电炉炼钢工艺计算炉型设计
70吨超高功率直流电弧炉
**科技学
材料冶金学院
2011级冶金2班
**
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目录
物料衡计算
1计算需原始数
2物料衡基项目
3计算步骤
熔化期计算
氧化期计算
原期计算
二热衡计算
1计算热收入Qs
2计算热支出Qz
三电炉炉型计算
1电炉基炉型
2偏心底出钢电炉
四参考文献
物料衡计算
1计算需原始数
基原始数：冶炼钢种成分数原材料成分合金元素回收率炉料中元素烧损率
表冶炼钢种成分
钢种
成分
备注
C
Si
Mn
P
S
Cr
Fe
GCr15
095～105100
015～035025
025～045035
≤0025
≤0025
140～165153
余量
氧化法冶炼
表二数
名称
参数
配碳量
钢种规格中限高070达170
熔化期脱碳量
电极消耗量
炉顶高铝砖消耗量
炉衬镁砖消耗量
熔化期氧化期需氧量
氧气纯度利率
焦炭中碳回收率
碳氧化产物
烟尘量
30170×30＝051kg
46kgt（金属料）：熔化期60氧化期原期20
15kgt（金属料）：熔化期50氧化期35原期15
45kgt（金属料）：熔化期40氧化期原期30
50氧气余空气矿石
氧气纯度985氮气15利率90
焦炭中碳回收率75
70生成CO30生成CO2
78kgt（金属料）
表三原材料成分
名称
C
Si
Mn
P
S
Cr
Al
Fe
H2O
灰分
挥发分
碳素废钢
炼钢生铁
FeMn
FeSi
SiMn
FeCr
Al
焦炭
电极
018
350
660
165
435
8195
9900
025
040
050
7300
2050
040
055
040
6780
050
6320
0030
0080
0230
0050
0065
0035
0030
0030
0130
0030
0045
0045
6730
250
9850
余量
余量
2474
2392
1454
2787
150
0．58
1240
100
552
名称
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
CaF2
Fe2O3
FeO
H20
P2O5
S
P
石灰
萤石
铁矿石
火砖块
高铝砖
镁砂
焦炭灰分
电极灰分
9000
100
055
380
450
370
910
250
080
500
6080
400
380
4900
5740
130
060
050
060
010
8970
100
010
130
350
100
3680
9130
050
2810
333
9231
6200
125
080
150
1800
3050
220
020
010
010
0055
0535
表四合金元素回收率
合金材料
加入时间
回收率
C
Si
Mn
Cr
Al
FeMn
FeSi
FeCr
Al
FeSi粉
Al粉
原初期
出钢前
原初期
原期
原初期
原初期预脱氧
原期终脱氧
原期扩散脱氧
原期扩散脱氧
100
100
100
100
100
65
95
100
50
96
98
100
100
100
96
0
60
0
40
0
0
表五炉料中元素烧损率
成分
C
Si
Mn
P
S
烧损率
熔化期
25～40
取30
70～95
取85
60～70
取65
40～50
取45
忽略
氧化期
006①
全部烧损
20
0015②
25～30取27
1末期含量规格限低003～010（取006）确定（般应低030脱碳量）
2末期含量0015确定
2物料衡基项目
收入项：废钢生铁焦炭石灰矿石萤石电极炉衬镁砖炉顶高铝砖火砖块铁合金氧气空气
支出项：钢水炉渣炉气挥发铁焦炭中挥发分
3计算步骤
100kg金属炉料（废钢+生铁）基础工艺阶段——熔化期氧化期原期分进行计算
熔化期计算：
（1）确定物料消耗量：废钢生铁90kg10kg搭配
金属炉料配入量
名称
量kg
配料成分kg
C
Si
Mn
P
S
Fe
废钢
90000
0162
0225
0495
0027
0027
89064
生铁
10000
035
004
004
0008
0003
9559
焦炭
1944
1188①
合计
101944
1700
0265
0535
0035
0035
98623
①碳烧损率25
原材料消耗量提前造渣脱磷先加入部分石灰矿石炉顶炉衬电极消耗量见表二
（2）确定氧气空气消耗量
氧气供应氧气503262×50＝1631kg空气应供氧16310273＝1358kg
净耗氧量计算
项目
名称
元素
反应产物
元素氧化量kg
耗氧量kg
供氧量kg
耗氧项
炉料中元素氧化
C
Si
Mn
P
Fe
（C）→｛CO｝
（C）→｛CO2｝
(Si) →(SiO2)
(Mn) →(MnO)
(P) →(P2O5)
(Fe) →(FeO) ①
(Fe) →(Fe2O3) ①
17×30×70＝0357
17×30×30＝0153
0265×85＝0225
0535×65＝0348
0035×45＝0016
98623×2×15＝0296
98623×2×85＝1677
0476
0408
0257
0101
0021
0085
0714
合计
3072
2062
焦炭中碳氧化
电极中碳氧化
C
C
（C）→｛CO｝
（C）→｛CO2｝
（C）→｛CO｝
（C）→｛CO2｝
0277
0119
0208
0089
0369
0317
0277
0237
合计
3262
供氧项
矿石
石灰
Fe2O3
FeO
S
Fe2O32Fe+32O2
Fe+OFeO
CaO+SCaS+O
0186
0086
0001
合计
0273
净耗氧量
2989
1令铁烧损率2中80生成Fe2O3挥发掉成烟尘部分20成渣20中3：1例分生成（FeO）（Fe2O3）
氧气空气实际消耗量
氧气kg
空气kg
带入O2
带入N2
带入O2
带入N2
1631901812
(181299)×10018
1358
1358×(7723)4546
∑＝1812+0018＝183
∑＝1358+4546＝5904
（3）确定炉渣量
熔化期炉渣量确定
名称
消耗量kg
成渣组分kg
备注
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
Fe2O3
P2O5
合计
炉料中元素氧化
Si
Mn
P
Fe
0225
0348
0016
0394
0482
0449
0380
0141
0037
0482
0449
0037
0521
炉顶
炉衬
焦炭
电极
矿石
石灰
0075
0180
1944
0300
1000
2000
0003
0008
0009
略
0010
1798
0003
0007
0118
0002
0050
0050
略
0161
0002
略
0005
0026
0068
0001
0068
0001
0010
0026
0305
0001
0003
0043
(062)
0075
0180
0240
0003
0075
1900
合计
1828
0712
0194
0174
0449
0380
0188
0037
3962
质量分数
4614
1797
490
439
1133
959
475
093
100
（4）确定金属量：金属量Qi金属炉料重+矿石带入铁量炉料中CSiMnPFe烧损量+焦炭配入碳量100+06713072+118898787kg
（5）确定炉气量
炉气量计算
项目
气态产物kg
备注
CO
CO2
N2
H2O
H2
挥发物
合计
炉料中C氧化
焦炭带入
