发布时间 : 星期二 文章年产130万吨连铸坯的电弧炉炼钢车间设计更新完毕开始阅读
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0.70； л—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；
300?90?5950.140.91?0.7?0.8?1.1
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
p?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
20.406I?d电极?3
K式中 I—电极上的电流强度，I=P/1.732U=5866.7A；
ρ—石墨电极500℃时的电阻系数，10Ωmm2/m； k—系数，石墨电极取2.1w/cm2. 计算得取 d＝505mm。
根据经验选取电极直径d为600mm。
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=(0.25～0.35)，故d三极心=0.30Db=0.35×5250=1840mm。
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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
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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6～12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200～300㎜以上的炉壁上，占炉壁面积的80～85%。另外，采用水冷炉壁后，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5～6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+2δc
式中：Dg—水冷炉盖的直径，㎜； Dr—熔化室直径，㎜；
δc—添加系数，取其值为300㎜
故：Dg=Dr+2δc=5250+2×300=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㎜。
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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 ) C Si Mn P S Cr Ni ≤0.80 ≤0.8 ≤0.035 ≤0.030 0.11～ 16.00～1.50～ 0.17 18.00 2.50 注：括号内是计算时的设定值，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
C Si Mn P S 成份
烧损熔化25～40，取70～95，取60～70，取40～50，取可予忽略 30 85 65 45 率 期
（%） 氧化① ② 全部烧损 20 25～30，取
27 期 ①按末期含量比规格下限低0.03～0.01%（取0.08%）确定（一般不应低于0.03%
的脱碳量）； ②按末期含量0.015%来确定。
表3-3冶炼钢种成分设定值（%）
C Si Mn P S Cr Ni 成分
0.14 0.80 0.8 0.035 0.03 17.00 2.0 废钢设
定值
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