《年产130万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产130万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计.docx（75页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 本文叙述了年产 130 万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间工艺设计过程，通过对电弧炉相关材料的查阅，对现代电弧炉炼钢工艺及车间布置有了一定的了解和认识。在此次设计中，主要冶炼的钢种为不锈钢，生产钢板为主。通过查阅资料选择了合适的冶炼工艺路线和相应的设备。严格按照设计任务书的要求，先后进行并完成了不锈钢 1Cr17Ni2 的物料平衡和热平衡的计算，电弧炉炉型尺寸的计算及确定、相应配备设备的计算及确定如：变压器、AOD、钢包、中间包、板坯连铸机等设备尺寸的选择确定、炉外精炼方式的选择确定，电弧炉车间的整体布置以及人员配备和经济指标的核算等任务。电弧炉新技术的开发给电弧炉炼钢带来了巨大的经济效益与环境优势
2、，本文针对现代电弧炉炼钢新技术方面作了详细的讨论。关键词：电弧炉，偏心底出钢，氩氧炉，炉外精炼 AbstractThis article describes the capacity of 1.3mt of continuous casting slab EAFsteelmaking process design process, through workshop of electric arc furnace ofrelevant materials of modem eaf or process and workshop layout have certainknowledge and u
3、nderstanding.During the design process,the main steel products issteel board of stainless steel .According to smelting steel grade ,choose a suitableroute and the corresponding equipment. In strict accordance with the designspecification requirements,has been completed materials balance and heat bal
4、ance of1Cr17Ni2 , the type size calculation of EAF,the calculation of correspondingequipment ,such as the transformer ,AOD,the ladle,tundish,slab continuous castingmachine etc,The overall layout of electric arc furnace plant and the economicindicators business accounting.The development of EAF new t
5、echnology broughtenormous economic benefits and environmental advantages,this paper has made adetailed discussion about the modern EAF steelmaking technology. 1 电弧炉炼钢车间的设计方案. 11.1 电炉车间生产能力计算. 11.1.1 电炉容量和台数的确定 . 11.1.2 电炉车间生产技术指标 . 11.2 电弧炉炼钢车间设计. 21.2.1 电弧炉炼钢车间设计与建设的基础材料 . 21.2.2 电炉炼钢车间的组成 . 21.2.3
6、 电炉各车间的布置情况 . 32 电弧炉炉型设计 . 42.1 电弧炉炉型设计. 42.1.1 电弧炉炉型 . 42.1.2 熔池的形状和尺寸 . 42.1.4 炉衬厚度 . 62.1.5 工作门和出钢口 . 72.2 偏心底出钢箱的设计. 72.2.1 炉壳 . 72.2.2 炉底 . 82.2.3 出钢口 . 82.2.4 机械装置 . 82.2.5 出钢箱设计参数 . 82.3 电弧炉变压器容量和参数的确定. 9 2.3.1 确定变压器的容量 . 92.3.2 电压级数 . 102.3.3 电极直径的确定 . 102.3.4 电极极心圆的尺寸 . 102.3.5 短网的设计 . 112.
7、4 水冷挂渣炉壁设计. 122.5 水冷炉盖设计. 123 电弧炉炼钢物料平衡和热平衡 . 133.1 物料衡算. 133.1.1 熔化期物料计算. 133.1.2 氧化期物料计算 . 183.2 热平衡计算. 223.2.1 计算热收入 Q . 22S3.2.2 计算热支出 Q . 22Z4 车间主要设备的选择. 264.1 电弧炉主要设备的选择. 264.1.1 校核年产量 . 264.1.2 对电极的要求 . 264.2 精炼炉设备选择. 264.3 连铸设备选择. 274.3.1 钢包允许的最大浇注时间 . 274.3.2 拉坯速度 . 274.3.3 连铸机的流数 . 28 4.3.
