以含有主要元素的矿石为原料，配入碳质还原剂和其他材料，在电炉中进行还原冶炼，制取各种铁合金的车间设计。主要生产品种有硅铁、高碳锰铁、锰硅合金、高碳铬铁和硅钙合金等。除硅铁、工业硅属无渣法冶炼外，均为有渣法冶炼。产品主要用于钢铁工业，作为脱氧剂和合金元素添加剂。其车间设计主要内容包括产品方案与设计规模、工艺流程、主要原料技术条件、设备选择、车间组成与布置，以及主要技术经济指标等。
简史   世界上采用电炉还原冶炼铁合金，始于19世纪末。1890年法国的西蒙(Simon)/胃t电热法，使用氧化锰和萤石的混合物，获得含Mn84％、Fe8％、C7.1％及Si0.20％的高碳锰铁。冶炼含硅高的硅铁的电炉生产法，是与用矮炉身还原电炉生产电石的工艺同时发展起来的，1899年美国在西弗吉尼亚州的霍尔库姆罗克厂的电炉中，{dy}个炼制了含硅25％～50％的硅铁；1903年在巴黎建立了欧洲硅铁卡特尔，利用电石炉设备生产硅铁。高碳铬铁的电热法始于法国，1900年转入工业规模生产。1910年以后，电炉还原冶炼各种铁合金获得加速发展。20世纪60年代还原电炉向大型化发展，70年代初，一些主要生产铁合金的国家，如前苏联、美国、日本、法国、瑞典、冰岛和南非等，相继建造了一批40000～105000kV•A的大型还原电炉车间。
中国于1940年前后，建成了较小容量的还原电炉冶炼车间生产铁合金。1956年吉林铁合金厂建设了容量为12500kV•A三相敞口还原电炉车间。20世纪60～70年代，中国建成了一批较大型的铁合金车间，并随着世界铁合金还原电炉大型化、机械化和自动化的进展，到80年代中期至90年代初期，中国除建成一批新的6000～16500kV•A半封闭和全封闭式还原电炉车间外，还建成了具有当今世界技术和装备水平的25000～50000kV•A大型现代化还原电炉车间。
产品方案与设计规模   还原电炉生产铁合金的特点之一是品种繁多，主要品种有硅系铁合金，如硅铁、硅钙合金和工业硅；锰系铁合金，如高碳锰铁和锰硅合金；铬系铁合金，如高碳铬铁和硅铬合金等。这些产品的典型牌号及主要化学成分如表1所示。

新建还原电炉冶炼车间的产品方案，一般以生产一个品种系列的铁合金产品为宜，同时应考虑转炼其他品种铁合金的可能性和灵活性。通常，车间设计规模以年产铁合金3～5万t为宜，相应设置1～3座还原电炉。
还原电炉设计能力的计算公式为：

式中Q为电炉生产量，t/a；24为每天作业时间，h/d；T为电炉年作业天数，d/a；P为电炉变压器额定容量，kV•A；cosφ为电炉自然功率因数，视电炉容量大小而异，容量越大其值就越小，一般为0.65～0.92；K1为电源电压波动系数，一般取0.95～1.0；K2为电炉变压器功率利用系数，一般取0.95～1.0；K3为电炉作业时间的利用系数，一般为0.95～0.98；W为产品的冶炼电耗，kw•h/t。
工艺流程   来自铁合金原料准备车间的具有合格块度的矿石、碳质还原剂，以及生产某些品种需要使用的熔剂和含铁料，在配料站按冶炼工艺要求进行称量配料，配好的炉料于胶带输送机或配料车上，形成“三明治(sandwich)”式层状，经多次转运达到混匀的目的。炉料通过上料系统、布料系统及下料管加到电炉内，通电冶炼。电炉供电及其电控设计见铁合金电炉供电和电控设备设计。电炉烟气净化见铁合金电炉烟尘净化设计。对于硅铁冶炼，由于还要采用加料捣炉机对炉口料面进行维护操作，一般采用半封闭式电炉生产。电炉为连续还原冶炼，而出铁出渣则为定时间歇操作。出炉的铁水浇注成锭，经精整破碎加工后，产品散装或包装出厂。对于有渣法冶炼的铁合金，所产生的大量炉渣要进行水淬处理，或将干渣弃掉。典型的硅铁冶炼工艺流程如图1所示。

主要原料技术条件   由于产品品种繁多，其所用的矿石、碳质还原剂和熔剂等不尽相同。常用矿石的主要技术条件见表2。碳质还原剂的主要技术条件列于表3。在有渣法冶炼时，熔剂的主要技术条件如表4。

