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第六章 电炉炼钢 武汉科技大学冶金工程系 周进东 6.1 电炉炼钢概述 通常所说的电炉炼钢是指电弧炉(EAF，Electric Arc Furnace)炼钢，特别是碱性电弧炉炼钢(炉衬用碱性镁质耐火材料)，电弧炉是采用电能作为热源进行炼钢。 传统电弧炉炼钢原料以冷废钢为主，配加10%左右的生铁。 现代电弧炉炼钢除废钢和冷生铁外，使用的原料还有直接还原铁(DRI，HBI)、铁水、碳化铁等。 6.1 电炉炼钢概述 按电流特性，电弧炉可分为交流和直流电弧炉。 交流电弧炉以三相交流电作电源，利用电流通过三根石墨电极与金属料之间产生电弧的高温来加热、熔化炉料。 直流电弧炉是将高压交流电经变压、整流后转变成稳定的直流电作电源，采用单根顶电极和炉底底电极。 通常用电弧炉的额定容量、公称容量来表示电弧炉的大小。一般认为，电弧炉的公称容量(炉壳直径)40t(4.6m)以下的为小电炉，50t(5.2m)以上的为大电炉。 6.1 电炉炼钢概述 6.1 电炉炼钢概述 1981年，国际钢铁协会提议按电弧炉的额定功率分类电弧炉。 对于50吨以上的电弧炉分类：额定功率100～200kVA/t为低功率电弧炉、200～400为中等功率、400～700为高功率、700～1000为超高功率(UHP：Ultra High Power)电弧炉。 对于UHP技术，近年来有炉子容量趋大、功率水平提高的趋势，国外个别电弧炉的功率水平已超过1000kVA/t，将其称为超超高功率(SUHP)电弧炉。 6.1 电炉炼钢概述 交流电弧炉超高功率化后可加速废钢熔化、缩短熔化时间，改善热效率和总效率。 但随着电炉功率愈来愈高，同时也出现了电弧稳定性差、电源闪烁、炉壁热点等问题，从而使直流电弧炉得到了发展。 直流电弧炉比交流电弧炉的单位电耗、电极单耗和耐火材料单耗都低，并且直流电弧炉不存在“冷点”问题。 20世纪90年代是直流电弧炉的年代，全世界已经投产和50t以上直流电弧炉已超过100台。可以说，直流电弧炉的超高功率化已成为世界电炉发展的趋势。 6.2 电炉炼钢设备 电炉炼钢设备主要包括机械设备和电气设备。 电弧炉近于球形体，从减少散热表面积出发，以球形为最好。现代电弧炉炉体中部是圆桶形，炉底为弧形，炉顶为拱形。 作为发热体，电极端部的三电弧位于炉内中心部位。 三电极分布在等边三角形顶点上。 6.2 电炉炼钢设备 6.2 电炉炼钢设备 6.2.1 电弧炉机械设备 电弧炉的构造为： 炉体 炉体倾动装置 水冷炉盖 电极升降装置 6.2 电炉炼钢设备 （1）电弧炉的炉体 由金属构件和耐火材料砌筑成的炉衬两部分组成，金属构件包括炉壳、炉门、出钢机构、炉盖圈和电极密封圈等。 6.2 电炉炼钢设备 （2）炉体倾动 为了便于电弧炉出钢和出渣，炉体应能倾动。是在炉底两侧设置一对圆弧轨道，通过液压装置趋动炉体倾动。在加料冶炼时靠机械设备维持炉子在水平位置。 6.2 电炉炼钢设备 倾动机构就是用来完成炉子倾动的装置，偏心底出钢电炉要求向出钢方向能倾动12°～15°以出尽钢水，向炉门方向倾动10°～15°以利出渣。 （3）水冷炉盖 主要用来关闭电炉。水冷炉盖由钢结构框架和管式冷却盘组成，此结构同时支撑管式抽气弯管，冷却盘由位于外径的供水管供水。炉盖中心孔设一个锥形套环用来放置带孔的耐火材料圈，电极穿过此孔做升降运动。 炉盖提升通过四点连接件与提升炉盖的悬梁相连，通过电动卷扬机或液压缸带动连杆机构提升炉盖。 6.2 电炉炼钢设备 6.2 电炉炼钢设备 （4）电极横臂升降装置 电极横臂升降装置由支撑横臂的立柱、立柱导向装置（铸钢结构）、电极升降液压缸以及锁定装置组成。 控制电极升降的液压缸装在立柱内，缸体固定在立柱导向装置上。电极升降是由电极升降调节系统所控制的比例阀来调节，从而控制冶炼电流。 6.2 电炉炼钢设备 6.2.2 电弧炉电气设备 高压电源与隔离开关； 高压断路器； 电抗器； 变压器； 短网； 电极 6.2 电炉炼钢设备 高压电源与隔离开关：高压电源一般为10~110KV；隔离开关主要用于电炉设备检修时，断开高压电源，有时也用来进行切换操作。 高压断路器：它的作用是使高压电路在负载下接通或断开，并作为保护开关在电气设备发生故障时，自动切断高压电路。 电抗器：串联在变压器高压侧，其作用是增加电路中感抗，以达到稳定电弧和限制短路电流的目的。 6.2 电炉炼钢设备 变压器：电弧炉的主要电气设备，其作用使降低输入电压（一般为200～527V），产生大的电流（几千到几万安培），供给电弧炉。 短网：从变压器低压侧的引出线至电极的一段线路，约有10～20m，截面积大，通过电流大。 电极：将变压器输入的电流引入熔炼室的导体 6.3 电弧炉炼钢原材料 电弧炉炼钢用原材料主