炼钢工艺及设备2.1概述联众(广州)股份有限公司建设年产80万t的不锈钢专业厂，工程分两期建设，一期建设30万t的冷轧不锈钢厂；二期工程建设炼钢厂、热轧厂和第二冷轧厂，最终形成年产80万t不锈钢热轧钢坯、12.6万t不锈钢热轧黑皮钢卷和16.8万t不锈钢热轧白皮钢卷、46.1万t冷轧钢卷的生产能力。
根据产品要求，炼钢系统考虑采用电炉—AOD转炉—VOD炉三步法冶炼工艺，形成年产82万t不锈钢钢水的规模；主要生产钢种为奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢。
炼钢厂内主要工艺设备有：150t超高功率交流电弧炉1座；170tAOD转炉1座；170tVOD真空脱气装置1座；板坯连铸机1台。
原料条件：43％碳钢废钢+12％不锈钢废钢+45%合金(高碳FeCr)。
电炉设计冶炼周期75min，AOD转炉冶炼周期65~75min，VOD炉精炼周期65min。
炼钢车间年有效工作天数252天。
2.2 生产规模及产品炼钢车间生产全不锈钢，年产不锈钢钢水82万吨，生产规模及产品大纲见表2-1。
生产规模及产品大纲 表2-1代表钢种化学成分表 表2-22.3 2.3.1目前世界上不锈钢的冶炼有三种方法，即一步法，二步法，三步法。
一步法：即电炉一步冶炼不锈钢。
由于一步法对原料要求苛刻（需返回不锈钢废钢、低碳铬铁和金属铬），生产中原材料、能源介质消耗高，成本高，冶炼周期长，生产率低，产品品种少，质量差，炉衬寿命短，耐火材料消耗高，因此目前很少采用此法生产不锈钢。
二步法：1965年和1968年，VOD和AOD精炼装置相继产生，它们对不锈钢生产工艺的变革起了决定性的作用。
前者是真空吹氧脱碳，后者是用氩气和氮气稀释气体来脱碳。
将这两种精炼设施的任何一种与电炉相配合，这就形成了不锈钢的二步法生产工艺。
采用电炉与VOD二步法炼钢工艺生产不锈钢具有如下优点：1）VOD炉不仅可以生产不锈钢的所有品种，包括C＋N≤150ppm 的低碳低氮不锈钢，而且钢水含氮含氢量低，钢水质量较好；2）VOD炉氧气耗量(10Nm3/t钢)、氩气耗量(0.3Nm3/t钢)、还原硅铁耗量(4kg/t钢)较少；3）VOD炉设备投资少，仅5800万元，且对厂房适应性也较好；4）VOD炉不需设置庞大的除尘系统、炉渣运输及处理系统。
其缺点：1）由于VOD要求初炼钢水含C<0.6%左右，要求电炉出钢C在0.6%以下，因此需要采用高价中低碳FeCr以及20％不锈钢废钢进行配料，增加操作成本；2）由于脱C速度较慢，精炼时间长（80-120分钟），生产率低；3）电炉＋VOD炉结合综合生产成本较高。
目前该法仅用于生产少量不锈钢，采用VOD炉生产不锈钢的厂家的产量约占不锈钢总产量的5.8%左右。
因此VOD炉比较适合小规模多品种的兼容厂的不锈钢生产。
采用电炉+AOD的二步法工艺生产不锈钢具有如下优点：1）AOD生产工艺对原材料要求较低，电炉出钢含C可达到2%左右，因此可以采用廉价的高碳FeCr和20％不锈钢废钢作为原料，降低了操作成本；2）AOD法可以一步将钢水中的碳脱到0.01％，且不锈钢中95％的品种都可以生产；3）不锈钢生产周期较短，灵活性较好；4）生产系统设备总投资较VOD贵，但比三步法少5800万元；5）AOD炉生产一步成钢，人员少、设备少，所以综合成本较低。
其缺点：1）由于侧吹风口的耐材熔损较快，炉衬使用寿命短（仅130-200炉）；2）还原硅铁消耗大（14kg/t钢）；3）目前还不能生产超低C、超低N不锈钢，且钢种含气量较高；4）氩气耗量大（12-20Nm3/t钢）；目前世界上88%不锈钢采用二步法生产，其中76%不锈钢是通过AOD炉生产。
