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- 47、2025-11-05真空电弧炉：合金的“精炼卫士”航空盘件、核电蒸发器管、医用钴铬关节……这些合金对氧、氮、氢及夹杂物的控制常以“ppm”甚至“ppb”计。真空电弧炉（VAR）作为一道“守门员”，在10⁻²—10⁻³Pa的低压环境中，用长弧等离子体把自耗电极逐层熔化。由于熔池表面无渣覆盖，气体分压极低，碳氧反应、氮化物分解被推向平衡右侧，氧含量可降到15ppm以下，氮含量可降三成以上。低压长弧的另一优势是凝固控制。水冷铜坩埚即时带走热量，熔池浅而平，形成定向凝固条件，可抑制宏观偏析与黑斑缺陷。对Ti-6Al-4V航空棒材而言，VAR二次重熔后，超声波探伤合格率可由92%提升到99%以上，为后续锻造提供高可靠坯料。近年来，随着数值模拟普及，工厂可在熔炼前通过ANSYS Fluent计算熔池形貌，优化弧长、电流曲线，减少试验次数，缩短新品开发周期。当然，真空系统、驱动密封、高压直流电源是VAR的三大“护城河”。任何一处泄漏都会让氧、氮指标反弹；任何瞬间断弧都会在钢锭留下冷隔缺陷。日常需执行“三级检漏”：日常保压、月度氦质谱、年度系统标定，确保漏率≤1Pa·m³/s。只要维护体系到位，真空电弧炉就能在合金赛道持续扮演“精炼卫士”角色，为关键零部件提供可靠材料支撑。
- 48、2025-11-03直流矿热炉：铁合金赛道的节能“慢火”铁合金行业长期面临“高电耗、高电极糊消耗、高粉尘”的三高难题。直流矿热炉（DC-SAF）通过把三相交流改为单电极直流，使电流路径由横向环流变为纵向穿芯，高温区从炉壁转向料柱中心，炉墙热负荷下降，侧壁结瘤减少，出炉口清理周期可由一周延长到两周以上，工人劳动强度直线下降。纵向电流带来的第二个好处是功率密度可调。传统交流炉受限于弧根漂移，功率开到12MW即现弧光偏吹；直流炉通过数字整流器可把弧压精细到±1V，弧流在50kA—120kA线性升降，让高硅硅锰、硅铬等难冶炼品种也能在1450℃—1650℃区间长期稳定。某西北硅锰企业改造30MVA直流炉后，平均冶炼电耗由4200kWh/t降至3780kWh/t，按当地目录电价0.45元/kWh计，吨铁合金节省电费约190元，年产能15万吨即新增利润近三千万元。不过，直流矿热炉的“慢火”特性也要求更精细的原料管理。粒度差、水分高会导致料柱电阻分布失衡，出现局部过热或塌料。工厂需配套烘干、筛分、压球系统，把入炉料水分控制在2%以内，粒度区间缩至10—40mm。同时，炉底导电耐火材料需在高温下持续导电，一般选用含钛、含铬复合碳砖，并铺设多层温度测点，实现远程诊断。只要原料与炉衬管理到位，直流矿热炉就能在铁合金赛道跑出“低电耗、高回收率、长周期”的稳健节奏。
- 49、2025-10-29直流电弧炉：低碳炼钢新路径的稳健选择在钢铁企业寻求更经济、更可控的熔炼方案时，直流电弧炉（DC-EAF）正以“单电极、低噪音、低电极消耗”的差异化优势，进入越来越多工厂的规划表。与三相交流炉相比，直流炉仅设一根顶部石墨电极，底电极通过炉底导电，电流自上而下形成稳定弧柱。弧光集中、偏弧少，带来三方面的直接收益：电极消耗下降约三成，炉壁热点区热负荷降低，运行噪音可降十分贝左右。对24小时连续生产的车间而言，噪音与耗材的“双降”意味着更宽松的维护窗口与更少的备件资金占用。“稳定”二字还体现在电网侧。直流系统配备整流柜，将交流波动滤成平滑直流，有效削弱闪变与谐波，对周边精密加工或变电站的冲击更小。加之整流环节可叠加PWM、IGBT等模块，实现兆瓦级功率调节，工厂可像“调音台”一样按废钢装载量实时升降负荷，降低需量电费。某华东不锈钢厂改造后，*大需量从58MW压至49MW，一年节省容量费近百万元。当然，直流炉并非“万金油”。炉底导电方案有金属棒式、导电耐火砖式与复合式三种，寿命与成本差异大；金属棒更换方便但耐侵蚀一般，导电砖寿命长却初期投入高。选型时应结合产品大纲：若以400系不锈钢为主，耐蚀要求相对低，可优先金属棒方案；若计划高合金或镍基钢，则导电砖更具性价比。此外，直流炉对废钢原料粒径更敏感，轻薄料比例过高易致弧柱漂移，需搭配料篮压实或废钢剪切工序。综合来看，直流电弧炉在100t以下、以废钢为主、对电极与环保成本敏感的中小型炼钢车间，是一条稳健且可持续的升级路径。
- 50、2025-09-06热装高铁水比的试验结果与分析根据现场生产需要，分别采用了4种冶炼模式进行试验：①GMBH自耗式碳氧枪进行全废钢冶炼；②GMBH自耗式碳氧枪冶炼40%铁水比冶炼；③GMBH自耗式碳氧枪70%铁水比冶炼；④超音速水冷氧枪进行70%铁水比冶炼。4种冶炼模式对电弧炉的冶炼周期、吨钢电耗和吨钢氧耗的影响见图1。
