【正文】 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年世界上80%的不銹鋼都是用AOD爐生產(chǎn)的。 早在1954年，克里夫斯基就提出了用混合氣體降低CO分壓來脫碳的思想，直到1968年才在喬斯林不銹鋼公司（現(xiàn)名為史萊特不銹鋼公司）研制成功世界上第一臺AOD爐。 AOD精煉法的簡介AOD是不銹鋼生產(chǎn)的“利器”。如1Cr18Ni9Ti。由于兩者在化學(xué)成分上的差異，前者不一定耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而后者則一般均具有不銹性。圖 41 VD爐真空脫氣裝置 不銹鋼的精煉不銹鋼（Stainless Steel）指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼，又稱不銹耐酸鋼。（5）脫硫。（4）夾雜物形態(tài)有了根本改善。20℃，處理后為177。（3）溫度均勻。經(jīng)VD法精煉后鋼中全氧含量在（12～27）104%之間，溶解氧含量一般為（7～15）104%，溶解氧的脫除率平均為82%；（2）脫氫。 （2）吹氬時(shí)間：從鋼包坐入真空室開始吹氬直至精煉結(jié)束鋼包吊出真空室停止吹氬，吹氬貫穿整個(gè)精煉過程，等于整個(gè)精煉時(shí)間約30min。實(shí)際操作時(shí)，供氣壓力根據(jù)液面運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，最佳壓力應(yīng)是剛好使氬氣泡在鋼液底部形成，排出的氣體不沖突渣層而使液面上、下脈動(dòng)。VD法的工藝參數(shù)：（1）氬氣壓力：為了將氬氣吹入鋼液內(nèi)并攪拌鋼液運(yùn)動(dòng)，氬氣應(yīng)具有一定的壓力，最小壓力應(yīng)滿足下列關(guān)系式：式中：—— 鋼液面上的氣相壓力，Pa；—— 鋼液的靜壓力（），Pa；—— 渣層靜壓力，Pa；—— 氣泡形成克服表面能的壓力損失，Pa；—— 系統(tǒng)內(nèi)的壓力損失，Pa。本設(shè)計(jì)采用真空罐式密封結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)真空有兩種形式：（1）真空罐式，鋼包坐入真空室內(nèi)，蓋上真空蓋然后抽真空。VD法的裝置如圖4－1所示，其所用鋼包壁普通鋼包稍深一些，使鋼包液面以上留有800～1000mm的凈空高度，以適應(yīng)鋼液沸騰的需要。使鋼的純凈度提高，清除鋼的白點(diǎn)和發(fā)紋缺陷。而VD法的精煉手段是底吹氬攪拌與真空相結(jié)合。但因無強(qiáng)制攪拌措施，只有鋼包上部一層鋼液與真空作用，所以脫氣效果差。并借助于鋼液內(nèi)的碳自發(fā)脫氧反應(yīng)形成的CO氣泡的排除造成鋼液沸騰攪拌鋼液，增大氣液界面積，并提高了傳質(zhì)系數(shù)，從而提高了脫氣效果。鋼包真空脫氣法是出鋼后將鋼包置于真空室內(nèi)，蓋上真空蓋后抽真空使鋼液內(nèi)氣體由液面逸出。因此，冶煉的鋼種范圍較廣。它對初煉爐的鋼水可以進(jìn)行真空脫氣、脫氧、脫硫和調(diào)整成分等精煉操作，并能加熱和攪拌鋼液，帶有氧槍裝置的鋼包爐還可真空吹氧脫碳。爐外精煉技術(shù)由于得到幾乎同時(shí)出現(xiàn)的超高功率電爐這一新技術(shù)的配合而更加理想，超高功率電弧爐將作為一個(gè)高效率的熔化爐而存在，而鋼液的精煉任務(wù)則由爐外精煉法去承擔(dān)，可見這是兩個(gè)相互依存的新技術(shù)。所以也可以把爐外精煉叫做二次煉鋼。鋼的爐外精煉是把電弧爐中要完成的精煉任務(wù)，如脫硫、脫氧、去除有害氣體及非金屬夾雜物、調(diào)整成分及溫度等，移到爐外的鋼包或?qū)Ｓ萌萜髦羞M(jìn)行。4 爐 外 精 煉 設(shè) 計(jì) 隨著對特殊鋼質(zhì)量要求的不斷提高，就必須不斷強(qiáng)化特殊鋼的冶煉。此外，為了提高爐襯壽命，也可采用不均衡爐襯結(jié)構(gòu)，在熱點(diǎn)區(qū)域采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，在非熱點(diǎn)區(qū)采用 般耐火材料。 （2）要求近爐門的電極成為增強(qiáng)相，進(jìn)出鋼口側(cè)的電極為減弱相。三相電弧功率不平衡對電爐煉鋼是很不利的，會造成熔池受熱不均，局部爐墻損壞嚴(yán)重，從而降低爐襯壽命，直接影響電爐生產(chǎn)率。增強(qiáng)相與減弱相電弧功率增強(qiáng)與減弱的數(shù)值是相等的，也就是有一部分功率從減弱相轉(zhuǎn)移到增強(qiáng)相去了，這種現(xiàn)象稱為“相間功率轉(zhuǎn)移”。這樣中間相的電弧功率通?？偸浅^其他兩相的。一般短網(wǎng)三相導(dǎo)體是平面布置的，并且相間的距離是相等的。