电弧炉的最终版

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1、电弧炉炉体设计学生姓名：学生学号：院（系）：材料工程系年级专业：2010级冶金技术专业 指导教师： 董中奇助教助理指导教师：二O二年十二月摘要电弧炉炼钢是靠电弧进行加热的，其温度可以高达2000C以上，热效率比 平炉、转炉炼钢高。由于没有可燃烧气体，根据工艺要求可在各种不同的气氛中 进行加热，这能保证冶炼含磷、硫、氧低的优质钢，用各种元素来使钢合金化， 也能炼出各种类型的优质钢和合金钢。110吨电弧炉炉体设计，设计的内容包括 电弧炉炉型的尺寸和耐火材料的厚度、辅助的水冷壁、偏心底出钢的位置、变压 器功率和电参数、配料计算等，利用 CAD 软件完成电弧炉炉体及耐火材料的图形 绘制。设计的电弧炉用

2、材经济节省，结构合理，尺寸合理实用。关键字：电弧炉，炉体，耐火材料， CAD摘 要21 绪论11.1 前言 11.2 关于电弧炉的概述11.2.1 电弧炉的优缺点11.2.2 电弧炉的分类21.2.3 电弧炉的特征及组成21.2.4 电弧炉对耐火材料的要求31.2.5 电弧炉的冶炼工艺32 电弧炉炉型尺寸设计42.2 熔池的形状52.2.1 熔池直径和深度设计62.2.2 熔炼室尺寸设计62.3 电弧炉炉衬的确定82.3.1 电弧炉炉墙、炉底耐火材料选择及砌筑92.3.2 炉盖的耐火材料103 水冷炉壁设计123.1 水冷壁的主要参数及特点123.2 水冷组件材质选择133.3 水冷炉壁冷却水

3、耗量的确定143.3.1 炉壁最大热流的选择143.3.2 水冷面积的确定143.3.3 冷却水流量的确定143.3.4 炉壁水冷组件管径的选择153.4 水冷炉盖163.5 水冷炉壁、水冷炉盖的安装164 变压器功率和电参数的确定174.1 变压器功率的确定174.2 电极直径设计174.3 电极心圆直径设计185 参考文献181 绪论1.1 前言近现代主要冶炼钢方法包括转炉炼钢、平炉炼钢法和电炉炼钢法法。但平炉 炼钢法已基本淘汰，而电炉已取得长足的发展。转炉炼钢与电炉炼钢法最基本的 区别在于，电炉炼钢法是靠电能作为热源，而且电弧炉炼钢是应用得最为普遍的 电炉炼钢方法，转炉由钢水本身供热。我

4、们通常所说的电炉炼钢，主要是指电弧 炉炼钢，因为其他类型的电炉如感应电炉、电渣炉等所炼的钢数量较少。电弧炉炼钢得到迅速发展的主要原因：1) 废钢量逐年增加2) 钢铁工业迅速增长。由于发电设备大型化和技术不断发展，可利煤用部 分劣质粉发电，电的供应和价格相对比较稳定，使电炉炼钢有了比较可靠的能源 基础。此外，电炉用废钢比高炉、平炉炼钢的能耗低。3) 电炉趋向大型化、超高功率化，冶炼工艺化。4) 投资少，基建速度快，投资回收时间短。5) 钢液温度、成份易控制，品种适应性强，可冶炼牌号的钢多，同时还能 间断性生产。1.2 关于电弧炉的概述1.2.1 电弧炉的优缺点电炉炼钢是世界各国生产特殊钢的主要方

5、法，它具有以下的优点： 电炉炼钢的设备投资少、基建速度快； 炼钢的热能来自于电弧上，温度可高达40006000C，并且直接作用在 炉料上，热效率比较高，一般在65%以上。此外，冶炼中含有难熔元素W、Mo 等高合金钢； 电炉炼钢可以去除钢中含有的夹杂物和有害气体，以及去硫、脱氧、合 金化等，以此来冶炼出高质量的特殊钢； 电炉炼钢可采用热装或冷装，不受炉料的限制； 适应性强，可连续生产也可间断生产。电弧炼钢的缺点有： 电弧是点热源，炉内温度分布不均匀，熔池各部位温差较大； 炉气或水分，在电弧的作用下，能解离出大量的H、N,而使钢中的气 体含量增高。随着电弧炉技术的发展和完善，以及废钢等代用品的开发

