【文章內(nèi)容簡介】 不銹鋼，產(chǎn)品需求可根據(jù)市場的要求進(jìn)行靈活調(diào)整。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書中年產(chǎn) 100 萬噸不銹鋼的要求，可確定其產(chǎn)品大綱。詳見于表11：表 11 產(chǎn)品大綱序號代表鋼號產(chǎn)量（10 4t/a）比例（%）1 1Cr17Ni7 60 602 1Cr18Ni9Ti 20 203 1Cr17Mo 10 104 1Cr13 10 10合計 100 100 電爐煉鋼車間設(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，特別是鋼鐵材料來源； 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；（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(jìn)行單渣法冶煉，然后進(jìn)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。 電爐煉鋼車間的組成完整的電弧爐車間應(yīng)包括：（1）煉鋼主廠房，包括原料跨、爐子跨、精煉跨及鋼水連鑄跨；（2）廢鋼料堆場及配料間包括廢鋼處理設(shè)施（預(yù)熱、烘烤等） ；（3）鐵合金及散狀材料間；（4）鋼錠、坯存放場地；（5）中間渣場；（6）機(jī)電維修間及快速分析室；（7）爐襯制作與各種備件修理場地；（8）耐火材料庫、備件備品庫、車間變壓器室、配電室；（9）水處理、煙氣凈化設(shè)施及車間管理、生活服務(wù)設(shè)施。 電爐各車間的布置情況由于是一臺超高功率電弧爐，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:此跨主要是為廢鋼、返回廢鋼，散狀料及耐火材料等提供場地。 （2）爐子跨：此跨配一臺 150 噸超高功率的偏心底出鋼電弧爐，爐體爐蓋修理區(qū)，電爐裝料配置，電爐變壓器房。（3）精煉跨：此跨配公稱容量 150 噸的精煉爐一座，供氧系統(tǒng)，鋼包烘烤區(qū)，精煉設(shè)備維修區(qū)及鋼包維修區(qū)，高架行車進(jìn)行跨間的整體運輸工作。（4）連鑄跨：此跨設(shè)有二機(jī)二流的弧形板坯連鑄機(jī) 1 臺、二冷裝置維修區(qū)、中間包維修區(qū)和結(jié)晶器維修區(qū)以及連鑄機(jī)設(shè)備維修區(qū)。（5）出坯跨：主要是鑄坯堆放區(qū)，拉矯機(jī)及切割機(jī)維修區(qū)等的布置。鑄坯堆放區(qū)用來存放良錠、坯件，其間有運輸線路直接通到軋鋼車間。2 電弧爐爐型設(shè)計 [3] 電弧爐爐型設(shè)計 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，爐底為弧型，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(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 10176?！?0176。能保證鋼液順利流出。 熔池的形狀和尺寸（1）熔池的形狀。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(jìn)行。熔池設(shè)計為錐球形，圓錐部分對水平線的傾角為 45176。，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上，且易于修爐。（2）熔池的尺寸計算。熔池的容積應(yīng)能容納全部鋼水和約為鋼水量的 7%8%的熔渣，并留有適當(dāng)余量。熔池體積 V 池 （m 3）的計算公式為：V 池 = +22(D)1hd??21(3h)64d??式中：h 1——球冠部分高度，m，一般取 h1=H/5。 h2——截錐部分高度，m，h 2=Hh1=4/5H； D——熔池液面直徑，m，通常采取 D/H=5，即 D=5H； d——球冠直徑，m。因 d=D2h2=5H H= H。857則：V 池 ==V 池 =V 金 +V 渣電爐的氧化期具有最大渣量。對堿性電爐：G 鋼 /G 渣 =7%。而渣的比重為 ，取每立方米渣重 ，則每噸鋼的體積為 。則：V 渣 /V 金 = =?????所以：V 池 = 金=?V 0式中：G—爐子容量，t； V0—噸鋼液體積，取 。