年产100万吨钢坯锭电炉炼钢车间初步设计样本.doc

目 录
摘 要 III
Abstract IV
第一章 新建电炉炼钢车间可行性分析 1
1.1 序言 1
1.2 市场需求 2
1.3 冶金资源 2
1.4 贵阳交通和地理位置 4
1.5环境保护 4
第二章 产品方案、车间生产能力确实定和全厂金属平衡 5
2.1产品方案确实定 5
2.2车间生产能力确实定 7
2.3金属平衡图 8
第三章 电弧炉炉型、变压器功率及电参数设计 10
3.1 70t电弧炉炉型选择及尺寸计算 10
3.2 耐火材料及炉壳设计 12
3.3变压器功率和电参数设计 13
3.3.2电压级数 14
3.3.3电极直径 15
第四章 电炉物料平衡及热平衡计算 17
4.1 物料平衡计算 17
5.2 热平衡计算 44
4.3误差分析 49
第五章 关键隶属设备选择及其关键工艺参数计算 50
5.1 炉外精炼设备选择 50
5.2浇注方法选择 51
5.3连铸机分类和选择 52
5.4车间各跨区尺寸及关键隶属设备 52
第六章 环境保护 56
6.1 电炉炼钢厂污染特点 56
6.2 烟气净化方法选择 56
参考文件 58
致 谢 59
附 录 60
附录一：70t电弧炉剖面图（A2图） 60
附录二：车间平面工艺部署图（A1图） 60

年产100万吨钢坯（锭）电炉炼钢车间初步设计
摘 要
世界电炉钢产量不停增加，总产量占整个粗钢产量1/3，但中国现在面临自1990年以来第二次逐年下降局面。所以，针对中国现在废钢及电力紧缺现实状况，从全球可连续发展和使中国由钢铁大国变为钢铁强国战略出发，现在国家应经过宏观调控，扶持中国电炉钢发展，引导钢铁企业对发展中国现代电炉炼钢步骤进行第二轮投资。
本设计依据这些情况并结合贵州地域市场需求、废钢资源、生铁资源、电力资源、水资源、交通运输、环境保护等多方面提出在贵州地域兴建年产100万吨钢坯（锭）电炉炼钢车间可能性并作了可行性分析，在此基础上进行了电炉车间初步设计。关键内容有：产品方案、车间生产能力确实定、全厂金属平衡图绘制；电炉炉型设计、变压器功率及关键电参数计算；物料平衡和热平衡计算；车间关键隶属设备选择、计算；环境保护；电炉炉型砌砖图和车间平面工艺部署图等。

关键词：电炉 钢坯 设计

Yearly produces 1,000,000 tons billets (spindle) the ectric steelmaking workshop preliminary design
Abstract
World EAF steel production is growing, the total crude steel production output of 1 / 3, but is currently facing our country since 1990, an annual decline in the second situation. Therefore, in view of the current shortage of scrap steel and electricity status quo, from a global sustainable development and to make our country into a great power by the Iron and Steel Iron and Steel strategic power, the current macro-control by the State to support the development of China's electric furnace steel to guide the iron and steel enterprises development of modern electric furnace steelmaking process the second round of investment.
The design under these circumstances and with the Guizhou region metallurgical resources, market demand, transportation, environmental protection, and so propose the construction of the Guizhou region with an annual output of 1,000,000 tons steel billet (ingot) electric furnace steel-making workshop and the possibility of a feasibility Analysis, on the basis of a preliminary design of the electric furnace workshop. Elements include: product programme, workshop production capacity of the determination of the entire plant metal balance plan rendering; EAF furnace design, power transformers and major electrical parameters of the calculation; material balance and the heat balance calculation; workshop principal subsidiary equipment selection, Calculation, environmental protection, electric furnace furnace bricklayer map and layout of workshop process, such as plane.

