煉鋼電弧爐

利用電弧熱熔煉廢鋼等爐料產(chǎn)出液態(tài)鋼的設(shè)備。煉鋼電弧爐包括爐體、機(jī)械設(shè)備和電器系統(tǒng)3部分。

煉鋼電弧爐爐體

電弧爐爐體呈茶壺形，是煉鋼反應(yīng)容器。爐體由爐身和爐蓋(爐頂)組成。爐身外殼用鋼板制作，其內(nèi)為爐襯。爐墻由鎂磚(MgO)或鉻鎂磚(Cr2O3、MgO)砌筑。爐底呈盆形，黏土磚和鎂磚之上有鎂砂燒(打)結(jié)層。酸性爐爐襯用石英磚(SiO2)及石英砂修砌。對(duì)爐襯耐火材料除有強(qiáng)度、耐高溫及絕熱的基本要求外，還要求能承受爐渣的化學(xué)侵蝕，爐溫反復(fù)急變的熱沖擊及爐料塊和操作機(jī)械的碰撞。爐門和出鋼槽分別設(shè)在爐身直徑的兩端。爐門框和爐門蓋都通水冷卻，兩者之間接觸嚴(yán)密以便保持爐內(nèi)還原氣氛。出鋼口用碎白云石堵塞，出鋼時(shí)用鋼釬鑿開。大容量的電弧爐為了操作方便，開設(shè)第2個(gè)爐門，與第1個(gè)門成90。設(shè)置。爐蓋用高鋁磚或鉻鎂磚嵌砌于鋼制爐蓋圈內(nèi)，呈拱形。爐蓋圈坐于爐壁上面，與爐身外殼相接觸的地方有沙封，其作用也是為保持爐子的密封，并便于爐蓋的對(duì)位。三根電極經(jīng)由爐蓋中央三個(gè)互相等距的水冷密封圈(電極孔)伸入爐內(nèi)。電極應(yīng)具有良好導(dǎo)電性、足夠的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱震的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并且含雜質(zhì)少，實(shí)際生產(chǎn)中多采用優(yōu)質(zhì)石墨電極。每根電極兩端分別制成陰、陽(yáng)螺紋，以便于電極的接續(xù)。由于不可避免的高溫氧化、熱崩及機(jī)械損傷等原因，每噸鋼平均消耗電極3～7kg。

煉鋼電弧爐機(jī)械設(shè)備

爐子的機(jī)械設(shè)備按煉鋼操作的需要和便利，設(shè)計(jì)并配置于爐體的上方、下部和側(cè)面。爐子出鋼槽一側(cè)稱為爐后，爐門一側(cè)則稱爐前，爐身的一旁有3根電極支柱，每根支柱上均備有一個(gè)電極升降柱，升降柱上帶有水平電極橫臂，其末端為水冷電極夾持器，夾住伸入爐內(nèi)的電極。電極升降柱的作用是調(diào)整爐內(nèi)電弧長(zhǎng)度(改變功率)，對(duì)影響爐內(nèi)電弧功率的偶然因素作出及時(shí)、快速的反應(yīng)，保持各工藝階段給定電弧功率的穩(wěn)定。升降柱的驅(qū)動(dòng)及方向根據(jù)實(shí)際功率與給定功率之偏差，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)給出的指令進(jìn)行。爐蓋和電極橫臂之間有一懸臂式或龍門式的小平臺(tái)，在此進(jìn)行電極的接續(xù)和放置爐頂?shù)膯㈤]機(jī)構(gòu)，小爐子則無(wú)此平臺(tái)，電極接續(xù)在爐頂上進(jìn)行。爐體置于其下部的傾動(dòng)式爐座上。爐座的上平臺(tái)即為煉鋼操作平臺(tái)。爐座載于混凝土基礎(chǔ)上，通過(guò)弧形梁與基礎(chǔ)上的水平軌梁相嚙合。運(yùn)作傾動(dòng)機(jī)構(gòu)可使?fàn)t體連同電極柱系統(tǒng)作為一個(gè)整體向爐后傾動(dòng)出鋼或向爐前傾動(dòng)出渣?；炷粱A(chǔ)之間敷設(shè)鐵路線，鋼包車和渣車沿此線出入。

機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和配置隨爐子容量不同有明顯差異。小爐子通?？捎蔂t門用人工或裝料機(jī)裝料；而大爐子一般均用料筐自爐子頂部裝入。

(1)爐身開出式。提起爐蓋及電極，爐身沿平臺(tái)軌道向爐前開出，橋式吊車將料筐自爐頂將料裝入爐內(nèi)。此種加料方式要求爐座內(nèi)有爐身推出裝置且爐前平臺(tái)亦應(yīng)有部分能移動(dòng)；

(2)爐頂開出式。爐頂及電極升起，電極支柱系統(tǒng)及平臺(tái)向爐后開出，然后吊車裝料，此類爐子的上部機(jī)構(gòu)通常置于龍門式平臺(tái)上，使電極和爐頂運(yùn)行平穩(wěn)；

