吨超高功率直流电弧炉炼钢车间设计

内蒙古科技大学本科生毕业设计手册题目：新建2×90吨超高功率直流电弧炉炼钢车间设计学生姓名：赵帅学号：0961102207专业：冶金工程班级：冶金09-2班指导教师：杨吉春教授手册目录内蒙古科技大学毕业设计（论文）题目申报表——系统内的压力损失，Pa。压力过小形不成气泡，压力过大，使气泡分散性下降，严重时形成连泡气柱，使氩气利用率下降，同时剧烈搅拌增加热损失。实际操作时，供气压力根据液面运动情况进行调节，最佳压力应是刚好使氩气泡在钢液底部形成，排出的气体不冲突渣层而使液面上、下脉动。常用压力为200～350kPa左右。（2）吹氩时间：从钢包坐入真空室开始吹氩直至精炼结束钢包吊出真空室停止吹氩，吹氩贯穿整个精炼过程，等于整个精炼时间约30min。VD法的精炼效果：（1）脱氧。经VD法精炼后钢中全氧含量在（12～27）×10-4%之间，溶解氧含量一般为（7～15）×10-4%，溶解氧的脱除率平均为82%；（2）脱氢。脱氢率平均55%，氢含量为2.34×10-4%。（3）温度均匀。处理前不同部位的温差为±20℃，处理后为±3℃。（4）夹杂物形态有了根本改善。以往造成废品的主要质量问题“点状”不变形夹杂现已消失。（5）脱硫。VD法因缺少加热手段，精炼过程不能造新渣脱硫，脱硫率只有20%左右。图5-8VD炉真空脱气装置5.2.3连铸工艺技术特点车间板连铸机为高效化的连铸机，主要体现在以下几个方面：高质量、高产量、高效益、高可靠性、搞机械化和自动化。将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。电弧炉和精炼炉设备选型及参数计算6.1超高功率电弧炉炉型设计计算电弧炉是炼钢电炉的一种，也是目前世界上焙炼优质钢、特殊用途钢种的主要设备。电弧炉的整体设计是包括机械、电气、热工、冶炼、耐火材料等多门专业的工程。随着钢的质量不断提高，熔炼工艺在革新，也向炉子结构（包括耐火材料砌衬）提出了更高的要求。自60年代中期提出电弧炉超高功率概念以来，电孤炉建造趋于大型化、高功率化，出现了多种新型式的电弧炉。本设计采用90t超高功率电弧炉，设计的电弧炉具有如下特点：具有较高的生产率，电能、耐火材料和电极消耗低，满足多钢种冶炼时冶金反应的要求。6.1.1电弧炉炉型计算设计步骤：求出炉内钢液和熔渣的体积；计算熔池的深度和直径；确定熔炼室空间的高度和直径；确定炉顶的拱高和和炉盖的厚度；确定炉衬的尺寸和炉壳的直径；确定偏心炉尺寸6.1.1.1熔池的形状和尺寸电弧炉的大小以其额定容量（公称容量）来表示，所谓额定容量是指新设计的电炉熔池所能容纳的钢水量。实际生产过程中，随着熔炼炉数的增多，熔池容积不断增大，装入量或者出钢量也就不断增大。另外生产中还经常用提高炉门门槛即造假门槛的办法来增加炉产量，这样就出现了超装问题，一般认为超装20％～50％为宜，不宜超装太多，大电弧炉基本上不超装。熔池：容纳钢液和熔渣的那部分容积。熔池的容积应能足够容纳适宜熔炼的钢液和熔渣，并留有余地。（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。本设计使用目前较为流行的锥球形熔池，上部分为倒置的截锥，下部分为球冠，如图4－1所示。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，加快炉料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°，其优点如下：45°角叫自然锥角，沙子等松散材料堆成堆后的自然锥角正好是45°。当用镁砂补炉时利用镁砂自然滚落的特性，可以很容易的使被侵蚀的炉坡得到修补，恢复原状；出钢时炉子倾斜12°～15°能顺利出净钢水。（2）、熔池尺寸计算①熔池的容积V池。根据定义：V池＝V金+V渣电炉的氧化期具有最大的渣量。对碱性电炉：G钢/G渣＝0.07＝7%，而渣的比重为3.0~3.5t/m3，取每立方米渣重3.3t，则每吨渣的体积为0.3m3。