钢铁冶金专业年产70万吨电弧炉炼钢车间设计.docx

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钢铁冶金专业年产70万吨电弧炉炼钢车间设计

钢铁冶金专业年产70万吨电弧炉炼钢车间设计

绪言

第一章设计方案………………………………………………………………1

1.1设计概述…………………………………………………………………1

1.2产品方案…………………………………………………………………2

1.3产量计算…………………………………………………………………4

1.4新技术、新设备的选择说明……………………………………………14

1.5工艺流程及车间的组成………………………………………….………15

第二章电弧炉设计…………………………………………………17

2.1电弧炉炉型及其尺寸计算………………………………………………17

2.2炉子变压器功率和电参数的确定………………………………………22

第三章连铸设计………………………………………………………………26

3.1车间设备及参数的选定…………………………………………………26

3.2连铸机基本参数的确定………………………………………………27

3.3连铸车间的工艺布置……………………………………………………31

第四章车间布置及主要设备的选择………………………33

4.1炉子跨…………………………………………………………………35

4.2原料跨…………………………………………………………………42

4.3浇铸跨…………………………………………………………………45

4.4精炼跨间布置…………………………………………………………48

第五章电炉炼钢的经济技术指标……………………………………53

5.1产量方面…………………………………………………………………53

5.2质量方面………………………………………………………………53

5.3品种方面………………………………………………………………53

5.4成本方面…………………………………………………………………54

第六章专题研究………………………………………………………55

6.1开发背景…………………………………………………………………55

6.2成形耐火涂料的特性和性能………………………………………………56

6.3耐火涂料层的涂敷作业……………………………………………………58

6.4结束语………………………………………………………………………58

参考文献…………………………………………………………………………59

绪言

本次设计是根据娄底地区条件设计年产量为70万吨电弧炉炼钢车间,该地区矿藏丰富,水源充沛,交通发达,设计炼钢车间条件比较合理。

同时在该地区建厂不仅是本地区工业发展的需要,也为本地区重工业的发展提供拉可靠保证在本次设计中。

考虑到我国的钢铁工业的发展现状,及未来钢铁行业发展的方向,更加为能够创造出最大的经济效益,在行业竞争中处于有利地位,同时根据市场需求,重点发展优质钢,合金钢等特钢品种,本次设计中采用现在比较先进的炼钢技术。

尽量做到经济上合理,技术上先进,减轻工人的劳动强度,改善工人的工作环境,建设一流的现代炼钢车间。

如:

在本次设计中。

电炉中采用二次燃烧技术,吹氧自动系统。

连铸车间中,采用全程保护浇注,电磁搅拌系统,结晶器液面控制仪,汽水喷雾冷却等先进技术,为企业的高产量,高质量发展创造拉条件,将为企业本身和地方经济发展做出不可磨灭的贡献,创造丰富的经济效益。

在本次设计中,是本人三年专业知识学习的一个促进过程。

电炉部分的一个总结,知识的一个再学习过程。

本次设计中得到了老师的悉心指导和帮助,本人表示非常的感谢。

然而,由于本人水平有限,设计中难免有不足和纰漏之处。

望各位给予指正。

第一章设计方案

1.1设计概述

1.1.1设计的基本原则及内容

1、设计的基本原则

1贯彻执行党和国家建设四化的方针、政策及其有关规定。

在厂址选择及进行工厂总平面布置时,尽量少占有现有耕地,“三废”的处理和排除不应污染环境,不应有害农业生产,且应综合利用。

在方案的确定和选择上要考虑到国家的现状和要求以及未来发展的需要。

2设计中的技术决定紧密结合我国的具体情况,保证技术先进与经济合理相结合。

在生产工艺流程和机器设备的选择上。

考虑到我国现有的生产技术水平,尽可能她提高机械化,自动化的程度。

以达到高产、优质、低耗,提离经济效益。

3充分利用本地资源,发挥现有工业基地的潜力,降低资。

4设计应充分体现社会主义制度对劳动者的安全与健康的关怀,应把环境提到重要位置,重视“三废”处理及综合利用。

2、设计内容

设计内容包括:

