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1、精选优质文档-倾情为你奉上西安建筑科技大学本科毕业设计（论文）任务书题 目：年产100万吨合格不锈钢铸坯的电炉炼钢厂工艺设计院（系）：冶金工程学院专 业：冶金工程学生姓名：学 号：指导教师（签名）：主管院长（主任）（签名）：时 间：2012年 2 月 28 日 专心-专注-专业一、 毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）1. 进行毕业实习，完成实习任务要求的实习内容；2. 选择适宜的冶炼设备，并综述其基本特点；3. 产品方案的确定；物料平衡及各种消耗指标的计算；热平衡及各种消耗指标的计算；冶金工艺指标的可行性分析；编制配料计算、热平衡计算相应的说明书；4. 炼钢生产工艺设计及炉型设计；5
2、. 炼钢车间生产工艺布置；6. 主要设备选择（型号规格、数量）；7. 生产组织编制及各项技术经济指标的确定；8. 绘制出三张设计图（车间工艺平面布置图；车间工艺布置剖面图；炼钢炉型图）；9. 完成专题研究：LF炉外精炼技术及其发展； 10. 翻译冶金工程专业有关英文12篇。二、毕业设计（论文）题目应完成的工作（含图纸数量）1. 认真进行毕业实习，写出实习报告；2. 完成设计任务，写出毕业设计说明书；3. 绘制设计图3张；4. 翻译与本专业有关的外文译文12篇，达到要求的工作量；5. 完成专题研究，参照科技论文的格式写出研究报告。三、毕业设计（论文）进程的安排序号设计（论文）各阶段任务日 期备
3、注1进行毕业实习, 撰写实习报告2.20-3.62完成外文译文及专题研究3.7-3.253完成物料平衡和热平衡计算3.26-4.54完成炉型设计和炼钢工艺设计4.6-4.235完成车间生产工艺布置及主体设备选型4.24-4.306生产组织编制及技术经济指标确5.8-5.227绘制设计图5.23-5.318打印毕业设计说明书，进行毕业答辩6.1-6.13四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）1 钢冶教研室编. 毕业设计参考资料(钢铁冶金专业). 西安建筑科技大学2 时彦林主编.冶炼机械.化学工业出版社,20043 李传薪主编.钢铁厂设计原理（下册）.冶金工业出版社，19944 冯聚
4、和编.炼钢设计原理.化工出版社出版，20045 王令福主编.炼钢设备及车间设计.冶金工业出版社，20076 王成刚,王齐铭主编.金属提取冶金学.西安地图出版社,20007 王雅贞等编. 新编连续铸钢工艺及设备.冶金工业出版社，20038 金铁城等编.电炉炼钢新工艺、新技术与质量控制实用手册. 当代中国音像出版社,2005五、审核批准意见 教研室主任签（章） 设计总说明本文设计了一个年产100万吨合格不锈钢的电弧炉炼钢车间，通过产品大纲的确定、电弧炉炼钢的物料平衡与热平衡计算、超高功率电弧炉的炉型设计、连铸设备选择、车间工艺设计及车间总体布置，确定了一座150吨超高功率电弧炉、一台AOD精练炉、
5、一台连铸机为主要生产设备。并根据国内外炼钢技术的发展趋势、钢铁产品的发展方向，选择了先进且有较大发展余地的短流程工艺：废钢超高功率电弧炉AOD炉精炼连铸。设计方案以技术新、效益高为原则，充分体现了先进、灵活、多功能的特点，具备可持续发展性。关键词：超高功率电弧炉，AOD精炼炉，炼钢Design DescriptionIn this paper, we have designed a electric arc furnace workshop which can produce 1000,000 tons of qualified stainless steel a year.Through t
6、he ascertained of the products outline, eaf material balance, thermal equilibrium calculation, ultra-high power electric arc furnaces type design ,the workshop process design and workshop layout, we finaly identified a 1000,000 tons of qualified stainless steel smelting plant with which a 150 tons o
