国外电渣炉的基本特点

北方铁匠

无论是国外资料介绍，还是实地考察亲眼所见，与我国现有的电渣炉相比，国外电渣炉有很多先进之处。从电渣炉的结构形式及外观上看也有所不同。我国传统的电渣炉一般是由支臂、立柱、短网、变压器、托锭台车等构成的。国外先进的电渣炉一般没有支臂，而有炉头。结构形式多为车架式或A型结构(也有人称之为塔式结构)。

当前，国外先进的电渣炉都配备了可以控制熔化速率和冶炼全过程的全计算机控制系统和带有高精度重力传感器的称重系统、带有四根导电立柱和采用滑动触头导电的同轴导电系统、气密型保护气氛系统、高精度X-Y电极调整系统、电极坯料预热装置、渣料自动加入器、合金及脱氧剂自动加入器、节水系统等。由于大型电渣锭冶炼时间长，为了防止有些钢种电渣锭尾部因相变而产生裂纹，大型抽锭式电渣炉还配备了电渣锭热屏蔽装置。有的固定式电渣炉配备了底水箱加热装置。

另外，很多电渣炉都设有安全自锁装置，比如冷却水不接通送不上电；冷却水温度超过设定值报警，超过允许值自动切断电源；地坑内惰性气体超标，氧含量低于安全设定值自动报警等。国外电渣炉一般都是用料杆(ram)连接假电极和金属电极的，料杆与称重系统及X-Y电极调整系统是炉头的技术核心部分。

国外电渣炉基本上都是单相电渣炉，一般多熔位(工位)的电渣炉居多。不仅有单炉头、单熔位电渣炉和单炉头、双熔位的电渣炉，还有双炉头、双熔位，双炉头三熔位及三炉头四熔位的电渣炉。多熔位电渣炉的主要优点是提高电渣炉的生产率。一是可以减少电渣炉的热停时间，在电渣锭模冷期间，可以在另一个熔位继续进行生产；二是可以根据锭型的不同合理安排生产。不仅可以用两个炉头采取交换电极的方式．

国外电涟炉的另个特点是．抽锭式电渣炉．或抽锭式与固定式两用电遗灯，较多。抽锭式屯渣炉的主要优点是交换电极迅速，并可以克服长电极坯料和长结品器制作上的困难．用较短的电极坯料和短结晶.器即可生产出长达6米的电渣锭。

国外电渣锭的形状普遍细长，这与电渣炉的结构形式也是密切相关的。我国绝大多数企业都是采用固定式电渣炉，既采用固定式结晶器进行所谓的静态重熔，生产出的电渣锭普遍呈短粗状，锭型规格不尽合理。相比之下，电渣锭横断面积越小，质量越容易保证；电渣锭越长，成材率越易于提高。

下面就国外先进的电渣炉的特点分项进行介绍

(1)实现整个电渣重熔过程的全计算机控制

近些年来，我国很多电渣炉都采用了计算机控制。但是大多数厂家的电渣炉都不是真正意义上的全计算机控制，而是仅仅满足于用计算机进行一般的过程控制，甚至是某一过程的控制。比如仅对正常重熔期重熔电流、电压进行控制。有的不能控制启动和补缩，更不能控制熔化速率。对于水温、水压只是在监视器上进行显示，而不能实施有效的控制。

国外先进的电渣炉从启动到补缩终了，整个重熔过程实现了全计算机控制。渣料及脱氧剂的加入、电流、电压、渣阻及熔化速率的控制、电极重量及位置、惰性气体的流量及压力、冷却水的温度、压力及安全连锁状态不仅在监视器上显示，还能通过计算机发出指令自动进行有效的控制和调节，确保工艺的再现性。避免了过多的人为控制和调整对冶炼过程及电渣钢质量带来的干扰和影响。

在工艺方面，大多都采用恒熔速的工艺思想。在重熔过程中，通过计算机控制，使金属电极始终保持一个恒定的埋入深度。使熔化速率保持在一个恒定的设定值上。

(2)高精度称重系统用计算机控制熔化速率与其配备的高精度称重系统和可进行有载调压的电源变压器是密不可分的。国外的电渣炉是由真空电弧炉演变过来的，普遍采用料杆吊挂假电极并连接金属电极的作法。因此，便于把称重系统安装在横臂上，或是炉头上。一般称重系统由几个重力传感器组成，称之为梁式称重系统。计算机通过重力传感器反馈的电极重量的变化，计算出各时间点的熔化速率和电渣锭的重量。并通过调整变压器的输入功率把熔化速率控制在工艺要求的范围之内。目前，采用这种结构形式的重力传感器可以克服机械部件间的摩擦力，使称重系统的重量精度等级达到o．Ol％，全部系统的绝对精度为最大电极重量的±0．1％，熔化速率计算相对精度达到±1kg。