在全废钢冶炼时冶炼成本在4种工艺里是**高的；热装铁水比在40%时，使用GMBH自耗式碳氧枪，冶炼周期与冶炼氧耗均较佳，但是电耗较高；第3种工艺，热装铁水比在70%时，使用GMBH自耗式碳氧枪，其缺点是消耗大量吹氧管和供氧效率低，必然导致冶炼周期加长，吨钢氧气消耗量增大；在第4种工艺，热装铁水比在70%时，使用超音速水冷氧枪，并配加其他辅助复合用氧，由于超音速水冷氧枪的特性和操作的改善，提高了有效供氧强度和供氧效率，使得冶炼周期和吨钢电耗、氧耗下降。
直流电弧炉热装高铁水冶炼，吹氧时自然形成的泡沫渣（氧化中、后期），足以包覆弧光，吹炼初期随着低碱度炉渣的放出，应多批量加渣料，使炉渣碱度缓慢上升，既能持续保证炉渣的流动性，又能提高冶炼效率，缩短冶炼时间。至于氧化前期，如果需要送电，可调整渣量和炉渣碱度提高炉渣的发泡能力。实践中发现，发泡良好的炉渣，如暂停供氧，泡沫渣消失后，再重新供氧，6～10S后炉渣重新发泡。
另外，热装高铁水比冶炼存在的炉壁、炉盖的喷溅钢渣问题，经观察分析认为炉壁、炉盖是否溅钢主要取决于炉渣的流动性和泡沫渣。吹炼初期，铁水中的［Si］优先氧化，渣中SiO2浓度迅速上升，同时［Fe］部分氧化，渣中FeO浓度亦迅速上升，此时熔渣碱度很低，流动性良好，另一方面，C－O反应生成的CO气泡迅速逸出渣面，故形不成泡沫渣。吹炼继续进行，炉门排渣，加料造新渣，此时吹氧，熔渣发泡良好。影响炉壁粘钢的另一因素是渣量。冶炼后期渣量小时，尽管炉渣发泡好，流动性也好，但仍有溅钢现象，故应保持合适的渣量，一般不低于钢水质量的2%。
- 51、2025-06-19电弧炉与中频炉有啥区别？电弧炉（electric arc furnace）是种利用电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很集中，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，能有地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于**合金钢的熔炼。
中频炉是种将工频50HZ交流电转变为中频（300HZ以上至1000HZ）的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。
分类：
电弧炉有多种分类方式。
按电的熔炼形式分为
（1）非自耗电式电弧炉，它是用钨或石墨等作电，熔炼过程中电本身不消耗或消耗很少。
（2）自耗电式电弧炉，它是用被熔炼的金属作电，金属电边熔化、边自身消耗。
按电弧长度的控制方式分为
（1）恒弧压自动控制式电弧炉，它是依靠两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升降，以保持电弧长度的恒定。
（2）恒弧长自动控制式电弧炉，它是依靠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，它是根据金属熔滴形成及滴落过程中所产生的脉冲频率以及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，即每熔炼炉作为个周期。
（2）连续性作业式电弧炉，这类电弧炉有两种形式。种是炉体旋转式；另种是两台炉子共用台直流电源，即当台炉子熔炼结束之后，切换电源到另台炉上立即开始下炉的熔炼。
按炉体结构形式分为
（1）固定式电弧炉。
（2）旋转式电弧炉。
而中频炉则只有种分类，就是按照吨位分类，具体可参考中频炉分类。
优势
电弧炉
电弧炉炼钢工艺流程短，设备简单，操作方便，比较易于控制污染，建设投资少，占地面积小，不需要像转炉炼钢那样必须依托于庞杂的炼铁系统。
电弧炉炼钢对炉料的适应性强，它以废钢为主要原料，但同时也能使用铁水（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原料。
现代电弧炉还可以大量使用辅助能源，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。
电弧炉不仅能够冶炼磷、硫、氧含量低的**钢，而且可以用多种元素来进行合金化（包括铅、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、磁性材料以及殊合金等。
中频炉
加热速度快、生产率高、氧化脱炭少、节省材料与成本、延长模具寿命
工作环境优越、提高工人劳动环境和公司形象、无污染、低耗能
加热均匀，芯表温差小，温控精度高
