第五章电渣熔铸工艺

第五章电渣熔铸工艺内容摘要：

减少。 如直径 50 毫米的电极，电流密度为 ～ 安培 /毫米 2；而直径为 200 毫米的电极时，电流密度 则减少为 安培 /毫米 2左右。 电极直径对于电渣过程的稳定性等方面的影响是明显的。 图 533 电流密度与电极直径的关系 24 图 534 电流与电极直径的关系 对 电极直径与工作电流、电流密度的关系进行统计分析， 得 出了 图 533 和图 534。 从图 533 可以看出，当电 极直径小于 100 毫米时，电流密度大于 安培 /毫米 2；当 100＜ d 极 ＜ 250 毫米时，电流密度波动在 ～ 安培 /毫米 2；当 d 极 ﹥ 250 毫米时，其值波动在 ～ 安培 /毫米 2。 图中 1， 3 线分别为稳定电渣过程的上下限； 2 线为其平均值。 根据该图曲线导出 如下的经验公式： 极极 dA64~36 （ 522） 式中 极A —— 根据电极直径计算的电流密度（安培 /毫米 2） ； d 极 —— 电极直径（毫米）。 其平均直径为： 极极 dA50 （ 523） 根据图 534，可导出电极直径与电流的关系式： 极极 dKA  （ 524） 式中 A—— 工作电流（安培）； 25 K 极 —— 电极的线电流密度，由图 534 可知其值波动范围 32～ 48 安培 /毫米。 一般可用平均电极的线电流密度来计算所需的工作电流： 极dA 40 （ 525） 式（ 524）所得的结果与进行回归分析的（ 526）式也是相符的。 极dA  （ 526） （ 2）结晶器直径与电流 的关系： 如果从将炉渣作为一个电阻发热体来考虑电流的大小，研究电流与结晶器直径（ D 结 ）间的函数关系似乎更为合理。 因此，对国内外生产数据进行了统计分析， 得到图 53图 536。 图 535 电流密度与结晶器直径的关系 从图 535可看出，结晶器直径与结晶器的电流密度的关系为： 结结 DA315~205 （ 527） 式中 结A — 结晶器的电流密度（安培 /厘米 2）； 结D — 结晶器的直径（厘米）。 结晶器平均电流密度为： 26 结结 DA260 （ 528） 根据图 536 可导出结晶器直径与所用工作电流的关系式。 在稳定电渣过程中，电流值波动在下式的范围： 结结 DKA  （ 529） 式中 A —— 工作 电流（安培）； 结K —— 结晶器线电流密度（ 安培 /厘米 ）， 结 K 值波动在 150～ 250 安培/厘米 ； 结D —— 结晶器直径（厘米）。 一般可用平均结晶器线电流密度来计算工作电流： 结DA 200 （ 530） 式中结晶器直径的单位为厘米。 图 536 电流与结晶器止境的关系 对上述讨论应指出两点：一是上述经验式（ 522）～式（ 530）适用条件为：结结 Dd / ≈ ～ 这样一个范围。 如 与 此次相差太大，应作适当修正；二是经 27 验式中的 结d 和 结D 皆 指圆形电极和结晶器的直径。 如采用异型电极和结晶器时，结d 和 结D 分别为其等效直径。 如果采用双极串联工艺时，应取电流密度的下限值。 熔铸电压的确定 熔铸电压与电流一样，是电渣 冶炼的基本参数之一。 如何确定熔铸电压是制定工艺的一个重要环节。 熔铸工作电压（ 工作V ），又称为 炉口电压 或有效工作电压。 这是指电极端部与底结晶器间的电压。 这部分电压可以认为是整个供电电压中的有效工作部分。 双极串联的 工作V 就等于两极间在炉口处的电压。 由于一般电渣炉的电压表是接在变压器二次边，所以电压表上的电压（ 表V ）又称带载电压， 表V 应为： 线工作表 VVV  （ 531） 式中 线V — 线路短网压降，一般短网每米压降 1～ 2 伏，不同设备有所区别，一般 50 赫频率 线V 为 15～ 30 伏不等。 变压器空载电压（ 空V ）为： 空V = 表V + 载V （ 532） 式中 载V — 变压器带负载后产生的电压降，他的大小与变压器的外特性有关，一般应你忒性单项变压器波动在 1 伏左右。 额定电压 额V 指变压器二次边各级名义电压： 变空额 VVV  （ 533） 式中 变V — 变压器本身铁损产生的压降，一般为 1 伏左右。 所以 VVV  工作额 （ 534） 式中 V = 变V + 载V + 线V ，称之为非有效工作电压。 因此，只要先确定有效工作电压，然后再加上该设备的非有效工作电压值，就可确定供电的额定电压。 非有效工作电压因设备不同而异。 有效工作电压与熔 28 渣的高温锥体有效电阻、结晶器直径及电流有关，但这方面的数据目前研究得还很不成熟，只有靠生产实际数据进行统计分析，得出有效工作电压与结晶器直径的统计规律。 根据国内外生产数据绘出图 537，并进行分析得到下列关系式。 图 537 电压与结晶器直径的关系 baDV  结工作 式中 工作V — 有效工作电压（伏 ）； 结D — 结晶器直径（厘米）； a — 线电压系数，这里为 （伏 /厘米）； b — 常数，为 26。 因此，上式可具体地写为：  结工作 DV （ 535） 该式复相相关系数 B=， 其统计相关性是可靠的。 这与有关资料 [16]、 [19]报道的结果是基本相符的。 