新型節(jié)能直流電弧爐
·直流電弧爐概述直流電弧從穩(wěn)定性和單方向上優(yōu)于交流電弧，這對冶金工藝的熱傳遞有很大好處。理論分析指出，利用直流電流代替交流電流是一項重大的技術(shù)革新措施。由于直流電流沒有過零問題，因此電弧穩(wěn)定性得到改善，對電網(wǎng)的干擾隨之降低。在直流電弧爐中利用直流電流冶煉金屬的方法基本上和交流電弧爐是一樣的。但是由于爐料側(cè)的陽極熱量高，所以直流電弧的電熱變化效率高。采用可控晶閘管式靜止變換器做為直流電弧爐電源，可將交流電源變換為直流，借助于改變晶閘管的導(dǎo)通角，可以連續(xù)平滑地控制熔煉電流，并使大電流不超過設(shè)備的允許值。采用三相全橋整流電路，可使整流變壓器具有很多簡單的繞組設(shè)計和堅固可靠的結(jié)構(gòu)。由于晶閘管導(dǎo)通角的調(diào)節(jié)只能在下一個晶閘管導(dǎo)通時才起作用，即有一定的時間滯后。因此，在直流側(cè)需要串接一個直流電抗器DCL，以便當電弧電壓瞬時降低（短路）時，動態(tài)短路電流不至于瞬間達到不允許的數(shù)值?！ぴO(shè)備特點：1.PLC 控制自動化程度高，升溫速度快，生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定可靠。2.根據(jù)客戶要求可在冶煉過程中不停機任意設(shè)定，實現(xiàn)恒功率、恒電流、恒阻抗、恒電壓不同控制方案，方便快捷。3.有載調(diào)電壓，無極調(diào)電流。在冶煉過程中可根據(jù)要求，不停機，把電壓等級任意增加或減小。電流精確到每 1 安，任意增加或減小。4.正極負極在冶煉過程中任意轉(zhuǎn)換改變極性，爐膛溫度均勻，有效解決陽極效應(yīng)造成爐內(nèi)溫度不均勻的缺陷。（此項為專利）5.在冶煉過程中，可根據(jù)需要不停電任意調(diào)節(jié)弧光長短，既可以埋弧也可以明弧冶煉，可以熔化各種物料實現(xiàn)(電弧爐+礦熱爐）2合1復(fù)合多功能使用。 6.直流電源主控板（自主知識產(chǎn)權(quán)）具有軟啟動功能，避免出現(xiàn)一開機高電壓沖擊毀壞晶閘管電氣元件現(xiàn)象。該板具有光電隔離功能，能有效避免生產(chǎn)現(xiàn)場強磁場干擾生產(chǎn)過程中控制電路的穩(wěn)定性。該板還具有過壓、過流、缺相、高溫保護功能，能有效避免短路造成對設(shè)備的損害。7.直流電爐電極中心溫度高，熱量集中，易于深埋電極，爐底不易上漲，較適宜高熔點的產(chǎn)品冶煉。8.直流電弧爐比交流電弧爐節(jié)省 1～2 套電極裝置，石墨電極消耗量可節(jié)約 30%～50%。20t的交流電弧爐熔煉1t鐵水大約需要6kg的石墨電極，與其相同容量的直流電弧爐只需要3kg石墨電極。9.具有電極折斷檢測功能和自動調(diào)節(jié)平衡功能，當電極碰到爐底短路產(chǎn)生弧光，不再繼續(xù)運行，從而避免因電極繼續(xù)向下運動而折斷電極的事故。交流電弧爐電極折斷事故現(xiàn)場 10.直流電弧爐的電弧光是中心垂直形式放熱，熱量分布均勻，物料熔化均勻。直流電弧光對金屬熔液有很強的電磁攪拌效果，使得物料熔化無死角，產(chǎn)品回收率高。11.噪音比交流電弧爐低 10～20 分貝。12.爐壁耐火材料使用壽命長。交流電弧爐的弧光與石墨電極的夾角為45°，非常容易打到爐壁上，從而破壞爐墻耐火材料。而直流電弧爐的弧光與石墨電極之間的夾角是12°，不會打到爐壁上，不會在爐壁上形成熱點，因而不會破壞爐壁耐火材料。·比交流電弧爐節(jié)能10%-15%的原理（功率因數(shù)、諧波、渦流、集膚效應(yīng)）：1.交流短網(wǎng)極易產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，三相功率難于維持平衡，導(dǎo)致交流爐的無用功增加，如不加高低端補償，爐子的功率因數(shù)只有0.7～0.8左右，即便投入補償成本后爐子功率因數(shù)也僅在0.8～0.9左右。