7、f ultra-high power electric arc furnace, a chastening AOD furnace and a caster is as the main production equipment.And according to the domestic and foreign steelmaking technology trends, the development direction of the steel product,we finally selected the short flow process，scrap steel ultra-high
8、 power electric arc furnaceAOD furnace refineingcontinuous casting, which is advanced and has a bigger development room.The Design scheme based new technology and high efficienc as the principle, fully embodies the advanced, flexible, multi-function characteristic and has the characteristics of sust
9、ainable development.Key Words：ultra-high power electric arc furnace，AOD refineing furnace, Steelmaking目录绪论1不锈钢基本信息所有金属都和大气中的氧气进行反应，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化，使锈蚀不断扩大，最终形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金属（例如，锌，镍和铬）进行电镀来保护碳钢表面，但是，正如人们所知道的那样，这种保护仅是一种薄膜。如果保护层被破坏，下面的钢便开始锈蚀 铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中含铬量达到12%左右时，铬与腐蚀介质中的氧作
10、用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜（自钝化膜），可阻止钢的基体进一步腐蚀。除铬外，常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢的耐蚀性随含碳量的增加而降低，因此，大多数不锈钢的含碳量均较低，有些钢的含碳量甚至低于0.03%(如00Cr12)。不锈钢中的主要合金元素 是Cr，只有当Cr含量达到一定值时，钢才有耐蚀性。因此，不锈钢一般wCr均在13%以上。不锈钢中还含有Ni、Ti、Mn、N、Nb等元素。2不锈钢历史毕业于英国谢菲尔德大学的著名冶金科学家亨利布雷尔利（Harry Brearley）于20世纪初期发明了不锈钢。 不锈钢的发明和使用，要追溯到第
11、一次世界大战时期。英国科学家布享利布雷尔利受英国政府军部兵工厂委托，研究武器的改进工作。那时，士兵用的步枪枪膛极易磨损，布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。布雷尔利发明的不锈钢于1916年取得英国专利权并开始大量生产，至此，从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球，亨利布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。3不锈钢作用不锈钢不会产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一。由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可满足建筑师和结构设计人员的需要4不锈钢为什么耐腐蚀？所有金属都和大气
