产万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计

1、摘要本文叙述了年产130万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间工艺设计过程，通过对电弧炉相关材料的查阅，对现代电弧炉炼钢工艺及车间布置有了一定的了解和认识。在此次设计中，主要冶炼的钢种为不锈钢，生产钢板为主。通过查阅资料选择了合适的冶炼工艺路线和相应的设备。严格按照设计任务书的要求，先后进行并完成了不锈钢1Cr17Ni2的物料平衡和热平衡的计算，电弧炉炉型尺寸的计算及确定、相应配备设备的计算及确定如：变压器、AOD、钢包、中间包、板坯连铸机等设备尺寸的选择确定、炉外精炼方式的选择确定，电弧炉车间的整体布置以及人员配备和经济指标的核算等任务。电弧炉新技术的开发给电弧炉炼钢带来了巨大的经济效益与环境优势，本文

2、针对现代电弧炉炼钢新技术方面作了详细的讨论。关键词：电弧炉，偏心底出钢，氩氧炉，炉外精炼 i Abstract This article describes the capacity of 1.3mt of continuous casting slab EAF steelmaking process design process, through workshop of electric arc furnace of relevant materials of modem eaf or process and workshop layout have certain knowledge an

3、d understanding.During the design process,the main steel products is steel board of stainless steel .According to smelting steel grade ,choose a suitable route and the corresponding equipment. In strict accordance with the design specification requirements,has been completed materials balance and he

4、at balance of 1Cr17Ni2 , the type size calculation of EAF,the calculation of corresponding equipment ,such as the transformer ,AOD,the ladle,tundish,slab continuous casting machine etc,The overall layout of electric arc furnace plant and the economic indicators business accounting.The development of

5、 EAF new technology brought enormous economic benefits and environmental advantages,this paper has made a detailed discussion about the modern EAF steelmaking technology.Key Words：electric arc furnace, EBT, AOD ,external refiningii目录1 电弧炉炼钢车间的设计方案11.1电炉车间生产能力计算11.1.1电炉容量和台数的确定11.1.2电炉车间生产技术指标11.2电弧炉

6、炼钢车间设计21.2.1电弧炉炼钢车间设计与建设的基础材料21.2.2电炉炼钢车间的组成21.2.3电炉各车间的布置情况32电弧炉炉型设计42.1电弧炉炉型设计42.1.1电弧炉炉型42.1.2熔池的形状和尺寸42.1.4炉衬厚度62.1.5工作门和出钢口72.2偏心底出钢箱的设计72.2.1炉壳72.2.2炉底82.2.3出钢口82.2.4机械装置82.2.5出钢箱设计参数82.3电弧炉变压器容量和参数的确定9III2.3.1确定变压器的容量92.3.2电压级数102.3.3电极直径的确定102.3.4电极极心圆的尺寸102.3.5短网的设计112.4水冷挂渣炉壁设计122.5水冷炉盖设计1

7、23电弧炉炼钢物料平衡和热平衡133.1物料衡算133.1.1 熔化期物料计算133.1.2氧化期物料计算183.2热平衡计算223.2.1计算热收入QS223.2.2计算热支出QZ224 车间主要设备的选择264.1电弧炉主要设备的选择264.1.1校核年产量264.1.2对电极的要求264.2精炼炉设备选择264.3连铸设备选择274.3.1钢包允许的最大浇注时间274.3.2拉坯速度274.3.3连铸机的流数284.3.4弧形半径294.4连铸机的生产能力的确定294.4.1连铸浇注周期的计算294.4.2连铸机作业率304.4.3连铸坯收得率304.4.4连铸机生产能力的计算304.5

8、中间包及其运载设备314.5.1中间包的形状和构造314.5.2中间包的主要工艺参数314.5.3中间包运载装置324.6结晶器及其振动装置324.6.1结晶器的性能要求及其结构要求324.6.2结晶器主要参数选择324.6.3结晶器的振动装置334.7二次冷却装置334.7.1二次冷却装置的基本结构334.7.2二次冷却水冷喷嘴的布置334.7.3二次冷却水量的计算334.8.1拉矫装置344.8.2引锭装置344.9铸坯切割装置344.10盛钢桶的选择344.11渣罐及渣罐车的选择364.11.1车间所需的渣罐车数量364.11.2车间所需渣罐数量364.12起重机的选择364.13其他辅

