【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行。因此，希望D/H大一些，但D/H太大，則熔池直徑和熔煉室直徑都增大，于是爐殼直徑增大，導(dǎo)致D殼太大，爐殼散熱面積增大，電耗也增大，因此D/H又不能太大。如果D/H太小，熔池太深，鋼液加熱困難，溫度分布不均勻性增大。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)選定爐坡傾角45176。時(shí)，一般取D/H＝5左右較合適。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： 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，即D=5H； d—— 球冠直徑，因d＝D2h2＝5H8/5H＝17/5H帶入上式，整理后得：V池＝＝ 若V池＝ 米3，則H===D===h1＝H/5=＝h2＝4/5H＝4/5＝d＝17/5H＝17/5＝ 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)能一次性裝入堆積密度中等的全部爐料。（1）熔煉室直徑爐坡與爐壁交接處的直徑，為了防止鋼液沸騰時(shí)爐渣沖刷爐壁磚或爐渣到達(dá)爐坡與爐壁交界處（薄弱處），爐坡應(yīng)高于爐門檻（渣面與爐門檻平齊）約100mm左右，即當(dāng)選定爐坡傾角為45176。時(shí)：D熔＝D+2100 因D＝，則D熔＝D+2100＝5000+200＝（2）熔煉室高度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。從延長(zhǎng)爐蓋壽命和多裝輕薄料考慮，希望熔煉室高度H1大一些，因?yàn)樵龃笕蹮捠腋叨菻1，爐蓋距電弧和熔池面距離遠(yuǎn)，爐蓋受到的熱輻射相對(duì)較小，爐蓋壽命長(zhǎng)，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，則爐殼散熱面積增大導(dǎo)致電耗增多，電極增長(zhǎng)導(dǎo)致電阻增大。經(jīng)驗(yàn)值為：H1/D=~，40t電爐；H1/D=~，40t電爐。所以，H1=D＝＝（3）爐頂高度爐頂高度h3與熔池室直徑D有如下關(guān)系：則h3＝D熔/8＝至此，爐底至爐頂中央高度H2＝H1+H則H2＝H1+H＝++ h3＝（4）熔池上緣直徑一般熔煉室要設(shè)計(jì)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(bǔ)，同時(shí)使熔煉室的容積增大，可多裝輕薄料。另外下部的爐襯接近于爐渣，侵蝕較快，爐襯下厚上薄可以使整個(gè)熔煉室的爐襯壽命趨于均勻。其爐墻內(nèi)側(cè)傾斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度（H1100）的10%左右；所以D1＝D熔+2(H1100)10%＝+2(－)＝ 爐襯及厚度（δ）的確定爐襯的組成：爐殼→石棉（100mm）→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，爐頂襯磚厚度如表2－2所示。表2―2 爐頂襯磚厚度噸位/t 2020～40 40δ/mm230300350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，反而因厚度δ增加過(guò)大，而增加爐殼直徑D殼，耐火材料消耗增加，散熱面積增加，所以比較經(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(yàn)值選：對(duì)75t電弧爐取350mm。爐壁部位厚度見表2－3。表2－3 爐壁部位厚度噸位/t 2020～40 40工作層/mm230345460絕熱層/mm757575爐底部位總厚度近似等于熔池深度對(duì)100t電弧爐爐壁厚度取工作層460mm，絕熱層75mm，爐底厚度1000mm。爐壁厚度為δ壁＝460+75＝535mm。 爐殼及厚度δz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δz一般為爐殼直徑D殼的1/200，即：爐殼厚度δz與爐殼直徑D殼的關(guān)系見表2－4。表2－4爐殼厚度δz與爐殼直徑D殼的關(guān)系D殼/m 33～44～6 6δz/mm12～1515～202528～30因D＝，故4mD殼6m，故取δz＝25mm。則D殼＝D熔＋2δ壁＋2δz＝5200+2535+225＝6320mm= 爐門尺寸的確定一般電爐設(shè)一個(gè)加料爐門和一個(gè)出鋼爐門，其位置相隔180176。