毕业设计说明书

本科毕业设计（论文）任务书

年产60万吨不锈钢的炼钢车间

题 目： 工艺设计 院（系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师（签名）： 主管院长（主任）（签名）：

时 间：

冶金工程学院 冶金工程

2011 年 6 月 1 日

111 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. 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：中国不锈钢产业现状及发展趋势 10. 翻译冶金工程专业有关英文1～2篇。 二、毕业设计（论文）题目应完成的工作（含图纸数量） 1. 2. 3. 4. 5. 认真进行毕业实习，写出实习报告； 完成设计任务，写出毕业设计说明书； 绘制设计图3张； 翻译与本专业有关的外文译文1～2篇，达到要求的工作量； 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 1 2 3 4 设计（论文）各阶段任务 进行毕业实习, 撰写实习报告 完成外文译文及专题研究 完成物料平衡和热平衡计算 完成炉型设计和炼钢工艺设计 日 期 2.20-3.6 3.7-3.25 3.26-4.5 4.6-4.23 备 注 第 1 页

5 6 7 8

完成车间生产工艺布置及主体设备选型 生产组织编制及技术经济指标确 绘制设计图 222

4.24-4.30 5.8-5.22 5.23-5.31 6.1-6.10 打印毕业设计说明书，进行毕业答辩 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,2004 [3] 李传薪主编.钢铁厂设计原理（下册）.冶金工业出版社，1994 [4] 冯聚和编.炼钢设计原理.化工出版社出版，2004 [5] 王令福主编.炼钢设备及车间设计.冶金工业出版社，2007 [6] [7] [8] [9] 王成刚,王齐铭主编.金属提取冶金学.西安地图出版社,2000 戴云阁等编. 现代转炉炼钢.东北大学出版社，1999 王雅贞等编. 氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备（第2版）.冶金工业出版社，2004 王雅贞等编. 新编连续铸钢工艺及设备.冶金工业出版社，2003 [10] 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 [11] 与专题有关的最新文献 五、审核批准意见 教研室主任签（章）

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设计总说明

本文设计了一个年产60万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80吨超高功率电弧炉、一台AOD精练炉、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

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Design Description

In this paper, we have designed a electric arc furnace workshop which can produce 600,000 tons of qualified stainless steel a year.Through the ascertained of the products outline, eaf material balance, thermal equilibrium calculation, ultra-high power electric arc furnace’s type design ,the workshop process design and workshop layout, we finaly identified a 600,000 tons of qualified stainless steel smelting plant with which a 600,000 tons of 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 power electric arc furnace→AOD furnace refineing→continuous 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 sustainable development.

Key Words：ultra-high power electric arc furnace，AOD refineing furnace,

Steelmaking

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目录

设计总说明 .................................................................................................................................................. 3 绪论 .................................................................................................................................................................. 1 1不锈钢基本信息 .................................................................................................................................... 1 2不锈钢历史 ............................................................................................................................................. 1 3不锈钢作用 ............................................................................................................................................. 1 4不锈钢为什么耐腐蚀？ ....................................................................................................................... 2 5未来展望.................................................................................................................................................. 2 6不锈钢的标识方法................................................................................................................................ 2 7不锈钢价格 ............................................................................................................................................. 3 1电弧炉炼钢车间的设计方案

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............................................................................................................ 4

1.1 电炉车间生产能力计算.................................................................................................................. 4 1.1.1 电炉容量和台数的确定 ........................................................................................................ 4 1.1.2 电炉车间生产技术指标 ........................................................................................................ 4 1.2 电炉车间设计方案........................................................................................................................... 5 1.2.1电炉炼钢车间设计与建设的基础材料............................................................................... 5 1.2.2 电炉炼钢车间的组成............................................................................................................. 5 1.2.3 电炉各车间的布置情况 ........................................................................................................ 5 2 电弧炉炉型设计 .................................................................................................................................... 7 2.1电弧炉炉型设计................................................................................................................................ 7 2.1.1 电弧炉炉型 .............................................................................................................................. 7 2.1.2 熔池的形状和尺寸 ................................................................................................................. 7 2.1.3 熔化室的尺寸 .......................................................................................................................... 8 2.1.4 炉衬厚度δ的确定 ............................................................................................................... 9 2.1.5 炉壳及厚度δz的确定 .......................................................................................................... 9 2.1.6 工作门和出钢口.................................................................................................................... 10 2.2 偏心底出钢箱的设计 ............................................................................................................... 10 2.3 电弧炉变压器功率和电参数的确定.......................................................................................... 12 2.3.1确定变压器的功率 ................................................................................................................ 12 2.3.2电极直径的确定..................................................................................................................... 12 2.3.3电极心圆的尺寸..................................................................................................................... 12 2.4水冷挂渣炉壁设计 ......................................................................................................................... 13

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3电弧炉炼钢物料平衡和热平衡 ............................................................................................................ 16 3.1物料平衡计算 .................................................................................................................................. 16 3.1.1 熔化期的物料平衡 ............................................................................................................... 16 3.1.2 氧化期的物料平衡 ............................................................................................................. 22 3.2 热平衡计算 ...................................................................................................................................... 26 3.2.1 计算热收入QS...................................................................................................................... 26 3.2.2 计算热支出QZ...................................................................................................................... 26 4 电弧炉炼钢车间工艺布置.................................................................................................................... 30 4.1 原料跨 ............................................................................................................................................... 30 4.1.1 原料跨的跨度 ........................................................................................................................ 31 4.1.2 原料跨总长度确定 ............................................................................................................... 31 4.2 炉子跨整体布置 ............................................................................................................................. 31 4.2.1 炉子跨工作平台高度........................................................................................................... 32 4.2.2 炉子的变压器室和控制室.................................................................................................. 32 4.2.3 电弧炉出渣和炉渣处理 ...................................................................................................... 32 4.2.4 炉子跨的长度、跨度、高度 ............................................................................................. 32 4.2.5 其他布置 ................................................................................................................................. 33 4.3精炼跨................................................................................................................................................ 33 4.3.1 整体布置 ................................................................................................................................. 33 4.3.2 AOD精炼炉的工艺布置 ....................................................................................................... 33 4.4连铸跨................................................................................................................................................ 33 4.4.1 总体布置 ................................................................................................................................. 33 4.4.2 连铸机操作平台的高度、长度、宽度............................................................................ 33 4.4.3 连铸机总高和本跨吊车轨面标高 .................................................................................... 34 4.4.4 连铸机总长度 ........................................................................................................................ 34 4.4.5 连铸跨跨度 ............................................................................................................................ 35 4.5出坯跨................................................................................................................................................ 35 4.6 备注 ................................................................................................................................................... 35 5 电弧炉炼钢车间工艺设计.................................................................................................................... 37 5.1 废钢 ................................................................................................................................................... 37 5.2 辅助料 ............................................................................................................................................... 37 5.2.1 对辅助料的要求.................................................................................................................... 37 5.2.2 供应方案 ................................................................................................................................. 38 5.2.3 配料.......................................................................................................................................... 39 5.2.4 装料和补料 ............................................................................................................................ 39 5.2.5 电弧炉冶金工艺 ................................................................................................................ 40

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[3]