电极带入
0833
0646
0485
0561
0436
0326
0011
0107
1394
1200
0811
矿石带入
石灰带入
氧气带入
空气带入
游离O2参反应
CO+12O2CO2
H2O参反应
H2O+COH2+CO2
0317
0118
0498
0186
0020
4955
0．065
0076
0008
0
0
0020
5020
0181
0
合计
1529
2007
4975
0
0008
0107
8626
质量分数
1773
2327
5767
0
009
124
100
(6)确定铁挥发量：98623×2×80＝1578kg
熔化期物料衡表
收入
支出
项目
质量kg
项目
质量kg
废钢
90000
7948
金属
98787
8746
生铁
10000
883
炉渣
3962
351
焦炭
1944
172
炉气
8626
764
电极
0300
026
铁挥发
1578
140
矿石
1000
088
石灰
2000
177
炉顶
0075
007
炉衬
0180
016
氧气
1830
162
空气
5904
521
合计
113233
100
合计
112953
100
注：计算误差＝（113233112953）113233×100＝025
氧化期计算：
（1）确定渣量
氧化期渣量确定
名称
消耗量kg
成渣组分kg
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
Fe2O3
P2O5
CaS
合计
留渣1189
0549
0214
0058
0051
0135
0114
0056
0011
1188
金属中元素氧化烧损
Si
Mn
P
Fe
S
0040
0037
0004
0293
0024
004
0086
0048
0297
0089
0009
005
0086
0048
0009
0386
0010
炉顶蚀损量
炉衬蚀损量
电极烧损量
石灰带入
矿石带入
火砖块带入
0053
0135
0100
2700
1000
0500
0002
0006
略
2427
0010
0003
0002
0005
0001
0068
0050
0304
略
0121
略
0035
0005
0003
0048
0001
略
0035
0010
0184
0305
略
0002
0620
0006
0052
0134
0001
2565
0075
0500
合计
2957
0730
0222
0329
0183
0411
0153
0020
005
5055
5850
1444
439
651
362
813
303
040
099
100
（2）确定金属量
根熔化期金属量表中元素烧损量矿石原出铁量氧化末期金属量98787（004+0037+0004+0293+0024+0311）+067198749kg
（2）确定炉气量
净耗氧量计算
名称
元素
烧损量kg
反应产物
耗氧量kg
供氧量kg
备注
金属中元素氧化
C
0311
[C]→{CO}
0290
[C]→{CO2}
0254
Si
0040
[Si]→（SiO2）
0046
Mn
0037
[Mn]→（MnO）
0011
P
0004
[P]→（P2O5）
0005
Fe
0293
[Fe]→（FeO）
0066
[Fe]→（Fe2O3）
0027
电极中碳氧化
C
0099
[C]→{CO}
0092
[C]→{CO2}
0079
合计
0870
矿石供氧
Fe2O3
FeO
0620
0305
Fe2O32Fe+32O2
2FeO2Fe+O2
0186
0068
原铁0671
石灰中S原CaO
S
0003
CaO+SCaS+O
0002
金属中S原CaO
S
0009
CaO+SCaS+O
0005
合计
0261
净耗氧量
0609
氧气空气实际消耗量
氧气kg
空气kg
带入O2
带入N2
带入O2
带入N2
0435900483
(048399)×10005
0174
0174×(7723)0583
∑＝0483＋0005＝0488
∑＝0174＋0583＝0757
炉气量
项目
气态氧化物kg
备注
CO
CO2
N2
H2O
H2
合计
金属中C氧化
电极带入
矿石带入
石灰带入
氧气带入
空气带入
游离O2反应：CO+12O2CO2
H2O反应：H2O+COH2+CO2
0508
0162
0076
0036
0342
0109
0120
0056
0005
0583
0023
0023
0003
0850
0271
0000
0000
0005
0606
0044
0000
C烧损量0318
C烧损量0099
湿空气量0651
游离O2量005
H2O全部消耗掉
合计
0558
0627
0588
0
0003
1776
质量分数
3142
3530
3311
0
017
100
熔化期氧化期综合物料衡表
收入
支出
项目
质量kg
项目
质量kg
废钢
90000
7565
金属
98749
8329
生铁
10000
841
炉渣
7829
660
焦炭
1944
163
炉气
10402
877
电极
0400
034
铁挥发
1578
133
矿石
2000
168
石灰
4700
395
火砖块
0500
042
炉顶
0128
011
炉衬
0315
026
氧气
2318
195
空气
6661
560
合计
118966
100
合计
118558
100
注：计算误差＝(118966－118558)118966×100＝034
原期计算：
（1）确定渣量
成渣组分kg
合计
0252
0022
0134
1866
0644
0327
0110
0030
0406
0091
0022
3905
CaS
0002
0001
0018
0021
P2O5
0001
0002
0006
略
0009
CaF2
0575
0575
Cr2O3
Fe2O3
0008
略
0002
0010
0010
0004
0006
0040
FeO
0021
0018
0039
MnO
0009
0009
Al2O3
0016
0021
0001
0029
0010
0120
0110
0008
0023
0091
0429
MgO
0011
略
0121
0051
0004
0002
略
0189
SiO2
0037
0001
0005
0049
0036
0199
0015
0383
0725
CaO
0149
略
0006
1723
0002
0002
0001
0014
1869
名称
残渣量0253kg
炉顶蚀损0023kg
炉衬蚀损0135kg
石灰1960kg
萤石0653kg
火砖块0327kg
Al块（预脱氧）0059kg
C粉0245kg
FeSi粉0490kg
Al块（终脱氧）0049kg
脱硫：[CaO]+[FeS](CaS)+(FeO)
计
造渣剂
脱氧剂
0010
0016
0008
0010
0001
0192
0010
0091
0009
3782
100
0021
0009
0
0288
0287
0091
0091
0016
0024
0
0
0010
0014
0015
0010
0019
0002
0431
0189
0006
0013
0013
0111
0007
0653
0207
2076
(FeO)+C[Fe]+{CO}
(Fe2O3)+3C2[Fe]+3{CO}
2(FeO)+Si2[Fe]+(SiO2)
2(Fe2O3)+3Si4[Fe]+3(SiO2)
2(P2O5)+5Si4[P]+5(SiO2)
2(CaF2)+(SiO2)2(CaO)+{SiF4}
