【正文】 ......................61 車間所需的渣罐數(shù)量 .....................................61 車間所需渣罐車數(shù)量 .....................................61 其它輔助設(shè)備的選擇 .........................................628 除塵系統(tǒng) .....................................................................................................................................63 電弧爐煙氣凈化系統(tǒng) ..........................................63 除塵設(shè)備 ....................................................649 車間人員編制及主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) ...................................................................................65 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ................................................65 產(chǎn)量指標(biāo) ................................................65 質(zhì)量指標(biāo) ................................................65 作業(yè)效率指標(biāo) ............................................65 連鑄生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo) ........................................65 車間人員編制 ................................................65專題 現(xiàn)代 電弧爐煉鋼技術(shù)進(jìn)展 ......................................68參考文獻(xiàn) ..........................................................75致謝 ..............................................................761 綜 述 電弧爐簡(jiǎn)介電弧爐（electric arc furnace）利用電極電弧產(chǎn)生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。設(shè)計(jì)方案以技術(shù)新、效益高為原則，充分體現(xiàn)了先進(jìn)、靈活、多功能的特點(diǎn)，具備可持續(xù)發(fā)展性。年產(chǎn) 150 萬(wàn)噸管坯的電爐煉鋼分廠工藝設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)主要是為了闡述當(dāng)今電弧爐的發(fā)展概況以及電弧爐未來(lái)發(fā)展前景，結(jié)合本專業(yè)所學(xué)的理論知識(shí)，設(shè)計(jì)年產(chǎn) 150 萬(wàn)噸管坯的電弧爐煉鋼車間，根據(jù)國(guó)內(nèi)外煉鋼技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、鋼鐵產(chǎn)品的發(fā)展方向，選擇了先進(jìn)且有較大發(fā)展余地的短流程工藝：原料、廢鋼→超高功率電弧爐→LF 爐精煉→VOD 爐精煉→連鑄。通過(guò)產(chǎn)品大綱的確定、電弧爐煉鋼的物料平衡與熱平衡計(jì)算、電弧爐的爐型設(shè)計(jì)、連鑄設(shè)備選擇、車間工藝設(shè)計(jì)及車間總體布置，確定了以一座180 噸超高功率電弧爐、一臺(tái) LF 精煉爐及一臺(tái)連鑄機(jī)為主要生產(chǎn)設(shè)備。提交的內(nèi)容包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（含專題和冶金專業(yè)相關(guān)外文文獻(xiàn)譯文各一篇） ，電弧爐爐型圖、車間平面布置圖和剖面圖各一張。