100吨交流电弧炉炼钢车间设计 毕业设计说明书.doc

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3、容 信 息 款 目 的 单 词 或 术 语 。 如 有 可 能 ， 应 尽 量 用 汉 语 主 题 词 表 等 词 表 提 供 的 规 范 词 。 不 用 此 信 息 时 ， 删 除 此 框 。 毕 业 设 计 说 明 书 设 计 题 目 ： 100 吨 交 流 电 弧 炉 炼 钢 车 间 设 计 毕 业 设 计 说 明 书 .- 1 - 文 献 综 述 .2 1.3 现 代 电 弧 炉 炼 钢 技 术 7 1.4 电 弧 炉 炼 钢 的 发 展 趋 势 7 1.5 电 弧 炉 装 备 技 术 未 来 的 创 新 发 展 .8 1.5.2 我 国 正 进 人 电 炉 炼 钢 高 速 发 展 时

4、 期 8 3.4.1、 炉 料 入 炉 15 第 四 章 建 设 所 选 电 弧 炉 炼 钢 工 程 的 必 要 性 和 可 行 性 分 析 .15 电 弧 炉 车 间 设 计 19 1.1 电 炉 车 间 计 算 .19 111 电 炉 容 量 和 座 数 的 确 定 .19 1.1.2 电 炉 车 间 生 产 技 术 指 标 .19 参 考 文 献 致 谢 摘 要 错 过 了 工 业 革 命 ， 我 国 的 钢 铁 实 业 一 直 落 后 。 每 一 个 学 子 都 应 该 了 解 钢 铁 的 形 成 ， 发 展 ， 前 景 ， 以 及 趋 势 。 上 个 世 纪 ， 电 弧 炉 炼 钢

5、是 如 何 进 入 钢 铁 行 业 ， 是 谁 造 就 了 其 建 立 的 伟 大 之 举 。 相 信 经 融 危 机 的 影 响 早 已 波 及 到 钢 铁 行 业 ， 如 何 才 能 高 效 ， 合 理 ， 环 保 ， 绿 色 的 进 行 生 产 ， 这 是 我 们 应 该 关 心 的 话 题 。 电 弧 炉 炼 钢 技 术 已 有 100 年 的 历 史 ， 第 二 次 世 界 大 战 后 电 炉 炼 钢 才 有 较 大 发 展 ， 在 最 近 的 20 年 ， 电 弧 炉 炼 钢 技 术 发 展 尤 为 迅 速 ， 电 弧 炉 的 应 用 带 来 了 炼 钢 技 术 的 革 命 。 尽

6、 管 全 球 粗 钢 年 产 总 量 的 增 长 速 度 很 缓 慢 ， 但 以 废 钢 为 主 要 原 料 的 电 弧 炉 炼 钢 的 产 量 所 占 的 比 重 却 在 逐 年 上 升 。 2001 年 ， 电 弧 炉 炼 钢 占 世 界 钢 产 量 的 40 ， 成 为 最 重 要 的 炼 钢 方 法 之 一 。 与 高 炉 铁 水 炼 钢 相 比 ， 其 竞 争 优 势 在 于 投 资 费 用 和 运 行 成 本 。 自 60 年 代 中 期 提 出 电 弧 炉 超 高 功 率 概 念 以 来 ， 电 弧 炉 建 造 趋 于 大 型 化 、 高 功 率 化 ， 出 现 现 了 多 种

7、新 型 式 的 电 弧 炉 。 在 发 展 大 型 电 弧 炉 的 过 所 以 ， 就 必 须 了 解 交 流 电 弧 炉 的 特 点 ， 工 作 原 理 ， 车 间 布 置 ， 未 来 的 必 要 性 ， 发 展 大 容 量 电 炉 和 提 高 电 炉 自 动 化 水 平 ， 采 用 大 功 率 静 止 式 动 态 补 偿 技 术 ， 用 水 冷 构 件 代 替 耐 火 材 料 ， 炉 盖 第 四 孔 直 接 排 烟 与 电 炉 周 围 密 封 罩 相 连 接 的 烟 尘 净 化 系 统 ， 炉 盖 第 五 孔 机 械 化 自 动 化 加 料 系 统 ， 电 炉 使 用 还 原 铁 比 例

8、逐 渐 扩 大 ， 炉 外 废 钢 预 热 ， 炉 内 燃 料 助 燃 ， 强 化 熔 池 用 氧 ， 开 发 底 气 搅 拌 系 统 和 泡 沫 渣 覆 盖 下 的 冶 炼 工 艺 ， 从 冷 却 水 和 废 气 中 回 收 热 能 ， 采 用 全 连 铸 ， 发 展 纤 维 石 墨 电 极 和 采 用 优 质 高 效 碱 性 镁 碳 炉 衬 等 。 文 献 综 述 第 一 章 国 内 外 电 弧 炉 炼 钢 技 术 的 发 展 概 况 : 1.1 电 弧 炉 发 展 史 ： 电 炉 是 在 电 发 明 之 后 的 1899 年 ， 由 法 国 的 海 劳 尔 特 （ Heroult） 在

