直流电弧炉发展

直流电弧炉是将三相交流电经晶闸管整流变成单相直流电，在炉底电极（阳极）和石墨电极（阴极）之间的金属炉料上产生电弧进行冶炼。直流电弧炉与交流电弧炉设备的主要区别:增加整流装置、炉顶石墨电极由三根变成一根及增设炉底电极等。其中炉底电极的设置是直流电弧炉的最大特征。炉底电极是直流电弧炉技术的关键, 目前世界上运行的几种有代表性的直流电弧炉的基本形式，其主要区别在于炉底电极的结构。按炉底电极结构特点可大致分为以下几种：法国的CLECIM等公司开发的钢棒式水冷底电极，德国的GHH 等公司开发的触针式风冷底电极，奥地利的DVAI公司开发的触片式底电极以及瑞士的ABB公司开发的导电炉底式风冷底电极 。

在电炉炼钢的发展过程中，超高功率三相交流电炉使电炉炼钢生产获得很大发展，电炉钢产量达到世界钢总量的40%， 但随着交流电炉容量和功率水平的大幅提高，也带来了一些问题， 即大功率交流电弧稳定性差， 对电网冲击较大， 有较大的噪音污染等问题。而直流电弧炉具有电弧稳定， 噪音小、电极消耗低等诸多优点，在工业发达国家获得迅猛的发展， 尤其是大容量（70-150t ）超高功率直流电炉。直流电弧炉主要是由瑞典通用电气公司（ASEA ）、法国的CIECLM和德国的MAH/GHH等发展起来的。目前实力最强的直流电弧炉生产厂家是ABB、CLECIM/ DAVY、MAH/GHH、NKK。

我国引进的直流电弧炉都是大型超高功率直流电炉, 用于配合高效连铸连轧生产线， 而在传统的模铸生产上直电弧炉技术的应用基本上还是空白。国内特钢企业用以模铸的特殊钢品种大都是小电炉（30t 以下）， 使用的大多是落后的交流电弧炉。在特殊钢模铸生产上采用先进的直流电弧炉技术，将会推动特钢冶炼工艺技术的提高 。

直流电弧炉（direct current arc furnace）

与传统的交流电弧炉相比，直流电弧炉的主要优点是：

(1)电弧稳定且集中，熔池搅拌良好，炉内温度分布均匀，炉衬侵蚀量少；

(2)电流和电压波动小、对电网的冲击减少，电缆寿命随之延长；

(3)电极损耗少，吨钢电极消耗比交流电弧炉少50%。直流电弧炉的性能优于交流电弧炉，但一直苦于不能获得大功率的直流电源，致使其长期以来未能获得发展。

随着可控硅技术的应用，大功率直流电源设备的制造技术业已解决，于是在20世纪70年代后期冶金界又重新开展对直流电弧炉的研究，至80年代初直流电弧炉的建造和使用技术问题已逐一解决。世界上第一座直流电弧炉于1982年在德国布什钢厂建成并投产，以后的六、七年中，美、法、意、日等国相继改建或新建成了各自的直流电弧炉，容量从30t到60t不等。1989年日本东京钢铁公司建成了当时最大的一座容量为130t的直流电弧炉。近年来世界各国相继建成并投产多座直流电弧炉，容量从60t到180t。1989年中国太原机械铸造厂研制成中国第一座小型直流电弧炉并投产，同年宣化铁合金厂一座2000kVA埋弧直流电弧炉投产，用来生产硅铁、锰铁、硅钙等铁合金。进入90年代后，直流电弧炉越来越受到重视，上海第三钢铁厂、长城钢厂、齐齐哈尔钢厂、江阴沿山钢厂、上海第一钢铁厂等先后引进大型直流电弧炉，容量80～100t不等。宝山钢铁（集团）公司从法国引进一套双炉壳（—个电源）的150t直流电弧炉设备。

直流电弧炉上方仅有一根电极，为负极，底电极为正极。它的供电系统不同于交流电弧炉，配有整流器和电抗器，在炉底上装置接点构成电流回路，接点的维护和寿命是直流电弧炉操作中的关键问题，一般在炉底钢板上放铜板，以利导电，铜板上砌三层镁碳砖，再在其上打结耐火材料。

