CN1213637C - 在电弧炉内便于再触发电弧的设备和方法 - Google Patents

Abstract

为了要有效地再点燃延伸到电极和要熔炼的材料之间的电弧炉的电弧，在电弧炉的电弧中断时提供一个能保持电极与熔化材料之间电弧等离子体连接的第二个能源。由具有自感并与电极相连的大电流导体组成的大电流动力电源为此电极供电。第二个能源是一电源，其中的高频旁路阻抗是由通往离一个电容电路有一定距离的大电流导体的电源通路里提供的，这样就能通过电容电路和旁路阻抗之间的导体部分在不会对电弧炉大电流电源产生不利影响的情况下形成一个高频共振电路。此电容电路由共振时注入了此共振电路产生的振荡电压的一个HF电源组成，并且共振电路使用此振荡电压向电极与熔化材料之间注入HF电流以维持等离子体的连接。

Description

在电弧炉内便于再触发电弧的设备和方法

技术领域

本发明涉及电弧炉设备，更准确地说涉及帮助电弧炉触发电弧，以改善生产能力，降低生产成本和减少弧闪的装置和方法。

背景技术

工业电弧炉是一种用来熔炼像来自废料的大块金属那样的不同冶金元素的大型熔炼炉。通过电弧在一个电极与废料之间产生的一个热气体柱辐射出来的强热高温来熔化这大块金属。电弧炉一般包括：一个用来装废料和熔化的金属的桶形容器；一组用来激发电弧的电极；一组控制电极与废料之间距离的传动装置；以及提供电弧电流的大电流电源(包括一台装有选择电压电平的抽头变换器的变压器)。当熔炼完成时，飘浮在表面的杂质从表面上撇去，或者刮去，而液体金属从桶形容器回收以进一步处理。

通常把两个电极，阳极和阴极一接触就点火并产生电弧。然后阴极就发射出的电子，在加在两极之间的电场下加速移向阳极。这些电子与间隙里的气体分子发生撞击产生正电荷离子和负电荷自由电子，在电极之间就形成了导电气体柱使电流可流动。允许电流流过的导电气体在本发明申请书中指的就是等离子体。随着电流的增加，更多的撞击发生了，更多的粒子和电子游离了，这样，此等离子体柱的导电性和温度也随着增加了。与此同时，阴极被更多的离子撞击而温度升高，这样，使电子发射一直维持下去。由于飞来的电子的撞击，阳极的温度也升高了。发射，撞击以及一系列碰撞产生了可分为三个区域的电压降：阴极电压降；阳极电压降；以及等离子体柱电压降。一个电弧炉的电弧沿着等离子体柱多半都有一个电压降分布。因此，电弧电压降主要随电弧长度增加而增加，相反地降低等离子体的温度，并且电弧电压降与等离子气体的成分有关。

当炉电弧中断时，会把此等离子柱留在一个初始电离状态下，而等离子体温度下降的速度和等离子体的成分对此状态的寿命有影响。再次触发电弧所需要的点火电压随着等离子体状态的恶化而增高。如果此等离子体消失，那么就需要产生介质击穿，或者说需要一个暂时的电气接触，再次产生等离子体和再次触发电弧。

电弧炉最常使用的是三相AC电流型电源。炉子里每一个相都有一个电极，所有的电极按照桶形容器里的三角图形配置。在操作过程中，每一个电极都产生一个另一端与金属负载接触的电弧。所有的AC电弧炉的电极，都是交替的阳极和阴极。在每半个周期，电弧电流要反向就必须通过零点。从每个等离子体柱辐射出来的高热量与电弧电流成正比，因此是以同步的方式起伏波动的。在电网频率为50或60HZ，并且环境是冷的时候，没有足够的热惯性能保持等离子体的温度以能维持离子状态。在这种情况下，等离子体的温度降随着电流流动而波动，并将影响其导电性。当电流波动时导电性的变化将影响电压降。如果我们考虑电弧在冷环境下燃烧的同时紧接着有一个电流峰值的状态，那么在电极的端点电压降就会逐渐增加。这个电压降会升至熄灭电压(extinction-voltage)，此时电流为零，电弧熄灭。对反向电弧点火电流来说，交流电压馈送必须以相反的极性超过点火电压，而这一点取决于等离子柱离子化状态(温度)，也取决于阴极和阳极的条件。再点火之后，随着电弧电流回升，气体柱再次变热，电压降以相反的极性再次逐步增加到与先前电流峰值的电压降相等的一个较低的值。如果我们画出电弧电压的演变图，那么点火电压会比熄灭电压高，因为在两个事件之间，等离子柱的温度是逐渐下降的。

而处在50或60Hz频率下，在热的环境下燃烧的AC电弧，情况就不同了。当电弧电流为零并且熄灭时，等离子柱依然是热的，因此离子化仍然较充分。熄灭/点火电压电平受到的影响不会很大，电压降演变图将显示介于正弦波和方波之间的波形。

AC电弧炉用电压波形为正弦波的电压电源供电。为了在电弧熄灭后很快地点燃它，由于炉子的电源通路里有漏电感存在，电弧炉要在使电压超前电流的低功率因数下运行。在很多情况下，甚至要在炉子变压器的初级边插进一串联的电感。这样，当电流到零且发生熄灭时，就马上要使用电源里随电感里反向电动势突然消失而产生的反向电压。如果电源电压在这个瞬间比点火电压高，电弧马上就将被触发。如果不是这种情况，那在电源电压赶上点火电压电平之前，就会有一个延迟。这个延迟会在电弧电流里引入能产生缺少电流的时间间隔的死时间周期。即使电流幅值以及它的RMS值也以与相控制调光器类似的方式降低。对炉子功率输入的影响也是满大的。

电弧炉的性能与电弧的燃烧环境关系极大。通常，一个熔炼过程包括两个阶段。在第一阶段里，废料越来越多地加进桶形容器里进行熔炼。在这个阶段里，炉子主要是在冷的环境下运行的。电弧不稳定，因为它不规则移动，并从一块废料跳到另一块上。废料的滑动和熔化会影响电弧的长度，也会使得电极频繁地短路。电弧性能连续改变了等离子体的长度，这也会引起死时间周期的连续变化，短路也会在炉子大电流电源里产生涌入电流。如果死时间周期拖长，那么点火电压最终将变得太高，以至于炉子电源电压不能触发电弧，而等离子体也会消失。当一个电弧完全熄灭时，必须朝废料的方向移动电极以与废料接触并重新点燃电弧。这种接触会在电极移开以降低电流并产生足够的等离子体长度之前产生极大的涌入电流。在此过程的第二个阶段里电弧的性能就不同了。废料已完全融化在灼热的液体槽里，电弧也在一个较热的、较为稳定的环境下燃烧。除此之外，还使用起泡的熔渣来改善电弧的稳定性。与第一阶段相反，电弧长度比较稳定，即使电弧含有缺少电流的时间间隔时也比较容易控制。

