1、电渣重熔钢精铸件技改工程设计方案书说明毕业论文设计XX钢铁有限责任公司电渣重熔钢精铸件技改工程初步设计（第一分册）工程编号：1 总论1.1 概述XX钢铁有限责任公司为了进一步生产一些满足更高性能的特钢，提高企业对市场的竟争能力，实现经济和社会效益的同步增长。拟新建电渣重熔钢精铸件技改工程，该项目主要工艺配置有：一座电渣炉及其相应的公辅设施。新建电渣重熔钢精铸件技改工程年产特钢电渣锭能力4000t/a。1.2 设计依据1.2.1XX钢电渣重熔钢精铸件技改工程技术协议；1.2.2XX钢铁有限责任公司提供的原始资料；1.2.3国家、行业现行的标准、规程、规范与规定。1.3 设计原则和设计范围1.3.
2、1 设计原则1）工艺设备选择力求技术先进适用、经济合理、生产可靠；2）在给定的范围内，精心规划、合理布置，并考虑为将来发展留有余地；3）严格执行合同，满足合同规定要求。1.3.2 设计范围与内容本项目非标设备设计设计由技术公司负责。工厂设计由XX有限公司负责。1.4 生产规模及主要设备1.4.1 生产规模按车间年工作天数300天，电渣锭13t/支，生产周期约24h计算，电渣重熔钢精铸件技改工程年产特钢电渣锭能力4000t/a。1.4.2 主要设备主体设备：电渣炉 1台型号：ESCC600辅助设备：1.4.2 .1、渣料烘烤炉 1台渣料烘烤采用电阻炉。一台烘烤炉的炉膛体积可以满足放置2只渣料槽的
3、需要。要求渣料烘烤炉采用炉底开出式，即炉底与整个炉膛可以分离，炉底相当于一台小车，置于轨道上。装料和卸料时可以开出外面，方便吊运。渣料烘烤炉用耐火材料砌筑而成，电炉功率可按满足炉膛最高温度950。炉膛尺寸: 1600（宽）2000（长）1000mm （高）1.4.2 .2、交流电焊机自耗电极与假电极（也叫辅助电极）之间的连接采用焊接方式。对于低碳钢可采用普通交流焊电焊机接。型号：BX-6301.4.2 .3、悬挂式砂轮机型号：50030mm1.4.2 .4、台称 1台型号：500kg1.4.2 .5、钢锭吊具型号：圆锭2个、方锭各1个1.4.2 .6、渣料槽型号：1000（宽）1500（长）4
4、00mm （高）的耐热不锈钢槽4只1.4.2 .7、气割工具型号：氧气瓶、乙炔瓶及气焊把1套1.4.2 .8、其它常用工器具型号：维修钳工工具、电工工具、管工工具等1.4.2 .9、电极水平焊接机 型号：EW5003000 （非标）1.4.2 .10、钢锭翻转机型号：IGT6006000（非标）1.4.2 .11、脱氧剂加料器1.4.2 .12、除尘装置要求：烟气量为1000Nm3/h。初始烟气含尘量为5g/m3，烟气中灰尘的主要成分为Al2O3、CaF2、CaO、Fe2O3等颗粒。采用机械抽风排烟装置，将烟气经与除尘烟罩相连的管道输送至车间除尘系统，经除尘系统后烟气含尘量降为50mg/m3以
5、下。1.5 公辅设施1.5.1 电气在车间内新建1座6kV高压配电室，为一台电渣炉冶炼变压器提供电源（预留一台电渣炉冶炼变压器高压柜、总进线柜、计量柜和高压开关柜位置）。在车间南侧新建1座630kVA箱式变压器，为车间提供动力电源。为本工程提供的两路6kV电源由业主负责解决。在车间内建设一座低压电气室和控制室，为电渣炉传动设备供配电；另外预留一台电渣炉传动设备用配电柜和操作台位置。1）控制水平本工程中电渣炉传动设备中快速电机均采用变频调速，直流电机采用PLC控制。2）照明该厂房照明侧灯选用新型高效灯具，顶灯采用高频无极灯具。变配电室和控制室选用荧光灯具。3）要考虑系统接地、防火等。1.5.2
