薄板坯表面纵裂的成因及防止措施.doc

内蒙古科技大学2004届毕业设计说明书

第一篇 专题部分

薄板坯表面纵裂的成因及其防止措施

薄板坯表面纵裂的成因及防止措施
摘 要 对珠钢、包钢薄板坯表面纵裂进行分析后发现，产生薄板坯表面纵裂的主要原因有钢中含碳量、硫含量、结晶器热流密度、拉速。避免钢中含碳量在敏感区，控制热流密度在临界热流密度以下，选择合理拉速等对提高薄板坯质量，防止表面纵裂有重要作用。
关键词 连铸 表面纵裂 薄板坯

Abstract Surface longitudinal cracks on thin slabs which are produced by Zhujiang Iron&Steel Company and Baotou Iron&Steel Company are studied ,and find that there are several factors maybe lead to surface longitudinal cracks on thin slabs. Influences include carbon content ,sulfur content ,thermal energy density,pull speed ,etc .In order to improve the quantity of steel ,it should control the carbon content ,sulfur content ,and thermal energy density,also it should choose appropriate pull speed . It takes great effect to avoid surface longitudinal cracks on thin slabs .

Key words continuous casting surface longitudinal crack thin slab

薄板连铸连轧是当今世界钢铁工业具有革命性的前沿技术，它集科学，技术和工程为一体，将热轧板卷的生产在一条短流程生产线上完成，充分显示其先进性和科学性。世界各国对此给予了极大的关注，使薄板坯连铸连轧今年来有了突飞猛进的发展，薄板坯连铸连轧工艺由于其流程短，单位建设投资低，能耗低，劳动生产率高等特点，受到国际钢铁界的普遍重视。自1989年第一套生产设备投产以来，其推广速度很快，截止2001年12月，全球已建立了36条生产线，共54流，其生产能力达5500万吨/年。其中CSP：26条生产线（包括ISP 5条），42流（包括ISP 7流），其年产能力约为4200万吨（包括ISP765万吨）；FTSR：4条作业线，5流，其年产能力约为500万吨/年；QSP：3条作业线，4流，能力约为500万吨/年；CONTOLL：3条作业线，3流，能力约为315万吨/年。
表1 世界各种薄板坯连铸连轧生产线统计
工艺
生产线数/条
铸机流数/流
生产能力万t/a
技术供应厂商
CSP
(其中ISP)
26
（5）
42
（7）
4200
(765)
SMS—DEMANG

