電弧爐-機床行業(yè)百科-機床商務網(wǎng)

1介紹

通過金屬電極或非金屬電極產(chǎn)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(nèi)輸入電能，以電*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(diào)整爐內(nèi)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(chǎn)合金鋼，而且大量用來生產(chǎn)普通碳素鋼，其產(chǎn)量在主要工業(yè)國家鋼總產(chǎn)量中的比重，不斷上升。

2發(fā)展簡史

法國海洛爾特（P.L.T.Héroult）于1888~1892年利用電極的電弧高溫，開發(fā)出煤的代替能源，發(fā)明了工業(yè)性直接冶煉的電弧爐。起初電弧爐只用于電石和鐵合金的生產(chǎn)，到 1906年才發(fā)展用來煉鋼，并因而使廢鋼得以實現(xiàn)經(jīng)濟化、規(guī)模化的回收利用。電弧爐通過石墨電極的端部和爐料之間發(fā)生的電弧，將電能轉(zhuǎn)換為熱能進行熔化爐料并完成其后的髙溫冶金反應。由于它使用電能，便于調(diào)整爐內(nèi)的氣氛，因此可以冶煉包括含易氧化元素在內(nèi)的各種類型的合金鋼。隨著電力工業(yè)的發(fā)展、工藝設備的不斷改進以及冶煉技術的提高，電弧爐應用日趨廣泛，生產(chǎn)能力與規(guī)模越來越大。20世紀30年代電弧爐的大容量為100t，50年代為200t，70年代初已有400t的電弧爐投入生產(chǎn)。
尤其是在近50年的時間里，電弧煉鋼爐的技術性能逐步提高，生產(chǎn)成本明顯下降，歐美發(fā)達國家電爐鋼的比例已超過50%。

現(xiàn)代電弧爐冶煉技術的發(fā)展隨時代進步。20世紀60~70年代主要是發(fā)展超高功率供電及相關技術，高功率電弧爐（HP）和超高功率電弧爐（UHP）是相對于一般的普通功率電弧爐（RP）而言的。它們主要是按每噸爐容量所配變壓器容量的多少來區(qū)分，近年來有越來越高的趨勢。這意味著單位時間內(nèi)輸人電弧爐的熱能大幅度增加，使熔化時間顯著縮短，從而提高生產(chǎn)能力，降低電極消耗，減少熱損失，降低電能消耗，結(jié)果是使產(chǎn)能再提高的同時，成本也大幅度下降。

與超高功率電弧爐相配套的高壓長弧操作、水冷爐壁、水冷爐蓋、泡沫渣技術、使用外熱源助熔等已被廣泛采用，鋼包精煉及強化用氧也已被采用。20世紀80年代，LF及EBT技術的開發(fā)使電弧爐冶煉加爐外精煉的現(xiàn)代電弧爐煉鋼流程基本成熟。值得注意的是，自此以后，人們關注的焦點已不再是用直流還是交流供電的方式，而是二次燃燒和煙氣顯熱的利用，即廢鋼預熱的問題。不同的廢鋼預熱方式產(chǎn)生了不同類型的現(xiàn)代電弧爐，它們包括用料籃廢鋼預熱的普通電弧爐、帶托爪的煙道豎爐、雙殼電弧爐和Consteel電弧爐等。

目前，電弧爐的設備和生產(chǎn)技術仍然在繼續(xù)發(fā)展之中。

3分類

電弧爐有多種分類方式。
按電極的熔煉形式分為
（1）非自耗電極式電弧爐，它是用鎢或石墨等作電極，熔煉過程中電極本身不消耗或消耗很少。
（2）自耗電極式電弧爐，它是用被熔煉的金屬作電極，金屬電極邊熔化、邊自身消耗。
按電弧長度的控制方式分為
（1）恒弧壓自動控制式電弧爐，它是依靠兩極間電壓與給定電壓作比較，其差值經(jīng)過信號放大驅(qū)動自耗電極升降，以保持電弧長度的恒定。
（2）恒弧長自動控制式電弧爐，它是依靠電弧電壓的恒定來近似地控制電弧長度的恒定。
（3）熔滴脈沖自動控制式電弧爐，它是根據(jù)金屬熔滴形成及滴落過程中所產(chǎn)生的脈沖頻率以及脈沖持續(xù)時間與弧長之間的關系來自動控制電弧長度的恒定。
按作業(yè)形式分為
（1）周期性作業(yè)式電弧爐，即每熔煉一爐作為一個周期。
（2）連續(xù)性作業(yè)式電弧爐，這類電弧爐有兩種形式。一種是爐體旋轉(zhuǎn)式；另一種是兩臺爐子共用一臺直流電源，即當一臺爐子熔煉結(jié)束之后，切換電源到另一臺爐上立即開始下一爐的熔煉。
按爐體結(jié)構(gòu)形式分為
（1）固定式電弧爐。
（2）旋轉(zhuǎn)式電弧爐。