则：V渣/V金＝＝0.15，所以：V池＝1.15V金＝1.15GV0式中：G—炉子容量，吨；V0—吨钢液的体积，取0.14m3/t。则对于90吨电弧炉：V池＝1.15V金＝1.15GV0＝1.15×90×0.14=14.49m3熔池直径D（渣面直径）和深度H之比D/H；在计算熔池直径D和深度H之前，首先确定一个合适的D/H值。在熔池容积一定的条件下，D/H大，则熔池浅。熔池容积一定，熔池越浅，熔池表面积越大，即钢、渣界面积越大，有利于钢渣之间冶金反应的进行。因此，希望D/H大一些，但D/H太大，则熔池直径和熔炼室直径都增大，于是炉壳直径增大，导致D壳太大，炉壳散热面积增大，电耗也增大，因此D/H又不能太大。如果D/H太小，熔池太深，钢液加热困难，温度分布不均匀性增大。在氧化期应对金属进行良好的加热，并对熔池中金属进行强烈沸腾搅拌，以使金属成分和温度均匀。当选定炉坡倾角45°时，一般取D/H＝5左右较合适。由截锥体和球冠体的体积计算公式可知，熔池的计算公式为：式中：h1——球冠部分高度，一般取h1＝H/5；h2——截锥部分高度，h2=H-h1=4/5H；D——熔池液面直径，通常采取D/H＝5，即D=5H；d——球冠直径，因d＝D-2h2＝5H-8/5H＝17/5H带入上式，整理后得：V池＝12.1H3＝0.0968D3（4－3）若V池＝14.49米3，则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熔化室尺寸熔炼室是指熔池以上至炉顶拱基的那部分容积，其大小应能一次性装入堆积密度中等的全部炉料。（1）、熔炼室直径D熔炉坡与炉壁交接处的直径，为了防止钢液沸腾时炉渣冲刷炉壁砖或炉渣到达炉坡与炉壁交界处（薄弱处），炉坡应高于炉门槛（渣面与炉门槛平齐）约100mm左右，即当选定炉坡倾角为45°时：D熔＝D+2×100（4－4）因D＝5.310m，则D熔＝D+2×100＝5.310+200＝5.510m（2）、熔炼室高度H1金属炉门槛至炉顶拱基的空间高度为熔炼室高度。炉衬门槛较金属门槛高出80～100mm。从延长炉盖寿命和多装轻薄料考虑，希望熔炼室高度H1大一些，因为增大熔炼室高度H1，炉盖距电弧和熔池面距离远，炉盖受到的热辐射相对较小，炉盖寿命长，另外，熔炼室高度H1大，装轻薄料多。但是如果熔炼室高度H1太大，则炉壳散热面积增大导致电耗增多，电极增长导致电阻增大。经验值为：H1/D=0.5~0.45，<40t电炉；H1/D=0.44~0.40，>40t电炉。此处取0.42。所以，H1=0.42×D＝0.42×5.510＝2.314m（3）、炉顶高H2炉顶高度h3与熔池室直径D有如下关系：则h3＝D熔/8＝5.510/8=0.689m至此，炉底至炉顶中央高度H2＝H1+H则H2＝H1+H＝2.314+1.094+h3＝4.097m（4）、熔池上缘直径D1一般熔炼室要设计成上大下小倾斜形的，即D1>D熔，炉壁上部薄下部厚，这样形状的熔炼室增加了炉壁的稳定性，炉壁较稳固，并且容易修补，同时使熔炼室的容积增大，可多装轻薄料。另外下部的炉衬接近于炉渣，侵蚀较快，炉衬下厚上薄可以使整个熔炼室的炉衬寿命趋于均匀。其炉墙内侧倾斜度，一般为炉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）电极分布的计算d三极心：过三个电极极心的圆周直径。d三极心过小，三根电极彼此靠的比较近，电极距离炉壁远，对炉壁寿命有利；但是，炉坡上的炉料难熔化，熔池加热不均匀，炉顶中心结构强度差，容易损坏，并且电极把持器上下移动困难。如果电极芯圆直径d三极心太大，电弧距炉壁近，加剧炉衬的损坏。电极心圆直径的经验值为：～,取0.27=0.27*5.310=1.434式中D——熔池直径。6.1.1.3炉衬及厚度（δ）的确定炉衬的组成：炉壳→石棉（100mm）→绝热层→工作层。炉壁衬砖厚度通常按耐火材料热阻计算确定，计算依据的条件是炉壳在操作末期被加热的温度不大于200℃，以免炉壳变形。