电渣炉全解Word下载.docx

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②三根电极置于一个结晶器内熔炼一个钢锭

③三相多极电渣炉，自耗电极的根数比较多

2、按自耗电极给进方式分类：

有熔炼过程中仅用一根电极的单臂式电渣炉；

熔炼过程中可交替自耗电极的双横臂电渣炉（或双立柱式）和具有叉电极横臂的电渣炉。

（1）单立柱横臂电渣炉只有一根立柱和横臂：

特点是在熔炼过程中不交换电极，重熔过程中热工制度稳定，锭子各部分质量比较均匀。

缺点是自耗电极比较长，冶炼初期与末期炉口电压差别较大，厂房高度要求较高。

（2）双柱双横臂交替式电渣炉：

有两个立柱和两个横臂，两个横臂分别装在两根立柱上。

在重熔过程中两臂交替地向一个结晶器给送电极进行熔炼。

双臂式交替有两种形式：

一种是靠两臂的旋转交替；

另一种是横臂固定在立柱上，用结晶器小车交替。

（3）单立柱叉形横臂旋转电渣炉：

在叉形横臂上有两个可旋转的夹头，在熔炼中利用横臂旋转更换电极的位置。

（4）三立柱三横臂电渣炉：

三个立柱布置在正三角形的三个顶点上，三个电极横臂可分别沿着立柱垂直运动和绕着立柱旋转。

（5）多电极电渣炉

3、按结晶器和锭子是否移动分类

（1）结晶器固定、不抽锭式电渣炉：

熔炼时结晶器固定不动，也不抽锭，靠自耗电极逐渐下降使钢锭在结晶器内逐渐形成。

（2）结晶器升降式电渣炉：

炉子结晶器可随着重熔时锭子的增高而向上移动，而电极同时不断向下移动，锭子固定不动。

（3）结晶器固定、抽锭式电渣炉：

熔炼时结晶器不动自耗电极和钢锭均向下移动。

（4）结晶器和电极均向上移动的电渣炉：

它是利用截面积比重熔锭还要大的自耗电极，在熔炼过程中电极从下往上移动而结晶器也从下往上移动。

4、电渣炉形式的选择：

主要是根据工艺要求的钢锭或熔铸件的尺寸、重量和形状，自耗电极供应条件，以用生产的产品质量等条件而确定的。

（1）一般0.5～1吨电渣炉，可采用单相单臂式的；

（2）1～3吨电渣炉，如用轧制电极或双极串联的可用单相单臂式；

如用铸造电极或处理废钢坯的宜采用单相双臂交替式；

（3）3～5吨电渣炉宜采用单相小车往复交替式；

（4）重熔扁锭（或扁坯），应以采用单相双极串联的为宜。

根据钢锭大小不同要求，可以采用单臂或采用双臂交替式；

（5）中小型电渣炉，视需要（如生产空心锭、长轴等），可考虑采用抽锭式；

（6）一般大型电渣炉最好考虑三相供电，以采用三个单相变压器组成较好。

这样既可单相生产小锭，又可三相生产大锭。

二、电渣炉的机械设备

主要由立柱和横臂、升降机构、电极夹持器、结晶器、底水箱、抽锭装置、化渣炉和排烟除尘系统等组成

1、 

立柱与横臂：

多采用型钢及多板焊接结构，要求具有足够的强度及足够的刚定，以保证横臂能很好的沿立柱垂直运动。

2、 

电极升降机构

（1）对升降机构的要求：

①应能适应自耗电极的熔化速度，送进电极；

②为了适应熔化速度，应有慢速运动并能灵活控制，一般慢度选择5～70毫米/分，快速选择1.5～3.5米/分范围内；

③电极升降运动应平稳、调速时反应快，灵敏度高，启动制动迅速、惯性小；

④自动控制系统应保证熔炼中电流波动小，以保证钢锭熔炼质量。

（2）工作速度的确定

（3）快速升降速度的选定：

快速，即非熔炼时的辅助工作速度。

一般采用丝杆传动的单臂电渣炉快速为1～1.5米/分;

双臂交替式电渣炉为2米/分;

采用钢绳传动可为2～3.5米/分;

（4）传动机构：

①单电机传动；

②双电机传动；

③新型的传动方式：

A液压传动，B差动齿轮传动

（5）传动件的选择：

在电渣炉熔炼过程中，自耗电极的重量随着它的熔化而变小，因此，作用于电极升降机构上的载荷也在熔炼过程中变化。

一般有：

柔性传动件和刚性传动件

3、 

电极夹持器：

对电极夹持自耗电极的作用外，还能保证电流馈送到自耗电极上

（1） 

对电极夹持器的要求：

①通过电极夹持器产生的民能损失要最小。

这部分电能损失包括夹持器本身及夹持器与自耗电极接触电阻损失两部分；

②夹持器应有足够的强度，能产生足够的夹持力。

另外因为接触电阻与压力有关，而且由于表面光滑则接触电阻小，所以夹持器的夹头与自耗电极的接触面应加工到光滑的程度；

③夹持器最好通水冷却，因为夹持器降到下端时受热强烈；

④夹持器最好可以伸缩调整以便使自耗电量电极对正结晶器中心

夹持器的结构式：

固定式和可拆式

4、横臂回转机构：

交替式电渣记的电极交替有一种是采用横臂回转机构，有手动和电动两种。

5、结晶器及底水箱：

结晶器和底水箱是电渣炉的重要部件，它既起到熔炼室的作用，又起到使重熔金属得到强制冷却和结晶，以及形成钢锭或铸件作用。

尤其是结晶器内臂与温度高达1750℃的炉渣直接接触，工作条件比较恶劣。

（3） 

结晶器、底水箱的要求：

① 

为了使金属迅速凝固，要求结晶器和底水箱有良好的导热性；

② 

为使钢锭易于脱出，结晶器应能保持正确的形状和内腔尺寸，即有足够的强度和刚度，不允许变形；

③ 

结晶器、底水箱应有可靠的密封性，不能有丝毫的漏水和渗水，因此焊接技术要求高。

结晶器不要造成环形路增加磁损；

④ 

使冷却水保持高的流速，设计时流态按紊流考虑。

因为流速与导热系数几乎成正比增加，并且水流速大可避免结晶器和底水箱产生局部过热沸腾，水垢也不易沉积；

⑤ 

结晶器和底水箱的进出口水管布置应发尽量减小水头损失，出水管应尽量放在结晶器、底水箱的最高点，以免在出水管以上聚积蒸汽排不出，形成无水区（蒸汽袋）受热后会很快烧穿。

有的电渣炉底水箱因出水管布置不好，上部受热而得不到冷却，造成爆炸事故；

⑥ 

结晶器、底水箱的结构应厚薄均匀。

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：

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。

滑动式结晶器：

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：

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。

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。

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。

供电设备：

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。

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。

电渣炉的网路接线

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。

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。

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。

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。

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

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

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 

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

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

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

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

G渣—渣量（公斤）

ｆ渣深—渣深系数；

H渣=ｆ渣深•D结

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