而本公司制造的直流電弧爐則不需要無功補償裝置，自然功率因數(shù)高達0.95～0.98。 2.交流電路中，因交變電流的存在，在短網(wǎng)回路中交變磁場，繼而產(chǎn)生渦流，使短網(wǎng)回路發(fā)熱，從而損耗浪費了一部分能量。而直流電路中短網(wǎng)回路只會產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，沒有渦流的存在，也就不會發(fā)熱，不會產(chǎn)生渦流損耗浪費能量。 3.從交流電曲線特性中發(fā)現(xiàn)，交流電從正弦波到余弦波50赫茲的變化，電壓每秒過零100 次，即每秒有 100 次的引弧、滅弧、再引弧、再滅弧的現(xiàn)象，電壓強烈閃變問題導(dǎo)致交流電弧光不穩(wěn)定、諧波失真、電壓電流失相。同時產(chǎn)生諧波污染， 2、4 次偶次諧波與 3、5、7 次奇次諧波共存并嚴重超國家標準標的5%~27%狀況，使電壓畸變更加復(fù)雜化。而直流電壓具有不過零點特性，沒有極性變化，只是弱強的閃變，因而直流電弧光比交流電弧光穩(wěn)定。就閃變強度而言也只是交流爐的20%，而且對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊遠小于交流爐，對電網(wǎng)沒有3、5、7、11、13等奇次諧波干擾。4.交流電自身帶有趨膚效應(yīng)。交流電路中的導(dǎo)體內(nèi)部電流分布不均勻，電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分，也就是說電流集中在導(dǎo)體外表的薄層，越靠近導(dǎo)體表面，電流密度越大，導(dǎo)體內(nèi)部實際上電流較小。結(jié)果使導(dǎo)體的電阻增加，損耗功率也隨之增加。而直流電流沒有趨膚效應(yīng)，因此短網(wǎng)回路在相同的截面積能通過更大電流，電能利用率高，消耗少。
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·直流電弧爐概述
直流電弧從穩(wěn)定性和單方向上優(yōu)于交流電弧，這對冶金工藝的熱傳遞有很大好處。理論分析指出，利用直流電流代替交流電流是一項重大的技術(shù)革新措施。由于直流電流沒有過零問題，因此電弧穩(wěn)定性得到改善，對電網(wǎng)的干擾隨之降低。在直流電弧爐中利用直流電流冶煉金屬的方法基本上和交流電弧爐是一樣的。但是由于爐料側(cè)的陽極熱量高，所以直流電弧的電熱變化效率高。
采用可控晶閘管式靜止變換器做為直流電弧爐電源，可將交流電源變換為直流，借助于改變晶閘管的導(dǎo)通角，可以連續(xù)平滑地控制熔煉電流，并使大電流不超過設(shè)備的允許值。采用三相全橋整流電路，可使整流變壓器具有很多簡單的繞組設(shè)計和堅固可靠的結(jié)構(gòu)。由于晶閘管導(dǎo)通角的調(diào)節(jié)只能在下一個晶閘管導(dǎo)通時才起作用，即有一定的時間滯后。因此，在直流側(cè)需要串接一個直流電抗器DCL，以便當電弧電壓瞬時降低（短路）時，動態(tài)短路電流不至于瞬間達到不允許的數(shù)值。
·設(shè)備特點：
1.PLC 控制自動化程度高，升溫速度快，生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定可靠。
2.根據(jù)客戶要求可在冶煉過程中不停機任意設(shè)定，實現(xiàn)恒功率、恒電流、恒阻抗、恒電壓不同控制方案，方便快捷。
3.有載調(diào)電壓，無極調(diào)電流。在冶煉過程中可根據(jù)要求，不停機，把電壓等級任意增加或減小。電流精確到每 1 安，任意增加或減小。
4.正極負極在冶煉過程中任意轉(zhuǎn)換改變極性，爐膛溫度均勻，有效解決陽極效應(yīng)造成爐內(nèi)溫度不均勻的缺陷。（此項為專利）
5.在冶煉過程中，可根據(jù)需要不停電任意調(diào)節(jié)弧光長短，既可以埋弧也可以明弧冶煉，可以熔化各種物料實現(xiàn)(電弧爐+礦熱爐）2合1復(fù)合多功能使用。