FeMn 0298kg
FeCr 2320kg
FeSi 0095kg
合计
质量分数kg
反应
合金剂
净耗氧量计算
名称
元素
烧损量kg
反应产物
耗氧量kg
供氧量kg
电极中C氧化
C粉中C氧化
C
C
0099
0180
C→{CO}
C→{CO}
0132
0240
FeSi粉中SiAl氧化
Si
Al
0179
0012
Si→(SiO2)
Al→(Al2O3)
0205
0011
Al块氧化
FeMn中Mn烧损
FeCr中Cr烧损
Al
Mn
Cr
0087
0008
0062
Al→(Al2O3)
Mn→(MnO)
Cr→(Cr2O3)
0077
0002
0029
FeSi中SiAl烧损
Si
Al
0003
0001
Si→(SiO2)
Al→(Al2O3)
0003
0001
合计
0700
石灰中S原CaO
金属中S原CaO
S
S
0001
0008
CaO+SCaS+O
CaO+SCaS+O
0001
0004
合计
0005
净耗氧量
0695
空气消耗量带入水分
空气供O2量kg
O2带入N2量kg
0695
0695×(7723)2327
空气消耗量0695+23273024kg
空气带入水分0031kg
炉气量
项目
气态产物kg
备注
CO
CO2
N2
H2O
H2
SiF4
挥发份
合计
C粉带入
电极带入
石灰带入
萤石带入
空气带入
H2O+COH2+CO2
2(CaF2)+(SiO2)2(CaO)+{SiF4}
0406
0021
0068
0091
0107
2327
0005
0383
0010
0417
0021
0093
0010
2358
0
0383
合计
0359
0198
2327
0
0005
0383
0010
3282
质量分数kg
1094
603
1090
015
1167
031
100
钢水量成分
项目
钢水成分kg
C
Si
Mn
Cr
P
S
Al
Fe
合计
原初期金属带入
C粉带入
FeSi带入
FeMn带入
FeCr带入
FeSi带入
Al带入
0880
0020
0020
0101
0179
0009
0066
0150
0002
0202
略
1499
0015
略
0069
0001
略
0026
略
略
0001
略
0001
0019
97678
0117
0074
0647
0023
0001
0046
98749
0020
0298
0365
2258
0090
0020
0046
渣中(FeO)(Fe2O3)CSi原带入Fe
渣中(P2O5)Si原带入P
金属脱硫
0005
0008
0014
0005
0022
总计
1021
0254
0354
1499
0090
0019
0020
98572
101829
质量分数
1003
0249
0348
1472
0088
0019
0020
96802
100
原期物料衡表
收入
支出
项目
质量kg
项目
质量kg
金属液
98749
9077
钢液
101829
9351
炉渣
0253
023
炉渣
3782
347
石灰
1960
180
炉气
3282
301
萤石
0653
060
火砖块
0327
030
Al块
0108
010
C粉
0245
023
FeSi
0585
054
FeMn
0298
027
FeCr
2320
213
电极
0100
009
炉顶
0023
002
炉衬
0135
012
空气
3024
278
合计
108796
100
合计
108893
100
注：计算误差(108796108893)108796×100009
总物料衡表
收入
支出
项目
质量kg
项目
质量kg
废钢
90000
6991
钢液
101829
7913
生铁
10000
777
炉渣
11611
902
石灰
6660
517
炉气
13684
1063
萤石
0653
051
铁挥发
1578
123
火砖块
0827
064
矿石
2000
155
焦炭
2189
170
炉顶
0151
012
炉衬
0450
035
氧气
2318
180
空气
9685
752
电极
0500
039
Al
0108
008
FeMn
0298
023
FeCr
2320
180
FeSi
0585
045
合计
128744
100
合计
128682
100
注：计算误差(128744128682)128744×100005
二热衡计算
1计算热收入Qs
(1)物料物理热
名称
热容kJ·(kg·K)1
温度K
消耗量kg
物理热kJ
废钢
生铁
石灰
萤石
火砖块
矿石
焦炭
炉顶
0699
0745
0728
0898
0858
1047
0858
0879
0996
1318
298
298
298
298
298
298
298
873
873
298
90000
10000
6660
0653
0827
2000
2189
0151
0450
2318
157275
186250
121212
14660
17739
52350
46954
79637
26892
76378
炉衬
氧气
空气
电极
Al
FeMn
FeCr
FeSi
0963
1507
0896
0678
0565
0745
298
723
298
298
573
298
9685
0500
0108
0298
2320
0585
233166
339075
2419
5051
393240
10896
合计
3420697
(2)消耗电18324876kJ
(3)元素氧化热成渣热
名称
氧化量kg
化学反应
ΔHkJ·kg1
放热量kJ
电极中C
0376
0119
C+12{O2}{CO}
C+{O2}{CO2}
11639
34834
4376
4145
焦炭中C
0451
0119
C+12{O2}{CO}
C+{O2}{CO2}
11639
34834
5249
4145
金属中Si
0265
[Si]+2(FeO)(SiO2)+2[Fe]
11329
3002
FeSi中Si
0003
0006
0164
0006
[Si]+2(FeO)(SiO2)+2[Fe] 3Si+2(Fe2O3)3(SiO2)+4[Fe]
Si+{O2}(SiO2)
5Si+2(P2O5)4[P]+5(SiO2)
11329
9750
29202
9185
34
59
4789
55
金属中Mn
FeMn中Mn
Al块
FeSi中Al
FeCr中Cr
金属P
0385
0008
0029
0012
0062
0020
[Mn]+(FeO)(MnO)+[Fe]
Mn+(FeO)(MnO)+[Fe]
2Al+3(FeO)(Al2O3)+3[Fe]
2Al+3(FeO)(Al2O3)+3[Fe]
2Cr+3(FeO)(Cr2O3)+3[Fe]
2[P]+5(FeO)(P2O5)+5[Fe]
2176
2176
14572
14572
2982
2419
838
17
423
175
185
48
Fe
4484
1662
[Fe]+12{O2}(FeO)
2[Fe]+32{O2}(Fe2O3)
4250
6460
19058
10737
SiO2成渣
P2O5成渣
1917
0045
2(CaO)+(SiO2)(2CaO·SiO2)
4(CaO)+(P2O5)(4CaO·P2O5)
1620
4880
3106
202
合计
60643
2计算热支出Qz
(1)钢水物理热Qg14044571kJ
(2)炉渣物理热Qr
名称
熔化期炉渣
氧化期炉渣
原期炉渣
合计
温度℃
1500
