新型直流电弧炉提升产能、降低成本

在实际生产中，大型直流电弧炉会出现偏弧现象。随着变压器容量的增大，偏弧现象越加明显，并对直流电弧炉的运行带来许多不利的影响。如：废钢熔化不均匀；热损失增大；重新出现炉壁热点，造成炉壁局部损伤，加快炉壁的损坏；出现熔渣局部堆积；电极端消耗不均增加电极消耗；严重影响氧枪吹氧操作、氧燃烧嘴的布置和使用及炉内气流流动模式等。一般50t以上的直流电弧炉需考虑偏弧的影响。

改善和控制偏弧的措施可从电流和二次导体两方面着手，使电弧垂直向下燃烧。在控制电流在钢水中的流动路径方面，棒式水冷底电极具有较大的优势，但由于电弧炉是三维的，冶炼过程和影响因素又极其复杂，需要有强大而有效的控制模型才能实现。目前比较实际的办法是改变炉底阳极二次导体空间布置和将电极向电弧偏弧的反方向移动一段距离。日本东京制钢公司130t直流电弧炉采用此法后取得了较好的效果，虽不能消除偏弧现象，却可有效地改善炉壁热点问题。

为了更好地发挥直流电弧炉的优越性，冶金工作者在传统直流电弧炉基础上，针对原料多样化、废钢预热、连续生产以及电极成本等方面进行了技术创新，开发了多种形式的新型直流电弧炉。

3.3.1 倾斜电极竖炉直流电弧炉

为改善常规电弧炉的经济效益和环保条件，克服垂直电极的电弧炉不能充分利用废气的余热和加料时烟气污染的缺点，奥钢联（VAI）公司开发了倾斜电极竖炉直流电弧炉。该炉型是直流供电的竖炉，但有4根独立可活动的石墨电极以一定的倾角伸入炉内，炉底阳极位于炉底的中心。炉子竖井下部侧壁开孔，石灰和焦炭通过该开孔由料槽加入炉内。竖井上部设有用于往竖井内加废钢的侧门和用于通过电弧炉废气的集气孔。废钢通过输送带向竖井内送料。炉子由可倾动的炉衬和复合竖井所组成，两者间用一可活动的竖井环连接。炉子上部，即竖井和竖井环衬用水冷却。竖井用放置在滑架上的钢结构封闭，整个炉子置于可倾动的支承机架上。竖井通过该滑架和炉子分离，而竖井环则起把竖井和炉衬紧密连接的作用。直流电弧炉采用偏心底出钢技术。

3.3.2 双电极竖炉直流电弧炉

双电极竖炉直流电弧炉（IHI Shaft Furnace）是一种带废钢预热和连续熔化的新型电弧炉。该炉的炉壳为椭圆形，设有两根石墨电极，炉底对应有两块导电耐材的底电极，两根石墨电极各自有一套独立的供电系统，每根电极的功率可分别独立控制。通过供电系统的合理布线控制电弧，使之向炉子中心偏斜。因而电弧的能量集中在炉子的中心，炉壁的热负荷比传统的电弧炉低，因此炉壁使用耐火材料来取代水冷炉壁以减少热损失。废钢从两电极之间的炉顶加入。废钢加料系统由预热室和加料设备两部分组成。废钢从受料漏斗加入预热室，来自电弧炉的废气向上流入预热室对废钢进行预热。在预热室底部设有两个推钢机以使废钢以恒定的速度加入炉内。废气从预热室的顶部流出进入布袋过滤器，部分废气可循环重新入炉以调节废气预热的入口温度。废钢是连续加入炉内的，直到达到所需的熔池钢水量。接着进行精炼或升温，使钢水达到出钢要求。在整个一炉钢的熔炼过程中，输入炉内的功率可认为是恒定的。冶炼过程的多数操作几乎完全自动化，且是在炉内有大量钢水的情况下进行的，因此电弧稳定，操作平稳，大大降低了噪声和闪烁。(www.xing528.com)

3.3.3 环形竖炉直流电弧炉

环形竖炉直流电弧炉（CONTIARC电弧炉）无传统形式的炉盖，其竖井为由内筒和外筒围成一环形的竖井，竖井可看成是沿着炉壳向上延伸而成，虽然在结构上并非如此。内筒用于隔开下落的废钢，并便于装置电极夹持和导向系统。废钢分批加入到位于中央内筒和外筒所形成的环形竖井内。随着废钢的熔化，环形竖井内的废钢连续下降，上升的炉气沿整个环形竖井断面逆流而上，在与废钢的充分接触过程中进行强烈的热交换，从而连续地预热加入的炉料。在电弧熔化废钢时，在中央内筒下方形成一空腔，电弧在空腔的中心稳定地燃烧，空腔周围充满未熔废钢。因此，在熔炼过程中，整个水冷壁表面受到废钢的保护，完全避免了电弧热负荷的影响，使热损失降到最低。

3.3.4 带风口喷吹直流电弧炉

克劳克纳（Klockner）技术集团和东京制钢公司联合开发了带风口喷吹熔炼工艺的电弧炉（Klockner Electric Steel Process，KES）。KES废钢熔炼工艺的主要技术特征就是采用向电弧炉熔池内喷吹煤粉作为能源以降低电耗；同时往熔池吹氧以燃烧喷入的煤产生CO，然后向炉膛内吹入氧气，在电弧炉内进行CO的二次燃烧生成CO₂，从而回收大部分的热能并增加传入熔池的热量；此外，在炉底吹入惰性气体或C₃H₈或O₂以搅拌熔池，加速废钢的熔化。

德马格公司开发了带侧吹风口的电弧炉，称为KORFARC电弧炉。其目的是使用废钢、生铁、海绵铁和铁水，优化生铁或铁水的使用，缩短冶炼时间，提高生产率，降低电能和电极消耗。其主要结构特征是，在电弧炉炉壁上，靠近炉底球缺的上水平面上设置2～4个风口以喷吹氧气、燃料（燃油或炭粉）。当炉内完全为固体炉料时，则通过风口系统用氧气浸入式喷入高碳的物料，如液体燃油或炭粉等。而使用铁水时则只吹氧气。在风口正上方的炉膛（渣线以上炉壁）喷吹适当的氧气用于从熔池内冒出的CO的二次燃烧。同时，CO在熔池内上升穿过熔渣层的过程中还原渣中的FeO，从而提高电弧炉的金属收得率。