畢業(yè)設(shè)計(jì)---電弧爐煉鋼車間設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文涉及內(nèi)容為年產(chǎn)70萬(wàn)噸良錠電弧爐煉鋼車間設(shè)計(jì)。根據(jù)高等院校冶金工程專業(yè)《鋼鐵廠設(shè)計(jì)原理》,通過(guò)廣泛參考有關(guān)文獻(xiàn)資料,簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)煉鋼技術(shù)的發(fā)展歷程、電弧爐煉鋼的特點(diǎn)、未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。本文的重點(diǎn)是,通過(guò)物料平衡和熱平衡的計(jì)算、爐型設(shè)計(jì)與計(jì)算,確定了合理的生產(chǎn)工藝，完成了主要設(shè)備的選擇與計(jì)算、煙氣凈化系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)，繪制了電

2、弧爐和煉鋼車間等剖面圖紙，最后成功完成年產(chǎn)70萬(wàn)噸良錠電弧爐煉鋼車間設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：物料平衡，熱平衡，爐型，車間設(shè)計(jì)，電弧爐，連鑄第一章 緒論</p><p>　　1.1電弧爐發(fā)展史</p><p>　　電爐是在電發(fā)明之后的1899年，由法國(guó)的海勞爾特在玻利維亞發(fā)明的。它被建在阿爾卑斯山的峽谷中，原因是在距它不遠(yuǎn)處有一個(gè)火力發(fā)電廠。電能具有清潔

3、、高效、方便等優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)發(fā)展的優(yōu)選能源。19世紀(jì)中葉以后，大規(guī)模實(shí)現(xiàn)電——熱轉(zhuǎn)換的冶煉裝置陸續(xù)出現(xiàn)：1879年，William Siemens首次進(jìn)行了使用電能融化鋼鐵爐料的實(shí)驗(yàn)，1889年出現(xiàn)了普通感應(yīng)煉鋼爐，1900年法國(guó)人P.L.T.Heroult設(shè)計(jì)的第一臺(tái)煉鋼電弧爐突入生產(chǎn)。從此電弧爐煉鋼在一百年中得到了充分的發(fā)展，目前已經(jīng)成為最重要的煉鋼方法之一。電弧爐的出現(xiàn)，開(kāi)發(fā)了煤的替代能源使廢鋼開(kāi)始能回收再利用，為可持續(xù)發(fā)展做出了巨

4、大貢獻(xiàn)。[1]</p><p>　　在國(guó)際上，電弧爐裝備技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段，20世紀(jì)70年代，常規(guī)交流超高功率電爐及其配套技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，使電爐的生產(chǎn)效率大大提高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大大改善。20世紀(jì)80年代，直流電弧爐得到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。20世紀(jì)80年代后期至90年代中期，利用高溫廢氣對(duì)廢鋼和CO進(jìn)行預(yù)熱后再燃燒的技術(shù)，以及用化學(xué)能代替部分電能的各種節(jié)能電爐技術(shù)被成功開(kāi)發(fā)并應(yīng)用。 我國(guó)電爐煉鋼在20世

5、紀(jì)80年代以前一直處于落后的狀態(tài)，當(dāng)時(shí)全國(guó)有3000多座容量為3噸--30噸的小電爐，功率水平普遍不大于350kVAt。這些小電爐多采用落后的“老三段”冶煉工藝(即在電爐內(nèi)完成熔化、氧化、還原三步冶煉任務(wù))，電爐生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、能源消耗高、生產(chǎn)過(guò)程污染嚴(yán)重。我國(guó)電爐鋼生產(chǎn)能力在90年代得到發(fā)展，從90年代中期的2000萬(wàn)噸/年提高到2011年的6800萬(wàn)噸/年，與此同時(shí)電爐煉鋼產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也得到明顯改善。</p>

6、;<p>　　電爐煉鋼的發(fā)展經(jīng)歷了普通功率電弧爐——高功率電弧爐——超高功率電弧爐的過(guò)程，其冶金性能也隨之發(fā)生了革命性的變化，由傳統(tǒng)的制作發(fā)展為能提供初煉鋼水的二期操作。[2]</p><p>　　現(xiàn)在國(guó)外，最大容量的交流電弧爐，美國(guó)為350t、日本為250t、英國(guó)和俄羅斯都為200t、西德為175t。直流電弧爐方面，以日本的130t單電極和法國(guó)82.5t的三電極為最大。國(guó)內(nèi)迄今為止還沒(méi)有一臺(tái)自制的

