控弧式磁镜直流电弧炉

摘要

本发明创造是用于冶炼金属、合金及一切导电材料的直流电弧炉。其特点是在普通的电弧炉炉体上增设了控弧装置。能够控制电弧的偏吹，因而可以采用双电极供电的方案。控弧装置包括一个环绕炉体的由调压直流电源供电的磁镜线圈。和位于弧区平面处的三个互成120°的电磁铁，其激磁线圈与可逆调压直流电源装置相接。这种控弧式磁镜直流电弧炉，具有生产效率高、材料消耗低、产品质量高、能源省、噪音小等优点，是较理想的节能型电弧炉。

说明书

本发明创造属冶炼设备领域。是一种工业生产中用来冶炼金属，合金及一切导电材料的电弧炉。

工业中通常使用的电弧炉是三相交流电弧炉，交流电弧炉存在着许多缺点，如功率因数低，三相功率不均衡，二次短网损失大，电弧不稳定，并能引起电网电压波动，造成照明闪烁公害，噪音大，用耐火材料炉衬时耐火材料损耗大，用水冷炉衬时热损失大，电极消耗多等。

直流电弧炉，可避免交流电弧炉的缺点，所以自大功率硅整流元件问世之后，各工业先进国家均在研制直流电弧炉。如瑞典ASEA公司和西德KRUPP公司合作，于1983年采用单电极结构，制造了直流电弧炉。参见西德资料：《Single  Electrode  DC  Arc  Furnace  Jointlg  developed  by  ASEA  and  KRUPP》。单电极直流电弧炉，靠炉底导电来构成电流的通路。其最大缺点是炉底必须是电的良导体，但又要求有较好的绝热性能和高温性能，还不能污染被冶炼物。还要解决底电极与被冶炼物接触不良和炉底不能耐火材料修补，只能整体更换，以及由于监视疏忽易出现恶性穿底事故等问题。因此，单电极直流电弧炉在工业上未被广泛采用。

1985年10月28日公布的美国专利：4549301，提出了如何在直流电弧炉上避免使用炉底电极的技术方案。它是穿过炉底衬安装一个可导探针，和熔体接触来检测其电位，同时用检测数据调整电极与熔体的垂直距离，从而达到控制电弧参数的目的。这种方法不但所用探针很易烧坏，而且尚需传感器件，这些控制器件的质量，直接影响控制信号的准确性。因此，这种方案可靠性差。

中国专利：85203717.1“磁镜式直流电弧炉”，其主电路是电抗器串接在断路器和变压器之间，经硅二极管整流后的直流电源的正极和中间石墨电极相接，负极和正极两侧的两根石墨电极相接，并在电弧炉炉体的上部设置控弧装置，是一个环绕炉体的磁镜线圈。利用磁镜约束了电弧偏吹，因而可以采用多电极供电，克服了单电极直流电弧炉底电极存在的严重缺点。同时，它比在炉底安装探针。经传感器件反馈信号来控制电弧的美国专利简单、可靠，更有实用性。但是，磁镜式直流电弧炉采用三根电极时，在两根相同极性的电极下，会出现电弧交替引燃、熄灭现象，因而使熔化速度降低。若采用两根电极时，炉内会出现低温区，该区如有大块废钢，熔化期则显著延长。此外，等离子体的复杂漂移现象，会使耐火材料局部损坏。

本发明创造的目的，是为了弥补磁镜式直流电弧炉的不足，提出一种能够更合理、更有效地控制电弧偏吹的技术方案，使控弧式磁镜直流电弧炉达到节能、优质、高效的目标。

本发明创造的特征在于，所述的主电路可以是变压器的二次侧用可控硅整流，向电炉供电，在工作短路时，后移触发脉冲，以限制短路电流。可以在直流回路中串入直流电抗器，以保证三相可控硅元件在移相后，仍保持120°的导通角，避免出现元件过热损坏，抑制动态短路电流。所述的磁镜线圈，可以用可控硅调压直流电源供电。因此，磁镜线圈除了约束电弧偏吹外，还可适当增减电流，以调节电弧在垂直面内的偏吹角。所述的控弧装置还可以在炉体外位于弧区平面处，设置三个互成120°的电磁铁，其激磁线圈与可逆调压直流电源相接，因此，三只电磁铁的极性和磁势，均可用改变其激磁线圈中的电流方向和大小，来独立调节。因而在炉内形成一个超低频旋转的水平方向的磁场，磁场方向也可调节在360°范围内的任意方向，此磁场即可控制电弧偏吹的方向。所述的石墨电极是两根，分别与正、负直流电源相接，电极在炉内的位置采取不对称分布，具负极设在炉子中心略偏炉门一侧，正极设在另一侧，即出钢口侧。其目的是在熔化期中，利用电弧的自然偏吹，首先把炉门区的炉料熔化，以利观察炉料的熔化状况和控弧操作，并使炉门冷区得到补偿，以减少控弧工作量。正、负电极还和自动调节装置连接，它是由正、负电极功率分配电路，电极功率给定电路，电极功率调节器以及执行机构组成。因此，可以对电极电流自动调节。还可以对电极对地电压的自动调节，能使正极短弧工作，以减少热区输入功率和耐火材料的烧损。当热区有大块料熔化慢时，也可以使正极长弧工作。

本发明创造不但能够控制电弧的垂直偏吹角，还可以控制电弧的水平偏吹角，因此，解决了直流电弧在自身磁场力作用下的严重偏吹问题，使得直流电弧炉可以采用多电极供电方案。由于电弧的控制，使炉内的热量能引向难于熔化的大块炉料，缩短了熔化期，并可更有效地减少耐火材料的烧损。

本发明创造具有生产效率高，材料消耗低，产品质量高，能源省，噪音小等优点。是较理想的节能型电弧炉。

本发明创造还可以通过以下实施例加以说明。

图1是一种控弧式磁镜直流电弧炉的构成。

图2是图1的A-A视图。

三相交流高压电源〔1〕，通过隔离开关〔2〕及真空断路器〔3〕与电炉变压器〔4〕的一次侧接通，电炉变压的二次侧经可控硅整流装置〔5〕，把交流电整流为直流电，并串入直流电抗器〔6〕，然后与两根石墨电极〔8〕接通，向炉内供电。炉体〔13〕的上部绕有磁镜线圈〔9〕，由磁镜电源〔7〕向其提供电压电流可调的直流电，三个控制电磁铁〔10〕呈120°分布在弧区平面内，其激磁线圈由可逆调压直流电源装置〔11〕向其提供激磁电流。

图面说明：

1-交流电源  2-隔离开关

3-断路器  4-变压器

5-可控硅整流装置  6-直流电抗器

7-磁镜电源  8-石墨电极

9-磁镜线圈  10-电磁铁

11-可逆调压直流电源  12-炉盖

13-炉体  14-电极功率调节器

15-正、负电极功率分配电路

16-电极功率给定电路

17-电极功率调节执行机构。