Keywords：Electric Arc furnace， Billets ，design

第一章 新建电炉炼钢车间可行性分析
1.1 序言
自上世纪中叶至今，尽管转炉炼钢技术取得了长足进步，但世界电炉钢百分比不停增加，从1950年增加到33.8%。
电炉钢百分比增加，关键是因为跟高炉转炉长步骤相比，电炉炼钢含有固定投资小，消耗铁矿石、焦炭、水等资源少，占地面积小，可比能耗低，对环境污染少，工厂可靠近资源产地及市场，开启及停炉灵活等优点，符合全球可连续发展要求。
本世纪前四年，世界上年产钢500万吨以上关键产国家各国粗钢产量稳步增加，电炉钢百分比不一样国家有增有减，总体上有所降低，从至电炉钢百分比从35%下降到33.1%。即使粗钢产量增加快速，但世界电炉钢百分比从33.1%上升至33.8%。
来，中国在现代电炉步骤和电炉工程技术方面取得了长足进步，关键表现在以下多个方面：
第一，中国实现了电炉炉容大型化，形成了电炉炼钢——炉外精炼——连铸或电炉 炼——炉外精炼——连铸——连轧先到话电炉步骤群体。1992年中国电路基础上式小炉子，平均炉容为4.6吨/台。现在中国有60-150吨大炉子36台，打电炉产钢量约占电炉总产量61%。大电炉采取优异、集约技术，能够实现高电压、长弧、低电流操作，步骤合理、生产效率高、消耗低。
第二，中国电炉炼钢生产技术经济指标大幅度提升，不少钢厂在冶炼周期、电耗、利用系数、生产率等方面已经进入国际优异甚至国际领先行列。电炉冶炼技术进步，促进了中国电炉钢生产规模扩大和发展。进两年来中国电炉钢在废钢及电力资源紧缺、价格高、成本比转炉钢高等很多不利条件下，产量大幅度增加，电炉钢百分比有所回升，电炉钢增加速率略高于总钢量增加速率。
第三，中国消化吸收引进国外优异电炉冶炼技术基础上有所创新，有些创新推进了中国现代电炉炼钢技术及电炉钢生产快速发展。比如电弧冶炼周期高效化、综合节能技术，电弧炉加炼钢废料结构合理化技术、余热利用技术，电炉冶炼强化供氧供能技术、电炉炼钢控制技术等。
1.2市场需求
伴随中国经济快速增加，大家对钢材需求量越来越大。从中国造船、修船、海洋工程钢材需求量和外国企业在华船舶分段厂钢材需求量四个方面估计，～中国船用钢材需求量为4152万吨，年均830万吨，～船用钢材需求量为5141万吨，年均1028万吨。～共需船用钢材9293万吨。从造船形势发展来看，中国船舶工业对船用钢材需求量较估计数据会有深入增加，需求量将保持在较高水平。依据～汽车产量及保有量估计数量，汽车用钢组成及部分灵部件、总成国产化情况进行估计，汽车用钢材需求量为1371万吨，为1510万吨，为1637万吨，2176万吨，为2767万吨，是需求量两倍。从中国五金行业钢材需求方面进行了分析，，五金行业用钢量为1400万吨左右，比上年增加8%～10%，当年所消耗钢材是电力行业用钢量3倍多，其中线材用量在750万吨以上，板材用量300万吨以上。国产钢材拥有率在95%；到，五金行业用钢量将增加到1850万吨；，日用杂品行业钢材需求量160～200万吨，需求估计将达成200～250万吨。由上可知不管是在汽车，造船、建筑还是五金及其它行业，每十二个月全部需要大量钢材。就贵州而言，本省钢材需求量为500万吨,而实际产量只有350万吨，之间存在很大空缺。所以在贵阳地域新建年产100万t钢坯（锭）电炉车间是完全可行，也是很有必需。
1.3冶金资源
1.3.1电力和水资源
电炉炼钢是耗能大户之一，它需要大量电力、水和及其它生产所需。贵州能源资源富集。水、电、煤多个能源兼备，水能和煤炭优势并存，水火互济。水能资源蕴藏量为1874.5万千瓦，居全国第六位，其中可开发量达1683万千瓦，占全国总量4.4%，尤其是水位落差集中河段多，开发条件优越。贵州省素以“西南煤海”著称，煤炭资源储量达507.28亿吨，居全国第五位，超出南方12省(区、市)煤炭资源储量总和。煤炭不仅储量大，且煤种齐全、煤质优良，为发展火电，实施 “西电东送”奠定了坚实基础，同时为煤化工、实施“煤变油”工程提供了资源条件。在“西电东送”推进下，电力建设得到快速发展。末，贵州省6000千瓦及以上电厂累计63个，装机总容量1866.647万千瓦。其中水电厂36个，装机容量431.672万千瓦；火电厂27个，装机容量1434.975万千瓦。在全省6000千瓦以上电厂中，贵州电网统一调度电厂34个，装机总容量1816.832万千瓦，其中水电厂18个，装机414.832万千瓦，火电厂16个，装机1402万千瓦。在，全省6000千瓦以上电厂累计发电854.868亿千瓦时，其中贵州电网统调电厂发电830.7112亿千瓦时，非统调电厂发电24.1356亿千瓦时。，全省新增机组总计498.95万千瓦，其中火电470万千瓦，水电28.95万千瓦。至末，全省电网统调装机容量达成2029.9万千瓦，发电量达成1166.32亿千瓦小时。除此之外，贵州每十二个月全部向广东、广西等领省输送大量电能。以上数据足以说明，贵州电力完全可供新建电炉车间对电能需求。贵州电能充沛，电价较低。这么能够降低用电成本。
1.3.2废钢资源
废钢是电炉炼钢最关键原材料。1986年，经过对全国废钢铁资源抽查及分析，大约统计出全国80%以上废钢铁资源分布在京、津、沪、粤、辽、黑、冀、晋、鲁、鄂、川及江苏这12个工矿企业比较集中、人口比较稠密省市；其它地域因为地理条件较差、人口较少，生成废钢资源不足20%，具体如表1-3-1所表示。