产品方按确定,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,电炉车间的设计车间设备选择及布置,各跨间的设计等。

1.1.2建厂条件评述

通过实地调查,利用收集到的资料,就该地区资源、电力、交通、水文、地质、气候等方面加以评述,以论证在该地建厂发苦难性与合理性。

本次设计中,我们的设计是根据娄底地区的条件进行的,下面就将该地条件表述如下,以供参考使用。

1、资源,能源

娄底地区是湖南矿藏比较集中的地区,种类繁多,藏量丰富,尤以煤铁等最为著名,煤产量为全省第一,号称“涟邵煤田”铁矿有“田湖铁矿”等。

电力充足,娄底以西有装机容量1203千瓦的金竹山电厂,加上葛洲坝水电并网,能完全满足需要。

水源充沛,湘江支流?

?

涟水河横贯其中。

2交通运输

娄底是湘中地区的交通枢纽,湘黔复线铁路横贯东西,娄邵铁路连接南北,还有众多厂矿铁路专线。

公路纵横交错,里程达2308公里,资水,涟水通航里程200多公里。

因此,原料,产品运输十分方便。

3、气象条件

1气温

极端最高气温41℃

极端最低气温-2℃

全年平均气温18.3℃

2风

主导风向:

东北风最大风速:

8m/s197810m/s1974

七月份最大风速1.8m/s,最小风速0.7m/s.

3降水量

年平均降水量1322.9mm,1958-1970年最大月降雨量121.9mm

4湿度

冬季最冷月相对湿度75%

夏季最热月相对湿度81-66%

4、地质条件

娄底地区地下埋藏着第四纪冲积黏土,卵石和石灰岩,其抗压强度:

黏土?

?

2.0kg/cm2

卵石?

?

3.0kg/cm2

石灰岩?

?

4.0kg/cm2

5、风量修正,基本风压

月份风量修正系数（K值）漏风损失（%）入炉风量（Nm3/min）七月0.8212613一月0.92212727

全年平均0.89912672

基本风压值35kg/m2,基本雪压值30kg/m2

1.2产品方案

在这节里,年产量,冶炼钢种及其产量比例均由设计任务书规定得知。

具体钢号可给定也可以自行选择。

选择原则如下:

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上是缺铬少镍多硅锰;3考虑到市场的需求情况。

1.2.1冶炼的钢种,代表钢号及化学成分确定为表1-1所列:

成分

钢种CSiMnPSNiCuCrTi

优质碳素钢45#0.42~0.500.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035≤0.25-≤0.25-

碳工钢T80.75~0.840.15~0.350.20~0.40≤0.035≤0.030≤0.20≤0.30--

硅钢D22≤0.082.01~2.500.20~0.40≤0.040≤0.030----

弹簧钢60Si2Mn0.57~0.651.5~2.00.6~0.9≤0.045≤0.045----

轴承钢GCr150.95~1.050.15~0.350.2~0.4≤0.027≤0.020≤0.30≤0.251.3~1.65-

合金结构钢20MnSi0.15~0.230.35~0.701.10~1.55≤0.040≤0.040--0.95-

不锈钢1Cr18Ni9Ti≤0.12≤0.80≤2.0≤0.035≤0.0308.0~11.0-17~195×C-0.02~0.80

表1-1冶炼钢种化学成分表

1.2.3钢种简介

要求对所选钢号的工艺性能,机械性能和用途作简要介绍。

1、合金结构钢

如20MnSi、4OCr等,所含合金元素的总量一般不超过5%,但所用合金元素的种类却很多。

各种合金元素对其性能产生一定影响见教材,至使其具有良好的综合机械性能σb、αk、δ、Ψ等,为了提高其收得率,可以不经过吨炉精炼,只通过吹氩搅拌便可进行连注。

主要用来制造各种机械,机械零件和各种工程中金属结构,加汽车、柴油机及机床等上的齿轮,主轴等构件。

近年来工业发展迅速,合金结构钢需求日益增多,目前世界上合金结构钢的总产量已达总产量10%,占合金铜总产量45%以上。

2、滚珠轴承钢

如GCr15有较高硬度、耐磨性,高的接触疲劳强度和抗压强度,良好韧性及较高的抗磨蚀性。

因此要求钢中非金属夹杂的量少,尺寸小,塑性好和分布均匀。

但从电炉生产实际来看,由于一般轴承钢C量较高,非金属夹杂不仅数量多,而且形状不规则,所以常用渣洗和延长镇静时间等办法,不适合进行连铸,连铸冷却强度大,镇静时问短,易产生碳化物偏析和裂纹,为了去除一定数量杂物和