FTSR
4
5
500
DANIELI
QSP
3
4
500
SOMITOMO
CONROLL
3
3
315
VAI
合计
36
24
约5500

1. 世界薄板坯生产发展现状
美国是短流程发展最快的国家，自1989年6月NUCOR公司CRAWFORDSVILLE厂电炉——薄板坯连铸连轧（CSP）投产以来，美国已有12流（7个厂）的CSP生产线相继投产，产量已超过1000万吨。美国之所以大力发展短流程，有以下主要原因：
1） 废钢来源充足，国内废钢加工，分类服务齐全，各州政府在政策上对以废钢铁作为原料的环保型钢厂给予支持。
2） 投资少，建设周期快，一个包括冷轧在内的200～250万吨的短流程钢厂投资约8亿美元，建设周期16个月。
3） 电费便宜。
4） 劳动生产率高，一般在2500吨/（人·年）以上
1.1 废钢及其代用品问题
短流程钢厂生产平材的关键之一是钢中残余元素总量控制问题，尤其是铜含量。美国短流程钢厂的铜含量基本控制在0.10％以下，采取的措施包括：
1） 废钢严格按来源，成分分类堆放。
2） 注意原料配比，使用废钢代用品如生铁，HBI，DRI等。
以GALLATIN为例，其电炉原料配比一般为60％ 的废钢+15％HBI+25％
生铁，钢水中铜含量大致在0.08％。按照此铜含量反算，其废钢铜含量大致在0.15％以下。由于铜 含量低，残余元素总量控制在025％以下。所生产的热轧钢板卷表面质量好，力学性能包括强度与塑性均达到了长流程产品的水平。废钢本身的低铜含量加上适当的代用品，是美国短流程平材厂通常采用的最简单办法。
1.2 连铸产品，质量等问题
一般来讲，不同企业有不同的产品策略。NUCOR公司HETFORD厂重点生产
热轧中厚板。BERKELEY厂生产一般用途冷轧钢板。BHP北极星厂选择中等厚度薄板坯铸机，目的是克服薄板坯连铸卷渣严重，钢板表面质量差的缺点，生产能够用于汽车业的深冲击钢板。GALLATIN厂除生产一般热轧结构钢板外，也生产汽车钢板，已在丰田，福特汽车上试用。
表2 GALLATIN厂生产的汽车用钢板成分为
[C]
T[O]
[N]
[AL]s
0.03％～0.05％
15～20）×106
70×106
0.02％
GALLATIN钢厂在洁净钢方面主要抓了以下几点：
① 电炉无渣出钢。
② 钢水包引流自开率（98％以上）
③ 精炼工艺优化控制，尤其强调[Ca]/[Al]，及钙处理以后的软搅拌工艺。
④ 保护浇铸。
⑤ 喂丝
在电磁制动（ENBR）技术方面，NUCOR BERKELEY和BHP北极星厂均在结晶器安装使用了EMRT技术。采用该技术后，在拉速为5m/min时浸入式水口流出的钢水冲击深度和结晶器钢水表面流速波动均大幅度减少。与采用EMBR前相比，钢板因铸坯卷渣造成的缺陷减少了90％，纵裂纹指数减少了80％。
1.3 关于连铸坯厚度问题
薄板坯连铸连轧发展到今天，有四个重要变化：
① 不再追求连铸坯愈薄愈好，一般以70mm左右为宜。
② 铸机垂直段加长至8m以上。
③ 板坯宽度1560mm以上。
④ 初轧+精轧机组
GALLATIN厂不采用液芯压下技术（LCR），NUCOR BERKELEY厂虽装有LCR，也一直搁置不用，主要原因是：
① 采用LCR后压下辊表面温度提高，BERKELEY厂压下辊未采用内部冷却。
② 氧化铁皮压入铸坯造成后步除磷皮困难。
采用CLR的初衷主要是为了解决结晶器内腔过薄带来的冶金工艺问题，但解
决了结晶器截面积办法问题后，却带来了后面的质量问题，因此对LCR的作用值得进一步研究，特别是在结晶器安装EMBR后，就更值得探讨了。
随着现代化电炉效率的提高，冶炼周期一般可稳定在55min之内，因此CSP
短流程钢厂生产线中的连铸成为限制因素。为了解决这一“颈瓶”问题，除了在连浇炉数和拉速上下工夫外，关键是对铸机进行改造，使之能生产60～70ｍｍ厚的铸坯。对于生产高质量的铸坯来讲， 提高拉速也是具有限度的。对于50mm厚的CSP铸机，最高5.5ｍ/ｍin的拉速是合适的。
1.4 铸坯的温度
薄板坯进入热轧加热炉前温度是影响成本和板材质量的重要参数，NUCOR BERKELEY厂和GALLATIN厂进加热炉前的铸坯温度一般都在980～1040度之间，BERKELEY厂可达1075度，生产实践表明，铸坯入炉前的温度愈高，轧制板形愈好，愈容易轧制薄规格，并且能够有效降低加热炉能耗。
1.5 钢水成材率
成材率是反映企业技术与管理水平高低的一个综合指标。它与连铸连浇
率，钢水质量，加热炉工艺，轧制技术及生产管理等密切相关。NUCOR BERKELEY厂的有关数据如表3：

