第一章炉体的维护
炉体的维护简称护炉，它是电炉炼钢的一个组成部分。其宗旨是提高炉衬和出钢槽的使用寿命，降低耐火材料消耗，为优质、高产、多品种及冶炼的顺利进行创造条件。炼钢电炉的炉龄除与砌筑质量有关外，加强维护也是十分重要的。炉体的维护除包括烤炉、扒补炉、炉体的正常维护外，还涉及生产的连续性、设备条件、耐火材质、原材料的选择、冶炼工艺的制定及科学的管理与操作水平等。
第一节影响炉衬寿命的主要因素
一、高温热作用的影响
炼钢电炉的炉衬常处于高温热状态，一般冶炼温度常在1600℃以上。除此之外，炉衬还要承受急冷急热。虽然这种现象在冶炼过程中是不可避免的，但应尽可能地降低或缩短高温热作用的程度与时间，如快速扒补炉与装料、保证设备运转正常，尽量减少热停工等，均有利于提高炉衬的使用寿命。
二、化学侵蚀的影响．
炼钢过程中，自始至终进行着各种化学反应，尤其是在渣钢界面处更为激烈，渣线的形成原因主要在于此。炉衬的耐火材料在化学反应的作用下，极易剥落，正常熔渣中含有5％—10％的MgO，就是这种侵蚀的结果。
化学侵蚀与熔渣的组成及流动性有关。当渣中SiO2、P2O5，Al2O3或Fe2O3等酸性或偏酸性氧化物含量较高时，在高温下与碱性的MgO就要发生反应，生成相应的硅酸镁和铝酸镁等，使炉衬耐火材料表面熔点降低，进而加剧了炉衬的损坏。熔渣的流动性对化学侵蚀的影响主要表现在：稀渣碱度低，化学反应剧烈并能使熔池翻范，极易增加炉衬的热负荷；稠渣将使熔池升温困难、化学反应进行得缓慢，从而延长了高温冶炼时间，也促使炉衬的损坏。
除此之外，化学侵蚀还与钢液中元素的组成有关。当冶炼含有较高的Mn、Si、W或含碳很低的钢，或钢中混有少量的Pb、Zn等元素时，更加剧了对炉衬的侵蚀。如温度高于1600℃，钢中锰含量大于10％以上时，Mn将与耐火材料中的Si02发生下述反应：SiO2(固)+2[Mn)=[Si]+2(MnO) (3—1)
SiO2(固)+(MnO)=(MnO·SiO2) (3—1)
在上述反应进行的同时，耐火材料的软化点将降低到1150—1250℃范围内。为此，在冶炼ZGMnl3等钢时，冶炼温度不能太高，且要求操作迅速准确，以利于提高炉衬的使用寿命。
冶炼高硅钢时，熔渣中相应含有较高的SiO2，降低了熔渣的碱度而侵蚀炉衬。因此，当炉中加人大量的硅铁之后，应尽快出钢，这样既能防止硅元素的极度烧损，又能保护炉衬。冶炼高钨钢时，钢液中将出现钨酸根，在高温下，钨酸根对炉底也有腐蚀作用。在相同的条件下，冶炼含碳很低的钢时，由于(FeO)的含量高，(FeO)将与耐火材料中的SiO2形成低熔点的化合物，且又要求冶炼温度较高，这对炉衬必然造成严重的侵蚀。Pb 侵蚀炉底严重，甚至能造成漏炉的恶性事故，而Zn元素对炉衬的耐火材料也十分有害，尤其是它的氧化物极易聚积在耐火材料的孔隙中，使耐火材料膨胀造成破裂。
三、弧光的辐射或反射的影响
电炉炼钢是靠电能转换成热能来熔化冷料和加热熔池的，这种能量的转换与传递又是借用电弧的弧光来完成。与此同时，弧光的辐射热或反射热也会作用到炉衬上而使耐火材料软化。
目前，在电炉钢的冶炼过程中，弧光的辐射或反射对炉衬寿命的影响虽然还不能完全避免，但可通过各种途径尽量减少。如布料要合理，当炉底还没有形成足够深的熔池时，电极最好不要迅速到达炉底，从而防止炉底被弧光直接灼伤。装料时，固体冷料还应合理地占有熔炼室空间，使之送电后在不太长的时间里，弧光能被钢铁料所包围；在冶炼过程中，制造能将弧光包围住的泡沫渣，也能大大减少因弧光的辐射或反射对炉衬的危害。
四、机械碰撞与振动的影响
装料与布料不合理，在重料下没有装碎杂铁或装料前没有垫人适量的石灰，或料筐抬得过高，炉底炉坡可能承受大块重料的碰撞、振动与冲击而形成坑洼。倘若装料无人指挥或吊车运转不正常，结果造成料筐歪拉斜拽碰伤炉壁，或钢铁料挑选不严，在熔化期出现严重的爆炸等，均降低炉衬的使用寿命。冶炼车间噪音大，噪音波的冲击也是炉衬损坏的另一因素炉壁耐火材料的侵蚀指数与电弧电流和功率因数及电效率的关系如图3—1所示。
五、操作水平的影响
在冶炼过程中，低水平的操作对炉衬的危害极大。吹氧不当，氧管口的温度高达2100℃，如氧气火焰触及炉底炉坡或渣线等部位，极易造成直接烧穿。电力制度使用不当，容易出现前期温度过高或还原期后升温而使耐火材料损坏严重。造渣制度执行不当，如氧化渣过厚过稠而又低温加矿，开始时CO气泡排不出来，后来猛烈进发冲出，结果使炉内压力过大，容易造成炉盖坍塌。如果还原期因某种原因而造成熔渣过稀，使弧光反射严重，也极易加速炉衬的损坏。化学成分控制不当，造成重氧化而出现钢液过热，不仅延长了冶炼时间，又降低了炉衬的使用寿命，尤其是冶炼低碳高合金钢、高锰钢、高硅钢、高钨钢时更要多加小心。因此，提高操作水平，杜绝不正常的现象发生、尽量缩短冶炼时间，这对延长炉衬的使用寿命极为有利。
六、其他因素的影响
在一般的情况下，非连续生产的炼钢电炉其热态的耐火材料在空气中冷却时，必然出现粉化，从而易使炉衬减薄。此外，返吹法比不氧化法冶炼、氧化法比返吹法冶炼、矿石氧化比纯氧氧化冶炼易使炉衬侵蚀严重；不同钢种因元素的组成及操作工艺不同，对炉衬的危害也不一样。所以，合理地、适当地交错安排冶炼计划及冶炼方法，有利于延长炉衬的使用寿命。
在相同的冶炼条件下，造渣材料的优劣、成渣速度的快慢对炉衬的使用寿命也有直接的影响。如石灰熔化的速度慢，加剧了对炉衬的侵蚀，有时还过多地消耗萤石，而萤石对衬的使用寿命极为不利，更何况有的萤石中还含有Pb、Zn等元素，对炉衬的危害更大。如造渣材料中含有较多的粉末，这些粉末不仅严重地影响钢的质量，且当粉末随同炉气飞起，易与炉衬表面作用，生成低熔点的化合物，而促使炉衬层层剥落，这种腐蚀对高铝砖和硅砖炉盖的影响尤为严重。因此，在冶炼过程中对所用的造渣材料进行严格的挑选是十分必要的。
炉体上连接的水冷系统应确保使用正常，如果阻塞或漏水滴流在炉衬上，会加速了对耐火材料的热侵蚀；炉壳的封闭圈、电极圈、炉门等变形严重或不齐全，容易出现气体的对流，这不仅影响还原气氛的保持，贻误冶炼的正常进行，也加剧了炉衬的损坏速度。
极少数是因冶炼工艺制定不当，如冶炼方法或温度参数确定的不合理，或操作程序安排不妥等而影响炉衬的使用寿命。此外，烤炉的电力使用制度及其烤程的安排和扒补炉的操作水平等，也是影响炉衬寿命的重要因素。
第二节烤炉
为了保证耐火材料的良好烧结或炭化，以及去除其中的水份，对于新砌筑的焦油（沥青）镁砂或卤水镁砂炉衬，需经烧烤后才能使用，这就是所谓的烤炉，烤炉有两种方法：电烤法和火烤法。
一、电烤法
用电烤炉时，应根据变压器的运载能力、炉壳的结构与尺寸、炉衬的材质，合理地制定烤炉的电力使用制度及科学地安排烤程，使之有利于各部位均衡升温。对于焦油（沥表）作粘结剂的炉衬，烤炉开始时必须快速升温，以使尽早结焦，防止炉衬软化下塌。为此在开始阶段，最好采用高级电压，并以较大的功效送电烘烤；对于卤水作粘结剂的
炉衬，烤炉开始时必须缓慢升温，否则将会使炉衬发酥。为此在开始阶段（炉衬温度在6000C以下时），应该使用较低级电压，并以较小的功率送电烘烤。
碱性新炉衬在烤炉前，先在炉底垫入200mm厚的石灰，然后对正三根电极下，摆放两根或三根足够长的废电极，组成“T”字形或“△”形，并用电极块或大块焦炭挤住，以便引弧和保护炉底，然后降下电极送电烘烤。电烤时，第一个烤程可稍长些，之后每完成一个烤程，要停电10～15mm，并依次更换电流电压。停电的目的主要是促使气体充分的排除，同时检查电极的烧损及炉衬的烘烤情况，大约经过4～6个烤程即可满足要求。对于三新或水冷炉衬，根据情况可顺延2～3个烤程。
烤炉过程中，如出现两相送电应立即处理，以免电耗增加及炉内升温不均匀。有时摆放的电极离开了原来的位置，这主要是没挤住或垫入的石灰过多引起的。这种情况一旦出现，应立即停电进行处理。烤程合部完成后，吊出电极并扒出电极块和焦炭，然后即可装料冶炼。
为了节省电力消耗，新炉衬不经烤炉直接用于炼钢的作法，编者认为不能一概而论，如在卤水镁砂炉衬上就不宜推广使用。
表3-1和表3-2为装入量20t，变压器功率为7000k V·A，具有四级电压的电炉，烤炉的电力使用制度与烤程安排。
在特殊的情况下，如只烤炉壁，应采用较高级的电压，以便具有较长的弧柱。如只烤炉底炉坡，可完全采用较低级的电压。
二、火烤法
