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5 电弧炉炼钢车间工艺设计

电弧炉生产工艺设计的合理性直接决定着产品的高质量和良好性能,而制定生产工艺是根据具体钢中、产品要求而定的。下面从原料要求、车间冶炼的工艺特点及操作要领等方面进行说明。

5.1 废钢

废钢包括返回废钢和外来废钢。废钢外形尺寸不一,分重,中,轻三种类型,为了满足冶炼工艺及技术经济指标与钢水质量的要求,对入炉的废钢料一般有如下要求:

(1)按废钢铁分类标准的组别进行分类管理,供应不得混乱,不允许由成套机器、设备及结构件;

(2)少锈,入炉铁锈太多,不能准确掌握钢水成分和重量,造成成分不符或短锭,还会使钢液增氢;

(3)不应混入铅、铜、锌、锡、砷等有色金属和冶炼钢种限制的合金元素,这些元素在冶炼条件下很难去除,不但会影响钢材的纯净度,还会增加操作难度,恶化技术经济指标,缩短电弧炉炉体寿命;

(4)废钢中不得混有爆炸物品、密闭容器、有毒物质以及塑料、橡胶等; (5)应限制入炉料的磷、硫含量,否则严重恶化电弧炉操作指标;

(6)清除炉料中泥沙等酸性物质,以免降低炉渣碱度,增加造渣剂消耗,侵蚀炉衬,增加电耗,降低生产率;

(7)炉料单位外形尺寸不能过大,否则装料困难,还可能砸坏炉体或因塌料砸断电极;

(8)装料密实不松散。

5.2 辅助料

5.2.1 对辅助料的要求

(1)铝粉

铝粉脱氧能力强,主要用于冶炼低碳不锈钢和某些低碳合金结构钢,以提高合金元的收得率和缩短冶炼还原时间,铝粉使用前也应干燥,使用粒度≤0.5毫米,水分≤0.20%,Al>95%;

(2)硅铁粉

硅铁粉是用含硅75%得硅铁磨制而成的,这样比重轻,含硅量高,有利于进行扩散氧,使用粒度≤1毫米,水分≤0.20%;

(3)石灰

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由石灰石在800~1000℃的高温下焙烧而成,一般要求石灰中CaO含量>90%,硫含量<0.1%,入炉石灰要求水量<0.3%;

(4)白云石

主要成分为CaO、MgO,用于电弧炉补炉和堵炉门坎,也用于造渣,造渣用轻烧白云石,补炉用重烧白云石;

(5)萤石

主要成分为CaF2,要求含量>85%、SiO2<4%、CaO<5%、S<0.1%、H2O<0.5%,使用前应在100~200℃的低温下干燥4小时以上,温度不宜过高,可作为炉渣调节剂,改善炉渣流动性;

(6)铁合金

(1)合金材料应分类堆放,颜色相近的不宜邻近堆放; (2)合金材料不应露天堆放,以防生锈或混入杂物; (3)合金块度应符合使用要求;

(4)合金料使用前应烘烤,以去除合金中的气体和水分。 (7)焦炭粉

主要作用1)在熔化后期和氧化期造泡沫渣;2)作为增碳剂加入炉内或包内。一般要求焦炭中碳含量>80%、灰分<15%,石墨电极粉中碳含量>95%、灰分<2%、硫含量均<0.1%、水分<0.5%;

(8)氧气

氧气的使用强化了冶炼过程,缩短了熔化时间,降低电耗,提高了钢液温度,加速熔池激烈沸腾,有力地去除废钢中的气体和夹杂。对氧气有如下几点要求:含氧量>99%、水分≤3310-3kg/m3、工作压力(5.065~12.156)3105Pa;

(9)铁矿石

铁矿石在电弧炉炼钢过程中主要用于脱磷、硫、气和夹杂物。铁矿石主要成分为磁铁矿,要求含铁量高。

5.2.2 供应方案

(1)高位料仓供应方案

所需的散状料和合金料中,冶金石灰、萤石、矿石以及硅铁、锰铁、硅铝铁、硅锰合金。采用高位料仓供应方案,共设17个高位料仓,上料采用垂直皮带机加配包皮带机的方式,分系统设置加料设施。其中供应电炉生产用散状料采用经称量后,直接用溜槽加入炉内的方式,供炉后合金化。

