电弧炉炼钢讲义.doc

钢铁冶金学（炼钢部分）电弧炉炼钢及铸锭1电弧炉炼钢概述11电弧炉炼钢的发展概况：大致可分为三个阶段（1） 研究阶段（从1800年至1900年）1800年，英国人戴维（HumphreyDavy）发明了碳电极；1849年，法国人德布莱兹（Deprez）研究用电极熔化金属；1866年，德国人冯西门子（Werner Von Siemens）发明了电能发生器；1879年，德国人威廉姆斯西门子（C Williams Siemens）采用水冷金属电极进行了实验室规模的炼钢试验，但电耗太高，无法投入大生产；1885年，瑞典ASEA（即瑞典通用电气）公司设计了一台直流电弧炉；1888年，法国人海劳尔特（Paul Heroult）用间接电阻加热炉进行熔炼金属实验；18891891年，同步发电机和变压器推广应用；1899年，海劳尔特研制成功交流电弧炉；1900年，海劳尔特开始用交流电弧炉冶炼铁合金；（2） 初级阶段（从1900年至1960年）1905年，德国人林登堡（R.Lindenberg）建成第一台炼钢用二相交流电弧炉（海劳尔特式），该炉特点是采用方形电极，电极手动升降，炉盖固定不可移动，加料从炉门口人工加入；1906年，林登堡成功地炼出了第一炉钢水，浇注成钢锭，从此开创了电弧炉炼钢的新纪元；19091910年，德国和美国分别制成了6t和5t的三相交流电弧炉投产；1920年，采用了电极自动升降调节器，提高了电极升降速度；1926年，德国德马克公司将炉盖改为移出式，首次实现了顶装料；1930年，出现了炉体开出式电弧炉；1936年，德国人制造了18t炉盖旋转式电弧炉；1939年，瑞典人特勒福斯提出了电弧炉电磁搅拌的思想；1960年，为使三相电抗平衡，美国出现了短网等边三角形布置；此阶段由于电力、电极、用氧水平、炉容量等的限制，故炼钢成本大大高于平炉，因而只适合于冶炼合金钢、特殊钢。随着第二次世界大战的爆发，电炉钢的产量迅速增长。（3） 大发展阶段（从1960年至今）由于钢铁工业内部结构在50年代中期发生了重大变化，及LD转炉取代了OH平炉的炼钢龙头地位，但是LD炉不能象平炉那样100%地采用废钢为原料，故伴随着平炉的逐步退出炼钢舞台，废钢过剩的问题就日益突出，因此就要求EAF电炉在冶炼合金钢的同时，还要担负起一部分冶炼普通钢种的任务。这样就对EAF提出了如何大幅度提高生产率和降低生产成本的发展方向。1964年，美国碳化物公司的施瓦伯（W.E.Schwabe）和西北钢线材公司的罗宾逊（C.G.Robinson）共同提出了电弧炉超高功率的概念，并在两台135t的电弧炉上采用不同功率水平进行试验；不久就在世界各国推广UHP操作，使冶炼时间大大缩短，从34小时减少到2小时（功率水平500kVA/t）。从七十年代开始，为了最大限度地利用变压器的工作效率，围绕着如何进一步提高功率利用率和时间利用率，各国相继发展了一系列的相关技术，例如：炉壁、炉盖水冷化、长弧泡沫渣操作、氧燃烧嘴、偏心炉底出钢、废钢预热、炉底吹气、双炉壳电弧炉等等。因此，变压器的功率水平达到8001100kVA/t，冶炼时间进一步降低至1小时以下，电耗降至400kWh/t以下。并逐步在特殊钢厂推广运行“废钢预热电弧炉炉外精炼连铸热送轧制或连轧”的工艺模式，把电弧炉演变成了单纯的废钢快速熔化设备。为了根本上克服交流超高功率电弧炉的电弧不稳定、三相功率不平衡带来的炉壁热点问题，对前级电网造成的剧烈冲击（闪烁问题），70年代开始了直流电弧炉的研究，并于80年代中期投入工业生产，从此电弧炉又在交流和直流两方面同时发展。综上所述，在电弧炉炼钢诞生起至今的约100多年的时间里，从开始时的小型电弧炉专门冶炼合金钢种，到后来变化为大型电弧炉兼炼合金钢和普碳钢，直至近来的超高功率大型（交、直流）电弧炉仅仅作为废钢熔化设备。