冶金学—炼钢篇
电炉炼钢及炉外精炼
阎立懿
东北大学钢铁冶金研究所
2008年10月29～11月24日沈阳
（No9）
主要内容
电炉炼钢及其发展 电炉炼钢设备及其电热特性 电炉炼钢原料及冶炼工艺 电炉新技术、新工艺 炉外处理 中国钢铁与大型电炉现状
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第五章 现代电炉炼钢新技术
不同形式的炉底电极见图5-23，特征比较见表5-6。
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图5-23 不同形式炉底电极
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项目
评价角度
炉底电极 形式
CLECIM式 GHH式
DVAI式
ABB式
冷却
冷却方式 强制水冷 强制风冷 强制风冷 强制风冷
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循环搅拌：
直流电弧炉的电弧电流产生的电动力——循环搅拌， 使电弧下钢液沿其炉底向外侧炉壁运动，然后沿钢液表 面返回电弧下。这种强烈的循环搅拌使得直流电弧炉钢 液成分、温度较交流电弧炉更均匀。
电弧稳定： 在相同功率下，直流电弧炉可以在较高的电压、较 小的电流下稳定操作（电弧稳定）。
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图5-16 直流电弧炉布置
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图5-22 直流电 弧炉主电路
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炉底电极的形式及特征：
按炉底电极结构特点可大致分为以下几种： GHH（集团）公司的触针式风冷底电极； CLECIM（集团）公司的钢棒式水冷底电极； ABB（集团）公司的导电炉底式风冷底电极； DVAI公司的触片式风冷底电极。
安全性 漏钢可能性
无
无
无
无
搅拌
砌筑与 维修
熔池搅拌 复杂程度 维修难易 电极更换
较好 简单
易 容易
较好 复杂
难 较易
较好 复杂
难 较易
最好 简单
易 较易
寿命
最高寿命 2760/炉
2000/炉
1200/炉
4000/炉
炉底电极
成本
费 用 维修费用
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适中
适中
适中
<0.3 $/t 0.15-0.20$/t 0.25 $/t
二十世纪80年代，一些工业发达的国家纷纷开发直流电弧炉，并 获得了显著的进展。
由于直流电弧炉突出优点，在国内外发展很快，到2000年，全世 界已经投产的50吨以上的直流电弧炉达到100多台。
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2）直流电弧炉设备
工作原理：直流电弧炉是将三相交流电经晶闸管整 流变成单相直流电，在炉底电极（阳极）和石墨电极 （阴极）之间的金属炉料上产生电弧进行冶炼。
二十世纪70年代兴起的大型高功率、超高功率电炉的出现与发展， 使得电炉的功率成倍增加，强大交变电流的冲击加重电网电压闪烁等 电网公害，以至于不得不采用价格昂贵的动态补偿装置（SVC）。
在沉默一个世纪后，进入二十世纪70年代，由于电力电子技术的 飞速发展，大功率晶闸管元器件获得开发，并实现工业化生产，导致 了大容量整流装置的问世和实用化，使得直流电弧炉再度崛起。
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5.3 直流电弧炉技术
直流炉发展概况 直流电弧炉设备 直流电弧的特性 直流电弧炉特点
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1）直流电弧炉发展概况
因交流（AC）电弧没有直流（DC）电弧稳定，加之直流供电的 其它优点，使得人们早在十九世纪就开始直流电弧炉的研究，但由于 当时的整流技术阻碍了直流电弧炉技术的发展。
超高功率电炉发展及其特征 超高功率电炉相关技术 直 流 电弧炉 技 术 交流高阻抗电弧炉技术 电炉废钢预热技术
上次介绍第五章“UHP电炉相关技术”的内容：
氧-燃助熔：解决炉内温度分布不均的问题，实现废钢的同步熔化。 长弧泡沫渣：实现埋弧操作，提高炉体寿命；使得长弧供电成为可能，
弥补早期UHP电炉供电的不足。 二次燃烧：实现碳的完全燃烧反应，回收热量、减轻废气处理系统的
直流与交流电弧炉设备的主要区别：增加晶闸管整 流装置、炉顶石墨电极由三根变成一根及增设炉底电极 等。其中炉底电极的设置是直流电弧炉的最大特征。
直流电弧炉设备、布置及主电路图，分别见图5-20、 图5-21及图5-22。
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图5-15 直流电弧炉设备
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耐火材料磨损指数： 直流电弧炉与交流电弧炉相比，由于其电极极性发生 根本变化，热量分布也不同，所以标志耐火材料侵蚀的RE 也发生变化。 考虑到交流电弧炉与直流电弧炉电极的工作特点，将 交流电弧炉耐火材料磨损指数公式中引入一个修正系数1/3。 这表明相同功率，直流炉电弧的RE小、炉衬寿命高，炉内 温度分布均匀。
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较高 0.6-1.5$/t
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3）直流电弧特性
电流密度提高：直流与交流相比，无集肤效应和邻近 效应，在二次导体与石墨电极截面中电流分布均匀，在同 样截面下，可通过的电流增加 20％～30％，见图 5-24。
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阳极效应：
从直流电弧热量分布来看： 1）直流电弧炉所产生热量的72％集中于阳极（金属 熔池）上，而交流电弧炉仅65％集中于金属熔池上。 2）直流电弧炉的电弧功率有3/4消耗在阳极（金属熔 池）上，有1/4消耗在炉衬上；而交流则各占50%。 这也是将炉底（金属熔池）作为阳极，而把石墨电极 作为阴极的原因。
负担。
炉壁多功能氧枪：具有氧-燃助熔、碳-氧造泡沫渣、吹氧脱碳、二次 燃烧及钢水搅拌功能，实现关炉门造泡沫渣（真正意义的埋弧），减 少热损失、提高热效率，减轻劳动强ห้องสมุดไป่ตู้、改善车间环境，进一步高效 节能。
偏心炉底出钢技术，实现了无渣出钢和增加了水冷炉壁使用面积。
电炉底吹搅拌技术：加强熔池的搅拌、强化冶炼过程。
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4）直流电弧炉的优越性
石墨电极消耗大幅度降低，可降低50%左右。原因一是 炉顶电极由三根变成一根；二是阳极效应。
降低电能消耗，可节约电能约5%～10%。原因一是单 相，电阻损失少；二是直流损耗低。
对电网的干扰和冲击小，电压闪烁降低了50%左右，这 样根据电网条件可省去SVC装置或减小补偿的容量。