因此它比较适合大型不锈钢专业厂使用。
三步法：即电炉+复吹转炉+VOD三步冶炼不锈钢。
其特点是电炉作为熔化设备，只负责向转炉提供含Cr、Ni的半成品钢水；复吹转炉主要任务是吹氧快速脱碳，以达到最大地回收Cr的目的；VOD真空吹氧负责进一步脱碳、脱气和成份微调。
三步法与传统的二步法电炉＋AOD相比，有如下优点：1）氩气消耗量低（0.6～2.0Nm3/t）；2）还原硅铁消耗低（8～10Kg/t）；3）复吹转炉炉衬寿命高（约900～1500炉，最高2000炉）；4）精炼周期短（60～70分），生产率高，易于连铸配合实现全连浇；5）生产品种多（可以冶炼所有不锈钢产品）；6）钢水气体含量低，[N]=40-70ppm、[H]≤2ppm；7）生产成本低，据国外比较三步法生产不锈钢比二步法节约9美元/t坯，据上钢三厂比较，节约160元/t坯。
因此三步法比较适合氩气供应比较短缺的地区，且生产低C、低N 不锈钢比例较大的专业厂采用。
综合比较，考虑到新建钢厂100％生产不锈钢，生产规模大，生产品种多，且联众公司在三步法生产不锈钢的管理和生产实践上有着丰富的经验，因此设计采用电炉＋AOD转炉＋VOD的三步法不锈钢冶炼工艺。
由于冶炼不锈钢电炉、转炉及钢包炉需要散料较多，采用垂直皮带机系统集中供料。
EAF、AOD、钢包精炼炉分别采用3组高位料仓，熔剂及铁合金加料系统经垂直皮带机集中上料、分散供料给各高位料仓，再经过转运皮带机分别给电炉、炉后钢包及LF、VOD系统。
EAF高位料仓表表2-3表2-52.3.4电炉转炉出渣电炉、转炉出渣及扒渣站出渣均采用渣罐车出渣。
先将电炉、转炉渣流入18m3渣罐内，然后采用抱罐车运至翻渣间，经冷却回收后再运到渣场处理或直接运往渣场。
连铸钢包铸余渣采用回炉方式，这样电炉既可以利用铸余渣提前进行脱P、S，减少渣料消耗，进行综合利用，还可以减少铸余渣的运输。
电炉、转炉除尘后的烟尘也可以加入到电炉进行综合利用。
2.3.5电炉转炉修砌目前炼钢车间电炉修砌方式可以采用离线修砌(活炉座)也可以采用在线修砌(死炉座)。
为了提高车间作业率，我们采用离线修炉工艺。
与一般转炉相比较来说，因为AOD精炼转炉炉衬寿命很短，只有几百炉，而且车间主要生产工艺设备均是一对一的关系，为了保证车间年产量，提高车间作业率，采用离线修理可以满足要求。
2.3.6电炉转炉除尘近代电炉普遍都采用电炉四孔＋密闭罩＋屋顶罩三位一体的联合除尘方式，达到降低噪音和有效收集烟尘目的，经过布袋系统除尘后，气体含尘量小于10mg/Nm3，噪音下降至85分贝以下。
因此决定电炉除尘采用电炉四孔＋密闭罩＋屋顶罩的联合除尘方式，以满足现代化钢厂严格的环保治理要求。
转炉采用一次+二次烟气排烟系统，除尘采用干法除尘。
2.3.7主要设计特点和新技术的采用为了保证该炼钢车间的现代化水平，确保把炼钢车间建成一个优质、高产、高效、低耗的车间，本设计将采用如下新工艺、新设备、新技术。
