【正文】 0mm，為縮短出鋼時(shí)間，取出鋼口直徑為 200mm。80t 超高功率電弧爐各部分尺寸列于表 34，設(shè)定值見(jiàn)表 35。表 24 80t 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 D 5105 爐襯絕熱層厚度 75熔池深度 H 1021 爐底厚度 1021球冠部分高度 h1 204 爐殼厚度 δ z 30截錐部分高度 h2 817 爐殼直徑 D 殼 6435球冠直徑 d 3471 爐門(mén)寬度 L 1326熔煉室直徑 D 熔 5305 爐門(mén)高度 b 1061熔煉室高度 H1 2144 出鋼口直徑 200爐頂高 h3 663 出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α112176。熔煉室上緣直徑 D1 5714 偏心度 E 3573爐壁襯磚厚度 δ 350 出鋼傾翻角 β 14176。表 25 80t 超高功率電弧爐各部分尺寸設(shè)定值項(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 D 5100 爐襯絕熱層厚度 75熔池深度 H 1020 爐底厚度 1020球冠部分高度 h1 210 爐殼厚度 δ z 30截錐部分高度 h2 820 爐殼直徑 D 殼 6440球冠直徑 d 3470 爐門(mén)寬度 L 1330熔煉室直徑 D 熔 5300 爐門(mén)高度 b 1060熔煉室高度 H1 2150 出鋼口直徑 200爐頂高 h3 660 出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α112176。熔煉室上緣直徑 D1 5720 偏心度 E 3580爐壁襯磚厚度 δ 350 出鋼傾翻角 β 14176。 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(shí)間來(lái)計(jì)算變壓器功率；熔化期長(zhǎng)短主要是由供電功率來(lái)確定。變壓器的功率由以計(jì)算式來(lái)求：P 視 =110?????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(shí)間，h，取 40min，即 。則 P 視 =77867KV?A，取變壓器視在功率為 80000KV?A，即 80MV?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(shí)的電阻系數(shù)，1010 4Ω/cm ；k—系數(shù)，石墨電極取 178。其中 I= = 41026A1000??視3?? 1000800003650最高二次電壓 U=15 15 =646V≈650V3??視 380000計(jì)算地 d 電極 =688mm≈700mm由所得的電極上的電流強(qiáng)度 I 可得出電流密度I/S=41026/（π/45050）=21A/cm2。故選取的電極直徑是合理的。不同尺寸的電極 I/S 值見(jiàn)表：表 26 電極 I/S 值d 電極 /mm 450 500 550 600 700I/S（A/cm 2）19~27 18~27 17~26 17~25 17~25 電極心圓的尺寸設(shè)計(jì)依據(jù)：若三個(gè)電極靠的很近，則電弧爐墻較遠(yuǎn)，對(duì)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(shí)電極把持器上下移動(dòng)也困難，當(dāng)電極心圓較大時(shí)，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(yàn)值為：d 三極心 =（~）D所以 d 三極心==5105=1531mm表 27 變壓器功率及電參數(shù)項(xiàng)目 參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù)P 視 80M?VA d 直 700mmU 650V I/S 21A/cm2I 41026A d 三極心 1531mm 水冷掛渣爐壁設(shè)計(jì)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(lái)解決上述問(wèn)題，對(duì)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(diǎn)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(guò)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(guò)爐壁所傳出的熱量大小。