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5.2.6 精炼工艺.............................................................................................................................. 42 5.2.7 连铸操作工艺 ........................................................................................................................ 42 6 车间主要设备的选择............................................................................................................................. 44 6.1 电弧炉主要设备选择 .................................................................................................................... 44 6.1.1 校核年产量 ............................................................................................................................ 44 6.1.2 电极.......................................................................................................................................... 44 6.2 精炼炉设备选择 ............................................................................................................................. 45 6.3 连铸设备选型 .............................................................................................................................. 46 6.3.1 钢包允许的最大浇注时间.................................................................................................. 46 6.3.2 拉坯速度 ................................................................................................................................. 46 6.3.3 连铸机的流数 ........................................................................................................................ 47 6.3.4 弧型半径 ................................................................................................................................. 48 6.4 连铸机的生产能力的确定 ........................................................................................................... 48 6.4.1 连铸浇注周期的计算........................................................................................................... 48 6.4.2 连铸机作业率 ........................................................................................................................ 48 6.4.3 连铸坯收得率 ........................................................................................................................ 49 6.4.4 连铸机生产能力的计算 ...................................................................................................... 49 6.5 中间包及其运载设备 .................................................................................................................... 50 6.5.1 中间包的形状和构造........................................................................................................... 50 6.5.2 中间包的主要工艺参数 ...................................................................................................... 50 6.5.3 中间包运载装置.................................................................................................................... 51 6.6 结晶器及其振动装置 .................................................................................................................... 51 6.6.1 结晶器的性能要求及其结构要求 .................................................................................... 51 6.6.2 结晶器主要参数选择........................................................................................................... 51 6.6.3 结晶器的振动装置 ............................................................................................................... 52 6.7 二次冷却装置.................................................................................................................................. 52 6.7.1 二次冷却装置的基本结构.................................................................................................. 52 6.7.2 二次冷却水冷喷嘴的布置.................................................................................................. 52 6.7.3 二次冷却水量的计算........................................................................................................... 52 6.8 拉矫装置及引锭装置 .................................................................................................................... 52 6.8.1 拉矫装置 ................................................................................................................................. 52 6.8.2 引锭装置 ................................................................................................................................. 53 6.9 铸坯切割装置.................................................................................................................................. 53 6.10 盛钢桶的选择 ............................................................................................................................... 53 6.11 渣罐及渣罐车的选择 .................................................................................................................. 55 6.11.1 车间所需的渣罐数量 ........................................................................................................ 55 6.11.2 车间所需渣罐车数量 ........................................................................................................ 55

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6.12起重机的选择 ................................................................................................................................ 55 6.13 其它辅助设备的选择 .................................................................................................................. 55 7 车间人员编制及主要经济技术指标 .................................................................................................. 56 7.1 技术经济指标.................................................................................................................................. 56 7.1.1 产量指标 ................................................................................................................................. 56 7.1.2 质量指标 ................................................................................................................................. 56 7.1.3 作业效率指标 ........................................................................................................................ 56 7.1.4 连铸生产技术指标 ............................................................................................................... 56 7.2 车间人员编制.................................................................................................................................. 56 参考文献 ....................................................................................................................................................... 59 专题 ................................................................................................................................................................ 60 参考文献 ....................................................................................................................................................... 68 致谢 ................................................................................................................................................................ 70

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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2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，要追溯到第一次世界大战时期。英国科学家布享利2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2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

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4不锈钢为什么耐腐蚀？

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10．5%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；

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（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:201<202<304j1<304<321<316L<309<310S。

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服务。网站报价在每次市场价格变动的时候都会及时更新。

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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

1.1.1 电炉容量和台数的确定

[1][2]

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60万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； τ—冶炼周期， 取600min； η—作业率η=

×100%，一般η=90?%，取90%；

y—良坯收得率，连铸一般95?%。 Q=

=

=78t

所以选80t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 60万吨/年 冶炼时间 60min

熔化时间 40min

（2）质量指标 钢坏合格率 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。

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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%

1.2 电炉车间设计方案

1.2.1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。

1.2.2 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）炉衬制作与各种备件修理场地；

（8）耐火材料库、备件备品库、车间变、配电室；

（9）水处理、烟气净化设施及车间管理、生活服务设施。

1.2.3 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。

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（1）原料跨:此跨主要是为废钢、返回废钢，散状料等提供场地。废钢坑可按其块度的大小分几个不同的坑。

（2）炉子跨：此跨配一台80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80吨的精炼炉一座，耐火材料干燥室，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。

（4）连铸跨：此跨设有一机一流的弧形板坯连铸机1台、二冷装置维修区、中间包维修及烘烤区、拉矫及切割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，其间有运输线路直接通到轧钢车间。

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2 电弧炉炉型设计

2.1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，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10°～20°能保证钢液顺利流出。

[3]

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池（m3）的计算公式为：

V池=

(

+dD++dD+

)+

(3×+

)

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=12.1H=0.0968DV池=V金+V渣

3

3

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钢

电炉的氧化期具有最大渣量。对碱性电炉：G

3

/G

渣

=7%。而渣的比重为

3

3.03.5t/m，取每立方米渣重3.3t，则每吨钢的体积为0.3m。

则：V渣/V金=

=0.15

所以：V池=1.15V金=1.15G?V0 式中：G—炉子容量，t；

V0—吨钢液体积，取0.14m3/t。 则对于80吨电弧炉：

V池=1.15V金=1.15G?V0=1.1538030.14=12.88m3 熔池深度H=熔池直径D=球冠部分高度h1=

=1.021m =

=5.105m =0.204m

截锥部分高度h2==×1.021=0.817m 球冠直径d==×1.021=3.471m

2.1.3 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）熔化室直径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+23100

因D=5.105m=5105mm，则D熔=5305mm

（2）熔化室的高度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。

熔化室的高度应根据炉内的热交换情况来确定。经验值为：H1/D=0.5~0.45，<40t电炉；H1/D=0.44~0.40，>40t电炉。此处取0.42。

所以：H1=0.423D=0.4235.105=2.144m （3）炉顶高h3

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=×（因炉顶砖不同而异，取）

则h3=D熔/8=5.305/8=0.663m 至此，炉底至炉顶中央高度

H2=H1+H+h3=2.144+1.021+0.663=3.828m （4）熔池上缘直径D1

熔炼室一般为上大下小，炉壁上薄下厚，即D1>D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+23（H1-100）310%=5.305+23（2.144-0.1）310%=5.714m

2.1.4 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2-1 炉顶炉衬厚度 吨位/t <20 20~40 >40 δ/mm 230 300 350 对80t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/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80t电弧炉炉壁厚度取工作层460mm，绝热层75mm，炉底厚度1021mm，炉壁厚度为δ壁=460+75=535mm。 2.1.5 炉壳及厚度δz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=

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/m <3 3~4 4~6 δz/mm 12~15 15~20 25 6> 28~30 第 9 页

101010

因D=5.105m，故D壳>6m，因δz与炉壳直径D壳的关系为则：D壳=D熔+2δ

壁

，取δz=30mm，

+2δz=5.305+230.535+230.03=6.435m

2.1.6 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)3D熔＝1.326m

炉门高度 b＝0.8?l＝1.061m

为了密封，门框应向内倾8°~ 12°。

2.2 偏心底出钢箱的设计

（1）出钢箱内口与中心夹角α

出钢箱内口与中心夹角α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，α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50℃～80℃，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α要确保钢水流动性好，钢水温差小。α=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，80t超高功率电弧炉的α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+（350~400）]=3573mm

（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=3573+535+600=4708mm。 （4）出钢倾翻角β和出钢箱高度 取出钢最大倾角为14°，则：

β=14°=arcos[(7174-h4-1000)/(7174-1021)],所以h4=204 mm。

第 10 页

111111

这是新砌炉的最大倾翻角，由于炉内温度与出钢箱温度不等，炉子后期，炉底耐火材料的侵蚀会比出钢箱严重，后期炉子的最大倾角壁 初期要大，但不会大于β=arcos[(7174-204)/7174]=14°。