- 52、2025-03-25电弧炉冶炼中石墨电极消耗的原因及降低消耗的措施石墨电极的消耗机理
石墨电极作为电弧炉冶炼中的导电材料，其消耗随着电功的消耗而生成比关系。现代电弧炉炼钢以电能和化学能为热能源，来实现炼钢过程中四脱(P、C、O、S)、二去(气、杂)、二调(温度、成分)的目的，石墨电极的使用性能在用户中主要体现在是否适用和消耗多少，而电极的消耗除与自身质量有着直接关系。石墨电极在电弧炉冶炼中的消耗主要由以下几部分组成。
1.1电炉内的石墨电极端部与外圆表面的消耗
石墨电极在电弧炉内送电中产生的电弧有长、中、短弧之分，而熔化炉料和升温则取决于电弧功率。弧长与二次电压成正比关系，与二次电流和升温速度成反比。为提高冶炼速度而大幅度缩短冶炼时间，均采用强制吹氧的高化学能操作，这对石墨电极的抗氧化性和抗热震性提出了更高要求。冶炼中石墨电极的端部消耗包括-电弧高温中产生的升华，与钢水和钢渣接触中产生的化学反应。石墨电极的氧化损失约占总消耗的2/3左右，其氧化损失是单位氧化速度与面积的积且与时间有正比关系，冶炼中加热时间越长消耗越大，所以在电弧炉电极上安装水冷喷淋系统是十分必要的。正常冶炼中石墨电极进入钢水的含碳量一般为0.01%左右，其端部消耗开关呈非锥尖状为正常现象。
1.2 在冶炼中产生的石墨电极的残体消耗
残体消耗是指冶炼中**下支电极因故掉入炉内并成为**终废品而脱离生产过程的非生产性消耗部分。残体的产生不仅与接头和电极的内在质量有关，而且还与炉内布料分布、炉内气氛和送电操作等因素有着直接关系。主要的外观现象有：残体底端部有“人”字型裂纹且有大型纵裂或劈裂;连接处不严密致使接头先行氧化而脱落或折断;连接不到位或配合不好而产生脱落或折断;电极受外力作用发生接头或孔底部折断;电极受外力作用发生接头或孔内部折断;炉内布料不合理致使穿井后塌料面积大或送电曲线操作不合理均能造成电极严重折断;电极本身质量差等。这部分损失在保证电极质量的前提下，正常生产中产生的量不大，但直接使用者对此却很重视。
1.3 电极表面氧化剥落并伴有开裂和掉块的消耗
在正常冶炼生产中，若石墨电极表面出现凸凹不平或伴有剥落和掉块现象，那么在钢水中就存在了增碳问题。这种现象一方面反映出了电极的抗氧化性能和抗热震性能差;另一方面则是冶炼中水平吹氧时间过长或吹氧量过大而造成炉内和炉上严重富氧，致使电极过氧化损失加大;第二是如果存在严重的脱落现象，还必须要考虑到电极的问题。这种非正常消耗是对产品内在质量和技术服务水平的一种考验。
1.4 冶炼中石墨电极折断所造成的直接损失
石墨电极在所有的电炉冶炼中产生折断是常见现象，也是影响消耗的**主要因素。在复杂的环境中连续消耗使用偶尔发生折断是正常现象，但连续发生折断就不正常了。究其原因与诸多因素相关。总体看可分为：人为折断和机械折断。人为折断主要包括：吊运中磕碰、划伤，连接不到位或方法不当，平持器中滑动不当，硬碰撞或传动控制灵敏度差等。机械折断中除机械故障外，电极质量问题和操作问题往往是同时存在而且很难分清。主要存在以下现象：
㈠电极本体折断现象
一是电极可能有结构缺陷可强度较低;二是冶炼中穿进后仍短弧操作而有较大塌料的侧向撞击力;三是炉上三相电极严重不垂直且有挂炉炉渣或刮炉盖现象等。折断时声音很脆很大。
㈡电极本体孔底折断现象
一是电极端部结构疏松或有暗纹、接头与孔配合不当或材质差异线膨胀系数不匹配;二是整相电极不同心，电极行程过长或升降不灵敏;三是炉内面料不合理，电极下方有不导电物等。折断时声音不大但倾斜较重。
㈢接头折断呈不规则现象
一是接头加工锥度有差异或接头孔椭圆度过大;二是联接时孔内灰尘多造成接触电阻过大致使接头丝扣局部氧化过快;三是电极联系不到位而未达到力矩要求产生松动;四是把持器倾斜，电极与炉盖孔不同心等。折断时声音脆而小。
㈣接头折断呈规则现象
一是接头自身质量差异大，接头强度满足不了冶炼炉况的需求;二是电极孔与接头公差配合不当或联接力矩达不到要求产生退扣;三是供电中二次电流波动范围过大或有突增现象，**大瞬间电流远超过额定值1.2倍以上;四是输入功率过大时产生的热震动也过大，电极联接处易发红而显示电阻过大。折断时声音发闷。
冶炼中影响石墨电极消耗的因素
炼钢工艺中的电弧炉冶炼有粗炼和精炼之分，但均由石墨电极把电能传入电炉内而转变成热能达到升温熔化固体炉料的目的。粗炼是以熔化废钢并排出有害气体和杂质为目的的氧化过程，精炼同是以升温来调整钢种元素和去气去杂质的还原过程。由此可见，电弧炉冶炼就是利用石墨电极调节炉温来实现氧化还原反应而达到炼钢工艺要求的。冶炼中广义的石墨电极的消耗可分为有功消耗，也自然消耗或叫技术消耗。无功消耗是未参加加热过程或未完全参加加热过程的有形消耗，也是非技术性消耗。
