直流電弧爐

直流電弧爐是將三相交流電經(jīng)晶閘管整流變成單相直流電，在爐底電極（陽極）和石墨電極（陰極）之間的金屬爐料上產生電弧進行冶煉。直流電弧爐與交流電弧爐設備的主要區(qū)別:增加整流裝置、爐頂石墨電極由三根變成一根及增設爐底電極等。其中爐底電極的設置是直流電弧爐的最大特征。爐底電極是直流電弧爐技術的關鍵, 目前世界上運行的幾種有代表性的直流電弧爐的基本形式，其主要區(qū)別在于爐底電極的結構。按爐底電極結構特點可大致分為以下幾種：法國的CLECIM等公司開發(fā)的鋼棒式水冷底電極，德國的GHH 等公司開發(fā)的觸針式風冷底電極，奧地利的DVAI公司開發(fā)的觸片式底電極以及瑞士的ABB公司開發(fā)的導電爐底式風冷底電極 。

在電爐煉鋼的發(fā)展過程中，超高功率三相交流電爐使電爐煉鋼生產獲得很大發(fā)展，電爐鋼產量達到世界鋼總量的40%， 但隨著交流電爐容量和功率水平的大幅提高，也帶來了一些問題， 即大功率交流電弧穩(wěn)定性差， 對電網(wǎng)沖擊較大， 有較大的噪音污染等問題。而直流電弧爐具有電弧穩(wěn)定， 噪音小、電極消耗低等諸多優(yōu)點，在工業(yè)發(fā)達國家獲得迅猛的發(fā)展， 尤其是大容量（70-150t ）超高功率直流電爐。直流電弧爐主要是由瑞典通用電氣公司（ASEA ）、法國的CIECLM和德國的MAH/GHH等發(fā)展起來的。目前實力最強的直流電弧爐生產廠家是ABB、CLECIM/ DAVY、MAH/GHH、NKK。

我國引進的直流電弧爐都是大型超高功率直流電爐, 用于配合高效連鑄連軋生產線， 而在傳統(tǒng)的模鑄生產上直電弧爐技術的應用基本上還是空白。國內特鋼企業(yè)用以模鑄的特殊鋼品種大都是小電爐（30t 以下）， 使用的大多是落后的交流電弧爐。在特殊鋼模鑄生產上采用先進的直流電弧爐技術，將會推動特鋼冶煉工藝技術的提高 。

直流電弧爐（direct current arc furnace）

與傳統(tǒng)的交流電弧爐相比，直流電弧爐的主要優(yōu)點是：

(1)電弧穩(wěn)定且集中，熔池攪拌良好，爐內溫度分布均勻，爐襯侵蝕量少；

(2)電流和電壓波動小、對電網(wǎng)的沖擊減少，電纜壽命隨之延長；

(3)電極損耗少，噸鋼電極消耗比交流電弧爐少50%。直流電弧爐的性能優(yōu)于交流電弧爐，但一直苦于不能獲得大功率的直流電源，致使其長期以來未能獲得發(fā)展。

隨著可控硅技術的應用，大功率直流電源設備的制造技術業(yè)已解決，于是在20世紀70年代后期冶金界又重新開展對直流電弧爐的研究，至80年代初直流電弧爐的建造和使用技術問題已逐一解決。世界上第一座直流電弧爐于1982年在德國布什鋼廠建成并投產，以后的六、七年中，美、法、意、日等國相繼改建或新建成了各自的直流電弧爐，容量從30t到60t不等。1989年日本東京鋼鐵公司建成了當時最大的一座容量為130t的直流電弧爐。近年來世界各國相繼建成并投產多座直流電弧爐，容量從60t到180t。1989年中國太原機械鑄造廠研制成中國第一座小型直流電弧爐并投產，同年宣化鐵合金廠一座2000kVA埋弧直流電弧爐投產，用來生產硅鐵、錳鐵、硅鈣等鐵合金。進入90年代后，直流電弧爐越來越受到重視，上海第三鋼鐵廠、長城鋼廠、齊齊哈爾鋼廠、江陰沿山鋼廠、上海第一鋼鐵廠等先后引進大型直流電弧爐，容量80～100t不等。寶山鋼鐵（集團）公司從法國引進一套雙爐殼（—個電源）的150t直流電弧爐設備。

直流電弧爐上方僅有一根電極，為負極，底電極為正極。它的供電系統(tǒng)不同于交流電弧爐，配有整流器和電抗器，在爐底上裝置接點構成電流回路，接點的維護和壽命是直流電弧爐操作中的關鍵問題，一般在爐底鋼板上放銅板，以利導電，銅板上砌三層鎂碳磚，再在其上打結耐火材料。