7、交流超高功率電弧爐，合作生產(chǎn)的百噸級(jí)的電弧爐正在進(jìn)行。直流電弧爐方面，自從太原重型機(jī)器廠雙電極的投產(chǎn)后，西安電磁機(jī)械廠在設(shè)備上作了改進(jìn)，增設(shè)了磁鏡線圈，已制成W TD系列、容量為90t以下的雙電極直流電弧爐產(chǎn)品。株洲電爐廠也有類似產(chǎn)品。由此可以說(shuō)在國(guó)外，交流超高功率電弧爐已趨成熟，并向直流電弧爐方向發(fā)展。而在國(guó)內(nèi)交流超高功率電弧爐還剛起步不久，直流電弧爐也處在初創(chuàng)階段，相比之下差距可見(jiàn)。電弧爐煉鋼自問(wèn)世以來(lái)，呈不斷增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，迄今

8、為止占世界總鋼產(chǎn)量達(dá)31%以上，且保持著繼續(xù)上升的態(tài)勢(shì)。我國(guó)電弧爐鋼產(chǎn)量近幾年也在不斷攀升。2007年我國(guó)電弧爐煉鋼產(chǎn)量達(dá)到5843萬(wàn)噸，己超過(guò)電弧爐鋼生產(chǎn)大國(guó)——美國(guó)，比德國(guó)、韓國(guó)全年鋇產(chǎn)量還要多，但我國(guó)相對(duì)焦煤資源較多、人力成本較低、廢鋼資源積累有限、電力資源價(jià)格仍較高，所以電弧爐鋼產(chǎn)量增幅遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度，比例呈下降趨勢(shì)。全球電弧爐鋼產(chǎn)</p><p>　　近年來(lái)，電弧爐短流程鋼廠的生產(chǎn)技術(shù)有了

9、眾多新發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。[3]</p><p>　　1)形成了電弧爐冶煉——連鑄“三位一體”或電路冶煉——連鑄——連軋“四位一體”的現(xiàn)代化電弧爐流程。</p><p>　　2)電弧爐功能逐漸變?yōu)槌鯚挔t技術(shù)的不斷進(jìn)步，改變和結(jié)束了原電弧爐的熔時(shí)長(zhǎng)((3個(gè)多小時(shí))、老三期操作(熔化期、氧化期、還原期)以及產(chǎn)量低、渣量大、爐容小、成本高的狀況。 </p><p&g

10、t;　　3)生產(chǎn)品種的增加，從起初的長(zhǎng)材、扁平材到如今的高附加值產(chǎn)品進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)的電弧爐短流程鋼廠開(kāi)始生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。如：美國(guó)新建Severcorr鋼廠以生產(chǎn)汽車板為主，俄羅斯聯(lián)合冶金公司Vyksa廠主要生產(chǎn)用于北極及其他高寒地區(qū)的管線鋼。我國(guó)天津無(wú)縫鋼管公司、衡陽(yáng)鋼管公司、舞陽(yáng)鋼鐵公司在無(wú)縫鋼管和高質(zhì)量特厚鋼板生產(chǎn)方面也表現(xiàn)突出。</p><p>　　4)短流程鋼廠規(guī)模不斷擴(kuò)大化，俄羅斯馬格尼托哥爾斯克鋼

11、鐵公司和土耳其Atlas合資建設(shè)的Atlas公司，配置了一臺(tái)300t超高功率交流電弧爐，年鋼產(chǎn)量240萬(wàn)t。土耳其Colakoglu鋼廠已建成一臺(tái)裝有特大功率變壓器(240MVA+200})、出鋼量約320t的電弧爐，年產(chǎn)鋼能力200萬(wàn)t/a(現(xiàn)已達(dá)到月產(chǎn)21萬(wàn)t鋼)。</p><p>　　5)原料多樣化，采用CORER/DR裝置供給CORER鐵水及直接還原鐵作為電弧爐原料，例如，南非薩爾達(dá)尼亞廠設(shè)置C-2000