2.1 影响石墨电极消耗的主要因素
电炉炼钢中对石墨电极的消耗贯穿在整个冶炼工艺过程中，其消耗大小受许多因素影响，这里仅为冶炼过程的操作来做以剖析。
㈠废钢质量差或配比不当致使造渣效果不好而延长冶炼时间
加料次数和穿井资料增多加大了电极底部的损坏及折断概率;冶炼时间加长是导致电耗与电极消耗与损失上升的直接因素。
㈡电炉供电设备与电极规格品种不匹配
电弧炉送电是高流低压操作。若供电设备能力过大而超出电极极限负荷时，起弧5~10min内电极则有由下**的发红现象，联接处界线十分明显且大多有折断事故发生;电流过高或波动过大，联接处接头折断频率提高而且底部消耗呈锥尖状。若供电能力低，炉温在有效中热时间内达不到工艺要求将需延时操作。超负荷与超时操作对石墨电极的损失和消耗是**大的。
㈢氧化期强制增大化学能和提高冶炼强度
冶炼中强制加大吹氧量(一般小于45m³/t)以达到快速熔化和提高炉温，这样易使炉况恶劣而且炉内和炉上呈富氧状态，使每相电极都处在高温火焰之中。电极处在这种炉况环境时，大多有起层和表面氧化严重现象。
㈣ 电炉的配置和操作的技术性
现代电弧炉与传统电炉有本质的差异，超高功率大型化电弧炉及热装炼钢工艺的出现提高了冶炼强度和产能，从而对石墨电极的质量也提出了更高的技术要求。操作中对送电曲线和挡位的选择，对起弧和稳弧电压电流的控制，对长、中、短弧的配合使用，水冷系统的配置和应用等，都对电极的使用寿命和消耗起到了关键作用。
㈤石墨电极的质量
现在电弧炉的冶炼和工艺对石墨电极的抗氧化性能及抗热震性能要求越来越强烈，而且由于质量波动造成的消耗过高深受直接使用者的极大关注。所以石墨电极质量的均衡性和稳定性是决定消耗大小的**重要因素。
2.2 石墨电极消耗高低的对比分析
冶炼电弧炉在一定时期内的工艺和运行状况变化不大时，对石墨电极的消耗水平也是基本均衡的。随着炉龄的延长或工艺的变化，对电极的消耗也有所波动则是很正常的。那么，在同一台电弧炉上有同一家的产品时，其消耗波动却被用户看得很重，就此提出的异议已经是普遍现象。任何一种产品的质量都有波动性，但波动的幅度大小则反映出了生产厂家的技术装备水平和综合管理水平。
2.3 对冶炼中石墨电极折断的进一步分析
电弧炉冶炼中偶发电极折断是正常现象而且是不可**避免的，而大型DC和AC及LF电炉的电极则视为事故。处理电极折断残体是操作中**辛苦的工作，其结果必然是消耗过高、加长冶炼周期、产量降低、成本提高。国内一般技术水平的AC电炉，月折断电极5~7次为正常，**的大型DC和AC电炉大多配有控制网络系统，大大降低了人为因素，月折电极小于2次;**的大型LF炉基本不允许有电极折断现象。电炉冶炼操作中的电极折断原因是比较复杂的，对以下5方面应引起极大关注。
㈠ 冶炼工艺
(1)原料配比，电极下方要避免有大块料和不导电物;
(2)穿井后产生“搭桥”现象时，要改用长弧操作而避免大的塌料碰击;
(3)电极升降与小炉盖必须同心，避免热震动时发生刮碰而折断。
㈡送电制度
(1)确定初始起弧挡位而按顺序升位(每台炉至少有3条送电曲线)，避免电流过大波动和炉内长、短弧频繁变化而产生热震动过大;
(2)随着炉温升高电极联接处要释放一定的内应力，起弧后通过电极单位面积的电流要有个逐步上升的过程，这就是电极与炉况的适应过程。
(3)超载运行，新型电炉的超负荷能力一般不大于20%，若起弧电流超过额定值接头**易发生折断，当电极与炉况适应后即使超载也会正常运行，但有接头发红现象。
㈢冶炼炉况
(1)配加料和送电操作关系到炉况变化，但吹氧、烧嘴燃汽和燃油则是恶化炉况的关键。化学能的利用降低了电耗，但加大了电极表面和上端面的氧化程度。特别是负压过大时加快了电极表面的氧化速度，而使电极本体表面锥型化。
(2)炼钢过程就是造渣的过程。化学能的使用加大了钢水的搅动力而更利于泡沫渣的产生，钢水沸腾、渣层厚度、渣液流动性和埋弧效果不仅关系到冶炼效果，而且对电极的底部增碳消耗和掉头及圆周表面消耗也关系重大。
(3)炉恶化中的操作是频繁变化的，电极上震动并伴有左右摆动。电流的频繁变化加大了热震动，对富氧环境中的石墨电极不仅加快了表面消耗，而且对联接部位(接头强度)也是考验。
㈣电极储运
(1)现场存储电极中要避免与液体介质接触，否则受热后将出现鱼鳞状掉块。
(2)现场存放接头中要避免与高温热源接近，否则受热后接头拴易熔化流出。
㈤电极质量
对大型UHP和HP上限的电炉，所提供的石墨电极必须要提高实物质量。(1)一定消除结构缺陷或强度不足问题，否则在冶炼**包料送电1~3min就会发生接头折断事故。
