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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

单电极直流电弧炉与双电极直流电弧炉(无底电极)优势比较


单电极直流电弧炉与双电极直流电弧炉(无底电极)优势比较

一、单电极直流电弧炉利用了电弧热工特性原理,将阳极设为底电极,使炉底熔池温度提高形成热炉底,阳极(底电极)有铁水覆盖降低了炉底(阳极)消耗。由于弧柱直射炉底中心,电极周围热辐射比较均匀,根据单根电极磁力线分布原理,熔池液体由阴极电极底部扩散向上翻滚搅拌,熔池铁液温度均匀,周围炉衬受热均匀,缩短了熔化时间,降低了冶炼电耗。

二、无底双电极直流电弧炉的特性:根据直流电弧的热工分析和直流电的特性分析,双电极直流电弧炉的正负电极存在一定的差异,正电极存在有阳极效应,在通电形成电弧后,正电极上存在因发射电子而形成的“阳极斑点”,加快了阳极端氧化和龟裂现象,造成了阳极电极消耗过快(阳极消耗是阴极的3~5倍),由于正电极的温度比负电极的温度高和铁液搅拌性能较差、又有两电极之间存在有冷区,造成熔池温度不均匀。如增加磁镜线圈消除偏弧,延长冶炼时间消除冷区无疑增加了电耗和金属烧损。

通过实验检测得出结论:

1、单电极直流电弧炉熔池温度均匀。双电极直流电弧炉(无底电极)正负电极产生弧光后,弧光两端正极端的温度高于负极端的温度2~3倍。

2、单电极直流电弧炉电极消耗比双电极直流电弧炉(无底电极直流炉正电极比负电极多消耗快3 ~5倍)电极消耗低约30%~40%。

3、单电极直流电弧炉熔池液体电磁搅拌能力较强,双电极直流电弧炉(无底电极)在炉体无磁镜线圈时电磁搅拌能力较差。

4、单电极直流电弧炉熔池温度均匀,温度容易控制,金属直收率较高。无底双电极直流炉由于正负极的温度差别,电极分布出现哑铃型两个冷区,熔池温度不均匀。如果两电极极心距太近会造成金属的过度烧损,金属直收率降低。

5、单电极直流电弧炉弧光纠偏较容易,弧光射向熔池中心,炉衬受热均匀,不会产生过度熔损。双电极直流电弧炉(无底电极、炉体无磁镜线圈)正负极外八字偏弧严重,难以消除,形成炉衬两侧过热区,造成炉衬过度熔损。

6、单电极直流电弧炉底电极结构复杂,对耐火材料质量和砌筑炉底工艺精度要求高,炉底冷却风量配比正确。双电极电弧炉熔池砌筑使用普通工艺即可。

鉴于以上条件:

单电极直流电弧炉适合各种物料及特种金属的冶炼(除不能设置底电极以外),电极消耗节约40%~60%左右。电耗节约5%~10%(比较交流电弧炉)。

无底双电极直流电弧炉不适合作为温度控制严格的特种合金冶炼,高温合金的冶炼,稀贵金属富集冶炼。双电极直流电弧炉(无底电极)一般应用在特定条件下(无法安装底电极):如钢包精炼加热、刚玉、电熔镁或粗放产品等特殊场合,电极消耗略低于交流电弧炉约5%~10%左右,节约电耗约2%~4%左右(比较交流电弧炉)。


下面图片显示双电极偏弧现象、直流电极产生的阳极效应、熔池出现的两个冷区、石墨电极性质及正负电极弧光热工分析

1、正负电极弧柱外八字偏弧示意图


2、双电极电磁场示意图


3、双电极功率分布曲线示意图


4、双电极电磁搅拌示意图


5、单电极电磁搅拌示意图


6、双电极熔池实验物料熔化示意图


7、双电极正负电极弧光温度检测示意图


8、双电极阳极效应(阳极消耗大于阴极)示意图


9、电弧热工分析数据






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