2電弧爐爐型設(shè)計(jì)0000

1、2電弧爐爐型設(shè)計(jì)2.1電弧爐爐型設(shè)計(jì)電弧爐是電路煉鋼車(chē)間的核心設(shè)備，電爐設(shè)計(jì)的好壞直接影響到煉鋼生產(chǎn)的順利與否。如果設(shè)計(jì)不合理造成先天性缺陷，一旦投產(chǎn)就很難再做改動(dòng)，所以對(duì)于電爐設(shè)計(jì)應(yīng)予以重視。電弧爐爐型電弧爐爐型是指爐子內(nèi)部空間的形狀和尺寸，不同的熔煉爐因工作條件不同，供熱熱源不同而有不同的內(nèi)部空間。電弧爐近于球形體，從減少散熱面出發(fā)，以球形為最好。現(xiàn)代電弧爐爐體中部是圓筒形，爐底為弧形，爐頂為拱形。作為發(fā)熱體，電極端部的三電弧位于爐內(nèi)中心部位。電弧爐設(shè)計(jì)應(yīng)保證高的生產(chǎn)率，電能、耐火材料、電極等消耗要低，同時(shí)要滿足冶金反應(yīng)順利進(jìn)行，故應(yīng)考慮以下因素：（1） 選用大功率變壓器；（2） 保證高的

2、熱效率和電流效率；（3） 采用高質(zhì)量的耐火材料砌筑材料；（4） 爐子各部分形狀和尺寸設(shè)計(jì)布局合理；（5） 爐子熔煉室容積能一次裝入堆比量中等的全部爐料；（6） 爐子傾斜10°20°能保證鋼液順利流出。熔池的形狀和尺寸電弧爐的大小以其額定容量來(lái)表示，所謂額定容量是指新設(shè)計(jì)的電爐熔池所能容納的鋼水量。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，隨著熔煉爐數(shù)的增多，熔池容積逐漸增大，裝入量或者出鋼量也就不斷增加。另外生產(chǎn)中還經(jīng)常用提高爐門(mén)檻即造假爐門(mén)檻的辦法來(lái)增加爐產(chǎn)量，這樣就出現(xiàn)了超裝問(wèn)題，一般認(rèn)為吵裝20%50%為宜，不宜超裝太多，大電弧爐基本上都不超裝。熔池：容納鋼液和熔渣的那部分容積。熔池的容積應(yīng)能

3、足夠容納適宜熔煉的鋼液和熔渣，并留有余地。（1） 池的形狀其形狀應(yīng)有利于冶煉反應(yīng)的順利進(jìn)行，砌筑容易，修補(bǔ)方便。目前使用的多為錐球型熔池，上部分為倒置的截錐，下部分為球冠。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。截錐形電爐爐破便于補(bǔ)爐，爐坡傾角45°，其優(yōu)點(diǎn)如下45°角叫自然錐角，砂子等松散材料成堆后的自然錐角正好也是45°（2） 熔池尺寸計(jì)算熔池容積V池。根據(jù)定義：V池=V液+V渣V液=T/液式中T出鋼液量；液鋼液的密度，取7.0t/m³。V渣=G渣/液式中G渣按氧化期最大渣量計(jì)算，鋼液量的3%（

4、堿性）；渣34t/m³，取3t/m³。熔池直徑D（渣面直徑）和深度H之比D/H。在計(jì)算熔池直徑D和深度H之前，首先要確定一個(gè)合適的D/H值。在熔池容積一定的條件下，D/H越大，則熔池越淺。熔池容積一定，熔池越淺，熔池表面積越大，即鋼、渣界面積越大，有利于鋼渣之間的冶金反應(yīng)，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(dǎo)致D殼太大，爐殼散熱面積增大，電耗也增大，所以D/H又不能太大。如果D/H太小，熔池太深，鋼液加熱困難，溫度分布不均勻性大。在氧化期應(yīng)對(duì)金屬進(jìn)行良好的加熱，并對(duì)熔池中的金屬進(jìn)行強(qiáng)烈沸騰攪拌，以使金屬成分和溫度均勻。當(dāng)

