冶金工程专业毕业论文--年产100万吨电炉炼钢车间设计

冶金工程专业毕业论文--年产100万吨电炉炼钢车间设计内容摘要：

的拥有比较完备的水、陆、空立体交通网络的城市，逐步成为区域重要的交通枢 4 纽和交通运输中心。 （ 4）气候资源 万州区境内属亚热带季风湿润带，气候四季分明，冬暖、多雾；夏热，多伏旱；春早，气温回升快而不稳定，秋长，阴雨绵绵，以及日照充足，雨量充沛，天气温和，无霜期长，霜雪稀少。 境内多年平均气温 176。 C ，最高年平均气温 ℃ （ 1982 年），最低平均气温 ℃（ 1974 年）；多年极端最高气温为41 ℃ （ 1972 年 8月 26日），极 端最低气温零下 ℃ （ 1955 年 1月 27日， 1975 年12月 15日），多年平均年日照时数 ，最高年日照时数 1713小时，最小年日照时数 924小时，据境内大滩口水文站资料统计，多年平均降水 1243毫米，最多年降水量为 （ 1982 年）。 最低年降水量为 毫米（ 1976年），多年平均年水面蒸发为 620毫米，年蒸发总量达。 （ 5）地质条件 万州区地处四川盆地东缘，重庆市东北边缘，面积 3457平方公里（耕地面积100万亩，其中田 万亩；大于 25度坡地 万亩，其中旱地 ），城市面积 平方公里。 区内山丘起伏，最高点普子乡沙坪峰，海拔 1762 米，最低点黄柏乡处长江边，海拔 106 米，西北部高升乡凤山材肖垭口，海拔高度为 米，境内相对高差分别为 米、 米，低山、丘陵面积约占四分之一，低中山和山间平地面积约占四分之一，极少平坝和台地，且零星散布。 境内河流纵横，河流、溪涧切割深，落差大，高低悬殊，呈枝状分布，均属长江水系。 长江自西南石柱、忠县交界的长坪乡石槽溪（海拔 118米）入境，向东北横贯腹地，经黄柏乡白水滩（海拔 106米）流入云阳县，流程。 境内流域面积在 100平方公里以上的河流有江北的苎溪河、渡河、石桥河、汝溪河、浦里河，江南的泥溪河、五桥河、新田河共八条，溪沟 93条，总水域面积为 （ ）。 境内出露地层的地质年代多见于中生代三叠纪和侏罗纪，形成时间距今~，以侏罗纪分布最广，三叠纪次之，局部地方有距今 ~的古生代二叠纪地层，也有距今 250万年的新生代第四纪地层，境内地质构造线，属新华夏系第三巨型隆起带武陵山褶皱 带西缘与大巴山弧形褶皱带控制的四川菱形构造盆地的北东三北东方向延伸出境外，消失于七曜山背斜构造的北西侧，形 成向突向北西的万县弧形构造线。 产品方案 在这节里，年产量、冶炼钢种及其产量比例均有设计任务书规定得知。 具体钢号可给定也可自行选择（包括每类选 2个以上钢号，其比例自定），选择原则如 5 下： （ 1）所选钢号必须是该钢种中典型的常用代表钢号； （ 2）综合考虑中国的矿产资源状况，我国的矿产资源基本是缺铬少镍多硅锰。 （ 3）考虑市场需求情况。 以下内容，将举例说明。 冶炼的钢种，代表钢号及化学成分确定 表 11给出各冶炼钢种代表钢号及其化学成分表。 表 11 冶炼钢种化学成分表 (%) 钢种 成分 优质碳素 结构钢 合金 结构钢 碳工钢 硅钢 轴承钢 弹簧钢 不锈钢 45 20 40Cr 20MnSi[1] T8 D22 GCr15 60Si2Mn 1Cr18Ni9Ti C ～ ～ ～ ～ ～ ≤ ～ ～ ≤ Si ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ≤ Mn ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ≤ P ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ S ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ Ni ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ～ Cu ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ Cr ≤ ≤ ～ ≤ ～ 17～ 19 Ti [2] 注： [1]： C+1/6Mn= [2]:5179。 ()～ 本设计只以轴承钢（ GCr15SiMn）为例来确定配料计算，炉型设计 (炉子容量及座数确定，炉型尺寸计算、变压器及电器参数选择等 )，连铸车间设计，电炉和精炼车间的设计和选择 (车间设备选择及布置，各跨间的设计 ),烟气净化设计等。 下面给出轴承钢（ GCr15SiMn）的目标成分表 表 12 冶炼钢种及其成分 6 钢种 成分（ %） 备注 C Si Mn P S Cr Fe GCr15SiMn ～ ～ ～ ≤ ≤ ～余量 氧化法冶炼 钢种简介 轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和 轴承套圈 的钢。 轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的 硬度 和耐磨性，以及高的弹性极限。 对轴承钢的化学成分的均匀性、 非金属夹杂物 的含量和分布、 碳化物 的分布等要求都十分严格，是所有 钢铁 生产中要求最严格的钢种之一。 1976年 国际标准化组织 ISO将一些通用的轴承 钢号 纳入国际标准，将轴承钢分为：全淬透型轴承钢、表面硬化型轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等四类共 17个钢号。 有的国家增加一个类别为特殊用途的轴承钢或合金。 我国已纳入标准的轴承钢分类方法与 ISO相似，分别对应为高碳铬轴承钢、 渗碳 轴承钢、不锈 耐蚀轴承钢 、高温轴承钢四大类。 近五十年来我国还在轴承钢钢种及其轴承用材料方面，如无铬轴承钢、中碳轴承钢、特殊用途轴承钢及合金、金属陶瓷等取得了很大的进展。 高碳铬轴承钢GCr15是世界上生产量最大的轴承钢，含碳 Wc为 1%左右，含铬量 Wcr为 %左右，从 1901年诞生至今 100多年来，主要成分基本没有改变，随着科学技术的进步，研究工作任在继续，产品质量不断提高，占世界轴承钢生产总量的 80%以上。 以至于现在我们所说的轴承钢如果没有特殊的说明，那就是指 GCr15。 钢的冶炼水平是轴承钢内在质量好坏的先决条件。 钢中的氧含量、成分偏析，夹杂物数量及分布，大颗粒碳化物的状况是影响轴承钢内在质量的重要冶金因素。 世界上生产轴承钢最著名的厂家有瑞典 SKF公司，日本的山阳特殊钢厂，美国Timken公司等。 日本山阳公司的棒线生产工艺流程： UHP电炉－ LF精炼炉－ RH精炼炉－连铸或模铸－初轧－三辊行星轧机或大型轧机－无损探伤－修磨－连轧机组－无损检验－连续炉球化退火－无损检测－检验入库。 SKF公司 OVaK0钢厂棒线生产工艺流程：电炉－ LFV精炼炉－模铸－均热炉－初轧－火焰清理－ 150179。 150坯料－检验、喷丸、修磨－加热－除鳞－轧制－冷却－剪切－打包－发货。 该厂年产 45万 t钢，全部采用模铸，初轧开坯，而没有采用连铸。 我国某著名特殊钢厂轴承钢棒材 4条生产线工艺流程： 7 （ 1）电炉－ VHD精炼炉－模铸（ 680 kg锭）－钢锭修磨（需要时）－Φ 650轧机－酸洗、抛丸、检查－修磨－需要时退火－包装－入库。 （ 2） UHP电炉－ LF+VD精炼炉－连铸或模铸（ 3 t锭）、 850开坯－检查－修磨－连轧（需要时连续退火）－检查－修磨－校直－包装入库。 （ 3）电炉－模铸电极－电渣冶金－轧制－或热处理－ 精整－包装入库。 （ 4）真空感应炉－真空自耗炉－轧制－精整－或热处理－包装入库。 本设计采用的工艺流程为： UHP电炉－ LF+VD精炼炉－连铸－检查－修磨－连轧（需要时连续退火）－检查－修磨－校直－包装入库。 9 2 超高功率电弧炉炉型设计计算 电弧炉是炼钢电炉的一种，也是目前世界上焙炼优质钢、特殊用途钢种的主要设备。 电弧炉的整体设计是包括机械、电气、热工、冶炼、耐火材料等多门专业的工程。 随着钢的质量不断提高，熔炼工艺在革新，也向炉子结构（包括耐火材料砌衬）提出了更高的要求。 自 60 年代中期提出电弧炉超高功率概念以来，电孤炉建造趋于大型化、高功率化，出现了多种新型式的电弧炉。 本次设计的电弧炉具有如下特点：具有较高的生产率，电能、耐火材料和电极消耗低，满足多钢种冶炼时冶金反应的要求。 电炉容量和座数的确定 电 炉 容量和座数的选择与车间的生产规模，生产 的 钢种以及 设 备供 应情况等因素有关。 