12、COREX及Midrex爐和印度埃薩公司Hazira廠，在原有的Midrex裝置基礎(chǔ)上新建兩臺(tái)CORER-2000裝置，用以生產(chǎn)熱軋帶鋼。近年來(lái)SMS公司和Midrex技術(shù)公司，聯(lián)合推出了從鐵礦石到熱軋帶的電弧爐短流程鋼廠。據(jù)介紹，該工藝流程較傳統(tǒng)高爐轉(zhuǎn)爐流程具有更高的能源利用效率，且二氧化碳排放量能減少一半。阿曼Shadeed鋼鐵公司近日向Midrex技術(shù)公司訂購(gòu)直接還原煉鐵裝置，可提供700℃熱直接還原鐵。在缺乏天然氣資源的地區(qū)，最

13、近已開(kāi)發(fā)出用煤制氣，作為直接還原煉鐵裝置的還原氣體，建設(shè)聯(lián)合小鋼廠。 印度Jindal公司建設(shè)一座年產(chǎn)DRI200萬(wàn)t的Danarex裝置，用煤制氣為還原劑，反應(yīng)器直徑7m,用60%--100%球團(tuán)礦和0--40%塊礦為原料，產(chǎn)品金屬化率達(dá)93%以上。</p><p>　　1.2電弧爐煉鋼工藝的進(jìn)步</p><p>　　傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼操作集爐料融化、鋼液精煉和合金化于同一池內(nèi)，它經(jīng)過(guò)了

14、熔化期、氧化期和還原期，這使得電弧爐內(nèi)既要完成融化，又要完成脫碳化、脫磷工序，還要進(jìn)行脫氧、脫硫、升溫的、去氣、去夾雜、合金化以及溫度和成分的調(diào)整，因而冶煉的周期長(zhǎng)，既難保證對(duì)鋼材越來(lái)越嚴(yán)格的質(zhì)量要求，又限制了電弧爐煉鋼生產(chǎn)率的提高?，F(xiàn)在，電弧爐煉鋼工藝只保留了融化、升溫和必要的精煉操作，如：脫磷、脫碳，而把其余的精煉過(guò)程均轉(zhuǎn)移到二次精煉工序中進(jìn)行。電弧爐煉鋼工藝上的改進(jìn)提高了電弧爐設(shè)備的能力，使其能夠以盡可能大的功率進(jìn)行融化、升溫操作

15、，將需要較低功率的操作轉(zhuǎn)移到鋼包精煉爐內(nèi)進(jìn)行。越來(lái)越完善的二次精煉技術(shù)，完全能滿足鋼液清潔度和嚴(yán)格的成分與溫度控制要求。</p><p>　　1.3電弧爐煉鋼的特點(diǎn)：</p><p>　　1）電能為熱源，避免了燃料燃燒對(duì)鋼液的污染，熱效率可達(dá)65%以上。</p><p>　　2）冶煉熔池溫度高且容易控制，滿足冶煉不同鋼種的要求。</p><p&g

16、t;　　3）電熱轉(zhuǎn)換時(shí)，輸入熔池功率容易調(diào)節(jié)，因而容易實(shí)現(xiàn)熔池加熱制度的自動(dòng)化，操作方便。</p><p>　　4）電弧爐煉鋼可以消化廢鋼，是一種資源回收再利用的過(guò)程，也是處理污染的環(huán)保鋼技術(shù)，它相當(dāng)于鋼鐵工業(yè)和社會(huì)廢鋼的回收工具。</p><p>　　由于鋼鐵良好的可再生性及環(huán)境、資源和能源等方面日益苛刻的要求，使得盡可能多的提高廢鋼的利用率成為國(guó)際趨勢(shì)。廢鋼如果得不到有效的回收和利用，

17、將會(huì)成為巨大的潛在環(huán)境污染源。有些甚至可以對(duì)水質(zhì)、土壤構(gòu)成嚴(yán)重威脅。大量腐蝕的鋼鐵廢料，不但造成資源的浪費(fèi)，也將會(huì)造成嚴(yán)重的粉塵污染。廢鋼的堆積本身也會(huì)給環(huán)境帶來(lái)不利影響：</p><p>　　5)煉鋼過(guò)程的煙氣污染和噪音污染容易得到控制。</p><p>　　6)設(shè)備簡(jiǎn)單，煉鋼流程短，占地少，投資省，建廠快，生產(chǎn)靈活。</p><p>　　當(dāng)今鋼鐵生產(chǎn)可分為“從礦