表1-3-1 90年代中国废钢铁资源分布简表 (单位：万吨 )
华北
华北
华东
中南
西南
西北
总计
四川
贵州
云南
700
400
1100
500
63%
25%
12%
150
3050
200

这就是说在贵州当初废钢有50万吨左右。伴随钢铁生产率提升，和各行业钢铁产品报废，贵州废钢资源有了较大幅度提升，能满足新建电炉车间对废钢需求。
1.3.3铁合金供给
铁合金是炼钢过程中关键材料，它可做脱氧剂和合金剂。据相关数据表明，贵州铁合金产量现在位居全国之首。，全国铁合金总产量约为1000万吨，其中约有200～300万吨出自贵州。现在，全省境内共有铁合金生产企业200多家，年产能力超出200万吨。贵州现在已成为中国乃至世界上最关键锰系铁合金及金属硅生产基地。从省内铁合金企业分布看，形成了以遵义为中心北部产区；以清镇、龙里为中心中部生产区；另以独山为中心南部生产区。全部产品以锰系铁合金中硅锰，碳素锰铁及金属硅为主，兼有其它铁合金种类，能够满足电弧炉炼钢生产对铁合金多种需求。
1.3.4生铁供给
作为电炉炼钢生产另一原材料之一生铁，它多少对电炉炉钢也有一定影响。在部分废钢资源少地方，厂家生产钢时，通常会配入一定量生铁。贵阳废钢资源并不是十分丰富，远远低于其它发达城市。所以在生产时也能够配加部分生铁。据中国整年生铁产量分省市统计表明，贵州生铁产量为319 万吨，完全能满足电炉炼钢生产对生铁需求。
1.4 贵阳交通和地理位置
贵州北靠湖南，南邻广西，西毗云南，北连四川和重庆，省会贵阳市距重庆长江口岸300多千米、距广西北海直距约500千米。是一个山川秀丽，气候宜人，资源丰富城市。也是整个西南地域交通运输枢纽。境内拥有湘黔铁路、320国道等，这些组成了便捷交通运输网络，能满足新建电炉炼钢车间产品、原料及其它所需运输要求。
1.5环境保护
电炉炼钢生产对环境会造成一定程度污染，其关键表现为大气污染，水污染以和噪声污染。而大气污染又关键是电炉烟尘、二氧化硫和燃煤烟尘污染。实践表明，对于这些污染能够采取对应技术方法来预防、减轻和控制使之达成国家排放要求。就电炉炼钢生产所产生粉尘，能够采取布袋收尘方法或电收尘方法，使粉尘量达成国家排放标准。而对于水污染能够经过采取较优异生产工艺来降低对水使用量，从而降低水污染。
综合以上多个方面来看，在贵阳地域兴建年产100万吨钢坯（锭）电炉炼钢车间是有必需，也是完全可行。

第二章 产品方案、车间生产能力确实定和全厂金属平衡
2.1产品方案确实定
车间产品方案确实定得结合中国及本省钢材市场对各钢种需求. 中国钢材消费关键集中在建筑、机械、汽车、家电、造船；石化、集装箱、铁路八大行业，这八大行业钢材消费量占全国消费量80％。然而本省工业不是很发达,钢材关键用于建筑方面。对于这方面，棒材和线材需求量较大。这里所说棒材关键是碳素结构钢和低合金钢。所以，设计该电炉车间关键生产优质碳素结构钢和中、低合金钢。下面是电炉炼钢车间生产钢种。如表2-1-1
表2-1-1 产品方案