在DC电弧炉里，电弧电流没有方向上的变化，所以只是上面所述的死时间周期没有了。不过，在AC电弧炉里使用类似的方法，第一阶段里出现的电弧的不规则移动会把电弧长度拉长到一个极限值，此时因为电压降太高，炉电压源不再能维持等离子体里的电流了。当这种情况发生时，等离子体里的电流降低，就会冷却电弧并降低它的导电性，这样又会使电流降低失去控制，直至电弧熄灭，且等离子体消失。还有，为了与废料接触以触发伴随着涌入电流的新的电弧，电极要往下放得很低才行。只有在第一阶段里这种电弧熄灭才最有可能发生。

电弧炉的运行会引起电源公用线上电流的波动。最大的电流波动在使用AC和DC电弧炉的第一阶段里产生。在AC电弧炉里，电弧的不规则移动，死时间周期，涌入电流和电弧的频繁熄灭都会产生这些电流波动。在DC电弧炉里，涌入电流，连续改变整流器电子管的射角来补偿电弧的不规则移动，以及电弧中断都是电源电流波动的根源。这些波动也是公用电网电压波动的根源。公用事业公司在某种程度上容忍一部分这种波动，把此称之为闪动。这种闪动定义为在公用电网里遇到的电压波动的低频成分，这会在像一个电灯泡那样的设备里对眼睛造成干扰。闪动量与电网短路功率和电弧炉短路功率之比有关系。除非这个功率比值足够高，否则炉子的工作点在工作过程中必须合适，以便把闪动量级限制在一个允许的极限值里。闪动量级可以借助于静态功率补偿器、或者用在电弧炉变压器初级侧插入一个大电感的方法来降低。不幸的是，这些装置成本很高，且电弧炉电源的改动也很大。电弧炉常常在低电压下，且电极很接近废料的情况下运行。这样在废料完全装入之前会减少注入功率，然后，随着电弧燃烧比较稳定、闪动减少时功率也开始增加。

电弧炉的一个重要的方面就是其生产能力。运行电弧炉就是为要尽最大可能生产最多的热能。这与在给定时间内传输以熔化废料中的功率大小密切相关。电弧频繁的完全熄灭，在每次熄灭和点火之间的死时间周期，以及所能容忍的闪动量极限，所有这些对炉子的生产来说都是负面的，因为这些事件会导致熔炼过程的时间延长。

电弧炉的另一个重要的方面就是其生产成本。对一个固定的等离子体电流来说，等离子体的电压和加热功率与电弧长度成正比。电弧越长，在同样的注入功率下允许等离子体的电流就越小。电流越小，对减少电极损坏和消耗有利，而且也对降低电源电路里的焦耳损耗有利。因此，这些最后会使得生产成本降低。

这些优点将会减少熔炼过程的时间、减低电弧炉运行和维护的成本，也将会改善生产能力。

促使电弧触发的方法在国际PCT申请出版物里已经公布，出版号为WO 94/22279，(发明人为Paulsson和Angquist)。在这篇文献里，向电极提供一个与电弧中断有关的电压脉冲的装置改善了电弧燃烧的性能。一个电弧刚一熄灭，通过一个电容放电注入一个电压脉冲，或者通过一个暂时短路在电源通路的一个电感器里感应出一个脉冲电压来缩短电弧的缺少电流的时间间隔。不幸的是，为了得到最高的效率，此装置要求在电弧中断之后的最佳时间延迟后把此脉冲注入。点火可能是不可靠的，因为主要炉子电弧的触发可能没有发生，或者主要炉子电弧电流可能没有达到足够的幅度以至于在电压脉冲消失之后不能维持电弧。(主要炉子电弧定义为电弧炉变压器在等离子体柱里提供的电弧电流)。除此之外，在脉冲注入之前的延迟过程中，以及在主要炉子电弧没有被触发且脉冲消失后的时间消逝的过程中，等离子体离子化状态仍然继续在恶化。控制器单元还必须对能维持运行的电弧炉输出电流进行追踪。这个方法在一个热的液体槽阶段被证明是可靠的，不过在电弧不规则、大部分问题都会遇到的第一阶段里，此法就很难应用了。公开的装置里在电弧炉的电源输出里还需要一串接电感器。大家都知道要提供的电流非常地大，所以此电感器的尺寸可能也小不了。有人提到，如果电感由电网、炉子变压器和连接引线的电感组成，那么就可以不需要这个电感器了。这种选择意味着此电压脉冲的一部分将传进变压器，传进公用电网。而这通常是电弧炉的拥有者和公用电网所不期望的，也是不允许的。如果这个电感器包括有炉子连接引线的电感，那么动力电子设备就要装在靠近电极的位置，而这个地方环境条件极其恶劣，维护也成问题，而且需要炉子停下才能进行维护。

发明内容

使用一个促使电弧触发或避免电弧中断的方法可改善电弧炉的工作状况。本法有下列许多优点：

电弧长度或电流可以增加；

平均循环熄灭周期可以降低；

完全熄灭事件的数目可以减少；

电极消耗量可以降低；

电气电路中的焦耳损耗可以降低。

功率因子可以增加；

以及闪动量级可以降低或者功率可以增加。

本发明的一个目的就是提供能使电弧炉能再点燃电弧，并具有前面本发明背景里提到的各种优点而没有以前技术上的不足的一个新颖的方法和设备。

本发明的次要目的就是提供与一台电弧炉并行工作而不会对电弧炉结构和电源有重大变更的一台设备。

本发明另一个次要目的就是提供能使电弧炉组件避免在过高的电压幅度下工作的装置。

本发明另一个次要目的就是提供一台里面的动力电子设备和控制单元不会暴露在电弧炉恶劣的环境下，且在不需要中断电弧炉运行的情况下能进行维护的设备。

本发明另一个次要目的就是提供一台控制简单、且不需要在一个最佳的时间间隔后动作才起作用的设备。

根据本发明的第一个方面，提供了一台旨在改进电弧炉里再点火的设备，此设备有一个端点与一个大电流动力电源相连的大电流导体，以及与该导体另一个端点相连的电极，用来产生熔炼金属的电弧，此设备还包括一个电弧中断后用来维持电极端点和熔炼金属之间的等离子体连接的第二准连续能源。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在电弧炉里使用电弧熔炼金属的方法，此方法包括步骤：使用大电流导体和电极、由从大电流电源里把大电流注入电弧炉中该电极和熔炼金属之间的电弧里、并在电极和熔炼金属之间电弧熄灭的一个持续时间里维持等离子体连接、一直到此大电流动力电源的电压再次升高到一个能重新建立起电弧的数值为止。

