【正文】 緒論1 不銹鋼基本信息所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在表面形成氧化膜。可以利用油漆或耐氧化的金屬（例如，鋅，鎳和鉻）進(jìn)行電鍍來保護(hù)碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護(hù)僅是一種薄膜。除鉻外，常用的合金元素還有鎳、鉬、鈦、鈮、銅、氮等，以滿足各種用途對(duì)不銹鋼組織和性能的要求。不銹鋼中的主要合金元素 是 Cr，只有當(dāng) Cr 含量達(dá)到一定值時(shí)，鋼才有耐蝕性。不銹鋼中還含有 Ni、Ti、Mn、N、Nb 等元素。布雷爾利（Harry Brearley）于 20 世紀(jì)初期發(fā)明了不銹鋼。英國(guó)科學(xué)家布享利那時(shí)，士兵用的步槍槍膛極易磨損，布雷爾利想發(fā)明一種不易磨損的合金鋼。布雷爾利也被譽(yù)為“不銹鋼之父” 。不銹鋼還是建筑用金屬材料中強(qiáng)度最高的材料之一。含鉻不銹鋼還集機(jī)械強(qiáng)度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可滿足建筑師和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的需要4 不銹鋼為什么耐腐蝕？所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在表面形成氧化膜?？梢岳糜推?或耐氧化的金屬（例如，鋅，鎳和鉻）進(jìn)行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護(hù)僅是一種薄膜。不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻，但是因?yàn)殂t是鋼的組成部分之一，所以保護(hù)方法不盡相同。原因是用鉻對(duì)鋼進(jìn)行合金化處理時(shí)，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有獨(dú)特的表面。 因此，所有的不銹鋼元素都具有一種共同的特性，即鉻含量均在 10．5%以上。為使不銹鋼在傳統(tǒng)的應(yīng)用中性能更好，一直在改進(jìn)現(xiàn)有 的類型，而且，為了滿足高級(jí)建筑應(yīng)用的嚴(yán)格要求，正在開發(fā)新的不銹鋼。 不銹鋼集性能、外觀和使用特性于一身，所以不銹鋼仍將是世界上最佳的建筑材料之一。6 不銹鋼的標(biāo)識(shí)方法 （1）用國(guó)際化學(xué)元素符號(hào)和本國(guó)的符號(hào)來表示化學(xué)成份，用阿拉伯字母來表示成份含量： 如：中國(guó)、俄國(guó) 12CrNi3A （2）用固定位數(shù)數(shù)字來表示鋼類系列或數(shù)字；如：美國(guó)、日本、300 系、400 系、200 系； （3）用拉丁字母和順序組成序號(hào)，只表示用途。而奧氏體不銹鋼由于鎳含量較高，價(jià)格也相對(duì)較高。市場(chǎng)上最常見的幾種不銹鋼按價(jià)格高低依次 為:201202304j1304321316L309310S。不銹網(wǎng)提供了 202030316L、310S、430 等常用不銹鋼的每日?qǐng)?bào)價(jià)服務(wù)以及銷售服務(wù)。1 電弧爐煉鋼車間的設(shè)計(jì)方案 [1][2] 電爐車間生產(chǎn)能力計(jì)算 電爐容量和臺(tái)數(shù)的確定電爐車間產(chǎn)量系指一定的生產(chǎn)期內(nèi)合格產(chǎn)品的產(chǎn)量。本設(shè)計(jì)題目為年產(chǎn)量 60 萬(wàn)噸不銹鋼的煉鋼車間工藝設(shè)計(jì)。~Q= = =78tGa???8760???y 601041876090%98%所以選 80t 超高功率電弧爐一座。