【導讀】特別是冶金工藝流程的革命性變換，如電爐從三期操作發(fā)展到只。變都是促使為冶金工藝服務的電爐裝備也取得了突破性的發(fā)展。通過這些設備的調試、操作、維護以及備品的制造，提高了我國電爐制造的。在消化吸收與創(chuàng)新的基礎上，我國大容量電弧爐的國產化奠定了。當前電弧爐正朝著大型電弧爐、超高功率供電技術、采用各種爐外精煉、發(fā)展，所以我們進行了電爐煉鋼的設計，以適應潮流的發(fā)展。本設計機密結合實際，包括八個部分，配料計算，爐型設計，電氣設備選擇，爐外精煉，連珠設計，煙氣凈化系統(tǒng)設計，車間布局設計。本設計由湖南工業(yè)大學冶金工程學院聶星星設計。在編寫的過程中得到了蘇。振江教授的指導，在此特別表示感謝。集中，整合資源優(yōu)化升級。本設計根據指導老師的課題范圍，查閱相關資料，結。合南京地區(qū)實際條件，優(yōu)化設計年產為250萬噸的電爐車間。的目的、方法，并向老師請教可行性方案。設計原理》、《煉鋼設計原理》等資料進行設計提綱的書寫。

　　

【正文】 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 δ z 爐殼要承受爐襯和爐料的質量，抵抗部分襯磚在受熱膨脹時產生的膨脹力，承受裝料時的撞擊力。 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 的關系見表 2－ 4。 表 2－ 4 爐殼厚度 δ z 與爐殼直徑 D 殼 的關系 D 殼 /m 3 3～ 4 4～ 6 6 21 δz/mm 12～ 15 15～ 20 25 28～ 30 因 D＝ ，故 D 殼 6m，因 δz與爐殼直徑 D 殼 的關系為 2/200，經查詢五金手冊，取 δz＝ 38mm（ G＝ ）。 則 D 殼 ＝ D 熔 ＋ 2δ 壁 ＋ 2δz＝ 6495+2179。 535+2179。 38＝ 7641mm= 爐門尺寸的確定 一般電爐設一個加料爐門和一個出鋼爐門，其位置相隔 180176。 確定爐門尺寸時考慮了以下因素：便于順利的觀察爐況，能良好的修補爐底和整個爐坡，采用加料機加料的爐子，料斗能自由出入，能順利取 出折斷電極。 爐門尺寸的經驗值： 爐門寬度 L＝（ ～ ） D 熔 爐門高度 b＝ 179。 L 為了密封，門框應向內傾斜 8176?！?12176。所以， L＝ 179。 D 熔 ＝ 179。 ＝； b＝ 179。 ＝ 。 圖 22 偏心爐設計部分尺寸 偏心爐設計 大量的生產實踐表明，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： 可徹底地實現無渣出鋼和留鋼留渣操作。爐內留鋼量一般控制在 10%～ 15%，留渣量可達到 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重要的必備技術之一，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%及擴大爐膛直徑（德國 BS 公司的 45t 爐從原來的 擴大到 22 ）。耐火材料消耗可降低 ～ ，維修噴補爐襯的費用可減少 60%，爐容量可擴大 %。 爐體后傾角從 42176?！?45176。減少到 12176?！?15176。，可縮短短網長度，從而提高輸入爐內的有功功率（ 10%～ 33%）和功率因數（從 提高到 ），縮短冶煉時間 3～ 7min，可降低電耗 15%～ 30%。此外，爐體傾動角減小可簡化爐子設計（短網中的非磁性支承架、電纜接頭等有關連接構件受力狀況改善，傾動搖架質量減輕），且減少電極折斷幾率。 縮短出鋼時間 75%，出鋼溫度可降低 30℃，因而可縮短冶煉時間，降低電耗6%，降低電極消耗，生產率提高 10%～ 15%。 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， 加上出鋼時間縮短，鋼中氫、氧和氮及夾雜物的含量均有所減少。同時便于采用鋼包加蓋及氬氣保護技術。 （ 1）出鋼箱內口與中心夾角 α（圖 2－ 3）的大小直接影響箱體內鋼水的流動性，從而影響鋼水的溫度。在一定范圍內， α 越小，出鋼箱內鋼水流動性越差，其與爐中心溫度差越大，一般情況下，出鋼箱內溫度比爐心的溫度低 50℃～ 80℃，如果過低會造成出鋼時箱體內仍有固體冷塊和未熔渣料，出鋼時會堵塞出鋼口造成事故。