產(chǎn)萬噸連鑄坯的電弧爐煉鋼車間設(shè)計

1、摘要本文敘述了年產(chǎn)130萬噸連鑄坯的電弧爐煉鋼車間工藝設(shè)計過程，通過對電弧爐相關(guān)材料的查閱，對現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝及車間布置有了一定的了解和認識。在此次設(shè)計中，主要冶煉的鋼種為不銹鋼，生產(chǎn)鋼板為主。通過查閱資料選擇了合適的冶煉工藝路線和相應(yīng)的設(shè)備。嚴格按照設(shè)計任務(wù)書的要求，先后進行并完成了不銹鋼1Cr17Ni2的物料平衡和熱平衡的計算，電弧爐爐型尺寸的計算及確定、相應(yīng)配備設(shè)備的計算及確定如：變壓器、AOD、鋼包、中間包、板坯連鑄機等設(shè)備尺寸的選擇確定、爐外精煉方式的選擇確定，電弧爐車間的整體布置以及人員配備和經(jīng)濟指標的核算等任務(wù)。電弧爐新技術(shù)的開發(fā)給電弧爐煉鋼帶來了巨大的經(jīng)濟效益與環(huán)境優(yōu)勢，本文

2、針對現(xiàn)代電弧爐煉鋼新技術(shù)方面作了詳細的討論。關(guān)鍵詞：電弧爐，偏心底出鋼，氬氧爐，爐外精煉 i Abstract This article describes the capacity of 1.3mt of continuous casting slab EAF steelmaking process design process, through workshop of electric arc furnace of relevant materials of modem eaf or process and workshop layout have certain knowledge an

3、d understanding.During the design process,the main steel products is steel board of stainless steel .According to smelting steel grade ,choose a suitable route and the corresponding equipment. In strict accordance with the design specification requirements,has been completed materials balance and he

4、at balance of 1Cr17Ni2 , the type size calculation of EAF,the calculation of corresponding equipment ,such as the transformer ,AOD,the ladle,tundish,slab continuous casting machine etc,The overall layout of electric arc furnace plant and the economic indicators business accounting.The development of

5、 EAF new technology brought enormous economic benefits and environmental advantages,this paper has made a detailed discussion about the modern EAF steelmaking technology.Key Words：electric arc furnace, EBT, AOD ,external refiningii目錄1 電弧爐煉鋼車間的設(shè)計方案11.1電爐車間生產(chǎn)能力計算11.1.1電爐容量和臺數(shù)的確定11.1.2電爐車間生產(chǎn)技術(shù)指標11.2電弧爐

6、煉鋼車間設(shè)計21.2.1電弧爐煉鋼車間設(shè)計與建設(shè)的基礎(chǔ)材料21.2.2電爐煉鋼車間的組成21.2.3電爐各車間的布置情況32電弧爐爐型設(shè)計42.1電弧爐爐型設(shè)計42.1.1電弧爐爐型42.1.2熔池的形狀和尺寸42.1.4爐襯厚度62.1.5工作門和出鋼口72.2偏心底出鋼箱的設(shè)計72.2.1爐殼72.2.2爐底82.2.3出鋼口82.2.4機械裝置82.2.5出鋼箱設(shè)計參數(shù)82.3電弧爐變壓器容量和參數(shù)的確定9III2.3.1確定變壓器的容量92.3.2電壓級數(shù)102.3.3電極直徑的確定102.3.4電極極心圓的尺寸102.3.5短網(wǎng)的設(shè)計112.4水冷掛渣爐壁設(shè)計122.5水冷爐蓋設(shè)計1

7、23電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡133.1物料衡算133.1.1 熔化期物料計算133.1.2氧化期物料計算183.2熱平衡計算223.2.1計算熱收入QS223.2.2計算熱支出QZ224 車間主要設(shè)備的選擇264.1電弧爐主要設(shè)備的選擇264.1.1校核年產(chǎn)量264.1.2對電極的要求264.2精煉爐設(shè)備選擇264.3連鑄設(shè)備選擇274.3.1鋼包允許的最大澆注時間274.3.2拉坯速度274.3.3連鑄機的流數(shù)284.3.4弧形半徑294.4連鑄機的生產(chǎn)能力的確定294.4.1連鑄澆注周期的計算294.4.2連鑄機作業(yè)率304.4.3連鑄坯收得率304.4.4連鑄機生產(chǎn)能力的計算304.5

8、中間包及其運載設(shè)備314.5.1中間包的形狀和構(gòu)造314.5.2中間包的主要工藝參數(shù)314.5.3中間包運載裝置324.6結(jié)晶器及其振動裝置324.6.1結(jié)晶器的性能要求及其結(jié)構(gòu)要求324.6.2結(jié)晶器主要參數(shù)選擇324.6.3結(jié)晶器的振動裝置334.7二次冷卻裝置334.7.1二次冷卻裝置的基本結(jié)構(gòu)334.7.2二次冷卻水冷噴嘴的布置334.7.3二次冷卻水量的計算334.8.1拉矯裝置344.8.2引錠裝置344.9鑄坯切割裝置344.10盛鋼桶的選擇344.11渣罐及渣罐車的選擇364.11.1車間所需的渣罐車數(shù)量364.11.2車間所需渣罐數(shù)量364.12起重機的選擇364.13其他輔