即炉体最大倾角为14°。

出钢箱的高度为箱底炉衬厚度及箱底钢板厚度（38mm）共1000mm，钢液高度838mm，安全高度1400mm，三者之和为3238mm。

（5）出钢口直径

出钢口为一个圆形孔洞，其直径一半为120～150mm，为缩短出钢时间，取出钢口直径为200mm。

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 80t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 12.88 m3 炉衬工作层厚度 460 熔池直径D 5105 炉衬绝热层厚度 75 熔池深度H 1021 炉底厚度 1021 球冠部分高度h1 204 炉壳厚度δz 30 截锥部分高度h2 817 炉壳直径D壳 6435 球冠直径d 3471 炉门宽度L 1326 熔炼室直径D熔 5305 炉门高度b 1061 熔炼室高度H1 2144 出钢口直径 200 炉顶高h3 663 出钢箱内口与中心夹角α 112° 熔炼室上缘直径D1 5714 偏心度E 3573 炉壁衬砖厚度δ 350 出钢倾翻角β 14° 表2-5 80t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 3熔池容积V池 12.88 m 炉衬工作层厚度 460 熔池直径D 5100 炉衬绝热层厚度 75 熔池深度H 1020 炉底厚度 1020 球冠部分高度h1 210 炉壳厚度δz 30 截锥部分高度h2 820 炉壳直径D壳 6440 球冠直径d 3470 炉门宽度L 1330 熔炼室直径D熔 5300 炉门高度b 1060 熔炼室高度H1 2150 出钢口直径 200 炉顶高h3 660 出钢箱内口与中心夹角α 112° 熔炼室上缘直径D1 5720 偏心度E 3580 炉壁衬砖厚度δ 350 出钢倾翻角β 14° 第 11 页

121212

2.3 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

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，KV?A；

D壳—炉壳直径，m；

τ—额定装入量的熔化时间，h，取40min，即0.683h。 则P视=77867KV?A，取变压器视在功率为80000KV?A，即80MV?A。 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；

ρ—石墨电极500℃时的电阻系数，10×10-4Ω/cm； k—系数，石墨电极取2.1w/cm2。 其中I=

=

41026A 153

=646V≈650V

最高二次电压U=15

计算地d电极=688mm≈700mm

由所得的电极上的电流强度I可得出电流密度I/S=41026/（π/4350350）=21A/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/mm 450 500 550 600 700 I/S（A/cm2） 19~27 18~27 17~26 17~25 17~25 2.3.3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

第 12 页

131313

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：

d三极心=（0.25~0.3）D

所以d三极心=0.3D=0.335105=1531mm

表2-7 变压器功率及电参数

项目 参数 项目 参数 P视 80M?VA d直 700mm U 650V I/S 21A/cm2 I 41026A d三极心 1531mm 2.4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，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：

q热点 = q冷点 =

[[

++

] ]

式中 PH—平均每相电弧功率，其值为cosφ3P/3＝0.7380000/3＝18666.7KW

R—熔池面半径，其值为2.5525m，

K—三电极极心圆与熔池直径之比，其值为1.5315/5.105＝0.3 经计算得，q热点＝381.06kW/m2，q冷点 ＝206.17kW/m2 （2）冷却水流量计算

第 13 页

141414

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=G

式中：q—炉壁热流，kJ/m2h

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℃?

2

(t0-t1)

t0—出水温度℃ t1—进水温度℃

故G =qs／[CPH2O(t0-t1)]=381.0633600333／（4190315）=720t/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381.06kW/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

=×

?u?ρ×3600

式中：u—冷却水速，2.0 m/s ρ—水的密度，1000kg/m3

N—S面积分为N块，取10。

计算得d支=0.113 m （4）平衡挂渣厚度

平衡挂渣厚度可用下式计算：

Ls=[

--]

式中：λ—水在平均温度为30℃时的导热系数，0.598W/m2℃，λFe＝44.99 W/m?℃，λs＝3.48 W/m2℃，LFe为水冷管壁厚度，取10 mm。

-6

Re=1.032.030.113/1.47310＝153741。

αFe=0.023Re0.8Pr0.4

W/m2℃

计算得Ls=[

--]λs=[

] 33.48=0.010m

=0.02331537410.837.060.430.598/0.113=3752.36

（5）综合传热系数

水冷炉壁的综合传热系数U：

U =

=

=2046.10W/m℃

第 14 页

151515

U1＝=381060/450＝846.8 W/m2℃

式中：t2—水冷管外表温度，t2<500℃，取480℃；

t1—冷却水平均温度，t0≈30℃。 U>U1,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

q临＝αFe(tW－tH2O)＝3752.363（100-30）＝262665.2 W/m2 qmax=3.19[43106u1/3＋4800(tW－tH2O)u1/3]＝1.743107 W/m2

（7）水冷炉盖计算

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20mm，30mm，水冷层厚度为200mm。内衬挂渣铆钉为20mm。炉盖直径的确定：

Dg=D壳+2

式中：Dg—水冷炉盖直径；

D壳—熔化室直径；

—添加系数，其值为200mm。

Dg=6.345+230.2=6.745

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。后两个孔的直径为45mm，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。

第 15 页

161616

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(3—1)，原材料成分（3—2）炉料中元素烧损率（表3—3）被炉料带入的（表3—4）等其他数据

表 3-1 冶炼钢种及其成分 钢化学成分% 种 1Cr17NiC Mn Si P S Ni Cr 7 ≤0.1≤2.0≤1.0≤0.03≤0.036.00~8.016.00~18.05 0 0 5 0 0 0 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 C Si Mn P S 烧 熔化25～40，取70～95，取60～70，取40～50，取可以忽损 期 30 85 65 45 略 率 氧化0.06① 全部烧损 20 0.01525～30，②（%） 期 取27 注： ①按末期含量取0.06%；②按末期含量取0.015%

表 3-3 原材料成分% 名称 C Si Mn P S Cr Al Fe H2O 灰分 挥发分 碳素0.18 0.25 0.55 0.03 0.03 废钢 FeMn 6.60 0.50 67.80.230.130 0 0 FeSi 73.00.50 0.050.030 0 0 余量 24.74 2.50 23.92 第 16 页

171717

Si 1.65 20.563.20.060.04Mn 0 0 5 5 Fe 4.35 0.40 Cr Al 焦炭 81.50 电极 99.00 名称 S CaO Si O2 0.030.0467.35 5 0 MgO Al O3 Ca F2 14.54 27.87 Fe2 O3 1.50 0.58 12.45.52 0 CO2 1.00 H2O P2 O5 石灰 0.06 88.02.50 2.60 0 萤石 0.10 0.30 5.50 0.60 铁矿0.08 1.30 5.75 0.30 石 火砖块 高铝砖 镁砂 0.55 60.80.60 0 1.25 6.40 0.12 4.10 3.65 89.50 4.40 49.70.95 0 8.9157.80.10 0 0 0.50 4.64 0.10 0.10 1.50 0.90 1.20 0.15 88.0 1.50 89.77 1.25 0.88 1.90 焦炭灰分 电极灰分 18.55 0.15 （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。

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181818

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 比钢种规格中限高0.16%，即达0.26% 熔化期脱碳量 30%，即0.26%330%=0.078kg 电极消耗量 4t/kg（金属料）：其中熔化期占75%；氧化期占25% 炉顶高铝砖消耗量 1.3t/kg（金属料）：其中熔化期占60%；氧化期占40% 炉衬镁砖消耗量 3.5t/kg（金属料）：其中熔化期占57%；氧化期占43% 熔化期和氧化期需氧量 50%来自O2，其余50%来自空气和矿石 氧气纯度和利用率 99%，余者为N2，氧利用率90% 焦炭中碳的回收率 75%（均指配料用碳） 碳氧化产物 均按70%生成CO，30%生成CO2考虑 烟尘量 按8.5kg/t（金属料）考虑 1）确定物料消耗量：

A. 金属料配入量。以100Kg金属炉料（废钢）为基础，不足碳量用焦炭来配。结果列入表3-5。原始数据见表3—1和3—4。

B 其他原料消耗。为了提前造渣脱磷，先加入一部分石灰（20Kg/t金属料）和矿石（10kg/t金属料）。炉顶、炉衬和电极消耗量见表3—

表 3—5 炉料配入量 名称 用量/kg 配料成分/kg C Si Mn P S Fe 废钢 100 0.180 0.250 0.550 0.030 0.030 98.960 焦炭 0.131 0.080① 合计 100.131 0.260 0.250 0.550 0.060 0.030 98.960 ①碳烧损率25%。 2）确定氧气和空气的消耗量：耗氧项包括炉料中元素的氧化，焦炭和电极中碳的氧化，而矿石则带来部分氧，石灰中CaO被自身S还原出部分氧。前后二者之差为所需净氧量1.409Kg见表3—6