4常見電弧爐

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(diào)節(jié)。為提高熔煉質(zhì)量，大型電弧爐在爐底裝有電磁攪拌器，驅(qū)使爐內(nèi)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(zhuǎn)機構(gòu)，爐體能左右旋轉(zhuǎn)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。

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(nèi)，凝結(jié)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。

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。

電阻電弧爐

爐子結(jié)構(gòu)同煉鋼電弧爐相似。工作時，電極下端埋在爐料內(nèi)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(chǎn)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。（見彩圖）

5主要特點

電弧煉鋼爐以電能為主要能源。電能通過石墨電極與爐料放電拉弧，產(chǎn)生高達2000 ~ 6000℃以上的高溫，以電弧輻射、溫度對流和熱傳導的方式將廢鋼原料熔化。在爐料熔化時的大部分時間里，高溫熱源被爐料所包圍，高溫廢氣造成的熱損失相對較少，因此熱效率高于轉(zhuǎn)爐等其他煉鋼設備。此外，電加熱容易地控制爐溫，可以根據(jù)工藝要求在氧化氣氛或還原氣氛、常壓或真空等任何條件下進行加熱操作。

電弧爐煉鋼工藝流程短，設備簡單，操作方便，比較易于控制污染，建設投資少，占地面積小，不需要像轉(zhuǎn)爐煉鋼那樣必須依托于龐雜的煉鐵系統(tǒng)。

電弧爐煉鋼對爐料的適應性強，它以廢鋼為主要原料，但同時也能使用鐵水（高爐或化鐵爐鐵水）、海綿鐵（DRI）或熱壓塊（HBI）、生鐵塊等固態(tài)和液態(tài)含鐵原料。

由于電弧爐煉鋼爐內(nèi)氣氛可控、爐渣調(diào)整或更換的操作比較易行，而且能夠在同一套操作系統(tǒng)之中來完成熔化、脫碳、脫磷、去氣、除夾雜，溫度控制、成分調(diào)整（合金化）等各階段的復雜工藝操作。電弧爐煉鋼可以間斷性生產(chǎn)，在一定范圍內(nèi)可以靈活地調(diào)換生產(chǎn)品種。此外，現(xiàn)代電弧爐還可以大量使用輔助能源，如噴吹重（輕）油、煤粉、天然氣等。因此，電弧爐煉鋼工藝適應性強，操作靈活，應用廣泛。

電弧爐不僅能夠冶煉磷、硫、氧含量低的鋼，而且可以用多種元素來進行合金化（包括鉛、硼、釩、鈦和稀土等易被氧化的元素），來生產(chǎn)各種鋼和合金鋼，諸如滾珠軸承鋼、不銹耐酸鋼、工具鋼、電工用鋼、耐熱鋼、磁性材料以及特殊合金等。

雖然電弧爐煉鋼有諸多優(yōu)點，但是，由于我國目前廢鋼和電價成本的問題，電弧爐煉鋼無法在普鋼和長線產(chǎn)品上和轉(zhuǎn)爐煉鋼比拼。電弧爐煉鋼僅在小批量、多品種、高合金比的特殊鋼生產(chǎn)領域里占據(jù)主導地位。

目前國際上一些短流程的電爐生產(chǎn)企業(yè)，一般都是采用高輸出功率的電弧爐。并且，傳統(tǒng)的帶還原期的經(jīng)典三期操作工藝已逐漸被爐外精煉等組合工藝技術所取代，電弧爐及其公輔設施裝備也更為完善與合理。世界上電爐鋼產(chǎn)量的比例在逐年上升。

我國是發(fā)展中國家，基本建設剛剛起步，大規(guī)模的廢鋼回收期還沒有到來，并且，我國的電力發(fā)展也不平衡，目前的電價還處于一個比較高的階段。因此，電弧爐煉鋼在我國的發(fā)展速度受到了限制，沒有轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展得快。雖然電爐鋼的總量也在增多，但是電爐鋼產(chǎn)量占總鋼產(chǎn)量的比例卻逐年下降，這與世界電弧爐的發(fā)展趨勢相反。

隨著我國電力設施的發(fā)展和廢鋼資源的積累，以及國家對環(huán)境保護和礦產(chǎn)資源管理力度的強化，我國電弧爐煉鋼的發(fā)展趨勢將會提升。屆時，我國的電弧爐煉鋼技術將會得到更加全面的發(fā)展。