8 电弧炉设计

附件一电炉及电炉工艺1．电弧炉总体设计100t电炉安装在新接长厂房内18米跨的10-11柱之间，变压器在炉子北侧，操作室在炉子西北侧18米跨和24米跨之间位置，11-12柱之间。

液压站在变压器下面，各阀站在平台上选地方，炉门氧枪在炉门南侧，在变压器和操作室之间留有通道以便天车吊物通过。

天车大车轨道标高+18米，大车轨距16米, 炉子跨天车125 t/30t 一台、100t /20t /5t 一台。

电弧炉设计原则是保证设备技术先进、成熟，操作运行可靠，适合冶金、重机行业的特点。

综合国内外近年来的生产实践证明，电弧炉能满足优质、高产、低耗、生产过程自动化、安全以及环保要求。

2．机械结构型式选择1)100t炼钢电弧炉采用炉盖旋开顶装料、液压控制;2)结构形式为ABB型，采用整体平台导轨式，高架式布置；3)变压器容量90MVA；4)偏心底出钢，出钢车带称量装置出钢；5)采用铜钢复合导电横臂及大截面水冷电缆；6)采用可卸结构管式水冷炉壁及管式水冷炉盖；7)加料装置炉前采用第五孔加料，另设炉后加料装置；8)采用工控机及PLC控制；9)采用出渣罐车出渣方式；10)设炉门水冷碳-氧枪一支、炉壁碳氧枪一支、EBT氧枪一支；11)配备一个在线烘包器。

3．电弧炉主要工艺参数额定容量100t平均出钢量100t最大出钢量120t平均冶炼周期≤90min平均冶炼电耗≤450kwh/t平均电极消耗≤4.5kg/t4. 炉膛尺寸设计炉子在全废钢冶炼时，按三次装料.第一次装废钢45%，第二次装废钢35%，第三次装废钢20%废钢收得率92%料篮内废钢平均堆比重 1.1～1.5t/m3废钢在炉体内充填度90%经计算需要炉内总容积为89.23m3可得出炉子主要尺寸如下：炉壳内径?6100mm炉壳高度4500mm熔池直径?5008mm熔池深度1031mm (渣层厚200mm)熔池容积18.32m3炉底耐材厚度800mm5 冶炼周期作业时间分配合计时间90min非通电作业时间37min（全废钢）其中：装料18min（装料为三次，每次6min；）出钢8min，出钢口处理及添加填料6min，补炉和电极调整5min。

电热设备电力装置设计规范（电弧炉和矿热炉装置）第一节电炉装置的主电路系统1电炉应设置与供电系统连接的专用变压器。

电炉变压器的容量选择，应符合工艺规定的用电制度和变压器允许的过负荷能力，其二次电压和调压方式，应符合工艺过程的要求，其一次电压的选择，应根据供电的技术经济比较确定。

2电炉的供电系统应简单，并应操作方便。

单台电炉装置宜由一回路供电。

电炉变电所不宜引接向外部供电的高压线路。

3三相电弧炉工作短路引起供电母线的电压波动值不应超过2.5乐但专供电弧炉用的变电所二次母线的电压波动不应受此限制。

当不能满足上述要求时，应采取将电弧炉接到短路容量更大的电网点上等降低电压波动的措施。

4有工作短路的电炉装置，应采取限制工作短路电流在电气设备允许范围内的措施。

三相电弧炉装置的工作短路电流，不应大于电炉变压器额定电流的3.5倍。

当采用电抗器限制短路电流时，电抗器应设旁路开关。

5三相电弧炉装置主电路系统的导体载流量应按变压器额定容量的120%计算；开关设备和互感器的额定电流可按大于120‰½择。

6三相电弧炉装置应采用具有频繁操作性能的操作断路器。

7电弧炉和矿热炉变压器应采取下列限制操作过电压的措施：a.在电炉变压器与操作断路器间装设氧化锌避雷器或压敏电阻；b.在三绕组电炉变压器的三次侧装设氧化锌避雷器或压敏电阻和阻容吸收装置；c.在电炉变压器的二次侧装设阻容吸收装置。

8有二台及以上三相电弧炉的工厂宜装设最大电力需量的电子计算机控制装置。

9三相电弧炉高压电源电缆的截面选择应计入高次谐波电流的影响。

第二节保护、控制、信号和测量1电炉变压器应装设故障短路的电流速断保护、变压器过负荷保护和变压器及其有载分接开关的瓦斯保护，并应符合下列规定：a.故障短路的电流速断保护，其整定值应躲开电炉的最大工作短路电流。

b.变压器过负荷保护，应采用反时限特性的过电流继电器,保护的整定值应考虑电极的提升速度，宜在3倍额定电流时6s左右动作；对矿热炉的整定值应防止长时间不大的过负荷。

