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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。
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。
HY2.8-4000KVA白刚玉电弧炉技术文件1 工厂条件：1.1 设备型号：HY2.8-4000KVA白刚玉电弧炉设备；1.2 设备用途：主要用于白刚玉、电熔刚玉、莫来石等磨料和耐火材料的冶炼。
；1.3设备形式:白刚玉炉为固定式直筒水冷炉盖、顶加料、顶吹氧、炉壁外喷淋水冷却结构形式，操作形式分为左、右操作。
1.4 工厂有关参数及能源介质条件:1.4.1 电源条件：a．交流10kV供电系统电压：10kV±10%相数： 3频率：50±0.5Hzb. 低压配电系统电压 380V/220V +10%～-15%频率 50±0.5Hz三相1.4.2 能源介质条件：设备外部冷却循环水配置要求：冷却塔：不小于150～200t/h调节水池：60～80m31.5 产量：1套设备0日产量25吨，年工作日330天，连续式工作制，年产量8250吨。
如果需要年常量达到3万吨，则需要4套设备才能满足要求。
2 结构特点:2.1 、顶加料、顶吹氧、炉壁外喷淋水冷却结构形式；2.2 每相采用两根大截面（Φ1600Χ2）内水冷电缆、补偿器、穿墙铜排、铜-钢复合导电横臂（小车升降式）等组成空间三角形布置的节能型短网。
短网阻抗值≤3ｍΩ，三相阻抗不平衡度≤8%；2.3 先进可靠的变频电机式电极升降自动调节器：可自动和手动操作。
弧流整定范围：25%—150% lm。
电极响应时间：0.15S。
2.4 炉体倾动采用液压传动，集成块式液压阀；2.5 电极夹头采用抱带式夹紧，使用可靠、寿命长。
2.6 电极夹放采用气动驱动方式。
2.7 电极自动升降调节器采用德国西门子PLC可编程控制器控制。
2.8 变压器一次侧电压10KV，二次电压220-110V。
电动调压，顶出线方式；2.9 冷却水系统有压力和水温监控，声光报警。
为防止停电事故用户需设高位水箱。
2.10 电炉参数实行工业计算机监控与管理。
4 机械结构说明及工作原理白刚玉炉为固定式直筒水冷炉盖、顶装料、顶吹氧，炉体平台为固定轴式倾动方式，炉壁外喷淋水冷却结构形式，其机械部分由以下几部分组成：a、炉体;b、炉体倾动装置;c、短网系统;d、固定式直筒水冷炉盖(板式)；e、电极升降装置;f、液压系统;g、水冷系统;h、气动系统；4.1炉体装置：该部件由炉壳、出料槽构成。
第一章总论一、设计的目的掌握有关钢铁厂设计的基本知识，处理有关的技术和经济问题。
二、设计的主要内容1、钢铁厂设计的基本原则；2、钢铁厂主要生产工艺及布置；3、车间的主要设备和选择与计算以及有关技术及经济指标；三、基本原则1、贯彻国家的有关规定；2、设计中的技术决定与方案应结合我国的实际情况；3、充分利用当地的物质资源和民挥现有的工业基地的物资资源；4、合理的提高产品质量；5、减少污染，保护环境。
四、厂址的选择要求：1、所选厂址的面积和外形要满足生产工艺的过程的需要；2、厂址的地势要平整，并且有向外倾斜的坡度，以防雨水大，向厂外排水不至于注入车间；3、良好的工程地质和水利条件；4、钢铁厂的选择要接近原料、燃料的基地；5、处于城市的下风向；6、渣料的堆场选择在河流、山谷等低洼地带；7、合理地利用土地，尽量减少占用农用耕地。
第二章设计方案一、依设计任务提出具体钢种及冶炼的方法1、具体钢种轴承钢 GCr152、冶炼方法轴承钢：GCr15 氧化法二、冶炼作业指标的确定1、冶炼周期的确定冶炼周期受炉子的吨位、冶炼方法、钢种、供电制度、原材料情况、加料方式和操作水平等因素的影响。
初选冶炼周期为1.5小时。
其中：扒渣炉———10min 装料———5min熔化期———50min 氧化期——10min扒渣————5min 还原期——10min2、炉衬寿命及材料炉衬寿命受钢种、冶炼方法、供电制度、操作水平、炉衬材质及砌筑方法等因素的影响。
炉盖：一级高铝砖110炉；炉墙：镁砖80炉；炉底：镁砖80炉3、停炉时间及停工的影响因素本设计取停工率s=10%，则：总停炉时间=10%×365×24=876小时停工的影响因素：停工有热停工和冷停工。
热停工的影响因素：换炉盖、换炉壳、换水冷圈、抢修炉电气、机械故障（大、小修）、天车调度和炉料配置。
冷停工的影响因素：大修、小修、修变压器和停产。
4、作业率：a=1-s=1-10%=90%，作业天数取330天。
电弧炉炉型设计电弧炉是一种利用电弧高温作用的冶炼设备，它可以将废钢和废铁等回收材料加热至高温状况下，溶解成可重新用于冶炼的原材料。
而炉型设计是电弧炉的核心之一，能够直接影响电弧炉的生产效率、炉龄和产品质量等方面。
本文将从以下三个角度探讨电弧炉炉型设计。
一、电弧炉炉型设计的基本原则1.电弧炉的炉型应该具备良好的隔热性和氧化性能，以减少能量损失以及金属氧化损失。
2.炉型应该考虑到在全过程中的安全性、可维护性和易操作性。
3.炉型应该保持与电力供应系统相对衔接的技术特性与可以满足小到大的工作开度。
二、电弧炉炉型设计的常见形式1.圆形炉型由于圆形与球体是光滑自然形体，使炉壳内的炉料得以充分靠拢，加热面积大，变焦作用好，热损失小。
