电弧炼钢炉

利用电极电弧高温来炼钢的电炉

利用电极电弧的高温来炼钢的电炉。法国埃鲁(P.L.T.Héroult)于1888～1892年创制工业性直接电弧炉，用于电石和铁合金生产，1900～1910年间应用于炼钢。炼钢所用三相电弧炉，是按埃鲁式电弧炉原理制造的，所以又称埃鲁电弧炉。

结构

电弧炼钢炉的炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉身组成。炉底和炉壁用碱性耐火材料或酸性耐火材料砌筑；用

酸性耐火材料砌筑的电炉，只能使用含磷、硫很低的原料，所以用得很少。炉盖呈圆拱形，用硅砖、镁铬砖或高铝砖砌在一个用水冷却的钢拱脚圈梁上，它可以取下修砌，并可移开装料。有三根按等边三角形布置的石墨电极穿过炉盖、伸入炉内，并由一台炉用变压器通过电缆、导电管、电极把持器向电极供电，使电极末端与金属炉料之间发生电弧，将电能转化为加热炉子和熔炼钢水所需的热能。

使用

20世纪30年代电弧炉的最大容量为100吨,50年代为200吨，70年代初已有400吨的电弧炉投入生产。

高功率电弧炉(HP)和超高功率电弧炉 (UHP)是相对于一般的普通功率电弧炉(RP)而言的。它们主要是按每吨炉容量所配变压器容量的多少来区分。20吨以上的炉子,普通功率电弧炉每吨炉容量的变压器容量约300千伏安，高功率电弧炉约450千伏安,而超高功率电弧炉则为600千伏安以上,而且有越来越高的趋势。这意味着单位时间内输入电弧炉的热能大幅度增加，使熔化时间显著缩短，从而提高生产能力，降低电极消耗，减少热损失，降低电能消耗，结果是使生产成本下降。例如日本的一座70吨超高功率电弧炉，变压器容量60000千伏安,炼滚珠钢，配上炉外精炼，冶炼周期仅70分钟，相当于每分钟产钢1吨的高水平。为使炉子能在最佳的电制度(最充分和最经济地使用电能)下工作,许多超高功率电弧炉采用电子计算机控制。超高功率电弧炉的功率大，单位时间内输入炉中的热量也大，耐火材料便成了一个薄弱的环节。研究和使用了涂有耐火材料的钢制水冷炉壁和炉盖。

结构

炼钢电弧炉包括炉体、机械设备和电器系统3部分。

炉体

电弧炉炉体呈茶壶形，是炼钢反应容器。炉体由炉身和炉盖(炉顶)组成。炉身外壳用钢板制作，其内为炉衬。炉墙由镁砖(MgO)或铬镁砖(Cr2O3、MgO)砌筑。炉底呈盆形，黏土砖和镁砖之上有镁砂烧(打)结层。酸性炉炉衬用石英砖(SiO2)及石英砂修砌。对炉衬耐火材料除有强度、耐高温及绝热的基本要求外，还要求能承受炉渣的化学侵蚀，炉温反复急变的热冲击及炉料块和操作机械的碰撞。炉门和出钢槽分别设在炉身直径的两端。炉门框和炉门盖都通水冷却，两者之间接触严密以便保持炉内还原气氛。出钢口用碎白云石堵塞，出钢时用钢钎凿开。大容量的电弧炉为了操作方便，开设第2个炉门，与第1个门成90。设置。炉盖用高铝砖或铬镁砖嵌砌于钢制炉盖圈内，呈拱形。炉盖圈坐于炉壁上面，与炉身外壳相接触的地方有沙封，其作用也是为保持炉子的密封，并便于炉盖的对位。三根电极经由炉盖中央三个互相等距的水冷密封圈(电极孔)伸入炉内。电极应具有良好导电性、足够的机械强度和抗热震的稳定结构，并且含杂质少，实际生产中多采用优质石墨电极。每根电极两端分别制成阴、阳螺纹，以便于电极的接续。由于不可避免的高温氧化、热崩及机械损伤等原因，每吨钢平均消耗电极3～7kg。