6、自动化电渣重熔过程自动化控制系统的核心是编程逻辑控制器（PLC）等。1.5.3 通信设施，设置行政调度电话系统、无线对讲系统。该部分内容由XX钢公司统一考虑。1.5.4 能源介质电渣炉设施所需的水、氮气及煤气均接自XX钢公司指定相应系统接点。1）给排水一期工程在车间78轴处建一座板式换热器换热站机组，车间东侧新增一台开式冷却塔，提供一次冷却用水，循环水系统补水及设备事故冷却水引自2）氮气本工程所需低压氮气接自线材厂高线三车间北侧厂区综合管网低压氮气管道，接管设计压力：1.1MPa，接管管径DN50，经管架敷设至电揸炉厂房内，氮气管道在厂房入口处设阀门、放散管、流量计，及所需操作平台。经厂房内综
7、合管网架空敷设至工艺用点3）煤气煤气管道引自车间厂区主煤气管网，在车间西侧入口处设置计量装置4）空调暖通控制室内设KER-61LW风冷冷暖柜式空调1台高压配电室需设置事故通风系统控制室及低压配电室内设2台LF-14风冷单冷空调机1.6 建筑结构主要包括新建的电渣炉车间厂房、高压配电室、电气室、控制室和设备基础等。1）建、构筑物结构设计电渣炉车间厂房为钢结构门式刚架型式。高度约17.64m，跨度为27m，平面尺寸27m45m，该跨设一台32/5t桥式吊车，轨道为QU80，轨顶标高12.5m。主厂房采用钢结构门式刚架型式、钢屋面、墙体采用彩色压型钢板围护，地坪为混凝土地面。屋顶留设弧性形通风器(喉
8、口宽度:6m,长度L=38.1m) 2）高压配电室、电气室、控制室均采用砖混结构。高压配电室平面尺寸为6m12m，层高4.5m；电气室、控制室平面尺寸为15m4.2m，层高3.5m。1.7 总图运输根据工艺流程合理、运输顺畅、充分利用地形及最大限度减少拆迁等原则，结合XX钢厂区现有的总图布置现状，进行本工程总平面布置。新建电渣炉车间位于线材厂高线三车间的北侧，110KV站东侧，冷却塔西侧，线材厂更衣楼南侧。高压配电室布置在电渣炉车间西南角处，电渣炉与高压配电室贴临布置；电气室、控制室位于电渣炉车间北侧，与电渣炉相对位置。在电渣炉车间的东、西两侧开门处设置车间引道与厂区既有路相接，保证运输、消防
9、通道畅通。1.8 能源电渣炉设施所需能源品种有：水、煤气及电。电渣炉设施及辅助生产设施在生产中消耗的水、煤气及电等耗能工质折标准煤为210.86kgce/t 。1.9 环保、安全和工业卫生、消防本工程配套设置袋式除尘器一套，对点渣重熔生产过程中产生的烟气进行治理后达标排放。 根据爆炸和火灾危险场所的类别、等级、范围选择电气设备、安全距离以及防雷、防静电措施。金属设备做保护接地和保护接零。部分设备设集中和机旁两地操作。平台设有防护栏杆和梯子，可有效防止高空坠落事故。本工程增加消防设施，并由XX钢公司炼铁厂统一管理。接受当地政府消防部门的监督和指导。1.10 概算投资内容包括厂房、电渣炉主体、辅助
10、设备以及与之配套的水、电、动力设施和总图等。1.10.1 投资构成工程或费用名称估 算 价 值 （ 万 元 ）建筑费安装费设备费其它费合 计工程静态投资294.27 182.28 801.52 155.16 1433.23 工程费294.27 182.28 801.52 1278.07 工程建设其它费用86.91 86.91 基本预备费68.25 68.25 1.10.2 编制依据1）设备价格的确定主要依据询价，并考虑了市场因素做适当调整。设备运杂费按设备原价的4.5 %计取。2）建筑工程执行冶金工业概算定额（指标）编制，并调整到当地现行价格水平。建筑费包括建筑物、构筑物、基础、建筑钢结构、工
