20万KVA铁合金基地电炉初步设计方案.docx
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20万KVA铁合金基地电炉初步设计方案
20万KVA铁合金基地
电炉初步设计方案
1、总论————————————————————————4
2、项目建设条件—————————————————————5
3、建设范围及生产线组成————————————————6
4、电炉冶炼——————————————————————6
5、车间组成及布置——————————————————15
6、主要生产设备————————————————————16
7、电气及供水部分————————————————————24
8、土建部分—————————————————————30
9、劳动生产定员————————————————————32
10、烟气净化系统————————————————————33
11、检验化验——————————————————————37
12、总图运输——————————————————————38
13、工程建设——————————————————————39
14、硅铁合金生产工艺流程————————————————40
15、消防安全—————————————————————40
16、劳动安全卫生————————————————————41
附件1：
车间平面布置图
附件2：
车间剖面图
20万KVA铁合金基地初步设计方案
1、总论
为促进甘肃地区经济的发展，结合国家产业政策，充分利用当地资源，在甘肃陇南建设20万KVA硅铁电炉。
1.1项目名称
（请业主按照项目定性填写）
1.2项目实施单位
--------------------（业主单位名称）
1.3项目编制单位
1.4设计指导思想和主要原则
（1）铁合金行业准入条件。
（2）根据当前的国家产业政策，发展循环经济。
（3）采用国内先进可靠的技术和设备，使项目建成后的各项经济指标达到同行业领先水平。
（4）充分利用当地资源，积极增加就业岗位，减少项目的建设投资和运营成本,为企业创造最大利益。
（5）设计严格执行国家关于环保、安全、工业卫生、消防等法律、法规，“三废”达标排放等。
2项目建设条件
（建设地水文地质气象条件，请业主填写）
3建设范围及生产线组成
3.1建设范围
5台12.5MVA、两台8MVA铁合金电炉及相应上料系统、烟气净化系统、供电系统、供水系统、化验、机修等公辅设施。
3.2装备水平
电炉装备属国内同类型先进水平；经济技术指标为全国同类型电炉先进水平。
电炉结构型式为矮烟罩半封闭、全液压、固定式电炉。
3.2.1冶炼电炉
a电炉变压器采用35kV进线，二次侧端管式出线；
b短网采用铜管、水冷母线；
c采用锻造铜瓦；
d采用波纹管夹紧装置；
e电极升降采用液压方式；
3.3.2烟气净化
a除尘器采用正压大布袋形式，滤袋采用覆膜滤料；
b系统应用计算机自动控制:
c烟气经净化后烟尘排放浓度小于50mg/Nm3，符合国家排放标准；
d采用自动装袋技术。
4电炉冶炼
4.1生产工艺流程
主要产品为高纯硅铁，其工艺流程见图一。
硅石
焦炭
铁质
配料
计量
电炉
冶炼
浇注成锭
精整
合格成品入库
配料仓
图一、生产工艺流程简图
4.2 生产工艺简述
采用装载机将炉料装入配料仓，每个料仓下面设有给料机,送至称重料仓进行配料，通过斜桥输送机输送到炉顶料仓平台上，炉料通过加料装置加入炉内进行冶炼。
硅铁冶炼为连续生产，约2小时出一次铁，铁水出炉后装入铁水包中进行炉前精炼，然后用双钩吊车浇入锭模，在浇注过程中取样进行化学分析，产品冷却后精整入库。