表3
平均钢水成材率
98.5％
平均铸坯成材率
97.4％
综合钢水成材率
98.5×97.4％=98.84％
BERKELEY厂的连浇炉数一般为11～16炉，平均为12炉，平均连浇时间达11h。要抓好连浇率问题，必须在以下几个方面有进一步的突破：
① 钢包钢水下渣检测或准确判断的问题，残留量控制在4%以内。
② 漏钢率<0.4％
③ 中间包水口与浸入式水口的寿命稳定控制在10h以上。
1.6 低合金高强度钢
CSP工艺由于其特殊性，热轧板卷一般强度高，硬度高，塑性好，冷加工比较困难。同时如不采取特别措施，其力学性能变化区间偏大，给后续工序带来相应的问题，应此必须加以控制。
关于加钒问题，美国STRATCOR公司向钢中加入VN，加入VN合金后，钢中只需0.053%的钒就相当于向钢中加入钒铁时0.07％V的效果，节约成本20%～40％。
2．中国薄板坯连铸连轧技术的现状
中国钢铁工业近年来发展迅速，自1996年来，产钢量持续保持在1亿吨以上，成为世界上产钢量最多的国家。
近年来钢铁行业进行了结构调整，通过工艺技术结构调整，企业的技术进步有明显进展。2001年12月我国淘汰了最后一座平炉。10多年来我国钢铁企业的连铸发展得很快，连铸比由1990年的22.7％提高至2001年的88.3％，超过了世界的平均水平。武钢，鞍钢首钢等一批大型钢铁企业实现了全连铸生产。一些企业板坯铸机漏钢率平均＜0.01％，高效化连铸生产有较大进展。
1998年我国第一条生产线在珠江钢铁公司投产，此后邯钢，鞍钢，包钢3条生产线陆续投入生产并继续配套完善。唐钢的薄板坯连铸机FTSR已于2002年10月14日热试成功，FTER将全线贯通。这些生产线全部建成后，我国拥有的7条薄板坯连铸连轧生产线，其总产能超过1000万吨/年。表4列出了7条生产线的概况：
企业
炼钢炉
连铸机
板坯尺寸mm
生产能力
万t/a
轧机
最终产品尺寸/mm
均热炉
投产日期
珠钢
1×150t电炉
1流立弯型CSP铸机
50×（950～1350）
80
6机架CSP轧机
1.27（最小）
辊底式均热炉191.8m
1998—11
邯钢
2×100（公称）/120实际出钢）t转炉
1流立弯型CSP铸机
（50—70）×（980～1560）
123
1+6机架CSP轧机
1.20（最小）
辊底式均热炉191.8m
1999—12
包钢
2×210t转炉
2流立弯型CSP铸机
70×（900～1680）
200
6机架CSP轧机
1.20（最小）
辊底式均热炉200.8m*2，摆动式串联
2001—04
唐钢
2×150t转炉
1流直狐型FTSR铸机
（90～70），65*（850～1680）
130
2+5机架达涅利+三菱轧机
0.80～6.00
辊底式均热炉187m
2002—12
马钢
2×100（公称）/110（实际出钢）
2流立弯型CSP铸机
（90～70），65×（900～1600）
220
7机架CSP轧机
0.80～8.00
辊底式均热炉270m×2，摆动式串联
2003—12
涟钢

2×90（公称）/105（实际出钢）t转炉
1流立弯型CSP铸机
70，55×（900～1600）
130
7机架CSP轧机
0.8～12.70
辊底式均热炉291m
2004—04
鞍钢
2×90（公称）/110（实际出钢）t转炉
1流直弧型CONROLL铸机
135（100～150）×（900～1620）
100
1+6机架ASP轧机
130（最小）
步进式加热炉
2000—07
表4