1650
1620
热容kJ·(kg·K)1
1172
1216
1210
物理热kJ
537324
1049237
808951
2395512
(3)吸热反应消耗物理热Qs
名称
氧化量kg
化学反应
ΔHkJ·kg1
吸热量kJ
金属脱碳
渣中(FeO)(Fe2O3)
C粉中C原
金属脱碳
石灰烧碱
0820
0002
0004
0018
309
[C]+(FeO){CO}+[Fe]
(FeO)+C{CO}+[Fe]
(Fe2O3)+3C3{CO}+2[Fe]
[FeS]+(CaO)(CaS)+(CaO)
CaCO3CaO+CO2
6244
6244
8520
2143
4177
512008
1249
3408
38574
129069
水分挥发
石灰带入
矿石带入
萤石带入
焦炭带入
空气带入
计
0007
0024
0010
0013
0096
0150
H2O→{H2O}1200℃
1227
18405
金属增C
1299
C→[C]
1779
231092
合计
899089
(4)炉气物理热Qx1609426kJ
(5)烟尘物理热Qy184673kJ
(6)冷水物理热Ql20088kJ
(7)热损失Qq约占总热收入6～9取8
(8)变压器级短网系统热损失Qb1472355kJ
热衡表
收入
支出
项目
热量kJ
项目
热量kJ
物料物理热
3420697
1383
钢水物理热
14044571
5679
氧化热成渣热
中C氧化
Si氧化
Mn氧化
6064300
1791500
793900
85500
4800
2452
724
321
035
002
炉渣物理热
吸热反应消耗热
炉气物理热
烟尘物理热
2395512
889089
1609426
184673
20088
969
359
651
075
812
P氧化
Al氧化
Cr氧化
Fe氧化
SiO2成渣
P2O5成渣
59800
18500
2979500
310600
20200
024
007
1205
126
008
冷水吸热
热损失
变压器系统热损失
212682
1472355
860
595
电
18324876
7500
合计
24731246
10000
合计
24731246
10000
单位电耗计算：1kJ2773×104kW·h单位电耗50368 kW·ht
三超高功率电弧炉炉型设计
1电炉基炉型
炼钢电炉部结构炉缸熔化室两部分组成熔池炉缸组成部分
A 炉缸
电炉炉缸熔池(钢水炉渣)定空间组成
a 熔池形状
公称容量70(t)电炉例炉体剖开炉门方电炉熔池形状倒锥台球缺组成锥球形熔池钢液面直径D钢液深度HDH确定电炉炉型基参数70t5500mm超高功率电炉取DH4～5值炉容量增加加炉底采球形底部便熔化初期聚集定钢液保护炉底利吹氧助熔加速熔化般球缺高度取h1H5镁砂然堆角45°便工修补炉坡锥台倾角α取45°操作程中熔池形状易保持超高功率电炉渣线采合成捣料(烧结寿命高)采机械喷补炉门处EBT出钢口附外α常取50°～60°
b 钢液面直径
额定容量70(t)钢液占体积Vg(m3)：
VgGρg70710m3
式中ρg钢液密度低碳钢低合金钢初炼电炉中钢液ρg7tm3
倒锥台球缺组成锥球形熔池钢液体积V(m3)：
VV台+V球Vgπh23(D2+d2+Dd4)+πh1(d28+h126)
式中Vg钢液体积 Vg10m3
h1球缺高度般取h1H50180m
h2锥台高度h24H50722m
D钢液面直径D4506m
d球缺直径d3499m
取锥台倾角α55°取DH5Vg4366πH300348πD3
c 炉池直径
电炉熔池直径Dr指渣面直径钢液面薄层炉渣似作圆柱形厚度hz：
hz≈4VzπD20125m
式中Vz炉渣体积Vz(15～20)Vg20×102m3
考虑炉渣厚度熔池直径Dr：
DrD+2hztanα4681m
B 熔化室
熔化室决定废钢次装入量影响电弧炉热交换熔化室直径指炉缸直径熔化室炉缸分界面
a 熔化室直径
考虑避免炉渣刷炉壁砖减轻炉渣炉壁炉坡接触处侵蚀炉缸面高炉门坎面约100mm熔化室直径Drh：
DrhDr+2×(01+01)tan4961m
b 熔化室高度
熔化室高度H1应根炉热交换情况确定高度增加炉顶热负荷减炉顶熔池非高温区辐射功率减炉容量5～250t时熔化室直径熔化室高度值DrhH12～25
H1 Drh (2～25)49612482m
C 炉衬厚度炉壳
a 炉衬厚度
炉衬厚度耐火材料热阻计算确定越厚越越厚寿命越高设计条件电炉炉役末期外表面加热温度超100
～150℃
(1)炉底厚度10～70t电炉б底＜H б底085m
(2)炉壁厚度10t电炉б壁350～400mm采水冷炉壁超高功率型电炉炉壁厚度取决水冷构件形式材质炉热负荷等 б壁040m
(3)炉盖厚度超高功率电炉采水冷炉盖水冷炉盖厚度等水冷炉壁厚度中心耐火材料炉盖厚度般250～300mm
b 炉壳
(1)炉壳钢板材质炉壳采钢板材质般Q2352020g等钢板厚度炉壳直径1200工程取钢板厚度Dk200
炉壳钢板厚度炉壳直径关系
炉壳直径
＜3000
3000～4000
4000～6000
＞6000
钢板厚度
≤15
15～20
20～30
≥30
(2)炉壳直径完整钢板炉壳水冷炉壁采取装式电炉炉壳钢板作炉壳直径没完整钢板炉壳水冷炉壁采取框架悬挂式电炉偏心底出钢电炉炉壳钢板径作炉壳直径考虑熔池面处耐火材料炉衬厚度炉壳直径Dk等熔池直径加两倍炉衬厚度：
DkDr+2б壁5481m
(3)炉壳高度炉壳高度取决熔化室高度耐火材料炉底厚度炉缸深度熔化室高度组成
(4)炉壳底部形状炉壳底部形状锥台形球缺形者型电炉
D 电极分布圆直径
电极分布圆直径表示电极炉分布影响耐火材料炉壁寿命废钢炉料熔化熔池温度均匀性炉盖中心耐火材料强度等熔池直径确定电极分布圆直径d确定：
d极心(025～035)Dr026×46811217m
容量超高功率电炉技术参数
出钢量t
变压器额定功率MVA
炉壳直径mm
石墨电极直径mm
电极分布圆直径mm
60～70
54
5200
500
1200
2偏心底出钢电炉
A 留钢量设计
偏心底出钢电炉通留钢操作实现留渣渣出钢时具提前成渣早脱磷等优越性偏心底出钢电炉熔池钢水量恰出10～15作偏心底出钢电炉留钢量95炉渣留炉实现渣出钢
B 出钢口偏心距
出钢口偏心距指出出钢口中心炉体中心距离E表示
满足出钢口填料维护操作方便条件出钢口偏心距应量：减少出钢箱炉体钢水温度成分均匀性利冶炼操作二减少炉体偏重
C 出钢口水高度
出钢口水面高度指出钢箱底部位置高低应保证出完钢炉子摇正炉中留炉渣钢水均溢出种情况出钢口水面高度应出钢箱钢水深度h足够提高动开浇率改善卷渣现象
D 出钢箱高度
防止超装熔池氧化沸腾炉体倾出钢炉体倾时钢水较长时间接触水冷桥出钢箱水冷盖板造成危险希出钢高度适高出钢口填料维护操作炉体偏重等利
E 出钢口直径
考虑钢水温降生产率卷渣出钢操作等常出钢时间τ120～150s作设计出钢口直径出钢量钢流速关系：
GSvτρg(πd24) √2ghtρ
带入已知数整理：
d2004Gt√h022m
式中G出钢量G70t
S钢流面积
V钢流流速
τ出钢时间
ρg钢水密度
d出钢口直径d022m
h出钢口方钢水深度h0902m
F 实现渣出钢减少渣保证
实现渣出钢减少渣量出钢口水面高度应出钢口宜二出钢回倾速度快应达4～5°min否虹吸现象卷渣渣
四参考文献
[1]王令福炼钢设备车间设计北京冶金工业出版社2007
[2]李传薪钢铁厂设计原理北京冶金工业出版社2005
[3]陈家祥钢铁冶金学(炼钢部分)北京冶金工业出版社1990