18、石到鋼材”和“從廢鋼到鋼材”兩大流程。相對(duì)于煉鋼聯(lián)合企業(yè)中以高爐——轉(zhuǎn)爐煉鋼為代表的常規(guī)流程而言，以廢鋼為主要原料的電弧爐煉鋼生產(chǎn)線具有工序少、投資低和建設(shè)周期短的特點(diǎn)，因而被稱為短流程。近年來(lái)，短流程特別指那些電弧爐煉鋼與連鑄連軋相結(jié)合的緊湊生產(chǎn)流程。在投資、效率和環(huán)保等方面，以電弧爐為代表的短流程煉鋼具有明顯的優(yōu)越性。</p><p><b>　　1.4出鋼設(shè)備</b></p&

19、gt;<p>　　出鋼口一般開(kāi)在爐身上，并裝有內(nèi)襯耐火材料的出鋼槽。這樣的出鋼口出鋼時(shí)，爐子的傾角必然較大，水冷電纜較長(zhǎng)，電損失較大。為此，現(xiàn)在已經(jīng)研制出一種新型的爐底出鋼爐。其出鋼口類似于盛鋼桶。</p><p>　　爐底出鋼電弧爐具有許多優(yōu)點(diǎn):因大大減少了爐子的傾角，傾動(dòng)機(jī)構(gòu)、爐子基礎(chǔ)等均大為簡(jiǎn)化；可縮短水冷電纜，提高電效率；擴(kuò)大水冷爐壁面積，節(jié)省耐火材料，剛流集中，流程短，出鋼時(shí)間短，可降低出

20、鋼溫度減少鋼水吸氮量、縮短冶煉周期等。因此迅速得到推廣應(yīng)用。[4]</p><p>　　1.5電弧爐煉鋼的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　電弧爐煉鋼工藝技術(shù)的發(fā)展可以從電弧爐煉鋼技術(shù)和電弧爐裝備技術(shù)兩大方面進(jìn)行推進(jìn)，電弧爐煉鋼技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面: [4]</p><p>　　1,繼續(xù)加強(qiáng)電弧爐的高效化生產(chǎn)操作，為縮短冶煉周期形成系統(tǒng)綜合控制，采用先進(jìn)

21、技術(shù)保證鋼質(zhì)量最優(yōu)。在綜合消耗最低的前提下，最大限度的縮短冶煉周期。包括:電弧爐以氮代氫全程底吹技術(shù)、低氮電弧爐鋼生產(chǎn)技術(shù)、終點(diǎn)控制技術(shù)、優(yōu)化供電技術(shù)、爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化和不延長(zhǎng)冶煉周期的DRI, HBI加入工藝技術(shù)等。</p><p>　　2,優(yōu)化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本。在鋼鐵生產(chǎn)中，成本是決定性因素，必須降低成本以促進(jìn)電弧爐鋼的發(fā)展。優(yōu)化生產(chǎn)工藝、加強(qiáng)精細(xì)管理與操作，從優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)、降低鋼鐵料消耗、添加合金精礦和還

22、原劑實(shí)現(xiàn)直接合金化、廢鋼渣的回收利用等方面入手以追求工序成本和保障系統(tǒng)成本最低。</p><p>　　3,優(yōu)化電弧爐煉鋼流程 ，要實(shí)現(xiàn)電弧爐的高效化生產(chǎn)，縮短冶煉周期是核心，而前提則是流程優(yōu)化。例如，我國(guó)安鋼采用了高爐鐵水——鐵水罐扒渣——100t電弧爐脫磷——無(wú)渣出鋼——轉(zhuǎn)爐少渣吹煉——LF爐精煉——連鑄接高線、型棒和2800mm中厚板軋機(jī)的流程，把車間現(xiàn)有超高功率電弧爐變成了鐵水預(yù)處理爐。</p>