序号
钢种
代表钢号
年产钢水量
（万吨）
整年连铸坯
（万吨）
百分比
（%）
1

2

累计
优质碳素结构钢

合金结构钢

20
30
45
50Mn
30CrMnSi
42CrMo
20MnSi
40Cr
5.26
10.52
10.52
12.62
4.20
6.30
46.30
8.42
104.14
5.00
10.00
10.00
12.00
4.00
6.00
45.00
8.00
100
5
10
10
12
4
6
45
8
100

表2-1-2 代表钢号化学成份
序
号
钢
号

C

Si
化
Mn
学
Cr
成
Mo
分
Ni

Cu

P

S
1
2
3
4
5
6
7
8
20
30
45
50Mn
30CrMnSi
42CrMo
20MnSi
40Cr
0.17～0.24
0.27～0.35
0.42～0.50
0.48～0.56
0.27～0.34
0.38～0.45
0.17～0.25
0.37～0.44
0.17～0.37
0.15～0.35
0.17～0.37
0.17～0.37
0.90～1.20
0.17～0.37
0.40～0.80
0.17～0.37
0.35～0.65
0.70～1.00
0.50～0.80
0.70～1.00
0.80～1.10
0.50～0.80
1.20～1.60
0.50～0.80
≤0.25

≤0.25
≤0.25
0.80～1.10
0.90～1.20

0.80～1.10

0.15～0.25
≤0.25

≤0.30
≤0.30

≤0.30
≤0.25

≤0.25
≤0.025
≤0.30
≤0.035
≤0.06

≤0.035

≤0.035
≤0.05
≤0.035
0.08～0.15

≤0.035
≤0.035
≤0.05

2.2车间生产能力确实定
车间生产能力确实定即是电弧炉容量和座数确实定，它关键和车间生产规模、冶炼周期、作业率等原因相关。
2. 2.1电弧炉总容量确实定
由电弧炉产量通常计算式
A----电炉车间年产总量，A=1000000t
n----有效工作日，n=332天
a----钢坯收得率，a=90%
t----冶炼周期，t=1h
g----电炉总容量，t

整年实际工作日332天

2.2.2 电炉公称容量选择及台数确实定
由，选择两台公称容量为70t电炉，所选电炉总容量为140t。
2.2.3 车间实际年产量计算
A1=
t>1000000t
所以,满足设计生产要求。

2.2.4 校核
计算二者相对误差E，其计算公式为：

E=
所以,计算符合设计要求。

2.3金属平衡图
金属平衡图反应了整个电炉生产车间金属流向和金属收入和支出情况。它绘制是依据炼钢车间生产工艺、年产合格钢坯量来确定。用年产合格钢坯量除以钢坯收得率、烧损率等，这么反算回去最终确定大致金属料需求。本设计考虑到车间以后生产高合金钢可能，车间预留模铸。
合格钢水量 100.000÷90%=110.111万吨
金属料量 111.111÷（1-6.19）=118.443 万吨
废钢量 118.443×75%=88.832万吨
生铁量 118.443×22.5%=29.611万吨
铁合金量 118.443×2.5%=2.961万吨