附图说明

通过下面对特定最佳实施例以及实例附图的描述，会对本发明有更好的了解，其中：

图1为本领域普通技术人员都了解的一个基本AC电弧炉的单个线路图；

图2为本领域普通技术人员都了解的一个典型的三相AC电弧炉结构图；

图3a和图3b是按照电压和电流的变化炉内电弧的演变示意图；在图3a里，电弧强度随着电流减少到零而变化；在图3b里可以看到本发明的最佳实施例，一个HF(高频)电流被注入等离子体中；

图4是为了再点燃一个电弧而把一个HF(高频)电能注入电极端点的等离子柱中的具体电路框图；此电路由大电流动力电源，电容器，电感器，带一个电容器的HF电流源组成；

图5是自带电容器的一个HF电压源的示意图；

图6是一个把电网频率电压从HF电压中分离出来的一个共振电容电路示意图；此共振电容性电路包括一个旁路电感器和两个不同的电容器；

图7a到图7b是使用一根冷却同轴电缆把HF电源安装在远距离位置上的设备的示意图；在图7a中，此HF动力电源是一个电流源；在图7b中，此HF动力电源是一个电压源；

图8是用来把HF电源安装在远距离位置上的同轴电缆横截面示意图；支架部件的周围是第一导体层；第一导体层外面围着第二导体层；两层之间用一个电介质层隔开；

图9a到图9b是另一个配置示意图，可以看到HF电源安放在一个远距离位置上，以及用来切断谐波分量的阻尼电路；在图9a中，此HF源是一个电流源；在图9b中，此HF电源是一个电压源；

图10a到图10b分别是该HF电压和电流源的较为详细的电路示意图；图10a由电压发生器，HF电压逆变器和任选HF电压变压器组成；图10b由电流发生器，HF电流逆变器和任选HF电流变压器组成；

图10c到图10d是HF逆变器电路的较为详细的示意图；其由HF传感电路，控制单元，门驱动器和H桥组成；在图10c中，该HF传感器检测的是电流，而电路的输入是DC电压；在图10d中，该HF传感器检测的是电压，而电路的输入是DC电流；

图11a、图11b和图11c是能说明本发明操作原理的电压或电流的曲线图；图11a是一个台逆变器产生的HF电压图；图11b是电极电压图；图11c是电弧炉内的电流图；

图12是本发明一个实施例中测得的设备信号；更精确地说，黑色的轨迹表示等离子体柱里的电流，灰色轨迹表示在等离子体柱里的电压降；

图13是把本发明的一个实施例集中到一台三相电弧炉里的示意图；其由两台HF电流变压器、两台HF电流逆变器和两台电流发生器组成；

图14是本发明一个实施例设备里所有组件在一台三相电弧炉中的安装示意图。

具体实施方式

现在参考图1，这是一张AC电弧炉的示意图。其包括一个用来盛装要熔炼的金属2的桶形容器1。借助于一个可夹紧-释放的触点5，一个电极3被夹紧在一个导电的、而且可移动的支撑部件12上。在支撑部件12下面固定有能提供电极垂直方向上移动的传动装置10。大电流动力电源4通过一个可弯曲的并通过大电流导体6连接到导电的支撑部件12上，以允许支撑部件12能移动。大电流动力电源4包括通过一个电压抽头变换器9与公用电网7相连的一台降压变压器8。在操作时，传动装置10把电极3降低到桶形容器1里，以与金属2点燃电弧。然后，通过电极高度位置的变化使得传动装置10能对电弧长度起调节作用，并用切换电压抽头变换器9的方法可以控制提供给电弧的平均电流。电弧电流通过桶形容器1里的一个底部电极，或者通过在金属2与另一个电极之间产生的另一个电弧流入一个返回通路。电弧一燃烧，电极就会被消耗掉，当需要的时候，把一根新的电极3附在上端并让其滑下，以保证电极能连续得到补给。

在另外一种类型的电弧炉设备里，大电流动力电源4包括由插在变压器输出里以将把AC电流转换成DC电流的整流器，因此会在电极端头处产生DC等离子体电流。

现在参考图2，这里示出的是一个典型的三相AC电弧炉的结构图。除了供电网络之外，图1示意图中的每一部分的标号都相同。

按照本发明，本方法和设备的目的是在缺少电流时间间隔过程中维持电极端点与熔炼金属之间的等离子体连接。该等离子体连接是由在等离子体内部产生新的离子和新的自由电子的准连续能量动力电源来调节的。该准连续能量动力电源可以以连续的方式，或者如果不行的话，可以以振荡的形式，或者以频率比等离子体消逝时间常数高的一个频率下重复脉冲的形式向等离子体提供能量。使用本发明的方法和设备，通过降低大电流动力电源点燃主要炉子电弧所需的点火电压，在现有技术的炉子里发生的缺少电流时间间隔缩短了。该电弧炉将能在电弧比不使用本发明时稳定得多的条件下运行。

按照本发明，本方法和设备的一个实施例就是能维持长度比最大的主要炉子电弧长度更长的等离子体连接。以这种方式，在炉子电源电压不能超过点火电压的地方遇到的某些条件下，将能维持等离子体连接。这些条件包括由于炉中桶形容器里废料的移动，或者电弧本身的移动(这两者均会引起主要炉子电弧的中断)引起的等离子体连接的延续。这样，随着电极的运动或等离子体本身的不规则移动，等离子体连接会变得非常短，足以使大电流动力电源的电压超过点火电压而将主要炉子电弧点燃。这将会使包括主要炉子电弧完全熄灭在内的事件发生的数目减少。

能量馈送源可以是这样的一个装置，例如，象通过电极中心孔(例如一个轴向钻孔)射出的激光束，或者在本发明最佳实施方案中，可以是一个向等离子体提供电流的电功率电源。此电功率电源通过注入一个准连续电能的方法，更为准确地说，通过注入频率比等离子体熄灭的时间常数还要高的HF(高频)AC振荡电能来操作。

本发明一个实施例的另一个目的就是在电极端点的等离子体里注入一个HF AC振荡电能以便利于在电弧炉里进行再点火。

根据本发明，本方法的另一个目的是在一个电弧中断之后等离子体连接消失的情况下，能在电极端点处用HF电压产生HF电能放电。这个HF电能放电将用一个已降低了的能使主要炉子电弧重新点燃的点火电压引发一个新的等离子体连接。此方法可以避免电极和金属为了点燃电弧而必须接触，这种接触会在炉子的大电流动力电源里引发涌入电流。