氣體放電形成電弧時(shí)能量很集中，弧區(qū)溫度在 3000℃以上。電弧爐按電弧形式可分為三相電弧爐、自耗電弧爐、單相電弧爐和電阻電弧爐等類型。電弧煉鋼爐按每噸爐容量所配變壓器容量的多少分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。電弧爐以電能為熱源，可調(diào)整爐內(nèi)氣氛，對(duì)熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利 。 　　隨著電弧爐設(shè)備的改進(jìn)以及冶煉技術(shù)的提高，電力工業(yè)的發(fā)展，電弧爐煉鋼的成本不斷下降，現(xiàn)在電弧爐煉鋼不但用于生產(chǎn)合金鋼，而且大量用來(lái)生產(chǎn)普通碳素鋼，其產(chǎn)量在主要工業(yè)國(guó)家鋼總產(chǎn)量中的比重，不斷上升。1879 年西門子(K． w．Siemens)改用一根直立電極與金屬熔池直接產(chǎn)生電弧而加熱熔池。近代電弧爐煉鋼的雛型是 1907年美國(guó)出現(xiàn)的埃魯(P．L．T．HEroult)式電弧爐三相交流電弧爐。電弧爐煉鋼是向爐內(nèi)通過(guò) 3 個(gè)石墨電極輸入交流電，電極下端與爐料之間放電產(chǎn)生電弧，利用電弧的熱效應(yīng)，使電能在弧光中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿⒔柚椛浜碗娀〉闹苯幼饔眉訜岵⑷刍饘俸蜖t渣，使煉鋼過(guò)程得以進(jìn)行，冶煉出各種成分的鋼。電弧發(fā)生在電極與被熔煉的爐料之間，爐料受電弧直接加熱。為提高熔煉質(zhì)量，大型電弧爐在爐底裝有電磁攪拌器，驅(qū)使?fàn)t內(nèi)熔螎金屬沿一定方向循環(huán)。三相電弧爐廣泛用于煉鋼。熔煉時(shí)，隨著鋼原料的不斷被熔化，電極不斷下降。這種爐主要用于合金鋼的熔煉。　　這類電弧爐用單相交流電供電。單相電弧爐多用于銅和銅合金的熔煉。工作時(shí)，電極下端埋在爐料內(nèi)起弧，除電極與爐料間的電弧發(fā)出熱量外，電流通過(guò)爐料時(shí)爐料電阻也產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量。 電爐煉鋼的發(fā)展 　　在過(guò)去的 20 年中,我國(guó)電爐煉鋼得以迅速增長(zhǎng)，至 2022 年底已有 19 座70t 超高功率電弧爐投入運(yùn)行。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大部分電弧爐鋼是一般鋼種，電弧爐煉鋼已成為重要的常規(guī)生產(chǎn)技術(shù)，而不僅僅是生產(chǎn)特殊鋼、合金鋼的特殊生產(chǎn)技術(shù)。 (2) 電能充足、電價(jià)穩(wěn)定，噸鋼電耗不大于 375kW (3) 電爐趨向大型化,超高功率化,與爐外精煉配合,冶煉工藝強(qiáng)化,生產(chǎn)率大大提高。在過(guò)去 20 年中，電弧爐煉鋼的用氧技術(shù)取得了矚目的發(fā)展?，F(xiàn)代電弧爐煉鋼的供氧量為 20～40m 3/t，甚至更高。先進(jìn)的電弧爐廣泛采用強(qiáng)化供氧和泡沫渣冶煉、廢鋼預(yù)熱等技術(shù)，因而電弧爐的冶煉時(shí)間大大縮短，即使 100t 以上的大型電爐，全爐的冶煉時(shí)間也只有 60～70min，噸鋼電耗不大于 375kW 電弧爐煉鋼的新技術(shù) 超高功率電弧爐技術(shù)為提高電弧爐煉鋼的生產(chǎn)率和降低成本,1964 年, 在美國(guó)礦冶石油工程師協(xié)會(huì)的電爐會(huì)議上, 美國(guó)的 Schwabe 和 Robinson 共同提出了超高功率的概念。（2）高的電弧爐變壓器最大功率利用率和時(shí)間利用率。（4）較低的電弧爐短網(wǎng)電阻和電抗, 且短網(wǎng)電抗平衡?，F(xiàn)代電弧爐煉鋼過(guò)程中，水冷超音速氧槍已廣泛地用于助熔、脫碳和爐內(nèi)供氧操作中。聚流氧槍與超音速氧槍相比, 具有氧氣射流長(zhǎng)度長(zhǎng)、吸入空氣少、射流發(fā)散少、衰減慢和射流沖擊力大等優(yōu)點(diǎn)。DanExp 系統(tǒng)在意大利ABS 煉鋼廠 DANARC Plus 工藝中得到了應(yīng)用。 直流電弧爐技術(shù)直流煉鋼電弧爐結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是只有 1 根爐頂石墨電極和相應(yīng)的爐底電極。全部電流都要通過(guò)爐頂中心的單電極,為此應(yīng)用電流密度大的超高功率石墨電極。