钢铁冶金专业毕业设计---（年产70万吨电弧炉）

钢铁冶金专业毕业设计---（年产70万吨电弧炉） 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 1 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。本次设计中得到了李永清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。 2 1.1 设计概述 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。 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 3 200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/s(1978) 10m/s(1974) 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： 2黏土——2.0kg/cm 2卵石——3.0kg/cm 2石灰岩——4.0kg/cm 5、风量修正，基本风压 3月份 风量修正系数（K值） 漏风损失（%） 入炉风量（Nm/min） 七月 0.82 12 613 一月 0.922 12 727 全年平均 0.899 12 672 22 基本风压值35kg/m, 基本雪压值30kg/m 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。 冶炼的钢种，代表钢号及化学成分确定为表1-1所列： 4 表1-1 冶炼钢种化学成分表 成分 C Si Mn P S Ni Cu Cr Ti 钢种 45# 0.42～0.10.5???－ ?－ 优质碳素0.50 7～0～0.0.0.20.2 钢 0.30.803035 5 7 0 5 5 碳工钢 T8 0.75～0.10.2????－ － 0.84 5～0～0.0.0.20.3 0.30.403030 0 5 0 5 0 硅钢 D22 ?0.08 2.00.2??－ － － － 1～0～0.0. 2.50.40403 0 0 0 0 弹簧钢 60Si2Mn 0.57～1.50.6??－ － － － 0.65 ～～0.0. 2.0 0.9 0404 5 5 轴承钢 GCr15 0.95～0.10.2????1.3－ 1.05 5～～0.0.0.30.2～ 0.30.4 02020 5 1.6 5 7 0 5 合金结构20MnSi 0.15～0.31.1??－ － 0.9－ 钢 0.23 5～0～0.0.5 0.71.50404 0 5 0 0 不锈钢 1Cr18Ni?0.12 ????8.0－ 175? 9Ti 0.82.0 0.0.～～(C 0 030311.19 － 5 0 0 0.0 2) ～ 0.8 0 5 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(σ、α、δ、Ψ等)，为了提高其收得率，可以不经过吨炉精炼，bk 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、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。 6 表1-3 车间产量分布 冶炼钢种 年产装入量i=a?钢水量返回钢收得收合消耗 量(1-h) j=i(1-c-y) j=i(h-c-率率系数 (t) y) k=1-l=1-h n=i c-y ?a 210000 229007.634 217557.252 7557.252 95 91.7 1.091 45# 114503.817 105000 108778.626 3778.626 95 91.7 1.091 20MnSi 114503.817 105000 108778.626 3778.626 95 91.7 1.091 T8 79908.675 70000 75913.241 5913.242 95 87.6 1.091 D22 39954.338 35000 37956.621 2956.621 95 87.6 1.091 GCr15 114503.817 105000 108778.626 3778.626 95 91.7 1.091 60Si2Mn 79908.675 70000 75913.241 5913.242 95 87.6 1.091 1Cr18Ni9Ti 金属平衡图如下：连铸(以45#为例)，见图1-1。 装入量 229007.636 t 100% 吹炼后钢水 熔损 217557.133t 95% 11450.40 t 5% 精炼后钢水 精炼损失 468903.14 94% 29929.87 6% 中间包钢水 注余钢水 214580.20t93.6% 1832.03t 0.8% 中间包钢水 注余钢水 463276.3 98.8% 3751.225 0.8% 原坯 清理损失 切头切尾 事故及回炉钢水 原坯 氧化铁皮 212290.066t92.81145.037t0.52290.09t 1.0% 1145.036t 0.5% 454010.77 98% 1853.1052 0.4% % 92.792.7% % 0.5%0.5% 合格坯 450000 废品 2270.154 99.12% 0.5% 合格坯 废品 其它损失 210000t91.7% 1145.035t 0.5% 4580.14 t 2.0% 91.7% 图1-1 金属平衡图 7 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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 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 8 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 C Si Mn Cr或Ni 种类 低C废钢 0.25 0.3 0.5 <0.4 中C废铜 0.5 0.3 0.5 <0.4 高C废铜 0.75 0.3 0.5 <0.4 表1-5 金属料成分(%) 成分 C Si Mn P S Ti Cr Ni 收 得原料 率 #45返回钢 0.45 0.27 0.65 0.03 0.03 - 0.02 0.01 T8返回钢 0.8 0.3 0.35 0.028 0.025 - - - 60Si2Mn返0.6 1.8 0.7 0.03 0.04 - - - 回钢 D22返回钢 0．06 2．4 0．3 0．035 0．028 - - - GCr15返回1．0 0．25 0．3 0．025 0．015 - 1．5 0．20 钢 1Cr18Ni9Ti0.09 0.56 1.44 0.022 0.02 - 17.8 9.2 - 返回钢 Fe-Mn 63 97 Fe-Si 45 98 Fe-Si粉 75 55 Fe-Ti 25 75 Fe-Cr 60 98 镍 99 98 9 注: 氧化法含炼时S<0.05%,P<0.06% 氧化法冶炼高速工具钢S0.75% 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： 1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%。 2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。 3还原初期调整钢液锰含量时，钢中残锰量按0.1%计算。 ? 4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： 1配料量=装入量-铁合金总补入量-铁矿进铁量 ? 2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%。 出钢量，（控制成分,炉中成分）3铁合金加入量= ?铁合金成分，回收率 出钢量，每吨钢需要Al量4插Al量= ?铝条含Al量 (3)氧化法配料计算(以45#钢为例) 1)配料量 1铁矿加入量=217557.252?0.4%?lO=8702.29t ? 铁矿进铁量=8702.29?55%?80%=3829.0076t 10-----脱1KgC所需铁矿量，Kg 2 求铁合金加入量 ? Fe-Mn=[217557.252?（0.65-0.1）%]/(63%?97%)=1958.049t 10 Fe-Si=[217557.252?(0.27-0.15)%]/(45%?98%)=591.972t 1Fe-Si粉进入液量=3?217557.252?55%?=358.970t 1000 (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+358.969=2908.960t 配料量=229007.634-2908.957-3829.007=222269.661t 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+7557.252=229007.632 0.5%x+4.0%y+0.45%?7557.252=1.02%?229007.636 (料中配碳1.02%) 得 x=187318.43t y=34131.950t 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%。 1)已知条件 1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 C Cr Mn Ni Si P 钢种 1Cr18Ni9Ti 0.09 17.8 1.44 9.2 0.56 0.022 3Cr13 0.30 13.0 0.70 0.70 0.030 D42 0.05 0.10 4.45 0.011 20 0.18 0.60 0.30 0.022 2其它有关数据见表1-7。 ? 11 表1-7 有关数据成分表 (%) 合金元素 Cr Ni Mn Si Ti 控制含量 18 9.5 1.5 0.5 0.6 配料含量 10 10 0.5 0.8 - 铁合金含量 65 99.9 98 75 30 化清合金量 80 97 50 40 痕迹 调整合金量 96 98 98 95 75 2)计算 1求配料量，根据上表 ? 18%95%1.5%0.5%0.6%1?(,,,,)65%99.9%98%75%30%P=75913.241? 010%10%0.5%0.8%1?(,,,)65%99.9%98%75% 0.59 =75913.241? 