一般而言，增加炉衬厚度，炉壳受热及热损失可以减少，这在一定限度内是正确的但是炉衬厚度δ增加与热损失减少并非线性关系，厚度δ达到一定值以后，再增加炉衬厚度δ，热损失减少不显著，反而因厚度δ增加过大，而增加炉壳直径D壳，耐火材料消耗增加，散热面积增加，所以比较经济的做法是选择优质材料，使用较轻薄的炉衬。按经验值选：炉顶衬砖厚度如表6－1所示。表6―1炉顶衬砖厚度吨位/t<2020～40>40δ/mm230300350对90t电弧炉取350mm。炉壁部位厚度见表6－2。表6－2炉壁部位厚度吨位/t<2020～40>40工作层/mm230345460绝热层/mm757575炉底部位总厚度近似等于熔池深度对90t电弧炉炉壁厚度取工作层460mm，绝热层75mm，炉底厚度1259mm。炉壁厚度为δ壁＝460+75＝535mm。则D壳＝D熔＋2δ壁＋2δz＝5150+2×535+2×25＝6.270m6.1.1.4炉壳及厚度δz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：炉壳厚度δz与炉壳直径D壳的关系见表4－3。表4－3炉壳厚度δz与炉壳直径D壳的关系D壳/m<33～44～6>6δz/mm12～1515～202528～30因D＝5.310m，故D壳>4~6m，6.1.1.5炉门尺寸的确定一般电炉设一个加料炉门和一个出钢炉门，其位置相隔180°。确定炉门尺寸时考虑了以下因素：便于顺利的观察炉况，能良好的修补炉底和整个炉坡，采用加料机加料的炉子，料斗能自由出入，能顺利取出折断电极。炉门尺寸的经验值：炉门宽度L＝（0.25～0.3）D熔（4－6）炉门高度b＝0.8×L为了密封，门框应向内倾斜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偏心炉设计大量的生产实践表明，采用偏心炉底出钢电弧炉与出钢槽出钢相比，可取得以下显著效果：可彻底地实现无渣出钢和留钢留渣操作。炉内留钢量一般控制在10%～15%，留渣量可达到95%以上。为此，偏心炉底出钢已成为“超高功率电弧炉—炉外精炼—连铸”短流程及直流电弧炉的一项重要的必备技术之一，为氧化性出钢创造了必要的条件。电弧炉水冷炉壁的水冷面积可从出钢槽出钢的70%增加到87%～90%，从而提高炉衬寿命15%及扩大炉膛直径（德国BS公司的45t炉从原来的4.2m扩大到4.6m）。耐火材料消耗可降低2.5～3.5kg/t，维修喷补炉衬的费用可减少60%，炉容量可扩大12.5%。炉体后倾角从42°～45°减少到12°～15°，可缩短短网长度，从而提高输入炉内的有功功率（10%～33%）和功率因数（从0.707提高到0.8），缩短冶炼时间3～7min，可降低电耗15%～30%。此外，炉体倾动角减小可简化炉子设计（短网中的非磁性支承架、电缆接头等有关连接构件受力状况改善，倾动摇架质量减轻），且减少电极折断几率。缩短出钢时间75%，出钢温度可降低30℃，因而可缩短冶炼时间，降低电耗6%，降低电极消耗，生产率提高10%～15%。出钢钢流短而垂直，且集中无分散，可减轻出钢过程中钢流的二次氧化及吸气，加上出钢时间缩短，钢中氢、氧和氮及夹杂物的含量均有所减少。同时便于采用钢包加盖及氩气保护技术。（1）出钢箱内口与中心夹角α[11]出钢箱内口与中心夹角α（图4－2）的大小直接影响箱体内钢水的流动性，从而影响钢水的温度。在一定范围内，α越小，出钢箱内钢水流动性越差，其与炉中心温度差越大，一般情况下，出钢箱内温度比炉心的温度低50℃～80℃，如果过低会造成出钢时箱体内仍有固体冷块和未熔渣料，出钢时会堵塞出钢口造成事故。因此出钢箱内口和中心夹角α要确保钢水流动性好，钢水温差小。α=100°时钢水在出钢箱的流动性最好。考虑到弧形架对炉底的支撑，90t超高功率电弧炉的α取112°。（2）出钢口到炉子中心的距离——偏心度E出钢口位置的确定应考虑填料方便，便于检修（图4－3）。如果出钢口到炉子中心的距离——偏心度E过大，则出钢口到炉心的距离越远，箱内钢液的温度与炉内的钢液的温度差越大。