[發(fā)明專利]在電弧爐內(nèi)便于再觸發(fā)電弧的設(shè)備和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00815708.1
• 申請日: 2000-11-16
• 公開（公告）號: CN1390436A
• 公開（公告）日: 2003-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 法蘭西斯·博勒加爾;布律諾·弗朗克爾
• 申請（專利權(quán)）人: 魁北克能源輸送新技術(shù)中心
• 主分類號: H05H1/48
• 分類號: H05H1/48;H05H1/36
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司
• 代理人: 張?zhí)焓?謝麗娜

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電弧爐設(shè)備，更準確地說涉及幫助電弧爐觸發(fā)電弧，以改善生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)成本和減少弧閃的裝置和方法。

發(fā)明背景

工業(yè)電弧爐是一種用來熔煉像來自廢料的大塊金屬那樣的不同冶金元素的大型熔煉爐。通過電弧在一個電極與廢料之間產(chǎn)生的一個熱氣體柱輻射出來的強熱高溫來熔化這大塊金屬。電弧爐一般包括：一個用來裝廢料和熔化的金屬的桶形容器；一組用來激發(fā)電弧的電極；一組控制電極與廢料之間距離的傳動裝置；以及提供電弧電流的大電流電源(包括一臺裝有選擇電壓電平的抽頭變換器的變壓器)。當熔煉完成時，飄浮在表面的雜質(zhì)從表面上撇去，或者刮去，而液體金屬從桶形容器回收以進一步處理。

通常把兩個電極，陽極和陰極一接觸就點火并產(chǎn)生電弧。然后陰極就發(fā)射出的電子，在加在兩極之間的電場下加速移向陽極。這些電子與間隙里的氣體分子發(fā)生撞擊產(chǎn)生正電荷離子和負電荷自由電子，在電極之間就形成了導(dǎo)電氣體柱使電流可流動。允許電流流過的導(dǎo)電氣體在本發(fā)明申請書中指的就是等離子體。隨著電流的增加，更多的撞擊發(fā)生了，更多的粒子和電子游離了，這樣，此等離子體柱的導(dǎo)電性和溫度也隨著增加了。與此同時，陰極被更多的離子撞擊而溫度升高，這樣，使電子發(fā)射一直維持下去。由于飛來的電子的撞擊，陽極的溫度也升高了。發(fā)射，撞擊以及一系列碰撞產(chǎn)生了可分為三個區(qū)域的電壓降：陰極電壓降；陽極電壓降；以及等離子體柱電壓降。一個電弧爐的電弧沿著等離子體柱多半都有一個電壓降分布。因此，電弧電壓降主要隨電弧長度增加而增加，相反地降低等離子體的溫度，并且電弧電壓降與等離子氣體的成分有關(guān)。

當爐電弧中斷時，會把此等離子柱留在一個初始電離狀態(tài)下，而等離子體溫度下降的速度和等離子體的成分對此狀態(tài)的壽命有影響。再次觸發(fā)電弧所需要的點火電壓隨著等離子體狀態(tài)的惡化而增高。如果此等離子體消失，那么就需要產(chǎn)生介質(zhì)擊穿，或者說需要一個暫時的電氣接觸，再次產(chǎn)生等離子體和再次觸發(fā)電弧。

電弧爐最常使用的是三相AC電流型電源。爐子里每一個相都有一個電極，所有的電極按照桶形容器里的三角圖形配置。在操作過程中，每一個電極都產(chǎn)生一個另一端與金屬負載接觸的電弧。所有的AC電弧爐的電極，都是交替的陽極和陰極。在每半個周期，電弧電流要反向就必須通過零點。從每個等離子體柱輻射出來的高熱量與電弧電流成正比，因此是以同步的方式起伏波動的。在電網(wǎng)頻率為50或60HZ，并且環(huán)境是冷的時候，沒有足夠的熱慣性能保持等離子體的溫度以能維持離子狀態(tài)。在這種情況下，等離子體的溫度降隨著電流流動而波動，并將影響其導(dǎo)電性。當電流波動時導(dǎo)電性的變化將影響電壓降。如果我們考慮電弧在冷環(huán)境下燃燒的同時緊接著有一個電流峰值的狀態(tài)，那么在電極的端點電壓降就會逐漸增加。這個電壓降會升至熄滅電壓(extinction-voltage)，此時電流為零，電弧熄滅。對反向電弧點火電流來說，交流電壓饋送必須以相反的極性超過點火電壓，而這一點取決于等離子柱離子化狀態(tài)(溫度)，也取決于陰極和陽極的條件。再點火之后，隨著電弧電流回升，氣體柱再次變熱，電壓降以相反的極性再次逐步增加到與先前電流峰值的電壓降相等的一個較低的值。如果我們畫出電弧電壓的演變圖，那么點火電壓會比熄滅電壓高，因為在兩個事件之間，等離子柱的溫度是逐漸下降的。

而處在50或60Hz頻率下，在熱的環(huán)境下燃燒的AC電弧，情況就不同了。當電弧電流為零并且熄滅時，等離子柱依然是熱的，因此離子化仍然較充分。熄滅/點火電壓電平受到的影響不會很大，電壓降演變圖將顯示介于正弦波和方波之間的波形。

AC電弧爐用電壓波形為正弦波的電壓電源供電。為了在電弧熄滅后很快地點燃它，由于爐子的電源通路里有漏電感存在，電弧爐要在使電壓超前電流的低功率因數(shù)下運行。在很多情況下，甚至要在爐子變壓器的初級邊插進一串聯(lián)的電感。這樣，當電流到零且發(fā)生熄滅時，就馬上要使用電源里隨電感里反向電動勢突然消失而產(chǎn)生的反向電壓。如果電源電壓在這個瞬間比點火電壓高，電弧馬上就將被觸發(fā)。如果不是這種情況，那在電源電壓趕上點火電壓電平之前，就會有一個延遲。這個延遲會在電弧電流里引入能產(chǎn)生缺少電流的時間間隔的死時間周期。即使電流幅值以及它的RMS值也以與相控制調(diào)光器類似的方式降低。對爐子功率輸入的影響也是滿大的。