熔池中炉料熔化特性：矿热炉内热源和传热与火焰炉不同，在火焰炉内的炉料受热是在料堆表面开始逐渐向内发展，化学反应也是这样。而矿热炉的热量则是在炉料内部发生，炉料受热熔化和相应作用是在炉料内固体与液体界面上进行，即高温熔渣以较大的速度冲刷着炉料的表面并同时进行化学反应。因此可以认为，在矿热炉内的还原和造渣是同时进行的。

经分别用冰块和渣块模拟炉料的水模型和火模型的试验查明，沉人渣层内料堆的熔化，不论是置于电极之间的还是电极侧边上的试样，其熔化过程皆以熔池的电极插入层内为最发达，并且是电极之间的试样被“啃食”成哑铃状、电极侧边试样成侧凹形；同时，与渣面接触的熔化较快、电极层下面的熔化微弱。对模拟装料不均的情况，则发现冰块或渣块的下部在模型内熔化得最激烈，并在熔池中打转、翻滚，还引起喷溅。如果同时将两块冰（或火模型中装两块渣）装入模型内，并用一块切断炽热渣流向第二块的通路，那第二块的熔化过程便急剧减慢。因此，合理地装料制度必须要考虑上述的熔化特点。

研究分布在熔池内各部位上的炉料熔化指标，曾有用熔点约70℃的铅合金片在水模型上和紫铜片与渣片在火模型上模拟不同性质的炉料所进行的试验，将它们置于模型熔池内不同的点上，测定各自完全熔化所需的时间。火模型上的试验结果（水模型上所取得相应结果与此大致相同）如图2所示。

图中实线表示单位生产率变化，虚线表示熔化时间的变化。由图可见，位于炉墙附近的熔化区域的单位生产率几乎比电极附近的小2/3，而位于距电极中心线1.5～2倍电极直径内则为具有最好熔化指标的熔池区域。

为研究炉料性质对熔化指标的影响，将试样置于模型中同一地点上的试验。图表示各种试样片的熔化时间与其熔化所需总热量之间的关系，两者呈直线关系变化。从图可以看出，炉子单位生产率不是炉料熔化所需热量的简单函数，即单位生产率是熔化所需热量与熔化温度两者的函数；由此表现出，如果两者的数值均小时（如试样铅），则单位生产率大，如果是熔化温度相对不高，而熔化所需热量相当高时，则单位生产率可能有各种数值（铝、铜），在两个因素的数值都大时，则单位生产率小（炉渣）。

精炼铝的熔池的保护衬层

在盛装和精炼铝的溶池的石墨侧板和端板的切口部分内设置有耐火板件而产生有效地阻挡液态铝通过当池被加热到工作温度时两板分离所形成的通道的流动。

用于盛装精炼或不精炼液态铝池的保护衬层，由适合于在其侧面紧紧地装配在一起的石墨板和端板组成；所述的板在其底端固定在一起，且其上部联接到由外部加热的铸铁槽的外壁上，当精炼池加热到工作温度因槽膨胀导致任意两板在其上端产生分离，因而形成了池内的精炼室和板与铸铁槽间的缝隙间的铝的流动通道，其特征在于：（a）石墨侧板和端板沿着上述板件联接处的高度方向的相应部分象上述板件带有切口部分的一样紧密地联接在一起，所述的切口部分从板的顶部垂直地延伸到加热时所述的板不会分离的地方；（b）一块不易受液态铝的冲击影响的耐火板件，所述板件插放在侧板和端板装配在一起时形成的对应切口内，该板件在长度方向上在切口中从高于预计的熔铝的工作高度延伸垂直到所述板因加热而分离的地方，所述板件的宽度和厚度，与所述切口部分的尺寸有关，当板因把池加热到工作温度而在其上端分离时，耐火板件作为有效的挡板阻住液态铝通过因侧板和端板的分离所造成的裂缝的流动。因此，允许侧板和端板间的联接在把池加热到工作温度时应有的相对运动，而仍保持有效地阻挡住液态铝在板间分离处的流动。

电弧炉的大小以其额定容量（公称容量）来表示，所以额定容量是指新设计的电炉熔池所能容纳的钢水量。实际生产过程中，随着熔炼炉数的增多和熔池容积的逐渐增大，装人量或者出钢量也不断增加。另外生产中还经常用提高炉门槛即造假门槛的办法来增加炉产量，这样就出现了超装的问题。一般认为以超装20%～50%为宜，不宜超装太多，大电弧炉基本上不超装。

熔池是指容纳钢液和熔渣的那部分容积。熔池的容积应能完全容纳适宜熔炼的钢液和熔渣，并留有余地。

熔池的形状应具有以下特点：利于冶炼反应的顺利进行；砌筑容易；修补方便。使用的多为锥球形熔池，上部分为倒置的截锥，下部分为球缺。

球缺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°，具有以下优点：

（1）45°为自然锥角，砂子等松散材料成堆后的自然锥角正好是45°。当用镁砂补炉时利用镁砂自然滚落的特性，可以很容易地使被侵蚀后的炉坡得到修补，恢复原状。

（2）出钢时炉子倾斜35°～45°能顺利出净钢水。

确定电炉炉型的基本参数是D/H值，即熔池钢液直径D与钢液深度H的比值，其经验值为D/H=3～5。在熔池面积一定的条件下，D/H大，则熔池浅。熔池容积一定，熔池越浅，熔池表面积越大，即钢、渣界面积越大，有利于钢渣之间的冶金反应，因此，希望D/H大一些。但是D/H太大，则熔池直径和熔炼室直径都增大，于是炉壳直径D_k增大，导致D_k太大，炉壳散热面积和电耗都增大，所以D/H又不能太大。如果D/H太小，熔池太深，钢液加热困难，温度分度不均匀。在氧化期应对金属进行良好的加热，并对熔池中的金属进行强烈沸腾搅拌，以使金属成分和温度均匀。

