120噸電弧爐設計DOC

1、120噸電弧爐爐體設計第一章電弧爐煉鋼的發(fā)展1.1電弧爐的發(fā)展國外電爐煉鋼的發(fā)展情況自上世紀中葉至今，盡管轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)取得了長足的進步。但世界電爐鋼比例不斷增長，從1950年的7.3%增長到2004年的33.8 %。電爐鋼比例的增長，主要是由于跟高爐轉(zhuǎn)爐長流程相比，電爐煉鋼具有固定投 資小，消耗鐵礦石，焦炭，水等資源少，占地面積小，可比能耗低，對環(huán)境污染 少，工廠可接近資源產(chǎn)地及市場，啟動及停爐靈活等優(yōu)點，符合全球可持續(xù)發(fā)展 要求。本世紀前四年，世界上年產(chǎn)鋼 500萬噸以上的主要產(chǎn)鋼國家各國粗鋼產(chǎn)量穩(wěn)步增長，電爐鋼比例不同國家有增有減，總體上有所降低，從2001年至2003年電爐鋼的比例從35

2、%下降至33.1%。2004年雖然粗鋼產(chǎn)量增長迅速，但世界 電爐鋼比例從33.1%上升至33.8%。我國現(xiàn)代電爐煉鋼的發(fā)展情況我國現(xiàn)代電爐煉鋼始于1993年原冶金部和上海市在上海召開的“當代電爐流 程和電爐工程問題研討會”（以下簡稱第一次上海會議）。由于各級政府部門引 導，支持鋼鐵企業(yè)進行了對現(xiàn)代電爐流程的一輪投資，依靠引進國外現(xiàn)代電爐流程先進技術(shù)，在我國建成了一批“三位一體”或“四位一體”的先進電爐流程。從1993年至今，我國電爐鋼生產(chǎn)的發(fā)展可分為三個階段。在1993年至2000年這一階段，我國電爐鋼產(chǎn)量在 18002000萬t波動，電 爐鋼比例逐年下降，從 23.2%下降至15.7%。這是

3、由于一方面淘汰了大量落后 的小電爐，使得我國電爐鋼產(chǎn)量下降，另一方面新投產(chǎn)的大電爐產(chǎn)量還是不夠高， 致使電爐鋼產(chǎn)量在一個水平線上波動，另外由于轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的迅速增長，電爐鋼 產(chǎn)量增長比較慢，致使電爐鋼比例下降，但這也正好說明“第一次上海會議”的 意義及影響，如果沒有1993年的“第一次上海會議”，在小電爐大量被淘汰的 情況下，2000年我國電爐鋼的比例恐怕還會低很多。從2000年至2003年，在世界電爐鋼比例有所下降的同時，我國電爐鋼比例 卻走出了低谷有所回升。從2000年的15.7 %上升到2003年的17.6 %。電爐鋼 比例回升說明在這一階段，雖然全國鋼產(chǎn)量迅速增長，但電爐鋼增長的速度比鋼

4、 總量增長的速度更快。在2001-2003年間，我國鋼生產(chǎn)迅速發(fā)展，年增長速率達 2022%，遠高于 世界同期增長速度。電爐鋼增長速度更高，達 27-28%，電爐鋼比例回升了約2 個百分點。電爐鋼比例有所回升的原因，除了國民經(jīng)濟發(fā)展的拉動以外，主要是由于上世 紀九十年代鋼鐵企業(yè)在有關政府部門的引導和支持下， 對發(fā)展我國現(xiàn)代電爐鋼流 程進行的一輪投資新增電爐鋼生產(chǎn)能力的釋放，一批現(xiàn)代電爐流程迅速投產(chǎn)、達產(chǎn)、超產(chǎn)以及我國電爐鋼工作者在消化引進國外先進技術(shù)的基礎上自主創(chuàng)新， 開發(fā)具有中國特色的現(xiàn)代電爐煉鋼技術(shù)方面取得了長足的進步，電爐冶煉周期大大縮短，生產(chǎn)率大大提高。2004年以后進入第三階段，在這

5、一階段，中國電爐鋼比例正面臨著1990年以來第二次逐年下降的局面，由于前一階段我國對轉(zhuǎn)爐流程進行大量投資導致的 轉(zhuǎn)爐鋼生產(chǎn)能力的釋放，使我國轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量大幅度增長，增長速度達27%，而電爐鋼第一輪投資導致的潛能挖掘釋放已經(jīng)飽和，年增長速度大大降低到6.7%， 轉(zhuǎn)爐鋼增長速度高于電爐鋼，從而使電爐鋼比例又有所下降，估計這次下降的勢 頭比1993-2000年那次更猛，1993-2000年每年平均約降低了一個百分點，而 這次在2003-2004年間，一年內(nèi)就下降了約二個百分點，從17.6%下降到15.2%。 2005年我國鋼產(chǎn)量將達到約3.5億t，電爐鋼比例可能低于13%。今后幾年如 不控制全國鋼的總

6、產(chǎn)量和轉(zhuǎn)爐鋼生產(chǎn)，較大幅度增加電爐鋼產(chǎn)量，貝皿爐鋼的比例還會迅速下降。在過去的20年中,我國電爐煉鋼得以迅速增長，至 2000年底已有19座70t超 高功率電弧爐投入運行。電爐鋼的迅速增長已成了第二位的煉鋼方法。在工業(yè)發(fā)達國家大部分電弧爐鋼是一般鋼種，電弧爐煉鋼已成為重要的常規(guī)生產(chǎn)技術(shù)，而不僅僅是生產(chǎn)特殊鋼、合金鋼的特殊生產(chǎn)技術(shù)。這項技術(shù)之所以能迅速發(fā)展得宜 于以下幾個主要條件：(1) 冶煉周期縮短為60100min。(2) 電能充足、電價穩(wěn)定，噸鋼電耗不大于 375kW h。(3) 電爐趨向大型化，超高功率化，與爐外精煉配合，冶煉工藝強化，生產(chǎn)率大大(4)鋼液溫度和成分容易控制，品種適應性廣