6、与应用， 电弧炉流程可以使用废铁、废钢作为代用品，甚至可以使用比较多的生铁进行生 产冶炼。因此，在全球角度看，以电弧炉炼钢技术为代表的短流程钢厂生产的前 景十分广阔。1.2.2 电弧炉的分类电弧炉炼钢是利用电极上电弧产生的高温来熔炼金属和矿石的电炉。然而在 气体放电形成的电弧时能量非常集中，弧区温度达到在3000C以上。对于熔炼 金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺效率更高，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容 易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的冶炼。电弧炉可以按电弧的形式来 分为单相电弧炉、电阻电弧炉和自耗电弧炉等类型。单相电弧炉：这类电弧炉用单相交流电供电 ,炉料在电弧间接加热 ,单相 电弧炉多

7、用于铜和铜合金的熔炼。电阻电弧炉：炉子结构与炼钢电弧炉相似。工作时，电极下端埋在炉料 内起弧，除电极与炉料间的电弧发出热量外。由于，炉料也有很大的电阻， 因此电流通过炉料时炉料电阻也产生很大的热量。这类电弧炉主要用于矿石 的冶炼,因此又称矿热炉。自耗电弧炉：这种电弧炉的电极作为被熔炼钢的原料。熔炼时，随着原 料的不断被熔化，电极不断下降。熔化的钢水滴入用水冷却的紫铜筒形坩埚 内，冷凝成钢锭。这种炉子主要用于合金钢的熔炼。用于熔炼钛、锆、钨、 钼、钽、铌等活泼金属和难熔金属的自耗电弧炉，常在真空下工作，故称为 真空自耗电弧炉。从工业应用上电弧炉可以分为三类： 第一类直接加热式，电弧是发生在专用的

8、电极棒和被熔炼的炉料之间，炉料 直接由来电弧加热。主要用于炼钢，其次还用于熔炼铁、铜、耐火材料、精炼钢 液等。第二类间接加热式，是在两根专用电极棒之间产生电弧，炉料受到电弧的辐 射热，多用于熔炼铜、铜合金等。这种电弧炉由于噪声大，熔炼质量差，所已逐 渐被其它炉类所取代。第三类矿热炉，主要是以高电阻率的矿石为原料，在冶炼过程中电极的下部 一般是埋在炉料中的。该电炉加热原理是：利用电流通过炉料时，炉料电阻产生 的热量，同时利用了炉料和电极间的电弧产生的热量。所以又称为电弧电阻炉。 1.2.3 电弧炉的特征及组成电炉炼钢主要使用电弧辐射进行加热，有时用重油或吹氧加速熔炼，以降低 电能消耗，提高产量。

9、电炉炉内温度高，气氛变化大，冶炼周期短，同时在冷态 时进炉料。因此，电炉炉衬常处于高温、熔渣侵蚀和急冷急热的状态，工作条件 苛刻。电炉炉衬因部位不同，采用的耐火材料及其损毁机理也是不同的。电弧炉 炉顶（即炉盖）带有电极孔和排烟孔的球面形结构外环部分称为主炉顶，中间部分 称为小炉顶。炉顶能吊起成旋转，以便装炉料。炼钢电炉系由炉顶、炉墙和炉底 等几个大部分组成。电弧炉的组成包括： 电源部分：电炉变压器（整流器）、高压供电、低压电气控制柜等； 电极部分：电极升降装置、导电横臂、电极类等； 炉体部分：炉壳、炉盖、炉体倾转机构等； 短网部分：导电铜排、水冷电缆等； 冷却水系统。1.2.4 电弧炉对耐火材

10、料的要求耐火材料的生产主要包括原料的加工、配料与混练、砖坯的成型、砖坯干燥、 制品烧成等几个步骤。耐火材料通常是指主要有无机非金属材料组成的且耐火度 不低于1580C的材料和制品。耐火材料是为高温技术服务的基础材料。它与高 温冶炼工业的发展有着密切的关系，相互依存，互为促进，共同发展。在一定条 件下，耐火材料的质量品种是高温技术的发展期的关键。1.2.5 电弧炉的冶炼工艺上炉出钢f补炉f装料f熔化期f氧化期f还原期f出钢补炉：上炉出钢毕，迅速将炉体损坏部位进行修补，以保证下一炉钢的冶炼。 新炉子在炉役期的前几炉可不补炉。装料：将配好的炉料按一定规律装入料罐中，然后将料罐吊至炉前，打开炉 盖，将