其中珠钢，邯钢，包钢，马钢，涟钢5个企业采用的是CSP生产线，包钢和马钢用2流，珠钢和邯钢正在建第二流连铸机，其余是1流，轧机机组为六机架或7机架。设计的最终产品的最薄规格，前3家为1.2mm，后3家为0.8mm。鞍钢ASP生产线采用的VAI公司直弧型CONROLL铸机，是一种中薄板坯铸机，铸坯厚度为135mm。
3．薄板坯表面纵裂
在CSP生产过程中，珠钢，包钢出现了薄板坯表面纵裂现象。连铸坯纵裂纹是影响连铸机产量和铸坯质量的重要缺陷。铸坯各类缺陷中50％为裂纹。铸坯出现裂纹重者导致拉漏或废品，轻者要进行精整。这样既影响铸机生产率，又影响产品质量，因而增加了成本。在对包钢和珠钢薄板坯表面纵裂进行分析后初步分析原因和措施：
3.1 钢中含碳量
根据有关文献，钢液在凝固过程中发生包晶转变L+δ=γ时会发生约0.38％的体积收缩，平衡条件下如发生包晶相变，根据Fe-C平衡转变图，亚包晶钢碳含量反应量最大，收缩量也最大。
在实际浇注过程中，由于冷却速度大，液固两相区选分结晶钢中含锰和其它扩大γ区因素等影响，实际的包晶成分点会向Fe-C相图的左下方转移，因此造成含碳0.10％左右的钢收缩量最大。当钢收缩量大时，凝固坯壳会脱离结晶器壁，造成平均热流的减少。实际连铸中含碳0.10％左右的亚包晶钢铸坯凝固坯壳生长不均匀，表面纵裂纹发生率较高，均与凝固时伴随包晶转变发生收缩有关。
在珠钢CSP工艺生产的SPA-H钢中碳含量分别为0.06％、0.076％和0.08％。在相同拉速下，含碳量为0.06％的连铸坯没有发生表面纵裂；含碳量0.076％的连铸坯发现表面纵裂；含碳量0.08％的有严重的纵裂纹。此外，SPA-H钢中含有Mn、Ni、N、Cu等扩大奥氏体元素，加上薄板坯冷却速度比传统板坯快，会造成实际包晶成分向Fe-C相图的左下方转移，因此造成钢在含碳0.07-0.09％范围内就会发生包晶反应，且包晶反应量相当大，从而造成薄板坯收缩量也相当大。当钢收缩量大时凝固坯壳会脱离结晶器壁，尤其更容易脱离漏斗型结晶器，造成薄板坯凝固坯壳生长不均匀从而产生铸坯表面纵裂，严重时会产生漏钢。经统计分析发现，当钢中碳含量大于0.06％后，铸坯有时产生轻微表面纵裂纹。随含碳量增加，薄板坯产生纵裂纹的倾向增加。因此，只要具备生产低碳钢水（<0.04％）的成功经验，就能防止钢水在钢包内和中间包内增碳，保证中间包内钢水含碳量小于0.06％，从根本上避免裂纹的发生。
3.2 硫含量
钢中[S]含量对铸坯的裂纹敏感性有明显的影响，[S]>0.020％时，使钢中
两相区凝固界面的延伸率大大下降；钢的热裂纹敏感性随[S]含量增加而增加，热裂指数升高。当[S]>0.020％时[Mn]/[S]较低，小于30，在晶界出现低熔点的硫化物比例增多。
3.3 结晶器的热流密度
日本住友金属公司90年代在连钢厂采用50～100t钢包的钢水，在冶金长度12.8m中等厚度（90～120mm）的试验板坯宽度为1000mm，经过大量实验发现，为了防止产生表面纵裂纹，需控制结晶器铜板的热流密度在临界热流密度以下。低碳钢（0.04%～0.06%）的临界热流密度为3.0×10 6w/m 2；中碳钢（0.14%～0.17%）的临界热流密度为2.0×10 6w/m2。
目前，CSP连铸机通常的漏斗型结晶器宽面热流密度为（2.40～2.90）×106 w/m2,处理生产含碳小于0.06%低碳钢，根据经验，一般不会产生纵裂纹。但是如果生产0.07%～0.20%碳含量的钢种，则难以保证使结晶器铜板宽面热流密度小于2.0×106w/m2.影响结晶器热流密度的主要因素为连铸机拉速，一般情况是拉速愈高，热流密度越大。
3.4 拉速的影响
对含碳量小于0.06%的钢种浇注速度达到5.5m/min还可以保证表面质量，而含碳量在0.08%左右的钢仍然是难浇钢种。以珠江CSP钢厂为例，对于碳含量大于0.18％的钢种，其拉速大于4.8m/min时开始出现纵裂纹缺陷，5.0m/min时纵裂纹比较发达。
3.5 过热度对纵裂的影响
合理地控制中间罐钢水的过热度非常重要，过热度对铸坯纵裂的影响见
图1。图1为武钢三炼钢2001年1～6月Q235系列、SS400系列536炉的统计数据。可以看出，当过热度>20oC时，铸坯纵裂发生概率增大，这是因为高过热度使铸坯的柱状晶粗大，加剧晶间裂纹的产生。另外浇注温度高，形成的坯壳薄，承受横向应力的能力差，纵裂纹发生率增大。当过热度<5oC时，纵裂发生率也有所增大，这可能是由于浇注温度低拉速高，保护渣化渣缓慢所致。