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。水冷銅管管壁厚度一般為10mm。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。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。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。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。圖32 硬銅母線布置方式短網(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。這一段線路不長，約10m～20m，但是導(dǎo)體的橫截面積大，電流大。表 3－3 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90MV電極心圓直徑的經(jīng)驗(yàn)值為：d三極心＝（～）D 式中：D—— 熔池直徑。 圖31 短網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖片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。上述校核的電流密度顯然是在允許范圍內(nèi)，因而是可行的。cmKed——系數(shù)，對石墨電極Ked=對變壓器功率為80462KVA，二次電壓為648V的條件下，電流密度為： (沒考慮過載電流)則可得電極直徑為：于是，可以校核這個(gè)電極的電流密度為：不同尺寸的電極I/S值見表3－2。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。一般為，如表31:表31 最高級電壓與二次電壓級數(shù)最高級電壓，V200～250250～300 320～400 ＞400二次電壓級數(shù)2～4 4～6 6～8 8～18 電壓級數(shù)的一半用高壓繞組三角形聯(lián)接獲得，另一半用星形聯(lián)接獲得。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(yīng)高于120～180V(上限用于大型爐子)。 電壓級數(shù)為了熔煉的正常進(jìn)行，應(yīng)在熔煉的各個(gè)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。對于設(shè)計(jì)的150t爐子，取tsm=，則所需變壓器功率為：Prat= =80462KVA可選用80000KVA的變壓器。當(dāng)爐殼直徑D殼已知時(shí)，可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式選擇變壓器的額定功率。為了簡化計(jì)算，把變壓器功率與爐殼直徑D殼聯(lián)系起來，拋開其他影響因素。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。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。三相交流電弧爐需3個(gè)電極孔。本設(shè)計(jì)采用管式套圈和外環(huán)套圈組合式水冷爐蓋。本設(shè)計(jì)采用板式水冷掛渣爐壁。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。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)。圖24 板式水冷掛渣爐壁 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。（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300mm。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。熔煉室上緣直徑 D17004偏心度E4021爐壁襯磚厚度 δ350出鋼傾翻角β12176?！?5176。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比出鋼箱嚴(yán)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。則：β＝14176。（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＝4021+535+1015＝5571mm。因此，在填料、維修方便的前提下，偏心度越小越好。圖23 出鋼箱內(nèi)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(yīng)考慮填料方便，便于檢修（圖2－3）。