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钢铁冶金学（炼钢部分） 电弧炉炼钢及铸锭

2．3 主电路上的电气设备
2．3．1 隔离开关：也称空气断路开关，无灭弧装置。开关操作顺序：送电时，先合上隔离开关，后合上高压断路器；断电时，先

断开高压断路器，后断开隔离开关。为防止误操作，常在隔离开关与高压断路器间设置连锁装置。
 2．3．2 高压断路器：具有灭弧装置。根据灭弧装置的不同设计，电弧炉使用的高压断路器有：油开关、空气断路器、真空断路器

                                 

            

灭弧手段

油

吹气

抽真空

2．3．3  电抗器：串联在变压器的高压侧（小炉子直接设计在变压器箱体内），目的是增加电路中的感抗，达到稳定电弧和限制短

路电流的作用。但它却使无功功率消耗增加，降低功率因素（

cos

ϕ =

有功功率
输入功率

）。一旦电弧燃烧稳定后，就应立即切断电抗

器。
2．3．4  电炉变压器：把几千或几万伏的高电压变为 100～400V 低电压、大电流的电气设备称为变压器。它可以说是电弧炉的心脏。

变压原理：改变铁芯上原边绕组的匝数。

1、

原边绕组的接法从⊿→Y 时，

2

1

1

3

U

U

=

     例如：

1

2

380

220

U

V

U

V

=

=

， 

2、

原边绕组带有若干抽头，通过抽头的变化来变压。为了减少热停工时间，希望不停电转换电压，因此设
计了有载调压开关。有载调压开关工作原理，如下图所示：

它由选择开关 m 和 n “

、 T”形转换开关 K 和限流电阻 R 组成。转换开关 K 和电阻装于绝缘筒作成的小箱内，小箱内装有灭弧用的油。

变压器的冷却采用油冷（辅助强制油循环或水冷来加强变压器的冷却）。一般应确保油面最高温升为 50℃。（即变压器油面温度低

于 85℃，因环境温度一般为 35℃）
2．3．5  低压短网：从变压器副边引出线至电极这一段线路称为短网。构成：硬铜母线（busbar）+软电缆（flexible power cable）+

水冷铜管（water-cooled bus tube）三相功率不平衡问题：当三相导体采用共平面布置时，即使变压器三相的二次电压和电流均相等，

三相电弧的输出功率也是不相等的。因为三相阻抗不相等。
三相阻抗不相等的原因：①、中间相短网长度较其他两相短；②、边缘两相也因感抗不同使电弧功率不同，电弧功率大的一相称为
“

”

“

”

增强相 ，另一相则称为 减弱相 。

应对措施：①、改平面布置为三角形布置；②、中间相安装电感补偿器；③、要求通过相序变换装置，使炉门一侧为强相，而使出
钢口一侧为弱相；④、将中间相电极向炉子中心移动一点；⑤、采用倾斜电极；⑥、热点区域采用优质耐材，而非热点采用一般耐
材；⑦、短网线路改为双线布置法。
2．4  电极升降自动调节装置

目的：维持恒定的弧长，保证电弧稳定，保持输入功率恒定。

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分类：①、电机放大机 直流电动机式自动调节器；属于 20 世纪 40

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年代的控制系统。②、可控硅 直流电动机式自动调节器；③、

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可控硅 转差离合器式自动调节器；④、电液随动阀 液压传动式自动调节器；⑤、微机控制系统。

   

 

工作原理：测量比较系统（电压、电流互感器） → 放大系统（电机放大机或可控硅） →执行系统（直流电动机、转差离合器、电
液随动阀）
3、电弧炉炉体构造与炉衬
3．1  电弧炉的构造：炉体=金属构件+炉衬（耐火材料），电极夹持器及其升降装置，炉体倾动装置，炉顶装料系统，辅助装置
3．1．1  金属构件

     

构成：炉壳，炉门，出钢槽和偏心炉底出钢，炉盖圈，电极密封圈

炉壳：圆筒形炉身+炉底+

     

“∏”

加固圈

炉门：

形炉门框+空

心水冷炉门+

     

炉门升降机构

出钢槽：钢板焊成的流钢槽（梯形）+

     

耐火材料流钢砖（高铝质、铝镁质、高温水泥质捣打成）

偏

     

心炉底出钢系统：见图示。

炉盖圈：炉盖圈和炉壳间必须良好密封，炉盖圈内通水，下沿设有刀口插入炉身加固圈的砂封槽内。

     

见图示。

电极密封圈：防止炉内高温气体外溢、防止红热电极对电极孔的侵蚀，必须使用电极密封圈。分为环形冷却、箱形冷

却。
3．1．2 

       

电极夹持器及其升降装置：电极夹持器的作用：夹紧或送放电极；传送电流至电极。

结构：夹头+横臂+送放电极机构

     

电极升降机构：分类：固定立柱式、活动立柱式。

传动方式：电动、液压

3．1．3 炉底倾动机构：

     

分类：侧倾机构、底倾机构

要求：向出钢方向倾动 40°～45°；向炉门方向倾动 10°～15°。

3．1．4 炉顶装料系统：分类：炉盖开出式、炉体开出式、炉盖旋转式。
3．1．5 辅助装置：①、水冷装置：电极夹持器、电极密封圈、炉壳加固圈、炉门盖、炉门框、炉盖圈，还有水冷炉壁、水冷炉盖

 

等都要通水冷却。要求：下进水、上出水。②、排烟除尘装置：炉内排烟（通过第四孔抽烟）， 炉外排烟：屋顶排烟罩、整体封
闭③、炉顶加料装置：通过第五孔向炉内加石灰、矿石及铁合金
3．2  炉衬的组成

炉底：绝热层（石棉板+硅藻土粉+绝热砖）+保护层（镁砖）+工作层（镁砂砖或打结炉衬）炉墙：保温层（石棉板+粘土砖）+工

作层（镁砂砖或打结炉衬）炉盖：一级高铝砖砌筑（按人字形砌法、十字形砌法）

4、电弧炉炼钢的原材料

电弧炉炼钢的原材料主要是：
钢铁料：废钢、生铁、直接还原铁、热压块铁、脱碳粒铁；合金材料：铁合金、纯金属合金等；造渣材料：石灰、萤石、火砖块等；
氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮；脱氧剂：块状、粉状；单一、复合；一般是 Fe-Mn 块、Fe-Si 块、Al 块、Mn-Si 块、Ca-Si 块、

电石、C 粉、Fe-Si 粉、Al 粉，等等；增碳剂：焦炭粉、电极粉、低 P、S 生铁块；电极：石墨电极（分为一般功率用和超高功率

用）
4．1  钢铁料
4．1．1  废钢
4．1．1．1  分类：

 

按来源：返回废钢：包括废钢锭、汤道、注余、切头、切尾、废铸件、试样等； 外来废钢：包括废旧设备、冲压边角料、车屑、
生活废品等。按化学成分：碳素废钢：包括普碳钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢等；合金废钢：一般为合金钢的返

                                                                                                                                                               

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