用水玻璃作粘结剂的酸性炉衬，常用火烤法进行烤炉，这主要是因为酸性炉衬的硅质材料加热时体积膨胀变化大，容易产生热应力，所以采用火烤法比较合适。炼钢电炉的火烤法一般是用木柴或煤气缓慢均衡升温至400℃，而后用焦炭、空气鼓风加热至1000℃左右，再改用电弧电热3—4h至1550℃以上，然后即可装料炼钢，当然也可全部用焦炭连续慢火烘烤3—4d，并用鼓风量调节火力强弱。用卤水作粘结剂的碱性炉衬也可用上述方法进行烘烤。
为了延长炉龄，每炉钢出完后，必须进行正常的扒补炉，如遇特殊情况，还得采用特殊的方式进行修砌垫补。
一、炉况的检查
上一炉钢出完后，要立即仔细检查炉况，并用工具重点探测、观察炉底炉坡，检查工作层的厚薄，是否有坑洼、上涨等，就是采取留钢留渣操作的电炉，这种例行检查也是周期进行。实际上，在每炉钢的冶炼过程中，自始至终都应检查炉况，且在炉体不良时，尤要如此。
在冶炼过程中，检查炉况的方法较多，如渣线或炉壁损坏严重时，相应部位炉壳钢
板温度高，或发红变色起鳞皮；炉底炉坡不良时，镁砂不断上浮，熔池面下降；如果平静的钢液突然跑火、喷溅，可能是炉底炉坡镁砂大量翻起或炉壁、炉盖剥落，也可能是水冷系统严重漏水引起的；扒渣抬电极时，有经验的炼钢工应不失时机地观察渣线、出钢口和炉门两侧及2#热点区等处，如有异常现象与征兆，及时进行处理，以防漏炉等恶性事故发生。
二、扒补炉原则、方法及补炉材料
1．扒补炉原则
扒补炉的原则是：快扒、快补、高温、薄补。补炉是将补炉材料喷投到炉衬损坏的地方，并借用炉内的余热在高温下使新补的耐火材料和原有的炉衬烧结成为一个整体，而这种烧结需要很高的温度才能完成。一般认为较纯镁砂的烧结温度约为1600℃，白云石的烧结温度约为1540度左右。但出完钢后，炉内的温度下降很快，因此有经验的炼钢工都是抓紧时间趁热快扒快补。薄补的目的是为了保证耐火材料良好的烧结。经验告诉我们，新补的厚度一次不应大于30mm，需要补得更厚时，应分层多次进行。
为使补炉材料能和原有的炉衬进行良好的烧结，在补炉前需将补的部位的残钢残渣扒净，否则在下一炉的冶炼过程中，会因残钢残渣的熔化而使补炉材料剥落，既稠化熔渣、污染钢液，也妨碍脱磷、脱硫、脱氧等物化反应的顺利进行。此外，残钢残渣如未扒净，就低温补炉或补得太厚，当冶炼温度较低时，往往在炉底上出现残钢残渣和补炉材料的混合层而造成炉底上涨。炉底上涨抬高了残线的正常位置，易使炼钢熔体在炉壁处蚀穿。当熔池温度很高时，上涨层也会浮起，从而影响后步冶炼的正常进行。
出钢后炉温下降较快，粘稠的渣熔点高，容易凝固，很难扒净。因此，为了补炉的需要，在上一炉出钢时，熔渣的流动性要好，出钢口要大无坎，渣钢尽量翻尽；如因炉底太深、炉坡太陡，残钢残渣剩留较多而对炉底无法检查时，应趁热往后炉坡喷投补炉材料，使后炉坡达到420~450，然后再次倾炉，可将残留的渣钢完全翻出。
2．补炉方法
补炉方法可分为机械喷补和人工投补；根据选用材料的混合方式不同，又分为干补和湿补两种。目前在大型电炉上，机械喷补已获得广泛的应用，设备种类也比较繁多，但喷补原理基本相同；人工投补多用于小型电炉上。人工投补质量差，劳动强度大，作业时间长，耐火材料消耗也大，效果不如机械喷补。
3．补炉材料
碱性电炉人工投补的补炉材料是镁砂、白云石或部分回收的镁砂；所用粘结剂为：湿补时选用卤水或水玻璃；干补时一般均掺入10％沥青粉，冶炼低碳钢，应不掺或少掺，炉况不良时，可多掺人一些。对于炉衬损坏严重的部位，也可掺人一定量的Ti02粉作为粘结剂，使之有利于烧结，但价格比较昂贵不经济。机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物。此外，还可掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。碱性电炉人工投补用的补炉材料，粒度要求见表3—3。
炉衬各部位的工作条件不同，损坏情况也不一样。渣线由于物化反应的作用而侵蚀严重，每炉必补；出钢口两侧因承受渣钢的冲刷也极易减薄；2#炉壁热点区是影响炉龄的薄弱部位；炉门两侧常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操作与工具的碰撞等，损坏也比较严重。因此，无论进行喷补或投补，电炉炼钢均应重点补好这些部位。
出钢前将补炉设备、工具和补炉材料准备好。上炉钢出完后，首先探测、观察炉底，然后扒净应补部位的残钢残渣，且迅速撬掉炉门处的残钢残渣并用镁砂垫好。补炉时一
般先补出钢口两侧及后半部渣线，然后再补前半部渣线，对于损坏严重的部位还要进行重点的修补或特殊的处理。出钢口要保持端正平整，凹陷之处用卤水镁砂垫补，凸起部位要打平，确保出钢畅通无阻。补炉如按上述程序依次进行，结果对炉衬的正常使用必然有利。
四、特殊情况处理
冶炼过程中，炉衬应保持正常的状态。但有时炉底炉坡也出现严重的减薄、坑洼或上涨、炉壁倒塌、炉盖局部坍塌等现象，这时电炉炼钢工应根据具体的损坏情况，选择合适的方式进行特殊的处理。
1．炉底炉坡严重减薄或有坑洼的处理方法
当炉底炉坡普遍严重减薄时，应先将残钢残渣除净，然后可采取垫补的方法进行处理。垫补材料一般采用卤水混合镁砂，比例是70％的镁砂粒(粒度为5—8mm)，15％—20％的镁砂粉掺人10％—15％的卤水混合均匀倒入炉中，如果炉温较高也可多掺入一些卤水，然后铲平压实，盖上一层铁板，在铁板上面投以适量的石灰即可装料。
当炉底炉坡出现局部的坑洼时，可采取镶补的方法进行处理。镶补是用块度约为30mm的镁砖块填入坑洼处，并用卤水混合镁砂填充空隙，填平后盖以铁板，在铁板上面投人适量石灰，即可装料。如果炉底炉坡的坑洼较小，镶补效果十分理想。
2．炉底炉坡上涨的处理方法
炉底炉坡上涨时，应趁高温用铁耙子扒掘或铲平上涨部位，也可用压缩空气或氧气吹平，然后在上涨处加入碎矿石和萤石；或装料时，将生铁装在下部，均有利于消除上涨。上涨非常严重时，应进行洗炉处理。常用的洗炉材料有注余渣、河砂、萤石或氧化铁皮等。洗炉时间不宜过长，一般为10—15min，洗炉后的熔渣必须彻底倾出，以免进一步侵蚀炉底炉坡。这种处理方法虽然效果较好，但电能消耗增加且浪费冶炼时间。
3．炉壁倒塌的处理方法
顶装料炉子的炉壁倒塌时，应根据不同的损坏情况，采取挡补或砌补的方法进行处理。当炉壁损坏面积不大时，一般多采用挡补。挡补分为干补和湿补两种；干补选用的材料为油砂或镁砂掺沥青。湿补的材料是用卤水混合镁砂，卤水量不宜过大，用手能握成团即可。挡补应趁热进行，装料后在挡补前要将不牢固的炉壁或残存的渣灰清理干净，打好基础，然后立铁板(铁板厚3—5mm)，在铁板和炉壁间堆放挡补材料并捣实，同时用铁块将铁板挤住，而后即可送电生产。挡补出钢口上部炉壁时，可先在出钢口内塞根圆木或钢管，也可堆放石灰为基础，以免出钢口被堵死打不开。
当炉壁倒塌面积较大或前水枕上部塌落时，一般在装料后采用镁砖砌补。砌补前要打好基础，为增加牢固程度，上下层砖缝要错开，同时用镁砂填充，两层之间也铺镁砂以利于良好的烧结。
4．炉盖局部坍塌的处理方法
当炉盖坍塌面积较小，而其他部位又很坚固时，可采取搭补的方法进行处理。炉盖搭补一般在熔化初期进行。操作是用钢筋将汤道砖串联起来，成排地搭放在坍塌处，在上面覆盖耐火泥或镁砂，当炉温升高后，便能进行良好的烧结。
第四节炉体的正常维护
一、炉底炉坡的维护
在一个炉龄期中，炉底炉坡难以保持原有的正常形状和尺寸,一旦出现出现严重减薄、坑洼或上涨等应及时处理。
装料前，炉底炉坡处应垫入足够量的石灰，用以防止大块重料砸伤，避免在熔化过程中，料中的Si、P、Fe等元素氧化形成SiO2、P2O5、Fe2O3等酸性渣而侵蚀炉底炉坡。装料时料筐不能过高，炉料中如需配入焦炭或电极块等配碳剂时应加在石灰上面，避免弧光将炉底炉坡直接灼伤。在冶炼过程中，严禁电极脱落，以免将软化的炉底砸成深坑。另外，装人量要保持相对的稳定，避免钢水量严重不足而侵蚀炉坡。
冶炼工艺制度的制定科学合理，温度合适，操作准确，避免重氧化；吹氧管不许触及炉底炉坡；保持设备运转正常，尽量缩短冶炼时间等，均是强化炉底炉坡正常维护的
重要措施。
二、炉壁的维护
炉壁各部位温度分布不均匀，补炉作业的重点为热点区。水冷炉壁的出现已经取得了极其满意的结果，但在冶炼过程中应经常检查水温、流量、严防停水和漏水，同样炉顶水冷系统也要保持正常，并防止循环水滴漏而热侵蚀炉壁。此外，装入量更要保持相对的稳定，严防超装过多侵蚀炉壁；装料应有专人指挥，避免料筐碰撞、剐伤炉壁。
为了减缓弧光及熔渣对炉壁寿命的影响，造渣要及时，渣量与流动性要合适，尽量避免弧光裸露、渣层过厚或碱度低、渣子稀而侵蚀炉壁。
