【導(dǎo)讀】電弧爐→LF爐精煉→VOD爐精煉→連鑄。通過產(chǎn)品大綱的確定、電弧爐煉鋼的物料平衡與熱。座180噸超高功率電弧爐、一臺LF精煉爐及一臺連鑄機(jī)為主要生產(chǎn)設(shè)備。設(shè)計(jì)方案以技術(shù)新、效益高為原則，充分體現(xiàn)了先進(jìn)、靈活、多功能的特點(diǎn)，具備可持續(xù)發(fā)展性。布置圖和剖面圖各一張。

　　

【正文】 驗(yàn)公式可得： V池 == D= 又因?yàn)?D/H=5 所以 H=D/5=為了減輕爐渣對爐壁與爐坡接縫處的侵蝕，爐缸與爐壁連接面應(yīng)高于爐門坎面 3070mm。由于爐渣深度大約為 。爐渣體積可取鋼液體積的 10%～ 15%,由此可計(jì)算渣層厚度。故可得爐缸上緣直徑（或熔化室直徑） D熔 為 : D熔 =D+～ m，這里取其值為 D熔 = 圖 21 電弧爐爐 型 熔化室的尺寸 爐缸以上至爐頂以下的空間稱為熔化室。熔化室的尺寸高度及為爐壁的高度 H1 ，熔化室的容積加上爐缸的容積應(yīng)能容納電爐所需的廢鋼，在合理的配料下，其中重型，中型廢鋼占有大比例時(shí)可按下表 2－ 1來確定： 表 2－ 1 電弧爐爐壁高度計(jì)算值 第 18 頁 爐子容量， t ＜ 40t電弧爐 ＞ 40t電弧爐 爐壁高度 H1， m （ ～ ） D熔 (～ ) D熔 根據(jù)所設(shè)計(jì)的爐子的額定容量 180 噸，可選取 H1 = D熔 =。 爐頂拱高： h3 = D熔 =。 爐襯厚度 爐襯組成：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。 按經(jīng)驗(yàn)值選：爐頂磚厚度 (δ ) 爐頂磚厚度 (δ ) 噸位 /t 20 20～ 40 40 ? /㎜ 230 300 350 煙壁部位厚度 爐壁部位厚度 噸位 /t 10 10～ 40 40 工作層 /mm 230 345 460 絕熱層 /mm 75 75 75 爐底部位 總厚度近似等于熔池深度 第 19 頁 工作門和出鋼口 現(xiàn)代電弧爐只設(shè)一個(gè)工作門，用于加料，爐前操作和觀察情況。爐門應(yīng)該滿足以下的要求： (1)能清楚看見爐內(nèi)的爐料，爐頂中心，并便于觀察爐內(nèi)情況； (2)能方便的修補(bǔ)爐壁和爐底； (3)熔煉過程中，電極折斷時(shí)能將電極從爐門取出； (4)方便噴吹爐料和氧氣。 爐門寬度 l=()D=179。 = 爐門高度 b=()l=179。 = 偏心底出鋼箱的設(shè)計(jì) 爐殼 偏心底出鋼電弧爐的爐殼上部的爐身為圓形，下部帶有突出的圓滑形出鋼箱。偏心底出鋼電爐采用全水冷爐壁爐殼，出鋼時(shí)爐子傾動(dòng)僅為 15176。 左右，可避免鋼水和水冷爐壁的接觸，從而提高爐襯壽命。爐殼上沿的加固圈用鋼板或型鋼焊成。內(nèi)通冷卻水，用以增加爐殼的剛度，防止?fàn)t殼由于受熱而變形，保證爐殼與爐蓋接觸嚴(yán)密。 爐底 偏心爐底出鋼電爐斷底設(shè)計(jì)成淺盤狀 (即采用焊制的截頭圓錐形爐殼底 )，以確保無渣出鋼。為安全起見，底部排 兩層鎂質(zhì)耐火磚，下部有層粘土磚，與鋼水接觸的底部砌有白云耐火磚，應(yīng)搗上一層鎂質(zhì)耐火磚。 出鋼口 偏心底出鋼電弧爐出鋼口位于爐殼實(shí)出部分 — 出鋼箱的底部，利用出鋼口開閉機(jī)構(gòu)和爐體傾動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)順利出鋼及留鋼、留渣操作。出鋼口類似鋼包水口，所用耐火材料材質(zhì)為鎂 第 20 頁 碳磚。出鋼口用擺動(dòng)式鉸鏈蓋板密封。為防止變形，密封處的蓋板和出鋼口尾轉(zhuǎn)均有石墨構(gòu)成。電爐裝料前，出鋼口中填入一定粘度的含 Fe2O310%的 MgOSiO2 混合填料，任其自然充填牢固，將上部操作口蓋板蓋好，下部密封處蓋板蓋牢即可。