现依据生产工艺将金属平衡图绘制图2-2-1。

图2-2-1生产工艺及金属平衡图 （单位： 万吨）
金属料118.443

生铁29.611

铁合金2.961
废钢88.832

电 炉

熔损及损失7.332
钢 　包

ＬＦ（VD）

连铸机111.111
预留模铸

多种损失11.111
合格坯100

第三章 电弧炉炉型、变压器功率及电参数设计
3.1 70t电弧炉炉型选择及尺寸计算
电弧炉炉型是指炉子内部空间形状和尺寸。不一样熔炼炉因工作条件不一样，供热热源不一样而有不一样内型空间。现代电弧炉炉体中部是圆桶型，炉底为弧型，炉顶为拱型。电弧炉近于球形体，以降低散热表面。电弧炉内部可分作两大部份，在炉壁下缘以下容纳钢水和溶渣部份称作炉缸，也叫熔池。其熔池容积应能足够容纳适宜熔炼重量钢液和炉渣，并合适留有余地。熔池形状应有利于炉池以下空间容纳全炉或部分费钢铁料，并在此进行熔化，称作熔化室。设计电弧炉时，冶炼反应顺利进行、砌筑，轻易补炉。现在使用多为锥球形熔池，上部为倒置截锥，下部分为球冠形，球冠形电炉炉底使得熔化钢液能积累在熔池底部快速形成金属池，加紧炉料熔化，并及早造渣，去磷，截锥形电炉炉坡便于补炉，炉坡倾角45度。基于偏心炉底出钢电炉优点[2]，倾动角度小，短网短，炉体结构简单且电耗小，钢流短而成直线状且钢包可带盖等。本设计采取偏心底出钢电炉。
3.1.1熔池形状和尺寸
炉缸容积应能容纳钢水和为钢水10~15%熔渣，并留有合适余量。熔池形状为：上部为倒置截锥，下部分为球冠形，炉坡倾角45度，利于炉料加速熔化，因为钢液可 聚集在球冠形熔池低上，且易于砌筑和修补。
熔池容积Vb等于球冠部分体积和倒截头圆锥部分之和，球冠部分高度h1为熔池深度Hb1/5。于是有

式中h1球冠部分高度 h1=hb/5
h2—倒圆锥部分高度 h2=hb-h1=
Rb—熔池半径 RB=Db/2=2hb
r1球冠半径

把以上数值代入 得
=8.79hb3
取9.0hb3
因1t钢液体积为0.14m3，则70t钢水所占容积为
=70×0.14=9.8m3
取渣体积为钢液体积15%，则=9.8×15%=1.47m3
用=+=9.8+1.47=11.27m3
=9.0hb3=9.0×(0.25 b3)3=0.14Db3m3
11.27=0.14Db3m3
Db3=80.5 Db=4.32m=4320mm
所以由上公式及结果可得到：
熔池深度 hb=1080mm
球冠部分高度 h1=215mm
球冠部分直径 d1=3455mm
倒截头园锥高度 h2=865mm
3.1.2 熔化室
门坎水平面是指门坎炉衬水平面以下金属门坎而言，也就是炉壳上开加料门下部水平面。炉衬门坎较金属料门坎水平高出80~100mm。其次，依据实际操作，能够认为氧化期炉渣面和加料门门坎水平面是一致。
在钢液沸腾时，为了使炉渣不致冲刷炉墙上，炉坡应高于炉门门坎，也就是渣面100mm，所以，熔化室直径Dsm=4320+100×2=4520mm。
在确定熔化室高度Hsm时，考虑到炉顶寿命和装料要求，
Hsm/Db=0.39，则Hsm=0.39Db=0.39×4320=1685mm
炉顶拱高和熔炼市直径Dsm关系为：
h3/Dsm=1/9 （因材质不一样而不一样）
对硅砖和高铝砖而言h3=
炉顶厚度δft=是按耐火材料热阻计算和实践经验决定，
取δft=350mm
炉壁内侧倾斜度等于炉坡水平面到炉顶拱脚高度10%
（1685-100）×10%=185.5mm取185mm
由此可得熔化室上部直径：
Dsm，t=Dsm+2×185=4520+370=4890mm。
3.1.3 电极极芯圆分布
电弧炉是以三个电极圆心组成直径Dp来表示电极在炉内分布。比值Dp/Db决定电极炉中位置，同时也决定炉内热量分布，考虑到炉壁热负荷均匀和电极把持器部署。
Dp/Db=0.30
电极芯圆尺寸
ded，c=0.30Db=0.30×4320=1296mm取1300mm
3.1.4 工作门
设计一个工作门，用于加料，炉前操作和观察炉况。
炉门宽度 L=0.25Db=1080mm
炉门高度 b=0.80L=865mm
出钢口直径 d=130mm
3.2 耐火材料及炉壳设计
用高铝砖，其含有耐火度高，致密度大，抗渣能力差，导热系数大但抗热能力差特点，适宜做到炉顶选其厚度为350mm
炉缸和熔池选择镁碳砖，因为采取超高功率，电弧辐射将大幅度增加，镁碳砖耐
高温可达3000℃，厚度炉缸460mm，底800mm，绝热层75mm。
炉壳厚度取25mm
炉衬耐火砖厚度为460mm，绝热层厚75mm，于是炉壳内径为
Dsh，i=Dsm+2δwl=4520+2×535=5590mm
取炉壳钢板厚25mm，则炉壳外径为
Dsh，e= Dsh，i+2δsh=5590+2×25=5640mm
炉底厚度近似和熔池深度，炉底厚度取为800mm
3.3变压器功率和电参数设计
3.3.1炉子变压器功率
电炉变压器容量能够有熔化时间来计算，亦能够依据熔池表面积功率密度进行计算，这里有前者来进行计算。
电炉熔化期占熔炼周期大部分，熔化期长短关键由供电功率决定。以下是对已知装入电炉依据熔化时间要求来计算所需供电功率，即变压器容量。
P=
P炉用变压器容量，KVA
q熔化每吨废钢料及熔化对应渣料并升温所需要电量kwh/t q≈410 kwh/t
G电炉装入量，t G=70t
tm预期熔化时间 tm=1h
cos熔化期平均功率因数，超高功率取0.70
η变压器有用功率热效率 η=0.80
N熔化期变压器功率平均利用系数N=1.1
选择变压器功率为50000KVA
若按电炉额定容量计算其单位功率为 50000/70=714KVA/t，说明该电炉属超高功率电弧炉。

