2电弧炉炉型设计2.1电弧炉炉型设计电弧炉是电路炼钢车间的核心设备，电炉设计的好坏直接影响到炼钢生产的顺利与否。如果设计不合理造成先天性缺陷，一旦投产就很难再做改动，所以对于电炉设计应予以重视。2.1.1电弧炉炉型电弧炉炉型是指炉子内部空间的形状和尺寸，不同的熔炼炉因工作条件不同，供热热源不同而有不同的内部空间。电弧炉近于球形体，从减少散热面出发，以球形为最好。现代电弧炉炉体中部是圆筒形，炉底为弧形，炉顶为拱形。作为发热体，电极端部的三电弧位于炉内中心部位。电弧炉设计应保证高的生产率，电能、耐火材料、电极等消耗要低，同时要满足冶金反应顺利进行，故应考虑以下因素：（1） 选用大功率变压器；（2） 保证高的热效率和电流效率；（3） 采用高质量的耐火材料砌筑材料；（4） 炉子各部分形状和尺寸设计布局合理；（5） 炉子熔炼室容积能一次装入堆比量中等的全部炉料；（6） 炉子倾斜1020能保证钢液顺利流出。2.1.2熔池的形状和尺寸电弧炉的大小以其额定容量来表示，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，熔池容积逐渐增大，装入量或者出钢量也就不断增加。另外生产中还经常用提高炉门槛即造假炉门槛的办法来增加炉产量，这样就出现了超装问题，一般认为吵装20%50%为宜，不宜超装太多，大电弧炉基本上都不超装。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） 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。目前使用的多为锥球型熔池，上部分为倒置的截锥，下部分为球冠。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，加快炉料的熔化并及早造渣去磷。截锥形电炉炉破便于补炉，炉坡倾角45，其优点如下45角叫自然锥角，砂子等松散材料成堆后的自然锥角正好也是45（2） 熔池尺寸计算熔池容积V池。根据定义：V池=V液+V渣V液=T/液式中T出钢液量；液钢液的密度，取7.0t/m。V渣=G渣/液式中G渣按氧化期最大渣量计算，钢液量的3%（碱性）；渣34t/m，取3t/m。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，首先要确定一个合适的D/H值。在熔池容积一定的条件下，D/H越大，则熔池越浅。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，有利于钢渣之间的冶金反应，因此，希望D/H大一些。但是D/H太大，则熔池直径和熔炼室直径都增大，于是路壳直径增大，导致D壳太大，炉壳散热面积增大，电耗也增大，所以D/H又不能太大。如果D/H太小，熔池太深，钢液加热困难，温度分布不均匀性大。在氧化期应对金属进行良好的加热，并对熔池中的金属进行强烈沸腾搅拌，以使金属成分和温度均匀。当炉坡倾角45时，D/H一般趣=5左右教合适。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：V池=h2(D2+dD+d2)+h1(3+h12)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; 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利用上式可求出H和D的值。计算求得：V液=14.286mV渣=1.0mV池=V液+V渣=15.286mD=5405；H=1081；h1=216；h2=865；d=5405；2.1.3熔炼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熔炉坡与炉壁交界处的直径，为了防止钢液沸腾时炉渣冲刷炉壁砖或炉渣到大炉坡与炉壁砖交界处，炉坡应高于炉门槛（渣面与炉门槛平齐）约100左右，即当选定炉坡倾角为45时：D熔=D+100=5405+100=5505mm（2） 熔炼室高度H1金属炉门槛至炉顶拱基的高度为熔炼室高度。炉衬门槛较金属门槛高80100。从延长炉盖寿命和多装轻薄料考虑，希望熔炼室高度H1大些，因为增大熔炼室高度H1，炉盖距电弧和熔池面距离远，炉盖收到的辐射热相对少一些，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：炉壳散热面积大电耗多；电极长电阻大。经验值H1/D=0.440.40.40t电炉，本设计取0.42，则H1=0.42D=2270（3） 炉顶高度h3炉顶高度h3与熔池室直径D有如下关系： =（因炉顶砖不同而异）本设计取，则：h3=5505=688至此，渣面至炉顶中央高度H2=H1+h3=2958（4） 熔炼室上缘直径D1一般熔炼室要设计成上大下小倾斜形的，即D1D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，可多装些轻薄料。另外下部的炉衬接近于炉渣，侵蚀快些，炉衬下厚上薄可以使整个熔炼室炉衬寿命趋于均匀。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：D1=D熔+2（H1-100）10%=59392.1.4炉衬及厚度（）的确定炉衬组成：炉壳石棉（100）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，但是炉衬厚度增加与热损失减少并非线性关系，厚度达到一定值以后，再增加炉衬厚度，热损失减少不显著，反而因为厚度过大，而增加炉壳直径，耐火材料增加，散热面积增加，所以比较经济的办法是选择优质材料，使用较薄的炉衬。