9、助设备的选择375电弧炉炼钢车间工艺设计385.1废钢385.2辅助料385.2.1对辅助料的要求385.2.2供应方案395.2.3配料395.2.4装料和补料405.2.5电弧炉冶金工艺415.2.6精炼工艺425.2.7连铸操作工艺446 电弧炉炼钢车间工艺布置466.1原料跨466.1.1原料跨的宽度476.1.2原料跨的总长度476.2炉子跨整体布置476.2.1炉子跨工作平台高度486.2.2炉子的变压器室和控制室486.2.3电弧炉出渣和炉渣处理486.2.4炉子跨的长度、高度、跨度486.3精炼跨496.3.1整体布置496.3.2 LF炉的布置496.3.3 AOD炉的布置4

10、96.3.4钢包回转台的布置496.3.5其他布置496.4连铸跨506.4.1总体布置506.4.2连铸机操作平台的高度、长度、宽度506.4.3连铸机总高和本跨吊车轨面标高506.4.4连铸机总长度516.5出坯跨516.6备注517车间人员编制及主要经济技术指标527.1技术经济指标527.1.1产量指标527.1.2质量指标527.1.3作业效率指标527.1.4连铸生产技术指标527.2车间人员编制52参考文献54致谢55专题56VII 1 电弧炉炼钢车间的设计方案1.1电炉车间生产能力计算1.1.1电炉容量和台数的确定 电炉车间产量系指一定的A=24nga/t生产期内合格产品的产量

11、，本设计题目为年产130万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间工艺设计。根据电弧炉的产量计算式：确定电弧炉容量及台数（1） 电弧炉的产量计算式 式中 n全年实际有效作业日数，n=365×作业率（90%)=330 g每次熔炼钢水的量 t平均一炉的冶炼时间 取60min a钢水铸成钢坯的收得率 取95% g=172.78t g=f·gN式中gN电弧炉的公称容量； f超装系数 取1.20； gN=172.78/1.2=143.98t。留钢量取12吨，故取电弧炉公称容量90t，且车间需要两台电弧炉可满足要求。 1.1.2电炉车间生产技术指标（1） 产量指标 合格钢产量 130万吨/年 小时出钢

12、量 180t/h 冶炼周期 60min 冶炼时间50min（2） 质量指标 钢坯合格率 98.5%（3） 作业率指标 连铸机作业率 80%（4） 连铸生产技术指标 连铸比 100% 铸坯合格率 98% 连铸收得率 97%A金属材料消耗 一般为废钢、返回废钢、合金料与脱氧合金。B炼钢辅助材料消耗 石灰、萤石以及其他造渣材料和脱氧粉剂。C耐火材料消耗主要用于炉衬的各种耐火砖以及钢包的耐火材料。D其他原材料消耗电极和工具材料。E动力热力消耗指标主要为电能和各种气体和燃油等。车间设计产品大纲见下表：（5） 连铸生产技术指标 连铸比 100% 铸坯合格率 98.5% 连铸收得率 97%（6） 生产的钢种

13、：主要生产不锈钢，代表性钢号：1Cr17Ni2。1.2电弧炉炼钢车间设计1.2.1电弧炉炼钢车间设计与建设的基础材料（1） 建厂条件1） 各种原料的供应条件，特别是钢铁原料来源；2） 产品销售对象及其对产品质量的要求；3） 水电资源情况，所在地区的产品加工，配件制作的协作条件；4） 交通运输条件，水路运输及地区公路、铁路的现状与发展计划；5） 当地气象，地质条件，环保要求。（2） 工艺制度确定工艺制度是整个工艺设计的基本方案，是设备选择，工艺布置等一系列问题的设计基础。1） 冶炼方法：利用超高功率电弧炉进行单渣冶炼，然后进行炉外精炼；2） 浇注方法：采用全连铸；3） 连铸坯的冷却处理与精整：铸

14、坯在冷床上冷却并精整；4） 在技术或产量方面应留有一定的余地。1.2.2电炉炼钢车间的组成（1） 炼钢主厂房，包括原料跨、炉子跨、精炼跨、连铸跨及出坯跨；（2） 铁合金及散状材料间；（3） 钢锭、坯存放场地；（4） 中间渣场；（5） 机电修间及快速分析室；（6） 炉衬制作与各种备件修理场地；（7） 耐材库、备件备品库、车间变、配电室；（8） 水处理、烟气净化设施及车间管理、生活服务设施。1.2.3电炉各车间的布置情况由于是两台超高功率电弧炉，且是全连铸，考虑到物料顺行、劳动安全条件和未来发展，采用横向高架式布置。（1） 原料跨：此跨主要是为了返回废钢，耐火材料，散状料等提供场地。废钢坑可按其块