9、La Praz 发 明 的 。 它 被 建 在 阿 尔 卑 斯 山 （ Alps） 的 峡 谷 中 ， 原 因 是 在 距 它 不 远 处 有 一 个 火 力 发 电 厂 。 电 炉 的 出 现 ， 开 发 了 煤 的 替 代 能 源 ， 使 得 废 钢 开 始 了 经 济 回 收 ， 这 最 好 使 得 钢 铁 成 为 世 界 上 最 易 于 回 收 的 材 料 ， 也 为 可 持 续 发 展 做 出 巨 大 贡 献 。 1995 年 以 前 ， 电 炉 钢 比 例 保 持 在 20%左 右 ， 但 多 数 炉 型 较 小 ， 且 以 模 铸 为 主 。 1996 年 以 后 ， 在 有 关

10、 部 门 的 引 导 和 支 持 下 ， 一 大 批 现 代 化 的 电 炉 投 产 、 达 产 ， 电 炉 发 展 进 入 新 的 历 史 时 期 ， 但 电 炉 钢 比 例 一 直 在 16%左 右 徘 徊 。 2004 年 以 后 ， 电 炉 钢 比 例 出 现 新 低 。 电 炉 炼 钢 原 料 以 废 钢 和 生 铁 为 主 ， 能 量 供 给 以 电 能 为 主 。 我 国 电 力 紧 缺 ， 短 时 期 内 仍 难 满 足 国 内 电 炉 钢 生 产 用 电 需 求 ， 缺 电 和 限 电 导 致 电 炉 间 歇 式 生 产 ， 生 产 成 本 更 趋 升 高 。 目 前 转 炉

11、 与 电 炉 冶 炼 钢 种 几 乎 相 同 ， 钢 质 量 差 距 不 大 。 然 而 在 电 弧 作 用 下 ， 电 弧 区 钢 液 易 于 吸 氮 ， 影 响 钢 水 质 量 ， 不 利 于 生 产 氮 含 量 较 低 的 钢 种 。 此 外 ， 电 炉 加 热 钢 水 会 使 熔 池 少 量 增 碳 ， 也 不 利 于 生 产 碳 含 量 要 求 低 的 钢 种 。 同 时 ， 废 钢 中 残 余 元 素 （ Cr、 Ni、 Cu 等 ） 的 循 环 富 集 ， 也 影 响 电 炉 生 产 高 纯 净 度 的 钢 种 。 废 钢 电 炉 钢 水 与 高 炉 转 炉 钢 水 两 种 工

12、艺 相 比 ， 短 流 程 总 能 耗 仅 为 长 流 程 的 50%。 据 预 测 ， 我 国 将 在 2008 2009 年 结 束 工 业 化 中 期 阶 段 ， 钢 铁 生 产 和 消 费 将 出 现 拐 点 ， 之 后 钢 铁 增 长 速 度 必 将 迅 速 明 显 减 缓 。 当 2020 年 左 右 实 现 工 业 化 后 钢 铁 消 费 将 达 到 峰 值 ， 此 后 废 钢 资 源 将 越 来 越 多 ， 而 以 废 钢 为 主 的 电 炉 钢 资 源 的 成 本 优 势 也 将 日 益 凸 显 。 1978 1998 年 20 年 间 转 炉 钢 与 电 炉 钢 产 量 的

13、 变 化 如 下 ： 德 国 转 炉 钢 增 2%， 电 炉 钢 增 102%； 法 国 转 炉 钢 减 32%， 电 炉 钢 增 138%； 西 班 牙 转 炉 钢 减 27%， 电 炉 钢 增 119%； 意 大 利 转 炉 钢 不 变 ， 电 炉 钢 增 24% 1.2.1 交 流 电 弧 炉 现 在 国 外 最 大 容 量 的 交 流 电 弧 炉 ， 美 国 为 350t， 日 本 为 250t， 英 国 和 苏 联 各 为 200t， 西 德 为 175t。 直 流 电 弧 炉 方 面 ， 以 日 本 的 130t 单 电 极 和 法 国 82, 5t 三 电 极 的 为 最 大 。

14、 在 我 们 国 内 ， 迄 今 为 止 还 没 有 一 台 自 制 的 交 流 超 高 功 率 电 弧 炉 ， 合 作 生 产 的 百 吨 级 的 电 弧 炉 正 在 进 行 。 江 苏 省 张 家 港 市 中 外 合 资 的 永 新 钢 铁 公 司 自 英 国 引 进 的 二 手 货 70t 超 高 功 率 交 流 电 弧 炉 才 于 1991 年 6 月 初 以 高 功 率 试 运 行 。 直 流 电 弧 炉 方 面 ， 自 从 太 原 重 型 机 器 厂 双 电 极 的 投 产 后 ， 西 安 电 磁 机 械 厂 在 设 备 上 作 了 改 进 ， 增 设 了 磁 镜 线 圈 ， 已

