【文章內(nèi)容簡介】 （）式中 n全年實際有效作業(yè)日數(shù)，n=365作業(yè)率，d； g一爐熔煉鋼水量（出鋼量）； t平均每一爐冶煉時間，h； a鋼水鑄成良錠的收得率，%； 24晝夜時數(shù)。我國冶金熔煉爐一般均為連續(xù)生產(chǎn)，節(jié)假日不停工，故正常生產(chǎn)時作業(yè)率可達(dá)90%，即340天左右，模鑄良錠收得率一般為8185%，計算取85%[2]。（1）估算每次出鋼量： （）由上式計算得q=根據(jù)爐子實際出鋼量與額定容量有不同超裝，超裝量為2025%，計算時取f=。（2） 核算年產(chǎn)量 T ()A≥As=700000t根據(jù)計算所得，該設(shè)計方案可行，滿足設(shè)計的年產(chǎn)鋼能力[2]。電弧爐是電路煉鋼車間的核心設(shè)備，電爐設(shè)計的好壞直接影響到煉鋼生產(chǎn)的順利與否。如果設(shè)計不合理造成先天性缺陷，一旦投產(chǎn)就很難再做改動，所以對于電爐設(shè)計應(yīng)予以重視。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?，F(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。 電弧爐的大小以其額定容量來表示，所謂額定容量是指新設(shè)計的電爐熔池所能容納的鋼水量。實際生產(chǎn)過程中，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)常用提高爐門檻即造假爐門檻的辦法來增加爐產(chǎn)量，這樣就出現(xiàn)了超裝問題，一般認(rèn)為超裝20%為宜，不宜超裝太多，大電弧爐基本上都不超裝[2]。熔池：容納鋼液和熔渣的那部分容積。熔池的容積應(yīng)能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爐，爐坡傾角45176。，其優(yōu)點如下：45176。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45176。熔池尺寸計算熔池容積V池。根據(jù)定義： V池=V液+V渣 （） V液=T/ρ液 （） 式中 T—出鋼液量； ρ液—鋼液的密度，179。 V渣=G渣/ρ液 （） 式中 G渣—按氧化期最大渣量計算，鋼液量的7%（堿性）； ρ渣—3～4t/m179。，179。熔池直徑D（渣面直徑）和深度H之比D/H。 在計算熔池直徑D和深度H之前，首先要確定一個合適的D/H值。在熔池容積一定的條件下，D/H越大，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)對金屬進(jìn)行良好的加熱，并對熔池中的金屬進(jìn)行強烈沸騰攪拌，以使金屬成分和溫度均勻。當(dāng)爐坡傾角45176。時，D/H一般趣=5左右教合適[1]。 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： （） 式中 h1—球冠部分高度，一般取h1=H/5。 h2—截錐部分高度，h2=Hh1=4/5H 。 D—熔池液面直徑，通常采取D/H=5。 d—球冠直徑，因d=D2h2=5H8/5H=17/5H帶入上式，整理后得 V池== ()利用上式可求出H和D的值。（電爐50t 出鋼量50t）計算求得： =m179。 () T () m179。 ()mm； mm； mm； mm； mm； 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)高于爐門檻（渣面與爐門檻平齊）約100㎜左右，即當(dāng)選定爐坡傾角為45176。時： D熔=D+2100=4400+2100=4600mm ()（2）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80～100mm。 從延長爐蓋壽命和多裝輕薄料考慮，希望熔煉室高度H1大些，因為增大熔煉室高度H1，爐蓋距電弧和熔池面距離遠(yuǎn)，爐蓋收到的輻射熱相對少一些，爐蓋壽命長，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→電阻大。經(jīng)驗值H1/D=～40t電爐，則H1==1848mm ()（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)計取，則： =4600=575mm ()至此，渣面至爐頂中央高度H2=H1+h3=2423mm熔煉室上緣直徑D1 一般熔煉室要設(shè)計成上大下小傾斜形的，即D1D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，同時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[1]。