本发明一个实施例的另一个目的就是要在电极端点处产生一个HF电流放电，以便再点燃电弧炉里的电弧。

在一个电弧炉里，用来把电流从变压器里引到电极的典型承载导体，是用铜制成的一个长管子，壁厚与电网频率率的趋肤深度很接近。这根铜管子导体要使用流经其开孔里的强制循环冷却水来冷却。在电弧炉设计时这种管状导体所用的直径都很大，容易超过30厘米。在较高频率下，趋肤深度会变得非常的小。在此频率范围里流经此导体的电流将汇聚在此导体的外围。电弧炉导体的大直径可以给HF电流本身的分布提供一个很大的外表面。这样此导体的阻抗就非常的小。还有从变压器输出到电极的电弧炉导体长度至少要12米。此导体最终的寄生电感，再加上低阻抗会形成一个典型范围为10到30μH的电感器，而且在100kHz左右的范围里品质因数较好。按照本发明，把一个共振电容器在接近电极的一侧连到电弧炉电源上去。因此，这个电容器连同这个电感器的一个主段会在某个频率范围内被迫发生共振。

按照本发明，可以用此共振电路和HF动力源在电极端点把此HF振荡电能注入到等离子体里。当把在共振频率或接近此频率下振荡的HF电流源送入到此共振电容器旁边的电极里去的时候，HF电流就注入进等离子体里了。然后，共振电路在输出处开始共振，并在电极处按等离子体的导电性建立振荡电压，从而产生流经此等离子体柱的HF电流。此HF电流将在等离子体柱里的一个通路中流动以维持一个等离子体连接。在电极上建立起来的电压可能要比电弧炉提供的电压高，这样就可能使等离子体连接维持得更长一些。

为了更好地说明本发明在此电弧炉上的效果，图3里列出了一系列电极电弧的图形，用来显示炉内电弧电压和电流的演变情况。在图3a里，电弧强度随电流降至零而变化。在零电流处，此瞬间再使用的电压要比点火电压低，而且会在电压源赶上点火电压并使主要炉子电弧重新点燃之前产生一个延迟。在图3b中，本发明的设备把HF电流注入在电弧电流波形上可以看得出来的等离子体中。在这张图里，为清晰起见，此HF电流的频率有意降低了。在电极处的电弧图里可以在零电流点处看到一个HF电弧，此电弧降低了点火电压，并允许主要炉子电弧迅速重新点燃。这种效果会在这个区域下方产生一个较高的电流，从而增加注入炉子桶形容器里的能量。

同样，根据本发明，如果没有足够的等离子体允许此HF电流流过的话，那么在电极端点处会产生一个HF电流能量放电。共振电路仍然会共振，并在电极处产生一个振荡电压。这个振荡电压可能高得足以引发电介质击穿，并产生HF电流放电。

现在参考图4，这是按照本发明把电弧炉与HF共振电路结合在一起的示意图。其组成是：由与在接近电极的连接点17处的电弧炉大电流导体相连的共振电容器21、以及也连到电极附近并与电容器21并联的HF控制电流源19组成的一个电容电路13。电弧炉还包括一个HF旁路阻抗，此旁路阻抗最好由连到同样的导体上并且与电弧炉电流源输出4相近的连接点16处的电源通路相连的电容器15组成。像前面提到的那样，位于连接端点16和17之间的导体段具有一个称之为共振电感器的一个寄生的自感14。电感器14和电容器21与旁路电容器15建立起一个具有下列共振频率的共振电路：

$f_r=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

式中L和C分别是电感器14的电感和电容器21的电容值。考虑到电容的的尺寸是随着它的μF值增加而加大的，所以有可能通过在会增加电感值14的携带电弧电流的导体周围插入铁磁材料35的方法来减少这个电容μF值。设计这个铁磁部分是为了使上述的最大共振电流略微达到饱和。与电弧炉提供的几万安培电流相比，此共振电流一般为几百安培。因此，因为主要炉子电弧电流点燃时迅速达到饱和，所以铁磁部分将不会对炉子电源通路阻抗有什么影响。

按照本发明，该设备的特征在于，共振电路里电感器元件主要是由要把等离子体电流带到电极端点的导体的寄生自感构成的。这样就不必使用外部电感器了，而且由于电弧炉导体的体积比较大，外部电感器也很难插进去。

在本发明中，如果共振电容器和HF动力电源在离旁路阻抗15和电极3两者一段距离处连接在一起的话，那么注入等离子体里的HF电流还能增加。电感器14现在分成两个部分(见图4)，每一个部分属于一个独立的回路，两个回路共用作为一个共同分支的电容器21。当主要炉子电弧燃烧时，两个电感器14部分似乎都与高频组件并联。这样，如果HF动力电源调谐到振荡电路的共振频率，具有增加的幅值的这个振荡电路的一部分共振电流将通过等离子体流动。

共振频率必须比等离子体熄灭的时间常数高。在本发明的一个最佳实施例中，此共振频率处在几万赫兹范围内，接近100kHz。共振电感器的值一般在10到20μH之间。因此，共振电容的值应在几百nF范围内。在接近共振频率下操作此HF源19就能产生共振。在电极处的共振电压可为5千伏到10千伏，这比炉子动力电源的最大输出电压(约为1千伏)高很多。这个电压上的差别允许该设备所能维持的等离子体连接，比炉子电源能维持的等离子柱长度更长。电流源19可以是正弦型的、梯形型的、脉冲型的或准共振脉冲类型的。在所有的情况下，HF电流源19的基本分量频率都必需在接近或在此共振频率下振荡。在用RMS提供10到100安培电流时HF电流源峰值功率输出最好是100千瓦左右。当电弧炉有一个以上的相时(大多数电弧炉在三相电弧电流下运行)，HF电流源可以以一个预先确定的相位移同步或异步地运行。不过最好在其输出振荡电压的相位下同步运行。

在运行时，共振电路可以把一个大小从10到几百安培的HF电流注入到等离子体里，而且能产生几十千瓦的电弧功率。

在图4里，HF旁路电容器15在共振频率范围下起着一个把炉子电流源4旁路的短路作用，为的是让共振电路能充分运行。其也可以用来避免共振电流和电压蔓延到电弧炉的动力电源(典型地，内绕线式的变压器)里去。旁路电容器15也可与变压器导电外壳相连，以防止在变压器绕组和外壳之间绝缘体上的电压过大。一般来说，电弧炉变压器在设计上不需要满足变压器绕组内部HF电压循环应用电解质规范。在高频率下引入电压或电流可能会导致电解质材料迅速损坏，这将使其使用寿命缩短。考虑到这台设备的价格很贵，进行适当的保护是很重要的。HF旁路电容器15必须足够大才能把共振电压和电流引起的扰动限制在一个最大值的范围内。最好把此电压限制在几十伏，而旁路电容器最好在约10到100μF。