15、制 成 W TD 系 列 、 容 量 为 40t 以 下 的 双 电 极 直 流 电 弧 炉 产 品 ， 株 洲 电 炉 厂 也 有 类 似 产 品 ， 至 于 有 底 电 极 的 直 流 电 弧 炉 ， 迄 未 投 入 工 业 性 生 产 。 由 此 可 以 说 在 国 外 交 流 超 高 功 率 电 弧 炉 已 趋 成 熟 ， 并 向 直 流 电 弧 炉 方 向 发 展 。 而 在 国 内 ， 交 流 超 高 功 率 电 弧 炉 还 刚 起 步 ， 直 流 电 弧 炉 也 处 在 初 创 阶 段 ， 相 比 之 下 ， 差 距 甚 大 。 19932004年 我 国 电 炉 钢 产 量 及

16、 电 炉 钢 比 例 的 变 化 电 弧 炉 发 展 史 12.2 近 年 来 电 弧 炉 钢 产 量 1.2.3 综 上 可 见 ， 电 弧 炉 炼 钢 自 问 世 以 来 ， 呈 不 断 增 长 的 发 展 势 头 ， 迄 今 为 止 占 世 界 总 钢 产 量 达 31%以 上 ， 且 保 持 着 继 续 上 升 的 态 势 。 我 国 电 弧 炉 钢 产 量 近 几 年 也 在 不 断 攀 升 ， 2007 年 ， 我 国 电 弧 炉 炼 钢 产 量 达 到 5843 万 吨 ， 己 超 过 电 弧 炉 钢 生 产 大 国 一 美 国 ， 比 德 国 、 韩 国 全 年 钡 产 量 还

17、 要 多 ， 但 我 国 相 对 焦 煤 资 源 较 多 、 人 力 成 本 较 低 、 废 钢 资 源 积 累 有 限 ， 电 力 资 源 价 格 仍 较 高 ， 所 以 电 弧 炉 钢 产 量 增 幅 远 低 于 转 炉 钢 产 量 的 增 长 速 度 ， 比 例 呈 下 降 趋 势 。 3 国 内 外 电 弧 炉 炼 钢 技 术 及 装 备 技 术 的 发 展 特 点 全 球 电 弧 炉 钢 产 量 呈 不 断 上 升 的 趋 势 很 大 一 部 分 也 是 得 益 于 电 弧 炉 炼 钢 技 术 和 装 备 技 术 的 不 断 创 新 和 进 步 。 1.3 现 代 电 弧 炉 炼 钢

18、 技 术 1.3.1 近 年 来 ， 电 弧 炉 短 流 程 钢 厂 的 生 产 技 术 有 了 众 多 新 发 展 ， 主 要 表 现 在 以 下 几 个 方 面 。 (1)形 成 了 电 弧 炉 冶 炼 连 铸 “三 位 一 体 ”或 电 路 冶 炼 连 铸 一 连 轧 “四 位 一 体 ” 的 现 代 化 电 弧 炉 流 程 。 (2)电 弧 炉 功 能 逐 渐 变 为 初 炼 炉 技 术 的 不 断 进 步 ， 改 变 和 结 束 了 原 电 弧 炉 的 熔 时 长 (3 个 多 小 时 )、 老 三 期 操 作 (熔 化 期 、 氧 化 期 、 还 原 期 )以 及 产 量 低 、

19、渣 量 大 、 炉 容 小 、 成 本 高 的 状 况 。 (3)生 产 品 种 的 增 加 ， 从 起 初 的 长 材 、 扁 平 材 到 如 今 的 高 附 加 值 产 品 进 入 21 世 纪 以 来 ， 电 弧 炉 短 流 程 钢 厂 开 始 生 产 高 附 加 值 产 品 。 如 美 国 新 建 Severcorr 钢 厂 以 生 产 汽 车 板 为 主 ;俄 罗 斯 联 合 冶 金 公 司 Vyksa 厂 主 要 生 产 用 于 北 极 及 其 他 高 寒 地 区 的 管 线 钢 。 我 国 天 津 无 缝 钢 管 公 司 、 衡 阳 钢 管 公 司 、 舞 阳 钢 铁 公 司 在

20、 无 缝 钢 管 和 高 质 量 特 厚 钢 板 生 产 方 面 也 表 现 突 出 。 (4)短 流 程 钢 厂 规 模 不 断 扩 大 化 俄 罗 斯 马 格 尼 托 哥 尔 斯 克 钢 铁 公 司 和 土 耳 其 Atlas 合 资 建 设 的 Atlas 公 司 ， 配 置 一 台 300t 超 高 功 率 交 流 电 弧 炉 ， 年 钢 产 量 240 万 t。 土 耳 其 Colakoglu 钢 厂 已 建 成 一 台 装 有 特 大 功 率 变 压 器 (240MVA+200)， 出 钢 量 约 320t 的 电 弧 炉 ， 年 产 钢 能 力 200 万 t/a(现 已 达 到

