《钢冶金学》_第9章电弧炉炼钢设备

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1、钢冶金学钢冶金学重庆科技学院重庆科技学院王王 宏宏 丹丹第九章第九章 电弧炉炼钢设备电弧炉炼钢设备 电弧炉的炉体构造与机械结构电弧炉的炉体构造与机械结构 电弧炉炼钢的排烟与除尘电弧炉炼钢的排烟与除尘 电弧炉的电气设备电弧炉的电气设备电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展现代炼钢流程现代炼钢流程电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 长流程长流程（高炉高炉转炉转炉）铁矿石铁矿石高炉高炉铁水铁水转炉转炉钢水钢水浇注浇注钢材钢材轧钢轧钢钢坯钢坯 短流程短流程（废钢废钢电炉电炉）废钢等废钢等电炉电炉钢水钢水浇注浇注钢材钢材轧钢轧钢钢坯钢坯电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 投资比高炉投资比高炉转炉流程减少转炉流程减少 l/2

2、以上以上。如美国如美国、日本日本等国的薄板坯电炉短流程等国的薄板坯电炉短流程，实际费用约为传统流程的实际费用约为传统流程的l/4。 生产成本低生产成本低，劳动生产率高劳动生产率高。钢铁联合企业从铁钢铁联合企业从铁焦焦烧开始到热轧板卷为止烧开始到热轧板卷为止，吨钢能耗一般为吨钢能耗一般为23kJ/t，而以废钢为原料的电炉钢厂短流程工艺生产而以废钢为原料的电炉钢厂短流程工艺生产的产品能耗接近的产品能耗接近10kJ/t，能耗降低能耗降低 60% 左右左右。 电炉电炉“短流程短流程”的优势的优势 电炉电炉“短流程短流程”的优势的优势电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 如从如从两种工艺排放出的两种工艺排放出的

3、CO2气体污染源的数量气体污染源的数量看看，电电弧炉为弧炉为641kg/t 钢钢，高炉高炉转炉工艺为转炉工艺为1922kg/t 钢钢，是高炉是高炉转炉工艺的转炉工艺的1/3。 充足的废钢资源充足的废钢资源。在世界每年废钢产量为在世界每年废钢产量为3亿多吨的亿多吨的情况下情况下，电炉短流程的发展对于促进环保电炉短流程的发展对于促进环保，消化废消化废钢钢，净化冶金工厂的环境起到了良好的推动作用净化冶金工厂的环境起到了良好的推动作用。 电炉电炉及电炉炼钢及电炉炼钢电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 电炉是电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统的统称称。按按电能转换热能方式电

4、能转换热能方式的差异的差异，电炉可分为电炉可分为 电渣重熔炉电渣重熔炉利用电阻热利用电阻热； 感应熔炼炉感应熔炼炉利用电磁感应利用电磁感应； 电子束炉电子束炉依靠电子碰撞依靠电子碰撞； 等离子炉等离子炉利用等离子弧利用等离子弧； 电弧炉电弧炉利用高温电弧利用高温电弧。 电炉电炉及电炉炼钢及电炉炼钢电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 目前目前，世界上电炉钢产量的世界上电炉钢产量的95%以上以上都是由电弧都是由电弧炉生产的炉生产的，因此电炉炼钢主要指因此电炉炼钢主要指电弧炉电弧炉。 电炉炼钢是电炉炼钢是： 以以废钢废钢为主要原料为主要原料； 以以三相交流电三相交流电作电源作电源； 利用电流通过利用电流通

5、过石墨电极与金属料之间产生石墨电极与金属料之间产生电弧电弧的高温的高温，来加热来加热、熔化炉料熔化炉料； 它是用来生产它是用来生产特殊钢和高合金钢特殊钢和高合金钢的主要方的主要方法法( (现在也用来生产普通钢现在也用来生产普通钢) )。电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展电弧炉炼钢 电炉钢比例电炉钢比例电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 国内外电炉炼钢现状国内外电炉炼钢现状电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 近年来我国电炉钢产量和比例的变化近年来我国电炉钢产量和比例的变化电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 电炉炼钢与可持续发展电炉炼钢与可持续发展电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展1027354555回收率回收率/%塑塑 料料

6、铝铝纸纸玻玻 璃璃钢钢 铁铁物质名称物质名称常见材料的循环利用率常见材料的循环利用率 电炉炼钢与可持续发展电炉炼钢与可持续发展电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 电炉炼钢与可持续发展电炉炼钢与可持续发展电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展 电炉炼钢与可持续发展电炉炼钢与可持续发展电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展设转炉最佳废钢比为设转炉最佳废钢比为15%，电炉最佳铁水比电炉最佳铁水比为为 30%，生产生产1t电炉钢比生产电炉钢比生产1t转炉钢要多循环转炉钢要多循环利用废钢约利用废钢约600kg，少消耗铁矿石少消耗铁矿石1.3t，节约可比节约可比能耗能耗350kg标煤标煤，少排放少排放CO2 1589kg，少排放废

