鍊鋼電弧爐

20世紀30年代電弧爐的最大容量為100噸,50年代為200噸，70年代初已有400噸的電弧爐投入生產。

高功率電弧爐(HP)和超高功率電弧爐 (UHP)是相對於一般的普通功率電弧爐(RP)而言的。它們主要是按每噸爐容量所配變壓器容量的多少來區分。20噸以上的爐子,普通功率電弧爐每噸爐容量的變壓器容量約300千伏安，高功率電弧爐約450千伏安,而超高功率電弧爐則為600千伏安以上,而且有越來越高的趨勢。這意味着單位時間內輸入電弧爐的熱能大幅度增加，使熔化時間顯著縮短，從而提高生產能力，降低電極消耗，減少熱損失，降低電能消耗，結果是使生產成本下降。例如日本的一座70噸超高功率電弧爐，變壓器容量60000千伏安,煉滾珠鋼，配上爐外精煉，冶煉週期僅70分鐘，相當於每分鐘產鋼1噸的高水平。為使爐子能在最佳的電制度(最充分和最經濟地使用電能)下工作,許多超高功率電弧爐採用電子計算機控制。超高功率電弧爐的功率大，單位時間內輸入爐中的熱量也大，耐火材料便成了一個薄弱的環節。研究和使用了塗有耐火材料的鋼製水冷爐壁和爐蓋 ^[1]  。

利用電弧熱熔鍊廢鋼等爐料產出液態鋼的設備。鍊鋼電弧爐包括爐體、機械設備和電器系統3部分。

電弧爐爐體呈茶壺形，是鍊鋼反應容器。爐體由爐身和爐蓋(爐頂)組成。爐身外殼用鋼板製作，其內為爐襯。爐牆由鎂磚(MgO)或鉻鎂磚(Cr2O3、MgO)砌築。爐底呈盆形，黏土磚和鎂磚之上有鎂砂燒(打)結層。酸性爐爐襯用石英磚(SiO2)及石英砂修砌。對爐襯耐火材料除有強度、耐高温及絕熱的基本要求外，還要求能承受爐渣的化學侵蝕，爐温反覆急變的熱衝擊及爐料塊和操作機械的碰撞。爐門和出鋼槽分別設在爐身直徑的兩端。爐門框和爐門蓋都通水冷卻，兩者之間接觸嚴密以便保持爐內還原氣氛。出鋼口用碎白雲石堵塞，出鋼時用鋼釺鑿開。大容量的電弧爐為了操作方便，開設第2個爐門，與第1個門成90。設置。爐蓋用高鋁磚或鉻鎂磚嵌砌於鋼製爐蓋圈內，呈拱形。爐蓋圈坐於爐壁上面，與爐身外殼相接觸的地方有沙封，其作用也是為保持爐子的密封，並便於爐蓋的對位。三根電極經由爐蓋中央三個互相等距的水冷密封圈(電極孔)伸入爐內。電極應具有良好導電性、足夠的機械強度和抗熱震的穩定結構，並且含雜質少，實際生產中多采用優質石墨電極。每根電極兩端分別製成陰、陽螺紋，以便於電極的接續。由於不可避免的高温氧化、熱崩及機械損傷等原因，每噸鋼平均消耗電極3～7kg。

爐子的機械設備按鍊鋼操作的需要和便利，設計並配置於爐體的上方、下部和側面。爐子出鋼槽一側稱為爐後，爐門一側則稱爐前，爐身的一旁有3根電極支柱，每根支柱上均備有一個電極升降柱，升降柱上帶有水平電極橫臂，其末端為水冷電極夾持器，夾住伸入爐內的電極。電極升降柱的作用是調整爐內電弧長度(改變功率)，對影響爐內電弧功率的偶然因素作出及時、快速的反應，保持各工藝階段給定電弧功率的穩定。升降柱的驅動及方向根據實際功率與給定功率之偏差，通過自動控制系統給出的指令進行。爐蓋和電極橫臂之間有一懸臂式或龍門式的小平台，在此進行電極的接續和放置爐頂的啓閉機構，小爐子則無此平台，電極接續在爐頂上進行。爐體置於其下部的傾動式爐座上。爐座的上平台即為鍊鋼操作平台。爐座載於混凝土基礎上，通過弧形梁與基礎上的水平軌梁相齧合。運作傾動機構可使爐體連同電極柱系統作為一個整體向爐後傾動出鋼或向爐前傾動出渣。混凝土基礎之間敷設鐵路線，鋼包車和渣車沿此線出入。