12 电弧炉炼钢的特点优点：靠电弧加热，热效率高，能调节炉内气氛，与平炉、转炉相比，基建投资少，占地面积小缺点：电弧是点热源，电力、电极、耐材消耗高，生产率较低，成本比转炉高13 传统碱性电弧炉炼钢方法及工艺流程介绍1.3.1 常用冶炼方法：一般可分为氧化法、不氧化法和返回吹氧法三种。氧化法：在炉料熔清后，通过向钢液中加矿或吹氧进行脱P、脱C操作，并造成熔池沸腾，去除钢中H、N气体及非金属夹杂物，再经过还原期脱O、脱S、调整钢液化学成分及温度后出钢。此法的特点在于可使钢中P、S、H、N、O等都可降低至规格范围内，达到纯洁钢液的目的，因此大多数钢种均采用此法冶炼。而此法不足之处在于钢中若含有大量合金元素时，则会造成其氧化损失，并对操作带来不良影响，故一般配料时多用碳素废钢，这又造成后期合金化的困难。不氧化法：冶炼过程中没有氧化期，能充分回收原料中的合金元素。炉料熔清后，经还原调整成分及温度后即可出钢。优点是可在炉料中配入大量合金钢切头、切尾、废钢锭、注余、汤道、切屑等，减少铁合金的消耗量，降低钢的成本。缺点是冶炼过程中不能去P、去气去夹杂，因此要求配入清洁无锈、无油污的低P且C含量合适的钢铁料，并在冶炼中防止钢液吸气过多。返回吹氧法：在炉料中配入大量的合金钢返回料，根据C和O的亲和力在一定温度下大于某些合金元素与O的亲和力的理论，当钢液温度升高至一定温度后，向钢液中吹氧，达到在脱C以便去气去夹杂的同时，又能够避免钢中合金元素氧化损失的目的。这样做，既降低了成本，又提高了质量。132 碱性电弧炉氧化法冶炼工艺流程介绍上炉出钢补炉（fettling）装料(charging)熔化期(melting)氧化期(oxidizing)还原期(reducing)出钢(tapping)补炉：上炉出钢毕，迅速将炉体损坏部位进行修补，以保证下一炉钢的冶炼。新炉子在炉役期的前几炉可不补炉。装料：将配好的炉料（burden）按一定规律装入料罐（bucket）中，然后将料罐吊至炉前，打开炉盖，将炉料一次卸入炉内。一炉钢可视情况一次装料或多次装料。熔化期：从通电至炉料完全熔清称为熔化期。其主要任务是迅速熔化全部炉料，并及早形成一定的炉渣，起到稳定电弧、防止金属挥发与吸气，提早脱P等作用。氧化期：待炉料全部熔清后，取样分析，进入氧化期。其主要任务是最大限度地脱P（dephosphorization） 、去除钢中气体（H、N）和非金属夹杂物（non-metallic inclusions），并升温至稍高于出钢温度。还原期：氧化期任务完成后，停电扒除氧化渣，重新造新渣，进入还原期。其主要任务是脱O（deoxidization）、脱S（desulphurization），调整钢液的成分和温度。出钢：当钢液成分和温度均符合出钢要求，则打开出钢口，摇炉出钢。出钢时要做到钢渣混冲，利用钢渣在钢包（ladle）中激烈运动，最大限度地脱S，并防止二次氧化、二次吸气。2、 电弧炉的电气设备21 电弧的概念与交流电弧的特性211 电弧：电弧是电流通过两极间气体时使之电离的一种放电现象。阴极放电：热电子发射， 强电场发射。电子自阴极发射后，以极高速度向阳极冲击，在运动中与极间气体碰撞，使其电离成正、负离子，形成电弧。电弧中的电子数目或者电弧电流大小与两极间电功率、阴极材质、气体种类等都有关系。212 交流电弧的特性2121 不连续性：由于交流电弧电压与电流的周期性变化，故当电弧电压未达到燃弧电压时，电流为0，电弧就会熄灭。但当电路中有感抗存在时，则即使电弧电压Va小于燃弧电压，电弧电流Ia0。当感抗增加到一定值时，则可保证电弧连续燃烧而不熄灭。2122 压缩效应：电弧周围空间存在磁场，电弧便在磁场力作用下沿轴向产生径向压力，并由外向内逐渐增大，使电弧下的钢液呈弯月面下凹，加强了钢液的搅动和传热。