炼钢电弧炉(electric arc steelmaking furnace)

利用电弧热熔炼废钢等炉料产出液态钢的设备。炼钢电弧炉包括炉体、机械设备和电器系统3部分。

炉体     

电弧炉炉体呈茶壶形，是炼钢反应容器。炉体结构如图1所示。炉体由炉身和炉盖(炉顶)组成。炉身外壳用钢板制作，其内为炉衬。炉墙由镁砖(MgO)或铬镁砖(Cr₂O₃、MgO)砌筑。炉底呈盆形，黏土砖和镁砖之上有镁砂烧(打)结层。酸性炉炉衬用石英砖(SiO₂)及石英砂修砌。对炉衬耐火材料除有强度、耐高温及绝热的基本要求外，还要求能承受炉渣的化学侵蚀，炉温反复急变的热冲击及炉料块和操作机械的碰撞。炉门和出钢槽分别设在炉身直径的两端。炉门框和炉门盖都通水冷却，两者之间接触严密以便保持炉内还原气氛。出钢口用碎白云石堵塞，出钢时用钢钎凿开。大容量的电弧炉为了操作方便，开设第2个炉门，与第1个门成90^。设置。炉盖用高铝砖或铬镁砖嵌砌于钢制炉盖圈内，呈拱形。炉盖圈坐于炉壁上面，与炉身外壳相接触的地方有沙封，其作用也是为保持炉子的密封，并便于炉盖的对位。三根电极(图1中只示出两根)经由炉盖中央三个互相等距的水冷密封圈(电极孔)伸入炉内。电极应具有良好导电性、足够的机械强度和抗热震的稳定结构，并且含杂质少，实际生产中多采用优质石墨电极。每根电极两端分别制成阴、阳螺纹，以便于电极的接续。由于不可避免的高温氧化、热崩及机械损伤等原因，每吨钢平均消耗电极3～7kg。

机械设备      

炉子的机械设备按炼钢操作的需要和便利，设计并配置于炉体的上方、下部和侧面(见图2)。炉子出钢槽一侧称为炉后，炉门一侧则称炉前，炉身的一旁有3根电极支柱(图2中只示出1根)，每根支柱上均备有一个电极升降柱，升降柱上带有水平电极横臂，其末端为水冷电极夹持器，夹住伸入炉内的电极。电极升降柱的作用是调整炉内电弧长度(改变功率)，对影响炉内电弧功率的偶然因素作出及时、快速的反应，保持各工艺阶段给定电弧功率的稳定。升降柱的驱动及方向根据实际功率与给定功率之偏差，通过自动控制系统给出的指令进行。炉盖和电极横臂之间有一悬臂式或龙门式的小平台，在此进行电极的接续和放置炉顶的启闭机构，小炉子则无此平台，电极接续在炉顶上进行。炉体置于其下部的倾动式炉座上。炉座的上平台即为炼钢操作平台。炉座载于混凝土基础上，通过弧形梁与基础上的水平轨梁相啮合。运作倾动机构可使炉体连同电极柱系统作为一个整体向炉后倾动出钢或向炉前倾动出渣。混凝土基础之间敷设铁路线，钢包车和渣车沿此线出入。

机械设备的设计和配置随炉子容量不同有明显差异。小炉子通常可由炉门用人工或装料机装料；而大炉子一般均用料筐自炉子顶部装入。炉顶装料有三种方式：(1)炉身开出式。提起炉盖及电极，炉身沿平台轨道向炉前开出，桥式吊车将料筐自炉顶将料装入炉内。此种加料方式要求炉座内有炉身推出装置且炉前平台亦应有部分能移动；(2)炉顶开出式。炉顶及电极升起，电极支柱系统及平台向炉后开出，然后吊车装料，此类炉子的上部机构通常置于龙门式平台上，使电极和炉顶运行平稳；(3)炉顶旋转式。炉盖和电极提升后，以三根电极的共同基础的中心点为轴，将炉顶旋开进行装料。

供电系统      

电弧炉炼钢时要耗用巨大电能，设有完备的供电系统方能保证熔炼的正常进行和安全。从高压电缆至炉子的电气主回路如图3所示。主回路上设有隔离开关、高压开关、塞流线圈(电抗器)、塞流线圈的分流开关及炉用变压器。主回路上还连接有电压、电流互感器，将其与检测、指示、记录仪表及调控装置相连接。隔离开关用于高压线路有电压载荷时的切断和闭合，只在高压开关断开之后才能动作。电弧炉工作要求多次反复地通电和断电，为了保证高压开关工作的可靠无误，还配置有油断路器或空气断路器。

变压器是电弧炉供电系统的核心设备，它要求能承受较大的过载；高温、高压下具有良好的绝缘；有较高的机械强度；变压比大；副边电压可变换的级数多，并能在负载下变换，以便适时有效地调控输入炉内的电能。

塞流线圈的功能是：增加电弧燃烧时的稳定性；控制电极与炉料接触短路时电流的冲击强度。塞流线圈做成变压器形状，置于单独的油箱中，也应具有较高的机械强度。当电弧稳定、不易发生短路时，应及时将它从电路中切掉。

短网是指由变压器副边引出线至电极夹持器这一段线路，由于通过数万安培以上的电流，短网需采用特殊结构以减少线路的电阻和感抗。

调节电极升降的自动控制系统必须具有高灵敏度。常用的自动调节装置有：电机放大机一直流电动机式；可控硅一直流电动机式；可控硅电磁转差离合式以及电动随动阀一液压差动式等。液压差动式的电动随动阀具有调节速度快，灵敏度高的优点，其系统滞后时间仅有0.15～0.3s，且传送功率大。