4.3电炉生产能力
4.3.1产品产量计算（一台12.5MVA硅铁电炉）
变压器容量：
P=12.5MVA
电源波动系数：
K1=0.98
变压器利用系数：
K2=0.98
时间利用系数：
K3=0.99
功率因数：
Cosφ=0.9（考虑低压补偿）
冶炼电耗：
W＜8400KWh/t
平均日产量：
Q=P×K1×K2×K3×Cosφ×24/W
=12500×0.98×0.98×0.99×0.9×24/8400
≈30.1（吨）
考虑最低超负荷30%（设计超负荷大于40%），则其日产量为40吨。
5台电炉日产量为200吨。
年生产能力
电炉年工作时间：
330天
电炉年停修时间：
30天
电炉平均日产量（一台）：
40吨
电炉年产量（一台）：
Q=40×330=13200（t）
5台电炉年产量：
按66000吨计。
4.3.2产品产量计算（一台8MVA硅铁电炉）
变压器容量：
P=8MVA
电源波动系数：
K1=0.98
变压器利用系数：
K2=0.98
时间利用系数：
K3=0.99
功率因数：
Cosφ=0.9
冶炼电耗：
W＜8400KWh/t
平均日产量：
Q=P×K1×K2×K3×Cosφ×24/W
=8000×0.98×0.98×0.99×0.9×24/8400
≈20（吨）
考虑最低超负荷30%（设计超负荷大于40%），则其日产量为26吨。
2台电炉日产量为52吨。
年生产能力
电炉年工作时间：
330天
电炉年停修时间：
30天
电炉平均日产量（一台）：
26吨
电炉年产量（一台）：
Q=26×330=8580（t）
2台电炉年产量：
按17160吨计。
工厂年产量：
66000+17160=83160（吨）
4.3.3产品质量
产品质量应符合硅铁合金（GB2272－87）的要求。
本标准适用于炼钢和铸造作脱氧剂或合金元素加入剂用的硅铁；同时适用于金属镁的生产需要。
硅铁按硅及其杂质含量，分为十六个牌号，分别为：
FeSi90Al1.5、FeSi90Al3、FeSi75Al0.5－A、FeSi75Al0.5－B、FeSi75Al1.0－A、FeSi75Al1.0－B、FeSi75Al1.5－A、FeSi75Al1.5－B、FeSi75Al2.0－A、FeSi75Al2.0－B、FeSi75Al2.0－C、FeSi75－A、FeSi75－B、FeSi75－C、FeSi65、FeSi45。
4.4 原材料技术条件
4.4.1硅石
标准符合（ZBD53001－90）中对硅石的有关要求，化学成份见表1规定。
硅石化学成份表1
硅石
化 学 成 份%
SiO2
Al2O3
CaO
P2O5
≧
≦
97.0
0.5
0.20
0.02
硅石入炉粒度范围60～120㎜。
不得混入废石、表面应清洁，不允许有其它杂物聚附。
4.4.2 焦炭
焦炭的理化指标应符合标准（YB/T034－92、GB/T1996－2003）中对铁合金用焦炭及冶金焦炭的有关要求，技术指标应符合表2规定。
焦炭技术指标表2
指 标
种 类
固定炭%
灰份%
挥发份%
灰份中Al2O3%
≧
≦
合金焦
82.0
9.0
8.0
12.0
冶金焦
82.0
14.0
1.9
26.0
焦炭的粒度应符合表3规定。
粒度范围表3
名称要求
冶金焦
合金焦
粒度范围（㎜）
5～16
8～22
4.4.3 电极糊
电极糊的技术指标条件按（YB/T5215－1996）中电极糊的规定执行。
电极糊技术指标
种类
项目
标准糊
密闭糊
1号
2号
3号
1号
2号
灰分/%≤