(3)爐頂旋轉(zhuǎn)式。爐蓋和電極提升后，以三根電極的共同基礎(chǔ)的中心點(diǎn)為軸，將爐頂旋開進(jìn)行裝料。

供電系統(tǒng) 電弧爐煉鋼時(shí)要耗用巨大電能，設(shè)有完備的供電系統(tǒng)方能保證熔煉的正常進(jìn)行和安全。主回路上設(shè)有隔離開關(guān)、高壓開關(guān)、塞流線圈(電抗器)、塞流線圈的分流開關(guān)及爐用變壓器。主回路上還連接有電壓、電流互感器，將其與檢測(cè)、指示、記錄儀表及調(diào)控裝置相連接。隔離開關(guān)用于高壓線路有電壓載荷時(shí)的切斷和閉合，只在高壓開關(guān)斷開之后才能動(dòng)作。電弧爐工作要求多次反復(fù)地通電和斷電，為了保證高壓開關(guān)工作的可靠無(wú)誤，還配置有油斷路器或空氣斷路器。

變壓器是電弧爐供電系統(tǒng)的核心設(shè)備，它要求能承受較大的過(guò)載；高溫、高壓下具有良好的絕緣；有較高的機(jī)械強(qiáng)度；變壓比大；副邊電壓可變換的級(jí)數(shù)多，并能在負(fù)載下變換，以便適時(shí)有效地調(diào)控輸入爐內(nèi)的電能。

塞流線圈的功能是：增加電弧燃燒時(shí)的穩(wěn)定性；控制電極與爐料接觸短路時(shí)電流的沖擊強(qiáng)度。塞流線圈做成變壓器形狀，置于單獨(dú)的油箱中，也應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)電弧穩(wěn)定、不易發(fā)生短路時(shí)，應(yīng)及時(shí)將它從電路中切掉。

短網(wǎng)是指由變壓器副邊引出線至電極夾持器這一段線路，由于通過(guò)數(shù)萬(wàn)安培以上的電流，短網(wǎng)需采用特殊結(jié)構(gòu)以減少線路的電阻和感抗。

調(diào)節(jié)電極升降的自動(dòng)控制系統(tǒng)必須具有高靈敏度。常用的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置有：電機(jī)放大機(jī)一直流電動(dòng)機(jī)式；可控硅一直流電動(dòng)機(jī)式；可控硅電磁轉(zhuǎn)差離合式以及電動(dòng)隨動(dòng)閥一液壓差動(dòng)式等。液壓差動(dòng)式的電動(dòng)隨動(dòng)閥具有調(diào)節(jié)速度快，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，其系統(tǒng)滯后時(shí)間僅有0.15～0.3s，且傳送功率大。

20世紀(jì)30年代電弧爐的最大容量為100噸,50年代為200噸，70年代初已有400噸的電弧爐投入生產(chǎn)。

高功率電弧爐(HP)和超高功率電弧爐 (UHP)是相對(duì)于一般的普通功率電弧爐(RP)而言的。它們主要是按每噸爐容量所配變壓器容量的多少來(lái)區(qū)分。20噸以上的爐子,普通功率電弧爐每噸爐容量的變壓器容量約300千伏安，高功率電弧爐約450千伏安,而超高功率電弧爐則為600千伏安以上,而且有越來(lái)越高的趨勢(shì)。這意味著單位時(shí)間內(nèi)輸入電弧爐的熱能大幅度增加，使熔化時(shí)間顯著縮短，從而提高生產(chǎn)能力，降低電極消耗，減少熱損失，降低電能消耗，結(jié)果是使生產(chǎn)成本下降。例如日本的一座70噸超高功率電弧爐，變壓器容量60000千伏安,煉滾珠鋼，配上爐外精煉，冶煉周期僅70分鐘，相當(dāng)于每分鐘產(chǎn)鋼1噸的高水平。為使?fàn)t子能在最佳的電制度(最充分和最經(jīng)濟(jì)地使用電能)下工作,許多超高功率電弧爐采用電子計(jì)算機(jī)控制。超高功率電弧爐的功率大，單位時(shí)間內(nèi)輸入爐中的熱量也大，耐火材料便成了一個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)。研究和使用了涂有耐火材料的鋼制水冷爐壁和爐蓋 。

超高功率電弧爐有突出的優(yōu)點(diǎn)，但必須具有下列條件，才能充分發(fā)揮作用：①?gòu)?qiáng)大的供電網(wǎng)。短路容量應(yīng)為最大爐子變壓器容量的80倍以上?；蚴前苍O(shè)巨大的電容補(bǔ)償裝置（這樣做費(fèi)用很高），以減小網(wǎng)路上的電壓波動(dòng)，免得影響其他用電設(shè)備的正常工作。②超高功率電極。超高功率電弧爐在單位時(shí)間內(nèi)輸入的電能比普通功率電弧爐高得多，這是同等斷面的普通功率電極不能勝任的。加大電極斷面會(huì)使其支承、傳動(dòng)甚至整個(gè)爐子的結(jié)構(gòu)笨重，還會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成困難。超高功率電極的原料是針狀瀝青，電極的結(jié)晶組織具有方向性。其導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性、抗氧化性、強(qiáng)度等性能都優(yōu)于同等斷面的普通功率電極。③高效的生產(chǎn)管理制度。對(duì)19座超高功率電爐的調(diào)查結(jié)果指出，約20%達(dá)到了超高功率的效果，60%只發(fā)揮了60～70%的能力，另外的20%則未發(fā)揮作用。其中，生產(chǎn)組織管理極為重要，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為，電弧爐配備一個(gè)大容量變壓器就能達(dá)到預(yù)期目的。