(2)电极端面的加工精度也至关重要，若有缝隙就会产生透气现象并伴有局部发红。送电10min左右联接处明显发红，连续冶炼2~3炉后其内扣易氧化而发生折断或脱落事故。
(3)公差配合问题必须时刻关注，不论是松动还是连接不到位，只要有缝隙就会发生折断或脱落。从使用情况来看，部位出现的问题大多是由公差配合所引发的。
电炉冶炼中对石墨电极消耗的计算
冶炼过程中计算电极消耗有净耗和毛耗两个并存的概念(含矿热炉)，净耗是指冶炼中电极被高温升华、氧化和参加反应掉的技术性水泵毛耗则是净耗与未参加完冶炼而损失的和。现阶段钢铁行业都以毛耗来评价石墨电极的实物质量。
3.1 产量法
产量法是以一定时期产出的钢水量(成品)为基数，以同期内石墨电极的投入量扣除炉上剩余量为消耗量。
吨钢石墨电极的毛耗：
吨钢石墨电极的净耗：
其中：MZ为电极的总消耗量(投入量-炉上剩余量)，kg/t;MC为电极的纯消耗量(投入量-炉上剩余量-损失量)，kg/t;MG为钢水的成品量，t。
3.2 电耗法
电耗法是以一定时期内纯加热时间的电耗累计量为基数，以同期内石墨电极的投入量扣除炉上剩余量为消耗量(LF炉则以每升温1℃耗电和电极来计算)。
每千瓦小时电极的消耗量：
其中：MC为电极的纯消耗量(投入量-炉上剩余量-损失量)，kg /t;QH为纯加热时间内的电耗累计量，Kw·H。
产量法基本以毛耗为计算方法，均以成品产出量为计算基数。电耗法虽然未考虑冶炼技术消耗以外的损失部分，但钢厂的考核中**终还是要考虑这部分损失的，这种方法对电极的批次间质量会有比较明显的对比。综上所述，现阶段在冶炼中对石墨电极的消耗评价是不公平的，作为炭素行业应积极推荐综合评价法。也就是以产量法来行业应积极推荐综合评价法。也就是以产量法来评价石墨电极的整体质量水平和适应性;以电耗法对批次间的电极质量和炉况做出对比;同时还要考虑到冶炼中的其他消耗。以此使供需双方共同关注电极质量的同时，也对电炉炉况的变化加以关注，从而达到在优化使用电极中促进操作**佳状态的目的。
降低电极消耗的途径
在冶炼中如何降低三围电极消耗既是炭素厂家的技术所在，也是冶炼厂家配合使用和优化电炉操作的重要工作。就冶炼中石墨电极的消耗问题，首先要解决的就是接头折断问题，其次要考虑的则是抗氧化和抗热震性。这就是要求我们首先要了解冶炼行业的发展、冶炼工艺、电炉和操作的技术性，然后有针对性地进行技术研究、科学地组织生产、实施有效的技术服务。只有这样才能达到生产和使用相适应的目的。下面主要从冶炼生产中来加以讨论。
4.1 新型电炉技术的降耗
大型UHP和LF电炉的建立为钢铁行业的规模发展奠定了坚实的基础。产能大、能量消耗低是新型冶炼技术的特点。大型电弧科学地采用了大流量的化学能(占总耗能的60%~70%)，炉低烧咀和自动氧枪及预热竖井的使用有效地了电耗与电极消耗的60%以上;水冷系统的应用大大地提高了炉龄和降低材料的消耗，特别是喷淋水冷使石墨电极的单耗至少降低了1/3;化学能的利用至少缩短了一半的冶炼周期，大幅度提高了产量，所以电极的单耗在下降。
4.2 热装冶炼工艺的降耗
钢铁行业在发展大型电炉的同时，近年来也向转炉和高炉大型化延伸，新建的高炉大多在2000m³以上(国内**大的为4050m³);铁水转炉化冶炼配LF和电炉热装铁水(一般在40%~60%)已成为普及的冶炼工艺技术;热装铁水有效地缩短了冶炼周期，降低了电能和化学能及各种材料的消耗，特别是把石墨电极的单耗和需求量都降了下来。
新型电炉有**的配套设施，引进技术对石墨电极的选择防止了大马拉小车却产生了小马拉大车的问题，这对国产电极是个挑战。阻抗电炉操作和炉内自动监控系统，对电极的控制和有效使用及减少损失发挥了极大的作用，大型电炉的电极折断率小于2%。
对老电炉的改造也配套了必要的设施，对供电设备的选择大多是走上限，从而出现了准UHP和准HP电炉，无形中把同品级石墨电极的实物质量要求又提高了档次，如：30t AC高阻抗电炉，使用φ450MM HP和FG电极的消耗相关1kg左右，电极折断率小于3%，而且得到了用户的好评，也是炭素技术的一大进步。
4.4 严控送电制度中的降耗
严控送电制度是保证正常冶炼的前提，不同的钢种和冶炼工艺有相对应的起弧电压及电流挡位，防止电流波动过大并严控电流峰值工作时间。从而有效地防止了电极发红和无功氧化消耗及炉内折断。
4.5 规范使用中的降耗
炭素厂家必须严格要求或现场指导用户对电极的储运保管和电极的联接。特别是电极的联接技术，原则上大规格电极必须要求炉下连接;连接时避免冲撞产生螺纹碎块且一定保持上支电极的始终垂直状态;均匀旋合到8~10MM时再用惯性锁紧，而后再用长臂扳手施加预紧力矩拧至不能旋合为止，有缝电极不能上炉;若相序问题且连接很好时，**好不要打固定销子。这些基本要求的目的是为了避免产生折断和脱落损失。