7.0
9.0
11.0
4.0
6.0
挥发分/%
9.5-13.5
11.5-15.5
11.5-15.5
12.0-15.5
12.0-15.5
抗压强度/Mpa≥
22.0
21.0
20.0
18.0
17.0
电阻率/µΩ.m≤
80
85
90
65
75
体积密度/（g/cm3）≥
1.38
1.38
1.38
1.38
1.38
延伸率/%
5-30
15-40
15-40
5-20
5-20
4.5电炉主要参数（见表4）
8000KVA电炉和12500KVA电炉参数分别如下。
4.5.18000KVA电炉的主要参数
本期工厂建设的8000KVA矿热炉为低碳高质硅铁，应建设方要求电炉可长期超负荷40%运行。
其电炉主要参数如下表。
电炉主要参数表4
序号
名称
单位
数量
备注
1
电炉变压器容量
KVA
8000
过载大于40%
2
一次侧电压
KV
35
3
一次侧额定电流
A
132
4
一次侧最大电流
A
184.8
5
二次电压
V
104－124－152
恒电流-恒功率
13级（4）
6
二次常用电压
V
128
7
二次常用档额定电流
A
37250
8
二次最大电流
A
50519.6
9
调压方式
有载调压
10
电源频率
Hz
50
11
电炉功率因数
CosФ
0.85
12
电极直径
㎜
970
13
电极电流密度
A/㎝2
14
电极极心圆直径
㎜
2415±50
？
15
炉膛直径
㎜
5820
16
炉膛深度
㎜
2050
17
炉壳直径
㎜
7800
18
炉壳高度
㎜
4200
19
电极工作行程
㎜
1200
4.5.212500KVA电炉的主要参数
本期工厂建设的12500KVA矿热炉为低碳高质硅铁，应建设方要求电炉可长期超负荷40%运行。
其电炉主要参数如下表。
电炉主要参数表4
序号
名称
单位
数量
备注
1
电炉变压器容量
KVA
3×4500
过载40%
2
一次侧电压
KV
35
3
一次侧额定电流
A
222.7
4
一次侧最大电流
A
311.8
5
二次电压
V
108－136－208
恒电流-恒功率
13级（4）
6
二次常用电压
V
148
7
二次常用档额定电流
A
52665
8
二次最大电流
A
73731
9
调压方式
有载调压
10
电源频率
Hz
50
11
电炉功率因数
CosФ
0.85
12
电极直径
㎜
1080
13
电极电流密度
A/㎝2
14
电极极心圆直径
㎜
2700±50
？
15
炉膛直径
㎜
6350
16
炉膛深度
㎜
2250
17
炉壳直径
㎜
8350
18
炉壳高度
㎜
4500
19
电极工作行程
㎜
1200
4.6冶炼炉台消耗（见表5）
冶炼炉台消耗表5
序号
材料名称
单位消耗
（t/t）
工厂日耗
（t）
工厂年耗（t）
1
硅石
1.9
479
158000
2
铁质料
0.4
100
33000
3
焦炭
1.05
265
87318
4
电极糊
0.06
15
4990
5
电极壳
0.004
1
330
6
耐火材料
0.02
0.5
165
7
圆钢
0.02
0.5
165
8
锭模
0.01
0.25
85
9
铜瓦
0.0004
0.1
33
10
动力电耗
150kWh/t
37800kWh
12474000kWh
备注
工厂高纯硅铁日产量按252吨计，年产量为83160吨。
5车间组成及布置
车间平面布置见附件一工厂布局图。
四台8000KVA电炉为一车间，其中每两台电炉为一组，两组之间保留6米距离。
两台8000KVA电炉和一台12500KVA电炉为二车间。