产品最近进展

1.直流电弧炉容量迅速扩大、台数激增。自从第一台炼钢直流电弧炉在前西德投入工业生产以来，由于显示出一系列优越性，而在许多国家如德国、法国、瑞典、意大利、美国、前苏联、土耳其、日本、韩国、马来西亚及我国(（包括台湾省)），直流电弧犹如雨后春笋得到发展。进入90 年代以来，直流电弧炉推广应用更为迅速。

2.直流电弧炉技术经济效益显著。石墨电极消耗量减少50 %-60%以上，节约电能消耗5%-10%，节约耐火材料30 %-35%，节省右墨电极支择机构以及自动调节系统，节省短网的电缆材料，钢水受到良好的搅拌作用，提高功率因数，降低电压闪烁率，噪音下降，经济效益显著。

3.直流电弧炉的底电极结构不断更新。新型导电耐火材料式底电极迅速发展，水冷钢柱式底电极重新得到推广应用 。2100433B

通过金属电极或非金属电极产生电弧加热的工业炉叫做电弧炉。电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等类型。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。电弧炼钢炉按每吨炉容量所配变压器容量的多少分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。电弧炉炼钢是通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢。电弧炉以电能为热源，可调整炉内气氛，对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利 。 电弧炉炼钢发明后不久，就用于冶炼合金钢，并得到较大的发展。

随着电弧炉设备的改进以及冶炼技术的提高，电力工业的发展，电弧炉炼钢的成本不断下降，现在电弧炉炼钢不但用于生产合金钢，而且大量用来生产普通碳素钢，其产量在主要工业国家钢总产量中的比重，不断上升。

如图《电弧炉的基本构造》所示：

电弧炉三相电弧炉

这种电弧炉用三相交流电为电源，一般用碳素电极或石墨电极。电弧发生在电极与被熔炼的炉料之间，炉料受电弧直接加热。电弧长度靠电极升降调节。为提高熔炼质量，大型电弧炉在炉底装有电磁搅拌器，驱使炉内熔螎金属沿一定方向循环。50吨以上的电弧炉常装有炉体回转机构，炉体能左右旋转一定角度，使炉料受热均匀，金属液出炉时炉体可以倾斜。三相电弧炉广泛用于炼钢。

电弧炉自耗电弧炉

这种电弧炉的电极就是被熔炼钢的原料。熔炼时，随着钢原料的不断被熔化，电极不断下降。熔化的钢水滴入用水冷却的紫铜筒形坩埚内，凝结成钢锭。这种炉主要用于合金钢的熔炼。用于熔炼钛、锆、钨、钼、钽、铌等活泼金属和难熔金属的自耗电弧炉，一般在真空下工作，因而称为真空自耗电弧炉。

电弧炉单相电弧炉

这类电弧炉用单相交流电供电。炉料在电弧间接加热。单相电弧炉多用于铜和铜合金的熔炼。

电弧炉电阻电弧炉

炉子结构同炼钢电弧炉相似。工作时，电极下端埋在炉料内起弧，除电极与炉料间的电弧发出热量外，电流通过炉料时炉料电阻也产生相当大的热量。这类电弧炉主要用于矿石的冶炼，因此又称矿热炉。

与炼钢电弧炉和埋弧炉等非真空电弧炉比较， 真空电弧炉的特点是：①用直流电源供电(电极接负极、坩埚接正极)，电弧在真空中相对稳定，不易熄灭。②电极和坩埚通常都用金属材料制成， 炉内没有耐火材料炉衬。③熔炼中被熔炼金属能免受氧化和耐火材料的污染， 并得到良好的脱气和促进金属氧化物分解的精炼效果。④由于在密闭容器中熔炼， 所以环境污染小，工作环境好。⑤特别需要注意安全。真空电弧炉工作中，特别当熔炼钛、锆等活泼金属时，如冷却水进入坩埚，会引起爆炸。防范措施较多，主要有：电极与坩埚壁间的净空距离应大于电弧长度， 在坩埚外侧设置直流稳弧线圈，供电电缆作对称布置，电极自动调节器应足够灵敏等， 以防止电极与坩埚壁之间产生边弧把坩埚击穿;确保冷却水畅通;设置防护墙，操作人员在墙外观察操纵等。