噸超高功率直流電弧爐煉鋼車間設(shè)計

內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計手冊題目：新建2×90噸超高功率直流電弧爐煉鋼車間設(shè)計學生姓名：趙帥學號：0961102207專業(yè)：冶金工程班級：冶金09-2班指導教師：楊吉春教授手冊目錄內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）題目申報表——系統(tǒng)內(nèi)的壓力損失，Pa。壓力過小形不成氣泡，壓力過大，使氣泡分散性下降，嚴重時形成連泡氣柱，使氬氣利用率下降，同時劇烈攪拌增加熱損失。實際操作時，供氣壓力根據(jù)液面運動情況進行調(diào)節(jié)，最佳壓力應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。常用壓力為200～350kPa左右。（2）吹氬時間：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，吹氬貫穿整個精煉過程，等于整個精煉時間約30min。VD法的精煉效果：（1）脫氧。經(jīng)VD法精煉后鋼中全氧含量在（12～27）×10-4%之間，溶解氧含量一般為（7～15）×10-4%，溶解氧的脫除率平均為82%；（2）脫氫。脫氫率平均55%，氫含量為2.34×10-4%。（3）溫度均勻。處理前不同部位的溫差為±20℃，處理后為±3℃。（4）夾雜物形態(tài)有了根本改善。以往造成廢品的主要質(zhì)量問題“點狀”不變形夾雜現(xiàn)已消失。（5）脫硫。VD法因缺少加熱手段，精煉過程不能造新渣脫硫，脫硫率只有20%左右。圖5-8VD爐真空脫氣裝置5.2.3連鑄工藝技術(shù)特點車間板連鑄機為高效化的連鑄機，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：高質(zhì)量、高產(chǎn)量、高效益、高可靠性、搞機械化和自動化。將裝有精煉好鋼水的鋼包運至回轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結(jié)晶器中去。結(jié)晶器是連鑄機的核心設(shè)備之一，它使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶。拉矯機與結(jié)晶振動裝置共同作用，將結(jié)晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長度的板坯。電弧爐和精煉爐設(shè)備選型及參數(shù)計算6.1超高功率電弧爐爐型設(shè)計計算電弧爐是煉鋼電爐的一種，也是目前世界上焙煉優(yōu)質(zhì)鋼、特殊用途鋼種的主要設(shè)備。電弧爐的整體設(shè)計是包括機械、電氣、熱工、冶煉、耐火材料等多門專業(yè)的工程。隨著鋼的質(zhì)量不斷提高，熔煉工藝在革新，也向爐子結(jié)構(gòu)（包括耐火材料砌襯）提出了更高的要求。自60年代中期提出電弧爐超高功率概念以來，電孤爐建造趨于大型化、高功率化，出現(xiàn)了多種新型式的電弧爐。本設(shè)計采用90t超高功率電弧爐，設(shè)計的電弧爐具有如下特點：具有較高的生產(chǎn)率，電能、耐火材料和電極消耗低，滿足多鋼種冶煉時冶金反應的要求。6.1.1電弧爐爐型計算設(shè)計步驟：求出爐內(nèi)鋼液和熔渣的體積；計算熔池的深度和直徑；確定熔煉室空間的高度和直徑；確定爐頂?shù)墓案吆秃蜖t蓋的厚度；確定爐襯的尺寸和爐殼的直徑；確定偏心爐尺寸6.1.1.1熔池的形狀和尺寸電弧爐的大小以其額定容量（公稱容量）來表示，所謂額定容量是指新設(shè)計的電爐熔池所能容納的鋼水量。實際生產(chǎn)過程中，隨著熔煉爐數(shù)的增多，熔池容積不斷增大，裝入量或者出鋼量也就不斷增大。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，一般認為超裝20％～50％為宜，不宜超裝太多，大電弧爐基本上不超裝。熔池：容納鋼液和熔渣的那部分容積。熔池的容積應能足夠容納適宜熔煉的鋼液和熔渣，并留有余地。（1）、熔池的形狀其形狀應有利于冶煉反應的順利進行，砌筑容易修補方便。本設(shè)計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，如圖4－1所示。球冠形電爐爐底使得熔化了的鋼液能積蓄在熔池底部，迅速形成金屬熔池，加快爐料熔化并及早造渣去磷。截錐形電爐爐坡便于補爐，爐坡傾角45°，其優(yōu)點如下：45°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45°。當用鎂砂補爐時利用鎂砂自然滾落的特性，可以很容易的使被侵蝕的爐坡得到修補，恢復原狀；出鋼時爐子傾斜12°～15°能順利出凈鋼水。（2）、熔池尺寸計算①熔池的容積V池。