年产60万吨不锈钢的炼钢车间工艺设计说明书Word文档格式.docx
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进行毕业实习,撰写实习报告
2.20-3.6
2
完成外文译文及专题研究
3.7-3.25
3
完成物料平衡和热平衡计算
3.26-4.5
4
完成炉型设计和炼钢工艺设计
4.6-4.23
5
完成车间生产工艺布置及主体设备选型
4.24-4.30
6
生产组织编制及技术经济指标确
5.8-5.22
7
绘制设计图
5.23-5.31
8
打印毕业设计说明书,进行毕业答辩
6.1-6.10
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]王成刚,王齐铭主编.金属提取冶金学.西安地图出版社,2000
[7]戴云阁等编.现代转炉炼钢.东北大学出版社,1999
[8]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
[9]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)
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
DesignDescription
Inthispaper,wehavedesignedaelectricarcfurnaceworkshopwhichcanproduce600,000tonsofqualifiedstainlesssteelayear.Throughtheascertainedoftheproductsoutline,eafmaterialbalance,thermalequilibriumcalculation,ultra-highpowerelectricarcfurnace’stypedesign,theworkshopprocessdesignandworkshoplayout,wefinalyidentifieda600,000tonsofqualifiedstainlesssteelsmeltingplantwithwhicha600,000tonsofultra-highpowerelectricarcfurnace,achasteningAODfurnaceandacasterisasthemainproductionequipment.Andaccordingtothedomesticandforeignsteelmakingtechnologytrends,thedevelopmentdirectionofthesteelproduct,wefinallyselectedtheshortflowprocess,scrapsteel→ultra-highpowerelectricarcfurnace→AODfurnacerefineing→continuouscasting,whichisadvancedandhasabiggerdevelopmentroom.TheDesignschemebasednewtechnologyandhighefficiencastheprinciple,fullyembodiestheadvanced,flexible,multi-functioncharacteristicandhasthecharacteristicsofsustainabledevelopment.
KeyWords:
ultra-highpowerelectricarcfurnace,AODrefineingfurnace,Steelmaking
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·
布雷尔利(HarryBrearley)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·
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·
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
4不锈钢为什么耐腐蚀?
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;
美国、日本、300系、400系、200系;
(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。
1电弧炉炼钢车间的设计方案[1][2]
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
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%
94%,取90%;
y—良坯收得率,连铸一般95%
96%。
=
=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。
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。
(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。
2电弧炉炉型设计[3]
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。
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×
+
)
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=12.1H3=0.0968D3
V池=V金+V渣
电炉的氧化期具有最大渣量。
对碱性电炉:
G钢/G渣=7%。
而渣的比重为3.0
3.5t/m3,取每立方米渣重3.3t,则每吨钢的体积为0.3m3。
V渣/V金=
=0.15
所以:
V池=1.15V金=1.15G∙V0
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=1.15×
80×
0.14=12.88m3
熔池深度H=
=1.021m
熔池直径D=
=5.105m
球冠部分高度h1
=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+2×
100
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。
H1=0.42×
D=0.42×
5.105=2.144m
(3)炉顶高h3
(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。
D1=D熔+2×
(H1-100)×
10%=5.305+2×
(2.144-0.1)×
10%=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
2040
工作层/mm
345
460
绝热层/mm
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
3~4
4~6
6>
δz/mm
12~15
15~20
25
28~30
因D=5.105m,故D壳>
6m,因δz与炉壳直径D壳的关系为
,取δz=30mm,则:
D壳=D熔+2δ壁+2δz=5.305+2×
0.535+2×
0.03=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)×
D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=204mm。
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2-480t超高功率电弧炉各部分尺寸
项目
尺寸/mm
熔池容积V池
12.88m3
炉衬工作层厚度
熔池直径D
5105
炉衬绝热层厚度
熔池深度H
1021
炉底厚度
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
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