12、中的氧气进行反应，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化，使锈蚀不断扩大，最终形成孔洞。可以利用油漆 或耐氧化的金属（例如，锌，镍和铬）进行电镀来保证碳钢表面，但是，正如人们所知道的那样，这种保护仅是一种薄膜。如果保护层被破坏，下面的钢便开始锈 蚀。不锈钢的耐腐蚀性取决于铬，但是因为铬是钢的组成部分之一，所以保护方法不尽相同。 在铬的添加量达到11.7%以上时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加，但铬含量更高时，尽管仍可提 高耐腐蚀性，但不明显。原因是用铬对钢进行合金化处理时，把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种紧密粘附的富铬氧化物保护表 面，防止
13、进一步地氧化。这种氧化层极薄，透过它可以看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面。而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应 进行自我修理，重新形成这种氧化物钝化膜，继续起保护作用。 因此，所有的不锈钢元素都具有一种共同的特性，即铬含量均在105%以上。5未来展望由于不锈钢已具备建筑材料所要求的许多理想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。为使不锈钢在传统的应用中性能更好，一直在改进现有 的类型，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，正在开发新的不锈钢。由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的 材料之一。 不锈钢集性能、外观和使
14、用特性于一身，所以不锈钢仍将是世界上最佳的建筑材料之一。中国不锈钢营销网整合了不锈钢及不锈钢供应链信息的服务平台，通过设立不锈钢行业资讯、行业观察、企业管理、不锈钢设计、不锈钢论坛、设备材料、展会信息、不锈钢知识、人才 招聘等各种栏目，通过最新信息、资料库、数据库、分析预测、交流平台等为会员单位和世界各国用户，提供中国不锈钢业以的信息和咨询服务；为不锈钢业和相关 产业提供贸易信息，寻找商业机会；传播不锈钢文化和家居生活艺术，提供不锈钢消费知识。6不锈钢的标识方法 （1）用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份，用阿拉伯字母来表示成份含量： 如：中国、俄国 12CrNi3A （2）用固定位数
15、数字来表示钢类系列或数字；如：美国、日本、300系、400系、200系； （3）用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。 7不锈钢价格对于铁素体不锈钢来说，由于其镍含量很少甚至没有，所以价格比较低廉。而奥氏体不锈钢由于镍含量较高，价格也相对较高。所以奥氏体不锈钢特别是304不锈钢的价格一般跟LME镍价正相关。市场上最常见的几种不锈钢按价格高低依次 为:201202304j1304321316L309310S。 由于受LME镍价的波动影响，不锈钢价格波动也比较大（随LME镍价反应最快的是304不锈钢）。不锈网提供了201、202、304、316L、310S、430等常用不锈钢的每日报价服务以及销售
16、服务。网站报价在每次市场价格变动的时候都会及时更新。1电弧炉炼钢车间的设计方案121.1 电炉车间生产能力计算1.1.1 电炉容量和台数的确定电炉车间产量系指一定的生产期内合格产品的产量。合格率是反映生产技术水平的重要指标之一，它既与操作水平能够有关，也与钢种有关。本设计题目为年产量100万吨不锈钢的炼钢车间工艺设计。首先估算每次出刚量Q=式中：Ga车间产品方案中确定的年产量，t； 冶炼周期， 取60min； 作业率=100%，一般=90%94%，取90%； y良坯收得率，连铸一般95%98%。Q=130t，按电炉工艺设计技术规范制定的电炉容量标准系列为：20t、30t、40t、50t、60t
17、、70t、80t 、100t 、125t 、150t 、175t 、200t所以选150t超高功率电弧炉一座。1.1.2 电炉车间生产技术指标（1）产量指标 合格钢产量 100万吨/年 冶炼时间 60min 熔化时间 40min （2）质量指标 钢坯合格率 98% （3）作业率指标 连铸机作业率： 80%（4）材料消耗指标1） 金属材料消耗一般为废钢、返回废钢、合金料与脱氧合金。2） 炼钢辅助材料消耗石灰、萤石以及其他造渣材料和脱氧粉剂。3） 耐火材料消耗 主要用于炉衬的各种耐火砖以及钢包的耐火材料。4） 其它原材料消耗电极和工具材料。5） 动力热力消耗指标主要为电能和各种气体和燃油等。(5)