23、;<p>　　4,優(yōu)化品種結(jié)構(gòu)，優(yōu)化生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品對(duì)于電弧爐冶煉鋼種的品種結(jié)構(gòu)。目前主要的優(yōu)化方向應(yīng)著眼于轉(zhuǎn)爐流程不適合生產(chǎn)的高合金鋼、高溫合金和大鍛件等。轉(zhuǎn)爐流程能夠生產(chǎn)目前在國(guó)內(nèi)產(chǎn)量還不高的一些合金鋼種。過(guò)去僅能用轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)的現(xiàn)代電弧爐亦能生產(chǎn)的一些品種，如高附加值的板材(薄板、中板、厚板)、優(yōu)質(zhì)高碳鋼(如預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼簾線)和低合金鋼(如合金冷徽鋼)等。</p><p>　　電弧爐裝備技

24、術(shù)在未來(lái)創(chuàng)新發(fā)展中的手段有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1)，開(kāi)發(fā)大容量的電弧爐變壓器，進(jìn)一步提升電弧爐超高功率水平和高阻抗技術(shù)。</p><p>　　2)，繼續(xù)加強(qiáng)清潔環(huán)保型電弧爐煙氣余熱回收裝備技術(shù)的研發(fā)。</p><p>　　3)，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單實(shí)用的電弧爐裝備。</p><p>　　4)我國(guó)還需進(jìn)一步完善和提高電弧爐操作控制系統(tǒng)。<

25、;/p><p>　　電弧爐煉鋼工藝技術(shù)的發(fā)展應(yīng)著眼于降低噸鋼冶煉的綜合能耗。電弧爐使用廢鋼為原料與使用高爐鐵水的轉(zhuǎn)爐相比，總能耗是高爐——轉(zhuǎn)爐工藝的1/2--1/3。從兩種工藝排放出的二氧化碳?xì)怏w污染源的數(shù)量可知。從整個(gè)鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)看，對(duì)一定規(guī)模的年產(chǎn)鋼量，提高電弧爐鋼比例顯然有利于經(jīng)濟(jì)循環(huán)。</p><p>　　電弧煉鋼爐主要煉制高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼及合金鋼，也用于煉制普通鋼。隨著超高功率電爐裝備和配

26、套技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，使電爐生產(chǎn)更加具有原料適應(yīng)廣、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、消耗少、成本低、能靈活適應(yīng)市場(chǎng)變化的明顯優(yōu)勢(shì)。所以我國(guó)要大力發(fā)展電弧爐煉鋼法，爭(zhēng)取縮進(jìn)我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家煉鋼技術(shù)的差距。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王新華.鋼鐵冶金學(xué).高等教育出版社，2005,12.</p><p><

27、;b>　　[2]:</b></p><p><b>　　[3]</b></p><p><b>　　[4]</b></p><p>　　[5] 羅振才.煉鋼機(jī)械.冶金工業(yè)出版社，2011.</p><p>　　第二章 物料平衡 和熱平衡計(jì)算</p><p>

28、　　現(xiàn)代電弧爐冶煉工藝與傳統(tǒng)三段式工藝有較大的變化，目前主要方式有：在超高功率電弧爐內(nèi)借助大功率供電、高強(qiáng)度供養(yǎng)和氧燃燒嘴等輔助供熱手段快速熔化廢鋼并完成脫碳脫磷任務(wù)，然后在精煉爐內(nèi)完成脫氧、脫硫、微調(diào)合金成分、去夾雜等任務(wù)。但仍有部分小型電弧爐采用傳統(tǒng)工藝或者在其后配備鋼包爐生產(chǎn)一些高合金鋼,本文扔按照傳統(tǒng)電弧爐三段式工藝做物料平衡與熱平衡計(jì)算,以供參考。</p><p>　　2.1 物料平衡計(jì)算</p

29、><p>　　2.1.1 計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)</p><p>　　基本原始數(shù)據(jù)有：冶煉鋼種及其成分；原材料成分；爐料中元素?zé)龘p率；合金元素回收率；其他數(shù)據(jù)</p><p>　　表2-1 冶煉鋼種及其成分</p><p>　　注：分母系計(jì)算時(shí)的設(shè)定值，取其成分中限。</p><p>　　表2-2 原材料成分

30、 （%）</p><p>　　表2-3 爐料中元素?zé)龘p率</p><p>　?、侔茨┢诤勘纫?guī)格下限低0.03%～0.10%（取0.06%）確定（一般不低于0.03%的脫碳量）；</p><p>　?、诎茨┢诤?.015%來(lái)確定</p><p>　　表2-4 其他數(shù)據(jù)</p><p&

