代做冶金工程毕业设计注意事项
简介国际上电炉流程与电炉技术的发展情况，本人作出的选择及其依据。
8．2 电炉炼钢车间设备设计与工艺布置原则
8.2.1 设备设计及选择原则
1）要根据车间生产规模、钢种以及坯型等选择主要设备的类型及技术规格，确定设备的容量、工作周期、设备数量及作业率等。
2）要尽量采用定型设备，定型设备一般各方面性能稳定可靠备品、备件易购，且价格便宜。当然，在一定情况下也可以自行设计符合要求的主要设备。
8.2.2 工艺布置确定原则
现代电炉“短流程”钢厂布置特点：
1）四个一系列布置。实现了最小运输功和最低能量消耗的连续贯通布置形式。
2）传输物料的设施间实现“零”距离布置。废钢堆存与加工间、废钢配料间、电炉炼钢车间、连铸车间及热轧车间等建筑必须相互靠近，其距离极限为零，使厂房联合集中布置。这种零距离布置，使其吨钢占地面积大为减少，有的达到0.9～1.0m2/t。
一般工艺布置原则如下：
1）要根据生产工艺的要求，注意工艺流程的顺畅、经济、安全及环保同时考虑，并要注意整齐、美观。
2）金属物料（钢铁料、钢水、钢坯）从进入车间至运出车间应保持单向流程，并尽量避免与其它物料的交叉流程。
3）其它物料（散状材料、炉渣、耐火材料等）和辅助生产系统（钢包准备、各种维修设施）的流向各行其道、互不交叉干扰。
4）各生产工序的设置，其车间平面布置应当在按功能划分的跨间以工种分区作业的前提下，按工艺流程组合既相对独立又协调统一的整体，尽量减少生产作业中的互相干扰。
5）为保证工艺流程的顺畅，提高工艺装备的作业率，车间工艺布置中应考虑必要的维修设施与其作业面积。
6）对不需要天车或很少需要天车的辅助工段与设施，要设置在车间的端部（跨的端部）或“藏起来”；对生产辅助用房，如化验室、变电所及通风机房等，应尽量靠近其服务工段，且避免占用主厂房的高大空间，即应布置于吊钩极限以外或厂房外。
8．3 主要设备设计及工艺布置设计步骤要点
8.3.1 主要设备包括：
1）电炉（含电炉变压器与电炉配套设备）以及渣罐等；
2）精炼炉、钢包、烘烤器、连铸机及精整机等；
3）合金烘烤炉、料篮、料坑（料格或料仓）及称量设备等。
4）天车、运输台车（包括钢包车、渣罐车、料车及过跨台车）等。
8.3.2 炉子间——车间的核心
1）电炉型式或种类的选择（要求三相交流电炉）：选择符合要求的、先进的电炉（高效节能的），并介绍其特点。
2）年产钢量与炉座数及容量的选择
年产钢量即钢厂每年的产钢能力，这是高层决策者根据市场的需求、本企业的能力（财力、物力及环境条件）及投产后的效益等确定的。
年产钢量是确定电炉的冶炼周期、炉子吨位的重要参数，年产钢量是冶炼周期、炉子吨位（平均出钢量）的函数，与前者成反比，与后者成正比。
年产钢量：有钢水量、钢坯量、钢材量之分，用户要求中均常见，简单的换算关系如下：
钢水量=钢坯量/η1=钢材量/（η1η2）
式中 η1——成坯率，一般为94%～97%；
η2——成材率，一般为93%～98%。
电炉车间的年产钢坯量用下式表达：
，万t （8-1）
式中 B——电炉的年作业天数，超高功率电炉的年作业日为290～300天；对于超高功率电炉及其流程，为了实现高功率、高效率，必须保证有充足的维修时间。
N——电炉车间的炉座数。目前，国际上电炉流程的发展趋势是：“三位一体”或“四个一”，常采用一座电炉；
——车间电炉一次出钢量，一座电炉时，就是电炉的出钢量，t，有（8-2）导出：
，t （8-2）