0.73 =61354.629t 2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 6135.453-3276.332-1994.002=865.091t 所缺Cr用中碳钢铬铁Cr1(Cr65%,C0.55%)补足，则应配入的Cr1量为： 865.099/65%=1330.925t 3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： 12 18406.361?9.2%=1693.387t 尚缺Ni量为6135.453-1693.385=4442.063t 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 4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：490.836-103.075-107.370-39.927=240.463t 所缺Si由D42补足，则应配入的D42量为： 240.464/4.45%=5403.682t 5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 Cr1 865.099t Ni金 4886.937t 共计： 45366.538t 尚差61354.537-45366.538=15987.999t由20废钢补足。 6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+28.7783982=98.819912t 炉料中含C量：98.8199121/61354.537=0.15% 7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 5403.685t D42返回钢带入P量为： 13 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+3.1975998=12.4429943t 则配料含P量为：12.44299435/61354.537=0.020% 全厂全年配料情况见表1-8 表1-8 车间年配料量 钢号 产量 矿石 Fe-Mn Fe-Si Fe-Si粉 Al 生铁 碳素废钢 返回钢 45# 210000 8702.29 1958.050 591.992 358.969 120.862 3413.950 187318.4 7557.252 20MnSi 105000 4351.14 2136.057 863.324 239.309 98.889 16088.471 89483.527 3779.328 T8 105000 4351.14 445.010 369.995 179.484 38.457 22260.832 85555.362 3778.626 D22 70000 3036.529 248.447 3873.124 125.256 57.510 8425.889 59986.644 5913.242 GCr15 35000 1518.264 124.223 86.069 62.628 13.419 9702.361 25307.875 2956.621 60SiMn 105000 4351.144 1068.125 4069.948 179.484 60.432 21346.409 82146.813 3778.626 1Cr18Ni9Ti 70000 18406.361 共计 700000 26310.507 5979.912 9854.452 1145.13 389.569 81237.912 548586.851 27761.993 备注：1Cr18Ni9Ti配料，Cr1 1330.921t，Ni金4486.937t，D42: 5403.685t,3Cr13:15338.634t返回钢本钢种18406.361t。 14 电炉容量和座数的选择与车间的生产规模，生产的钢种和钢锭单重以及设备 供应情况等因素有关。一般在要求一定的车间产钢量的条件下，力求选用较大容 量的电炉，因为大型电炉的技术经济指标较好，单位热损失较小，电能等单位消 耗较低。操作人员和管理人员相对较小。但对某些牌号的合金钢，以铸成小钢锭 较为适宜，因此应选用较小容量的电妒。 另外，车间内的电炉类型不宜过多，一般不超过两种。同一车间电炉类型过 多对车间的设备配置，备品备件的准备以及炉子的维护 检修 外浮顶储罐检修方案皮带检修培训教材1变电设备检修规程sf6断路器检修维护检修规程柴油发电机 都有困难。但车间内 设置一、二座小容量电炉对生产是有利的座数也不宜过多，座数过多时车间生产 调度复杂，各个电炉之间相互影响和干扰，同时车间劳动条件亦会恶化。一般大 型电炉车间设置的电炉2～4座，而中小型电炉车间则为4～6座。 本例设计选用两座同一类型的电弧炉。 关于计算公式，各钢铁设计院都有自己的经验公式，参考资料上介绍不全相 同。这里以常用经验公式为例说明。 我国的炼钢电弧炉已经系列化(见表3-2)，所以在车间设计中电炉的容量应该按系列 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 来选择。 1、求车间每次出钢量 Qst,tcG= st8760,,f,y =（700000?1.2）/（8760?93.15%?92.2%） =111.650t 注意:G是指车间内各座电炉每次出钢的总和，而电炉的每次出钢量是指该电炉st 的平均出钢量。 试中： G——车间产品方案中规定年产量，t st tc——冶炼周期，h，取1。2 ——电炉作业周期率%，一般为90～94%，取93.15%(340天/年) ,f y——良锭收得率=92。2% 2、座数及容量确定 在不同生产规模下，一般选用的电炉容量可参考表1-9。 15 表1-9生产规模与电炉容量的选择 序号 车间年产钢锭量，(t) 电炉公称容量，(t) 1 ＜70000 1.5；3；5；10 2 70000～200000 5；10；20；30 3 ＞200000 10；20；30；50；100 GstN= P 试中： P——实际出钢量P=Ti(1+fch)； fch——超装系数为10～20%，取20%； Ti——公称容量，t； n——电弧炉座数，取2座。 所以： P=111。65/2=55。82t Ti=55。82/1。2=46。521?50t 故确定公称容量为50t。 3、车间生产能力的核算 8760,fy Q=Σti(1+fch)ni sttc 试中：ni——电弧炉座数，指同一公称容量炉子的座数。 其余称号同前 Q=50(1+0.2) ?2?[（8760?93.15%）/1.2]?92.2% st =752346.468t 年良锭设计产量为70万吨，故满足要求。 1.3.3 浇注方式和锭型的确定 浇注方式选用连铸。连铸机选用两台弧形连注机，一般有二机二流、三机三 流、四机四流等多种形式，常浇铸小方坯型有12OXl20；13OX130；l5OXl50等。本设计选用三机三流连注机，主要生产220X220连铸坯。机型为2R8.8。 1.4 新技术、新设备的选择说明 要求对设计中所选用的新设备、新技术进行概括说明。 1)高架式横向布置电炉车间 利于各层平台及设备的合理布置，改善出钢、出渣劳动务件。横向布置缩短 了电炉与烧注间距，避免了干扰，减少温降等。 16 2)超高功率，高功率电弧炉技术 提高炉内输入功率，提高炉子热效率，强化炉内反应，缩短冶炼周期，提高 产量，质量等。 3)水冷挂渣炉壁和水冷炉盖 保护炉衬，改善其工作条件，提高炉龄等。 4)LF精炼法 采用埋弧加热，吹Ar搅拌，真空脱气，再加上炉渣精炼技术。提高钢质量。 5)炉内除尘与炉外除尘相结合 炉内除尘利于吹氧等强化冶炼，炉外全封闭式除尘提供良好工作环境等。 6)连铸新技术 简化工序，改善质量，提高生产率，便于自动控制等。 7)计算机自动控制技术应用等。 1.5 工艺流程及车间的组成 1.5.1 工艺流程图及工艺概述 包括原料运输，贮存和加工处理方法。 工艺流程图见图1-3。 原料运输，存储和加工方法见表1-10。 表1-10 原料运输、存储、加工处理 序原料名称 运输方式 存放点 处理方法 存储天数 号 1 外来、本厂废钢 火车 原料跨 分类堆放 10 2 本车间废钢 过跨车 原料跨 分类堆放 10 3 生铁 火车 原料跨 堆放 10 4 铁合金 火车 烘烤炉 分类堆放烘烤 7 5 矿石 火车 烘烤炉 分类堆放烘烤 10 6 石灰 火车、汽车 烘烤炉 堆放烘烤 1 7 萤石 火车、汽车 烘烤炉 堆放烘烤 3 8 耐火材料 火车、汽车 炉子跨、浇注堆放干燥 按需要 跨、精整跨 9 粉料 汽车 烘烤炉 堆放烘烤 7 10 吹氧管 汽车 炉子跨 堆放 按需要 11 O 管道 炉子跨等 / 连续 2 12 Ar 管道 精炼跨 / 连续 1.5.2 车间的组成及厂房布置形式 17 车间一般包括：原料跨、炉子跨、精炼跨，第一浇注跨，第二浇注跨等，其 布置形式如图1-4所示。注：要以后面的 车间布置具体内容为依据。 粉料跨 铁合金库 散状料库 电极库 石灰、英石、矿石 电极 废铁 烘烤炉 炉子跨存放区 原料跨 废铁生铁料场 生铁 0站 2 炉渣 2?50T 电炉 钢 浇注跨存放区 水 电极 吹Ar站 LF炉 喷除尘系统 射 站 连铸 炉渣 烟尘回收 精整 翻渣 合格坯 废渣场 图1-3 工艺流程简图 18 正确设计电弧炉应保证炉子生产率高，电能、耐火材料和电极的单位消耗低， 同时应满足多品种的钢冶炼时冶金反应的顺利进行。 为此必须考虑如下几方面: (1)选定大功率变压器; (2)提高热效率和电效率，即保证少的热损失和电损失; (3)采用高质量耐火材料砌筑炉衬; (4)炉子各部分的形状、尺寸和结构设计合理，钢与渣接触面积适当增大, 以保证熔池中冶金反应顺利进行，提高钢的质量; (5)炉子熔炼室容积应能一次装入中等堆比重的全都炉料; (6)炉子倾动30?～45?能保证全部钢液顺利流出。 炉子参数的决定可按如下顺序进行: (1)求出炉内钢液和熔渣的体积， (2)计算熔池直径和深度; (3)确定熔炼直径和高度; (4)确定炉顶的拱高和炉盖厚度; (5)决定各部分炉衬尺寸和炉壳直径; (6)决定变压器功率尺寸和炉壳直径; (7)求出电极直径; (8)确定电极分布圆直径，即三极心圆直径。 当然，在确定炉子有关尺寸时还要考虑其结构要求。下面以公称容量为50t 的炉子为例进行计算。 2.1 电弧炉炉型及其尺寸计算 熔池最好的形状是由截头圆锥和球缺组成的锥球型内型,炉坡倾斜角为45? (图2—1)。这样的形状可保证炉料加速熔化，且易砌筑和修补方便，以及易于保 持熔池形状。 