【正文】 是鋼鐵工業(yè)很有吸引力的工藝, 在未來的年內, 不會受到其它新工藝的挑戰(zhàn)。根據電源的不同，電弧爐分為直流電弧爐和交流電弧爐。電弧爐煉鋼正日益發(fā)展,在20世紀90年代初電爐鋼約占鋼總產量的30%,現(xiàn)在約占38%,估計到2010年將達到50%。電爐冶煉碳素鋼的產量從1960年的3100萬噸增至1970年的7400萬噸，因普通鋼的需求量很大，促使電爐容量增大，70年代先后出現(xiàn)300t，360t，400t容量的大型電弧爐。20世紀90年代又出現(xiàn)了豎爐電弧爐，可充分利用廢氣預熱廢鋼，進一步降低電耗，最新研制的電弧爐有：轉爐電弧爐、多段廢鋼預熱爐、連續(xù)打弧、連續(xù)操作的熔融反應器等。電弧爐容量不斷擴大，最大到400噸級。目前，世界上電爐鋼產量的95%以上都是由電弧爐生產的，其它類型的電爐，如感應爐、電渣爐、電子束爐、等離子爐等所煉鋼數(shù)量極少，因此我們通常所說的電爐煉鋼，主要指電弧爐煉鋼。電弧爐煉鋼始于1878年，第一座電弧爐是由德國西門子（Willian Von Simens）制造的，為單相間電弧爐。功率水平不斷提高，20世紀60年代出現(xiàn)了超高功率電弧爐。1940年以前，所有的電弧爐都被用來冶煉制造飛機、坦克用的合金鋼及不銹鋼、工具鋼。為了進一步改善電弧爐煉鋼的經濟性，60年代初，美國研制成功容量為135t的超高功率電弧爐，生產效率提高了將近1倍。電弧爐的迅速發(fā)展是由于ＤＣ電弧爐的出現(xiàn),但非連續(xù)出鋼操作仍為其生產障礙,因此當今電弧爐技術將朝著連續(xù)作業(yè)方向發(fā)展節(jié)能、節(jié)省勞力，有利于環(huán)保，將是對未來電弧爐的主要要求堿性電弧爐爐襯用堿性耐火材料，造堿性渣，能大幅度地去除鋼中的有害雜質磷、硫等，廣泛用于煉鋼。直流電弧爐和普通三相電弧爐相比，具有很大優(yōu)越性，電極消耗明顯降低，耐火材料消耗降低，電耗降低，電壓閃爍程度小，對電網干擾小，噪聲低，操作費用低等。電爐鋼的市場份額將進一步擴大, 特別是在扁平材方面。廢鋼還是主要的爐料, 其它為輔助爐料。生鐵是廣受歡迎的, 預計上市的生鐵會越來越多。目前, 美洲和大洋州DRI的生產工藝用的是天然氣, 而在西歐DRI生產工藝中, 煤還是占主導地位。冶煉出各種特種鋼和合金。操作方便，易于控制污染也是電弧爐煉鋼的優(yōu)點。電弧爐爐體由金屬構件和耐火材料兩部分組成，爐體的金屬構件包括爐殼、爐門、出鋼槽、爐蓋圈和電極密封圈。再熔煉過程中，電極的升降受電極自動調節(jié)裝置的控制。傳動方式有機械傳動和液壓傳動。電弧爐的主電路由隔離開關、高壓斷電器、電抗器、電爐變壓器及低壓短網等組成。 電極升降自動調節(jié)系統(tǒng)的任務是根據冶煉要求，通過調整電極和爐料之間的距離，調節(jié)電弧電流和電壓。返回吹氧發(fā)就是在爐料中配入大量的合金返回料，一般用于冶煉高速工具鋼和少量特殊的不銹鋼。2 電弧爐煉鋼車間的設計方案 電爐容量和臺數(shù)的確定 電爐車間產量系指一定的生產期內合格產品的產量，通常指經檢驗合格的鋼坯產量。 