5、爐坡傾角45°時(shí)，D/H一般趣=5左右教合適。由截錐體和球冠體的體積計(jì)算公式可知，熔池的計(jì)算公式為：V池=h2(D2+dD+d2)+h1(3×+h12)式中 h1球冠部分高度，一般取h1=H/5; h2截錐部分高度，h2=H-h1=4/5H ; D熔池液面直徑，通常采取D/H=5; d球冠直徑，因d=D-2h2=5H-8/5H=17/5H帶入上式，整理后得V池=12.1H3=0.0968D3利用上式可求出H和D的值。計(jì)算求得：V液=14.286m³V渣=1.0m³V池=V液+V渣=15.286m³D=5405；H=1081；h1=216；h2=

6、865；d=5405；熔煉室尺寸熔煉室是指熔池以上至爐頂拱基的那部分容積，其大小應(yīng)能一次裝入堆積密度中等的全部爐料。（1） 熔煉室直徑D熔爐坡與爐壁交界處的直徑，為了防止鋼液沸騰時(shí)爐渣沖刷爐壁磚或爐渣到大爐坡與爐壁磚交界處，爐坡應(yīng)高于爐門(mén)檻（渣面與爐門(mén)檻平齊）約100左右，即當(dāng)選定爐坡傾角為45°時(shí)：D熔=D+100=5405+100=5505mm（2） 熔煉室高度H1金屬爐門(mén)檻至爐頂拱基的高度為熔煉室高度。爐襯門(mén)檻較金屬門(mén)檻高80100。從延長(zhǎng)爐蓋壽命和多裝輕薄料考慮，希望熔煉室高度H1大些，因?yàn)樵龃笕蹮捠腋叨菻1，爐蓋距電弧和熔池面距離遠(yuǎn)，爐蓋收到的輻射熱相對(duì)少一些，爐蓋壽命長(zhǎng)，

7、另外，熔煉室高度H1大，裝輕薄料多。但是如果熔煉室高度H1太大：爐殼散熱面積大電耗多；電極長(zhǎng)電阻大。經(jīng)驗(yàn)值H1/D=0.440.40.>40t電爐，本設(shè)計(jì)取0.42，則H1=0.42D=2270（3） 爐頂高度h3爐頂高度h3與熔池室直徑D有如下關(guān)系： =（因爐頂磚不同而異）本設(shè)計(jì)取，則：h3=×5505=688至此，渣面至爐頂中央高度H2=H1+h3=2958（4） 熔煉室上緣直徑D1一般熔煉室要設(shè)計(jì)成上大下小傾斜形的，即D1>D熔，爐壁上部薄下部厚，這樣形狀的熔煉室增加了爐壁的穩(wěn)定性，爐壁較穩(wěn)固，并且容易修補(bǔ)，同時(shí)使熔煉室的容積增大，可多裝些輕薄料。另外下部的爐襯接近

8、于爐渣，侵蝕快些，爐襯下厚上薄可以使整個(gè)熔煉室爐襯壽命趨于均勻。其爐墻內(nèi)側(cè)傾斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度（H1-100）的10%左右：D1=D熔+2×（H1-100）×10%=5939爐襯及厚度（）的確定爐襯組成：爐殼石棉（100）絕熱層工作層。爐壁襯磚厚度通常按耐火材料熱阻計(jì)算確定，計(jì)算依據(jù)的條件是爐殼在操作末期被加熱的溫度不大于200，以免爐殼變形。一般而言，增加爐襯厚度，爐殼受熱及熱損失可以減少，這在一定限度內(nèi)是正確的，但是爐襯厚度增加與熱損失減少并非線性關(guān)系，厚度達(dá)到一定值以后，再增加爐襯厚度，熱損失減少不顯著，反而因?yàn)楹穸冗^(guò)大，而增加爐殼直徑，耐火材料增加，散

9、熱面積增加，所以比較經(jīng)濟(jì)的辦法是選擇優(yōu)質(zhì)材料，使用較薄的爐襯。按經(jīng)驗(yàn)值選，當(dāng)噸位大于40t時(shí)：爐頂磚厚度350mm爐壁部位厚度：工作層460mm 絕熱層75mm爐殼及厚度爐殼要承受爐襯和爐料的質(zhì)量，抵抗部分襯磚在受熱膨脹時(shí)產(chǎn)生的膨脹力。承受裝料時(shí)的撞擊力。爐殼厚度z與爐殼直徑的關(guān)系見(jiàn)下表：D殼/m<334466z/mm12151520252830本設(shè)計(jì)z取30mm。則D殼=5505+2×（460+75）+60=爐門(mén)尺寸的確定一般電爐設(shè)一個(gè)加料爐門(mén)和一個(gè)出鋼口，其位置相隔180°爐門(mén)尺寸經(jīng)驗(yàn)值：爐門(mén)寬度=（0.250.3）D熔=0.3×5505=爐門(mén)高度=0.