图5列出了按照本发明在电极处注入高频电流的电容电路13的另一种配置。不再把电流源与电容器21并联，而把与电容器21串联的HF电压源加进来也能获得同样的效果。在频率接近或等于共振频率下，这个电压源19如上所述可以是正弦型的，梯形型的，脉冲型的或准共振脉冲类型的。

如果HF电源19产生谐波的话，那么图4中的电容电路13要比图5中的电容电路好。图4中的电容性电路产生的EMI干扰较少，因为这些谐波被限制在HF电流源和共振电容器21里了。与此相反，图5中的HF电压源19的电压谐波将会蔓延到电感器14里面，将会通过泄漏的磁场产生EMI干扰。图4中的电路是本发明提出的设备的最佳实施例。

再回来参考图4，电弧炉等离子体电流源在公用电网的电网频率下可以是DC也可以是AC的。本发明的设备必须考虑等离子体电流源频率的存在。在炉子运行过程中，共振电容器21将承受的是HF电压和电弧炉电源电压的总和。LF(低频)电压组分也将加到此电容上，在此电容设计时必须考虑这一点。LF和HF电容器的设计标准是不同的，把高频和低频组分分开来考虑在成本上也是合算的。

现在参考图6，为了减低加在HF电容器上的电压和与其相关的成本，图6里列出了电容器21的一个不同组成方式。图6中的电容器21包含有把电网频率电压(或DC)从共振频率电压中分离出来的元件。电容器21的组成是：HF电容器26；与HF电容器26并联的LF旁路电感器24，与HF电容器26以及电感器24串联的LF隔直流电容器27。HF范围包括共振频率。电感器24和电容器27的特性使得HF电压主要加在电容器26上，而LF电压主要加在电容器27上。

需要考虑一个重要的因素就是本设备的运行环境条件。需要架在电弧炉支撑部件12上的任何部件将暴露在高温和和开放的火焰之下，将会遇到频率波动，将会受到熔融金属溅泼，将会受到附近炉子导体里流动的几万安培电流产生的磁场的影响。要使本设备运行良好，电容器21必须放置在离桶形容器很近的地方。电容器21是一个紧凑的无源组件，很容易包装进一个水冷的小室里保护起来。所以，它的运行不会引起什么主要问题，也不需要维护。在出了问题的情况下，此电容器很容易在下一个停炉安排时更换。从另一方面看，HF源是由半导体元件、电气和数字元件组成的，且需要初始调谐。恶劣的环境条件对此HF源意味着严峻的挑战，一旦经受不了，那制造一个新的价格很贵。同样，调谐、探测和排除故障都意味着是一个问题。当电弧炉在运行时，不允许人进入炉内。对炉子的拥有者来说计划外停炉成本非常高，这样，万一此HF源坏了，此设备在下一次计划内停炉之前将处在不能运行的状态下。

按照本发明，HF动力源可以安放在一个不暴露在电弧炉恶劣环境下的一个区域内。用一根HF电源电缆50把此HF源连到离桶形容器足够远的电路上去。位置要选择得合适，以保证在炉子不中断运行的状态下能对此HF源进行一次维护。这是本发明的主要优点。

图7a是图4中电路的一个示意图。不同的地方是通过一根HF电源电缆50从一个较远的地方把此HF电流源19连到结点17上，并与电容器21并联。对图5中的此HF电压源，图7b使用了与图7a中同样的技术。通过结点20此电缆把电容器21和电压源19串接在一起。在图7a和图7b里示出的两种配置里，电缆50最好是同轴的，并且是专门用来把电源电流或电压从距离足够远的电弧炉桶形容器里引来。

图8示出的是本发明电缆结构的最佳实施例。其由一个芯部支撑部件54和围在外面的第一导体层55组成。此支撑部件54的外直径要足够的大，以便能保证导体层55有足够长的导电周边以承载HF电源的HF电流且能降低焦耳损耗。支撑部件54可为任何类型的易弯曲材料。在一个最佳实施例中，支撑部件54由聚四氟乙烯或聚乙烯制成，并且至少有一个开口以允许冷却液在一个或两个方向上流过。图8中示出了四种不同的开口60，61，62，63；在开口60，61，63里冷却液在一个方向流动；在开口62里冷却液在另一个方向流动。冷却液，最好是水，可用来冷却电缆、共振电容器21、或其他需要冷却的部件。导体层55最好用一个铜编织带制成，以保证其能弯曲，而此铜编织带的厚度要比HF电源频率的趋肤深度厚些，以保证在导体段里的电流分布最大。与第一导体层55构造相似的第二导体层57围在导体层55外面，中间由一个厚度足以承受电压的电介质层56隔开。电介质层56最好使用一个像聚四氟乙烯或聚乙烯那样的，能弯曲的低损耗电介质材料。隔热、并且绝缘而又能弯曲的外部保护套58覆盖在电缆上，确保电缆能抗衡恶劣的环境条件。

在一个典型的电弧炉安装过程中，一根25到50米长的电缆足以安全地把HF动力源定位。本发明中此HF源馈送频率(接近10万赫兹)在电缆里有一个几公里长的波长，此波长要比电缆本身长的多。因此，电缆分路和串联阻抗可以作为在这个频率处的集总元件来考虑。在图7a的电路配置里，电缆寄生电容对电感起支配作用，必须要加到电容器21的电容值里去。反过来说，在图7b的电路里，电缆寄生电感也起支配作用，也必须加到电弧炉导体电感器14的电感值里去。在两种情况下，电缆对电路阻抗的贡献依旧比较低，还没有严重到能影响L/C电路里的共振电流和电压的频率。

图9中的电路是图7中电路的一个修改版本，而且是在此HF动力源产生类似图10中HF动力源的谐波时使用的。现在参考图9a，此HF电流源19通过HF同轴电缆50和一个阻尼电路59与电弧炉导体17相连。参考图9b，此HF电压源19是远距离连接的，其与共振电容器21在连接点20处串联，而此连接点通过HF同轴电缆50与阻尼电路59并联。在两种配置里，当谐波波长与电缆长度是同一个数量级时，此同轴电缆50的作用就像是一个有将此波送达电缆另一个端点的传播时间的发射线。根据于电缆端点的阻抗大小，在两端会顺利地产生一个反射。这个从一个端点到另一个端点的“来回”波会产生一个所不希望的振荡。阻尼电路59是用来减弱这些反射的。