2） 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。4） 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 98%連鑄收得率 98% 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，特別是鋼鐵材料來源； 2）產(chǎn)品銷售對(duì)象及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求； 3）水電資源情況，所在地區(qū)的產(chǎn)品加工，配件制作的協(xié)作條件；（2）工藝制度確定工藝制度是整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的基本方案，是設(shè)備選擇，工藝布置等一系列問題的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。 電爐煉鋼車間的組成完整的電弧爐車間應(yīng)包括：（1）煉鋼主廠房，包括原料跨、爐子跨、精煉跨及鋼水連鑄跨；（2）廢鋼料堆場(chǎng)及配料間包括廢鋼處理設(shè)施（預(yù)熱、烘烤等） ；（3）鐵合金及散狀材料間；（4）鋼錠、坯存放場(chǎng)地；（5）中間渣場(chǎng)；（6）機(jī)電維修間及快速分析室；（7）爐襯制作與各種備件修理場(chǎng)地；（8）耐火材料庫(kù)、備件備品庫(kù)、車間變、配電室；（9）水處理、煙氣凈化設(shè)施及車間管理、生活服務(wù)設(shè)施。（1）原料跨:此跨主要是為廢鋼、返回廢鋼，散狀料等提供場(chǎng)地。 （2）爐子跨：此跨配一臺(tái) 80 噸超高功率的偏心底出鋼電弧爐，爐體爐蓋修理區(qū)，電爐裝料配置，電爐變壓器房。（4）連鑄跨：此跨設(shè)有一機(jī)一流的弧形板坯連鑄機(jī) 1 臺(tái)、二冷裝置維修區(qū)、中間包維修及烘烤區(qū)、拉矯及切割維修區(qū)和結(jié)晶器維修區(qū)以及連鑄機(jī)設(shè)備維修區(qū)。緩冷區(qū)用來存放良錠、坯件，其間有運(yùn)輸線路直接通到軋鋼車間。電弧爐近于球形體，從減少散熱面出發(fā)，以球形為最好。作為發(fā)熱體，電極端部的三電弧位于爐內(nèi)中心部位?！?0176。 熔池的形狀和尺寸（1）熔池的形狀。熔池設(shè)計(jì)為錐球形，圓錐部分對(duì)水平線的傾角為 45176。（2）熔池的尺寸計(jì)算。~熔池體積 V 池 （m 3）的計(jì)算公式為：V 池 = ( +dD++dD+ )+ (3 + )??12?2??2 ??2 ??6?1 ??24 ?21式中：h 1——球冠部分高度，m，一般取 h1=H/5。因 d=D2h2=5H H= H。對(duì)堿性電爐：G 鋼 /G 渣 =7%。~則：V 渣 /V 金 = =??7%??所以：V 池 = 金=?V 0式中：G—爐子容量，t； V0—噸鋼液體積，取 。（1）熔化室直徑 D 熔爐坡與爐壁交接處的直徑，為了防止鋼液沸騰時(shí)爐渣沖刷爐壁磚或爐渣到達(dá)爐坡與爐壁磚交界處，爐坡應(yīng)高于爐門檻約 100mm 左右，及當(dāng)選定爐坡角度為 45176。爐襯門檻較金屬門檻高出 80~100mm。經(jīng)驗(yàn)值為：H1/D=~，40t 電爐； H1/D=~，40t 電爐。所以：H 1=D== （3）爐頂高 h3= （因爐頂磚不同而異，取 ）?3??熔 17 19 18則 h3=D 熔 /8=至此，爐底至爐頂中央高度H2=H1+H+h3=++=（4）熔池上緣直徑 D1熔煉室一般為上大下小，爐壁上薄下厚，即 D1D 熔 ，其爐墻內(nèi)側(cè)斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度（H 1100）的 10%左右。