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。

(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，基金回收速度。

(5)钢液温度、成份容易控制，品种适应性大，可冶炼多种牌号的钢，同时还能间断性生产。

电炉炼钢是世界各国生产特殊钢的主要方法，它具有一系列的优点：

(1)电炉炼钢的设备投资少、基建速度快；

(2)炼钢的热源来自于电弧，温度高达4000～6000℃，并直接作用于炉料，热效率较高，一般在65％以上。此外，还冶炼含有难熔元素W、Mo等高合金钢；

(3)电炉炼钢可去除钢中的有害气体与夹杂物，以及脱氧、去硫、合会化等，故能冶炼出高质量的特殊钢；

(4)电炉炼钢可采用冷装或热装，不受炉料的限制；

(5)适应性强，可连续生产也可间断生产。

目前，由于炼钢电炉的大型化、超高功率化及冶炼工艺的强化，并与不断发展完善的二次精炼和连铸连轧技术相配套，已形成了自动化、机械化水平高、能耗低的专业生产体系，使得它在钢的生产中更具有竞争能力。

电弧炼钢的缺点有：

(1)电弧是点热源，炉内温度分布的不均匀，熔池各部位的温差较大；

（2)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代用品的开发与应用，电弧炉流程己可使用废钢、废铁的代用品，甚至可以用相当数量的生铁进行生产操作。因此，从全球角度看，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。

二、电弧炉炉型尺寸计算及变压器功率确定

1、电弧炉设计要求

电弧炉的整体设计是包括机械、电气、热工、冶炼、耐火材料等多门专业的工程。随着钢质量不断的提高，熔炼工艺在革新，也向炉子结构（包括耐火材料砌衬）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。

为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，即保证少的热损失和电损失；

（3）采用高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，钢与渣接触面积适当增大，以保证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30°～45°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级心圆直径。

2、电弧炉炉型计算

电弧炉的内部可分为两大部分，在炉壁下缘以下容纳钢水和熔渣的部分称作炉缸，或部分炉缸以上的空间可容纳全炉或部分冷钢铁料并在此进行熔化，称作熔化室。

熔池最好的形状是由截头圆锥和球缺组成的锥球型内型，炉坡倾角为45°（见图1）。这样的形状可保证炉料加速熔化，且易砌筑和修补方便，以及易于保持熔池形状。

2.1炉缸尺寸计算

确定钢液面的直径是由下面的经验公式计算的

钢液的体积 ：V=GV 。 (1-1)

式中 G ——炉子额定容量，t

V 。——一吨钢液的体积，m3/t ，V 。=0.14m3/t 。

钢液面直径： D=2.0C 3V m (1-2)

式中 C=0.875+0.042

H

D (1-3) 钢液面直径D 和钢液深度H 的比值H D 是确定炉型尺寸的基本参数，通常