电弧炉采用高圆形炉型在节省用地方面具有很大优点和经济效益，能够使废钢的熔化更完整，并且可以有更广阔的化学平衡区，使炉壁的温度参数均衡，减轻热应力和力波的影响，得到更加优质的炉料和金属产品。
2.矩形炉型矩形炉型外形通常都采用矩形形状，其内部空间可以充分利用，而且维修方便，炉门升降设备可以更加方便的装置，提高了作业效率和安全程度，在废钢冶炼的过程中能够得到更加均匀的加热和氧化。
3.椭圆形炉型椭圆形炉型可以使料层等厚度更均匀，受加热更完整，良好的投料稳定性和快速换料，而且使得炉内空气上升的避难区域尽量靠近高温区域内的产品与炉料。
三、电弧炉炉型设计的优化方向1.提高反应效率可以在炉板设计采用隔板结构或新式导焦系统，也可以增加炉身缩颈区，有效提高炉边温升和加热效果，缩短冶炼周期，提高反应效率。
2.加强炉壳密封性密封性差的炉型会导致腐蚀和氧化，影响炉体寿命，所以需要增加炉壳密封性到隔热材料，同时也可以隔绝炉壁温度场。
3.提高电弧稳定性电弧的稳定性能够直接影响电弧炉的熔化效率以及电极的寿命，所以需要完善电弧炉电极移动系统及保护装置和引弧系统，同时也需要配备优质的电极材料和电源设备。
总之，电弧炉炉型设计的重要性不言而喻，设计合理的炉型形式能够提高工作效率，延长炉体寿命，降低产品成本，进而增强企业的核心竞争力。
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10°~20°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○145°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○1熔池容积V池。
河北工业职业技术学院毕业设计（论文）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：二〇一二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2000℃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 (2)1 绪论 (1)1.1前言 (1)1.2关于电弧炉的概述 (1)1.2.1 电弧炉的优缺点 (1)1.2.2电弧炉的分类 (2)1.2.3电弧炉的特征及组成 (2)1.2.4电弧炉对耐火材料的要求 (3)1.2.5电弧炉的冶炼工艺 (3)2 电弧炉炉型尺寸设计 (4)2.2熔池的形状 (5)2.2.1熔池直径和深度设计 (6)2.2.2熔炼室尺寸设计 (6)2.3电弧炉炉衬的确定 (8)2.3.1电弧炉炉墙、炉底耐火材料选择及砌筑 (9)2.3.2炉盖的耐火材料 (10)3 水冷炉壁设计 (12)3.1水冷壁的主要参数及特点 (12)3.2水冷组件材质选择 (13)3.3水冷炉壁冷却水耗量的确定 (14)3.3.1炉壁最大热流的选择 (14)3.3.2水冷面积的确定 (14)3.3.3冷却水流量的确定 (14)3.3.4炉壁水冷组件管径的选择 (15)3.4水冷炉盖 (16)3.5水冷炉壁、水冷炉盖的安装 (16)4变压器功率和电参数的确定 (17)4.1变压器功率的确定 (17)4.2电极直径设计 (17)4.3电极心圆直径设计 (18)5参考文献 (18)1 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。
钢铁冶炼中炉内气流和炉墙结构的设计钢铁冶炼是钢铁制造过程中最重要的环节之一，而炉内气流和炉墙结构的设计则是冶炼过程中必不可少的组成部分，直接影响到钢铁质量和生产效率。
为了提高钢铁冶炼的效率和质量，钢铁工业在炉内气流和炉墙结构的设计上不断创新，下面就对这方面的内容做一些详细的介绍。
首先，我们来谈谈炉内气流的设计。
炉内气流指的是在炉体内气体的流动状态，其作用是传递热量和氧气，促进钢铁冶炼反应的进行。
炉内气流的设计要考虑多种因素，如炉型、炉容、燃烧方式等。
炉型是指炉体的形状和尺寸。
不同型号的炉体其气流设计也不同，比如据《钢铁工业技术》介绍，闸式炉和电弧炉的炉内气流设计不同于其他炉型。
在设计时还应考虑不同炉容下炉内气流的流通情况，保证热量和气体流动的均匀性和稳定性。
燃烧方式也是炉内气流设计的重要考虑因素。
不同方式的燃烧产生的热量和氧气状况有很大差异，需要在气流设计时做出相应改变，以保证燃烧效率和钢铁质量。
当我们设计好了炉内气流，就需要考虑炉墙结构的设计。
炉墙结构指的是炉体壁的结构和材料，其作用在于抵御高温高压和化学腐蚀，保证炉体的安全和稳定。
由于冶炼过程中，产生的高温高压和化学腐蚀非常严峻，所以炉墙结构设计时需要以耐高温、耐腐蚀为前提。
同时，炉墙结构的设计还考虑到炉门的安装位置、炉壁材料的导热系数和炉内气流流经位置等多种因素。
为了保证钢铁冶炼的效率和质量，还可以在设计中引入现代科技，如CFD数值模拟技术。
这种技术可以透过模拟炉内流体的流动情况来确定最优设计，以提高钢铁冶炼过程中的产量和质量。
总结而言，如何设计炉内气流和炉墙结构在钢铁冶炼中起着至关重要的作用。
在具体设计时，我们需要根据不同的工艺和炉型，综合考虑多种因素，在保证安全和质量的前提下提高冶炼效率。
同时，适当引入现代科技也是非常有益的。
始终保持创新和求变的态度，是促进钢铁工业不断发展的重要因素之一。