根據(jù)定義：V池＝V金+V渣電爐的氧化期具有最大的渣量。對堿性電爐：G鋼/G渣＝0.07＝7%，而渣的比重為3.0~3.5t/m3，取每立方米渣重3.3t，則每噸渣的體積為0.3m3。則：V渣/V金＝＝0.15，所以：V池＝1.15V金＝1.15GV0式中：G—爐子容量，噸；V0—噸鋼液的體積，取0.14m3/t。則對于90噸電弧爐：V池＝1.15V金＝1.15GV0＝1.15×90×0.14=14.49m3熔池直徑D（渣面直徑）和深度H之比D/H；在計算熔池直徑D和深度H之前，首先確定一個合適的D/H值。在熔池容積一定的條件下，D/H大，則熔池淺。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的進行。因此，希望D/H大一些，但D/H太大，則熔池直徑和熔煉室直徑都增大，于是爐殼直徑增大，導致D殼太大，爐殼散熱面積增大，電耗也增大，因此D/H又不能太大。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。在氧化期應對金屬進行良好的加熱，并對熔池中金屬進行強烈沸騰攪拌，以使金屬成分和溫度均勻。當選定爐坡傾角45°時，一般取D/H＝5左右較合適。由截錐體和球冠體的體積計算公式可知，熔池的計算公式為：式中：h1——球冠部分高度，一般取h1＝H/5；h2——截錐部分高度，h2=H-h1=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＝D-2h2＝5H-8/5H＝17/5H帶入上式，整理后得：V池＝12.1H3＝0.0968D3（4－3）若V池＝14.49米3，則1.1.094m12.114.4912.1VH33池5.310m5.310m0.096814.493h1＝H/5=1.094/5＝0.219mh2＝4/5H＝4/5×1.094＝0.875md＝17/5H＝17/5×1.094＝3.720m6.1.1.2熔化室尺寸熔煉室是指熔池以上至爐頂拱基的那部分容積，其大小應能一次性裝入堆積密度中等的全部爐料。（1）、熔煉室直徑D熔爐坡與爐壁交接處的直徑，為了防止鋼液沸騰時爐渣沖刷爐壁磚或爐渣到達爐坡與爐壁交界處（薄弱處），爐坡應高于爐門檻（渣面與爐門檻平齊）約100mm左右，即當選定爐坡傾角為45°時：D熔＝D+2×100（4－4）因D＝5.310m，則D熔＝D+2×100＝5.310+200＝5.510m（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。爐襯門檻較金屬門檻高出80～100mm。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，因為增大熔煉室高度H1，爐蓋距電弧和熔池面距離遠，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。但是如果熔煉室高度H1太大，則爐殼散熱面積增大導致電耗增多，電極增長導致電阻增大。經(jīng)驗值為：H1/D=0.5~0.45，<40t電爐；H1/D=0.44~0.40，>40t電爐。此處取0.42。所以，H1=0.42×D＝0.42×5.510＝2.314m（3）、爐頂高H2爐頂高度h3與熔池室直徑D有如下關(guān)系：則h3＝D熔/8＝5.510/8=0.689m至此，爐底至爐頂中央高度H2＝H1+H則H2＝H1+H＝2.314+1.094+h3＝4.097m（4）、熔池上緣直徑D1一般熔煉室要設(shè)計成上大下小傾斜形的，即D1>D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，同時使熔煉室的容積增大，可多裝輕薄料。另外下部的爐襯接近于爐渣，侵蝕較快，爐襯下厚上薄可以使整個熔煉室的爐襯壽命趨于均勻。其爐墻內(nèi)側(cè)傾斜度，一般為爐坡水平面至拱基高度（H1-100）的10%左右；所以D1＝D熔+2×(H1-100)×10%＝5.510+2×(2.314－0.1)×0.1＝5.953m（4－5）電極分布的計算d三極心：過三個電極極心的圓周直徑。d三極心過小，三根電極彼此靠的比較近，電極距離爐壁遠，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)強度差，容易損壞，并且電極把持器上下移動困難。如果電極芯圓直徑d三極心太大，電弧距爐壁近，加劇爐襯的損壞。電極心圓直徑的經(jīng)驗值為：～,取0.27=0.27*5.310=1.434式中D——熔池直徑。6.1.1.3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。爐壁襯磚厚度通常按耐火材料熱阻計算確定，計算依據(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。