15、度大小分为几个不同的坑；另外还有金属料库，热装铁水的供应区；合金料和散状料的烘烤区。（2） 炉子跨：此跨配以两台90吨的超高功率的偏心底出钢电弧炉；炉体彻修区，炉盖修理区，耐材干燥室；电炉装料配置，电炉变压器房和精炼炉变压器房，供氧系统，粉尘处理系统；高架行车进行跨间的整体运输工作。（3） 连铸与精炼跨：此跨设有公称容量110吨的AOD精炼炉两台、110吨的LF精炼炉两台，炉侧设有AOD炉的维修区域及钢包的修砌区、有钢包回转台。钢包回转台是精炼跨与连铸跨的纽带。回转台一侧设有中间包修砌区，连铸机二冷段的维修区等。此跨主要是进行钢坯的凝固工作。还设有连铸机备件，备品检修区，铸坯精整区等。（4）

16、出坯跨：主要是缓冷区、良锭存放区及配电室等的布置。缓冷区用来存放良锭、坯件，其间有运输路线直接通到轧钢车间。1 2电弧炉炉型设计2.1电弧炉炉型设计2.1.1电弧炉炉型 电弧炉炉型是指炉子内部空间的形状和尺寸，不同的熔炼炉因工作条件不同，供热热源不同而有不同的内部空间。电弧炉近于球形体，从减少散热面出发，以球形最好。现代电弧炉炉体中部是圆筒形，炉底为弧形，炉顶为拱形。作为发热体，电极端部的三电弧位于炉内中心部位。2电弧炉设计应保证高的生产率，电能、耐火材料、电极等消耗要低，同时要满足冶金反应顺利进行，故应考虑以下因素：（1） 选用大功率变压器；（2） 保证高的电流效率和热效率；（3） 采用高质

17、量的耐火材料砌筑材料；（4） 炉子各部分形状和尺寸设计布局合理；（5） 炉子熔炼室容积能一次装入堆比量中等的全部炉料；（6） 炉子倾斜10。20。能保证钢液顺利流出。2.1.2熔池的形状和尺寸熔池的容积应能足够容纳适宜熔炼重量的钢液和炉渣，并留有余地，它应能满足冶金反应顺利进行。熔池设计为锥球形，圆锥部分对水平线的倾角为45。，这样的形状可保证炉料加速熔化，钢液可积蓄在球形熔池底部，且易于维修。 1. 熔池的形状其形状应有利于冶炼反应的顺利进行，砌筑容易，修补方便。目前使用的多为锥球形熔池，上部分为倒置的截锥，下部分为球冠。球冠形电炉炉底使得熔化了的钢液能积蓄在熔池底部，迅速形成金属熔池，加快

18、炉料的熔化并及早造渣去磷。截锥形电炉炉坡便于补炉，炉坡倾角45。2. 熔池尺寸计算（1） 熔池的容积：a. 对于炉子能容纳90吨钢液，则钢液体积为：V钢=90×0.14=12.6m3(式中的0.14m3为一吨钢液的体积）；b. 对于碱性电弧炉而言，溶氧期具有最大渣量，渣量和钢液之比为0.08，则熔渣重量为90×0.08=7.2吨，假定1m3炉渣重量为3吨，故渣的体积为： V渣=7.2/3=2.4m3; 所以钢液和炉渣的总和即熔池的容积为： V=V钢+V渣=12.6+2.4=15m3（2） 熔池的深度和直径钢液面直径D和钢液深度H之比D/H是确定炉型尺寸的基本参数。一般情况下

19、，比值越大则钢-渣接触面越大，利于钢水精炼。但锅考虑到本设计的还原期在后续工艺精炼炉中进行，故D/H不应过大。同时考虑到熔池热阻的因素，即D/H4时，熔池热阻显著增加，不利于钢水加热，当D/H46时，单位容积的界面面积急剧增加，故综合考虑选取D/H=5。a. 确定炉缸钢液面直径由经验公式可得： D=2.0CV1/3 式中C=0.875+0.042×5=1.085 则D=2.0CV1/3=2.0×1.085×12.61/3m3=5.050m 所以H=D/5=1.010m=1010mm,取H=1020mmb.确定炉缸上缘直径 为了减轻炉渣对炉与炉坡接缝处的侵蚀，炉门坎

20、平面应高于渣液面20-40mm，炉缸与炉壁连接面应高于炉门槛30-70mm。由于炉渣深度大约为0.09-0.12m。故可得炉缸上缘直径为D+100200这里取其值为Db=5250mm 2.1.3熔化室的尺寸（1） 熔化室直径 熔化室直径Dr=D+（0.10.2）=5250mm 球冠部分高度h1=H/5=204mm 截锥部分高度h2=H-h1=816mm 球冠直径d=D-2h2=3418mm（2）熔化室的高度H1（即为炉壁的高度）熔化室的高度应根据炉内的热交换情况来确定。一般取（0.400.44）Dr,取0.42，计算得，H1=2205mm（3） 熔化室上部直径采用耐火材料炉壁，特别是散状料和粘