表3—6净耗氧量的计算 项名元 反应产物 元素氧化量/kg 耗氧供氧量/kg 目 称 素 量/kg 第 18 页

191919

C 炉料 Si 中 元 Mn 素 的 P 氧 化 Fe 耗氧项 合计 （C）0.26330%370%=0.→{CO} 055 （C）0.26330%330%=0.→{CO2} 023 （Si）→0.25385%=0.213 （SiO2） （Mn）→0.55365%=0.358 （MnO） （P）→0.03345%=0.014 （P2O5） （Fe）→98.9632%315%=0.297 （FeO）① （Fe）→98.9632%385%=1.682 （Fe2O3）① 2.642 0.13130.815325%370% =0.019 0.13130.815325%330% =0.008 炭中碳的氧化 焦 （C） →{CO} C （C）→{CO2} 0.073 0.061 0.243 0.208 0.018 0.085 0.721 1.409 0.025 0.021 极中碳的氧化 合计 电 （C） →{CO} C （C）→{CO2} 4375%399%×70%=0.208 0.277 4375%399%330%=0.080.239 8 2.016 130.8977348/60 =0.269 230.06%316/32 矿 FeFe2O3=2Fe石 2 + 3/2O2 供O3 氧项 石S CaO+S= 第 19 页

202020

=0.0006 0.270 2.016-0.270 =1.746 ①令铁烧损2%，其中80%生成Fe2O3成为烟尘的一部分；20%成渣，在这20%中，按3：1 分别生成FeO和 Fe2O3。

根据表3-4的规定，应由氧气供给的氧为2.016350%＝1.008Kg。空气应供氧0.738Kg，由此计算氧气和空气的消耗量。见表3—7。

表3—7氧气与空气的实际消耗量 氧气/kg 空气/kg 带入O2 带入N2 带入O2 带入N2 2.016350%/氧利用率（1.12/99%）1.12-0.270=0.851.12（77/23）=2.016350%/90%=1.12 31%=0.011 （0.595m3） =3.750（3.000m3） ε=1.12+0.0113=1.131 ε=0.85+3.750=4.600（3.595m3） 上述（1）＋（2）便是熔化期的物料收入量。 3）确定炉渣量：炉渣源于炉料中的Si，Mn，P，Fe等元素的氧化产物，炉顶和炉衬的损蚀，电极中的灰分以及加入的各种溶剂。结果见表3—8。

表3—8 熔化期渣量的确定 名称 消耗成渣组分/kg 量CaO SiO2 MgO Al2OMnO FeO Fe2OP2 O5 CaS 合计 /kg 3 3 Si 炉0.21 0.4 0.45料3 56 6 中Mn 0.35 0.4 0.46元8 62 2 素P 0.01 0.0 0.03的35 31 1 氧Fe 0.39 0.30.1 0.52化 6 82 41 3 炉顶 0.070.00.0略 0.0 0.0 0.078 01 05 71 01 8 炉衬 0.200.00.00.10.0 0.0 0.200 08 07 79 02 04 0 焦炭 0.130.00.0 0.0 0.0 0.011 01 08 04 03 6 第 20 页

灰 合计 净耗氧量 CaS+O

212121

电极 0.300 矿石 1.000 略 0.013 0.002 0.058 略 0.003 0.001 0.015 （0.898） 0.010 0.159 4.22 0.002 0.002 0.003 0.093 石灰 2.001.70.00.00.0 0.00.01.900 58 50 52 30 02 02 4 合计 1.70.50.20.10.40.30.00.03.7681 86 34 23 62 82 35 04 6 质量 47.15.6.23.212.10.0.90.1100.分数26 56 1 7 27 14 3 1 00 /% 4）确定金属量：金属量Qi＝金属炉料重+矿石带入的铁量-炉料中的C、Si、Mn、P、和Fe的烧损量+焦炭配入的碳量＝100+0.89773（5632）/（5632+1633）-2.642+0.08=98.066kg。

5）确定炉气量：炉气来源于炉料以及焦炭和电极中碳的氧化产物CO和CO2，氧气和空气带入的N2，物料中的H2O及其反应产物，游离O2及其反应产物，石灰的烧减（CO2），焦炭的挥发分，结果列于表3—9。

表3—9 炉气量的计算 项目 气态产物/kg CO CO2 N2 H2O H2 挥发物 合计 炉料中0.127 0.086 0.213 碳的氧化 焦炭 0.087 0.057 0.002 0.014 0.160 带入 电极带0.485 0.327 0.812 入 矿石带 0.012 0.012 入 石灰带 0.093 0.002 0.095 入 氧气带 0.011 0.011 入 空气带 3.750 0.047 3.797 入 游离氧0.196 0.308 0.504 第 21 页

222222

气参与反应 H2O参-0.098 10.154 -0.063 0.007 0 与反应 合计 0.797 1.025 3.761 0 0.007 0.014 5.604 质量分14.22 18.29 67.11 0.12 0.25 100.00 数/% 6）确定铁的挥发量：由表3-6的设定，铁的挥发量为98.9632%380%＝1.583Kg。

3）+4）＋5）＋6）便是熔化期的物料支出量。并由此列出熔化期物料平衡总表3—10。

表3—10熔化期物料平衡总表 收入 项目 废钢 电极 矿石 焦炭 石灰 炉顶 炉衬 氧气 空气 质量/Kg 100 0.300 1.000 0.131 2.000 0.078 0.200 1.131 4.600 % 91.37 0.12 0.91 0.12 1.83 0.07 0.18 1.03 4.20 项目 金属 炉渣 炉气 铁的挥发 支出 质量% /Kg 98.066 89.95 3.766 3.45 3.207 4.91 1.583 1.45 100.00 生铁 10 2.29 合计 109.440 100.00 合计 109.019 注：计算误差＝（109.440-109.019）/109.443100%＝0.39% 3.1.2 氧化期的物料平衡

引起氧化期物料波动的因素有：扒除熔化渣，造新渣；金属中元素进一步氧化；炉顶，炉衬的损蚀和电极的烧损。

（1）确定渣量：

1）留渣量。为了有效的去磷，要进行换渣，通常除去70%的熔化渣，而进入氧化期只留下30%的渣。其组成见表3—11。

2）金属中元素得氧化产物。根据表3-3给出的值可计算产物量，详见表3-11。

第 22 页

232323

3）炉顶、炉衬的损蚀和电极的烧损量。根据表3-5得假定，其结果一并列入表3-11。

4）造渣时加入石灰、矿石、和带入的渣量。见表3-11。

（2）确定金属量：根据熔化期的金属量及表3-12得元素烧损量和矿石还原出的铁量，即可求得氧化末期得金属量为：97.842㎏。

（3）确定炉气量：计算方法如同熔化期：先求静耗氧量，（表3-13）再确定氧气与空气得消耗量（表3—14）最后将各种物料或化学反应带入的气态产物规类，结果列表（3-15）。熔化期和氧化期的综合物料平衡表列于表3-16

表3-11 氧化期渣量的确定 名称 消耗成渣组分/kg 量CaO Si MgO Al2OMnO FeO Fe2OP2 O5 CaS 合/kg O2 计 3 3 留渣 0.50.10.00.00.10.10.00.00.01.11.130 34 76 70 37 39 15 48 11 01 30 Si 金0.03 0.0 0.0属8 81 81 中Mn 0.03 0.0 0.0元9 50 50 素P 0.00 0.0 0.0的1 02 02 氧Fe 0.16 0.10.0 0.2化3 73 40 13 或S 0.00-0. 0.00.0烧8 014 18 04 损 炉顶0.050.00.0略 0.0 略 0.0蚀损2 01 03 48 52 量 炉衬0.150.00.00.10.0 0.0 0.1蚀损0 06 06 35 01 03 51 量 电极0.10略 0.0略 略 0.0烧损0 01 01 量 石灰2.081.80.00.00.0 0.00.00.01.9带入 9 38 52 54 31 10 02 01 88 第 23 页