偏析,用LF炉精炼。

该钢种用于制造滚珠轴承的滚珠,棱柱和内外套圈。

3、不锈钢

加lCrl8Ni9Ti等,它们含Cr、Ni等合金元亲很高,特别是Cr含量为18~20%,而C含量要格别较低水平,生产中要特别注意“脱C保Cr”控制。

为了提高合金元素回收率,避免在强冷却条件下产生裂纹,一般不锈钢应用模铸,与LF炉相配合。

由于不锈钢具有高的抗氧化,耐磨蚀性能,所以被广泛应用于原子能、航空、海洋开发、化学、石油工业及日常生活之中。

1.3产量计算

1.3.1金属平衡图

1、金属平衡图

参见表1-2,由计算知车间产量等分布情况,如表1-3。

表1-3车间产量分布

冶炼钢种年产量t装入量ia?

1-h钢水量ji1-c-y返回钢jih-c-y收得率k1-c-y收合率l1-h消耗系数ni?

a

45#210000229007.634217557.2527557.2529591.71.091

20MnSi105000114503.817108778.6263778.6269591.71.091

T8105000114503.817108778.6263778.6269591.71.091

D227000079908.67575913.2415913.2429587.61.091

GCr153500039954.33837956.6212956.6219587.61.091

60Si2Mn105000114503.817108778.6263778.6269591.71.091

1Cr18Ni9Ti7000079908.67575913.2415913.2429587.61.091

金属平衡图如下:

连铸以45#为例,见图1-1。

图1-1金属平衡图

2、配料计算

配料任务在于确定炉料的化学组戒及其配比;合理利用返回钢,节约合金元素,减少消耗,缩短冶炼时间。

1配料原则

1配料的准确性即炉料重量和配料成分要准确。

2合理使用废钢,废钢的化学成分须符合所炼钢种要求。

另外,当采用氧化法冶炼时,应大量使用普通废钢;而在采用返回法时,必须使用优质返回钢。

使用废钢时,还应考虑其块度和单位体积重量,不同块度的炉料应有适宜的配比,轻薄废钢所占比例不宜过大。

当废钢含C量不能满足配C要求或废钢来源不足时,可以配入部分生铁或废铁,其配比氧化法可达40%,返回法则约为10%。

3确定适宜的配料成分配料成分由钢种成分、元素特性,冶炼方法和质量要求等确定,对于普碳钢和低合金钢应着重配好C,而对于高合金钢则应着重配好几个主要的合金元素。

碳:

确定配C量时,应考虑碳在熔化期的烧损,氧化期的脱C量及还原期的增C量。

采用氧化法冶炼,炉料化清时的碳含量应该比规格下限高出0.30%~0.40%。

而返回法则应高0.15%。

如果熔化期吹氧助熔,则氧化法配料中碳应该比规格下限高0.5%~0.7%,当废钢含C量不足时,可以用增碳剂增碳。

硅:

氧化法熔炼时不人为的配入硅,当化清时钢液含Si量大于0.15%时,将会抑制沸腾,用返回吹氧法炼不锈钢时,适当提高炉料配Si量可以提高返回钢中Cr的回牧率,但也不宜超过1.0%。

锰:

对于一般钢种,化清锰含量一般不作要求,但对于某些重要的结构钢,化清时锰含量应不大于0.2%,以免抑制沸腾,锰的烧损为50~60%。

铬:

用氧化法冶炼时,炉料中铬应尽量少,即使量铬结构钢也是如此,冶炼高铬钢时,其配铬量,装入法按规定中下限配入,返回法则应低于下限。

镍、钼、钨:

成品中含量较高时按规格中、下限配入,并同炉料一起装炉。

钒、钛、铝:

极易氧化,不在配料时加入。

硫、磷:

炉料中的硫、磷越低越好,一般来说,返回法的配磷量≤0.20%,氧化法的配硫和配磷因钢种而异。

配料成分%一般结构钢轴承钢工具钢不锈钢

P≤0.100≤0.040≤0.070≤0.050

S≤0.100≤0.030≤0.060≤0.050

2设计条件

产品方案见表1-2

本例设计配料均采用返回钢:

碳素废钢和生铁GCr15SiMn只用碳素废钢、生铁,碳素废钢的要求见表1-4。

表1?