產品最近進展

1.直流電弧爐容量迅速擴大、臺數(shù)激增。自從第一臺煉鋼直流電弧爐在前西德投入工業(yè)生產以來，由于顯示出一系列優(yōu)越性，而在許多國家如德國、法國、瑞典、意大利、美國、前蘇聯(lián)、土耳其、日本、韓國、馬來西亞及我國(（包括臺灣省)），直流電弧猶如雨后春筍得到發(fā)展。進入90 年代以來，直流電弧爐推廣應用更為迅速。

2.直流電弧爐技術經(jīng)濟效益顯著。石墨電極消耗量減少50 %-60%以上，節(jié)約電能消耗5%-10%，節(jié)約耐火材料30 %-35%，節(jié)省右墨電極支擇機構以及自動調節(jié)系統(tǒng)，節(jié)省短網(wǎng)的電纜材料，鋼水受到良好的攪拌作用，提高功率因數(shù)，降低電壓閃爍率，噪音下降，經(jīng)濟效益顯著。

3.直流電弧爐的底電極結構不斷更新。新型導電耐火材料式底電極迅速發(fā)展，水冷鋼柱式底電極重新得到推廣應用 。2100433B

通過金屬電極或非金屬電極產生電弧加熱的工業(yè)爐叫做電弧爐。電弧爐按電弧形式可分為三相電弧爐、自耗電弧爐、單相電弧爐和電阻電弧爐等類型。電弧煉鋼爐的爐體由爐蓋、爐門、出鋼槽和爐身組成，爐底和爐壁用堿性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。電弧煉鋼爐按每噸爐容量所配變壓器容量的多少分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。電弧爐煉鋼是通過石墨電極向電弧煉鋼爐內輸入電能，以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進行煉鋼。電弧爐以電能為熱源，可調整爐內氣氛，對熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利 。 電弧爐煉鋼發(fā)明后不久，就用于冶煉合金鋼，并得到較大的發(fā)展。

隨著電弧爐設備的改進以及冶煉技術的提高，電力工業(yè)的發(fā)展，電弧爐煉鋼的成本不斷下降，現(xiàn)在電弧爐煉鋼不但用于生產合金鋼，而且大量用來生產普通碳素鋼，其產量在主要工業(yè)國家鋼總產量中的比重，不斷上升。

如圖《電弧爐的基本構造》所示：

電弧爐三相電弧爐

這種電弧爐用三相交流電為電源，一般用碳素電極或石墨電極。電弧發(fā)生在電極與被熔煉的爐料之間，爐料受電弧直接加熱。電弧長度靠電極升降調節(jié)。為提高熔煉質量，大型電弧爐在爐底裝有電磁攪拌器，驅使爐內熔螎金屬沿一定方向循環(huán)。50噸以上的電弧爐常裝有爐體回轉機構，爐體能左右旋轉一定角度，使爐料受熱均勻，金屬液出爐時爐體可以傾斜。三相電弧爐廣泛用于煉鋼。

電弧爐自耗電弧爐

這種電弧爐的電極就是被熔煉鋼的原料。熔煉時，隨著鋼原料的不斷被熔化，電極不斷下降。熔化的鋼水滴入用水冷卻的紫銅筒形坩堝內，凝結成鋼錠。這種爐主要用于合金鋼的熔煉。用于熔煉鈦、鋯、鎢、鉬、鉭、鈮等活潑金屬和難熔金屬的自耗電弧爐，一般在真空下工作，因而稱為真空自耗電弧爐。

電弧爐單相電弧爐

這類電弧爐用單相交流電供電。爐料在電弧間接加熱。單相電弧爐多用于銅和銅合金的熔煉。

電弧爐電阻電弧爐

爐子結構同煉鋼電弧爐相似。工作時，電極下端埋在爐料內起弧，除電極與爐料間的電弧發(fā)出熱量外，電流通過爐料時爐料電阻也產生相當大的熱量。這類電弧爐主要用于礦石的冶煉，因此又稱礦熱爐。

與煉鋼電弧爐和埋弧爐等非真空電弧爐比較， 真空電弧爐的特點是：①用直流電源供電(電極接負極、坩堝接正極)，電弧在真空中相對穩(wěn)定，不易熄滅。②電極和坩堝通常都用金屬材料制成， 爐內沒有耐火材料爐襯。③熔煉中被熔煉金屬能免受氧化和耐火材料的污染， 并得到良好的脫氣和促進金屬氧化物分解的精煉效果。④由于在密閉容器中熔煉， 所以環(huán)境污染小，工作環(huán)境好。⑤特別需要注意安全。真空電弧爐工作中，特別當熔煉鈦、鋯等活潑金屬時，如冷卻水進入坩堝，會引起爆炸。防范措施較多，主要有：電極與坩堝壁間的凈空距離應大于電弧長度， 在坩堝外側設置直流穩(wěn)弧線圈，供電電纜作對稱布置，電極自動調節(jié)器應足夠靈敏等， 以防止電極與坩堝壁之間產生邊弧把坩堝擊穿;確保冷卻水暢通;設置防護墻，操作人員在墻外觀察操縱等。