δB約等于鋼液深度尺寸，即可取δB=H。 爐殼厚度δZ與爐殼直徑D殼的關(guān)系D殼/m33~44~66δZ/mm12~1515~202528~30故本設(shè)計D殼6m,故δZ=30mm=。當出鋼口鋼液高度大于臨界高度時，不會產(chǎn)生漩渦效應。其可以實現(xiàn)無渣出鋼，其減小了出鋼傾角，可以增加水冷爐壁的使用面積。2）留鋼留渣操作：無渣出鋼，改善鋼的質(zhì)量，有利于精煉操作；留鋼留渣有利于電爐冶煉、節(jié)能。當出鋼口鋼液高度大于臨界高度時，不致產(chǎn)生漩渦效應。② 主要尺寸參數(shù)確定?！?100176。2）出鋼口偏心距L： （）3）出鋼箱高度H內(nèi)：整個出鋼過程中爐子搖到最大角度出鋼時鋼水不能接觸水冷爐壁，并留有一定安全距離。則，出鋼箱內(nèi)高H內(nèi)=1259+700=1959mm=。爐壁傾角β拱頂高h3電弧爐爐內(nèi)空間高度H2爐門寬度l爐門高度 b門框向內(nèi)傾斜角度出鋼口直徑爐壁底部厚度δ爐頂爐襯磚厚度δD爐殼厚度δZ爐殼直徑6176。150mm54 電弧爐煉鋼的物料平衡和熱平衡計算4 電弧爐煉鋼的物料平衡和熱平衡計算 物料平衡計算現(xiàn)代電弧爐冶煉工藝與傳統(tǒng)三段式工藝有較大的變化，目前主要方式是：在高超功率電弧爐內(nèi)借助大功率供電、高強度供氧和氧燃燒嘴等輔助供熱手段快速熔化廢鋼并完成脫碳脫磷任務，然后在精煉爐內(nèi)完成脫氧、脫硫、微調(diào)合金成分、去除夾雜等任務。本節(jié)仍按照傳統(tǒng)電弧爐三段式工藝做物料平衡與熱平衡計算，以供參考。 原料成分（%）名稱CSiMnPSCrAlFeH2O灰分揮發(fā)分碳素廢鋼煉鋼生鐵FeMnFeSiSiMnFeCrAl焦炭電極余量余量續(xù)表 名稱CaOSiO2MgOAl2O3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰螢石鐵礦石火磚塊高鋁沙鎂砂焦炭灰分電極灰分成分CSiMnPS燒損率/%熔化期氧化期25～40,取30①70～95，取85全部燒損60～70，取652040～50，取45②可以忽略25～30，取27①%～%（%）確定（%的脫碳量）。 合金中元素的回收率合金原料加入時間回收率/%CSiMnCrAlFeMnFeSiFeCrAlFeSi粉Al粉還原初期出鋼前還原初期還原后期還原初期還原初期預脫氧還原后期終脫氧還原期擴散脫氧還原期擴散脫氧10010010010010065951005096981001001009606004000 其他數(shù)據(jù)名稱參數(shù)配碳量熔化期脫碳量電極消耗量爐襯鎂磚消耗量爐頂高鋁磚消耗量熔化期和氧化期所需要氧量氧氣純度和利用率焦炭中碳的回收率碳氧化產(chǎn)物煙塵量%，%30%，%30%=5kg/t（金屬料）：其中熔化期占70%，氧化期和還原期各占15%5kg/t（金屬料）：其中熔化期占40%，氧化期和還原期各占30%（金屬料）：其中熔化期占50%，氧化期占35%，還原期占15%50%來自氧氣，其余50%來自空氣和礦石99%，余者為N2，氧利用率90%75%（系指配料用焦炭）均按70%生成、30%生成CO2考慮（金屬料）考慮 物料平衡基本項目收入項有：廢鋼、焦炭、生鐵、石灰、螢石、礦石、電極、爐頂高鋁磚、爐襯鎂磚、鐵合金、火磚塊、氧氣和空氣。 計算步驟以100kg金屬爐料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)，按工藝階段——熔化期、氧化期和還原期分別進行計算，然后匯總物料平衡表。① 確定物料消耗量：1）金屬爐料配入量。 爐料配入量名稱用量/kg配料成分/kgCSiMnPSFe廢鋼生鐵焦炭合計①①碳燒損率30%。為了提前造渣脫磷，先加入一部分石灰（20kg/t(金屬料)）和礦石（10kg/t(金屬料)）。② 確定氧氣和空氣消耗量：耗氧項包括爐料中元素的氧化，焦炭和電極中碳的氧化；而礦石則帶來部分氧，石灰中CaO被自身S還原初部分氧。在這20%中，按3:1的比例分別生成(FeO)和(Fe2O3)。由此可求出氧氣與空氣的實際消耗量。 氧氣與空氣的實際消耗量氧氣/kg空氣/kg帶人O2帶人N2帶人O2帶人N2()1%=(77/23)=∑=+=∑=+=①77/23為空氣中N2與O2的質(zhì)量比。 熔化期爐渣量的確定名稱消耗量/kg成渣成分/kgCaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合計爐料中元素的氧化SiMnPFe②爐頂爐襯焦炭電極礦石石灰略②略略0,010略合計質(zhì)量分數(shù)/%①。④ 確定金屬量：金屬量Qi=金屬爐料重+礦石帶入的鐵量爐料中C、Si、Mn、P和Fe的燒損量+焦炭配入的碳量=100++=。 爐氣量計算項目氣態(tài)產(chǎn)物/㎏COCO2N2H2OH2揮發(fā)物