7、。？ 在過去20年中，電弧爐煉鋼的用氧技術(shù)取得了矚目的發(fā)展。氧氣的利用已 由最初的脫碳反應躍居為電弧爐的第二熱源，部分取代了相對昂貴的電源。現(xiàn)代 電弧爐煉鋼的供氧量為2040m3/t，甚至更高。其向熔池提供的化學能占總輸 入能量的30%40%。先進的電弧爐廣泛采用強化供氧和泡沫渣冶煉、廢鋼預 熱等技術(shù)，因而電弧爐的冶煉時間大大縮短，即使100t以上的大型電爐，全爐的冶煉時間也只有6070min，噸鋼電耗不大于375kW h，噸鋼電極消耗不大 于 1.5kg o現(xiàn)代煉鋼流程主要是轉(zhuǎn)爐流程和電爐流程。2004年世界粗鋼產(chǎn)量達10.548億t， 其中轉(zhuǎn)爐鋼66452萬t,占63%，電爐鋼35652萬

8、t,占33.8%。我國鋼產(chǎn)量 27470萬t,其中轉(zhuǎn)爐鋼23271萬t,占85.72%，電爐鋼4167.1萬t,僅占15.17%。筆者在此分析了我國不同時期電爐鋼比例逐年下降的原因，討論了為什么要重視電爐鋼的發(fā)展，指出了在目前我國廢鋼資源及電力緊缺的條件下， 發(fā)展電爐煉鋼的方法及技術(shù)措施，認為目前應考慮對發(fā)展我國現(xiàn)代電爐煉鋼的第二輪投資。1.1.1超高功率電弧爐超高功率電弧爐作為電弧爐發(fā)展的基本方向， 為實現(xiàn)其高產(chǎn)、低耗、優(yōu)質(zhì)的目標， 就必須具備快速而準確的生產(chǎn)控制， 全面而優(yōu)化的綜合管理。單憑經(jīng)驗或依據(jù)普 通電弧爐的控制和管理方法，已不能適應生產(chǎn)需要，而在生產(chǎn)過程控制中，電氣 運行是極為關鍵

9、的技術(shù)。電弧爐電氣運行是電爐冶煉生產(chǎn)最基本的保障，它關系到冶煉工藝、原料、 電氣、設備等諸多方面的問題，直接影響電爐煉鋼生產(chǎn)的各項技術(shù)經(jīng)濟指標，因此對其進行最佳化的研究意義重大，不但可保障冶煉工藝的順行、充分有利于設 備資源，還能提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗。50年代，為了提高電弧爐生產(chǎn)率，當時采用加大電爐變壓器提高電壓的方 法來增加輸入功率，即采用“高電壓、大功率”的運行制度。到60年代，當時爐子容量還不很大，功率級別也不很高，約為400 kVA/t，變壓器總?cè)萘吭?0 MVA 左右。這一時期，電爐主要生產(chǎn)特殊鋼、合金鋼，流程為電爐出鋼后模鑄。隨著爐子供電功率的增大，電弧對爐襯的輻射侵蝕大大增強。在

10、70年代中后期，一度推崇高功率、大電流、短電弧操作方式。因而，功率因數(shù)值較低，特 別是在最大電弧功率處工作，功率因數(shù)僅為0.72左右。因為短而粗的電弧，對爐襯熱輻射減少，減輕了因提高功率對爐襯耐火材料的強烈侵蝕， 也提高了熱效 率；同時由于電弧電流加大，對鋼渣的攪拌加強，強化了熔池的傳熱；此外，大 電流短電弧穩(wěn)定性高，對電網(wǎng)的沖擊小。這一時期，典型的爐子變壓器容量大約 在50 MVA左右，功率級別約為500 kVA/t，典型的流程為電爐、鋼包爐、連鑄、 棒線材軋機。所謂“低電壓”和“短電弧”都只是相對于相同的變壓器容量而言。實際 上，如果把1臺普通功率電弧爐改造成為超高功率電弧爐，由于功率大大

11、增加， 變壓器的二次電壓和電弧長度都比原來普通功率電弧爐的大。這種短弧操作法， 在美國又稱為“滑動功率因數(shù)法”。其要點是整個熔煉過程自始至終只采用一檔 相當?shù)偷碾妷憾B續(xù)改變電流工作點。若用平衡的回路特性理論來描述工作點的 “滑動”，那就是功率因數(shù)先由電弧功率最大點 (0.720.75)逐漸平緩地過渡到 有功功率最大點(0.707)，再減少到0.68。這種情況適應于美國的條件：廢鋼行 業(yè)發(fā)達，可保證入爐廢鋼塊度小且均勻。這種方法的難點是判斷何時由相對長弧 改為短弧。上述低功率因數(shù)的運行方式不利于變壓器能力的充分利用，且電極消耗很 大。隨著水冷爐壁、水冷爐蓋尤其是泡沫渣技術(shù)的出現(xiàn)和成功，使“高電