一般而言，增加爐襯厚度，爐殼受熱及熱損失可以減少，這在一定限度內(nèi)是正確的但是爐襯厚度δ增加與熱損失減少并非線性關(guān)系，厚度δ達到一定值以后，再增加爐襯厚度δ，熱損失減少不顯著，反而因厚度δ增加過大，而增加爐殼直徑D殼，耐火材料消耗增加，散熱面積增加，所以比較經(jīng)濟的做法是選擇優(yōu)質(zhì)材料，使用較輕薄的爐襯。按經(jīng)驗值選：爐頂襯磚厚度如表6－1所示。表6―1爐頂襯磚厚度噸位/t<2020～40>40δ/mm230300350對90t電弧爐取350mm。爐壁部位厚度見表6－2。表6－2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90t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。則D殼＝D熔＋2δ壁＋2δz＝5150+2×535+2×25＝6.270m6.1.1.4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產(chǎn)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(guān)系見表4－3。表4－3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＝5.310m，故D殼>4~6m，6.1.1.5爐門尺寸的確定一般電爐設(shè)一個加料爐門和一個出鋼爐門，其位置相隔180°。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(jīng)驗值：爐門寬度L＝（0.25～0.3）D熔（4－6）爐門高度b＝0.8×L為了密封，門框應向內(nèi)傾斜8°～12°。所以，L＝0.26×D熔＝0.26×5.510＝1.433m；b＝0.8×1.433＝1.416m。6.1.1.6偏心爐設(shè)計大量的生產(chǎn)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：可徹底地實現(xiàn)無渣出鋼和留鋼留渣操作。爐內(nèi)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(shù)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4.2m擴大到4.6m）。耐火材料消耗可降低2.5～3.5kg/t，維修噴補爐襯的費用可減少60%，爐容量可擴大12.5%。爐體后傾角從42°～45°減少到12°～15°，可縮短短網(wǎng)長度，從而提高輸入爐內(nèi)的有功功率（10%～33%）和功率因數(shù)（從0.707提高到0.8），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(shè)計（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，傾動搖架質(zhì)量減輕），且減少電極折斷幾率?？s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(chǎn)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(shù)。（1）出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α[11]出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α（圖4－2）的大小直接影響箱體內(nèi)鋼水的流動性，從而影響鋼水的溫度。在一定范圍內(nèi)，α越小，出鋼箱內(nèi)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(nèi)溫度比爐心的溫度低50℃～80℃，如果過低會造成出鋼時箱體內(nèi)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(nèi)口和中心夾角α要確保鋼水流動性好，鋼水溫差小。α=100°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，90t超高功率電弧爐的α取112°。（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4－3）。如果出鋼口到爐子中心的距離——偏心度E過大，則出鋼口到爐心的距離越遠，箱內(nèi)鋼液的溫度與爐內(nèi)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?？紤]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4000mm。（3）、出鋼箱遠中心內(nèi)側(cè)距離爐中心的距離L見圖，當爐壁厚度S為535mm時有L＝E+S＝4000+535+1015＝5550mm。