11、艺钢结构、管道、混凝土道路等。3）安装工程执行冶金工业概算定额（指标）编制，并调整到当地现行价格水平。安装费包括所有设备的安装及单体调试。4）其他工程费按冶金工业建设初步设计概算编制办法编制。1.11 技术经济分析经计算，项目全部投资所得税前财务内部收益率为33.02%，财务净现值(IC=12%)为2340.96万元，投资回收期为5.18年（动态）。项目全部投资所得税后内部收益率为25.52%，财务净现值(IC=12%)为1485.76万元，投资回收期为6.74年（动态）。 本项目的各项评价指标均优于基准值，和同行业的平均水平。项目具有良好的财务盈利能力、清偿能力和较强的抗风险能力。因此本项目
12、在财务上是可行的。2 工艺与设备2.1 概述本项目为XX钢铁有限责任公司新建电渣重熔钢精铸件技改工程，整个工程项目设计、建设分两期进行。一期计划建设1台电渣炉，具备年产4000吨电渣钢的能力。根据场地情况规划二期总图布置。2.2 设计原则和设计范围2.2.1 设计原则（1）项目设计分两期进行，本设计合同范围仅为一期工程设计内容。（2）车间厂房及公辅设施按1台电渣炉设计。同时规划二期工艺及总图布置，形成完整的电渣生产车间。在工艺设备的选择上，力求技术先进适用、经济合理、生产可靠；在工艺布置上，力求在新建车间和业主给定的范围内精心规划、合理布置、并为日后的发展留有余地。2.2.2 工程设计范围本项
13、目非标设备设计设计由技术公司负责。工厂设计由XX有限公司负责。设计范围包括该项目的车间厂房、起重机、电渣炉各系统设备、冷却循环水系统、配套设备（渣料烘烤炉、焊接设备、退火炉、吊具等）、缓冷坑、除尘系统、原辅材料准备设施、介质供应系统（含管道外线）等全部内容的工艺、土建、电气仪表、给排水、总图等专业设计，高压电源至变压器（含变压器）的电缆和设备的设计，采暖通风、消防、安全、卫生、给排水及环境保护等。2.3 建设规模及产品大纲2.3.1 建设规模本项目规划新建电渣炉1台，主要用于生产特殊钢圆锭，最大锭重13吨，冷态钢锭断面尺寸为280325mm、400mm600mm，钢锭最大长度为6000mm。钢
14、种主要以轴承钢、合金结构钢、不锈钢、冷轧辊用钢为主。新建电渣重熔钢精铸件车间，工程项目设计、建设分两期进行。一期计划建设1台电渣炉，具备年产4000吨电渣钢的能力。根据场地情况规划二期总图布置。该工程项目位于XX责任有限公司厂区内，南临线材厂高线三车间，北临线材厂更衣楼，西临110KV变电1站，东临冷却塔。其南、北、东、西四周均有道路。2.3.2 产品大纲本电渣炉主要用于生产特殊钢圆锭或方锭，最大锭重13吨，冷态钢锭断面尺寸为400600mm、280325mm，钢锭最大长度为6000mm。采用连铸坯作为自耗电极，其尺寸规格为：2803253000mm、3203203000mm（4根160160
15、3000mm拼焊），3003003000mm（4根1501503000mm拼焊）。生产钢种及代表牌号见表2.1。表2.1 生产钢种及代表牌号表序号钢种代表牌号1合金结构钢20MnV，25CrNiMoV，30Mn2MoW，12CrMo，12CrNi4A等2合金工具钢9SiCr，5CrW2Si，Cr12Mo1V1，5Cr4W5Mo2V等3冷作模具钢Cr12MoV，9CrWMn，Cr5MoWVSi，4Cr5MoVSi，6Cr4W3Mo2VNb等4高速工具钢W18Cr4V，W18Cr4V2Co8，CW6Mo5Cr4V2，W6Mo5Cr4VCo5等5高碳铬滚珠轴承钢GCr9，GCr15，GCr15SiM
