[其他]磁镜式直流电弧炉

说明书

本发明创造属于冶炼设备领域，更确切地说，是一种电弧炉。可用在工业生产中冶炼金属，特别是炼钢，以及冶炼电石、硅化合物、黄磷。

在现代冶炼设备中，电弧炉多采用三相交流供电、交流供电存在着功率因数低，三相电流不平衡，二次短网损耗大，交流电弧不稳，噪音大，耐火材料消耗多等缺点。随着大功率硅整流元件的问世，把电弧炉改为直流供电已成为可能的事情。瑞典ASEA公司和西德KRUpp公司合作、于1983年采用单电极结构，制造了世界上用于炼钢生产的五十吨直流电弧炉，即SE直流电弧炉。参见西德《Single    Electrode    DC    Arc    Furn－ace    Jointly    developed    by    ASEA    and    KRUpp》资料。

已有的直流电弧炉，电气主迴路是：电抗器与高压电源相接，经断路器通入变压器一次侧，降压后由硅二极管整流成为直流电，其负极和石墨电极相连，正极接在炉子的底电极上，机械部分包括炉盖、炉体以及可调高度的电极支持臂。

SE直流电弧炉，虽称单电极结构、但实际上它是有四个电极，炉子正中的石墨电极为主电极、炉底中部还有一个大面积的铜电极称为底电极，为了克服引弧的困难，又在主电极左右对称设置了两个铜电极作为辅助电极。

底电极存在着不可克服的矛盾：在现有材料中凡是电的良导体都是热的良导体，底电极要具有好的导电性，则必然会有大量的热损失，底电极要具有较好的绝热性能，又必然增大电阻，导电过程中产生较大的I²RT损耗。

为了尽量减少热损耗，底电极采取了十分复杂的结构，即在炉子的底部放入占底面积80％的铜板，上面用镁砂、石墨砖盖住，然后再用白云石耐磨衬或用镁砖之间夹上薄钢板加以覆盖，底部用鼓风机进行冷却。这样，使得设备制造和维修困难，总投资加大。另外，当炉底补修或出钢后，残留的钢渣会使下次冶炼造成底电极接触不良，I²RT损耗加大，因此不得不借助两根辅助电极才能引弧工作，由于底电极存在上述缺点，因此不能适应生产上的需要。

本发明创造的目的是为了克服SE直流电弧炉的缺点，取消底电极，制造一种多电极直流供电的电弧炉。

本发明创造是在普通电弧炉炉体的上部垂直于炉体中心线增设一个环绕炉体的磁镜线圈，磁镜线圈的作用是，使炉体内部形成一个上强下弱的磁场，因为该磁场对带电粒子有反射作用，故称为磁镜。此磁镜磁场在弧区的磁场强度大于50奥斯特时，可以有效地约束电弧等离子体。磁镜磁场和电极及其供电母线的电流产生的磁场在弧区附近的综合磁场方向应通向炉料，并尽量远离炉墙。

在多电极结构的电弧炉中，一个电极电流产生的磁场会把其他电极弧区的电弧等离子体吹向炉墙。磁镜的作用防止了电弧的偏吹，因而可以采用直流多电极供电的技术方案来克服SE直流电弧炉底电极存在的缺点。

本发明创造还采用了真空接触器和可控硅开关串联后和电抗器并联组合电路，使电抗器在电流为零或短路时串入电路中，保证了短路电流小。正常工作时，电抗器被短接，损耗小，可以选用小容量的电抗器。

本发明创造使用的石墨电极及其接头中心，有一个φ15毫米的通孔。当冶炼过程在氧化期。可吹入压缩空气；进入还原期。可吹入二氧化碳或氩气，在此射流的携带下，可以改变不带电的热空气的对流方向，提高电弧与炉料的热交换效率，减少电极和炉盖的烧损。

本发明创造对大功率整流器硅二极管元件，采用辐射式对称并联电路，均流效果好。

磁镜式直流电弧炉的优点：

由于磁镜的作用，使弧区的电弧等离子体的绝大部分被反射入炉料中，大大缩短了熔化期的时间，显著地提高了电弧炉的热效率。同时，因大量等离子体被反射进入炉料中，所以化学反应迅速。

另外，等离子体很难达到炉墙、炉盖和电极外周表面，故耐火材料和电极的消耗显著下降。

由于磁场和熔化了的炉料中的直流电流相作用，产生搅拌力使炉料温度、成分均匀。

磁镜式直流电弧炉具有生产效率高，材料消耗低，产品优质的特点，对于现有电弧炉的改造，提供了先进的技术方案。

一个实际容量为20吨，变压器容量为7000千伏安的磁镜式直流电弧炉的构成见附图。

电网电流通过电源隔离开关〔1〕与断路器〔2〕连接，电抗器〔3〕串接在断路器和变压器〔6〕之间，真空接触器〔4〕和可控硅开关〔5〕串接后与电抗器并联，经硅二极管整流器〔7〕整为直流，直流电源的负极与两侧石墨电极〔12〕相接，正极与中间石墨电极〔11〕相接，石墨电极穿过炉盖〔9〕进入炉腔，炉体〔13〕的上部绕有磁镜线圈〔8〕，并和磁镜电源〔10〕连接。