7、少排放废渣渣600kg，减少减少1/3以上从原料到成品的运输量以上从原料到成品的运输量，并节约土地和水资源并节约土地和水资源，减少投资减少投资。电炉炼钢的发展电炉炼钢的发展电弧炉设备布置9.1.1 电弧炉的炉体构造电弧炉的炉体构造9.1 电弧炉的炉体构造与机械结构电弧炉的炉体构造与机械结构9.1.2 电炉倾动机构电炉倾动机构9.1.3 电极升降机构电极升降机构9.1.4 炉顶装料系统炉顶装料系统电弧炉结构电弧炉结构 炉壳包括圆筒形炉身炉壳包括圆筒形炉身、上部加固圈和炉壳底三部分上部加固圈和炉壳底三部分。 炉壳钢板炉壳钢板及及炉壳底钢板炉壳底钢板厚度选为炉壳外径的厚度选为炉壳外径的1/200左右

8、左右，一般用厚度为一般用厚度为12 30mm的钢板焊接而成的钢板焊接而成。 炉壳受高温作用易发生变形炉壳受高温作用易发生变形，特别是炉役后期特别是炉役后期，为此一般为此一般在炉壳上设有在炉壳上设有加固圈加固圈，大型炉子设有加强筋大型炉子设有加强筋。 炉壳底部形状有炉壳底部形状有平底形平底形、截锥形截锥形和和球形球形3种种。9.1.1 电弧炉的炉体构造电弧炉的炉体构造 炉壳炉壳电弧炉的炉壳电弧炉的炉壳电弧炉的砌筑电弧炉的砌筑 炉门由金属门框炉门由金属门框、炉门和炉门升降机构三部分组成炉门和炉门升降机构三部分组成。 炉门框炉门框起保护炉门附近炉衬和加强作用起保护炉门附近炉衬和加强作用，一般用钢板焊

9、成一般用钢板焊成或采用铸钢件或采用铸钢件。 采用空心水冷采用空心水冷炉门炉门，炉门的大小以便于观察炉门的大小以便于观察、修补炉底和修补炉底和炉坡为宜炉坡为宜。 炉门的升降机构炉门的升降机构可通过电动可通过电动、气动或液压传动方式实现气动或液压传动方式实现。 中小型炉子只有一个炉门中小型炉子只有一个炉门，位于出钢口对面位于出钢口对面。大型电弧炉大型电弧炉常增设一个侧门常增设一个侧门，两炉门位置呈两炉门位置呈90。9.1.1 电弧炉的炉体构造电弧炉的炉体构造 炉门炉门电弧炉的炉门电弧炉的炉门电弧炉的炉门电弧炉的炉门电弧炉的炉门电弧炉的炉门 传统的槽式出钢电炉传统的槽式出钢电炉，出钢口出钢口为一圆形

10、为一圆形（直径为直径为150 250mm） 或矩形孔或矩形孔，正对炉门正对炉门，位于熔池液面上方位于熔池液面上方。 出钢槽出钢槽用钢焊接用钢焊接，内砌高铝砖或用沥青浸煮过的黏土砖内砌高铝砖或用沥青浸煮过的黏土砖；而采用预制整块的出钢槽砖而采用预制整块的出钢槽砖（用高铝质用高铝质、铝镁质铝镁质、高温水高温水泥质捣打成型泥质捣打成型）时时，方便方便、耐用耐用、效果好效果好。 为避免冶炼过程钢液溢出为避免冶炼过程钢液溢出，流钢槽向上倾斜与水平面呈流钢槽向上倾斜与水平面呈815。 出钢槽尽量短些出钢槽尽量短些，减少钢液二次氧化和吸气减少钢液二次氧化和吸气。9.1.1 电弧炉的炉体构造电弧炉的炉体构造

11、出钢槽出钢槽电弧炉电弧炉（槽式出钢槽式出钢） 偏心炉底出钢法偏心炉底出钢法（EBT，Eccentric Bottom Tapping），），是目前应用最广泛的电炉出钢方法是目前应用最广泛的电炉出钢方法。 出钢口由外部套砖和内部管砖组成出钢口由外部套砖和内部管砖组成，均采用镁碳管砖均采用镁碳管砖，内内径一般为径一般为140260mm，视炉容和出钢时间而定视炉容和出钢时间而定。 EBT电弧炉的出钢操作电弧炉的出钢操作。加填料即引流砂加填料即引流砂，为为MgO基的基的颗粒状耐火材料颗粒状耐火材料，一般用含一般用含Fe2O3约约10%的的MgO与与SiO2混混合填料合填料。 EBT电弧炉的优点电弧炉的

12、优点。9.1.1 电弧炉的炉体构造电弧炉的炉体构造 偏心炉底出钢箱偏心炉底出钢箱电弧炉电弧炉（偏心底出钢偏心底出钢EBT）电弧炉电弧炉EBT出钢出钢 炉盖圈由钢板或型钢焊成炉盖圈由钢板或型钢焊成，保护炉顶的正确形状以及把炉保护炉顶的正确形状以及把炉盖的全部质量落在炉壳上盖的全部质量落在炉壳上。 为防止变形为防止变形，一般采用一般采用水冷水冷。9.1.1 电弧炉的炉体构造电弧炉的炉体构造 炉盖圈炉盖圈电弧炉的炉盖圈电弧炉的炉盖圈 设置电极密封圈设置电极密封圈，可以改善电极夹头的工作条件可以改善电极夹头的工作条件，防止炉防止炉气外逸气外逸，同时也可冷却炉盖同时也可冷却炉盖，延长炉盖寿命延长炉盖寿命