8、4 弧形半径 . 294.4 连铸机的生产能力的确定. 294.4.1 连铸浇注周期的计算 . 294.4.2 连铸机作业率 . 304.4.3 连铸坯收得率 . 304.4.4 连铸机生产能力的计算 . 304.5 中间包及其运载设备. 314.5.1 中间包的形状和构造 . 314.5.2 中间包的主要工艺参数 . 314.5.3 中间包运载装置 . 324.6 结晶器及其振动装置. 324.6.1 结晶器的性能要求及其结构要求 . 324.6.2 结晶器主要参数选择 . 324.6.3 结晶器的振动装置 . 334.7 二次冷却装置. 334.7.1 二次冷却装置的基本结构 . 334.
9、7.2 二次冷却水冷喷嘴的布置 . 334.7.3 二次冷却水量的计算 . 334.8.1 拉矫装置 . 344.8.2 引锭装置 . 344.9 铸坯切割装置. 344.10 盛钢桶的选择. 344.11 渣罐及渣罐车的选择. 36 4.11.1 车间所需的渣罐车数量 . 364.11.2 车间所需渣罐数量 . 364.12 起重机的选择. 364.13 其他辅助设备的选择. 375 电弧炉炼钢车间工艺设计 . 385.1 废钢. 385.2 辅助料. 385.2.1 对辅助料的要求 . 385.2.2 供应方案 . 395.2.3 配料 . 395.2.4 装料和补料 . 405.2.5
10、电弧炉冶金工艺 . 415.2.6 精炼工艺 . 425.2.7 连铸操作工艺 . 446 电弧炉炼钢车间工艺布置. 466.1 原料跨. 466.1.1 原料跨的宽度 . 476.1.2 原料跨的总长度 . 476.2 炉子跨整体布置. 476.2.1 炉子跨工作平台高度 . 486.2.2 炉子的变压器室和控制室 . 486.2.3 电弧炉出渣和炉渣处理 . 486.2.4 炉子跨的长度、高度、跨度 . 48 6.3精炼跨. 496.3.1整体布置 . 496.3.2 LF炉的布置 . 496.3.3 AOD炉的布置 . 496.3.4钢包回转台的布置 . 496.3.5其他布置 . 49
11、6.4连铸跨. 506.4.1总体布置 . 506.4.2连铸机操作平台的高度、长度、宽度 . 506.4.3连铸机总高和本跨吊车轨面标高 . 506.4.4连铸机总长度 . 516.5出坯跨. 516.6备注. 517车间人员编制及主要经济技术指标 . 527.1技术经济指标. 527.1.1产量指标 . 527.1.2质量指标 . 527.1.3作业效率指标 . 527.1.4连铸生产技术指标 . 527.2车间人员编制. 52参考文献. 54致谢.55专题.56 1 电弧炉炼钢车间的设计方案1.1 电炉车间生产能力计算电炉车间产量系指一定的 A=24nga/t 生产期内合格产品的产量，本
12、设计题目为年产 130 万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间工艺设计。根据电弧炉的产量计算式：确定电弧炉容量及台数（1）电弧炉的产量计算式24n g aAtNNg =172.78/1.2=143.98t。N留钢量取 12 吨，故取电弧炉公称容量 90t，且车间需要两台电弧炉可满足100%98%97%A 金属材料消耗 主要用于炉衬的各种耐火砖以及钢包的耐火材料。D 其他原材料消耗电极和工具材料。100%98.5%97%1.2 电弧炉炼钢车间设计确定工艺制度是整个工艺设计的基本方案，是设备选择，工艺布置等一系列问题的设计基础。（3）钢锭、坯存放场地； 1.2.3 电炉各车间的布置情况由于是两台超高功率电弧炉