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电炉炼钢工艺计算炉型设计
70吨超高功率直流电弧炉
**科技学
材料冶金学院
2011级冶金2班
**
*******
目录
物料衡计算
1计算需原始数
2物料衡基项目
3计算步骤
熔化期计算
氧化期计算
原期计算
二热衡计算
1计算热收入Qs
2计算热支出Qz
三电炉炉型计算
1电炉基炉型
2偏心底出钢电炉
四参考文献
物料衡计算
1计算需原始数
基原始数：冶炼钢种成分数原材料成分合金元素回收率炉料中元素烧损率
表冶炼钢种成分
钢种
成分
备注
C
Si
Mn
P
S
Cr
Fe
GCr15
095～105100
015～035025
025～045035
≤0025
≤0025
140～165153
余量
氧化法冶炼
表二数
名称
参数
配碳量
钢种规格中限高070达170
熔化期脱碳量
电极消耗量
炉顶高铝砖消耗量
炉衬镁砖消耗量
熔化期氧化期需氧量
氧气纯度利率
焦炭中碳回收率
碳氧化产物
烟尘量
30170×30＝051kg
46kgt（金属料）：熔化期60氧化期原期20
15kgt（金属料）：熔化期50氧化期35原期15
45kgt（金属料）：熔化期40氧化期原期30
50氧气余空气矿石
氧气纯度985氮气15利率90
焦炭中碳回收率75
70生成CO30生成CO2
78kgt（金属料）
表三原材料成分
名称
C
Si
Mn
P
S
Cr
Al
Fe
H2O
灰分
挥发分
碳素废钢
炼钢生铁
FeMn
FeSi
SiMn
FeCr
Al
焦炭
电极
018
350
660
165
435
8195
9900
025
040
050
7300
2050
040
055
040
6780
050
6320
0030
0080
0230
0050
0065
0035
0030
0030
0130
0030
0045
0045
6730
250
9850
余量
余量
2474
2392
1454
2787
150
0．58
1240
100
552
名称
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
CaF2
Fe2O3
FeO
H20
P2O5
S
P
石灰
萤石
铁矿石
火砖块
高铝砖
镁砂
焦炭灰分
电极灰分
9000
100
055
380
450
370
910
250
080
500
6080
400
380
4900
5740
130
060
050
060
010
8970
100
010
130
350
100
3680
9130
050
2810
333
9231
6200
125
080
150
1800
3050
220
020
010
010
0055
0535
表四合金元素回收率
合金材料
加入时间
回收率
C
Si
Mn
Cr
Al
FeMn
FeSi
FeCr
Al
FeSi粉
Al粉
原初期
出钢前
原初期
原期
原初期
原初期预脱氧
原期终脱氧
原期扩散脱氧
原期扩散脱氧
100
100
100
100
100
65
95
100
50
96
98
100
100
100
96
0
60
0
40
0
0
表五炉料中元素烧损率
成分
C
Si
Mn
P
S
烧损率
熔化期
25～40
取30
70～95
取85
60～70
取65
40～50
取45
忽略
氧化期
006①
全部烧损
20
0015②
25～30取27
1末期含量规格限低003～010（取006）确定（般应低030脱碳量）
2末期含量0015确定
2物料衡基项目
收入项：废钢生铁焦炭石灰矿石萤石电极炉衬镁砖炉顶高铝砖火砖块铁合金氧气空气
支出项：钢水炉渣炉气挥发铁焦炭中挥发分
3计算步骤
100kg金属炉料（废钢+生铁）基础工艺阶段——熔化期氧化期原期分进行计算
熔化期计算：
（1）确定物料消耗量：废钢生铁90kg10kg搭配
金属炉料配入量
名称
量kg
配料成分kg
C
Si
Mn
P
S
Fe
废钢
90000
0162
0225
0495
0027
0027
89064
生铁
10000
035
004
004
0008
0003
9559
焦炭
1944
1188①
合计
101944
1700
0265
0535
0035
0035
98623
①碳烧损率25
原材料消耗量提前造渣脱磷先加入部分石灰矿石炉顶炉衬电极消耗量见表二
（2）确定氧气空气消耗量
氧气供应氧气503262×50＝1631kg空气应供氧16310273＝1358kg
净耗氧量计算
项目
名称
元素
反应产物
元素氧化量kg
耗氧量kg
供氧量kg
耗氧项
炉料中元素氧化
C
Si
Mn
P
Fe
（C）→｛CO｝
（C）→｛CO2｝
(Si) →(SiO2)
(Mn) →(MnO)
(P) →(P2O5)
(Fe) →(FeO) ①
(Fe) →(Fe2O3) ①
17×30×70＝0357
17×30×30＝0153
0265×85＝0225
0535×65＝0348
0035×45＝0016
98623×2×15＝0296
98623×2×85＝1677
0476
0408
0257
0101
0021
0085
0714
合计
3072
2062
焦炭中碳氧化
电极中碳氧化
C
C
（C）→｛CO｝
（C）→｛CO2｝
（C）→｛CO｝
（C）→｛CO2｝
0277
0119
0208
0089
0369
0317
0277
0237
合计
3262
供氧项
矿石
石灰
Fe2O3
FeO
S
Fe2O32Fe+32O2
Fe+OFeO
CaO+SCaS+O
0186
0086
0001
合计
0273
净耗氧量
2989
1令铁烧损率2中80生成Fe2O3挥发掉成烟尘部分20成渣20中3：1例分生成（FeO）（Fe2O3）
氧气空气实际消耗量
氧气kg
空气kg
带入O2
带入N2
带入O2
带入N2
1631901812
(181299)×10018
1358
1358×(7723)4546
∑＝1812+0018＝183
∑＝1358+4546＝5904
（3）确定炉渣量
熔化期炉渣量确定
名称
消耗量kg
成渣组分kg
备注
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
Fe2O3
P2O5
合计
炉料中元素氧化
Si
Mn
P
Fe
0225
0348
0016
0394
0482
0449
0380
0141
0037
0482
0449
0037
0521
炉顶
炉衬
焦炭
电极
矿石
石灰
0075
0180
1944
0300
1000
2000
0003
0008
0009
略
0010
1798
0003
0007
0118
0002
0050
0050
略
0161
0002
略
0005
0026
0068
0001
0068
0001
0010
0026
0305
0001
0003
0043
(062)
0075
0180
0240
0003
0075
1900
合计
1828
0712
0194
0174
0449
0380
0188
0037
3962
质量分数
4614
1797
490
439
1133
959
475
093
100
（4）确定金属量：金属量Qi金属炉料重+矿石带入铁量炉料中CSiMnPFe烧损量+焦炭配入碳量100+06713072+118898787kg
（5）确定炉气量
炉气量计算
项目
气态产物kg
备注
CO
CO2
N2
H2O
H2
挥发物
合计
炉料中C氧化
焦炭带入
电极带入
0833
0646
0485
0561