13、。 砌砖炉盖的电极密封圈砌砖炉盖的电极密封圈（又称电极冷却器又称电极冷却器），），有环形水箱有环形水箱式和蛇形水管式两种式和蛇形水管式两种。 金属水冷炉盖的电极密封圈金属水冷炉盖的电极密封圈（实为绝缘圈实为绝缘圈），），为避免电极为避免电极与金属炉盖导电起弧与金属炉盖导电起弧，通常采用弧形高铝大块砖密封通常采用弧形高铝大块砖密封，或或用高温耐火泥捣打成圆形制作电极密封圈用高温耐火泥捣打成圆形制作电极密封圈。9.1.1 电弧炉的炉体构造电弧炉的炉体构造 电极密封圈电极密封圈 电炉倾动机构是为满足电弧炉冶炼过程的电炉倾动机构是为满足电弧炉冶炼过程的出钢和出渣操作出钢和出渣操作需要需要，实现炉子倾动

14、的装置实现炉子倾动的装置。 冶炼过程的出渣冶炼过程的出渣，要求炉体向炉门方向倾动要求炉体向炉门方向倾动1015。 出钢时出钢时，要求炉体能够向出钢方向倾动要求炉体能够向出钢方向倾动4045。偏心偏心底出钢电炉底出钢电炉，要求向出钢方向倾动要求向出钢方向倾动1215以出净钢水以出净钢水。 倾动机构驱动方式多采用倾动机构驱动方式多采用液压倾动液压倾动。9.1.2 电炉倾动机构电炉倾动机构电弧炉倾动电弧炉倾动电弧炉倾动电弧炉倾动（底倾底倾） 电极升降机构由电极升降机构由电极夹持器电极夹持器、横臂横臂、立柱立柱及及传动机构传动机构等组等组成成。它的任务是夹紧它的任务是夹紧、放松放松、升降电极和输入电流

15、升降电极和输入电流。 电极夹持器电极夹持器多采用铜或内衬铜质的钢夹头多采用铜或内衬铜质的钢夹头，铬青铜的强度铬青铜的强度高高、导电性好导电性好。电极夹持器的夹紧常用弹簧电极夹持器的夹紧常用弹簧，而放松则而放松则采用气动或液压采用气动或液压。 横臂横臂用来支持电极夹头和布置二次导体用来支持电极夹头和布置二次导体。横臂要有足够的横臂要有足够的强度强度。今年来今年来，在超高功率电弧炉上采用在超高功率电弧炉上采用导电横臂导电横臂。 电极立柱为钢质结构电极立柱为钢质结构，与横臂连接成与横臂连接成 形结构形结构。 电极升降驱动机构的传动方式有电极升降驱动机构的传动方式有电机与液压传动电机与液压传动。9.1

16、.3 电极升降机构电极升降机构电极夹持器电极夹持器电极升降机构电极升降机构9.1.4 炉顶装料系统炉顶装料系统 炉盖提升旋转机构炉盖提升旋转机构 根据装料时炉盖和炉体相对移动的方式不同根据装料时炉盖和炉体相对移动的方式不同，炉顶装炉顶装料可分为料可分为炉盖旋转式炉盖旋转式、炉体开出式炉体开出式和和炉盖开出式炉盖开出式3种种。 炉盖旋转式炉盖旋转式在国外和国内新建的电弧炉上普遍采用在国外和国内新建的电弧炉上普遍采用。 炉顶装料是通过料罐将炉料一次或分几次装入炉内炉顶装料是通过料罐将炉料一次或分几次装入炉内。料罐主要有两种类型料罐主要有两种类型：链条底板式链条底板式和和蛤式蛤式。 料罐料罐炉盖提升

17、旋转机构炉盖提升旋转机构料罐料罐（蛤式蛤式）料罐料罐（蛤式蛤式）高位料仓高位料仓9.2.1 排烟方法排烟方法9.2 电弧炉炼钢的排烟与除尘电弧炉炼钢的排烟与除尘9.2.2 除尘方法除尘方法 钢铁工业对环境造成的污染钢铁工业对环境造成的污染，主要是排放主要是排放废水废水、废气废气和和废废渣渣（即三废即三废），），危害极大危害极大。其中其中，影响最大的是废气影响最大的是废气。 各国标准规定排放的气体中粉尘含量在各国标准规定排放的气体中粉尘含量在50150mg/m3范围范围内内。而电炉直接排放气体中的粉尘含量高于而电炉直接排放气体中的粉尘含量高于20000mg/m3，1t钢的灰尘量高达钢的灰尘量高达