密封蓋固定在一個(gè)空 心軸上，軸內(nèi)通水冷卻，軸安裝在電弧爐搖架下部，用液壓缸將軸快速轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度，即可實(shí)現(xiàn)出鋼口開啟和關(guān)閉。 機(jī)械裝置 為了保證不帶渣出鋼，應(yīng)避免出鋼箱部分的鋼水產(chǎn)生漩渦，即應(yīng)在爐體傾動(dòng)至最大角度結(jié)束出鋼時(shí)，使?fàn)t內(nèi)仍保留一部分鋼水。為此應(yīng)使?fàn)t體迅速回傾，回傾速度約為 3176。 /s。 偏心爐底出鋼電弧爐，向爐門可傾動(dòng) 1012176。 ，向出鋼口最大傾動(dòng) 15176。 ，總傾動(dòng)角度為2527176。 。電爐的傾動(dòng)液壓缸與傾動(dòng)搖架結(jié)構(gòu)。 出鋼箱設(shè)計(jì)參數(shù) 1） 偏心距：偏心距即出鋼口中心至爐體中心的距離。確定時(shí)，考慮到鋼水成 分和溫度的均勻性，偏心距不能過大；又考慮到出鋼箱上人工操作方便及其與出鋼車上的鋼包適合對應(yīng)而不能、過小。故偏心距取為 4000mm。 2）出鋼口直徑：出鋼口直徑大小應(yīng)能保證在 150— 240 秒內(nèi)出盡所有鋼水。本設(shè)計(jì)取出鋼口直徑為 200mm。 3）出鋼箱高度：出鋼箱高度大小應(yīng)考慮出鋼時(shí)爐體傾斜 10176。 — 15176。 時(shí)，不致鋼水與出鋼箱水冷蓋板相接觸，并留有一定的安全距離，還要求氧化渣全部留在爐內(nèi)，本設(shè)計(jì)定出鋼箱高度為 2400mm。 第 21 頁 電弧爐變壓器容量和參數(shù)的確定 確定變壓器的容量 由熔化時(shí)間來計(jì)算變壓 器容量，電弧爐熔化期占冶煉周期的大部分，熔化期長短主要是由供電功率來確定。本設(shè)計(jì)取熔化時(shí)間為 50min。 變壓器的容量由以計(jì)算式來求： c osP qG t N??? 式中 P— 爐用變壓器額定容量， KVA； q— 熔化每噸廢鋼料及熔化相應(yīng)的渣料并升溫所需要的電量， KWh/t,q≈410 KWh/t ，由于本設(shè)計(jì)采用偏心底出鋼，實(shí)現(xiàn)留渣操作，故 可節(jié)約電量 1/4多，故取其值為 300 KWh/t； G— 電爐裝入量，取實(shí)際裝入量 180179。= 207t； t— 預(yù)期的熔化時(shí)間 ， h； cosφ — 熔化期平均功率因數(shù)，本設(shè)計(jì)選取 ； η — 變壓器有功功率的熱效率 選取 ； N— 熔化期變壓器功率平均利用系數(shù)，選取 ； 因此 P=300179。 207/（ 179。179。179。 ） =110937KVA 熔化期的平均功率： P平均 =cosφ179。P=179。 110937＝ 77656KVA 熔化期的有用功率： P 有用 =cosφ179。P 平均 179。η= 110937179。 179。= 62125KVA。 電壓級數(shù) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，選擇最高一級二次電壓，對于堿性電弧爐 ： U=15179。P 1/3=721V 由于 U400V,所以取電壓級數(shù)為 14級。 第 22 頁 電極直徑的確定 d=() 1/3 式中 I— 電極上的電流強(qiáng)度， I=1000P視 /=88837A； ρ — 石墨電極 500℃ 時(shí)的電阻系數(shù)， 10Ωmm178。/m ； k— 系數(shù)，石墨電極取 178。. 計(jì)算得取 d＝（ 179。 888372179。10179。10 10? /） 1/3=1151mm。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取電極直徑 d 為 1200mm。利用電流密度與電極直徑的對比關(guān)系校核電極直徑選 取 的正 確與 否， 有 所得 的電 極上 的 電流 強(qiáng)度 I 可 得出 電 流密 度 =I/S=88837/（ π/4179。 