电渣炉全解.docx

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电渣炉全解

电渣炉全解

电渣炉

电渣炉工艺布置

一、电渣炉本体布置

  1、选择电渣炉布置方案的主要原则：

（1）炉子与变压器应尽量靠近，缩短电缆长度，减少网路压降；

（2）满足生产钢锭或熔铸件的最大重量、尺寸及尺寸范围的要求；

（3）适应所采用的电渣炉型式及其结构；

（4）停炉时间和熔炼时间的比例应尽量小、以利于缩短辅助时间和停炉时间，提高炉子的生产率；

（5）操作方便，劳动条件好，投资少。

  2、电渣炉的主要布置形式：

（1）电渣炉立柱、结晶器沿厂房纵向与变压器室平行布置；

（2）立柱、结晶器沿厂房横向与变压器垂直布置。

  二、电渣炉车间的布置

  1、车间平面布置

（1）单跨布置：

国内外电渣炉车间采取这种布置形式的比较多。

这种布置在单跨厂房内除电渣炉外还包括有渣料、自耗电极、结晶器和钢锭堆放渣料烘烤、缓冷坑、电极和结晶器清理区等。

针对炉子数量少、产量低的情况。

（2）    双跨布置：

由电渣炉跨（或称主跨）和付跨组成。

一般主跨布置有电渣炉、化渣炉、钢锭缓冷坑、堆放和自耗电极临时堆放、预热及结晶器清理区。

付跨布置有渣料清洗、破碎、烘烤设施，电极、钢锭堆放和电极修磨及焊接区等辅助作业区。

渣料和电极等由电动平板车运至主跨。

对车间内电渣炉数量多、产量比较大的情况，采用双跨布置为宜，这样可以使生产操作相互干扰少、劳动条件较好。

2、厂房吊车轨面标高的确定

3、控制室的布置

4、变压器室的布置

5、电渣炉车间厂房尺寸

电渣炉设备及结构

一、电渣炉的类型

1、按供电方式分类：

有直流电渣炉和交流电渣炉。

因为直流电渣炉供电设备复杂熔炼效果不如交流电渣炉等原因很少采用，一般工业都采用交流供电，可分为单相和多相电渣炉。

（1）单相电渣炉：

    ①单相单极电渣炉：

在一个结晶器内重熔一根电极。

      ②单相双极串联电渣炉：

在一个结晶器内有两根自耗电极同时熔炼。

      ③单相多极电渣炉：

属于大型电渣炉，主要用来重熔大的圆锭和扁锭。

（2）三相电渣炉：

      ①三根自耗电极分别置于三个结晶器内同时熔炼三个钢锭

⑦    对于熔铸异形件其结晶器的设计应考虑熔铸件的收缩量、渣皮量、熔铸工艺及后步工艺对毛坯尺寸的影响。

（4）    结晶器的结构形式：

①    固定式结晶器：

特点：

在重熔时钢锭和结晶器无相对移动，钢锭形状与结晶器内腔形状一样，结晶器的高度高于锭子的高度，高出部分是渣池、护锭极以及安置排水管等部分的高度。

构造：

结晶器内壁都是用紫铜板卷焊而成，外壁由钢板焊成；为了减少水流阻力，采用切向进水，为了不致形成蒸汽袋，出水口安装在最高点；由于封闭式结晶器不易清理夹层内部，一般采用可拆式，即装配式结晶器；为了防止结晶器内外壁受热不均而引起的膨胀变形，有的在结晶器外壁上设有膨胀圈。