16、n，GMnMoV等6渗碳轴承钢G20CrNi2MoA7弹簧钢60Si2MnA，50CrVA等8不锈钢和耐热钢Cr13，304L(0Cr18Ni9)，316L(0Cr18Ni16Mo5)，420(1Cr15)，1Cr18Ni9Ti，1Cr19Al3，25CrNi1MoV25Cr2Ni4MoV，34CrNi3Mo，34CrNi1Mo，30Cr2Ni4MoV9冷轧辊用钢9Cr2MoMC3AMC52.4 电渣重熔钢精铸件生产工艺流程及工艺布置2.4.1 工艺流程（1）工艺流程图转炉LF精炼RH精炼大方坯连铸电渣电渣锭外卖开坯轧制渣料烘烤连铸坯拼焊（自耗电极）与假电极焊接电渣重熔电渣锭修磨（2）基本工艺
17、电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。其目的主要是提纯金属，并获得结晶组织均匀致密的钢锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀。根据XX钢现有生产条件和产品要求，本项目1台电渣炉采用单相交流供电、液渣启动、双极串联、固定式T型结晶器、抽锭方式的电渣重熔工艺。（3）自耗电极准备自耗电极来源：采用连铸坯作为自耗电极，其尺寸规格为：2803253000mm、3203203000mm（4根1601603000mm拼焊）或3003003000mm（4根1501503000mm拼焊）。电极质量要求：A 化学成分化学成
18、分要符合钢种规格成分要求，其中Si、Mn、V、Ti等易氧化元素控制在规格的中上限。B 气体含量按成品要求控制。由于电渣过程无法去氢，因此对氢含量严格的钢种，要考虑电渣过程可能增H0.5ppm。 C 外观及内部质量电极外观平直，平直度1：100，尺寸符合要求。必要时，要对电极表面进行抛丸处理或手工清理。D 电极焊接自耗电极与假电极（也叫辅助电极）之间的连接采用焊接方式。对于容易开裂的钢种，焊接前要对电极预热至300以上以保证焊缝不开裂。电极预热可采用煤气烘烤方式。焊口预热一直保持到电极使用前。为了保证焊接强度和导电面积，焊缝厚度不小于25mm。焊后直线度1:100。（4）渣料准备与化渣A 造渣料
19、种类和质量要求造渣用原料主要有萤石、工业氧化铝和石灰等，具体成分要求如下：（1）萤石：CaF295.0%，SiO22%，S、P0.05%，粒度510mm；（2）氧化铝：Al2O397%，粒度0.5mm；（3）石灰：CaO90%，SiO22.5%，S、P0.05%，粒度1020mm；（4）镁砂：MgO95%，SiO22.0%，S、P0.01%，粒度35mm；（5）硅石：SiO295%，粒度15mm。B 烘烤制度采用箱式电阻炉对渣料进行烘烤：（1）萤石、氧化铝、镁砂、硅石的烘烤温度800，保温时间8小时；（2）石灰烘烤温度800，保温时间10小时，使用时温度不小于200。（5）电渣重熔工艺在铜制水
20、冷结晶器中加入固态炉渣，先采用石墨电极造渣，造好渣后交换金属电极，将自耗电极的端部插入其中。当自耗电极、炉渣、电极通过短网与变压器形成供电回路时，便有电流从变压器输出，通过液态熔渣。由于上述供电回路中，熔渣的电阻相对较大，占据了变压器二次电压的大部分压降，从而在渣池中产生了大量的焦耳热，使其处于高温熔融状态。由于渣池的温度远大于金属的熔点，从而使自耗电极的端部被逐渐加热熔化，熔化的金属聚集成液滴，在重力的作用下金属熔滴从电极端头脱落，穿过渣池进入金属熔池，由于水冷结晶器的强制冷却，液态金属逐渐凝固成钢锭。当钢锭达到一定高度后，开始抽锭。抽锭速度与自耗电极的熔化速度相匹配。结晶器内钢水液面位置通
