现代电弧炉炉型及其炉体结构设计
真空自耗电弧炉演示教学
炉体结构
1.炉体固定，坩埚移动式。
此种炉型炉体被固定在金属结构物框架上不 动，而坩埚被设置在一个可以移动的小车上，装 炉时移动至炉体下方，提升坩埚以完成封炉操作。
优点：结构稳定，占地面积小。 缺点：生产效率不高。
2.炉体转动、坩埚固定式
此种此种炉型炉 体由一立柱支撑并 可立柱升降和绕立 柱旋转。 优点：生产效率高。 缺点：结构复杂，
罗茨泵
罗茨真空泵（简称罗茨泵）是一 种旋转式变容真空泵 。罗茨泵的 结构如图所示。在泵腔内，有二 个“8”字形的转子相互垂直地安 装在一对平行轴上，由一对齿轮 带动作彼此反向的同步旋转运动。 在转子之间，转子与泵壳内壁之 间，保持有一定的间隙，可以实 现高转速运行。由于罗茨泵是一 种无内压缩的真空泵，通常压缩 比很低，故高、中真空泵需要前 级泵。
观察系统
现代真空自耗电弧炉一 般都采用遥控操作。
因为电弧炉在熔炼过程 中有击穿坩埚产生爆 炸的可能性，因此都 把炉体用防爆墙与操 作间隔开，进行遥控 操作，为此必须在操 作台上及其附近装有 指示仪表、记录仪、 和观察装置。
构造特点
主要表现在〝同轴性〞 、〝再现性〞、 〝灵活性〞
的设计思想上。 同轴性：是指把阳极电缆靠近阴极电缆线并且都接在
炉子的上部，二者保持近距离平行，使得由于强大电流流 过导线，电极和炉体对所产生的感应磁场互相抵消，从而 减弱或消除了感应磁场对合金质量的不利影响并提高电效 率。
再现性：是指通过电控系统和重量传感器（电子称） 来控制熔炼过程中参数的稳定。
真空自耗电弧炉
真空自耗电弧炉原理
在抽真空低压的环境下或者是在 惰性气体保护下，自耗电极在低电压、 高电流的高温作用下，将其迅速地熔 化并且在水冷铜结晶器内进行再凝固。
菜钢50t超高功率电弧炉系统可靠性分析与改造
装 在倾 动平 台的 弧形 架 下表 面 ，在倾动 导轨上 表 面
加工 出导 向孔 。 在倾 动过 程 中， 弧形架 上 的导 向柱销 插人 导轨上部 的孔 内 ， 稳定倾 动 ， 以完成 出钢 和出渣 动作 。由于导 向孔垂 直 向上 ， 易落进钢 渣及 杂物 ， 极
收稿 日期 ：０６ ０ — ２ ２ ０ — ７ １
３ 系 统 改 造
按照 Ｈ Ｘ型炉盖旋 开顶 加料 、 操纵式 电弧炉 少 ， 系统
情况， 每次检修必须对其进行加固， 只能勉强维持生 产， 不能解决根 本 问题 ， 业风 险大 。 作
２１３ 倾 动 导 轨 ．． 原 电炉倾 动 导 轨 的导 向柱 销安
多 次 出现 泄压 、 油等 故 障 ， 漏 系统 工作 可靠 性 差 ， 生 产及 安全 的潜在 隐患大 ； 设备 陈 旧老 化 ， 液压 备 件价 格 昂贵 ， 制作 周期长 ， 给维护 造成较大 困难 。
维普资讯
第２卷 第３ ９ 期
２０ ０ ７年 ６月
山 东 冶 金
Ｓ ａ ｄ ｎ Ｍｅａｌ ｒｙ ｈｎｏｇ ｔｌｕ ｇ
Ｖｏ ． ９． ． １ ２ Ｎｏ３
Ｊｎ ０ ７ ｕ ｅ２ ０
・
生产技 术 ・
菜钢 ５ 超高功率 电弧炉 系统 可靠性分析 与改造 ０ｔ
炉体 ， 炉 体 吊装更 换 时 ， 在 必须 先拆 除 炉盖 ， 加 了 增 维修作 业 时间 ， 响了生产效 率 。 ） 影 ２随着 电炉用 氧量 的增 加 ， 尤其 实现 吃铁水 工艺 以来 ， 转框 架 内侧 经 旋
常粘满钢渣 ， 由于旋转框架与炉体的间距小 ， 在旋转
过程 中钢渣 便与 炉体产 生摩擦 挤压 ，造成 炉盖旋 转 困难 ， 并频繁 挤 断冷却水 管 ， 成较 多热停 工时 。３ 造 ） 炉盖 吊挂梁 与旋转 框架 为整体 结构 ， 在使用 过程 中 ， 由于炉盖上 方是 高温集 中 区 ， 环境恶 劣 ， 吊挂 梁使 用 不 到半 年 的时 间便会 出现 弯 曲变形 、 下垂等现 象 ， 导