則對于 150 噸電弧爐：V 池 = 金 =?V0=150=熔池深度 H= = 熔池直徑 D= =球冠部分高度 = =截錐部分高度 = = =球冠直徑 d= H= = 熔化室的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）熔煉室下緣直徑 D 熔爐坡與爐壁交接處的直徑，為了防止鋼液沸騰時爐渣沖刷爐壁磚或爐渣到達(dá)爐坡與爐壁磚交界處，爐坡應(yīng)高于爐門檻約 100mm 左右，及當(dāng)選定爐坡角度為 45176。時：D 熔 =D+2100因 D==6295mm，則 D 熔 =6495mm（2）熔煉室的高度 H1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 80~100mm。熔煉室的高度應(yīng)根據(jù)爐內(nèi)的熱交換情況來確定。經(jīng)驗值為：H1/D=~，40t 電爐； H1/D=~，40t 電爐。此處取 。所以：H 1=D== （3）爐頂高 h3= （因爐頂磚不同而異，取 ）sD熔 79?8則 h3=D 熔 /8=至此，爐底至爐頂中央高度H2=H1+H+h3=++=（4）熔煉室上緣直徑 D1熔煉室一般為上大下小，爐壁上薄下厚，即 D1D 熔 ，其爐墻內(nèi)側(cè)斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度（H 1100）的 10%左右。所以：D 1=D 熔 +2（H 1100）10%=+2（）10%= 爐襯厚度 δ 的確定爐襯組成：爐殼→石棉（10mm）→絕熱層→工作層。比較經(jīng)濟(jì)的做法是選擇優(yōu)質(zhì)材料，使用較輕薄的爐襯，按經(jīng)驗值選，爐頂爐襯厚度見下表:表 21 爐頂爐襯厚度噸位/t 20 2040 40δ/mm 230 300 350對 150t 電弧爐取 350mm。爐壁部位厚度見下表：表 22 爐壁部位厚度噸位/t 20 2040 40工作層/mm 230 345 460絕熱層/mm 75 75 75爐底部位 總厚度近似等于熔池深度對 150t 電弧爐爐壁厚度取工作層 460mm，絕熱層 75mm，爐底厚度1259mm，爐壁厚度為 δ 壁 =460+75=535mm。 爐殼及厚度 δz 的確定爐殼要承受爐襯和爐料的重量，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。爐殼厚度一般為爐殼直徑的 1/200，即 δz= ,爐殼厚度與爐殼直徑的關(guān)20D殼系見下表：表 23 爐殼厚度與爐殼直徑的關(guān)系D 殼 /m33~4 4~66δ z/mm 12~15 15~202528~30因 D=，故 D 殼 6m，因 δ z與爐殼直徑 D 殼的關(guān)系為 ，取120δz=30mm，則：D 殼 =D 熔 +2δ 壁 +2δ z=+2+2= 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，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(bǔ)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。爐門尺寸的經(jīng)驗值： 爐門寬度 l＝()D 熔 ＝爐門高度 b＝?l＝ 偏心底出鋼箱的設(shè)計（1）出鋼箱內(nèi)口與中心夾角 α出鋼箱內(nèi)口與中心夾角 α 的大小直接影響箱體內(nèi)鋼水的流動性，從而影響鋼水的溫度。在一定范圍內(nèi)，α 越小，出鋼箱內(nèi)鋼水流動性越差，其與爐子中心溫度差越大，一般情況下，出鋼箱溫度比爐子中心的溫度低 50℃～80℃，如果過低會造成出鋼時箱體內(nèi)仍有固體冷塊料和未熔渣料，出鋼時會堵塞出鋼口造成事故。因此出鋼箱內(nèi)口和中心夾角 α 要確保鋼水流動性好，鋼水溫差小。α=100176。時鋼水在出鋼箱的流動性最好?？紤]到弧形架對爐底的支撐，150t 超高功率電弧爐的 α 取 112176。（2）出港口到爐子中心的距離——偏心度 E出鋼口位置的確定應(yīng)該考慮填料方便，便于檢修。如果出鋼口到爐子中心距離——偏心度 E 過大，則出鋼口到爐子中心的距離越遠(yuǎn)，箱內(nèi)鋼液的溫度與爐內(nèi)的鋼液的溫度差越大。因此，在填料、維修方便的前提下，偏心度越小越好?？紤]到出鋼口填料方便，出鋼口到爐體中心的距離為：E=[D 殼 /2+（350~400）]=4213mm（3）出鋼箱遠(yuǎn)離中心內(nèi)測距離爐子中心的距離 L當(dāng)爐壁厚度 S 為 535mm 時有 L=E+S=4213+535+600=5348mm。（4）出鋼箱高度出鋼箱的高度為箱底爐襯厚度及箱底鋼板厚度（38mm）共 1300mm，鋼液高度 838mm，安全高度 1400mm，三者之和為 3538mm。