直流電弧爐有如下特點(diǎn)：（1）石墨電極消耗大幅度降低；（2）電壓波動(dòng)和閃變小，對(duì)前級(jí)電網(wǎng)的沖擊小；（3）只需一套電極系統(tǒng)，可使用與三相交流電弧爐同直徑的石墨電極；（4）縮短冶煉時(shí)間，可降低熔煉單位電耗 5 %～10 %；（5）噪音水平可降低 10～15 dB ；（6）耐火材料消耗可降低 30 %；（7）金屬熔池始終存在強(qiáng)烈的循環(huán)攪拌。因此每加熱 1t 鐵水即可帶入物理熱 106kJ，相當(dāng)于 339 kW?h 的電能。以 1t 鐵水代替 1t 廢鋼為例，按 1400 ℃時(shí)元素氧化釋放的熱量計(jì)算，鐵水氧化后多釋放的化學(xué)熱為 559265 kJ，相當(dāng)于 155 kW?h 的電能。電弧爐煉鋼法的基礎(chǔ)是廢鋼的穩(wěn)定供給，而由高爐向電弧爐直供熱裝鐵水不但可以緩解廢鋼資源緊缺的壓力，同時(shí)，熱裝鐵水帶入大量的物理顯熱，并有大量的 C、Si、Mn 等元素與 O 反應(yīng)釋放大量的化學(xué)潛熱，可有效地提高熔池溫度，降低冶煉電耗，減少電極等輔助材料的消耗，縮短冶煉周期，從而提高煉鋼生產(chǎn)效率。 電弧爐偏心爐底出鋼技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)無(wú)渣出鋼, 1974 年德國(guó)蒂森公司的 50t 超高功率電弧爐首先采用了電弧爐爐底出鋼技術(shù)。（2）出鋼時(shí)，電爐傾動(dòng)角度小于 15 度( 傳統(tǒng)電爐為 40～ 45 度) ，爐體能增加水冷爐壁使用面積，噸鋼耐火材料消耗可降低 25%；同時(shí)縮短短網(wǎng)長(zhǎng)度，降低阻抗 8% 左右。（4）偏心爐底出鋼提高了鋼液的純凈度,，減少了夾雜物的含量, 提高了鋼液脫硫效率，并能防止鋼液的回磷。 我國(guó)電爐煉鋼在 20 世紀(jì) 80 年代以前一直處于落后的狀態(tài)。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(guò)程污染嚴(yán)重。與此同時(shí)，電爐煉鋼產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也明顯改善，如 2022 年，舞陽(yáng)鋼鐵公司 90 噸電爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已全面超越了當(dāng)時(shí)國(guó)際上指標(biāo)最先進(jìn)的德國(guó)巴登鋼廠。電弧爐原料范圍得到擴(kuò)展，包括鐵水、DRI/HBI、碳化鐵等；從交流爐向超高功率、高阻抗交流爐及直流爐發(fā)展。為提高能量輸入強(qiáng)度以縮短冶煉周期，多種形式的能力利用技術(shù)被采用，如機(jī)械式氧碳槍、二次燃燒、爐壁氧燃燒嘴、底吹氣等。電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的集中體現(xiàn)，是基于不同的解決方案，各種爐型的不斷涌現(xiàn)，如豎爐、Consteel 爐、雙爐殼、 CONARC 爐、ECOARC爐等形式電弧爐。三級(jí)除塵、綜合利用電弧爐除塵粉、爐渣再利用等已成為常規(guī)的環(huán)保措施。 我國(guó)電弧爐煉鋼的發(fā)展展望基于連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)集成的高效節(jié)約型生產(chǎn)流程。以高純鐵源為基礎(chǔ)的電弧爐煉鋼潔凈化生產(chǎn)平臺(tái)。從實(shí)際上看，煉鋼的過(guò)程是提升鐵水純度的過(guò)程，精礦純度為 6567%，生鐵中鐵的純度為 9395%，粗鋼中鐵的純度提高到99%。與清潔能源技術(shù)發(fā)展相匹配的低碳或非碳技術(shù)，清潔能源的利用的發(fā)展，與之密切相關(guān)的電弧爐煉鋼技術(shù)也將有重大的發(fā)展。 電爐鋼產(chǎn)量世界電爐鋼生產(chǎn)發(fā)展的歷史表明，電爐鋼比例逐年增長(zhǎng)的總趨勢(shì)不會(huì)改變。未來(lái)國(guó)家對(duì)能源、資源和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高及管理的加強(qiáng)，促使我國(guó)電弧爐煉鋼走出低谷，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家電爐鋼生產(chǎn)趨勢(shì)相同，預(yù)計(jì)我國(guó)電爐鋼比例至 2020 年可達(dá) 25%，如采用加 35%鐵水的電弧爐冶煉工藝，2020 年我國(guó)電爐鋼比例會(huì)超過(guò) 30%。