18、连铸生产技术指标连铸比 100%铸坯合格率 98%连铸收得率 98%1.2 电炉车间设计方案1.2.1主要冶炼钢种及产品方案本设计主要生产不锈钢，产品需求可根据市场的要求进行灵活调整。根据毕业设计任务书中年产100万吨不锈钢的要求，可确定其产品大纲。详见于表1-1：表1-1 产品大纲序号代表钢号产量（104t/a）比例（%）11Cr17Ni7606021Cr18Ni9Ti202031Cr17Mo101041Cr13 1010合计1001001.2.2电炉炼钢车间设计与建设的基础材料（1）建厂条件 1）各种原料的供应条件，特别是钢铁材料来源； 2）产品销售对象及其对产品质量的要求； 3）水电资源
19、情况，所在地区的产品加工，配件制作的协作条件；（2）工艺制度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。1）冶炼方法：利用超高功率电弧炉进行单渣法冶炼，然后进行炉外精炼；2）浇注方法：采用全连铸；3）连铸坯的冷却处理与精整：铸坯在冷床上冷却并精整；4）在技术或产量方面应留有一定的余地。1.2.3电炉炼钢车间的组成完整的电弧炉车间应包括：（1）炼钢主厂房，包括原料跨、炉子跨、精炼跨及钢水连铸跨；（2）废钢料堆场及配料间包括废钢处理设施（预热、烘烤等）；（3）铁合金及散状材料间；（4）钢锭、坯存放场地；（5）中间渣场；（6）机电维修间及快速分析室；（7）炉衬制
20、作与各种备件修理场地；（8）耐火材料库、备件备品库、车间变压器室、配电室；（9）水处理、烟气净化设施及车间管理、生活服务设施。1.2.4 电炉各车间的布置情况由于是一台超高功率电弧炉，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:此跨主要是为废钢、返回废钢，散状料及耐火材料等提供场地。 （2）炉子跨：此跨配一台150吨超高功率的偏心底出钢电弧炉，炉体炉盖修理区，电炉装料配置，电炉变压器房。（3）精炼跨：此跨配公称容量150吨的精炼炉一座，供氧系统，钢包烘烤区，精炼设备维修区及钢包维修区，高架行车进行跨间的整体运输工作。（4）连铸跨：此跨设有二机二流的弧形
21、板坯连铸机1台、二冷装置维修区、中间包维修区和结晶器维修区以及连铸机设备维修区。（5）出坯跨：主要是铸坯堆放区，拉矫机及切割机维修区等的布置。铸坯堆放区用来存放良锭、坯件，其间有运输线路直接通到轧钢车间。2 电弧炉炉型设计32.1电弧炉炉型设计2.1.1 电弧炉炉型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，以球形为最好。现代电弧炉炉体中部是圆筒形，炉底为弧型，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。电弧炉设计应保证高的生产率，电能、耐火材料、电极等消耗要低，同时要满足冶金反应顺利进行
22、，故应考虑以下因素：（1）选用大功率变压器；（2）保证高的热效率和电流效率；（3）采用高质量的耐火材料砌筑材料；（4）炉子各部分形状和尺寸设计布局合理；（5）炉子熔炼室容积能一次装入堆比量中等的全部炉料；（6）炉子倾斜1020能保证钢液顺利流出。2.1.2 熔池的形状和尺寸（1）熔池的形状。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上，且易于修炉。（2）熔池的尺寸计算。熔池的容积应能容纳全部钢水和约为钢水量的7%8%的熔渣，并留有适当余量。熔池体积V
23、池（m3）的计算公式为：V池=+式中：h1球冠部分高度，m，一般取h1=H/5; h2截锥部分高度，m，h2=H-h1=4/5H； D熔池液面直径，m，通常采取D/H=5，即D=5H； d球冠直径，m。因d=D-2h2=5H-H=H。则：V池=12.1H3=0.0968D3V池=V金+V渣电炉的氧化期具有最大渣量。对碱性电炉：G钢/G渣=7%。而渣的比重为3.03.5t/m3，取每立方米渣重3.3t，则每吨钢的体积为0.3m3。则：V渣/V金=0.15所以：V池=1.15V金=1.15GV0式中：G炉子容量，t； V0吨钢液体积，取0.14m3/t。则对于150吨电弧炉：V池=1.15V金=1
