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【摘要】随着德国的BSE公司率先开发出了全铝合金电极横臂，一些钢厂陆续对这种横臂进行应用，取得了良好的效果，其它钢厂纷纷引进该技术。本文对钢包精炼炉三种类型的导电横臂进行对比分析。并对铝合金横臂改造的可行性进行分析研究，指出全铝合金导电横臂技术将是国内外电炉节能技术的发展趋势。
【关键词】电炉；铝合金导电横臂；趋势
钢包精炼炉的生产消耗大量电能，导电横臂作为电缆链接电极的桥梁对系统的电耗存在重要影响，它给电极供电，使钢水被加热升温。导电横臂的设计应满足：轻重量、好刚性、小阻抗、长寿命。电极横臂一端支撑在升降立柱上，而另一端夹持电极，导电横臂的重量如果可以减轻，驱动电极立柱升降运行的功率就可以减少，同时也能使电极调节控制器响应能力大大提高。
1.导电横臂的发展现状
在钢包精炼炉炼钢的过程中，三相电极相互短路放电，在钢水之间形成高功率的高温电弧，从而使电极横臂强烈地电磁振动[1]，所以导电横臂应具有良好的稳定性和强度。为了能够快速熔化炉料，电极横臂还应具备较低的阻抗值。而且，为了适应现场高温的工作环境，导电横臂内部一般采用水冷系统进行冷却，并尽可能减少静电尘埃打火，以延长横臂的工作寿命。
目前，老式的导电管导电的导电横臂由于维护复杂，已基本被淘汰，较少使用。前些年国外开发出了用覆铜钢板制造的导电横臂，该导电横臂跟传统的全钢导电横臂相比使用效果较好，短网系统的电气性能有了一定的改进。但是它也有一些不足之处，比如重量过重，它比传统的导电横臂还要重20%左右，这势必影响电极调节器的工作灵敏度。此外，每相电极横臂都是一个独立的单体，而且每相在结构上都有一些差别，当电极夹持器损坏时，整个电极横臂需要整体下线进行处理，造成维护周期偏长，严重影响钢厂生产的连续性。
2.三种导电横臂的分析对比
全钢电极横臂由支撑和导电两部分构成，即钢结构支撑与导电管。由于钢的比重偏大、导电性能比较差，因此该横臂的劣势是重量大、电耗高、寿命短、维护差。而全钢电极横臂，为满足其导电性能和安全条件，母线连接的工序复杂，时间长、可维护性差。此外，由于导电横臂在升温过程中强烈地电磁振动，铜管的维护工作量增加。铜钢复合型电极横臂作为全钢导电横臂升级型产品，它采用横臂外层的铜板来导电，从而取消了电极横臂系统的导电钢管或铜管，将导电横臂的导电与支撑两种功能进行整合，这种设计能够减少导电横臂的阻抗值，明显改善了导电性能[2]。它的缺点是铜钢复合板中的铜板比较薄，导电面积必然不足，因此阻抗值仍存在提高的空间。全铝合金导电横臂是由铝合金板焊接制成的箱式结构，它内部通水冷却。这种结构不仅刚度和强度较好，而且重量较轻。由于系统共振的频率与电极调节器的灵敏度成正比，降低重量就意味着提高控制器灵敏度，同时也使电极立柱的灵敏度大大提高 ，电极提升的速度最大可达15m/min，电极升降的速度都有所加快，三相电流不平衡度大大减少，这样就可减少电极损耗，即提高效率，又能节约成本。
3.铝合金导电横臂的优势
全铝合金横臂主要的优势有不生锈，耐腐蚀，重量轻。它比传统的全钢电极横臂轻40%左右，从而使得电极升降调节响应更快，灵敏度更高。此外可以采用较粗电极，提高二次电流，而且使炉子总重量减轻，电效率提高[3]。由于阻抗值减少，所以有功功率提高，输入功率也随之提高。根据统计，输入功率提高9%，功率因数提高，它使炉子平均功率因数提高4%，冶炼周期缩短3.5%。使用过程中运行稳定。由于升温过程中振动减小，可以使电极消耗降低4%。它完全符合共振频率的需要。这种新型全铝式导电横臂在国内外也是刚刚进入实用阶段，可以说，它是目前钢包精炼炉最先进的设备。全铝合金式电极横臂采用呈箱式结构，不易变形、结构坚固、外形简单、使用可靠、维护容易，它在炉体机械结构方面得以优化。此外，从电气方面看，电阻及电抗值都比传统的老式电极横臂要小的多。
此外铝合金导电横臂不仅使导电和支撑电极两种功能合并，还简化了横臂结构，采用这种设计后横臂整体进行导电，使其导电截面积大幅增加，由于铝合金电极横臂在电极夹头部位没有绝缘板隔离，因此不会因为这部分粘附带电尘埃堆积而引起飞弧，打坏电极夹头。全铝合金电极横臂由于没用采用铜材，所以在制造成本方面具备一定的优势。由于现场工况环境复杂，为防止电极横臂由于长期处于冷却水的腐蚀作用，还需用镁合金复合材料进行电化防腐，防腐周期大约5年更换一次。在正常冷却和防腐条件下，铝合金导电横臂的设计寿命可达10年以上。