時(shí)鋼水在出鋼箱的流動(dòng)性最好。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。 （1）出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α（圖2－3）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。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。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?！?5176?！?5176?！S修噴補(bǔ)爐襯的費(fèi)用可減少60%，%。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。 圖22 偏心爐設(shè)計(jì)部分尺寸 偏心爐設(shè)計(jì) 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，如圖22：可徹底地實(shí)現(xiàn)無渣出鋼和留鋼留渣操作?！?2176。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。表2－4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＝）。 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。表2－3 爐壁部位厚度噸位/t 2020～40 40工作層/mm230345460絕熱層/mm757575爐底部位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。按經(jīng)驗(yàn)值選：對180t電弧爐取350mm。一般而言，增加爐襯厚度，爐殼受熱及熱損失可以減少，爐頂襯磚厚度如表2－2所示。其爐墻內(nèi)側(cè)傾斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度（H1100）的10%左右；所以D1＝D熔+2(H1100)10%＝+2(－)＝ 爐襯及厚度（δ）的確定爐襯的組成：爐殼→石棉（100mm）→絕熱層→工作層。所以，H1=D＝＝（3）爐頂高h(yuǎn)3爐頂高度h3與熔池室直徑D有如下關(guān)系：則h3＝D熔/8＝至此，爐底至爐頂中央高度H2＝H1+H則H2＝H1+H＝++ h3＝（4）熔池上緣直徑D1一般熔煉室要設(shè)計(jì)成上大下小傾斜形的，即D1D熔，爐壁上部薄下部厚，這樣形狀的熔煉室增加了爐壁的穩(wěn)定性，爐壁較穩(wěn)固，并且容易修補(bǔ)，同時(shí)使熔煉室的容積增大，可多裝輕薄料。經(jīng)驗(yàn)值為：H1/D=~，40t電爐；H1/D=~，40t電爐。從延長爐蓋壽命和多裝輕薄料考慮，希望熔煉室高度H1大一些，因?yàn)樵龃笕蹮捠腋叨菻1，爐蓋距電弧和熔池面距離遠(yuǎn)，爐蓋受到的熱輻射相對較小，爐蓋壽命長，另外，熔煉室高度H1大，裝輕薄料多。時(shí)：D熔＝D+2100 因D＝，則D熔＝D+2100＝6295+200＝ m（2）熔煉室高度H1金屬爐門檻至爐頂拱基的空間高度為熔煉室高度。由截錐體和球冠體的體積計(jì)算公式可知，熔池的計(jì)算公式為： 式中：h1—— 球冠部分高度，一般取h1＝H/5； h2—— 截錐部分高度，h2=Hh1=4/5H； D—— 熔池液面直徑，通常采取D/H＝5，即D=5H； d—— 球冠直徑，因d＝D2h2＝5H8/5H＝17/5H帶入上式，整理后得：V池＝＝ 若V池＝ 米3，則h1＝H/5=＝ mh2＝4/5H＝4/5＝ md＝17/5H＝17/5＝ m 熔煉室尺寸熔煉室是指熔池以上至爐頂拱基的那部分容積，其大小應(yīng)能一次性裝入堆積密度中等的全部爐料。當(dāng)選定爐坡傾角45176。如果D/H太小，熔池太深，鋼液加熱困難，溫度分布不均勻性增大。熔池容積一定，熔池越淺，熔池表面積越大，即鋼、渣界面積越大，有利于鋼渣之間冶金反應(yīng)的進(jìn)行。則對于150噸電弧爐：V池＝＝ GV0＝150= m3② 熔池直徑D（渣面直徑）和深度H之比D/H；在計(jì)算熔池直徑D和深度H之前，首先確定一個(gè)合適的D/H值。對堿性電爐：G渣/G鋼＝＝7%，~ t/m3， m3。（2）熔池尺寸計(jì)算① 熔池的容積V池。～15176。角叫自然錐角，沙子等松散材料堆成堆后的自然錐角正好是45176。截錐形電爐爐坡便于補(bǔ)爐，爐坡傾角45176。本設(shè)計(jì)使用目前較為流行的錐球形熔池，上部分為倒置的截錐，下部分為球冠。熔池的容積應(yīng)能足夠容納適宜熔煉的鋼液和熔渣，并留有余地。另外生產(chǎn)中還經(jīng)常用提高爐門門檻即造假門檻的辦法來增加爐產(chǎn)量，這樣就出現(xiàn)了超裝問題，一般認(rèn)