21、 月 产 21 万 t 钢 )。 (5)原 料 多 样 化 1.3.2 电 弧 炉 原 料 供 给 的 新 发 展 表 现 在 以 下 几 方 面 : 1)采 用 CORER/DR 装 置 供 给 CORER 铁 水 及 直 接 还 原 铁 作 为 电 弧 炉 原 料 例 如 ， 南 非 萨 尔 达 尼 亚 厂 设 置 C-2000COREX 及 Midrex 炉 ， 和 印 度 埃 萨 公 司 Hazira 厂 在 原 有 的 Midrex 装 置 基 础 上 新 建 两 台 CORER-2000 装 置 ， 用 以 生 产 热 轧 带 钢 。 2)近 年 来 ， SMS 公 司 和 Mid

22、rex 技 术 公 司 联 合 推 出 从 铁 矿 石 到 热 轧 带 的 电 弧 炉 短 流 程 钢 厂 据 介 绍 ， 该 工 艺 流 程 较 传 统 高 炉 转 炉 流 程 ， 有 更 高 的 能 源 利 用 效 率 ， 且 C02 排 放 量 能 减 少 一 半 。 阿 曼 Shadeed 钢 铁 公 司 近 日 向 Midrex 技 术 公 司 订 购 直 接 还 原 炼 铁 装 置 ， 可 提 供 700 热 直 接 还 原 铁 。 3)在 缺 乏 天 然 气 资 源 的 地 区 ， 最 近 已 开 发 出 用 煤 制 气 ， 作 为 直 接 还 原 炼 铁 装 置 的 还 原 气

23、 体 ， 建 设 联 合 小 钢 厂 。 印 度 Jindal 公 司 建 设 一 座 年 产 DRI200 万 t 的 Danarex 装 置 ， 用 煤 制 气 为 还 原 剂 ， 反 应 器 直 径 7m,用 60%一 100%球 团 矿 和 040%块 矿 为 原 料 ， 产 品 金 属 化 率 93%以 上 。 1.4 电 弧 炉 炼 钢 的 发 展 趋 势 电 弧 炉 炼 钢 工 艺 技 术 的 发 展 可 以 从 电 弧 炉 炼 钢 技 术 和 电 弧 炉 装 备 技 术 两 大 方 面 进 行 推 进 电 弧 炉 炼 钢 技 术 的 创 新 发 展 将 来 电 弧 炉 炼 钢

24、技 术 的 创 新 发 展 主 要 体 现 在 以 下 四 个 方 面 : 1)继 续 加 强 电 弧 炉 的 高 效 化 生 产 操 作 为 缩 短 冶 炼 周 期 ， 形 成 系 统 综 合 控 制 ， 采 用 先 进 技 术 保 证 钢 质 量 最 优 、 综 合 消 耗 最 低 的 前 提 下 ， 最 大 限 度 的 缩 短 冶 炼 周 期 ， 包 括 :电 弧 炉 以 氮 代 氢 全 程 底 吹 技 术 、 低 氮 电 弧 炉 钢 生 产 技 术 、 终 点 控 制 技 术 、 优 化 供 电 技 术 、 炉 料 结 构 优 化 和 不 延 长 冶 炼 周 期 的 DRI, HBI

25、加 入 工 艺 技 术 等 。 2)优 化 生 产 工 艺 ， 降 低 生 产 成 本 在 钢 铁 生 产 中 ， 成 本 是 决 定 性 因 素 ， 必 须 降 低 成 本 以 促 进 电 弧 炉 钢 的 发 展 。 优 化 生 产 工 艺 ， 加 强 精 细 管 理 与 操 作 ， 从 优 化 炉 料 结 构 、 降 低 钢 铁 料 消 耗 、 添 加 合 金 精 矿 和 还 原 剂 实 现 直 接 合 金 化 、 废 钢 渣 的 回 收 利 用 等 方 面 入 手 ， 以 追 求 工 序 成 本 和 保 障 系 统 成 本 最 低 。 3)优 化 电 弧 炉 炼 钢 流 程 要 实 现

26、电 弧 炉 的 高 效 化 生 产 ， 缩 短 冶 炼 周 期 是 核 心 ， 而 前 提 则 是 流 程 优 化 。 例 如 我 国 安 钢 采 用 了 高 炉 铁 水 一 铁 水 罐 扒 渣 一 100t 电 弧 炉 脱 磷 一 无 渣 出 钢 一 转 炉 少 渣 吹 炼 一 LF 炉 精 炼 一 连 铸 接 高 线 、 型 棒 和 2800mm 中 厚 板 轧 机 的 流 程 ， 把 车 间 现 有 超 高 功 率 电 弧 炉 变 成 了 铁 水 预 处 理 炉 。 4)优 化 品 种 结 构 ， 生 产 高 附 加 值 产 品 对 于 电 弧 炉 冶 炼 钢 种 的 品 种 结 构 ，

