【正文】 60+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4－3。表4－3 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D殼6m，因δz與爐殼直徑D殼的關(guān)系為2/200，經(jīng)查詢五金手冊，取δz＝38mm（G＝）。則D殼＝D熔＋2δ壁＋2δz＝6495+2535+238＝7641mm=、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 （4－6）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＝＝。、偏心爐設(shè)計(jì) [ 10 ]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：l 可徹底地實(shí)現(xiàn)無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。l 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（）?！S修噴補(bǔ)爐襯的費(fèi)用可減少60%，%。l 爐體后傾角從42176。～45176。減少到12176?！?5176。，可縮短短網(wǎng)長度，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。l 縮短出鋼時(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%。l 出鋼鋼流短而垂直，且集中無分散，可減輕出鋼過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 [ 11 ]出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α（圖4－2）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，150t超高功率電弧爐的α取112176。（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4－3）。如果出鋼口到爐子中心的距離——偏心度E過大，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4025mm。（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＝4025+535+1015＝5575mm。（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?！?5176。出鋼箱高度為箱底襯磚厚度及箱底鋼板厚度（38mm ）共1200mm，鋼液高度970mm，安全高度1760mm，三者之和即3930mm。（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200mm。150t超高功率電弧爐各部分尺寸列于表4－4，設(shè)定值見表4－5。表4－4 150t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 D6295爐襯絕熱層厚度75熔池深度 H1259爐底厚度1259球冠部分高度 h1252爐殼厚度δz38截錐部分高度 h21007爐殼直徑 D殼7641球冠直徑 d4281爐門寬度 L1624熔煉室直徑 D熔6495爐門高度 b1299熔煉室高度 H12644出鋼口直徑200爐頂高 h3812出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α112176。熔煉室上緣直徑 D17004偏心度E4025爐壁襯磚厚度 δ350出鋼傾翻角β12176。表4－5 150t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 D6300爐襯絕熱層厚度75熔池深度 H1260爐底厚度1260球冠部分高度 h1260爐殼厚度δz38截錐部分高度 h21000爐殼直徑 D殼7650球冠直徑 d4280爐門寬度 L1600熔煉室直徑 D熔6500爐門高度 b1200熔煉室高度 H12640出鋼口直徑200爐頂高 h3820出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α112176。熔煉室上緣直徑 D17000偏心度E4025爐壁襯磚厚度 δ350出鋼傾翻角β12176。、水冷掛渣爐壁的設(shè)計(jì)電弧爐使用耐火材料砌筑，其使用壽命受到限制。由于電弧爐單位功率水平的提高，導(dǎo)致電弧爐內(nèi)熱負(fù)荷的急劇增加，爐內(nèi)溫度分布的不平衡加劇，從而大幅度地降低了電弧爐爐襯的使用壽命。