2123 外偏效应：一相电弧受到其他两相的磁场作用，或受到炉子周围铁磁性物质的作用，使三相电弧不同程度地偏向炉衬。22 电弧炉的主电路：主电路主要由隔离开关、高压断路器、电抗器、电炉变压器、低压短网23 主电路上的电气设备231 隔离开关：也称空气断路开关，无灭弧装置。开关操作顺序：送电时，先合上隔离开关，后合上高压断路器；断电时，先断开高压断路器，后断开隔离开关。为防止误操作，常在隔离开关与高压断路器间设置连锁装置。 232 高压断路器：具有灭弧装置。根据灭弧装置的不同设计，电弧炉使用的高压断路器有：油开关、空气断路器、真空断路器灭弧手段 油 吹气 抽真空233 电抗器：串联在变压器的高压侧（小炉子直接设计在变压器箱体内），目的是增加电路中的感抗，达到稳定电弧和限制短路电流的作用。但它却使无功功率消耗增加，降低功率因素（）。一旦电弧燃烧稳定后，就应立即切断电抗器。234 电炉变压器：把几千或几万伏的高电压变为100400V低电压、大电流的电气设备称为变压器。它可以说是电弧炉的心脏。变压原理：改变铁芯上原边绕组的匝数。、 原边绕组的接法从Y时， 例如：、 原边绕组带有若干抽头，通过抽头的变化来变压。为了减少热停工时间，希望不停电转换电压，因此设计了有载调压开关。有载调压开关工作原理，如下图所示：它由选择开关m和n、“T”形转换开关K和限流电阻R组成。转换开关K和电阻装于绝缘筒作成的小箱内，小箱内装有灭弧用的油。变压器的冷却采用油冷（辅助强制油循环或水冷来加强变压器的冷却）。一般应确保油面最高温升为50。（即变压器油面温度低于85，因环境温度一般为35）235 低压短网：从变压器副边引出线至电极这一段线路称为短网。构成：硬铜母线（busbar）+软电缆（flexible power cable）+水冷铜管（water-cooled bus tube）三相功率不平衡问题：当三相导体采用共平面布置时，即使变压器三相的二次电压和电流均相等，三相电弧的输出功率也是不相等的。因为三相阻抗不相等。三相阻抗不相等的原因：、中间相短网长度较其他两相短；、边缘两相也因感抗不同使电弧功率不同，电弧功率大的一相称为“增强相”，另一相则称为“减弱相”。应对措施：、改平面布置为三角形布置；、中间相安装电感补偿器；、要求通过相序变换装置，使炉门一侧为强相，而使出钢口一侧为弱相；、将中间相电极向炉子中心移动一点；、采用倾斜电极；、热点区域采用优质耐材，而非热点采用一般耐材；、短网线路改为双线布置法。24 电极升降自动调节装置目的：维持恒定的弧长，保证电弧稳定，保持输入功率恒定。分类：、电机放大机直流电动机式自动调节器；属于20世纪40年代的控制系统。、可控硅直流电动机式自动调节器；、可控硅转差离合器式自动调节器；、电液随动阀液压传动式自动调节器；、微机控制系统。工作原理：测量比较系统（电压、电流互感器） 放大系统（电机放大机或可控硅） 执行系统（直流电动机、转差离合器、电液随动阀）3、电弧炉炉体构造与炉衬31 电弧炉的构造：炉体=金属构件+炉衬（耐火材料），电极夹持器及其升降装置，炉体倾动装置，炉顶装料系统，辅助装置311 金属构件构成：炉壳，炉门，出钢槽和偏心炉底出钢，炉盖圈，电极密封圈 炉壳：圆筒形炉身+炉底+加固圈 炉门：“”形炉门框+空心水冷炉门+炉门升降机构 出钢槽：钢板焊成的流钢槽（梯形）+耐火材料流钢砖（高铝质、铝镁质、高温水泥质捣打成） 偏心炉底出钢系统：见图示。 炉盖圈：炉盖圈和炉壳间必须良好密封，炉盖圈内通水，下沿设有刀口插入炉身加固圈的砂封槽内。见图示。 电极密封圈：防止炉内高温气体外溢、防止红热电极对电极孔的侵蚀，必须使用电极密封圈。分为环形冷却、箱形冷却。312 电极夹持器及其升降装置：电极夹持器的作用：夹紧或送放电极；传送电流至电极。 