12、壓、低 電流、長電弧、泡沫渣”操作有了可能，這類超高功率電弧爐是80年代中期的先進技術(shù)。在這個時期，爐子容量進一步大型化，功率級別又有所提高，爐子變 壓器容量達到了 70 MVA以上，電爐鋼進入扁平材、管材市場。其運行特點是高 功率因數(shù)操作，使變壓器的能力較充分地發(fā)揮。到了 90年代，電爐的容量進一步加大，爐子變壓器容量達到了100 MVA左右，功率級別已超過 800 kVA/t。在爐子電氣運行特點方面出現(xiàn)了高阻抗和變阻抗技術(shù)； 另外由于神經(jīng)網(wǎng)絡技 術(shù)的成功應用，使電弧爐的電氣運行工作點的識別和控制有了很大改善。 這一時 期的電爐電氣運行采用“更高電壓、 更小電流、更長電弧”的操作制度。原料條

13、 件的改善、薄板坯連鑄連軋技術(shù)的出現(xiàn)使得電爐鋼向管材、 板帶等純凈鋼領域進 展。電爐技術(shù)的進步和電爐流程的發(fā)展與電爐電氣的運行密切相關：一方面隨著對超高功率電弧爐電氣運行研究的不斷深入， 開發(fā)了許多新技術(shù)、設備及相關操 作工藝，如直流電弧爐、導電電極臂、高阻抗電爐、智能電弧爐、水冷電纜、水 冷/中空/浸漬/鍍層電極等等；另一方面也保障了超高功率電爐煉鋼其配套技術(shù)的 開發(fā)和應用，如海綿鐵等廢鋼代用品的使用、泡沫渣操作、替代能源的利用等等。 1.1.2爐底出鋼電爐 冶煉工藝操作EBT電爐冶煉己從過去包括熔化、氧化、還原精煉、溫度、成分控制和質(zhì)量控制的煉鋼設備，變成僅保留熔化、升溫和必要精煉功能(脫

14、磷、脫碳)的化鋼設備。而把那些只需要較低功率的工藝操作轉(zhuǎn)移到鋼包精煉爐內(nèi)進行。鋼包精煉爐完全可以為初煉鋼液提供各種最佳精煉條件，可對鋼液進行成分、溫度、夾雜 物、氣體含量等的嚴格控制，以滿足用戶對鋼材質(zhì)量越來越嚴格的要求。盡可能把脫磷，甚至部分脫碳提前到熔化期進行，而熔化后的氧化精煉和升溫期只進行 碳的控制和不適宜在加料期加入的較易氧化而加入量又較大的鐵合金的熔化，對縮短冶煉周期，降低消耗，提高生產(chǎn)率特別有利。EBT電爐采用留鋼留渣操作，熔化一開始就有現(xiàn)成的熔池，輔之以強化吹氧和底吹攪拌，為提 前進行冶金反應提供良好的條件。 從提高生產(chǎn)率和降低消耗方面考慮，要求電爐 具有最短的熔化時間和最快的

15、升溫速度以及最少的輔助時間(如補爐、加料、更換電極、出鋼等)，以期達到最佳經(jīng)濟效益。(1) 快速熔化與升溫操作快速熔化和升溫是當今電弧爐最重要的功能，將第一籃廢鋼加入爐內(nèi)后，這一過程即開始進行。為了在盡可能短的時間內(nèi)把廢鋼熔化并使鋼液溫度達到出鋼 溫度，在EBT電爐中一般采用以下操作來完成：以最大可能的功率供電，氧一燃 燒嘴助熔，吹氧助熔和攪拌，底吹攪拌，泡沫渣以及其它強化冶煉和升溫等技術(shù)。 這些都是為了實現(xiàn)最終冶金目標，即為爐外精煉提供成分、溫度都符合要求的初 煉鋼液為前提，因此還應有良好的冶金操作相配合。(2)脫磷操作脫磷操作的三要素，即磷在渣一鋼間分配的關鍵因素有：爐渣的氧化性、石灰含量

16、和溫度。隨著渣中FeO,CaO的升高和溫度的降低，渣一鋼間磷的分配系 數(shù)明顯提高。因此在電弧爐中脫磷主要就是通過控制上面三個因素來進行的。所采取的主要工藝有：強化吹氧和氧一燃助熔，提高初渣的氧化性；提前造成氧化性強、堿度較高的泡沫渣，并充分利用熔化期溫度較低的有利條件，提高爐 渣脫磷的能力：及時放掉磷含量高的初渣，并補充新渣，防止溫度升高后和出 鋼時下渣回磷；采用噴吹操作強化脫磷，即用氧氣將石灰與螢石粉直接吹入熔池， 脫磷率 一般可達80%，并能同時進行脫硫，脫硫率接近 50%;采用無渣出鋼技術(shù)，嚴 格控制下渣量，把出鋼后磷降至最低。一般下渣量可控制在2kg/t，對于(P2O5)=1%的爐渣，

17、其回磷量w 0.001%。出鋼磷含量控制應根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格、合金化等情況來綜合考慮，一般應1550 C):為使爐后處理和澆注正常進行， 根據(jù)所采用的工藝不同要 求電爐初煉鋼水有一定的過熱度，以補償出鋼過程、爐外精煉以及鋼液的輸送等 過程中的溫度損失。出鋼溫度應根據(jù)不同鋼種，充分考慮以上各因素來確定。出鋼溫度過低，鋼 水流動性差，澆注后造成短尺或包中凝鋼：出鋼溫度過高，使鋼清潔度變壞，鑄 坯(或錠)缺陷增加，消耗量增大?？傊?，出鋼溫度應在能順利完成澆注的前提下 盡量控制低些。EBT電爐的出鋼溫度低(出鋼溫降小)節(jié)約能源、減少回磷。EBT電弧爐的特點EBT電爐結(jié)構(gòu)是將傳統(tǒng)電爐的出鋼槽改成出鋼箱，出鋼口