19 图2—1 熔池的形状和尺寸 溶池容积V b为 V=V+V b球缺截锥 22rh,h22112=πh (2-1) ，，(R，Rr，r)1bb11263 式中: h——球缺部分高度,一般h=h/5; h为溶池深度; 11bb 4h——倒圆锥部分高度,h=h-h=h 22b1b5 DbR——溶池半径,R=,考虑到为便于炉子容易全部出钢,通常采2,hbbb2 用D/h=5,即D=5h;本次采用D =5 h (有的资料介绍:通常D/h=3.5～5,长精炼bbbbbbbb期的炉子取5,以熔化为主的炉子取3.5～4.0,供参考). d681r——球缺半径.r=,因d=D-2h=5hb- hb,h111b2b525 =(17/5)hb 把上列数值代入式(3-1)中,整理后得: 333V=12.1h=0.0968D(m) bbb 3因1吨钢液的体积为0.14m,则60t钢液所占容积为: 3V=50?0.14=7.0m m 因电弧炉熔炼氧化期的渣量最大,对碱性电炉而言,渣液与钢液重量之比采用0.07,因此溶渣重量为50?0.07=3.5t,假设溶渣比重为3,则溶渣占容积为: 3 V=3.5/3=1.67m sg 3?V=V+V=7.0+1.67=8.67m bmsg 于是可求出: D=4500mm b h=900mm b 20 h=180mm 1 d=3060mm 1 h=720mm 2 1、熔炼室直径D sm 在钢液沸腾时,为了使炉渣不致冲刷到炉墙上,炉坡应高与炉门门坎(也就是炉渣面)100mm.因此,熔炼室直径D为: sm D=D+2?100=4500+2?100=4700mm smb 2、熔炼室高度H sm 当决定熔炼室高度时,规定从炉子加料门坎水平面上(指金属门坎而言)至炉顶拱脚的空间高度为熔炼室高度.炉衬门坎较金属门坎水平高出80～100mm. 在具体确定H时,应当考虑到炉顶的寿命和装料的要求.这个高度越大,炉顶sm 寿命越长,装入堆比重轻的炉料也越多,但散热面积也随之增大,单位电能消耗增加. 一般推荐用下列比例关系: 对40t以下的炉子:H/D=0.50～0.45; smb 对40t以上的炉子:H/D=0.44～0.40 smb 在此取H/D=0.40,则H=0.40?D=0.44?4500=1980mm smbsmb 3、熔炼室上部直径D sm,t 炉壁一般用大块打结砖,内壁作成向外倾斜.这样,炉壁上部的厚度减薄,耐火材料消耗减少,炉壁较稳定且易于修补.同时使熔炼室发容积增大,可多装比重轻的炉料。 炉壁倾角ß一般为6?～7?,取ß=6?,tgß=0.1,从而可得熔炼室上部直径Dsm,t为: D=D+2(H-100)tgß=4700+2(1980-100)?0.1 sm,tsmsm =5080mm 1、炉顶拱高h 3 炉顶拱高h与熔炼室直径D的关系: 3sm h113,~(因炉顶砖材质不同而异） D79sm 11对硅砖或高铝砖炉顶而言,取h= D,，7200,800mm3sm99 21 2.炉顶厚度δft 炉顶厚度δ是按耐火材料的热阻计算和实际经验决定的,推荐如下: ft 对20t以下的炉子 δ=230mm ft 对20t及20t以上炉子 δ=300mm ft 对40t以上的炉子 δ=350mm ft 砌炉顶时,砖缝小于2mm,砖与砖高低凹凸差小于5mm,以“人字形”砌法最为普遍. 3、炉顶中央部分距溶池液面的高度H cem H=H+h=1980+520=2500mm cemsm3 炉壳直径和炉衬厚度 1、炉壁 炉壁厚度是指D，平面上的厚度，即炉壁最大厚度。该厚度通常可按耐火材 料的热阻计算而定。计算所依据的条件是炉了在操作末期炉壳被加热的温度不得 超过、1500～20O?，以免炉壳变形。计算指出，炉衬厚度对热损失的彤响只在 一定范围内是显著的。 在用砖砌筑炉壁时必须考惦标准砖尺寸。通常，对于lOt以下的小炉子，炉村时火砖层厚度为230mm，绝热层厚度为75tmm对于l0～40t炉子，这两层厚度棺应为345mm和75mm，大于40t的炉子则相应为460mm和75mm。 模砂条结炉壁，耐火层为镁砂打结层，其厚度可参考以上经验数据确定。加 容量小于lOt的电弧炉，可选300mm。 对所设计的炉子，耐火砖层厚度取为460mm，绝热层厚度取为75mm(取轻质耐 火材料65mm，石栋板lOmm厚)。于是可求出炉壳的内径为: D=D+2δ=4700+2?535=5770mm sh,ismwwl 炉壳钢板厚度δ可采取炉壳直径的1/200，对所 设计的炉子 sh 15740取： δ==28.85mm?30mm D,shshi,200200 则炉壳外径为： D=D+2δ=5770+2?30=5830mm sh,esh,Ish 2、炉底 1)对炉底结构的要求 1能耐温度的急剧变化； ? 2具有高温度下抗冲击的性能和抵抗炉渣冲刷的作用； ? 3有足够的热阻，使熔池内上下温度比较均匀。 ? 22 为满足以上要求，炉底应由砌砖层和打结层组成，砌砖层下部要有较低的导 热性。 2)炉底各层的厚度 炉底的总厚度应由热量计算来确定，近似等于熔池深度。可采 用表2-1推荐的数据。在此仅就各层厚度的选择分述如下： 1绝热层: 10～30mm， ? 2砌砖层: 15～20t的炉子 295mm； ? 25～30t的炉子 360mm； 3打结层： 1～5t的炉子不厚于2O0mm； ? 10～30t的炉子不厚于30Omm 对所设计的炉子，炉底厚度取为750～800mm。当装有电磁搅拌 设备时，炉底厚度应减薄10～15%。 表2—1 炉底厚度推荐 炉子容量(t) 炉底总厚度(mm) 0.5～6 450～500 12～50 500～750 100～200 800～1000 加料门及出钢口的尺寸 1、加料门尺寸 中小型电炉只有一个加料门(炉门)和一个出钢口，它们处于相对的位置。大 于80t的炉子最好装两个加料门，有正门(对出钢口)和侧门，一般正门和侧门成90?布置。 加料门尺寸应便于观察炉况、修补炉底和炉坡，应能使加料机的料斗(如果 使用的话)自由地伸入炉内而碰不到炉门柱和炉门拱的衬砖，应能顺利地取出破 断的电极，同时应能方便吹氧。 加料门宽度近似等于溶炼室直径的0.3倍，对于炉顶装料的炉子可以将炉门 宽度减小为溶炼室直径的0.25倍，炉门高度近似等于其宽度的0.8倍，炉门拱高度为炉门宽度的0.1倍。工作台至炉门距离一般为700mm。有的资料介绍，炉门宽B=(O.2～0.3)D炉门高h=(O.75～0.85)B，可作参考。 sm 23 对所设计的炉子设两个加料门，其尺寸为： 炉门宽度 4700?0.25=1175mm 炉门高度 1175?0.8=940mm 2、出钢口，出钢槽 炉子的出钢口是一个圆形洞孔或修砌成方形(或长方形)，直径为120～ 150mm(有的资料介绍，直径Φ150～200mm)。出钢槽采用角钢或棉板做成，断面为槽形(梯形)，固定在炉壳上，且上倾10?～12?。槽内用高铝砖或用沥清浸煮过粘土砖砌成，目前大多数采用预制整块的流钢槽砖，村质有用高铝质、铝镁质、 高温水泥质捣打成型。在保证出钢到包中的情况下出钢槽一般应短一些好，通常 为1～2m，最长不超过2.5m。60t电弧炉炉衬图见图2-2。 2.2 炉子变压器功率和电参数的确定 在电弧炉的整个熔炼过程中，各个阶段所需要的能量不同，应根据炉内的温 度情况，即热负荷的程度，以及熔炼操作对电能的要求来供给。本次设计中采用 14级电压。 确定变压器功率，应考虑两个方面：每日的生产率应最大，单位炉料电能消 耗应最小。目前，通常是以每1000kVA变压器功率每昼夜的合格产钢量定为炉子的生产率标准。 可用以下经验公式，利用10吨电炉的变压器的容量，近似地求得其他吨位电 炉所用变压器的额定容量。 g2nP=5500 ，，额定g1 式中： 5500——10吨电炉变压器公称容量； g——可变容量(实际出钢量)； n g——10吨电炉公称容量。 1 也可以根据弗?波?叶德聂拉尔推荐的经验公式来选择变压器额定(视在) 功率。 3.32110D,sheP= rattsm 式中: P——变压器视在功率，KVA rat D——炉壳外径， m sh,e L——额定装料时的熔化时间，h sm 当决定变压器功率时，熔化期时间应采取1.～1.5h。较小的数值适用于小容 24 量炉子和用氧冶炼的炉子。 变压器的功率可以通过电压和电流来改变。功率变大时用电压来改变，反之 用电流来改变。 熔化期是电炉冶炼各期中耗电最多的时期，匹配变压器功率时以熔化期为 准。熔化期的平均功率因素要求cosψ?0.85。 电效率为0.90。 目前电炉炼钢的发展趋势是增大变压器的能力，采周高功率或超高功率供电 技术，加速炉料熔化，提高电炉的生产能力。 对所设计的50t炉子，取t=1h，则所需变压器功率为： sm 3.321105.8，P==37668KVA rat2 可选用38000KVA的变压器。根据实际条件和设计要求，还可选用大于 38000KVA的变压器。 熔化期平均功率(取功率系数为0.8)： P=0.8?38000=30400KVA aver 熔化期的有用功率(熔化过程自身消耗的功率)为: P=PcosΨηavalaverel =30400?0.7?0.9 =19152VA 式中： cosΨ——功率因素，取0.7； η——电力利用系数，接熔化期平均值，取0.9。 el 为了熔炼的正常进行，应在熔炼的各个期中使用不同的电力及不同长度的电 弧，以满足冶炼工艺的要求。一般可用改变炉子变压器高压侧线圈的匝数及其接 法来达到。熔化期使用变压器的全都电力并采用最高阶电压，还原期使用较小电 力及较低级的二次电压，一般不应高于120～180V(上限用于大型炉子)。 选择最高一级二次电压，推荐用如下的经验公式： 3对碱性电炉 U=15 Prat 3对酸性电炉 U=70+15 Prat 电压的级数决定于最高一级电压和各个冶炼期对炉了供给电能 的不同要求。一般为: 最高级电压，V 2O0～250 250～300 320～400 ＞400 二次电压级数 2～4 4～6 6～8 8～18 电压级数的一半用高压绕组三角形联接获得，另一半用星形联 25 接获得。 对所设计的50t炉子，其最高级工作电压为： 3U=1538000=504V 采用8级电压，中间各级电压为： 三角形联接 星形联接 1级 504V 8级(504/3)291V 32级(504?0.85)428V 9级(428/)247V 33级(428?0.85)364V 10级(364/)210V 34级(364?0.85)309V 11级(309/)178V 35级（309?0.85）263 12级（263/）152V 36级(263?0.85)223V 13级(223/)129V 37级(223?0.85)190V 14级(190/)110V 炼钢电弧炉多半采周直径600mm以下，长2500mm以下的圆形截面石墨电极。一般最好采用大直径的电极，以降低电极上的电流密度，从而减少电能损失。但 当电极直径增大时，电极表面积增大，又会散失更多的热量。因此，电极直径应 当有合适的值，以保证电极上的电流密度在一定范围内。另外，为了减小吨钢电 极损耗，露出炉顶的部分对石墨电极其温度不允许超过500?，而对碳素电极则不允许超过400?。 电极直径可按加下公式决定: 20.406IPedd= edKed 式中： I——电极上的电流密度，A 2-4P——石墨电极500?时达到电阻系数，为10Ω•mm/m，即10?10?cm ed 2K——系数，对石墨电极K=2.1W/cm eded 对变压器功率为64000KVA，二次电压为600V的条件下，电流密度为： 3310P1038000，rat,,43528I=A (没考虑过载电流) 33504U， 则可得电极直径为： 26 24,0.406435281010，，，3d==71.2cm?720mm ed2.1 于是，可以校核这个电极的电流密度为： 435282=10.6A/cm ,2，7204 石墨电极的电流密度允许值，依直径不同而有所变化（因制造质量不同）： 电极直径， mm 100 200 300 400 500 600 700 900 1000 3电流密度，A/cm 28 20 17 15 14 12 11 10 9 上述校核的电流密度显然是在允许范围内，因而是可行的。 