9、助設(shè)備的選擇375電弧爐煉鋼車間工藝設(shè)計385.1廢鋼385.2輔助料385.2.1對輔助料的要求385.2.2供應(yīng)方案395.2.3配料395.2.4裝料和補料405.2.5電弧爐冶金工藝415.2.6精煉工藝425.2.7連鑄操作工藝446 電弧爐煉鋼車間工藝布置466.1原料跨466.1.1原料跨的寬度476.1.2原料跨的總長度476.2爐子跨整體布置476.2.1爐子跨工作平臺高度486.2.2爐子的變壓器室和控制室486.2.3電弧爐出渣和爐渣處理486.2.4爐子跨的長度、高度、跨度486.3精煉跨496.3.1整體布置496.3.2 LF爐的布置496.3.3 AOD爐的布置4

10、96.3.4鋼包回轉(zhuǎn)臺的布置496.3.5其他布置496.4連鑄跨506.4.1總體布置506.4.2連鑄機操作平臺的高度、長度、寬度506.4.3連鑄機總高和本跨吊車軌面標高506.4.4連鑄機總長度516.5出坯跨516.6備注517車間人員編制及主要經(jīng)濟技術(shù)指標527.1技術(shù)經(jīng)濟指標527.1.1產(chǎn)量指標527.1.2質(zhì)量指標527.1.3作業(yè)效率指標527.1.4連鑄生產(chǎn)技術(shù)指標527.2車間人員編制52參考文獻54致謝55專題56VII 1 電弧爐煉鋼車間的設(shè)計方案1.1電爐車間生產(chǎn)能力計算1.1.1電爐容量和臺數(shù)的確定 電爐車間產(chǎn)量系指一定的A=24nga/t生產(chǎn)期內(nèi)合格產(chǎn)品的產(chǎn)量

11、，本設(shè)計題目為年產(chǎn)130萬噸連鑄坯的電弧爐煉鋼車間工藝設(shè)計。根據(jù)電弧爐的產(chǎn)量計算式：確定電弧爐容量及臺數(shù)（1） 電弧爐的產(chǎn)量計算式 式中 n全年實際有效作業(yè)日數(shù)，n=365×作業(yè)率（90%)=330 g每次熔煉鋼水的量 t平均一爐的冶煉時間 取60min a鋼水鑄成鋼坯的收得率 取95% g=172.78t g=f·gN式中g(shù)N電弧爐的公稱容量； f超裝系數(shù) 取1.20； gN=172.78/1.2=143.98t。留鋼量取12噸，故取電弧爐公稱容量90t，且車間需要兩臺電弧爐可滿足要求。 1.1.2電爐車間生產(chǎn)技術(shù)指標（1） 產(chǎn)量指標 合格鋼產(chǎn)量 130萬噸/年 小時出鋼

12、量 180t/h 冶煉周期 60min 冶煉時間50min（2） 質(zhì)量指標 鋼坯合格率 98.5%（3） 作業(yè)率指標 連鑄機作業(yè)率 80%（4） 連鑄生產(chǎn)技術(shù)指標 連鑄比 100% 鑄坯合格率 98% 連鑄收得率 97%A金屬材料消耗 一般為廢鋼、返回廢鋼、合金料與脫氧合金。B煉鋼輔助材料消耗 石灰、螢石以及其他造渣材料和脫氧粉劑。C耐火材料消耗主要用于爐襯的各種耐火磚以及鋼包的耐火材料。D其他原材料消耗電極和工具材料。E動力熱力消耗指標主要為電能和各種氣體和燃油等。車間設(shè)計產(chǎn)品大綱見下表：（5） 連鑄生產(chǎn)技術(shù)指標 連鑄比 100% 鑄坯合格率 98.5% 連鑄收得率 97%（6） 生產(chǎn)的鋼種

13、：主要生產(chǎn)不銹鋼，代表性鋼號：1Cr17Ni2。1.2電弧爐煉鋼車間設(shè)計1.2.1電弧爐煉鋼車間設(shè)計與建設(shè)的基礎(chǔ)材料（1） 建廠條件1） 各種原料的供應(yīng)條件，特別是鋼鐵原料來源；2） 產(chǎn)品銷售對象及其對產(chǎn)品質(zhì)量的要求；3） 水電資源情況，所在地區(qū)的產(chǎn)品加工，配件制作的協(xié)作條件；4） 交通運輸條件，水路運輸及地區(qū)公路、鐵路的現(xiàn)狀與發(fā)展計劃；5） 當?shù)貧庀?，地質(zhì)條件，環(huán)保要求。（2） 工藝制度確定工藝制度是整個工藝設(shè)計的基本方案，是設(shè)備選擇，工藝布置等一系列問題的設(shè)計基礎(chǔ)。1） 冶煉方法：利用超高功率電弧爐進行單渣冶煉，然后進行爐外精煉；2） 澆注方法：采用全連鑄；3） 連鑄坯的冷卻處理與精整：鑄

