DC 전기로

DC 전기로

DC(직류) 전기로(EAF)는 아크로 설계에서 다른 개념을 나타내는 1차 제강용로입니다. DC-EAF는 캐소드 역할을 하는 단일 전극만을 가지고 있으며 전류는 이 흑연 전극에서 노 바닥에 장착된 애노드로 흐릅니다. 단일 흑연 전극은 흑연 상부 전극과 용광로 충전에 의해 제공되는 양극 사이에서 생성된 아크의 고효율 열 전달을 이용합니다. DC-EAF의 일반적인 모습은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 DC-EAF의 일반적인 보기

DC-EAF 아크로는 일반적으로 지붕 ​​중앙의 개구부를 통해 수직으로 위치한 중앙 흑연 전극이 있는 내화 라이닝된 원통형 강철 쉘로 구성됩니다. 노의 노로의 양극 연결은 액체 슬래그 층으로 덮인 액체 강철 층과 직접 접촉합니다. 에너지는 캐소드의 하단 팁과 용융 슬래그의 상단 표면 사이에서 생성되는 개방형 플라즈마 아크(그림 2)를 통해 공급됩니다. 슬래그 표면의 적어도 중앙 부분은 열려 있습니다. 퍼니스는 전기로 구동되기 때문에 매우 높은 온도(1500℃ 이상)에 도달할 수 있습니다.

DC-EAF는 AC(교류) 기반 EAF의 대안입니다. UHP(초고전력) 변압기의 출력은 일반적으로 연결된 사이리스터에 연결된 전원 정류기를 사용하여 DC로 변환됩니다. 제어 가능한 고전력 정류기 시스템이 장착된 DC-EAF는 모든 조건에서 가능한 최대 정격 전력에서 안정적인 아크를 보장합니다. DC-EAF의 아크는 전극 표면의 아크 루트 근처의 수축 영역에서 전자기 가속(Maecker 효과)에 의해 구동되는 지속적인 고속 고온 제트입니다. 아크는 유체 흐름, 열장 및 전자기장 간의 상호 작용에 의해 생성됩니다. 자체 수축하는 전자기력은 이 초음속 과열 플라즈마 제트(그림 2)를 합리적으로 일관성 있게 유지합니다. 아크를 더욱 안정화하기 위해 DC 리액터가 사용됩니다. 또한, 액체 배스의 표면(또는 아크 부착 구역의 표면의 적어도 일부)은 개방되어 있으며, 즉 미반응 공급 물질에 의해 본질적으로 덮이지 않습니다. DC-EAF의 개략도는 그림 2와 같습니다.

그림 2 DC EAF의 개략도

DC-EAF는 전력 공급의 명백한 차이점 외에도 AC 용광로에 대한 몇 가지 고유한 요구 사항이 있습니다. DC-EAF의 중요한 특징은 (i) 견고하고 신뢰할 수 있는 설계, (ii) 충전 재료에 대한 높은 유연성 (iii) 높은 전류 밀도 및 전력 사용, (iv) 높은 아크 안정성, (v) 우수한 전력 품질입니다. 약한 계통 조건 하에서도 (vi) 독립적인 전압 및 전류 제어. AC-EAF와 비교하여 DC-EAF의 다른 특성은 다음과 같습니다.

• 작업이 더 안정적입니다. 용융이 균일합니다.
• 시스템 규정으로 인해 전극 소모를 줄였습니다. 전극 소모는 약 1/3로 줄어듭니다. 그러나 전극의 스폴링 및 균열을 개선할 필요가 있습니다. 전극 소모량이 적어 탄소 발열량이 적습니다.
• 안감 마모가 적습니다. 내화물 소비는 측벽에서 덜하지만 바닥에서 더 많습니다. 내화물 소비의 전체 ​​절감은 15%에서 25% 범위에 있습니다.
• 욕조에 대류 교반이 있습니다.
• 욕조의 온도 분포가 더 좋습니다. 더 나은 온도 분포는 향상된 열 분포로 이어집니다. AC-EAF의 경우 화로 벽에 핫스팟이 없습니다.
• 소음 수준이 훨씬 낮습니다(105dB에서 85dB로 감소).
• 설치 비용이 더 높습니다(약 10% ~ 35% 더 높음).
• 운영 비용이 더 낮습니다(약 15% ~ 20% 낮음).
• 네트워크 방해가 적습니다. 깜박임 효과가 급격히 감소합니다. 플리커 레벨과 플리커 주파수가 절반으로 감소합니다. Var 보상 장비의 필요성이 훨씬 낮습니다.
• 에너지 소비가 적습니다. 전력이 5~10% 절약됩니다.
• 바닥 전극은 용광로 바닥을 복잡하게 만듭니다.
• 먼지와 가스 배출 수준이 낮습니다.