结构：夹头+横臂+送放电极机构电极升降机构：分类：固定立柱式、活动立柱式。 传动方式：电动、液压313炉底倾动机构：分类：侧倾机构、底倾机构 要求：向出钢方向倾动4045；向炉门方向倾动1015。314炉顶装料系统：分类：炉盖开出式、炉体开出式、炉盖旋转式。315辅助装置：、水冷装置：电极夹持器、电极密封圈、炉壳加固圈、炉门盖、炉门框、炉盖圈，还有水冷炉壁、水冷炉盖等都要通水冷却。要求：下进水、上出水。、排烟除尘装置：炉内排烟（通过第四孔抽烟）， 炉外排烟：屋顶排烟罩、整体封闭、炉顶加料装置：通过第五孔向炉内加石灰、矿石及铁合金32 炉衬的组成炉底：绝热层（石棉板+硅藻土粉+绝热砖）+保护层（镁砖）+工作层（镁砂砖或打结炉衬）炉墙：保温层（石棉板+粘土砖）+工作层（镁砂砖或打结炉衬）炉盖：一级高铝砖砌筑（按人字形砌法、十字形砌法）4、 电弧炉炼钢的原材料电弧炉炼钢的原材料主要是：钢铁料：废钢、生铁、直接还原铁、热压块铁、脱碳粒铁；合金材料：铁合金、纯金属合金等；造渣材料：石灰、萤石、火砖块等；氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮；脱氧剂：块状、粉状；单一、复合；一般是Fe-Mn块、Fe-Si块、Al块、Mn-Si块、Ca-Si块、电石、C粉、Fe-Si粉、Al粉，等等；增碳剂：焦炭粉、电极粉、低P、S生铁块；电极：石墨电极（分为一般功率用和超高功率用）41 钢铁料411 废钢4111 分类：按来源：返回废钢：包括废钢锭、汤道、注余、切头、切尾、废铸件、试样等； 外来废钢：包括废旧设备、冲压边角料、车屑、生活废品等。按化学成分：碳素废钢：包括普碳钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢等；合金废钢：一般为合金钢的返回料，包括滚珠钢、合金结构钢、合金工具钢、低合金高强度钢、不锈钢、耐热钢、高速工具钢等。按尺寸及单重：重型废钢：1002000kg；中型废钢：10100kg；小型废钢：110kg；轻型废钢：需打包成压块钢屑、渣钢等：需打包或切割。4112 一般要求：、清洁少锈，少油污；、Cu、As、Sn、Pb、Zn等有色金属严禁带入；、严禁炉料中混入密封容器、易燃易爆物及有毒物；、S、P含量少；、尺寸合适。412 生铁、废铁和软铁：4121 生铁：用途：（1）配料：配入量：1020%，生铁牌号：P08、P10；（2）增C：采用优质低P、S生铁，生铁牌号：S10、S15。4122 废铁： 用途：配料，代替生铁；包括废钢锭模、浇注底盘、中注管外套、废铸铁件等，配入量配料量的10%。4123 软铁（工业纯铁）：用于还原期调低C。413 直接还原铁（DRI）、热压铁块（HBI）和脱碳粒铁：4131 直接还原铁：Direct Reduced IronDRI，是以铁矿石或精矿粉为原料，在直接还原炉内，在低于炉料的熔化温度下，以CO或H2（气基）或煤炭（煤基）作还原剂，所还原得到的金属铁产品。4132 热压铁块：Hot Briquette IronHBI，由海绵铁或金属化球团趁热压制成形是产品，称为热压块铁。HBI比DRI 密度高，不易氧化和破碎。 4133 脱碳粒铁：高炉生铁粒化后，在回转窑中被CO2脱碳后的产品，称为脱碳粒铁。C：0.22.0%，粒度515mm。与直接还原铁比，TFe要高510%，脉石含量低13%，但价格高。42 合金材料：电弧炉炼钢主要使用的是铁合金，还有一些纯金属。主要作用是合金化，还可作为脱氧剂。421 常用的合金材料：1.Fe-Si 既是合金剂，又是脱氧剂。Fe-Si含H量高，应高温烘烤。2.Fe-Mn 既是合金剂，又是脱氧剂。有低C、中C、高C之分，尽量用价廉的高C Fe-Mn，含Mn量均为5080%之间。