31、gt;　　2.1.2 物料平衡基本項(xiàng)目</p><p>　　收入項(xiàng)有：廢鋼、生鐵、碳粉、石灰、螢石、電極、爐襯鎂磚、爐頂高鋁磚、火磚塊、鐵合金、氧氣和空氣。</p><p>　　支出項(xiàng)有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵、碳粉中揮發(fā)分。</p><p>　　2.1.3 計(jì)算步驟</p><p>　　以100kg金屬爐料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)，按工藝階

32、段分為熔化期和氧化期分別進(jìn)行計(jì)算，然后匯總成物料平衡表。</p><p>　　第一步：熔化期計(jì)算。</p><p><b>　　確定物料消耗量：</b></p><p>　　1）金屬爐料配入量。廢鋼和生鐵按75kg和25kg搭配，不足碳量用碳粉來(lái)配。其結(jié)果列于表2-5。</p><p>　　表2-5 爐料配入量<

33、;/p><p>　　2)其他原材料消耗量。為了提前造渣脫磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金屬料））和礦石（10kg/t（金屬料））。爐頂、爐襯和電極消耗量見(jiàn)表2-4。</p><p>　?。?）確定氧氣和空氣消耗量：耗氧項(xiàng)包括爐料中元素的氧化，碳粉和電極中碳的氧化；而礦石則帶來(lái)部分氧，石灰中CaO被自身S還原出部分氧。前后二者間差為凈氧量2.818kg詳見(jiàn)表2-6.</p>

34、<p>　　根據(jù)表2-4中的假定，應(yīng)由氧氣供給的氧氣為50%，即3.087*50%=1.544，空氣供氧量為1.277。由此可以求出氧氣與空氣的實(shí)際消耗量。詳見(jiàn)表2-7</p><p>　　表2-6 凈耗氧量的計(jì)算</p><p>　　令鐵燒損率為2%，其中80%生成Fe2O3揮發(fā)掉成為煙塵的一部分；20%成渣。在這20%中。按3：1的比例分別生成（FeO）和（Fe2O3）。

35、</p><p>　　表2-7 氧氣與空氣實(shí)際消耗量</p><p>　?。?）確定爐渣量：爐渣源于爐料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化產(chǎn)物，爐頂和爐襯的蝕損，碳粉和電極中的灰分，以及加入的各種熔劑。結(jié)果見(jiàn)表2-8</p><p>　　表2-8 熔化期爐渣量的確定</p><p>　　注：Fe的消耗量，按表6中注釋。</p&

36、gt;<p>　　石灰中氧化鈣的計(jì)算,石灰中自身S還原消耗。</p><p>　　礦石中的Fe2O3假設(shè)全部還原，還原得到的鐵。</p><p>　?。?）確定金屬量：金屬量Qi=金屬爐料重+礦石帶入的鐵量-爐料中C、Si、Mn、P和Fe的燒損量+碳粉配入的碳量。</p><p>　?。?）確定爐氣量：爐氣來(lái)源于爐料以及碳粉和電極中碳的氧化物CO和CO

37、2，氧氣帶入的N2，物料中的H2O及其反應(yīng)產(chǎn)物，游離O2及其反應(yīng)產(chǎn)物，石灰的燒減（CO2），碳粉的揮發(fā)分。計(jì)算結(jié)果列于表2-9</p><p>　　表2-9 爐氣量計(jì)算</p><p>　　計(jì)算條件：常溫（20℃）、常壓（0.1MPa）下空氣相對(duì)濕度為70%，20℃的飽和蒸汽壓為0.0023MPa </p><p><b>　　先求空氣體積</b&

38、gt;</p><p><b>　　再求濕空氣體積</b></p><p><b>　　空氣中水蒸氣</b></p><p><b>　　空氣含水量</b></p><p>　　（6）確定鐵的揮發(fā)量：有表2-6中設(shè)定，鐵的揮發(fā)量。上述（3）+（4）+（5）+（6）便是熔化期的物

