为满足市场对钢材产量和质量的需求，电炉生产总是处于不断的改进之中。同时，电炉的设计必须做到设备完善、操作简便、生产率高、效果更好。此外，在电炉的使用寿命临终之时，必须采用最新的设计进行重建。近期的电炉改造项目的目的在于通过以现行的维护实践和操作模式来改进电炉设计，以求改善电炉的维护和操作。通常的目标是：设备更可靠，维护更简便、快捷；提高电能和化学能的输入；采用长弧、小电流电弧以降低电耗；加大泡沫渣，封盖长弧操作；渣成分均匀，优化泡沫；加大留钢量，保护炉底，便于及早吹氧；减少出钢带渣，改进出渣操作；消除炉衬耐火材料问题。

　　1．电炉设计的理念

　　钢厂致力于不断地改善电炉的操作，但电炉结构的设计往往受到诸多因素的限制，为电炉的功率、内部尺寸以及维修问题。另外，钢厂希望采用最新的经过改进的技术，但改建电炉也会受到炉型的限制。

　　设备及操作决定冶金过程，应适合钢厂的需要，也受到钢厂现有设备的制约。因此，设计中的问题往往要对现有的操作进行评估，包括以下内容：

　　（1）提高电能和化学能的输入；

　　（2）改为偏心底出钢；

　　（3）电炉部件采用有限元分析重新设计，以提高可靠性；

　　（4）改为炉顶三点提升，便于炉顶和电极三角区的快速更换；

　　（5）炉顶提升采用标准件设计，便于快速更换和维修；

　　（6）加大炉容、留钢量和泡沫渣；

　　（7）加大装料量，减少装料次数；

　　（8）采用新型炉壳，减少耐火材料问题；

　　（9）更换出钢口拉门，便于操作和维修；

　　（10）采用标准渣门，便于维修；

　　（11）重新设计和重新布置总线，以提高可靠性和便于维修。

    表 1   功率提高前后的电炉操作

   2．改进设计的实例

　　为了持续地降低生产成本、提高产量、有效地引入代用铁装置和降低维修量，钢厂通常要不断地改造和更新设备。在进入21世纪之际，大多数电炉都采用了水冷炉壳、水冷炉顶以及偏心炉底出钢。美国的许多钢厂开始应用曼内斯曼·德马克的专利技术，包括新泽西钢公司和埃尔伍德钢公司等。一些钢厂经过深思熟虑地规划，结合生产和维修人员的实际经验重新设计电炉，并取得了成功。

　　（1）查特钢公司苏克维尔厂

　　该厂对直流电弧炉进行了重建，将导电炉底改为UNARCR专利的针式底电极。其他设备包括一个新的倾动台和三级半径炉壳，以更好地保护耐火砖。采用这种设计，可以检查偏心底出钢口以外的熔池区，以确定该区域无耐火砖浮动。自从电炉改建后，这种问题便不再发生。

　　（2）纽柯钢公司阿肯色厂

　　该厂的改造主要是用三点提升系统替换单点炉顶提升系统，而且提升臂的长度不同。炉顶提升梁比单点提升坚固得多，负荷分布更均匀。该厂的改造还包括用新的下部炉壳以及为便于多留钢水和加大钢渣深度的出钢口拉门。

　　（3）纽柯钢公司迪凯特厂

　　该厂的电炉重建包括将一座双阴极直流电弧炉改成单阴极操作。主要改造是倾动台，带有三点炉顶提升臂的新型龙门起重机，炉顶提升标准件、穹顶和标准件出钢口。三点式炉顶提升将换炉顶时间由12小时缩短为不足1小时。两座电炉的重建以及其他设备的改造，使炼钢车间的生产率提高至20万t／月，比原来的生产率有极大的提升。