另外还需特别的注意的事项有，火焰高时**上节要及时续接加高电极，防止丝扣损坏;滑动电极时必须要有软连接，避免发生硬碰撞;把持器与电极必须保持垂直，防止与小炉盖刮碰电极;避免氧枪直对炉内下支电极等。这是对电极使用技术的性要求，目的也是避免和减小电极的直接损失。
冶炼技术的发展及电极需求
中国钢铁行业的电弧炉向大型化方面迅速发展已成趋势，其特点是输出功率大，稳定功率系数，送电为长弧操作并向节电降耗方向发展。因此新型大电炉与过去的传统电弧炉相比均有很大变化。现代电炉技术十分关注电炉能源问题，采用的煤气射流枪和自动碳氧枪使吨钢可降低电极消耗0.3~0.5kg;伴随热装技术工艺的推行，使冶炼时间明显缩短，电耗和电极消耗明显下降。
- 53、2024-12-28炼钢设备使用到的耐火材料——电弧炉的应用（一）耐火材料使用条件
以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢的设备。在采用高功率的基础上发展直流电弧炉，炉底供气搅拌及炉底出钢。炉顶用镁铬质和方镁石尖晶石质耐火材料砌筑，对碱性渣和金属及硅酸盐熔融物的作用**稳定。耐火材料在这里的使用条件相当苛刻。这是电弧熔炼的特殊性决定的。电弧熔炼时间比平炉短大约2倍。因之耐火材料较频繁地经受温度变更，并长期在高温状态。
因为在炉料装料期间炉顶脱离电炉，而炉顶中心温度比周边范围的温度高，不均匀性又被增大，因为工作弧（怪异相的影响）不均匀。所以炉顶中心部分很快被用坏，例如100t电炉的炉顶中心部分损毁速度达到4~4.4mm/炉，而周边为2~2.6mm/炉。损毁的不均匀性造成炉顶凸起不均，有时还发现砖脱落。直流电弧炉由于采用单电极结构，故不存在热点区，加之炉顶水冷区扩大，耐火材料使用条件有所改善。
可是随着炉子容量扩大和单位功率提高，炉顶工作条件更加苛刻。电炉顶为圆形，而常常用扇形拱方法及循环砌筑。砌砖像不用结合剂和水泥材料一样，用带有插尖的金属垫片。电极孔，抽出气体和氧气砖的孔使炉顶减轻。
在某些场合，孔区用整体的高铝水泥或磷酸盐结合的浇注料。同时采取除去电流短路措施。容量小于 100t的电炉顶寿命为约 60~120炉，而超过100t的大型电炉为60~80炉。电炉的lt钢耐火材料总消耗约 10~12kg，其中炉顶消耗6~7kg。
（二）炉顶耐火材料的选择
电弧炉顶用耐火材料类型的选择还在进行。尽管MgO-Cr₂O₃系耐火材料有高的抗渣和抗金属性，可是荷重软化温度比较低。碱性耐火材料的另一不足是它在高温下有相当大的膨胀，引起砖缝开裂和炉顶变形。为了预防砖缝开裂，采取烧成和不烧制品混合砌筑，**后由于收缩抵消一些烧成制品的膨胀。有的文献介绍：烧成的，金属皮不烧的镁铬制品配合应用。
试验的电炉顶新型耐火材料：刚玉铬矿的，莫来石刚玉的，碱性和高铝配合的等。注意含铬耐火材料的应用，由于含铬砖发生剥落，可能造成钢中出现铬，熔炼某些标号的钢是不允许的。
根据冶金工业发展前景，由于原子能电炉和连铸机技术、大型电弧炉炼钢并有相当大的发展，这取决于电炉的重要优势，其中在于电炉比平炉或转炉，告别了调节钢的化学成分，并能取得任何成分的钢。增加电弧炉炼钢，对经济的废金属不断增加有利。
我国电炉顶普遍采用高铝砖砌筑，一般小炉盖的中心部位和电极孔周围用捣打料。随着大型超高功率电炉的发展，高铝砖使用寿命下降。导致进一步使用碱性砖。
（三）水冷技术的应用
现代电冶炼钢生产的发展趋势，与采用大功率变压器有联系。保证熔化时期单位功率 600~800kV·A/t，预先加热炉料，熔池吹氧，用气体氧燃烧器为炉子供暖。要用人工冷却构件代替部分耐火材料砌体。其中氧猛烈供给熔池时，形成粉尘（15~40g/m³），引起气体介质的光学密度的提高，气体黑度变成接近1，实际完全遮住熔池与炉顶，并降低炉顶温度。
结渣型炉顶和墙采用各种水冷构件的结构，用活动冷却护板保护墙砌体的热点。砌体的人工冷却构件造成新的电弧炉结构，砌体发展的可变程度（金属平面面积对耐火材料砌体表面积的比率）可能减小，对钢熔炼的动力消耗。由于优选热交换条件，熔池面上减少热量，随砌体发展程度减小而增大，那就靠减少堆放数或取消它。具有砌体发展可变程度的结构，平卧式水冷炉顶，按熔炼进程，有顺着水冷墙往下移动的可能性。
具有人造冷却炼钢炉，利用砌体的因素解除按热负荷大小和砌体温度的**，并造成强化冶炼的先决条件。尽管电弧炉顶采用水冷结构，电能消耗有一些增加，决定总经济效率的停炉减少，而生产率增大。明显地（几乎**大限度）减少耐火材料消耗，降低电极的单位消耗（15%），减少耐火材料砌体人工砌砖的笨重手工劳动。
