六盘水师范学院本科生毕业设计
额定容量又叫公称容量是指电炉熔池所能容纳的钢水量。我们用电炉的额定容量来表示电弧炉的大小。熔池指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）熔池的形状
由截头圆锥和球缺组成的锥球型内型是熔池最好的形状，炉坡倾斜角为45°。这样的形状可保证炉料加速熔化，且易砌筑和修补方便，以及易于保持熔池形状。
2）熔池尺寸计算 ①熔池容积V池。根据定义:
V池?V液?V渣 (4.1) V液?T/ρ液 (4.2)
式中，T——钢液量，52.63t；
ρ液——钢液密度，6.8～7.0t/m3;本设计取6.9 t/m3；
V渣=G渣/ρ渣=7.63m3 (4.3)
式中，G渣——炉渣的重量，由本设计物料平衡计算得渣量是钢液量的5.86%；
ρ渣——炉渣的密度，3～4 t/m3；本设计取3.7 t/m3。 V渣=0.83m3
②熔池直径D（渣面直径）和深度H之比D/H；当选定炉坡倾角为45°时，一般取D/H=5左右合适，本设计取D/H=4.8。
由截锥体和球冠体的体积计算公式可知，熔池的计算公式为：
ππd222V池?h2(D?dD?d)?h1(3??h12) (4.4)
1264式中 h1——球冠部分高度，一般取h1=0.2H；
h2——截锥部分高度，h2=H－h1=0.8H； D——熔池液面直径，D=4.8H；
d——球冠直径，因d = D－2h2= 4.8H－1.6H = 3.2H,代入上式,整理后得:
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V池= 10.99H3 = 0.0994D3 (4.5)
综上所述，本设计74t电弧炉设计如下： 公称容量T=74t，炉渣量占钢液量的5.86%。
V池=V液?V渣= 74/6.9 + 74×5.86%/3.7 = 11.897m3
=1.027m
D = 4.8H = 4.930m d = 3.2H =3 .286m
h1 = 0.2H = 0.206m h2 = 0.8H = 0.822m
（2）熔炼室尺寸
熔池以上至炉顶拱基的那部分容积就是熔炼室。 1）熔炼室直径D熔
炉坡与炉壁交接处的直径， 炉门坎平面应高于钢液面20～40mm，炉坡与炉壁连接面应高于炉门坎平面30～70mm，以减轻炉渣对炉壁与炉坡接缝处的侵蚀。炉坡与炉壁连接面应高于液面直径约100mm左右，即当选定炉坡倾角为45°时：
D熔 = D + 2×0.1 (4.6)
所以得出D熔= 4.930+2×0.1 = 5.130m 2）熔炼室高度H1
当决定熔炼室高度时,规定从炉子加料门坎水平面上(指金属门坎而言)至炉顶拱脚的空间高度为熔炼室高度，炉衬门坎较金属门坎水平高出80～100mm。
根据经验值H1/D=0.40～0.44，本设计取H1/D=0.41 所以H1=0.41×4.930=2.021m （3）水冷炉衬
提高超高功率电弧炉炉衬使用寿命，促进超高功率电弧炉技术发展的关键技术之一就是采用水冷炉壁和水冷炉盖。
水冷炉盖的尺寸确定如下：
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炉顶高度h3与熔池直径D有如下关系：
h3／D=1／9～1／7，
由此得h3=4.930/9～4.930/7=（0.548～0.704）m，本设计取h3=0.7m。 炉盖厚度取300mm；炉盖中央取350mm。
至此，渣面至炉顶中央高度H2=H1+h3=2.021+0.7=2.721m =5.514m
（4）炉底和炉壁除水冷炉壁后剩余部分的炉衬 炉衬组成：工作层→绝热层→石棉→炉壳。
通常按耐火材料热阻计算确定除水冷炉壁后剩余部分的衬砖厚度。操作末期被加热的温度不大于200℃，以免炉壳变形，是其计算依据。一般来说，增加炉衬厚度，炉壳受热及热损失可以减少，但是厚度δ达到一定值以后，再增加炉衬厚度δ，反而因为厚度δ增加过大，而增加炉壳直径D壳，增加了散热面积，耐火材料消耗增加，所以选择优质材料，使用较薄的炉衬是最好的办法。