14、坯在冷床上冷卻并精整；4） 在技術(shù)或產(chǎn)量方面應(yīng)留有一定的余地。1.2.2電爐煉鋼車間的組成（1） 煉鋼主廠房，包括原料跨、爐子跨、精煉跨、連鑄跨及出坯跨；（2） 鐵合金及散狀材料間；（3） 鋼錠、坯存放場地；（4） 中間渣場；（5） 機電修間及快速分析室；（6） 爐襯制作與各種備件修理場地；（7） 耐材庫、備件備品庫、車間變、配電室；（8） 水處理、煙氣凈化設(shè)施及車間管理、生活服務(wù)設(shè)施。1.2.3電爐各車間的布置情況由于是兩臺超高功率電弧爐，且是全連鑄，考慮到物料順行、勞動安全條件和未來發(fā)展，采用橫向高架式布置。（1） 原料跨：此跨主要是為了返回廢鋼，耐火材料，散狀料等提供場地。廢鋼坑可按其塊

15、度大小分為幾個不同的坑；另外還有金屬料庫，熱裝鐵水的供應(yīng)區(qū)；合金料和散狀料的烘烤區(qū)。（2） 爐子跨：此跨配以兩臺90噸的超高功率的偏心底出鋼電弧爐；爐體徹修區(qū)，爐蓋修理區(qū)，耐材干燥室；電爐裝料配置，電爐變壓器房和精煉爐變壓器房，供氧系統(tǒng)，粉塵處理系統(tǒng)；高架行車進行跨間的整體運輸工作。（3） 連鑄與精煉跨：此跨設(shè)有公稱容量110噸的AOD精煉爐兩臺、110噸的LF精煉爐兩臺，爐側(cè)設(shè)有AOD爐的維修區(qū)域及鋼包的修砌區(qū)、有鋼包回轉(zhuǎn)臺。鋼包回轉(zhuǎn)臺是精煉跨與連鑄跨的紐帶?；剞D(zhuǎn)臺一側(cè)設(shè)有中間包修砌區(qū)，連鑄機二冷段的維修區(qū)等。此跨主要是進行鋼坯的凝固工作。還設(shè)有連鑄機備件，備品檢修區(qū)，鑄坯精整區(qū)等。（4）

16、出坯跨：主要是緩冷區(qū)、良錠存放區(qū)及配電室等的布置。緩冷區(qū)用來存放良錠、坯件，其間有運輸路線直接通到軋鋼車間。1 2電弧爐爐型設(shè)計2.1電弧爐爐型設(shè)計2.1.1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。2電弧爐設(shè)計應(yīng)保證高的生產(chǎn)率，電能、耐火材料、電極等消耗要低，同時要滿足冶金反應(yīng)順利進行，故應(yīng)考慮以下因素：（1） 選用大功率變壓器；（2） 保證高的電流效率和熱效率；（3） 采用高質(zhì)

17、量的耐火材料砌筑材料；（4） 爐子各部分形狀和尺寸設(shè)計布局合理；（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。2.1.2熔池的形狀和尺寸熔池的容積應(yīng)能足夠容納適宜熔煉重量的鋼液和爐渣，并留有余地，它應(yīng)能滿足冶金反應(yīng)順利進行。熔池設(shè)計為錐球形，圓錐部分對水平線的傾角為45。，這樣的形狀可保證爐料加速熔化，鋼液可積蓄在球形熔池底部，且易于維修。 1. 熔池的形狀其形狀應(yīng)有利于冶煉反應(yīng)的順利進行，砌筑容易，修補方便。目前使用的多為錐球形熔池，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

18、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。2. 熔池尺寸計算（1） 熔池的容積：a. 對于爐子能容納90噸鋼液，則鋼液體積為：V鋼=90×0.14=12.6m3(式中的0.14m3為一噸鋼液的體積）；b. 對于堿性電弧爐而言，溶氧期具有最大渣量，渣量和鋼液之比為0.08，則熔渣重量為90×0.08=7.2噸，假定1m3爐渣重量為3噸，故渣的體積為： V渣=7.2/3=2.4m3; 所以鋼液和爐渣的總和即熔池的容積為： V=V鋼+V渣=12.6+2.4=15m3（2） 熔池的深度和直徑鋼液面直徑D和鋼液深度H之比D/H是確定爐型尺寸的基本參數(shù)。一般情況下

19、，比值越大則鋼-渣接觸面越大，利于鋼水精煉。但鍋考慮到本設(shè)計的還原期在后續(xù)工藝精煉爐中進行，故D/H不應(yīng)過大。同時考慮到熔池熱阻的因素，即D/H4時，熔池熱阻顯著增加，不利于鋼水加熱，當D/H46時，單位容積的界面面積急劇增加，故綜合考慮選取D/H=5。a. 確定爐缸鋼液面直徑由經(jīng)驗公式可得： D=2.0CV1/3 式中C=0.875+0.042×5=1.085 則D=2.0CV1/3=2.0×1.085×12.61/3m3=5.050m 所以H=D/5=1.010m=1010mm,取H=1020mmb.確定爐缸上緣直徑 為了減輕爐渣對爐與爐坡接縫處的侵蝕，爐門坎