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、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：在开始熔化时电弧频繁出现截断和重新燃弧。

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。

电弧炉炼钢课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电弧炉炼钢的基本原理，掌握其工作流程及关键参数。

2. 学生能描述电弧炉的构造及其在炼钢过程中的作用。

3. 学生能掌握电弧炉炼钢的主要技术指标及影响炼钢质量的因素。

技能目标：1. 学生能运用电弧炉炼钢的基本原理，分析实际生产中的问题，并提出改进措施。

2. 学生能在教师的指导下，设计简单的电弧炉炼钢实验方案，并独立操作完成实验。

3. 学生能通过小组合作，完成电弧炉炼钢的案例分析，提高解决问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对钢铁工业的兴趣，增强对电弧炉炼钢技术的研究热情。

2. 学生认识到电弧炉炼钢在国民经济中的重要作用，树立节能减排、绿色发展的意识。

3. 学生通过学习电弧炉炼钢，培养团队合作精神，增强沟通与交流能力。

课程性质：本课程为高中年级物理与技术实践相结合的专题课程，注重理论知识与实际应用相结合。

学生特点：高中年级学生对炼钢技术有一定了解，具备基本的物理知识和实验技能，但缺乏实际操作经验。

教学要求：结合学生特点，通过理论讲解、实验操作和案例分析，使学生在掌握电弧炉炼钢基本知识的同时，提高实际操作能力和解决问题的能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 电弧炉炼钢原理及流程：- 炼钢基本概念：钢的成分、炉渣的作用。

- 电弧炉工作原理：电弧产生、热效率、电弧炉的构造。

- 炼钢流程：炉料准备、熔化、氧化、还原、精炼、出钢。

2. 电弧炉设备与操作：- 设备结构：电极、炉壳、炉盖、冷却系统等。

- 操作技巧：电极调节、炉压控制、温度控制。

- 安全生产：电弧炉操作的安全规程及事故预防。

3. 电弧炉炼钢技术指标：- 炼钢速度：影响炼钢速度的因素及优化措施。

- 能耗与成本：降低能耗、提高效率的途径。

- 炼钢质量：钢水纯净度、成分控制、夹杂物处理。

4. 电弧炉炼钢案例分析：- 选择具有代表性的案例，分析炼钢过程中的问题及解决方法。

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。

摘要本文涉及内容为年产70万吨良锭电弧炉炼钢车间设计。

依照高等院校冶金工程专业《钢铁厂设计原理》,通过普遍参考有关文献资料,简要介绍了我国炼钢技术的进展历程、电弧炉炼钢的特点、以后的进展趋势。

本文的重点是,通过物料平稳和热平稳的计算、炉型设计与计算,确信了合理的生产工艺，完成了要紧设备的选择与计算、烟气净化系统的选择与设计，绘制了电弧炉和炼钢车间等剖面图纸，最后成功完成年产70万吨良锭电弧炉炼钢车间设计。

关键词：物料平稳，热平稳，炉型，车间设计，电弧炉，连铸第一章绪论电弧炉进展史电炉是在电发明以后的1899年，由法国的海劳尔特在玻利维亚发明的。

它被建在阿尔卑斯山的峡谷中，缘故是在距它不远处有一个火力发电厂。

电能具有清洁、高效、方便等优势，是工业进展的优选能源。

19世纪中叶以后，大规模实现电——热转换的冶炼装置陆续显现：1879年，William Siemens第一次进行了利用电能融化钢铁炉料的实验，1889年显现了一般感应炼钢炉，1900年法国人设计的第一台炼钢电弧炉突入生产。

从此电弧炉炼钢在一百年中取得了充分的进展，目前已经成为最重要的炼钢方式之一。

电弧炉的显现，开发了煤的替代能源使废钢开始能回收再利用，为可持续进展做出了庞大奉献。

[1]在国际上，电弧炉装备技术的进展大体经历了以下几个时期，20世纪70年代，常规交流超高功率电炉及其配套技术的开发应用，使电炉的生产效率大大提高，技术经济指标大大改善。

20世纪80年代，直流电弧炉取得大规模的工业应用。

20世纪80年代后期至90年代中期，利用高温废气对废钢和CO进行预热后再燃烧的技术，和用化学能代替部份电能的各类节能电炉技术被成功开发并应用。

我国电炉炼钢在20世纪80年代以前一直处于掉队的状态，那时全国有3000多座容量为3吨--30吨的小电炉，功率水平普遍不大于350kVAt。

这些小电炉多采纳掉队的“老三段”冶炼工艺(即在电炉内完成熔化、氧化、还原三步冶炼任务)，电炉生产效率低、产品质量差、能源消耗高、生产进程污染严峻。