②    滑动式结晶器：

特点：

在重熔过程中钢锭和结晶器相对移动，也叫短结晶器。

③组合式结晶器。

由两部分和渣池部分组成，其中一部分在重熔过程中与电渣锭无相对运动；另一部分（或另一些部分）按滑动式结晶器的方式操作，即与电渣锭作相对移动。

（5）    底水箱的结构形型式：

①    装配式底水箱：

底水箱的进水管直通到其中部，出水管从顶部接出。

这样冷却水直至高温区，冷却效果较好。

底水箱盖上盖板为导电铜板，它安装在钢的底座上。

出水管开口在最高处，可以避免形成“蒸汽袋”影响冷却效果。

②    多管式底水箱：

随电渣炉容量增大，结晶器和钢锭的总重量达几十吨或上百吨，如果用简单的双层水箱结构很易变形，因些在设计底水箱的时候应考虑足够的强度和刚度。

③    异形底水箱：

这种底水箱的护锭板根据熔铸件的形状而定，有平的、凹形的和凸形的，其材质有铜或含铬青铜。

底座用结构钢焊成。

6、    抽锭装置：

有单丝杆悬臂式和双丝杆双导柱式。

抽锭系统一般均有工作速度和调整速度。

  7、结晶器升降装置：

这种装置主要是用在结晶器移动式的电渣炉上，自耗电极熔炼时不断下降，钢锭固定不动，结晶器随着钢锭的升高而上升

8、    结晶器小车：

一般电渣炉的结晶器和底水箱是承放在一个可移动的小车上，熔炼时将结晶器移至工作位置固定，熔炼完毕时将结晶器移开，以便吊取钢锭以及为下次熔炼安放结晶器。

  9、注渣装置

电渣重熔采用液渣启动时，向结晶器注渣有上注和下注两种方式

三、电渣炉的电气设备

  电渣炉的电气设备共分供电设备、网路接线和电气传动自动控制设备三部分。

1、    供电设备：

（1）    高压配电柜内装设有高压隔离开关、空气断路器、继电保护测量仪器等。

（2）    电渣炉变压器多采用单相变压器，有些大型电渣炉也采用三相变压器。

2、    电渣炉的网路接线

（1）    单相单极网路接线方式：

优点是接线简单，缺点是电耗高达2000度/吨，功率因数有时低达0.6，这是一种电气指标较差的网路接线方式。

（2）    单相双极串联电渣炉：

它是针对单相单极网路接线的缺点，采取多加一根电极将接在结晶器底水箱下的一条回路上移与所加电极的夹持器连接，使网路电抗大大降低，电耗可降到1300度/吨。

（3）    单相桥式双极串联网路接线：

当两极与金属熔池间的渣阻不等时，而产生两电极熔化不均现象为此在双极串联线路的基础上，在变压器二次侧中性点和结晶器底水箱间增加一根中性联线。

（4）    三相电渣炉网路接线：

为了平衡电网负荷和减小网路阻抗，对50吨以上的大型电渣炉多采用三相网路供电，即由一台三相变压器或由三台单相变压器供电。

3、    电渣炉的自动控制设备：

电渣炉的主要电气传动设备有交、直流两种

电渣炉车间辅助设备

一、化渣炉

化渣炉一般是由炉体、立柱、横臂、升降系统、电极夹持器等部分组成。

炉体工作层是碳砖的外层由碳粒或电极粉加沥青捣打而成。

电极是石墨电极，一般采用单相双极串联供电。

二、电极电渣焊装置

为了有效地利用自耗电极在自耗电极的一端焊有“假电极”，用作夹持和导电部分。

“假电极”和自耗电极的焊接可用电渣焊焊接，也可以用交流电焊机焊接。

一般电渣焊用于大断面的电极焊接。

三、渣料贮存用供给装置

电渣炉的渣料有铝氧粉、萤石、石灰和镁砂等。

铝氧粉都是外购的，用袋和桶装供应。

因此车间内考虑有足够的堆存面积即可。

萤石是散装供应的，也有袋装供应的。

石灰为了防止受潮最好用桶装密封运输，不宜贮存过久，最好随到随用。

镁砂可用料格和料箱贮存。

四、电极表面清理装置

为了保证电渣重熔质量，重熔前一定要将自耗电极表面的氧化铁锈和泥砂等脏物清除干净。

自耗电极都要经过物提砂轮机或悬挂式砂轮机的局部修磨或用钢丝刷局部清理。

五、渣料干燥设备

  为了保证电渣重熔质量，入炉前必须干燥或烘烤。

因此车间内设箱形电阻炉和反射式干燥炉等设备。

六、除尘装置

  电渣炉在熔炼过程中，排出大量含有氟化物的炉气。