（4）、出鋼傾翻角β與出鋼箱高度h4取出鋼最大傾角為14°，則：β＝14°＝arccos[(10210-h4-1200)/(10210-1260]，所以h4＝330mm，取h4＝350mm。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重，后期爐子的最大傾角壁初期要大，但不會大于β＝arccos[(10210-350)/(10210]＝15°。即爐體最大傾角為14°～15°。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200mm。90t超高功率電弧爐各部分尺寸列于表6－4，設(shè)定值見表6－5。表6－490t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14.49m3爐襯工作層厚度460熔池直徑D5310爐襯絕熱層厚度75熔池深度H1094爐底厚度1259球冠部分高度h1219爐殼厚度δz25截錐部分高度h2875爐殼直徑D殼6270球冠直徑d3720爐門寬度L1433熔煉室直徑D熔5510爐門高度b1416熔煉室高度H12314出鋼口直徑200爐頂高h3689出鋼箱內(nèi)口與中心夾角α112°熔煉室上緣直徑D15953偏心度E4000爐壁襯磚厚度δ350出鋼傾翻角β12°6.2水冷掛渣爐壁的設(shè)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(nèi)熱負荷的急劇增加，爐內(nèi)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(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。各種形式的水冷掛渣爐壁和水冷爐蓋，都具有一定的散熱能力和相應的掛渣能力，它可以成倍地提高電弧爐爐襯和爐蓋的使用壽命，大幅度地降低耐火材料消耗，而且運行安全可靠。電弧爐水冷掛渣爐壁的結(jié)構(gòu)分為鑄管式、板式或管式、噴淋式等。本設(shè)計使用板式水冷爐壁。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)部為由導流板分割成的冷卻水道，流道截面面積可根據(jù)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(shè)計采用板式水冷掛渣爐壁。6.3水冷爐蓋電弧爐水冷爐蓋的結(jié)構(gòu)主要是管狀的，根據(jù)水冷卻管的布置，將其結(jié)構(gòu)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(shè)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(jù)需要開設(shè)數(shù)個孔，包括3個電極孔，裝輔助料孔、氣體排放孔5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(gòu)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(nèi)套圈，固定在支桿上且形成數(shù)個通道；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。6.4校核電弧爐年產(chǎn)量電弧爐年產(chǎn)量A（t）的計算A=式中：n——全年實際有效作業(yè)日數(shù)（一般取340d/年）g——出鋼量tt——冶煉周期1.2hy——良錠收的率96%24——一天的時間6.5鋼包精煉爐選型及技術(shù)性能精煉爐設(shè)備能起到良好的凈化鋼種的作用,具有脫氣,脫氧,脫硫,控制溫度等功能本設(shè)計為選擇LF精練爐。設(shè)計采用的LF爐應設(shè)有：電弧加熱設(shè)備（電爐、變壓器供電）；渣料、合金料的稱量、運送、添加裝置；鋼包爐爐體及其運送（移位）裝置，即鋼包臺車；真空抽氣系統(tǒng)；鋼水攪拌供氬（或氮）設(shè)備。LF爐整體結(jié)構(gòu)為臺車（鋼包車）移動式，鋼包由座包扒渣工位向固定于一定位置的加熱爐蓋、精煉爐蓋處移動，分別完成各項工藝過程。LF爐的選擇初煉爐：90tUHP電弧爐鋼包爐（LF爐）容量：90t鋼包爐（LF爐）變壓器容量：6000kv/A二次電壓：275V/110V額定二次電流：17000A電極直徑：356mm電極心圓直徑：940mm真空系統(tǒng)：蒸汽泵鋼包—脫氣單位變壓器功率：40kvA/tLF爐容量：額定值90t實際90t尺寸：爐殼直徑3900mm內(nèi)徑D3164mm總高度4330mm內(nèi)高4000mm熔池深度2754mmH/D0.87第七章電弧爐電氣設(shè)備的計算和選擇電弧爐的電器設(shè)備是電爐煉鋼車間的重要組成部分，本部分設(shè)計包括：電弧爐變壓器功率和電參數(shù)的確定、電壓級數(shù)的計算、電極直徑的計算、電極心圓直徑的計算、短網(wǎng)的設(shè)計。