图 1
4. 坯表面纵裂纹的形成及预防措施
在结晶器内坯壳内产生细小裂纹后继续向下运动，由于结晶器下部锥度不足以支撑坯壳抵抗钢水静压力，保护渣流动性不合适难以填充气隙及结晶器传热不均匀等作用下，形成细小纵裂纹而削弱的应力集中部位又产生一个更大的应力集中，这时应力集中不仅包括热应力，还包括外力作用，同时由于细小纵裂纹的存在造成缺口效应。在应力作用下细小纵裂纹沿树枝晶低塑性区撕裂，同时表面颈缩加重。铸坯进入二冷区后由于薄板连铸的工艺特性，必须采用强的二冷方式，足辊区喷水量非常大，这又进一步增加了坯壳内部热应力的集中，加重了纵裂纹的扩展延伸和铸坯表面凹陷程度。结晶器内形成的纵裂纹大都很细小，进入二冷区后如冷区强度过大或冷却严重不均匀，强的热应力会使铸坯表面已生成的微细纵裂纹扩大、延伸，最终发展为表面纵裂纹缺陷。
从工艺上讲可以合理控制钢中含碳量，在满足产品要求的前提下尽可能地避免碳含量在包晶钢碳含量附近，从而避开裂纹敏感区。在满足产率的前提下，适当降低拉速，保证结晶器出口有足够的坯壳厚度，并严格控制浇钢温度。CSP工艺一般有先进的适时测量设备，可以适时地测量结晶器的水量、水温、进水温差等，因此可确保有足够和有效的冷却强度。采用动态二冷水控制，监测二冷段铸坯表面优良好的温度分布，保证；连铸坯二冷段凝固终点的对称，避免出现热应力的集中，防止已生成的细小裂纹的扩散。此外保证钢水质量可以为连铸生产带来很大方便。
武钢三炼厂在生产中对[S]控制如下：
①入炉铁水全部预脱硫，并按不同钢种质量要求及缺陷情况决定深脱（[S]≤0.005％）或浅脱（[S] ≤0.010％）；
②根据不同钢种对[S]的要求，采用合理的废钢模式；
③转炉吹炼终点[S]较高时，可采用钢包底加石灰出钢脱硫或到有脱硫功能的钢包炉脱硫。
在设备方面，国内的CSP钢厂生产实践表明，漏斗型结晶器存在容易卷渣的缺点，引发铸坯增碳、冷弯发裂、纵向裂纹等缺陷。因此在CSP铸机上安装EMBR（电磁制动技术）非常必要，特别是生产高质量的品种显得尤为重要。
武钢三炼钢在生产过程中采取下列措施对过热度加以控制：
① 钢包、中间罐钢液面覆盖一定量的保温剂（如炭化稻壳）或复合型保护渣；
② 红热罐出钢；
③ 中间罐烘烤>1200oC；
④ 保证足够的吹氩时间，使钢水温度均匀；
⑤ 减少钢包周转数量，缩短周转周期。
通过准确的出钢温度和温度的过程温度来实现中间罐钢水适当的过热度。
目前生产钢种的过热度控制在10～20oC。
5. 结论
铸坯表面的细小纵裂纹和较大纵裂纹都是在结晶器内形核并生成，尤其是在浸入式水口出口周围的钢水剧烈运动区域。改善浸入式水口和结晶器内流场状况是减少纵裂纹缺陷的有效措施。钢中碳含量是影响表面缺陷的重要因素，包晶钢极易出现纵裂；此外，结晶器热流密度超过临界值或不均和拉速过高都会造成纵裂纹的产生。保证钢水碳含量在包晶钢之外和采用合理的拉速也可减少纵裂缺陷。在纵裂纹发生区，一般有深的折痕和铸坯表面凹陷现象纵裂纹的产生区域总有夹杂物的出现，这些包括保护渣在内的夹杂物对纵裂纹形成有一定的促进作用。纵裂纹在低熔点区产生后，在应力作用下沿树枝晶间延伸扩展。裂纹不但沿一次树枝晶间扩展，在二次树枝晶臂间也会发生纵裂纹的延伸和扩展。