比較經(jīng)濟(jì)的做法是選擇優(yōu)質(zhì)材料，使用較輕薄的爐襯，按經(jīng)驗(yàn)值選，爐頂爐襯厚度見下表:表 21 爐頂爐襯厚度噸位/t 20 20~40 40δ/mm 230 300 350對(duì) 80t 電弧爐取 350mm。 爐殼及厚度 δ z的確定爐殼要承受爐襯和爐料的重量，抵抗部分襯磚在受熱膨脹時(shí)產(chǎn)生的膨脹力，承受裝料時(shí)的撞擊力。爐門應(yīng)該滿足以下的要求：(1)能清楚看見爐內(nèi)的爐料，爐頂中心，并便于觀察爐內(nèi)情況；(2)能方便的修補(bǔ)爐壁和爐底；(3)熔煉過程中，電極折斷時(shí)能將電極從爐門取出；(4)方便噴吹爐料和氧氣。~ 12176。在一定范圍內(nèi)，α 越小，出鋼箱內(nèi)鋼水流動(dòng)性越差，其與爐子中心溫度差越大，一般情況下，出鋼箱溫度比爐子中心的溫度低 50℃～80℃，如果過低會(huì)造成出鋼時(shí)箱體內(nèi)仍有固體冷塊料和未熔渣料，出鋼時(shí)會(huì)堵塞出鋼口造成事故。α=100176。考慮到弧形架對(duì)爐底的支撐，80t 超高功率電弧爐的 α 取 112176。如果出鋼口到爐子中心距離——偏心度 E 過大，則出鋼口到爐子中心的距離越遠(yuǎn)，箱內(nèi)鋼液的溫度與爐內(nèi)的鋼液的溫度差越大。考慮到出鋼口填料方便，出鋼口到爐體中心的距離為：E=[D 殼 /2+（350~400）]=3573mm（3）出鋼箱遠(yuǎn)離中心內(nèi)測(cè)距離爐子中心的距離 L當(dāng)爐壁厚度 S 為 535mm 時(shí)有 L=E+S=3573+535+600=4708mm。則：β=14176。這是新砌爐的最大傾翻角，由于爐內(nèi)溫度與出鋼箱溫度不等，爐子后期，爐底耐火材料的侵蝕會(huì)比出鋼箱嚴(yán)重，后期爐子的最大傾角壁 初期要大，但不會(huì)大于 β=arcos[(7174204)/7174]=14176。出鋼箱的高度為箱底爐襯厚度及箱底鋼板厚度（38mm）共 1000mm，鋼液高度 838mm，安全高度 1400mm，三者之和為 3238mm。80t 超高功率電弧爐各部分尺寸列于表 34，設(shè)定值見表 35。熔煉室上緣直徑 D1 5714 偏心度 E 3573爐壁襯磚厚度 δ 350 出鋼傾翻角 β 14176。熔煉室上緣直徑 D1 5720 偏心度 E 3580爐壁襯磚厚度 δ 350 出鋼傾翻角 β 14176。變壓器的功率由以計(jì)算式來求：P 視 =110?????式中：P 視 —變壓器視在功率，KV?A；D 殼 —爐殼直徑，m； τ—額定裝入量的熔化時(shí)間，h，取 40min，即 。 電極直徑的確定d 電極 =式中：I—電極上的電流強(qiáng)度，A；ρ—石墨電極 500℃時(shí)的電阻系數(shù)，1010 4Ω/cm ；k—系數(shù)，石墨電極取 178。故選取的電極直徑是合理的。電極心圓直徑的經(jīng)驗(yàn)值為：d 三極心 =（~）D所以 d 三極心==5105=1531mm表 27 變壓器功率及電參數(shù)項(xiàng)目 參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù)P 視 80M?VA d 直 700mmU 650V I/S 21A/cm2I 41026A d 三極心 1531mm 水冷掛渣爐壁設(shè)計(jì)由于電弧爐的高功率化，使?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷急劇增加，爐內(nèi)熱量分布不均勻加劇，從而使?fàn)t壁壽命大大降低，利用水冷掛渣爐壁來解決上述問題，對(duì)于超高功率電弧爐爐壁熱量很高，故選用管式水冷掛渣爐壁，其特點(diǎn)如下：1）一定厚度的此爐壁可以抗擊爐料撞擊或者爐料搭接打弧，以及吹氧不當(dāng)造成的過熱；2）具有很好的掛渣能力；3）采用分離式爐殼，易于拆卸更換。