电弧炉(electric arc furnace)借助电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量非常集中,弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属,电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大,能有效地除去硫、磷等杂质,炉温容易控制,设施占地面积小,适于合金钢的熔炼。
通过金属电极或非金属电极产生电弧加热的工业炉叫做电弧炉。电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等种类。电弧炼钢炉的炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉身组成,炉底和炉壁用碱性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。电弧炼钢炉按每吨炉容量所配变压器容量的多少分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。电弧炉炼钢是通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能,以电*部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢。电弧炉以电能为热源,可调整炉内氛围,对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利 。 电弧炉炼钢创造后不久,就用于冶炼合金钢,并得到较大的进步。
伴随电弧炉设施的改进与冶炼技术的提升,电力工业的进步,电弧炉炼钢的本钱不断降低,目前电弧炉炼钢不但用于生产合金钢,而且很多用来生产普通碳素钢,其产量在主要工业国家钢总产量中的比重,不断上升。
法国海洛尔特(p.L.T.Héroult)于1888~1892年借助电极的电弧高温,开发出煤的代替能源,创造了工业性直接冶炼的电弧炉。起初电弧炉只用于电石和铁合金的生产,到 1906年才进步用来炼钢,并因而使废钢得以达成经济化、规模化的收购借助。电弧炉通过石墨电极的端部和炉料之间发生的电弧,将电能转换为热能进行熔化炉料并完成其后的髙温冶金反应。因为它用电能,便于调整炉内的氛围,因此可以冶炼包含含易氧化元素在内的各类型型的合金钢。伴随电力工业的进步、工艺设施的不断改进与冶炼技术的提升,电弧炉应用日趋广泛,生产能力与规模愈加大。20世纪30年代电弧炉的大容量 为100t,50年代为200t,70年代初已有400t的电弧炉投入生产。
特别是在近50年的时间里,电弧炼钢炉的技术性能逐步提升,生产本钱明显降低, 欧美发达国家用电器炉钢的比率已超越50%。
现代电弧炉冶炼技术的进步随年代进步。20世纪60~70年代主如果进步超高功率供电及有关技术,高功率电弧炉(Hp)和超高功率电弧炉(UHp)是相对于普通的普通功率电弧炉(Rp)而言的。它们主如果按每吨炉容量所配变压器容量的多少来区别,近年来有愈加高的趋势。这意味着单位时间内输人电弧炉的热能大幅度增加,使熔化时间显著缩短,从而提升生产能力,减少电极消耗,降低热损失,减少电能消耗,结果是使产能再提升的同时,本钱也大幅度降低。
与超高功率电弧炉合适套的高压长弧操作、水冷炉壁、水冷炉盖、泡沫渣技术、用外热源助熔等已被广泛使用,钢包精炼及强化用氧也已被使用。20世纪80年代,LF及EBT技术的开发使电弧炉冶炼加炉外精炼的现代电弧炉炼钢步骤基本成熟。值得注意的是,自此将来,大家关注的焦点已不再是用直流还是交流供电的方法,而是二次燃烧和烟气显热的借助,即废钢预热的问题。不一样的废钢预热方法产生了不相同种类型的现代电弧炉,它们包含用料篮废钢预热的普通电弧炉、带托爪的烟道竖炉、双壳电弧炉和Consteel电弧炉等。
现在,电弧炉的设施和生产技术仍然在继续进步之中。
电弧炉有多种分类方法。
按电极的熔炼形式分为
(1)非自耗电极式电弧炉,它是用钨或石墨等作电极,熔炼过程中电极本身不消耗或消耗极少。
(2)自耗电极式电弧炉,它是用被熔炼的金属作电极,金属电极边熔化、边自己消耗。
按电弧长度的控制方法分为
(1)恒弧压自动控制式电弧炉,它是依赖两极间电压与给定电压作比较,其差值经过信号放大驱动自耗电极升降,以维持电弧长度的恒定。