从电缆的HF源一侧，在任何一个反射回程之前电源看到的瞬变阻抗被称之为电涌阻抗，其等于：

式中L_c是电缆每单位长度的电感，C_c是电缆每单位长度的电容。注入到电缆里的瞬变电流在第一个反射回程之前的周期过程中会产生一个与电流振幅乘以电涌阻抗成正比的电涌电压。反过来，如果注入的是一个电压波，把么就会产生一个与电压振辐除以电涌阻抗成正比的电涌电流。

再回去参考图9a，阻尼电路59包括与HF耦合电容器52串联的电阻51，还包括与电阻51和HF耦合电容器52并联的LF(低频)旁路电感器53。选定好电感器53和电容器52的值，使得阻尼电路59的作用对LF分量(包括共振频率)来说几乎就像是短路一样，而对于频率比共振频率高的频率仅仅只起着一个电阻51的作用。在运行的时候，由于电容器21的作用形同短路，所以来自此HF电源的谐波对阻尼电路59来说好似一个终端阻抗。这些谐波有一个比共振频率高的频率成分，因此将对电阻51起作用。通过将电阻51与电缆电涌阻抗匹配，反射将大大减弱。由于电感器53，在共振频率下的电流振荡把阻尼电路看成为短路，这样在阻尼电路里就不会产生不必要的焦耳损耗了。

由于此HF电压源与共振电容器21是串联的，所以图9b中的阻尼电路与图9a中的阻尼电路不同。阻尼电路59由串联在一个HF耦合电容器52上的一个电阻51和与电阻51并联的LF旁路电感器53组成。电感器53和电容器52的值要选得使阻尼电路的阻抗与一个LF分量(包括共振频率)的开路接近，而在频率高于共振频率时只像是一个电阻51。在运行的时候，来自此HF电压源的谐波对阻尼电路59来说好似一个终端阻抗。这些谐波有一个比共振频率高的频率成分，所以将电阻51视为与电涌阻抗相等，因此反射将大大减弱。为了避免产生不必要的焦耳损耗，在较低频率的时候，电感器53的作用就是把电阻51旁路。

本最佳实施例使用图9a中的电路配置。同轴电缆的寄生电感低于0.05μH/m，寄生电容低于500pF/m而电涌阻抗低于20Ω。由于有此电涌阻抗，注入一个大电流谐波组分引起的寄生电压是适度的，避免HF电流源承受过高的电压。

在一个最佳实施例中，HF同轴电缆50可以沿电弧炉导体6和12安装而不会影响到电弧炉导体的移动。为了保护此HF电缆不受炉内开放的火焰烧坏和避免炉内熔融金属的溅泼，在接近桶形容器的区域里，HF电缆也可以插进一根沿电弧炉铺设的可弯曲的金属管里。

在下面与图10和图11相关的叙述里，出现一个术语后面跟着一个带括号的术语时，此术语是用在图5里的串联电压源里的，而在括号里的术语表示用在图4里的并联电流源里的。如果术语只用一次，将会特别指出。

现在参考图10a(10b)，图中示出的是按照本发明的HF电压(电流)源的最佳实施例。

在图10a(10b)中，此HF电压(电流)源19是使用由一个DC电压(电流)源29(32)馈送的一个HF电压(电流)源逆变器28(31)而形成的。此逆变器使用一般在大家都熟悉的领域内可以找到的技术，并带有控制器和传感器来根据检测得到的情况来调节频率。最好把一个HF电压(电流)变压器电路30(33)插在此HF电压(电流)逆变器的输出端处，以便使电压和电流与充分使用逆变器里的半导体开关电路的电源处理能力相适应。此HF变压器30(33)包括一个磁耦合变压器，并可以包括去藕元件以避免炉子的电源电流传播进此HF电源内。如果图6中的共振电容器电路与此HF电流源结合在一起使用，那么此电流变压器33可能也有一定大小的磁化阻抗，可以用来替换电感器24，这样就能减少组件的数目。

现在参考图10c(图10d)，图中示出了此HF电压(电流)源的一个最佳实施例的较详细的示意图。此HF电压(电流)逆变器28(31)包括一个有像IGBT和二极管那样的半导体元件的H-桥式逆变器39。门驱动器40激活门控制的半导体，而通过一个控制器单元41把此开关命令传送进门驱动器里。开关命令可用与共振频率有关的控制器单元41确定。可能是一个固定的频率，或者是锁定在由一个与共振电路相连的HF电流(电压)传感42产生的HF波的频率。在图10c(图10d)里示出的最佳实施例中，此HF传感器读出逆变器39输出处的电流43(电压44)数值。如果本发明的设备包括可选的HF电压(电流)变压器30(33)，那最好与此HF传感器在变压器输出端相连，这样会避免变压器内部阻抗与共振电路运行和可控制性之间的可能的相互作用。

在HF传感器与电路里的别的地方相连时，此HF电压(电流)源可以与此共振电路配合起来运行。例如，它就可以跨接在电容器21上。重要的是，为了控制此HF电压(电流)源与检测得到的电流或电压之间的相位差，控制器要监控共振电路被此HF电压(电流)源激发时所产生的HF波形。用这个方法，在一个实施例里，可能使逆变器的换向与此电流(电压)的一个零交叉事件同步，以降低在半导体里的开关损耗。

按照本发明的一个特定的实例，当此HF电压(电流)逆变器28(31)的输出连到一个HF共振电路里去的时候，控制此HF电压(电流)源的方法包括有下列步骤：把由此HF电压(电流)源28(31)与和其连在一起的共振电路的相互作用产生的HF电压(电流)源的波形读进来，并发送给控制器41；用控制器41把在此HF传感器得到的信号波形进行相位锁定，并且用控制器41以与读出的波形信号有预先确定的相位移，为门驱动器产生开关命令循环(the switchingcommand cycles)，以便以与输出电流(电压)有确定的相位移在输出处施加HF电压(电流)。

按照本发明的另一个实施例，当此HF电压(电流)逆变器28(31)的输出与一个HF共振电路相连的时候，控制此HF电压(电流)源的方法包括有下列步骤：把由此HF电压(电流)28(31)与和其连在一起的共振电路的相互作用产生的并被传感器得到的HF电压(电流)的波形读进来，并发送给控制器单元41；把所述检测得到的HF电压(电流)与一个电流(电压)阈值进行比较；如果检测得到的HF电压(电流)低于此电流(电压)阈值，那么用控制器41产生开关命令循环，以便在与共振频率接近的一个备用频率下产生一个HF电压(电流)；如果检测得到的HF电压(电流)高于此电流(电压)阈值，那么用控制器41对检测得到的HF信号波形进行相位锁定，并且用控制器41以与读出的波形信号有预先确定的相位差、为门驱动器产生开关命令循环，以便以与输出电压(电流)确定的相位移在输出处施加HF电压(电流)。