水冷爐壁應(yīng)確定幾個(gè)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(jì)算過(guò)程中所需要的對(duì)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(lái)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(diǎn)處單位面積上電弧輻射功率的計(jì)算式如下：q 熱點(diǎn) = [ + ]????12????2 1(1???)22+??（ 1+??+??2） 32q 冷點(diǎn) = [ + ]????12????2 1(1+??)22???（ 1???+??2） 32式中 PH—平均每相電弧功率，其值為cosφP/3＝80000/3＝ R—熔池面半徑，其值為 ， K—三電極極心圓與熔池直徑之比，其值為 ＝經(jīng)計(jì)算得，q 熱點(diǎn) ＝，q 冷點(diǎn) ＝（2）冷卻水流量計(jì)算根據(jù)電弧爐水冷爐壁的熱流全部被冷卻水吸收的熱平衡關(guān)系得qS=G (t0t1)????2????式中：q—爐壁熱流，kJ/m 2h S—水冷爐壁的受熱面積，33m 2 G－冷卻水的流量，t/h —水的熱容，4190kJ/kg℃?????2???? t0—出水溫度℃ t1—進(jìn)水溫度℃故 G =qs／[C PH2O(t0t1)]=360033／（419015）=720t/h冷卻水的實(shí)際流速與冷卻水通道結(jié)構(gòu)關(guān)系很大，因?yàn)闋t壁熱流強(qiáng)度為，可選用管式水冷爐壁，水速定為 m/s。（3）管徑的確定水速確定后，根據(jù)所需水流量計(jì)算管徑 d 支 ，其計(jì)算公式為= ?u?ρ3600??????4 ??2支式中：u—冷卻水速， m/s ρ—水的密度，1000kg/m 3 N—S 面積分為 N 塊，取 10。計(jì)算得 d 支 = m（4）平衡掛渣厚度平衡掛渣厚度可用下式計(jì)算：Ls=[ ]??1???0?? 1??????????????????????式中：λ—水在平均溫度為 30℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，℃，λ Fe＝ W/m?℃， λs＝ W/m℃ ，L Fe為水冷管壁厚度，取 10 mm。Re=10 6＝153741。α Fe= =????W/m℃計(jì)算得 Ls=[ ]λ s=[ ] ??1???0?? 1?????????????????? 1250?30381060? ?=（5）綜合傳熱系數(shù)水冷爐壁的綜合傳熱系數(shù) U：U = = =℃ 11??????+???????????? 11+U1＝ =381060/450＝ W/m℃????2???0式中：t 2—水冷管外表溫度，t 2500℃，取 480℃；t1—冷卻水平均溫度，t 0≈30℃。UU1,該水冷爐壁運(yùn)行安全可靠（6）臨界熱流量與最大熱流量臨界熱流量與最大熱流量可用如下公式計(jì)算q 臨 ＝α Fe(tW－t H2O)＝（10030）＝ W/m 2qmax=[4106u1/3＋4800(t W－t H2O)u1/3]＝10 7 W/m2（7）水冷爐蓋計(jì)算采用超高功率電弧爐冶煉，為了延長(zhǎng)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 20mm，30mm，水冷層厚度為 200mm。內(nèi)襯掛渣鉚釘為 20mm。爐蓋直徑的確定：Dg=D 殼 +2????式中：D g—水冷爐蓋直徑；D 殼 —熔化室直徑；—添加系數(shù)，其值為 200mm。????Dg=+2=爐蓋上開(kāi)五個(gè)孔，其中三個(gè)為電極孔，一個(gè)為高位料倉(cāng)加料孔，另一個(gè)為排塵孔。后兩個(gè)孔的直徑為 45mm，爐蓋圈的高度為 300mm，環(huán)形凸圈的高度定為 60mm，寬度也定為 60mm，爐蓋上還焊有 6 根拉筋，起加固爐蓋作用。