冶炼周期τ的长短反映生产率的高低，影响到年产钢量，一般来说冶炼周期越短，吨钢成本越低。冶炼周期取决于变压器的功率、辅助能源、冶炼品种、冶炼工艺、装备水平及操作人员的素质等。
对于“三位一体”短流程来说，冶炼周期的长短应满足连铸的要求，以连铸节奏来定，车间应以连铸为中心，努力实现多炉连浇。
目前，限于浇铸系统耐火材料质量（软化点等），热损失导致钢水的温降等，使得每炉钢水合理的浇注时间在≤45～55min（与钢水量多少关系不大）。由于超高功率等电炉技术的进步，使得电炉的冶炼周期达到48～60min。
3）炉壳直径的确定——见8.3.3 电炉炉型及炉体结构的设计
4）变压器额定容量
超高功率电炉技术要求不仅变压器额定容量要高，实际投入的功率水平要高，而且变压器利用率要高，工艺及工艺流程要优化，电炉产生的公害要得到有效的抑制。超高功率电炉的功率水平为>700kVA/t，有的已超过1000 kVA/t。超高功率电炉要求变压器时间利用率Tu与功率利用率C2均0.80~0.85，把电炉真正作为高速熔器。
时间利用率Tu与功率利用率C2分别表示如下：
（8-5）
（8-6）
式中 t——冶炼周期，h；
t2、t3——熔化与精炼通电时间，总通电时间为，h；
t1、t4——出钢间隔与热停工时间，非通电时间为，h；
——熔化期与精炼期变压器输出的功率，kVA；
——变压器额定容量，kVA。
分析上式，提高变压器利用率的措施：减少非通电时间，如缩短补炉、装料、出钢以及过程热停工时间，均能提高时间利用率，缩短冶炼时间，提高生产率；减少低功率的精炼期时间，如缩短或取消还原期，采取炉外精炼，缩短冶炼时间，提高功率利用率，充分发挥变压器的能力；减少通电时间，提高功率水平，提高功率利用率以及降低电耗，均能够缩短冶炼时间，提高生产率。
对于“三位一体”短流程中的超高功率电炉，由于实现全程泡沫渣埋弧操作，极短的精炼期时间（几分钟），以及氧化性钢水出钢。所以允许在冶炼过程的大部分时间采用大功率供电，并且相同或近似。将（8-6）式右边的分子分母同乘以，并加以整理，便得到变压器额定容量表达式：
，kVA （8-7）
，kVA/t （8-8）
式中 ——总通电时间，min；
——功率因数，一般为0.78~0.83；
C2——变压器功率利用率，一般为0.80~0.85；
Ｗ——电能单耗，kWh/t；
G——出钢量，t。
由（8-7式）看出当电炉的出钢量、平均功率因数及通电时间确定后，变压器额定容量仅受电能单耗。
吨钢实际电耗 顶装料电炉、氧化法冶炼低合金钢，采用100%废钢（二次料），配碳量1.5%与3%（30kg/t钢）炉渣，在电炉中熔化并加热精炼至出钢温度（1630℃）所需要的理论能耗为425 kWh，按70%的效率计算，实际总能耗约为610 kWh。考虑到该炉炉门氧枪、碳-氧枪强化供氧，计总吹氧量为~45 Nm3（平均每吹1 Nm3能置换4～5 kWh），石墨电极氧化提供能量约10 kWh，合计代替电能约为210~220kWh；
吨钢实际电耗约为380~400 kWh，即废钢等炉料在电炉中熔化、脱磷、升温至出钢温度（1630℃）所需要的实际电能为380~400 kWh ，连续加料预热式电炉可以达到360 kWh。
当冶炼周期定为60min，非通电时间需要16min，通电时间为44min，将其他已知数代入（8-8）式中，可得到功率水平为850kVA/t。如公称容量70吨超高功率电炉，平均出钢量G为70吨，需要变压器额定容量为~60000kVA。