(2)恒弧长自动控制式电弧炉,它是依赖电弧电压的恒定来近似地控制电弧长度的恒定。
(3)熔滴脉冲自动控制式电弧炉,它是依据金属熔滴形成及滴落过程中所产生的脉冲频率与脉冲持续时间与弧长之间的关系来自动控制电弧长度的恒定。
按作业形式分为
(1)周期性作业式电弧炉,即每熔炼一炉作为一个周期。
(2)连续性作业式电弧炉,这种电弧炉有两种形式。一种是炉体旋转式;另一种是两台炉子共用一台直流电源,即当一台炉子熔炼结束之后,切换电源到另一台炉上立即开始下一炉的熔炼。
按炉体结构形式分为
(1)固定式电弧炉。
(2)旋转式电弧炉。
这种电弧炉用三相交流电为电源一般用碳素电极或石电极。电弧发生在电极与被熔炼的炉料之间,炉料受电弧直接加热。电弧长度靠电极升降调节。为提升熔炼水平,大型电弧炉在炉底装有电磁搅拌器,驱使炉内熔螎金属沿肯定方向循环。50吨以上的电弧炉常装有炉体回转机构,炉体能左右旋转肯定角度,使炉料受热均匀,金属液出炉时炉体可以倾斜。三相电弧炉广泛用于炼钢。
自耗电弧炉这种电弧炉的电极就是被熔炼钢的材料。熔炼时,伴随钢材料的不断被熔化,电极不断降低。熔化的钢水滴入用水冷却的紫铜筒形坩埚内,凝结成钢锭。这种炉主要用于合金钢的熔炼。用于熔炼钛、锆、钨、钼、钽、铌等活泼金属和难熔金属的自耗电弧炉,一般在真空下工作,因而称为真空自耗电弧炉。
单相电弧炉这种电弧炉用单相交流电供电。炉料在电弧间接加热。单相电弧炉多用于铜和铜合金的熔炼。
电阻电弧炉炉子结构同炼钢电弧炉相似。工作时,电极下端埋在炉料内起弧,除电极与炉料间的电弧发出热量外,电流通过炉料时炉料电阻也产生相当大的热量。这种电弧炉主要用于矿石的冶炼,因此又称矿热炉。(见彩图)
5特点
电弧炼钢炉以电能为主要能源。电能通过石墨电极与炉料放电拉弧,产生高达2000 ~ 6000℃以上的高温,以电弧辐射、温度对流和热传导的方法将废钢材料熔化。在炉料熔化时的大多数时间里,高温热源被炉料所包围,高温废气导致的热损失相对较少,因此热效率高于转炉等其他炼钢设施。除此之外,电加热容易地控制炉温,可以参考工艺需要在氧化氛围或还原氛围、常压或真空等任何条件下进行加热操作。
电弧炉炼钢工艺步骤短,设施简单,操作便捷,比较易于控制污染,建设投资少,占地面积小,无需像转炉炼钢那样需要依托于庞杂的炼铁系统。
电弧炉炼钢对炉料的适应性强,它以废钢为主要材料,但同时也能用铁水(高炉或化铁炉铁水)、海绵铁(DRI)或热压块(HBI)、生铁块等固态和液态含铁材料。
因为电弧炉炼钢炉内氛围可控、炉渣调整或更换的操作比较易行,而且可以在同一套操作系统之中来完成熔化、脱碳、脱磷、去气、除夹杂,温度控制、成分调整(合金化)等各阶段的复杂工艺操作。电弧炉炼钢可以间断性生产,在肯定范围内可以灵活地调换生商品种。除此之外,现代电弧炉还可以很多用辅助能源,如喷吹重(轻)油、煤粉、天然气 等。因此,电弧炉炼钢工艺适应性强,操作灵活,应用广泛。
电弧炉不只可以冶炼磷、硫、氧含量低的钢,而且可以用多种元素来进行合金化(包含铅、硼、钒、钛和稀土等易被氧化的元素),来生产各种钢和合金钢,诸如滚珠轴承钢、不锈耐酸钢、工具钢、电工用钢、耐热钢、磁性材料与特殊合金等。
虽然电弧炉炼钢有很多优点,但,因为国内现在废钢和电价本钱的问题,电弧炉炼钢没办法在普钢和长线商品上和转炉炼钢比拼。电弧炉炼钢仅在小批量、多品种、高合金比 的特殊钢生产范围里占据主导地位。
现在国际上一些短步骤的电炉生产企业,通常都是使用高输出功率的电弧炉。并且, 传统的带还原期的经典三期操作工艺已渐渐被炉外精炼等组合工艺技术所取代,电弧炉及其公辅设施装备也更为健全与合理。世界上电炉钢产量的比率在逐年增长。
国内是进步中国家,基本建设刚刚起步,大规模的废钢收购期还没到来,并且,国内的电力进步也不平衡,现在的电价还处于一个比较高的阶段。因此,电弧炉炼钢在国内的进步速度遭到了限制,没转炉炼钢进步得快。虽然电炉钢的总量也在增多,但电炉钢产量占总钢产量的比率却逐年降低,这与世界电弧炉未来发展趋势相反。
伴随国内电力设施的进步和废钢资源的积累,与国家对环境保护和矿产资源管理力度的强化,国内电弧炉炼钢未来发展趋势将会提高。届时,国内的电弧炉炼钢技术将会得到愈加全方位的进步。
电弧炼钢炉的材料主如果固体的废钢并配加合金料、调整碳含量用的生铁等,也可以用直接还原铁或配一部分热铁水,材料的选择范围广阔;因此,除一些超低碳品种钢,或者需要使用诸如真空处置等特殊方法的品种、特殊合金材料以外,大多数钢种几乎都可以冶炼。