4.全铝合金导电横臂改造的可行性分析
经过改造后，原有短网及水冷电缆不变，升级换下的铜钢复合导电横臂和夹持器可作其它电炉的备件继续上线使用。升降立柱略微调整，原有液压系统不做变动。改造后创造的效益可以做如下推算：
（1）关于节电的效益
铝制导电横臂相对于铜钢复合导电横臂能节电3～5%[4]，电极消耗节省4%。以本钢5#LF炉为例，5#LF炉平均年产12000炉，平均通电时间13分钟，平均钢水重量165吨，平均有功功率为17M瓦/时。
平均吨钢电耗为（17×1000×13/60）/165=22.32度。
每年可以节电12000×165×22.32×0.03=1325808度電。
以每度电0.56元计，每年可以节省1325808×0.56=74.2452万元。
（2）关于节省电极消耗，做以下推算：
升温时电极消耗按0.01kg/kwh计算，每年消耗电极为12000×165×22.32×0.01=441936 kg。
电极单价按17.41元/kg，每年可节省=441936×17.41×0.04=30.78万元。
节电加上节省电极每年至少可以节省74.2452+30.78=105.0252万元。保守估计三年收回投资成本，改造完全可行。
5.结论
自从全铝合金导电横臂技术在德国取得成功以来，由于该技术的显著优点， 美国、英国和法国等国家相继采用了这种新型导电横臂。我国宝钢集团于1999年首次建成300吨采用全铝合金导电横臂技术的钢包精炼炉后，国内其它钢厂也已瞄准该技术领域的最新动态，或进行改造，或进行引进技术，相信随着国内钢铁行业节能形式的严峻，不久的将来，全铝合金导电横臂改造必将拥有更广阔的应用前景，成为电炉节能技术发展的新趋势。
参考文献
[1]高金成.超高功率电炉电极消耗分析[J].江苏冶金，2001，（6）：36-39.
[2]关玉龙.电弧炼钢技术[M]，北京：科学出版社，1990，1-9.
[3]李士琦，陈煜，刘润藻，季淑娟.现代电弧炉炼钢技术进展[J].中国冶金，2005，15（6）：8-13.
[4]田辉，宋华德，我国节能电弧炉技术的发展[J].特殊钢，1999，（6）：29.
【关键词】电炉；铝合金导电横臂；趋势
钢包精炼炉的生产消耗大量电能，导电横臂作为电缆链接电极的桥梁对系统的电耗存在重要影响，它给电极供电，使钢水被加热升温。导电横臂的设计应满足：轻重量、好刚性、小阻抗、长寿命。电极横臂一端支撑在升降立柱上，而另一端夹持电极，导电横臂的重量如果可以减轻，驱动电极立柱升降运行的功率就可以减少，同时也能使电极调节控制器响应能力大大提高。
1.导电横臂的发展现状
在钢包精炼炉炼钢的过程中，三相电极相互短路放电，在钢水之间形成高功率的高温电弧，从而使电极横臂强烈地电磁振动[1]，所以导电横臂应具有良好的稳定性和强度。为了能够快速熔化炉料，电极横臂还应具备较低的阻抗值。而且，为了适应现场高温的工作环境，导电横臂内部一般采用水冷系统进行冷却，并尽可能减少静电尘埃打火，以延长横臂的工作寿命。
目前，老式的导电管导电的导电横臂由于维护复杂，已基本被淘汰，较少使用。前些年国外开发出了用覆铜钢板制造的导电横臂，该导电横臂跟传统的全钢导电横臂相比使用效果较好，短网系统的电气性能有了一定的改进。但是它也有一些不足之处，比如重量过重，它比传统的导电横臂还要重20%左右，这势必影响电极调节器的工作灵敏度。此外，每相电极横臂都是一个独立的单体，而且每相在结构上都有一些差别，当电极夹持器损坏时，整个电极横臂需要整体下线进行处理，造成维护周期偏长，严重影响钢厂生产的连续性。
2.三种导电横臂的分析对比