40吨电弧炉炉体设计
目录一、电弧炉简介及其发展趋势 (2)二、电弧炉炉型算及变压器功率确定 (3)1、电弧炉设计要求 (3)2、电弧炉炉型计算 (4)3、炉子的变压器功率及电极参数确定 (8)三、电弧炉耐火材料的损毁机理及选择 (11)1、炉衬损毁机理 (11)2、炉顶用耐火材料 (12)3、炉墙用耐火材料 (13)4、炉底和出钢槽用耐火材料 (14)附录 (16)40吨电弧炉炉体设计说明书一、电弧炉简介及其发展趋势电弧炉是炼钢电炉的一种，也是目前世界上熔炼优质钢、特殊用途钢种的主要设备。
电弧炉炼钢技术已有100年的历史，第二次世界大战后电炉炼钢才有较大发展，在最近的20年，电弧炉炼钢技术发展尤为迅速，电弧炉的应用带来了炼钢技术的革命。
尽管全球粗钢年产总量的增长速度很缓慢，但以废钢为主要原料的电弧炉炼钢的产量所占的比重却在逐年上升。
2001年，电弧炉炼钢占世界钢产量的40％，成为最重要的炼钢方法之一。
与高炉铁水炼钢相比，其竞争优势在于投资费用和运行成本。
自60年代中期提出电弧炉超高功率概念以来，电弧炉建造趋于大型化、高功率化，出现现了多种新型式的电弧炉。
在发展大型电弧炉的过程中，美国曾用六支电极，由两台变压器供电，电弧炉为椭圆形。
发展大容量电炉和提高电炉自动化水平，采用大功率静止式动态补偿技术，用水冷构件代替耐火材料，炉盖第四孔直接排烟与电炉周围密封罩相连接的烟尘净化系统，炉盖第五孔机械化自动化加料系统，电炉使用还原铁比例逐渐扩大，炉外废钢预热，炉内燃料助燃，强化熔池用氧，开发底气搅拌系统和泡沫渣覆盖下的冶炼工艺，从冷却水和废气中回收热能，采用全连铸，发展纤维石墨电极和采用优质高效碱性镁碳炉衬等。
电弧炉炼钢得到迅速发展的主要原因：(1)废钢日益增多(2)钢铁工业迅速增长。
由于发电设备大型化和技术不断改进，可利煤用部分劣质粉发电，电的供应和价格比较稳定，使电炉炼钢有了比较可靠的基础。
此外，电炉用废钢比高炉——转炉炼钢的能耗低。
电弧炉
电炉装料情况
6.3 碱性电弧炉炼钢工艺
料篮布料情况
电极
电极下的高温区 焦炭块 难熔废钢 小料 小料 小料 中型废钢 大废钢 中型废钢 小料和轻薄料 小料和轻薄料 小料和轻薄料 石灰 石灰 石灰 （为料重的1～2％），块度＜60mm）
料斗布料示意图
6.3 碱性电弧炉炼钢工艺
三、熔化期
传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的50%～70%， 电耗占70%～80%。因此熔化期的长短影响生产率和 电耗，熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与 否。
调解电弧电流和电压的大 小，调整电极和炉料之间 的电弧长度，
高压电源→隔离开关→高压断路器→ 电抗器→电炉变压器→低压短网→电极
保护和信号回路 检测计量显示回路 电路 电极升降自动调节回路 电弧炉机械设备供电线路 （电磁搅拌线路）
高压电源 隔离开关
测量仪表用变压器
断路器
变压器一次侧 炉用变压器 变压器二次侧母线 变压器二次侧
熔末升温期
电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末升 温期。 此阶段因炉壁暴露，尤其是炉壁热点区的暴露 受到电弧的强烈辐射。 应注意保护炉壁，即提前造好泡沫渣进行埋弧 操作，否则应采取低电压、大电流供电。
炉料熔化过程与操作
熔化过程
点弧期 穿井期 主熔化期 熔末升温期
电极位置
送电→d极 d极→炉底 炉底→电 弧暴露 电弧暴露 →全熔
6.3 碱性电弧炉炼钢工艺
四、氧化期