因此，在填料、维修方便的前提下，偏心度越小越好。考虑到出钢口填料方便，出钢口到炉体中心的距离取炉壳最大外径的一半再加上200mm，即4000mm。（3）、出钢箱远中心内侧距离炉中心的距离L见图，当炉壁厚度S为535mm时有L＝E+S＝4000+535+1015＝5550mm。（4）、出钢倾翻角β与出钢箱高度h4取出钢最大倾角为14°，则：β＝14°＝arccos[(10210-h4-1200)/(10210-1260]，所以h4＝330mm，取h4＝350mm。这是新砌炉的最大倾翻角，由于炉内温度与出钢箱温度不等，炉子后期，炉底耐火材料的侵蚀会比出钢箱严重，后期炉子的最大倾角壁初期要大，但不会大于β＝arccos[(10210-350)/(10210]＝15°。即炉体最大倾角为14°～15°。出钢箱高度为箱底衬砖厚度及箱底钢板厚度（38mm）共1200mm，钢液高度970mm，安全高度1760mm，三者之和即3930mm。（5）出钢口直径出钢口为一个圆形孔洞，其直径一半为120～150mm，为缩短出钢时间，取出钢口直径为200mm。90t超高功率电弧炉各部分尺寸列于表6－4，设定值见表6－5。表6－490t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14.49m3炉衬工作层厚度460熔池直径D5310炉衬绝热层厚度75熔池深度H1094炉底厚度1259球冠部分高度h1219炉壳厚度δz25截锥部分高度h2875炉壳直径D壳6270球冠直径d3720炉门宽度L1433熔炼室直径D熔5510炉门高度b1416熔炼室高度H12314出钢口直径200炉顶高h3689出钢箱内口与中心夹角α112°熔炼室上缘直径D15953偏心度E4000炉壁衬砖厚度δ350出钢倾翻角β12°6.2水冷挂渣炉壁的设计电弧炉使用耐火材料砌筑，其使用寿命受到限制。由于电弧炉单位功率水平的提高，导致电弧炉内热负荷的急剧增加，炉内温度分布的不平衡加剧，从而大幅度地降低了电弧炉炉衬的使用寿命。因此，采用水冷挂渣炉壁和水冷炉盖已成为提高超高功率电弧炉炉衬使用寿命、促进超高功率电弧炉技术发展的关键技术。各种形式的水冷挂渣炉壁和水冷炉盖，都具有一定的散热能力和相应的挂渣能力，它可以成倍地提高电弧炉炉衬和炉盖的使用寿命，大幅度地降低耐火材料消耗，而且运行安全可靠。电弧炉水冷挂渣炉壁的结构分为铸管式、板式或管式、喷淋式等。本设计使用板式水冷炉壁。板式水冷炉壁：板式水冷炉壁采用锅炉钢板焊接，水冷炉壁内部为由导流板分割成的冷却水道，流道截面面积可根据炉壁热负荷来确定。热工作面镶挂渣钉或焊上挂渣筋板。本设计采用板式水冷挂渣炉壁。6.3水冷炉盖电弧炉水冷炉盖的结构主要是管状的，根据水冷却管的布置，将其结构分为管式环状、管式套圈和外环套圈组合式、管式环状与耐火材料组合式等。本设计采用管式套圈和外环套圈组合式水冷炉盖。水冷炉盖根据需要开设数个孔，包括3个电极孔，装辅助料孔、气体排放孔5孔等。三相交流电弧炉需3个电极孔。由于电极自身被加热，电极孔应由具有良好导热性的水冷却管组成的金属环构成。水冷炉盖的部件有：管式环形外套圈，具有1个中心，1组管式支杆从外套圈向中心伸展；管式环形内套圈，固定在支杆上且形成数个通道；由各自凹管件构成的内套圈弯头形成通道，在通道间各个管自内凸管弯头构件安装在支杆上，且与各自凹管件共同形成3个管状通孔（电极孔）；与外套管同心，并位于内套圈内，由与内套圈相连的管组成中心套圈，它与外圈中的循环系统相联，还有一组冷却管套圈，它和支杆相互连通。6.4校核电弧炉年产量电弧炉年产量A（t）的计算A=式中：n——全年实际有效作业日数（一般取340d/年）g——出钢量tt——冶炼周期1.2hy——良锭收的率96%24——一天的时间6.5钢包精炼炉选型及技术性能精炼炉设备能起到良好的净化钢种的作用,具有脱气,脱氧,脱硫,控制温度等功能本设计为选择LF精练炉。