7.1變壓器功率和電參數(shù)的確定7.1.1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。影響電爐工作的因素很多，目前，電爐利用系數(shù)以1000kV·A的變壓器功率晝夜的合格鋼產(chǎn)量為電爐生產(chǎn)率的標準。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(zhì)、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QUOTE聯(lián)系起來，拋開其他影響因素。研究發(fā)現(xiàn)變壓器的功率與爐殼直徑QUOTE存在如下關(guān)系。當爐殼直徑QUOTE已知時，可用下面的經(jīng)驗公式選擇變壓器的額定功率。式中——變壓器視在功率，；——融化每噸廢鋼料及溶化相應的渣料升溫所需要的電量，420KWh/t；——變壓器有效功率熱效率，取0.8；G——電爐裝入量，t；tm——預期熔化時間；——熔化期平均功率因數(shù)，取0.7；N——熔化期變壓器功率平均利用系數(shù)，取1.2；7.1.2電壓級數(shù)為了滿足冶煉工藝的要求，在各冶煉期采用不同的功率供電，如熔化期采用最高功率及最高二次電壓供電，在精煉期使用較小功率及低電壓供電。在功率要求一定時，工作電壓提高，可用減小電流，因而可用提高功率因數(shù)和cosφ和QUOTE，為此變壓器要設(shè)置若干級二次電壓。首先選最高一級的二次電壓，其經(jīng)驗公式為：電壓級數(shù)取決于最高二次電壓和各個冶煉期對供電的要求。一般：最高級二次電壓/V200～250250～300320～400>400電壓級數(shù)2～44～66～88～18改變二次電壓通過改變變壓器高壓側(cè)線圈匝數(shù)及其接線方法來實現(xiàn)。一半用高壓繞組三角形獲得，另一半用星形連接獲得。故取14級7.1.3電極直徑（d電極）電極是將電流輸送到熔煉室的導體，當電流通過電極時，電極會發(fā)熱，此時會有8%左右的電能損失。當功率一定時：電極直徑減小，電極上的電流密度I/S增大，電能損失增大。電極直徑增大，電極上的電流密度I/S減小，電能損失減小，因此希望電極直徑大點。但是如果電極直徑太大，電極表面的能量熱量損失增加，所以電極直徑不能太大，應有一個合適的值，以保證電極上的電流密度在一定范圍內(nèi)，根據(jù)經(jīng)驗，電極直徑可按下式確定：式中——石墨電極500℃時電阻系數(shù)，；K——系數(shù)，對石墨電極；I——電極上的電流強度，；式中U——最高二次電壓。不同尺寸的電極I/S值見表7－1。表7－1不同尺寸的電極I/S值QUOTE/mm100200300400500600I/S/(A/cm2)282017151412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超過該尺寸電極的I/S允許值，以免電極溫度過高。取電極直徑為7007.1.4電極心圓直徑（d三極心）d三極心：過三個電極極心的圓周直徑。d三極心過小，三根電極彼此靠的比較近，電極距離爐壁遠，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)強度差，容易損壞，并且電極把持器上下移動困難。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。電極心圓直徑的經(jīng)驗值為：d三極心＝（0.25～0.3）D（7－4）式中：D——熔池直徑。則：d三極心＝0.3D＝0.27×5844＝1578mm。表5－2變壓器功率和電參數(shù)項目參數(shù)項目參數(shù)變壓器視在功率QUOTE70MV·A電極直徑QUOTE930mm最高的二次電壓U615V電極上的電流密度I/S9.5A/cm2電極電流強度I64597A電極心圓直徑d三極心1578mm7.2短網(wǎng)的設(shè)計電路的短網(wǎng)是指變壓器低壓側(cè)的引出線至電極這一段傳導低壓大電流的導體。這一段線路不長，約10m～20m，但是導體的橫截面積大，電流大。它的電參數(shù)（電阻和電抗）對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。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，電極有時也算做短網(wǎng)的一部分。因為短網(wǎng)導體中電流，特別是經(jīng)常性的沖擊性短路電流使導體之間存在很大的電動力，所以目前絕大多數(shù)電弧爐的短網(wǎng)都采用銅來制造，而很少采用機械強度較差的鋁。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。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矩形銅排的高寬比為10～20。