【正文】 電弧爐與精煉爐雙聯(lián)取消了電弧爐的精煉操作，提高了電爐變壓器的時(shí)間利用率和功率利用率，可以大大提高電弧爐的生產(chǎn)率。這樣就把煉鋼工藝分成兩步進(jìn)行，在轉(zhuǎn)爐和電弧爐中進(jìn)行熔化和初煉，這些爐子稱(chēng)為初煉爐；初煉后的鋼水倒入鋼包或?qū)ｉT(mén)容器中進(jìn)行精煉，這些鋼包或?qū)Ｓ萌萜鞣Q(chēng)為精煉爐。為此，近些年來(lái)發(fā)展了以爐外精煉法為中心的煉鋼新技術(shù)。（4）短網(wǎng)線路傳統(tǒng)為單線布法，應(yīng)盡量實(shí)行往返電流交叉排列的雙線布法。（3）將中間相電極向爐子中心移動(dòng) 。為了減輕三相功率不平衡的不良后果，可以采取如下措施：（1）盡可能使短網(wǎng)導(dǎo)體對(duì)稱(chēng)布置，把短網(wǎng)由原來(lái)的平面布置改為等邊三角形布置，或改進(jìn)平面形布置。電流愈大，三相電弧功率的不平衡現(xiàn)象愈嚴(yán)重。其他兩相也由于感抗不同而電弧功率不相同，兩相中電弧功率大的一相稱(chēng)為“增強(qiáng)相”，電弧功率小的一相稱(chēng)為“減弱相”。中間相的短網(wǎng)長(zhǎng)度較其他兩相短，且電感也比其他兩相小，所以阻抗小。這種三相功率的不平衡，是由三相的阻抗不平衡引起的。為了減少短網(wǎng)的電阻和感抗，要盡量縮短短網(wǎng)的長(zhǎng)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。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。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。在我國(guó)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3－2所示），也有采用改進(jìn)平面布置。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。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(lái)制造，而很少采用機(jī)械強(qiáng)度較差的鋁。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（圖31）。A電極直徑 1056 mm最高的二次電壓 U666V電極上的電流密度I/S A/cm2電極電流強(qiáng)度I78020 A電極心圓直徑 d三極心1560 mm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。 則：d三極心＝＝5200＝1560mm。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。（d三極心）d三極心：過(guò)三個(gè)電極極心的圓周直徑。表3－2 不同尺寸的電極I/S值/mm1002003004005006007009001000I/S / (A/cm2)28201715141211109在為了減少電極消耗，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(guò)該尺寸電極的I/S允許值，以免電極溫度過(guò)高。電極直徑可按加下公式?jīng)Q定:式中： I——電極上的電流密度，APed——石墨電極500℃時(shí)達(dá)到電阻系數(shù)，為10Ω?mm2/m，即10104對(duì)所設(shè)計(jì)的75t爐子，其最高級(jí)工作電壓為：U==666V采用10級(jí)電壓，中間各級(jí)電壓為：三角形聯(lián)接 星形聯(lián)接 1級(jí) 666V 6級(jí)(666/)=385V2級(jí)(666)=566V 7級(jí)(566/)=327V3級(jí)(566)=481V 8級(jí)(481/)=277V 4級(jí)(481)=409V 9級(jí)(409/)=236V 5級(jí)(409)=348V 10級(jí)（348/）=201V 電極直徑（d電極）煉鋼電弧爐多半采周直徑600mm以下，長(zhǎng)2500mm以下的圓形截面石墨電極。