20、平面應(yīng)高于渣液面20-40mm，爐缸與爐壁連接面應(yīng)高于爐門檻30-70mm。由于爐渣深度大約為0.09-0.12m。故可得爐缸上緣直徑為D+100200這里取其值為Db=5250mm 2.1.3熔化室的尺寸（1） 熔化室直徑 熔化室直徑Dr=D+（0.10.2）=5250mm 球冠部分高度h1=H/5=204mm 截錐部分高度h2=H-h1=816mm 球冠直徑d=D-2h2=3418mm（2）熔化室的高度H1（即為爐壁的高度）熔化室的高度應(yīng)根據(jù)爐內(nèi)的熱交換情況來確定。一般?。?.400.44）Dr,取0.42，計算得，H1=2205mm（3） 熔化室上部直徑采用耐火材料爐壁，特別是散狀料和粘

21、結(jié)劑打結(jié)爐壁時，為了提高爐襯壽命，便于修補和節(jié)省材料，將爐壁做成傾斜式的，傾角=6。熔化室上部直徑：D1=Db2H1tan=5250464=5714mm（3） 爐頂高度h3/Dr=1/71/9(因爐頂磚不同而異，取1/8)則h3=656mm2.1.4爐襯厚度(1) 爐頂厚度：由于電爐頂采用高鋁磚，根據(jù)額定容量取其值為350mm；(2) 爐壁厚度：爐壁根部厚度壁，爐壁根部厚度即爐缸平面處爐襯的厚度，一般取壁>400-600mm。90t爐子，壁=550mm；（工作層460mm，絕熱層90mm。）(3) 爐底厚度：爐底厚度底，底=900mm；爐底的結(jié)構(gòu)分為絕熱層、永久層、工作層。對于小于15t

22、 的爐子, 爐底厚度不小于鋼液深度, 即底H ; 對于15t 以上爐子, 底< H。90t電爐爐底厚度取900mm。絕熱層是爐底的最下層，它的作用是減少電爐的熱損失，并保證熔池上下鋼液的溫差小。在爐殼上，先鋪一層石棉板（10mm），再鋪硅藻土粉（20mm），硅藻土粉上面平砌一層絕熱磚（粘土磚65mm），縫隙用硅藻土粉或粘土磚粉充填。絕熱層厚95mm。永久層的作用是保證熔池的堅固性，防止漏鋼，一般為24層（65mm鎂磚），用鎂磚砌筑。鋪3層鎂磚，永久層厚195mm。工作層直接與鋼液和爐渣接觸，化學侵蝕嚴重，機械沖刷強烈，熱負荷高，故應(yīng)充分保證其質(zhì)量。工作層厚610mm。使用鎂砂磚和鎂質(zhì)搗打

23、料。3 (4) 爐殼內(nèi)徑：熔化室直徑加上兩倍的爐壁厚度為6350mm；(5) 爐殼外徑： 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產(chǎn)生的膨脹力，承受裝料時的撞擊力。爐殼厚度z一般為爐殼直徑D殼的1/200，即： 爐殼厚度z與爐殼直徑D殼的關(guān)系見表2-1表2-1爐殼厚度z與爐殼直徑D殼的關(guān)系D殼/m< 33446> 6z/mm12151520252830因D殼D熔+ 2壁+2z5250+2×550+2z =6350+2z>6m，則取z30mm，所以D殼5850+2×30=6410mm。2.1.5工作門和出鋼口 現(xiàn)代電弧爐只設(shè)一個工作門，用于加料，

24、爐前操作和觀察情況。爐門應(yīng)該滿足以下的要求：（1） 能清楚看見爐內(nèi)的爐料，爐頂中心，并便于觀察爐內(nèi)情況；（2） 能方便的修補爐壁和爐底；（3） 熔煉過程中，電極折斷時能將電極從爐門取出：（4） 方便噴吹爐料和氧氣。 爐門寬度：l=（0.2-0.3）D=1263mm 爐門高度：b=（0.75-0.85）l=1010mm 2.2偏心底出鋼箱的設(shè)計電弧爐煉鋼傳統(tǒng)的“老三期”工藝中，出鋼帶入鋼包的爐渣是還原性的，而超高功率電弧爐及爐外精煉技術(shù)應(yīng)用后，電爐出鋼前的爐渣是氧化性的，生產(chǎn)實踐證明，這種爐渣帶入鋼包對精煉效果有如下不利影響：1 降低脫氧、脫硫能力，從而降低鋼水質(zhì)量2 降低合金回收率，鋼的化學成

25、分不穩(wěn)定3 降低鋼包吹氬或攪拌強度4 降低包襯壽命偏心底出鋼是電弧爐底鋼的一種形式，可以實現(xiàn)無渣出鋼。偏心底出鋼電弧爐（EBT電爐）采用留鋼留渣操作，不但做到了無渣出鋼，留鋼操作增加了電弧爐冶煉的連續(xù)性，熔化期電弧穩(wěn)定，熔池形成較快，可以實現(xiàn)提前吹氧，有效地提高了氧利用率以及電弧爐熱效率；偏心底出鋼電弧爐出鋼鋼流短，出鋼時間大大縮短，減小了出鋼過程中的鋼水溫降及鋼水對鋼包內(nèi)襯的沖刷，爐后合金化的進行提高了合金的回收率；偏心底出鋼電弧爐傾爐角度較出鋼槽電弧爐大為減小，有條件對短網(wǎng)進行優(yōu)化。2.2.1爐殼 偏心底出鋼電弧爐的爐殼上部的爐身為圓形，下部帶有突出的圓滑形出鋼箱。偏心底出鋼電爐采用全水冷