DC 아크로 기술 개발

일반적으로 DC 아크로는 최근에 개발된 것으로 믿어집니다. 이것은 대체로 옳습니다. 이미 1881년 독일과 1885년 스웨덴에서 DC 기술을 사용하는 용해로가 설명되었습니다. 이 용해로는 (i) 오늘날 사용되는 흑연 전극과 금속 전하 사이의 연소 아크 개념과 (ii) 수평으로 배열된 두 전극 사이의 아크 연소 제안(이 경우 용융)에 대한 두 가지 접근 방식이 있었습니다. 방사선에 의한 전하만. 그 당시에는 고속 및 제어 가능한 고전류 DC 정류기나 높은 열 손실 문제에 대한 해결책이 없었기 때문에 DC 아크로는 일반적인 산업 조건에서 작동 가능한 장치로 개발될 수 없었습니다.

1970년대 초반에 DC 기술은 아크로에 이 기술을 사용하는 것이 합리적이 될 정도로 개발되었습니다. 이 기술의 적용으로 철강 산업은 물론 합금철 및 비철금속 부문에서 사용하기 위한 차세대 아크로가 탄생했습니다. 단일 흑연 전극 DC 퍼니스는 퍼니스의 장입물에 의해 제공되는 흑연 상부 전극과 애노드 사이에서 생성된 아크의 고효율 열 전달을 이용했습니다. 1980년대와 1990년대의 성공적인 적용은 DC 용해로의 용융 및 제련 이점을 확립했습니다.

기본 디자인 기능

DC-EAF에서 전기 에너지는 주로 상부 전극 팁과 슬래그 수조 사이에 설정되는 아크에 의해 열 에너지로 변환됩니다. 전극의 상단은 음극으로 연결되고 전도성 하단 시스템은 양극으로 연결됩니다.

DC 퍼니스에는 하나의 전극 마스트 암과 하나의 흑연 전극만 있습니다. 이 전극은 음극으로 작용합니다. 따라서 용광로의 상단은 DC-EAF의 경우 덜 복잡하고 유지해야 할 구성 요소가 적으며 일반적으로 AC 설계에 비해 유지해야 할 구성 요소가 적습니다. 전극은 제강 작업 중에 소모되며 새 조각으로 확장됩니다. 전극 암은 전극의 조절에 사용됩니다. 단일 전극이 있기 때문에 산화로 인한 흑연 손실이 AC 아크로에 비해 낮습니다.

상부 전극의 경우 흑연의 특수 요구 사항이 있으며 특수 등급의 흑연이 필요합니다. AC-EAF용 전극용 흑연과 비교할 때 특별한 요구 사항은 (i) 더 낮은 열팽창 계수를 가질 것, (ii) 더 낮은 비전극 저항을 가질 것, (iii) 향상된 가로 열전도율을 가질 것, (iv) 더 낮은 열팽창 계수, (v) 개선된 균질성 및 거칠기. DC-EAF는 내화물과 직접 접촉하는 뜨거운 액체 슬래그의 영향과 증가된 열복사를 상쇄하기 위해 지붕과 측벽 영역에 효과적인 냉각 장치가 필요합니다.

