年产130万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计毕业论文(编辑修改稿)

年产130万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

70mm。 由于炉渣深度大约为。 故可得炉缸上缘直径为 D+100～ 200 这里取其值为 Db=5250mm 熔化室的尺寸 （ 1） 熔化室直径 熔化室直径 Dr=D+（ ～ ） =5250mm 球冠部分高度 h1=H/5=204mm 截锥部分高度 h2=Hh1=816mm 球冠直径 d=D2h2=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（ ～ ） Dr,取 ，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 β=6。 熔化室上部直径： D1=Db＋ 2H1tanβ=5250＋ 464=5714mm 年产 130 万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计毕业论文 第 6 页 （ 3） 炉顶高度 h3/Dr=1/7～ 1/9(因炉顶砖不同而异，取 1/8) 则 h3=656mm 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 δ 壁，炉壁根部厚度即炉缸平面处炉衬的厚度，一般取 δ 壁 400600mm。 90t 炉子， δ 壁 =550mm；（工作层 460mm，绝热层 90mm。 ） (3)炉底厚度：炉底厚度 δ 底， δ 底 =900mm； 炉底的结构分为绝热层、永久层、工作层。 对于小于 15t 的炉子 , 炉底厚度不小于钢液深度 , 即 δ 底 ≥H。 对于 15t 以上炉子 , δ 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 2—4 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 δz 一般为炉壳直径 D 壳 的 1/200，即： 200壳Dz 炉壳厚度 δz 与炉壳直径 D 壳 的关系见表 21 表 21 炉壳厚度 δz 与炉壳直径 D 壳 的关系 D 壳 /m 3 3～ 4 4～ 6 6 δz/mm 12～ 15 15～ 20 25 28～ 30 年产 130 万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计毕业论文 第 7 页 因 D 壳 ＝ D 熔 + 2δ 壁 +2δz＝ 5250+2550+2δz =6350+2δz6m，则取 δz＝ 30mm， 所以 D 壳 ＝ 5850+230=6410mm。 工作门和出钢口 现代电弧炉只设一个工作门，用于加料，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=（ ） D=1263mm 炉门高度： b=（ ） l=1010mm 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。 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年产 130 万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计毕业论文 第 8 页 箱。 偏心底出钢电炉采用全水冷炉壁炉壳，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。 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。 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。 机械装置 一般偏心底出钢电弧炉，向炉门倾动 10～ 12176。 ,向出钢口最大倾动 15176。 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 3176。 /S。 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 α 出钢箱切角 α ，即出 钢箱与炉体中心的夹角。 出钢箱与炉体 (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 ,90176。 ≤α≤120176。 本例 90t 炉的 α取 120176。 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年产 130 万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计毕业论文 第 9 页 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 10～ 15176。 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 3－ 2 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 D 5050 炉壁绝热层厚度 90 熔池深度 H 1020 炉底厚度 900 球冠部分高度 h1 204 炉壳厚度 δz 30 截锥部分高度 h2 816 炉壳直径 D 壳 6410 球冠直径 d 3418 炉门宽度 L 1263 熔炼室直径 D 熔 5250 炉门高度 b 1010 熔炼室高度 H1 2205 出钢口直径 180 炉顶高 h3 656 出钢箱内口与中心夹角 α 120176。 熔炼室上缘直径 D1 5714 偏心度 E 3800 炉顶衬砖厚度 δ 350 出钢倾翻角 γ 12176。 电 弧炉变压器容量和参数的确定 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： tm cos NqGp  年产 130 万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计毕业论文 第 10 页 式中 P—炉用变压器额定容量， KVA q—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,q≈410KWh；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； tm—预期的熔化时间， 55min； cosφ—熔化期平均功率因数，本设计选取 ； л—变压器有功功率的热效率 选取 ； N—熔化期变压器功率平均利用系数， 选取 ； 95 903 00p   若按电弧炉的额定容量计算其单位功率则为 59504/90＝ 661kVA/t，属于超高功率范围。 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=15P1/3= 所以取电压级数为 12 级 电极直径的确定 23 06 IdK 电 极 式中 I—电极上的电流强度， I=P/=； ρ—石墨电极 500℃ 时的电阻系数， 10Ωmm178。 /m； k—系数，石墨电极取 178。 . 计算得取 d＝ 505mm。 根据经验选取电极直径 d 为 600mm。 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=(～)，故 d 三极心 ==5250=1840mm。 年产 130 万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计毕业论文 第 11 页 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 10m～ 20m，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10～ 20。 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，会造成熔池受热不均，局部炉墙损坏严重，从而降低炉衬寿。