確定爐門尺寸時(shí)考慮了以下因素：便于順利的觀察爐況，能良好的修補(bǔ)爐底和整個(gè)爐坡，采用加料機(jī)加料的爐子，料斗能自由出入，能順利取出折斷電極。爐門尺寸的經(jīng)驗(yàn)值：爐門寬度L＝（～）D熔 爐門高度b＝L為了密封，門框應(yīng)向內(nèi)傾斜8176?！?2176。所以，L＝D熔＝＝；b＝＝。 圖22 偏心爐設(shè)計(jì)部分尺寸 偏心爐設(shè)計(jì) 大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用偏心爐底出鋼電弧爐與出鋼槽出鋼相比，可取得以下顯著效果，如圖22：可徹底地實(shí)現(xiàn)無(wú)渣出鋼和留鋼留渣操作。爐內(nèi)留鋼量一般控制在10%～15%，留渣量可達(dá)到95%以上。為此，偏心爐底出鋼已成為“超高功率電弧爐—爐外精煉—連鑄”短流程及直流電弧爐的一項(xiàng)重要的必備技術(shù)之一，為氧化性出鋼創(chuàng)造了必要的條件。電弧爐水冷爐壁的水冷面積可從出鋼槽出鋼的70%增加到87%～90%，從而提高爐襯壽命15%及擴(kuò)大爐膛直徑（）。～，維修噴補(bǔ)爐襯的費(fèi)用可減少60%，%。爐體后傾角從42176。～45176。減少到12176。～15176。，可縮短短網(wǎng)長(zhǎng)度，從而提高輸入爐內(nèi)的有功功率（10%～33%）和功率因數(shù)（），縮短冶煉時(shí)間3～7min，可降低電耗15%～30%。此外，爐體傾動(dòng)角減小可簡(jiǎn)化爐子設(shè)計(jì)（短網(wǎng)中的非磁性支承架、電纜接頭等有關(guān)連接構(gòu)件受力狀況改善，傾動(dòng)搖架質(zhì)量減輕），且減少電極折斷幾率?？s短出鋼時(shí)間75%，出鋼溫度可降低30℃，因而可縮短冶煉時(shí)間，降低電耗6%，降低電極消耗，生產(chǎn)率提高10%～15%。出鋼鋼流短而垂直，且集中無(wú)分散，可減輕出鋼過(guò)程中鋼流的二次氧化及吸氣，加上出鋼時(shí)間縮短，鋼中氫、氧和氮及夾雜物的含量均有所減少。同時(shí)便于采用鋼包加蓋及氬氣保護(hù)技術(shù)。（1）出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α（圖2－3）的大小直接影響箱體內(nèi)鋼水的流動(dòng)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(dòng)性越差，其與爐中心溫度差越大，一般情況下，出鋼箱內(nèi)溫度比爐心的溫度低50℃～80℃，如果過(guò)低會(huì)造成出鋼時(shí)箱體內(nèi)仍有固體冷塊和未熔渣料，出鋼時(shí)會(huì)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(dòng)性好，鋼水溫差小。α=100176。時(shí)鋼水在出鋼箱的流動(dòng)性最好?？紤]到弧形架對(duì)爐底的支撐，75t超高功率電弧爐的α取110176。圖23 出鋼箱內(nèi)口與中心夾角（2）出鋼口到爐子中心的距離——偏心度E 出鋼口位置的確定應(yīng)考慮填料方便，便于檢修（圖2－3）。如果出鋼口到爐子圖 中心的距離——偏心度E過(guò)大，則出鋼口到爐心的距離越遠(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取爐殼最大外徑的一半再加上200mm，即3360mm。（3）出鋼箱遠(yuǎn)中心內(nèi)側(cè)距離爐中心的距離L見圖，當(dāng)爐壁厚度S為535mm時(shí)有L＝E+S＝3360+535+300＝4395mm。（4）出鋼傾翻角β與出鋼箱高度h4取出鋼最大傾角為14176。，則：β＝14176。＝arccos[(10210h41200)/(102101260]，所以h4＝330mm，取h4＝350mm。這是新砌爐的最大傾翻角，由于爐內(nèi)溫度與出鋼箱溫度不等，爐子后期，爐底耐火材料的侵蝕會(huì)比出鋼箱嚴(yán)重，后期爐子的最大傾角壁初期要大，但不會(huì)大于β＝arccos[(10210350)/(10210]＝15176。即爐體最大傾角為14176。～15176。（5）出鋼口直徑出鋼口為一個(gè)圓形孔洞，其直徑一半為120～150mm，為縮短出鋼時(shí)間，取出鋼口直徑為300mm。出鋼口高度為箱底襯磚厚度及箱底鋼板厚度（25mm ）共1200mm，鋼液高度1080mm，安全高度1760mm，三者之和即4040mm。