6.直流電源主控板（自主知識產(chǎn)權(quán)）具有軟啟動功能，避免出現(xiàn)一開機高電壓沖擊毀壞晶閘管電氣元件現(xiàn)象。該板具有光電隔離功能，能有效避免生產(chǎn)現(xiàn)場強磁場干擾生產(chǎn)過程中控制電路的穩(wěn)定性。該板還具有過壓、過流、缺相、高溫保護功能，能有效避免短路造成對設(shè)備的損害。
7.直流電爐電極中心溫度高，熱量集中，易于深埋電極，爐底不易上漲，較適宜高熔點的產(chǎn)品冶煉。
8.直流電弧爐比交流電弧爐節(jié)省 1～2 套電極裝置，石墨電極消耗量可節(jié)約 30%～50%。20t的交流電弧爐熔煉1t鐵水大約需要6kg的石墨電極，與其相同容量的直流電弧爐只需要3kg石墨電極。
9.具有電極折斷檢測功能和自動調(diào)節(jié)平衡功能，當電極碰到爐底短路產(chǎn)生弧光，不再繼續(xù)運行，從而避免因電極繼續(xù)向下運動而折斷電極的事故。
交流電弧爐電極折斷事故現(xiàn)場
10.直流電弧爐的電弧光是中心垂直形式放熱，熱量分布均勻，物料熔化均勻。直流電弧光對金屬熔液有很強的電磁攪拌效果，使得物料熔化無死角，產(chǎn)品回收率高。
11.噪音比交流電弧爐低 10～20 分貝。
12.爐壁耐火材料使用壽命長。交流電弧爐的弧光與石墨電極的夾角為45°，非常容易打到爐壁上，從而破壞爐墻耐火材料。而直流電弧爐的弧光與石墨電極之間的夾角是12°，不會打到爐壁上，不會在爐壁上形成熱點，因而不會破壞爐壁耐火材料。
·比交流電弧爐節(jié)能10%-15%的原理（功率因數(shù)、諧波、渦流、集膚效應(yīng)）：
1.交流短網(wǎng)極易產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，三相功率難于維持平衡，導(dǎo)致交流爐的無用功增加，如不加高低端補償，爐子的功率因數(shù)只有0.7～0.8左右，即便投入補償成本后爐子功率因數(shù)也僅在0.8～0.9左右。而本公司制造的直流電弧爐則不需要無功補償裝置，自然功率因數(shù)高達0.95～0.98。
2.交流電路中，因交變電流的存在，在短網(wǎng)回路中交變磁場，繼而產(chǎn)生渦流，使短網(wǎng)回路發(fā)熱，從而損耗浪費了一部分能量。而直流電路中短網(wǎng)回路只會產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，沒有渦流的存在，也就不會發(fā)熱，不會產(chǎn)生渦流損耗浪費能量。
3.從交流電曲線特性中發(fā)現(xiàn)，交流電從正弦波到余弦波50赫茲的變化，電壓每秒過零100 次，即每秒有 100 次的引弧、滅弧、再引弧、再滅弧的現(xiàn)象，電壓強烈閃變問題導(dǎo)致交流電弧光不穩(wěn)定、諧波失真、電壓電流失相。同時產(chǎn)生諧波污染， 2、4 次偶次諧波與 3、5、7 次奇次諧波共存并嚴重超國家標準標的5%~27%狀況，使電壓畸變更加復(fù)雜化。而直流電壓具有不過零點特性，沒有極性變化，只是弱強的閃變，因而直流電弧光比交流電弧光穩(wěn)定。就閃變強度而言也只是交流爐的20%，而且對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊遠小于交流爐，對電網(wǎng)沒有3、5、7、11、13等奇次諧波干擾。
4.交流電自身帶有趨膚效應(yīng)。交流電路中的導(dǎo)體內(nèi)部電流分布不均勻，電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分，也就是說電流集中在導(dǎo)體外表的薄層，越靠近導(dǎo)體表面，電流密度越大，導(dǎo)體內(nèi)部實際上電流較小。結(jié)果使導(dǎo)體的電阻增加，損耗功率也隨之增加。而直流電流沒有趨膚效應(yīng)，因此短網(wǎng)回路在相同的截面積能通過更大電流，電能利用率高，消耗少。
