三 、偏心底出钢 ( EBT)
为改善电弧炉炉外精炼效果 , 采取了无渣出钢 — 偏心底出钢技术 。近些年来 , 不但新建的电弧炉采用 无渣出钢技术 , 而且许多槽式出钢的电弧炉也纷纷改 造成 EB T 电炉 (图 2) 。以下仅就近年来我们在实验 室研究及工程设计工作的进展 , 并在此基础上 , 提出 EB T 电炉设计原则 。
21 钢液面直径 D
对于额定容量 G 吨钢液 , 其体积 V g 为 :
V g = G/ ρg
(1)
式中 ρg ———钢液密度 , t/ m3
对于碳素钢 、低合金钢或超高功率炉中钢液 (合金化
前) 密度 ρg = 710t/ m3 。锥球形熔池的体积为 V g = V 台 + V 球 , 整理后有 :
三 、结论
(1) 蠕墨铸铁的抗拉强度随着等淬温度的降低先
增后减 , 等淬温度为 280 ℃时 , 抗拉强度最大 。
(2) 在一定范围内 , 蠕墨铸铁的伸长率随着等淬
温度的升高而增大 。
(3) 蠕墨铸铁的冲击韧度随着等淬温度的升高先
增后减 , 等淬温度为 320 ℃时 , 蠕墨铸铁的冲击韧度
有最大值 。
氏体转变的数量多少就不一样 。等淬温度越高 , 贝氏 体转变的数量越少 , 未转变奥氏体的碳浓度就越小 , 奥氏体的稳定性就越差 , 当未转变奥氏体的碳浓度小 到一定程度 , 待等淬结束后 , 空冷时就有一部分奥氏 体转变为马氏体 。等淬温度越高 , 马氏体数量就越 多 。当等淬温度升到 320 ℃时 , 基体中马氏体的数量 就增加到足以抑制由于残余奥氏体数量的绝对增大而 引起的冲击韧度继续增大 , 致使宏观上材料的冲击韧 度在 320 ℃时达到最大值 。此后 , 随着等淬温度的继 续升高 , 基体中由低碳奥氏体转变成的马氏体数量就 越多 , 宏观上 , 材料的冲击韧度开始减小 。这里 , 应 该注意到伸长率代表的材料塑性和冲击韧度代表的材 料韧性的区别 , 马氏体的产生对材料强度 、塑性 (伸 长率) 和韧性 (冲击韧度) 的提高均有负作用 。但 是 , 由于强度的变化对冲击韧度的影响远比对伸长率 的影响大〔1〕, 所以 , 在一定范围内 , 马氏体的数量 对冲击韧度的影响也比对伸长率的影响大得多 。
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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。
形 , 其厚度为 :
hz ≈ 4 V z/πD2
(3)
式中 V z ———炉渣体积 , m3 ( = Gz/ρz)
Gz ———炉渣重 , t
ρz ———渣密度 , t/ m3 ( = 218)
电炉氧化期渣量最大 , 占钢液重 6～8 %以上 , 占钢
液体积 15～20 %。泡沫渣操作是使渣体积成倍增加 ,
D = 210 ·C ·3 V g
(2)
式中 V 台 、V 球 ———分别为锥台 、球缺体积 , m3 C ———系数 ( = 01875 + 01042 D/ H) , 对 50t
炉 D/ H 取 4 , D = 410m , H = 110m
31 炉缸直径 —熔化室直径 Dr 对钢液面上很薄一层炉渣来说 , 可近似为圆柱
11 熔池形状 以公称容量 G = 50t 炉子为例 , 将炉体剖开 , 向 炉门方向看 , 熔池形状见图 1 。图中 , D 为钢液面直 径 , H 为钢液深度 , h1 为球缺状钢液高度 , h2 为锥 台状钢液高度 , d 为球缺直径 , α为锥台与水平的夹 角。 根据计算与经验 , D/ H = 3～5 。传统三相交流 电弧炉炉内熔池的传热仅为传导传热 , 熔池搅拌微 弱 , 故常将熔池设计成浅碟形 。浅碟形熔池 D/ H 比 值较大 , 有利于渣 —钢间的化学反应 , 但这种形状的 熔池散热快 。随着直流电弧炉 、底吹技术的采用 , 熔 池搅拌加强 , 熔池有加深趋势 , 即 D/ H 减小 , 未来
一 、电弧炉炉型尺寸的确定
对超高功率水冷炉壁 、水冷炉盖及偏心底出钢电炉 的设计来说 , 传统方法仍然适用 , 但若干影响因素要考 虑。随着超高功率电炉及相关技术发展 , 炉体形状向着 制造简便 、结构坚固 、砌筑容易及散热少的方向发展 。
1999 年 3 月 12 日收到初稿 , 1999 年 9 月 16 日收到修改稿 。
图 2 电弧炉 ( EB T) 结构图〔1〕
21 水冷炉盖 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 。 31 水冷炉壁 、水冷炉盖的安装 分为炉壳内装式和框架悬挂式两种 。前者炉壁 、 炉盖有完整的钢板炉壳 , 炉壁炉盖采取内装方式 ; 后 者炉壁 、炉盖无完整钢板炉壳 , 而是水冷的框架 , 依 靠悬挂在上面的水冷炉壁 、水冷炉盖组成完整的炉 体 。为便于运输 、安装 、维护以及提高寿命 , 将装有 水冷炉壁的炉体制成上下两部分 , 在水冷炉壁的下沿 与炉底及渣线分开 , 采用法兰连接 。