13、，且是全连铸，考虑到物料顺行、劳动安全条件和未来发展，采用横向高架式布置。（1）原料跨：此跨主要是为了返回废钢，耐火材料，散状料等提供场地。废钢坑可按其块度大小分为几个不同的坑；另外还有金属料库，热装铁水的供应区；合金料和散状料的烘烤区。（2）炉子跨：此跨配以两台 90 吨的超高功率的偏心底出钢电弧炉；炉体彻修区，炉盖修理区，耐材干燥室；电炉装料配置，电炉变压器房和精炼炉变压器房，供氧系统，粉尘处理系统；高架行车进行跨间的整体运输工作。（3）连铸与精炼跨：此跨设有公称容量 110 吨的 AOD 精炼炉两台、110吨的 LF 精炼炉两台，炉侧设有 AOD 炉的维修区域及钢包的修砌区、有钢包回转台
14、。钢包回转台是精炼跨与连铸跨的纽带。回转台一侧设有中间包修砌区，连铸机二冷段的维修区等。此跨主要是进行钢坯的凝固工作。还设有连铸机备件，备品检修区，铸坯精整区等。（4）出坯跨：主要是缓冷区、良锭存放区及配电室等的布置。缓冷区用来存放良锭、坯件，其间有运输路线直接通到轧钢车间。1 2 电弧炉炉型设计电弧炉炉型是指炉子内部空间的形状和尺寸，不同的熔炼炉因工作条件不同，供热热源不同而有不同的内部空间。电弧炉近于球形体，从减少散热面出发，以球形最好。现代电弧炉炉体中部是圆筒形，炉底为弧形，炉顶为拱形。作为发热体，电极端部的三电弧位于炉内中心部位。2电弧炉设计应保证高的生产率，电能、耐火材料、电极等消耗
15、要低，同时要满足冶金反应顺利进行，故应考虑以下因素：2.1.2 熔池的形状和尺寸熔池的容积应能足够容纳适宜熔炼重量的钢液和炉渣，并留有余地，它应能满足冶金反应顺利进行。熔池设计为锥球形，圆锥部分对水平线的倾角为 45。，这样的形状可保证炉料加速熔化，钢液可积蓄在球形熔池底部，且易于维修。1.熔池的形状其形状应有利于冶炼反应的顺利进行，砌筑容易，修补方便。目前使用的多为锥球形熔池，上部分为倒置的截锥，下部分为球冠。球冠形电炉炉底使得熔化了的钢液能积蓄在熔池底部，迅速形成金属熔池，加快炉料的熔化并及早造渣去磷。截锥形电炉炉坡便于补炉，炉坡倾角 45。2.熔池尺寸计算a.对于炉子能容纳 90 吨钢液
16、，则钢液体积为： V 钢=900.14=12.6m3(式中的0.14m3 为一吨钢液的体积）；b.对于碱性电弧炉而言，溶氧期具有最大渣量，渣量和钢液之比为 0.08，则熔 V=V 钢+V 渣=12.6+2.4=15m3钢液面直径 D 和钢液深度 H 之比 D/H 是确定炉型尺寸的基本参数。一般情况下，比值越大则钢-渣接触面越大，利于钢水精炼。但锅考虑到本设计的还原期在后续工艺精炼炉中进行，故 D/H 不应过大。同时考虑到熔池热阻的因素，即 D/H4 时，熔池热阻显著增加，不利于钢水加热，当D/H46 时，单位容积的界面面积急剧增加，故综合考虑选取 D/H=5。a.确定炉缸钢液面直径D=2.0C
17、V1/3则 D=2.0CV1/3=2.01.08512.61/3m3=5.050m所以 H=D/5=1.010m=1010mm,取 H=1020mmb.确定炉缸上缘直径为了减轻炉渣对炉与炉坡接缝处的侵蚀，炉门坎平面应高于渣液面20-40mm，炉缸与炉壁连接面应高于炉门槛 30-70mm。由于炉渣深度大约为0.09-0.12m。故可得炉缸上缘直径为 D+100200 这里取其值为 Db=5250mmr121球冠直径 d=D-2h =3418mm21熔化室的高度应根据炉内的热交换情况来确定。一般取（ 0.400.44）D ,r1采用耐火材料炉壁，特别是散状料和粘结剂打结炉壁时，为了提高炉衬寿命，便