24、.15GV0=1.151500.14=24.15m3熔池深度H=1.259 m熔池直径D=6.295m球冠部分高度=0.252m截锥部分高度=1.259=1.007m球冠直径d=H=1.259=4.281m2.1.3 熔化室的尺寸熔炼室是指熔池以上至炉顶拱基的那部分容积，其大小应能一次装入堆积密度中等的全部炉料。（1）熔炼室下缘直径D熔炉坡与炉壁交接处的直径，为了防止钢液沸腾时炉渣冲刷炉壁砖或炉渣到达炉坡与炉壁砖交界处，炉坡应高于炉门槛约100mm左右，及当选定炉坡角度为45时：D熔=D+2100因D=6.295m=6295mm，则D熔=6495mm（2）熔炼室的高度H1金属炉门槛至炉顶拱基的
25、空间高度为熔炼室高度。炉衬门槛较金属门槛高出80100mm。熔炼室的高度应根据炉内的热交换情况来确定。经验值为：H1/D=0.50.45，40t电炉。此处取0.42。所以：H1=0.42D=0.426.295=2.644m （3）炉顶高h3=（因炉顶砖不同而异，取）则h3=D熔/8=6.495/8=0.812m至此，炉底至炉顶中央高度H2=H1+H+h3=2.644+1.259+0.812=4.715m（4）熔炼室上缘直径D1熔炼室一般为上大下小，炉壁上薄下厚，即D1D熔，其炉墙内侧斜度，一般为炉坡水平面至拱基高度（H1-100）的10%左右。所以：D1=D熔+2（H1-100）10%=6.4
26、95+2（2.644-0.1）10%=7.004m2.1.4 炉衬厚度的确定炉衬组成：炉壳石棉（10mm）绝热层工作层。比较经济的做法是选择优质材料，使用较轻薄的炉衬，按经验值选，炉顶炉衬厚度见下表:表2-1 炉顶炉衬厚度吨位/t40/mm230300350对150t电弧炉取350mm。炉壁部位厚度见下表：表2-2炉壁部位厚度吨位/t40工作层/mm230345460绝热层/mm757575炉底部位总厚度近似等于熔池深度对150t电弧炉炉壁厚度取工作层460mm，绝热层75mm，炉底厚度1259mm，炉壁厚度为壁=460+75=535mm。2.1.5 炉壳及厚度z的确定炉壳要承受炉衬和炉料的重
27、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。炉壳厚度一般为炉壳直径的1/200，即z=,炉壳厚度与炉壳直径的关系见下表：表2-3炉壳厚度与炉壳直径的关系D壳/m6z/mm12151520252830因D=6.295m，故D壳6m，因z与炉壳直径D壳的关系为，取z=30mm，则：D壳=D熔+2壁+2z=6.495+20.535+20.03=7.625m2.1.6 工作门和出钢口 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：(1)能清楚看见炉内的炉料，炉顶中心，并便于观察炉内情况；(2)能方便的修补炉壁和炉底；(3)熔炼过程中，电极折断时能将电
28、极从炉门取出；(4)方便喷吹炉料和氧气。炉门尺寸的经验值： 炉门宽度 l(0.25-0.3)D熔1.624m炉门高度 b0.8l1.300m2.2 偏心底出钢箱的设计（1）出钢箱内口与中心夹角出钢箱内口与中心夹角的大小直接影响箱体内钢水的流动性，从而影响钢水的温度。在一定范围内，越小，出钢箱内钢水流动性越差，其与炉子中心温度差越大，一般情况下，出钢箱温度比炉子中心的温度低5080，如果过低会造成出钢时箱体内仍有固体冷块料和未熔渣料，出钢时会堵塞出钢口造成事故。因此出钢箱内口和中心夹角要确保钢水流动性好，钢水温差小。=100时钢水在出钢箱的流动性最好。考虑到弧形架对炉底的支撑，150t超高功率电
29、弧炉的取112。（2）出港口到炉子中心的距离偏心度E出钢口位置的确定应该考虑填料方便，便于检修。如果出钢口到炉子中心距离偏心度E过大，则出钢口到炉子中心的距离越远，箱内钢液的温度与炉内的钢液的温度差越大。因此，在填料、维修方便的前提下，偏心度越小越好。考虑到出钢口填料方便，出钢口到炉体中心的距离为：E=D壳/2+（350400）=4213mm（3）出钢箱远离中心内测距离炉子中心的距离L当炉壁厚度S为535mm时有L=E+S=4213+535+600=5348mm。（4）出钢箱高度出钢箱的高度为箱底炉衬厚度及箱底钢板厚度（38mm）共1300mm，钢液高度838mm，安全高度1400mm，三者之