三相电弧炉上的三根电极是位于等边三角形的三个顶点上，且对称地布置在 炉子中心的周围。通过这三根电极极心的圆周直径就叫做电极心圆直径。选定电 极心圆直径的大小时应考虑到:或选得太小，则三根电极靠得很近，炉坡上炉料熔化困难，溶池加热不易均匀，且炉顶中心的结构强度难于保证，容易损坏，电 极把持器上下秽动也有困难。若选得太大，电弧靠近炉墙，使得耐火材料侵蚀指 标大大增加，加剧炉墙的损坏。 电极心圆直径池直径之比，建议采用如下数值较为合适： 对小炉子 d/D=0.25 ed,cb 对中型炉子 d/D =0.30 ed,cb 对所设计的炉子 d=0.30D =0.30?4500=1350mm ed,cb 在确定了电极直径和电极心圆直径以后，还要确定电极的总长度。可按下式 确定: L=h+h+h+h+h+(100～150)mm ed,t12345 式中： h——炉子工作空间高度，即从炉底最低点到炉顶最高点，mm； 1 h——炉盖高度，mm； 2 h——炉盖上面冷却器突出部分高度，mm； 3 h——电极夹持器部分高度，mm； 4 h——保持2～3炉的储备高度，mm； 5 27 3.1 车间设备及参数的选定 考虑到各方面的因素，此次设计选弧型方坯连铸机。 (如图3-1所示) 图3-1 弧形连铸机工艺 流程图 学校统计工作流程图儿科流程图质量监督工作流程图首诊负责制流程图车辆维修流程图 1-钢包;2-中间包;3-结晶器;4-二冷区;5-振动装置;6-铸坯; 7-运送辊;8-切割机;9-拉矫机;10-钢包盖;11-中间包盖。 1、铸坯断面的确定 2二台ROKOP弧型大方坯连铸机:浇注断面为220?220?， 2、流数的确定为3机3流 3、连铸机的作业率n=80% 4、金属收得率为98% 5、浇注周期的计算:确定时间为195.65min 6、连铸机生产能力计算 (1)论小时产量 P=B?D?Vg?r?6O?N=73.79t/h (2)理论日产量 A=1440/T?n?G?y=1731.09t/d (3)理论年产量 P=A?365?η=442293t/n 28 3.2 连铸机基本参数的确定 受钢种、钢包容量、包衬材质、保温剂性能、烤包温度和加盖与否等 因素的影响。可按下面经验公式:t=10Gg一0.2/0.3?f (f一质量max 系 数，取10) 采用多炉连浇工艺，应使t和冶炼周期T保持下列关系: T=X?t，X为配合系数，当一座炼钢炉为一台连铸机捉供钢水时，X=1。 则t=90min. 223.2.2.1 最大拉速V=KL/(D/2) 影响因素: A、钢种的影响,钢种不同,凝固系数不同,碳素刚的最大,合金钢的最小。 B、铸坯断面的影响，断面增大，拉速减小。 C、结晶器出口处坯壳厚度的影响，最小坯壳厚度的计算方法： δ=K?（L/V）1/2 minmmm K—结晶器内钢的凝固系数，取20??min m L—结晶器有效长度， m V—最大拉速。 m 3.2.2.2 工作拉速 为防止内部裂纹，减少夹杂物和改善表面质量，以比理论拉速低一些的工 作拉速进行拉坯。 V=Ku（L/S） op L—断面周长mm;S—断面面积;Ku—速度换算系数，75～100m?mm/min 常用工作拉速:150?l50—1.7 200?200—1.3 240?240—1.0 确定时应考虑以下四点: A、表面所允许的变形量; B、二次冷却E应有的长度; C、矫直前铸坯表面温度; D、钢水静压力。 (1)按经验公式计算 29 大方坯连铸机R=(30～40)D 取8800mm (2)根据矫直时所允许的最大变形量，ε=0.5D/R D—铸坯厚度mm; R—弧型半径mm，为保证矫直时不超过允许变形量， 则R=0.5D/ε 22(1)液芯长度L=DV/4K=11.25m D—铸坯厚度mm; V—m/min; K—凝固系数 (2)冶金长度 由于连铸技术的发展，还有进一步提高拉速的可能性，根据这种最大拉度计 算出来的液芯长度就是冶金长度。 22L=DV/ 4K=l2m min (3)铸机长度 机长的大小按冶金长度确定，取1.1倍冶金长度，即13.2m. 其主要是指采用火焰切割而言。 (1)切割区同步行程 M=(t1+t2+t3+t4)Vg 式中tl—切割枪接近时间，取0.15min t2—割炬预热铸坯时间，0.05min; t3—起割时间，0.l5min; t4—切割时间：Vg—拉速m/min M=(0.15+0.05+0.15+0.41)?2.1=1.6 系统同步行程 Ma=l.2M=l.92m. (2)铸坯最短切割定尺 S=(tl+t2+t3+t4+t5)Vg 式中t5—切割机返回时间，取0.13min，则S=1.87m 系统允许的最短切割定尺Sg=1.2S=2.24m。铸机切割区长度至少等于或大于Sg。 钢包是用来盛接钢水并进行浇注的设备，也是钢液炉外精炼的容器。 (1)钢包尺寸确定 A钢包容量取为70t，钢包数量: 车间每昼夜生产周转使用的钢包数: Ql=AT/(24 ?60) 30 A—车间每昼夜出钢炉数;T—每炉钢使用钢包的作业时间，即周转时间，取 240min,Q1确定为2.67个 车间每昼夜冷修的钢包数Q2=At/24E T—每个冷修钢包修理周转时间，取为29h; E—钢包使用寿命，一般取20次。 确定Q2为1.017个，即钢包总数为2?（2.67+1.017）=9 个。 (2)滑动水口 钢包通过滑动水口开启、关闭来调节钢液注流，由上下水口，上滑板，下滑 板组成。 (3)长水口 长水口用于钢包与中间包之间保护注流防止二次氧化;同时也避免了注流的飞溅以及敞开浇注的卷渣问题。其材质为熔融石英质。 (1)旋转速度。正常转速为lr/min，事故状态为0.5r/min。旋转方 向为正反转。 (2)该设备两个钢包中心间距为7m。 (1)中间包一般做成矩形，其长度必须保证水口距包壁端部不小于200mm， 其宽度应使钢水注入点到最近水口中心是距离不小于500mm。容量一般是钢包容量的20～40%。取30t.，中间包内钢液深度不应小于400～500mm，例液面至中间包上口应留有200mm左右的距离。包壁有10～20%的倒堆度。为防止例液二次氧化，采用浸入式水口。 (2)中间罐车的主传动速度为15m/min，低速传动为lm/min，作为水口与结晶器对中用。 3.2.9.1 工艺参数 A、断面尺寸及长度 断面尺寸应比铸坯公称断面大2～3%左右。 内腔尺寸计算:：a—厚度；b一宽度 Au=(1+2.5%)a+k=247.5 ad=(1+1.9%)a+k=246.1 bu=(1+3.5%)b—k=244.5bd:(1+1.9%)b—k=243.1 31 k取l.5；au,bu为上口尺寸；ad,bd为下口尺寸。 结晶器长度，应保证铸坯出结晶器时坯壳厚度为 10～25mm，有效长度 2L=(δ/K)?V；考虑到钢液面到结晶器上口应有80-12Omm的高度，故实际长度L'二L+(80～120)mm，取800?。 B、倒锥度 E=(Fl－2/FlL)?l00% 式中 Fl、F2—上、下口断面面积；L—结晶器长度 对于方坯结晶器的倒锥度取0.4～0.8%。 C、水缝面积 22 F=10000Q/360Vmm=417mm 3 式中Q一结晶器耗水量，取120m/h；V—水缝内冷却水流速，取8m/s 3.2.9.2 振动参数 振动方式采用正弦振动，振动机构应用四连杆机构，采剧高频率小振幅的 振动。 F=l000V(l+E)/4S 式中 F一振频；S一振幅；E一负滑脱率，E=(Vm一V)/V?l00% 式中 Vm一平均振动速度，V—拉速 对于小方坯F=75～240次/min SE=20～40% (1)小方坯连铸机的二冷装置 小方坯连铸机二冷装置分为三段，头二段在冷却室内(房式或箱式)，喷水冷却，第三段敞开，不喷水。共有4对夹辊，5对侧导辊，12块导板，用垫块调节辊间距，以适应不同连铸坯断面的浇注。二冷区足辊的喷水量占40%,一、二段水量为60%。 考虑到拆装万便，并使二冷段在受热后能自由伸长，头二段吊挂早平台的钢 梁上。 (2)总耗水量的确定 G=KcP t/h=96t/h 式中 P—铸机的理论小时产量，t/h；Kc—冷却强度，即比水量。t/t或l/kg 弧础连铸机二冷区铸坯内外弧的喷水量是有差别的。圆弧的上半段接近于垂 直状态，可采用对称喷水；而下段逐渐接近水平状态，内弧面的冷即效宋要比外 弧面好，所以内弧侧的喷水遗约为外弧侧喷水量的1/2-1/3。 32 小方坯用五辊拉矫机，由一台拉矫机，一台矫直机和一个独立的中下辊 组成。辊径均为320mm，辊子长度为240mm，辊间最大开口距可达200mm，最小为60mm。上辊提升采用压缩空气气缸提升装置。上辊的压下力可调，其为驱动 辊，采用立式直流马达链轮传动。拉矫机前的夹持辊，上辅可调，下辊固定。夹 持辊径和侧导辊直径为140?。有四路水冷系统，分别冷却机架的立柱和横梁、 上辊的轴承、下辊的轴套，以及减速机的油箱。 分为三段，第一段46个辊，第二段53个辊，第三段45个辊，辊子直径为 264mm，长度为200mm，间距为650mm，线速度为30m/min，每个辊子单独传动。 7每流一个推钢机。最大推堆重量为15t，采用液压传动式，工作压力为10pa。 引锭杆长度为10.05m，断面厚度为120mm，宽度为150mm，杆身由 节距组成，采用钩头式引锭头。为适应浇注三种断面的铸坯，过渡段和 引锭头尺寸随三种铸坯断面而变化，杆身段尺寸固定不变。 7 设有两台高液压泵。一台生产，一台备用。工作压力为10pa，空载循环为 55Xl0pa，油箱容积500L，带有升温、降温、过滤和报警装置。要求油箱温度保 持35~50?。 两台高压空压机，一台备用一台自动工作，流量500L/min，压力为2.25?7l0pa。 3.3 连铸车间的工艺布置 n=G/P(圆整成整数)+备用台数=3 式中 G—车间铸坯年产量 P—一台铸机年产量 采用横向布置，即铸机出坯方向的中心线与厂房柱列线垂直的布置方 式。采用横向布置时，根据连铸机总长度和厂房跨间距来考虑跨间的设置， 可有下列各跨:钢水接受跨、连铸跨、切割跨、出坯跨、精整跨等。 33 (1)连铸区的总宽度 其取决于浇注平台的总长度，而浇注平台的长度取决于连铸机的台数和台间距。 一台铸机的宽度取决于铸机的流数和流间距。连铸机的流数和流间距决定了中间 包车的长度，中间包在浇注位置与烘烤位置之间要有约3m的距离。浇注平台的 总长度是中间包长度的三倍加12m。为22米 (2)连铸机的总长度 铸机总长度是从结晶器外弧垂直线到固定挡板之间的距离。包括圆弧段、拉 矫段、切割段、出坯区忽然冷床。冶金长度和铸坯最大定尺是影响铸机总长度的 两个主要因素。其值确定为50m。 (3)浇注平台的布置 为了更换中间包，平台上铺有一条贯通平台的中间包运行轨道。结晶器为于 轨道的一侧，以便钢水从中间包注入结晶器。在轨道的两端设有固定的烤包装置。 在轨道的外侧需放1一2个渣盘和溢流槽，在连铸机附近的平台外侧应放有事故 钢包，主操作室设在平台的中部，便于操作人员观察生产情况。 (4)连铸机区域的立面布置 在立面布置中，要根据铸机的总高度，以及钢包、中间包和结晶器之间的操 作距离，把它们而置在合适的空间位置，保证钢水接受跨的吊车能方便吊起供应 钢水，连铸机的在线设备能顺利地更换和检修，又能便切割后的铸坯在地面上出 坯。 34 当设计电炉车间时，必须使车间满足下述要求: (l)工艺流程合理，各工序操作顺利可靠。 (2)投资要低，全部生产应具有最高的技术经济指标。 (3)应预留生产进一步发展的可能性。 (4)应保证操作人员有良好的劳动条件。 为了完成炼钢生产任务，炼钢车间可由以下若干部分组成:原料间、烘烤间、炉子间、浇铸间、整脱模间，钢锭精整间、耐火材料间、 炉衬修砌间、钢渣处理间以及其它辅助设施。上述各（跨）间并不一 定必须单独成立。在设计中，应根据车间的产量，炉子的布置和浇铸 方法的不同，确定上述各部分的规模以及哪些部分可以合并在同一跨 问中，考虑的基本原则是工艺流程合理，原材料和成品等运输畅通， 运输钱路短，布置紧凑，方便生产。例加选用小车铸时，炉子间和浇 铸就可合在一起。若炉子横向布置而采用坑铸或地坪铸时，浇铸间、 整模间、甚至钢锭精整间就可以合并在一起。这样即可确定主厂房应 有几个跨间所组戒。然后再具体确定每个跨间的跨度、长度和吊车轨 面标高。总之，随车间生产规模不同，车间组成亦不同。 从我国目前情况看，电弧炉炼钢车间，主要有如下三种形式:即大型、中型、小型电弧炉炼钢车间。 (1)大型电弧炉炼钢车间(如图4—1，图4—2所示) 图4—1大型电炉炼钢车间平面布置图 35 年产20万吨以上良锭(坯)的炼钢车间称为大型电弧炉炼钢车间。 这样的车间一般由原料跨、冶炼跨和浇注跨组成，并设有单独的脱模、 精整跨。在这种车间里，炉容量较大（?20吨）,炉子座数较多(一般 不超过6座)。原料跨中设有铁路，外来废钢和原材料都直接运到跨间 里,然后分别按钢的种类、成分、块度大小放入跨间的料格内。称量 型式多用电子秤。跨间内除用来吊重废钢和料篮等的双钩桥式吊车以 外，常常还设置有吊轻废钢及碎屑的磁盘吊。当料篮装满后再由电动 平车把料篮运送到炉子跨平台缺口下面，再由炉子跨的吊车把炉 料吊 到炉子上方进行装料。铁合金烘烤一般设在炉子跨平台延伸到原料跨 一侧的露台上。渣料、矿石及部分小块铁合金用振动式加料机加入炉 内。大块铁合金仍从炉门加入。目前，这样的车间多采用连铸结合大 车或小车注方式，钢锭由大车送脱模、整模间、或直接送到均热炉均 热轧制。大型电炉炼钢车间的环保和安全方面要求也比较高，应有较 好的防尘和防污染的设施。并有较明显的安全通道。现在这样的车间 还常配有相应的二次精炼设备(如LF炉等)，电炉也朝高功率和超高功率发展。在这类大型电炉炼钢车间里必将要出现新建、改建连铸的热 潮。 图4—2 SIDOR电炉车间剖面图 图4—2为SIDOR电炉车间剖面图。该图是一种装有大型电炉、高 36 生产能力车间的布置一例。由于使用球团矿和废钢为冶炼原料，所以 供料系统较为复杂。料仓间即为球团矿及散状料储存与供料跨间，废 钢料由运送车送入炉子跨。 (2)小型电弧炉炼钢车间 年产良锭7万吨以下的电炉炼钢车间。在这样的车间里，炉子容 量小(1.5～5吨)，炉座数少(＜4座)，采用纵向或横向布置的车间， 大多采用坑铸(或地面浇注)。当浇注特大钢锭时用坑铸。劳动条件相 对说来较差。 (3)中型电弧炉炼钢车间 这种型式的车间，介于上述大型和小型炉炼钢车间之间，年产良 锭7～20万吨，炉子容量5～10万吨;采用纵向布置的车间，炉座数4～ 5座时采用小车铸，这样浇注、脱整模分别在两跨间进行，彼此互不 干扰，劳动条件较好。 横向布置由于炉子变压器放在冶炼跨中的变压器房中，所以一般 原料跨紧邻炉子跨。原料的管理一般也是分门别类地存放在各料格 中，称量方式一般采用地中衡的方式。炉料由汽车或火车运入车间内。 4.1 炉子跨 炉子跨是电炉炼钢车间的核心，其它跨间的安置都取决于炉子跨 的安排要求，所以炉子跨的工艺布置特别重要。在设计时首先要考虑 以下几个问题: 1)根据车间的生产规模，决定炉子数目和座数； 2)确定炉子布置方案，以及与之相关的浇注方式； 3)炉子装料方法(炉门装料或炉顶装料)； 4)采周高架还是低架布置； 5)备用炉盖、炉壳数量及存放面积的确定； 6)选择吊车设备型号，台数及排列次序； 7)确定运输型式及线路和数量； 8)确定炉子跨尺寸、长度、跨度及吊车轨面标高高度。 1、纵向、横向布置的选取 (1)纵向布置 电炉的纵向布置是指冶炼和浇注布置在同一跨，电炉出钢方向与 跨间平行。炉子公称容量?5吨，电炉座数?4座，采用坑铸时，以采 37 用纵向布置为宜。当采用小车铸时也用纵向布置。这种型式由于冶炼 和浇注车间一跨进行，工作较繁忙。炉子与铸锭坑至少要错开一台吊 车宽度的距离，以免装料和浇注干扰。 (2)横向布置 (如图4-3所示) 图4-3 车间横向布置 电炉的横向布置是指冶炼和浇注分别布置在两跨，电炉出钢方向 与跨间垂直。当炉子容量不大(如5吨)、座数多(5～6座)及炉容量?10吨时采用横向布置为宜，横向布置可用坑铸、大车铸或小车铸。横 向布置时，变压器外墙与对面房柱间应有一合适的净空(至少要大于一个炉壳直径)，以便吊换炉壳时顺利通过，当电炉采用横向布置时， 要拨掉1或2根柱子，使柱间距扩大为12m(电炉公称容量为5，10，l5t时)或18m(电炉公称容量为20、50t时)。 本设计采用横向布置,柱间距为18m 2、高架、低架布置的选取 (1)低架布置： 低架布置是电炉建在地面上，冶炼操作在地面平台或与地面平齐 的平台上进行。此种布置要求建设出钢坑及渣坑，渣坑内放置渣箱， 因为在渣坑内除渣是一件困难的工作。当电炉公称容量小于10吨，炉度数少，地下水位深时，以采用低架布置为宜。这种布置的优点是投 资费用低，减少了吊车作业，工人不必往返上下平台，可以节省建筑 平台及高大厂房的费用。缺点是检修设备不方便，炉前操作条件差。 (2)高架布置： 这种布置是将电炉建在平台上，冶炼操作也在平台上进行。优点 是炉前劳动条件好，可采用炉下渣车出渣，改善了除渣条件，炉下检 修设备也较方便，不必作防水坑工程；电气室可分为二层布置。缺点 是一次投资费用高，平台上搬运物品吊用占用时间多。 38 电炉公称容量?2Ot，或lOt炉但其座数?4座时，以采用高架布置为宜。高架布置时，平台高度见表4-1。 表4-1 高架布置时平台高度 序号 电炉公称容量 平台高度（米） 备注 1 10 4 用炉下渣车，由 配料问拉出。 2 20 4～5 3 30 5～6 注：平台高度的最后确定，应根据选用的电炉，渣车及起重机有关参数 校正。 3、炉子跨长度的确定 整个电炉车间的长度取决于炉子间的长度，而炉子跨长度决定于 炉子中心距，这一距离要足够设立变压器(横向布置时)，操作室和炉体，即炉子跨长度取决于炉子的数目，大小，柱间距，空跨间的设置 情况以及跨间端部备用炉盖和炉壳存放面积(一般长18～24米)，跨间膨胀缝的宽度和数目等。对于横向布置的电炉车间，炉子变电所设在 两个炉子中间，两间炉子可共用一个变压器室。如车间有四座电炉时， 则在每两个炉子中间可设一个变压器室，全车间可设两个变压器室。 一般有变压器室的炉子轴心距应大一些，无变压器室的炉子轴心距可 小一些。具体数据可参考表4－2。 表4-2 电炉间距 电炉布置 炉子中心距d,m 横向布两炉变压器室靠22～24 置 拢 25～35（10-30t炉），＞35（50-70t 两炉变压器分开 炉） 纵向布炉门相对 ?24 置 出钢口相对 ?18 统一方向排列 ?18 炉子工段两端的长度，决定于炉盖修砌场，镁砂打结处(或炉体修砌打结处)，炉盖拆装处，工具修理场，锻造电焊场的面积。此外 还留有一定余地，供外运炉渣、垃圾的尽头式浅路设置(横向布置时)。可根据上述辅助作业场地所需面积而确定其长度，对于横向布置跨间 两端各需有约?30m长的上述场地。在炉铸同跨的纵向布置，在同一 跨里，有更多的辅助作业场地，盛钢桶的修砌烘烤及整模工作等场地， 39 因此纵向布置较横向布置为长。炉子跨长度尺寸可参考表3-20。 4、炉子跨跨度的确定 跨度大小主要取决于炉子的大小和布置的方式。并与选择的标准 型号的炉子跨吊车跨度相适应。对纵向布置(炉铸同跨时)，取决于炉柱距、炉子直径，铸坑宽度，安全通道等。对横向布置则取决于炉子 中心线与柱列线的距离，炉子直径，炉子操作区工作平台活动范围， 料篮的通道以及安全通道宽度等。具体选择参照表4-3。 表4—3 炉子跨间尺寸 项目 跨间，m 吊车轨面标工作平台高备注 炉容量,t 高，m 度，m 5 18～21 9 纵向布置， 地坑式 10 21～24 9 横向布置，20 18～21 14 4 高架式 30 21 14～16 4～5 50 24 17～18 7 5、炉子跨高度的确定 炉子跨的高度主要由吊车轨面标高来定。而轨面标高又受安装电 极和炉顶装料两种操作的影响。 炉子跨间吊车轨面高度(h)，横向或纵向炉子布置的跨间，桥式 起重机吊起的最高工作点是电炉接装电极时吊起的高度。电极的长度 由炉体的结构尺寸决定(图4-8中L)。 5 h?L+L+L+L+L+L l23456式中 L——起重机吊钩极限尺寸，mm; l L——吊换电极用吊具长度，mm，取700～100mm; 2 L——需吊出电极的长度，mm，见表3-4; 3 L——余量，取30Omm; 4 L——电极把持器顶端降至最低位置时与炉门坎面距离， mm，5 根据炉子结构图定; L——电炉炉门坎面距车间?0.00处距离或跨间工作平台 6 距离，mm,平台高度见表3-3。 40 表4-4 L值，mm（见图4-4） 3 电炉公3 5 10 15 20 50 称容量 （t） L值 300+L 300+L+100 300+L+200 300+L+200 300+L+350 300+L+600 3555555 6、炉子定位尺寸 以电炉横向布置为例，如图4-4所示，相邻两电炉的变压器房靠 近连接，炉子在靠近出钢跨间一侧布置。 图4-4 横向布置炉子定位尺寸 因为安装电炉设备的需要，电炉所在的柱间距a需扩大至标准住距的2～3倍，由电炉的机械结构、电炉基础的尺寸决定。电炉的基础 不能与相邻厂房两柱基在地坪以下相“碰拉”或“重迭”。此处柱间 距与炉子吨位的关系按表4-5确定。 表4-5 电炉布置主要尺寸，m 电炉容量t 5 10 20 30 50 项目 a 12 18 b 6.0 6.8 8.0 8.5 9.5 c 1.7～2.0 2.2～2.5 3.8～4.0 4.0 s 18～25 24 电炉与变压器房的距两b愈近愈好，以缩短二次电缆的长度。但 此处是以炉盖旋开加料所必须之空间为决定因亲，参见表4-5所列数值。 炉子横向轴线与柱列线的距离C标志设置炉子的前后位置，此位 41 置的确定一般是以炉子跨间吊车能吊装靠近出钢口那支电极(通常序 ＃号是3电极)为准，还要考虑便于炉顶装料，和电炉基础与相近两厂 房柱基的相对位置。“C”减小可以缩短出铜槽长度，若是采用钢包 车出钢，则不论炉子位置如何，出钢槽长度都可以大大缩短，从而减 少出钢过程钢水降温与钢水吸气。底出钢或偏心底出钢电炉均具有这 一特点。“C”值因护子吨位不同而有差异，见表4-5所列范围。 注：图5-9中S为炉子间的跨度，d为炉子中心距。 