11、炉料一次卸入炉内。一炉钢可视情况一次装料或多次装料。熔化期：从通电至炉料完全熔清称为熔化期。其主要任务是迅速熔化全部炉 料，并及早形成一定的炉渣，起到稳定电弧、防止金属挥发与吸气，提早脱 P 等作用。氧化期：待炉料全部熔清后，取样分析，进入氧化期。其主要任务是最大限度地脱P、去除钢中气体（H、N）和非金属夹杂物，并升温至稍 高于出钢温度。还原期：氧化期任务完成后，停电扒除氧化渣，重新造新渣，进入还原期。 其主要任务是脱0、脱S,调整钢液的成分和温度。出钢：当钢液成分和温度均符合出钢要求，则打开出钢口，摇炉出钢。出钢 时要做到钢渣混冲，利用钢渣在钢包中激烈运动，最大限度地脱S,并防止二次 氧化、

12、二次吸气。2电弧炉炉型尺寸设计图丨炉体蜻拘丰皐曹1 制土鋒 卑沱一谍帝星注一堤站辕诃一出锅口汚一讦穴, 氏亠护颈蔓丁电接甬电麽阳M门妙封1 li螢口怛f1忖门门3新门巫礼4一护门越2.1电弧炉的设计要求电弧炉的整体设计是包括机械、电气、热工、冶炼、耐火材料等多个方面。 随着钢质量要求不断的提高，冶炼工艺不断革新，因而也向炉子结构设计（包括 耐火材料砌衬）设计提出了更高的要求。正确设计电弧炉应保证炉子生产率高， 电能、耐火材料和电极的单位消耗低，同时应满足多品种的钢冶炼时冶金反应的 顺利进行。因此必须考虑如下几个方面：1）选定大功率变压器；2）提高热效率和电效率，即减少热损失和电损失；3）采用高

13、质量耐火材料砌筑炉衬；4）炉子各部分的形状、尺寸和结构设计合理，钢与渣接触面适当增大，以 促进熔池中冶金反应顺利进行，提高钢质量；5）炉子熔炼室容积应能一次装入中等堆比重的全部炉料；6）炉子倾动3045能保证全部钢液顺利流出。计算参数要求：1) 求出炉内钢液和熔渣的体积，一般常以炉容量的公称吨位来进行计算；2) 计算熔池直径和熔池深度；3) 确定熔炼室直径和熔炼室高度；4) 确定炉顶拱高和炉盖厚度；5) 决定各部分炉衬尺寸和炉壳直径；6) 决定变压器功率与电压级数和大小；7) 求出电极直径；8) 确定电极分布圆直径即三极心圆直径。2.2 熔池的形状电弧炉的大小以其额定容量(公称容量)来表示，所

14、谓额定容量是指新设计 的电炉熔池所能容纳的钢水量。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。电弧炉熔池的形状应利于 冶炼反应的顺利进行，砌筑容易、修补方便。目前使用的一般为锥球形熔池，上 部分为倒置的截锥，下部分为球冠(如下图所示)。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，加快炉料的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。H.hEH.I JTO埶蚯笛图 2.1 电弧炉尺寸图h： K协茂h3：抑高農卜：幫縊废Hl：熔池尺寸的计算熔池容积V池根据V = V + V 池液渣式(2.1)TV = 液P液

15、式(2.2)式中 T出钢液量；p液-钢液密度，6.87.0t/m3。GV = 渣 渣 P渣式(2.3)式中G渣-按 氧化期最大渣量计算，钢液量的7% (碱性)；p渣一34t/m32.2.1 熔池直径和深度设计在计算熔池直径D和深度H之前，首先得确定一个合适的D/H值。在熔池 容积一定的条件下，D/H越大，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，炉壳散热面积增加，电耗也增大，所以D/H又不能过大。若 D/H 太小，熔池太深，则钢液加热困难，温度分布不均匀性大。在氧化 期内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，以促使金 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：兀兀d2V = h