设备选择   主要包括电炉炉型、电炉变压器、电控、配料上料、电炉加料、炉前出铁和浇注、产品加工和炉渣处理等所用主要设备的选择。
电炉炉型   依据生产品种选定，对需要炉口维护操作生产的含硅高的硅铁(如FeSi75)、硅钙合金、硅铬合金和工业硅等的冶炼炉，通常选用半封闭式固定还原电炉或旋转还原电炉，或者用矮烟罩敞口式电炉；而对不需炉口操作的高碳锰铁、锰硅合金和高碳铬铁等的冶炼炉，则尽量选用全封闭固定式还原电炉，以回收利用其煤气。
电极装置   电炉设备的核心部件，由电极及其把持器、升降机构和压放装置等组成。还原电炉除生产工业硅的需采用石墨电极外，常用连续自焙电极或炭素电极，后者是经压制成型，价格较贵；前者制作成本低，可根据需要通过电极壳焙烧成圆形或矩形截面，甚至可做成中空式，故在还原电炉中应用广泛，世界上{zd0}的圆形自焙电极直径已达2000mm。连续自焙电极又称索德别尔格电极(Soederberg Electrode)，系在焊制的薄钢板圆筒形外壳内充填电极糊，在生产过程中依靠电流通过时所产生的焦耳热和炉内的传导热自行烧结而成。电极直径大小，视冶炼品种和炉型，按电极容许的电流密度来确定。一般，半封闭式或矮烟罩敞口式硅铁电炉，其电极电流密度为5.5～5.9A/cm2，硅钙合金电炉为7～8A/cm2；半封闭式或全封闭式电炉冶炼高碳锰铁和锰硅合金时，其电极电流密度为5.8～6.2A/cm2，冶炼高碳铬铁和硅铬合金时，为6.O～6.5A/cm2。电极把持器、升降机构和压放装置的结构选型见铁合金还原电炉设计。
电炉变压器   正确选择变压器形式和主要参数，特别是二次侧工作电压，将决定电炉作业指标的优劣。为使输入电炉的三相电极功率均衡，并缩短输送大电流的母线长度，减少电损失，通常小容量电炉选用一台三相无载调压变压器，大中型电炉(容量>12500kV•A)选用一台三相或三台单相有载调压变压器。每一品种铁合金冶炼均有与之相适应的{zj0}的工作电压范围，且在常用操作电压及其以上时应为恒功率。此外，还要考虑冶炼品种的转炼、炉料成分的波动和处理炉况等，都需选用最适当的电压级，这样电炉生产才能稳定且生产率高。中国现有的12500kV•A和16500kV•A还原电炉，一般工作电压范围为120-135-170V，分为19级；25000kV•A和30000kV•A还原电炉为130-180-250V，分27级；50000KV•A电炉为120-240-290V，分32级。
电炉功率调节   为使输入电炉的额定功率恒定，并力求维持三相功率平衡，通常采用手动和自动两种控制方式，通过升降电极来进行调节。手动控制为人工操作开关(或按钮)，使三相负荷电流达到恒定，此种方式多为中小型还原电炉所采用；自动控制是采用电子计算机，以炉内操作电阻(或更多因素)为调节对象，连续或断续地进行自动调节(见铁合金电炉供电及电控设备设计)。
配料设备   设置配料站，采用电子秤称量并按原料配比实现PC程序控制。通常，小型电炉亦可选用配料车。
上料设备   多采用斜桥上料机，当占地面积允许时，也可采用长胶带输送机上料。
炉顶布料设备常用两种形式，一种为胶带输送机组，另一种为环行布料车。
电炉加料设备   全封闭式电炉采用料管加料兼布料；敞口式或半封闭式硅铁和硅钙合金电炉，一般采用料管下料并辅以自由行走的多功能加料捣炉机或单功能直轨式捣炉机。
开堵铁口设备   大型铁合金还原电炉多选用机械化程度较高的开眼堵眼机，中小型电炉多采用电弧烧穿器开眼和人工堵眼。
炉前出铁出渣设备   常用铁水包有两种：一种为采用钢板铆焊结构，内衬耐火砖；另一种为铸钢包，挂渣后常用于高碳铬铁生产。渣包多为铸钢包。炉前通常采用电动立式绞车牵引有轨铁水包和渣包车组。
铁水铸块设备   常采用锭模浇注，个别也有采用坑注方式；大中型电炉车间也可采用机械化程度较高的浇铸机浇注。
产品加工设备   视用户对产品块(粒)度要求而定。小块状产品采用颚式破碎机破碎，规模小时也可用人工锤碎；粒状产品采用水淬粒化或机械破碎；粉剂产品采用特殊的制粉机械制取；芯丝状产品采用包芯机将粉剂产品按要求成分配混，用薄带钢包覆，做成丝，卷成包芯丝卷，供炼钢喂丝机作原料。
炉渣处理设施   有些炉渣，如锰硅合金渣和高碳锰铁渣等，采用水淬成水淬渣，供水泥厂等回收综合利用；其他炉渣一般用渣盘冷却成干渣，经破碎风选或跳汰选铁后弃置。
车间组成与布置   车间一般由配料站、主厂房及辅助设施等组成。
配料站   常为多层结构的独立建筑物，上部设贮料仓，又称日料仓，其贮料量应至少超过贮存一昼夜以上的合格料，供配料用；下部设配料称量系统。配料站通常与主厂房平行布置，亦可成垂直方向布置，视场地条件而定。配好的料向主厂房炉子顶端的布料设备供料，多采用斜桥上料机或垂直单斗提升机，也有的采用长长的胶带上料输送机。前者布置紧凑，节省用地，多用于无渣法冶炼；后者将配料站与主厂房之间的距离拉开，其间的空场地可布置炉渣处理设施和除尘设施等加以利用，适宜于有渣法冶炼。
主厂房   包括变压器跨、电炉跨、浇注跨、成品加工跨和炉渣处理跨等。主厂房的平面布置有两种形式，一种是变压器跨一电炉跨一浇注跨三跨毗连，而成品加工跨和炉渣处理跨单独设置。这种布置方式，其炉前操作、浇注作业、采光和通风条件较好，采用广泛。另一种是将上述五个跨间或四个跨间(炉渣处理跨除外)毗连在一起，便于实现浇注机械化，有利于铁锭的运输，且成品加工跨与浇注跨间的一列厂房柱子可共用，节省土建工程投资，但车间采光和通风条件略差。
电炉还原冶炼车间剖面图如图2所示。