7、跨内其它布置 工作平台上的布置，炉子工作乎台上需设置服务于炉子的附属设 备，加装满炉料的料桶架，矿石及铁合金的加热炉，能锗存1～2班所 用补炉材料和造渣材斜的料仓、磅秤，储存少量铁合金的料仓。班长 与调度员的工作室、汽水开水供应站等，炉前工作台应用砖砌筑，这 样可以减轻不良劳动条件对工人的影响，工人就不必站在铁板上进行 工作了。 工段两端应设有炉盖修砌和加热处，大块镁砂转或备用炉体打结 处，工具的锻造场等，并设有半截铁道，以便运出炉渣和砖块。炉子 工作台下应设有粉碎废镁砂砖的粉碎机，以便粉碎使用过的大块镁砂 转。此种废镁砂砖可用于打结大块镁砂转;补门坎，封出钢口等。 工段的除渣方法有二，一种方法是将渣钢运到浇注工段，然后把 渣倒入放在列车上的渣罐中运走。此种方法的缺点是，炉渣和残钢易 将铁路焊住，而造成交通不便。另一种方法是将渣箱放置在独立的基 础上，当渣箱盛满时即将工作台吊走，用吊车把盛满渣的渣箱运到工 段一端，炉渣凝固倒入自动翻斗运走。 工段的加料方法。当用吊桶加料时，可用横向绞车将妒料由原料 工段运至炉子工段，对高架式车间则需运至工作平台的缸口，再用炉 子工段的吊车吊至炉顶进行装斜，或放置在料桶架上(或料桶坑内) 等待装料。应用原料工段的吊车，将料斗吊露台的料斗架上。露台应 设有角铁做的防护设备，其全部高度上应装铁板。粒状材料可用料籍 运到露台上。对地上布置的电炉粒状材料，多由原料工段，用供料推 车，推到炉前。 炉子工段吊车的起重量和数量、由炉子的数量。容量和装料方法 而决定。吊车的数目可根据安电极，运炉盖、运炉壳。装料等工作量 来计算。吊车的能力在应用吊桶装料时，决定于满装炉料的吊桶重量。 应用加料机加料时，决定于电炉炉盖重量。为了减小出钢槽的长度， 应制定付钩轴心到吊车轨道轴心距最小的吊车，以便应用付钩顺利地 42 吊出外相电极，并可使炉子靠近浇注工段。 炉子工段的支柱。支柱的间距应为3的倍数，支柱的位置应不影 响电炉的各项工作。柱子的基础不应与炉子的基础相联结，不应影响 电炉的出钢工作，应保证变压器从工作台下拉出方便。 设备的选取，一般按理论计算来考虑，但与实际情况往往有出入。 因此，应与同类型车间进行比较，最后确定所持设备数量、型号等， 以满足生产要求。 1、电炉 电炉是车间主体设备，目前国内一般来用HGX系列电弧炉(炉顶旋转式顶装料电弧炉)。根据确定的电炉容量，参照附录表I-1，选定设计电炉主要技术性能参数。内容包括电炉公称容量及座数、变压器容 量，电极升降传动方式及其速度，炉体倾动传动方式、炉墙及炉盖冷 却方式等。 2、精炼炉设备 选择精炼工艺，应考虑产量(及炉子容量)钢的质量、钢种的特性以及采用炉外精炼的经济效果，其中尤以适应钢的质量要求为首要目 的。有的炼铜车间为了适应多种铜的需要甚至设有两种以上的炉外精 炼设备。 目前许多炼铜车间选取LF炉为精炼设备，它是1971年日本在ASEA—SKF炉、VAD炉及VOD等基础上开发生的新型钢包精炼炉，既具有上 述三种精炼设备的技术功能，工艺灵活性强(可采用不同的工艺组 图4-5 LF精炼炉设备总体布置 1—钢包; 2—透气砖; 3—钢包车 4—真空管道; 5—合金料斗 6—控制室; 7—电极; 8—皮带运输机; 9—喷粉罐; 10—喷枪; 11—钢包; 12—变压器 43 合)，精炼效果接近，又可避免其中的技术难点，且设备与操作简单， 可节省制作与维修费用。自开发以来，其应用在各种精炼炉中占绝对 优势，且目前仍未减弱。 精炼炉车间里的布置因车间结构型式可有不同类型，精炼炉可单 设一跨间，也可采用与初炼炉并列安排的布置型式图4-5是LF（LFV） 精炼设备总体布置之一例，是具有多功能的成套精炼设备。 本次设计采用LF+VD工艺布置 3、起重机 炼钢车间常用的起重机有桥式起重机、悬臂起重机、单轨起重机、 电磁起重机、磁盘起重机，夹钳式起重机等。而以桥式起重机使用最 多，起重机的选择主要取决于所需起重量的大小。起重机的起重量越 大则价格越昂贵，厂房建设费用也高，所以原则上应尽量不用或少用 大起重量的起重机。 当炉铸同跨时，电炉装料起重机与铸锭起重机相同。炉子跨是接 吊运炉壳时两台同种型号的起重机合抬方式配备吊车:因为合抬时，可减小车间最大起重机吨位。 起重机具体台数及型号选择可参照表4-8表。起重机的作业时间和作业率可通过每炉作业内容所占时间来计算。 注:?1（ ）中的数字为该跨间的最大起重机吨位。 2?设计方案I，II，III，摘自武汉钢铁设计院1970年编制的 《电炉炼钢车间》工艺设计参考资料; 4.2 原料跨 炼钢原材料的保管和运输是非常重要的。原料跨的作用是保持足 够的炉料、造渣材料，补炉材料及合金料等。 通常原料跨布置在单独的一跨内，并与炉子跨平行。电炉为纵向 布置时，原料跨与炉子跨之间可留一通廊，作为布置电炉变压器室用， 烘烤炉也可布置在其中。一般原料跨应设有顶棚，这样不仅避免原料 遭受风吹雨打造成的炉料氧化和生锈。也可大大改善工人的劳动条 件，改善钢的质量。目前原料跨储存有原料的方法都是在室内料仓或 料格的方式储存，原材料分区、分类存放，保管，以便准确而及时为 炉前配好料。原料跨内应设有地下料坑、铁合金科箱、粒状料的架空 44 表4-8 电炉车间主厂房起重机数量统计 主厂房起重机（台数/每座电炉） 电炉 序公称 车间布置主厂工厂 钢锭处理号 容量方式 配料跨 电炉跨 铸铁跨 房 跨 （t） 总计 设计电炉横向1 1. 33 1 方案3 2.33 布置，坑铸 （5） （15/3） ? 设计1 1. 33 0. 67 2 方案3 同 上 3 （10） （15/3） （10） ? 电炉横向F-4 1 0. 83 3 5，10 布置，小车 1.83 二炼 （50/10） （30/5） 铸 0. 33 1 0.83 4 A-2 5 同 上 2.16 （15/3） （30/5） （15/3） 设计0. 5 0. 75 0. 75 5 方案5 同 上 2 （20/5） （20/5） （15/3） ? F-3一电炉横向0. 71 0. 56 1 0. 3 6 5 2.57 炼 布置，坑铸 （30/5） （20/5） （30/5） （5） 0. 72 0. 5 1. 72 0. 34 7 X-1 5，10 同 上 2.28 （20/5） （30/5） （30/5） （10） 电炉横向H-5二0. 84 0. 67 0. 84 8 10 高架式布 2.35 炼 （15/3） （50/10） （50/10） 置 S-6 1 0. 5 0. 67 9 20 同 上 401 （10） （50/10） （75/20） 科仓，废钢、返返回钢、生铁和矿石都储存在料坑内。料坑深入 地下2米，高压地面0.7～1.0米,坑与坑间可用20～30毫米的钢板镶起。所有炉料应合理锗存，存放含镍废钢的料坑应用过道与碳素废钢 相隔离，因炉料中混入含镍料，可能把镍含量增高到规格所允许的极 限(0.2～0.3%)，并且损失了镍。一般为了减少运料卸料吊车的干拢， 45 原料的分布应对称。需用量最多的废钢要靠近配料处所，如安排挥车 间中部，须在横向铁路的中间地带，或者废钢分布在两端，而中部是 供狂各处共用但数量较少韵返回钢及铁合金。在某些请况下，可适应 考虑车间各个炉子的分工。 关于各种材料的堆比重、堆存高度及储存天数可参考表4-9。 表4-9部分原村料的堆比重、堆存高度及储存天数 堆存高度（m） 半机械化仓3材 料 堆比重（t/m） 储存天数 备 注 库、机械化仓 库 生铁 3～3.5 1.5 3 5～7 应区分大中 小型废钢厂、废钢 3～3.5 1.5 3 5 轧钢车间返返回钢 3～3.5 1.5 1.5～2 15～20 回钢与电炉铁合金 3～4 1.5 1.5～2 车间返回钢铁屑 2.5～3.0 1.5 2～3 堆比重不同。 焦炭 0.45～0.5 2 2.5～4 无烟煤 0.7 2 2.5～4 镁砂 1.5～1.8 2 3～ 5 白云石 1.5～1.8 2 3 5～7 矿石 1.5～1.8 2 3 5～7 萤石 1.5～1.8 2 3 5～7 石灰 0.8 2 ?2 原料跨原料的运输分外来运输和车间内运输。厂外来料可以用 汽车或火车运入车间，这时跨内应设火车道，冶原料跨的纵向一般有 1～2条铁路，较大车间可设三条。 从原料跨到炉子跨运送料罐(蓝)的铁路，视炉子座数而定，一般 2～3座电炉应设一条。当年产量较大时，原料跨与铸锭跨之间应设过 跨小车，作为运输通道，废钢等用。 原料跨内应设有磁盘抓斗吊车，以起重废钢及抓取粒状材料，5吨的磁盘起重量为0.5～1吨。跨内还应有磅秤，磅秤足够时，吊车的 工作不会互相于扰。当有5～7种不同炉料时，应先把料放入底层可打 开的料箱内，过磅后，方可装入放在铁路敞在上的吊箱中。 46 原料跨的宽度取决于料仓的料格宽度，布置方式、运输方式等， 并应和标准型的原料吊车跨度相适应。目前，我国各电炉车间原料跨 的宽度多在15～27米之间。 原料跨的长度：在宽度确定后，其长度主要取决于料仓的总长度 及其辅助材料(加铁合金、造渣剂、还原剂、增碳剂等)所占面积，运 输作业面等。 原料跨高度取决于跨间中最高的设计，加石灰、矿石烘烤室设在 跨内，就要考虑吊车能把石灰，矿石吊入窑内烘烤，这时厂房高度就 主要决定于石灰、矿石烘烤窑的高度。井与原料跨标准型吊车高度相 适应。一般原料跨都比炉子跨、铸锭跨矮。 1、起重机 以每罐料重与料罐自重之和为最大起重量选择起重机。一般可选 用电磁吊钩桥式起重机，吊钩挂磁量起重机。具体数量及其型号可参 考表4-8。起重机作业时间与作业率可具体计算。 2、废钢料车 一般可选周由电动卷扬机拖动的早板车，具体参敷可查《炼钢设 计参考凑料》(通用资料部分)。 3、散状料车 4、烘烤炉 烘烤炉包括铁合金烘烤炉，散状料烘烤炉。开在原料跨与炉子跨 之间布置烘烤跨，也有的设置在原料跨（靠炉子炉一侧），有关尺寸 出具体情况而定。 电炉炉后配的炉外炼设备，大多布置在铸锭间(或与浇铸靠近的地方)。此时，跨间的长度、垮及吊车轨面标高应适应炉外精炼的工 艺要求。 4.3 浇注跨 连铸一般都采用横向布置。这种布置便于铸机成组布置(一般2～ 3台铸机为一组)，紧凑，便于车间延长扩建，特别在有部分模铸的情 况下，更便于布置模铸。另外，对全连铸车间也大多采用株向布置方 案。连铸纵向布置，目前仅少数厂采用这种布置方式。这种布置方式， 车间一般较长，难于扩建连铸机，且难于布置模铸。 47 连铸采用株向布置时，根据连铸机总长度和厂房跨间来考虑跨间 布置，可有下列若干跨即钢水接受跨，连铸跨、切割跨、出坯跨、精 整跨等。一般首先要确定结晶器外弧垂直线的布置，此时，一方面要 考虑连铸平台前沿的净空距离(一般为6-8米净空)，以便处理漏钢事故；另一方面也要考虑拉矫机能在切割跨间吊车主钩运行极限范围之 内，以便于安装和检修。连铸机主体设备一般均要在各跨的吊车主钩 活动范围之内。连铸机设备所占场地可由铸机设备尺寸，工艺参数来 确定。在铸锭跨中连铸机位置确定后，还应考虑连铸机检惨，维修所 需设备和场地，如：中间罐、结晶器等修理区，连铸机提作室等，这 些一般靠连铸机就近布置，或几台连铸机共用而集中布置。 连铸平台的布置直接影响连铸操作，是实现多炉连浇和全连铸的 重要问题。为了更换中间包平台上铺有一条贯通平台的中间包车运行 轨道。