3.3.2电压级数
为了满足冶炼工艺要求，在各冶炼期采取不一样功率供电，如熔化期采取最高功率及最高二次电压供电，在精炼期使用较小功率及低电压供电。在功率一定时，工作电压提升，能够减小电流，所以可提升功率因数和电效率，为此变压器要设置若干级二次电压，首先选最高一级二次电压，其经验公式为：
（3—8）
将P=50000 kv A代入公式（3—8）中得

经过计算得：552.60V
取553V 即最高一级二次电压为553V
电压级数取决于最高二次电压和各冶炼期对供电要求
通常： 最高二次电压/V 200～250 250～300 320～400 >400
电压级数 2～4 4～6 6～8 8～18
改变二次电压经过改变变压器高压侧线圈匝数及接线法来实现，二分之一用高压绕组三角形连接取得，另二分之一用星形连接取得。本设计采取8级电压 其中间各级电压为

三角形联接
1级 553V
2级（553×0.85） 470V
3级（470×0.85） 400V
4级（400×0.85） 340V
星形联接
5级（553/） 319V
6级（470/） 271V
7级（400/） 230V
8级（340/） 196V
3.3.3电极直径
炼钢电弧炉多采圆形截面石墨电极。它是用石油焦或沥表焦和煤焦油制成。在压榨机上把上述混合物压成适宜直径圆柱体，放入专用煤气炉中焙烧，经焙烧后电极就是碳素电极。将碳素电极放入电阻炉电炉内，长久地加热到2450度，就得石墨电极。每根电极之间采取石墨端头联接，以确保接合处紧密。每相电极通常由2～3根电极组成。
电极是将电流输入熔炼室导体，当电流经过电极时，电极会发烧，此时会有8%左右电能损失。当功率一定时，电极直径减小，电极上电流密度I/S增大，电能损失增大，电极直径增大，电极上电流密度I/S减小，电能损失减小，所以期望电极直径大点，但电极直径太大，电极表面热量损失增加，所以电极直径不能太大，应有一个适宜值，以确保电极上电流密度在一定范围内。依据经验，电极直径可按下面公式确定。
（3—9）
式中 ρed石墨电极500℃ 时电阻系数，Ω.m ed =10Ω·cm
Ked系数，对石墨电极Ked =2.1 W/cm2
I电极上电流强度 A
ded ——电极直径 cm
其中
（3-10）
U——最高二次电压
将P = 50000 KV A ，U = 553V 代入式（3-10）中，得

经过计算 52203 A
将52203A代入式（3—9）中，
于是得电极直径

取ded=800mm
为了降低电极消耗，露出炉顶外那部分电极温度：石墨电极500℃,为此电极上电流密度也不应超出该尺寸电极I/S许可值，以免电极温度过高。于是，计算这个电极电流密度为

经计算可知，该电极电流密度小于电极许可电流密度。所以，该电极是可行。

第四章 电炉物料平衡及热平衡计算
4.1 物料平衡计算
1.计算所需原始数据。基础原始数据有：冶炼钢种成份（表4-1）原材料成份（表4-2）炉料中元素烧损率（4-3）合金元素回收率（表4-4）其它数据（4-5）

表4-1冶炼钢种成份
钢种
成份（%）
备注

20MnSi
C
0.17～0.25
0.21
Si
0.40～0.80
0.60
Mn
1.20～1.60
1.40
P
≤0.045
S
≤0.045

氧
化
法
注：分母系计算时设定值，取其成份中限.