水冷爐壁應(yīng)確定幾個(gè)參數(shù)：水冷壁的熱流，水冷爐壁的面積，冷卻水流量，流速，冷卻水通道的尺寸（冷卻水管直徑） ；還有計(jì)算過程中所需要的對(duì)流換熱系數(shù)，綜合傳熱系數(shù)和最大熱流等參數(shù)值.（1）電弧爐爐壁的熱流：電弧爐爐壁承受的熱流主要來自電弧輻射熱，其大小與電弧功率、電弧和爐壁間距等因素有關(guān)。h S—水冷爐壁的受熱面積，33m 2 G－冷卻水的流量，t/h —水的熱容，4190kJ/kg℃?????2???? t0—出水溫度℃ t1—進(jìn)水溫度℃故 G =qs／[C PH2O(t0t1)]=360033／（419015）=720t/h冷卻水的實(shí)際流速與冷卻水通道結(jié)構(gòu)關(guān)系很大，因?yàn)闋t壁熱流強(qiáng)度為，可選用管式水冷爐壁，水速定為 m/s。計(jì)算得 d 支 = m（4）平衡掛渣厚度平衡掛渣厚度可用下式計(jì)算：Ls=[ ]??1???0?? 1??????????????????????式中：λ—水在平均溫度為 30℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，℃ ，L Fe為水冷管壁厚度，取 10 mm。α Fe= =????W/m℃????2???0式中：t 2—水冷管外表溫度，t 2500℃，取 480℃；t1—冷卻水平均溫度，t 0≈30℃。內(nèi)襯掛渣鉚釘為 20mm。????Dg=+2=爐蓋上開五個(gè)孔，其中三個(gè)為電極孔，一個(gè)為高位料倉(cāng)加料孔，另一個(gè)為排塵孔。3 電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡 物料平衡計(jì)算 熔化期的物料平衡（1）計(jì)算所需的原始數(shù)據(jù)有冶煉鋼種及其成分表(3—1)，原材料成分（3—2）爐料中元素?zé)龘p率（表 3—3）被爐料帶入的（表 3—4）等其他數(shù)據(jù)表 31 冶煉鋼種及其成分鋼種化學(xué)成分%1Cr17Ni7C≤5Mn≤0Si≤0P≤5S≤0Ni~0Cr~0注：分母系計(jì)算時(shí)的設(shè)定值，取其成分中限表 32 爐料中元素?zé)龘p率成分 C Si Mn P S熔化期25～40，取 3070～95，取 8560～70，取 6540～50，取 45可以忽略燒損 率（%）氧化期① 全部燒損 20 ②25～30，取 27注： ①按末期含量取 %；②按末期含量取 %表 33 原材料成分%名稱 C Si Mn P S Cr Al Fe H2O 灰分 揮發(fā)分碳素廢鋼 余量FeMn 0004FeSi 0 00 2Si Mn 00554Fe Cr 5507Al 焦炭 0 0電極 0名稱 S CaO SiO2MgO AlO3CaF2Fe2O3CO2 H2O P2O5石灰 0 螢石 鐵礦石 7 火磚塊 0 高鋁磚 鎂砂 0焦炭灰分 0 5電極灰分00（2）物料平衡的基本項(xiàng)目收入項(xiàng)有：廢鋼、焦炭、石灰、螢石、電極、爐襯鎂磚、爐頂高鋁磚、鐵合金、火磚塊、氧氣、空氣。 100Kg 金屬爐料為基礎(chǔ)，按工藝階段——熔化期、氧化期分別進(jìn)行計(jì)算，然后匯成總物料平衡表。以 100 Kg 金屬爐料（廢鋼）為基礎(chǔ)，按工藝階段分別進(jìn)行計(jì)算，然后會(huì)總成物料平衡表。以 100Kg 金屬爐料（廢鋼）為基礎(chǔ)，不足碳量用焦炭來配。原始數(shù)據(jù)見表 3—1 和 3—4。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）確定氧氣和空氣的消耗量：耗氧項(xiàng)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 還原出部分氧。根據(jù)表 34 的規(guī)定，應(yīng)