그러나 DC-EAF는 전기 회로를 완성하기 위해 반환 전극인 양극이 필요합니다. 이 양극은 노 쉘의 바닥에 위치하기 때문에 일반적으로 바닥 전극이라고 합니다. 퍼니스는 리턴 애노드로의 전기 경로를 보장하기 위해 뜨거운 힐로 작동합니다. 비전도성 내화물, 빌릿 전극, 금속 핀 전극 및 전도성 바닥 내화물이 있는 금속 핀 복귀 전극을 포함하여 바닥 복귀 전극에 대해 여러 가지 다른 디자인을 사용할 수 있습니다. 이는 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 다양한 유형의 하단 양극 구성

전류 전도성 내화물 접촉의 경우, 노 바닥 중앙의 내화물 라이닝이 양극 역할을 합니다. 바닥에는 용광로 쉘에 용접된 원형 채널 내부에 있는 원형 플랜지가 있습니다. 채널 내부에서 플랜지는 섬유 강화 세라믹 블록으로 지지됩니다. 채널, 지지 블록 및 플랜지 사이의 공간은 내화 래밍 화합물로 채워집니다. 이것은 그림 4에서와 같이 바닥을 나머지 퍼니스 쉘과 전기적으로 분리합니다.

구형로 바닥은 고온 강철로 만들어집니다. 원형 동판은 노 바닥에 직접 볼트로 고정됩니다. 4개의 구리 단자는 구리판에서 퍼니스 바닥을 통해 아래로 확장되고 버스 튜브에 차례로 연결되는 유연한 케이블에 연결됩니다. 전도성 내화 벽돌은 동판 위에 설치됩니다. 용광로 바닥에서 나오는 열 흐름(일반적으로 약 15kW/sq m)은 강제 공기 냉각으로 제거됩니다. 바닥 전극의 넓은 표면적 때문에 전류 밀도는 일반적으로 약 5kA/sq m로 상당히 낮은 경향이 있습니다. 그러나 일부 용광로에서는 전류가 전체 바닥에 더 고르게 분포되도록 하기 위해 비전도성 패치 재료가 용광로 중앙에 사용됩니다. 전류의 적절한 분배가 이루어지지 않으면 로 중앙에 핫스팟이 생깁니다.

그림 4 전도성 내화 바닥 전극

빌릿 리턴 전극 구성은 직경이 약 100mm ~ 150mm인 1 ~ 4개의 대형 강철 빌렛을 사용하지만 EAF의 크기에 따라 직경이 250mm까지 클 수 있습니다. 일반적으로 설계는 하단 전극당 40kA ~ 45kA의 전류를 목표로 합니다. 빌릿은 상단 표면의 수조와 접촉하므로 다시 녹습니다. 빌릿이 다시 녹는 정도는 수냉식으로 제어됩니다. 빌릿은 냉각수가 순환하는 구리 하우징에 삽입됩니다. 충분한 냉각을 제공함으로써 빌릿이 완전히 녹지 않도록 할 수 있습니다. 열전대는 하단 빌릿 온도와 냉각수 온도를 모니터링합니다.

절연 피복은 빌릿에서 구리 하우징을 분리합니다. 빌릿은 구리 베이스에 연결됩니다. 구리 베이스는 전원 케이블에 대한 연결을 제공합니다. 빌릿 양극의 일반적인 배열은 그림 5와 같습니다.

그림 5 빌릿 양극의 일반적인 배열

핀 유형의 리턴 전극은 전기 흐름을 위한 리턴 경로를 제공하기 위해 직경 25mm ~ 50mm의 여러 금속 핀을 사용합니다. 이 핀은 수직으로 구성되어 실제로 내화물을 관통합니다. 핀은 두 개의 금속판에 의해 제자리에 고정되어 있는 용광로 바닥까지 확장됩니다. 핀의 하단 끝은 하단 전원 도체 플레이트에 고정됩니다. 바닥 접촉판은 공랭식이며 노 바닥 중앙에 있습니다. 핀의 상단 부분은 퍼니스의 작업 라이닝과 같은 높이입니다. 핀은 수조와 직접 접촉하고 작업 라이닝이 마모되면서 다시 녹습니다. 리턴 전원 케이블은 하단 도체 플레이트에 부착되어 있습니다.