设计采用的LF炉应设有：电弧加热设备（电炉、变压器供电）；渣料、合金料的称量、运送、添加装置；钢包炉炉体及其运送（移位）装置，即钢包台车；真空抽气系统；钢水搅拌供氩（或氮）设备。LF炉整体结构为台车（钢包车）移动式，钢包由座包扒渣工位向固定于一定位置的加热炉盖、精炼炉盖处移动，分别完成各项工艺过程。LF炉的选择初炼炉：90tUHP电弧炉钢包炉（LF炉）容量：90t钢包炉（LF炉）变压器容量：6000kv/A二次电压：275V/110V额定二次电流：17000A电极直径：356mm电极心圆直径：940mm真空系统：蒸汽泵钢包—脱气单位变压器功率：40kvA/tLF炉容量：额定值90t实际90t尺寸：炉壳直径3900mm内径D3164mm总高度4330mm内高4000mm熔池深度2754mmH/D0.87第七章电弧炉电气设备的计算和选择电弧炉的电器设备是电炉炼钢车间的重要组成部分，本部分设计包括：电弧炉变压器功率和电参数的确定、电压级数的计算、电极直径的计算、电极心圆直径的计算、短网的设计。7.1变压器功率和电参数的确定7.1.1变压器功率的确定电炉的生产率决定于电炉的容量、变压器的功率、电炉的全年工作天数、冶炼周期、电效率以及热效率。影响电炉工作的因素很多，目前，电炉利用系数以1000kV·A的变压器功率昼夜的合格钢产量为电炉生产率的标准。确定变压器功率的目的是为了选择与电炉容量相匹配的变压器。变压器功率的确定是一个比较复杂的问题，它受电炉容量、冶炼时间、炉衬材质、电效率、热效率等诸多因素的影响。为了简化计算，把变压器功率与炉壳直径QUOTE联系起来，抛开其他影响因素。研究发现变压器的功率与炉壳直径QUOTE存在如下关系。当炉壳直径QUOTE已知时，可用下面的经验公式选择变压器的额定功率。式中——变压器视在功率，；——融化每吨废钢料及溶化相应的渣料升温所需要的电量，420KWh/t；——变压器有效功率热效率，取0.8；G——电炉装入量，t；tm——预期熔化时间；——熔化期平均功率因数，取0.7；N——熔化期变压器功率平均利用系数，取1.2；7.1.2电压级数为了满足冶炼工艺的要求，在各冶炼期采用不同的功率供电，如熔化期采用最高功率及最高二次电压供电，在精炼期使用较小功率及低电压供电。在功率要求一定时，工作电压提高，可用减小电流，因而可用提高功率因数和cosφ和QUOTE，为此变压器要设置若干级二次电压。首先选最高一级的二次电压，其经验公式为：电压级数取决于最高二次电压和各个冶炼期对供电的要求。一般：最高级二次电压/V200～250250～300320～400>400电压级数2～44～66～88～18改变二次电压通过改变变压器高压侧线圈匝数及其接线方法来实现。一半用高压绕组三角形获得，另一半用星形连接获得。故取14级7.1.3电极直径（d电极）电极是将电流输送到熔炼室的导体，当电流通过电极时，电极会发热，此时会有8%左右的电能损失。当功率一定时：电极直径减小，电极上的电流密度I/S增大，电能损失增大。电极直径增大，电极上的电流密度I/S减小，电能损失减小，因此希望电极直径大点。但是如果电极直径太大，电极表面的能量热量损失增加，所以电极直径不能太大，应有一个合适的值，以保证电极上的电流密度在一定范围内，根据经验，电极直径可按下式确定：式中——石墨电极500℃时电阻系数，；K——系数，对石墨电极；I——电极上的电流强度，；式中U——最高二次电压。不同尺寸的电极I/S值见表7－1。表7－1不同尺寸的电极I/S值QUOTE/mm100200300400500600I/S/(A/cm2)282017151412为了减少电极消耗，露出炉顶外的那部分电极温度：石墨电极≯500℃，为此电极上的电流密度不应超过该尺寸电极的I/S允许值，以免电极温度过高。取电极直径为7007.1.4电极心圆直径（d三极心）d三极心：过三个电极极心的圆周直径。d三极心过小，三根电极彼此靠的比较近，电极距离炉壁远，对炉壁寿命有利；但是炉坡上的炉料难熔化，熔池加热不均匀，炉顶中心结构强度差，容易损坏，并且电极把持器上下移动困难。如果电极心圆直径d三极心太大，电弧距离炉壁近，加剧炉壁损坏。