39、料支出量。由此可列出熔化期物料平衡表2-10。 </p><p>　　表2-10 熔化期物料平衡表</p><p>　　注：計(jì)算誤差[7]。</p><p>　　第二步：氧化期計(jì)算。</p><p>　　引起氧化期物料波動(dòng)的因素有：扒除熔化渣，造新渣；金屬中元素的進(jìn)一步氧化爐頂、爐襯的蝕損和電極的燒損。</p><p&g

40、t;<b>　?。?）確定渣量：</b></p><p>　　1）留渣量。為了有利去磷，要進(jìn)行換渣，即通常除去70%左右熔化渣，而進(jìn)入氧化期只留下30%的渣。其組成見(jiàn)表2-11。</p><p>　　2）金屬中元素的氧化產(chǎn)物。根據(jù)表2.-3給出的值可以計(jì)算產(chǎn)物量，詳見(jiàn)表2-11。</p><p>　　3）爐頂、爐襯的蝕損和電極的燒損量。根據(jù)表2

41、-4的假定進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果一并列入表2-11。</p><p>　　4）造新渣時(shí)加入石灰、礦石和火磚塊帶入的渣量。見(jiàn)表2-11。</p><p>　　表2-11 氧化期渣量的確定</p><p>　　石灰中CaO被自身S還原，消耗0.003kgCaO。</p><p>　　渣量計(jì)算的幾點(diǎn)說(shuō)明： </p><p>　

42、　關(guān)于石灰消耗量：由表2-11可知，除石灰?guī)氲囊酝猓幸押?lt;/p><p>　　SiO2=0.263+0.124+0.003+0.005+0.001+0.058+0.304=0.755kg</p><p>　　CaO=0.532-0.04+0.001+0.006+0.013+0.003+0.013=0.516kg。</p><p>　　取堿度3.5，故石灰加入量

43、為：</p><p>　　[R∑(SiO2)-∑(CaO)]/[%CaO石灰-R%SiO2石灰]=2.108/(88.00%-3.5×2.50%)=2.700kg</p><p>　　關(guān)于磷的氧化量：根據(jù)表6，可近似求得 </p><p>　　[(0.075-0.034)/97.949-0.015%]×97.949

44、=0.026kg。</p><p>　　關(guān)于鐵的燒損量：一般可以設(shè)定，當(dāng)氧化末期金屬中含C約0.90%時(shí)，渣中∑Fe約達(dá)7%；且其中75%為（FeO），25%為（Fe2O3）。因此，渣中含（FeO）為</p><p>　　7%×75%×72/56=6.75%,含（Fe2O3）為7%×25%×160/112=2.50%，由表2-11知，除FeO和Fe2

45、O3以外的渣量為</p><p>　　2.880+0.824+0.281+0.331+0.288+0.086+0.027=4.833kg，</p><p>　　故總渣量=4.833/（100-6.75-2.50）%=5.326kg。于是可得（FeO）=0.351kg，（Fe2O3）=0.130kg。其中，有Fe氧化生成的（FeO）和（Fe2O3）分別為0.238kg和0.056kg。<

46、;/p><p>　?。?）確定金屬量：根據(jù)熔化期的金屬量以及表2-11中元素?zé)龘p量和礦石還原出來(lái)的鐵量，即可得氧化末期的金屬量為</p><p>　　97.949-（0.058+0.113+0.026+0.22+0.023+0.318*）+0.628=97.895kg</p><p>　?。?為碳的燒損量近似值，即1.70（1-30%）-0.89%×97.94

47、9=0.318kg）</p><p>　　（3）確定爐氣量：計(jì)算方法如同熔化期。先求凈耗氧量（見(jiàn)表2-12），再確定氧氣消耗量（見(jiàn)表2-13），最后將各種物料或化學(xué)反應(yīng)帶入的氣態(tài)產(chǎn)物歸類，從而得其結(jié)果（見(jiàn)表2-14）。</p><p>　　表2-12 凈耗氧量的計(jì)算</p><p>　　如表2-4中所述，應(yīng)由氧氣供給的氧為50%，即0.928×50%=0.