27、 目 前 主 要 的 优 化 方 向 应 着 眼 于 :转 炉 流 程 不 适 合 生 产 的 高 合 金 钢 、 高 温 合 金 和 大 锻 件 等 ;转 炉 流 程 能 够 生 产 目 前 在 国 内 产 量 还 不 高 的 一 些 合 金 钢 种 ;过 去 仅 能 用 转 炉 流 程 生 产 的 现 代 电 弧 炉 亦 能 生 产 的 一 些 品 种 ， 如 高 附 加 值 的 板 材 (薄 板 、 中 板 、 厚 板 );优 质 高 碳 钢 (如 预 应 力 钢 绞 线 、 钢 帘 线 )和 低 合 金 钢 (如 合 金 冷 徽 钢 )等 。 1.5 电 弧 炉 装 备 技 术 未 来

28、 的 创 新 发 展 1.5.1 手 段 ： 首 先 ， 开 发 大 容 量 的 电 弧 炉 变 压 器 ， 进 一 步 提 升 电 弧 炉 超 高 功 率 水 平 和 高 阻 抗 技 术 。 第 二 ， 继 续 加 强 清 洁 环 保 型 电 弧 炉 烟 气 余 热 回 收 装 备 技 术 的 研 发 。 第 三 ， 开 发 简 单 实 用 的 电 弧 炉 装 备 。 第 四 ， 我 国 还 需 进 一 步 完 善 和 提 高 电 弧 炉 操 作 控 制 系 统 。 电 弧 炉 炼 钢 工 艺 技 术 的 发 展 应 着 眼 于 降 低 吨 钢 冶 炼 的 综 合 能 耗 为 中 冶 京 诚

29、 营 口 中 试 基 地 100t 国 产 化 高 阻 抗 超 高 功 率 电 弧 炉 全 冷 料 吨 钢 能 量 平 衡 图 。 电 弧 炉 使 用 废 钢 为 原 料 与 使 用 高 炉 铁 水 的 转 炉 相 比 ， 总 能 耗 是 高 炉 一 转 炉 工 艺 的 1/2-1/3。 从 两 种 工 艺 排 放 出 的 COz 气 体 污 染 源 的 数 量 看 ， 电 弧 炉 为 641kg/t 钢 ， 高 炉 一 转 炉 工 艺 为 1922kg/t 钢 ， 是 高 炉 一 转 炉 工 艺 的 1/3。 同 时 电 炉 以 废 钢 为 原 料 也 直 接 体 现 了 金 属 材 料 的

30、 循 环 利 用 。 从 整 个 钢 铁 工 业 系 统 看 ， 对 一 定 规 模 的 年 产 钢 量 ， 提 高 电 弧 炉 钢 比 例 ， 显 然 有 利 于 循 环 经 济 。 1.5.2 我 国 正 进 人 电 炉 炼 钢 高 速 发 展 时 期 随 着 超 高 功 率 电 炉 装 备 和 配 套 技 术 的 不 断 发 展 和 完 善 ， 使 电 炉 生 产 更 具 有 原 料 适 应 广 、 生 产 效 率 高 、 产 品 质 量 好 、 消 耗 少 、 成 本 低 、 能 灵 活 适 应 市 场 变 化 的 明 显 优 势 。 所 以 ， 世 界 各 国 从 80 年 代 兴

31、起 了 “电 炉 小 钢 厂 ”的 建 设 。 日 、 美 等 西 方 工 业 国 家 ， 电 炉 钢 所 占 的 份 额 已 近 40 0o， 美 国 计 划 从 1996 年 至 2000 年 增 加 电 炉 钢 生 产 能 力 1370 万 t， 为 1995 年 生 产 能 力 的 130. 9%， 其 时 电 炉 钢 生 产 能 力 将 占 总 产 钢 能 力 的 约 4500。 我 国 1995 年 的 电 炉 钢 产 量 是 1810 万 t， 占 总 钢 产 量 的 18. 99%。 与 1991 年 比 较 ， 在 钢 产 量 中 所 占 的 比 率 却 下 降 了 2. 我

32、 国 1995 年 的 电 炉 钢 产 量 是 1810 万 t， 占 总 钢 产 量 的 18. 99%。 与 1991 年 比 较 ， 在 钢 产 量 中 所 占 的 比 率 却 下 降 了 2. 14 0 o。 分 析 原 因 ， 主 要 是 我 国 电 炉 炼 钢 装 备 与 工 艺 技 术 长 期 处 于 落 后 状 态 。 首 先 是 炉 容 量 过 小 、 单 位 功 率 水 平 过 低 ， 现 有 电 炉 338。 座 ， 大 约 98%为 30 t 以 下 的 小 炉 子 ， 变 压 器 单 位 功 率 绝 大 部 分 小 于 350 kV “ A/t。 由 于 容 量 小