0436
0326
0011
0107
1394
1200
0811
矿石带入
石灰带入
氧气带入
空气带入
游离O2参反应
CO+12O2CO2
H2O参反应
H2O+COH2+CO2
0317
0118
0498
0186
0020
4955
0．065
0076
0008
0
0
0020
5020
0181
0
合计
1529
2007
4975
0
0008
0107
8626
质量分数
1773
2327
5767
0
009
124
100
(6)确定铁挥发量：98623×2×80＝1578kg
熔化期物料衡表
收入
支出
项目
质量kg
项目
质量kg
废钢
90000
7948
金属
98787
8746
生铁
10000
883
炉渣
3962
351
焦炭
1944
172
炉气
8626
764
电极
0300
026
铁挥发
1578
140
矿石
1000
088
石灰
2000
177
炉顶
0075
007
炉衬
0180
016
氧气
1830
162
空气
5904
521
合计
113233
100
合计
112953
100
注：计算误差＝（113233112953）113233×100＝025
氧化期计算：
（1）确定渣量
氧化期渣量确定
名称
消耗量kg
成渣组分kg
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
Fe2O3
P2O5
CaS
合计
留渣1189
0549
0214
0058
0051
0135
0114
0056
0011
1188
金属中元素氧化烧损
Si
Mn
P
Fe
S
0040
0037
0004
0293
0024
004
0086
0048
0297
0089
0009
005
0086
0048
0009
0386
0010
炉顶蚀损量
炉衬蚀损量
电极烧损量
石灰带入
矿石带入
火砖块带入
0053
0135
0100
2700
1000
0500
0002
0006
略
2427
0010
0003
0002
0005
0001
0068
0050
0304
略
0121
略
0035
0005
0003
0048
0001
略
0035
0010
0184
0305
略
0002
0620
0006
0052
0134
0001
2565
0075
0500
合计
2957
0730
0222
0329
0183
0411
0153
0020
005
5055
5850
1444
439
651
362
813
303
040
099
100
（2）确定金属量
根熔化期金属量表中元素烧损量矿石原出铁量氧化末期金属量98787（004+0037+0004+0293+0024+0311）+067198749kg
（2）确定炉气量
净耗氧量计算
名称
元素
烧损量kg
反应产物
耗氧量kg
供氧量kg
备注
金属中元素氧化
C
0311
[C]→{CO}
0290
[C]→{CO2}
0254
Si
0040
[Si]→（SiO2）
0046
Mn
0037
[Mn]→（MnO）
0011
P
0004
[P]→（P2O5）
0005
Fe
0293
[Fe]→（FeO）
0066
[Fe]→（Fe2O3）
0027
电极中碳氧化
C
0099
[C]→{CO}
0092
[C]→{CO2}
0079
合计
0870
矿石供氧
Fe2O3
FeO
0620
0305
Fe2O32Fe+32O2
2FeO2Fe+O2
0186
0068
原铁0671
石灰中S原CaO
S
0003
CaO+SCaS+O
0002
金属中S原CaO
S
0009
CaO+SCaS+O
0005
合计
0261
净耗氧量
0609
氧气空气实际消耗量
氧气kg
空气kg
带入O2
带入N2
带入O2
带入N2
0435900483
(048399)×10005
0174
0174×(7723)0583
∑＝0483＋0005＝0488
∑＝0174＋0583＝0757
炉气量
项目
气态氧化物kg
备注
CO
CO2
N2
H2O
H2
合计
金属中C氧化
电极带入
矿石带入
石灰带入
氧气带入
空气带入
游离O2反应：CO+12O2CO2
H2O反应：H2O+COH2+CO2
0508
0162
0076
0036
0342
0109
0120
0056
0005
0583
0023
0023
0003
0850
0271
0000
0000
0005
0606
0044
0000
C烧损量0318
C烧损量0099
湿空气量0651
游离O2量005
H2O全部消耗掉
合计
0558
0627
0588
0
0003
1776
质量分数
3142
3530
3311
0
017
100
熔化期氧化期综合物料衡表
收入
支出
项目
质量kg
项目
质量kg
废钢
90000
7565
金属
98749
8329
生铁
10000
841
炉渣
7829
660
焦炭
1944
163
炉气
10402
877
电极
0400
034
铁挥发
1578
133
矿石
2000
168
石灰
4700
395
火砖块
0500
042
炉顶
0128
011
炉衬
0315
026
氧气
2318
195
空气
6661
560
合计
118966
100
合计
118558
100
注：计算误差＝(118966－118558)118966×100＝034
原期计算：
（1）确定渣量
成渣组分kg
合计
0252
0022
0134
1866
0644
0327
0110
0030
0406
0091
0022
3905
CaS
0002
0001
0018
0021
P2O5
0001
0002
0006
略
0009
CaF2
0575
0575
Cr2O3
Fe2O3
0008
略
0002
0010
0010
0004
0006
0040
FeO
0021
0018
0039
MnO
0009
0009
Al2O3
0016
0021
0001
0029
0010
0120
0110
0008
0023
0091
0429
MgO
0011
略
0121
0051
0004
0002
略
0189
SiO2
0037
0001
0005
0049
0036
0199
0015
0383
0725
CaO
0149
略
0006
1723
0002
0002
0001
0014
1869
名称
残渣量0253kg
炉顶蚀损0023kg
炉衬蚀损0135kg
石灰1960kg
萤石0653kg
火砖块0327kg
Al块（预脱氧）0059kg
C粉0245kg
FeSi粉0490kg
Al块（终脱氧）0049kg
脱硫：[CaO]+[FeS](CaS)+(FeO)
计
造渣剂
脱氧剂
0010
0016
0008
0010
0001
0192
0010
0091
0009
3782
100
0021
0009
0
0288
0287
0091
0091
0016
0024
0
0
0010
0014
0015
0010
0019
0002
0431
0189
0006
0013
0013
0111
0007
0653
0207
2076
(FeO)+C[Fe]+{CO}
(Fe2O3)+3C2[Fe]+3{CO}
2(FeO)+Si2[Fe]+(SiO2)
2(Fe2O3)+3Si4[Fe]+3(SiO2)
2(P2O5)+5Si4[P]+5(SiO2)
2(CaF2)+(SiO2)2(CaO)+{SiF4}
FeMn 0298kg