30、和为3538mm。（5）出钢口直径出钢口为一个圆形孔洞，其直径一半为120150mm，为缩短出钢时间，取出钢口直径为150mm。80t超高功率电弧炉各部分尺寸列于表3-4，设定值见表3-5。表2-4 150t超高功率电弧炉各部分尺寸项目尺寸/mm项目尺寸/mm熔池容积V池24.15 m3炉衬工作层厚度460熔池直径D6295炉衬绝热层厚度75熔池深度H1259炉底厚度1259球冠部分高度h1252炉壳厚度z30截锥部分高度h21007炉壳直径D壳7625球冠直径d4281炉门宽度L1624熔炼室下缘直径D熔6495炉门高度b1300熔炼室高度H12644出钢口直径150炉顶高h3812出钢箱内
31、口与中心夹角112熔炼室上缘直径D17004偏心度E4213表2-5 150t超高功率电弧炉各部分尺寸设定值项目尺寸/mm项目尺寸/mm熔池容积V池24.15 m3炉衬工作层厚度460熔池直径D6300炉衬绝热层厚度75熔池深度H1260炉底厚度1260球冠部分高度h1250炉壳厚度z30截锥部分高度h21010炉壳直径D壳7630球冠直径d4280炉门宽度L1630熔炼室下缘直径D熔6500炉门高度b1300熔炼室高度H12650出钢口直径150炉顶高h3820出钢箱内口与中心夹角112熔炼室上缘直径D17010偏心度E42202.3 电弧炉变压器功率和电参数的确定2.3.1确定变压器的功率
32、由熔化时间来计算变压器功率；熔化期长短主要是由供电功率来确定。变压器的功率由以计算式来求：P视=式中：P视变压器视在功率，KVA；D壳炉壳直径，m； 额定装入量的熔化时间，h，取40min，即0.683h。则P视=93621KVA，取变压器视在功率为KVA，即100MVA。2.3.2电极直径的确定d电极= 式中：I电极上的电流强度，A；石墨电极500时的电阻系数，1010-4/cm；k系数，石墨电极取2.1w/cm。其中I=82479A最高二次电压U=15=15=696KV700KV计算d电极=706mm700mm由所得的电极上的电流强度I可得出电流密度I/S=82479/（/47070）=2
33、2A/cm2。故选取的电极直径是合理的。不同尺寸的电极I/S值见表：表2-6 电极I/S值d电极/mm450500550600700I/S（A/cm2）192718271726172517252.3.3电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，炉墙的损耗要加剧，因此电极直径与熔池溶液面直径有关。电极心圆直径的经验值为：=（0.250.30）D所以d三极心=0.3D=0.306295=1890mm表2-7 变压器功率及电参数项目参数项
34、目参数P视100MVAd直700mmU7000VI/S22A/cm2I82479Ad三极心1890mm2.4水冷挂渣炉壁设计由于电弧炉的高功率化，使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；2）具有很好的挂渣能力；3）采用分离式炉壳，易于拆卸更换。水冷挂渣炉壁各基本参数确定的主要依据是炉子工作条件下通过炉壁所传出的热量大小。水冷炉壁应确定几个参数：水冷壁的热流，水冷炉壁的面积，冷却水流量，流速
35、，冷却水通道的尺寸（冷却水管直径）；还有计算过程中所需要的对流换热系数，综合传热系数和最大热流等参数值.（1）电弧炉炉壁的热流：电弧炉炉壁承受的热流主要来自电弧辐射热，其大小与电弧功率、电弧和炉壁间距等因素有关。冷热点处单位面积上电弧辐射功率的计算式如下：=式中 平均每相电弧功率，其值为cosP/30.7/323333.3KW R熔池面半径，其值为3.1475m， K三电极极心圆与熔池直径之比，其值为1.8885/6.2950.3经计算得，235.74kW/m2，206.73kW/m2（2）冷却水流量计算根据电弧炉水冷炉壁的热流全部被冷却水吸收的热平衡关系得Qs=式中：q炉壁热流，kJ/m2h
36、 S水冷炉壁的受热面积，33m2 G冷却水的流量，t/h 水的热容，4190kJ/kg t0出水温度 t1进水温度故G =qs (t0-t1)=235.74360033（419015）=450t/h冷却水的实际流速与冷却水通道结构关系很大，因为炉壁热流强度为235.74kW/m2，可选用管式水冷炉壁，水速定为2.0 m/s。（3）管径的确定水速确定后，根据所需水流量计算管径d支，其计算公式为式中：u冷却水速，2.0 m/s 水的密度，1000kg/m3 NS面积分为N块，取10。计算得d支=0.090m（4）平衡挂渣厚度平衡挂渣厚度可用下式计算：Ls=式中：水在平均温度为30时的导热系数，0.