电极心圆直径的经验值为：d三极心＝（0.25～0.3）D（7－4）式中：D——熔池直径。则：d三极心＝0.3D＝0.27×5844＝1578mm。表5－2变压器功率和电参数项目参数项目参数变压器视在功率QUOTE70MV·A电极直径QUOTE930mm最高的二次电压U615V电极上的电流密度I/S9.5A/cm2电极电流强度I64597A电极心圆直径d三极心1578mm7.2短网的设计电路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。短网的结构如图所示，主要由硬铜母线（铜排）、软电缆和炉顶水冷铜管几部分组成，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电动力，所以目前绝大多数电弧炉的短网都采用铜来制造，而很少采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。有的电炉为了简效应和邻近有的电炉为了简效应和邻近效应矩形铜排的高宽比为化结构，减少维修，采用空心铜管，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（如图5－2所示），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，采用多根软电缆并联连接。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10mm。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相同，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增强与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”。电流愈大，三相电弧功率的不平衡现象愈严重。三相电弧功率不平衡对电炉炼钢是很不利的，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，或改进平面形布置。（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。连铸机设备选型及技术性能根据所炼钢种和尺寸的要求选择连铸机。选择连铸机时选择小方坯连铸机,机型为弧型。8.1钢包允许的最大浇注时间为了使钢包内的钢液不致因散热太多而形成包底凝壳，又能充分发挥其延长浇铸时间的潜力，保证浇铸的顺利进行，必须适当地确定不同容量的钢包允许浇铸时间。克伦纳及塔尔曼经验公式式中——钢包允许的最长浇铸时间，min；G——钢包的容量，t；f——质量系数，要求严格的钢种f=10，要求较低的钢种f=16，f的差别在于对浇铸温度的控制要求不同，对于质量要求高的低温浇铸钢种，钢液过热度小，必然短，反之过热度可大一些，浇铸时间可延长。8.2拉坯速度拉坯速度（简称拉速）以铸机每一流每分钟拉出的铸坯长度（m）来表示。拉速是设计连铸机的重要参数之一，在铸坯断面确定后，拉速对连铸机的生产能力起决定作用。在一定的工艺条件下，为得到最好的经济效益，在寻求最佳拉速时，必须满足两个最基本的要求：一是铸坯在出结晶器下口时具有一定的坯壳厚度，以防止过大变形和拉漏；二是铸坯内、外部质量良好。8.2.1理论拉速由凝固定律求铸坯出结晶器时的坯壳厚度为：式中——铸坯在结晶器内的停留时间，min；——铸坯在结晶器内的凝固系数，；它主要取决于结晶器的冷却条件，铸坯断面尺寸，钢液温度和性质，通常小断面铸坯取28～31；大断面铸坯取24～26。取铸坯出结晶器时最小坯壳厚度，取铸坯在结晶器内的凝固系数，=30。故铸坯在结晶器内需要停留的时间为：最大拉坯速度的理论计算式为：，式中——结晶器有效长度，取800。8.2.2工作拉速工作拉速是指连铸生产操作中能顺利浇铸，保证铸坯质量相对稳定的平均拉速。