渣线处的固体料不要轻易用氧管吹扫，熔化期的早期造渣尤为重要，它能防止渣中呈游离状态存在的SiO2、P2O5、Fe2O3等与耐火材料中的MgO、CaO发生作用，进而保护了渣线。此外，冶炼各期的温度要控制好，切忌急剧降温及后升温等。
三、炉盖的维护
炉盖设计要科学合理，拱度、高度、强度要合适，炉盖圈与炉壳的封闭圈要保持严合，防止倾炉时串动。砖砌炉盖要选择膨胀系数小的耐火材料，防止受热后个别凸起或被挤坏。此外，炉盖在使用前不仅要干燥好，而且还要有一定的预热温度。
在使用过程中，炉盖的高温作业层在空气中裸露的时间要尽量短，以减少急冷急热的不利影响。炉料如果高出炉身时，必须压平，防止炉料撞坏炉盖。升降或更换电极时，还应防止电极碰坏炉盖。粉末少的造渣材料能减缓对砖砌炉盖的侵蚀。炉盖上的积灰应经常吹扫，否则影响散热。炉盖的水冷系统要保持正常，电极圈要齐全且宽度要稍宽些。此外，还要严格执行造渣制度，如氧化渣的流动性要好，渣层不能过厚，避免CO气体排出不好及低温氧化或加矿过猛，防止炉膛内的气体压力远远大于炉盖重力和大气压力的总和而引起炉盖的坍塌；还原渣的流动性也要合适，硅粉及炭粉应尽早加入，尽量减少反射弧光对炉盖高温作业层的侵蚀。
除此之外，炉盖在升降、旋转、搬运及保存时，严防碰撞、振动、受力过猛而使其变形或坍塌；水冷炉盖不要与炉料接触，以免送电后被击穿。
四、出钢口和出钢槽的维护
1．出钢口的维护
出钢口应保持正常的形状和大小。它正常的形状是里口略大、外口略小的圆锥形，这样既有利于渣钢的流出，又能保证上部炉壁不易塌落。出钢口的大小也很重要，太大的出钢口堵塞困难，上部的衬壁也不坚固；太小的出钢口，出钢时间长，钢液降温快，二次氧化严重，难以做到大口喷吐、渣钢混出，影响钢液在包中的继续脱氧、脱硫与非金属夹杂物的上浮等。
出钢口还应保持干燥，潮湿的出钢口出钢时容易引起喷溅，并使钢中的气体含量增加；为了确保出钢顺利，里边有坎或其他障碍物时，必须铲平打掉，有坑或两侧有洞眼时，要用卤水或水玻璃混合镁砂并掺入镁砂粉在上一炉钢出炉后趁热填补。出钢口的堵塞应由里向外堵实、堵牢，不能只堵半截或只堵外面，以免钢液熔蚀出钢口的内壁。
2、出钢槽的维护
出钢槽应保持完整且干燥良好，既能保证出钢顺利，又不影响钢的质量，严重减薄或损坏的出钢槽不能用手出钢。每次出钢前，对出钢槽要进行清扫，做到无灰无垢，无残钢残渣。
在出钢过程，专职人员应注意观察出钢槽的各种弊病，做到维护时胸中有数，如需垫补在出钢后趁热进行。一般也是选用卤水或水玻璃混合镁砂并掺入部分镁粉为材质，也可嵌补镁砖，但修补后的出钢槽一定要保证槽内平直无坑无坎，使钢水流过时，既不起涡流又不四处飞溅。出钢槽两端的检查与维护尤为重要，因为出钢过程中，一旦根部漏钢，抢救困难；端部要求齐整不带“胡须”及无洞眼，严防多流，散流出钢，以确保钢液温度不大量的流失。
新更换或经修砌垫补的出钢槽要用煤气或木柴烘烤，使之干燥良好，避免出钢过程钢液的吸气或产生喷溅。
第二章钢包的使用与维护
第一节钢包的结构与烘烤
一、钢包的作用
钢包也叫盛钢桶、钢罐、大罐等。它的作用除了盛容和搬运钢液与渣液外，更主要是在出钢时，通过渣钢的包中的激烈搅拌使钢液得到充分的渣洗，以便进一步达到脱氧、脱硫，并使钢液的温度和成分获得均匀。另外，也通过钢液在包中静置一段时间（简称镇静），使气体得以排除，并使各种非金属夹杂物充分上浮，进而纯洁钢液，改善钢的质量，同时还可利用镇静时间的长短、钢包水口直径的大小以及通过浇注控制系统调整注温注速，从而使浇注操作得以正常的进行。此外，近年来各种炉外精炼的迅猛发展使钢包又兼为精炼的重要设备。
二、钢包的形状与结构
钢包的容量大小不一，主要取决于炼钢炉的产量和吊车起重能力。一个标准的钢包，除了能容纳全炉钢液和渣液外，还要考虑留有10％的超装余量，以适应炉料重量波动时的需要。对于精炼钢包，如用于真空、吹氩、喷粉等，要求一炉渣钢全部盛入后，钢包内的渣面距包沿留有500—1300mm的作业空间。但钢包也不宜过大，以避免散热损失大、耐火材料消耗高及操作不便等。在钢包容积一定的条件下，为了尽量减少钢包的散热损失，内表面积应尽量小；为了减轻结构重量、减少钢液的静压力及便于倒出残钢残渣，钢包的外形一般应制成上大下小的圆锥台体，并具有10％—15％的锥度。锥度过大会造成散热损失大，且重心不稳。为了有利于钢中气体的排除和非金属夹杂物的上浮及尽可能地降低开浇时钢流的冲击力，钢包不宜做成又细又高形。在特殊情况下，大容量的百吨包为了不增加钢液的静压力，有的还采用椭圆形的截面。
钢包的外壳是用钢板铆接或焊接而成，焊接外壳比铆接轻15％—20％，这样既节省了金属材料，又可在不增加吊车起重能力的条件下增加容量。外壳钢板的厚度是根据最大负荷来确定的，一般包壁和包底厚分别波动在14—30mm和20—40mm之间。包底结
构小于30t的多为平面，大于30t的多为曲面。
为便于包衬在烘烤和使用过程中排除水分，外壳
下半部应钻有适当数量的排气孔，孔径一般不小
于l0mm。
通常，在钢包外壳的腰部安有加强箍，
以加固外壳；箍的相对两侧各设一根耳轴，以便
吊运。大型钢包的耳轴下面还设有支撑座。耳轴
直径根据最大负荷下的剪应力确定。为保证钢包
在吊运和浇注过程中的稳定性，耳轴中心线必须
高于钢包重心的350—400mm。大中型钢包
上部有溢渣口，它一般比上沿低100—200mm，
位置应与耳轴错开，而小型钢包可根据情况决定
取舍。钢包的底部靠铸锭浇注台方向的右侧有一
注口，用来安放水口砖。如果是外装水口，包底
壳另有压板和打紧销轴，以防水口砖松脱。钢包
底部还设有3个包腿，以便落地摆正并保护水
口或滑板装置等。目前，炼钢车间常用的钢包均
装有塞杆水口装置或滑动水口装置，以便浇钢时用来控制水口的启闭。除此之外，为了保证吊运和开浇过程中不使钢包摇晃，在包的上沿安有卡子并与包梁固定。
三、钢包的主要尺寸
钢包的主要尺寸如图11-7。从工艺角度出发，钢包最关键的尺寸是它的深度与直径之比。从排出钢中气体和夹杂及减少钢液静压力来看，大直径小深度的钢包较好，但影响厂房的有效工作面积和增加结构的复杂性，且热量散失大；小直径大深度的钢包虽能克服前者的缺点，但又不利于钢牛气体的排除和夹杂物的上浮，或因钢液的静压力过大，浇注时易引起飞溅而使钢锭表面质量变坏。
或： （11-1）
H b ≈D b （11-2）
钢包的主要尺寸计算如下：
设p 为出钢量。考虑超装10%，钢液的重量为：
（11-3） 通常熔渣为钢液重的3%～7%，但设计时往往还要采用较大的数字，一般取15%。此时包中的渣量重为：
0.15×1.1p=0.165 （11-4）
又因为1t 钢液的体积为0.14m 3，1t 熔渣的体积为0.28 m 3，包中的钢液和溶渣的总体积为：
0.14×1.1p+0.28×0.165p=0.2002p （11-5）
而钢包的体积按下述公式计算： （11-6） H b =D b ，设钢包的锥度为0.15，测：
D H =D b -0.15H b =D b -0.15D b =0.85D b （11-7）
化简得：
v=0.6735D b 3 （11-8）
当式11-5和式11-8相等时，钢包的体积恰好符合要求，即：
（11-9）
（11-10）
（11-11）
则： （11-12）
又设包壁的砖衬厚度为 ，包底外壳钢板厚度为 ，则：
（11-13） （11-14）
再设包壁外壳钢板厚度为 ，包底外壳钢板厚度为
目前，炼钢车间常用的钢包规格及主要技术数据见表11-2
2.10.1～D H b b =p p p 1.11.0=+)4
44(322H b H b b D D D D H v ++=π36735.02002.0b D p =336674.06674.0p H p D b b ==35873.0p DH =c εd εb d b c D D 10.007.0==εεc δd δb d b c D D 012.0010.0==δδ
（一）钢包的内衬
钢包的内衬分为内、外两层。外层为非工作层，也叫保温层，内层为工作层。用于砌筑内衬的耐火材料虽有多种，但一般要求如下：
(1)需有高的耐急冷急热性和抗冲击与抗压性能；
(2)具有高的化学稳定性，以抵抗钢液和熔渣的侵蚀；
(3)所用的一切耐火制品的外型尺寸正确，不缺边缺角，以确保砌筑质量。
非工作层的作用主要是为了保温，且当工作层蚀薄时，还能防止漏穿的钢液烧坏包壳，以提高包壳钢板的使用寿命。这一层一般选择粘土砖砌筑。为了延长非工作层使用寿命，现已广泛采用耐火混凝土打结，特点是整体无砖缝，施工方便，效果较砖好，使用寿命可达2—4年，缺点是耐高温侵蚀性能差及防止漏钢的可靠性不大。工作层直接与渣、钢接触，承受着渣钢的高温化学侵蚀和机械冲刷及急冷急热作用，如损坏或减薄到一定程度应予以更换或修补。