参考文献
【1】 中国金属学会访美代表团 .美国短流程薄板坯连铸钢厂近况 .中国冶金.2002年6月第3期。
【2】 仲增墉 .中国薄板坯连铸连轧技术的现状和发展 . 钢铁 .2003年7月第38卷第7期。
【3】 王彦锋等 . CSP工艺生产的薄板坯连铸表面纵裂纹缺陷研究 . 钢铁 .2002
年12月 第37卷第12期。
【4】 任迅 .连铸坯纵裂的成因与对策 . 连铸 .2002年第3期。
【5】 陈雷主编 .连续铸钢 .冶金工业出版社 .1994年
【6】 杨晓江 .连铸薄板坯的质量 .连铸 .2002年第1期
【7】 殷瑞钰 .关于中国薄板坯连铸连轧的工艺装备优化和投资问题 .钢铁 .
2003年8月第38卷第8期.
【8】 霍向东等 .CSP层流冷却工艺对低碳钢组织和性能的影响 .钢铁 .
2003年8月第38卷第8期.
【9】 郭亮 .薄板连铸连轧（CSP）工艺特性及钢种开发 .冶金丛译.1999年第3期
【10】蔡开科 .薄板坯连铸技术的发展 .连续铸钢学术会议论文选集（唐山） .
1987.29
【11】G .Flemming等 .CSP工艺及其对扩大生产规模的适应性 .国外钢铁,1994(5)

第二篇 设计部分

年产100万吨铸坯的电炉的全连铸电炉炼钢

摘 要 本设计内容是2×120t超高功率电弧炉，主要采用了偏心底出钢，废钢预热，炉外精炼，钢水全连铸等新技术。全文共包括六部分，进行了工艺部分计算及相关设备的选取。
关键词 偏心底出钢 废钢预热 炉外精炼 钢水全连铸

Abstract This designing text is 2×120t UHP Electric Arc furnace, primary using some new techniques. For example, the EBT, scrap preheating, the refining out of the furnace and the molten steel 100% continuous casting, ect. This design include six sections, compute the partion of operation procession and select the equipment about the designing.
Key words EBT scrap preheating the refining out of the furnace
The molten steel continuous casting

1. 概述
本设计是根据毕业设计任务书要求进行的。设计任务是年产100万吨铸坯的全连铸电炉炼钢的设计。在炼钢车间，本设计中采用2座120吨的电炉，其中采用了偏心底出钢，水冷挂渣炉壁，废钢预热，炉外精炼等新技术。在连铸车间，设置了一台二机二流的弧形连铸机，以实现连铸连轧。
钢水工艺流程：
EAF