21、结剂打结炉壁时，为了提高炉衬寿命，便于修补和节省材料，将炉壁做成倾斜式的，倾角=6。熔化室上部直径：D1=Db2H1tan=5250464=5714mm（3） 炉顶高度h3/Dr=1/71/9(因炉顶砖不同而异，取1/8)则h3=656mm2.1.4炉衬厚度(1) 炉顶厚度：由于电炉顶采用高铝砖，根据额定容量取其值为350mm；(2) 炉壁厚度：炉壁根部厚度壁，炉壁根部厚度即炉缸平面处炉衬的厚度，一般取壁>400-600mm。90t炉子，壁=550mm；（工作层460mm，绝热层90mm。）(3) 炉底厚度：炉底厚度底，底=900mm；炉底的结构分为绝热层、永久层、工作层。对于小于15t

22、 的炉子, 炉底厚度不小于钢液深度, 即底H ; 对于15t 以上炉子, 底< H。90t电炉炉底厚度取900mm。绝热层是炉底的最下层，它的作用是减少电炉的热损失，并保证熔池上下钢液的温差小。在炉壳上，先铺一层石棉板（10mm），再铺硅藻土粉（20mm），硅藻土粉上面平砌一层绝热砖（粘土砖65mm），缝隙用硅藻土粉或粘土砖粉充填。绝热层厚95mm。永久层的作用是保证熔池的坚固性，防止漏钢，一般为24层（65mm镁砖），用镁砖砌筑。铺3层镁砖，永久层厚195mm。工作层直接与钢液和炉渣接触，化学侵蚀严重，机械冲刷强烈，热负荷高，故应充分保证其质量。工作层厚610mm。使用镁砂砖和镁质捣打

23、料。3 (4) 炉壳内径：熔化室直径加上两倍的炉壁厚度为6350mm；(5) 炉壳外径： 炉壳要承受炉衬和炉料的质量，抵抗部分衬砖在受热膨胀时产生的膨胀力，承受装料时的撞击力。炉壳厚度z一般为炉壳直径D壳的1/200，即： 炉壳厚度z与炉壳直径D壳的关系见表2-1表2-1炉壳厚度z与炉壳直径D壳的关系D壳/m< 33446> 6z/mm12151520252830因D壳D熔+ 2壁+2z5250+2×550+2z =6350+2z>6m，则取z30mm，所以D壳5850+2×30=6410mm。2.1.5工作门和出钢口 现代电弧炉只设一个工作门，用于加料，

24、炉前操作和观察情况。炉门应该满足以下的要求：（1） 能清楚看见炉内的炉料，炉顶中心，并便于观察炉内情况；（2） 能方便的修补炉壁和炉底；（3） 熔炼过程中，电极折断时能将电极从炉门取出：（4） 方便喷吹炉料和氧气。 炉门宽度：l=（0.2-0.3）D=1263mm 炉门高度：b=（0.75-0.85）l=1010mm 2.2偏心底出钢箱的设计电弧炉炼钢传统的“老三期”工艺中，出钢带入钢包的炉渣是还原性的，而超高功率电弧炉及炉外精炼技术应用后，电炉出钢前的炉渣是氧化性的，生产实践证明，这种炉渣带入钢包对精炼效果有如下不利影响：1 降低脱氧、脱硫能力，从而降低钢水质量2 降低合金回收率，钢的化学成

25、分不稳定3 降低钢包吹氩或搅拌强度4 降低包衬寿命偏心底出钢是电弧炉底钢的一种形式，可以实现无渣出钢。偏心底出钢电弧炉（EBT电炉）采用留钢留渣操作，不但做到了无渣出钢，留钢操作增加了电弧炉冶炼的连续性，熔化期电弧稳定，熔池形成较快，可以实现提前吹氧，有效地提高了氧利用率以及电弧炉热效率；偏心底出钢电弧炉出钢钢流短，出钢时间大大缩短，减小了出钢过程中的钢水温降及钢水对钢包内衬的冲刷，炉后合金化的进行提高了合金的回收率；偏心底出钢电弧炉倾炉角度较出钢槽电弧炉大为减小，有条件对短网进行优化。2.2.1炉壳 偏心底出钢电弧炉的炉壳上部的炉身为圆形，下部带有突出的圆滑形出钢箱。偏心底出钢电炉采用全水冷