33、， 无 法 配 备 炉 外 精 炼 设 施 ， 至 今 大 多 数 还 停 留 在 熔 化 一 氧 化 一 还 原 的 老 三 段 模 式 中 ， 因 此 导 致 冶 炼 时 间 长 、 生 产 能 力 低 、 消 耗 高 、 质 量 差 、 缺 少 市 场 竞 争 能 力 。 当 前 许 多 地 区 正 在 建 设 新 的 电 炉 钢 厂 和 改 造 原 有 工 艺 、 更 新 装 备 、 扩 大 规 模 等 等 ， 使 我 国 从 80 年 代 后 期 开 始 加 快 了 超 高 功 率 电 炉 炼 钢 车 间 的 建 设 步 伐 。 至 1996 年 已 建 成 投 产 炉 容 量 40

34、150 t 的 超 高 功 率 电 炉 炼 钢 车 间 11 个 ， 设 计 生 产 能 力 460 万 ti 年 。 目 前 还 有 15 个 超 高 功 率 电 炉 炼 钢 车 间 正 在 进 行 建 设 或 设 计 ， 设 计 总 生 产 能 力 约 770 万 t/年 。 这 些 新 建 的 超 高 功 率 电 炉 炉 容 量 多 数 在 70“100 t， 单 位 功 率 水 平 在 6001000 kVA/t。 电 弧 炉 后 步 都 配 备 有 LF 炉 ， 或 LF+VD 等 精 炼 装 置 ， 钢 水 全 部 连 铸 成 坯 ， 即 几 乎 全 部 采 用 超 高 功 率 电

35、 弧 炉 一 炉 外 精 炼 一 连 铸 三 位 一 体 的 优 化 工 艺 路 线 。 因 而 在 装 备 上 、 生 产 工 艺 上 ， 都 能 达 到 国 际 上 当 代 电 炉 的 水 平 。 产 品 方 案 是 工 程 建 设 的 出 发 点 和 归 宿 ， 包 炉 工 程 也 不 例 外 。 立 项 之 初 就 需 确 定 生 产 汁 么 品 种 。 但 电 炉 工 程 有 一 个 特 殊 情 况 ， 即 高 线 已 经 建 成 再 上 电 炉 ， 而 且 电 炉 主 要 是 跟 高 浅 配 套 的 ， 因 此 在 确 定 电 炉 品 种 方 案 时 不 得 不 将 满 足 高 线

36、 需 要 放 在 突 出 位 置 加 以 考 虑 ， 在 某 种 意 义 上 可 以 说 高 线 的 品 种 就 是 电 炉 要 生 产 的 品 种 。 根 据 这 一 原 则 ， 我 们 确 定 了 三 分 之 一 低 碳 钢 ， 三 分 之 一 低 合 金 钢 ， 三 分 之 一 高 碳 钢 的 品 种 方 案 ， 见 表 【 5 】 (1)电 弧 温 度 分 布 电 弧 温 度 及 其 分 布 对 电 弧 的 辐 射 能 影 响 最 大 。 电 弧 炉 冶 炼 过 程 中 ， 虽 然 电 弧 辐 射 传 热 的 比 例 不 大 (应 在 电 弧 传 热 总 量 的 10%左 右 ， 不

37、会 超 过 20%)， 但 仍 不 可 忽 视 。 将 电 弧 区 作 了 人 为 的 放 大 ， 为 了 保 证 辐 射 总 量 的 不 变 ， 电 弧 的 总 体 温 度 应 有 所 下 降 ， 通 过 对 电 弧 区 当 量 导 热 系 数 的 调 整 即 可 做 到 这 一 点 。 电 弧 区 温 度 呈 现 中 心 温 度 高 、 边 缘 温 度 低 的 趋 势 :但 总 体 温 度 相 对 较 低 ， 中 心 最 高 温 达 到 13000K， 而 Szekely 对 SOKA 直 流 电 弧 的 计 算 结 果 表 明 最 高 可 达 17000K 以 上 ， 在 保 证 扩 大

38、 的 电 弧 区 辐 射 总 量 保 持 不 变 的 前 提 下 ， 本 模 型 的 计 算 结 果 是 合 理 的 。 显 示 了 体 系 温 分 布 的 动 态 变 化 过 程 。 横 坐 标 为 电 弧 炉 沿 径 向 的 位 置 ， 纵 坐 标 轴 为 电 弧 炉 的 中 心 线 ， 纵 坐 标 表 示 电 炉 的 高 度 ， 图 中 选 取 炉 底 耐 材 表 面 为 高 度 的 参 照 位 置 ， 高 度 设 为 0。 各 图 对 应 的 自 通 电 起 始 的 时 间 见 表 4-60 图 中 1525 等 温 线 为 近 似 的 废 钢 液 相 线 温 度 ， 该 温 度 线