3）作業(yè)率指標 連鑄機作業(yè)率：80%4）連鑄生產技術指標 連鑄比 100% 鑄壞合格率 98% 連鑄收得率 98%（1）建廠條件1）各種原料的供應條件，特別是鋼鐵材料來源；2）產品銷售對象及其對產品質量的要求；3）水電資源情況，所在地區(qū)的產品加工，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，鐵路的現(xiàn)狀與發(fā)展計劃；5）當?shù)貧庀?，地質條件，環(huán)保要求；（2）工藝制度確定工藝制度是整個工藝設計的基本方案，是設備選擇，工藝布置等一系列問題的設計基礎。廢鋼坑可按其塊度大小分幾個不同的坑；另外還有金屬料庫，熱裝鐵水的供應區(qū)；合金料和散裝料的烘烤區(qū)。還設有連鑄機備件，備品檢修區(qū)，鑄坯精整等。電弧爐近于球形體，從減少散熱面出發(fā)，以球形為最好。電弧爐設計應保證高的生產率，電能、耐火材料、電極等消耗要低，同時要滿足冶金反應順利進行，故應考慮以下因素：⑴選用大功率變壓器；⑵保證高的熱效率和電流效率；⑶采用高質量的耐火材料砌筑材料；⑷爐子各部分形狀和尺寸設計布局合理；⑸爐子熔煉室容積能一次裝入堆比量中等的全部爐料；⑹爐子傾斜10176。隨著超高功率電及相關技術發(fā)展,爐體形狀向著制造簡便、結構堅固、砌筑容易及散熱少的方向發(fā)展。為錐臺狀鋼液高度。帶有球冠部分的熔池，球冠高ｈ1=Ｈ/5,爐底采用球形便于在熔化初期聚集一定的鋼液,既可保護爐底,又有利于吹氧助熔,加速熔化。本設計是采用100萬噸電爐計算，出鋼量100，液=，液=3t/ m3=100/7= m3 =1007%=7，=7/3= m3 V池=+=+= m3D===H===H/5==4/5H=d=17/5H=熔化室指熔池以上至爐頂拱基的那部分容積，其大小應能一次裝入堆積密度中等的全部爐料。爐底厚度δ底取為1100ｍｍ，裝有電磁攪拌設備時，爐底厚度應該減薄10~15%，最終取為1000mm?，F(xiàn)代電弧爐只設一個工作門，用于加料，爐前操作和觀察情況。偏心底出鋼電弧爐的爐殼上部仍為圓形，下部帶有突出的圓弧形出鋼箱。可以避免鋼水與水冷爐壁的接觸，從而提高爐襯的壽命，偏心底出鋼電弧爐采用全水冷爐壁和爐蓋，一般采用若干水冷塊件組成，水冷件的更換方便。 一般偏心底出鋼電弧爐，向爐門傾動10～12176。/S。同時，考慮到在出鋼口上蓋的操作方便，偏心區(qū)不能過小。3）出鋼箱的高度出鋼箱的高度確定應保證爐體傾斜10～15176。在一定范圍內，該角度越小，出鋼箱內鋼水流動性越差，甚至會造成出鋼時仍有固體冷快或未熔化渣料，造成出鋼口堵塞事故，本設計取該角為120176。/m；k—系數(shù)，178。故選取的電極直徑是合理的。hs—水冷爐壁得收熱面積 ㎡G－冷卻水的流量t/hCp—水的熱容J/Kg℃t0－出水溫度℃t1－入水溫度℃3)水冷爐壁水速的確定冷卻水的實際流速與冷卻水通道結構關系很大，因為爐壁熱流強度為233KW/㎡，可選用管式水冷爐壁，水速定為3m/s4 )管徑的確定水速確定后，根據所需水流量計算管徑D，其計算公式為式中，u，冷卻水速，2m/s 水的密度，1000kg/所以，d支=345)平衡掛渣厚度 平衡掛渣厚度可用下式計算：式中，水在平均溫度為30℃時的導熱系數(shù) ℃Re=＝122448從而熱區(qū)冷區(qū)6）綜合傳熱系數(shù) 水冷爐壁的綜合傳熱系數(shù)U：W/m，按工藝階段——熔化期、氧化期和還原期分別進行計算，然后匯成總物料平衡表。