機械設備的設計和配置隨爐子容量不同有明顯差異。小爐子通常可由爐門用人工或裝料機裝料；而大爐子一般均用料筐自爐子頂部裝入。

(1)爐身開出式。提起爐蓋及電極，爐身沿平台軌道向爐前開出，橋式吊車將料筐自爐頂將料裝入爐內。此種加料方式要求爐座內有爐身推出裝置且爐前平台亦應有部分能移動；

(2)爐頂開出式。爐頂及電極升起，電極支柱系統及平台向爐後開出，然後吊車裝料，此類爐子的上部機構通常置於龍門式平台上，使電極和爐頂運行平穩；

(3)爐頂旋轉式。爐蓋和電極提升後，以三根電極的共同基礎的中心點為軸，將爐頂旋開進行裝料。

供電系統 電弧爐鍊鋼時要耗用巨大電能，設有完備的供電系統方能保證熔鍊的正常進行和安全。主迴路上設有隔離開關、高壓開關、塞流線圈(電抗器)、塞流線圈的分流開關及爐用變壓器。主迴路上還連接有電壓、電流互感器，將其與檢測、指示、記錄儀表及調控裝置相連接。隔離開關用於高壓線路有電壓載荷時的切斷和閉合，只在高壓開關斷開之後才能動作。電弧爐工作要求多次反覆地通電和斷電，為了保證高壓開關工作的可靠無誤，還配置有油斷路器或空氣斷路器。

變壓器是電弧爐供電系統的核心設備，它要求能承受較大的過載；高温、高壓下具有良好的絕緣；有較高的機械強度；變壓比大；副邊電壓可變換的級數多，並能在負載下變換，以便適時有效地調控輸入爐內的電能。

塞流線圈的功能是：增加電弧燃燒時的穩定性；控制電極與爐料接觸短路時電流的衝擊強度。塞流線圈做成變壓器形狀，置於單獨的油箱中，也應具有較高的機械強度。當電弧穩定、不易發生短路時，應及時將它從電路中切掉。

短網是指由變壓器副邊引出線至電極夾持器這一段線路，由於通過數萬安培以上的電流，短網需採用特殊結構以減少線路的電阻和感抗。

調節電極升降的自動控制系統必須具有高靈敏度。常用的自動調節裝置有：電機放大機一直流電動機式；可控硅一直流電動機式；可控硅電磁轉差離合式以及電動隨動閥一液壓差動式等。液壓差動式的電動隨動閥具有調節速度快，靈敏度高的優點，其系統滯後時間僅有0.15～0.3s，且傳送功率大。

超高功率電弧爐有突出的優點，但必須具有下列條件，才能充分發揮作用：①強大的供電網。短路容量應為最大爐子變壓器容量的80倍以上。或是安設巨大的電容補償裝置（這樣做費用很高），以減小網路上的電壓波動，免得影響其他用電設備的正常工作。②超高功率電極。超高功率電弧爐在單位時間內輸入的電能比普通功率電弧爐高得多，這是同等斷面的普通功率電極不能勝任的。加大電極斷面會使其支承、傳動甚至整個爐子的結構笨重，還會對控制系統造成困難。超高功率電極的原料是針狀瀝青，電極的結晶組織具有方向性。其導電性、熱傳導性、抗氧化性、強度等性能都優於同等斷面的普通功率電極。③高效的生產管理制度。對19座超高功率電爐的調查結果指出，約20%達到了超高功率的效果，60%只發揮了60～70%的能力，另外的20%則未發揮作用。其中，生產組織管理極為重要，不能簡單地認為，電弧爐配備一個大容量變壓器就能達到預期目的。

由於超高功率電弧爐和各種爐外精煉法的出現，電弧爐有作為單純熔化設備的趨勢；並配置與所生產鋼種相適應的爐外精煉設備，以便充分利用爐子變壓器的能力，提高鍊鋼產量。