其中两台8000KVA电炉为一组，一台12500KVA电炉为一组，两组之间保留6米距离。
车间由变压器跨、炉子跨、浇注跨、成品跨组成，每跨具体布置见附图一。
变压器跨，跨距6米，长114米；
炉子跨，跨距15米，长114米；
浇铸跨，跨距15米，长114米；
成品跨，跨距24米，长114米（二车间长度120米）。
6车间主要生产设备
6.1配料、上料系统
6.1.1上料系统
工艺流程如下：
装载机→日料仓→振动给料机→斜桥（带卸料小车）→过度料仓→炉顶运料小车→炉顶料仓→加料机→炉内冶炼。
设置40m3的日料仓4个，其中硅石仓1个，备用仓1个，合金焦1个，铁矿球团仓1个。
系统能力为90吨/小时。
上料斜桥示意图
6.1.2加料系统
每台电炉设5个炉顶料仓，每个容积2m3。
其中3个料仓通过3根主料管将料直接加入炉膛，两个料仓连接辅助料管。
6.2电极把持器及升降压放系统
6.2.1电极把持器
电极把持器的作用是将大电流输向电极，并使电极保持在一定高度上。
本设计采用外置波纹管压力环式把持器。
波纹膨胀管的充油压力可在0～45MPa之间调节，以满足电极压放或倒拔操作的要求电极把持系统主要由压力环、铜瓦、保护套、底部环以及导电铜管和下把持筒组成。
波纹管式压力环示意图。
本设计中12500KVA电炉电极直径为1080mm，每根电极设置8块铜瓦。
铜瓦采用锻造铜瓦。
其特点是：
载流密度大，使用寿命长，一般可使用五年以上，铜瓦损耗量减少，减少热停炉时间，从而降低了电耗、增加了产量。
（锻造铜瓦示意图）
6.2.2电极升降装置
电极升降装置采用液压缸升降机构。
液压缸升降机构结构紧凑，传动平稳，便于实现自动化操作等诸多优点。
液压缸根据安装形式的不同，可设计成活塞式吊挂缸和柱塞式座缸两种，目前部分大容量电炉用活塞式吊挂缸，液压缸连接方式为绞接，电极在升降过程中有时对液压缸产生的水平力比较大，导致液压缸发生摆动，进而影响电极的稳定性，可能会造成停产危害。
而此次柱塞式座缸的设计就克服了大容量电炉在电极升降时的不稳定情况，基于这种优点，因此本次设计电极升降采用液压座式油缸升降，电极行程为1200mm。
每根电极配备一对液压缸，装在平台上。
采用座缸式的电极升降，大大提高了电极在升降时的稳定性，又降低了厂房标高，节约投资。
6.2.3电极压放装置
电极压放装置的作用是用来夹紧电极并通过压放机构加长或减少电极工作端的长度。
自焙电极在生产过程中随着自身消耗，工作端逐渐变短，因而要定时补给。
压放装置采用液压机械抱闸。
对电极的抱紧力靠蝶形弹簧的弹力。
松开电极时是用液压力克服弹簧的弹力。
压放电极使用PLC程序压放和PLC手动压放两种形式。
液压机械抱闸示意图。
压放程序：
上抱闸打开→上抱闸上升→上抱闸抱紧→下抱闸打开→上抱闸下降→下抱闸抱紧→压放结束。
要求上、下抱闸不能同时打开。
倒拔程序：
压力环松开→下抱闸打开→上抱闸上升→下抱闸抱紧→上抱闸打开→上抱闸下降→上抱闸抱紧→压力环抱紧→倒拔结束。
要求上、下抱闸不能同时打开。
6.3短网系统
电炉短网为管式，软连接部分为水冷电缆，与板式短网相比电流密度提高几倍，相应的短网重量减轻很多。
同时，短网、电极上的导电铜管以及铜瓦可组成一个冷却水回路，管式短网的温度比板式短网低得多。
电损失相应减少，短网铜管外均包有绝缘层，防止了短网短路事故发生。
6.4烟罩及炉体
烟罩是收集并排除电炉冶炼过程中产生的大量烟气和炉尘的装置。
烟罩采用半封闭矮烟罩，为了防止烟罩在运输过程中变形，烟罩盖板可分瓣制作，运输到现场后进行安装。
它由水冷钢骨架、水冷盖板、侧壁等组成。