因此出鋼箱內口和中心夾角 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。 考慮到弧形架對 爐底的支撐， 150t 超高功率電弧爐的 α 取 112176。 圖 23 出鋼箱內口與中心夾角 （ 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考慮填料方便，便于檢修（圖 2－ 3）。如果出鋼口到爐子圖 23 中心的距離 —— 偏心度 E 過大，則出鋼口到爐心的距離越遠，箱內鋼液的溫度與爐內 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。 考慮到出鋼口填料方便，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 4021mm。 （ 3）出鋼箱遠中心內側距離爐中心的距離 L 見圖，當爐壁厚度 S 為 535mm 時有 L＝ E+S＝ 4021+535+1015＝ 5571mm。 （ 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，由于爐內溫度與出鋼箱溫度不等，爐子后期，爐底耐火材料的侵蝕會比出鋼箱嚴重，后期爐子的最大傾角壁初期要大，但不會 大于 β＝ arccos[(10210350)/(10210]＝ 15176。 即爐體最大傾角為 14176?！?15176。 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 表 2－ 5 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 δz 38 截錐部分高度 h2 1007 爐殼直徑 D 殼 7641 球冠直徑 d 4281 爐門寬度 L 1624 熔煉室直徑 D 熔 6495 爐門高度 b 1299 熔煉室高度 H1 2644 出鋼口直徑 200 爐頂高 h3 812 出鋼箱內口與中心夾角 α 112176。 熔煉室上緣直徑 D1 7004 偏心度 E 4021 爐壁襯磚厚度 δ 350 出鋼傾翻角 β 12176。 表 2－ 6 150t 超高功率電弧爐各部分尺寸設定值 24 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 260 爐殼厚度 δz 38 截錐部分高度 h2 1000 爐殼直徑 D 殼 7650 球冠直徑 d 4280 爐門寬度 L 1600 熔煉室直徑 D 熔 6500 爐門高度 b 1200 熔煉室高度 H1 2640 出鋼口直徑 200 爐頂高 h3 820 出鋼箱內口與中心夾 角 α 112176。 熔煉室上緣直徑 D1 7000 偏心度 E 4025 爐壁襯磚厚度 δ 350 出鋼傾翻角 β 12176。 全高度 1760mm，三者之和即 3930mm。 （ 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 300mm。 150t 超高功率電弧爐各部分尺寸列于表 2－ 5，設定值見表 2－ 6。 圖 24 板式水冷掛渣爐壁 25 水冷掛渣爐壁的設計 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，導致電弧爐內熱負荷的急劇增加，爐內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、促進超高功率電弧爐技術發(fā)展的關鍵技術。本設計使用板式水冷爐壁，如圖 24。板式水冷爐壁：板式水冷爐壁采用鍋爐鋼板焊接，水冷爐壁內部為由導流板分割成的冷卻水道，流道截面面積可根據爐壁熱負荷來確定。熱工作面鑲掛渣釘或焊上掛渣筋板。本設計采用板式水冷掛渣爐壁。 水冷爐蓋 電弧爐水冷爐蓋的結構主要是管狀的，根據水冷卻管的布置，將其結構分為管式環(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。本設計采用管式套圈和外環(huán)套圈組合式水冷爐蓋。水冷爐蓋根據需要開設數個孔，包括 3個電極孔，裝輔助料孔、 氣體排放孔等。