選擇最高一級(jí)二次電壓，推薦用如下的經(jīng)驗(yàn)公式：對(duì)堿性電爐 U=15 對(duì)酸性電爐 U=70+15 電壓的級(jí)數(shù)決定于最高一級(jí)電壓和各個(gè)冶煉期對(duì)爐了供給電能的不同要求。一般可用改變爐子變壓器高壓側(cè)線圈的匝數(shù)及其接法來(lái)達(dá)到。 熔化期平均功率()：Paver=87420=69936KVA 熔化期的有用功率(熔化過(guò)程自身消耗的功率)為:Paval=PavercosΨηel Paval=69936=57907KVA式中： cosΨ——功率因素，； ηel——電力利用系數(shù)，接熔化期平均值。目前電爐煉鋼的發(fā)展趨勢(shì)是增大變壓器的能力，采周高功率或超高功率供電技術(shù)，加速爐料熔化，提高電爐的生產(chǎn)能力。研究發(fā)現(xiàn)變壓器的功率與爐殼直徑D殼存在如下關(guān)系。變壓器功率的確定是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)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。影響電爐工作的因素很多。h/t入爐金屬料1304629t95%電爐鋼水3%損失97%鋼包3%損失97%LF精煉2%損失98%VD精煉%損失%中間包%的氧化鐵皮1%的中間罐結(jié)殼%連鑄切頭%鋼坯7%連鑄廢品93%合格鋼坯1000000t41 3電弧爐電氣設(shè)備的計(jì)算和選擇電弧爐的電器設(shè)備是電爐煉鋼車(chē)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)。表21 熱平衡表收入支出項(xiàng)目熱量（kJ）%項(xiàng)目熱量（kJ）%物料物理熱鋼水物理熱氧化熱和成渣熱其中 C氧化 Si氧化 Mn氧化P氧化 Fe氧化 SiO2成渣 P2O5成渣爐渣物理熱吸熱反應(yīng)消耗熱爐氣物理熱煙塵物理熱冷卻水吸熱其他熱損失變壓器系統(tǒng)熱損失電能①合計(jì)合計(jì)①單位電耗計(jì)算：因1kJ=104kW本計(jì)算取5%。（8）變壓器及斷網(wǎng)系統(tǒng)的熱損失。其損失量與設(shè)備的大小、冶煉時(shí)間、開(kāi)啟爐門(mén)和爐蓋的總時(shí)間以及爐內(nèi)的工作溫度有關(guān)。如爐子公稱(chēng)容量為75t，冷卻水消耗量為20m3/h，冷卻水進(jìn)出口溫差為20℃，冶煉時(shí)間平均為1小時(shí)，則得：Ql=（751000120）/75=(金屬料)（7）其他熱損失Qq。將鐵的揮發(fā)物計(jì)入煙塵中，(kg令爐氣溫度為1200℃， kJ/(kg詳見(jiàn)表20。表19 爐渣物理熱名稱(chēng)熔化期爐渣氧化期爐渣合計(jì)溫度/℃15201670熱容kJ/(kg則：Qg=64302[(145925)+272+(15801459)]=（2）爐渣物理熱Qr。2 計(jì)算熱支出Qz（1）鋼水物理熱Qg。其中,(見(jiàn)表6) 48/112=。SiO2)4(CaO)+(P2O5)=(4CaO表17 物料帶入的物理熱名稱(chēng)熱容kJ/(kg根據(jù)消耗的熱量確定。計(jì)算結(jié)果列于表18。計(jì)算結(jié)果列于表17。表16氧化末期各金屬成分元素含量（%）備注C（）/=Si0見(jiàn)表3Mn()/=P見(jiàn)表3S（）/=熱平衡計(jì)算以65t金屬料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)。先求凈耗氧量（見(jiàn)表12），再確定氧氣消耗量（見(jiàn)表13），最后將各種物料或化學(xué)反應(yīng)帶入的氣態(tài)產(chǎn)物歸類(lèi)，從而得其結(jié)果（見(jiàn)表14）。其中，有Fe氧化生成的（FeO）和（Fe2O3）。因此，渣中含（FeO）為7%75%72/56=%,含（Fe2O3）為7%25%160/112=%，由表11知，++++++=，故總渣量=（）%=。關(guān)于磷的氧化量：根據(jù)表6，可近似求得[()/%]=。渣量計(jì)算的幾點(diǎn)說(shuō)明：關(guān)于石灰消耗量：由表11可知，除石灰?guī)氲囊酝?