有的電爐為了簡效應和鄰近有的電爐為了簡效應和鄰近效應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。在我國目前多數(shù)電爐的硬銅母線是采用三相平面布置，有個別電爐采用了等邊三角形布置（如圖5－2所示），也有采用改進平面布置。軟電纜的長度應能滿足電極升降、爐體傾動及爐蓋旋轉(zhuǎn)的需要。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。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。水冷導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。水冷銅管管壁厚度一般為10mm。為了減少短網(wǎng)的電阻和感抗，要盡量縮短短網(wǎng)的長度；導體的接頭處要緊密連接；導體要有足夠大的截面，并且截面形狀應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，導體與粗大的鋼結(jié)構(gòu)應離得遠一些。當電弧爐工作時，即使在變壓器二次側(cè)三個相的電壓和電弧電流相等的情況下，三個相的電弧功率卻是不相等的。這種三相功率的不平衡，是由三相的阻抗不平衡引起的。一般短網(wǎng)三相導體是平面布置的，并且相間的距離是相等的。中間相的短網(wǎng)長度較其他兩相短，且電感也比其他兩相小，所以阻抗小。這樣中間相的電弧功率通常總是超過其他兩相的。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為“增強相”，電弧功率小的一相稱為“減弱相”。增強相與減弱相電弧功率增強與減弱的數(shù)值是相等的，也就是有一部分功率從減弱相轉(zhuǎn)移到增強相去了，這種現(xiàn)象稱為“相間功率轉(zhuǎn)移”。電流愈大，三相電弧功率的不平衡現(xiàn)象愈嚴重。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，局部爐墻損壞嚴重，從而降低爐襯壽命，直接影響電爐生產(chǎn)率。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)導體對稱布置，把短網(wǎng)由原來的平面布置改為等邊三角形布置，或改進平面形布置。（2）、要求近爐門的電極成為增強相，進出鋼口側(cè)的電極為減弱相。（3）、將中間相電極向爐子中心移動。此外，為了提高爐襯壽命，也可采用不均衡爐襯結(jié)構(gòu)，在熱點區(qū)域采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，在非熱點區(qū)采用般耐火材料。（4）、短網(wǎng)線路傳統(tǒng)為單線布法，應盡量實行往返電流交叉排列的雙線布法。連鑄機設(shè)備選型及技術(shù)性能根據(jù)所煉鋼種和尺寸的要求選擇連鑄機。選擇連鑄機時選擇小方坯連鑄機,機型為弧型。8.1鋼包允許的最大澆注時間為了使鋼包內(nèi)的鋼液不致因散熱太多而形成包底凝殼，又能充分發(fā)揮其延長澆鑄時間的潛力，保證澆鑄的順利進行，必須適當?shù)卮_定不同容量的鋼包允許澆鑄時間?？藗惣{及塔爾曼經(jīng)驗公式式中——鋼包允許的最長澆鑄時間，min；G——鋼包的容量，t；f——質(zhì)量系數(shù)，要求嚴格的鋼種f=10，要求較低的鋼種f=16，f的差別在于對澆鑄溫度的控制要求不同，對于質(zhì)量要求高的低溫澆鑄鋼種，鋼液過熱度小，必然短，反之過熱度可大一些，澆鑄時間可延長。8.2拉坯速度拉坯速度（簡稱拉速）以鑄機每一流每分鐘拉出的鑄坯長度（m）來表示。拉速是設(shè)計連鑄機的重要參數(shù)之一，在鑄坯斷面確定后，拉速對連鑄機的生產(chǎn)能力起決定作用。在一定的工藝條件下，為得到最好的經(jīng)濟效益，在尋求最佳拉速時，必須滿足兩個最基本的要求：一是鑄坯在出結(jié)晶器下口時具有一定的坯殼厚度，以防止過大變形和拉漏；二是鑄坯內(nèi)、外部質(zhì)量良好。8.2.1理論拉速由凝固定律求鑄坯出結(jié)晶器時的坯殼厚度為：式中——鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的停留時間，min；——鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固系數(shù)，；它主要取決于結(jié)晶器的冷卻條件，鑄坯斷面尺寸，鋼液溫度和性質(zhì)，通常小斷面鑄坯取28～31；大斷面鑄坯取24～26。取鑄坯出結(jié)晶器時最小坯殼厚度，取鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固系數(shù)，=30。故鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)需要停留的時間為：最大拉坯速度的理論計算式為：，式中——結(jié)晶器有效長度，取800。