（5）出鋼口直徑出鋼口為一個圓形孔洞，其直徑一半為 120～150mm，為縮短出鋼時間，取出鋼口直徑為 150mm。80t 超高功率電弧爐各部分尺寸列于表 34，設(shè)定值見表 35。表 24 150t 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 m3 爐襯工作層厚度 460熔池直徑 D 6295 爐襯絕熱層厚度 75熔池深度 H 1259 爐底厚度 1259球冠部分高度 h1 252 爐殼厚度 δ z 30截錐部分高度 h2 1007 爐殼直徑 D 殼 7625球冠直徑 d 4281 爐門寬度 L 1624熔煉室下緣直徑 D 熔 6495 爐門高度 b 1300熔煉室高度 H1 2644 出鋼口直徑 150爐頂高 h3 812 出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α112176。熔煉室上緣直徑 D1 7004 偏心度 E 4213表 25 150t 超高功率電弧爐各部分尺寸設(shè)定值項目 尺寸/mm 項目 尺寸/mm熔池容積 V 池 m3 爐襯工作層厚度 460熔池直徑 D 6300 爐襯絕熱層厚度 75熔池深度 H 1260 爐底厚度 1260球冠部分高度 h1 250 爐殼厚度 δ z 30截錐部分高度 h2 1010 爐殼直徑 D 殼 7630球冠直徑 d 4280 爐門寬度 L 1630熔煉室下緣直徑 D 熔 6500 爐門高度 b 1300熔煉室高度 H1 2650 出鋼口直徑 150爐頂高 h3 820 出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α112176。熔煉室上緣直徑 D1 7010 偏心度 E 4220 電弧爐變壓器功率和電參數(shù)的確定 確定變壓器的功率由熔化時間來計算變壓器功率；熔化期長短主要是由供電功率來確定。變壓器的功率由以計算式來求：P 視 =??殼式中：P 視 —變壓器視在功率，KV?A；D 殼 —爐殼直徑，m； τ—額定裝入量的熔化時間，h，取 40min，即 。則 P 視 =93621KV?A，取變壓器視在功率為 100000KV?A，即 100MV?A。 電極直徑的確定d 電極 = ??式中：I—電極上的電流強(qiáng)度，A；ρ—石墨電極 500℃時的電阻系數(shù)，1010 4Ω/cm ；k—系數(shù)，石墨電極取 178。其中 I= = =82479A10P3U視 107?最高二次電壓 U=15 =15 =696KV≈700KV3視 30計算 d 電極 =706mm≈700mm由所得的電極上的電流強(qiáng)度 I 可得出電流密度I/S=82479/（π/47070）=22A/cm2。故選取的電極直徑是合理的。不同尺寸的電極 I/S 值見表：表 26 電極 I/S 值d 電極 /mm 450 500 550 600 700I/S（A/cm2）19~27 18~27 17~26 17~25 17~25 電極心圓的尺寸設(shè)計依據(jù)：若三個電極靠的很近，則電弧爐墻較遠(yuǎn)，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(qiáng)度很難保證，此時電極把持器上下移動也困難，當(dāng)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)。電極心圓直徑的經(jīng)驗值為：=（~）Dd極所以 d 三極心==6295=1890mm表 27 變壓器功率及電參數(shù)項目 參數(shù) 項目 參數(shù)P 視 100M?VA d 直 700mmU 7000V I/S 22A/cm2I 82479A d 三極心 1890mm 水冷掛渣爐壁設(shè)計由于電弧爐的高功率化，使?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷急劇增加，爐內(nèi)熱量分布不均勻加劇，從而使?fàn)t壁壽命大大降低，利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(dāng)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爐壁所傳出的熱量大小。水冷爐壁應(yīng)確定幾個參數(shù)：水冷壁的熱流，水冷爐壁的面積，冷卻水流量，流速，冷卻水通道的尺寸（冷卻水管直徑） ；還有計算過程中所需要的對流換熱系數(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：電弧爐爐壁承受的熱流主要來自電弧輻射熱，其大小與電弧功率、電弧和爐壁間距等因素有關(guān)。冷熱點處單位