变压器跨通常是指用来布置变压器的跨间。当电炉采用三台单相变压器时，除一台变压器布置在变压器跨之外，另二台则布置于电炉跨内。变压器室的设计不仅要考虑变压器的抽芯检修，还要便于电炉控制中心的布置等。
电炉跨是电炉还原冶炼车间的核心部位。电炉生产必备的布料系统、加料系统、电炉系统、短网(大电流母线)系统及电控、炉口操作系统、炉前出铁出渣系统和电极糊提升系统等，均布置在电炉跨内。此跨为多层框架式厂房建筑，依据车间工艺总体布置要求，一般设计成三层大平台，包括炉顶布料平台、电极升降装置平台和炉口操作平台，此外还有一些局部小平台，如炉顶电极接长用的小平台和炉前出铁操作平台等。
电炉跨的跨度主要视电炉容量、冶炼工艺、炉顶布料下料，以及厂房结构选型设计的可能性和合理性等综合因素加以确定。
电炉跨长度主要由电炉座数和电炉中心距来决定。此外，电炉跨的两端还要考虑设置楼梯、电梯和电极糊提升吊装孔的位置。
电炉跨厂房高度主要由各层平台的高度及炉顶布料形式和悬挂起重机的轨面标高决定。同时要考虑采光和通风排烟等的要求。
浇注跨用于进行铁水浇注、铁水包修理及烘烤，有时将此跨延长兼作炉渣处理用。其布置形式与品种、生产工艺方法和浇注方式具有密切关系。通常，在采用大中型电炉生产含硅75％的硅铁，并使用环式浇铸机浇注时，浇铸设备应布置在浇注跨和成品加工跨之间共用柱子处，这样，浇注操作是在浇注跨，铁锭脱模是在成品加工跨，因此其生产流程短、劳动条件好。浇注所用的桥式起重机是一种频繁操作的重要设备，属于重级工作制。起重能力应根据吊运铁水、炉渣及相关器具的{zd0}总重加以确定，起重机的台数由各种作业时间综合计算确定。
成品加工跨用于进行成品精整、存放和加工。除考虑成品加工系统的占地与布置外，还应考虑在正常生产时，成品加工前后所需要的面积。设计布置时，要考虑物流的合理性，用户不同的块、粒度要求等因素。有的成品加工跨要根据成品运出方式，设置铁路专用线。
粉剂产品和包芯丝状产品，应另设专门的加工间或车间，其位置应与成品加工跨保持一定的距离。而且粉剂产品(如硅钙合金粉等)加工间，还应采取必要的安全防爆措施。
炉渣处理跨用于有渣法冶炼生产所产生大量炉渣的处理。炉渣水淬设施主要有两种布置方式，一种是利用浇注跨延长部分作为水淬跨，这样可以共用起重设备，节约投资，另一种是单独设置炉渣水淬跨。水淬跨设有桥式起重机、冲渣装置、渣池、回水池和水泵房等。此跨应靠近浇注跨，但要布置于浇注跨的下风向。
车间辅助设施 包括电极壳制作、电极糊加工、电炉烟气(或煤气)净化设施(见铁合金电炉烟尘净化设计)、给排水设施、车间供配电所、车间办公室和工人休息室等。
主要技术经济指标 部分铁合金电炉还原冶炼车间主要技术经济指标列于表5。