21、过钢水液面检测装置进行监测。由于在电极熔化、金属液滴形成、滴落过程中以及金属熔池内的金属和炉渣之间要发生一系列的物理化学反应，从而可去除金属中有害杂质元素和非金属夹杂物。渣池使结晶器内壁和钢锭之间形成一层渣壳，它不仅使钢锭表面平滑光洁，而且降低了径向导热，有利于自下而上的顺序结晶，改善了钢锭内部的结晶组织。2.4.2 工艺布置见附图2.5 抽锭式电渣重熔炉设备及性能2.5.1抽锭式电渣重熔炉2.5.1.1 工作原理和特点本设计采用固定的T型结晶器，抽锭式快速电渣重熔方式进行生产。其特点是打破了金属电极直径必须小于钢锭直径的传统规律，并使渣池中高温区上移远离渣金界面，其改变了结晶器内热分配，使钢
22、渣界面远离自耗电极端头，熔化金属液滴温度以接近液相线温度滴汇聚于金属熔池中，使金属熔池深度与输入功率和电极熔化速度之间的关联度显著减小。这样在大幅度提高电极熔化速度，即在相应地大幅度提高抽锭速度的条件下，铸坯的结晶质量仍然能保持传统电渣钢锭的水平。显然，这种用固态金属自耗电极，T型结晶器生产钢坯。与传统电渣重熔生产方式相比，在保证钢锭凝固质量的条件下，生产效率可提高2030%。大幅度降低了电耗，提高了生产效率，降低了生产成本。2.5.1.2设备的结构形式设备主要由供电系统、电极升降系统、结晶器系统、抽锭系统、控制系统和冷却水等公辅系统等组成。供电系统由高压开关柜、变压器、短网由铜排、铜管和电缆
23、组成。电源形式为单相交流。本套设备的电极升降系统采用两个独立可旋转立柱，升降支臂，支臂升降为滚珠丝杠传动。单熔炼工位，交换电极方式重熔。结晶器采用水冷T型结晶器，采用结晶器固定和底水箱移动的抽锭操作方式。采用液渣启动。2.5.1.3基本技术参数经计算本项目的抽锭式电渣重熔炉的基本参数见表2.2。表2.2 本项目电渣重熔炉主要参数项目类型或参数值备注最大吨位/t136006000mm钢锭断面尺寸/mm280325、400600炉用电源真空开关XGN2型，6.3kV变压器/kVA2400有载有级调压一次电压/ kV6.3二次电压/V4296最终设计联络时确定二次电流/kA25电极升降系统电极布置方
24、式双极串联自耗电极断面尺寸/mm2803253000或3203203000传动方式滚珠丝杠支臂快速/mm.min-12500支臂慢速/mm.min-1040支臂伸缩/mm50最终设计联络时确定升降主体数量2套电极行程/mm3800最终设计联络时确定结晶器T型结晶器/mm400600800280325800组合式抽锭机构慢速/mm.min-1260快速/mm.min-1500行程/mm6500满足6000mm锭高重熔控制检测系统钢水液面检测系统射线法（Cs137）设计精度为5mm计算机系统采用两级计算机（PLC+工控机）自动化控制系统PLC采用德国SIEMENS公司产品生产指标电耗/kWh.t-
25、11300熔化率（最大）kg/h1200单锭生产周期/h2413t钢锭平均月产量/t35013t钢锭平均年产量/t40002.5.1.4自耗电极重熔系统2.5.1.4.1自耗电极生产6006000mm钢锭时需2803253000 mm连铸方坯电极6支。生产过程中根据锭尺寸灵活选择电极长度，请见表2.3。表2.3 不同钢锭所需电极的根数电极/mm钢锭/mm电极/根2803253000160160300060060006202803256000282. 5.1.4.2电极升降系统和电极位置调整本设计电极升降系统采用悬臂式结构，每个横臂具有独立升降功能。横臂升降驱动系统由滚珠丝杠、差动减速机、直流电