1）电炉采用超高功率电炉；2）电炉采用辅助能源及炉内二次燃烧技术，以达到最佳能源利用；3）电炉炉门外配置自耗式碳氧枪，在冶炼不锈钢时插入钢液中造泡沫渣，实现埋弧冶炼；4）电炉采用水冷炉壁和水冷炉盖等技术；5）采用出钢槽钢渣混出工艺，提高Cr的回收率；6）采用导电横臂技术和短网系统三相平衡布置的技术；7）在电炉出钢线附近设有在线钢包烘烤器，可做到“红包”出钢，降低出钢温度；8）电炉出钢钢包车设有电子称量装置和钢包氩气搅拌系统；9）电炉、出钢钢包、转炉、LF、VOD炉采用机械化、自动化加渣料及铁合金，进一步提高炼钢效率；10）电炉采用四孔+密闭罩+屋顶罩相结合的除尘方式，转炉四周采用防烟室和炉前、炉后大门将转炉封闭起来的捕捉二次烟尘，满足现代化炼钢厂对环保的严格要求；11）转炉采用顶侧复合吹炼工艺，侧部供气采用微机控制，氮氩自动切换；12）转炉氧枪升降传动采用变频调速；13）转炉倾动采用变频调速，转炉倾动机构采用四点啮合的全悬挂型式，炉口、炉帽、托圈、耳轴采用水冷，炉腹部分采用风冷；14）转炉炉前、炉后门及周围挡板采用无水冷型防护结构，节约能源；15）转炉设钢包在线快速烘烤器，红包出钢。
在线快速烘烤器和其它烘烤器均采用高效蓄热燃烧系统，可节约能源50%；16）转炉在线连续测温技术。
17）钢包下渣检测及自动关闭钢包滑动水口系统.；18）炼钢车间配备有光谱分析等快速分析设备，满足电炉炼钢的快节奏和质量控制的要求；19）炼钢车间将配置三级自动化控制及管理系统，对炼钢生产全过程进行自动监测和控制，实现典型钢种最佳化操作；20）炼钢车间主要冶炼设备均引进国外先进的技术设备，在保证技术先进性和可靠性前题下，尽量节约基建投资，采用最合理的工艺布置，使炼钢车间在工艺和技术上达到目前世界先进水平。
2.4生产工艺路线及金属平衡2.4.1生产工艺路线1）200系列、304、400系列等不锈钢：43%碳钢废钢＋12%不锈钢废钢＋45%合金→电炉→AOD转炉→LF钢包精炼炉→连铸机2）304L、316、316L等不锈钢43%碳钢废钢＋12%不锈钢废钢＋45%合金→电炉→AOD转炉→VOD真空处理→LF钢包精炼炉→连铸机2.4.2金属平衡金属平衡见图2-1。
金属平衡图2-1 （单位：t/年）2.5炼钢车间原材料、能源介质消耗及质量要求原材料、能源介质消耗及质量要求见表2-3。
原材料、能源介质消耗及质量要求表2-62.6炼钢车间主要冶炼设备性能2.6.1 电炉及其辅助设备技术性能150t电炉主要技术性能表表2-7自耗式碳氧枪技术参数表表2-8表2-9表2-102.6.2 170tAOD炉及其辅助设备技术性能170tAOD转炉主要技术性能表表2-11表2-122.6.3 170t LFLF炉主要技术参数表表2-14表2-152.6.4 170tVOD 炉主要技术性能VOD炉主要技术性能表表2-162.7炼钢车间主要设备产量计算2.7.1电炉生产能力计算1）计算前提条件电炉公称容量150t×1座变压器额定容量155MV A电炉平均出钢量150t各工序配合作业系数0.81平均功率因素0.77电效率0.88热效率0.8543％碳钢废钢＋12％不锈钢废钢＋45％铁合金时电耗为500kwh/t 2）通电时间计算通电时间＝(155x500x60)/(155000x0.77x0.88x0.85)=51分3）辅助作业时间计算4）冶炼周期（即通电时间＋辅助作业时间）当变压器额定容量为155MV A时，冶炼周期为51＋24＝75min 5）车间设备作业率表2-18Q＝（1440/75）x150x313 x0.81 ＝730166t/a通过计算说明当变压器选择为155MV A时能够完成71.17万t/a初炼不锈钢水的要求。
2.7.2 AOD转炉生产能力计算1）计算前提条件AOD转炉公称容量170t×1座原料条件150t电炉钢水和15％冷却剂（废钢和合金）AOD转炉平均出钢量170t各工序配合系数0.812）精炼周期计算AOD转炉精炼时间表2-19AOD为一对一关系，因此AOD转炉生产能力计算时，取电炉冶炼周期75min。