三相交流電弧爐需 3 個電極孔。由于電極自身被加熱，電極孔應由具有良好導熱性的水冷卻管組成的金屬環(huán)構成。水冷爐蓋的部件有：管式環(huán)形外套圈，具有 1 個中心， 1 組管式支桿從外套圈向中心伸展；管式環(huán)形內套圈，固定在支桿上且形成數個通道；由各自凹管件構成的內套圈彎頭形成通道，在通道間各個管自內凸管彎頭構件安裝在支桿上，且與各自凹管件共同形成 3 個管狀通孔（電極孔）；與外套管同心，并位于內套圈內，由與內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，還有一組冷卻管套圈，它和支桿相互連通。 26 3 電弧爐電氣設備的計算和選擇 電弧爐的電器設備是電爐煉鋼車間的重要組成部分，本部分設計包括：電弧爐變壓器功率和電參數的確定、電壓級數的計算、電極直徑的計算、電極心圓直徑的計算、短網的設計。 變壓器功率和電參數的確定 變壓器功率的確定 電爐的生產率決定于電爐的容量、變壓器的功率、電爐的全年工作天數、冶煉周期、電效率以及熱效率。影響電爐工作的因素很多。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雜的問題，它受電爐容量、冶煉時間、爐襯材質 、電效率、熱效率等諸多因素的影響。為了簡化計算，把變壓器功率與爐殼直徑 D 殼聯系起來，拋開其他影響因素。研究發(fā)現變壓器的功率與爐殼直徑 D 殼存在如下關系。當爐殼直徑 D 殼已知時，可用下面的經驗公式選擇變壓器的額定功率。 目前電爐煉鋼的發(fā)展趨勢是增大變壓器的能力，采周高功率或超高功率供電技術，加速爐料熔化，提高電爐的生產能力。 27 對于設計的 150t 爐子，取 tsm=，則所需變壓器功率為： Prat= . 170410 ??? ?=80462KVA 可選用 80000KVA 的變壓器。 熔化期 平均功率 (取功率系數為 )： Paver=179。 80462=64370KVA 熔化期的有用功率 (熔化過程自身消耗的功率 )為 : Paval=PavercosΨη el Paval=64370179。 179。 =53298VA 式中 ： cosΨ —— 功率因素 ， 取 ； η el—— 電力利用系數，接熔化期平均值，取 。 電壓級數 為了熔煉的正常進行，應在熔煉的各個期中使用不同的電力及不同長度的電弧，以滿足冶煉工藝的要求。一般 可用改變爐子變壓器高壓側線圈的匝數及其接法來達到。熔化期使用變壓器的全都電力并采用最高階電壓，還原期使用較小電力及較低級的二次電壓，一般不應高于 120～ 180V(上限用于大型爐子 )。 選擇最高一級二次電壓，推薦用如下的經驗公式： 對堿性電爐 U=153 ratP 對酸性電爐 U=70+153 ratP 電壓的級數決定于最高一級電壓和各個冶煉期對爐了供給電能的不同要求。一般為，如表 31: 表 31 最高級電壓與二次電壓級數 最高級電壓， V 200～ 250 250～ 300 320～ 400 ＞ 400 二次電壓級數 2～ 4 4～ 6 6～ 8 8～ 18 電壓級數的一半用高壓繞組三角形聯接獲得，另一半用星形聯接獲得。 對所設計的 100t爐子，其最高級工作電壓為： U= 23 8046215 O =648V 采用 10級電壓，中間各級電壓為： 三角形聯接 星形聯接 1級 648V 6級 (648/ 3 )=374V 28 2級 (648179。 )=551V 7級 (551/ 3 )=318V 3級 (551179。 )=468V 8級 (468/ 3 )=270V 4級 (468179。 )=398V 9級 (398/ 3 )=229V 5級 (398179。 )=338V 10級（ 338/ 3 ） =195V 電極直徑（ d 電極 ） 煉鋼電弧爐多半采周直徑 600mm以下，長 2500mm以下的圓形截面石墨電極。一般最好采用大直徑的電極，以降低電極上的電流密度，從而減少電能損失。 電極直徑可按加下公式決定 : 3240 ededed K PId ??? 式中 ： I—— 電極上的電流密度， A Ped—— 石墨電極 500℃時達到電 阻系數，為 10Ω? mm2/m，即 10179。104178。 cm Ked—— 系數，對石墨電極 Ked=對變壓器功率為