18、20kg。 国家环境保护法要求国家环境保护法要求，在上冶金设备的同时在上冶金设备的同时，必须配建除必须配建除尘设备尘设备。9.2 电弧炉炼钢的排烟与除尘电弧炉炼钢的排烟与除尘9.2 电弧炉炼钢的排烟与除尘电弧炉炼钢的排烟与除尘1934552440其他其他Fe2O3PbOSiO2CaOZnOFeO 电弧炉烟气和烟尘电弧炉烟气和烟尘 氧化期吹氧烟气量最大氧化期吹氧烟气量最大，其次是熔化期其次是熔化期，还原期最小还原期最小。 烟气的主要化学组成烟气的主要化学组成( =0.53)51445741220134含量含量（%）O2N2CO2CO烟气成分烟气成分 烟尘的来源及组成烟尘的来源及组成：电弧炉熔池中

19、一部分铁及其氧化电弧炉熔池中一部分铁及其氧化物蒸发而随炉气带出物蒸发而随炉气带出，部分散状料粉尘和渣粒也随炉部分散状料粉尘和渣粒也随炉气带出气带出，组成了烟尘组成了烟尘，其主要成分是其主要成分是氧化铁氧化铁。 炉顶第四孔排烟法炉顶第四孔排烟法：由炉顶直接从炉内吸出烟尘由炉顶直接从炉内吸出烟尘（又称直又称直接排烟法接排烟法）的方法的方法，即电炉中烟尘由炉顶第四孔即电炉中烟尘由炉顶第四孔（直流直流炉为第二孔炉为第二孔），），经水冷弯管经水冷弯管燃烧室燃烧室降温除尘降温除尘排放排放。 车间屋顶大罩法车间屋顶大罩法：车间屋顶大罩位于车间屋顶主烟气排放车间屋顶大罩位于车间屋顶主烟气排放源顶端的最高处源顶

20、端的最高处。第四孔法与车间屋顶大罩法结合比较第四孔法与车间屋顶大罩法结合比较完美完美，使车间内外环境均有改善使车间内外环境均有改善。 电弧炉密闭罩法电弧炉密闭罩法：用一个内衬硅酸铝等隔热吸声材料的大用一个内衬硅酸铝等隔热吸声材料的大罩将整个电弧炉密闭起来罩将整个电弧炉密闭起来。在排烟的同时在排烟的同时，还可有效抑制还可有效抑制噪声噪声。此法常与第四孔排烟法结合此法常与第四孔排烟法结合，并进行废钢预热并进行废钢预热。 抚钢抚钢50t电弧炉电弧炉采用第四孔排烟法结合电弧炉密闭罩法的采用第四孔排烟法结合电弧炉密闭罩法的二级除尘二级除尘；宝钢宝钢150t双壳电弧炉双壳电弧炉采取采取三级排烟三级排烟。9

21、.2.1 排烟方法排烟方法9.2.1 排烟方法排烟方法 炉内排烟炉内排烟 炉外排烟炉外排烟 炉内外结合排烟炉内外结合排烟9.2.2 除尘方法除尘方法 强制冷却器强制冷却器 重力除尘器重力除尘器 布袋除尘器布袋除尘器 烟气净化设备烟气净化设备9.2.2 除尘方法除尘方法 强制冷却器强制冷却器 重力除尘器重力除尘器 布袋除尘器布袋除尘器9.2.2 除尘方法除尘方法 强制冷却器强制冷却器 重力除尘器重力除尘器 布袋除尘器布袋除尘器9.2.2 除尘方法除尘方法 强制冷却器强制冷却器 重力除尘器重力除尘器 布袋除尘器布袋除尘器9.2.2 除尘方法除尘方法 组成组成：由布袋房由布袋房，集尘仓集尘仓，进出气

22、进出气孔孔，反清仓管道组反清仓管道组成成。 特点特点：适用于气体适用于气体温度较低温度较低，压差较压差较小的环境小的环境。结构简结构简单单，价格低价格低，使用使用可靠可靠。 烟气净化设备烟气净化设备布袋除尘器布袋除尘器9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路9.3 电弧炉的电气设备电弧炉的电气设备9.3.2 电弧炉的电控设备电弧炉的电控设备电 弧 ？电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧电弧，使电能在弧光中转变为热能使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣接作用加热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢冶炼

23、出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法和合金的一种炼钢方法。一一、炼钢中的电弧炼钢中的电弧闪闪 电电闪电是如何发生的闪电是如何发生的盛夏时节盛夏时节，气温及气流变化活跃气温及气流变化活跃，伏在空气中的云层随气流的变化而伏在空气中的云层随气流的变化而急剧翻滚急剧翻滚、移动移动，云层在急剧运动中云层在急剧运动中，与空气反复摩擦而带上了与空气反复摩擦而带上了大量电大量电荷荷，有些云层积累了大量有些云层积累了大量正电荷正电荷，有些云层则积累了大量有些云层则积累了大量负电荷负电荷。由于电由于电荷的感应荷的感应，在地面靠近云层处在地面靠近云层处，也会积累大量的与云层所带电荷相反的异也会积累大量的与云层所带电荷