实际计算时，工作拉速常按如下经验公式求得：式中v——工作拉速，m/min;L——铸坯横断面周边长，mm；S——铸坯横断面面积，；K——速度换算系数，其值与钢种、铸坯形状、结晶器长度和结构、冷却制度等因素有关。一般板坯的K值为55～80。2铸坯的液相深度和冶金长度由凝固定律可知，铸坯全部凝固时，坯厚与时间的关系为：或设拉坯速度为v;液芯长度为，则式中D——铸坯厚度，mm；——铸坯液芯长度，m；v——拉速，m/min；——综合凝固系数，取28。冶金长度：，一般取8.3连铸机的流数当一台连铸机只浇注一种断面时，其流数n的计算公式如下：，取n=3式中G——钢包容量，t；t——钢包允许的浇铸时间，min；S——每流铸坯断面面积，；v——拉速，m/min；——铸坯密度，t/；镇静钢取7.6～7.8。即采用两台三机三流方式。8.4弧型半径连铸机的曲率半径（又称圆弧半径）主要是指铸坯弯曲时的外弧半径，单位为。它是弧形连铸机的重要参数之一，它标志着连铸机的形式和可能浇铸的最大铸坯厚度范围。同时也直接关系到连铸机的总体布置、高度以及铸坯的质量。弧形连铸机的曲率半径主要取决于铸坯的厚度，但通常在确定曲率半径时所考虑的无论是工艺上或质量上的要求，其实质都与液芯长度有密切关系。按经验式确定，连铸机的曲率半径可以按铸坯厚度的若干倍来做初步计算：式中C——系数，据目前连铸机的设计水平，C值波动在35～45，一般中小型铸坯取C=30～36，大板坯取C=40～45,碳素钢取下限，特殊钢取上限，该设计取C=32。8.4连铸机的生产能力的确定8.4.1连铸浇注周期的计算浇铸周期是指每次浇铸时间（）与浇铸准备时间（）之和，即：式中——浇铸周期，min；——浇铸时间（从中间包开浇至中间包最后1流浇完为止的总时间），min；——准备时间（从中间包浇完，至为下一炉浇铸填塞好引锭头及准备浇铸止的总时间），min；——钢包钢液量，t；——平均每次连浇炉数。8.4.2连铸机作业率连铸机作业率的计算公式如下：=式中——连铸机年作业率，%；——连铸机年浇铸时间，h；——连铸机年准备时间，h；——连铸机年非作业时间，h;——年日历时间，为8760h。8.4.3连铸坯收得率连铸坯收得率计算公式如下：，取8.4.4连铸机生产能力的计算(1)连铸机年产量（）式中——连铸机年产量，吨/年；——钢包钢液量，t；——平均连浇炉数；——连铸坯收得率；可取95%～96%；——连铸机年作业率；——浇铸周期时间，h。一般连铸机应有10%左右的富裕生产能力，本设计富裕生产能力为：（2）最高日产量及最高日浇铸炉数最高日产量及最高日浇铸炉数是指连铸机24h无故障浇铸的最高产量及浇铸炉数。这个数据用于计算后步工序、辅助系统及吊车等的装备能力及通过能力。最高日浇铸炉数按下式计算：，取为26炉。最高日产量按下式计算：式中P——最高日浇铸炉数，炉/日；N——每次连浇炉数，炉/次；——浇铸周期，min；——等钢液时间，min；——最高日产量，t；——钢包钢液量，t；——连铸坯收得率，%。由于冶炼时间与浇铸周期的时间差所造成的等钢时间（）是影响连铸机生产能力的一个主要因素，其损失时间（t）为：式中——年等待时间，d；——连铸机作业率，%；——每次浇铸等钢液时间，min；——每次浇铸周期，min。在进行总体方案设计时，应通过调度图表的合理安排，尽量减少等钢液时间。为此应注意以下几方面：连铸机的浇铸时间与冶炼周期保持同步关系；连铸机准备时间应尽量小于炉子的冶炼周期。8.5中间包及其运载设备中间包是连铸工艺流程中，位于钢包与结晶器之间的过渡容器，即钢包中的钢水先注入中间包再通过其水口装置注入结晶器。中间包车是中间包的支撑、运载工具。它设置在连铸浇注平台上，一般每台连铸机配备两台中间包车，互为备用，当一台浇注时，另一台处于加热烘烤位置。这样能提高连铸机的作业率，为快速更换中间包、多炉连浇创造条件。中间包的作用是稳定钢流，减少钢流对结晶器中初生坯壳的冲刷；能储存钢水，并保证钢水温度均匀；使非金属夹杂物和钢液分离、上浮；在多流连铸机上，中间包把钢水分配给各支结晶器，起到分流的作用；在多炉连浇过程中，中间包内储存的钢水在更换钢包时能起衔接作用，从而保证了多炉连浇的正常进行。