3.Fe-Cr 分为碳素Fe-Cr、中C Fe-Cr、低C Fe-Cr、微C Fe-Cr与金属Cr等，含量均为5060%之间。4.其他 Fe-W：熔点高、比重大，应早加入炉内，块度80mm；Fe-Mo：熔点高，块度应该小一点，熔清后即可加入；Fe-V、Fe-Ti、Fe-B、Ni（粒、板）、Al（块）、Fe-Nb、RE合金，等等。422 合金材料的管理：（1）、堆放时分类标牌清楚；（2）、不露天堆放，保持干燥、清洁；（3）、块度合适，一般来说，熔点高、密度大、用量多和炉子容量小时，块度宜小一些；（4）、必须在使用前烘烤。高温退火：电解锰、电解镍等；高温烘烤：适合于Fe-Si、Fe-Mn、Mn-Si、Fe-Cr、Fe-W、Fe-Mo等；低温干燥：适合于RE合金、Fe-B、Al、Fe-V、Fe-Ti等。43 造渣材料 431 石灰：由石灰石在8001000高温下焙烧而成。成分 CaO SiO2 MgO Fe2O3+Al2O3 S H2O含量（%） 85 2 2 3 0.15 0.30 块度：3060mm 烘烤：700，2小时以上432 萤石（CaF2） 作用：能降低炉渣的熔点，提高炉渣流动性，且保持碱度成分： CaF2 SiO2 CaO S H2O含量（%） 85 4 5 0.2 0.5块度：1080mm 烘烤：100200，4小时以上。 433 粘土砖块（火砖块）：即废汤道砖与废中注管砖块（模铸中产生）成分： SiO2 Al2O3 Fe2O3含量（%） 5870 2735 1.32.2作用：提高炉渣流动性，但会降低炉渣碱度，适合于高MgO渣。44 氧化剂、脱氧剂、增碳剂441 铁矿石：分为赤铁矿石与磁铁矿石成分： TFe SiO2 S P H2O 含量（%） 55 8 0.10 0.10 0.5 块度：30100mm 烘烤：500以上高温下，2小时以上。 442 氧化铁皮：即轧钢时氧化剥落的铁皮。成分： TFe SiO2 S P H2O含量（%） 70 3 0.04 0.05 0.5烘烤：500以上高温下，4小时以上。443 氧气成分： O298% H2O3 g/m3吹氧压力： 熔化期 0.30.7MPa 氧化期 0.61.2MPa444 脱氧剂：块状脱氧剂：Fe-Mn、Fe-Si、Al、Mn-Si、Ca-Si，等等；粉状脱氧剂：C粉、Fe-Si粉、Al粉、电石，等等。445 增碳剂：通常有：焦炭粉、电极粉、低S、P生铁、碎电极块（块度50100mm）45 电极451 对电极的要求：（1）、导电性能良好，电阻系数小，以减少电能损失；（2）、具有足够的机械强度，以免碰坏、撞断；（3）、具有良好的抗高温氧化能力；（4）、几何形状规整，且表面光滑，以保证电极与电极夹头之间接触良好。452 降低电极耗的措施：（1）、防振、防碰撞；（2）、防潮；（3）、防接头松动；（4）、防氧化剥落；（5）、提高电极自动调节器的灵敏度（47m/min）；（6）、强化管理。5、碱性电弧炉氧化法冶炼工艺简介51 配料与装料511 配料5111 要求：（1）、氧化法：、配C量：根据熔化期C的烧损、氧化期脱C量和还原期增C量这三个因素来定。一般来说，配C量=钢种规格下限+0.65%。、Si：熔清样中Si0.15%（一般不人为配入）。、Mn：熔清样中Mn0.20%（一般不人为配入）。、P、S：越低越好。一般熔清样中P0.050%，S0.080%。、熔清样中，Cr、Ni、Cu一般均应小于0.25%。、炉料综合收得率：9597%。（2）、不氧化法：、炉料由清洁少锈、干燥的本钢种返回料，以及类似本钢种的返回料，少量碳素废钢与软铁组成。、一般熔清样中P规格-（0.0150.020）%。、熔清样中，C 规格下限-（0.030.06）%。、炉料综合收得率：98%。