18、在出鋼箱底部垂 直向下。出鋼口下部設有出鋼口開閉機構(gòu)， 開閉出鋼口，出鋼箱頂部中央設有操 作口，以便出鋼口的填料操作與維護。EBT電爐主要優(yōu)越性在于，它實現(xiàn)了無渣出鋼和增加了水冷爐壁使用面積。 優(yōu)點如下：(1) 出鋼傾動角度的減少。簡化電爐傾動結(jié)構(gòu)：降低短網(wǎng)阻抗:增加水冷爐壁使 用面積，提高爐體壽命。(2) 留鋼留渣操作。無渣出鋼，改善鋼質(zhì)量，有利于精煉操作：留鋼留渣，有利電爐冶煉、節(jié)約能源。(3) 爐底部出鋼。降低出鋼溫度，節(jié)約電耗 ：減少二次氧化，提高鋼的質(zhì)量：提高鋼包壽命。由于EBT電爐諸多優(yōu)點，在世界范圍迅速得到普及?，F(xiàn)在建設 電爐，尤其與爐外精煉配合的電爐，一定要求無渣出鋼，而EBT

19、是首選。EBT電爐的出鋼操作。出鋼時，向出鋼側(cè)傾動約 5后，開啟出鋼機構(gòu)，出 鋼口填料在鋼水靜壓力作用下自動下落， 鋼水流入鋼包，實現(xiàn)自動開澆出鋼。當 鋼水出至要求的約95%時迅速回傾以防止下渣，回傾過程還有約5%的鋼水和少 許爐渣流入鋼包中，爐搖正后(爐中留鋼10%15%,留渣95%)檢杳維護出鋼 參考文獻：中國CAD機械論壇1.1.3直流電弧爐直流煉鋼電弧爐簡介直流電弧爐是用直流電源供給電能的電弧爐。它與交流電弧爐一樣，也是利用電極和爐料（或熔池）間產(chǎn)生的電弧來發(fā)熱，從而達到熔煉的目的。直流電弧爐與交流電弧爐的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于：三相交流電弧爐頂部安裝三根可以上下移動的電極， 而直流電爐僅在爐

20、子頂部裝設一根可以上下移動的電極，另一電極位于爐子底部固定不動。直流電弧爐需要直流供電，所以比三相交流電弧爐多一套將三相交流電 變換成直流電的整流設備。與傳統(tǒng)的交流電弧爐相比，直流電弧爐的主要優(yōu)點是：（1）電弧穩(wěn)定且集中，熔池攪拌良好，爐內(nèi)溫度分布均勻，生產(chǎn)效率可以提高10% 電流和電壓波動小、對電網(wǎng)的沖擊減少，三相供電平衡，功率因數(shù)高， 可以節(jié)電5鳩上； 電極損耗少，噸鋼電極消耗比交流電弧爐少 50%。由于受到直流電源容量的限制，直流電弧爐發(fā)展緩慢。隨著可控硅技術(shù)的發(fā)展， 大功率直流電源設備的制造技術(shù)逐漸成熟， 在20世紀70年代后期直流電弧爐開 始受到冶金界的重視。世界上第一座直流電弧爐于

21、1982年在德國布什鋼廠建成并投產(chǎn)，以后的六、七年中，美、法、意、日等國相繼改建或新建成了各自的直 流電弧爐，容量從30t到60t不等。1989年日本東京鋼鐵公司建成了當時最大 的一座容量為130t的直流電弧爐。近年來世界各國相繼建成并投產(chǎn)多座直流電 弧爐，容量從60t到180t。1989年中國太原機械鑄造廠研制成中國第一座小型 直流電弧爐并投產(chǎn)，同年宣化鐵合金廠一座2000kVA埋弧直流電弧爐投產(chǎn)，用來 生產(chǎn)硅鐵、錳鐵、硅鈣等鐵合金。進入 90年代后，直流電弧爐越來越受到重視， 上海第三鋼鐵廠、長城鋼廠、齊齊哈爾鋼廠、江陰沿山鋼廠、上海第一鋼鐵廠等 先后引進大型直流電弧爐，容量 80100t

22、不等。寶山鋼鐵（集團）公司從法國引 進一套雙爐殼（一個電源）的150t直流電弧爐設備。采用直流電源的煉鋼電弧爐。采用單相直流電通到爐子上部頂電極作為陰極，底部（底電極或?qū)щ姞t底）作為陽極，形成上部電極一電弧一熔池一下部電極為負 載回路的電弧爐。其優(yōu)點是電極消耗大幅度降低；電弧穩(wěn)定；對電網(wǎng)沖擊小，一 般不設動態(tài)補償裝置；噪音??；能有效利用電能。參考文獻：直流電弧爐煉鋼金鼎編著1.2電弧爐煉鋼的優(yōu)缺點：電爐煉鋼是世界各國生產(chǎn)特殊鋼的主要方法，它具有以下的優(yōu)點：電爐煉 鋼的設備投資少、基建速度快； 煉鋼的熱能來自于電弧上，溫度可高達 40006000 C,并且直接作用在爐 料上，熱效率比較高，一般在