机械设备

炉子的机械设备按炼钢操作的需要和便利，设计并配置于炉体的上方、下部和侧面。炉子出钢槽一侧称为炉后，炉门一侧则称炉前，炉身的一旁有3根电极支柱，每根支柱上均备有一个电极升降柱，升降柱上带有水平电极横臂，其末端为水冷电极夹持器，夹住伸入炉内的电极。电极升降柱的作用是调整炉内电弧长度(改变功率)，对影响炉内电弧功率的偶然因素作出及时、快速的反应，保持各工艺阶段给定电弧功率的稳定。升降柱的驱动及方向根据实际功率与给定功率之偏差，通过自动控制系统给出的指令进行。炉盖和电极横臂之间有一悬臂式或龙门式的小平台，在此进行电极的接续和放置炉顶的启闭机构，小炉子则无此平台，电极接续在炉顶上进行。炉体置于其下部的倾动式炉座上。炉座的上平台即为炼钢操作平台。炉座载于混凝土基础上，通过弧形梁与基础上的水平轨梁相啮合。运作倾动机构可使炉体连同电极柱系统作为一个整体向炉后倾动出钢或向炉前倾动出渣。混凝土基础之间敷设铁路线，钢包车和渣车沿此线出入。

机械设备的设计和配置随炉子容量不同有明显差异。小炉子通常可由炉门用人工或装料机装料；而大炉子一般均用料筐自炉子顶部装入。

炉顶装料

(1)炉身开出式。提起炉盖及电极，炉身沿平台轨道向炉前开出，桥式吊车将料筐自炉顶将料装入炉内。此种加料方式要求炉座内有炉身推出装置且炉前平台亦应有部分能移动；

(2)炉顶开出式。炉顶及电极升起，电极支柱系统及平台向炉后开出，然后吊车装料，此类炉子的上部机构通常置于龙门式平台上，使电极和炉顶运行平稳；

(3)炉顶旋转式。炉盖和电极提升后，以三根电极的共同基础的中心点为轴，将炉顶旋开进行装料。

供电系统电弧炉炼钢时要耗用巨大电能，设有完备的供电系统方能保证熔炼的正常进行和安全。从高压电缆至炉子的电气主回路，主回路上设有隔离开关、高压开关、塞流线圈(电抗器)、塞流线圈的分流开关及炉用变压器。主回路上还连接有电压、电流互感器，将其与检测、指示、记录仪表及调控装置相连接。隔离开关用于高压线路有电压载荷时的切断和闭合，只在高压开关断开之后才能动作。电弧炉工作要求多次反复地通电和断电，为了保证高压开关工作的可靠无误，还配置有油断路器或空气断路器。

变压器是电弧炉供电系统的核心设备，它要求能承受较大的过载；高温、高压下具有良好的绝缘；有较高的机械强度；变压比大；副边电压可变换的级数多，并能在负载下变换，以便适时有效地调控输入炉内的电能。

塞流线圈的功能是：增加电弧燃烧时的稳定性；控制电极与炉料接触短路时电流的冲击强度。塞流线圈做成变压器形状，置于单独的油箱中，也应具有较高的机械强度。当电弧稳定、不易发生短路时，应及时将它从电路中切掉。

短网是指由变压器副边引出线至电极夹持器这一段线路，由于通过数万安培以上的电流，短网需采用特殊结构以减少线路的电阻和感抗。

调节电极升降的自动控制系统必须具有高灵敏度。常用的自动调节装置有：电机放大机一直流电动机式；可控硅一直流电动机式；可控硅电磁转差离合式以及电动随动阀一液压差动式等。液压差动式的电动随动阀具有调节速度快，灵敏度高的优点，其系统滞后时间仅有0.15～0.3s，且传送功率大。

优点

超高功率电弧炉有突出的优点，但必须具有下列条件，才能充分发挥作用：①强大的供电网。短路容量应为最大炉子变压器容量的80倍以上。或是安设巨大的电容补偿装置（这样做费用很高），以减小网路上的电压波动，免得影响其他用电设备的正常工作。②超高功率电极。超高功率电弧炉在单位时间内输入的电能比普通功率电弧炉高得多，这是同等断面的普通功率电极不能胜任的。加大电极断面会使其支承、传动甚至整个炉子的结构笨重，还会对控制系统造成困难。超高功率电极的原料是针状沥青，电极的结晶组织具有方向性。其导电性、热传导性、抗氧化性、强度等性能都优于同等断面的普通功率电极。③高效的生产管理制度。对19座超高功率电炉的调查结果指出，约20%达到了超高功率的效果，60%只发挥了60～70%的能力，另外的20%则未发挥作用。其中，生产组织管理极为重要，不能简单地认为，电弧炉配备一个大容量变压器就能达到预期目的。

由于超高功率电弧炉和各种炉外精炼法的出现，电弧炉有作为单纯熔化设备的趋势；并配置与所生产钢种相适应的炉外精炼设备，以便充分利用炉子变压器的能力，提高炼钢产量。