8.2.2工作拉速工作拉速是指連鑄生產(chǎn)操作中能順利澆鑄，保證鑄坯質(zhì)量相對穩(wěn)定的平均拉速。實際計算時，工作拉速常按如下經(jīng)驗公式求得：式中v——工作拉速，m/min;L——鑄坯橫斷面周邊長，mm；S——鑄坯橫斷面面積，；K——速度換算系數(shù)，其值與鋼種、鑄坯形狀、結(jié)晶器長度和結(jié)構(gòu)、冷卻制度等因素有關(guān)。一般板坯的K值為55～80。2鑄坯的液相深度和冶金長度由凝固定律可知，鑄坯全部凝固時，坯厚與時間的關(guān)系為：或設(shè)拉坯速度為v;液芯長度為，則式中D——鑄坯厚度，mm；——鑄坯液芯長度，m；v——拉速，m/min；——綜合凝固系數(shù)，取28。冶金長度：，一般取8.3連鑄機的流數(shù)當一臺連鑄機只澆注一種斷面時，其流數(shù)n的計算公式如下：，取n=3式中G——鋼包容量，t；t——鋼包允許的澆鑄時間，min；S——每流鑄坯斷面面積，；v——拉速，m/min；——鑄坯密度，t/；鎮(zhèn)靜鋼取7.6～7.8。即采用兩臺三機三流方式。8.4弧型半徑連鑄機的曲率半徑（又稱圓弧半徑）主要是指鑄坯彎曲時的外弧半徑，單位為。它是弧形連鑄機的重要參數(shù)之一，它標志著連鑄機的形式和可能澆鑄的最大鑄坯厚度范圍。同時也直接關(guān)系到連鑄機的總體布置、高度以及鑄坯的質(zhì)量?；⌒芜B鑄機的曲率半徑主要取決于鑄坯的厚度，但通常在確定曲率半徑時所考慮的無論是工藝上或質(zhì)量上的要求，其實質(zhì)都與液芯長度有密切關(guān)系。按經(jīng)驗式確定，連鑄機的曲率半徑可以按鑄坯厚度的若干倍來做初步計算：式中C——系數(shù)，據(jù)目前連鑄機的設(shè)計水平，C值波動在35～45，一般中小型鑄坯取C=30～36，大板坯取C=40～45,碳素鋼取下限，特殊鋼取上限，該設(shè)計取C=32。8.4連鑄機的生產(chǎn)能力的確定8.4.1連鑄澆注周期的計算澆鑄周期是指每次澆鑄時間（）與澆鑄準備時間（）之和，即：式中——澆鑄周期，min；——澆鑄時間（從中間包開澆至中間包最后1流澆完為止的總時間），min；——準備時間（從中間包澆完，至為下一爐澆鑄填塞好引錠頭及準備澆鑄止的總時間），min；——鋼包鋼液量，t；——平均每次連澆爐數(shù)。8.4.2連鑄機作業(yè)率連鑄機作業(yè)率的計算公式如下：=式中——連鑄機年作業(yè)率，%；——連鑄機年澆鑄時間，h；——連鑄機年準備時間，h；——連鑄機年非作業(yè)時間，h;——年日歷時間，為8760h。8.4.3連鑄坯收得率連鑄坯收得率計算公式如下：，取8.4.4連鑄機生產(chǎn)能力的計算(1)連鑄機年產(chǎn)量（）式中——連鑄機年產(chǎn)量，噸/年；——鋼包鋼液量，t；——平均連澆爐數(shù)；——連鑄坯收得率；可取95%～96%；——連鑄機年作業(yè)率；——澆鑄周期時間，h。一般連鑄機應有10%左右的富裕生產(chǎn)能力，本設(shè)計富裕生產(chǎn)能力為：（2）最高日產(chǎn)量及最高日澆鑄爐數(shù)最高日產(chǎn)量及最高日澆鑄爐數(shù)是指連鑄機24h無故障澆鑄的最高產(chǎn)量及澆鑄爐數(shù)。這個數(shù)據(jù)用于計算后步工序、輔助系統(tǒng)及吊車等的裝備能力及通過能力。最高日澆鑄爐數(shù)按下式計算：，取為26爐。最高日產(chǎn)量按下式計算：式中P——最高日澆鑄爐數(shù)，爐/日；N——每次連澆爐數(shù)，爐/次；——澆鑄周期，min；——等鋼液時間，min；——最高日產(chǎn)量，t；——鋼包鋼液量，t；——連鑄坯收得率，%。由于冶煉時間與澆鑄周期的時間差所造成的等鋼時間（）是影響連鑄機生產(chǎn)能力的一個主要因素，其損失時間（t）為：式中——年等待時間，d；——連鑄機作業(yè)率，%；——每次澆鑄等鋼液時間，min；——每次澆鑄周期，min。在進行總體方案設(shè)計時，應通過調(diào)度圖表的合理安排，盡量減少等鋼液時間。為此應注意以下幾方面：連鑄機的澆鑄時間與冶煉周期保持同步關(guān)系；連鑄機準備時間應盡量小于爐子的冶煉周期。8.5中間包及其運載設(shè)備中間包是連鑄工藝流程中，位于鋼包與結(jié)晶器之間的過渡容器，即鋼包中的鋼水先注入中間包再通過其水口裝置注入結(jié)晶器。中間包車是中間包的支撐、運載工具。它設(shè)置在連鑄澆注平臺上，一般每臺連鑄機配備兩臺中間包車，互為備用，當一臺澆注時，另一臺處于加熱烘烤位置。這樣能提高連鑄機的作業(yè)率，為快速更換中間包、多爐連澆創(chuàng)造條件。中間包的作用是穩(wěn)定鋼流，減少鋼流對結(jié)晶器中初生坯殼的沖刷；能儲存鋼水，并保證鋼水溫度均勻；使非金屬夾雜物和鋼液分離、上浮；在多流連鑄機上，中間包把鋼水分配給各支結(jié)晶器，起到分流的作用；在多爐連澆過程中，中間包內(nèi)儲存的鋼水在更換鋼包時能起銜接作用，從而保證了多爐連澆的正常進行。