工作层的衬砖有粘土砖、高铝砖、镁碳砖、铝镁碳砖及碱性砖(镁砖或白云石砖)等，但普遍使用的还是高铝砖、铝镁碳砖，而镁碳砖多用于炉外精炼的钢包上。此外，还有不定型耐火材料整体打结包衬的工作层。粘土砖来源丰富、价格低廉，且导热性差，保温性能好，但耐火度低、抗渣性能差、荷重软化点也不高。为了弥补粘土砖的这些弱点，多年来广泛采用油(焦油或沥青)煮砖，油煮时间以粘土砖煮透为宜。油煮砖使用前，表面沾附的油渣应予以清理，或在700度的温度下退火烧掉，以保证砌缝能符合要求。粘土砖经油煮后，气孔率大大降低，强度增加，荷重软化点显著提高。粘土砖经油煮后，因砖中粘土颗粒被炭素包围，空隙为炭素填充，组织致密，结构坚固，故气孔率降低，强度和抗渣性能提高，所以大幅度地提高了包衬的使用寿命。高铝砖含Al2O3较高，比粘土砖的耐火度高，抗渣性能好。因此，高铝砖砌制的包衬寿命比粘土砖的高。碱性砖衬耐火度高，抗渣性能好，且又不降低熔渣的碱度。但热稳定性差而导热能力强，包内钢液散热降温快，容易引起渣线附近结瘤，粘钢粘渣也严重并难于处理，因此，碱性砖衬在大包上的使用受到了限制。经验已经证明，选用不定型耐火材料整体打结包衬的工作层是提高钢包使用寿命的有效途径，并在炉外精炼包上也取得了可喜的成果。
（二）钢包的砌筑
小型钢包工作层一般上、下一致，大型钢包因下部与钢液接触时间长，侵蚀严重，多砌成由底向上逐渐减薄的阶梯形，有的为了节约耐火材料和减轻重量或扩大钢包容量而在包壁的一侧砌成塔形，使中心恰好对着出钢时钢流冲击的位置。目前，钢包内衬的砌筑有砖砌法、打结法、振动法和抛射法等，以砖砌法较普遍。砌砖前要先检查包外壳气孔是否畅通，包铁壳、耳轴等是否完好，否则不能用于砌筑。然后要按照规程规定准备泥料，并检查泥料的组成、粒度配比，调后的稀稠程度是否合平要求。其中泥料粒度要均匀，一般为0.5-0.8mm，太粗会沉淀，太细很粘；泥料不要受潮，受潮后和不开，易结疙瘩，粘结力差。除此之外，还要求泥料干净无夹杂。
非工作层虽不与钢液接触，但砌筑也不可忽视。它是工作层的基础，砌的好坏直接影响工作层的砌筑质量。非工作层先砌包底。首先在包底涂一层火泥，一般用水玻璃调
和耐火泥，配比为：水：水玻璃：3：1，好处是能使砖互相粘得牢，原形保持持久，同时又可使底层泥不过早粉化而发生窜动，从而避免或减少非工作层的涨高与凹下。然后平砌第一层和第二层。一定注重砌平，并将砖缝错开。砌时不管包是否放正，总要使包轴线垂直于砖平面，否则以后砌不好。包壁的非工作层要与包外壳靠紧、卡严，内表面要保持平整，并用泥料填实。对于原有的非工作层应仔细检查，发现松动、脱落和蚀损的部位要及时修复，以保证非工作层的正常使用。
因工作层直接与渣、钢接触，砌的好坏关系重大。包底工作层的砌筑要求横平竖直，砖缝与非工作层错开。此外，缝要严，泥料饱满而均匀，表面平整并应逐渐向注口倾斜，倾斜度一般为3％，以利于残余钢水流尽。包底座砖要找正、砌平、卡牢。砌筑前应检查其质量，对于有裂纹、缺角、结疤或内孔不圆等缺陷的座砖不得使用。为了防止漏钢，有的厂座砖底部用卤水镁砂填实。包底工作层的泥料多用水调和，如果用水玻璃调和，易干成疙瘩，无法砌且砖缝大；稀了泥料一挤就冒出且砖缝滑易窜动，况且水玻璃泥料的耐火度比水和的泥料低，因此多用水调和。
包壁工作层的砌法主要有万能弧型砖螺旋砌筑法和标准砖砌筑法两种。万能弧型砖螺旋砌筑是先用起坡砖砌成一定的坡度，然后用万能弧型砖平滑地螺旋式地砌筑。该法砌筑速度快，劳动条件好，包壁寿命也较高。标准砖砌筑的砖缝要纵横交错，上下不得重缝，块与块、层与层之间要挤严靠牢，且砖缝符合要求。无论何种砌法，包底工作层的使用条件比包壁恶劣，它接触钢液时间最长，承受渣钢静压力最大，清理残钢残渣时受的机械破损也相当严重，因此砌筑时要求包底比包壁厚。此外，各种砖均要嵌严，以免倒放时脱落，最上面应涂一层稠泥浆，以便处理包沿粘钢。砖缝挤出的火泥须刮净，工作面应保持清洁，以便于烘烤。
包衬砖缝砌的宽度和数量是决定钢包使用寿命的一个重要因素。一般要求砖缝宽度不超过2mm，为此要求耐火泥的粒度不应大于1mm，且火泥也不能调得太干。但砖缝又不能留得太小，如果都控制在1mm以下，包衬的寿命并不高，这是因为砖受热后没有膨胀余地而易损坏。当然，砖缝太小，泥料也往往灌不严。通常希望包底的砖缝还是小一些好。包底如果没有砖缝，凝钢在吊出时，就不会固有根而将砌砖破坏，并且清理起来也容易。生产实践还证明，垂直砖缝一般比水平砖缝熔损得快，这是因为在浇注过程中，钢液在包中下降的方向与砖缝重合而使砖缝受到较大的熔损。所以，砌砖时如何减少垂直砖缝的宽度就比减少水平砖缝的宽度尤为重要，而上下两层砌成对缝更应绝对禁止。
在生产车间，熟练的大包浇注工可根据砖缝的熔损情况来判断耐火泥和砖缝是否合乎要求，以利于提高并改进砌筑水平。一般是钢包使用几次后，如果砖缝内的火泥突出，说明火泥比砖熔损的少，表示耐火泥的质量比砖好；而当砖的棱角变圆且形成沟时，说明火泥比砖熔损的快，表示火泥的性能较差或表示火泥没有灌满砖缝，应找出措施进行改进。
五、钢包内衬砌后的烘烤
用于砌筑钢包内衬的耐火材料中含有水分，尤其是露天存放的耐火砖的水分更多，外加上砌砖时填充砖缝的湿泥浆如果不烘干，在出钢和浇注过程中，水受热变成气体，易产生爆炸或喷溅事故。此外，在高温下气体也能溶解于钢中，凝固时又放出而使钢锭上涨或产生皮下气泡等缺陷。通过烘烤可将包衬内的水分去掉，而且由于提高钢包内衬的温度，还可减轻钢液出钢过程对包衬的热冲击，也避免了钢液在包内的急剧降温。况且加热烘烤还可帮助砖缝内的泥料以较快的速度进行烧结，使衬砖成为具有一定强度的整体结构，从而提高了钢包的耐冲刷、耐侵蚀性能。所以，钢包内衬砌筑后，一定要经过充分的烘烤。
另外，新砌筑的钢包要立即烘烤，以避免因长时间不能及时的烘烤，而导致包衬的耐材发生粉化。钢包内衬烘烤时，根据选用燃料的不同可分为油(重油或轻柴油)烤、煤气(焦炉煤气)或天然气烤、焦炭(碎电极块)及木柴烤三类。各自的优缺点见表11—3。
表11-3 钢包烘烤方法比较
钢包烘烤应根据衬砖的性质制定合理的规章制度。但总地说来，烘烤良好的钢包是以不冒水汽为原则。一般情况下，初点火不希望大火或猛火烘烤，以避免衬砖耐急冷急热性能差而导致开裂。因此，多是先用小火烘烤，以便慢慢地排除内衬中的水分并使砖的温度逐渐升高，当内衬温度大于300℃后再改用大火烘烤。除此之外，钢包的烘烤时间也极为重要。因为气体水分在耐火材料中的扩散与排除需要烘烤时间来保证。烘烤时间的长短主要是根据钢包容积的大小和烘烤设备的不同而定，一般小修包要烤8h，大修包要烤16h，工作层的表面温度也应在600℃以上。用耐火混凝土打结的非工作层应自然于燥24h后再烤24h，然后方可砌筑工作层。
钢包是否烘烤好的检查办法，生产车间主要凭借经验。在正常烘烤后的情况下(既保证烘烤温度又保证烘烤时间)，首先观察钢包上部和外壳的排气孔有无水汽，如没有，再观看内衬砖的颜色，即粘土衬砖由原来的黄色变为黑褐色，不烧结衬砖由原来的深灰色变为白色，油煮衬砖全部变白，或正在烘烤的工作层表面下部最少有1／3以上发红，并用手摸外壳：夏天感到烫手，冬天感觉温暖就可认为烘烤良好。这里还需注意一种假象，就是钢包内衬已发红而外壳是凉的，这多是由于烘烤时间不足而采用猛火烘烤造成的。此外，就是粘土砖烤不透时，不是转变成黑褐色而是呈灰白色
六、钢包浇注的控制系统
塞杆水口浇注控制系统
塞杆水口浇注控制系统包括启闭机械、塞杆和水口砖三部分。启闭机械有套管(多用在大型钢包上)，滑杆等多种形式，均为连杆传动。除此之外，还有上下滑座、支架、小压柄、压铁等辅助部件。
塞杆由杆蕊、袖砖、塞头砖和压紧大螺帽四部分组成。杆蕊多由圆钢制成，用于塞杆开闭时将机械力传递至塞头砖，要求杆蕊笔直，两端螺纹规整无缺陷。杆蕊直径取决于它的高温强度，一般为30—60mm。杆蕊外面套有袖砖，用以保护杆蕊，使之免受渣钢侵蚀和防止它在高温下的软化变型。在出钢和浇注过程中，由于袖砖四周均需承受渣钢侵蚀、高温化学热冲击以及钢液静压力的作用，它的材质应具有较好的热稳定性、抗侵蚀能力和高温强度，其中热稳定性是主要的，因此多用粘土砖或油煮粘土砖，也有的使用高铝砖，但价格贵、热稳定性略差。