（3）返回吹氧法：、炉料由本钢种返回料、碳素废钢、铁合金以及软铁等组成，其中本钢种返回料占4080%。、脱C量：0.200.40%。、一般熔清样中P规格-（0.0150.020）%。、为了升温，可配入一定量的Fe-Si和Fe-Mn。、炉料综合收得率：9597%。5112 配料计算：1. 碳素钢和低合金钢的配料计算：、确定出钢量：出钢量=（钢锭单重钢锭支数+每块锭盘汤道及中注管重量锭盘数+注余量）相对密度系数。其中，注余量为出钢量的0.51.0%（小炉子取上限） 相对密度系数是以45号钢的密度7.81t/m3为标准，依此换算出不同钢种的相对密度系数，对出钢量进行校正。、确定炉料装入量 其中，矿石带入纯铁量=每吨钢加矿量钢水量矿石含铁量收得率。如矿氧结合法，则矿石加入量约15kg/t；矿石氧化法，则加入量约40kg/t。矿石含铁量约60%，铁的收得率为80% 、计算各种炉料的配入量：各种炉料配入量=装入量配比 其中，废钢含C量=0.25%，生铁平均含C量=4%（估算） 其中，电极块成分约99%，收得率为80%举例：氧化法冶炼45钢，采用下注法浇注2t方锭8支，汤道及中注管重200kg，注余量150kg，炉料由50%外来废钢，返回废钢及低S、P生铁组成。使用的铁合金料为：Fe-Mn含Mn量70%，收得率为98%；Fe-Si含Si量75%，收得率为90%。求配料量及炉料组成。（相对比重系数为1.0）解：出钢量=（20008+2001+150）1.0=16350 （kg） 矿石带入纯铁量=1635015/100060%80%=118（kg） 外来废钢=1689050%=8445（kg） 返回废钢量=16890-8445-3603=4842（kg）计算结果：炉料由返回废钢4842kg，外来废钢8445kg，配生铁量3603kg。2.高合金钢的配料计算：高合金钢配料计算比低合金钢复杂，现将最基本的配料方法介绍如下：装入量=总进炉量-还原期补加合金总量例如：采用返回吹氧法冶炼1Cr18Ni9Ti，出钢量为16400kg，炉料的综合收得率为95%，其他计算数据为（%）：合金元素CCrNiMnSiTiP控制成分0.06189.81.50.650.50.025配料成分0.35910.01.00.800.020铁合金成分6099.9987530熔清收得率80985020还原期收得率9698989060炉料由GCr15切头，本钢种返回料、镍板、硅铁及软铁组成。解：=164000.765=12546（kg）如配入GCr15切头3000kg，则本钢种返回料配入量为： 软铁用量=12546-3000-6023-665-71-13=2774（kg） 验算炉料中的P含量： 512 装料 5121 布料顺序：为了炉料在炉内密实，大、中、小料必须合理搭配。一般小料（10kg占1525%，中料（1050kg）占4045%，大料（50kg）占3545%。顺序：、底部小料装一半；、小料上装大料全部；、大料间填充小料；、中料及剩余小料装在上面及四周；、生铁装在大料上或电极下；、难熔铁合金装在高温区，但不要在电极下，其他铁合金装在炉坡及四周。 5122 装料操作：在料罐内按上述布料顺序布料，通过装料起重机吊至炉前，打开炉盖，卸料入炉。注意：（1）、料罐距炉底不宜太高；（2）、炉料应装在靠近2#电极稍偏向炉门处，以利于熔化。52 烘炉与补炉 521 烘炉：有两种炉衬：沥青炉衬和卤水炉衬。沥青炉衬：以沥青、焦油作粘结剂；卤水炉衬：卤水作粘结剂。1.烘炉曲线：沥青要在150200时发生软化，故烘炉时要从高温到低温进行。而卤水（MgCl2x H2O）中有结晶水，故卤水炉烘炉时要从低温到高温进行。2.烘炉操作：烘炉前在炉底先铺一层碎电极块或焦炭，一般1020t的电弧炉放200400kg。