26、爐壁爐殼，出鋼時爐子傾動僅為15。左右，可避免鋼水和水冷爐壁的接觸，從而提高爐襯壽命。爐殼上沿的加固圈用鋼板或型鋼焊成。內(nèi)通冷卻水，用以增加爐殼的剛度，防止爐殼由于受熱而變形，保證爐殼與爐蓋接觸嚴密。2.2.2爐底偏心底出鋼電弧爐爐底設(shè)計成淺盤狀，以確保無渣出鋼。為安全起見，底部排三層鎂質(zhì)火磚，與鋼水接觸的底部為鎂砂搗打料。2.2.3出鋼口 偏心底出鋼電爐的出鋼口位于出鋼箱的底部，利用出鋼口的開閉機構(gòu)和傾動機構(gòu)，實現(xiàn)無渣出鋼、留渣操作。出鋼口類似鋼包水口，所用耐火材料材質(zhì)為鎂碳磚。出鋼口用擺動式鉸鏈蓋板密封。為防止變形，密封處的蓋板和出鋼口尾磚均有石墨構(gòu)成。2.2.4機械裝置一般偏心底出鋼電弧

27、爐，向爐門傾動1012°,向出鋼口最大傾動15°偏心底出鋼電弧爐的傾動液壓缸行程較傳統(tǒng)電弧爐小，為保證不帶渣出鋼，以避免出鋼箱部分產(chǎn)生漩渦，即爐體傾動最大至結(jié)束出鋼時，使爐內(nèi)留一部分鋼水，為此應(yīng)使爐體迅速回傾。一般為3°/S。2.2.5出鋼箱設(shè)計參數(shù)EBT電爐的特征是設(shè)置了一個偏心區(qū)，該偏心區(qū)相對構(gòu)成一個小熔池，并通過圓滑過渡與電爐主熔池相連，爐體回到正常位置是將部分鋼水和全部的爐渣留在爐內(nèi)，出鋼口垂直設(shè)置在偏心區(qū)的底部，這樣一個結(jié)構(gòu)使得偏心區(qū)的設(shè)計顯得相當重要，下述四點的設(shè)計優(yōu)良直接影響到爐子的正常工作。 1）出鋼箱切角出鋼箱切角 ，即出鋼箱與爐體中心的夾角。出

28、鋼箱與爐體(殼)的連接要滿足耐火材料能平滑過渡,故要求相切,其切角隨著爐殼直徑的增大而減小,90°120°。本例90t爐的取120°。2）偏心距 即出鋼口中心線至爐子中心線的距離。偏心距選取過大，則偏心區(qū)內(nèi)的廢鋼不容易熔化，即使全部熔化，由于溫度不均勻，該區(qū)的鋼液成分偏差很大，造成冶煉的不正常。同時，考慮到在出鋼口上蓋的操作方便，偏心區(qū)不能過小。在不影響出鋼的情況下，此距離應(yīng)盡可能的小。經(jīng)過查詢了許多的現(xiàn)有的偏心距后，確定本設(shè)計的偏心距為3800mm。3）出鋼口直徑 出鋼口直徑的確定應(yīng)保證鋼液在盡可能短的時間內(nèi)出凈。經(jīng)驗表明，對70噸以上的電弧爐，出鋼口的直徑一般

29、在120mm以上，本設(shè)計取180mm。4）出鋼箱的高度出鋼箱的高度確定應(yīng)保證爐體傾斜1015°時，鋼水不與出鋼箱的水冷蓋板相接觸，并留有一定的安全距離，還要求氧化渣全部留在爐內(nèi)。經(jīng)過計算及經(jīng)驗值的推薦，本設(shè)計出鋼箱的高度取為3275mm。4 表 32 90t超高功率電弧爐各部分尺寸項目尺寸/mm項目尺寸/mm熔池容積 V池15m3爐壁工作層厚度460熔池直徑 D5050爐壁絕熱層厚度90熔池深度 H1020爐底厚度900球冠部分高度 h1204爐殼厚度z30截錐部分高度 h2816爐殼直徑 D殼6410球冠直徑 d3418爐門寬度 L1263熔煉室直徑 D熔5250爐門高度 b 10

30、10熔煉室高度 H12205出鋼口直徑180爐頂高 h3656出鋼箱內(nèi)口與中心夾角 120°熔煉室上緣直徑 D15714偏心度E3800爐頂襯磚厚度 350出鋼傾翻角12°2.3電弧爐變壓器容量和參數(shù)的確定2.3.1確定變壓器的容量由熔化時間來計算變壓器容量；熔化期長短主要是由供電功率來確定。壓器的容量由以計算式來求： 式中P爐用變壓器額定容量，KVAq熔化每噸廢鋼料及熔化相應(yīng)的渣料并升溫所需要的電量，KWh/t,q410KWh；由于本設(shè)計采用偏心底出鋼，實現(xiàn)留渣操作，可節(jié)約電量1/4多，故取其值為q=300 KWh G電爐裝入量，90t； t預(yù)期的熔化時間，55min；

