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直流电弧炉、直流矿热炉研发设计

冶金工艺实验、贵金属富集工艺实验

直流电弧炉、矿热炉(带底电极)与交流电弧炉、矿热炉比较

 一、 石墨电极消耗比较

交流电弧炉3根电极,直流电弧炉1根电极,当用1根电极代替3根电极,电极数量少,直流电弧更加稳定。再加上直流电特性(阳极效应),阳极设为底电极,底电极由铁水覆盖,因为无阳极消耗,阴极较大降低了电极消耗,单电极直流电弧炉电极消耗比交流炉低50%65%。双电极直流电弧炉(无底电极)电极消耗比交流电弧炉略低(因为阳极电极消耗比阴极电极多35倍)。

 二、 电弧燃烧稳定性比较

直流电源正、负极性不变,消除了交流电压曲线上的零点,不仅起弧容易,而且一经起弧就维持了等离子区内电离状态的稳定,形成阳极热炉底,故直流电弧燃烧稳定。交流炉弧光稳定性较差。

 三、 电网闪烁比较

交流电弧炉电力波动造成对电网的干扰,通常称为闪烁。直流电弧炉由于电压比较平稳,电弧闪烁问题得到解决,减少了昂贵的动态补偿装置,根据测定直流电弧炉比交流电弧炉电网闪烁降低2/3

 四、 谐波干扰比较

交流电弧炉有24偶次与357次谐波共存现象,使电压畸变更加复杂化,低次谐波对电网危害较大,需增加滤波装置,而直流电弧炉(12脉波)不存在低次谐波,能够达到国家电网标准。

 五、 功率因数比较

交流电弧炉功率因数在不加补偿装置时仅为0.70.8,直流电弧炉不加补偿装置功率因数可达0.90.95。德国汉堡军事学院Timm(蒂姆)教授、北京科技大学、东北大学等科研单位对直流电弧炉和交流电弧炉设备电耗理论计算,总的结果表明交流电弧炉设备电耗约4%,直流电弧炉设备电耗约5.5%     

 六、 噪音比较

电弧中有一部分电能要转化成声能,这就是噪音。交流电弧炉有3根电极,而直流电弧炉仅有1根电极,所以噪音明显降低,交流电弧每秒钟产生100次熄弧再点燃现象,而直流电弧炉没有这种100Hz的噪音,所以直流电弧炉比交流电弧炉噪音降低2030分贝。

 七、 耐火材料消耗比较

单电极直流电弧炉的弧柱的位置是在熔池中心,周边无过热现象,耐火材料熔损均匀,延长了炉衬寿命。而交流电弧炉3根电极弧光外斜,形成了3个局部过热区,而且离炉壁较近,对炉壁耐火材料熔损较大,造成炉衬寿命缩短。双电极直流电弧炉弧光形成外八字,纠偏难度较大。形成两个过热区,增加了炉衬的损耗。

 八、 供电系统比较

交流电弧炉送电电压、电流冲击大,易造成设备损坏,电压调节档位压差较大,较难达到炉料冶炼电压最佳值。直流电弧炉供电采用晶闸管整流,电炉送电可以软启动,防止高电压、大电流冲击,二次电压调节可以细化至1V,电流至1A,适合矿石冶炼电压最佳值。

 九、冶炼电耗比较

单电极直流电弧炉(带底电极)由于熔池有自然搅拌功能以及炉内热分布均匀,比交流电弧炉冶炼电耗降低约5%10%。整流电压、电流比较稳定,短网不产生涡流和集肤效应,电极电流密度比交流炉增大约20%,电能利用率较高。

双电极直流电弧炉(无底电极)比交流电弧炉冶炼电耗降低约3%~5%左右,因为阳极弧光温度比阴极弧光温度高2~3倍,两电极极心圆温度分布成哑铃型,存在两个冷区,为缓解熔池温度不均匀,为消除冷区,延长冶炼时间,增加了电耗