塞头砖是塞杆的重要组成部分，它装配在杆蕊的端部，同水口砖一起组成钢包的开闭装置。当启闭机械提升或压下塞杆时，塞头砖就离开或关闭水口砖，借以控制钢流的大小。塞头的尺寸取决于浇注时间，时间越长，尺寸就应越大，以防杆蕊过热和塞头脱落。塞头砖在水口砖上应有合适的座放深度，深度过大时，在塞头砖和水口砖接触的地方容易形成环形金属壳而相互粘结起来，深度太浅又压盖不严，容易漏钢。塞头砖在水
口砖内的正确位置如图11—8所示。塞头直径增加时，球型半径也相应增加，而座放深度减少；水口砖顶部直径增加时座口弧形半径和座放深度也跟着增加。正确的座放深度，一般说来，中小型钢包为33-35mm，大型钢包为40～45mm。塞头砖有粘土质、高铝质和石墨粘土质的，而以粘土质和高铝质的塞头砖应用较广，石墨粘土质塞头砖虽具有荷重软化点高、抗渣侵蚀能力强等优点，但制造困难，成本较高。塞头砖和杆蕊的装配连接有两种，如图11—9所示。插销式制作简单，但容易发生塞头脱落事故，因此使用较少。螺纹式制作要求严格，可靠性较大，但装配不当，易引起塞头炸裂事故。通常塞杆的上下大小是一致的。但因渣线部位侵蚀严重，或下部承受静压力较大，因此有的加粗些，还有的是采用油煮袖砖，以便提高塞杆的耐压强度和荷重软化点。压紧大螺帽的主要作用是将套好的袖砖压紧。
水口砖是浇注时钢流必经的部位。它有两种装配方法（见图11-10）：一是包内装配，多用于中小型钢包上；二是包外装配，多用于大型钢包上。无论是内装还是外装，内形都是弧面喇叭状的。内形制成喇叭状的理由是为了与塞头严密配合，确保不漏钢。水口
制成弧面是使塞头能顺弧面上移或
下滑，便于开关，而且喇叭状可减
轻钢水对水口砖的冲刷。此外，为
了稳定钢流，水口砖内形要有一段
直线长度，以避免散流，水口的该
段长度又称整流段。一般整流段长
度应等于水口直径的4倍，但过长
也有害处，如制砖困难、易发生水
口结瘤等。此外，在浇注过程中，
为保证注流圆而不散，又出现了梅花水口（十字形水口），使用效果也很好，水口砖孔径的大小主要根据浇注速度来选择，因而与钢包的容量、锭型、钢种、浇注方法和浇注支数有关，一般为50～60mm。对于粘度大的钢液，如高铝钢、不锈钢等，可选用65～70mm的直径。水口砖的材质有粘土质、高铝质、石墨粘土质、镁质、镁硅等多种，其中以粘土质和高铝质的水口砖使用较广。高铝质水口砖的耐火度较高，抗侵蚀能力较强，优于粘土质水口砖，但价格较高；镁质水口砖的缺点是热传导性好，水口易于结瘤堵塞；石墨粘土质水口砖虽然可以减少粘掉塞头事故，但制造困难，价格也较高。
塞头砖和水口砖的材质虽然较多，但为了避免发生粘掉塞事故，在使用时一般两者均采用不同的材质。
滑动水口浇注控制系统
滑动水口是50年代出现的新型浇注控制系统，目前已得到了广泛地推广。它的使用与塞杆水口浇注系统相比较，该种机构安装、调节简便，且在钢包外部进行，所以能大
大地改善劳动条件，同时也减轻了清理包内残渣的工作量，进而节省了许多劳动力。另外，钢包可连续使用，能够充分利用上一炉的余热，不但防止了因急冷急热所造成包衬耐材的开裂，提高使用寿命，还加速了钢包的周转且又降低了燃料消耗。采用滑动水口浇注控制系统代替塞杆装置后，不仅可以减少耐火材料消耗，降低钢的成本，而且也完全杜绝了塞杆水口浇注控制系统的一切事故。此外，滑动水口浇注控制系统不受出钢温度高和镇静时间长的影响，还有利于钢包内进行合金化、电磁搅拌、真空处理、吹氩、喷粉等炉外精炼以及实现自动控制浇注并为改善钢的质量创造了条件。
滑动水口浇注控制系统是由上水口、上滑板、下水口、下滑板等组成。上水口与上滑板固定在钢包的底部，相当于塞杆浇注的水口砖，但上滑板滑动面露于包底，外边并与滑动导轨平行。下水口和下滑板装在滑动机构的滑盒中，相当于塞头。在出钢时，上下水口眼是关闭的。浇注时，通过外力作用，使滑盒滑动，下水口和下滑板也跟着滑动，从而出现了上下滑板孔径的错位，以达到控制开闭和调节钢流的大小，使浇注速度满足要求，如图11—11所示。
实际上滑动水口浇注控制系统是由滑动机构和传动机构与耐火材料部件及调节机构四部分组成。滑动机构的主要作用是携带下水口、下滑板来回移动，以达到开浇、调速、
关闭的目的。它包括了拖盘或拖板、滑道、滑槽及
滑盒等。传动机构的主要作用是将外力作用于滑动
机构。它包括拖板接手、连杆(或拉杆)、压把、销
轴及杠杆轴等。耐火材料的部件是钢液浇注时的通
道，它包括上下方砖、上下水口和上下滑板。耐火
材料部件的质量是滑动水口浇注控制系统的关键。
首先要求上下滑板在高温情况下具有足够的强度，
以便承受钢液的静压力；其次要求上下滑板的滑动
面必须十分光滑，平整度要高，一般均小于0．1mm，
使之接触严密和顺利滑动以及不渗出钢液。此外，还要求上下滑板必须抗冲刷、耐侵蚀以及具有良好的热稳定性，以便经受高温急变和渣钢的冲刷与侵蚀等。目前，上下滑板多采用渗Cr2O3的刚质或不烧结二等高铝质等制品。上水口的使用条件虽然不像上下滑板那样苛刻，但更换一次也比较麻烦，因此在考虑导热性的同时，要求材质耐冲刷、抗侵蚀、孔径扩大要小且连续使用次数越多越能减少更换次数，越有利于加快钢包的周转。下水口在浇注过程中，始终处于钢流的冲刷F，加上或烧氧、或下渣的影响，也要求材质具有耐冲刷、抗侵蚀、孔径扩大要小以及导热性要小等性能。目前，上下水口多采用锆石英质或高铝质的耐火材料。除此之外，下水口还应有适当长度以防止浇注过程中的散流，一般约为150—200mm，也有的采用梅花形内孔，以达到更好的整流。调节机构主要用于上、下滑板缝隙的调整，它包括螺圈、螺栓或销子等。
滑动水口钢包盛装钢液后，上水口里的钢液与耐火材料接触，热量散失较快，极易产生凝钢，而当滑动机构打开后，凝钢就要阻碍钢液的自动流出，从而造成开浇不好。烧氧虽然可以解决这个问题，但危害钢的质量，并降低滑动水口的使用寿命，且对安全不利，因此能否保证自动开浇是滑动水口浇注中的一个关键问题。在这方面，世界各国都做了大量的研究工作，但直到目前为止，还没有找到一个既便于操作又不影响使用效果的引流方法。
理论上将滑动水口能够自动开浇次数的百分数称为开浇率。当前，迫使滑动水口自动开浇的方法常见的有充气引流法和填料引流法两种。充气引流法就是在下滑板上装配透气砖，通人惰性气体如氩气等，在出钢时，打开阀门，让惰性气体通过透气砖而进入上水口内，使里边的钢液不断地得到搅动、更新，进而达到防止凝固的目的。该法的特点是自动开浇率高，并对钢的质量只有好处而无害处，但需备有氩气带及管道等装置，这对操作十分不便。填料法是在出钢和镇静时不让钢液进入上水口孔内，浇注时打开下滑板，填料落下，钢液就跟着自动流出。目前，所用的填料主要有经过充分干燥的河砂、焦炭粉、碳化硅粉、锆石英砂等，其中特制的焦炭粉(粒度为1—3mm)和碳化硅粉的混合
1电弧炉炼钢车间的设计方案 1.1电炉车间生产能力计算 1.1.1电炉容量和座数的确定 在进行电炉炉型设计之前首先要确定电弧炉的容量和座数，它主要与车间的生产规模，冶炼周期，作业率有关。 在同一车间，所选电炉容量的类型一般认为不超过两种为宜。座数也不宜过多，一般设置一座或两座电炉。为了确定电炉的容量和座数，首先要估算每次出岗量q ： y G q a ητ8760= 式中 G a —车间产品方案中确定的年产量，80万t ； τ—冶炼周期，55min=0.917h ； η—作业率，年日历天数 年作业天数=η×100% 本设计取90%； Y —良坯收得率，连铸一般95%~98%,本设计取98%； 带入数据计算得 q=95.0t 。 根据估算出的每次出钢量选取HX 2-100系列一座，以下是主要技术性能： 1.1.2电炉车间生产技术指标 （1）产量指标 年产量80万t ； 小时出钢量： （2）质量指标 钢坯合格率 98%; (3) 作业率指标
作业率：90% (4)材料消耗指标 a金属材料消耗 一般为废钢、返回废钢、合金料于脱氧合金。 b炼钢扶住材料消耗 石灰、以及其他造渣材料和脱氧粉剂。 c耐火材料消耗 主要用于炉衬的各种耐火砖以及钢包的耐火材料。 d其它原材料消耗 电极和工具材料。 e动力热力消耗指标 主要为电能和各种气体和燃油等。车间设计产品大纲见下表： （5）连铸生产技术指标 连铸比 铸坯成坯率 连铸收得率 （6）生产的钢种：主要生产Q215，年产量80万吨，连铸坯尺寸选取200×200mm方坯； 1.2 电炉车间设计方案 1.2.1电炉炼钢车间设计与建设的基础材料 （1）建厂条件 1）各种原料的供应条件，特别是钢铁材料来源； 2）产品销售对象及其对产品质量的要求； 3）水电资源情况，所在地区的产品加工，配件制作的协作条件； 4）交通运输条件，水路运输及地区公铁路的现状与发展计划； 5）当地气象，地质条件； 6）环境保护的要求； 在上述各项主要建厂条件之中，原材料条件对于工艺设计的关系尤为密切重要。 （2）工艺制度 确定工艺制度是整个工艺设计的基本方案，是设备选择，工艺布置等一系列问题的设计基础。确定工艺制度的主要依据是产品大纲所规定的钢种，生产规模，原材料条件以及后步工序的设计方案。 1）冶炼方法：利用超高功率电弧炉进行单渣冶炼，然后进行炉外精炼； 2）浇注方法：采用全连铸； 3）连铸坯的冷却处理与精整：铸坯在冷床上冷却并精整； 4）在技术或产量方面应留有一定的余地。 1.2.2电炉炼钢车间的组成