48、464,空氣應(yīng)供氧0.464-0.275=0.189kg，由此可求出氧氣與空氣的實(shí)際消耗量如表2-13</p><p>　　表2-13 氧氣和空氣實(shí)際消耗量</p><p>　　表2-14 爐氣量</p><p>　　表2-15 熔化期和氧化期綜合物料平衡表</p><p>　　注：計(jì)算誤差=（117.470-117.404）/117

49、.470=0.06%。</p><p>　　表2-16 氧化末期各金屬成分</p><p><b>　　2.2熱平衡計(jì)算</b></p><p>　　以100kg金屬料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)。</p><p>　　2.2.1 計(jì)算熱收入Qs</p><p>　　（1）物料的物理熱。計(jì)算結(jié)果列于表

50、2-18。</p><p>　?。?）元素氧化熱及成渣熱。計(jì)算結(jié)果列于表2-18。</p><p>　?。?）消耗的電能。根據(jù)消耗的熱量確定，為92294.71kJ。詳見(jiàn)下面的計(jì)算。</p><p>　　表2-17 總物料平衡表</p><p>　　表2-18 物料帶入的物理熱</p><p>　　注:其他入爐原

51、料都假設(shè)是25℃</p><p>　　表2-19 元素氧化熱及成渣熱</p><p>　　*因熔化期和氧化期所需要的O2量50%由氧氣提供，由表2-3和2-13可知，該氣態(tài)O2總用量為1.543+0.462=2.005kg。其中,氧化成Fe2O3的量為1.662(見(jiàn)表2-6) 所需氧量為1.662×48/112=0.712kg。其余O2均設(shè)定為將鐵氧化成FeO，即該部分Fe的

52、氧化量為（2.005-0.712）×56/16=4.526kg.這些鐵為金屬中C、Si、Mn、P提供部分氧源。</p><p>　　2.2.2 計(jì)算熱支出Qz</p><p>　?。?）鋼水物理熱Qg。該鋼熔點(diǎn)為1536-（0.891×70+0×8+0.086×5+0.015×30+0.024×25）-6=1466℃；出鋼溫度控制

53、在中下限，本計(jì)算中取1600℃。則：</p><p>　　Qz=97.830×[0.699×(1466-25)+272+0.837×(1600-1466)]=136122.33kJ</p><p>　　(2)爐渣物理熱Qr。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-20。</p><p>　?。?）吸熱反應(yīng)消耗的物理熱Qh。詳見(jiàn)表2-21。</p>

54、<p>　　表2-20 爐渣物理熱</p><p>　　表2-21 吸熱量</p><p>　?。?）爐氣物理熱Qx。令爐氣溫度為1200℃，熱容為1.137 kJ/(kg·K)，由爐氣量可得：</p><p>　　Qx=9.316×[1.137×(1200-25)]=12445.94kJ</p><

55、;p>　?。?）煙塵物理熱Qy。將鐵的揮發(fā)物計(jì)入煙塵中，煙塵熱容為0.996kJ/(kg·K)；則得：</p><p>　　Qy=（1.564+0.600）×[0.996×(1200-25)]=2532.53kJ</p><p>　?。?）冷卻水吸熱Ql。如爐子公稱容量為30t，冷卻水消耗量為20m3/h，冷卻水進(jìn)出口溫差為20℃，冶煉時(shí)間平均為1h，則

56、得：</p><p>　　Ql=（20×1000×1×4.185×20）/300=5580.00kJ/100kg(金屬料)</p><p>　　（7）其他熱損失Qq。包括爐體表面散熱熱損失、開(kāi)啟爐門熱損失、電極熱損失等。其損失量與設(shè)備的大小、冶煉時(shí)間、開(kāi)啟爐門和爐蓋的總時(shí)間以及爐內(nèi)的工作溫度有關(guān)。時(shí)間表明，該項(xiàng)熱損失占總熱收入的6%-9%，本設(shè)計(jì)中取

57、8%。</p><p>　　（8）變壓器及斷網(wǎng)系統(tǒng)的熱損失。一般，該熱損失為總熱收入的5～7%。本計(jì)算取5%。</p><p>　　令爐子總收入等于Qs，則：</p><p>　　Qs=136122.33+17162.48+7158.23+12445.94+2532.53+5580.00+Qs×(8%+5%)</p><p>　　即

58、 0.87Qs=181001.51</p><p>　　Qs=208047.71kJ</p><p>　　故應(yīng)供應(yīng)電能為：208047.71-521.33-49059.00=158467.38kJ；Qq=208047.71×8%=16643.82kJ；Qb=208047.71×5%=10402.39kJ。</p><p>　　總熱平衡計(jì)算