国内电渣炉的结构形式普遍不是带有料杆式的结构，因此采用梁式吊挂形式的重力传感器在设计上存在着很大的困难。很多设计人员试图把重力传感器放置在底水箱下，在电渣锭脱锭和吊出的过程中，由于受电渣锭晃动和掉落的冲击等影响，重力传感器的损坏较快。另外，电极坯料对渣池的压力会因熔渣的温度不同而对重力传感器造成一定的误差。

(3)完全同轴的大电流供电系统

西德莱堡尔德一海拉斯公司(ALD公司的前身)引进一台10吨单相、单支臂、双熔位电渣炉，二次供电系统采用“同轴设计”的概念开始引入中国。该电渣炉的供电系统采用的两根带有芯管的铜管作为两根导电立柱，变压器与横臂连接的是带有芯线的水冷同轴电缆。水冷电缆和导电立柱的表皮和芯线分别为单相电源电流的进线和出线。整个网路均系平行布线，采用滑动触头导电。这种结构的布线的方式，不仅可以减少重熔过程中网路的感抗，还缩小了网路的“窗口”，降低了网路的压降损失，减少了交变磁场的面积，降低了电能损耗。

现在国外电渣炉制作商普遍采用四根对称并相互平行的导电立柱供电，称之为100％高效率的完全同轴设计。但是，导电立柱制作简单。每根导电立柱不再是带有芯线的那种，在同一导电立柱内分别具有进线和出线的结构。事实上，现在这种所谓的同轴设计不是真正意义上的“同轴”，严格地说不过是平行布线而已。

(4)高精度X—Y电极调整系统

我国的电渣炉一般都是用把持器夹紧假电极来连接金属电极的，而国外的电渣炉由于结构形式的不同，普遍是靠料杆连接假电极和金属电极。由于整体长度增加了，加之电极焊接过程中还可能出现焊偏错位或焊不直的现象。在大充填比的情况下，重熔过程中电极对中的问题显得尤为重要。高精度X—Y电极调整系统，可以在远程控制和调整金属电极在水平方向的位置，使金属电极始终处于结晶器的中心位置，防止金属电极发生位置偏移影响电渣锭的表面质量。避免金属电极与结晶器打弧，甚至击穿结晶器的现象发生。X-Y电极调整系统在设计制作方面具有一定的技术含量。

(5)气密型惰性气体保护罩

随着科学技术的飞跃发展，各领域对钢材的质量提出越来越高的要求，新型的保护性气氛电渣炉一气密型保护性气氛电渣炉应运而生。近几年来，国际上几家电渣冶金设备制作公司为用户制作的电渣炉，绝大多数都是气密型保护性气氛电渣炉。气密型保护气氛电渣炉与过去一般的带有气体保护罩的电渣炉大不相同。电渣炉气体保护罩位于排烟罩的下方，重熔过程中是靠惰性气体较大的比重覆盖渣池来进行保护的。由于炉口及保护罩与大气相通，保护效果不佳。不但不能够完全达到防止电渣钢增氢的目的，而且防止不了大气对渣池及渣池上方金属电极易氧化带的氧化。新型保护性气氛电渣炉使用的是气密型惰性气体保护罩，这种电渣炉是从电极料杆到结晶器上口用一个完全封闭的不锈钢金属罩封闭的，密封效果很好。即便是在起弧过程中，在厂房内也几乎听不到肩弧的噪声，看不到逸出的烟气。惰性气体可以在气密罩内积蓄并形成一定的压力，使金属电极，渣池及金属熔池与大气隔绝。既防止了重熔过程中电渣钢增氢，也防止了大气对与金属电极和渣池的氧化，使电渣钢中的氢、氧、氮不高于电极坯料中的原始含量。另外，重熔过程中易氧化元素烧损很少，比如钛的烧损量微

乎其微，而普通电渣炉钛的烧损量可达30～50％。另外，电渣锭的头尾化学成分的均匀性也大大优于普通电渣炉生产的电渣锭，包括重熔含铝、钛钢在内，电渣锭的头尾铝、钛等化学成分偏差极小。

(6)电极坯料端头预热装置

国外新型电渣炉大多都带有电极坯料端头预热装置，预热装置呈筒状，一般安装在熔位的侧面。预热装置有的采用电阻加热，有的采用煤气加热。在金属电极进行重熔之前对电极坯料的端头进行预热，可以防止金属电极进入熔渣后，电极急剧升温而出现炸裂或掉块的现象；并且可以防止金属电极进入熔渣后，因炉温骤然降低而使电渣锭出现勒壳、渣沟等表面缺陷。