一 般在要求一定的车 间 产钢量的条件下 ， 力求选用较大容量 的 电炉 ，因为大型电炉的技术经济指标较好 ， 单位热损失较小 ， 电能等单位消耗较低。 操作人员和管理人员相对较小。 另外，车间内的电炉类型不宜过多，一般不超过两种。 同一车间电炉类型过多对车间的设备配置，备品备件的准备以及炉子的维护检修都有困难。 但车间内设置一、二座小容量电炉对生产是有利的座数也不宜过多，座数过多时车间生产调度复杂，各个电炉之间相互影响和干扰，同时车间劳动条件亦会恶化。 为了确定电炉 的座数和容量，首先要估算每次出钢量： (1)求车间每次出钢量 Gst=yftcQst  8760= %69%948760 10000010   = 注意 :Gst是指车间内各座电炉每次出钢的总和，而电炉的每次出钢量是指该电炉的平均出钢量。 式中： Gst —— 车间产品方案中规定年产量， t tc—— 冶炼周期， h，取 1h f —— 电炉作业周期率 %，一般为 90～ 94%，取 94%(344天 /年 ) y—— 良锭收得率 96% 公式中几个主要技术指标的确定和计算如下： ①日历作业率 有效作业日数占日历日数的百分比，称为日历作业率。 日历作业率＝有效工作日数 /365100%。 10 有效作业时间＝日历时间 停工时间。 停工时间除去出钢、出钢后的热修补炉衬和装料操作之外的所有停歇时间，含有计划检修、更换炉衬及临时性（事故性的）的热停工、停电、停止熔炼时间在内。 当电炉与全连铸配合时，电炉有效作业日数为 275～ 290 天，当电炉与全模铸配合时，电炉有效作业日数为 3l0～ 320 天。 此处取 310 天。 则 η＝ 310/365100%＝ %。 ②良坯收得率 α＝合格钢锭量 /全部入炉金属料量 合格钢锭量＝全部入炉金属料量 熔损量 （汤道 +铸余 +包底量） 废品量 收合率的倒数称为金属消耗系数。 金属收合率与冶炼钢种、方法、钢 铁料质量、锭型大小、铸锭方法、炉子公称容量等因素有关。 我国连铸法生产的收合率为 95～ 96%。 取 95%。 另外，要注意钢锭收合率与钢水收得率的区别。 钢水收得率＝合格钢锭量 /合格钢水量 ③冶炼周期 电炉冶炼周期一般为 60～ 70 分钟，取 60 分钟，约为 1 小时。 (2)座数及容量确定 在不同生产规模下，一般选用的电炉容量可参考表 21。 表 21 生产规模与电炉容量的选择 电炉座数 N= PGst 式中： P—— 实际出钢量 P=Ti(1+fch)； fch—— 超装系数为 10～ 20%，取 10%； Ti—— 公称容量， t； n—— 电弧炉座数，取 2座。 所以： P= = Ti= =≈ 75t 故确定公称容量为 75t。 序号 车间年产钢锭量， (t) 电炉公称容量， (t) 1 ＜ 70000 ； 3； 5； 10 2 70000～ 202000 5； 10； 20； 30 3 ＞ 202000 20； 30； 50； 75； 100 11 (3)车间生产能力的核算 Qst=Σ ti(1+fch)ni ytc f8760 式中： ni—— 电弧炉座数，指同一公称容量炉子的座数。 其余称号同前 Qst=75(1+)179。 2179。 1 179。 96%=1304329t100万吨 年良锭设计产量为 130万吨，故满足要求。 超高功率炉型设计 设计步骤： ①求出炉内钢液和熔渣的体积； ②计算熔池的深度和直径； ③确定熔炼室空间的高度和直径； ④确定炉顶的拱高和和炉盖的厚度； ⑤确定炉衬的尺寸和炉壳的直径； ⑥确定偏心炉尺寸 图 21 电炉炉型 熔池的形状和尺寸 电弧炉的大小以其额定容量（公称容量）来表示，所谓额定容量是指新设计的电炉熔池所能容纳的钢水量。 实际生产过程中，随着熔炼炉数的增多，熔池容积不断增，装入量或者出钢量也就不断增大。 另外生产中还经常用提高炉门门槛即造假门槛的办法来增加炉产量，这样就出现了超装问题，一般认为超装 20％左右为宜，不宜超装太多，大电弧炉基本上不超装。 熔池：容纳钢液和熔渣的那部分容积。 熔池的容积应能足够容纳适宜熔炼的钢液和熔渣，并留有余地。 （ 1）熔池形状 12 其形状应有利于冶炼反应的顺利进行，砌筑容易修补方便。 本设计使用目前较为流行的锥球形 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，加快炉料熔化并及早。