随着对铸坯质量要求的进一步提高，中间包也可作为一个连续的冶金反应容器。可见，中间包有减压、稳流、去渣、贮钢、分流和中间包冶金等重要作用。8.5.1中间包的形状和构造本设计采用长方形中间包。中间包包括:包体,包盖,塞棒和水口等。为了使夹杂物上浮通常设有砌挡墙,堤坝过滤器。9.5.2中间包的主要工艺参数1中间包的容量若铸坯断面积为S(),平均拉速为v(m/min),更换钢包的时间为t(min),流数为n,钢水密度为（t/）时，则中间包的容量应为目前，多数工厂中间包的容量按钢包的容量确定。由经验按钢包容量的15%～40%确定。因此，，取G=36t2中间包的主要尺寸与包壁斜度中间包高度取决于钢水在包内的深度和钢包注流的搅动深度，钢水深度一般为500～600mm以上，取钢包内钢液深度为750mm。包内钢液面到中间包上口应留有200mm左右高度，因此中间包长度主要决定于铸机流数和流间距，应使其边部钢流能注入到最外边1流的结晶器内，过长会使边部钢水温度降低，耐火材料消耗增加。方坯流间距一般为1～1.3m。水口中心离中间包壁边缘约200mm。包壁斜度以10%～20%的倒锥度为宜。选取包壁斜度为15%.3水口直径水口直径要保证连铸机在最大工作拉速时所需的钢水流量。水口个数和间距，当铸坯宽度小于500mm时，1流只用一个水口。本设计的铸坯宽度为150mm，所以水口的个数和所浇铸的铸坯流数一样，即中间包内设置六个水口。水口间的距离即为结晶器的中心距，也是流间距，为方便操作该值应大于600～800mm，取水口间距为700mm。式中——浇铸能力，2.38；——重力加速度，9.8；——钢液密度，取7.7；——中间包内钢液深度，700mm，即0.7m。8.5.3中间包运载装置中间包小车是在浇铸平台上放置和运送中间包用的。为适应多炉连浇对快速更换中间包的要求，每台连铸机配备两台中间包小车，一工作一备用。小车运行要迅速，能快速更换中间包，停位准确。中间包在小车上要具有可纵向和横向微调的机构，使水口能与结晶器精确对中。为便于装卸浸入式水口，应设中间包升降机构（升降行程400～600mm）。目前，中间包小车运行速度为10～20m/min,最高达30m/min，操作顺利时，更换中间包的时间最快也需2～3min。车间需中间包小车台数为：2×2=4（台）8.6结晶器及其振动装置8.6.1结晶器的性能要求及其结构要求结晶器应该具有好的导热性,良好的刚性,内表面耐磨性好,结构简单,质量小,造价低,维修方便等特点.一般由铜内壁,外壳,冷却水缝三部分组成.本设计采用方坯型结晶器即管式结晶器。8.6.2结晶器主要参数选择8.6.2.1结晶器的断面尺寸及长度结晶器的断面尺寸：结晶器的断面尺寸应根据冷连铸坯的公称断面尺寸确定。由于连铸坯在冷却凝固中逐渐收缩，故结晶器的断面尺寸要比连铸坯断面的公称尺寸大，一般大约2%～3%左右（厚度方向取3%，宽度方向取2%左右），即124×203。考虑了铸坯可能的压缩和宽展，计算如下：式中——结晶器下口处内腔厚度，；——铸坯公称厚度，；——结晶器下口处内腔宽度，；——铸坯公称宽度，；——增减值，按铸坯断面的大小选取：8.6.2.2结晶器的长度：确定结晶器长度的主要依据是铸坯出结晶器时要有一定的厚度。根据实践经验，结晶器长度要保证铸坯出结晶器下口时的坯壳厚度大于或等于10～25mm。计算如下：结晶器有效长度：式中——结晶器出口处的坯壳厚度，取为10；——铸坯在结晶器内的凝固系数，取29；——拉坯速度，2130。考虑结晶器内钢液面波动，钢液面到结晶器上口应有80～120高度，故结晶器的实际长度：，取为3708.6.2.3结晶器的冷却水量钢水在结晶器内形成坯壳时所放出的热量主要由冷却水带走。水缝间隙取6mm，水流速取8，进水压力为0.5MPa，进出水温差为5℃。根据经验取结晶器单位周边长耗水量为130，则式中——结晶器耗水量，；——结晶器水缝面积，；——水缝内冷却水的流速，。8.6.3结晶器的振动装