라이닝 마모 및 하단 전극 수명을 추적하기 위해 광범위한 온도 모니터링 시스템이 제공됩니다. 이것은 하부 전극에서 예정된 변경을 가능하게 합니다. 발전된 통합 카트리지 설계로 예정된 8시간 유지 보수 중단 동안 하단 전극을 신속하게 교체할 수 있습니다.

강철 핀 복귀 전극은 여러 섹터를 형성하기 위해 노 바닥의 링에 배열된 강철 핀을 사용합니다. 각 섹터는 수평 접지 플레이트와 내화물을 통해 위쪽으로 돌출된 강철 핀에 용접된 여러 개로 구성됩니다. 지느러미의 두께는 약 1.6mm이고 간격은 약 90mm입니다. 섹터는 접지로부터 전기적으로 절연되고 4개의 구리 도체에 연결된 공랭식 바닥 쉘에 볼트로 고정됩니다.

대부분의 DC-EAF는 긴 아크로 작동되며 일반적으로 기존 UHP 용해로 작업에서 발생하는 것의 2~3배입니다. 결과적으로 DC-EAF는 수냉식 패널에 대해 더 높은 물 유량을 갖습니다.

DC-EAF용 내화 라이닝 ​​

DC 용광로의 내화 개념은 작동하는 더 가혹한 조건을 고려하여 설계되어야 합니다. DC 아크로의 바닥에는 양극이 설치되어 있기 때문에 바닥에 특수 내화물이 있습니다. 바닥 내화물 외에도 내화물 라이닝의 설계를 위해 고려해야 할 다른 중요한 사항은 내화물 구역 설정 패턴, 노상 윤곽, 슬래그 라인 위치, 탭 구멍 크기, 각도 및 위치, 지붕 방향, 확장 여유, 버너 포트 위치입니다. , 슬래그 도어 구조 및 바닥 교반 요소.

DC-EAF는 일반적으로 용광로 바닥에 반환 전극을 설치하기 때문에 특별한 내화 요구 사항이 있습니다(일부 DC-EAF는 2개의 흑연 전극이 있는 대체 배열을 사용함). 통전 바닥의 경우, 노 바닥 중앙의 내화 라이닝이 양극 역할을 합니다. 구리 판은 일반적으로 전도성 내화물 아래에 연결되고 리턴 구리 버스 바는 판에 연결됩니다. 이 경우 내화물에 대한 특별한 요구 사항은 낮은 전기 저항(미터당 0.5밀리옴 미만이 바람직함), 낮은 열 전도성 및 높은 내마모성입니다.

일반적인 구성은 5%에서 10%의 탄소를 포함하는 탄소 결합 마그네시아 혼합물로 구성된 150mm 두께의 작업 라이닝을 사용합니다. 이 재료는 뜨겁거나 차갑게 설치할 수 있습니다. 작업 라이닝 아래에 3층 마그네시아 탄소 벽돌이 설치됩니다. 벽돌의 잔류 탄소 함량은 10%에서 14%입니다. 정기적인 유지 관리를 통해 이 하단 전극 구성은 최대 4,000회의 가열의 하단 수명을 달성했습니다.

빌릿 반환 전극 구성은 로의 크기에 따라 1~4개의 큰 강철 빌릿(직경 약 250mm)을 사용합니다. 빌릿은 바닥 내화물에 내장되어 있습니다. 빌릿은 기본 내화 벽돌로 둘러싸여 있습니다. 난로의 나머지 부분은 특수 마그네시아 래밍 믹스로 채워집니다. 마그네시아 래밍 믹스는 전극 주변의 벽돌 면적을 유지하는 데 사용됩니다. 이 반환 전극 구성은 퍼니스 바닥에서 1,500회 이상의 가열을 달성했습니다.