242424

矿石带入 火砖块带入 合计 % 1.000 0.500 0.013 0.003 2.381 55.81 0.304 0.681 15.96 0.003 0.184 （00.0.8902 8） 0.0 06 0.107 0.017 20.4.51 0 0.002 0.093 0.500 4.266 100 名称 金 属 中 元 素 的 氧 化 电极中碳的氧化 合计 矿石供氧 石灰中S还原CaO 金属中S还原CaO供氧 合计 净供氧量 元素 C Si Mn P Fe C Fe2O3 S S 0.20.30.10.265 16 89 88 6.27.44.46.71 1 3 5 表3-12 净耗氧量的计算 烧损量 反应产物 0.084 （C）→{CO} (C)→{CO2} 0.083 (Si)→（SiO2） 0.039 (Mn)→(MnO) 0.001 (P)→（P2O5） (Fe)→(FeO) 0.163 (Fe)→(Fe2O3) 0.099 0.898 (Fe)→(Fe2O3) 0.002 CaO+S=CaS+O 0.008 CaO+S=CaS+O 0.022 0.52 耗氧量/kg 供氧量/kg 0.078 0.067 0.051 0.011 0.001 0.038 0.012 0.092 0.079 0.418 0.269 0.001 0.004 表3—13 氧气与空气的实际消耗量 氧气/kg 带入O2 带入N2 0.274 0.144 0.144/氧利用率（90%）=0.160（0.005m3） 空气/kg 带入带入O2 N2 （0.160/99%）31%=0.002 3（0.002m） 第 24 页

252525

ε=0.160+0.002=0.162 0 注：氧气供氧50%，即0.418350%=0.209kg；空气供氧为0.209-0.274=-0.065kg，所以不需要空气供氧，只需要氧气供氧0.144kg即可。

表3-14 炉气量 项目 气态氧化产物/kg CO CO2 N2 H2O H2 合计 金属中碳的氧化 0.137 0.092 0.229 电极带入 0.161 0.109 0.270 矿石带入 0.012 0.012 石灰带入 0.097 0.002 0.099 氧气带入 0.002 0.002 游离氧气参与反应 -0.040 0.063 0.023 H2O参与反应 -0.022 0.034 -0.014 0.002 0 合计 0.236 0.395 0.002 0 0.002 0.635 质量分数/% 37.17 62.20 0.31 0 0.31 100.00 表3—15熔化期和氧化期综合物料平衡表 收入 支出 项目 废钢 焦炭 电极 矿石 火砖块 石灰 炉顶 炉衬 氧气 空气 质量（Kg） 100 0.131 0.400 2.000 4.089 0.500 0.130 0.350 1.365 4.600 % 88.06 0.12 0.35 1.76 3.60 0.44 0.11 0.31 1.20 4.05 项目 金属 炉渣 炉气 铁的挥发 质量（Kg） 98.066 8.032 6.239 1.583 % 86.08 7.05 5.48 1.39 合计 113.565 100 注：计算误差=（113.565-113.920）/113.5653100%＝-0.31% 氧化期末金属成分如下：

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262626

ω（C）=ω（Si）=0 ω（Mn）=ω（P）=ω（S）=

100%=0.100%

3100%=0.156% 3100%=0.015% 3100%=0.022%

3.2 热平衡计算

以100Kg金属料进行计算。

3.2.1 计算热收入QS

1）炉料的物理热，计算结果列于表3－16。 2）元素氧化热及成渣热计算结果列表3-17。

3）消耗的电能。根据消耗的热量确定。详见下面计算

表3－16物料带入的物理热 名称 热容/KJ(kg温度/℃ 消耗量/Kg -1?℃) 废钢 0.699 25 100 石灰 0.728 25 4.089 火砖块 0.858 25 0.500 矿石 1.047 25 2.000 焦炭 0.858 25 0.131 炉顶高铝砖 0.879 600 0.130 炉衬镁砖 0.996 600 0.350 氧气 1.318 25 1.365 空气 0.963 25 4.600 电极 1.507 450 0.400 合计 3.2.2 计算热支出QZ

1）钢水物理热Qg。该钢熔点为：

1536-（0.1365+038+0.15635+0.015330＋0.022325）-6≈1522℃；出钢温度控制在中下限，本计算取1580℃。按氧气转炉的计算方法，可得，

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物理热/KJ 1747.5 74.4198 10.725 52.35 2.80995 68.562 209.16 44.97675 110.745 271.26 2592.509

272727

Qg＝98.0663[0.6993（1522-25）+272+0.8373（1580-1522）]＝134051.22KJ。

2）炉渣物理热Qr .计算结果如表3-18所示。

表3-17元素氧化热及成渣热 名称 氧化量化学反应 ?H/KJ?Kg-1 放热量/Kg KJ 电极中C 0.277 C+1/2｛O2｝＝｛CO｝ -11639 3224 0.119 C+｛O2｝＝｛CO2｝ -34834 4145 焦炭中C 0.019 C+1/2｛O2｝＝｛CO｝ -11639 221 0.008 C+｛O2｝＝｛CO2｝ -34834 279 金属中Si 0.251 [Si]+2(FeO)＝（SiO2）＋2[Fe] -11329 2844 金属中Mn 0.397 [Mn]＋2（FeO）＝4[MnO]＋（Fe） -2176 864 金属中P 0.015 2P＋5（FeO）＝（P2O5）＋-2419 36 5[Fe] Fe 1.509 [Fe]+1/2｛O2｝＝(FeO) -4250 6413 0.721 2[Fe]+3/2｛O2｝＝(Fe2O3) -6460 4658 SiO2成渣 1.091 2（CaO）+(SiO2)＝-1620 1767 (2CaO2SiO2) P2O5成渣 0.042 4（CaO）+(P2O5)＝(4CaO2P2O5) -4880 205 合计 24656 表3-18炉渣物理热 名称 温度（℃） 热容/KJ?（Kg?K）-1 物理热/KJ 熔化期炉渣 1500 1.172 5108.16 氧化期炉渣 1650 1.216 9308.41 合计（KJ） 14416.57 3）热反应消耗热量详见表3-19。 4）炉气物理热Qx。令炉气温度为1200℃，热容为1.137KJ/（Kg2K），由炉气量可得: Qx＝6.2933[1.1373（1200-25）]＝8407.29 KJ

表3-19 吸热量 名称 氧化化学反应 ?H/KJ?Kg-1 吸热量量/kg /KJ 金属脱碳 0.162 [C]+(FeO={CO}+[Fe] 6244 1985.33 金属脱硫 0.008 [FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO) 2143 17.14 石灰烧碱 0.190 CaCO3+CaO+CO2 4177 793.63 第 27 页

282828

水分挥发（由25℃升至1200℃） 石灰带入 矿石带入 焦炭带入 空气带入 小计 金属增碳 合计 0.004 0.024 0.002 0.047 0.077 0.152 H2O→{H2O}1200℃ 1227 94.48 C→[C] 1779 270.41 3160.99 5） 烟尘物理热Qy。将铁的挥发物计入烟尘中，烟尘热容为0.996（KJ/Kg2K）

则得，Qy＝(1.583+0.850）3[0.9963(1200-25)]=2847.33KJ

3

6）冷却水吸热Q1。子公称容量为80t，冷却水消耗量为92m?h，冷却水进出口温差为20℃，冶炼时间平均为1h，则得：

Ql ＝(92310003134.185320)/500=15400.8KJ/100Kg（金属料）

7）其它热损失Qq。包括炉体表面散热热损蚀。开启炉门热损失。开启炉盖热损失。电极热损失等。其损失量与设备大小，冶炼时间等等因素有关。实践表明，该项热损失占热量总收入得6～9%，本计算取8%。

8）变压器及短网系统的热损蚀Qb。一般，该项热损失为总热收入的5%～7%。本计算取6%。令总热收入为Qs，则：

Qs＝134051.22+14416.57+3160.99+8407.29+2847.33+15400.8+Qs3（8%+6%）

即：0.86Qs=178284.2，所以Qs=207307.21KJ

故应供电为207307.21-2592.509-24656=180058.7 KJ 其中Qq＝207307.2138%＝16584.58KJ； Qb＝207307.21?65＝12438.43 KJ 热平衡总表列于表3—20