表4-2原材料成份
名称
C
Si
Mn
S
P
Al
H2O
Fe
灰分
挥发分
碳素废钢
炼钢生铁
FeMn
FeSi
Al
焦炭
电极
0.18

4.20

6.60

81.50
99.00
0.25

0.80

0.50
73.00
0.55

0.60

67.80
0.50
0.03

0.035

0.13
0.03
0.03

0.20

0.23
0.50

2.5
98.5

0.58
余量

余量

24.74
23.92
1.50

12.4
1.00

5.52

续表4-2
名称
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
CaF2
Fe2O3
CO2
H2O
P2O5
S
石灰
萤石
铁矿石
火砖块
高铝砖
镁砂
焦炭灰
电极灰
88.0
0.30
1.30
0.55
1.25
4.10
4.40
8.90
2.50
5.50
5.75
60.80
6.40
3.65
49.70
57.80
2.60
0.60
0.30
0.60
0.12
89.5
0.95
0.10
1.50
1.60
1.45
36.80
91.35
0.85
26.25
33.10

88.00
0.50
1.50
89.77
1.25
0.88
1.90
18.55
4.64
0.10
1.50
1.20
0.10
0.90
0.15

0.06
0.10
0.08

表4-3 炉料中元素烧损率
成份
C
Si
Mn
P
S

烧损
率（%）
熔化期

氧化期
25～40
取30

70～95
取85
全部烧损
60～70
取65
20
40～50
取45

能够忽略

25～30
取27
按未期含量比规格下限低0.03～0.10%（取0.06%）确定（通常不应低于0.30%脱碳量）
按未期含量0.015%来确定

表4-4 合金中元素回收率
合金材料
加入时间
回收率（%）

C
Si
Mn
Al
FeMn

FeSi

Al

Al粉
Fe-Si粉
还原早期
出钢前
还原早期
还原后期
还原早期预脱氧
还原后期终脱氧
还原期扩散脱氧
还原期扩散脱氧
100
100
100
100
65
95

50
96
98
100
100

100

0
60
0
40
0
0

2.物料平衡基础顶目
收入项有：废钢、生铁、石灰、矿石、萤石、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、火砖块、铁合金、氧气和空气。
支出项有：钢水、炉渣、炉气、挥发铁。
3.计算步骤 。
以100kg金属料（废钢+生铁）为基础，按工艺阶段——熔化期、氧化期和还原期分别进行计算，然后汇总成物料平衡表。
第一步：熔化期计算
1） 确定物料消耗量：
A 、金属炉料配入量。废钢和生铁按75 kg和25 kg搭配.其结果列于表4-6,计算用原始数据见表4-5。

表4-5其它数据
名称
参数
配碳量
熔化期脱碳量
电极消耗量
炉顶高铝砖消耗量
炉衬镁砖消耗量
熔、氧化期所需氧
氧气纯度和利用率
焦炭中碳回收率
碳氧化产物
烟尘量
比钢种规格中限高0.7% ，即达0.91%
30%，即 0.91×30%=0.273kg
5kg/t （金属料），其中熔化期占60% ，氧化期和还原期各占20%
1.5 kg/t（金属料）：其中熔化期占50%，氧化期占35%，还原期15%
5kg/t （金属料）其中熔化期占40%；氧化期和还原期各占30%
50%来自氧气，其它50%来自空气和矿石
99%，余者为N2 ，氧利用率90%
75%（系指配料用焦炭）
均按70%生成CO，30%生成CO2
按8.5kg/t （金属料）考虑

表4-6 炉料配入量
名称
用量(kg)
配料成份

C
Si
Mn
P
S
Fe
废钢
生铁
累计
75.000
25.000
0.135
1.050
1.185
0.188
0.200
0.388
0.413
0.150
0.563
0.023
0.050
0.073
0.023
0.009
0.032
74.218
23.541
97.757
*碳烧损率25%
B、其它原材料消耗量。为了提前造渣脱磷，先加入一部石灰（20kg/t金属料）和矿石（10kg/t金属料）。炉顶、炉衬和电极消耗量见表4-5。
2）.确定氧气和空气消耗量：耗氧项包含炉料中元素氧化，电极中碳氧化而矿石则带来部分氧，石灰中CaO被本身S还原出部分氧。前后二者之差即为所需净氧量— 2.1