，渣中已含SiO2=++++++=CaO=++++=。見(jiàn)表11。根據(jù)表4的假定進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果一并列入表11。根據(jù)表3給出的值可以計(jì)算產(chǎn)物量，詳見(jiàn)表11。其組成見(jiàn)表11。（1）確定渣量：1）留渣量。第二步：氧化期計(jì)算。由此可列出熔化期物料平衡表10。表9 爐氣量計(jì)算項(xiàng)目氣態(tài)產(chǎn)物(t)COCO2N2H2OH2揮發(fā)物合計(jì)爐料中C的氧化焦炭帶入電極帶入石灰?guī)氲V石帶入氧氣帶入空氣帶入游離O2參與反應(yīng)CO+1/2O2=CO2H2O參與反應(yīng)H2O+CO=H2+CO20合計(jì)0質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 0*計(jì)算條件：常溫（20℃）、常壓（）下空氣相對(duì)濕度為70%，20℃先求空氣體積(+) 1000=（273+20）/273()=空氣中水蒸氣密度ρ=m/V=MP/RT=1870%/(293)===（6）確定鐵的揮發(fā)量：有表6中設(shè)定，鐵的揮發(fā)量為：2%80%=。（5）確定爐氣量：爐氣來(lái)源于爐料以及碳粉和電極中碳的氧化物CO和CO2，氧氣帶入的N2，物料中的H2O及其反應(yīng)產(chǎn)物，游離O2及其反應(yīng)產(chǎn)物，石灰的燒減（CO2），碳粉的揮發(fā)分。② 石灰中氧化鈣的計(jì)算,。結(jié)果見(jiàn)表8。上述（1）+2）便是熔化期的物料收入量。詳見(jiàn)表7。根據(jù)表4中的假定,應(yīng)由氧氣供給的氧氣為50%,50%=,=。1000=合計(jì)供氧項(xiàng)礦石石灰Fe2O3SFe2O3 =2Fe+3/2O2CaO+S=CaS+O合計(jì)凈耗氧量*令鐵燒損率為2%，其中80%生成Fe2O3揮發(fā)掉成為煙塵的一部分；20%成渣。 表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（t）耗氧量（t）供氧量（t）耗氧項(xiàng)爐料中元素的氧化CSiMnPFe〔C〕→{CO}〔C〕→{CO2}[Si]→(SiO2）[Mn]→(MnO）[P]→(P2O5）[Fe]→(FeO）*[Fe]→（Fe2O3）*30%70%=30%30%=85%=65%=45%=2%15%=2%85%=合計(jì)焦炭中碳的氧化電極中碳的氧化CC（C）→{CO}（C）→{CO2}（C）→{CO}（C）→{CO2}%25%70%=%25%30%=7560%99%70%247。（2）確定氧氣和空氣消耗量：耗氧項(xiàng)包括爐料中元素的氧化，碳粉和電極中碳的氧化；而礦石則帶來(lái)部分氧，石灰中CaO被自身S還原出部分氧。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））。表5 爐料配入量名稱(chēng)用量/t配料成分/tCSiMnPSFe廢鋼 生鐵 焦炭 ?　　　　　合計(jì) ?碳燒損率25%。廢鋼和生鐵按50t和15t搭配，不足碳量用焦炭來(lái)配。第一步：熔化期計(jì)算。支出項(xiàng)有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵、碳粉中揮發(fā)分。廢鋼外形尺寸不一，分重，中，輕三種類(lèi)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(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的組別進(jìn)行分類(lèi)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。（1）廢鋼的供應(yīng)方案通過(guò)料籃車(chē)將廢鋼從原料跨間運(yùn)到爐子跨，再通過(guò)天車(chē)將料籃吊至爐子上方加入爐內(nèi)。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(mén)寬度 L1300熔煉室直徑 D熔5200