論文
世界上最大的直流電弧爐：420噸
更新時(shí)間：2022-03-08 關(guān)注：1577
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(diǎn)。20世紀(jì)70年代~80年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家紛紛開發(fā)直流煉鋼電弧爐(DCEAF)，并獲得了顯著的進(jìn)展。日本在研制直流電弧爐方面起步較晚，但是發(fā)展最快，是目前投入使用直流電弧爐數(shù)量最多的國家。單臺(tái)大容量電弧爐是最近幾年煉鋼業(yè)發(fā)展的趨勢，可以滿足鋼廠對更高生產(chǎn)率的需求。
近幾年，由于大功率晶閘管技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，直流電弧爐以其優(yōu)點(diǎn)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(tǒng)。該電爐用于生產(chǎn)低碳鋼、超低碳鋼和高級脫氧鎮(zhèn)靜鋼，年產(chǎn)量為260萬噸。第一臺(tái)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(chǎn)，現(xiàn)在運(yùn)行良好。這臺(tái)特大型直流電弧爐設(shè)計(jì)生產(chǎn)率為360t/h，具有高效率、低運(yùn)行成本的特點(diǎn)。這種爐型代表著最新的市場趨勢，即煉鋼者越來越關(guān)注提高鋼廠的生產(chǎn)率和保證鋼的高品質(zhì)。
直流電爐的特點(diǎn)
此直流電弧爐的機(jī)械設(shè)備由爐體、爐蓋及其提升與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、電極及其升降機(jī)構(gòu)、大電流線路、液壓系統(tǒng)、冷卻水及壓縮空氣系統(tǒng)等組成。它的供電系統(tǒng)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(diǎn)構(gòu)成電流回路，接電點(diǎn)的維護(hù)和壽命是直流電弧爐操作中的關(guān)鍵問題，一般在爐底鋼板上放銅板，以利于導(dǎo)電，銅板上砌三層鎂碳磚，再在其上打結(jié)耐火材料。
東京制鋼田原工廠生產(chǎn)中碳鋼、低碳鋼和超低碳鋼，爐子設(shè)計(jì)為全平臺(tái)，對分爐殼，采用連續(xù)廢鋼加料Consteel和雙石墨電極直流技術(shù)。該直流電弧爐的主要技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 420t超高功率雙石墨電極直流電弧爐主要技術(shù)參數(shù)
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(shè)備構(gòu)成。直流電弧爐電源的核心在于晶閘管。隨著晶閘管技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，大功率直流電源設(shè)備的制造技術(shù)難題已經(jīng)解決。此臺(tái)DCEAF設(shè)計(jì)有2個(gè)陰極(雙石墨頂電極直流技術(shù))和4個(gè)水冷底陽極，每個(gè)陽極的電流為70kA，總電流為280kA。同單個(gè)陰極設(shè)計(jì)相比較而言，雙石墨電極技術(shù)能夠提供非常高的功率和較小的電極直徑，對電網(wǎng)干擾少。（歡迎關(guān)注“電爐煉鋼”）
直流電弧爐由于消除了電磁感應(yīng)的影響，二次導(dǎo)體上只有直流電阻損失，導(dǎo)體周邊的機(jī)械結(jié)構(gòu)也無需再使用非磁性材料，電極的振動(dòng)現(xiàn)象也消除了。為防止突變電流并穩(wěn)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(diǎn);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(jī)旋轉(zhuǎn)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(wěn)定，預(yù)計(jì)比交流電弧長。
通過單獨(dú)控制4個(gè)陽極的電流傳導(dǎo)和分布可達(dá)到功率調(diào)節(jié)的最大靈活性。同時(shí)，具有特殊設(shè)計(jì)特點(diǎn)的水冷底陽極可以使用普通耐火材料。傾動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)是基于3個(gè)搖臂，它在軸承區(qū)域能夠提供更好的運(yùn)行穩(wěn)定性。3個(gè)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(shè)計(jì)。最佳化的噴射器分布和安裝布置能夠保證恰當(dāng)?shù)臄嚢?、鋼水溫度均質(zhì)和快速脫碳。特別是碳噴射器靠近氧氣，增強(qiáng)了碳的反應(yīng)能力，因而提高了造泡沫渣效率，這在平熔池操作時(shí)是很重要的，可提高電弧的覆蓋范圍，提高鋼水的熱轉(zhuǎn)換率，保護(hù)爐墻、耐火材料和爐壁塊免受熱應(yīng)力侵蝕。
超音速氧槍和碳槍采用機(jī)械手通過爐門進(jìn)入爐內(nèi)，可移動(dòng)朝向熔池層，主要在初始階段熔池水平面很低時(shí)，增強(qiáng)噴射效率。氧噴嘴和碳管安裝在水冷凸出的銅箱內(nèi)，可以很好的保護(hù)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(guān)注“電爐煉鋼”）
自動(dòng)化控制系統(tǒng)高效節(jié)能
此直流電弧爐的自動(dòng)化系統(tǒng)包括基于最**軟、硬件平臺(tái)的設(shè)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(tǒng)設(shè)計(jì)能夠保證非?？斓捻憫?yīng)時(shí)間，加強(qiáng)熔化的平均功率。隨后的在線監(jiān)控工藝數(shù)據(jù)和記錄也改進(jìn)了電弧的性能，這一點(diǎn)對超高功率電弧爐非常重要。該系統(tǒng)對所有電能和化學(xué)能參數(shù)全部控制，根據(jù)工藝階段不同，自動(dòng)變化工作點(diǎn)，保證鋼的品質(zhì)和能源的有效利用。高生產(chǎn)率要求輔助作業(yè)時(shí)間最短化，這一點(diǎn)通過安裝可靠的機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到。這套系統(tǒng)還可以提高操作者的安全性，避免操作者直接暴露，可從遠(yuǎn)離電弧爐的主控室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
此直流電弧爐的另外配套系統(tǒng)還包括機(jī)械裝置，其設(shè)計(jì)牢固，可以在通電期間安全、持續(xù)地保持渣門清潔。自動(dòng)出鋼系統(tǒng)包括紅外照相機(jī)，可以快速、可靠的遠(yuǎn)程檢測出鋼流，其快速熱圖像反應(yīng)避免了渣遺留。自動(dòng)出鋼系統(tǒng)還包括高分辨率照相機(jī)，用于遠(yuǎn)程EBT(偏心爐底出鋼)控制和EBT自動(dòng)瞬間再裝滿系統(tǒng)。由于具有這些設(shè)備，出鋼過程可由主操作臺(tái)控制。除了EBT再裝滿系統(tǒng)，其他操作可自動(dòng)進(jìn)行。
直流電爐與交流電爐對比
此直流電弧爐的整體特點(diǎn)為：超高功率供給，沒有對電網(wǎng)干擾，整個(gè)工藝過程采用穩(wěn)定的高功率;通過提供化學(xué)能結(jié)構(gòu)的最佳化設(shè)計(jì)和新型、全集成化自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施，達(dá)到了很高的工藝效率;新型機(jī)電一體化程序軟件包縮短了輔助作業(yè)時(shí)間，提高了操作的安全性和效率。與傳統(tǒng)的交流電弧爐相比，此直流電弧爐具有以下優(yōu)點(diǎn)：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(wěn)定，對前級電網(wǎng)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(dòng)態(tài)補(bǔ)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(qiáng)。
來源：網(wǎng)絡(luò)，電爐煉鋼整理編輯
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