31、cos熔化期平均功率因數(shù)，本設(shè)計選取0.70； 變壓器有功功率的熱效率 選取0.80； N熔化期變壓器功率平均利用系數(shù)， 選取1.1； 若按電弧爐的額定容量計算其單位功率則為59504/90661kVA/t，屬于超高功率范圍。2.3.2電壓級數(shù)根據(jù)經(jīng)驗公式，選擇最高一級二次電壓，對于堿性電弧爐：U=15×P1/3=5856.1V所以取電壓級數(shù)為12級2.3.3電極直徑的確定式中 I電極上的電流強度，I=P/1.732U=5866.7A；石墨電極500時的電阻系數(shù)，10mm²/m；k系數(shù)，石墨電極取2.1w/cm².計算得取 d505mm。根據(jù)經(jīng)驗選取電極直徑d為6

32、00mm。2.3.4電極極心圓的尺寸 設(shè)計依據(jù)：若三個電極靠的很近，則電弧爐墻較遠，對爐墻壽命有利，但爐坡上爐料熔化困難，熔池加熱不均勻，且爐頂中心的結(jié)構(gòu)強度很難保證，此時電極把持器上下移動也困難，當電極心圓較大時，電弧靠近爐墻，爐墻的損耗要加劇，因此電極直徑與熔池溶液面直徑有關(guān)。對中等爐子：d三極心/Db=(0.250.35)，故d三極心=0.30Db=0.35×5250=1840mm。2.3.5短網(wǎng)的設(shè)計電爐的短網(wǎng)是指變壓器低壓側(cè)的引出線至電極這一段傳導低壓大電流的導體。這一段線路不長，約10m20m，但是導體的橫截面積大，電流大。它的電參數(shù)（電阻和電抗）對電爐裝置的工作有很大的

33、影響，在很大程度上決定了電爐的電效率、功率因數(shù)以及三相電功率的平衡。短網(wǎng)的結(jié)構(gòu) ，主要由硬銅母線（銅排）、軟電纜和爐頂水冷銅管及部分組成，電極有時也算做短網(wǎng)的一部分。因為短網(wǎng)導體中電流，特別是經(jīng)常性的沖擊性短路電流使導體之間存在很大的動力，所以目前絕大多數(shù)電弧爐的短網(wǎng)都采用銅來制造，而很少用機械強度較差的鋁。從變壓器低壓側(cè)出線端到變壓器室外面的軟電纜接頭處是硬銅母線。這段硬銅母線通常采用矩形銅排，考慮到交流電的集膚效應(yīng)矩形銅排的高寬比為1020。有的電爐為了簡化結(jié)構(gòu)，減少維修，采用空心鋼管，中心通水冷卻，以提高平均電流密度。在我國目前多數(shù)電爐的硬銅母線是采用三相平面布置，有個別電爐采用了等邊三

34、角形布置，也有采用改進平面布置。軟電纜的長度應(yīng)能滿足電極升降、爐體傾動及爐蓋旋轉(zhuǎn)的需要。根據(jù)變壓器額定電流的大小，采用多跟軟電纜并聯(lián)連接。軟電纜一般為裸銅電纜，如在裸銅電纜外套水冷膠管，可使允許電流密度提高兩倍左右，這樣既減少電纜根數(shù)，節(jié)約銅材，又可提高使用壽命。水冷導電銅管裝在電極夾持器的上方，一頭與軟電纜相連，一頭與電極夾頭相連。水冷銅管管壁厚度一般為10。為了減少短網(wǎng)的電阻和感抗，要盡量縮短短網(wǎng)的長度；導體的接頭處要緊密連接；導體要有足夠大的截面，并且截面形狀應(yīng)采用較大高寬比的矩形截面或空心銅管，還必須注意合理的布線，導體與粗大的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)離得遠一些。當電弧爐工作時，即使在變壓器二次側(cè)三個

35、相的電壓和電弧電流相等的情況下，三個相的電弧功率卻是不相等的。這種三相功率的不平衡，是由三相的阻抗不平衡引起的。一般短網(wǎng)三相導體是平面布置的，并且相間的距離是相等的。中間相的短網(wǎng)長度較其他兩相短，且電感也比其他兩相小，所以阻抗小。這樣中間相的電弧功率通?？偸浅^其他兩相的。其他兩相也由于感抗不同而電弧功率不同，兩相中電弧功率大的一相稱為“增強相”，電弧功率小的一相稱為“減弱相”。增強相與減弱相電弧功率的增強和減弱的數(shù)值是相等的，也就是有一部分功率從減弱相轉(zhuǎn)移到增強相去了，這種現(xiàn)象稱為“相間功率轉(zhuǎn)移”。電流越大，三相電弧功率的不平衡現(xiàn)象越嚴重。5三相電弧功率不平衡對電弧爐煉鋼時不利的，會造成熔池