其爐墻內(nèi)側(cè)傾斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度（H1100）的10%左右： mm () （δ）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算確定，計算依據(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δ增加與熱損失減少并非線性關(guān)系，厚度δ達(dá)到一定值以后，再增加爐襯厚度δ，熱損失減少不顯著，反而因為厚度δ過大，而增加爐殼直徑，耐火材料增加，散熱面積增加，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)驗值選，當(dāng)噸位大于40t時：爐頂磚厚度 350mm 爐壁部位厚度：工作層 460mm 絕熱層 75mm 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δz與爐殼直徑的關(guān)系見下表：D殼/m33～44～66δz/mm12～1515～202528～30本設(shè)計δz取30mm。則 D殼=4600+2（460+75）=5670mm () 一般電爐設(shè)一個加料爐門和一個出鋼口，其位置相隔180176。爐門尺寸經(jīng)驗值：爐門寬度=()D熔== 爐門高度== 為了密封，門框應(yīng)向內(nèi)傾斜。 出鋼口位置：出鋼口下緣與爐門檻平齊或高出100～150mm。出鋼口為一個圓形孔洞，其直徑為120～150mm。流鋼槽：外殼用鋼板或角鋼做成，其斷面為槽形，固定在爐殼上，內(nèi)襯凹形預(yù)制磚（稱流鋼槽磚）。為了防止打開出鋼口以后鋼水自動流出，流鋼槽上翹與水平成100～120的角。流鋼槽長度取決于電爐在車間的布置方式及出鋼方式，對于縱向或高架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；對于橫向地面布置異跨出鋼的應(yīng)長些，一般2m以上[1]。 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比較復(fù)雜的問題，它受電爐的容量，冶煉時間，爐襯材料，電效率，熱效率等許多因素的影響，為了簡化計算。把變壓器功率與爐殼直徑D殼聯(lián)系起來，拋開其它影響因素，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，可用下面的經(jīng)驗公式選擇變壓器的額定功率[1]。 P= （）式中 P——變壓器視在功率D殼 ——爐殼外徑， m —— 額定裝置時的熔化時間， h帶入數(shù)據(jù)計算得：P= 為了滿足冶煉工藝的要求。在各個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，工作電壓提高，可以減小電流。因而可以提高功率因數(shù)和電壓效率，為此變壓器要設(shè)置若干級二次電壓，首選最高一級的二次電壓，其經(jīng)驗公式是： U=15 （）帶入數(shù)據(jù)計算得：U=428 v由于U大于 所以電壓級數(shù)取13級改變二次電壓通過改變變壓器高壓側(cè)線圈匝數(shù)及其接線法來實現(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)電流通過電極時，電極會發(fā)熱，此時會有8%左右的熱能損失。當(dāng)功率一定時，電極直徑減小，電級上的電流密度I/S增大，電能損失增大，電極直徑增大，電級上的電流密度I/S減小，電流損失減小，因此，電極直徑應(yīng)該大一點。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，電極直徑可按下式確定： d電極= （）式中 ——石墨500時電極系數(shù)，m；=10mm/mK——系數(shù)，對石墨電極K=I——電極上的電流強度，A； I= （）式中 U——最高二次電壓。 通過計算得 I = 則計算得 =493mm（取500標(biāo)準(zhǔn)電極） 設(shè)計依據(jù)：若三個電極很靠近，則電弧距爐墻較遠(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(dāng)電極心圓較大時，電弧靠近爐墻，爐墻的損耗會加劇，因此電極直徑與熔池液面直徑有關(guān)[1]。對中等爐子： d三級心/Db= () d三級心= Db= 4400=1232m () 4 物料平衡和熱平衡計算 4 物料平衡和熱平衡計算 基本原始數(shù)據(jù)有[1]：冶煉鋼種及其成分（）；原材料成分（）；爐料中元素的燒損率（）；其他數(shù)據(jù)（）。 冶煉鋼種及其成分（%）鋼種成分/%備注CSiMnPSCrFeGCr15～ ～～≤≤～余量返回吹氧法冶煉注：分母系計算時的設(shè)定值，取其成分上限 原材料成分（%）名稱CSiMnPSCrAlFeH2O灰分揮發(fā)分碳素廢鋼煉鋼生鐵FeMnFeSiSiMnFeCrAl焦炭電極名稱CaOSiO2MgO