普通电弧炉的一般设计与电极升降控制
摘要： 为了提高所熔炼速度和钢水的质量、减少电能及电极的消耗量、保证维持规定的电气工作条件，使设备获得较高的生产率。从电弧炉的一般设计概况，到电弧炉电极的升降控制。系统了解电弧炉中存在的缺点与不足。通过分析，更好的提高电气控制的稳定性，提高电网提高熔炼速度。 关键词：电弧炉、短网电流、电极升降。
目录 一、电弧炉的简介及特点 1.电弧炉简介 2.电弧炉特点 二、电弧炉的一般设计 1.电弧炉组成部分 2.炉体设计 3.变压器设计 4.短网电流的计算 5.电极直径计算 6.电极升降计算 7.其他相关参数 三、电极升降自动控制 1.调节器的组成及工作原理 2.调节器的结构原理 四、小结 五、参考文献
一、电弧炉的简介及特点 1.电弧炉简介 电弧炉是利用电极间电弧产生的热能冶炼金属的一种设备。电弧炉炼钢就是靠电极与炉料之间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金。 现代化炼钢电弧炉均为直接加热、炉底不导电式电炉。该电炉按直接加热金属的原理工作，电弧发生在每一电极与炉料之间，
己熔化的金属则形成负荷的中心点。 2.电弧炉的特点 电弧炉进行冶炼，电弧炉是一个多变量、非线性、大滞后、强藕合、时变、随机干扰较强的系统，使得系统电极位置、电弧长度、电弧电流以及系统功率很难保持最佳工作状态。电极升降调节系统是电弧炉的重要组成部分，其工作性能的好坏直接影响钢的产量、质量和能源消耗。在电弧炉冶炼过程中，三相交流电弧炉的电力负载是不稳定的、不对称的；无功冲击及闪变；产生谐波电流。 电弧炉的整个炼钢过程一般分为熔化期、氧化期、还原期三个时期，由于各个时期所完成的任务不同，因而相应地对冶炼温度和功率的要求也不同。 （熔化期）开始熔化阶段，固体炉料熔化，能量需求最大。 （氧化期）初精炼及加热阶段。 （还原期）精炼期，此阶段输入能量只需平衡热损耗。 在废钢冶炼时电弧炉的工作特性为：
高阻抗电弧炉的设计特点和应用 引言高阻抗电弧炉是一种高效率的新型炼钢炉，它具有一系列突出的优点：能大幅度地降低电能和电极消耗、能显著地减少对供电电网的短路冲击和谐波污染。 高阻抗电弧炉吸取了近25年来出现的所有电弧炉炼钢新技术，再加上泡沫渣的成功应用，使得一直发展缓慢的交流电弧炉在电弧稳定性、效率和对电网短路冲击减少方面均可同直流电弧炉相媲美。 本文介绍了带饱和电抗器和固定电抗器的高阻抗电弧炉。前者具有高超的伏安特性，使短路电流很小，基本上达到了恒电流电弧炉特性。 1 高阻抗电弧炉的供电电源1．1 对供电可靠性的要求电弧炉属于热加工设备，如果中途停电，会造成很大的损失：使电耗和原材料增加，使产品质量下降，甚至造成整炉钢水报废，炉子越大损失越大。根据有关规范规定，电弧炉属于二级负荷。 对于炉子容量在50t及以上的电弧炉通常由两路独立高压电源供电，炉容较小的可由一路高压电源供电。 1．2 公共供电点的确定电弧炉的公共供电点系指其与电力系统相连接的供电点，并接有其他用户负荷。对公共供电点的要求主要考虑以下因素： 1）供电变压器容量要能适应电弧炉负荷特性的要求； 2）由电弧炉负荷引起的公共供电点的电压波动和电压闪变值、以及谐波电流值不得超过国标GBl4549-93中的允许值； 3）由电弧炉负荷引起的公共供电点的电压不对称度不得超过2％。 电弧炉的公共供电点有两种情况，其一是电弧炉系统直接与电力系统相连接；其二是电弧炉系统通过企业总变电所与电力系统相连接。电弧炉一般不由车间变电所供电。 当电弧炉由企业总变电所母线供电时，为了防止对其他负荷供电质量产生不良影响，一般要求供电变压器的容量为电炉变压器容量的2．5倍以上。当不能满足此要求时，或增大供电变压器容量；或采用专用中间变压器供电，这需要经过技术经济比较来确定。 当采用专用中间变压器供电时，该变压器容量的选择，应与电炉变压器经常过负荷运行状
五矿<湖南）铁合金有限责任公司103#硅锰合金冶炼炉优化控制系统 方 案 设 计 说 明 书 中南大学信息科学与工程学院 二○一○年三月
一、开发背景 五矿<湖南）铁合金集团有限公司103#10000KV A矿热炉主要用于熔炼硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组成。目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电极升降是依靠人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节；供电变压器二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调整。这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产品的产量和质量。 二、设计要求 针对五矿<湖南）铁合金集团有限公司103#矿热炉熔炼过程控制自动水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结合生产的实际需要，搭建103#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：1．通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现电极自动升降和自动压放；并通过采用合理的算法，计算电极长度及其位置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上提高2-3%，提高功率因数。 2．通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉控制系统的运行监视、事故报警与记录、统计分析和报表打印、日常生产
毕业设计说明书 设计题目：100吨交流电弧炉炼钢车间设计 学 号：_________________________ 姓 名：_________________________ 专 业 班 级：_________________________ 李龙 冶金技术2班 0929302245 2012 年 05月20号
毕业设计说明书................................................................................................................... - 1 -文献综述. (2) 1.3现代电弧炉炼钢技术 (5) 1.4电弧炉炼钢的发展趋势 (6) 1.5电弧炉装备技术未来的创新发展 (6) 1.5.2我国正进人电炉炼钢高速发展时期 (7) 3.4.1、炉料入炉 (13) 第四章建设所选电弧炉炼钢工程的必要性和可行性分析 (13) 电弧炉车间设计 (18) 1.1电炉车间计算 (18) 11..1电炉容量和座数的确定 (18) 1.1.2电炉车间生产技术指标 (18) 参考文献.................................................................................................................................................. 致谢..........................................................................................................................................................