结晶器置于此轨道的中间或一侧，以便于钢水通过中间也注入 结晶器。在轨道的两端充有固定的中间包烘烤装置(一台连铸机设1～2套烘烤装置)。在轨道的外铡须放有1～2个渣盘和溢流槽。连铸机附 近的平台外侧还没有事故钢包。主操作室应设在浇铸平台的中部或一 角，以便于操作人员观察连铸的操作情况。 连铸平台的长度决定于铸机所占的宽度，中间包烘烤装置所占的 宽度以及一定的操作面积，而其宽度则主要取决于铸机外弧垂直切线 至铸机内侧柱列线的距离和铸机外侧一定的操作空间。浇铸平台的具 体尺寸须根据铸机的具体布置以及满足工艺操作的要求而定。 1、高度 浇铸跨的高度主要由连铸机的吊车轨面标高来确定。 H=D+a+b+c+d+e+f+g+h 式中 H——吊车的轨面标高，m a——浇注平台至结晶器盖板间的距离，m b——结晶器上口至中间缶水口的距离，m;约取0.1～ 0.2m; c——间罐总高度m，取决于中间设备尺寸，约为1.0～ 1.5m，较大的可达近2m; d——中间罐钢包水口的距离，m; e、f——钢包水口至吊车中心线的距离和钢包龙门钩高 度(取决于钢包尺寸)，m; 48 g——龙门钩至吊车上极限的安全距离，m该尺寸也括了 钢也放在回转台上所必须的提升高度在内; 2h——吊车上极限至轨面的高度，m 2、长度 浇铸跨长度由连铸区域长度与模铸区域长度确定。而摸铸区长度 主要取决于铸锭平台的大小(或铸坑的大小)以及设置在铸锭平台之间的铁道岔线所必须的距离以及钢包修砌。烘烤等所占面积，浇铸间 其他设备布置，铸锭吊车纵向极限工作位置等。一般要求浇铸跨与炉 子跨长度相同根据情况作适当的缩短和延长。 3、宽度 铸锭跨宽度应满足连铸机布置，事故钢包吊运距离等，并与浇铸 跨吊车跨度相适应。 E=C+J+F 式中 C——结晶器外弧面基准线到柱子K中心线的距离，m； J——钢包回转台申心线到结晶外弧面的基准之间距离，m F——钢包回转台中心线至柱子的中心线之间的距离，m, 该距离包括了回转台的回转半径以及考虑到吊车顺利吊运钢包 和事故钢包应有的距离。 1、盛钢桶 盛钢桶个数由下式确定: Q=Q+Q+Q 10111213 式中 Q——车间正常生产一昼夜内周转使用的盛钢桶个数。其11 量为Q=RoT/24?60; 10 Q——车间一昼夜内冷修的盛钢桶个数，Q=Rt/E?24; 1212 Q——车间内备用盛锦桶个数，根据设备供应情况，一般10 取盛钢桶总数的10～20%； R——车间一昼夜出钢炉数，次； T——每炉钢使用盛钢桶的作业时间，即周转时间，分, t——每个冷修盛钢桶修理周转时间，小时， E——盛钢桶使用寿命，一般为18～20次。 2、盛钢桶修理坑及盛钢桶烘烤设备 盛钢桶修理通常在坑内进行，坑最好设在铸锭工段两端，修理坑 的数量可按下式计算： 49 1.3R，B C，2.4n= 式中 R——每昼夜出钢炉数； B——每次修理时间（小时），大盛钢桶为10～12小时， 小盛钢桶4～8； C—— 一盛钢桶寿命（次），一般取20次； 1.3——不均衡系数。 烘烤钢包设备，通常在浇铸跨外墙柱子旁靠近钢包架子的地方， 大炉子每炉设一个，小炉子每两个设一个。 4.4 精炼跨间布置 4.3.1.1 炉外精炼的功能 精炼设备与工艺能够完成的冶金功能可概括如下:脱气(脱氢、脱氮)，脱氧，脱硫,清洁钢液(减少非金属夹杂物，提高显微清洁度)，脱碳(冶炼低碳、超低碳钢种)，真空碳脱氧，调整钢液成份(微调与均匀最终化学成份)，调整钢液温度。 4.3.2.1 钢水吹氩处理的功能 钢水吹氩搅拌与电磁搅拌比较，前者设备简单,设备费用低,易于控制。近年来在、电弧熔炼过程中亦从炉度吹入氩气,可以促进炉料熔化及均匀钢水温度 和成分，并缩短熔炼时间。广泛适用于转炉,电炉冶炼各钢种。 初炼炉出钢后，钢包中吹氩处理有以下功能: (1)均匀钢水温度和成份， (2)钢水循环运动促进渣—钢间反应，有利于脱硫和熔渣吸收夹杂; (3)由于强制钢水运动，在各种有加热功键的钢包精炼炉上有利于加强对流 传热，提高加热升温速度和热利用率，加速熔化造渣料和合金料。 4.3.2.2 吹氩设备布置 1钢包吹入氩气有两种方法:?吹氩枪由钢包上口插入至距包底一定距离，一 2般吹氩枪插入位置应是熔池中心部位?通过装在钢包底部的透气砖(塞)，有各种形式的透气塞(砖)。一般在炉子出钢开始时随即通氩，以预防钢水在透气砖处冷 凝堵塞透气孔。有的厂认为从出钢开始到出钢完毕并吊运到精炼工位这一段时间 (约10'～20')不会堵塞透气砖,自精炼开始再吹氩即可. 50 (1)钢包中吹氩点的位置 图4-6 钢包底吹氩透气砖位置一例 从顶部插入吹氩枪时,一般是从钢包中心部位插入。(而理想位置应偏离中心，在1.2钢包半径位置)。从钢包底部嵌入透气砖吹氩时,透运气砖的位置一般是在钢包水口的对侧，位于钢包底部半径的1/2处。吹氩透气砖数(吹氩孔数):lOOt以下钢水包设一个,2OOt以下设二个，?300t钢包设三个。 图4-6是一台200t钢包底吹氩孔的分布图。其中二个是经常工作孔，一个为备 用。 (2)钢包吹氩设备布置 1)吹氩枪吹氩，吹氩枪装在固定立柱上,有可升降与旋转的横臂握持枪体 (外套耐火砖)插入或提出钢水，应设置固定枪位机构。出钢完毕，将钢包吊运到 吹氩站或开动钢包车到氩站。因此,后一条件下吹氩站必须设在各台炉子出钢线 上，立柱在铁路线的一侧,专供一台炉子出钢后使用，其布置如图4-7所示。 图4-7 顶吹氩处理站工艺布置 51 2)钢包底吹氩。底吹氩时在出钢过程及运送途中都要通入氩气。如图4-18所示，设有两个底吹氩操作控制点，一在炉旁(A点)便于出钢过程中控制，一 在处理站(B点)便于控制处理过程。这两点之间送氩管路互相联锁和自动切换， 以保证透气砖不被堵塞。 4.4.4.1 LF法的冶金功能 LF法的功能是在常压下埋弧加热，高碱度合成渣精炼和底部吹氩搅拌。如图 4-24所示。钢水到站后将钢包移至精炼工位，抽入合成渣料，降下石墨电极插入 熔渣层中对钢水进行理弧如热，补偿精炼过程中的温降，同时进行底吹握搅拌。 如果配有真空盖可进行真空处理，则称为LF-VD精炼法。LF-VD法可以完成钢水再加热，调整温度，合金成分微调、脱气、脱氧，脱碳、脱硫和去除夹杂物等 多项任务。如果在真空盖上再配以氧枪在真空下吹氧，还可以精炼超低碳不锈钢 种。 LF-VD法具有功使齐全、设备简单、操作灵活方便等优点，因此在特殊钢、 普通钢和经济钢生产中得到广泛应用，已成为我国生产钝净钢的主要炉外精炼方 法之一。近些年，在转炉车间设量LF-VD炉的厂家越来越多。 LF-VD法通常需由座包工位、加热工位和真空工位组成。可以先加热后真空 处理，也可以先真空处理后加热。真空处理可采用真空室或真空盖，真空盖与带 凸肩的钢包用耐热橡胶密封圈加以密封。 LF炉具有工艺灵活性强的特点(不同工艺组合)，对不同精炼要求的钢种可采 用不同的艺过程: 转炉钢水-LF(无真空)精炼-浇注 转炉、电炉钢水-LF(无真空)精炼-RH或DH处理-浇注 电炉钢水-LFV精炼-浇注 转炉作为初炼炉时，因原始含氢量较低，主要任务是脱硫与合金化，(一般情况下)则只进行埋弧、密封下加热进行还原精炼，吹氩搅拌即可，可使[S]? -60.005%，?[0]?30?10。而电炉钢水(冶炼特殊钢)则应经过真空脱气精炼，钢 -4水在较长时间的炉渣与真精炼作用下，例如轴承钢的?[O]?2O?l0。 所以设计者要根据车间 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 生产的钢种、各钢种生产批量的大小来选择工 艺方案，进确定熔炼设备的配置与容量选择，亦即解决精炼设备的选型问题。 4.4.4.2 LF炉设备与工艺置 LF炉整体结构多为台车(钢包车)移动式，钢包由座包扒渣工位向固定于一 52 定位置的加热炉盖、精炼炉盖处移动，分别完成各项工艺过程。有的还将LF精炼 与喷粉处理相连接，即将喷粉设备也装设于钢包台车的移动线上，实现钢水的喷 粉处理。或者因钢水质量要求不同，在同一条线路上有选择地通过几个精炼环节， 得到需要的成品钢水。 LF炉在车间内的布置可有多种排放位置，视车间具体情况而定。设备布置 的原则与其方法的布置相同。 4.4.5.1 钢水喂线处理的冶金功能 钢水喂线处理工艺用在炉外精炼工序的最后环节，喂线的同时并伴有钢包底 吹氩搅拌。 喂入线材有单一元素的(如喂铝线终脱氧)，有含合金粉料的包芯线，如Ca-Si合金线(Ca～30%、Si～60%、Al～2%)、Fe-Ti、Fe-B等合金线。Ca-Si合金线用来脱氧和使夹杂物变性处理，其它合金线则主要是为了精确调整钢水成份。 Ca-Si熔入钢水，使钢中高熔点AlO夹杂物变成低熔点的钙铝酸盐，可以防23 止连铸过程水口堵塞现象。使Ca-Si合金使夹杂物球化，氧化物、硫化物均呈球 状，改善了钢的各向异性。生产实践证明，喂线法钙的回收率高于喷射法;喂Ca-Si线可改善钢的浇注性能，而且过程温降较小，有利连铸生产；喂线与喷粉比较钢 水吸氩量减少，由于Ca的利用率高，耗氩量少，所以喂线处理比喷粉处理成本降 低。喂线法加入合金时，合金元素收得率高于块状(或棒状)合金投入钢包的方法。实际生产检验结果表明：转炉钢水钢包中喂(Ca-Si)处理后;其多项质量指标达到优质钢水平，所以喂线处理成为转炉钢提高等级的手段之一。 4.4.5.2 喂线机的选用 按同时供线根数有单线机和双线机两种。喂双线时可喂同种材料的线，也可 以喂不同材料的线。个别情况也有喂六条线的，这样就需要有三台双线机同时工 作。 喂线机位置依工艺来确定，例如，当钢水真空精炼结束后喂线处理时，则 设在真空处理工位(钢包真空处理坑)附近;当在LF炉中完成多项精炼操作时，其中也包括终脱氧与微量调整成分，喂线机即设在LF炉精炼工位近旁。所以这些精炼设备近处需留出足够的空地，除放置喂线机本体外，还应有适当的场地存放绕 线盘。连铸生产时己向中间包喂线，中间包冶金比钢包处理更接近于浇注阶段， 有其优越性，但如何使喂入中间包的合金料能均匀分配到各结晶器的钢中，使连 铸各流钢坯成分完全一致，还有待于研究。 本设计采用LF+VD精炼法。 53 1、入罐前的所有设备处于良好状态，并联系好冷却水，蒸汽钢包包沿无钢 瘤。 2、钢包入罐，吹氢正常后，罐车开至加热工位，测温取样，送电吊渣。 3、LF炉执行LF炉工艺规程。 4、转VD炉前 (或抽真空前视钢水中铝含量高低喂10~30m铝丝，进VD炉前喂Si-Ca线l00~150m。喂丝量根据钢水中喂丝要求而定) 5、进VD炉钢水条件： 1)温度>1640～1660?。 2)成分，C控制在规格下限0.02%，其余成分取规格中下限易氧化合金不调 节。 3)自由空间为700mm。 4)抽真空前必须保证钢渣中C、Si粉反应完全，渣白且流动性较好，渣厚控 制在150～250mm。 6、抽真空前23分钟由调度室联系送蒸汽、送气、确认蒸汽温度不小于180?。蒸汽压力不小于0.7Mpa，蒸汽量不小于l0Mh。 7、抽真空前蒸汽控制在0.20~0.35Mpa，在抽真空过程中依据显示器所显示 的包内钢水沸腾情况对Ar气作适当调整。在到达极限真空度时，将氮气调于 0.3～0.5MPa，保持至破空。 