26、炉壁炉壳，出钢时炉子倾动仅为15。左右，可避免钢水和水冷炉壁的接触，从而提高炉衬寿命。炉壳上沿的加固圈用钢板或型钢焊成。内通冷却水，用以增加炉壳的刚度，防止炉壳由于受热而变形，保证炉壳与炉盖接触严密。2.2.2炉底偏心底出钢电弧炉炉底设计成浅盘状，以确保无渣出钢。为安全起见，底部排三层镁质火砖，与钢水接触的底部为镁砂捣打料。2.2.3出钢口 偏心底出钢电炉的出钢口位于出钢箱的底部，利用出钢口的开闭机构和倾动机构，实现无渣出钢、留渣操作。出钢口类似钢包水口，所用耐火材料材质为镁碳砖。出钢口用摆动式铰链盖板密封。为防止变形，密封处的盖板和出钢口尾砖均有石墨构成。2.2.4机械装置一般偏心底出钢电弧

27、炉，向炉门倾动1012°,向出钢口最大倾动15°偏心底出钢电弧炉的倾动液压缸行程较传统电弧炉小，为保证不带渣出钢，以避免出钢箱部分产生漩涡，即炉体倾动最大至结束出钢时，使炉内留一部分钢水，为此应使炉体迅速回倾。一般为3°/S。2.2.5出钢箱设计参数EBT电炉的特征是设置了一个偏心区，该偏心区相对构成一个小熔池，并通过圆滑过渡与电炉主熔池相连，炉体回到正常位置是将部分钢水和全部的炉渣留在炉内，出钢口垂直设置在偏心区的底部，这样一个结构使得偏心区的设计显得相当重要，下述四点的设计优良直接影响到炉子的正常工作。 1）出钢箱切角出钢箱切角 ，即出钢箱与炉体中心的夹角。出

28、钢箱与炉体(壳)的连接要满足耐火材料能平滑过渡,故要求相切,其切角随着炉壳直径的增大而减小,90°120°。本例90t炉的取120°。2）偏心距 即出钢口中心线至炉子中心线的距离。偏心距选取过大，则偏心区内的废钢不容易熔化，即使全部熔化，由于温度不均匀，该区的钢液成分偏差很大，造成冶炼的不正常。同时，考虑到在出钢口上盖的操作方便，偏心区不能过小。在不影响出钢的情况下，此距离应尽可能的小。经过查询了许多的现有的偏心距后，确定本设计的偏心距为3800mm。3）出钢口直径 出钢口直径的确定应保证钢液在尽可能短的时间内出净。经验表明，对70吨以上的电弧炉，出钢口的直径一般

29、在120mm以上，本设计取180mm。4）出钢箱的高度出钢箱的高度确定应保证炉体倾斜1015°时，钢水不与出钢箱的水冷盖板相接触，并留有一定的安全距离，还要求氧化渣全部留在炉内。经过计算及经验值的推荐，本设计出钢箱的高度取为3275mm。4 表 32 90t超高功率电弧炉各部分尺寸项目尺寸/mm项目尺寸/mm熔池容积 V池15m3炉壁工作层厚度460熔池直径 D5050炉壁绝热层厚度90熔池深度 H1020炉底厚度900球冠部分高度 h1204炉壳厚度z30截锥部分高度 h2816炉壳直径 D壳6410球冠直径 d3418炉门宽度 L1263熔炼室直径 D熔5250炉门高度 b 10

30、10熔炼室高度 H12205出钢口直径180炉顶高 h3656出钢箱内口与中心夹角 120°熔炼室上缘直径 D15714偏心度E3800炉顶衬砖厚度 350出钢倾翻角12°2.3电弧炉变压器容量和参数的确定2.3.1确定变压器的容量由熔化时间来计算变压器容量；熔化期长短主要是由供电功率来确定。压器的容量由以计算式来求： 式中P炉用变压器额定容量，KVAq熔化每吨废钢料及熔化相应的渣料并升温所需要的电量，KWh/t,q410KWh；由于本设计采用偏心底出钢，实现留渣操作，可节约电量1/4多，故取其值为q=300 KWh G电炉装入量，90t； t预期的熔化时间，55min；

