电炉设备

图5-9 电炉排烟除尘方法
2015/10/13
东北大学/阎立懿
25
2015/10/13
东北大学/阎立懿
26
图5-10 封闭罩（dog house）
2015/10/13
东北大学/阎立懿
27
2）除尘方法
除尘方法与特点：
大多数电炉的除尘采用干式布袋除尘法。它是用多 孔编织物制成的过滤布袋，有玻璃纤维的，工作温度 260℃，但寿命低为1～2年；有采用聚脂纤维，即涤纶的， 工作温度低135℃，但涤纶耐化学腐蚀性能好、耐磨，其 寿命高为3～5年。近年也有一些新材料的出现。
Id
r 2 x2
串联在变压器一次侧，用来增加电路电抗值，以稳定 电弧燃烧及限制短路电流。
2015/10/13 东北大学/阎立懿 33

电炉变压器
～是一特种变压器，与一般电力变压器相比，具有
以下特点：

变压比大，变压级别多，如100t / 90MVA超高功率电炉， K＝U1／U2＝35kV / 950～500V＝ 37 ～ 70 ，计19级；
2015/10/13 东北大学/阎立懿 38

电弧
电 炉 是 利 用 电 弧 产 生 的 高 温 （ 其 温 度 高 达 3000 ～
8000℃）进行熔炼金属的。
电弧是气体放电（导电）现象的一种形态。 气体放电的形式：按气体放电时产生的光辉亮度不 同可分为：无声放电 — 弱，辉光放电 — 明亮，电弧放 电—炫目 三种 。
冶金学—炼钢篇 阎立懿
东北大学钢铁冶金研究所
2010年4月27日～6月29日/逸夫楼405 （No12）
主要内容

炼钢学概述 炼钢基础理论


炼钢用原材料
转炉炼钢法
电炉炼钢法
2015/10/13
东北大学/阎立懿
2
上回讲过：

从废钢资源、能源供应、流程及环境保护等方面分析电
炉炼钢的发展前景；
钢铁工业对环境造成的污染，主要是向环境排放三废， 危害极大。其中影响无论深度、还是广度最大的是废气。 据GB9078-1996，1997年 1月1日以后建的炉窑（含电炉、 LF炉），其烟尘及粉尘的最高排放浓度按表5-1：
排放限制
地区类别
一类 二类
执行标准
一级 二级
烟(粉)尘排放浓度/mg/m3 100 150 禁止新建
顶大罩法，以及它们之间的结合法等，电炉排烟除尘方
法见图5-9、图5-10。 宝钢 150 吨双壳电炉则是采取三级排烟的结合法， 即炉顶第二孔排烟（单电极直流炉）＋电炉封闭罩＋车 间屋顶大罩，使之成为“无烟”车间，并采用炉顶第二
孔排出的高温废气进行废钢预热。炉顶排烟与封闭罩结
合法见 图5-10。
2015/10/13 东北大学/阎立懿 24
东北大学/阎立懿
6
图5-4 电炉机械结构图
2015/10/13
东北大学/阎立懿
7
大型电炉设备三维动画
2015/10/13
东北大学/阎立懿
8
1）炉体装置
～包括：炉壳与水冷炉壁，炉门及开启机构，出钢 口及其开启机构，水冷炉盖等，见图5-5。
炉壳 炉壳由钢板焊成，筒形炉身内径即炉壳内径， 是炉子主要参数之一。 水冷炉壁与水冷炉盖的形式 现代大型电炉均采用～， 其形式普遍采用的是管式。水冷炉壁布置在距渣线 300mm 以上的炉壁上。采用水冷炉壁后炉容积扩大，增 加了废钢一次装入量，提高炉衬寿命。 水冷炉盖由大炉盖与中心小炉盖组成，大炉盖设有 第四孔排烟，第五孔加料；中心小炉盖用耐火材料打结 成，安装在大炉盖中心。


电炉的电气设备
电炉电气特性与供电制度
东北大学/阎立懿 4
2015/10/13
5.3.2 电炉的机械结构
主要由四部分组成：

炉体装置；


炉子倾动机构；
炉盖升转机构； 电极升降机构。 电炉机械结构部件，见系列图。
2015/10/13
东北大学/阎立懿
5
图5-3 电炉结构分解图 2015/10/13

减排：一是减少“二垩英”的生成量，即减少含有苯环 结构的化合物，减少氯源及催化物质，缩短有机废气在 “二垩英”易生成温度区间的停留时间；二是排除，即
采取高效的过滤、物理吸附、高温焚烧、催化降解等措
2015/10/13
施。
东北大学/阎立懿
23
1）排烟方法
目前，世界范围电炉采用的排烟方法有：炉顶开孔 排烟法（由第四孔或第二孔）、电炉封闭罩法、车间屋