39、内 部 的 废 钢 区 域 为 己 熔 化 的 钢 液 部 分 ， 外 部 为 未 熔 废 钢 区 或 固 液 混 合 区 。 因 为 此 时 的 模 型 尚 未 考 虑 钢 液 成 分 变 化 对 液 相 线 温 度 的 影 响 ， 故 不 能 对 固 液 混 合 区 的 钢 液 量 作 理 论 上 的 准 确 计 算 ， 但 从 传 热 角 度 分 析 对 整 体 的 温 度 分 布 计 算 影 响 不 大 ， 因 此 基 于 1525 等 温 线 即 可 以 直 的 第 二 章 关 于 电 弧 炉 。 2.1 电 弧 炉 工 作 原 理 ： 电 弧 炉 （ electric arc fu

40、rnace） 利 用 电 极 电 弧 产 生 的 高 温 熔 炼 矿 石 和 金 属 的 电 炉 。 气 体 放 电 形 成 电 弧 时 能 量 很 集 中 ， 弧 区 温 度 在 3000 以 上 。 对 于 熔 炼 金 属 ， 电 弧 炉 比 其 他 炼 钢 炉 工 艺 灵 活 性 大 ， 能 有 效 地 除 去 硫 、 磷 等 杂 质 ， 炉 温 容 易 控 制 ， 设 备 占 地 面 积 小 ， 适 于 优 质 合 金 钢 的 熔 炼 。 电 弧 炉 按 电 弧 形 式 可 分 为 三 相 电 弧 炉 、 自 耗 电 弧 炉 、 单 相 电 弧 炉 和 电 阻 电 弧 炉 等 类 型

41、。 电弧炉炼钢是通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生 的电弧为热源进行炼钢。电弧炉以电能为热源，可调整炉内气氛，对熔炼含有易氧 化元素较多的钢种极为有利 。 电弧炉炼钢发明后不久，就用于冶炼合金钢，并得 到较大的发展。 随着电弧炉设备的改进以及冶炼技术的提高，电力工业的发展，电弧炉炼钢的 成本不断下降，现在电弧炉炼钢不但用于生产合金钢，而且大量用来生产普通碳素 钢，其产量在主要工业国家钢总产量中的比重，不断上升. 电 弧 炉 由 于 加 热 原 料 时 电 炉 的 三 相 电 极 很 难 同 时 接 触 到 高 低 不 平 的 炉 料 ， 使 得 燃 烧 不 稳 定 ，

42、 引 起 三 相 负 荷 不 平 衡 ， 产 生 谐 波 电 流 ， 经 变 压 器 的 三 角 形 连 接 线 圈 而 注 入 电 网 。 其 中 主 要 是 2- 7 次 的 谐 波 ， 平 均 可 达 基 波 的 8% 20%， 最 大 可 达 45%。 严 重 影 响 电 网 的 电 能 质 量 。 2.2 电 炉 流 程 与 转 炉 流 程 比 较 ， 具 有 以 下 特 点 ： 电 炉 流 程 投 资 省 ， 占 地 面 积 小 ， 建 设 周 期 短 ； 资 源 问 题 ： 随 着 国 民 经 济 的 发 展 ， 铁 矿 石 、 焦 煤 等 资 源 将 日 益 匮 乏 ， 而 废

43、 钢 资 源 则 会 不 断 积 累 ， 因 此 从 长 远 看 电 炉 流 程 具 有 优 势 ； 环 保 问 题 ： 电 炉 流 程 产 生 的 CO2、 NOx、 SOx 有 害 气 等 体 量 较 高 炉 -转 炉 流 程 少 ； 2.3 电 弧 炉 工 艺 流 程 ： 电 弧 炉 炼 钢 从 整 体 可 分 为 原 材 料 的 收 集 、 冶 炼 前 的 准 备 工 作 、 熔 化 期 、 氧 化 期 和 还 原 期 五 大 阶 段 。 2.3.1 原 材 料 的 收 集 废 钢 是 电 弧 炉 炼 钢 的 主 要 材 料 ， 废 钢 质 量 的 好 坏 直 接 影 响 钢 的 质

44、量 、 成 本 和 电 炉 生 产 率 ， 因 此 ， 对 废 钢 有 如 下 几 点 要 求 ： (1)废 钢 表 面 应 清 洁 少 锈 ， 因 废 钢 中 沾 有 的 泥 沙 等 杂 物 会 降 低 炉 料 的 导 电 性 能 ， 延 长 熔 化 时 间 ， 还 会 影 响 氧 化 期 去 磷 效 果 以 及 侵 蚀 炉 衬 。 废 钢 锈 蚀 严 重 或 沾 有 油 污 时 会 降 低 钢 和 合 金 元 素 的 收 得 率 ， 增 加 钢 中 的 含 氢 量 。 (2)废 钢 中 不 得 混 有 铅 、 锡 、 砷 、 锌 、 铜 等 有 色 金 属 。 铅 的 密 度 大 ， 熔