因此，采用水冷掛渣爐壁和水冷爐蓋已成為提高超高功率電弧爐爐襯使用壽命、促進(jìn)超高功率電弧爐技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。各種形式的水冷掛渣爐壁和水冷爐蓋，都具有一定的散熱能力和相應(yīng)的掛渣能力，它可以成倍地提高電弧爐爐襯和爐蓋的使用壽命，大幅度地降低耐火材料消耗，而且運(yùn)行安全可靠。電弧爐水冷掛渣爐壁的結(jié)構(gòu)分為鑄管式、板式或管式、噴淋式等。本設(shè)計(jì)使用板式水冷爐壁。板式水冷爐壁：板式水冷爐壁采用鍋爐鋼板焊接，水冷爐壁內(nèi)部為由導(dǎo)流板分割成的冷卻水道，流道截面面積可根據(jù)爐壁熱負(fù)荷來確定。熱工作面鑲掛渣釘或焊上掛渣筋板。本設(shè)計(jì)采用板式水冷掛渣爐壁。、水冷爐蓋電弧爐水冷爐蓋的結(jié)構(gòu)主要是管狀的，根據(jù)水冷卻管的布置，將其結(jié)構(gòu)分為管式環(huán)狀、管式套圈和外環(huán)套圈組合式、管式環(huán)狀與耐火材料組合式等。本設(shè)計(jì)采用管式套圈和外環(huán)套圈組合式水冷爐蓋。水冷爐蓋根據(jù)需要開設(shè)數(shù)個(gè)孔，包括3個(gè)電極孔，裝輔助料孔、氣體排放孔等。三相交流電弧爐需3個(gè)電極孔。由于電極自身被加熱，電極孔應(yīng)由具有良好導(dǎo)熱性的水冷卻管組成的金屬環(huán)構(gòu)成。水冷爐蓋的部件有：管式環(huán)形外套圈，具有1個(gè)中心，1組管式支桿從外套圈向中心伸展；管式環(huán)形內(nèi)套圈，固定在支桿上且形成數(shù)個(gè)通道；由各自凹管件構(gòu)成的內(nèi)套圈彎頭形成通道，在通道間各個(gè)管自內(nèi)凸管彎頭構(gòu)件安裝在支桿上，且與各自凹管件共同形成3個(gè)管狀通孔（電極孔）；與外套管同心，并位于內(nèi)套圈內(nèi)，由與內(nèi)套圈相連的管組成中心套圈，它與外圈中的循環(huán)系統(tǒng)相聯(lián)，還有一組冷卻管套圈，它和支桿相互連通。電弧爐電氣設(shè)備的計(jì)算和選擇 [ 8 ]電弧爐的電器設(shè)備是電爐煉鋼車間的重要組成部分，本部分設(shè)計(jì)包括：電弧爐變壓器功率和電參數(shù)的確定、電壓級(jí)數(shù)的計(jì)算、電極直徑的計(jì)算、電極心圓直徑的計(jì)算、短網(wǎng)的設(shè)計(jì)。、變壓器功率和電參數(shù)的確定、變壓器功率的確定電爐的生產(chǎn)率決定于電爐的容量、變壓器的功率、電爐的全年工作天數(shù)、冶煉周期、電效率以及熱效率。影響電爐工作的因素很多，目前，電爐利用系數(shù)以1000kVA的變壓器功率晝夜的合格鋼產(chǎn)量為電爐生產(chǎn)率的標(biāo)準(zhǔn)。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(gè)比較復(fù)雜的問題，它受電爐容量、冶煉時(shí)間、爐襯材質(zhì)、電效率、熱效率等諸多因素的影響。為了簡化計(jì)算，把變壓器功率與爐殼直徑聯(lián)系起來，拋開其他影響因素。研究發(fā)現(xiàn)變壓器的功率與爐殼直徑存在如下關(guān)系。當(dāng)爐殼直徑已知時(shí)，可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式選擇變壓器的額定功率。式中：—— 變壓器視在功率，kVA； —— 爐殼直徑，m； τ—— 額定裝量時(shí)的熔化時(shí)間，h。取37min。則取變壓器視在功率為90000 kVA，即90 MVA。、電壓級(jí)數(shù)為了滿足冶煉工藝的要求，在各冶煉期采用不同的功率供電，如熔化期采用最高功率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(shí)，工作電壓提高，可用減小電流，因而可用提高功率因數(shù)和cosφ和，為此變壓器要設(shè)置若干級(jí)二次電壓。首先選最高一級(jí)的二次電壓，其經(jīng)驗(yàn)公式為：電壓級(jí)數(shù)取決于最高二次電壓和各個(gè)冶煉期對(duì)供電的要求。一般：最高級(jí)二次電壓/V200～250250～300320～400 400電壓級(jí)數(shù)2～44～66～88～18改變二次電壓通過改變變壓器高壓側(cè)線圈匝數(shù)及其接線方法來實(shí)現(xiàn)。一半用高壓繞組三角形獲得，另一半用星形連接獲得。、電極直徑（d電極）電極是將電流輸送到熔煉室的導(dǎo)體，當(dāng)電流通過電極時(shí)，電極會(huì)發(fā)熱，此時(shí)會(huì)有8%左右的電能損失。