8、罐车开至VD定位完毕，并确定罐盖到下限位时，方可开始抽真空，先用 5级泵，真空度2达到33KPa左右开4级泵，真空度1达到8KPa左右，启用3级泵，真空度上达到及4级时开2级泵;真空度1达到0.4级左右，开启1级泵，在1级泵极限真空度下 (-0.495KPa)保持时间在于15min。 9、VD完毕后将钢包车开至加热工位取样，调渣，调整成分，尽快具备吊包 条件。 54 技术经济指标是衡量一个企业生产水平的高低的重要指标。 5.1 产量方面 年产量是指一座电弧炉一年所产的合格钢锭量，按下式计算: G=24?n?g?a/τ 式中 n——一年内的工作日，天； a——合格钢锭收得率，%； g——每炉钢锭产量， t； τ——每炉钢平均冶炼时间，h。 电弧炉的工作日，一般为91.35%?365=340天，设计的电弧炉年产量 为70万吨，一般每炉冶炼时间为1.5小时。 作业率=实际炼钢时间/日历时间x?100%。设计作业率为91.35% 利用系数=合格钢锭量/变压器额定容量?日历时间。 5.2 质量方面 钢锭合格率二合格钢锭量/全部钢锭量?l00% 我国铸坯合格率平均值：板坯：99.37%；方坯：98.91%；不锈钢坯：96.32%。 设计的铸坯合格率为96.5%。 废品率=实际产量一合格钢锭量/实际产量=1—合格率 5.3 品种方面 品种完成率=完成品种/计划品种?l00%。 合金比是指合金钢产量占全部产钢量的百分比。 55 合金元素总量>10%的钢种称高合金钢。高合金比是指高合金钢产量占全部钢 量的百分比。 5.4 成本方面 产品成本=各种费用总和 (元)/合格钢锭量 (t)。 原材料消耗量=某种原材料消耗量/合格钢锭量 原材料消耗量参数如下: 材料名称 设计参数(kg/t) 材料名称 设计参数(kg/t) 电极 4～5 石灰 70～80 萤石 15～20 吹氧管 1.5～2 氧气 20～25 镁砂 20～25 镁砖 1～3 硅铁粉 碳粉 4～5 冶炼用电(kw?h/t) 550～700 辅助用电(kw?h/t) 20～30 56 从节能的观点来看，连铸用耐火材料行业已广泛使用注意自然环境保护的 产品，如轻烧滑动水口（下称SN）板和轻烧水口，根据使用条件的不同，这些 产品的耐用性超过了烧成制品。另外，为尽量避免产业废弃物的产生，还采用了 许多技术，如更换滑板的暗销，将内面研磨后再使用的技术。或将用户用过的长 水口的浸渍部截断，然后用耐热性粘结剂将其与新的浸渍部连接起来再使用的技 术等。另一方面，考虑到作业环境，还采用了SN板容易更换操作的SN滑动装置，或能适应中间包热态旋转操作的SN耐火材料自动更换装置，以及各种连铸水口 自动更换装置等。因此可以说连铸用耐火材料行业的产品开发不仅考虑到产品的 性能和生产效率，而且还考虑到了对环境和人体的影响。此次特别考虑到浸入式 水口和长水口等所使用的隔热材料对人体健康的影响，介绍了一种能进一步提高 连铸水口所需性能的产品。 浸入式水口和长水口等连铸水口一般都使用了陶瓷纤维板等隔热材料。现在 我们先来分析一下当初使用这种隔热材料的原因。根据在普通的浸入式水口表面 贴上厚度不同的纤维板，预热至大约1000?C后，在相同的条件下空冷时水口本 体温度变化的实测结果，对空冷开始10分钟后的温度进行比较可知，在没有使 用纤维板的情况下，水口本体温降至大约600?C，而在使用3mm厚纤维板的情况下，水口本体温度则下降至800?C，有效防止温度下降大约200?C。接着， 根据这一数据进行了FEM（有限单元法）计算，看看它对热应力和热损失有何影 响。调查了在10分钟空冷后，当1600?C钢水从水口内流过开始，经36秒时的浸入式水口内部发生的热应力分布和水口本体的温度分布。由此可知，仅仅3mm厚的隔热层能大大减小热应力，并使水口本体温度升高，说明隔热层能有效防止 水口的热损失。 但是，由于这种陶瓷纤维会对人体和环境产生不利的影响，因此近年来欧共 体各国正在对游离纤维的使用进行规定。特别是，荷兰从1994年底开始用法律规定，是最早对纤维使用作出规定的国家。荷兰对纤维的规定是纤维中的Al2O3 57 的含量必须低于30mass%，平均纤维直径必须大于5μm。这是因为纤维直径越小，Al2O3含量越高，对人体的不利影响就越大，特别是Al2O3含量越高，在人体内越难溶解，因此纤维的含量和纤维的直径备受重视。虽然无定形氧化硅纤维的 SiO2含量超过95mass%，但加热后会慢慢形成方英石，是造成粉尘肺的主要原因， 因此这种纤维在荷兰也被禁止使用。 另一方面，日本对上述纤维的使用没有特别的规定，通常所使用的陶瓷纤维 的耐热度在1250?，Al2O3含量大约45～50mass%，平均纤维直径大约2.5～ 3.0mm，达不到荷兰所规定的标准。另外，在把纤维卷缠在水口表面的作业中和 水口的搬运或废弃时，由于采用粘结剂的纤维板的粘贴作业需要人手和时间，因 此需要有一种生产效率高的作业方式，以便能更有效地形面隔热层。 从单纯物体来看，纤维板具有良好的隔热性能，但又常常发生降低水口性能 的问题。例如，由于纤维板本身的强度和粘结强度低，因此搬运时和安装作业时 容易发生剥落，达不到均匀隔热，在浇注现场常常需要修理。在1000?以上的 高温浇注过程中，常常能观察到纤维板层会吸收抗氧化层产生的玻璃融液，或因 喷溅而降低融点。这种现象与抗氧化膜被破坏后母材的氧化有关，结果造成隔热 性能下降，因此应避免这种现象的产生。 如上所述，为解决纤维板在环境上和性能上以及生产效率方面的问题，开发 了不含陶瓷纤维的连铸水口用隔热耐火涂料（下称成形耐火涂料） 6.2.1 耐火涂料的材料构成和特征 研究了用珍珠岩、蛭石和无机气球等轻量粒状骨料替代纤维的隔 热原料。考虑到其隔热性能、耐火度（使用的温度界限1400?）、比重和适合于喷雾涂 敷作业的粒度等，添加了数种粒状隔热骨料。作为隔热骨料之一就是适量添加蛭 石等。蛭石等加热到300?以上时，其体积会增大，能提高隔热性能。这些骨料 在脱水的同时会发生膨胀，在热态下会产生一种使耐火涂料成形的驱动力，可以 减少热态下的导热率。耐火涂料的基体由Al2O3SiO2耐火粉末、玻璃粉末及粘结剂构成。适当添加这些原料有助于提高耐火性和基体强度。另外，玻璃粉末的作 用是在所规定的温度下会形成玻璃状，并生成融液，能提高抗氧化性能，同时有 助于气孔的密闭，所以可适当添加。 6.2.2 成形耐火涂料的隔热性能 成形耐火涂料层的最重要特性就是隔热。保温性高可改善耐热震性有助于防 止热损失，最初采用热流法测定耐火涂层的导热率。为形成隔热层，因此准备了 一块铁制母材（230?114?24mm），在其表面上均匀地喷涂一层大约6mm厚的成 58 形耐火涂料层。此时在母材和涂料层的界面中埋入热电偶。干燥后将涂料层的厚 度精确地修整至5mm，然后在涂料层表面放上热电偶作为测定试料。另外，为便 于比较，还对厚度为3mm的纤维板的导热率进行了相同的测定。虽然成形耐火涂 料层的导热率不如纤维板，但可以看到当温度超过400?时，导热率有下降的趋 势。这是因为隔热骨料伴随着脱水现象组织发生变化的缘故。超过1000?的导 热率因测定装置的限制而无法确定。 以下，就在抗氧化层共存的情况下将浸入式水口在超过1000?的温度加热 时的保温性能进行比较实验。由于隔热层的保温效果因测定条件的不同会有很大 的变化，结果可知，使用成形耐火涂料水口的温度下降比使用纤维板的水口慢， 保温性能比纤维板好。在使用纤维板的水口中能看见纤维板会吸收抗氧化融液， 由此可以认为组织致密会造成导热率的升高。另一方面，在使用成形耐火涂料的 水口中没有发现成形耐火涂料吸收抗氧化材料的融液和母材的氧化，形状良好。 6.2.3 从抗氧化性能的比较到纤维板和成形耐火涂料的氧化试验比较 用于试验的试料是先将母材 （30%C－55%Al2O3－15%SiO2， Φ 110?25mm） 全部涂上大约0.5mm厚的抗氧化材料（液相生成温度大约800?，然后在母材平 面处的一面粘贴上3mm厚的纤维板（49% Al2O3－51% SiO2）。另外，再准备一块相同的试料并喷涂大约3mm厚的成形耐火涂料。将这些试料用电炉进行800?、 1200?和1400?的氧化试验。采用纤维板的试料在800?烧成后，隔热层没有大 的变化，但在1200?和1400?烧成后，隔热层变得致密，母材的一部分发生了 氧化，根据氧化部分的放大照片可以看到由抗氧化材料生成的玻璃融液被隔热纤 维吸收了,覆盖母材的抗氧化膜消失。而采用成形耐火涂料的试料不论在何种温 度下母材都不会发生氧化，具有良好的抗氧化性。其原因之一可以认为是，成形 耐火涂料层内部的玻璃状成分在规定的温度下会形成融液，组织内产生液相，由 此难以从基体表面吸收抗氧化膜生成的玻璃融液。 更为严格的评价办法是进行了假设氧化铁因喷溅会粘附在水口表面的氧化 试验。试验所用的试料是在涂有大约0.5mm厚的抗氧化材料（液相生成温度大约800?）的圆形管表面的一半卷缠上纤维板（3mm）。剩下的一半涂上成形耐火涂料（3mm）。该管表面的一部分涂上大约1mm厚的赤铁矿（Fe2O3）泥浆。根据该 试样在1400?下持续进行6小时氧化试验后的外观可知，纤维板在试验后发生 了熔融，并消失，一部分出现氧化，而出现耐火涂料层虽然会发生反应，但能保 存涂料层的完整，对氧化铁具有耐久性。 6.2.4 成形耐火涂料的粘结性能 59 为调查成形耐火涂料层和母材料的粘结性，因此将2块高铝石墨质母材（30%C－55%Al2O3－15%SiO2 , 20?20?40mm）以20mm角部为粘结面用成形耐火涂料泥浆粘结起来。粘结部的厚度为1mm。在规定的温度下进行热处理后，采 用三点弯曲法测定强度。结果表明，在110?干燥后的抗折强度为1.5 MPa，搬 运时不会发生剥落，具有很高的粘结强度。由于隔热层内部发生了断裂，因此可 以说粘结界面的强度会更高。特别是在1400?下进行3小时热处理后的试料，其抗折强度25MPa。由于粘结层内部同样发生了断裂，因此可以说明即使在再使 用时出现反复的加热冷却，也难以发生从粘结界面剥落的现象。 成形耐火涂料处理一次就能确保3～5mm厚的涂料薄膜，而且平均每根浸入式水口处理时间大约2分钟就行了。采用以往的粘结剂进行纤维板的粘贴作业是 手工操作，因此作业差、生产率也不高，而成形耐火涂料不仅性能高，而且制造 简便，因此正逐渐取代纤维板。 6.4 虽然陶瓷纤维具有良好的隔热性能，但对环境和人体会产生不利的影响。另 外，卷缠在高铝石墨水口的陶瓷纤维在使用过程中会出现隔热性和抗氧化性下降 的问题。为解决上述问题，开发了不含纤维的连铸水口，其特征是不仅有利于人 体和环境，而且在高温下的隔热性能比纤维板的好，同时，不会降低水口的抗氧 化性能。尤其是，它具有施工时间短，生产效率高的优点。目前，以被几个厂家 采用，获得好评，有逐渐被扩大使用的趋势。 60 1 高泽平.电炉炼钢设计指导书.株洲：湖南冶金职业技术学院,1995 2 高泽平.转炉炼钢毕业设计指导书.株洲：湖南冶金职业技术学院， 2003 3 李传薪.炼铁厂设计原理(下册).北京：冶金工业出版社，2004 4 郑沛然.炼钢学.北京：冶金工业出版社，2002 5 高泽平.炉外精炼.株洲：湖南冶金职业技术学院，2003 6 贺道中.连续铸钢.株洲：湖南冶金职业技术学院，2004 7 余志祥.连铸坯热送热装技术.北京:冶金工业出版社，2002 61