这种炉气体污染空气，对人员的身体健康有害。

因此，一般电渣炉都设有机械抽风排烟装置，将熔炼中的炉气排至车间外的大气中。

七、测量仪表

电渣炉的测量仪表只有电气测量和结晶器的冷却器的水温测量，即在电渣炉主变压器的高、低压侧均装有电气仪表，即在高压柜上装有电度表

电渣炉车间配置的主要工设备

工序    设备及设备

名称    用途    操作    备注

熔炼    电渣炉    熔炼        包括变压器及控制设备

电

极

准

备    砂轮机

除锈机

电渣焊装置

电弧焊机    电极表面研磨

电极表面清刷

焊接假电极

焊接假电极    手提砂轮机或悬挂式砂轮机

钢丝刷表面清刷

电渣对焊用于大电极的假电极焊接

电弧焊用于小电极的假电极焊接    

根据电极断面形状自作

可选用标准设备

渣

料

准

备    破碎机

磨碎机

电阻炉

反射炉

化渣炉    渣料破碎

渣料研磨

渣料烘烤

渣料干燥

液渣引燃    粒度＞100毫米破到20毫米

粒度20毫米研磨到1.5毫米

电阻加热到800～900℃

加热干燥到300～400℃

固渣熔化成液渣    可用鄂式破碎机

可用球磨机或碾磨机

可选用标准设备

分散化渣时,可与电渣断共用一台变压器

称

量    磅秤

磅秤

台秤    电极称量

钢锭称量

渣料称量    电极称量

钢锭称量

渣料称量配料    称量吨位应大于电极重量

称量吨位应大于钢锭重量

称量吨位应大于每炉渣料最大重量

起重

运输    起重运输机

电平机    吊卸运输重物

运输电极、钢锭等    桥式起重机

蓄电池电平车    

缓冷    砂箱

缓冷坑    钢锭缓冷

钢锭缓冷    锭子置于箱中加盖保温

电渣熔铸工艺

一、电渣熔铸工艺的选定

1、电渣工艺制定的原则及分类

    电渣工艺是决定电渣熔铸过程稳定性，保证产品质量和得到良好的技术经济指标的关键。

所以，制定工艺规范必须掌握以下四个原则：

（1）电渣熔铸工艺制度首先要保证产品的冶金质量。

具体讲就是应保证重熔的精炼效果和良好的结晶结构；

（2）电渣熔铸工艺必须保证电渣过程的良好稳定性；

    （3）电渣熔铸工艺必须在保证产品质量前提下力求经济指标的合理性。

如生产率、电耗、水耗、渣耗等都应控制在合理范围内以降低整个熔铸产品的成本。

    （4）必须注意熔铸工艺的一般性与特殊性的统一。

  电渣熔铸工艺参数可以分如下三类：

（1）条件参数：

是根据熔铸产品几何尺寸、重量要求定出的参数。

A结晶器直径、高度；

B电极的直径、长度；

C充填系数及电极、结晶器的直径比。

（2）基本控制参数：

是根据冶炼条件制定的。

可分两类：

A渣制度：

包括渣系组成、渣量或渣池深度；

B电制度：

包括工作电流或电流密度、工作电压、有效供电功率、比功率等。

（3）目标参数：

是基本控制参数综合影响的因变量。

主要包括：

    A金属熔池深度；

    B极间距离与电极埋入深度；

    C熔化率

    D渣池温度、渣皮厚度、电耗等。

二、电渣熔铸条件参数的选择

1、结晶器尺寸的确定：

直径和高度

（1）直径的确定：

D结=（D产品+A）/（1-δ%）

      式中：

  D结—结晶器直径（毫米）；

          D产品—产品的规定尺寸（毫米）；

            A—毛坯加工余量，一般按20～40毫米计算；

          δ%—熔炼毛坯的减缩率，一般为3±0.5%。

（2）高度的确定：

①固定式：

H结≈（3～6）D结

当D结＞300毫米，按下限考虑

②抽锭式：

2、电极尺寸的确定：

直径和长度

（1）直径的确定：

d极=K•D结

        式中：

d极—电极直径（毫米）

            D结—结晶器直径（毫米）

              K—经验系数，可选（0.5～0.6）±0.1

（2）长度的确定:

        ①单臂固定式电渣炉:

圆柱形产品电极长度的确定:

L极=h锭/C•η+Δl

  式中:

L极—单支电极长度（米）；

      h锭—钢锭高度（米）；

        C—充填系数（电极与结晶器截面积之比）；

        Δl—余头（电极剩余长度0.05～0.1米）;

        η—电极致密度，轧、锻电极η=1，铸造电极η=0.95

②双臂交替式电渣炉：

这种电渣炉对电极长度要求不严格要求，只要电极

不长度不小于夹持器有效行程即可。

三、电渣熔铸基本控制参数的选择

主要包括：

渣系的组成、渣量（渣厚）、冶炼电流、工作电压、供电功率等，这些参数对电渣熔铸产品的冶金质量、技术指标的影响很大。

  1、渣系的选择：

它关系到重熔钢锭的质量、电渣过程的稳定性以及熔铸过程的技术经济指标，应对不同的钢种有所选择，也要注意在熔炼过程炉渣组元比例稳定性的控制。

（1）渣系对冶金质量和冶炼效率的影响：

一方面是工艺作用，另一方面是冶金作用。

  ①合金元素的烧损：

渣的碱度变化对重熔钢元素烧损的影响是很大的。

  ②气体的去除：

在电渣熔铸过程中，脱氧是通过物理和化学两种途径进行的。

随着炉渣的碱度增加，钢中的氧含量降低。

  ③去硫：

脱硫是电渣熔铸的特点之一，氧化钙提高炉渣碱度能提高脱硫，三氧化二铝降低脱硫。

  ④去除夹杂物：

电渣熔铸过程用为净化剂的熔渣对非金属夹杂物进行吸咐，从而使钢中的夹杂物降低。

  ⑤炉渣对电渣工艺的影响：

炉渣是用为热源的电阻发热体。

它的组元比例直接影响了电渣熔铸的一些技术经济指标，如电耗、生产率等。

（2）渣系的选择：

渣系选择的程序和一般原则有如下几方面：

  ①首先要了解所炼钢种及合金的物理和化学性质，产品的质量要求，从而确定其熔解铸的主要任务。

  ②所用渣系必须有足够的比电阻，使之有足够的热量以满足冶金反应需要。

  ③熔渣在冶炼过程中应有良好的流动性（粘度）。

④熔渣中变价不稳定氧化物含量控制得低些（如FeO、SiO2、MnO等），以保证重熔钢成分的稳定性。

⑤熔渣应具有良好的脱硫、去气、去除非金属夹杂的能力。

⑥为保证钢锭成型性良好，需要注意所选渣系的熔点。

一般选择渣系的熔点比重熔钢的熔点低100～200℃为宜。

⑦选取炉渣时还要注意经济性和安全性。

尽量避免选用稀缺和昂贵的材料。

一元渣系：

CaF2

二元渣系：

CaF2-Al2O3

        CaF2-CaO和CaO-Al2O3

三元渣系：

CaF2-CaO-Al2O3

        CaF2-Al2O3-MgO

      CaF2-Al2O3-TiO2

      CaF2-CaO-SiO2

      CaF2-ReXOY-CaO等

四元渣系：

CaF2-CaO-Al2O3-MgO

      CaF2-CaO-Al2O3-TiO2

              CaF2-Al2O3-MgO-TiO2

  （3）电渣熔铸过程中熔渣成分的控制，有如下几个措施：

      ①保证电极良好脱氧及表面除锈。

精选或精炼渣料，减少渣中不稳定氧化物；

      ②冶炼过程添加必要的脱氧剂。

加脱氧剂的原则是勤加少加，这样扩散脱氧的效果较好。

      ③在冶炼过程中采取换渣。

每次加入量约15%～20%为佳。

      ④为了减少组元变及渣量的变化，将CaF2+Al2O3以及脱氧剂和石灰水、食盐拌成糊状，刷在电极表面并烘干。

      ⑤可以采用Ar气保护，对防止金属电极氧化和炉渣成分的变化也是有效的。

  2、渣量的确定

（1）渣量对冶金质量及冶金效率的影响：

渣量的大小实际上是作为炉渣电阻大小的标志，金属溶池的深浅直接影响到钢的质量，因此渣池厚度的选取与控制是电渣工艺的重要环节。

（2）渣量的确定：

  ①按钢锭重量计算：

G渣=（4～5%）G锭

            式中:

G锭——重熔钢锭的重量（公斤）

  ②采用渣利用系数（K渣）—即每公斤渣重熔多少公斤钢，K渣=22～25

          G渣=G锭/K渣（公斤）

  ③较准确的计算方法：

G渣=π/4•D结2•H渣•γ渣

        式中：

G渣—渣量（公斤）

            D结—结晶器直径（厘米）

            H渣—渣层厚度；

            γ渣—熔渣比重，≈0.0025公斤/厘米3

      综上所述，当结晶器直径小于400毫米者,渣厚H渣≈1/2D结。

当D结≥400～700毫米者，

H渣≈1/3D结；当D结≥700毫米时，H渣≈1/4D结。

直径比800毫米更大的结晶器则用下式计算：

        G渣=π/4•D结3•ｆ渣深•γ渣

式中：

G渣—渣量（公斤）

            D结—结晶器直径（厘米）

            ｆ渣深—渣深系数；H渣=ｆ渣深•D结

            γ渣—熔渣比重，≈0.0025公斤/厘米3

    在冶炼过程中渣皮的损耗和熔渣的挥发而造成渣厚度的减少，应该根据炉状况及时补加适量的渣料。

3、电制度对冶金质量和效率的影响：

冶炼电流、电压、功率这些基本控制参数对熔解铸产品冶金质量的影响是很大的。

（1）元素烧损：

元素在重熔过程中被烧损的因素不是单一的，就其本身而言它与温度场、传氧边界条件、氧的迁移率以及元素在钢中的活度等因素有关。

所以，工作电流、电压、渣系、气氛保护等条件对元素烧损都是不应忽视的。

（2）夹杂物：

夹杂物在重熔过程的去除主要靠炉渣的吸附作用以及夹杂物的浮升作用。

电压提高本来可有利于夹杂物的去除，但是电压增加，电极埋入深度减少，增加了电极的氧化条件，所以电压过高，钢中夹杂物反而有增加之趋势。

    （3）低倍及表面质量：

电流、电压的大小，直接影响了金属熔池深度和冶炼速度。

功率过大，会造成低倍偏析等缺陷；功率过小，会造成严重晶间裂纹，甚至造成空洞。

  4、熔锭电流的确定：

是熔铸的基本参数。

（1）电极直径与电流的关系：

电极增加，电流密度则减小。

A=664+37.6•d极

          式中:

  A—工作电流（安培）

              d极—  电极直径

（2）结晶器直径与电流的关系：

A=200•D结

              式中:

  A—工作电流（安培）

              D结—结晶器直径（厘米）

      d极/D结≈0.4～0.6,如与此相差太大,应作适当修正。

  5、熔铸电压的确定：

是熔铸的基本参数。

熔铸工作电压，又称炉口电压或有效工作电压，指的是电极部分与底结晶器间的电压。

电渣炉的电压表一般接在变压器二次边，所以电压表上的电压又称带载电压，也称为无效电压。

    V工作=0.6D结+26

  6、熔铸功率及其变压器容量的选择：

它是一个重要的冶炼参数，是电流、电压的综合反映。

            P=27D结-220  

式中：

P—变压器容量（千伏安）

          D结—结晶器直径或等效直径（厘米）；系数27的单位是千伏安/厘米

四、电渣熔铸的目标参数

电渣熔铸和其他炼钢一样，必须根据炉况随时进行控制和调整。

否则随冶炼过程电参数与渣参数都要变化以致影响电渣过程的稳定性、产品质量以及冶炼效率。

它的熔铸过程是每一瞬间熔化与凝固结晶同时进行的过程，这是异于其他一般炼钢方法的突出特点。

目标参数的定义：

为了随时掌握与控制炉况，进而实现电渣过程的程序自动控制，就要求有一套代表电渣过程稳定性和冶金质量的参数，作为控制与调整炉况的目标，这种参数称为目标参数（也可以叫几何参数）。