26、机和交流电机组成。直流电机完成慢速升降，交流电机完成快速升降。快速升降速度为2500mm/min。慢速升降速度为040mm/min。有效行程设计为3800mm。采用交流电机变频调速带动立柱旋转，旋转速度为05/s，最大旋转角度范围为65，利用立柱旋转和电极伸缩实现电极对中。电极卡持器采用弹簧夹紧，液压放松。2. 5.1.4.3结晶器采用铜钢制结晶器，焊接结构。上部为大的矩形用于熔化电极，下部为小圆形或矩形，用于凝固钢锭。采用组合式结构。2. 5.1.4.4钢水液面检测系统采用钢水液面检测装置（射源为Cs137）进行钢水液面检测，由于拉速较慢，所以设计精度为5mm。2.5.1.5高压供电系统及变
27、压器高压系统由高压开关柜、单相有载电动调压变压器、油水冷却器、低压大电流短网组成。根据初步计算需要变压器容量为2400kVA（设计联络时确定）。采用单相交流，一次电压6.3kV，二次电压有载有级可调，调节范围为4296V，最大二次电流为25kA。变压器采用强油水冷，1用1备。高压开关柜由高压隔离开关、高压计量、继电保护及电压互感器、高压真空断路器及电流互感器组成，并采用氧化锌、压敏电阻的过压保护措施。6.3kV电能计量采用与计算机通讯的智能仪表，可检测有功、无功、cos、电压和电流。这些高压设备均安装在变压器室内，通过电缆与变压器相联。高压开关采用真空断路器以适应电渣炉频繁开闭的要求。高压真空
28、断路器的合、分闸控制，可同时由高压柜和控制室的主操作台进行。2.5.1.6短网短网的设计在满足电渣重熔过程最大二次电流通过的前提下要尽可能地减少电阻和电抗以降低短网的压降损失，同时要保证短网的使用寿命和操作上的工艺要求。从变压器二次侧出口端子采用铜排连接，采用平行布置铜排出墙，以减少感应损失。出墙的铜排到支臂的连接采用大截面集束水冷软电缆。短网用铜排和电缆的截面要保证实际工作时硬短网电流密度1.5A/mm2，水冷软电缆电流密度4.5A/mm2，水冷铜管5A/mm2。短网设计时应采用最短、最佳路径，以保证系统稳定性。2.5.1.7低压供电系统低压动力及控制电源由低压配电柜接受车间馈电，进线电压为
29、380V/220V三相四线制，自动开关进行开断及保护。为保证低压控制电源可靠供电，可采用双电源馈电，低压配电柜可实现双电源自动断电切换。采用分路自动开关分别为电渣炉横臂升降、抽锭机构升降、立柱回转、高压控制系统电源、油水冷却器系统和控制系统等各支路低压动力电源供电。低压配电柜的仪表板上安装有电压表和信号灯，指示系统电压与状态。2.5.1.8抽锭系统抽锭系统由2个立柱和1套驱动系统构成，驱动系统由滚珠丝杠、差动减速机、直流电机和交流电机组成。抽锭速度范围为：慢速260mm/min；快速500 mm/min。抽锭平台的载重量为20吨。2.5.1.9电渣炉辅助设施2.5.1.9.1冷却水系统电渣炉冷
30、却水用于结晶器、底水箱、水冷电缆、支臂、卡持器和电渣炉变压器等的冷却。采用内循环和外循环两个冷却水回路。其中内循环系统用于设备的直接冷却，采用软水闭路循环。而外循环冷却水则采用工业清水，通过热交换器冷却内循环水。内循环系统为压力回水，配有水冷管路、水路分水器和集水器；底水箱、结晶器采用不锈钢快速接头；各冷却水管路配置流量开关；底水箱、结晶器配置电磁流量计，实时监控冷却水流量，并通过气动调节阀控制冷却水流量。冷却水路分水器、底水箱和结晶器的出口配置冷却水测温装置。上述信号通过PLC的信息采集和处理，通过上位计算机的自动化控制软件实现故障报警，其中冷却水路分水器安装压力传感器。结晶器的冷却水流量是关键，本设计是以电渣钢锭重熔时允许的最大功率（即结晶器可能承受的最大热负荷）和当地