试验开发水冷砌体构件的炉子，使相关部门（耐火材料生产，运输，电极生产等）节约的能源及费用，超过水冷设备电能增加的费用。
- 54、2024-09-13大容量矿热炉直流电源设计的几个关键问题矿热炉是铁合金行业冶炼硅铁、镍铁、铬铁、电石的**设备，据不完全统计，全国有各种矿热炉3万多台。长期以来，国内矿热炉大多采用交流供电方式，导致功率因数低、电网三相很难控制平衡、效率低、运行成本高等问题一直无法解决。相比之下直流电源拥有更大的优势，如:直流电源可消除电抗压降、集肤效应、电极间干扰效应等问题，并且运行损耗低、电效率高。因此目前大容量矿热炉电源正朝着直流供电方向发展。文中探讨了大容量矿热炉直流电源设计的几个关键性问题，包括主电路拓扑结构选用，均流系数优化，监控系统设计与功率因数提高等探索性问题。
主电路拓扑结构选用
大电流输出需要使用并联器件以达到运行要求。随着并联器件数量的增加，出现的是均流系数低的问题。因此，选用适当的主电路拓扑结构以扩大系统输出电流，达到减少并联器件数，优化均流系数，防止器件损坏的目的显得尤为重要。
可控整流电路的**基本单元为三相桥式和双反星形整流电路。单从输出电流的大小考虑，在并联相同数量及容量的电力电子器件前提下，双反星形整流电路的输出电流是三相桥式整流电路的2倍。但在同样输出电压电流情况下，三相桥式整流电路的整流变压器装机容量要低于双反星形21%，同时整流器件所承受的反向电压为双反星形的一半，变压器绕组利用率比双反星形高一倍。因此，综合考虑，若输出电压较高，三相桥式整流电路拥有较大优势。由于矿热炉电源运行时电流达40~150kA，为了满足输出电流需求，同时降低电磁干扰，可用三相桥式同相逆并联结构与双反星形同相逆并联结构。这两种结构与前两种结构相比，扩大了2倍输出电流并降低了电磁干扰。然而这种结构很难满足大容量矿热炉电源超过100kA的输出电流要求。为进一步扩大输出电流，降低谐波含量，提高系统功率因数，可选12脉波双反星形同相逆并联结构与12脉波三相桥式同相逆并联结构。12脉波三相桥式同相逆并联结构的典型特点是:输出电流大、谐波含量少、电磁干扰小、绕组利用率高、无需使用平衡电抗器等。因此在大容量矿热炉直流电源中，选用脉波数为12脉波及以上的三相桥式同相逆并联结构较为合适。
由于电力电子器件在材料及制作工艺上的不同，其性能指标也有所不同。晶闸管适合应用于超大功率且工作频率较低的场合，一方面是由于晶闸管额定参数高、控制简单、技术成熟;另一方面是由于晶闸管具有较高的浪涌耐受能力、较高的电流参数和良好的耐过流能力，可以较好地满足运行需求。因此选择晶闸管作为电路的主功率器件。
综上所述，若以175V/100kA矿热炉直流电源为例，主电路采用以晶闸管为主功率器件的12脉波三相桥式同相逆并联结构。主电路原理图如图1所示。
主电路原理
采用上述主电路结构，选用型号为KPC-1200V/5500A的晶闸管，则单个整流臂需要并联晶闸管的个数np计算如下:
（1)式中，IA(AV)为整流臂的平均电流(A)，选用12脉波同相逆并联结构则为8.3kA;IT(AV)为器件的额定正向平均电流(A)，文中选用的晶闸管为5500A;KAI为电流安全裕量，文中取其值为3;KI为同一个整流臂上并联元件的均流系数，文中取其值为0.92;KF为不同整流臂之间的均流系数，文中取其值为0.92。
因而由式得:np=5.4。
即每个整流臂并联6只晶闸管。
均流系数的优化
在大容量矿热炉直流供电电源中，不得不采用多个器件并联的措施以承担较大的整流臂电流。即使通过上述主电路拓扑结构将175V/100kA直流电源的每个整流臂所需并联晶闸管个数降至6个，仍存在严重的均流问题。在多个器件并联的整流臂中，若均流系数过低，会出现某些器件未导通，某些器件过流的情况。严重时烧坏器件，从而使得整流臂中其它支路过流，导致整个整流臂器件损坏。为解决该问题,以下提出几点优化均流系数的措施。
(1)采用合适的整流臂结构
一般电力电子器件进入稳态正向导通后其通态压降很低,相应的通态电阻很小。若并联支路母线的配置不合理,则电路自感及互感的差异就会造成电流分配的不均衡。因此在工作电流较大的情况下，由于支路磁场及阻抗差异的影响，位于不同位置的器件导通时，流过的电流值不同，且与引出母线的位置有关。目前多以母线上进下出(或下进上出)式的条形整流臂结构为主流，但实验证明,这种结构在并联器件数大于4的情况下，均流系数较低。
为了得到较好的均流效果，将整流臂改为其他结构，使得整流臂中的每个晶闸管从交流进线到直流输出的路径完全一样，且流过每个晶闸管的电流相互解耦，可解决因各元器件到正负母线路径不同，导致的各并联支路阻抗与磁场存在差异，所引发的各支路电流分配不均匀的问题。该种整流臂结构可将各整流臂的均流效果较常用的直条结构有明显改善，可以做到理论上的**均流。