24、相反的异种电荷种电荷，产生产生电压电压。在一般情况下在一般情况下，空气是不导电的空气是不导电的，但云层之间但云层之间、云层云层与地之间的电荷积累到一定数量时与地之间的电荷积累到一定数量时，会产生达会产生达几亿伏的电压几亿伏的电压，强大的电场强大的电场力就会将空气分子的原子里的电子力就会将空气分子的原子里的电子“拉拉”出来出来，成为自由电子成为自由电子，而原子失而原子失去电子后成了带正电的离子去电子后成了带正电的离子，这叫做这叫做电离电离。一旦空气被电离一旦空气被电离，就成了导电就成了导电物质物质，云层之间云层之间、云层与地面之间积累的电荷就会瞬息之间通过空气放云层与地面之间积累的电荷就会瞬息之

25、间通过空气放出出，正正、负电荷相撞负电荷相撞，会释放出大量的能量会释放出大量的能量，这些能量一部分以这些能量一部分以光形式光形式放放出出，这就是这就是闪电闪电。闪电是如何发生的闪电是如何发生的如果这种放电发生在地面的建筑物与云层之间如果这种放电发生在地面的建筑物与云层之间，巨大的能巨大的能量会摧毁建筑物量会摧毁建筑物，这就是这就是雷击雷击。防止建筑物避免遭雷击的方防止建筑物避免遭雷击的方法法，就是在建筑物上安装就是在建筑物上安装“避雷针避雷针”。避雷针是由一根一端尖避雷针是由一根一端尖细的金属杆通过导体与一块埋在地下深处的金属板相连细的金属杆通过导体与一块埋在地下深处的金属板相连，它可它可以使

26、地面上感应出的电荷不断地向空中放出以使地面上感应出的电荷不断地向空中放出，也可以把空中云也可以把空中云层的电荷输送到地下层的电荷输送到地下，使建筑物与云层间没有电压使建筑物与云层间没有电压，这样就可这样就可以避免雷击的灾难以避免雷击的灾难。电弧如何产生电弧如何产生 电弧电弧是电流通过两极间气体时使之电离的一种放电现象是电流通过两极间气体时使之电离的一种放电现象。 阴极放电阴极放电：热电子发射热电子发射， 强电场发射强电场发射。电子自阴极发射电子自阴极发射后后，以极高速度向阳极冲击以极高速度向阳极冲击，在运动中与极间气体碰撞在运动中与极间气体碰撞，使其电离成正使其电离成正、负离子负离子，形成电弧

27、形成电弧。电弧中的电子数目或电弧中的电子数目或者电弧电流大小与两极间电功率者电弧电流大小与两极间电功率、阴极材质阴极材质、气体种类等气体种类等都有关系都有关系。 电弧产生的高热可以熔化或是汽电弧产生的高热可以熔化或是汽化所有的金属化所有的金属，工业上利用电弧工业上利用电弧来来焊接焊接、熔化熔化或是或是切割金属切割金属。例例如炼钢厂的电弧炉如炼钢厂的电弧炉。二二、交流电弧的特性交流电弧的特性 按电流特性按电流特性，电弧炉可分为电弧炉可分为交流电弧炉交流电弧炉和和直流电弧炉直流电弧炉。 交流电弧炉交流电弧炉以以三相交流电三相交流电作电源作电源，利用电流通过利用电流通过三根三根石墨石墨电极与金属料之

28、间产生电弧的高温来加热电极与金属料之间产生电弧的高温来加热、熔化炉料熔化炉料。 直流电弧炉直流电弧炉是是将高压交流电经变压将高压交流电经变压、整流后转变成稳定的整流后转变成稳定的直流电作电源直流电作电源，采用采用单根顶电极和炉底底电极单根顶电极和炉底底电极。 1981年年，国际钢铁协会提议按国际钢铁协会提议按电弧炉的额定功率电弧炉的额定功率分类电弧分类电弧炉炉。对于对于50吨以上的电弧炉吨以上的电弧炉：额定功率额定功率100200kVA/t 为为低功率电弧炉低功率电弧炉、200400为中等功率为中等功率、400700为高功为高功率率、7001000为为超高功率超高功率(UHP：Ultra Hi

29、gh Power)电电弧炉弧炉，超过超过1000kVA/t，将其称为将其称为超超高功率超超高功率(SUHP) 。交流电弧炉和直流电弧炉交流电弧炉和直流电弧炉炉膛传热炉膛传热 电弧炉炉膛中热交换是电弧炉炉膛中热交换是电弧电弧炉料炉料和和炉衬炉衬（包括炉壁和炉包括炉壁和炉顶顶），），三者共同构成一个封三者共同构成一个封闭体系闭体系。电弧炉炉膛热交换电弧炉炉膛热交换极复杂极复杂，以以辐射传热辐射传热为主为主 。 电弧电弧熔池熔池 电弧电弧炉衬炉衬炉衬炉衬熔池液面熔池液面炉衬炉衬炉衬炉衬 熔池熔池炉衬炉衬熔池表面向钢液中的传导对流熔池表面向钢液中的传导对流炉衬炉衬、炉门炉门、水冷件的散热水冷件的散热炉