120179。 120） =。故選取的電極直徑是合理的。 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： （三極心 = ～ ） ,取 =三極心d =179。 6710=1745mm 式中 D—— 熔池直徑。 4 電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡 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 (4— 1)，原材料成分（ 4— 3）爐料中元素?zé)龘p率（表 4— 2）和其他數(shù)據(jù)（表 4— 4）。 第 23 頁 表 4— 1 冶煉鋼種的成分 冶煉鋼種 成分 % 1Cr18Ni9Ti C Si Mn S P Cr Ni Ti ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 5*(C%) ~ 表 4— 2 爐料中元素的燒損率 % 成分 C Si Mn S P 燒損率 （ %） 熔化期 30． 0 85． 0 0 氧化期 ① 全部燒損 ② 注： ①按末期含量取 %；②按末期含量取 %； 表 431 原材料成分 % 名稱 C Si Mn P S Cr Ni Fe H2O 灰分 揮發(fā)分 碳素廢鋼 余量 煉鋼生鐵 余量 硅鐵 050 鉻鐵 鈦鐵 鎳鐵 Al 名稱 C Si Mn P S Cr Ni Fe H2O 灰分 揮發(fā)分 焦 碳 第 24 頁 電 極 表 432原始料成分 % （注：鐵合金在熔氧期并無加入，但在爐外精煉中加入計(jì)算。） （ 2）物料平衡的基本項(xiàng)目 收入項(xiàng)有：廢鋼、生鐵、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。 計(jì)算步驟 .以 100Kg 金屬爐料為基礎(chǔ)，按工藝階段 —— 熔氧期計(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（ 90廢鋼 +10 生鐵）為基礎(chǔ)，按工藝階段分別進(jìn)行計(jì)算，然后總成物料平衡表。 名稱 CaO SiO2 MgO Al2O3 CaF2 Fe2O3 CO2 H2O P2O5 S 石灰 螢石 火塊磚 高鋁磚 鎂砂 焦碳 灰分 電極 灰分 第 25 頁 第一步：熔化期計(jì)算 第 26 頁 表 44 其他數(shù)據(jù) 名稱 參數(shù) 配碳量 比鋼種規(guī)格中限高 %，即達(dá) % 熔化期脫碳量 30%，即 179。 30%＝ 電極消耗量 5Kg/t（金屬料）其中熔化期占 60%，氧化期占 40% 爐頂高鋁磚消耗量 Kg/t其中熔化期占 60%，氧化期占 40% 爐襯鎂磚消耗量 5Kg/t（金屬料）熔化期占 40%，氧化期占 60% 熔化期和氧化期所需氧量 50%來自氧氣，其余來自空氣和礦石 氧氣純度和利用率 99%，其余為氮?dú)猓趵寐蕿?90%， 焦炭中碳的回收率 75%（系指配料用的焦炭） 碳氧化產(chǎn)物 70%為 CO， 30%為 CO2 煙塵量 按 （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 90Kg+生鐵 10Kg）為基礎(chǔ)，不足碳量用焦炭來配。結(jié)果列入表 45 。原始數(shù)據(jù)見表 4— 1和 4— 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表 4— 5 表 4— 5 爐料配入量 名稱 用量 Kg 配料成分 Kg C Si Mn S P Fe 廢鋼 生鐵 焦炭 合計(jì) ※ 燒損率 25%。 第 27 頁 (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，電極中碳的氧化，而礦石則帶來部分氧，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，