當(dāng)功率一定時(shí)：電極直徑減小，電極上的電流密度I/S增大，電能損失增大。電極直徑增大，電極上的電流密度I/S減小，電能損失減小，因此希望電極直徑大點(diǎn)。但是如果電極直徑太大，電極表面的能量熱量損失增加，所以電極直徑不能太大，應(yīng)有一個(gè)合適的值，以保證電極上的電流密度在一定范圍內(nèi)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電極直徑可按下式確定：式中：ρ—— 石墨電極500℃時(shí)電阻系數(shù)，Ωm，ρ石墨＝10104Ω/cm； K—— 系數(shù)，對(duì)石墨電極K= W/cm2； I—— 電極上的電流強(qiáng)度，A；式中：U—— 最高二次電壓。不同尺寸的電極I/S值見表5－1。表5－1 不同尺寸的電極I/S值/mm100200300400500600I/S / (A/cm2)282017151412為了減少電極消耗，露出爐頂外的那部分電極溫度：石墨電極≯500℃，為此電極上的電流密度不應(yīng)超過該尺寸電極的I/S允許值，以免電極溫度過高。、電極心圓直徑（d三極心）d三極心：過三個(gè)電極極心的圓周直徑。d三極心過小，三根電極彼此靠的比較近，電極距離爐壁遠(yuǎn)，對(duì)爐壁壽命有利；但是爐坡上的爐料難熔化，熔池加熱不均勻，爐頂中心結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，容易損壞，并且電極把持器上下移動(dòng)困難。如果電極心圓直徑d三極心太大，電弧距離爐壁近，加劇爐壁損壞。電極心圓直徑的經(jīng)驗(yàn)值為：d三極心＝（～）D （5－4）式中：D—— 熔池直徑。則：d三極心＝＝6300＝1890mm。表 5－2 變壓器功率和電參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)變壓器視在功率90MVA電極直徑 750 mm最高的二次電壓 U670 V電極上的電流密度I/S A/cm2電極電流強(qiáng)度I44776 A電極心圓直徑 d三極心1890 mm、短網(wǎng)的設(shè)計(jì)電路的短網(wǎng)是指變壓器低壓側(cè)的引出線至電極這一段傳導(dǎo)低壓大電流的導(dǎo)體。這一段線路不長，約10m～20m，但是導(dǎo)體的橫截面積大，電流大。它的電參數(shù)（電阻和電抗）對(duì)電爐裝置的工作有很大的影響，在很大程度上決定了電爐的電效率、功率因數(shù)以及三相電功率的平衡。短網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由硬銅母線（銅排）、軟電纜和爐頂水冷銅管幾部分組成，電極有時(shí)也算做短網(wǎng)的一部分。因?yàn)槎叹W(wǎng)導(dǎo)體中電流，特別是經(jīng)常性的沖擊性短路電流使導(dǎo)體之間存在很大的電動(dòng)力，所以目前絕大多數(shù)電弧爐的短網(wǎng)都采用銅來制造，而很少采用機(jī)械強(qiáng)度較差的鋁。從變壓器低壓側(cè)出線端到變壓器室外面的軟電纜接頭處是硬銅母線。這段硬銅母線通常采用矩形銅排，考慮到交流電的集膚效應(yīng)矩形銅排的高寬比為10～20。有的電爐為了簡效應(yīng)和鄰近有的電爐為了簡效應(yīng)和鄰近效應(yīng)矩形銅排的高寬比為化結(jié)構(gòu)，減少維修，采用空心銅管，中心通水冷卻，以提高平均電流密度。在我國目前多數(shù)電爐的硬銅母線是采用三相平面布置，有個(gè)別電爐采用了等邊三角形布置（如圖5－2所示），也有采用改進(jìn)平面布置。軟電纜的長度應(yīng)能滿足電極升降、爐體傾動(dòng)及爐蓋旋轉(zhuǎn)的需要。根據(jù)變壓器額定電流的大小，采用多根軟電纜并聯(lián)連接。軟電纜一般為裸銅電纜，如在裸銅電纜外套水冷膠管，可使允許電流密度提高兩倍左右，這樣既減少電纜根數(shù)，節(jié)約銅材，又可提高使用壽命。水冷導(dǎo)電銅管裝在電極夾持器的上方，一頭與軟電纜相連，一頭與電極夾頭相連。水冷銅管管壁厚度一般為10mm。為了減少短網(wǎng)的電阻和感抗，要盡量縮短短網(wǎng)的長度；導(dǎo)體的接頭處要緊密連接；導(dǎo)體要有足夠大的截面，并且截面形狀應(yīng)采用較大高寬比的矩形截面或空心銅管，還必須注意合理的布線，導(dǎo)體與粗大的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)離得遠(yuǎn)一些。當(dāng)電弧爐工作時(shí)，即使在變壓器二次側(cè)三個(gè)相的電壓和電弧電流相等的情況下，三個(gè)相的電弧功率卻是不相等的。這種三相功率的不平衡，是