37、598W/m，Fe44.99 W/m，s3.48 W/m，LFe为水冷管壁厚度，取10 mm。Re=1.02.00.090/1.4710-6。=0.023=0.0230.598/0.090=3927.10 W/m计算得Ls= 3.48=0.016m（5）综合传热系数水冷炉壁的综合传热系数U：U = =2188.18W/mU1=/450523.9W/m式中：t2水冷管外表温度，t2U1 ,该水冷炉壁运行安全可靠（6）临界热流量与最大热流量临界热流量与最大热流量可用如下公式计算3927.10（100-30） W/m2=3.19448001.74107 W/m2（7）水冷炉盖计算采用超高功率电弧炉冶
38、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20mm，30mm，水冷层厚度为200mm。内衬挂渣铆钉为20mm。炉盖直径的确定：式中：水冷炉盖直径；炉壳直径；添加系数，其值为200mm。=7.625+20.2=8.025m炉盖上开五个孔，其中三个为电极孔，一个为高位料仓加料孔，另一个为排尘孔。炉盖圈的高度为300mm，环形凸圈的高度定为60mm，宽度也定为60mm，炉盖上还焊有6根拉筋，起加固炉盖作用。3电弧炉炼钢物料平衡和热平衡3.1物料平衡计算3.1.1 熔化期的物料平衡（1）计算所需的原始数据有冶炼钢种及其成分表(31)，原材料成分（32）
39、炉料中元素烧损率（表33）被炉料带入的（表34）等其他数据表 3-1 冶炼钢种及其成分钢种化学成分%1Cr17Ni7C0.15Mn2.00Si1.00P0.035S0.030Ni6.008.00Cr16.0018.00注：分母系计算时的设定值，取其成分中限表 3-2 炉料中元素烧损率成分CSiMnPS烧损 率（%）熔化期2540，取307095，取856070，取654050，取45可以忽略氧化期0.06全部烧损200.0152530，取27注： 按末期含量取0.06%；按末期含量取0.015%表 3-3 原材料成分%名称CSiMnPSCrAlFeH2O灰分挥发分碳素废钢0.180.250.5
40、50.030.03余量FeMn6.600.5067.800.2300.13024.74FeSi73.000.500.0500.0302.5023.92Si Mn1.6520.5063.200.0650.04514.54Fe Cr4.350.400.0350.04567.3027.87Al1.50焦炭81.500.5812.405.52电极99.001.00名称SCaOSiO2MgOAlO3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5石灰0.0688.002.502.600.504.640.100.10萤石0.100.305.500.6088.01.501.500.90铁矿石0.081.305.750
41、.3089.771.200.15火砖块0.5560.800.601.25高铝砖1.256.400.120.88镁砂4.103.6589.501.90焦炭灰分4.4049.700.9518.550.15电极灰分8.91057.800.10（2）物料平衡的基本项目收入项有：废钢、焦炭、石灰、萤石、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、铁合金、火砖块、氧气、空气。支出项有：钢水、炉渣、炉气、挥发的铁、焦炭中的挥发分。计算步骤.以100Kg金属炉料为基础，按工艺阶段熔化期、氧化期分别进行计算，然后汇成总物料平衡表。（3）计算步骤。以100 Kg金属炉料（废钢）为基础，按工艺阶段分别进行计算，然后会总成物料平衡表。第一步：熔化期计算表 3-4 其他数据名称参数配碳量熔化期脱碳量电极消耗量炉顶高铝砖消耗量炉衬镁砖