18、于修补和节省材料，将炉壁做成倾斜式的，倾角=6 。熔化室上部直径：。D =D 2H tan=5250464=5714mm1b1 3r32.1.4 炉衬厚度(1)炉顶厚度：由于电炉顶采用高铝砖，根据额定容量取其值为 350mm；(2)炉壁厚度：炉壁根部厚度 壁，炉壁根部厚度即炉缸平面处炉衬的厚度，一般取 壁400-600mm。90t 炉子， 壁=550mm；（工作层 460mm，绝热层 90mm。）(3)炉底厚度：炉底厚度 底， 底=900mm；炉底的结构分为绝热层、永久层、工作层。对于小于 15t 的炉子, 炉底厚度不小于钢液深度, 即 H ; 对于 15t 以上炉子, H。90t 电炉炉底厚
19、度取绝热层是炉底的最下层，它的作用是减少电炉的热损失，并保证熔池上下钢液的温差小。在炉壳上，先铺一层石棉板（10mm），再铺硅藻土粉（20mm），硅藻土粉上面平砌一层绝热砖（粘土砖 65mm），缝隙用硅藻土粉或粘土砖粉充填。绝热层厚 95mm。永久层的作用是保证熔池的坚固性，防止漏钢，一般为 24 层（65mm 镁砖），用镁砖砌筑。铺 3 层镁砖，永久层厚 195mm。工作层直接与钢液和炉渣接触，化学侵蚀严重，机械冲刷强烈，热负荷高，故应充分保证其质量。工作层厚 610mm。使用镁砂砖和镁质捣打料。3(4)炉壳内径：熔化室直径加上两倍的炉壁厚度为 6350mm；(5)炉壳外径：炉壳要承受炉衬和
20、炉料的质量，抵抗部分衬砖在受热膨胀时产生的膨胀力，承受装料时的撞击力。zD=壳200zz表 2-1 炉壳厚度 与炉壳直径 D 的关系壳z 62830D /m344625z6 因 D D + 2 +2 5250+2550+2 =6350+2 6m，则取 30mm，zzzz现代电弧炉只设一个工作门，用于加料，炉前操作和观察情况。炉门应该满足以下的要求：2.2 偏心底出钢箱的设计电弧炉炼钢传统的“老三期”工艺中，出钢带入钢包的炉渣是还原性的，而超高功率电弧炉及炉外精炼技术应用后，电炉出钢前的炉渣是氧化性的，生产实践证明，这种炉渣带入钢包对精炼效果有如下不利影响：1 降低脱氧、脱硫能力，从而降低钢水质
21、量偏心底出钢是电弧炉底钢的一种形式，可以实现无渣出钢。偏心底出钢电弧炉（EBT 电炉）采用留钢留渣操作，不但做到了无渣出钢，留钢操作增加了电弧炉冶炼的连续性，熔化期电弧稳定，熔池形成较快，可以实现提前吹氧，有效地提高了氧利用率以及电弧炉热效率；偏心底出钢电弧炉出钢钢流短，出钢时间大大缩短，减小了出钢过程中的钢水温降及钢水对钢包内衬的冲刷，炉后合金化的进行提高了合金的回收率；偏心底出钢电弧炉倾炉角度较出钢槽电弧炉大为减小，有条件对短网进行优化。偏心底出钢电弧炉的炉壳上部的炉身为圆形，下部带有突出的圆滑形出钢 箱。偏心底出钢电炉采用全水冷炉壁炉壳，出钢时炉子倾动仅为 15 左右，可避。免钢水和水冷
22、炉壁的接触，从而提高炉衬寿命。炉壳上沿的加固圈用钢板或型钢焊成。内通冷却水，用以增加炉壳的刚度，防止炉壳由于受热而变形，保证炉壳与炉盖接触严密。2.2.2 炉底偏心底出钢电弧炉炉底设计成浅盘状，以确保无渣出钢。为安全起见，底部排三层镁质火砖，与钢水接触的底部为镁砂捣打料。偏心底出钢电炉的出钢口位于出钢箱的底部，利用出钢口的开闭机构和倾动机构，实现无渣出钢、留渣操作。出钢口类似钢包水口，所用耐火材料材质为镁碳砖。出钢口用摆动式铰链盖板密封。为防止变形，密封处的盖板和出钢口尾砖均有石墨构成。一般偏心底出钢电弧炉，向炉门倾动 1012,向出钢口最大倾动 15偏心底出钢电弧炉的倾动液压缸行程较传统电弧
