电弧炉设计
1.炉型设计
新设计的电炉应具有如下特点：具有较高的生产率，电能、耐火材料和电极消耗低，满足多种钢种冶炼时冶金反应的要求。
一个新的电炉炼钢车间设计，首先应根据车间的生产规模和钢种要求合理的确定炉子容量和座数，然后进行电炉设计，包括以下内容：确定电弧炉的形状和尺寸，并选择变压器的变量和确定合理的电力参数。
设计步骤：
①求出炉内钢液和熔渣的体积。 ②计算熔池的深度和直径；
③确定熔炼室空间的高度和直径； ④确定炉顶的拱高和炉盖的厚度； ⑤确定炉衬尺寸和炉壳直径；
⑥确定变压器的功率与电压的级数和大小； ⑦求出电极直径； ⑧确定电极心圆直径。
1.1熔池的形状和尺寸
电弧炉的大小以其额定容量（公称容量）来表示，所谓额定容量是指新设计的电炉熔池所能容纳的钢水量。熔池：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。 熔池的形状：
其形状应有利于冶炼反应的顺利进行，砌筑容易、修补方便。目前使用的多为锥球形熔池，上部分为倒置的截锥，下部分为球冠（如下图所示）。球冠形电炉炉底使得熔化了的钢液能积蓄在熔池底部，迅速形成金属熔池，加快炉料的熔化并及早造渣去磷。截锥形电炉炉坡便于补炉、炉坡倾角45°。 熔池尺寸计算： ① 熔池容积V池。 根据V池?V液?V渣；
V液?T?液G渣
式中 T—出钢液量；ρ液-钢液密度，6.8～7.0t/m3。
V渣??渣
式中 G渣-按氧化期最大渣量计算，钢液量的7%（碱性）； ρ渣—3～4t/m3
② 熔池直径D和深度H。
当选定炉坡倾角45°时，一般取D/H=5左右较合适。
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：
d22V池?h（D?dD?d）?h（3??h 211）1264?22?式中 h1—球冠部分高度，一般取h1=H/5；
h2—截锥部分高度，h2=H-h1=4/5H；
D—熔池液面直径，通常采取D/H=5，即D=5H； d—球冠直径，因d=D-2h2=5H-8/5H=17/5H，整理得：
V池?12.1H3?0.0968D3
1.2熔炼室尺寸
熔炼室指熔池以上至炉顶拱基的那部分容积，其大小应能一次装入堆积密度中等的全部炉料。 ① 熔炼室直径D熔
炉坡和炉壁交接处的直径，为了防止钢液沸腾时炉渣冲刷炉壁砖或炉渣到达炉坡与炉壁砖交界处（薄弱处），炉坡应高于炉门槛（渣面与炉门槛平齐）约100mm左右，即当选定炉坡倾角为45时：
D熔=D+2×100
② 熔炼室高度H1
金属炉门槛至炉顶拱基的空间高度为熔炼室高度。炉衬门槛较金属门槛高出80~100mm。 经验值：
H1=0.5～0.45 <40t电炉 DH1=0.44～0.40 >40t电炉 D③ 炉顶高h3
炉顶高度h3与熔池室直径D有如下关系：
h3=1/7～1/9（因炉顶砖不同而异） D熔至此，渣面至炉顶中央高度H2=H1+h3 ④ 熔炼室上缘直径D1
一般熔炼室要设计成上大下小倾斜形的，即D1>D熔，炉壁上部薄下部厚，这样形状的熔炼室增加了炉壁的稳定性，炉壁较稳固，并且容易修补，同时使熔炼室的容积增大，可多装轻薄料。另外下部的炉衬接近于炉渣，侵蚀快些，炉衬下厚上薄可以使整个熔炼室炉衬寿命趋于均匀。
其炉墙内侧倾斜度，一般为炉坡水平面至拱基高度（H1—100）的10%左右；所以：
D1?D熔?2?（H1?100）?10%
1.3炉衬及厚度（δ）的确定
炉衬的组成：炉壳→石棉（100mm）→绝热层→工作层。
炉壁衬砖厚度通常按耐火材料热阻计算确定，计算依据的条件是炉壳在操作末期被加热的温度不大于200℃，以免炉壳变形。一般而言，增加炉壳厚度，炉壳受热及热损失可以减少，这在一定限度内是正确的，但是炉壳厚度δ增加与热损失减少并非线性关系，厚度δ达到一定值以后，再增加炉衬厚度δ，热损失减少不显著，反而因为厚度δ增加过大，而增加炉壳直径D壳，耐火材料消耗增加，所以比较经济的办法是选择优质材料，使用较薄的炉衬。
按经验值选，炉顶砖厚度（δ）如下表所示。
炉顶砖厚度
吨位/t δ/mm
<20 230 20~40 300 >40 350