핀 유형의 리턴 전극은 전기 흐름을 위한 리턴 경로를 제공하기 위해 직경 25mm ~ 50mm의 여러 금속 핀을 사용합니다. 이 핀은 실제로 금속판에 부착되는 용광로 바닥까지 내화물을 관통합니다. 건식 마그네시아 래밍 믹스는 전체 난로 라이닝에 사용됩니다. 이 혼합물은 금속 핀 사이에 끼어 있습니다. 또는 양극 주변 영역에 마그네시아 탄소 벽돌을 사용할 수 있습니다. 이는 노 바닥 수명을 개선하는 데 도움이 되지만 비용이 더 많이 듭니다. 일반적인 바닥 수명은 사용되는 내화 재료에 따라 2,000회에서 4,000회까지입니다.

강철 핀 복귀 전극은 여러 섹터를 형성하기 위해 노 바닥의 링에 배열된 강철 핀을 사용합니다. 각 섹터는 수평 접지 플레이트와 내화물을 통해 위쪽으로 돌출된 여러 용접 강철 핀으로 구성됩니다. 지느러미 사이에는 건식 마그네시아 래밍 믹스가 사용됩니다. 난로에도 이 재료가 깔려 있습니다.

DC-EAF에 대한 전기적 고려사항

용광로 처리량을 최대화하기 위해 용광로 전력 제어는 용융 공정의 모든 단계에서 그리고 장입물이 변동하는 동안 최대 전력 입력을 보장하도록 최적화되어야 합니다. 동시에 최소한의 네트워크 방해가 항상 보장되어야 합니다. 전력 품질은 유틸리티와 함께 ​​편안해야 합니다.

DC 공급 – 필요한 고전력은 고전압 3상 AC 네트워크에서 다시 공급됩니다. 이것은 용광로 변압기의 출력을 정류하여 DC로 변환됩니다. 정류는 브리지 연결 사이리스터에 의해 달성됩니다. 일반적으로 12, 18 또는 24펄스 공급 장치는 개별 펄스가 균일하게 겹치도록 서로 전기적으로 변위된 여러 병렬 변압기에 의해 얻어지는 아크 용광로에 사용됩니다. 12, 18 또는 24 펄스 시스템에 해당하는 15도, 10도 또는 7.5도의 이 전기적 변위는 변압기 내의 다양한 코일 연결에 의해 만들어집니다. 이러한 이유로 DC-EAF에 사용되는 변압기는 AC-EAF에 사용되는 변압기와 상당히 다르며 일반적으로 AC 가열로 작동에 적합하지 않습니다.

DC 전원의 볼트/암페어 특성은 DC 전류가 증가함에 따라 DC 전압이 약하게 감소하는 것으로 구성됩니다. 이 라인의 기울기는 kA당 1볼트 정도이며 아크로가 아닌 변압기/정류기 조합의 정류 리액턴스에 의해 결정됩니다. 따라서 서로 다른 아크 전압으로 인한 넓은 전류 편위를 제한하기 위해 사이리스터가 다이오드보다 우선적으로 사용됩니다. 전류 제로 직후의 전도(발화각 지연)는 게이트 단자의 제어 하에 있습니다. 각 사이리스터는 원칙적으로 반주기 이내에 끌 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 아크 전압 변경(예:단락)과 사이리스터 제어 사이의 몇 밀리초 지연 내에서 전류가 크게 증가할 수 있습니다. 전류 상승률을 줄이기 위해 DC 전류 루프 내에 리액터를 추가하는 것이 일반적이며 고전류 DC 루프의 자연 리액턴스가 부적절합니다.

이 반응기는 100마이크로-헨리에서 400마이크로-헨리 범위의 인덕턴스를 갖도록 크기가 조정됩니다. 전체 DC 전류를 사용하기 때문에 저항 손실은 상당하며 코일을 구성하는 구리 또는 알루미늄의 적절한 섹션을 사용하여 허용 가능한 범위 내에서만 유지될 수 있습니다. 사이리스터는 각각 수 kA 및 수 kV의 역 극성을 처리할 수 있습니다. 직렬 및 병렬 연결된 사이리스터의 배열이 각 다리를 구성합니다. 퓨즈와 전압 밸런싱 저항은 보호 수단으로 사용됩니다. 냉각은 탈이온수의 영향을 받습니다.