30、膛传热过程示意图炉膛传热过程示意图交流电弧的特性交流电弧的特性 不连续性不连续性：由于交流电弧电压与电流的周期性变化由于交流电弧电压与电流的周期性变化，故故当当电弧电压未达到燃弧电压时电弧电压未达到燃弧电压时，电流为电流为0，电弧就会熄灭电弧就会熄灭。但当电路中有但当电路中有感抗存在感抗存在时时，则即使电弧电压小于燃弧则即使电弧电压小于燃弧电压电压，电弧电流电弧电流0。当感当感抗增加到一定值时抗增加到一定值时，则可则可保证电弧连续燃烧而不熄保证电弧连续燃烧而不熄灭灭。纯电阻电路的交流电弧纯电阻电路的交流电弧交流电弧的特性交流电弧的特性 不连续性不连续性：由于交流电弧电压与电流的周期性变化由于交

31、流电弧电压与电流的周期性变化，故故当当电弧电压未达到燃弧电压时电弧电压未达到燃弧电压时，电流为电流为0，电弧就会熄灭电弧就会熄灭。但当电路中有但当电路中有感抗存在感抗存在时时，则即使电弧电压小于燃弧则即使电弧电压小于燃弧电压电压，电弧电流电弧电流0。当感当感抗增加到一定值时抗增加到一定值时，则可则可保证电弧连续燃烧而不熄保证电弧连续燃烧而不熄灭灭。存在电感时的电弧电流存在电感时的电弧电流交流电弧的特性交流电弧的特性 压缩效应压缩效应：电弧周围空间存在磁场电弧周围空间存在磁场，电弧便在磁场力作用电弧便在磁场力作用下沿轴向产生径向压力下沿轴向产生径向压力，并由外向内逐渐增大并由外向内逐渐增大，使电

32、弧下使电弧下的钢液呈弯月面下凹的钢液呈弯月面下凹，加强了钢液的搅动和传热加强了钢液的搅动和传热。 电弧是一个载流导电气体电弧是一个载流导电气体，将受电磁力的作用将受电磁力的作用，其大小和其大小和方向符合安培定律方向符合安培定律。 电弧建立了磁场电弧建立了磁场，则弧柱上受到指向轴线的径向电动力则弧柱上受到指向轴线的径向电动力，压缩电弧压缩电弧，这个径向电动力在轴向传开这个径向电动力在轴向传开，转变成指向电极转变成指向电极下放的冲力下放的冲力，使熔池处形成凹面使熔池处形成凹面。交流电弧的特性交流电弧的特性 外偏效应外偏效应：一相电弧受到其他两相的磁场作用一相电弧受到其他两相的磁场作用，或受到炉或受

33、到炉子周围铁磁性物质的作用子周围铁磁性物质的作用，使三相电弧不同程度地偏向炉使三相电弧不同程度地偏向炉衬衬。 当电弧一侧出现铁磁体时当电弧一侧出现铁磁体时，电弧将偏向铁磁体电弧将偏向铁磁体。 三相电弧炉中三相电弧炉中，每相电弧受其它两相电弧所建磁场的影每相电弧受其它两相电弧所建磁场的影响响，电弧倾斜电弧倾斜，偏向炉衬偏向炉衬，这种现象为这种现象为电弧外吹电弧外吹（易使炉易使炉壁过热损坏壁过热损坏）。直流电弧炉特点直流电弧炉特点 电弧稳定电弧稳定，电流的方向始终一致电流的方向始终一致； 石墨电极只有一根石墨电极只有一根，消耗消耗减少减少50%；直流电弧炉直流电弧炉 一根电极一根电极，对炉衬的烧损

34、比三根小对炉衬的烧损比三根小； 电极调节器只有一个电极调节器只有一个，维维修容易修容易，成本降低成本降低； 短网的感抗为短网的感抗为0。电弧炉的电气设备电弧炉的电气设备 主电路的任务主电路的任务是将高压电转变是将高压电转变为低压大电流为低压大电流，作为电源输给作为电源输给电弧炉电弧炉，并以电弧的形式将电并以电弧的形式将电能转变为热能能转变为热能。 电极升降自动调节系统的任务电极升降自动调节系统的任务是根据冶炼要求是根据冶炼要求，通过调整电通过调整电极和炉料之间的电弧长度极和炉料之间的电弧长度，调调节电弧电流和电压的大小节电弧电流和电压的大小。主电路主电路电极升降电极升降自动调节自动调节系统系统

35、电弧炉的电气设备电弧炉的电气设备9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路高压电缆隔离开关高压断路器电抗器电抗器短路开关电压转换开关电炉变压器电极电弧金属电弧炉主电路简图电弧炉主电路简图 由高压电缆至电弧炉电由高压电缆至电弧炉电极的一段电路称为极的一段电路称为电弧电弧炉的主电路炉的主电路。 主电路的组成主电路的组成：隔离隔离开关开关、高压断路器高压断路器、电抗器电抗器、电炉变压器电炉变压器和低压短网等和低压短网等。 主电路的作用主电路的作用：从高从高压电网取得高压电压电网取得高压电能能，转变为转变为低电压低电压、大电流大电流输送到电极输送到电极。9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路 隔离开关