23、 65%以上。此外，冶煉中含有難熔元素 W、Mo 等高合金鋼； 電爐煉鋼可以去除鋼中含有的夾雜物和有害氣體，以及去硫、脫氧、合會化 等，以此來冶煉出高質(zhì)量的特殊鋼； 電爐煉鋼可采用熱裝或冷裝，不的受爐料的限制； 適應性強，可連續(xù)生產(chǎn)也可間斷生產(chǎn)。電弧煉鋼的缺點有： 電弧是點熱源，爐內(nèi)溫度分布不均勻，熔池各部位溫差較大； 爐氣或水分，在電弧的作用下，能解離出大量的 H、N，而使鋼中的氣體含量增高。隨 著電弧爐技術(shù)的發(fā)展和完善，以及廢鋼等代用品的開發(fā)與應用，電弧爐流程可以 使用廢鐵、廢鋼作為代用品，甚至可以使用比較多的生鐵進行生產(chǎn)冶煉。因此， 在全球角度看，以電弧爐煉鋼技術(shù)為代表的短流程鋼廠生產(chǎn)的

24、前景十分廣闊。第二章電弧爐爐型尺寸設計2.1熔池的形狀電弧爐熔池的形狀應利于冶煉反應的順利進行，砌筑容易、修補方便。目前使用的一般為錐球形熔池，上部分為倒置的截錐，下部分為球冠（如下圖所示）。 球冠形電爐爐底使得熔化了的鋼液能積蓄在熔池底部，迅速形成金屬熔池，加快爐料的熔化并及早造渣去磷。截錐形電爐爐坡便于補爐、爐坡傾角45 o熔池尺寸計算：么IHHlh 1 4卜2：刪矽駄 h 3 犧誌V:漑駄I ;.圖2.1電弧爐尺寸圖熔池容積v池根據(jù)（2.1）T液（2.2）H:魚住鹼式中 T出鋼液量；p液-鋼液密度，6.87.0t/m3G渣（2.3）渣式中G渣-按 氧化期最大渣量計算，鋼液量的 7% （堿

25、性）;p渣一34t/m32.2.1熔池直徑和深度設計在計算熔池直徑D和深度H之前，首先得確定一個合適的 D/H值。在熔池 容積一定的條件下，D/H越大，熔池越淺。熔池容積一定，熔池越淺，熔池表面 積越大，即鋼、渣界面越大，有利于鋼渣之間的冶金反應，因此，希望D/H大一些。但是D/H太大，則熔池直徑和熔煉室直徑都增大，于是路殼直徑增大， 導致D殼太大，爐殼散熱面積增加，電耗也增大，所以D/H又不能過大。在氧化以促使金若D/H太小，熔池太深，則鋼液加熱困難，溫度分布不均勻性大。 期內(nèi)應對金屬進行良好的加熱，并對熔池中的金屬進行強烈沸騰攪拌， 屬成分和溫度均勻9。當選定爐坡傾角45時，一般取D/H=

26、5左右較合適。由截錐體和球冠體的體積計算公式可知，熔池的計算公式為：. 2 2 5 h(D dD評3d2匚 2、h1 ）（2.4）4式中hi球冠部分高度，一般取hi=H/5;h2截錐部分高度，h2=H-hi=4/5H ;D熔池液面直徑，通常采取 D/H=5，即D=5H ;d球冠直徑，因 d=D-2h2=5H-8/5H=17/5H，整理得:（2.5）V池 二 12.1H3 二 0.0968D32.2.2熔煉室尺寸設計熔煉室指熔池以上至爐頂拱基的那部分容積，其大小需一次裝入堆積密度中 等的全部爐料。熔煉室直徑D熔為了防止鋼液沸騰或爐渣到達爐坡與爐壁磚交界處（薄弱處）時爐渣沖刷爐 壁磚，爐坡應高于爐

27、門檻（渣面與爐門檻平齊）約 100 mm左右，即當選定爐坡 傾角為45時：(2D 熔=D+2X100熔煉室高度H1金屬爐門檻至爐頂拱基的高度為熔煉室高度。爐襯門檻較金屬門檻高80100。從延長爐蓋壽命和多裝輕薄料考慮，希望熔煉室高度Hi大些，因為增大熔煉室高度Hi，爐蓋距電弧和熔池面距離遠，爐蓋受到的輻射熱會相對少一些， 爐蓋壽命長，另外，熔煉室高度Hi大，裝輕薄料多。但是如果熔煉室高度Hi太大：1)爐殼散熱面積大f電耗多；2) 電極長f電阻大。金屬爐門檻至爐頂拱基的空間高度為熔煉室高度。爐襯門檻較金屬門檻高出 80100mm。H經(jīng)驗值：1 二 0.50 0.5440t 電爐 一一D爐頂高h3

28、爐頂高度h3與熔池室直徑D有如下關系：h3 =1/7 1/9 (因爐頂磚而異)(2.8)D熔至此，渣面至爐頂中央高度 H2=H什h3 熔煉室上緣直徑Di通常熔煉室要設計成上大下小傾斜形的，即DiD熔，爐壁上部薄下部厚，這種形狀的熔煉室增強了爐壁的穩(wěn)定性，爐壁較穩(wěn)固，并且容易修補，同時使熔煉室的容積增大，可多裝輕薄料。另外下部的爐襯接近于爐渣，侵蝕快些，爐襯 下厚上薄可以使整個熔煉室爐襯壽命趨于均勻i0。(Hii00)的 i0%左右;(2.9)i80。能良好地修補爐底和整其爐墻內(nèi)側(cè)傾斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度所以：Di = D熔 2(Hi -i00)i0% 爐門尺寸的確定一般電爐設一個加料