100％

20％

LF MPE过程

30％

VD

100％

FW
100％

CCM

本设计共分六部分：第一部分包括电弧炉的炉型设计和原料成分；第二部分为供料系统和除尘系统计算；第三部分为炉外精炼设备的设计和选取；第四部分为连铸设备的设计与选取；第五部分为车间厂房及设备的设计与选取；第六部分为车间定员。

2. 生产计划及金属平衡
2.1 生产计划
炼钢车间生产计划根据轧机生产能力要求、炼铁厂高炉供应的铁水量和全厂废钢平衡，以及炼钢车间主体设备的生产能力进行综合分析确定的。
2.1.1 生产钢种
钢种
普碳钢
低合金钢
特殊钢
年产量（万吨）
11.904
11.904
95.232
比例（％）
10
10
80

2.1.2 主要生产钢种成分
钢种分类
钢号
主要化学成分
C
Si
Mn
S
P
Ni
Cr
特殊钢
10F
0.07～0.14
≤0.07
0.25～0.50
≤0.04
≤0.040
≤0.25
≤0.15
普碳钢
Q235
0.14～0.22
≤0.30
0.30～0.65
≤0.040
≤0.040

低合金钢
16Mn
0.12～0.20
0.20～0.55
1.20～1.60
≤0.040
≤0.040

2.1.3 连铸机断面规格及产量分配
铸坯断面尺寸（mm）
150×1000
150×800
170×1000
定尺长度（m）
8
10
8
年产量（万吨）
80
10
10

2.2 金属平衡
年产良坯100万吨，需废钢量为56.2311万吨。金属平衡表如下：

钢铁料平衡图

50%废钢

50％DRI

90％ 86％

电炉钢水

钢包精炼钢水
100％

0.1％ 98％ 1.9％
损耗

中间罐钢水

返回废钢

损耗
返回废钢
连铸坯
0.5% 97.5％ 2.0％

0.5% 99％ 0.5％
合格铸坯
损耗
返回废钢

2.3 电炉钢水产量计算
2.3.1 电炉作业制度
车间全年日历工作天数 365天
车间全年大修天数 25天
每十天计划检修8小时（包括修炉），全年合计天数 10天
车间不可预计的生产故障耽误天数 20天
电炉全年实际生产天数 310天
电炉作业率： 310÷365＝85％
2.3.2 电炉作业指标
电炉平均出钢量 120吨
电炉出钢至出钢周期 90min
炉外精炼时间：
钢包炉精炼（包括喂丝） ～45min
MPE处理 ～15min
真空脱气（包括喂丝） ～35min
2.3.3 一座120吨高功率电炉可能达到的年产钢水能力计算
Q＝24×60×120×310/90=595200 t/a
2.4 原料条件
2.4.1 碳素钢成分（％）
C
Si
Mn
P
S
Fe
0.18
0.25
0.55
0.03
0.03
98.96
2.4.2 生铁成分（％）
C
Si
Mn
P

S
Fe
3.8～4.25
0.4～0.66
0.4～0.57
0.04～0.12
0.028～0.638

4.04
0.52
0.49
0.09
0.04
94.82
2.4.3 石灰成分
CaO
SiO2
MgO
AlO2
烧减
S
88.6～91.3
1.84～2.78
1.5～1.7
1.3～1.65
余数
0.04～0.07
91.00
2.50
1.60
1.50
3.34
0.06
2.4.4 萤石成分（％）
CaF
SiO2
MgO
Al2O3
P2O5
S
88.4～91.3
2.33～4.10
0.21～0.43
2.44～4.25
0.21～0.39
0.04～0.07
90.00
4.00
0.35
4.25
0.36
0.04
2.4.5 矿石成分（％）
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
P2O5
S
Fe2O3
H2O
1.4～1.6
4.3～5.6
0.3～0.6
1.4～1.77
<0.15
<0.06
89.96～92.1
<1.5
1.50
4.5
0.50
1.60
0.10
0.06
91.00
0.74
2.4.6 砖块成分（％）
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
0.5～0.7
61～74
0.3～0.6
33～37
0.9～1.2
0.60
63.00
0.40
35.00
1.00
2.4.7 高铝砖成分（％）
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
3.4～4.0
3.2～3.6
0.1～0.12
89.87～92.3
0.7～0.85
3.50
3.50
0.10
92.10
0.80
2.4.8 炉衬配比（镁碳砖）
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
4.1～4.9
3.5～4.0
88.9～92.3
0.62～0.84
1.2～1.8
4.50
3.50
90.00
0.70
0.30
2.4.9 铁合金成分
1) 硅铁（70＃）
C
Si
Mn
P
S
余Fe
0.01～0.06
68.5～78.6
0.66～0.81
<0.045
0.03～0.045