以100Kg金屬爐料（廢鋼、生鐵）為基礎，結果列入表45。爐頂、爐襯和電極消耗量見表44表45 爐料配入量名稱用量Kg配料成分KgCSiMnSPFe廢鋼生鐵合計100※ 燒損率25%。=，由此計算氧氣和空氣的消耗量。結果見表48。3)+4)＋5)＋6)便是熔化期的物料支出量。其組成見表411。根據表35得假定，其結果一并列入表411。3）確定爐氣量：計算方法如同熔化期：先求靜耗氧量，（表412）再確定氧氣與空氣得消耗量（表413）最后將各種物料或化學反應帶入的氣態(tài)產物規(guī)類，結果列表（414）。引起該期物料變化的因素有：扒除氧化渣，再造稀薄渣。現(xiàn)定殘渣量為5%，%=㎏。根據理論和實踐，%以下，加入量為鋼水的2%～3%，本計算取3%。其渣組成列于表317。計算結果列于表317。在還原后期加入。（4）合金成分和收得率見表43和表45，燒損部分以氧化物形式入渣。將表416和421歸類合并，即得總物料平衡表422。根據消耗的熱量確定。SiO2)16203336P2O5成渣%+%=4（CaO）+(P2O5)＝(4CaOK），由爐氣量可得: Qx＝[（120025）]＝ KJ5)煙塵物理熱Qy。包括爐體表面散熱熱損蝕。其損失量與設備大小，冶煉時間等等因素有關。令總熱收入為：Qs＝++++++Qs（8%＋6%） 整理得：＝； Qs= KJ. = KJ其中Qq＝Qs＝；Qb＝13115 KJ熱平衡總表列于表427表427 熱平衡表收入支出項目熱量（kJ）%項目熱量（kJ）%物料物理熱鋼水物理熱氧化熱和成渣熱爐渣物理熱其中 C氧化8521吸熱反應消耗熱 Si氧化8710爐氣物理熱 Mn氧化909煙塵物理熱 P氧化冷卻水吸熱Fe氧化23356其它熱損失SiO2成渣3336.變壓器系統(tǒng)熱損失13115P2O5成渣電能*合計合計5電弧爐煉鋼車間的工藝布置電弧爐車間工藝布置要按照生產規(guī)模、爐子容量、工藝流程及前后工序的銜接等諸多元素來選擇和確定。原材料堆存或者存入料倉等容器所需用的場合面積或容器容積的計算公式如下：q＝QT/n；Q＝A單耗指標；q—某種原材料的儲存量，t；Q—該種材料的全年消耗量，t；n—年作業(yè)天數(shù)；T—計劃儲存天數(shù)；A—車間年產鋼量，t/a 。平臺高度選取18米。對于偏心底出鋼電弧爐，考慮到鋼包車及鋼包的高度。電弧爐直接出渣到爐下的渣罐車，渣罐車通過原料跨把電爐渣運出廠房。設有公稱容量180噸的LF精煉爐，LF爐另一側設有LF爐的維修區(qū)域及鋼包的修砌區(qū)，另一側設有鋼包回轉臺。 考慮到LF精煉爐的操作平臺，以及各種設備的修砌，整個廠間的布置因此將精煉爐放在電爐之間?；剞D臂的另一端則停在鋼水接受跨，以更換鋼包。鋼包的修理區(qū)及烘烤區(qū)則位于本跨間之另一端，其儲存依場地具體情況而定。計算得: H=，取11米(2)澆注平臺的長度要考慮到中間包車的長度及布置，通常中間包車長度為 7米，所以澆注平臺的長度為45米。連鑄機總長度的計算公式為：L＝R+L+L+L+L+L 式中 R—連鑄機圓弧半徑，R=9m； L—矯直切點至拉矯機最后一個棍子的距離，主要有拉矯機的類型來定，取其值為2m； L—拉矯機至切割機前的距離，適當加長冶金長度延長段有利于提高拉速，這里取其值為4m； L—切割區(qū)長度，3m； L—輸出軌道或鑄坯等待區(qū)長度，取其值為15m； L—冷床或者出坯區(qū)長度，取決于最大定尺尺寸在增加1米，這里取為11m。