二次电流大，数以万计，如100t / 90MVA电炉的二次电流 为65kA，130t直流电弧炉的二次电流为120kA；


过载能力大，可长时间超载10％～20％；
机械强度大，冷却条件好。
2015/10/13 东北大学/阎立懿 34

电炉短网
～ 是指从电炉变压器低压侧出线到石墨电极末端 为止的二次导体，它包括电极、横臂、挠性电缆及硬母 线，见 图5-13。 由于这段导线流过的电流特别大，又称大电流导体 （大电流线路），而长度与输电电网相比又特别短 10 ～ 25m，故常称为短网或短线路。
布袋除尘法的特点是：

价格便宜、设备简单、运行可靠、操作容易，以及便于 增容；
布袋工作温度低，除尘系统占空间较大。
2015/10/13 东北大学/阎立懿 28

图5-11 除尘室布置图
2015/10/13
东北大学/阎立懿
29
布袋除尘器结构与工作原理
若干条数米长的布袋布置在除 尘室中，当烟尘经冷却后（＜135℃） 进入除尘室中，经布袋过滤后的净 气离开除尘室进入排气筒（烟囱） 排空；
三类
2015/10/13
三级
东北大学/阎立懿
200
20
电炉直接排放的灰尘量20000 mg／Nm3，每吨钢的
灰尘量高达15～20kg／t。粉尘粒度很细，≤１μm的超过
50％。 新起草的国家标准中规定，对电炉排放的灰尘量≤ 35 /20mg／Nm3，要求消除电炉烟气中“二垩英”的影响， 即要求排放气体中多氯二苯类化合物——PCDD/Fs (二垩 英也称戴奥辛—dioxin)浓度小于0.2ng-TEQ／Nm3（即＜ 0.2纳克毒性当量浓度/ Nm3 ）。
当布袋中灰尘（外壁或内壁） 聚积至一定厚度时，对气流的阻力 加大，布袋的内外压差增大，将触 发一个信号，启动空气反吹或振打 装置，使灰尘由布袋外壁（或内壁） 下落，进入到布袋除尘器下部的灰 仓中，再经铰笼运送至储灰室，灰 尘定期进行清理。
2015/10/13 东北大学/阎立懿 30
5.3.4 电炉电气设备
短网中因流过的电流很大，故要求水冷。 三相短网的布线方式影响三相功率的平衡；短网的 阻抗，影响输入功率的大小。
2015/10/13 东北大学/阎立懿 35
图5-13-1 电炉短网结构示意图 1-石墨电极;2-电极立柱;3-水冷电缆;4-变压器;
5-电极夹头;6-导电横臂;7-导电铜管
2015/10/13 东北大学/阎立懿 36
电气设备包括“主电路”设备和电控设备。
一般电炉炼钢车间的供电系统有两个：

一个系统由高压线（高压供电系统）直接供给电炉变压
器、然后送到电炉上，这段线路称电炉的 “主电路”或
叫“主回路” ；

一个系统由高压线供给工厂变电所，或直接通过变压器 送到需要用电的其它低压设备上，这也包括电炉的电控 设备，如低压配电柜，高低压控制柜及电极升降调节器

介绍“短流程”及其优点，电炉炼钢“三位一体”、 “四个一”；

电炉设备的大小与分类，电炉的技术经济指标：“641”、 “531”等。
2015/10/13
东北大学/阎立懿
3
第五章 电炉炼钢法
5.3 电炉炼钢设备及其电热特性
设备主要包括机械结构和电气设备两部分：

电炉大小与分类 电炉的机械结构 电炉排烟与除尘
年代末开始大量采用。炉盖升转机构大多为整体平台式
（图5-4） 。 炉盖升旋转机构主要由支承轴承、旋转架、炉盖顶 起缸、旋转油缸及旋转锁定装置等组成。这种结构（图57），它的炉体、倾动、电极升降及炉盖的提升旋转机构 全都设置在一个大而坚固的平台上—倾动平台，即四归一 的共平台式。因炉子基础为一整体（整体式），整个升转
等。
2015/10/13 东北大学/阎立懿 31
1）电炉的主电路
～ 或叫主回路，其作用
是实现电-热转换，完成冶炼 过程。主电路图见右图12:
1-高压电缆；2—隔离开关； 3-高压断路器；4-电 抗 器； 5-电抗器开关;6-电压转换开关 7-变压器；8- 短网; 9-电弧；10-钢水
2015/10/13 东北大学/阎立懿 32
2015/10/13 东北大学/阎立懿 15
导电铜管式横臂
2015/10/13
东北大学/阎立懿
16
图5-8 电极升降机构
2015/10/13
东北大学/阎立懿
17
铜钢复合导电横臂
2015/10/13
东北大学/阎立懿
18
铝导电横臂
2015/10/13
东北大学/阎立懿
19
5.3.3 电炉炼钢的排烟与除尘
主电路电器(元件)组成及其作用：