#硅锰合湖南）铁合金有限责任公司103五矿<金冶炼炉优化控制系统 方 案 设 计 说 明 书 中南大学信息科学与工程学院 二○一○年三月
1 / 29 一、开发背景 #10000KV A103<湖南）铁合金集团有限公司矿热炉主要用于熔炼五矿硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组成。目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电 极升降是依靠人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节；供电变压器二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调整。这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产品的产量和质量。 二、设计要求 #矿热炉熔炼过程控制自动103针对五矿<湖南）铁合金集团有限公司水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：103 合生产的实际需要，搭建1．通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现电极自动升降和自动压放；并通过采用合理的算法，计算电极长度及其位置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上提高2-3%，提高功率因数。 2．通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉
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，
电炉温度控制系统设计
摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展， 对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机
目录 一、绪论 ....................................................................................................... - 1 - 1.1 选题背景........................................................................................ - 1 - 1.2 电阻炉国发展动态........................................................................... - 1 - 1.3 设计主要容 .................................................................................... - 2 - 二、温度测量系统的设计要求........................................................................... - 3 - 2.1 设计任务......................................................................................... - 3 - 2.2 系统的技术参数................................................................................ - 3 - 2.3 操作功能设计................................................................................... - 4 - 三、系统硬件设计........................................................................................... - 5 - 3.1 CPU选型........................................................................................ - 5 - 3.2 温度检测电路设计.............................................................................. - 6 - 3.2.1 温度传感器的选择..................................................................... - 6 - 3.2.1.1热电偶的测温原理 ......................................................... - 7 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿......................................................... - 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计.......................................................... - 8 - 3.2.2.1 MAX6675芯片.......................................................... - 8 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理................................................. - 9 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.......................................... - 10 - 3.3 输入/输出接口设计......................................................................... - 10 - 3.4 保温定时电路设计 .......................................................................... - 13 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接....................................................... - 13 - 3.5 温度控制电路设计............................................................................ - 14 - 系统硬件电路图...................................................................................... - 17 - 四、系统软件设计......................................................................................... - 19 - 4.1 软件总体设计 .................................................................................. - 19 - 4.2 主程序设计 ..................................................................................... - 19 - 4.3 温度检测及处理程序设计................................................................... - 20 - 4.4 按键检测程序设计............................................................................ - 23 - 4.5 显示程序设计 .................................................................................. - 25 - 4.6 输出程序设计 .................................................................................. - 27 - 4.7中值滤波 ......................................................................................... - 28 - 五、结论 ..................................................................................................... - 30 - 参考文献 ..................................................................................................... - 31 -
2006 年 6 月南京
毕业设计（论文）中文摘要
目录
1 绪论 (1) 1.1 系统设计背景 (1) 1.2 设计要求与设计思路 (2) 2 电弧炉与PTI枪 (2) 2.1 电弧炉炼钢工作原理 (2) 2.2 电弧炉炼钢的发展现状 (3) 2.3 PTI枪系统组成 (3) 3 可编程控制器（PLC）简介 (7) 3.1 可编程序控制器的概述 (7) 3.2 PLC的工作原理 (7) 3.3 PLC发展现状与趋势 (8) 3.4 西门子S7-300PLC (8) 3.5 西门子STEP-7编程软件 (10) 4 碳仓系统总体设计要求 (13) 4.1 设计要求 (13) 4.2 功能要求 (15) 5 硬件设计 (16) 5.1 硬件组态 (16) 5.2 上载硬件实际组态到编程器 (16) 6 软件设计 (19) 6.1 料仓部分的程序设计 (19) 6.2 运行仓部分的程序设计 (21) 6.3 三路碳粉分配器部分的程序设计 (28) 7 程序调试 (35) 结论 (36) 致谢 (37) 参考文献 (38) 附录 A 碳仓控制系统源程序 (39)
1 绪论 据统计，目前全世界粗钢产量的30%由电炉生产，我国电炉钢也约占总钢产量的20%左右。电弧炉电气运行是电炉冶炼生产最基本的保障，它关系到冶炼工艺、
原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电炉炼钢生产的各项技术和经济指标，因此对其进行最佳化的研究意义重大，不但可保障冶炼工艺的顺行和充分发挥设备资源的作用，还能提高生产率，节能降耗。 可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。随着微处理器、计算机、网络和数字通信技术的飞速发展，工业生产自动化控制技术已扩展到了几乎所有的工业领域。应用计算机网络技术来解决工业自动化任务已逐渐成为普通的技术。可编程序控制器是应用面最广、功能强
长春理工大学 热工课程设计说明书题目箱式电阻炉的设计 学院材料科学与工程学院 专业无机非金属材料（建筑材料）班级0706121 姓名向仕君学号18
2009 年7 月5 日 设计任务书 一、题目：箱式电阻炉的设计 二、原始数据： 电路形势：箱式电阻炉 炉膛尺寸：120 ?mm 170 260? 使用温度：1000℃ 表面温度：60℃ 电源电压：220V 三、设计要求： 1、设计认真，积极思考，独立完成，有所创新。 2、设计说明书：一份 思路清晰，论述充分；设计参数选择合理，设计计算步骤完整，结果准确；著名参考文献。 3、设计图纸：2＃图纸1—3张 图画布置合理，比例适当，图画清洁；绘图线
条类型正确，位置准确；尺寸标注正确、齐全。 摘要 本说明书重点阐述箱式电阻炉的具体设计过程。设计过程包括高温炉的简介，炉膛尺寸的确定，材料选择，电阻炉尺寸和结构设计，功率计算，供电电路的选择，电热提的尺寸确定及安装，以及热电偶使用，涉及到热量计算，功率计算，电热元件规格计算。 本设计说明书可供实验电阻和工业电阻炉的维修和设计提供理论参考导和指导。
引言 陶瓷工业在社会主义建设，国防科学和人民生活都占重要的地位，它不仅与人类的日常生活存在密切的关系，而且随着科学技术的发展，已经超越了日用，建筑及一般的工业用途的范围，而应用与电子，原子能等尖端材料中。 生产陶瓷中一个重要的过程就是烧结，烧成时在热工设备中进行的，这里的热工设备指的是窑炉及其附属设备。 窑炉从生产方式上分为间歇式和连续式，按电能转化为热能形式分为：电阻炉，感应炉，电弧炉，等离子炉等，在使用热源上又分为火焰式和电热式。目前，电子陶瓷，高温陶瓷及其他特种陶瓷的生产和科研处于火热期。 在实验中，使用较多的是间歇式的电阻炉。