是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、气体和夹 杂物。
当废钢料完全熔化，并达到氧化温度，磷脱除70％～80%以 上进入氧化期。为保证冶金反应的进行，氧化开始温度高 于钢液熔点50～80℃。 氧化期的主要任务
ZHTF01型1.5T真空自耗电弧炉的研制
定值， 操 作人 员可 决定 是 否启 动下一 步 的熔炼 开始 执行 程序 。 ３ ＿ ３称重 系统 称重系统作为电极进给系统的一个组成部分是熔速精确计算必 须 的装置 。除称重 系统参 与 控制 以外 的 所有 基 于其他 参 数基 础 上的 熔速计算方法结果都不如称重系统参与控制的结果 ， 并且精度较低。 当然 ，称 重 系统 在设 计 上也 必须 最 大程 度地 满 足严 格 的机 械和 电气 指标 要 求 ， 以达 到所 需 的精 度 ， 这 其 中包 括 ： 消除 电 极进 给 系 统 中摩 擦 力 的影 响 ， 所 设计 的系统 ， 使 摩擦 力成 为 封闭 的 内力或 通 过 固定 的 柔 性连 接减 弱 其对 称 重系 统 的影 响 。创 建 一个 精确 的带 有 导 向系 统 的水平 称 重平 台 ， 抵消 水平 分 力 ， 仅 留下 垂 直分 力用 于 称重 系统 的测
科技创新与应用 Ｉ ２ ０ １ ６ ： １ ￣ １ ｇ ３ ３ 期
工 业 技 术
Ｚ ＨＴ Ｆ ０ １ 型１ ・ ５ Ｔ真空 自耗 电弧炉 的研制
李 楠 赵 辉
（ 宝鸡稀有金属 装备设计研制所 ， 陕西 宝鸡 ７ ２ １ ０ １ ４ ）
摘 要： 文章介 绍 了 Ｚ Ｈ Ｔ Ｆ ０ １ 型１ ． ５ Ｔ真空 自耗 电弧 炉的 结 构 、 特 点 及 其 工作 原理 ， 这 是 我 所 为丹 阳 天工 有 限公 司 自行设 计 制 造 的
量。
30t高功率电弧炉技术参数及设备清单
概述1.技术方案的依据而编制的。
方案是按照三位一体短工艺流程生产线的基本要求和行业常规条件；并参照国家有关标准进行设计的。
2.设备特性2.1特点及用途30t高功率炼钢电弧炉采用管式水冷炉壁、管式水冷炉盖、偏心底出钢、采用铜－钢复合导电横臂、集束式大截面水冷电缆、变压器侧出线、水冷铜管短网、电极升降自动调节控制系统等。
炉体结构形式上采用连体式、可分离式炉壳、管式水冷炉壁、管式水冷炉盖、偏心底出钢。
还可根据需要在炉体上配备三支纯氧助熔烧嘴，炉门也可配炭氧枪以缩短冶炼时间，降低电耗成本。
采用泡末渣埋弧操作工艺，水泼渣技术。
本设备用于冶炼各种普碳钢、优质碳结钢、低合金钢、合金钢等，并为LF精炼炉设备提供初炼钢水。
2.2炉子年产量最大出钢量45吨每炉平均出钢量40吨（留钢～6吨）炉子冶炼周期时间≤120分每天冶炼炉数>13炉年作业时间310天单炉年产钢量≥16万吨2.3工艺流程炼钢工艺流程如图所示：附件一主要技术参数及设备说明一、30t高功率电弧炉主要技术参数序号名称单位数值附注1.1电炉容量公称容量t 30平均出钢量t 40 每炉留钢5-7t1.2平均冶炼周期min ≤1101.3单炉年产钢量万吨≥161.4年作业率％ 85 310天1.5日冶炼炉数炉>131.6摇架导轨中心距mm 5100 高架式1.7出渣方式水泼渣操作1.8炉体装置炉壳内径mm Ø4600熔池直径mm Ø3700熔池深mm 830 含渣层厚100-150mm 熔池容积m3 7.65炉底耐材厚mm 650钢液容积m3 5.7钢液质量t 38（新炉衬）比重7t/m3炉内总容积m3 31.75炉壳总高度mm 3500水冷炉壁面积m2 20.5 管式炉门尺寸（宽×高）mm 1000×760EBT出钢口直径 mm