4电炉炼钢用碳素废钢成分%

元素

种类CSiMnCr或Ni

低C废钢0.250.30.50.4

中C废铜0.50.30.50.4

高C废铜0.750.30.50.4

表1-5金属料成分%

成分

原料CSiMnPSTiCrNi收得率

45#返回钢0.450.270.650.030.03-0.020.01

T8返回钢0.80.30.350.0280.025---

60Si2Mn返回钢0.61.80.70.030.04---

D22返回钢0.062.40.30.0350.028---

GCr15返回钢1.00.250.30.0250.015-1.50.20

1Cr18Ni9Ti返回钢0.090.561.440.0220.02-17.89.2-

Fe-Mn6397

Fe-Si4598

Fe-Si粉7555

Fe-Ti2575

Fe-Cr6098

镍9998

注:

氧化法含炼时S0.05%,P0.06%

氧化法冶炼高速工具钢SO.O2%,PO.02%

设计中按所设计钢种碳量相应选择碳素废钢,如45#钢一般选中碳废钢。

其它金属料加返回钢、生铁、铁合金成分及收得率见表1-5。

终插铝量铝条含铝99%

低碳钢[C]0.25%插Al量0.8~1.0Kg/t

中碳钢[C]0.25~0.75%插Al量0.5~0.6Kg/t

高碳钢[C]0.75%插Al量0.3~0.4Kg/t

注:

插Al量取中限

七种钢除lCrl8Ni9Ti采用返回吹氧法冶炼外,其余均采用氧化法冶炼。

1氧化法冶炼的工艺备件如下:

化清时钢中C合量均化比规格下限高0.4%,料中配C量均高出规格下限0.6%。

造还原渣时加入硅粉时均按3Kg/t计算,还原后加硅铁时,钢中残Si量按0.15%计算。

还原初期调整钢液锰含量时,钢中残锰量按0.1%计算。

钢中Mn、Si成分均按表1-5中要求。

2氧化法配料基本共系式:

配料量装入量-铁合金总补入量-铁矿进铁量

铁矿进铁量铁矿加入量×铁矿含铁量×铁的回收率铁矿加入量一般按出钢量的0.4%计算,铁矿含铁量约为50~60%,铁的回收率约为80%。

铁合金加入量

插Al量

3氧化法配料计算以45#钢为例

1配料量

铁矿加入量217557.252×0.4%×lO8702.29t

铁矿进铁量8702.29×55%×80%3829.0076t

10-----脱1KgC所需铁矿量,Kg

求铁合金加入量

Fe-Mn[217557.252×（0.65-0.1）%]/63%×97%1958.049t

Fe-Si[217557.252×0.27-0.15%]/45%×98%591.972t

Fe-Si粉进入液量3×217557.252×55%×358.970t

造还原渣时加入Fe-Si粉量为3kg/t,其回收率为55%

进入钢液铁合金总量1985.050+591.973+358.9692908.960t

配料量229007.634-2908.957-3829.007222269.661t

2确定各种废钢配比

设碳素废钢为x吨,生铁加为y吨。

x+y+7557.252229007.632

0.5%x+4.0%y+0.45%×7557.2521.02%×229007.636料中配碳1.02%

得x187318.43t

y34131.950t

故本炉炉料的配比为:

返回钢7557.255t

中碳废钢187318.44t

生铁34131.952t

3插铝量[217557.252×0.55/1000]/99%

注:

插铝量,低碳钢为0.7~0.8kg/t,中碳素钢0.5~0.6kg/t,合金结构钢0.8~1.0kg/t,高碳钢0.3~0.4kg/t,合全工具钢约为0.5kg/t,铝纯度为98%以上。