电弧炉的机电一体化设计 摘要：科技发展的进步和经济水平的提高加快了人们的生活节奏，人们对生产力的要求也逐渐提高，尤其是电子高新技术的发展，给机械工程工业的生产提供了新方式。电弧炉作为熔炼金属的专业炼钢炉，在现代社会的工业建设中有重要地位，机电一体化设计具有智能化、绿色化和人性化等现代特征和优势，将机电一体化设计与电弧炉的应用相结合，是一项具有现代进步意义的选择。本文首先简单介绍电弧炉的控制系统，随后结合机电一体化的特征阐述两者之间的结合应用。 关键词：电弧炉；机电一体化 机电一体化控制系统融合多种技术，在人类社会进步的过程中发挥着越来越不可缺少的作用，并呈现出与各种工业技术融合发展的趋势，带来显著的经济效益和社会效益，电弧炉一直是世界炼钢工业的主要形式，在自现代自动化和智能化的发展模式下，电弧炉炼钢的优势越来越显著，冶炼周期逐渐缩短，冶炼效率显著提高，冶炼质量相应得到改善，为企业获得更多盈利，在电弧炉炼钢的过程中融入机电一体化设计，用机电一体化的控制系统操作电弧炉，将会是电弧炉应用发展的一大进步。 一、电弧炉的控制系统 1.控制器 电弧炉是指利用电极电弧产生的高温冶炼钢铁金属的电炉，操作简便，占地面积小。在电弧炉液压式电极调节系统中，电弧炉的控制器主要有模拟控制器、PLC控制器和工业计算机控制器三种。模拟控制器是最早应用在电弧炉上的控制器，价格低但控制性能不佳，主要应用在小容量电弧炉上；PLC控制器又叫可编程逻辑控制器，在目前工业领域应用广泛，是一种具有微电子处理机的数字电子处理设备，稳定性较高，但响应较慢，对大型电弧炉的智能控制难以满足。目前国内大部分电弧炉使用的还是PLC控制器，用户可以根据需要自行编辑程序以满足生产需求；工业计算机控制器作为现阶段电弧炉制造生产的发展方向，具有大型运算能力和较高的稳定性。 2.控制策略 电弧炉的控制策略分为恒电流控制、恒功率控制、恒阻抗控制三种。下图为常见的电弧炉自动控制系统示意图，进料口、加热接触和排气泄放设置主要控制送料控制、加热反应和液态金属排放三个控制阶段。 自动控制系统示意图 恒电流控制主要通过对电机升降进行控制实现稳定控制电弧电流，但这种控制方式也存在一定缺陷。在三相电流电弧炉中ＩＡ+ＩＢ+ＩＣ＝Ｏ，很容易出现误控制的短路状态。恒功率控制也存在不足之处，单向电弧功率＝电弧电压×电弧电流，在这种情况下，无论是电弧电压还是电弧电流的升高降低都会引功率变动，而电弧炉的工作特殊性决定了其外部环境和内部环境的影响因素都很多，在不确定因素的影响下极易引起操作失误，由此可见恒功率控制的不稳定性。相较而言，恒阻抗控制的稳定性就高得多，从下表1中电极移动对各参数的影响可以看电极电压上升电流电流下降阻抗上升，电极电压下降时电流升高阻抗下降，电极的升降关系与各参数之间的关系清晰明了。 表1 电极移动对参数的影响
工业硅冶炼能源节约技术的研究 5.1概述 能源安全已构成我国整体战略安全的一个极大隐患，成为经济社会发展的瓶颈。我国人均煤炭、石油、天然气资源量仅为世界平均水平的60％、10％和5％。目前，我国已成为世界第二大能源消费国和第二大石油消费国，能源供应紧张局面日趋严重[81]。 与此同时，我国也存在严重能源利用效率低的问题。近年来的快速增长在很大程度上是靠消耗大量物质资源实现的。我国单位产出的能耗和资源消耗水平明显高于国际先进水平，如火电供煤消耗高达22.5％，吨钢可比能耗高21％，水泥综合能耗高达45％。据测算，我国每创造一美元GDP所消耗的能源是美国的4.3倍，是日本的11.5倍。能源利用率仅为美国的26.9％，日本的11.5％[82]。因此，提高能源使用效率是在能源总量不变条件成为中国发展中的刻不容缓的任务。 工业硅生产是高能耗行业，平均每吨工业硅需要消耗13000KWh电以上，全国年产100万吨工业硅需要13亿KWh以上。而国外先进水平吨硅消耗量为11000KWh，我国工业硅电耗比国外先进水平高10—20%，能源节约潜力仍很大（预计年节约0.2亿KWh，相当0.1亿元）。另外，国外先进水平也不是最理想的能耗水平，我国如能在国外先进水平基础上再配以精工细作，吨硅消耗量应该在10000—11000KWh间。 我国工业硅生产能源消耗高主要是因为设计上不合理、控制水平与管理水平不高。设计上不合理体现在我国普遍使用的是6300KVA左右的小炉型（散热
大、产量低）、炉型设计上为隔热措施不严密、电路设计不合理、极心圆尺寸大小不合理等许多细节方面。控制水平不高体现在人工操作范围大、炉况稳定性差、造成因调整炉况波动费时较长而使得非生产性能耗损失大。管理水平不高体现在管理上不严、制度不健全、操作细节缺乏，造成物资或能源上的消耗浪费。 目前工业硅生产中能源节约途径主要有：1）炉型的大型化方向；2）炉型的密闭化方向；3）余热利用化方向；4）提高炉子电效率措施如改进短网结构设计、改善变压器性能、改善电参数、采用低频电源等；5）提高炉子热效率；6） 改变炉内反应机制；7）改变原料性能方向；8）采用自动控制方向；9）管理制度建设方向。由于上述诸多途径尚处于讨论阶段，形成固定技术并推广者仅有短网改进、管理制度建设上，许多技术细节缺乏，因此真正意义上可以直接使用的工业硅生产中能源节约技术还需要研究与试验。 经过多年的摸索探讨，目前我国工业硅电弧炉的电效率平均在92%以上，各种提高电效率的技术或措施也比较成熟如改进短网结构设计、使用优质导电材质、采用低压补偿技术、改善电参数等方面。但是，我国工业硅电弧炉的热效率普遍比较低，这是导致我国工业硅生产能耗高、能源利用效率低的主要原因，表5-1是我国某厂6300KVA电弧炉的热平衡分析表[21]。 表5-1 我国某厂6300KVA电弧炉的热平衡分析
日产30吨矿热电弧炉设计
摘要 我国是钛资源大国，但在钛资源的利用上，无论是钛渣、钛材还是钛白都与钛工业发达国家存在着一定的差距，与钛资源大国的地位极不相称。所以，要发展我国的钛工业，应加大钛资源的开发与利用的力度，特别是发展富钛料的生产。 富钛料的生产一般采用矿热电弧炉冶炼，本课题主要设计日产30吨钛渣的矿热电弧炉，首先通过查阅文献了解矿热电弧炉情况，然后根据物料平衡计算出炉子各重要部分的尺寸，再利用能量平衡验算尺寸的正确性，最后得到满足设计要求的电弧炉。矿热电弧炉的设计关系到富钛料的产量和质量，对我国钛工业的发展具有重要意义。 关键词矿热电弧炉，钛渣，物料平衡，能量平衡
ABSTRACT Our country is prosperous country of titanium resources. While, in the rate of titanium resource use, either titanium slag, titanium or titanium dioxide and titanium industry in developed countries, there exists a large gap, so that the titanium resource is not coordinate to the reputation of titanium around the world. So, for the development of China's titanium industry, it should increase the development and utilization of titanium resources strength, which must develop the rich titanium material production. Titanium slag production generally uses the electric furnace smelting of ore smelting electric arc furnace,This paper designs a Daily-product 30 tons of titanium slag electric furnace. For the first of all according to Consult material to understand mine hot furnace,then according to the material balance calculation of the important part of the size and by using the energy balance checking dimension correct, it came to the conclusion how much necessary amount need to be designed. Ore smelting electric furnace design is in relation to the high quality titanium material production; to industry of our country titanium has important implications. Keywords Electric furnace，Titanium slag，Material balance，Energy balance
4 电弧炉炼钢工艺设备 4.1 废钢加工设备 常见的废钢加工方式为剪切、打包和破碎处理。目前公司废钢料场对废钢的加工方式主要有三种：废钢剪切、废钢打包以及废钢人工火焰切割。人工火焰切割方式较为简单，即按照电弧炉冶炼要求将废钢切割为合格尺寸。废钢剪切和打包则是利用专用设备对废钢进行加工处理，达到减小废钢尺寸及增加炉料堆比重的目的，下面对废钢加工方设备做简要介绍。 4.1.1 废钢打包机 废钢打包设备是将废钢放在钢结构箱体内，采用液压驱动进行三维方向强行挤压处理，最终将分散的、堆比重小的废钢加工为堆比重大的单一包块。废钢打包机见图4.1。 图4.1 废钢打包机 料场的废钢打包机是1990年从德国LINDEMANN公司引进，1991年投入使用。设备主要由滑动门机构、进给压力机构、压盖机构、中间压力机构、最终压力机构五个部分组成。 1）滑动门机构是依靠安装于门上的液压缸控制门在滑道上垂直动作，在打包过程中，门是关闭的。打包结束，门开启以使包块可被推出； 2）进给压力机构依靠水平安装的液压缸控制进给压力平台，以将废钢推进打包室的同时进行水平轴向挤压，进给压力平台的动作由引导机构引导，进给压力平台上设有剪切装置，多余的废钢在进入打包室时将被剪切掉，防止工作过程中造成机械卡阻； 3）压盖机构由液压缸驱动压盖动作，可将露出箱体的废钢压入箱体内，同时防止加工过程中废钢的弹出； 4）中间压力机构由垂直安装的液压缸驱动，对废钢进行垂直挤压，通过调整安装在机构上的限位开关，可调整垂直挤压缓冲及停止位置； 5）最终压力机构依靠水平安装的液压缸，利用最大工作压力控制最终压力平台，对废钢在打包室内进行水平径向挤压；
论电弧炉的发展与设计 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；
大家好，我已经在本论坛注册4年，但是发帖很少，在这里也学到了很多东西。作为答谢各位刀友，今天我要给各位刀友们提供一些实质性的具有操作意义东西。 电阻炉，各位刀友们一定都熟悉吧，它相比炭火炉、气炉等有着温度控制精确、清洁、节省能源等天生的优点。网上乃至本论坛有很多人都讲了怎么做电阻炉，不过我觉的他们讲的不够详细，也没有实际操作的可行性。 由于时间有限我今天就讲一讲电阻炉发热丝的设计与计算。 有的人要说了，不就电炉丝嘛，有什么好设计计算的。这里我要说那你就是外行了。首先我们的电阻炉是用来热处理的，要处理合金工具钢、不锈钢等材料温度必须要到1100度左右。这是普通电炉丝不能承受的，还有，你如何确定功率、如何让电阻丝长寿命的工作，如何在有限的炉膛里面布置下电阻丝这些都是问题。 大多数电阻丝都是预制好的（标定功率），但预制电阻丝并不总合适你的炉子尺寸。 我接着分为如下几个部分来讲解电阻丝的设计 1。电炉内部尺寸的确定和电阻丝功率的确定 2.电阻丝线径的确定 3.电阻丝表面负载 4.线圈直径和拉伸参数 5.综合考虑 免责声明：需要有基本电学知识。如果你没有基本电学知识，请不要尝试或者向精通者学习后再尝试。电是危险的，如果你因此受伤或者死亡本人概不负责。 你的首要考虑应该是： 1.1功率： 有什么样的电压可用（220V，380V等）和你的插座、电线、电表、空开允许多少安培的电流（别告诉我你不知道，铭牌上有的）。 例如：你有220V和允许最大电流16A。 U（伏）I（安培）= P（瓦特） 220伏x 16安培= 3520瓦 所以我设计的电炉最大功率必须小于3520w。 最好是有10%的安全余量3168w，避免空气开关跳闸。 1.2尺寸： 这取决于几个因素，设计最高温度、升温速度。 如果你是个热力学工程师，可以计算出尺寸和功耗的要求，准确的热损失率，对流，辐射和传导，绝热材料吸热量、热损失率等等。 我们不需要这样做，我查阅了国外商业电窑的一些设计参数。 奥尔森窑（给爱好烧陶瓷的人用的）设计参数是这样的：0.92瓦/平方厘米2- 1.3w /厘米2的功率密度。我也计算过一些美国专业给刀匠设计的热处理炉，大多数功率密度是0.6瓦特/厘米2- 0.7瓦/厘米2，我估计是他们的保温材料保温性能比较好，结合我们国家的实际，我觉得保险起见还是参照奥尔森窑的设计参数。那么我就取一个方便计算的值1瓦/平方厘米2
佳木斯大学 热处理设备课程设计（说明书） 题目：热处理箱式电阻炉的设计 （生产率110kg/h，温度≤600℃） 院（系）：材料科学与工程学院 专业班级：金属一班 学号：0907024104 学生姓名：位来 指导教师：高晶 起止时间：2012-11-19~2012-12-10
课程设计任务及评语
目录 一、炉型的选择 (1) 二、确定炉体结构和尺寸 (1) 三、砌体平均表面积计算 (2) 四、计算炉子功率 (2) 五、炉子热效率计算 (5) 六、炉子空载功率计算 (5) 七、空炉升温时间计算 (5) 八、功率的分配与接线 (6) 九、电热元件材料选择及计算 (6) 十、电热体元件图 (7) 十一、电阻炉装配图 (7) 十二、电阻炉技术指标 (7) 参考文献 (8)
设计任务： 按工作要求可设计一台热处理电阻炉，其技术要求为： (1)用途：中低碳钢、合金钢毛坯或零件的淬火、正火处理，处理对象为中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量； (2)生产率：110kg/h； (3)工作温度：最高使用温度≤600℃； (4)生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。 一、炉型的选择 根据设计任务给出的技术要求和生产特点，本设计宜选用箱式热处理电阻炉。 二、确定炉体结构和尺寸 1．炉底面积的确定 根据所学知识炉底面积用炉底强度来计算。生产率为110kg/h，即可选择箱式炉用于淬火和正火时的单位面积炉底强度h为115kg/(m2·h)，故可求得炉底有效面积 F1 = P/h= 110/115 = 0.96m2 K为有效面积与炉底总面积的比例系数，K=F/F1=0.75~0.85，我们取系数为0.84，则炉底实际面积： F = F1/0.84 =0.96/0.84 =1.14m2 2．炉底长度和宽度的确定 考虑到工作时的状态，长度与宽度之比L/B=3:2，因此可知B =930m，L =1310m。 又因为要考虑便于砌砖，根据标准砖尺寸，取L =1380mm，B =920mm。 3．炉膛高度的确定 炉膛高度可根据经验总结来计算，炉膛高度H与炉底宽度B之比H/B大约在0.8左右，本设计根据炉子工作条件并考虑利于辐射散热与对流传热等因素，这里取H/B = 0.85，再根据标准砖尺寸，最终选定炉膛高度H = 780mm。因此，确定炉膛尺寸如下：长L = 230×8 = 1380mm，宽 B = 115×8 = 920mm，高H = 65×12 =780mm。 为使工件在炉内正确安置，应保证工件与炉膛内壁之间有一定的距离，确定工作室有效尺寸大约为 L效= 1320mm，B效= 860mm，H效= 720mm。