骨架和顶盖均为水冷，其上也捣制高铝耐火浇注料。
烟罩高3200mm，设置三个大门。
大门供捣炉、加料用。
烟罩门为液压控制开闭，烟罩侧壁内侧捣制高铝耐火浇注料。
骨架和顶盖均为水冷，其上也捣制高铝耐火浇注料。
烟罩设置三个电极开孔。
为正六边形结构，烟罩顶部由六块水冷结构炉顶盖板和三块水冷结构炉顶中心盖板组成。
中心盖板用耐火浇注料喷涂。
烟罩设置三根烟气导出管，烟气导出管直径为2700mm，用来放散冶炼过程中产生的烟气。
烟气通过空冷管后进布袋除尘器净化。
烟囱标高为+38.0m。
烟囱下段为全水冷结构，并用高铝耐火浇注料喷涂。
用螺栓与烟罩固定，并悬挂于平台上，上段为钢结构，无内衬和水冷。
炉体主要由耐火材料砌衬、钢制炉壳和出铁口组成。
采用圆形炉壳，其钢度大、结构紧凑，容易制作。
炉壳由厚度为20mm的厚钢板和纵横向的加劲板分数瓣焊接而成。
炉底板为水平板，浮放在置于混凝土基础上的工字钢排架上，通过工字钢排架可形成良好的空气通道以冷却炉底。
炉体设两个出铁口。
烟囱两根，左右对称布置，直径2×Φ2260㎜，材质Q235A，下部采用水冷结构，板厚δ＝6~8㎜，上部板厚δ＝6㎜。
如为了改变环境、延长烟管寿命，内部打结耐火材料。
烟罩炉体及短网示意图。
6.5炉前出铁系统
电炉每2小时出铁一次，每次最大出铁量2.26X2=4.52吨，考虑出铁不均衡系数1.25，铁水比重取2.8，装满系数取0.85，则铁水包容积V=2.4m3，设计铁水包容积2.8m3。
考虑一用一备，一个在修，电炉共计使用21个铁水包。
（其中？
个是顶吹氯气）铁水包坐于铁水包车上，铁水包车由卷扬机牵引。
铁水包示意图。
出铁时用铁水包盛接铁水，在浇铸跨采用锭模浇铸。
铁锭冷却后，可根据用户的要求加工成合格粒度的成品。
锭模示意图。
6.6液压系统
液压系统的工作介质为水-乙二醇，通过液压泵、液压阀、管路等液压元件实现力的传递。
用来控制电极升降油缸的升降、电极压放油缸的升降和上下报闸的抱紧和放松以及实现压力环对电极铜瓦之间的抱紧和放松。
一台电炉配一套液压系统，设一个液压站。
液压站设两套泵装置，一套工作，一套备用。
系统工作压力12MPa，系统设蓄能器，蓄能器的工作容积按系统总流量的60%考虑。
液压站示意图。
7 电气及供水部分
7.1电源及供电
在厂区建设高压开关站一座。
内设35KV开关站，2路进线，由供电公司供给，馈出线路按14（15）路设计，其中7路分别供给7台电炉,3路供给动力变压器，2（3）路做无功高压集中补偿，2路备用。
另设控制室、高压无功补偿室和值班室各一间，控制室安装高压柜集中控制、保护以及高压无功补偿控制系统，安装上位机等一套。
高压无功补偿室安装3组高压电容器组，容量暂未定。
电炉车间的主要电气设备有电炉变压器、低压配电柜、控制柜及操作台等。
生产车间装有7台共计20万KVA矿热电炉（另外预留部分中频电炉容量），动力用电和照明用电采用三相四线制双回路供电。
电炉变压器用电由开关站35KV高压馈出柜送至电炉变压器，保护系统加装避雷器和阻容吸收装置可防止过电压损坏电炉变压器。
馈出柜保护选用微机保护装置。
馈出柜的控制正常在操作台操作，运行状态信号屏送至电炉控制室信号屏，便于操作和监视设备运行状态（电气操作室示意图）。
7.2装机容量
各12500KVA矿热炉供电由3台4500KVA矿热炉单相变压器供电，35KV进线；根据工艺要求，变压器采用Dd-0组合接线方式、强油水冷却、有载调压共35级，可有效节能和防止谐波的产生，并有较强的过负荷能力，可长期超负荷40%运行。
各8000KVA矿热电炉供电由1台8000KVA矿热炉三相变压器供电，可长期超负荷40%运行。