緩冷區(qū)位于連鑄機旁側；良錠存放區(qū)位于跨間另一側，用來存放良錠、坯件，其間有運輸線路直接通到軋鋼車間；連鑄備件的存放和修理區(qū)位于跨間另一側，另外還有配電室、剪切控制室、拉矯機控制室分別位于良錠存放區(qū)一邊靠近連鑄機的位置，其他具體設施依具體情況而定。下面從原料要求、車間冶煉的工藝特點及操作要領等方面進行說明。對氧氣有如下幾點要求：含氧量99%、水分≤3103kg/m工作壓力（～）105Pa；（9）鐵礦石 鐵礦石在電弧爐煉鋼過程中主要用于脫磷、硫、氣和夾雜物。其中供應電爐生產用散狀料采用經稱量后，直接用溜槽加入爐內的方式，供爐后合金化。合金成分在5%以下的合金可按照鋼水成分要求稱量好后直接加入到鋼包內，隨鋼包利用在線烘烤器一起烘烤。凡航空鋼、艦板鋼、炮鋼、輕武器及特殊要求帶“頂”“發(fā)”“軍”%。 （1）裝料為能有效地進行煉鋼操作，在考慮金屬料配比量和裝料時總是以最大可能地提高生產率作為主要因素，提高熔化速度的基本條件如下：料籃容積一般設計成爐子容量相同，裝料后爐料不能高出爐子上口；第一籃料通電熔化后，進第二籃料的時機應選在既能提高熱效率，又不使爐料過高而影響送電；根據爐子容量，變壓器功率和吹氧情況確定合適的廢鋼堆積密度，密度過大，廢鋼落入熔池后使熔化條件變壞；密度過輕，廢鋼下落不穩(wěn)定，熔化速度減慢；廠內自產或壓塊等大塊廢鋼應裝在料籃下部，以防止熔化時滑落碰斷電極；裝料次數(shù)應盡可能少，以減少熱損失；原料中低碳、高熔點、輕薄料多時要適當配入含碳材料，降低熔點，加速熔化；加海綿鐵時如連續(xù)加入，應從電極穿井后開始直至出鋼這段時間內連續(xù)不斷地加入；如果分批加入，每次加入量宜少，既要避免發(fā)生爐料架橋，又能使爐壁處殘存的廢鋼起到保護耐火材料，免遭電弧輻射的損害；石灰溶劑可和爐料一起加入爐內，以利早期成渣脫磷。合理的布料應該是：先在爐底鋪一層石灰，%，再在石灰上加已定量的氧化鐵皮或碎礦石，之后加入部分小塊廢鋼，在小塊廢鋼的電弧作用區(qū)加入大塊廢鋼和難溶爐料，其周圍及上面裝入中型廢鋼；最后將小塊廢鋼裝入最上層填充空隙。也可以一開始就采用最大功率送電，以加速爐料熔化。4） 熔末階段：爐料被熔化四分之三后，電弧完全暴露，而遠離電弧的低溫區(qū)部分爐料尚未熔化，若長時間采用最大功率用電，電弧會強烈損壞爐襯和爐蓋，所以要在好泡沫渣，以屏蔽電弧，同時合理用氧，并不斷將剩余爐料推入熔池，以加速熔化。綜合氧化可以擴大鋼渣反應界面，造出高堿度高氧化性爐渣，促進了脫磷和脫碳反應的順行。在出鋼過程中,爐體要保持輕微連續(xù)的傾動，,爐體迅速復位,向鋼包中加入活性脫硫渣劑,進行預脫硫處理,同時鋼包底部吹Ar攪拌。還原精煉期的具體任務是:盡可能脫除鋼液中的氧；脫除鋼液中的硫；最終調整鋼液的化學成分,使之滿足規(guī)格要求；調整鋼液溫度,并為鋼的正常澆注創(chuàng)造條件。 鋼的爐外精煉是把電弧爐中要完成的任務,如脫氧,脫硫。C 出鋼條件及操作 當鋼水成分，溫度符合條件時，且出鋼和精煉的準備工作已完成時便可出鋼。吹入熔池中的氧氣與熔池中的氧劇烈反應，產生的CO氣泡在上浮過程中將非金屬夾雜物帶入爐渣，同時，碳氧反應放出的熱量使熔池升溫，進而使鋼液達到出鋼溫度，從而減少一部分電能的輸入。此時，電