隨著對鑄坯質(zhì)量要求的進一步提高，中間包也可作為一個連續(xù)的冶金反應容器。可見，中間包有減壓、穩(wěn)流、去渣、貯鋼、分流和中間包冶金等重要作用。8.5.1中間包的形狀和構(gòu)造本設(shè)計采用長方形中間包。中間包包括:包體,包蓋,塞棒和水口等。為了使夾雜物上浮通常設(shè)有砌擋墻,堤壩過濾器。9.5.2中間包的主要工藝參數(shù)1中間包的容量若鑄坯斷面積為S(),平均拉速為v(m/min),更換鋼包的時間為t(min),流數(shù)為n,鋼水密度為（t/）時，則中間包的容量應為目前，多數(shù)工廠中間包的容量按鋼包的容量確定。由經(jīng)驗按鋼包容量的15%～40%確定。因此，，取G=36t2中間包的主要尺寸與包壁斜度中間包高度取決于鋼水在包內(nèi)的深度和鋼包注流的攪動深度，鋼水深度一般為500～600mm以上，取鋼包內(nèi)鋼液深度為750mm。包內(nèi)鋼液面到中間包上口應留有200mm左右高度，因此中間包長度主要決定于鑄機流數(shù)和流間距，應使其邊部鋼流能注入到最外邊1流的結(jié)晶器內(nèi)，過長會使邊部鋼水溫度降低，耐火材料消耗增加。方坯流間距一般為1～1.3m。水口中心離中間包壁邊緣約200mm。包壁斜度以10%～20%的倒錐度為宜。選取包壁斜度為15%.3水口直徑水口直徑要保證連鑄機在最大工作拉速時所需的鋼水流量。水口個數(shù)和間距，當鑄坯寬度小于500mm時，1流只用一個水口。本設(shè)計的鑄坯寬度為150mm，所以水口的個數(shù)和所澆鑄的鑄坯流數(shù)一樣，即中間包內(nèi)設(shè)置六個水口。水口間的距離即為結(jié)晶器的中心距，也是流間距，為方便操作該值應大于600～800mm，取水口間距為700mm。式中——澆鑄能力，2.38；——重力加速度，9.8；——鋼液密度，取7.7；——中間包內(nèi)鋼液深度，700mm，即0.7m。8.5.3中間包運載裝置中間包小車是在澆鑄平臺上放置和運送中間包用的。為適應多爐連澆對快速更換中間包的要求，每臺連鑄機配備兩臺中間包小車，一工作一備用。小車運行要迅速，能快速更換中間包，停位準確。中間包在小車上要具有可縱向和橫向微調(diào)的機構(gòu)，使水口能與結(jié)晶器精確對中。為便于裝卸浸入式水口，應設(shè)中間包升降機構(gòu)（升降行程400～600mm）。目前，中間包小車運行速度為10～20m/min,最高達30m/min，操作順利時，更換中間包的時間最快也需2～3min。車間需中間包小車臺數(shù)為：2×2=4（臺）8.6結(jié)晶器及其振動裝置8.6.1結(jié)晶器的性能要求及其結(jié)構(gòu)要求結(jié)晶器應該具有好的導熱性,良好的剛性,內(nèi)表面耐磨性好,結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量小,造價低,維修方便等特點.一般由銅內(nèi)壁,外殼,冷卻水縫三部分組成.本設(shè)計采用方坯型結(jié)晶器即管式結(jié)晶器。8.6.2結(jié)晶器主要參數(shù)選擇8.6.2.1結(jié)晶器的斷面尺寸及長度結(jié)晶器的斷面尺寸：結(jié)晶器的斷面尺寸應根據(jù)冷連鑄坯的公稱斷面尺寸確定。由于連鑄坯在冷卻凝固中逐漸收縮，故結(jié)晶器的斷面尺寸要比連鑄坯斷面的公稱尺寸大，一般大約2%～3%左右（厚度方向取3%，寬度方向取2%左右），即124×203?？紤]了鑄坯可能的壓縮和寬展，計算如下：式中——結(jié)晶器下口處內(nèi)腔厚度，；——鑄坯公稱厚度，；——結(jié)晶器下口處內(nèi)腔寬度，；——鑄坯公稱寬度，；——增減值，按鑄坯斷面的大小選?。?.6.2.2結(jié)晶器的長度：確定結(jié)晶器長度的主要依據(jù)是鑄坯出結(jié)晶器時要有一定的厚度。根據(jù)實踐經(jīng)驗，結(jié)晶器長度要保證鑄坯出結(jié)晶器下口時的坯殼厚度大于或等于10～25mm。計算如下：結(jié)晶器有效長度：式中——結(jié)晶器出口處的坯殼厚度，取為10；——鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固系數(shù)，取29；——拉坯速度，2130。考慮結(jié)晶器內(nèi)鋼液面波動，鋼液面到結(jié)晶器上口應有80～120高度，故結(jié)晶器的實際長度：，取為3708.6.2.3結(jié)晶器的冷卻水量鋼水在結(jié)晶器內(nèi)形成坯殼時所放出的熱量主要由冷卻水帶走。水縫間隙取6mm，水流速取8，進水壓力為0.5MPa，進出水溫差為5℃。根據(jù)經(jīng)驗取結(jié)晶器單位周邊長耗水量為130，則式中——結(jié)晶器耗水量，；——結(jié)晶器水縫面積，；——水縫內(nèi)冷卻水的流速，。8.6.3結(jié)晶器的振動裝