长期以来，炼钢电弧炉一直采用交流三相式电弧炉。但是，交流电弧炉本身存在着一系列难以克服的缺点。20世纪70年代~80年代，一些工业发达国家纷纷开发直流炼钢电弧炉(DCEAF)，并获得了显著的进展。日本在研制直流电弧炉方面起步较晚，但是发展最快，是目前投入使用直流电弧炉数量最多的国家。单台大容量电弧炉是最近几年炼钢业发展的趋势，可以满足钢厂对更高生产率的需求。

　　近几年，由于大功率晶闸管技术的发展和应用，直流电弧炉以其优点又重新引起人们的重视。意大利最近制造成功世界上最大的420吨直流电弧炉、420吨钢包精炼炉和双真空脱气系统。该电炉用于生产低碳钢、超低碳钢和高级脱氧镇静钢，年产量为260万吨。第一台超高功率双石墨顶电极直流电弧炉于2010年6月在东京制钢公司田原工厂成功投产，现在运行良好。这台特大型直流电弧炉设计生产率为360t/h，具有高效率、低运行成本的特点。这种炉型代表着最新的市场趋势，即炼钢者越来越关注提高钢厂的生产率和保证钢的高品质。

　　直流电炉的特点

　　此直流电弧炉的机械设备由炉体、炉盖及其提升与旋转机构、电极及其升降机构、大电流线路、液压系统、冷却水及压缩空气系统等组成。它的供电系统不同于交流电弧炉，配有整流器和电抗器，在炉底装置接电点构成电流回路，接电点的维护和寿命是直流电弧炉操作中的关键问题，一般在炉底钢板上放铜板，以利于导电，铜板上砌三层镁碳砖，再在其上打结耐火材料。

　　东京制钢田原工厂生产中碳钢、低碳钢和超低碳钢，炉子设计为全平台，对分炉壳，采用连续废钢加料Consteel和双石墨电极直流技术。该直流电弧炉的主要技术参数见附表。

　　此直流电弧炉的电源由变压器、晶闸管、直流电抗器和其他辅助设备构成。直流电弧炉电源的核心在于晶闸管。随着晶闸管技术的应用及发展，大功率直流电源设备的制造技术难题已经解决。此台DCEAF设计有2个阴极(双石墨顶电极直流技术)和4个水冷底阳极，每个阳极的电流为70kA，总电流为280kA。同单个阴极设计相比较而言，双石墨电极技术能够提供非常高的功率和较小的电极直径，对电网干扰少。

　　直流电弧炉由于消除了电磁感应的影响，二次导体上只有直流电阻损失，导体周边的机械结构也无需再使用非磁性材料，电极的振动现象也消除了。为防止突变电流并稳定电弧，在直流回路中还要装配直流电抗器。在交流电弧炉中电弧总是以30°~45°角向炉壁倾斜，因而形成热点;直流电弧炉中电弧是以15°~30°角指向熔池，并在电磁力作用下每秒绕中心随机旋转几次。电弧长度是指电极端部到熔池的直线距离，在交流情况下电弧长度为1mm/V弧，由于直流电弧特别稳定，预计比交流电弧长。

　　通过单独控制4个阳极的电流传导和分布可达到功率调节的最大灵活性。同时，具有特殊设计特点的水冷底阳极可以使用普通耐火材料。倾动平台的设计是基于3个摇臂，它在轴承区域能够提供更好的运行稳定性。3个摇臂与炉体匹配，能够保证炉体安全后倾。

　　特殊喷射器保证电炉性能

　　由于高熔化率、大熔池尺寸，该炉还配套了一种特殊的氧、碳喷射器设计。最佳化的喷射器分布和安装布置能够保证恰当的搅拌、钢水温度均质和快速脱碳。特别是碳喷射器靠近氧气，增强了碳的反应能力，因而提高了造泡沫渣效率，这在平熔池操作时是很重要的，可提高电弧的覆盖范围，提高钢水的热转换率，保护炉墙、耐火材料和炉壁块免受热应力侵蚀。

　　超音速氧枪和碳枪采用机械手通过炉门进入炉内，可移动朝向熔池层，主要在初始阶段熔池水平面很低时，增强喷射效率。氧喷嘴和碳管安装在水冷凸出的铜箱内，可以很好的保护喷射器，缩短喷射器顶部和钢水之间的距离，延长喷射器下部耐火材料的寿命。

　　自动化控制系统高效节能

　　此直流电弧炉的自动化系统包括基于最先进软、硬件平台的设备控制(1级)和过程控制(2级)。电极控制程序软件包和液压系统设计能够保证非常快的响应时间，加强熔化的平均功率。随后的在线监控工艺数据和记录也改进了电弧的性能，这一点对超高功率电弧炉非常重要。该系统对所有电能和化学能参数全部控制，根据工艺阶段不同，自动变化工作点，保证钢的品质和能源的有效利用。高生产率要求辅助作业时间最短化，这一点通过安装可靠的机电一体化系统达到。这套系统还可以提高操作者的安全性，避免操作者直接暴露，可从远离电弧炉的主控室进行远程控制。

　　此直流电弧炉的另外配套系统还包括机械装置，其设计牢固，可以在通电期间安全、持续地保持渣门清洁。自动出钢系统包括红外照相机，可以快速、可靠的远程检测出钢流，其快速热图像反应避免了渣遗留。自动出钢系统还包括高分辨率照相机，用于远程EBT(偏心炉底出钢)控制和EBT自动瞬间再装满系统。由于具有这些设备，出钢过程可由主操作台控制。除了EBT再装满系统，其他操作可自动进行。

　　直流电炉与交流电炉对比

　　此直流电弧炉的整体特点为：超高功率供给，没有对电网干扰，整个工艺过程采用稳定的高功率;通过提供化学能结构的最佳化设计和新型、全集成化自动化系统的实施，达到了很高的工艺效率;新型机电一体化程序软件包缩短了辅助作业时间，提高了操作的安全性和效率。与传统的交流电弧炉相比，此直流电弧炉具有以下优点：石墨电极消耗量减少1/2~2/3;熔炼单位电能消耗可下降3%~10%;直流电弧燃烧稳定，对前级电网造成的电压闪烁只是相同功率交流电弧炉的30%~50%，不需要用动态补偿装置;噪音水平可降低10分贝~15分贝;对钢液的搅拌力增强。