29、爐門和一個出鋼口，其位置相隔確定爐門尺寸要考慮以下因素：便于順利觀察爐況， 個爐坡，采用加料機加料的爐子，料斗應能自由進入，能順利取出折斷的電極。爐門尺寸的經(jīng)驗值：爐門寬度=(0.250.3) D 熔(2.i0)爐門高度=0.8粉門寬度(2.ii)為了密封，門框應向內(nèi)傾斜8i2。 出鋼口和流鋼槽出鋼口的位置：出鋼口下緣與爐門檻平齊或高出100150mm。出鋼口為圓形孔洞，其直徑為120150mm。流鋼槽：外殼用鋼板或角鋼，斷面為槽型，固定在爐殼上，內(nèi)襯凹形預制磚（稱流鋼槽磚）。為了防止打開出鋼口以后鋼水自動流出，流鋼槽應上翹，與水平面成1012的角。流鋼槽長度與電爐在車間的布置萬式及出鋼萬式相

30、天，縱向或咼架式布置同跨出鋼的可以短一些，以減少鋼水散熱和二次氧化，一般1m以下。橫向地面布置異跨出鋼的應長些，-般2m以上。電弧爐容量是2噸，根據(jù)式式（2.1）到式（2.11）可求出：熔池容積V 池=449/1400 m3熔池液面直徑D = 1500mm熔池深度H= 300mm熔煉室高度H1= 675mm熔池室直徑D 熔=1700mm熔煉室上邊緣直徑D1=1815mm熔煉池高度H2 = 864mm球冠部分高度h1 = 60mm球錐部分高度h2 = 240mm球冠直徑d= 1020mm爐頂咼度h3 = 189mm爐門檻h0=100mm爐門寬度=510mm爐門咼度=408mm2.3電弧爐爐襯及厚

31、度的確定由于電弧爐內(nèi)部生產(chǎn)環(huán)境很復雜，因而對耐火材料的使用要求相對苛刻，以適于電弧爐的生產(chǎn)條件，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本11 01）高耐火度。電弧溫度在4000C以上，煉鋼溫度常在15001750C，有時 甚至高達2000C，因此要求耐火材料必須有高的耐火度。2）高荷重軟化溫度。電弧爐煉鋼過程是在高溫載荷條件下工作的，并且爐 體要受鋼水的沖刷，因此耐火材料必須有高的荷重軟化溫度。3）良好的熱穩(wěn)定性。電弧爐從出鋼到裝料時間內(nèi)溫度急劇變化，溫度由原 來的1600C左右驟然下降到900E以下，因此耐火材料必須具有良好的熱穩(wěn)定 性。4）抗渣性好。在煉鋼過程中，爐渣，爐氣，鋼液對耐火材料強烈的化學 侵蝕

32、，因此耐火材料有良好的抗渣性。5）高耐壓強度。電弧爐襯在裝料時受爐料的沖擊，冶煉時受鋼液的靜壓， 出鋼是受鋼液的沖刷，操作時又受機械振動，因此耐火材料必須有高的耐壓強度6）低導熱性。為了減少電弧的熱損失，降低電能消耗，要求耐火材料的導 熱性要差，即導熱系數(shù)要小12。第三章變壓器功率和電參數(shù)的確定3.1變壓器功率的確定電爐的生產(chǎn)率決定于電爐的容量，變壓器的功率，電爐全年的工作天數(shù)，冶 煉周期，電效率和熱效率。影響電爐工作的因素很多。目前，電爐利用系數(shù)以 1000kV A變壓器功率晝夜的合格鋼產(chǎn)量定為電爐生產(chǎn)率的標準 32。確定變壓器功率的目的是為了選擇與電爐容量相匹配的變壓器。變壓器功率的確定是

33、一個比較復雜問題，它受電爐的容量，冶煉時間，爐襯材質(zhì)，電效率、 熱效率等許多因素的影響。為了簡化計算，把變壓器功率于爐殼直徑D殼聯(lián)系起來，拋開其他影響因素。研究發(fā)現(xiàn)變壓器功率與爐殼直徑D殼存在如下關系。當爐殼直徑D殼已知時，可用下面經(jīng)驗公式選擇變壓器的額定功率33。110D殼3.32(3.1)式中，P視一變壓器視在功率，kVA;D殼一爐殼外徑，m；額定裝量時的熔化時間，0.75h。通過對爐體和耐火材料的計算可以知道D殼為3m,從而計算出 P視為5628.26KV.A3.2電極直徑設計電極是將電流輸入熔煉室的導體，當電流通過電極時，電極會發(fā)熱，此時會 有8%左右的電能損失。當功率一定時，電極直徑

34、減小，電極上電流密度增大，電能損失增大，電極 直徑增大，電極上電流密度減小，電能損失減小，因此希望電極直徑大點，但太。電極直徑可按下式確定。大，電極表面熱量損失增加，所以電極直徑又不能太多，應有一個合適值 根據(jù)經(jīng)驗，式中,30.4061 2 Pd電極=丫 K石墨電極500 r時電阻系數(shù)Qm p石墨=100Q mmm；2K系數(shù)，對石墨電極 K=2.1W/cm ;I電極上的電流強度，A;I_1000v 3U(3.2)(3.3)u最高二次電壓。d電極/mm100200300400500600(I/S) / (A/cm2 )282017151412式中，帶入數(shù)據(jù)計算出I=12178.43A，d電極=3