DC-EAF의 전기적 특성 – 사이리스터 제어는 일반적으로 전류를 일정하게 유지하도록 선택됩니다. 따라서 정류기 이전의 AC 전류도 1차 전류와 마찬가지로 일정합니다. AC 1차측의 전원을 고려하면 정전류는 MVA가 일정하다는 것을 의미합니다. 따라서 MVAR의 함수로서의 MW의 특성은 (MW의 제곱) + (MVAR의 제곱) =(MVA의 제곱) =상수인 원의 사분면입니다. 일반적으로 볼트/암페어 라인의 기울기는 선형이며 일반적으로 100kA에서 100V로 떨어집니다. 따라서 예를 들어 100kA에서 사이리스터 제어는 점화 각도를 변경하여 약 900V에서 단락까지의 아크 전압 범위에서 일정한 전류를 유지할 수 있습니다.

하단 연결 – 단일 DC 아크로 작동하려면 강철 충전물에 전기 연결(양극)을 만들어야 합니다. 이 문제에 대해 다양한 솔루션이 개발되었습니다. DC-EAF에 대한 몇 가지 유형의 하단 연결이 그림 6에 나와 있습니다.

그림 6 하단 연결 유형

한 유형에서 양극 전류는 받힌 내화 블록에 내장된 많은 강철 막대 사이에서 공유됩니다. 직경이 약 25mm인 막대는 길이가 1미터가 될 수 있으며 용광로 쉘 아래의 구리판으로 연결됩니다. 전체 양극 블록은 직경이 1m에서 2m까지 측정할 수 있습니다. 핀 유형의 변형은 다시 내화물에 내장된 얇은 강판을 사용하는 것입니다. 또 다른 변형은 절연 슬리브를 통과하는 직경 250mm의 강철 빌렛을 사용하여 용광로 쉘 아래에 냉각된 구리 연결을 유도하는 것입니다. 이 세 가지 디자인(핀, 시트 또는 빌릿) 모두에서 강철 도체의 상단이 열을 통해 녹습니다. 전원을 끄는 동안과 스크랩 충전 후에 다시 굳습니다.

강철 대 강철 전류 설계의 대안은 전류가 전도성 내화물을 통해 큰 직경의 구리 바닥판으로 흐르는 설계입니다. 모든 바닥 연결 유형에서 양극 연결과 퍼니스 쉘 사이에 절연이 있어야 합니다. 이것은 전류가 쉘을 통해 직접 양극 버스바로 흐를 가능성을 줄이기 위한 것입니다.

전력 품질은 EAF 장치의 전원 공급 시스템의 주요 관심사입니다. 플리커, 역률 및 고조파 한계를 준수해야 합니다. 효과적인 전극 제어 알고리즘은 변압기 스위칭을 줄이고 DC 리액터와 고조파 필터의 크기를 올바르게 조정하여 유틸리티 요구 사항을 충족하는 데 필요합니다. 그 외에도 가장 엄격한 유틸리티 요구 사항에 대한 준수를 보장하고 그리드 조건이 약한 원격 지역에서 작동을 허용하려면 SVC(Static Var Compensator)를 통한 선택적 활성 깜박임 감소 및 지속적인 역률 보정이 필요합니다.

플리커는 주로 무효 전력 변동에 의해 발생합니다. 따라서 정류기 제어 장치에서 SVC 제어 장치로 정보를 전송하는 빨리 감기 링크가 필요하므로 노의 실제 무효 전력 소비량을 계산할 수 있습니다. 이 정보는 깜박임 완화 성능을 개선하는 데 사용됩니다. SVC 시스템 사용 결과는 (i) 기존 Var 보상에 비해 더 높은 평균 전력 입력, (ii) 1에 가까운 연속 역률 보정, (iii) 노 버스 전압 제어, (iv) 네트워크에 불균형 부하 없음 , 및 (v) 약한 그리드에서도 낮은 깜박임 및 고조파 수준.