由于超高功率電弧爐和各種爐外精煉法的出現(xiàn)，電弧爐有作為單純?nèi)刍O(shè)備的趨勢(shì)；并配置與所生產(chǎn)鋼種相適應(yīng)的爐外精煉設(shè)備，以便充分利用爐子變壓器的能力，提高煉鋼產(chǎn)量。

超高功率電弧爐是指單位時(shí)間輸入到電爐中的能量比普通電弧爐大2～3倍。主要優(yōu)點(diǎn)是：大大縮短了熔化時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率；改善了熱效率，進(jìn)一步降低了電耗；使用大電流短電弧，熱量集中，電弧穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)的影響小等。配套設(shè)備和相關(guān)技術(shù)有：采用大容量變壓器，可在有載情況下變換電壓；在爐體上大面積使用水冷爐壁和水冷爐蓋；采用油一氧噴槍助熔死角冷區(qū)；使用計(jì)算機(jī)控制等。

電弧爐偏心爐底出鋼

1979年德國(guó)首先將傳統(tǒng)的50t超高功率電弧爐改為中心爐底出鋼，后又將其 改為更完善的偏心爐底出鋼。偏心爐底出鋼的最大特點(diǎn)是將出鋼口移到爐殼外邊，便于維修與檢修。偏心爐底出鋼與超高功率相匹配，在發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展及推廣很快，特別是對(duì)于無(wú)渣操作的大型電弧爐，其優(yōu)越性尤其明顯，主要為：

(1)熔池中可以保留98%以上的熔渣；

(2)耐火材料消耗可降低25%左右；

(3)出鋼時(shí)鋼水溫度一般只下降25℃左右；

(4)出鋼時(shí)間短，60t電弧爐的出鋼時(shí)間僅80s左右；

(5)每噸鋼電耗可下降20kW·h左右；

(6)每噸鋼電極消耗可降低0．5kg左右；

(7)出鋼口耐火材料內(nèi)襯壽命可達(dá)250次左右。

偏心爐底出鋼的一個(gè)最大缺點(diǎn)是要求電弧爐為高架式結(jié)構(gòu)。我國(guó)電弧爐結(jié)構(gòu)多為地坑式，高架式較少，再加上爐容量較小、車間設(shè)備老化，改造困難，發(fā)展和推廣偏心爐底出鋼還將有一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。

直流電弧爐

1982年，世界上第一臺(tái)用于實(shí)際生產(chǎn)的直流電弧爐在德國(guó)制造，其中心石墨電極作為陰極接入電路，底電極是陽(yáng)極，由兩塊水平金屬組成，金屬板上裝有導(dǎo)氣冷卻片，許多觸針附在金屬板上，觸針之間筑入鎂砂填充。電流經(jīng)爐底水平金屬板導(dǎo)入觸針，然后通入熔池。直流電弧爐的操作與交流電弧爐差別不大，只是為保證爐料與底電極之間保持良好接觸，出鋼時(shí)要保留一部分鋼水。若要更換鋼種，必須將爐內(nèi)鋼水出凈。

對(duì)于直流電弧爐來(lái)說(shuō)，偏心爐底出鋼、水冷爐壁、水冷爐蓋、氧-燃燒嘴、廢鋼預(yù)熱等新技術(shù)，均比較合適，且效果較好。

直流電弧爐主要優(yōu)點(diǎn)是：電極消耗較低，只有三相交流電弧爐的一半左右；生產(chǎn)成本較低。但因其仍處于不斷完善過(guò)程中，也存在不少問(wèn)題：底電極與爐料接觸不良；鋼棒式底電極產(chǎn)生氧化和產(chǎn)生沸騰；鋼銷式(針狀)底電極維修困難；石墨—鎂磚易增碳；爐內(nèi)溫度不均勻；底電極散熱不良等。其缺點(diǎn)是電價(jià)較高時(shí)，地方成本較高。

如用微機(jī)控制熱處理電爐的升溫曲線、作業(yè)時(shí)間，煉鋼電弧爐的配電曲線，電阻電弧爐投料配電和出爐的時(shí)間，可縮短工作時(shí)間或冶煉時(shí)間,提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約電能。

具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，耐熱性能，工作溫度在600°C-850°C內(nèi)長(zhǎng)期使用。并廣泛用于電熱設(shè)備、煉鋼電弧爐、電石、鐵合金、礦冶電爐等。云母法蘭厚度為0.2-180mm，直徑可以按客戶需求，可以按圖紙加工。是良好的襯墊絕緣材料。