表3-20热平衡表 收入 支出 项目 热量/KJ % 项目 热量/KJ % 物料物理热 2592.51 1.25 钢水物理热 134051.22 64.66 第 28 页

292929

氧化、成渣热 其中 C氧化 Si氧化 Mn氧化 P氧化 Fe氧化 SiO2成渣 P2O5成渣 电能 合计

24656 11.89 7869 3.80 2844 1.37 864 0.42 36 0.02 11071 5.34 1767 0.85 205 0.10 155402.4 74.96 207306.91 100.00 炉渣物理热 吸热反应消耗热 炉气物理热 烟尘物理热 冷却吸热 其他热损失 变压器系统热损失 14416.27 3160.99 8407.29 2847.33 15400.8 16584.58 12438.43 6.95 1.52 4.06 1.37 7.43 8.00 6.00 207306.91 100.00 第 29 页

303030

4 电弧炉炼钢车间工艺布置

本设计电弧炉炼钢车间的厂房型式采用单层，多跨间，内设起重机。电弧炉在厂房内的布置（位置与方向）为横向布置，即炉子轴线与车间纵向柱列线相互垂直。车间包括渣跨、原料跨、炉子跨、精炼跨、连铸跨和出坏精整跨。

电弧炉车间的工艺布置必须满足：工艺流程合理，各种工序的操作顺利，特别是电弧炉操作要方便；厂房电源等费用投资要低；并预留发展的余地。

车间物料流程总图如下所示：

废钢、其他辅助材料（合金剂、造渣剂、耐火材料等） → 超高功率电弧炉 → AOD精炼炉 → 连铸机→ 出坯精整

4.1 原料跨

原料间主要是储存钢铁料、氧化剂等原材料，原料间主要是储存钢铁料、氧化剂等原材料，还有废钢的预热烘烤设施。原材料堆存或者存入料仓等容器所需用的场合面积或容器容积的计算公式如下：

q=?T

Q＝A3单耗指标；

式中：q—某种原材料的储存量，t；

Q—该种材料的全年消耗量，t； n—年作业天数； T—计划储存天数；

A—车间年产钢量，t/a 。

q=S?h?a

式中：S—材料堆存占用面积，m2； h—材料堆存允许高度，m； a—材料堆积密度，t/m3。

表4—1原材料消耗指标 kg/t 钢铁料铁合金石灰电极炉衬耐火材料钢包耐材Kg/t Kg/t Kg/t Kg/t Kg/t Kg/t 1050 40 42 4 5 8 表4—2 计划储存天数 外购废钢返回废钢铁合金石灰（天） 萤石（天） （天） （天） （天） 5 15 5 1 5 表4—3 各种材料堆积密度与允许堆高 氧气Nm3/t 15 镁砂（天） 5 第 30 页

313131

外购废钢 返回铁合矿镁砂 焦炭 萤石 石灰 石 轻 中 重 废钢 金 密度（t/m3） 1.4 2.2 3.3 3.3 3.5 0.48 1.7 2.7 0.8 1.6 高度 m 3 3 3 3 2 3 3 3 2 3 表4—4 密度容器修正系数 名称 材料 修正系数 外购废钢 1.5 渣料 1.25 燃料 1.5 经过计算后，各种原料料坑的尺寸列入下表： 2

表4—5 各种原料的占地面积尺寸（m） 名称 外购废钢 返回废钢 铁合金 散装料 尺寸m（长3宽） 坑深m 轻 中 重 20310 20317 20317 20319 2 2 2 2 837 15310 1 2 4.1.1 原料跨的跨度

考虑到电弧炉车间的横向布置的结构及年使用废钢总量的占地面积，选取

车间跨度为27m。

4.1.2 原料跨总长度确定

设计废钢间的尺寸选为84+8+15=107m，再考虑一定的富余空间，确定总长度为180m。

4.1.3 原料跨高度

跨间的高度取决于设备的立面布置情况，如石灰、矿石烘烤窑设在室内，就要考虑行车能把石灰、矿石吊入窑内烘烤，这时，厂房的高度就主要决定于石灰、矿石烘烤窑的高度。一般原料跨吊车轨面标高为9m左右，对炉子跨为高架式布置的要考虑吊料筐上料平台，吊车轨面高度为10～13m。本设计取12m。

4.2 炉子跨整体布置

炉子跨是整个车间最高的部分，炉子位于跨间靠近中间的部分，采用钢包车出钢的方式。本跨配有吊车进行车间的高空吊运，炉下渣罐车出渣。中心为炉子变压器房和控制室，两侧为炉体和炉盖的修砌区。

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323232

4.2.1 炉子跨工作平台高度

对于偏心底出钢电弧炉，考虑到钢包车及钢包的高度。应该保证钢包车能顺利通过炉子下面，平台高度为6m。

4.2.2 炉子的变压器室和控制室

炉子变压器室应该有足够的空间方便各种设备的布置和检修；另外，为了保证操作安全，电弧炉变压器与房子的内墙应该有一部分距离，变压器到门口的距离为2.5米，到后墙及侧墙的距离为1.5米。电弧炉变压器的参数如表4—6所示：

表4—6 电弧炉变压器的参数（米） 长度/m 宽度/m 高度/m 大门尺寸m 炉子中心线到变压器房的距离/m 10 12 10 434.5 12 电弧炉采用高架式布置，电气室建为两层，控制室在电炉操作平台上与电气室并排。

4.2.3 电弧炉出渣和炉渣处理

电弧炉直接出渣到炉下的渣罐车，渣罐车通过原料跨把电炉渣运出厂房。

4.2.4 炉子跨的长度、跨度、高度

(1)炉子跨的长度：与原料跨相同，取为180m；

(2)炉子跨的跨度：考虑到修筑炉体、炉盖的场地要求，以及变压器房的限定，取其跨度为 24m；

(3)炉子跨间吊车轨面的高度：对于横向布置的电弧炉车间，桥式吊车吊起的最高工作点是电弧炉接装电极时的高度。故计算吊车的轨面标高为：

h≥L1+L2+L3+L4+L5+L6

式中：L1—起重机吊钩的极限尺寸，取其值为 3000m；

L2—吊换电极用吊具的长度，取其值为 1000mm； L3—需要吊出的电极的长度，其值为 4100mm； L4—余量，取其值为300mm；

L5—电极把持器顶端降低到最低位置时与炉门坎的距离，取其值为

4000mm；

L6—电弧炉炉门坎到车间地面的距离，取其值为8000mm。

计算得 h＝L1+L2+L3+L4+L5+L6=20.1m，考虑到高位料仓放置在炉子跨，轨面标高要略有升高，故取轨面标高为30m。

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333333

4.2.5 其他布置

其他布置主要为钢包修砌区和烘烤区。中间包修砌区位于钢包回转台一侧至跨间端头，可方便结晶器及中间包的修理，与其相对的一面即与炉子跨相临的一侧。钢包的修理区及烘烤区则位于本跨间之另一端，其储存依场地具体情况而定。

4.3精炼跨 4.3.1 整体布置

此跨设有公称容量80t的AOD精炼炉一台，AOD炉位于操作平台上，一侧设有AOD炉的维修区域，另一侧设有钢包的修砌区，烘烤区和耐火材料存放区。

4.3.2 AOD精炼炉的工艺布置

AOD精炼炉布置在精炼跨中间偏右位置。公称容量为80t台。考虑到AOD精炼炉的操作平台，精炼过程中吹氩氧所需的设备以及各种设备的修砌，取精炼跨的跨度为20m，而此跨的吊车轨面标高同样取为 22m。长度取为180m。