(2)废钢的供应方案

通过料篮车将废钢从原料跨间运到炉子跨,再通过天车将料篮吊至炉子上方加入炉内。

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5.2.3 配料

配料是电弧炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分,合理配料将保证炼钢工人按照工艺要求正常的进行冶炼操作;合理使用原材料及返回废钢,能节约合金元素;缩短冶炼时间。

1.配料注意事项:

1)必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料重量;

2)炉料的大小要求按比例搭配,以达到好装,快化的目的; 3)各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用; 4)配料成分必须符合工艺要求;

5)注意上炉冶炼含Ni、Cr、W、Mo等元素的高合金钢,下炉应配相应的钢种进行浇炉,并注意残余元素,不得出格。

2.配料基本原则:

钢铁料的使用原则主要考虑冶炼方法,装料方法钢种的化学成分及产品对质量的要求等,如氧化法有较高的脱P去气夹杂能力,应使用普通的粗料,返回法和不氧化法因脱P去气除夹杂能力不强,但能回收贵重合金元素,所以应尽量使用优质返回料。凡航空钢、舰板钢、炮钢、轻武器及特殊要求带“顶”“发”“军”字样的钢种一律按氧化法配料并多配碳0.10%。

严禁将成分不明的返回料配入炉料中,残余元素配料时不得超标。装入法、返回法不足之碳可用电极粉增碳,不得配入生铁。

3.配料计算

(1)钢铁料综合收得率=∑配料比3收得率

一般钢铁料收得率为93.54~95%,返回钢收得率为95~96% (2)合金返回钢的收得率按下式计算:

x%={100-0.5Mn-(Si-0.05)-0.2Cr-0.07W-0.3V-Ti-Al} (3)合金元素全炉回收率按下式计算:

x%=成品成分/配料量3配料成分+补加合金量3合金成分/出钢量; (4)配料量度=(出钢量-合金加入量)/钢铁料综合收得率;

(5)钢铁料装入量=出钢量-铁合金加入量-其他(如矿石等)/钢铁料综合收得率。

5.2.4 装料和补料

(1)装料

为能有效地进行炼钢操作,在考虑金属料配比量和装料时总是以最大可能地提高生产率作为主要因素,提高熔化速度的基本条件如下:

料篮容积一般设计成炉子容量相同,装料后炉料不能高出炉子上口; 第一篮料通电熔化后,进第二篮料的时机应选在既能提高热效率,又不使炉料过高而影响送电;

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根据炉子容量,变压器功率和吹氧情况确定合适的废钢堆积密度,密度过大,废钢落入熔池后使熔化条件变坏;密度过轻,废钢下落不稳定,熔化速度减慢;厂内自产或压块等大块废钢应装在料篮下部,以防止熔化时滑落碰断电极;装料次数应尽可能少,以减少热损失;原料中低碳、高熔点、轻薄料多时要适当配入含碳材料,降低熔点,加速熔化;加海绵铁时如连续加入,应从电极穿井后开始直至出钢这段时间内连续不断地加入;如果分批加入,每次加入量宜少,既要避免发生炉料架桥,又能使炉壁处残存的废钢起到;つ突鸩牧,免遭电弧辐射的损害;石灰溶剂可和炉料一起加入炉内,以利早期成渣脱磷。如果有条件,在熔化期从炉顶或炉壁喷入最好。

(2)布料

布料原则:下致密,上疏松,中间高,四周低,炉门口无大料,穿井快,不搭桥;

布料顺序:

底部装小料,其用量为小料总量的一半,然后在料罐的下部中心区装入全部大料,低碳废钢或难熔炉料,在大料之间填充中小料,中型料装在大料的上面及四周;

在料的最上面(电极下面),放入剩余的小料(轻废钢),以便通电后电极能很快穿井埋入料中,减轻电弧光对炉盖的辐射;

熔点高的铁合金应放在高温区,但不能装在电极下面,易挥发的合金元素避免放在电极下高温区;

若配入增碳剂,如生铁、焦粉、电极粉、电极块等,应将增碳剂放在生铁大料块上部,破碎电极块或大包焦粉,电极粉放在料篮底部小料之上;