10、8×為了密封，門(mén)框應(yīng)向內(nèi)傾斜8°12°。2.2水冷爐壁與水冷爐蓋水冷爐壁水冷爐壁的形式有板式、管式及噴淋式多種，但較普遍的是管式水冷爐壁。本設(shè)計(jì)選用管式水冷爐壁。整個(gè)水冷爐壁由612個(gè)水冷構(gòu)件組成。水冷爐壁材質(zhì)選用銅質(zhì)，銅質(zhì)水冷爐壁在爐壁的下面靠近渣線附近。水冷爐壁布置，對(duì)于偏心底出鋼電爐，水冷爐壁布置在距渣線200300mm以上的爐壁上，占爐壁面積的80%85%。另外，采用水冷爐壁后，爐容積擴(kuò)大，增加了廢鋼裝入量。水冷爐蓋超高功率電弧爐的水冷爐蓋形式有管式和噴淋式，本設(shè)計(jì)選用管式，其材質(zhì)為銅。整個(gè)水冷爐蓋可由一個(gè)水冷構(gòu)件組成或由56個(gè)水冷構(gòu)件組成。采用超高功率電

11、弧爐冶煉，為了延長(zhǎng)爐蓋的使用壽命，采用水冷爐蓋，該爐蓋由上下兩層鋼板焊接而成，上薄下厚，其厚度各為20mm，30mm，水冷層厚度為200mm。內(nèi)襯掛渣鉚釘為20mm。爐蓋內(nèi)徑的確定Dg=DB+2c。式中：Dg水冷爐蓋的直徑，mm； DB熔化室直徑，mm； c添加系數(shù)，取其值為300mm；故：Dg+2c=6484爐蓋上面開(kāi)五個(gè)孔，其中三個(gè)位電極孔，電極周?chē)鲇心突鸫u。一個(gè)為排塵孔。后兩個(gè)孔直徑為450mm，爐蓋圈的高度（包括環(huán)行凸圈）為260mm。環(huán)行凸圈的高度定為60mm，寬度也為60mm，寬度也為60mm。爐蓋上還焊接有6根拉筋，起加固爐蓋的作用。水冷爐壁、水冷爐蓋的安裝采用框架懸掛式安裝，

12、其特點(diǎn)爐壁、爐蓋無(wú)完整鋼板爐壁、水冷爐蓋組成完整的爐體。為便于運(yùn)輸、安裝、維護(hù)以及提高壽命，將裝有水冷爐壁的爐體制成上下兩部分，在水冷爐壁的下沿與爐底及渣線分開(kāi)，采用法蘭連接。2.3偏心底出鋼（EBT）設(shè)計(jì)出鋼口偏心距E的確定偏心度或叫偏心距，即出鋼口中心到爐體中心的距離，用E表示。也有用偏心率（）來(lái)表示的，=E/(1/2Dk)。出鋼口偏心距的確定，在滿足出鋼口填料與維護(hù)方便的條件下，應(yīng)盡量小。主要考慮：一是減少出鋼箱內(nèi)（小熔池）與爐體內(nèi)（大熔池）鋼水溫度與成分的不均勻性，有利冶煉操作；二是減少爐體的偏重。通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)確定對(duì)于本設(shè)計(jì)100t電爐設(shè)計(jì)E=4.0m。出鋼箱切角出鋼箱切角，即出鋼箱與

13、爐體中心的夾角。出鋼箱與爐體（殼）的連接要滿足耐火材料能平滑過(guò)渡，故要求相切，其切角隨著爐殼直徑的增大而減小，90°120°。本設(shè)計(jì)100t電爐取95°。出鋼箱高度偏心底出鋼電弧爐出鋼口位于爐殼實(shí)出部分出鋼箱的底部，利用出鋼口開(kāi)閉機(jī)構(gòu)和爐體傾動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)樹(shù)立出鋼及留鋼、留渣操作。出鋼口類(lèi)似鋼包水口，所用耐火材料材質(zhì)為鎂碳磚。出鋼口用擺動(dòng)式鉸鏈蓋板密封。為防止變形，密封處的蓋板和出鋼口尾磚均有石墨構(gòu)成。電爐裝料前，出鋼口中填入一定粘度的含F(xiàn)e2O310%的MgO-SiO2混合填料，任其自然充填牢固，將上部操作口蓋板蓋好，下部密封處蓋板蓋牢即可。密封蓋固定在一個(gè)空心軸