23、炉小，为保证不带渣出钢，以避免出钢箱部分产生漩涡，即炉体倾动最大至结束出钢时，使炉内留一部分钢水，为此应使炉体迅速回倾。一般为 3/S。EBT 电炉的特征是设置了一个偏心区，该偏心区相对构成一个小熔池，并通过圆滑过渡与电炉主熔池相连，炉体回到正常位置是将部分钢水和全部的炉渣留在炉内，出钢口垂直设置在偏心区的底部，这样一个结构使得偏心区的设计显得相当重要，下述四点的设计优良直接影响到炉子的正常工作。1）出钢箱切角 出钢箱切角 ，即出钢箱与炉体中心的夹角。出钢箱与炉体(壳)的连接要满足 耐 火 材 料能 平 滑过 渡 , 故 要求 相 切 , 其切 角 随 着 炉壳 直 径的 增 大 而 减小,9
24、0120。本例 90t 炉的 取 120。2）偏心距即出钢口中心线至炉子中心线的距离。偏心距选取过大，则偏心区内的废钢不容易熔化，即使全部熔化，由于温度不均匀，该区的钢液成分偏差很大，造成冶炼的不正常。同时，考虑到在出钢口上盖的操作方便，偏心区不能过小。在不影响出钢的情况下，此距离应尽可能的小。经过查询了许多的现有的偏心 3）出钢口直径出钢口直径的确定应保证钢液在尽可能短的时间内出净。经验表明，对 70吨以上的电弧炉，出钢口的直径一般在 120mm 以上，本设计取 180mm。4）出钢箱的高度出钢箱的高度确定应保证炉体倾斜 1015时，钢水不与出钢箱的水冷盖板相接触，并留有一定的安全距离，还要
25、求氧化渣全部留在炉内。经过计算及经验值的推荐，本设计出钢箱的高度取为 3275mm。4尺寸/mm15m35050102020490030炉壳厚度 z816出钢箱内口与中心夹角 偏心度 ED由熔化时间来计算变压器容量；熔化期长短主要是由供电功率来确定。压器的容量由以计算式来求：p =t m c o s N9 q熔化每吨 废钢 料 及熔 化相 应 的渣 料并 升温 所 需 要 的电 量 ，KWh/t,q410KWh；由于本设计采用偏心底出钢，实现留渣操作，可节约电量 1/4 多，故取其值为 q=300 KWhG电炉装入量，90t；若按电弧炉的额定容量计算其单位功率则为 59504/90661kVA
26、/t，属于超高功2.3.2 电压级数1/3所以取电压级数为 12 级3K2.3.4 电极极心圆的尺寸设计依据：若三个电极靠的很近，则电弧炉墙较远，对炉墙寿命有利，但炉坡上炉料熔化困难，熔池加热不均匀，且炉顶中心的结构强度很难保证，此时电极把持器上下移动也困难，当电极心圆较大时，电弧靠近炉墙，炉墙的损bb 2.3.5 短网的设计电炉的短网是指变压器低压侧的引出线至电极这一段传导低压大电流的导体。这一段线路不长，约 10m20m，但是导体的横截面积大，电流大。它的电参数（电阻和电抗）对电炉装置的工作有很大的影响，在很大程度上决定了电炉的电效率、功率因数以及三相电功率的平衡。短网的结构 ，主要由硬铜