在冶炼车间变压器跨建低压配电室和动力变压器室，冶炼生产、炉前烟气净化、部分照明等所使用动力电源由厂区变电所一台S11－1600KVA/35KV/0.4KV动力变压器供电。
为了防止车间动力系统的事故失电，拟由由除尘系统动力变引一路300KVA左右的备用电源供浇铸行车和电炉控制。
电炉除尘系统除尘主风机采用10KV供电，其余动力设置一台S11-1250KVA的动力变。
为电炉车间提供一路300KVA左右的备用电源。
电炉供水系统设置一台S11-1250KVA的动力变。
7.3直流电源
直流电源选用先进的GZDW型智能化免维护铅酸电池直流电源屏，可靠地保证设备用电和局部事故照明，同时具有较高的微机管理水平。
7.4配料和液压控制
配料系统电气控制根据工艺需要两台电炉设计一套配料系统。
液压系统设计有自动打压和强制打压，能够保证系统正常状态下处于节能运行，事故状态下能够强制运行。
7.5电极控制系统
一是对电极升降、压放的控制。
二是对电炉变压器的控制、保护。
三是对液压、冷却水等检测报警。
电炉配置PLC控制柜一套。
炉台上安装电炉变压器一次电压表、电流表、二次电压表、电压表、电炉变压器的远端调压控制及显示、电子式电能表，能够记录、显示当前和累计有功电量、无功电量及功率因数等。
配料配置PLC自动控制一套，并设上位机一套（含针式打印机一台）。
电炉的配料、输送料均自动控制系统控制。
7.6仪表及计量
炉台高压柜和低压配电柜，以及电极升降压放屏和信号屏、操作台都配备相应的计量、显示仪表。
便于操作工及时掌握炉况，避免误操作。
7.7供水部分
7.7.1水量水压
每台电炉小时耗冷却水约350立方米，台电炉立方米/小时，炉台水压0.3Mpa。
每台电炉变压器小时耗冷却水约100立方米，台电炉200立方米/小时，炉台水压0.05Mpa。
除尘风机冷却水约水量200立方米/小时（以上循环率≥97%）
其它用水量60立方米/小时计。
7.7.2水质要求
要求冷却水必须进行软化处理，水质要求：
硬度＜3°Dh，悬浮物含量＜50mg/L，PH值7－8。
7.8电炉主要辅助设备
捣炉机暂按配置可移动多用途的捣炉机考虑。
液压捣炉机示意图
7.8.1出铁口
在两个出铁口的位置各设置一套出铁装置，出铁装置可以使用烧穿器方式，每个炉眼配一套。
堵铁口用人工。
7.8.2出铁设备
每台电炉配出铁小车两台，铁水包6个，5t卧式牵引卷扬机一台。
铁水包坐于铁水包车上，铁水包车由卷扬机牵引。
牵引卷扬机示意图
7.8.3铁水浇铸
铁水浇铸采用锭模浇铸，每座电炉设置14个锭模，每块钉模可浇铸500Kg硅铁。
7.8.4浇铸跨配置
电炉车间浇铸跨配置Q=25/10t行车两台，成品跨单梁10t吊车2台，电炉车间顶部单梁5t吊车2台。
7.8.5配料系统
电炉配料系统日料仓的上料建议采用ZL-50装载机两台，一用一备，或同时上料。
8土建部分
8.1开关站
配电室厂房为砖混结构，内外摸灰压光，用白乳胶刷白，电缆沟为砖混结构，上盖钢筋混凝土板。
8.2冷却水系统
循环水池为地下式钢筋混凝土结构。
8.3储料场
为240mm厚C20混凝土地平，并做钢筋混凝土分隔墙，减少占地面积，避免混料。
8.4车间主厂房
由变压器跨、电炉跨、浇注跨组成。
结构为钢筋混凝土，外墙采用镀锌瓦楞铁墙面或彩板墙面。
车间主厂房示意图。
9生产岗位劳动定员
生产岗位劳动定员表6
序号
人员名称
白
甲
乙
丙
替班
工厂合计
备注
一
管理及服务人员
1
主任
1
1
2
炉长
7
7
3
技术员
3
3
4
计划统计员
1
1
升级会员 