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直流电弧炉技术特性述评 高崇 A View on Technique Feature of DC Arc Furnace Gao Chong(Beiman Special Steel Co Ltd, Qiqihaer 161041)▲ 1　直流电弧炉发展历史 　　直流电弧炉经过100多年的反复研究和实践，至今才日臻完善。1885年ASEA设计了世界上第1座直流电弧炉(电极为水平位置)。到1985年才发展成为现代直流电弧炉(电极为垂直位置)。这期间，直流电弧炉的发展经历了复杂的研究开发和实验过程。　　1976年，实验炉试验。1977～1978年，试验和评估有关的闪烁，噪音和电极结构。1978～1980年，横向炉底电极的设计和试验(不成功)。1980～1983年，电气参数确定以及顶电极和底电极系统配置(多种新设计)。1983～1984年，工业规模用底电极初次试验。1985～1986年，水冷底电极设计的长时间试验。1986年，SME炉投产(75 t，82 MVA多根顶电极和底电极)。1987年以后，分别有100 t 100 MVA,120 t 100 MVA，150 t 160 MVA等直流电弧炉投产，底电极为水冷棒状、针状、导电炉底等多种设计。 2　直流电弧炉(DC)与交流电弧炉(AC)的特性比较 　　DC炉-AC炉的设计、制造、改进及操作等情况对比见表1。 表1　DC炉-AC炉特性比较Table 1　Feature comparison of DC furnace and AC furnace 项　目 AC电炉 DC电炉 试验炉实况及说明 电极单耗 作基准 下降50%～65% 3.2～1.2 kg/t钢；无阳极下降引起消耗；降低电极上部温度 电耗 作基准 降低5%～10% 功率输入密度高，熔化模型不同。 闪烁 作基准 降低50% 还在验证中；已确认大幅度减少 噪音 作基准 熔化初期与AC炉同，但熔化中期后特别是融落后噪音极低 熔化初期115dB，融落后≤90dB;因废钢而差异较大；噪音频带不同 熔化模式 有热点冷点产生吹氧　　　　　 非常均匀熔化；不须或减少吹氧 融落后电弧向反转方向偏向，这是DC炉课题之一 操作性 电弧短路等要求手动介入比DC炉重现性差 电弧稳定操作容易；通电过程不须手动介入 用可控硅整流器分别控制电流、电压；操作自动化容易；重现性好 操作原则 全部出钢也可剩余钢液 期望留剩余钢液，但也可因所选废钢而全部出钢 　 炉体结构 没有炉底电极 上部1根电极；需要进行炉底电极管理和维护(炉底厚度和温度管理) 炉顶可有效利用；炉顶全面水冷化，使炉顶寿命延长 电气设备 作基准 可控硅整流器，直流扼流器等较复杂，但电极控制简单，电气室面积增大 试验电炉全然没有问题 设置面积 作基准 增大100% 炉子本体与AC炉同样；电气室增大100%～150% 设备费用 作基准 增大～50% 若考虑到闪烁控制装置则与AC炉相当或低于AC炉 其他 AC历史长，技术几乎已到顶　　 今后技术改进的可能性很多 可全部自动化管理；安全、可靠 3　直流电弧炉的优势 3.1　电极消耗　　直流电弧的最大优点是石墨电极消耗大幅度降低。　　直流电弧炉与交流电弧炉一样，电极消耗由下列3部分组成，电极尖端消耗Ct，侧面氧化Cs和断裂Cb;其中Ct与操作时间、电极电流平方及电极根数成正比。Cs与操作时间、电极的功率损失及电极根数成正比。(功率损失与电极电流平方成正比)。Cb与电极根数成正比。断裂还与废钢类型、废钢负载、处理等有关，但是它与电气操作系数无关。　　评价这些条件以后，就能较精确地预测；容量相同的直流电弧炉与交流电弧炉相比，电极消耗是多么的低。其结果表明：在大部分情况下，石墨电极消耗节约50%左右，目前各国的生产实践也证明了这一数据。3.2　能源消耗　　根据一些装置的经验表明，直流电弧炉也能节约能源。尽管在直流电弧炉的后面还有一些附加设备，如整流器等，这些装置当然也有功率损失。但也较AC炉约降低能耗5%，这一节约值减少了直流电弧炉的吨钢成本。　　直流电弧炉只有一根电极，因此电极消耗较低，其次，只有一只水冷电极夹持器和一只水冷密封盖。由于炉盖上只有一只电极孔，所以，直流电弧炉密封性好。因使用直流电，故无感应功率损耗。又由于熔池自然搅拌以及炉内热分布均匀，电弧和炉料的热传导更加有效。3.3　热分布　　大部分现代电弧炉车间，随着使用泡沫渣屏蔽电弧及改善炉料热传导后，采用长电弧操作。　　因为电弧炉中央使用单电极，而且直流电弧垂直对着熔池燃烧，所以，直流电熔炼能使用更长的电弧。结果是直流电弧炉中的加热方式比交流电弧更为均匀，在交流电弧炉内三根电弧由于电磁力相互排斥，因而使电弧热