27、母线（铜排）、软电缆和炉顶水冷铜管及部分组成，电极有时也算做短网的一部分。因为短网导体中电流，特别是经常性的冲击性短路电流使导体之间存在很大的动力，所以目前绝大多数电弧炉的短网都采用铜来制造，而很少用机械强度较差的铝。从变压器低压侧出线端到变压器室外面的软电缆接头处是硬铜母线。这段硬铜母线通常采用矩形铜排，考虑到交流电的集肤效应矩形铜排的高宽比为1020。有的电炉为了简化结构，减少维修，采用空心钢管，中心通水冷却，以提高平均电流密度。在我国目前多数电炉的硬铜母线是采用三相平面布置，有个别电炉采用了等边三角形布置，也有采用改进平面布置。软电缆的长度应能满足电极升降、炉体倾动及炉盖旋转的需要。根据
28、变压器额定电流的大小，采用多跟软电缆并联连接。软电缆一般为裸铜电缆，如在裸铜电缆外套水冷胶管，可使允许电流密度提高两倍左右，这样既减少电缆根数，节约铜材，又可提高使用寿命。水冷导电铜管装在电极夹持器的上方，一头与软电缆相连，一头与电极夹头相连。水冷铜管管壁厚度一般为 10 。为了减少短网的电阻和感抗，要尽量缩短短网的长度；导体的接头处要紧密连接；导体要有足够大的截面，并且截面形状应采用较大高宽比的矩形截面或空心铜管，还必须注意合理的布线，导体与粗大的钢结构应离得远一些。当电弧炉工作时，即使在变压器二次侧三个相的电压和电弧电流相等的情况下，三个相的电弧功率却是不相等的。这种三相功率的不平衡，是由
29、三相的阻抗不平衡引起的。一般短网三相导体是平面布置的，并且相间的距离是相等的。中间相的短网长度较其他两相短，且电感也比其他两相小，所以阻抗小。这样中间相的电弧功率通常总是超过其他两相的。其他两相也由于感抗不同而电弧功率不同，两相中电弧功率大的一相称为 “增强相”，电弧功率小的一相称为“减弱相”。增强相与减弱相电弧功率的增强和减弱的数值是相等的，也就是有一部分功率从减弱相转移到增强相去了，这种现象称为 “相间功率转移”。电流越大，三相电弧功率的不平衡现象越严重。5三相电弧功率不平衡对电弧炉炼钢时不利的，会造成熔池受热不均，局部炉墙损坏严重，从而降低炉衬寿命，直接影响电炉生产率。为了减轻三相功率不
30、平衡的不良后果，可以采取如下措施：（1）尽可能使短网导体对称布置，把短网由原来的平面布置改为等边三角形布置，或改进平面型布置。（2）要求近炉门的电极成为增强相，进出钢口侧的电极为减弱相。（3）将中间相电极向炉子中心移动。此外，为了提高炉衬寿命，也可采用不均 衡炉衬结构，在热点区域采用优质耐火材料，在非热点区采用一般耐火材料。（4）短网线路传统为单线布法，应尽量实行往返电流交叉排列的双线布法。由于电弧炉的高功率化，是炉内热负荷急剧增加，炉内热量分布不均匀加剧，从而使炉壁寿命大大降低，利用水冷挂渣炉壁来解决上述问题，对于超高功率电弧炉炉壁热量很高，故选用管式水冷挂渣炉壁，其特点如下：（1）一定厚度
31、的此炉壁可以抗击炉料撞击或者炉料搭接打弧，以及吹氧不当造成的过热；水冷炉壁的形式有板式、管式及喷淋式多种，但较普遍的是管式水冷炉壁。整个水冷炉壁由 612 个水冷构件组成。水冷炉壁材质有钢质与铜质，其中铜质水冷炉壁在炉壁的下面靠近渣线附近。水冷炉壁布置，对于偏心底出钢电炉，水冷炉壁布置在距渣线附近。水冷炉壁布置，对于偏心底出钢电炉，水冷炉壁布置在距渣线 200300 以上的炉壁上，占炉壁面积的8085%。另外，采用水冷炉壁后，炉容积扩大，增加了废钢装入量。管式水冷挂渣炉壁由多支冷却管组合而成。冷却管是用钢炉钢管，两端是用锅炉钢管弯头或锅炉钢铸造弯头制作的。超高功率电弧炉的水冷炉盖形式有管式与喷淋式，多用管式，其材质为钢。整个水冷炉盖可由一个水冷构件组成或由 56 个水冷构件组成。采用超高功率电弧炉冶炼，为了延长炉盖的使用寿命，采用水冷炉盖，该炉盖由上下两层钢板焊接而成，上薄下厚，其厚度各为20 ，30