在本发明中，此HF电压(电流)源28(31)是以跟踪共振电路的共振频率这种方式运行的。使用控制器单元41来执行这个动作，并通过迫使此HF逆变电压(电流)与检测得到的波形之间的相位差最终变成此HF逆变电压(电流)与最终得到的HF输出电流(电压)之间的零相位差而实现的。当此HF电压(电流)源是在此HF电压共振电路的共振频率下开关时，这个条件就得到了。

炉子导体的电感在电极移动的时候是变化的。当然，这会对逆变器的控制器追踪的共振频率有影响。

当逆变器在备用频率下运行时，在所有可能的共振频率范围内的一个合适的数值处选定备用频率。炉子导体电感是随着导体分开的距离的对数变化的，而共振频率是随着导体电感的平方根变化的。当电弧炉在运行时，电极的相对位移通常要维持得足够的小，以避免在会在电流里产生不平衡的导体阻抗里产生的任何不平衡。因此，在安装电弧炉时不希望共振频率变化得太大，而且备用频率要与共振频率尽可能的接近，以便建立共振。当振荡电流(电压)达到此阈值时，在本发明的一个实施例中，最好把逆变频率锁定在共振频率处，以便降低在逆变器里的开关损耗并达到最大的共振。在另一个实施例中，最后锁定的频率用控制器来维持住，并在得到下一个阈值之前当作备用频率用。这样做的优点是，下半周期的下一个零电流点到来之前，炉子导体的配置将不会以一种能感知到的共振频率有影响的方式移动。

图11中有三张图，图上的时间刻度是按照再点火过程所包含的四个时间周期区划分的。第一张图图11a示出的是通过如图10里叙述的一个逆变器产生的方波HF电压(电流)源的演变情况。图11b示出的是共振电容器HF电压的演变情况。当然，图11c示出的是在炉子等离子体里此HF电流的演变情况。为描述清晰起见，由炉子动力电源产生的电压和电流的成分这里有意略去了。

周期T1与在电弧炉运行时的一个电弧燃烧条件对应。在这个周期过程中，等离子柱携带主要炉子电弧电流和图11c所示的HF电弧电流。由于等离子体柱的高导电性产生的分路效应，在共振电容器处的HF电压在图11b中被大大地降低了。控制器单元没有追踪到这个电压，这样其就在离共振频率不远的备用频率下运行。在不同的实施例中，由于电弧是燃烧着的，所以在这个周期里可关闭此HF电流源。

周期T2的开始阶段与电弧炉电弧中断对应。电弧的熄灭引起等离子体柱逐渐丧失了取决于环境温度和条件的导电性。由于导电性降低，共振电路增加了它的共振，并在共振电容器上建立起一个HF电压，以维持图11c中所示的HF电弧电流。根据等离子体导电性的降低速度，HF电压(电流)源提供的能量使共振加快。这将降低注入等离子体里的HF电流量。在共振增强的过程中，如果超过了阈电流(电压)值，那么控制单元就触发一个相位锁定循环电路以在共振频率下锁定此电压(电流)源的频率，以便限制逆变器里的开关损耗。如果炉子的电弧再次点燃，此电压降将消失，而T4将在不用进入T3的情况下立即启动。

T2开始处的条件也与电弧中断以及等离子体柱消失对应。可能会引起共振的另一个条件可能是等离子体柱消失后紧接着的电弧中断。在这种情况下，此HF将会为零，共振将以与此HF电压(电流)动力源提供的能量有关的、并且为共振电路损耗因素所限制的速度增加。当然，图11c已示出了在一次点火发生之前周期T2和T3里HF电流为零的情况。

为了限制在电极处的电压，本发明的这个实施例的下一个方面包括通过控制逆变器开关的方式来限制电极共振电压的控制策略。在周期T3的开始部分，如果得不到点火，而共振电容器上的电压达到其最大允许值的话，那么逆变器就开始中断半个周期，并使振荡电压衰减。一旦达到较低的极限值，逆变器就注入使电压回升至上限值的必须的许多半周期，这样，在一个表显稳定的状态下维持振荡，并保持在电极端点存在的共振电压。在这种情况下，等离子体的导电性会逐渐地损失掉。而在这种情况下，此HF电弧电流将会减少，并将最后消失。不过，此电压将仍然保持着，并将在电弧炉电极朝着废料移动时，有助于点燃一个新的主要炉子电弧。

在周期T4的开始部分，点火发生；主要炉子电弧再次建立；此电压消失；HF电流在电弧里流动；并且在再次进入周期T1之前，HF动力电源逆变器再回到备用的运电网频率率。

图12是本设备在一个60Hz AC电弧电流下运行时记录下来的信号。图中黑色轨迹是等离子体柱里的电流，灰色轨迹是电压降。等离子体里的HF电流重叠在60Hz电流上面，由于变化得非常快，看起来象一个粗的黑色轨迹线。电压降轨迹线也是这样。可以观察到，此HF共振电流与HF动力电源结合起来就产生了迫使HF电流经等离子体柱流动的必要电压，即使等离子体的电导性发生变化。在象箭头指出的地方出现低频电弧中断时候，可以观察到HF等离子体电流的存在。在60Hz电弧消失以后，等离子体的导电性也开始丢失，本发明的共振电路逐渐增加电极电压，以把HF电弧电流注入等离子体内，这样就能使离子和自由电子能继续产生。当此60Hz电压赶上此降低了的点火电压时，低频电弧点火，电压消失。在此死时间周期里的变化与早先提到的电弧的不规则特性有联系。

图13是根据本发明前面叙述的两个实施例画出的一个三相AC电弧炉示意图。此电弧炉子在一个带有两个HF电流源19的三相电弧炉上使用了两个共振电容器21，这两个HF电流源19可以同步运行，也可以异步地以预先确定的相位差运行。与每一相使用一个共振电容器的配置相比，这个配置的优点是所需要的组件数目减少了。在这个实施例中，两台HF电流逆变器31在同样的频率和相反的相位下运行，参见逆变器输出31上的点标记。为了保持共振电容器21在离电极端点最近的地方能接触上，在每个电极导体和两个相位上的共振电容器21的一个端点之间增加了两个滑动触点34，用来补偿电极的移动。两个共振电容器21的另一个端点牢固地与剩下的电极的导体相连。这个滑动触点一般可以覆盖最大位移长度。此位移长度可以含盖两个电极之间在运行时出现的几乎整个间隙。在此方式中，在非常大的间隙下不再需要保持接触，这样的大间隙在电弧炉运行过程中出现的次数极少，而且对所得到的优点没有明显的影响，并因此也减少了滑动接触的复杂性。