(2)采用强触发
当多个晶闸管并联时,需保证各并联的晶闸管触发脉冲具有较陡的前沿，避免因晶闸管触发特性的差异导致并联的晶闸管不能同时开通所引发的均流问题。常规的脉冲变压器很难满足这些要求，图2给出了实现这一要求的强触发隔离放大电路，TLP251为高速光耦合器，高速光耦合器的输出电流为反向电流，因而在电路中设有通过555的电流反向环节。MOS管T1用来增大输出负载能力，并减小输出阻抗。发光二极管VL1用来指示脉冲正常与否。
单路脉冲强触发输出电路
(3)对参数相近的晶闸管进行分组
因晶闸管本身的参数差异使得整流臂的并联支路阻抗不同所导致的均流问题。通过对晶闸管的合理选择，使得并联的晶闸管各项参数相近，从而减小因器件参数差异所带来的均流系数低的问题。
(4)装配过程中减少人为因素
由于大电流整流臂常采用平板式结构，在装配时的安装压力会影响器件的接触电阻,尤其是压接式的平板器件，安装压力影响该器件的导通压降，从而影响均流效果。为此，在装配过程中应确保各并联器件的安装压力一致，如使用力矩扳手确保元器件的紧固压力一致。此外，在安装压力基本一致的情况下，可通过微调整流臂各器件的紧固压力改善均流状态。
监控系统的设计
主电路采用12脉波5相桥式同相逆并联的电路结构，若每个整流臂所并联的器件数为6个，则一套电源共使用144个快速熔断器。除此之外，每套电源共有母排温度检测信号24个，其他控制量和报督开关量数量繁多，结构复杂，体积大，维修和维护十分不便，所以对该电源系统进行实时监控设计十分必要与困难。
电源监控总体原理图如图3所示。该系统以PLCS7-200SMARTCPUSR60作为主要控制单元，WinCC7.3作为上位机组态软件。实现系统的故障检测、与报警等功能。
电源监控总体原理图
因大容量矿热炉直流电源使用的快速熔断器数量过多，在判断快速熔断器报警时若采用矩阵排列的方式,可很大程度的节省对PLC输入输出口的占用量，使PLC以较高的效率运行。矩阵排列的实现方式为:先定义列报警和行报警，列报警是将同一个母排的快速熔断器常闭点串联起来，行报警是将并联的同一排快速熔断器常开点串联起来，这样就组成了一个有行有列的矩阵，当有故障发生时，通过矩阵编号就可确定出快速熔断器故障的位置。
PLC编程软件选用STEP7-Micro/WINSMART,通过简明的程序设计，完成对系统的实时监控。PLC主程序流程图如图4所示。
功率因数的提高
绝大多数的矿热炉电源自然功率因数都在0.7~0.8之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，消耗大量的无用功，而且还会被电力部门加收额外的电力罚款。在这种低效率的情况下，如何提高矿热炉电源的功率因数显得尤为重要。
由于直流电频率为零，将交流供电改为直流供电，理论上可以将感抗压降降为零，使得母线压降仅为导线电阻压降。与交流电相比可以增加入炉电压8%~20%，大幅的提高功率因数，从原来的0.7~0.8提高到0.9左右，实现节能10%~15%。因而大容量矿热炉电源若采用直流供电，则不需要专门的功率因数补偿设备，节省了占地空间和费用。
除此之外，整流电路所产生的谐波也会使得矿热炉供电系统的功率因数偏低。主电路采用脉波数为12脉波及以上整流结构可消除部分谐波，提高功率因数。又因矿热炉炉工艺过程较为复杂，对应不同的工作段，要求输出稳定运行的电流与电压值不同。若仅通过改变晶闸管控制角调压调流,那么当控制角较大时，会产生大量谐波，功率因数偏低。这就决定了对其功率因数补偿环节要采取变化的参数与结构。对于提高系统的功率因数提出了如下方法：在变压器一次侧增加有载调压环节,设置有6个档位，通过调整整流变压器的档位达到降低控制角的目的。当晶闸管控制角过高时，降低整流变压器开关档位，使得整流变器阀侧电压降低，由P1调节控制电路的作用，使控制角降低，维持电流稳定的同时提高系统功率因数。
结束语
通过对可选用的整流电路结构分析，大容量矿热炉直流电源应选用脉波数为12脉波及以上的相桥式同相逆并联结构。对整流臂空间布局的优化与采用强触发和对参数相近的晶闸管进行分组装配等方法,解决了由回路阯抗和磁场差异以及晶闸管触发特性不同与通态压降等差异带来的均流系数低的问题，提高了设备可靠性。介绍的PLC监控系统应用矩阵式软件编程方法，使需要的硬件配置要求得以降低，从而**的对电源系统进行监控。采用直流供电，同时通过变压器档位调节降低晶闸管的控制角，以此降低谐波，达到提高功率因数，节约成本的目的。