14、上，軸內(nèi)通水冷卻，軸安裝在電弧爐搖架下部，用液壓缸將軸快速轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度，即可實(shí)現(xiàn)出鋼口開(kāi)啟和關(guān)閉。為防止超裝、熔池氧化沸騰爐體后傾及出鋼不順爐體后傾時(shí)，鋼水較長(zhǎng)時(shí)間接觸水冷過(guò)橋與出鋼箱水冷蓋板而造成危險(xiǎn)，希望出鋼箱高度適當(dāng)大些，但過(guò)高對(duì)出鋼口的填料與維護(hù)及爐體的偏重不利。本設(shè)計(jì)100t電爐取1.8m。出鋼口直徑的確定考慮綜合因素（如鋼水的降溫、生產(chǎn)率、卷渣及出鋼操作等），常以出鋼時(shí)間=120150s作為設(shè)計(jì)出鋼口直徑的依據(jù)之一。估算出鋼口直徑，可用下式：d=0.04G/(h)式中d出鋼口直徑，mG出鋼量，t出鋼時(shí)間，sh出鋼口上方鋼水深度，m計(jì)算中認(rèn)為出鋼過(guò)程中出鋼口上方鋼水深度變化不大。本

15、設(shè)計(jì)100t電爐d=0.28m。機(jī)械裝置為了保證無(wú)渣出鋼，應(yīng)避免出鋼箱上部的鋼水產(chǎn)生漩渦，即應(yīng)在爐體傾動(dòng)至最大角度結(jié)束出鋼時(shí)，使?fàn)t內(nèi)仍保留一部分鋼水。為此應(yīng)使?fàn)t體迅速回傾斜，回傾速度約為3°/s。偏心底出鋼電弧爐，向爐門(mén)可傾動(dòng)1020°，向出鋼口最大傾動(dòng)15°，總傾動(dòng)角度為2527°。電爐應(yīng)設(shè)傾動(dòng)液壓缸與傾動(dòng)搖架結(jié)構(gòu)。確定變壓器的容量 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，熱效率。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一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，它受電爐的容量，冶煉時(shí)間，爐襯材料，電

16、效率，熱效率等許多因素的影響，為了簡(jiǎn)化計(jì)算。把變壓器功率與爐殼直徑D殼聯(lián)系起來(lái)，拋開(kāi)其它影響因素，研究發(fā)現(xiàn)變壓器功率與爐殼直徑D殼之間存在如下關(guān)系。當(dāng)爐殼直徑D殼已知時(shí)，可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式選擇變壓器的額定功率。P視=式中P視變壓器視在功率D殼 爐殼外徑，6.635 m 額定裝置時(shí)的熔化時(shí)間，0.75 h帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：P視=71588kv·A P 平均=50112 kv·A電壓級(jí)數(shù)為了滿足冶煉工藝的要求。在各個(gè)冶煉期采用不同德功率供電，如熔化期采用最高功率以及最高二次電壓供電，在精煉期使用較小功率及低電壓供電。在功率要求一定時(shí)，工作電壓提高，可以減小電流。因而可以提高功率因

17、數(shù)和電壓效率，為此變壓器要設(shè)置若干級(jí)二次電壓，首選最高一級(jí)的二次電壓，其經(jīng)驗(yàn)公式是U=15帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：U=662 v由于U大于 所以電壓級(jí)數(shù)取 級(jí)-改變二次電壓通過(guò)改變變壓器高壓側(cè)線圈匝數(shù)及其接線法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 電極直徑的確定 電極是將電流輸入熔煉室的導(dǎo)體，當(dāng)電流通過(guò)電極時(shí)，電極會(huì)發(fā)熱，此時(shí)會(huì)有8%左右的熱能損失。當(dāng)功率一定時(shí)，電極直徑減小，電級(jí)上的電流密度I/S增大，電能損失增大，電極直徑增大，電級(jí)上的電流密度I/S減小，電流損失減小，因此，電極直徑應(yīng)該大一點(diǎn)。但是電極直徑太大，電極表面熱損失增大，所以電極直徑也不能太大，應(yīng)有一個(gè)合適的值，以保證電極上的電流密度在一定的范圍內(nèi)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電極

