(可研报告年产100万吨合格不锈钢铸坯的电炉炼钢厂工艺设计

(可研报告年产100万吨合格不锈钢铸坯的电炉炼钢厂工艺设计内容摘要：

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 20 20 30 316L、 310S、 430 等常用不锈钢的每日报价服务以及销售服务。 网站报价在每次市场价格变动的时候 第 3 页 都会及时更新。 第 4 页 1 电弧炉炼钢车 间的设计方案 [1][2] 电炉车间生产能力计算 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= .8760aG y 式中： Ga— 车间产品方案中确定的年产量， t； τ — 冶炼周期， 取 60min； η — 作业率η =年 作 业 天 数年 日 历 天 数100%，一般 η =90% 94%，取 90%； y— 良坯收得率，连铸一般 95% 98%。 Q= .8760aG y= 4100 10 18760 90% 98%==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、 70t、 80t 、 100t 、 125t 、 150t 、175t 、 200t 所以选 150t 超高功率电弧炉一座。 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 第 5 页 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)连铸生产技术指标 连铸比 100% 铸坯合格率 98% 连铸收得率 98% 电炉车间设计方案 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11： 表 11 产品大纲 序号 代表钢号 产量（ 104t/a） 比例（ %） 1 1Cr17Ni7 60 60 2 1Cr18Ni9Ti 20 20 3 1Cr17Mo 10 10 4 1Cr13 10 10 合计 100 100 （ 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； 第 6 页 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。 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。 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。 第 7 页 2 电弧炉炉型设计 [3] 电弧炉炉型设计 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，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 10176。 ～ 20176。 能保证钢液顺利流出。 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 45176。 ，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 池 （ m3）的计算公式为： V 池 = 222 ( D )12 h dD dD d + 2 21(3 +h )64dh  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=Hh1=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=D2h2=5H85 H=175 H。 则： V 池 == V 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 第 8 页 ，取每立方米渣重 ，则每吨钢的体积为。 则 ： V 渣 /V 金 = .= 所以： V 池 = 金 =∙V0 式中： G— 炉子容量， t； V0— 吨钢液体积，取。 则对于 150 吨电弧炉： V 池 = 金 =∙V0=179。 150179。 = 熔池深度 H= = m 熔池直径 D= 3 = 球冠部分高度 1h =5H = 截锥部分高度 2h =45H =45 = 球冠直径 d=175 H=175 179。 = 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 45176。 时： D 熔 =D+2179。 100 因 D==6295mm，则 D 熔 =6495mm （ 2）熔炼 室的高度 H1 金属炉门槛至炉顶拱基的空间高度为熔炼室高度。 炉衬门槛较金属门槛高出 80~100mm。 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=~，40t 电 炉； H1/D=~， 40t 电炉。 此处取。 所以： H1=179。 D=179。 = （ 3）炉顶高 h3 shD熔=1179 （因炉顶砖不同而异， 取 18 ） 第 9 页 则 h3=D 熔 /8=至此，炉底至炉顶中央高度 H2=H1+H+h3=++= （ 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（ H1100）的 10%左右。 所以： D1=D 熔 +2179。 （ H1100） 179。 10%=+2179。 （ ） 179。 10%= 炉衬厚度 δ 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 21 炉顶炉衬厚度 吨位 /t 20 2040 40 δ /mm 230 300 350 对 150t 电弧炉 取 350mm。 炉壁部位厚度见下表： 表 22 炉壁部位厚度 吨位 /t 20 2040 40 工作层 /mm 230 345 460 绝热层 /mm 75 75 75 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 δ 壁 =460+75=535mm。 炉壳及厚度 δ z的确定 炉壳要承受炉衬和炉料的重量，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 δz=200D壳 ,炉壳厚度与炉壳直径的关系见下表： 表 23 炉壳厚度与炉壳直径的关系 D 壳 /m 3 3~4 4~6 6 δ z/mm 12~15 15~20 25 28~30。