0.05
73.00
0.07
0.04
0.03
26.18
2) 锰铁（75＃）
C
Si
Mn
P
S
余Fe
6.4～7.3
1.2～2.1
76～80.4
0.28～0.36
0.024～0.031

7.00
1.50
78.00
0.30
0.03
13.17
3）铬铁
C
Si
Cr
P
S
余Fe
2.88～4.4
0.2～0.41
58.8～68
0.03～0.035
0.04～0.05

4.00
0.30
60.00
0.03
0.04
35.63
4）铝
Al：98.0～99.1 Fe：1.0～1.4
5)镍
Ni:99
2.5 工艺参数设定
1、 配碳量
配碳量＝（C钢种规格下限－（0.03～0.10）％＋（0.3～0.4）％）/（0.3～0.4）
2、 化期脱碳量：30％
3、其它原料加入量
为提前造渣脱磷，先加入部分石灰（15～20Kg/t(金属料)）和矿石（10kg/t(金属料)。
4、 电极消耗量
3～4Kg/t(金属料)，其中熔化期占50％，氧化期占35％，还原期占15％。
5、炉衬镁碳砖消耗量
4.5Kg/t(金属料)，其中熔化期占40％，氧化期和还原期各占30％。
6、 熔化期和氧化期所需氧量
50～60％来自氧气，其余来自空气和矿石。
7、氧气纯度和利用率
纯度为99.6％，余者为氮气，氧利用率为90％。
8、碳的氧化产物
均按70％生成Co，30％生成Co2考虑。
9、烟尘量
按7～8％Kg/t(金属料)考虑。

3. 电弧炉型设计
电弧炉是目前世界上熔炼优质钢、特殊用途钢的主要设备。电弧炉的炉型主要是指炉子的内部空间形状与尺寸。为了减少散热表面，以球形为好。现代电弧炉炉体中部是圆桶型，炉底为弧形，炉顶为拱形。后因采用高功率和超高功率技术，新型电弧炉多数采用水冷炉壁，以及水冷炉顶，因此将电弧炉炉壁均做成柱形。现今电弧炉都不同程度地使用高功率或超高功率，以提高炉子容量。应用偏心底出钢等新技术，以提高炉体寿命和生成效率，降低生产成本，获得最佳经济效益。
本次设计的是2×120t超高功率电弧炉，采用偏心底出钢、水冷挂渣炉壁、废钢预热等技术，以达到最优化。电弧炉内部分为熔池和熔化室两部分。
3.1 熔池的形状和尺寸
(1) 120t钢液所占体积：V=G×V0
式中 G——炉子额定容量，t；G=120t
V0—— 一吨钢液的体积，m3/t; V0=0.14 m3/t
所以120t钢液体积 V钢＝120×0.14＝16.8 m3
(2) 因为电弧炉熔炼的氧化期有最大渣量，渣与钢液重量之比0.07，因此熔渣重量为120×0.07＝8.4 ，假定1m3熔渣重3吨，则熔渣占有容积为：
V渣＝8.4÷3＝2.8 m3
(3) 熔池形状
一般选用球冠加倒置的圆锥台，圆锥部分与水平线的倾角为450，这样的形