31、cos熔化期平均功率因数，本设计选取0.70； 变压器有功功率的热效率 选取0.80； N熔化期变压器功率平均利用系数， 选取1.1； 若按电弧炉的额定容量计算其单位功率则为59504/90661kVA/t，属于超高功率范围。2.3.2电压级数根据经验公式，选择最高一级二次电压，对于碱性电弧炉：U=15×P1/3=5856.1V所以取电压级数为12级2.3.3电极直径的确定式中 I电极上的电流强度，I=P/1.732U=5866.7A；石墨电极500时的电阻系数，10mm²/m；k系数，石墨电极取2.1w/cm².计算得取 d505mm。根据经验选取电极直径d为6

32、00mm。2.3.4电极极心圆的尺寸 设计依据：若三个电极靠的很近，则电弧炉墙较远，对炉墙寿命有利，但炉坡上炉料熔化困难，熔池加热不均匀，且炉顶中心的结构强度很难保证，此时电极把持器上下移动也困难，当电极心圆较大时，电弧靠近炉墙，炉墙的损耗要加剧，因此电极直径与熔池溶液面直径有关。对中等炉子：d三极心/Db=(0.250.35)，故d三极心=0.30Db=0.35×5250=1840mm。2.3.5短网的设计电炉的短网是指变压器低压侧的引出线至电极这一段传导低压大电流的导体。这一段线路不长，约10m20m，但是导体的横截面积大，电流大。它的电参数（电阻和电抗）对电炉装置的工作有很大的

33、影响，在很大程度上决定了电炉的电效率、功率因数以及三相电功率的平衡。短网的结构 ，主要由硬铜母线（铜排）、软电缆和炉顶水冷铜管及部分组成，电极有时也算做短网的一部分。因为短网导体中电流，特别是经常性的冲击性短路电流使导体之间存在很大的动力，所以目前绝大多数电弧炉的短网都采用铜来制造，而很少用机械强度较差的铝。从变压器低压侧出线端到变压器室外面的软电缆接头处是硬铜母线。这段硬铜母线通常采用矩形铜排，考虑到交流电的集肤效应矩形铜排的高宽比为1020。有的电炉为了简化结构，减少维修，采用空心钢管，中心通水冷却，以提高平均电流密度。在我国目前多数电炉的硬铜母线是采用三相平面布置，有个别电炉采用了等边三

34、角形布置，也有采用改进平面布置。软电缆的长度应能满足电极升降、炉体倾动及炉盖旋转的需要。根据变压器额定电流的大小，采用多跟软电缆并联连接。软电缆一般为裸铜电缆，如在裸铜电缆外套水冷胶管，可使允许电流密度提高两倍左右，这样既减少电缆根数，节约铜材，又可提高使用寿命。水冷导电铜管装在电极夹持器的上方，一头与软电缆相连，一头与电极夹头相连。水冷铜管管壁厚度一般为10。为了减少短网的电阻和感抗，要尽量缩短短网的长度；导体的接头处要紧密连接；导体要有足够大的截面，并且截面形状应采用较大高宽比的矩形截面或空心铜管，还必须注意合理的布线，导体与粗大的钢结构应离得远一些。当电弧炉工作时，即使在变压器二次侧三个

35、相的电压和电弧电流相等的情况下，三个相的电弧功率却是不相等的。这种三相功率的不平衡，是由三相的阻抗不平衡引起的。一般短网三相导体是平面布置的，并且相间的距离是相等的。中间相的短网长度较其他两相短，且电感也比其他两相小，所以阻抗小。这样中间相的电弧功率通常总是超过其他两相的。其他两相也由于感抗不同而电弧功率不同，两相中电弧功率大的一相称为“增强相”，电弧功率小的一相称为“减弱相”。增强相与减弱相电弧功率的增强和减弱的数值是相等的，也就是有一部分功率从减弱相转移到增强相去了，这种现象称为“相间功率转移”。电流越大，三相电弧功率的不平衡现象越严重。5三相电弧功率不平衡对电弧炉炼钢时不利的，会造成熔池

36、受热不均，局部炉墙损坏严重，从而降低炉衬寿命，直接影响电炉生产率。为了减轻三相功率不平衡的不良后果，可以采取如下措施：（1） 尽可能使短网导体对称布置，把短网由原来的平面布置改为等边三角形布置，或改进平面型布置。（2） 要求近炉门的电极成为增强相，进出钢口侧的电极为减弱相。（3） 将中间相电极向炉子中心移动。此外，为了提高炉衬寿命，也可采用不均衡炉衬结构，在热点区域采用优质耐火材料，在非热点区采用一般耐火材料。（4） 短网线路传统为单线布法，应尽量实行往返电流交叉排列的双线布法。2.4水冷挂渣炉壁设计由于电弧炉的高功率化，是炉内热负荷急剧增加，炉内热量分布不均匀加剧，从而使炉壁寿命大大降低，利