他们曾介绍了如下的关系式： 27(  结工作 DV ～ 37） （ 536）  结工作 DV (537) 经验式（ 535） ～式（ 537） 仅求出稳定电渣过程中的电压范围。 电渣 29 工作者可参考这一计算结果， 再根据具体情况作必要的调整。 经验式（ 535） 系结晶器直径为 75～ 800 毫米范围内统计的结果，其计算结果基本适用。 上述经验式采用的渣系是 70%CaF2+30%Al2O3以及性质与其相近的渣系 ； 并且 结极 Dd / =～。 式中的 结D 为圆形结晶器的直径，若采用异型结晶器时， 结D 应为等效直径。 当采用双极串联工艺时，有效工作电压应比上述计算值稍高些，以适应双极串联工艺的特点。 6 熔铸功率及其变压器容量的选择 电渣熔铸功率是一个重要的冶炼参数。 它是电流、电压的综合反映。 生产中经常不是以电功率来制定工艺的。 研究有效供电功率至少有两方面的意义：一是校核工作电 流及有效工作电压选择的合理性；二是为工艺或设备设计时选择变压器提供必要的依据。 通过经验式（ 530）与（ 535）两式，可导出有效供电功率（ W 效 ）： 效 结 结 （ 538） 式中 W 效 ——有效供电功率（千瓦）； D 结 ——结晶器直径（厘米）。 但式（ 538）为二次方程，计算不便。 我们可将实际生产数据进行统计分析绘出图 538。 对图中数据进行回归分析，其回归方程为： 109WD效 结 （ 538） 式中 D 结 ——结晶器直径（厘米）。 30 图 538 有效供电功率与结晶器直径的关系 将（ ）与（ 539）两式画在图 539 中，两式结果很相近。 并且，上述结果与有关资料 [16]的计算结果也是相符的。 根据结晶器断面积的有效供电比功率进行统计分析，其结果见图 539，比功率波动值一般为： 9 ~16W D效结 （ 540） 式中 W效 ——有效供电比 功率（千瓦 /厘米 2）； D 结 ——结晶器直径（厘米）。 其平均值为： W效 = D 结 （ 541） 当结晶器直径小于 200 毫米时，式（ 540）、（ 541）皆显得偏高，可根据图539 的曲线 4 导出： ~ D效结 （ 542） 从图 539 可粗略地看出： 当 400 D 结 800 毫米时， W效 =~ 当 200 D 结 400 毫米时， W效 =~ 当 D 结 200 毫米时， W效 应指出上述图式适用于 D 结 800 毫米； d 极 /D 结 ≈~。 式中D 结 系圆型结晶器直径。 如采用异型结晶器时， D 结 系等效直径。 31 图 539 有效供电比功率与结晶器直径的关系 掌握了有效供电功率，为选择变压器容量提供了依据。 选择变压器 时，应考虑冶炼过程中的功率损失（ W 损 ），这主要是（ 534）式中指出的电压损失（ ΔV）造成的。 如果按前面介绍的不同设备（频率为 50 赫者）电压损失为 15~30 伏计算，则功率损失： W 损 ≈（ 20~35%） W 总 （ 543） 故总供电功率应为 WW C 效总 （ 544） 式中 W 总 ——总供电功率（千瓦）； W 效 ——有效供电功率（千瓦）； C——有效功率系 数，随设备电压损失波动在 ~。 所以，变压器容量为： cosWPh C 效 （ 545） 式中 P——变压器容量（千伏安）； W 效 ——有效供电功率（千瓦），按式（ 539）算： H——余量系数，为 ~； Cosφ——功率因数，单极单相电渣炉为 ~； C——有效功率系数，波动在图 540 变压器容量与结晶器直径的关系 32 ~，一般可按 考虑。 应指出，（ 545）式是以结晶器大小来考虑的。 按式（ 545）选择的变压器容量大约为的 W 效 一倍左右，这样，既考虑到变压器不会经常满载或超载运行，又兼顾到不致使容量过大造成浪费。 为了更直观些，我们将变压器容量与结晶器直径的关系用图 540 表示出来。 图 540 绘出了对应结晶器直径所选择变压器容量的范围，其参考方程为： P=27 D 结 220 （ 546） 式中 P——变压器容量（千伏安）； D 结 ——结晶器直径或等效直径（厘米）；系数 27 的单位为千伏安 /厘米。 图中 D 结 150 毫米，一般实际选择的 P 值比经验式（ 546）要高 ，具有可参照图示选择。 电渣熔铸的目标参数 电渣熔铸和其他炼钢方法一样，必须根据炉况随时进行控制与调整。 否则随冶炼过程电参数与渣参数都要变化，以致影响电渣过程的稳定性、产品质量以及冶炼效率。 电渣熔铸过程是每瞬间熔化与凝固结晶同时进行的过程，这是异于其他一般炼钢方法的突出特点。 因此，不能用炉前分析来掌握炉况。 为了随时掌握与控制炉况，进而实现电渣过程和程序自动控制，就要求有一套代表电渣过程稳定性和冶金质量的参数，作为控制与调整炉况的目标，这种参数称为目标参数（有人称为判据参数或几何参数）。 如图 541所示： 金属熔池深度（ H 金 ）、电极埋入深度（ H 埋 ）、熔化率（ 熔 ） 都是主要的目标参数。 此外，渣池温度（ t 渣 ）、极间距离（ H 极间 ）、冷却水温（ t 水 ）、渣皮厚度（  渣皮 ）等也都是与过程有关的目标参数。 下面将主要目标参数对电渣过程以及冶金质量的。