直接還原鐵的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步很快，特別是熱壓塊(HBI)，為電弧爐煉鋼提供了高密度、高化學(xué)能的純凈鐵源。然而，由于我國(guó)天然氣缺乏，優(yōu)質(zhì)鐵礦較少，大批量?jī)?yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)直接還原鐵尚需一段時(shí)間。 裝備水平和工藝特點(diǎn)未來(lái) 70t 電弧爐將是我國(guó)電爐鋼生產(chǎn)的主體冶煉設(shè)備。目前，我國(guó)電弧爐冶煉配加鐵水工藝，可彌補(bǔ)廢鋼資源的不足，且縮短冶煉周期，使電弧爐與連鑄更加匹配。 節(jié)能減排技術(shù)節(jié)能減排技術(shù)是未來(lái)我國(guó)電弧爐冶煉工藝發(fā)展的主要方向。目前我國(guó)已有企業(yè)成功回收利用電弧爐余熱產(chǎn)生蒸汽，并不斷完善裝備技術(shù)水平，回收蒸汽供給真空精煉裝置，對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)流程的節(jié)能降耗起到促進(jìn)作用，值得借鑒和推廣。并且要充分利用超高功率電弧爐的一些強(qiáng)化冶煉技術(shù)，提高電爐生產(chǎn)能力，逐步縮小與轉(zhuǎn)爐出鋼周期的差距，達(dá)到電爐轉(zhuǎn)爐化的水平。對(duì)此，近年來(lái)出現(xiàn)了高阻抗電弧爐技術(shù)，其電氣運(yùn)行特征是高電壓、長(zhǎng)弧、低電流的操作，優(yōu)點(diǎn)是操作穩(wěn)定、對(duì)電網(wǎng)沖擊小、實(shí)際熔化速率高、電極消耗減少等。豎式電爐不僅在生產(chǎn)率、能量利用、環(huán)境適用性及爐料靈活性等方面占有優(yōu)勢(shì)，而且實(shí)現(xiàn)電爐煉鋼的連續(xù)化，是目前最有發(fā)展前途的電爐。用初級(jí)能源代替電能，采用氧燃燒嘴助熔技術(shù)，可以降低電耗、降低生產(chǎn)成本、縮短冶煉時(shí)間，尤其是煤一氧助熔技術(shù)更有發(fā)展前途。電爐煉鋼應(yīng)逐步趨向連續(xù)化操作，改善勞動(dòng)條件，提高設(shè)備的利用率。無(wú)論從提高生產(chǎn)率，還是從改善質(zhì)量出發(fā)，傳統(tǒng)的熔化、氧化、還原三段式工藝已不能適應(yīng)，必須配以爐外精煉，更何況還必須與連鑄機(jī)相匹配。 歐洲的電弧爐發(fā)展計(jì)劃 (1) 廢鋼。 (2) 提高生產(chǎn)率,降低能耗,充分利用化學(xué)能和廢氣物理熱,如: 氧碳噴射、二次燃燒技術(shù)、廢鋼預(yù)熱技術(shù)。 (3) 在工藝及操作控制、檢測(cè)及診斷方面,提高 IT 專家系統(tǒng)軟件的應(yīng)用水平。 ,雖然直流電弧爐問(wèn)世已有 20 年,但直流電弧爐煉鋼的理論和提高直流電弧爐的性能解釋還有很多未弄清的問(wèn)題,在操作工藝方面有待于進(jìn)一步增加。研究者要考慮可操作性,還要兼顧環(huán)境。要研制低壓高電流型高功率變壓器,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有電弧爐的高效率化,具體指標(biāo)為:功率因數(shù)≥85 % ,電弧熱功率≥85 % ,投入電力≥800 kW?h/ t 。2 電弧爐煉鋼車間的設(shè)計(jì)方案 電爐車間生產(chǎn)能力計(jì)算 電爐容量和臺(tái)數(shù)的確定爐子的容量和座數(shù)主要與車間的生產(chǎn)規(guī)模、冶煉周期和作業(yè)率有關(guān)。根據(jù)電弧爐的產(chǎn)量計(jì)算式： 8760qAty??式中 A—車間產(chǎn)品方案中確定的年產(chǎn)量，t；t—冶煉周期，h； 8760—年日歷時(shí)間，h； η—作業(yè)率，η=年作業(yè)天數(shù)/年日歷天數(shù)*100%，一般 η=90%～94%； y=良坯收得率，連鑄一般為 95%～96%。根據(jù)每次出鋼量來(lái)選擇電爐容量和座數(shù)，車間布置 1 座 180 噸電弧爐。b 煉鋼輔助材料消耗石灰、螢石以及其他造渣材料和脫氧粉劑。d 其它原材料消耗電極和工具材料。(5)連鑄生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)連鑄比 100%鑄坯合格率 %連鑄收得率 % 電爐車間設(shè)計(jì)方案 電爐煉鋼車間設(shè)計(jì)與建設(shè)的基礎(chǔ)材料(1)建廠條件 1)各種原料的供應(yīng)條件，特別是鋼鐵材料來(lái)源； 2)產(chǎn)品銷售對(duì)象及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要