Ø130EBT出钢启动方式液压及手动水冷炉壁型式水冷密排管式炉壳更换方式可分体吊装上炉壳尺寸、重量下炉壳尺寸、重量、含耐材总重1.9 炉盖炉盖提升高度mm 400电极心圆直径mm 1150±10炉盖提升时间s <60炉盖旋开角度（°）-75旋开速度（°）/s ≤1.5传动控制方式PLC-液压炉盖水冷面积m2 17 水冷密排管式1.10 短网电参数相电抗绝对值mΩ/相 2.46三相电抗不平衡≤ 5％1.11 电炉变压器额定容量KVA 20000 可长期超载20％一次电压KV 35二次电压V 500-380-260二次额定电流 A 30388调压方式有载电动调压进出线方式顶进，侧出，三角形内封口1.12 电极升降装置电极升降行程mm 3100电极直径mm Ø450 国产高功率电极上升最大速度m/min 6下降最大速度m/min 4控制方式PLC-电液比例阀电极调节器响应时间s ≤0.31.13 炉体倾动装置出钢最大倾角（°）20 正常出钢12°-15°出渣最大倾角（°）15出钢（出渣）倾炉速度（°）/s 1 出钢快速回倾速度≥3 控制方式PLC-比例阀1.14 冷却水装置进水压力MPa 0.25-0.3(表压)带显示进水温度℃<35 带显示出水温度℃<55 有报警冷却水耗量m3/h炉盖160 工业水炉壁200 工业水变压器50 工业水其它m3/h 110 工业水合计520水质要求PH 7-8.5总硬度dH 10 以现有水质为准悬浮物mg/l ≤45 以现有水质为准导电率µs/min ≤500 以现有水质为准1.15 液压系统工作压力MPa 10－12泵流量l/min 117×3工作介质水一乙二醇（甲方自备）柱塞恒压变量泵型号ATV55DR额定压力/最大压力bar 350/400排量Ml/r 117配用电机Y225M-6 30kW数量台 3生产厂美国派克电液比例阀型号4WRGE16E200额定压力bar 315流量L/min 200数量台 3型号4WR225E325额定压力bar 315流量L/min 325数量台炉体倾动一个生产厂美国派克高压罐（皮囊储能器组）数量 1 组8个容积m3 0.8 （事故状态可将电极提起）集液箱容积m3 4.5材质不锈钢1.16 压缩空气系统耗量Nm3/h 4 不含炭枪用气压力MPa ≥0.41.17 耐火材料重量t -601.18 炉体吊装重量t -801.19 金属结构重量t -190 不含液压及电气设备重量二、机械设备说明30t高功率电弧炉为炉盖旋开顶装料式（操作形式：左操作），其机械部分由倾动装置、炉体装配、水冷炉盖、炉盖提升及旋转装置、电极升降装置、大电流线路、冷却水系统、液压系统、气动系统等组成。
电弧炉设计
电弧炉设计1.炉型设计新设计的电炉应具有如下特点：具有较高的生产率，电能、耐火材料和电极消耗低，满足多种钢种冶炼时冶金反应的要求。
一个新的电炉炼钢车间设计，第一应依照车间的生产规模和钢种要求合理的确定炉子容量和座数，然后进行电炉设计，包括以下内容：确定电弧炉的形状和尺寸，并选择变压器的变量和确定合理的电力参数。
设计步骤：①求出炉内钢液和熔渣的体积。
②运算熔池的深度和直径；③确定熔炼室空间的高度和直径； ④确定炉顶的拱高和炉盖的厚度； ⑤确定炉衬尺寸和炉壳直径；⑥确定变压器的功率与电压的级数和大小； ⑦求出电极直径； ⑧确定电极心圆直径。
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。
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。
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。
目前使用的多为锥球形熔池，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°。