水温度与成分的不均匀性 , 有利冶炼操作 ; 二是减少
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炉体的偏重 。
一般 , E > Dk/ 2 , η> 1 , 如法国的 CL ECIM 集 团的 EB T 电炉 参 数 G/ Dk/ E 为 30t/ 413m/ 216m ～ 50t/ 512m/ 3105m～150t/ 713m/ 412m〔1〕。当然也有 η
关键词 : 电弧炉 超高功率电弧炉 炉体结构
随着超高功率电弧炉及相关设备与工艺的发展 , 电弧炉炉体结构也发生了很大变化 (包括水冷炉壁 、 水冷炉盖 、偏心底出钢等) 。那么 , 原有确定电弧炉 炉型尺寸的方法是否适用 , 现代电弧炉炉体结构的设 计遵循什么原则 , 这便是下文要回答的问题 。
Dr = D + 2 hz + (011 ～ 012) = D + 2 H2 (4)
式中 H2 = hz + (0105～011) 对于本例 50t 电炉 , H2 = 0115m , Dr = 413m
·42 ·
41 熔化室的高度 H1 熔化室的高度应根据炉内的热交换情况来确定 。 高度增加 , 炉顶热负荷减少 , 但炉顶对熔池非高温区 的辐射功率也减小 。另外 , 当熔化室直径确定后 , 熔 化室高度的大小决定了炉膛的容积 , 即影响装料次 数 、电极长度及车间厂房的高度等 。 对于炉容量为 5～250t , Dr/ H1 = 2～215 ; 美国 的电炉 Dr/ H1 取 2～211〔1〕, 即炉子越大 , 炉壁相对 矮些 。但考虑到废钢轻薄料日益增多 , 其堆比重降 低 , 故在确定熔化室的高度时 , 还应保证堆比重 γ 为 018～110t/ m3 的废钢能两次装入 , 第一次按 60 % 计算 。当废钢堆比重不能保证时 , 可适当提高炉壳高 度 , 成为高炉壳电炉 。对本例 50t 电炉取 Dr/ H1 = 2 , H1 = 2115m 。验算 : 50t 电炉的容积能否将堆比重为 019t/ m3 的废钢两次装入 (第一次按 60 %) , 废钢总 量按 55t 计算 。计算 50t 电炉总容积 V = 40m3 , 第一 次装入废钢重 G = γ·V = 36t (相当于 65 %) , 第二 次装 19t (相当 35 %) , 即熔化室高度合适 。 51 炉衬厚度 炉衬厚度是按耐火材料的热阻计算的 , 条件是炉 子在 炉 役 末 期 , 炉 壳 被 加 热 温 度 不 能 超 过 150 ～ 200 ℃。 (1) 炉底厚度 δ底 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 。美国的 3～350t 电炉的炉底厚度范围 δ底 = 230 ～ 900mm〔1〕, 对于 5t 以下炉子 , δ底 ≥ H ; 10 ～ 70t 炉 子 , δ底 < H ; 80t 以 上 电 炉 , δ底 = 900mm 。 (2) 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 > 400～600mm 。美国 10t 以下炉子 , δ壁 ≤300mm ; 10t 以 上 炉 子 , δ壁 = 350～400mm〔1〕。由此可以得出描述电弧炉的炉壳内 径为 Dk = Dr + 2δ壁 。对于 50t 炉子 , δ壁 = 450mm , 炉壳内径 Dk = 5200mm 。 (3) 炉壁与炉盖厚度 对于超高功率电弧炉大多 都采用水冷炉壁 、水冷炉盖 , 其厚度取决于水冷构件 的形式 、材质及炉内热负荷等 。配备水冷炉壁与水冷 炉盖的电弧炉结构见图 2 。
(4) 蠕墨铸铁的硬度随着等淬温度的降低而增大。
(5) 从提高等淬蠕墨铸铁的综合性能考虑为宜 。
参 考 文 献
1 《金属机械性能》编写组. 金属机械性能. 北京 : 机械工业出版
社 , 1982
(编辑 : 田世江)
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二 、水冷炉壁与水冷炉盖
11 水冷炉壁 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 200～300mm
11 出钢口偏心度 E 的确定 偏心度或叫偏心距 , 即出钢口中心到炉体中心的 距离 , 用 E 表示 。也有用偏心率 (η) 来表示的 , η