电炉熔炼基本原理

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1、电炉熔炼的基本原理作者：管理员发表时间：2011-10-2810:45:57阅读：次电炉熔炼实质上可分为两个过程，即热工过程（如电能转换、热能分布等）与冶炼过程（如炉料熔化、化学反应、锍渣分离等）。为了叙述方便，对电炉熔炼基本原理，下面按电能的转换、物料的熔化、熔炼反应及产物三个方面加以讨论。1）电能的转换如果向固体或液体通以电流，由于电阻的作用，电能转变为热能，可用焦耳楞次公式来确定：Q=I2Rt式中Q─热量，J；I─通过电阻的电流，A；R─电阻，Ω；t─时间，h。因为1J=0.239ca1或者0.239/1000kca1，并按欧姆定律IR=U，则上式可写成：Q

2、=0.239/1000IUt(kcal)如果电能以千瓦计，在t小时内将消耗：Q=IUt/1000(kWh)因为1kW=0.239kcal.s-1，故1kWh=0.239×3600=860kcal，则t小时产生的热量为：Q=0.86IUt(kcal)×4.184=3.6IU(kJ)电加热广泛应用在各种技术领域中对冶金工业尤为重要。在冶金工业中,电炉是冶金炉的一个重要类型。配有一台额定容量为PkVA的三相变压器的电炉,当电炉负荷过到P额定时，其溶池中产生的热量按下式计算:配有3台额定容量为PkVA的单相变压器的电炉，当电炉负荷过到P额定时，其池的热量按下式计算：Q=3

3、×860P额定cosøt/1000=2.58I相U相cosøt(kcal)=10.79I相U相cosøt(kJ)式中Q─热量，kcal或用1kcal=4.184kJ；P额定─变压器的额定容量，kVA或kW；U线─线电压，V；I线─线电流，A；U相─相电压，V；I相─相电流，A；cosø功率因数；t—时间,h。2)物料的熔化熔炼硫化矿石和精矿的电炉可以看作是高温熔池，里面有两层熔体（见图1），上面的炉渣层厚1700～1900mm,下层厚600～800mm。装到溶池中固体物料以料堆的形式沉入渣层，形成料坡。物料靠以电能为主要来源的热量进行熔化，电能通过3根或6根电极送

4、入炉内。电极插入渣层的深度为300～500mm,电能转变为热能就是在渣层中发生的。有40%～80%的热量产生于电极—炉渣的接触面上，其余部分的热量则产生于处在电回路中的渣层里。大部分热量之所以产生于电极—炉渣的接触面上，是由于在电极工作端的周围存在着一个气体层，这就是所谓的气袋，电流以大量的质点放电形式,即以微形式,即以微弧的形式通过这个气袋。气袋是这样形成的:由于电子流的机械压力，熔渣脱离电极，所形成的空隙便被由于电极燃烧所产生的气体和由炉渣中逸出的气体所充满，这个气体层具有很高的电阻。因此电流通过气体层时产生很大的电压降，放出相应的热量。在电炉电场中，从电极中

5、心线起在靠近电极两个电极直径范围内，是熔池的导电部分（估而电流的90%是从电极中心线起一个电极直径范围内通过的）。正是在这个区域内，电能转变为热能，远离电极中心线超过电极直径的熔池部分，不在电的回路中，也不会产生热量。电流通过电炉的线路有两种：（1）由电极通过炉渣→镍锍→炉渣→电极，即星形负荷。（2）由一根电极通过炉渣流向另一根电极，即三角形负荷。当电极之间的距离不变时，星形负荷和三角形的大小取决于电极插入渣层的深度、渣层的厚度和炉内料坡的大小。当电极插入深度不大时，三角形负荷可达总负荷的70%；随着电极插入深度的增加，三角形负荷逐渐降低，电极插入很深是，便会降为

6、30%～40%。当电极向和插时，星形电流和三角形负荷逐渐降低，电极插入深度成正比地增加，但是星形电流的增长速度大于三角形电流的增长速度。炉内那些不产生热量的部位，由于熔池内部炉渣的对流运动，将热能从热处带到冷处而进行热交换。炉渣的对流量是由于渣池各部分的热量不同而造成的。已经指出，最大的热量产生于电极—炉渣的接触区。在此区域内，靠近电极表面的渣层已大为过热，其温度可过1500～1700℃或更高，由于渣中含有大量气泡，其膨胀的结果，使它的密度大大减小，因此，靠近电极表面的炉渣和远离电极的炉渣密度便产生了差别。密度小的过热炉渣在靠近电极处不断上升而至熔池表面，并在熔池

7、表面向四周扩散。过热炉渣在其动动过程中与漂浮着的炉料相遇，使沉入熔池的料坡下部表面熔化。运动着的炉渣与温度低的熔化炉料混合后，在渣池顺流向下沉降，到过电极下端附近，一部分炉渣则继续下降至对流动动非常薄弱的渣池下层，在这里镍锍和炉渣进行分离。热渣在向远离电极方向的流动过程中，将自已的多余热量传给熔池的较冷部分，从而维持了这一部分熔池的热平衡。而那些热渣很少流动的部位，或者说温度降低的部位，则热量不足，温度只有1250～1250℃。炉子的四角、炉壁附近及电极下面的区域，这些地方就易生成炉结。炉渣的对流运动乃是电炉中一个最重要的工作过程，对流运动确保电炉熔池中的热交换和

8、物料熔化的