4.4连铸跨 4.4.1 总体布置

本跨间设有连铸机1台、二冷段维修区、钢包维修及烘烤区、拉矫及切割维修区、中间包维修区和结晶器维修区。

4.4.2 连铸机操作平台的高度、长度、宽度

（1）操作平台的高度一般低于结晶器上口0.3—0.4米，本设计中取其值为0.3米，所以平台的高度为：

H＝R+H1+H2-0.3

式中：H—连铸平台的高度，m； R—连铸机圆弧半径，R=9m；

H1—拉矫机底座到铸坯底面的距离，取为1.0m；

H2—弧型结晶器顶面到弧型中心的距离，取其值为0.6m。

计算得: H=10.3m

（2）浇注平台的长度要考虑到中间包车的长度及布置，中间包车长度为 4米，取浇注平台的长度为40米。

（3）平台宽度取决于连铸机外弧垂直切线至铸机内侧柱列线之距离和铸机外侧的操作空间，其值取为15米。

（4）平台上操作室的尺寸：53534米。

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343434

4.4.3 连铸机总高和本跨吊车轨面标高

连铸机的高度一般是指从拉矫机底座基础面至中间包顶面的总高度H，有：

H＝R+H1+H2+H3+H4

式中：R—连铸机圆弧半径，R=9m；

H1—拉矫机底座基础面至铸坯底面距离，取为1m； H2—连铸机弧形中心至结晶器顶面的距离，常取结晶器高度的一半，

取其值为0.5m；

H3—结晶器顶面至中间包水口升至最高位置时的距离，取其值为

0.2m；

H4—中间包全高，取其值为1m。 计算得： H＝11.7m

取浇注跨吊车轨面标高22m。

4.4.4 连铸机总长度

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353535

连铸机总长度的计算公式为：

L＝R+L1+L2+L3+L4+L5

式中：R—连铸机圆弧半径，R=9m；

L1—矫直切点至拉矫机最后一个棍子的距离，主要有拉矫机的类型来

定，取其值为2m；

L2—拉矫机至切割机前的距离，适当加长冶金长度延长段有利于提高

拉速，这里取其值为6m；

L3—切割区长度，3m；

L4—输出轨道或铸坯等待区长度，一般至少大于最大定尺尺寸的1.5

倍，取其值为10m；

L5—冷床或者出坯区长度，取决于最大定尺尺寸在增加1米，这里取

为7m。

故L＝R+L1+L2+L3+L4+L5＝9＋4＋4＋3＋10＋7＝35m。

4.4.5 连铸跨跨度

连铸跨跨度是根据连铸机的曲率半径（圆弧中心零点以前的部分都布置在连铸跨内）和连铸其他操作所需要的宽度以及连铸机的总长度来确定。参照国内部分电弧炉车间连铸跨跨度尺寸，本设计中取33m。

4.5出坯跨

主要是缓冷区、良锭存放区及配电室等的布置。缓冷区位于连铸机旁侧；良锭存放区位于跨间另一侧，用来存放良锭、坯件，其间有运输线路直接通到轧钢车间；连铸备件的存放和修理区位于跨间另一侧，另外还有配电室、剪切控制室、拉矫机控制室分别位于良锭存放区一边靠近连铸机的位置，其他具体设施依具体情况而定。

4.6 备注

（1）跨间依具体空间情况可设置一定数量的休息室、吸烟区、厕所等； （2）各级平台均设有楼梯台阶，此设计可依靠具体空间及相应地点的构造予以修建安全、方便的通道。

本设计的其它数据请参阅电炉车间平面布置图和剖面图。各跨间的基本情况请见下表:

表4—7 电炉炼钢车间各跨间的基本情况表

序号 跨间名称 跨度/ m 长度 /m 轨面标高 /m 1 2 原料跨 炉子跨 27 24 180 180 12 35 第 35 页

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3 4 5

精炼跨 连铸跨 出坯跨 21 33 21 180 180 180 22 22 15 第 36 页

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5 电弧炉炼钢车间工艺设计

电弧炉生产工艺设计的合理性直接决定着产品的高质量和良好性能，而制定生产工艺是根据具体钢中、产品要求而定的。下面从原料要求、车间冶炼的工艺特点及操作要领等方面进行说明。

5.1 废钢

废钢包括返回废钢和外来废钢。废钢外形尺寸不一，分重，中，轻三种类型，为了满足冶炼工艺及技术经济指标与钢水质量的要求，对入炉的废钢料一般有如下要求：

（1）按废钢铁分类标准的组别进行分类管理，供应不得混乱，不允许由成套机器、设备及结构件；

（2）少锈，入炉铁锈太多，不能准确掌握钢水成分和重量，造成成分不符或短锭，还会使钢液增氢；

（3）不应混入铅、铜、锌、锡、砷等有色金属和冶炼钢种限制的合金元素，这些元素在冶炼条件下很难去除，不但会影响钢材的纯净度，还会增加操作难度，恶化技术经济指标，缩短电弧炉炉体寿命；

（4）废钢中不得混有爆炸物品、密闭容器、有毒物质以及塑料、橡胶等； （5）应限制入炉料的磷、硫含量，否则严重恶化电弧炉操作指标；

（6）清除炉料中泥沙等酸性物质，以免降低炉渣碱度，增加造渣剂消耗，侵蚀炉衬，增加电耗，降低生产率；

（7）炉料单位外形尺寸不能过大，否则装料困难，还可能砸坏炉体或因塌料砸断电极；

（8）装料密实不松散。

5.2 辅助料

5.2.1 对辅助料的要求

（1）铝粉

铝粉脱氧能力强，主要用于冶炼低碳不锈钢和某些低碳合金结构钢，以提高合金元的收得率和缩短冶炼还原时间，铝粉使用前也应干燥，使用粒度≤0.5毫米，水分≤0.20%，Al>95%；

（2）硅铁粉

硅铁粉是用含硅75%得硅铁磨制而成的，这样比重轻，含硅量高，有利于进行扩散氧，使用粒度≤1毫米，水分≤0.20%；

（3）石灰

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由石灰石在800～1000℃的高温下焙烧而成，一般要求石灰中CaO含量>90%，硫含量<0.1%，入炉石灰要求水量<0.3%；

（4）白云石

主要成分为CaO、MgO，用于电弧炉补炉和堵炉门坎，也用于造渣，造渣用轻烧白云石，补炉用重烧白云石；

（5）萤石

主要成分为CaF2，要求含量>85%、SiO2<4%、CaO<5%、S<0.1%、H2O<0.5%，使用前应在100～200℃的低温下干燥4小时以上，温度不宜过高，可作为炉渣调节剂，改善炉渣流动性；

（6）铁合金

(1)合金材料应分类堆放，颜色相近的不宜邻近堆放； (2)合金材料不应露天堆放，以防生锈或混入杂物； (3)合金块度应符合使用要求；

(4)合金料使用前应烘烤，以去除合金中的气体和水分。 （7）焦炭粉

主要作用1）在熔化后期和氧化期造泡沫渣；2）作为增碳剂加入炉内或包内。一般要求焦炭中碳含量>80%、灰分<15%，石墨电极粉中碳含量>95%、灰分<2%、硫含量均<0.1%、水分<0.5%；

（8）氧气

氧气的使用强化了冶炼过程，缩短了熔化时间，降低电耗，提高了钢液温度，加速熔池激烈沸腾，有力地去除废钢中的气体和夹杂。对氧气有如下几点要求：含氧量>99%、水分≤3310-3kg/m3、工作压力（5.065～12.156）3105Pa；

（9）铁矿石

铁矿石在电弧炉炼钢过程中主要用于脱磷、硫、气和夹杂物。铁矿石主要成分为磁铁矿，要求含铁量高。

5.2.2 供应方案

（1）高位料仓供应方案

所需的散状料和合金料中，冶金石灰、萤石、矿石以及硅铁、锰铁、硅铝铁、硅锰合金。采用高位料仓供应方案，共设17个高位料仓，上料采用垂直皮带机加配包皮带机的方式，分系统设置加料设施。其中供应电炉生产用散状料采用经称量后，直接用溜槽加入炉内的方式，供炉后合金化。