FeCr 2320kg
FeSi 0095kg
合计
质量分数kg
反应
合金剂
净耗氧量计算
名称
元素
烧损量kg
反应产物
耗氧量kg
供氧量kg
电极中C氧化
C粉中C氧化
C
C
0099
0180
C→{CO}
C→{CO}
0132
0240
FeSi粉中SiAl氧化
Si
Al
0179
0012
Si→(SiO2)
Al→(Al2O3)
0205
0011
Al块氧化
FeMn中Mn烧损
FeCr中Cr烧损
Al
Mn
Cr
0087
0008
0062
Al→(Al2O3)
Mn→(MnO)
Cr→(Cr2O3)
0077
0002
0029
FeSi中SiAl烧损
Si
Al
0003
0001
Si→(SiO2)
Al→(Al2O3)
0003
0001
合计
0700
石灰中S原CaO
金属中S原CaO
S
S
0001
0008
CaO+SCaS+O
CaO+SCaS+O
0001
0004
合计
0005
净耗氧量
0695
空气消耗量带入水分
空气供O2量kg
O2带入N2量kg
0695
0695×(7723)2327
空气消耗量0695+23273024kg
空气带入水分0031kg
炉气量
项目
气态产物kg
备注
CO
CO2
N2
H2O
H2
SiF4
挥发份
合计
C粉带入
电极带入
石灰带入
萤石带入
空气带入
H2O+COH2+CO2
2(CaF2)+(SiO2)2(CaO)+{SiF4}
0406
0021
0068
0091
0107
2327
0005
0383
0010
0417
0021
0093
0010
2358
0
0383
合计
0359
0198
2327
0
0005
0383
0010
3282
质量分数kg
1094
603
1090
015
1167
031
100
钢水量成分
项目
钢水成分kg
C
Si
Mn
Cr
P
S
Al
Fe
合计
原初期金属带入
C粉带入
FeSi带入
FeMn带入
FeCr带入
FeSi带入
Al带入
0880
0020
0020
0101
0179
0009
0066
0150
0002
0202
略
1499
0015
略
0069
0001
略
0026
略
略
0001
略
0001
0019
97678
0117
0074
0647
0023
0001
0046
98749
0020
0298
0365
2258
0090
0020
0046
渣中(FeO)(Fe2O3)CSi原带入Fe
渣中(P2O5)Si原带入P
金属脱硫
0005
0008
0014
0005
0022
总计
1021
0254
0354
1499
0090
0019
0020
98572
101829
质量分数
1003
0249
0348
1472
0088
0019
0020
96802
100
原期物料衡表
收入
支出
项目
质量kg
项目
质量kg
金属液
98749
9077
钢液
101829
9351
炉渣
0253
023
炉渣
3782
347
石灰
1960
180
炉气
3282
301
萤石
0653
060
火砖块
0327
030
Al块
0108
010
C粉
0245
023
FeSi
0585
054
FeMn
0298
027
FeCr
2320
213
电极
0100
009
炉顶
0023
002
炉衬
0135
012
空气
3024
278
合计
108796
100
合计
108893
100
注：计算误差(108796108893)108796×100009
总物料衡表
收入
支出
项目
质量kg
项目
质量kg
废钢
90000
6991
钢液
101829
7913
生铁
10000
777
炉渣
11611
902
石灰
6660
517
炉气
13684
1063
萤石
0653
051
铁挥发
1578
123
火砖块
0827
064
矿石
2000
155
焦炭
2189
170
炉顶
0151
012
炉衬
0450
035
氧气
2318
180
空气
9685
752
电极
0500
039
Al
0108
008
FeMn
0298
023
FeCr
2320
180
FeSi
0585
045
合计
128744
100
合计
128682
100
注：计算误差(128744128682)128744×100005
二热衡计算
1计算热收入Qs
(1)物料物理热
名称
热容kJ·(kg·K)1
温度K
消耗量kg
物理热kJ
废钢
生铁
石灰
萤石
火砖块
矿石
焦炭
炉顶
0699
0745
0728
0898
0858
1047
0858
0879
0996
1318
298
298
298
298
298
298
298
873
873
298
90000
10000
6660
0653
0827
2000
2189
0151
0450
2318
157275
186250
121212
14660
17739
52350
46954
79637
26892
76378
炉衬
氧气
空气
电极
Al
FeMn
FeCr
FeSi
0963
1507
0896
0678
0565
0745
298
723
298
298
573
298
9685
0500
0108
0298
2320
0585
233166
339075
2419
5051
393240
10896
合计
3420697
(2)消耗电18324876kJ
(3)元素氧化热成渣热
名称
氧化量kg
化学反应
ΔHkJ·kg1
放热量kJ
电极中C
0376
0119
C+12{O2}{CO}
C+{O2}{CO2}
11639
34834
4376
4145
焦炭中C
0451
0119
C+12{O2}{CO}
C+{O2}{CO2}
11639
34834
5249
4145
金属中Si
0265
[Si]+2(FeO)(SiO2)+2[Fe]
11329
3002
FeSi中Si
0003
0006
0164
0006
[Si]+2(FeO)(SiO2)+2[Fe] 3Si+2(Fe2O3)3(SiO2)+4[Fe]
Si+{O2}(SiO2)
5Si+2(P2O5)4[P]+5(SiO2)
11329
9750
29202
9185
34
59
4789
55
金属中Mn
FeMn中Mn
Al块
FeSi中Al
FeCr中Cr
金属P
0385
0008
0029
0012
0062
0020
[Mn]+(FeO)(MnO)+[Fe]
Mn+(FeO)(MnO)+[Fe]
2Al+3(FeO)(Al2O3)+3[Fe]
2Al+3(FeO)(Al2O3)+3[Fe]
2Cr+3(FeO)(Cr2O3)+3[Fe]
2[P]+5(FeO)(P2O5)+5[Fe]
2176
2176
14572
14572
2982
2419
838
17
423
175
185
48
Fe
4484
1662
[Fe]+12{O2}(FeO)
2[Fe]+32{O2}(Fe2O3)
4250
6460
19058
10737
SiO2成渣
P2O5成渣
1917
0045
2(CaO)+(SiO2)(2CaO·SiO2)
4(CaO)+(P2O5)(4CaO·P2O5)
1620
4880
3106
202
合计
60643
2计算热支出Qz
(1)钢水物理热Qg14044571kJ
(2)炉渣物理热Qr
名称
熔化期炉渣
氧化期炉渣
原期炉渣
合计
温度℃
1500
1650
1620
热容kJ·(kg·K)1