36、隔离开关9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路 隔离开关隔离开关 作用作用：电炉设备检修时断开高压电源电炉设备检修时断开高压电源，或进行切换操作或进行切换操作。 结构结构：三相刀闸开关三相刀闸开关。 特点特点：无灭弧装置无灭弧装置，必须在必须在无负载时无负载时接通或切断电路接通或切断电路。隔离开关必须在高压断路器断开后才能操作隔离开关必须在高压断路器断开后才能操作。 开关操作顺序开关操作顺序：送电时先合上隔离开关送电时先合上隔离开关，后合上高压断后合上高压断路器路器；停电时先断开高压断路器停电时先断开高压断路器，后断开隔离开关后断开隔离开关。为为防止误操作防止误操作，常在隔离开关与高压断路器

37、间设置常在隔离开关与高压断路器间设置连锁装连锁装置置。 类型类型：操作机构有手动操作机构有手动、电动电动、气动三种气动三种。9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路 高压断路器高压断路器 作用作用：使高压电路在使高压电路在负载下负载下接通或断开接通或断开，并作为保护并作为保护开关在电气设备发生故障时开关在电气设备发生故障时，自动切断电炉变压器的自动切断电炉变压器的空载电流空载电流、工作电流和炉中发生短路时的工作短路电工作电流和炉中发生短路时的工作短路电流流。 工作特点工作特点：操作次数频繁操作次数频繁，要求操作断路器能经受要求操作断路器能经受5000次操作而无需维修次操作而无需维修。 种类种类

38、：具有灭弧装置具有灭弧装置。根据灭弧装置的不同设计根据灭弧装置的不同设计，电电弧炉使用的高压断路器有油开关弧炉使用的高压断路器有油开关（最普通最普通）、）、电磁式电磁式空气断路器空气断路器（适于频繁操作适于频繁操作）、）、真空断路器真空断路器（普遍采普遍采用用，适于频繁操作适于频繁操作，可较好满足大功率炉子要求可较好满足大功率炉子要求）。）。高压油开关高压油开关电磁式空气断路器电磁式空气断路器真空断路器真空断路器9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路 电抗器电抗器 作用作用：串联在变压器的串联在变压器的高压侧高压侧，目的是目的是增加电增加电路中的感抗路中的感抗，达到稳定达到稳定电弧和限制短路

39、电流的电弧和限制短路电流的作用作用。但它却使无功功但它却使无功功率消耗增加率消耗增加，降低功率降低功率因数因数。一旦电弧燃烧稳一旦电弧燃烧稳定后定后，就应立即切断电就应立即切断电抗器抗器。9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路 电炉变压器电炉变压器 作用作用：把几千或几万伏的高电压变为把几千或几万伏的高电压变为100400V低电低电压压、大电流大电流( (几千到几万安培几千到几万安培) )的电气设备称为变压器的电气设备称为变压器。它可以说是电弧炉的心脏它可以说是电弧炉的心脏。 变压原理变压原理：改变铁改变铁芯上原边绕组的匝芯上原边绕组的匝数数。电炉变压器的电压调节电炉变压器的电压调节 原边绕

40、组的接法从三角形改接成星形时原边绕组的接法从三角形改接成星形时( (Y),),例如例如：U1= =380V，U2= =220V。 原边绕组带有若干抽头原边绕组带有若干抽头，通过抽头的变化来变压通过抽头的变化来变压。为了减为了减少热停工时间少热停工时间，希望不停电转换电压希望不停电转换电压，因此设计了因此设计了有载调有载调压开关压开关。有载调压开关工作原理有载调压开关工作原理，如图如图3-9所示所示。它由选它由选择开关择开关m和和n、“T”形转换开关形转换开关K和限流电阻和限流电阻R组成组成。转换转换开关开关K和电阻装于绝缘筒做的小箱内和电阻装于绝缘筒做的小箱内，小箱内装有灭弧用小箱内装有灭弧用

41、的油的油。变压器的冷却采用油冷变压器的冷却采用油冷（辅助强制油循环或水冷来辅助强制油循环或水冷来加强变压器的冷却加强变压器的冷却）。）。一般应确保油面最高温升为一般应确保油面最高温升为50。（即变压器油面温度低于即变压器油面温度低于85，因环境温度一般为因环境温度一般为35）2113UU电炉变压器的电压调节电炉变压器的电压调节电炉变压器的冷却电炉变压器的冷却 变压器运行时变压器运行时，由于铁芯的电磁感应作用由于铁芯的电磁感应作用，会产生涡流损会产生涡流损失和磁滞损失失和磁滞损失，也就是也就是“铁损铁损”；同时同时，线圈流过电流线圈流过电流，因克服电阻而会产生因克服电阻而会产生“铜损铜损”。铁损