根据经验数据：石棉厚度取100mm，绝热层厚度取75mm；工作层厚度为300mm。 δ=2×(δz+100+75+300)
炉底的总厚度应由热量计算来确定，近似等于熔池深度，即为1008mm。 （5）炉壳及厚度δz
炉壳的作用除了承受炉衬和炉料的质量还要承受装料时的撞击力，同时抵抗衬砖在受热膨胀时产生的部分膨胀力。
表4.1表示炉壳厚度δz与炉壳直径D壳之间的关系。
表4.1 炉壳厚度与炉壳直径的关系
D壳/m
<3 12～15
3～4 15～20
4～6 25
>6 28～30
δz/mm
炉壳直径等于：
D壳=D熔+2δ = 5.130 + 2×0.504 = 6.138m 由上表可以取δz=29mm （6）炉门尺寸的确定
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炉门尺寸在设计时应满足以下条件：a.顺利观察炉况，b.能良好的修补炉底和整个炉坡，c.料斗应能自由出入，d.能顺利取出折断的电极。电炉一般设一个加料炉门和一个出钢口，其位置相隔180°。
炉门尺寸的经验值：
炉门宽度=（0.2～0.3）D熔 ,D熔= 5.130m;本设计取B门=1.53m。
炉门高度H门=（0.75～0.85）B门=（1.148～1.301）m，本设计取1.224m。 门框应向内倾斜8°～ 12°以便于密封，本设计取10° （7）偏心炉底出钢装置 1) 无渣出钢的原理：
当出钢口钢液高度大于临界高度时，不致产生漩涡效应。出钢时钢渣分离，剩余钢水占总钢水量的21%。
2）主要尺寸参数确定：
① 出钢箱内口与中心角α为90°～ 100°，本设计取95°。 ② 出钢口偏心距L：
（4.7）
③ 出钢箱高度H内：
整个出钢过程中炉子摇到最大角度出钢时钢水不能接触水冷炉壁，并留有一定安全距离。
出钢箱内高度H内 = H +（600～800）mm，
本设计取出钢箱内高H内 = 1027 + 700 = 1727mm = 1.727m。 ④ 出钢口直径de：
钢水流速V=2gH内，求出V=5.88m/s； 本设计取出钢时间t=2min=120s； 由公式,
G?2?de?V?? （4.8） t4求出 de= 132mm。
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4.1.2 变压器的设计
确定变压器的功率的目的是选择与电弧炉容量相匹配的变压器。在一般情况下，变压器的匹配和电弧炉的容量应考虑以下因素：
a.电弧炉只作为一个熔化装置或作为熔化装置； b.电弧炉，冶炼工艺；
c.当配有高功率、超高功率电弧炉、炉体结构等相关技术的C型变压器； d.选择不同功率等级的电弧炉操作系统，是间歇生产或全负荷连续生产； e.选择什么样的功率水平应考虑到工厂或工厂的供应情况； 用能量平衡计算：
P?q?G （4.9）
cosφ?η电?N?t熔式中 q——熔化每吨废钢所需的电量，253.492 kW·h/t； G——废钢装入量，本设计为公称容量的70%；
cosφ——熔化期平均功率因数，0.80～0.85，本设计取0.84；
?电——电效率，≥0.9，本设计取0.95；
N——变压器功率平均利用系数，1.0～1.2，本设计取1.1；
t熔——废钢熔化时间,0.5h；
求得P = 29917.72 kV·A
按国内外现行变压器额定容量（平均先进水平）见表4.2。
表4.2 现行变压器平均先进水平
额定容量（t） 70 90 100
电极（mm） 500 550 610
功率（kV·A） 50000 ～ 63000 63000 ～ 80000 75000 ～ 83000
本设计取P = 70000 kV·A 4.1.3 石墨电极的选用
(1) 初步确定电极的直径。 ① 经验公式：
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