長期以來，煉鋼電弧爐一直采用交流三相式電弧爐。但是，交流電弧爐本身存在著一系列難以克服的缺點。20世紀70年代~80年代，一些工業發達國家紛紛開發直流煉鋼電弧爐(DCEAF)，并獲得了顯著的進展。日本在研制直流電弧爐方面起步較晚，但是發展最快，是目前投入使用直流電弧爐數量最多的國家。單臺大容量電弧爐是最近幾年煉鋼業發展的趨勢，可以滿足鋼廠對更高生產率的需求。 

　　近幾年，由于大功率晶閘管技術的發展和應用，直流電弧爐以其優點又重新引起人們的重視。意大利最近制造成功世界上最大的420噸直流電弧爐、420噸鋼包精煉爐和雙真空脫氣系統。該電爐用于生產低碳鋼、超低碳鋼和高級脫氧鎮靜鋼，年產量為260萬噸。第一臺超高功率雙石墨頂電極直流電弧爐于2010年6月在東京制鋼公司田原工廠成功投產，現在運行良好。這臺特大型直流電弧爐設計生產率為360t/h，具有高效率、低運行成本的特點。這種爐型代表著最新的市場趨勢，即煉鋼者越來越關注提高鋼廠的生產率和保證鋼的高品質。 

       直流電爐的特點 

　　此直流電弧爐的機械設備由爐體、爐蓋及其提升與旋轉機構、電極及其升降機構、大電流線路、液壓系統、冷卻水及壓縮空氣系統等組成。它的供電系統不同于交流電弧爐，配有整流器和電抗器，在爐底裝置接電點構成電流回路，接電點的維護和壽命是直流電弧爐操作中的關鍵問題，一般在爐底鋼板上放銅板，以利于導電，銅板上砌三層鎂碳磚，再在其上打結耐火材料。 

　　東京制鋼田原工廠生產中碳鋼、低碳鋼和超低碳鋼，爐子設計為全平臺，對分爐殼，采用連續廢鋼加料Consteel和雙石墨電極直流技術。該直流電弧爐的主要技術參數見表1。 

表1 420t超高功率雙石墨電極直流電弧爐主要技術參數

　　此直流電弧爐的電源由變壓器、晶閘管、直流電抗器和其他輔助設備構成。直流電弧爐電源的核心在于晶閘管。隨著晶閘管技術的應用及發展，大功率直流電源設備的制造技術難題已經解決。此臺DCEAF設計有2個陰極(雙石墨頂電極直流技術)和4個水冷底陽極，每個陽極的電流為70kA，總電流為280kA。同單個陰極設計相比較而言，雙石墨電極技術能夠提供非常高的功率和較小的電極直徑，對電網干擾少。（歡迎關注“電爐煉鋼”） 

　　直流電弧爐由于消除了電磁感應的影響，二次導體上只有直流電阻損失，導體周邊的機械結構也無需再使用非磁性材料，電極的振動現象也消除了。為防止突變電流并穩定電弧，在直流回路中還要裝配直流電抗器。在交流電弧爐中電弧總是以30°~45°角向爐壁傾斜，因而形成熱點;直流電弧爐中電弧是以15°~30°角指向熔池，并在電磁力作用下每秒繞中心隨機旋轉幾次。電弧長度是指電極端部到熔池的直線距離，在交流情況下電弧長度為1mm/V弧，由于直流電弧特別穩定，預計比交流電弧長。 

　　通過單獨控制4個陽極的電流傳導和分布可達到功率調節的最大靈活性。同時，具有特殊設計特點的水冷底陽極可以使用普通耐火材料。傾動平臺的設計是基于3個搖臂，它在軸承區域能夠提供更好的運行穩定性。3個搖臂與爐體匹配，能夠保證爐體安全后傾。 

　　特殊噴射器保證電爐性能 
　　由于高熔化率、大熔池尺寸，該爐還配套了一種特殊的氧、碳噴射器設計。最佳化的噴射器分布和安裝布置能夠保證恰當的攪拌、鋼水溫度均質和快速脫碳。特別是碳噴射器靠近氧氣，增強了碳的反應能力，因而提高了造泡沫渣效率，這在平熔池操作時是很重要的，可提高電弧的覆蓋范圍，提高鋼水的熱轉換率，保護爐墻、耐火材料和爐壁塊免受熱應力侵蝕。 

　　超音速氧槍和碳槍采用機械手通過爐門進入爐內，可移動朝向熔池層，主要在初始階段熔池水平面很低時，增強噴射效率。氧噴嘴和碳管安裝在水冷凸出的銅箱內，可以很好的保護噴射器，縮短噴射器頂部和鋼水之間的距離，延長噴射器下部耐火材料的壽命。 （歡迎關注“電爐煉鋼”） 

　　自動化控制系統高效節能 

　　此直流電弧爐的自動化系統包括基于最**軟、硬件平臺的設備控制(1級)和過程控制(2級)。電極控制程序軟件包和液壓系統設計能夠保證非?？斓捻憫獣r間，加強熔化的平均功率。隨后的在線監控工藝數據和記錄也改進了電弧的性能，這一點對超高功率電弧爐非常重要。該系統對所有電能和化學能參數全部控制，根據工藝階段不同，自動變化工作點，保證鋼的品質和能源的有效利用。高生產率要求輔助作業時間最短化，這一點通過安裝可靠的機電一體化系統達到。這套系統還可以提高操作者的安全性，避免操作者直接暴露，可從遠離電弧爐的主控室進行遠程控制。 

　　此直流電弧爐的另外配套系統還包括機械裝置，其設計牢固，可以在通電期間安全、持續地保持渣門清潔。自動出鋼系統包括紅外照相機，可以快速、可靠的遠程檢測出鋼流，其快速熱圖像反應避免了渣遺留。自動出鋼系統還包括高分辨率照相機，用于遠程EBT(偏心爐底出鋼)控制和EBT自動瞬間再裝滿系統。由于具有這些設備，出鋼過程可由主操作臺控制。除了EBT再裝滿系統，其他操作可自動進行。 

　　直流電爐與交流電爐對比 
　　此直流電弧爐的整體特點為：超高功率供給，沒有對電網干擾，整個工藝過程采用穩定的高功率;通過提供化學能結構的最佳化設計和新型、全集成化自動化系統的實施，達到了很高的工藝效率;新型機電一體化程序軟件包縮短了輔助作業時間，提高了操作的安全性和效率。與傳統的交流電弧爐相比，此直流電弧爐具有以下優點：石墨電極消耗量減少1/2~2/3;熔煉單位電能消耗可下降3%~10%;直流電弧燃燒穩定，對前級電網造成的電壓閃爍只是相同功率交流電弧爐的30%~50%，不需要用動態補償裝置;噪音水平可降低10分貝~15分貝;對鋼液的攪拌力增強。 

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