现在参考图14，其中表示按照图4和图13的电弧炉上本设备的一个典型总体示意图。共振电容器21架在中心电极支撑部件上。HF电流源19放置在一个较远的地方，比方说放置在变压器室内。HF电流源19通过一对HF电源电缆50连到与其相应的电容器21上。在最佳实施例里，此同轴电缆与中心电弧炉大电流导体并排铺设。每一个共振电容器21有一个连接到中心电极导体支撑部件的接线端子，另一端通过处理电极相对位移的滑动触点(没有画出)连到相应侧面的电极支撑部件上。高频旁路电容器15连到电源变压器的输出端。

本发明设备的另一个优点就是几乎不需要对电弧炉设备作些什么改动。本设备与电弧炉并联运行，可以随时关闭，在本发明的一个实施例中，此HF可能处在失效模式并在维修状态下，而电弧炉却仍在运行不中断。

在本发明设备的最佳实施例中，此电弧炉包括一个在电极与熔融金属之间、主要炉子电弧中断之后维持或点燃等离子体连接的第二动力电源，该设备尺寸适度，并利用炉子大电流导体的感应性能，使该设备安装的位置与产生等离子体的严峻环境条件之间有一安全距离。

Claims (27)

1.一种用来在电弧炉中促使电弧再点燃的设备，该设备有大几何形状的电流导体，所述大几何形状的电流导体的一端与大电流电源相连、而其另一端与电极相连以用来产生熔炼金属的所述电弧，该设备包括用来维持所述电极的端点和所述熔炼金属之间等离子体连接的准连续电能源，所述准连续电能源包括一HF AC电能源，该HF AC电能源具有利用由所述大几何形状的电流导体的自感形成的电感器的主要部分的共振电路；以及在接近或在所述共振电路的共振频率下运行的、并且与在所述电极旁的所述大几何形状的电流导体相连的HF电源。

2.按照权利要求1所述的设备，其中，所述HF AC电能源包括连接到电极侧所述大几何形状的电流导体上的共振电容器；其中，所述共振电容器还与所述自感形成了共振电路。

3.按照权利要求2所述的设备，还包括在电源通路里与离所述共振电容器有一段距离的所述大几何形状的电流导体相连的HF旁路阻抗。

4.按照权利要求1到3中之一所述的设备，其中，所述准连续电能源具有足够强度，能在所述电极端点和所述熔炼金属之间引发等离子体连接。

5.按照权利要求1到3中之一所述的设备，其中，所述准连续电能源具有足够的强度，以维持比所述电弧最大长度还要长的等离子体连接。

6.按照权利要求1到3之一所述的设备，其中，所述HF AC源的频率约为100kHz。

7.按照权利要求1到3中的之一所述的设备，还包括围在所述大几何形状的电流导体外面的铁磁部件，其中铁磁材料对低于所述共振电路的最大共振电流的携带电流所产生的磁场有很高的磁导率，而对于比最大共振电流高并且比所述电弧电流低的携带电流，会很快达到饱和。

8.按照权利要求2和3中之一所述的设备，其中，所述共振电容器包括HF电容器；LF隔直流电容器；以及把HF电压和LF电压分离开的LF旁路电感器。

9.按照权利要求3所述的设备，其中，所述HF旁路阻抗也把大电流电源和它的导电外壳之间的绝缘旁路。

10.按照权利要求3或9所述的设备，其中，所述HF旁路阻抗基本上是由电容器提供的。

11.按照权利要求1，2，3和9中之一所述的设备，其中，所述HF电源包括能跟踪所述共振频率并能调节所述HF电源的频率的控制器。

12.按照权利要求11所述的设备，其中，所述控制器切断了一个来自所述HF电源的整数半循环，以便限制在所述电极处出现的共振电压。

13.按照权利要求11所述的设备，其中，所述控制器在探测出所述电弧熄灭时就开始所述跟踪。

14.按照权利要求11所述的设备，其中，所述跟踪在任何时间都执行。

15.按照权利要求11所述的设备，其中，当所述共振电路的共振电压或电流低于阈值时所述HF电源在备用频率下运行。

16.按照权利要求1到3，9中的之一所述的设备，还包括屏蔽HF电源电缆，其中，所述HF电源的位置离所述电弧炉的严酷的环境有一段安全距离，并通过所述HF电源电缆与所述共振电容器附近的所述大导体相连。

17.按照权利要求16所述的设备，其中，所述HF电源电缆包括同轴电缆。

18.按照权利要求17所述的设备，其中，所述同轴电缆包括：芯部支撑部件；围在所述芯部支撑部件外面的第一导体层；围在所述第一导体层外面并被电介质层与所述第一导体层隔开的第二导体层；以及外部保护套。

19.按照权利要求18所述的设备，其中，所述芯部支撑部件包含至少一个允许冷却液从这里流过的通道。

20.按照权利要求16所述的设备，其中，所述HF电源电缆包括在一个端点处的用来衰减电缆反射的阻尼电路。

21.按照权利要求20所述的设备，其中，所述阻尼电路包括电阻，HF旁路电容器以及LF旁路电感器。

22.按照权利要求1，2，3，和9中之一所述的设备，包括用来传递所述准连续电能源的准连续电能的滑动触点。

23.按照权利要求1，2，3和9之一所述的设备，其中所述大电流电源是一种AC电源。

24.一种在电弧炉里使用电弧来熔炼金属的方法，所述方法包括下列步骤：

使用大几何形状的电流导体和电极，从大电流电源向所述电弧炉的所述电极和所述熔炼金属之间的所述电弧里注入大电流；

使用一共振电路和一HF电源在所述电极的端点处注入准连续电能，其中，所述共振电路包括所述大几何形状的电流导体的自感形成的电感器的主要部分，所述HF电源在接近或在所述共振电路的共振频率下运行，并连接到所述电极侧的所述大几何形状的电流导体上；

在所述电弧熄灭的持续时间内，在所述大电流电源的电压重新增加到一个可以再建立起所述电弧的之前，用所述注入的准连续电能在所述电极和所述熔炼金属之间维持住等离子体连接。

25.按照权利要求24所述的方法，其中，所述等离子连接具有比所述电弧的最大长度还要长的长度，

26.按照权利要求24所述的方法，还包括下列步骤：

在所述电极和所述熔炼金属之间没有机械接触的情况下，在所述电极和所述熔炼金属之间引发等离子体连接。

27.按照权利要求24到25所述的方法，还包括下列步骤：

把所述电极安放到能增加所述电弧的电压的位置以便向所述电弧里提供更高的能量，所述电弧在运行过程中是不大稳定的；

其中，所述维持是在不改变所述电极和所述熔炼金属之间距离的条件下实施的。

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