35、00mm 不同尺寸電極I/S值見下表5.1。表3.1 I/S值為了減少電極消耗，露出爐頂外的那部分電極溫度：石墨電極不超過500r， 為此電極上電流密度也不應超過該尺寸電極的 i/s允許值，以免電極溫度過高。3.3電極心圓直徑設計d三級心：過三個電極極心的圓周直徑。d三極心過小，三根電極彼此靠的比較近，電極距離爐壁遠，對爐壁壽命有利， 但是，爐坡上的爐料難熔化，熔池加熱不均勻，爐頂中心結(jié)構(gòu)強度差，容易損壞, 并且電極把持器上下移動困難。如果電極芯圓直徑太大，電弧距爐壁近，加劇爐 襯的損壞。電極心圓直徑的經(jīng)驗值為：d三極心= （0.250.3） D式中，D熔池直徑。代入數(shù)據(jù)算出d三級心=500m

36、m3.4電壓級數(shù)設計為了熔煉的正常進行，應在熔煉的各個時期使用不同的電力及不同長度的電 弧，以滿足工藝的要求。在功率一定時，工作電壓提高可以減小電流，因而可提 高 n e及 Cost。選擇最高一級二次電壓，有如下經(jīng)驗公式：對堿性電爐U=15Prat1/3;式(3.4)對酸性電爐U=70+15Prat1/3式(3.5)熔煉過程還原期用較低級的二次電壓，一般不高于120180V,因電壓高則電弧長，從而造成爐頂爐墻上熱負荷加大，對爐襯壽命和鋼的質(zhì)量有不利影響。電壓級數(shù)決定與最高一級電壓和各個冶煉期對爐子供給電能的不同要求，電壓級數(shù)取決于最高二次電壓和各冶煉期對供電的要求見圖表5.2。表3.2電壓級數(shù)

37、參數(shù)表最高級二次電壓/V200250250300320400400電壓級數(shù)244668818電壓級數(shù)用高壓繞組三角形聯(lián)接獲得 對2t爐子，其最高級工作電壓為：U=15 56281/3=267V采用8級電壓，中間各級電壓為：三角形聯(lián)接1 級267V2 級（267X）.85）227V3 級（227X）.85）193V4 級（193X）.85）164V第四章電弧爐耐火材料的選用4.1電弧爐爐墻、爐底用耐火材料設計爐墻和爐底的工作條件同爐蓋大致相當，易受到電弧的高溫輻射，在極高的 溫度條件下工作，經(jīng)常受到急冷作用。比爐蓋更嚴重的是爐墻和爐底直接同鋼水、 爐渣接觸，受到鋼水的沖刷和爐渣的侵蝕，并且裝料時

38、還受到爐料的撞擊。因此, 選用優(yōu)質(zhì)的耐火材料就顯得非常重要，尤其是與爐渣接觸部位和接近電弧熱點的 部位要求更高，常用的耐火材料如下： 鎂砂鎂砂是砌筑堿性電弧爐爐襯的主要材料之一，用來打結(jié)爐底和爐坡，也可用來制作鎂磚13。同時又是補爐的主要材料。鎂砂是由天然的菱鎂礦在1650C溫度下煅燒而成的。鎂砂的耐火度可達到2000r以上，有較好的抵抗堿性爐渣的侵蝕的能力。但其熱穩(wěn)定性差，導熱系數(shù)大。鎂砂的主要成分是氧化鎂 85%也含有少量雜質(zhì)。 白云石白云石也是砌筑堿性電弧爐爐襯的主要材料之一，用作爐墻和補爐材料，也可制作成白云石磚。白云石的耐火度也在2000C以上，它能抵抗堿性爐渣的侵蝕，熱穩(wěn)定性比鎂砂

39、好，但白云石易吸水粉化，因此應盡量縮短白云石從燒成到 使用的時間14o 石英砂石英砂是砌筑酸性電弧爐爐襯的主要材料之一， 用來砌爐底和爐坡，也用作 酸性電弧爐的補爐材料。純的石英砂為水晶透明體，含有少量雜質(zhì)時為白色，雜 質(zhì)愈多就愈呈暗灰色，電弧爐用的石英砂大多為白色。 各種耐火磚粘土磚主要作為電弧爐爐墻和爐底用的耐火材料， 故耐火度和荷重軟化溫度 低，因而用作隔熱磚，砌在靠近爐殼的部位。在粘土磚的里面再砌鎂磚和其他堿 性磚。鎂鋁磚由于原料缺乏，價格較貴，用的較少。硅磚用于酸性電弧爐。爐襯的組成：爐底和爐墻組成。爐壁襯磚厚度由按耐火材料熱阻計算確定，計算依據(jù)的是爐殼在操作末期被 加熱的溫度不大于

40、200C，防止爐殼變形?？偟膩碚f，增加爐殼厚度，爐殼受熱 及熱損失可以減少，這在一定程度上正確的，但是爐殼厚度S增加與熱損失減少 并非線性關系，當厚度 S達到一定值以后，再增加爐襯厚度熱損失減少不顯著，反而因為厚度S增加過大，而增加爐殼直徑 D殼，耐火材料消耗增加，所以 比較經(jīng)濟的辦法是選擇優(yōu)質(zhì)材料，使用較薄的爐襯 15 o爐底的組成：絕熱層一保護層一工作層考慮到用材經(jīng)濟節(jié)省，結(jié)構(gòu)合理通過 2.1表選出合適的耐火材料：絕熱層的組成：石棉板(200-50C)-硅藻土粉(600-200C)-粘土磚 (1000-600C)，磚縫應不大于2mm，縫隙用硅藻土粉或者粘土磚粉填充。保護層的組成：鎂磚(14