1172
1216
1210
物理热kJ
537324
1049237
808951
2395512
(3)吸热反应消耗物理热Qs
名称
氧化量kg
化学反应
ΔHkJ·kg1
吸热量kJ
金属脱碳
渣中(FeO)(Fe2O3)
C粉中C原
金属脱碳
石灰烧碱
0820
0002
0004
0018
309
[C]+(FeO){CO}+[Fe]
(FeO)+C{CO}+[Fe]
(Fe2O3)+3C3{CO}+2[Fe]
[FeS]+(CaO)(CaS)+(CaO)
CaCO3CaO+CO2
6244
6244
8520
2143
4177
512008
1249
3408
38574
129069
水分挥发
石灰带入
矿石带入
萤石带入
焦炭带入
空气带入
计
0007
0024
0010
0013
0096
0150
H2O→{H2O}1200℃
1227
18405
金属增C
1299
C→[C]
1779
231092
合计
899089
(4)炉气物理热Qx1609426kJ
(5)烟尘物理热Qy184673kJ
(6)冷水物理热Ql20088kJ
(7)热损失Qq约占总热收入6～9取8
(8)变压器级短网系统热损失Qb1472355kJ
热衡表
收入
支出
项目
热量kJ
项目
热量kJ
物料物理热
3420697
1383
钢水物理热
14044571
5679
氧化热成渣热
中C氧化
Si氧化
Mn氧化
6064300
1791500
793900
85500
4800
2452
724
321
035
002
炉渣物理热
吸热反应消耗热
炉气物理热
烟尘物理热
2395512
889089
1609426
184673
20088
969
359
651
075
812
P氧化
Al氧化
Cr氧化
Fe氧化
SiO2成渣
P2O5成渣
59800
18500
2979500
310600
20200
024
007
1205
126
008
冷水吸热
热损失
变压器系统热损失
212682
1472355
860
595
电
18324876
7500
合计
24731246
10000
合计
24731246
10000
单位电耗计算：1kJ2773×104kW·h单位电耗50368 kW·ht
三超高功率电弧炉炉型设计
1电炉基炉型
炼钢电炉部结构炉缸熔化室两部分组成熔池炉缸组成部分
A 炉缸
电炉炉缸熔池(钢水炉渣)定空间组成
a 熔池形状
公称容量70(t)电炉例炉体剖开炉门方电炉熔池形状倒锥台球缺组成锥球形熔池钢液面直径D钢液深度HDH确定电炉炉型基参数70t5500mm超高功率电炉取DH4～5值炉容量增加加炉底采球形底部便熔化初期聚集定钢液保护炉底利吹氧助熔加速熔化般球缺高度取h1H5镁砂然堆角45°便工修补炉坡锥台倾角α取45°操作程中熔池形状易保持超高功率电炉渣线采合成捣料(烧结寿命高)采机械喷补炉门处EBT出钢口附外α常取50°～60°
b 钢液面直径
额定容量70(t)钢液占体积Vg(m3)：
VgGρg70710m3
式中ρg钢液密度低碳钢低合金钢初炼电炉中钢液ρg7tm3
倒锥台球缺组成锥球形熔池钢液体积V(m3)：
VV台+V球Vgπh23(D2+d2+Dd4)+πh1(d28+h126)
式中Vg钢液体积 Vg10m3
h1球缺高度般取h1H50180m
h2锥台高度h24H50722m
D钢液面直径D4506m
d球缺直径d3499m
取锥台倾角α55°取DH5Vg4366πH300348πD3
c 炉池直径
电炉熔池直径Dr指渣面直径钢液面薄层炉渣似作圆柱形厚度hz：
hz≈4VzπD20125m
式中Vz炉渣体积Vz(15～20)Vg20×102m3
考虑炉渣厚度熔池直径Dr：
DrD+2hztanα4681m
B 熔化室
熔化室决定废钢次装入量影响电弧炉热交换熔化室直径指炉缸直径熔化室炉缸分界面
a 熔化室直径
考虑避免炉渣刷炉壁砖减轻炉渣炉壁炉坡接触处侵蚀炉缸面高炉门坎面约100mm熔化室直径Drh：
DrhDr+2×(01+01)tan4961m
b 熔化室高度
熔化室高度H1应根炉热交换情况确定高度增加炉顶热负荷减炉顶熔池非高温区辐射功率减炉容量5～250t时熔化室直径熔化室高度值DrhH12～25
H1 Drh (2～25)49612482m
C 炉衬厚度炉壳
a 炉衬厚度
炉衬厚度耐火材料热阻计算确定越厚越越厚寿命越高设计条件电炉炉役末期外表面加热温度超100
～150℃
(1)炉底厚度10～70t电炉б底＜H б底085m
(2)炉壁厚度10t电炉б壁350～400mm采水冷炉壁超高功率型电炉炉壁厚度取决水冷构件形式材质炉热负荷等 б壁040m
(3)炉盖厚度超高功率电炉采水冷炉盖水冷炉盖厚度等水冷炉壁厚度中心耐火材料炉盖厚度般250～300mm
b 炉壳
(1)炉壳钢板材质炉壳采钢板材质般Q2352020g等钢板厚度炉壳直径1200工程取钢板厚度Dk200
炉壳钢板厚度炉壳直径关系
炉壳直径
＜3000
3000～4000
4000～6000
＞6000
钢板厚度
≤15
15～20
20～30
≥30
(2)炉壳直径完整钢板炉壳水冷炉壁采取装式电炉炉壳钢板作炉壳直径没完整钢板炉壳水冷炉壁采取框架悬挂式电炉偏心底出钢电炉炉壳钢板径作炉壳直径考虑熔池面处耐火材料炉衬厚度炉壳直径Dk等熔池直径加两倍炉衬厚度：
DkDr+2б壁5481m
(3)炉壳高度炉壳高度取决熔化室高度耐火材料炉底厚度炉缸深度熔化室高度组成
(4)炉壳底部形状炉壳底部形状锥台形球缺形者型电炉
D 电极分布圆直径
电极分布圆直径表示电极炉分布影响耐火材料炉壁寿命废钢炉料熔化熔池温度均匀性炉盖中心耐火材料强度等熔池直径确定电极分布圆直径d确定：
d极心(025～035)Dr026×46811217m
容量超高功率电炉技术参数
出钢量t
变压器额定功率MVA
炉壳直径mm
石墨电极直径mm
电极分布圆直径mm
60～70
54
5200
500
1200
2偏心底出钢电炉
A 留钢量设计
偏心底出钢电炉通留钢操作实现留渣渣出钢时具提前成渣早脱磷等优越性偏心底出钢电炉熔池钢水量恰出10～15作偏心底出钢电炉留钢量95炉渣留炉实现渣出钢
B 出钢口偏心距
出钢口偏心距指出出钢口中心炉体中心距离E表示
满足出钢口填料维护操作方便条件出钢口偏心距应量：减少出钢箱炉体钢水温度成分均匀性利冶炼操作二减少炉体偏重
C 出钢口水高度
出钢口水面高度指出钢箱底部位置高低应保证出完钢炉子摇正炉中留炉渣钢水均溢出种情况出钢口水面高度应出钢箱钢水深度h足够提高动开浇率改善卷渣现象
D 出钢箱高度
防止超装熔池氧化沸腾炉体倾出钢炉体倾时钢水较长时间接触水冷桥出钢箱水冷盖板造成危险希出钢高度适高出钢口填料维护操作炉体偏重等利
E 出钢口直径
考虑钢水温降生产率卷渣出钢操作等常出钢时间τ120～150s作设计出钢口直径出钢量钢流速关系：
GSvτρg(πd24) √2ghtρ
带入已知数整理：
d2004Gt√h022m
式中G出钢量G70t
S钢流面积
V钢流流速
τ出钢时间
ρg钢水密度
d出钢口直径d022m
h出钢口方钢水深度h0902m
F 实现渣出钢减少渣保证
实现渣出钢减少渣量出钢口水面高度应出钢口宜二出钢回倾速度快应达4～5°min否虹吸现象卷渣渣
四参考文献
[1]王令福炼钢设备车间设计北京冶金工业出版社2007
[2]李传薪钢铁厂设计原理北京冶金工业出版社2005
[3]陈家祥钢铁冶金学(炼钢部分)北京冶金工业出版社1990
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