18、直徑可按下式確定：d電極= 式中 石墨500時(shí)電極系數(shù)，·m；=100mm2、/mK系數(shù)，對(duì)石墨電極K=2.1W/cm2I電極上的電流強(qiáng)度，A；I=式中 U最高二次電壓。通過(guò)計(jì)算得I = 66451 A則計(jì)算得 d=440.32 mm 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取電極直徑d為600mm。電極心圓的尺寸設(shè)計(jì)依據(jù)：若三個(gè)電極很靠近，則電弧距爐墻較遠(yuǎn)，對(duì)爐墻壽命有利，但爐坡上爐料熔化困難，熔池加熱不均勻，且爐頂中心結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很難保證，此時(shí)電極把持器上下移動(dòng)也困難，當(dāng)電極心圓較大時(shí)，電弧靠近爐墻，爐墻的損耗會(huì)加劇，因此電極直徑與熔池液面直徑有關(guān)。對(duì)中等爐子：d三級(jí)心/Db=0.3d三級(jí)心=0.30 Db=0.

19、30 5405=1622 m2.5水冷掛渣爐壁設(shè)計(jì) 由于電弧爐的高功率化，是爐內(nèi)熱負(fù)荷急劇增加，爐內(nèi)熱量分布不均勻加劇，從而是爐壁壽命大大降低，利用水冷掛渣爐壁來(lái)解決上述問(wèn)題，對(duì)于超高功率電弧爐爐壁熱量很高，故選用管式水冷掛渣爐壁，其特點(diǎn)如下:（1） 一定厚度的此爐壁可以抗擊爐料撞擊或爐料搭接打弧，以及吹氧不當(dāng)造成的過(guò)熱;（2） 具有很好的掛渣能力;（3） 采用分離式爐殼，易于拆卸和更換 水冷掛渣爐壁參數(shù)設(shè)計(jì)水冷掛渣爐壁各基本參數(shù)確定的主要依據(jù)是爐子工作條件下通過(guò)爐壁所傳出的熱量大小。水冷爐壁應(yīng)確定幾個(gè)參數(shù)，水冷壁的熱流，水冷壁的面積，冷卻水流量，流速，冷卻水通道的尺寸；還有計(jì)算過(guò)程中所需要的

20、對(duì)流換熱系數(shù)，綜合傳熱系數(shù)和最大熱流等參數(shù)值1） 電弧爐爐壁的熱流：電弧爐爐壁的熱流主要來(lái)自于電弧輻射熱，其大小和電弧功率。電弧與爐壁間距等因素有關(guān)2）根據(jù)熱平衡關(guān)系計(jì)算所需要的冷卻水量 根據(jù)電弧爐水冷爐壁（或爐頂）的熱流全部被冷卻水吸收的熱平衡關(guān)系得G=q熱點(diǎn)爐壁熱流，kj/mh；s 水冷爐壁面積，m；G 冷卻水量, kj/hCp 水的熱容, j/kg出水溫度，；計(jì)算得3） 水冷壁水速的確定水速 的實(shí)際選用值以水通道結(jié)構(gòu)有關(guān)，由于本設(shè)計(jì)中 q= 綜合考慮去 4） 水冷管徑的確定為防止出現(xiàn)過(guò)冷沸騰，選 選管徑應(yīng)小于，選直徑 則選用流速為= 為防止熱應(yīng)力引起水冷壁受熱破裂，選用鍋爐管為冷卻管，其

21、厚度為5） 平衡掛渣層厚度Fe=0.023Re0.8Pr0.4/dLs=式中 Fe 管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，w/m2 Re 雷諾系數(shù)，Re= Pr 普蘭德準(zhǔn)數(shù)，Pr= Ls 平均掛渣厚度層，m 水冷爐壁鋼板導(dǎo)熱系數(shù)，=54w/m2LFe 水冷壁鋼板厚度， 熱渣層的熱導(dǎo)率，w/m2 其值為t 0 出水溫度t1 進(jìn)水溫度，d 管徑 m。 故計(jì)算得熱區(qū)冷區(qū)6） 綜合傳熱系數(shù)和臨界傳熱系數(shù)臨界傳熱系數(shù)則壁溫所以該爐壁安全可靠。7） 臨界熱流量和最大熱流量（1） 若爐壁熱負(fù)荷波動(dòng)，或者掛渣層脫落，溶蝕，則水冷壁講承受很大的熱流量，如果繼續(xù)增大則將產(chǎn)生局部沸騰，則此時(shí)的熱流為最大熱流：（2） 當(dāng)熱流超過(guò)臨界熱流值時(shí)并繼續(xù)增大。水冷板或水冷