41、00-1000C)工作層的組成：鎂磚(1700-1400C)圖4.1爐底耐火材料絕熱層砌筑時磚縫不應大于 2mm,縫隙用硅藻土粉或粘土磚粉填充。保溫 層，其作用是保證熔池的堅固性，防止漏鋼砌筑方法有平砌、側(cè)砌和立砌。工作 層是容納鋼液和爐渣的部位，因此必須保證它的質(zhì)量，工作層成形方法分打結(jié)、 振動和砌筑16。表4.2耐火材料參數(shù)材料名稱材料最高允許溫度 t/c密度/(kg *m)導熱率 /（WJC）石棉板3077010450.100.14A級硅藻土制品9005000.0395+0.00019tB級硅藻土制品9005500.0477+0.0002t耐火粘土磚13501450180020400.7

42、0.84+0.00058t輕質(zhì)耐火粘土1250130080013000.290.41+0.00026t超輕耐火粘土11002703300.058+0.00017t硅磚1700190019500.93+0.0007t鎂磚6001700230026002.1+0.00019t通過單層平壁公式：q =(匕- t?)6(4.1)以硅藻土粉20mm推算：t平=t2(4.2)t 平二 620220=40,=(0.0395+0.00019 400)2=0.1155w/(m k)2= 2310w/m k石棉板：悴=200_50 =125， =0.14w/(m *K) ,、 = (J -t2) 口9mm2qqS

43、晉 400粘土磚：上平=I。= 800 Ch = 0.194w/(m K) , 6 (打t=34 mm2q工作層和保護層都是用的鎂磚，所以一起計算它們的厚度鎂磚：t 平=1700 1000 =1350 ,人=2.3565w/(m),6=(匕t2) = 714mm2q所以爐底厚度：=20 9 34 714 = 777mm保溫層通常緊貼爐殼鋼板處用一層石棉板，再砌筑一層粘土磚。工作層直接 與鋼渣接觸，熱負荷高，化學腐蝕嚴重，機械沖刷作用劇烈。砌筑方法有機制小 磚砌筑，大塊鎂磚裝配，整體打結(jié)和整體振動形成。爐墻的組成：保溫層-工作層保溫層的組成：石棉板(200-50 C)粘土磚(1200-200C)

44、工作層的組成：鎂磚(1700-1200C)圖4.3爐墻耐火材料200 50石棉板：上平=125C , x = 0.14w/(mK) , d =一(匕一上2)= 9mm2q粘土磚：t 平=I200200 = 700C , = 0.177w/(m * K ),、= (ti_t2) = 77mm2q鎂磚：t平=17001200 = 1450C , 二 2.37w /( m * K),、=(匕 -12) = 514mm2q所以爐壁厚度：=9 77 514 = 600mm4.2爐蓋用耐火材料爐蓋在冶煉過程中長期處于高溫狀態(tài)，并且經(jīng)常受到溫度的劇烈變化的影響，受到化學侵蝕和機械振動作用，所以工作條件十分惡

45、劣17。爐蓋用的耐火材料有以下幾種： 硅磚硅磚由天然石英巖或石英砂加工制成。由于硅磚有很高的荷重軟化溫度，較高的耐火度，同時具有質(zhì)量小、價格便宜等優(yōu)點，因此曾是堿性電弧爐爐蓋的主要材 料。硅磚的熱穩(wěn)定性差。隨著電弧爐熱負荷的提高，硅磚的耐火度低也成為主要 問題。硅磚爐蓋使用壽命一般不超過 50爐。除酸性電爐外，堿性電爐爐蓋已很 少使用硅磚。 高鋁磚高鋁磚是指含三氧化二鋁大于46%的硅酸鋁質(zhì)耐火材料，它的原料是高鋁磯 土礦。高鋁磚與硅磚相比，具有耐火度高、熱穩(wěn)定性好、抗渣性好和耐壓強度高 等優(yōu)良性能，加之我國磯土礦儲備量又多，所以目前它是我國堿性電弧爐爐蓋的 主要材料。 堿性磚堿性磚是比較新型的

46、爐蓋用磚?，F(xiàn)在各國使用的堿性爐蓋磚就其材質(zhì)而言有 鎂質(zhì)、白云石質(zhì)、鎂鋁質(zhì)等。它們具有高的耐火度和良好的抗氧化鐵渣的能力， 在苛刻冶煉條件下的使用性能比高鋁磚好，使用壽命長18。但變形厲害和成本高，所以還沒有廣泛采用，目前主要用在爐蓋的易損部位（電極孔、排煙孔、中 心部），其余部位還是用高鋁磚。 耐火泥在砌制爐蓋時用耐火泥與鹵水或凈水調(diào)和成耐火泥漿，其作用是填充磚縫，使砌體具有良好的緊密型，防止氣體通過，避免爐渣滲透19。耐火泥有粘土質(zhì)、硅質(zhì)、高鋁質(zhì)等幾類，它們的主要成分和理化指標與相應的耐火磚基本相 同。 耐火混凝土耐火混凝土是一種新型耐火材料，同耐火磚相比，具有制作工藝簡單、使用 方便、成本低等優(yōu)點，并且適于機械化制作形狀復雜的制品 20。電弧爐一般使 用以高鋁磚熟料為骨料。以磷酸或磷酸鋁作為膠結(jié)劑的磷酸鹽耐火混凝土。2爐蓋由硅磚組成：Q =