（2）废钢的供应方案

通过料篮车将废钢从原料跨间运到炉子跨，再通过天车将料篮吊至炉子上方加入炉内。

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5.2.3 配料

配料是电弧炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分，合理配料将保证炼钢工人按照工艺要求正常的进行冶炼操作；合理使用原材料及返回废钢，能节约合金元素；缩短冶炼时间。

1.配料注意事项：

1）必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料重量；

2）炉料的大小要求按比例搭配，以达到好装，快化的目的； 3）各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用； 4）配料成分必须符合工艺要求；

5）注意上炉冶炼含Ni、Cr、W、Mo等元素的高合金钢，下炉应配相应的钢种进行浇炉，并注意残余元素，不得出格。

2.配料基本原则：

钢铁料的使用原则主要考虑冶炼方法，装料方法钢种的化学成分及产品对质量的要求等，如氧化法有较高的脱P去气夹杂能力，应使用普通的粗料，返回法和不氧化法因脱P去气除夹杂能力不强，但能回收贵重合金元素，所以应尽量使用优质返回料。凡航空钢、舰板钢、炮钢、轻武器及特殊要求带“顶”“发”“军”字样的钢种一律按氧化法配料并多配碳0.10%。

严禁将成分不明的返回料配入炉料中，残余元素配料时不得超标。装入法、返回法不足之碳可用电极粉增碳，不得配入生铁。

3.配料计算

（1）钢铁料综合收得率＝∑配料比3收得率

一般钢铁料收得率为93.54～95%，返回钢收得率为95～96% （2）合金返回钢的收得率按下式计算：

x%＝{100-0.5Mn-(Si-0.05)-0.2Cr-0.07W-0.3V-Ti-Al} （3）合金元素全炉回收率按下式计算：

x%＝成品成分/配料量3配料成分+补加合金量3合金成分/出钢量； （4）配料量度＝（出钢量-合金加入量）/钢铁料综合收得率；

（5）钢铁料装入量＝出钢量-铁合金加入量-其他（如矿石等）/钢铁料综合收得率。

5.2.4 装料和补料

（1）装料

为能有效地进行炼钢操作，在考虑金属料配比量和装料时总是以最大可能地提高生产率作为主要因素，提高熔化速度的基本条件如下：

料篮容积一般设计成炉子容量相同，装料后炉料不能高出炉子上口； 第一篮料通电熔化后，进第二篮料的时机应选在既能提高热效率，又不使炉料过高而影响送电；

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根据炉子容量，变压器功率和吹氧情况确定合适的废钢堆积密度，密度过大，废钢落入熔池后使熔化条件变坏；密度过轻，废钢下落不稳定，熔化速度减慢；厂内自产或压块等大块废钢应装在料篮下部，以防止熔化时滑落碰断电极；装料次数应尽可能少，以减少热损失；原料中低碳、高熔点、轻薄料多时要适当配入含碳材料，降低熔点，加速熔化；加海绵铁时如连续加入，应从电极穿井后开始直至出钢这段时间内连续不断地加入；如果分批加入，每次加入量宜少，既要避免发生炉料架桥，又能使炉壁处残存的废钢起到保护耐火材料，免遭电弧辐射的损害；石灰溶剂可和炉料一起加入炉内，以利早期成渣脱磷。如果有条件，在熔化期从炉顶或炉壁喷入最好。

（2）布料

布料原则：下致密，上疏松，中间高，四周低，炉门口无大料，穿井快，不搭桥；

布料顺序：

底部装小料，其用量为小料总量的一半，然后在料罐的下部中心区装入全部大料，低碳废钢或难熔炉料，在大料之间填充中小料，中型料装在大料的上面及四周；

在料的最上面（电极下面），放入剩余的小料（轻废钢），以便通电后电极能很快穿井埋入料中，减轻电弧光对炉盖的辐射；

熔点高的铁合金应放在高温区，但不能装在电极下面，易挥发的合金元素避免放在电极下高温区；

若配入增碳剂，如生铁、焦粉、电极粉、电极块等，应将增碳剂放在生铁大料块上部，破碎电极块或大包焦粉，电极粉放在料篮底部小料之上；

装料完毕，进行计算做到准确真实；

装料时料篮中心与炉膛中心线，必须在同一条垂直线上，料篮不得不碰撞炉衬和水冷件；

5.2.5 电弧炉冶金工艺[3]

（1）装料：装料方式对炉料的熔化速度，合金元素烧损率以及炉衬寿命有很大影响装料应做到快速，密实，布料合理。合理的布料应该是：先在炉底铺一层石灰，约为料重量的1.5-2.5%，再在石灰上加已定量的氧化铁皮或碎矿石，之后加入部分小块废钢，在小块废钢的电弧作用区加入大块废钢和难溶炉料，其周围及上面装入中型废钢；最后将小块废钢装入最上层填充空隙。配料时大小料配比如下：小型料占20%，中型料占40%，大型料占40%。

（2）由于采用超高功率供电，电弧炉只做为一台高效的熔化装置，现代电弧炉炼钢过程在熔化期就有吹氧助熔，又由于偏心底出钢是留钢留渣操作，实际上熔化和氧化并无明显的界限，故称之为熔氧期.

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熔氧期的主要任务是：在保证炉体寿命的前提下，用最少的电耗快速地将炉料熔化及升温，迅速形成熔池，并完成脱磷、脱碳、去气、去除非金属夹杂的工艺任务。

炉料的熔化过程分为四个阶段：

起弧阶段：电炉刚送电一般选用中级电压，功率为额定功率的三分之二左右，起弧阶段约为5～10min。也可以一开始就采用最大功率送电，以加速炉料熔化。

穿井阶段：起弧弧后，电极下四周的炉料迅速熔化，电极随着炉料的熔化而不断下降，在炉料中打出三个洞称为“穿井”。此时，电弧全部被炉料包围，热量全部被炉料吸收，故使用最大功率供电，一般穿井时间为10分钟，约占熔化时间的1/4。

电极上升阶段：穿井到底后，炉底形成熔池，钢液面形成了一层熔渣，四周炉料受电弧辐射热而继续熔化，钢液面逐渐升高，电极逐渐上升；此阶段仍用最大功率供电。

熔末阶段：炉料被熔化四分之三后，电弧完全暴露，而远离电弧的低温区部分炉料尚未熔化，若长时间采用最大功率用电，电弧会强烈损坏炉衬和炉盖，所以要在好泡沫渣，以屏蔽电弧，同时合理用氧，并不断将剩余炉料推入熔池，以加速熔化。

炉料全部熔化，熔池温度符合要求后为完成脱磷、脱碳、去气、去夹杂的任务继续吹氧进行氧化。吹入熔池中的氧气与熔池中的氧剧烈反应，产生的CO气泡在上浮过程中将非金属夹杂物带入炉渣，同时，碳氧反应放出的热量使熔池升温，进而使钢液达到出钢温度，从而减少一部分电能的输入。本设计采用吹氧和矿石综合氧化。综合氧化可以扩大钢渣反应界面，造出高碱度高氧化性炉渣，促进了脱磷和脱碳反应的顺行。氧化终了，取样分析，当钢液成分和温度符合要求时，即可出钢。

（3）出钢条件及操作

当钢水成分，温度符合条件时，且出钢和精炼的准备工作已完成时便可出钢。

出钢的操作如下:

先将钢包车开到出钢箱下面.出钢时，炉体稍向后缓慢移动，将出钢口底塞挡板打开，使堵塞填料露出，，钢液随后也落入钢包中。在出钢过程中，炉体要保持轻微连续的倾动，使出钢口上部的小熔池内部没有熔渣覆盖.当钢包中的钢液达到预定出钢量时，炉体迅速复位，随后钢包开至精炼跨开始精炼.出钢过程中，向钢包中加入活性脱硫渣剂，进行预脱硫处理，同时钢包底部吹Ar搅拌。偏心炉底出钢后采用留钢留渣操作，可将10%～15%的钢液和全部炉渣留在炉内，出完钢后，趁热用氧枪由上而下将出钢口顶部的水冷钢盖打开，用一根长颈漏斗由上而下插入出钢口，把填料经漏斗填入，准备下炉精炼.出钢终点的控制主

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