按经验值选，当吨位大于40t时：炉顶砖厚度350mm炉壁部位厚度：工作层460mm 绝热层75mm2.1.5炉壳及厚度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z与炉壳直径的关系见下表：D壳/m334466z/mm12151520252830本设计z取30mm。则D壳=5505+2（460+75）+60=2.1.6炉门尺寸的确定一般电炉设一个加料炉门和一个出钢口，其位置相隔180炉门尺寸经验值：炉门宽度=（0.250.3）D熔=0.35505=炉门高度=0.8为了密封，门框应向内倾斜812。2.2水冷炉壁与水冷炉盖2.2.1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。本设计选用管式水冷炉壁。整个水冷炉壁由612个水冷构件组成。水冷炉壁材质选用铜质，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200300mm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。2.2.2水冷炉盖超高功率电弧炉的水冷炉盖形式有管式和喷淋式，本设计选用管式，其材质为铜。整个水冷炉盖可由一个水冷构件组成或由56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20mm，30mm，水冷层厚度为200mm。内衬挂渣铆钉为20mm。炉盖内径的确定Dg=DB+2c。式中：Dg水冷炉盖的直径，mm； DB熔化室直径，mm； c添加系数，取其值为300mm；故：Dg+2c=6484炉盖上面开五个孔，其中三个位电极孔，电极周围砌有耐火砖。一个为排尘孔。后两个孔直径为450mm，炉盖圈的高度（包括环行凸圈）为260mm。环行凸圈的高度定为60mm，宽度也为60mm，宽度也为60mm。炉盖上还焊接有6根拉筋，起加固炉盖的作用。2.2.3水冷炉壁、水冷炉盖的安装采用框架悬挂式安装，其特点炉壁、炉盖无完整钢板炉壁、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。2.3偏心底出钢（EBT）设计2.3.1出钢口偏心距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（）来表示的，=E/(1/2Dk)。出钢口偏心距的确定，在满足出钢口填料与维护方便的条件下，应尽量小。主要考虑：一是减少出钢箱内（小熔池）与炉体内（大熔池）钢水温度与成分的不均匀性，有利冶炼操作；二是减少炉体的偏重。通过相关文献确定对于本设计100t电炉设计E=4.0m。2.3.2出钢箱切角出钢箱切角，即出钢箱与炉体中心的夹角。出钢箱与炉体（壳）的连接要满足耐火材料能平滑过渡，故要求相切，其切角随着炉壳直径的增大而减小，90120。本设计100t电炉取95。2.3.3出钢箱高度偏心底出钢电弧炉出钢口位于炉壳实出部分出钢箱的底部，利用出钢口开闭机构和炉体倾动机构，实现树立出钢及留钢、留渣操作。出钢口类似钢包水口，所用耐火材料材质为镁碳砖。出钢口用摆动式铰链盖板密封。为防止变形，密封处的盖板和出钢口尾砖均有石墨构成。电炉装料前，出钢口中填入一定粘度的含Fe2O310%的MgO-SiO2混合填料，任其自然充填牢固，将上部操作口盖板盖好，下部密封处盖板盖牢即可。密封盖固定在一个空心轴上，轴内通水冷却，轴安装在电弧炉摇架下部，用液压缸将轴快速转动到一定角度，即可实现出钢口开启和关闭。为防止超装、熔池氧化沸腾炉体后倾及出钢不顺炉体后倾时，钢水较长时间接触水冷过桥与出钢箱水冷盖板而造成危险，希望出钢箱高度适当大些，但过高对出钢口的填料与维护及炉体的偏重不利。本设计100t电炉取1.8m。2.3.4出钢口直径的确定考虑综合因素（如钢水的降温、生产率、卷渣及出钢操作等），常以出钢时间=120150s作为设计出钢口直径的依据之一。估算出钢口直径，可用下式：d=0.04G/(h)式中d出钢口直径，mG出钢量，t出钢时间，sh出钢口上方钢水深度，m计算中认为出钢过程中出钢口上方钢水深度变化不大。本设计100t电炉d=0.28m。2.3.5机械装置为了保证无渣出钢，应避免出钢箱上部的钢水产生漩涡，即应在炉体倾动至最大角度结束出钢时，使炉内仍保留一部分钢水。为此应使炉体迅速回倾斜，回倾速度约为3/s。偏心底出钢电弧炉，向炉门可倾动1020，向出钢口最大倾动15，总倾动角度为2527。电炉应设倾动液压缸与倾动摇架结构。2.4.1确定变压器的容量 电炉的生产率决定于电炉的容量，变压器的功率，电炉全年的工作天数，冶炼周期，电效率，热效率。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，它受电炉的容量，冶炼时间，炉衬材料，电效率，热效率等许多因素的影响，为了简化计算。把变压器功率与炉壳直径D壳联系起来，抛开其它影响因素，研究发现变压器功率与炉壳直径D壳之间存在如下关系。当炉壳直径D壳已知时，可用下面的经验公式选择变压器的额定功率。P视=式中P视变压器视在功率D壳 炉壳外径，6.635 m 额定装置时的熔化时间，0.75 h带入数据计算得：P视=71588kvA