金属熔池的深度、电极埋入深度、熔化率都是主要的目标参数；渣池温度、极间距离、冷却温度、渣皮厚度等也都是有关的目标参数。

五、电渣熔铸工艺规范制定方法：

1、根据用户要求，对产品尺寸、钢种成分、基本性能作全面了解，定出电渣重熔的目的与任务；

2、结合具体车间条件，用有关参数经验计算方法依次确定各种电渣参数；

3、按编制的工艺进行冶炼（或试炼）。

电渣熔铸工艺

一、电渣熔铸工艺的选定

1、电渣工艺制定的原则及分类

    电渣工艺是决定电渣熔铸过程稳定性，保证产品质量和得到良好的技术经济指标的关键。

所以，制定工艺规范必须掌握以下四个原则：

（1）电渣熔铸工艺制度首先要保证产品的冶金质量。

具体讲就是应保证重熔的精炼效果和良好的结晶结构；

（2）电渣熔铸工艺必须保证电渣过程的良好稳定性；

    （3）电渣熔铸工艺必须在保证产品质量前提下力求经济指标的合理性。

如生产率、电耗、水耗、渣耗等都应控制在合理范围内以降低整个熔铸产品的成本。

    （4）必须注意熔铸工艺的一般性与特殊性的统一。

  电渣熔铸工艺参数可以分如下三类：

（1）条件参数：

是根据熔铸产品几何尺寸、重量要求定出的参数。

A结晶器直径、高度；

B电极的直径、长度；

C充填系数及电极、结晶器的直径比。

（2）基本控制参数：

是根据冶炼条件制定的。

可分两类：

A渣制度：

包括渣系组成、渣量或渣池深度；

B电制度：

包括工作电流或电流密度、工作电压、有效供电功率、比功率等。

（3）目标参数：

是基本控制参数综合影响的因变量。

主要包括：

    A金属熔池深度；

    B极间距离与电极埋入深度；

    C熔化率

    D渣池温度、渣皮厚度、电耗等。

二、电渣熔铸条件参数的选择

1、结晶器尺寸的确定：

直径和高度

（1）直径的确定：

D结=（D产品+A）/（1-δ%）

      式中：

  D结—结晶器直径（毫米）；

          D产品—产品的规定尺寸（毫米）；

            A—毛坯加工余量，一般按20～40毫米计算；

          δ%—熔炼毛坯的减缩率，一般为3±0.5%。

（2）高度的确定：

①固定式：

H结≈（3～6）D结

当D结＞300毫米，按下限考虑

②抽锭式：

2、电极尺寸的确定：

直径和长度

（1）直径的确定：

d极=K•D结

        式中：

d极—电极直径（毫米）

            D结—结晶器直径（毫米）

              K—经验系数，可选（0.5～0.6）±0.1

（2）长度的确定:

        ①单臂固定式电渣炉:

圆柱形产品电极长度的确定:

L极=h锭/C•η+Δl

  式中:

L极—单支电极长度（米）；

      h锭—钢锭高度（米）；

        C—充填系数（电极与结晶器截面积之比）；

        Δl—余头（电极剩余长度0.05～0.1米）;

        η—电极致密度，轧、锻电极η=1，铸造电极η=0.95

②双臂交替式电渣炉：

这种电渣炉对电极长度要求不严格要求，只要电极

不长度不小于夹持器有效行程即可。

三、电渣熔铸基本控制参数的选择

主要包括：

渣系的组成、渣量（渣厚）、冶炼电流、工作电压、供电功率等，这些参数对电渣熔铸产品的冶金质量、技术指标的影响很大。

  1、渣系的选择：

它关系到重熔钢锭的质量、电渣过程的稳定性以及