생산성 향상을 위해서는 아크 안정기가 필요합니다. 안정적인 공정은 생산적인 운영에 필수적입니다. 전극 전류를 부드럽게 하기 위해 최적화된 DC 리액터 설계(저손실)를 사용하면 안정적인 아크가 항상 유지될 수 있습니다. 그 결과 (i) 전극 유압 시스템에 가해지는 스트레스 감소, (ii) 진동 감소, (iii) 전극 소모 감소, (iv) 생산성 향상, (v) 플리커 감소, (vi) 복사 손실이 감소합니다.

DC-EAF의 경우 사이리스터에는 두 개의 구리 종단이 있으며 그 중 하나는 EAF 전원 케이블에 연결되고 다른 하나는 노 바닥 전극에 연결됩니다. 용광로 작동 중에 움직일 필요가 없기 때문에 하단 용광로 전극은 일반적으로 단단합니다. 원칙적으로 사이리스터의 종단은 델타 폐쇄와 유사하지만 물리적으로는 상당히 다릅니다. 그러나 델타 클로저의 유지 관리 문제와 관련하여 DC 작동에도 동일한 개념을 적용할 수 있습니다.

DC-EAF 작업

고전력 반도체 스위칭 기술의 발전으로 저비용의 DC 전원 공급 장치가 등장했습니다. 이러한 발전으로 인해 고전력 DC로 작동이 가능해졌습니다. DC-EAF는 사이리스터로 제어되는 정류기에 의해 3상 용광로 변압기 전압을 정류하는 것이 특징입니다. 이러한 장치는 안정적인 작동을 달성하기 위해 DC 아크 전류의 크기를 지속적으로 변조하고 제어할 수 있습니다. DC 퍼니스는 리턴 전극이 퍼니스 바닥에 통합된 하나의 흑연 전극만 사용합니다. 모놀리식 마그네사이트 노상에는 여러 유형의 바닥 전극 전도성 노상 바닥, 전도성 핀 바닥, 단일 또는 다중 빌렛 및 전도성 핀이 있습니다.

이러한 모든 하부 반사 전극 설계는 입증되었습니다. 가장 자주 사용되는 것으로 보이는 것은 다수의 핀이 플레이트에 부착되어 리턴 경로를 형성하는 전도성 핀 바닥과 하단 빌릿 디자인입니다. 하부전극은 핀형의 경우 공냉식, 빌렛형의 경우 수냉식입니다. 핀 사이의 영역은 래밍 덩어리로 채워지고 핀의 끝은 내부 노 라이닝과 같은 높이에 있습니다. 내화물이 마모되면 핀도 다시 녹습니다.

DC-EAF는 반환 전극에 대한 전기 경로를 보장하기 위해 뜨거운 뒤꿈치로 작동합니다. 저온 상태에서 시동하는 동안 스크랩과 슬래그의 혼합물이 초기 전기 경로를 제공하는 데 사용됩니다. 이것이 녹으면 용광로에 스크랩을 채울 수 있습니다.

DC 작동으로 달성한 초기 이점에는 전극 소비 감소(고전압 AC보다 20% 낮음, 기존 AC보다 50% 낮음), 전압 깜박임 감소(기존 AC 작동의 50~60%) 및 전력 소비 감소(5 AC보다 % ~ 10% 낮음). 위의 결과는 AC에서 DC 작동으로 개조된 더 작은 용해로에서 주로 달성되었습니다. 그러나 일부 더 큰 DC 용광로 설비는 청구된 이점을 즉시 달성하지 못했습니다. 특히 (i) 전극 소모와 (ii) 내화물 소모의 두 가지 우려 사항이 나타났습니다.

여러 DC 용광로 작업에서 DC 작업에서 예상되는 전극 소비 감소가 발생하지 않는 것으로 나타났습니다. 전극 생산자에 의한 많은 분석은 전극 내의 물리적 조건이 AC 및 DC 작동에 대해 다르다는 것을 나타냅니다. 그 결과, 매우 큰 전류를 전달하는 대형 DC 전극의 경우 AC 작동에 비해 균열 및 박리의 양이 증가하는 것으로 관찰되었습니다. 따라서 DC 동작에 보다 적합한 물리적 특성을 갖는 전극의 개발이 필요하게 되었다.