37、用水冷挂渣炉壁来解决上述问题，对于超高功率电弧炉炉壁热量很高，故选用管式水冷挂渣炉壁，其特点如下：（1） 一定厚度的此炉壁可以抗击炉料撞击或者炉料搭接打弧，以及吹氧不当造成的过热；（2） 具有很好的挂渣能力；（3） 采用分离式炉壳，易于拆卸更换。水冷炉壁的形式有板式、管式及喷淋式多种，但较普遍的是管式水冷炉壁。整个水冷炉壁由612个水冷构件组成。水冷炉壁材质有钢质与铜质，其中铜质水冷炉壁在炉壁的下面靠近渣线附近。水冷炉壁布置，对于偏心底出钢电炉，水冷炉壁布置在距渣线附近。水冷炉壁布置，对于偏心底出钢电炉，水冷炉壁布置在距渣线200300以上的炉壁上，占炉壁面积的8085%。另外，采用水冷炉壁后

38、，炉容积扩大，增加了废钢装入量。 管式水冷挂渣炉壁由多支冷却管组合而成。冷却管是用钢炉钢管，两端是用锅炉钢管弯头或锅炉钢铸造弯头制作的。2.5水冷炉盖设计超高功率电弧炉的水冷炉盖形式有管式与喷淋式，多用管式，其材质为钢。整个水冷炉盖可由一个水冷构件组成或由56个水冷构件组成。采用超高功率电弧炉冶炼，为了延长炉盖的使用寿命，采用水冷炉盖，该炉盖由上下两层钢板焊接而成，上薄下厚，其厚度各为20，30，水冷层厚度为200。内衬挂渣铆钉为20。炉盖直径的确定：Dg=Dr+2c式中：Dg水冷炉盖的直径，； Dr熔化室直径，； c添加系数，取其值为300 故：Dg=Dr+2c=5250+2×30

39、0=5850炉盖上开五个孔，其中三个为电极孔，一个为高位料仓加料孔，直径为500mm；另一个为排尘孔，直径为450，炉盖圈的高度为350。 3电弧炉炼钢物料平衡和热平衡3.1物料衡算3.1.1 熔化期物料计算基本原始数据：冶炼钢种及成分（见表3-1）；炉料中元素烧损（见表3-2）；冶炼钢种成分设定值（见表3-3）；原料成分表（见表3-4）；其他数据 （见表3-5）； 钢种：1Cr17Ni2表3-1计算选定钢种及其成分(GB/T 1220-2007 不锈钢 )CSiMnPSCrNi0.110.17 0.800.8 0.035 0.03016.0018.00 1.502.50 注：括号内是计算时的

40、设定值，取其成份的中限。采用氧化法冶炼。表3-2 炉料中元素烧损率成份CSiMnPS烧损率（%）熔化期2540，取307095，取856070，取654050，取45可予忽略氧化期全部烧损202530，取27按末期含量比规格下限低0.030.01%（取0.08%）确定（一般不应低于0.03%的脱碳量）；按末期含量0.015%来确定。 表3-3冶炼钢种成分设定值（%） 成分CSiMnPSCrNi废钢设定值0.140.800.80.0350.0317.002.0 表3-4原料成分表（%）名称CSiMnPSVAlFeH2ON灰分挥发份碳素废钢0.180.250.550.030.03余量炼钢生铁4.2

41、00.800.600.2000.035余量FeMn0.150.50800.0180.01924.74FeSi73.000.500.0500.0302.5023.92SiMn1.6520.5063.200.0650.04514.54钒氮合金3.500.070.020.20078.500.101.6116.00Al98.501.50焦炭81.500.5812.405.52电极99.001.00名称CaOSiO2MgOAl2O3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰88.002.502.601.500.504.640.100.100.06萤石0.305.500.601.6088.001.501

42、.500.900.10铁矿石1.305.750.301.4589.771.200.150.08火砖块0.5560.800.6036.801.25高铝砖1.256.400.1291.350.88镁砂4.103.6589.500.851.90焦炭灰分4.4049.700.9526.2518.550.15电极灰分8.9057.800.1033.10表3-5 其它数据名称参数定数配碳量比钢种规格中限高0.7%，即达0.238%0.238%熔化期脱碳量30%，即0.238%×30%0.071kg30电极消耗量5kg/t（金属料）；其中熔化期占75%，氧化期占25%5kg/t炉顶高铝砖消耗量1.