装料完毕,进行计算做到准确真实;

装料时料篮中心与炉膛中心线,必须在同一条垂直线上,料篮不得不碰撞炉衬和水冷件;

5.2.5 电弧炉冶金工艺[3]

(1)装料:装料方式对炉料的熔化速度,合金元素烧损率以及炉衬寿命有很大影响装料应做到快速,密实,布料合理。合理的布料应该是:先在炉底铺一层石灰,约为料重量的1.5-2.5%,再在石灰上加已定量的氧化铁皮或碎矿石,之后加入部分小块废钢,在小块废钢的电弧作用区加入大块废钢和难溶炉料,其周围及上面装入中型废钢;最后将小块废钢装入最上层填充空隙。配料时大小料配比如下:小型料占20%,中型料占40%,大型料占40%。

(2)由于采用超高功率供电,电弧炉只做为一台高效的熔化装置,现代电弧炉炼钢过程在熔化期就有吹氧助熔,又由于偏心底出钢是留钢留渣操作,实际上熔化和氧化并无明显的界限,故称之为熔氧期.

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熔氧期的主要任务是:在保证炉体寿命的前提下,用最少的电耗快速地将炉料熔化及升温,迅速形成熔池,并完成脱磷、脱碳、去气、去除非金属夹杂的工艺任务。

炉料的熔化过程分为四个阶段:

起弧阶段:电炉刚送电一般选用中级电压,功率为额定功率的三分之二左右,起弧阶段约为5~10min。也可以一开始就采用最大功率送电,以加速炉料熔化。

穿井阶段:起弧弧后,电极下四周的炉料迅速熔化,电极随着炉料的熔化而不断下降,在炉料中打出三个洞称为“穿井”。此时,电弧全部被炉料包围,热量全部被炉料吸收,故使用最大功率供电,一般穿井时间为10分钟,约占熔化时间的1/4。

电极上升阶段:穿井到底后,炉底形成熔池,钢液面形成了一层熔渣,四周炉料受电弧辐射热而继续熔化,钢液面逐渐升高,电极逐渐上升;此阶段仍用最大功率供电。

熔末阶段:炉料被熔化四分之三后,电弧完全暴露,而远离电弧的低温区部分炉料尚未熔化,若长时间采用最大功率用电,电弧会强烈损坏炉衬和炉盖,所以要在好泡沫渣,以屏蔽电弧,同时合理用氧,并不断将剩余炉料推入熔池,以加速熔化。

炉料全部熔化,熔池温度符合要求后为完成脱磷、脱碳、去气、去夹杂的任务继续吹氧进行氧化。吹入熔池中的氧气与熔池中的氧剧烈反应,产生的CO气泡在上浮过程中将非金属夹杂物带入炉渣,同时,碳氧反应放出的热量使熔池升温,进而使钢液达到出钢温度,从而减少一部分电能的输入。本设计采用吹氧和矿石综合氧化。综合氧化可以扩大钢渣反应界面,造出高碱度高氧化性炉渣,促进了脱磷和脱碳反应的顺行。氧化终了,取样分析,当钢液成分和温度符合要求时,即可出钢。

(3)出钢条件及操作

当钢水成分,温度符合条件时,且出钢和精炼的准备工作已完成时便可出钢。

出钢的操作如下:

先将钢包车开到出钢箱下面.出钢时,炉体稍向后缓慢移动,将出钢口底塞挡板打开,使堵塞填料露出,,钢液随后也落入钢包中。在出钢过程中,炉体要保持轻微连续的倾动,使出钢口上部的小熔池内部没有熔渣覆盖.当钢包中的钢液达到预定出钢量时,炉体迅速复位,随后钢包开至精炼跨开始精炼.出钢过程中,向钢包中加入活性脱硫渣剂,进行预脱硫处理,同时钢包底部吹Ar搅拌。偏心炉底出钢后采用留钢留渣操作,可将10%~15%的钢液和全部炉渣留在炉内,出完钢后,趁热用氧枪由上而下将出钢口顶部的水冷钢盖打开,用一根长颈漏斗由上而下插入出钢口,把填料经漏斗填入,准备下炉精炼.出钢终点的控制主

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