当选定炉坡倾角45°时，一般取D/H=5左右较合适。

对于70t/5500mm及以上的超高功率电炉取D/H=4～5，比值随着炉容量增加而增大；而对于用返回料冶炼不锈钢电炉，为改善熔池的温度差、减少熔池深度、D/H可能要在5以上。

图1为典型的有渣法埋弧电炉熔池结构。有渣法电炉炉膛是由生料层、软熔层、焦炭层、熔渣层、金属熔池等几个部分构成。在靠近炉墙温度比较低的部位存在由凝Ⅲ的熔渣和未反应的炉料构成的死料区。

电炉内炉料下降过程先后经历的几个主要区域是：炉料预热区、炉料软熔区、焦炭层、炉渣层和熔融金属层。

生料层由术反应的炉料，如焦炭、矿石和熔剂组成。靠近电极的部位温度较高，炉料熔化速度快，生料层的厚度较薄，而远离电极的部位料层较厚，炉料下沉速度相对较慢。炉气在通过松散的乍料层时与炉料进行热交换，电流通过导电的炉料产生热量使料层温度升高。矿石中的高价氧化物，如MnO₂、Fe₂O₃，会住这一部位发生热分解或被CO还原成低价氧化物。在温度更高的部位，出现FeO的同态还原，有金属铁生成。

在料层温度低于1300℃的区域，铬铁尖晶石中的Fe₂O₃和FeO被CO和C还原；在料层更深处温度高于1300℃区域Cr₂O₃，开始出现还原。三价铁、二价铁和铬先后从铬铁矿中分离出去，在矿石中形成分散的金属珠；结构已经完全改变的尖晶石仍维持着矿石颗粒形状。尖品石的熔化温度很高，只有在温度更高的深度才会出现渣化。

当料层温度高于炉料的软化温度或还原反应产物的熔点时，炉料出现软熔现象。这一部位位于焦炭层卜部，称为软熔层。锰的高价氧化物Mn₂O₃和Mn₃O₄。在软熔层全部还原生成低价氧化锰MnO并进入熔渣。在1300～1500℃发生的铬的固态还原也是这一区域的主导反应，铬的还原加剧了矿石解体进程，大大加快了矿石的熔化。南于锰和铬的还原迟于铁的还原，在料层巾金属颗粒中的锰铁比或铬铁比由上到下逐渐增加。铁和铬的还原是强烈吸热反应。输入炉内的热量有50%以上用于还原金属氧化物。炉料层和软熔层所产生的电阻热量较少，软熔层所需的热量足由焦炭层向上传递的。软熔层上下温差较大，下部是还原反应的主要部位。尽管初渣和含铁较高的金属珠有一定的流动性，但熔点很高的术还原矿石掺杂在其中，软熔层整体并没有流动性。当炉料的熔化速度大于还原速度就会出现炉料过早熔化，炉膛导电结构变化，导致焦炭层上移。

熔池是指因焊弧热而熔化成池状的母材部分。包括某些非电弧冶炼的熔炼炉，通常将整个炉膛空间称为熔池。但在有的矿热炉中，熔池则仅指熔渣和金属液积存的炉膛部分，或是电极周围炉料不断下降的工作区（坩埚），或是电弧高温所能作用到的区域。

熔化焊接时，在热源作用下，焊件上形成的具有一定形状的液态金属部分被称的焊接溶池。弧焊过程中，电弧下的熔池金属在电弧力的作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾部。随着电弧前移，熔池尾部金属冷却并结晶形成焊缝。

焊缝的形状决定于熔池的形状,熔池的形状又与接头的形式和空间位置、坡口和间隙的形状尺寸、母材边缘、焊丝金属的熔化情况、熔滴的过渡方式等有关。接头的形式和空间位置不同，则重力对熔池的作用不同。焊接工艺方法和规范参数不同,则熔的体积和熔池的长度等都不同。平焊位置时熔池处于最稳定的位置,容易得到形良好的焊缝,在生产中常通过焊接变位机等装置使接头处于水平或船形位置进行焊接。而在其他空间位置焊接(横焊、立焊、仰焊、全位置焊)时,由于重力的作有使熔池金属下淌的趋势,因此要采取特殊措施(例如施加脉冲电流等)控制焊缝成形。当坡口和间隙、焊接规范参数等不合适时，也有可能产生焊缝成形方面的缺欠。2100433B

热源的校核采用的准则是熔池边界准则，即在与实际输入的热量一致的情况下，所选热源模型模拟出来的熔池区域边界与实际焊缝熔合线相符，那么就认为这个热源模型是合理的，用该热源模型模拟温度场是符合焊接力学分析的要求。2100433B

对金属熔池的钢水进行搅拌时，通过循环流动使熔池成分和温度达到均匀化所需最短时间。