超高功率電弧爐主要應(yīng)用電弧對(duì)廢鋼進(jìn)行加熱、熔化。所謂電弧，是指陰極和陽(yáng)極間放電的一種形式，其產(chǎn)生的離子具有低電壓、大電流和高能密度的特征。在弧柱內(nèi)，隨著內(nèi)部能量的增大，一部分分子會(huì)離解成原子，進(jìn)而受到激勵(lì)后發(fā)生電離，形成等離子體。等離子體不同于固體、液體和氣體，它屬于物質(zhì)的第四態(tài)。電弧各部分的溫度，在陰極點(diǎn)為3500-4000℃；在陰極附近最高可達(dá)15000-20000℃；在弧柱外側(cè)最高為6000℃左右，越靠近內(nèi)側(cè)其溫度越高。交流電弧與直流電弧不同，其電壓和電流在每一個(gè)周期內(nèi)會(huì)改變兩次方向，即采用的是50 hz的電源，其電壓及電流在is內(nèi)從零點(diǎn)通過(guò)的次數(shù)為ioo次，并且改變方向。當(dāng)電流減小時(shí)，弧柱內(nèi)的帶電粒子會(huì)再次結(jié)合，等離子狀態(tài)趨于消失。在這種等離子狀態(tài)消失之前，如果有附加逆電壓和電流，電弧就能持續(xù)存在。交流電弧比直流電弧更易于熄滅，能夠起到穩(wěn)定電弧作用的主要因素有：大電流、短電弧、大的電抗百分比、高的電源頻率；爐氣流動(dòng)越少，電弧越穩(wěn)定；爐氣壓力越高，電弧越穩(wěn)定；爐渣的存在也能提高電弧的穩(wěn)定性；受外部磁場(chǎng)影響越少的電弧越穩(wěn)定。
1、電弧
電弧是電弧爐爐內(nèi)的熱源，它決定了爐中的熱工狀況。由于電弧本身的特點(diǎn)，它決定了電弧爐設(shè)備的電氣特性。進(jìn)而決定了電弧爐煉鋼的各個(gè)方面。
電弧是一種氣體放電現(xiàn)象。當(dāng)兩電極間加上一定的電壓后，氣體就能自行放電，同時(shí)兩電極間的氣體被電離，出現(xiàn)大量帶電質(zhì)點(diǎn)——自由電子和正離子，電極間出現(xiàn)導(dǎo)電通道，電流密度達(dá)數(shù)ka/cm2，氣體溫度達(dá)幾千攝氏度。
2、電孤穩(wěn)定燃燒的條件
電弧按電源性質(zhì)可分為直流電弧和交流電弧兩大類，工業(yè)應(yīng)用的電弧大多數(shù)是交流電弧。理想交流電弧的電壓和電流為正弦波形，其電壓和電流的大小和極性隨時(shí)間發(fā)生周期性地改變。
為了保證電弧的燃燒，在兩電極端面之間，除應(yīng)有一定數(shù)量的帶電質(zhì)點(diǎn)外，還要求有一定強(qiáng)度的電場(chǎng)，也就是應(yīng)有一定大小的電弧電壓。電弧開(kāi)始燃燒的電壓稱為起弧電壓或燃弧電壓。外電壓過(guò)最大值后開(kāi)始減小，當(dāng)電弧電壓減小到某一數(shù)值時(shí)，電弧熄滅，此時(shí)的電壓稱為熄弧電壓。由于弧區(qū)溫度的影響，燃弧電壓略大于熄弧電壓。對(duì)于大功率交流電弧，在熄弧的瞬間，弧區(qū)溫度降低不明顯，可近似認(rèn)為燃弧電壓等于熄弧電壓。
若外電路中電抗x=o，此時(shí)電弧電流和電弧電壓同相。在外電壓u小于起弧電壓時(shí)，電弧熄滅，電流為0。從時(shí)間橫軸上可以看到，在電源電壓過(guò)0點(diǎn)的前后會(huì)有一段時(shí)間間隔，此時(shí)電弧是熄滅的，這就是交流電弧燃燒不穩(wěn)定的根源。為了不滅弧，要求電路中要有一定的感性，即電弧電流和電源電壓之間要保持一相位差。
交流電弧的極性在燃燒過(guò)程中會(huì)快速地變化。石墨電極在負(fù)半周作為陰極時(shí)有比較穩(wěn)定的陰極斑點(diǎn)，易形成穩(wěn)定的電?。慌c此相反，當(dāng)其在正半周時(shí)，由于從陰極鋼水熔池噴射出的蒸汽使陰極斑點(diǎn)在鋼水液面高速轉(zhuǎn)動(dòng)，電弧的形狀變得不規(guī)則了。此外，在熔化期，由于冷鋼的存在，電弧不斷地從一塊爐料跳向另一塊爐料，電弧電壓和電流波形會(huì)沒(méi)有規(guī)則地劇烈變動(dòng)。上述這些情況都導(dǎo)致了電弧在工作條件下的不穩(wěn)定性。交流電弧在工作中的劇烈變化使得電弧電流和電弧電壓的波彤發(fā)生嚴(yán)重的畸變，這會(huì)導(dǎo)致一系列高次諧波的產(chǎn)生，降低了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
3、煉鋼爐中的電弧
若煉鋼爐中是交流大功率電弧，相應(yīng)地在電弧外電路中的電抗必須有足夠大小的量值。這是為了滿足電路條件，使電弧電流有一確定的大小。
在三相煉鋼電弧爐中，每相電弧會(huì)受到其他兩相電弧所建立磁場(chǎng)的作用，于是被電磁力移至電極端靠近爐襯的外側(cè)，這就是電弧外吹。由于外吹作用的存在，弧柱和金屬面間的夾角減小至45°-75°。若高溫氣流，即電弧弧餡，沖向爐壁，高速拋出金屬、渣和石墨等質(zhì)點(diǎn)，會(huì)在電弧附近渣線上方的爐壁上形成熱點(diǎn)。由于此處熱負(fù)荷最高，其受到的化學(xué)侵蝕也最嚴(yán)重。
電流流過(guò)鋼液會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并使鋼液發(fā)生攪動(dòng)。在高功率電爐上，約有20%-30%的電弧熱量是由這種攪拌作用傳入鋼液的，每分鐘被移動(dòng)的鋼液占總重的9%左右。