熔池尺寸运算： ① 熔池容积V 池。
依照渣液池V V V +=；液液ρTV =式中 T —出钢液量；ρ液-钢液密度，6.8～7.0t/m 3。
渣渣渣ρG V =式中 G 渣-按氧化期最大渣量运算，钢液量的7%（碱性）； ρ渣—3～4t/m 3② 熔池直径D 和深度H 。
当选定炉坡倾角45°时，一样取D/H=5左右较合适。
由截锥体和球冠体的体积运算公式可知，熔池的运算公式为：）（）（池2121222h 4d 3h 6d d h 12+⨯+++=ππD D V 式中 h 1—球冠部分高度，一样取h 1=H/5；h 2—截锥部分高度，h 2=H-h 1=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-2h 2=5H-8/5H=17/5H ，整理得：330968.01.12D H V ==池1.2熔炼室尺寸熔炼室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。
真空自耗电弧炉
在真空环境下，通过自耗电极与坩埚之间产生的高温电弧，使电极逐渐熔化并 滴入坩埚中，同时坩埚中的金属也被熔化。在电弧的作用下，金属中的杂质被 挥发或浮出，从而达到提纯金属的目的。
发展历程及现状
发展历程
真空自耗电弧炉的发展经历了从实验室规模到工业生产规模 的转变。随着技术的进步和工业化进程的加速，真空自耗电 弧炉的容量不断增大，效率不断提高，应用领域也不断扩展 。
案例二
某核能发电企业利用真空自耗电弧炉制备核燃料棒，确保了核燃料 的高纯度和均匀性，提高了核能发电的安全性和经济性。
案例三
某化工企业采用真空自耗电弧炉生产高纯铝，其产品纯度高、质量稳 定，广泛应用于电子、医药等领域。
06
真空自耗电弧炉维护与保养
日常检查与维护
每日检查电弧炉的真空度，确保其处于正常工作范围。 清理炉膛内的杂质和氧化物，保持炉膛清洁。
电极升降机构
用于调整自耗电极与坩埚 之间的距离，控制熔化速 度。
真空系统
真空泵组
真空计
由多级真空泵组成，用于抽取炉内气 体，实现高真空度。
Байду номын сангаас
用于监测炉内真空度，确保熔炼过程 在合适的真空环境下进行。
真空管道
连接真空泵组和炉体，确保气体流通 顺畅。
控制系统
电气控制系统
包括电源、控制器、传感器等， 用于控制电弧炉的加热、熔化、
04
在遇到异常情况时，应 立即切断电源并通知专 业人员进行检修。
04
真空自耗电弧炉性能特点与 优势
性能特点
高效熔炼
真空自耗电弧炉采用电弧加热 方式，能够快速将电极材料熔
化，实现高效熔炼。
真空环境
在真空环境下进行熔炼，有利 于去除金属中的气体和杂质， 提高金属的纯净度。
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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 。
《铸造》1999111
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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
《铸造》1999111
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
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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