36、受熱不均，局部爐墻損壞嚴重，從而降低爐襯壽命，直接影響電爐生產(chǎn)率。為了減輕三相功率不平衡的不良后果，可以采取如下措施：（1） 盡可能使短網(wǎng)導體對稱布置，把短網(wǎng)由原來的平面布置改為等邊三角形布置，或改進平面型布置。（2） 要求近爐門的電極成為增強相，進出鋼口側(cè)的電極為減弱相。（3） 將中間相電極向爐子中心移動。此外，為了提高爐襯壽命，也可采用不均衡爐襯結(jié)構(gòu)，在熱點區(qū)域采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，在非熱點區(qū)采用一般耐火材料。（4） 短網(wǎng)線路傳統(tǒng)為單線布法，應(yīng)盡量實行往返電流交叉排列的雙線布法。2.4水冷掛渣爐壁設(shè)計由于電弧爐的高功率化，是爐內(nèi)熱負荷急劇增加，爐內(nèi)熱量分布不均勻加劇，從而使爐壁壽命大大降低，利

37、用水冷掛渣爐壁來解決上述問題，對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，其特點如下：（1） 一定厚度的此爐壁可以抗擊爐料撞擊或者爐料搭接打弧，以及吹氧不當造成的過熱；（2） 具有很好的掛渣能力；（3） 采用分離式爐殼，易于拆卸更換。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。整個水冷爐壁由612個水冷構(gòu)件組成。水冷爐壁材質(zhì)有鋼質(zhì)與銅質(zhì)，其中銅質(zhì)水冷爐壁在爐壁的下面靠近渣線附近。水冷爐壁布置，對于偏心底出鋼電爐，水冷爐壁布置在距渣線附近。水冷爐壁布置，對于偏心底出鋼電爐，水冷爐壁布置在距渣線200300以上的爐壁上，占爐壁面積的8085%。另外，采用水冷爐壁后

38、，爐容積擴大，增加了廢鋼裝入量。 管式水冷掛渣爐壁由多支冷卻管組合而成。冷卻管是用鋼爐鋼管，兩端是用鍋爐鋼管彎頭或鍋爐鋼鑄造彎頭制作的。2.5水冷爐蓋設(shè)計超高功率電弧爐的水冷爐蓋形式有管式與噴淋式，多用管式，其材質(zhì)為鋼。整個水冷爐蓋可由一個水冷構(gòu)件組成或由56個水冷構(gòu)件組成。采用超高功率電弧爐冶煉，為了延長爐蓋的使用壽命，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20，30，水冷層厚度為200。內(nèi)襯掛渣鉚釘為20。爐蓋直徑的確定：Dg=Dr+2c式中：Dg水冷爐蓋的直徑，； Dr熔化室直徑，； c添加系數(shù)，取其值為300 故：Dg=Dr+2c=5250+2×30

39、0=5850爐蓋上開五個孔，其中三個為電極孔，一個為高位料倉加料孔，直徑為500mm；另一個為排塵孔，直徑為450，爐蓋圈的高度為350。 3電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡3.1物料衡算3.1.1 熔化期物料計算基本原始數(shù)據(jù)：冶煉鋼種及成分（見表3-1）；爐料中元素燒損（見表3-2）；冶煉鋼種成分設(shè)定值（見表3-3）；原料成分表（見表3-4）；其他數(shù)據(jù) （見表3-5）； 鋼種：1Cr17Ni2表3-1計算選定鋼種及其成分(GB/T 1220-2007 不銹鋼 )CSiMnPSCrNi0.110.17 0.800.8 0.035 0.03016.0018.00 1.502.50 注：括號內(nèi)是計算時的

40、設(shè)定值，取其成份的中限。采用氧化法冶煉。表3-2 爐料中元素燒損率成份CSiMnPS燒損率（%）熔化期2540，取307095，取856070，取654050，取45可予忽略氧化期全部燒損202530，取27按末期含量比規(guī)格下限低0.030.01%（取0.08%）確定（一般不應(yīng)低于0.03%的脫碳量）；按末期含量0.015%來確定。 表3-3冶煉鋼種成分設(shè)定值（%） 成分CSiMnPSCrNi廢鋼設(shè)定值0.140.800.80.0350.0317.002.0 表3-4原料成分表（%）名稱CSiMnPSVAlFeH2ON灰分揮發(fā)份碳素廢鋼0.180.250.550.030.03余量煉鋼生鐵4.2

41、00.800.600.2000.035余量FeMn0.150.50800.0180.01924.74FeSi73.000.500.0500.0302.5023.92SiMn1.6520.5063.200.0650.04514.54釩氮合金3.500.070.020.20078.500.101.6116.00Al98.501.50焦炭81.500.5812.405.52電極99.001.00名稱CaOSiO2MgOAl2O3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰88.002.502.601.500.504.640.100.100.06螢石0.305.500.601.6088.001.501

42、.500.900.10鐵礦石1.305.750.301.4589.771.200.150.08火磚塊0.5560.800.6036.801.25高鋁磚1.256.400.1291.350.88鎂砂4.103.6589.500.851.90焦炭灰分4.4049.700.9526.2518.550.15電極灰分8.9057.800.1033.10表3-5 其它數(shù)據(jù)名稱參數(shù)定數(shù)配碳量比鋼種規(guī)格中限高0.7%，即達0.238%0.238%熔化期脫碳量30%，即0.238%×30%0.071kg30電極消耗量5kg/t（金屬料）；其中熔化期占75%，氧化期占25%5kg/t爐頂高鋁磚消耗量1.