表2－4 75t超高功率電弧爐各部分尺寸項(xiàng)目尺寸/mm項(xiàng)目尺寸/mm熔池容積 V池 m3爐襯工作層厚度460熔池直徑 D5000爐襯絕熱層厚度75熔池深度 H1000爐底厚度1000球冠部分高度 h1200爐殼厚度δz25截錐部分高度 h2800爐殼直徑 D殼6300球冠直徑 d3400爐門寬度 L1300熔煉室直徑 D熔5200爐門高度 b1040熔煉室高度 H12100出鋼口直徑300爐頂高 h3650出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α110176。熔煉室上緣直徑 D15600偏心度E3510爐壁襯磚厚度 δ350出鋼傾翻角β12176。（1）廢鋼的供應(yīng)方案通過(guò)料籃車將廢鋼從原料跨間運(yùn)到爐子跨，再通過(guò)天車將料籃吊至爐子上方加入爐內(nèi)。（2）廢鋼的預(yù)處理方案廢鋼包括返回廢鋼和外來(lái)廢鋼。廢鋼外形尺寸不一，分重，中，輕三種類型，為了滿足冶煉工藝及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與鋼水質(zhì)量的要求，對(duì)入爐的廢鋼料一般有如下要求：①按廢鋼鐵分類標(biāo)準(zhǔn)的組別進(jìn)行分類管理，供應(yīng)不得混亂，不允許由成套機(jī)器、設(shè)備及結(jié)構(gòu)件；②少銹，入爐鐵銹太多，不能準(zhǔn)確掌握鋼水成分和重量，造成成分不符或短錠，還會(huì)使鋼液增氫；③不應(yīng)混入鉛、銅、鋅、錫、砷等有色金屬和冶煉鋼種限制的合金元素，這些元素在冶煉條件下很難去除，不但會(huì)影響鋼材的純凈度，還會(huì)增加操作難度，惡化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，縮短電弧爐爐體壽命；④廢鋼中不得混有爆炸物品、密閉容器、有毒物質(zhì)以及塑料、橡膠等；⑤應(yīng)限制入爐料的磷、硫含量，否則嚴(yán)重惡化電弧爐操作指標(biāo)；⑥清除爐料中泥沙等酸性物質(zhì)，以免降低爐渣堿度，增加造渣劑消耗，侵蝕爐襯，增加電耗，降低生產(chǎn)率；⑦爐料單位外形尺寸不能過(guò)大，否則裝料困難，還可能砸壞爐體或因塌料砸斷電極；⑧裝料密實(shí)不松散。物料平衡計(jì)算1 計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)基本原始數(shù)據(jù)：冶煉鋼種及成分（見表1）；原材料成分（見2）；爐料中元素?zé)龘p率（3）；其他數(shù)據(jù)（見表4）表1 冶煉鋼種及其成分鋼種成分（%）備注CSiMnPSCrFeGCr15SiMn～～～≤≤～余量氧化法冶煉表2 原材料成分（%）名稱CSiMnPSCrAlFeH2O灰分揮發(fā)分碳素廢鋼余量煉鋼生鐵余量FeMnFeSiFeSiFeCrAl焦炭電極名稱CaOSiO2MgOAl2O3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰螢石鐵礦石火磚塊高鋁磚鎂砂焦炭灰分電極灰分表3 爐料中元素?zé)龘p率成分CSiMnPS燒損率（%）熔化期25～40,取3070～95，去8560～70，取6540～50，取45可以忽略氧化期①全部燒損20②25～30，取27①%～%（%）確定（%的脫碳量）；②%來(lái)確定表4 其他數(shù)據(jù)名稱參數(shù)配碳量%，%熔化期脫碳量30%，30%＝電極消耗量5kg/t（金屬料）：其中熔化期占60%，氧化期和還原期各占20%爐頂高鋁磚消耗量（金屬料）：其中熔化期占50%，氧化期占35%，還原期占15%爐襯鎂磚消耗量5kg/t（金屬料）：其中熔化期占40%，氧化期和還原期各占30%熔化期和氧化期所需要氧量50%來(lái)自氧氣，其余50%來(lái)自礦石和空氣氧氣純度和利用率99%，余者為N2，氧利用率90%焦炭中碳的回收率75%（系指配料用焦炭）碳氧化產(chǎn)物均按70%生成CO，30%生成CO2考慮2 物料平衡基本項(xiàng)目收入項(xiàng)有：廢鋼、生鐵、碳粉、石灰、螢石、電極、爐襯鎂磚、爐頂高鋁磚、火磚塊、鐵合金、氧氣和空氣。支出項(xiàng)有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵、碳粉中揮發(fā)分。3 計(jì)算步驟以75t金屬爐料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)，按工藝階段分為熔化期和氧化期分別進(jìn)行計(jì)算，然后匯總成物料平衡表。第一步：熔化期計(jì)算