DC 가열로의 경제적인 최대 크기는 전극 크기와 전류 전달 용량으로 인한 한계의 함수인 경향이 있습니다. 현재 단일 흑연 전극 DC 용광로의 최대 경제적 크기는 약 165톤으로 보입니다. 두 개 이상의 흑연 전극을 사용하면 더 큰 용광로를 수용할 수 있습니다.

초기 DC 작업 중 일부는 내화 마모 및 하단 전극 수명 문제를 경험했습니다. 이러한 문제는 퍼니스 내의 아크 플레어와 직접적인 관련이 있습니다. 양극 설계는 아크 플레어에 가장 큰 영향을 미칩니다. 모든 DC 퍼니스에서 전기 아크는 DC 회로에 의해 생성되는 자기장의 비대칭으로 인해 전원 공급 장치와 반대 방향으로 편향됩니다. 따라서 아크는 가열로 내의 한 영역에 집중되어 핫스팟을 생성하고 과도한 내화 마모를 초래하는 경향이 있습니다. 아크 플레어를 제어하거나 제거하기 위해 여러 솔루션이 개발되었습니다. 모든 하단 전극 디자인은 현재 아크를 용광로의 중심으로 강제하도록 구성되어 있습니다.

하부 전도성 내화물 및 핀형 하부의 경우 생성된 순 자기장을 수정하는 데 도움이 되는 하부 양극 또는 하부 코일에 분할 급전선을 제공해야 합니다. 빌릿 바텀 설계에서는 아크를 제어하기 위해 애노드 공급 방향에 따라 각 빌릿에 흐르는 전류량을 제어합니다. 하단 핀 디자인은 아크 편향을 제어하기 위해 여러 지점에서 전기 공급이 발생한다는 사실을 활용합니다. 정류기에서 멀리 떨어진 사분면에는 정류기에 가까운 사분면보다 더 높은 전류가 공급됩니다.

일부는 EAF 활동의 자동화 증가 가능성이 DC 용광로에 대해 더 크다고 생각합니다. 이는 전극이 하나만 있으면 퍼니스 상단과 내부 모두에 공간이 증가하기 때문입니다. DC 용광로는 유사한 AC 용광로보다 10%에서 35% 더 비쌀 것으로 예상됩니다. 그러나 투자 회수에 대한 계산에 따르면 이 추가 비용은 낮은 운영 비용으로 인해 1~2년 내에 회수될 수 있습니다.

AC 및 DC 용광로 작동을 비교한 연구가 수행되었으며 전기 손실은 AC 작동에서 약 4%, DC 작동에서 5.5%에 달하며 절대 조건의 차이는 상대적으로 미미합니다. AC 용해로와 DC 용해로 사이의 총 에너지 소비 차이는 DC 용해로에 유리하게 9kWh/ton 미만일 가능성이 있습니다. 그러나 다른 많은 변수가 전력 소비에 영향을 미치며 정확한 수치를 산출하기 어렵습니다.

DC 퍼니스는 AC 퍼니스보다 약 25% 적은 전극 소비를 경험하며 이는 일반적으로 0.4kg/ton에 해당합니다. 이 차이는 더 작은 AC 용광로에서 더 큰 것으로 보입니다. 깜박임은 DC 작동의 경우 약 60% 낮지만 AC 전원 시스템 구성(추가 리액턴스)의 발전으로 이 차이가 40%로 감소했습니다.

대규모 DC EAF 작업에 대해 제시된 몇 가지 일반적인 결과는 1kg/ton ~ 2kg/ton 액체강의 전극 소비, 350kWh/ton 액체강 ~ 500kWh/ton 액체강 범위의 전력 소비, 탭하여 탭하는 시간은 45분에서 120분이며 바닥 수명은 1,500회 가열에서 4,000회 가열입니다. 그러나 전력 소비는 작동 방식, 탭 온도, 보조 연료 사용, 스크랩 유형 등에 크게 좌우된다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.