隔离开关 用以检修设备时断开高压电源（进线），为一无载刀 形开关。

高压断路器（开关） 为电炉的操作开关。当电流过大时，断路器会自动跳 闸切断电源，以保护电源和电器，为一有载开关。 种类有油、空气、磁吹、 SF6 及真空断路器（开关）， 后者使用广泛。 U

电抗器
2015/10/13 东北大学/阎立懿 22

危害：它的毒性十分大，是氰化物的 130 倍、砒霜的900
倍，有“世纪之毒”之称。具有“三致”毒性，即致畸、
致癌、致突变。导致初期胎儿的死亡、缺陷，造成儿童 的免疫能力、智力和运动能力的久性障碍；造成男性永 久性性功能障碍；造成女性子宫癌变畸形、乳腺癌。
来完成。 广泛采用摇架底倾结构，整个倾动机构由导轨、摇 架平台及驱动机构组成，见图5-6。 倾动机构驱动方式多采用液压倾动。
2015/10/13 东北大学/阎立懿 11
图5-6 倾动机构
2015/10/13 东北大学/阎立懿 12
3）炉盖提升旋转机构
炉盖旋转式电炉早在1925年就出现了，中国上世纪70
2015/10/13 东北大学/阎立懿 9
图5-5 炉体装置
2015/10/13
东北大学/阎立懿
10
2）炉子倾动机构
为满足出钢及出渣操作，要求炉体能前后倾动。对
于槽式出钢电炉要求能向出钢方向倾动42～45°出净钢水，
对于偏心底出钢电炉要求能倾动15～20°；还要求炉子能
向炉门方向倾动12～15°以利出渣，这些都要靠倾动机构
图5-13-2 短网结构示意图
2015/10/13
东北大学/阎立懿
37

电极
电炉炼钢用电极要求强度大、电阻低及热膨胀系
数小，故常用石墨电极。
因制造石墨电极的原料 —石油焦价格及加工成本 不断上涨，使得电极消耗占炼钢成本提高，一般 2 ～ 3kg/t( 高达 50 ～ 100 元 /t 钢 ) ，因而降低电极消耗十分重 要。 采取涂层电极、浸渍电极及水冷电极技术等，均 可使电极消耗降低5%～10%，其中水冷喷淋电极效果 好、使用广泛。
机构随炉体一起倾动。
2015/10/13 东北大学/阎立懿 13
图5-7 炉盖升转Biblioteka Baidu构
2015/10/13
东北大学/阎立懿
14
4）电极升降机构
～由电极夹持器、横臂、立柱及传动机构等组成，见 图5-8。 电极夹持器 用铜的或用内衬铜质的钢夹持器，夹持器 的夹紧常用碟簧式，而放松则采用气动或液压的。 横臂 用来支持电极夹头和布置二次导体（传统式）。 近年采用铜 - 钢复合的和铝合金导电横臂（先进），不但 结构简单，而且强度高、阻抗低，后者还具有重量轻、反 应灵敏等优点。 电极立柱为钢质结构，它与横臂连接成一个 Γ 型结构， 通过传动机构使立柱沿着固定的导向轮升降。 电极升降驱动机构 传动方式多为液压传动，起动、制 动快，控制灵敏，速度高12～18m／min。
2015/10/13
东北大学/阎立懿
21
有关二垩常识


何谓二垩英：它是一类化合物的简称，英文称dioxin（戴奥 辛）， 中文称二恶英，学术上称：多氯二苯并二恶英 polychlorinated dibenzo-p-dioxin（简称PCDDs）多氯二苯 并呋喃 polychlorinated dibenzofuran （简称 PCDFs ），在 学术界喜欢简称为PCDD/Fs。 它是无色无味、毒性严重的 脂溶性物质；非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶 于大部分有机溶剂；非常容易在生物体内积累，在环境中 很难自然降解消除。 来源：“二垩英”常以微小的颗粒存在于大气、土壤和水 中，主要的污染源是化工、冶金工业，垃圾焚烧、造纸以 及生产杀虫剂等产业。日常生活所用的胶袋， PVC （聚氯 乙烯）软胶等物都含有氯，燃烧这些物品时便会释放出二 垩英，悬浮于空气中。