全钢电极横臂由支撑和导电两部分构成，即钢结构支撑与导电管。由于钢的比重偏大、导电性能比较差，因此该横臂的劣势是重量大、电耗高、寿命短、维护差。而全钢电极横臂，为满足其导电性能和安全条件，母线连接的工序复杂，时间长、可维护性差。此外，由于导电横臂在升温过程中强烈地电磁振动，铜管的维护工作量增加。铜钢复合型电极横臂作为全钢导电横臂升级型产品，它采用横臂外层的铜板来导电，从而取消了电极横臂系统的导电钢管或铜管，将导电横臂的导电与支撑两种功能进行整合，这种设计能够减少导电横臂的阻抗值，明显改善了导电性能[2]。它的缺点是铜钢复合板中的铜板比较薄，导电面积必然不足，因此阻抗值仍存在提高的空间。全铝合金导电横臂是由铝合金板焊接制成的箱式结构，它内部通水冷却。这种结构不仅刚度和强度较好，而且重量较轻。由于系统共振的频率与电极调节器的灵敏度成正比，降低重量就意味着提高控制器灵敏度，同时也使电极立柱的灵敏度大大提高 ，电极提升的速度最大可达15m/min，电极升降的速度都有所加快，三相电流不平衡度大大减少，这样就可减少电极损耗，即提高效率，又能节约成本。
3.铝合金导电横臂的优势
全铝合金横臂主要的优势有不生锈，耐腐蚀，重量轻。它比传统的全钢电极横臂轻40%左右，从而使得电极升降调节响应更快，灵敏度更高。此外可以采用较粗电极，提高二次电流，而且使炉子总重量减轻，电效率提高[3]。由于阻抗值减少，所以有功功率提高，输入功率也随之提高。根据统计，输入功率提高9%，功率因数提高，它使炉子平均功率因数提高4%，冶炼周期缩短3.5%。使用过程中运行稳定。由于升温过程中振动减小，可以使电极消耗降低4%。它完全符合共振频率的需要。这种新型全铝式导电横臂在国内外也是刚刚进入实用阶段，可以说，它是目前钢包精炼炉最先进的设备。全铝合金式电极横臂采用呈箱式结构，不易变形、结构坚固、外形简单、使用可靠、维护容易，它在炉体机械结构方面得以优化。此外，从电气方面看，电阻及电抗值都比传统的老式电极横臂要小的多。
此外铝合金导电横臂不仅使导电和支撑电极两种功能合并，还简化了横臂结构，采用这种设计后横臂整体进行导电，使其导电截面积大幅增加，由于铝合金电极横臂在电极夹头部位没有绝缘板隔离，因此不会因为这部分粘附带电尘埃堆积而引起飞弧，打坏电极夹头。全铝合金电极横臂由于没用采用铜材，所以在制造成本方面具备一定的优势。由于现场工况环境复杂，为防止电极横臂由于长期处于冷却水的腐蚀作用，还需用镁合金复合材料进行电化防腐，防腐周期大约5年更换一次。在正常冷却和防腐条件下，铝合金导电横臂的设计寿命可达10年以上。
4.全铝合金导电横臂改造的可行性分析
经过改造后，原有短网及水冷电缆不变，升级换下的铜钢复合导电横臂和夹持器可作其它电炉的备件继续上线使用。升降立柱略微调整，原有液压系统不做变动。改造后创造的效益可以做如下推算：
（1）关于节电的效益
铝制导电横臂相对于铜钢复合导电横臂能节电3～5%[4]，电极消耗节省4%。以本钢5#LF炉为例，5#LF炉平均年产12000炉，平均通电时间13分钟，平均钢水重量165吨，平均有功功率为17M瓦/时。
平均吨钢电耗为（17×1000×13/60）/165=22.32度。
每年可以节电12000×165×22.32×0.03=1325808度電。
以每度电0.56元计，每年可以节省1325808×0.56=74.2452万元。
（2）关于节省电极消耗，做以下推算：
升温时电极消耗按0.01kg/kwh计算，每年消耗电极为12000×165×22.32×0.01=441936 kg。
电极单价按17.41元/kg，每年可节省=441936×17.41×0.04=30.78万元。
节电加上节省电极每年至少可以节省74.2452+30.78=105.0252万元。保守估计三年收回投资成本，改造完全可行。
5.结论
自从全铝合金导电横臂技术在德国取得成功以来，由于该技术的显著优点， 美国、英国和法国等国家相继采用了这种新型导电横臂。我国宝钢集团于1999年首次建成300吨采用全铝合金导电横臂技术的钢包精炼炉后，国内其它钢厂也已瞄准该技术领域的最新动态，或进行改造，或进行引进技术，相信随着国内钢铁行业节能形式的严峻，不久的将来，全铝合金导电横臂改造必将拥有更广阔的应用前景，成为电炉节能技术发展的新趋势。
参考文献
[1]高金成.超高功率电炉电极消耗分析[J].江苏冶金，2001，（6）：36-39.
[2]关玉龙.电弧炼钢技术[M]，北京：科学出版社，1990，1-9.
[3]李士琦，陈煜，刘润藻，季淑娟.现代电弧炉炼钢技术进展[J].中国冶金，2005，15（6）：8-13.
[4]田辉，宋华德，我国节能电弧炉技术的发展[J].特殊钢，1999，（6）：29.