由于变压器额定容量较大，大容量交变电流对电网将造成强大的冲击，为了减少电压闪烁或减少无功动态补偿装置（SVC）的补偿容量，以及降低电耗及电极消耗等，需要考虑采用高阻抗技术。
5）电炉的配套技术装备
超高功率电炉技术的发展，不仅体现在电弧炉本身装备和冶炼工艺技术的进步方面，而且体现在众多配套技术的日臻完善。
6）炉子间跨度、高度的确定
根据炉子的位置、操作区活动范围、料篮通道以及安全通道的宽度等加以决定，其模数为3m。
7）起重机的选择，包括起重量、吊车跨度及吊车台数
起重量，按跨间最大起重重量。
吊车跨度，按炉子间（厂房）跨度选择吊车型号、技术参数，吊车跨度与厂房跨度的关系大致为： LK=L-2B
当吊车吨位≤75T量时，B=0.75m；>75T时，B=1.0m；
吊车的台数可按经验确定。
注：6）、7）可以在绘草图时确定，其它跨间也如此。
精炼炉和连铸机的选型必须根据各厂的主要产品（主导产品），并考虑其它产品来综合选型，以充分发挥UHP电炉的作用
8.3.3 电炉炉型及炉体结构的设计
设计主要内容与步骤
1）根据题意确定炉型及尺寸，并绘制草图；
2）确定炉衬结构、水冷炉壁及水冷炉盖；
3）确定底电极结构（对于直流电弧炉）；
4）确定偏心底出钢结构，修改完成草图；
5）设计说明部分主要内容包括：对所设计的电炉类型、适用情况的说明；整个计算、选取的过程，炉型的主要参数；较详尽的草图等。
8.3.4 精炼炉的设计及其布置
主要内容：
1）形式选择；
2）精炼炉设备的功能及适合的钢种；
3）设备的组成及其参数设计；
4）工艺特点及效果；
5）精炼炉的布置。
精炼炉不仅可以提高钢水的质量，能炼出几乎所有的钢种，提高钢的产量，同时还具有在初炼炉与连铸机之间起缓冲协调的功能，这对组织生产，实现多炉连浇非常重要。精炼设备的功能各异但不是万能的，必须慎重选型。
电炉配精炼炉常用的炉型有：LF、VD、VOD、AOD、RH、ASEA—SKF、VAD、VOD/VAD、FW等以及多功能的LFV等，其中有的仅满足某种工艺、钢种的要求。LFV综合了ASEA—SKF和VAD型式特点，取LF与VOD之长，被认为是非常实用的方法，它具有常压电弧加热、真空脱气、吹氩搅拌及吹氧脱碳等功能，能够满足冶炼轴承钢、合金钢、模具钢及超低碳不锈钢等的要求。AOD法主要适用于不锈钢纯铁及镍基合金等。FW法：喂丝，是在钢包、连铸中间包及结晶器中进行的，目的是改变夹杂物的形态、脱硫、脱氧、精确控制铝含量及提高钢的使用性能。喂入的合金有Al、Fe-Ti、Fe-B、Ca-Si、Fe-S及Re等。
8.3.5 连铸设备的选择及其布置
主要内容：
1）连铸坯断面及连铸机机型选择；
2）几个参数的确定；
3）连铸机设备组成及其特点；
4）连铸机工艺布置。
在选型时要考虑品种、工艺，还应考虑与轧机相匹配，除生产能力因素外，关键是确定最佳铸坯断面，因铸坯断面是确定铸机结构参数的基础，也是最终成品质量的基本保证。
1）产品大纲——任务书、需求；
2）厂址选择——钢种产品市场、电炉特点及水文地质等；
3）电炉炼钢流程及主要设备——根据原料及钢种；
4）炉子容量——原料及产量；
5）压力加工及热处理设备选择——钢种产品、产量；
6）金属平衡——；
7）配料计算——；
8）电炉炉体结构（三相交流电炉）设计——；
9）车间工艺设计；
10）炉体结构图，工艺布置图；
11）完成说明书。
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