42、和铜损会使变压器的铁损和铜损会使变压器的输出功率降低输出功率降低，变压器发热变压器发热。变压器发热会使绝缘材料变变压器发热会使绝缘材料变质老化质老化，降低变压器的使用寿命降低变压器的使用寿命。温度过高还易引起绝缘温度过高还易引起绝缘失效失效，造成线圈短路造成线圈短路，烧坏变压器烧坏变压器。（。（为什么要对电炉变为什么要对电炉变压器进行冷却压器进行冷却？） 电弧炉变压器的冷却主要有两种方式电弧炉变压器的冷却主要有两种方式，即即油浸自冷式油浸自冷式和和强强迫油循环水冷式迫油循环水冷式。9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路 短网短网短短 网网9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路 短网短网 短

43、网短网是指从变压器副边是指从变压器副边（低压侧低压侧）的引出至电极的这的引出至电极的这一段传导低电压大电流的导体一段传导低电压大电流的导体，约约1020m长长，横截横截面积大面积大，通过电流大通过电流大。 构成构成：硬铜母线硬铜母线（铜排铜排）+软电缆软电缆+炉顶水冷铜管炉顶水冷铜管+石墨石墨电极电极。 三相功率不平衡问题三相功率不平衡问题：当三相导体采用共平面布置当三相导体采用共平面布置时时，即使变压器三相的二次电压和电流均相等即使变压器三相的二次电压和电流均相等，三相三相电弧的输出功率也是不相等的电弧的输出功率也是不相等的。因为因为三相阻抗不相等三相阻抗不相等。9.3.1 电弧炉的主电路电

44、弧炉的主电路 短网短网 三相阻抗不相等的原因三相阻抗不相等的原因：中间相短网长度较其他两中间相短网长度较其他两相短相短；边缘两相也因感抗不同使电弧功率不同边缘两相也因感抗不同使电弧功率不同，电电弧功率大的一相称为弧功率大的一相称为“增强相增强相”，另一相则称为另一相则称为“减弱相减弱相”。 应对措施应对措施：改平面布置为三角形布置改平面布置为三角形布置；中间相安中间相安装电感补偿器装电感补偿器；要求通过相序变换装置要求通过相序变换装置，使炉门一使炉门一侧为强相侧为强相，而使出钢口一侧为弱相而使出钢口一侧为弱相；将中间相电极将中间相电极向炉子中心移动一点向炉子中心移动一点；采用倾斜电极采用倾斜电

45、极；热点区域热点区域采用优质耐材采用优质耐材，而非热点采用一般耐材而非热点采用一般耐材；短网线路短网线路改为双线布置法改为双线布置法。9.3.1 电弧炉的主电路电弧炉的主电路 电极电极 电极是短网中最重要的组成部分电极是短网中最重要的组成部分。电极的作用电极的作用是把电是把电流导入炉内流导入炉内，并与炉料之间产生电弧并与炉料之间产生电弧，将电能转化成将电能转化成热能热能。电极要传导很大的电流电极要传导很大的电流，电极上的电能损失约电极上的电能损失约占整个短网上电能损失的占整个短网上电能损失的40%左右左右。 对电极物理性能的要求对电极物理性能的要求 电极消耗原因分析电极消耗原因分析：端部消耗端

46、部消耗、侧面氧化侧面氧化、残端损失残端损失和电极折断和电极折断。 降低电极消耗的措施降低电极消耗的措施9.3.2 电弧炉的电控设备电弧炉的电控设备 电极自动调节器电极自动调节器 目的目的：维持恒定的弧长维持恒定的弧长，保证电弧电流和电压稳定保证电弧电流和电压稳定，保持输入功率恒定保持输入功率恒定。 分类分类：电机放大机电机放大机直流电动机式自动调节器直流电动机式自动调节器；属属于于20世纪世纪40年代的控制系统年代的控制系统。可控硅可控硅直流电动机直流电动机式自动调节器式自动调节器；可控硅可控硅转差离合器式自动调节转差离合器式自动调节器器；电液随动阀电液随动阀液压传动式自动调节器液压传动式自动

47、调节器；微机微机控制系统控制系统。 工作原理工作原理：测量比较系统测量比较系统（电压电压、电流互感器电流互感器） 放放大系统大系统（电机放大机或可控硅电机放大机或可控硅） 执行系统执行系统（直流电直流电动机动机、转差离合器转差离合器、电液随动阀电液随动阀）电极自动调节系统的技术指标电极自动调节系统的技术指标 电极最大提升速度电极最大提升速度，用来衡量电极自动调节系统快速用来衡量电极自动调节系统快速性的性的 一个指标一个指标，单位为单位为m/min。 不灵敏区不灵敏区，用来衡量调节系统对电弧电流变化大小的用来衡量调节系统对电弧电流变化大小的灵敏性的一个指标灵敏性的一个指标，即电弧电流偏离给定值要超过一即电弧电流偏离给定值要超过一定范围后定范围后，才能使电极升降才能使电极升降，否则调节器不工作否则调节器不工作，这这个范围称不灵敏区个范围称不灵敏区。 系统滞后时间系统滞后时间，衡量调节系统对电流变化反应快慢的衡量调节系统对电流变化反应快慢的一个指标一个指标，单位为单位为s。电极自动调节系统的技术指标电极自动调节系统的技术指标