43、5kg/t（金屬料）；熔化期占60%，氧化期占40%1.5kg/t爐襯鎂磚消耗量5kg/t（金屬料）；其中熔化期占57，氧化期占43%5kg/t熔化期和氧化期所需氧量50%來自氧氣，其余50%來自空氣50%氧氣純度和利用率99%，余者為氮氣，氧可利用率為9099%焦炭中碳的回收率75%，（系指配料用焦炭）75%碳氧化產(chǎn)物均按70%生成CO，30%生成CO2來考慮煙塵量按14kg/t（金屬料）考慮14kg/t 收入項有：廢鋼、焦炭、石灰、螢石、電極、爐襯鎂磚、爐頂高鋁磚、鐵合金、火磚塊、氧氣、空氣。支出項有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵。計算步驟.以100Kg金屬爐料為基礎(chǔ)，按工藝階段熔化期、氧化

44、期和還原期分別進行計算，然后匯成總物料平衡表。 計算步驟。以100 Kg金屬爐料廢鋼+為基礎(chǔ)，按工藝階段分別進行計算，然后會總成物料平衡表。 （1） 確定物料消耗量：A 金屬爐料配入量。加入廢鋼100kg。其結(jié)果列于表3-6。 表3-6爐料配入量名稱用量配料成分/kgCSiMnPSFe廢鋼1000.180.250.550.030.0398.96焦炭0.9490.058合計100.9490.2380.250.550.030.0398.96*碳燒損率為25% 表3-7凈耗氧量計算項目名稱元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）供氧量（kg）耗氧項爐料中元素的氧化CCCO0.238×3

45、0%×70%=0.0500.067CCO20.238×30%×30%=0.0210.056SiSi(SiO2)0.25×85%=0.2130.286MnMn(MnO)0.55×65%=0.3580.104PP(P2O5)0.03×45%=0.0140.018FeFe(FeO)98.96×2%×15%=0.2970.085Fe(Fe2O3)98.96×2%×85%=1.6820.747小計2.6351.363焦炭中碳的氧化CCCO0.949×81.5%×25%×70%

46、=0.1350.180CCO20.949×81.5%×25%×30%=0.0580.155電極中碳的氧化CCCO0.375×99%×70%=0.2600.346 CCO20.375×99%×30%=0.1110.296 合計3.1312.358 礦石Fe2Fe2O3=4Fe+3O21×89.77%×96/320=0.269礦石S2CaO+2S=2CaS+O21×0.08%×32/64=0.000石灰S2CaO+2S=2CaS+O22×0.06%×32/64=0.00

47、06合計 0.2696凈耗氧量2.358-0.2696=2.088 令鐵燒損率為2%，其中80%生成Fe2O3揮發(fā)掉成為煙塵的一部分；20%成渣。在這20%中，按3:1的比例分別生成(FeO)和(Fe2O3)。B其它原材料消耗量。為了提前造渣脫磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金屬料）。和礦石（10kg/t（金屬料）。爐頂、爐襯和電極消耗量見表3-6。（2）確定氧氣和空氣消耗量：耗氧項包括爐料中元素的氧化，焦炭和電極中碳的氧化；而礦石則帶來部分氧，石灰中CaO被自身S還原出部分氧。前后二者之差即為所需凈氧量2.088kg。詳見表3-7。根據(jù)表3-5中的假定，應(yīng)由氧氣的供給的氧為50%，即2.

48、088×50%1.044kg，空氣供氧量應(yīng)為1.044kg，由此可計算凈耗氧量，見表38。表 3-8 氧氣與空氣的實際消耗量氧氣 （kg）空氣 （kg）帶入氧氣帶入氮氣帶入氧氣帶入氮氣1.044/90%=1.1601.160/99%×1%=0.0121.0441.044×（77/23）=3.4951.172 4.539（3.526m3)計算式中77/23為空氣中氮氣與氧氣的質(zhì)量比3） 確定爐渣量：爐渣源于爐料中的Si、Mn、P、Fe等元素的氧化產(chǎn)物，爐頂和爐襯的蝕損，碳粉和電極的灰分，以及加入的各種溶劑。結(jié)果見表3-9。表 3-9 熔化期爐渣量的確定名稱消耗量kg

49、成渣組分（kg）CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合計爐料中元素的氧化Si0.2130.4560.456Mn0.3580.4620.462P0.0110.0260.026Fe0.3970.3830.1420.525爐頂0.0900.0010.0060.0000.0820.0010.089爐襯0.2850.0120.0100.2550.0020.0050.284焦炭0.9490.0050.0580.0010.0310.0220.00010.117電極0.3750.0000.0020.0000.0010.003礦石1.0000.0120.0580.0030.015 0.0020.0020.092石灰2.0001.7580.0500.0520.0300.0100.0020.0031.905合計1.7890.640.3110.1610.4620.3830.1800.0300.0053.962%45.1516.157.8504.06411.669.6674.5430.7570.126100.00見表3-7之注石灰和礦石中的CaO被自身的S還原，分別消耗0.002kg和0.001kgCaOFe2O3還原出的Fe量為0.898&