45、点 低 ， 不 溶 于 钢 液 ， 易 沉 积 在 炉 底 缝 隙 中 造 成 漏 钢 事 故 。 锡 、 砷 和 铜 ， 易 引 起 钢 的 热 脆 。 (3)废 钢 中 不 得 混 有 密 封 容 器 ， 易 燃 、 易 爆 物 和 有 毒 物 ， 以 保 证 安 全 生 产 。 (4)废 钢 化 学 成 分 应 明 确 ， 硫 、 磷 含 量 不 宜 过 高 。 (5)废 钢 外 形 尺 寸 不 能 过 大 (截 面 积 不 宜 超 过 150mm150mm， 最 大 长 度 不 宜 超 过 350mm)。 生 铁 在 电 弧 炉 炼 钢 中 ， 一 般 被 用 来 提 高 炉 料 的

46、配 碳 量 ， 通 常 配 入 量 不 超 过 炉 料 的 30%。 2.3.2 冶 炼 前 的 准 备 工 作 配 料 是 电 炉 炼 钢 工 艺 中 不 可 缺 少 的 组 成 部 分 ， 配 料 是 否 合 理 关 系 到 炼 钢 工 能 否 按 照 工 艺 要 求 正 常 地 进 行 冶 炼 操 作 。 合 理 的 配 料 能 缩 短 冶 炼 时 间 。 配 料 时 应 注 意 ： 一 是 必 须 正 确 地 进 行 配 料 计 算 和 准 确 地 称 量 炉 料 装 入 量 。 二 是 炉 料 的 大 小 要 按 比 例 搭 配 ， 以 达 到 好 装 、 快 化 的 目 的 。 三

47、 是 各 类 炉 料 应 根 据 钢 的 质 量 要 求 和 冶 炼 方 法 搭 配 使 用 。 四 是 配 料 成 分 必 须 符 合 工 艺 要 求 。 一 般 冶 炼 方 法 对 炉 料 中 的 主 要 元 素 含 量 要 求 如 下 ： (1)碳 含 量 。 炉 料 中 含 碳 量 应 保 证 氧 化 期 有 足 够 量 的 碳 进 行 碳 氧 反 应 ， 达 到 去 气 、 去 夹 杂 物 的 目 的 。 配 碳 量 根 据 熔 化 期 碳 的 烧 损 、 氧 化 期 的 脱 碳 量 和 还 原 期 增 碳 量 这 3 个 因 素 来 确 定 ， 要 求 炉 料 熔 清 时 ， 钢

48、中 碳 量 高 出 成 品 规 格 下 限 0.3% 0.4%； 但 配 碳 量 也 不 能 过 高 ， 否 则 会 延 长 氧 化 时 间 并 使 钢 液 过 热 。 (2)硅 含 量 。 含 硅 量 一 般 不 大 于 炉 料 的 0.8%， 过 高 会 延 缓 钢 液 的 沸 腾 。 (3)锰 含 量 。 一 般 钢 种 配 料 时 对 锰 可 不 考 虑 ， 通 常 熔 清 后 锰 含 量 小 于 0.3%， 否 则 也 会 延 缓 熔 池 沸 腾 。 磷 和 硫 含 量 原 则 上 是 越 低 越 好 。 通 常 熔 清 后 ， 磷 的 含 量 应 小 于 0.05%。 为 使 炉

49、内 炉 料 密 实 ， 装 料 时 必 须 把 大 、 中 、 小 料 合 理 搭 配 ， 一 般 小 料 占 15% 20%， 中 料 占 40% 50%， 大 料 占 40%。 进 料 前 炉 底 应 先 铺 占 料 重 1.5%左 右 的 石 灰 ， 以 便 提 前 造 好 熔 化 渣 ， 有 利 于 早 期 去 磷 ， 减 少 钢 液 的 吸 气 和 加 速 升 温 。 装 料 时 应 将 小 料 的 一 半 放 入 底 部 ， 小 料 的 上 部 、 炉 子 中 心 区 放 入 全 部 大 料 、 低 碳 废 钢 和 难 熔 炉 料 ， 大 料 之 间 放 入 小 料 ， 中 型 料 装 在 大 料 的 上 面 及 四 周 ， 大 料 的 最 上 面 放 入 小 料 。 凡 在 配 料 中 使 用 的 电 极 块 ， 应 砸 成 50mm 100mm 左 右 ， 装 在 炉 料 下 层 。 总 之 ， 布 料 应 做 到 ： 下 致 密 、 上