超高功率电弧炉的主要应用知识

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超高功率电弧炉主要应用电弧对废钢进行加热、熔化。所谓电弧，是指阴极和阳极间放电的一种形式，其产生的离子具有低电压、大电流和高能密度的特征。在弧柱内，随着内部能量的增大，一部分分子会离解成原子，进而受到激励后发生电离，形成等离子体。等离子体不同于固体、液体和气体，它属于物质的第四态。电弧各部分的温度，在阴极点为3500-4000℃；在阴极附近最高可达15000-20000℃；在弧柱外侧最高为6000℃左右，越靠近内侧其温度越高。交流电弧与直流电弧不同，其电压和电流在每一个周期内会改变两次方向，即采用的是50 hz的电源，其电压及电流在is内从零点通过的次数为ioo次，并且改变方向。当电流减小时，弧柱内的带电粒子会再次结合，等离子状态趋于消失。在这种等离子状态消失之前，如果有附加逆电压和电流，电弧就能持续存在。交流电弧比直流电弧更易于熄灭，能够起到稳定电弧作用的主要因素有：大电流、短电弧、大的电抗百分比、高的电源频率；炉气流动越少，电弧越稳定；炉气压力越高，电弧越稳定；炉渣的存在也能提高电弧的稳定性；受外部磁场影响越少的电弧越稳定。

1、电弧
电弧是电弧炉炉内的热源，它决定了炉中的热工状况。由于电弧本身的特点，它决定了电弧炉设备的电气特性。进而决定了电弧炉炼钢的各个方面。

电弧是一种气体放电现象。当两电极间加上一定的电压后，气体就能自行放电，同时两电极间的气体被电离，出现大量带电质点——自由电子和正离子，电极间出现导电通道，电流密度达数ka/cm2，气体温度达几千摄氏度。

2、电孤稳定燃烧的条件
电弧按电源性质可分为直流电弧和交流电弧两大类，工业应用的电弧大多数是交流电弧。理想交流电弧的电压和电流为正弦波形，其电压和电流的大小和极性随时间发生周期性地改变。

为了保证电弧的燃烧，在两电极端面之间，除应有一定数量的带电质点外，还要求有一定强度的电场，也就是应有一定大小的电弧电压。电弧开始燃烧的电压称为起弧电压或燃弧电压。外电压过最大值后开始减小，当电弧电压减小到某一数值时，电弧熄灭，此时的电压称为熄弧电压。由于弧区温度的影响，燃弧电压略大于熄弧电压。对于大功率交流电弧，在熄弧的瞬间，弧区温度降低不明显，可近似认为燃弧电压等于熄弧电压。

若外电路中电抗x=o，此时电弧电流和电弧电压同相。在外电压u小于起弧电压时，电弧熄灭，电流为0。从时间横轴上可以看到，在电源电压过0点的前后会有一段时间间隔，此时电弧是熄灭的，这就是交流电弧燃烧不稳定的根源。为了不灭弧，要求电路中要有一定的感性，即电弧电流和电源电压之间要保持一相位差。

交流电弧的极性在燃烧过程中会快速地变化。石墨电极在负半周作为阴极时有比较稳定的阴极斑点，易形成稳定的电弧；与此相反，当其在正半周时，由于从阴极钢水熔池喷射出的蒸汽使阴极斑点在钢水液面高速转动，电弧的形状变得不规则了。此外，在熔化期，由于冷钢的存在，电弧不断地从一块炉料跳向另一块炉料，电弧电压和电流波形会没有规则地剧烈变动。上述这些情况都导致了电弧在工作条件下的不稳定性。交流电弧在工作中的剧烈变化使得电弧电流和电弧电压的波彤发生严重的畸变，这会导致一系列高次谐波的产生，降低了电网的供电质量。

3、炼钢炉中的电弧
若炼钢炉中是交流大功率电弧，相应地在电弧外电路中的电抗必须有足够大小的量值。这是为了满足电路条件，使电弧电流有一确定的大小。

在三相炼钢电弧炉中，每相电弧会受到其他两相电弧所建立磁场的作用，于是被电磁力移至电极端靠近炉衬的外侧，这就是电弧外吹。由于外吹作用的存在，弧柱和金属面间的夹角减小至45°-75°。若高温气流，即电弧弧馅，冲向炉壁，高速抛出金属、渣和石墨等质点，会在电弧附近渣线上方的炉壁上形成热点。由于此处热负荷最高，其受到的化学侵蚀也最严重。

电流流过钢液会产生磁场，并使钢液发生搅动。在高功率电炉上，约有20%-30%的电弧热量是由这种搅拌作用传入钢液的，每分钟被移动的钢液占总重的9%左右。