4返回吹氧法配料计算

用返回吹氧法冶炼1Crl8Ni9Ti,出钢量为75913.241吨,炉料综合回收率为96%。

已知条件

原料工段有关返回钢的牌号成分表1-6。

表1-6返回钢牌号%

成分

钢种CCrMnNiSiP

1Cr18Ni9Ti0.0917.81.449.20.560.022

3Cr130.3013.00.700.700.030

D420.050.104.450.011

200.180.600.300.022

其它有关数据见表1-7。

表1-7有关数据成分表%

合金元素CrNiMnSiTi

控制含量189.51.50.50.6

配料含量10100.50.8-

铁合金含量6599.9987530

化清合金量80975040痕迹

调整合金量9698989575

2计算

求配料量,根据上表

P075913.241×75913.241×61354.629t

配铬根据原料工段废钢库存情况,决定配入1Cr18Ni9Ti返回钢30%。

61354.537×30%18406.370t

3Cr13返回钢25%,即61354.537×25%15338.629t

要求炉料中含Cr10%,则料中应含有铬量:

61354.537×10%6135.457t

炉料中18406.361tCr18Ni9Ti返回钢带入Cr量:

18406.361×17.8%3276.339t

15338.634t3Cr13返回钢带入Cr量:

15338.634×13%1994.005t

尚缺Cr量6135.453-3276.332-1994.002865.091t

所缺Cr用中碳钢铬铁Cr1Cr65%,C0.55%补足,则应配入的Cr1量为:

865.099/65%1330.925t

配Ni要求炉料中含Ni10%,则料中应有Ni量为:

61354.537×10%6135.456t

18406.361t1Cr18Ni9Ti返回钢带入Ni量为:

18406.361×9.2%1693.387t

尚缺Ni量为6135.453-1693.3854442.063t

所缺Ni用金属Ni含Ni99.9%补足,则应配Ni金属为:

4442.068/99.9%4486.932t

配Si要求炉料中含Si0.8%,则料中应有Si量为:

61354.617×0.8%490.834t

18406.361t1Cr18Ni9Ti返回钢带入Si量为:

18406.361×0.56%103.073t

15338.634t3Cr13返回钢带入Si量为:

15338.634×0.7%107.371t

设Cr1含Si3%,则Cr1带入Si量为:

1330.921×3%39.925t

尚缺Si量为:

490.836-103.075-107.370-39.927240.463t

所缺Si由D42补足,则应配入的D42量为:

240.464/4.45%5403.682t

炉料组成,综合以上结果,本炉炉料组成如下:

1Cr18Ni9Ti返回钢18406.361t

3Cr13返回钢15338.634t

D42返回钢5403.685t

Cr1865.099t

Ni金4886.937t

共计:

45366.538t

尚差61354.537-45366.53815987.999t由20废钢补足。

配料含C量校核,炉料中共有碳量为:

18406.361×0.09%+15338.634×0.3%+5403.685×0.05%+15987.999×0.18%+5403.685×0.55%16.5657249+46.015902+2.7018425+4.7580445+28.778398298.819912t

炉料中含C量:

98.8199121/61354.5370.15%

配料中含P校核

18406.361t1Cr18Ni9Ti返回钢带入P量为:

18406.361×0.022%4.04933t

15338.634t3Cr13返回钢带入P量为:

15338.634×0.03%4.601590t

5403.685tD42返回钢带入P量为:

5403.685×0.011%0.5944053t

14534.544t废钢带入P量为:

14534.544×0.022%3.197599t

Ni金含磷极低,可忽略不计。

各种废钢带入P量为:

4.049339+4.6015902+0.59440535+3.197599812.4429943t

则配料含P量为:

12.44299435/61354.5370.020%

全厂全年配料情况见表1-8

钢号产量矿石Fe-MnFe-SiFe-Si粉Al生铁碳素废钢返回钢

45#2100008702.291958.050591.992358.969120.8623413.950187318.47557.252

20MnSi1050004351.142136.057863.324239.30998.88916088.47189483.5273779.328

T81050004351.14445.010369.995