43、5kg/t（金属料）；熔化期占60%，氧化期占40%1.5kg/t炉衬镁砖消耗量5kg/t（金属料）；其中熔化期占57，氧化期占43%5kg/t熔化期和氧化期所需氧量50%来自氧气，其余50%来自空气50%氧气纯度和利用率99%，余者为氮气，氧可利用率为9099%焦炭中碳的回收率75%，（系指配料用焦炭）75%碳氧化产物均按70%生成CO，30%生成CO2来考虑烟尘量按14kg/t（金属料）考虑14kg/t 收入项有：废钢、焦炭、石灰、萤石、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、铁合金、火砖块、氧气、空气。支出项有：钢水、炉渣、炉气、挥发的铁。计算步骤.以100Kg金属炉料为基础，按工艺阶段熔化期、氧化

44、期和还原期分别进行计算，然后汇成总物料平衡表。 计算步骤。以100 Kg金属炉料废钢+为基础，按工艺阶段分别进行计算，然后会总成物料平衡表。 （1） 确定物料消耗量：A 金属炉料配入量。加入废钢100kg。其结果列于表3-6。 表3-6炉料配入量名称用量配料成分/kgCSiMnPSFe废钢1000.180.250.550.030.0398.96焦炭0.9490.058合计100.9490.2380.250.550.030.0398.96*碳烧损率为25% 表3-7净耗氧量计算项目名称元素反应产物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）供氧量（kg）耗氧项炉料中元素的氧化CCCO0.238×3

45、0%×70%=0.0500.067CCO20.238×30%×30%=0.0210.056SiSi(SiO2)0.25×85%=0.2130.286MnMn(MnO)0.55×65%=0.3580.104PP(P2O5)0.03×45%=0.0140.018FeFe(FeO)98.96×2%×15%=0.2970.085Fe(Fe2O3)98.96×2%×85%=1.6820.747小计2.6351.363焦炭中碳的氧化CCCO0.949×81.5%×25%×70%

46、=0.1350.180CCO20.949×81.5%×25%×30%=0.0580.155电极中碳的氧化CCCO0.375×99%×70%=0.2600.346 CCO20.375×99%×30%=0.1110.296 合计3.1312.358 矿石Fe2Fe2O3=4Fe+3O21×89.77%×96/320=0.269矿石S2CaO+2S=2CaS+O21×0.08%×32/64=0.000石灰S2CaO+2S=2CaS+O22×0.06%×32/64=0.00

47、06合计 0.2696净耗氧量2.358-0.2696=2.088 令铁烧损率为2%，其中80%生成Fe2O3挥发掉成为烟尘的一部分；20%成渣。在这20%中，按3:1的比例分别生成(FeO)和(Fe2O3)。B其它原材料消耗量。为了提前造渣脱磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金属料）。和矿石（10kg/t（金属料）。炉顶、炉衬和电极消耗量见表3-6。（2）确定氧气和空气消耗量：耗氧项包括炉料中元素的氧化，焦炭和电极中碳的氧化；而矿石则带来部分氧，石灰中CaO被自身S还原出部分氧。前后二者之差即为所需净氧量2.088kg。详见表3-7。根据表3-5中的假定，应由氧气的供给的氧为50%，即2.

48、088×50%1.044kg，空气供氧量应为1.044kg，由此可计算净耗氧量，见表38。表 3-8 氧气与空气的实际消耗量氧气 （kg）空气 （kg）带入氧气带入氮气带入氧气带入氮气1.044/90%=1.1601.160/99%×1%=0.0121.0441.044×（77/23）=3.4951.172 4.539（3.526m3)计算式中77/23为空气中氮气与氧气的质量比3） 确定炉渣量：炉渣源于炉料中的Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物，炉顶和炉衬的蚀损，碳粉和电极的灰分，以及加入的各种溶剂。结果见表3-9。表 3-9 熔化期炉渣量的确定名称消耗量kg

49、成渣组分（kg）CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计炉料中元素的氧化Si0.2130.4560.456Mn0.3580.4620.462P0.0110.0260.026Fe0.3970.3830.1420.525炉顶0.0900.0010.0060.0000.0820.0010.089炉衬0.2850.0120.0100.2550.0020.0050.284焦炭0.9490.0050.0580.0010.0310.0220.00010.117电极0.3750.0000.0020.0000.0010.003矿石1.0000.0120.0580.0030.015 0.0020.0020.092石灰2.0001.7580.0500.0520.0300.0100.0020.0031.905合计1.7890.640.3110.1610.4620.3830.1800.0300.0053.962%45.1516.157.8504.06411.669.6674.5430.7570.126100.00见表3-7之注石灰和矿石中的CaO被自身的S还原，分别消耗0.002kg和0.001kgCaOFe2O3还原出的Fe量为0.898&