　　（4）纽柯钢公司伯克利厂

　　该厂1997年的热轧和冷轧材为180万t／a，经过改造和扩张，产量提高到330万t／a，接近原设计能力的2倍。通过对原有的双壳电炉增加第二套供电系统，装配第二台CSP连铸机和一台工字梁用异形坯连铸机和钢梁轧机，扩大了产品结构，提高了年产能力。对电炉及操作工艺的改变主要是：

　　＊从电炉顶部添加熔剂和直接还原铁；

　　＊改变炉渣操作；

　　＊加大炉容，改变下炉壳耐火材料形状；

　　＊采用快速更换式渣门和出钢口；

　　＊用PraxairCoJet替代传统式烧嘴和喷枪；

　　＊采用过热点检测改善冷却水的监测。

　　这些改进措施以及改进长弧熔炼，使输入功率高于130MW，提高了电炉的生产率。

　　（5）米塔尔美国公司特立尼达厂

　　该公司的前身是加勒比·伊斯帕特公司。电炉改造采用整体式取代原来的组合式下炉壳。两个新型炉壳的直径比原炉壳大300mm，渣的允许深度加大，三个新式上炉壳罩(利用大部分原有的水冷板)，一个模块化渣门和新式出钢口拉门。

　　（6）贝塔钢公司

　　公司已经更换了电炉炉底，也采用了三级半径新炉壳设计。下炉壳的设计采用有限元分析法，以确保其长寿命。同时还更换了出钢口拉门。

　　（7）纽柯钢公司南卡罗莱纳厂

　　该厂的电炉改造主要是更换下炉壳和倾动台。新型下炉壳加大了炉容和留钢量，并加大泡沫渣，以改善操作。新设备的设计广泛采用三维模型和有限元分析法。

　　（8）惠林－匹茨堡钢公司

　　该厂的电炉改造是用新式拉门式出钢口替换原来的出钢口，这种设计便于快速修理；完全更换的时间少于1小时。同时，由于在出钢时可以清除“须状物”而改善了操作的安全性，出钢口的更换节省了停炉时间。

　　（9）纽柯钢公司奥本厂

　　该厂的偏心底出钢炉于2005年完成了重建，加大了炉容，结合改进现有的操作，加大了泡沫渣。采用PraxairCoJet侧壁喷嘴，并优化其位置。由于旧电炉已接近其使用年限，又要求扩产，因此决定完全重建。但重建的电炉依然是老式电炉。2006年10月初，该厂又建设了一座新电炉以提高生产率，增加产量，提高效益。该电炉投产后仅仅三周即达到了设计目标的80％。

　　3．设计实践

　　上述项目广泛地采用了三维模型和有限元分析法，这些方法对评估复杂的结构非常有用。若无有限元分析法，则极难评估包括电炉这样的复杂结构。过去，机械部件的设计往往要经过冗长的计算。个人计算机简化并缩短了这一过程，采用有限元分析法将设计工作提高到一个新的水平。

　　有限元分析法可以确保设备的长寿命，并降低了设备的重量。运用三维有限元分析法，根据一定的特性做出模型，进行参数化，根据机械部件的尺寸，可对主要参数进行调整。然而，通过有限元分析法做出的设计并不能确保这种分析是否适用。因此，运用有限元分析法的重要条件是设计人员必须熟悉实际应用的结构，并有实际的设计经验。

　　4．提高电炉的功率

　　有关研究表明，提高电炉生产率的最有成本效率的方法是全套供电系统能够保证电炉功率的提高。对现行的和未来的电炉操作进行了分析。评估内容包括初级闪烁和功率因数补偿研究，变电所、开关设备、测量和保护以及电缆连接。采用串联电抗器、高阻抗操作等可降低电极消耗。表1为电炉操作的对比。

　　5．结论

　　本文讲述了一些钢厂电炉改造项目的设计理念，包括从最初的概念到开工建设。从中可以看出，每一个改造项目均须经过周密的规划和认真的考虑，并通过工程评估，然后由知识渊博、经验丰富的工程技术人员进行设计和建设。因此，这些改造项目均取得了成功。