3 電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡 物料平衡計(jì)算 熔化期的物料平衡（1）計(jì)算所需的原始數(shù)據(jù)有冶煉鋼種及其成分表(3—1)，原材料成分（3—2）爐料中元素?zé)龘p率（表 3—3）被爐料帶入的（表 3—4）等其他數(shù)據(jù)表 31 冶煉鋼種及其成分鋼種化學(xué)成分%1Cr17Ni7C≤5Mn≤0Si≤0P≤5S≤0Ni~0Cr~0注：分母系計(jì)算時(shí)的設(shè)定值，取其成分中限表 32 爐料中元素?zé)龘p率成分 C Si Mn P S熔化期25～40，取 3070～95，取 8560～70，取 6540～50，取 45可以忽略燒損 率（%）氧化期① 全部燒損 20 ②25～30，取 27注： ①按末期含量取 %；②按末期含量取 %表 33 原材料成分%名稱(chēng) C Si Mn P S Cr Al Fe H2O 灰分 揮發(fā)分碳素廢鋼 余量FeMn 0004FeSi 0 00 2Si Mn 00554Fe Cr 5507Al 焦炭 0 0電極 0名稱(chēng) S CaO SiO2MgO AlO3CaF2Fe2O3CO2 H2O P2O5石灰 0 螢石 鐵礦石 7 火磚塊 0 高鋁磚 鎂砂 0焦炭灰分 0 5電極灰分00（2）物料平衡的基本項(xiàng)目收入項(xiàng)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(xiàng)有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵、焦炭中的揮發(fā)分。 100Kg 金屬爐料為基礎(chǔ)，按工藝階段——熔化期、氧化期分別進(jìn)行計(jì)算，然后匯成總物料平衡表。（3）計(jì)算步驟。以 100 Kg 金屬爐料（廢鋼）為基礎(chǔ)，按工藝階段分別進(jìn)行計(jì)算，然后會(huì)總成物料平衡表。第一步：熔化期計(jì)算表 34 其他數(shù)據(jù)名稱(chēng) 參數(shù)配碳量熔化期脫碳量電極消耗量爐頂高鋁磚消耗量爐襯鎂磚消耗量熔化期和氧化期需氧量氧氣純度和利用率焦炭中碳的回收率碳氧化產(chǎn)物煙塵量%，%30%，%30%=4t/kg（金屬料）：其中熔化期占75%；氧化期占25%（金屬料）：其中熔化期占60%；氧化期占40%（金屬料）：其中熔化期占57%；氧化期占43%50%來(lái)自O(shè) 2，其余50%來(lái)自空氣和礦石99%，余者為N 2，氧利用率90%75%（均指配料用碳）均按70%生成CO，30%生成CO 2考慮（金屬料）考慮1）確定物料消耗量：A. 金屬料配入量。以 100Kg 金屬爐料（廢鋼）為基礎(chǔ)，不足碳量用焦炭來(lái)配。結(jié)果列入表 35。原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表 3—1 和 3—4。B 其他原料消耗。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(jiàn)表 3—表 3—5 爐料配入量配料成分/kg名稱(chēng) 用量/kgC Si Mn P S Fe廢鋼 100 焦炭 ①合計(jì) ①碳燒損率 25%。2）確定氧氣和空氣的消耗量：耗氧項(xiàng)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(lái)部分氧，石灰中 CaO 被自身 S 還原出部分氧。前后二者之差為所需凈氧量 見(jiàn)表 3—6表3—6凈耗氧量的計(jì)算項(xiàng)目名稱(chēng) 元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量/kg 耗氧量/kg供氧量/kg（C）→{CO}30%70%=0.0553爐C（C）→{CO 2}30%30%=0.0231Si （Si）→（SiO2）85%= 3Mn （Mn）→（MnO）65%= 8P （P）→（P 2O5）45%= 8（Fe）→（FeO） ①2%15%= 5料中元素的氧化Fe（Fe）→（Fe 2O3） ①2%85%= 1合計(jì) 9（C）→{CO}25%70%=5焦炭中碳的氧化C（C）→{CO 2}25%30%=1（C）→{CO}475%99%70%=87電極中碳的氧化C （C）→{CO 2}475%99%30%=898耗氧項(xiàng)合計(jì) 6礦石 Fe2 O3Fe2O3=2Fe+ 3/2O2148/60=石灰 S CaO+S= CaS+O2%16/32=供氧項(xiàng)合計(jì) 凈耗氧量 =①令鐵燒損 2%，其中 80%生成 Fe2O3成為煙塵的一部分；20%成渣，在這20%中，按 3：1 分別生成 FeO 和 Fe 2O3。根據(jù)表 34 的規(guī)定，應(yīng)