上面用废电极按“丁字形”或“三角形”准确平稳地放在三相电极下。不能搁在炉坡上，废电极直径不能过细。若无废电极，也可用大块焦炭来代替。烘炉时出钢口不堵，并用木柴等物烘烤出钢槽。522 不烘炉直接炼钢法：只适用于沥青炉。第一炉宜冶炼35#60#钢。熔化期要慢，不吹氧助熔。氧化期适当增加脱C量，脱C速度要均匀。还原期要快，采用快白渣法。523 补炉：1. 补炉原则：热补、快补、薄补；先外后里，先坏后好。2.补炉材料：对沥青炉：13mm镁砂+10%沥青（3mm）或13mm镁砂（70%）、熟白云石（30%）+10%沥青（3mm）对卤水炉：13mm镁砂+78%卤水。3.补炉部位：2#电极处渣线，炉门口两侧，出钢口两侧，其他渣线以及炉口处为常见易损部位。4.补炉操作：人工补炉：先补炉门两侧，再打开炉盖投补出钢口两侧，再补2#电极渣线及其他渣线处，损坏严重处采用卤水镁砂贴补。5.补炉方法：人工补炉：仅适合于小炉子。机械补炉：回转式补炉机，要打开炉盖、无法进行局部修补；风压式喷补机：从炉门插入喷补。53 熔化期 531 主要任务：在保证炉体寿命的前提下，合理供电，尽快使固体炉料迅速熔化成为成分均匀的钢液；提前造好熔化渣，以稳定电弧，并减少钢液的吸气及金属的挥发和氧化损失；利用熔化末期温度不高的有利条件，去除5070%的P，以减轻氧化期的去P任务；加热钢液温度，为氧化期创造正常的沸腾条件；正确控制熔化结束时钢液的各种化学成分，尤其应控制好钢液的熔毕碳量。532 熔化过程：分为四个阶段：起弧、穿井、电极回升、熔化末期。1.起弧：510min，输入功率为额定功率的2/3，以免炉盖被电弧光辐射受损；生成Fe2O3（红棕色烟雾），噪音大。2.穿井：占熔化期的1/4，输入功率为最大（甚至可短时超载）；加入电抗器，稳定电弧。3.电极回升：占熔化期的1/2，输入功率仍然保持最大，可不加电抗器，因为熔化渣已形成，烟雾变淡褐色，噪音变低沉。4.熔化末期：炉料熔化3/4以后，三个“井”已经连成一片，炉门口已能看到电弧光，此时用低一级电压供电，吹氧助熔（氧压0.40.7MPa）约1015min。533 熔化过程中物理、化学反应5331 元素的挥发与氧化：金属挥发总损失约战炉料的23%。Al、Ti、Si，基本全部氧化。Mn：5060%被氧化。C：1030%被氧化，氧化量与配C量、配Si量及吹氧助熔时间均有关，另外塌料大沸腾也会造成C的损失。Fe：26%，与炉料的表面质量、熔化时间、吹氧助熔时间、氧压等有关。 5332 钢液的吸气：在高温电弧作用下，炉气中的水分和氮气被分解成H、N，溶解入钢液中成为H、N。熔清时，一般wH=0.000450.0007%（即4.57ppm），wN=0.00600.012%（即60120ppm）。5333 熔化渣与脱P：1.熔化渣的作用：、稳定电弧；、覆盖钢液，有利于升温，防止吸气，吸附杂质，减少金属挥发；、有利于去除P、Si、Mn等元素。2.脱P ：利用熔化期温度不高（约1500）的有利条件，控制好熔化渣，即可去除5070%的P。熔化渣控制：碱度B=2.02.5；w（FeO）=1525%；渣量=35%；流动性良好。534 缩短熔化期的措施：快速补炉和合理装料；提高变压器输入功率（超高功率或高功率）和合理配电；吹氧助熔；氧燃烧嘴助熔；炉料预热；二次燃烧技术；埋弧泡沫渣技术；炉底吹气搅拌技术；其他：如热装铁水、注余钢水回炉、改善三相功率不平衡、留钢留渣操作。54 氧化期541 主要任务：脱P至0.0150.010%以下；脱C以去气去夹杂，氧化末期控制wH0.00035%，wN0.00400.0070%，夹杂物总量0.01%；升温至出钢温度以上1020；氧化末期，控制wC=钢种规格下限-（0.030.08%）。542 脱P5421 脱P反应2P+5（FeO）=（P2O5）+5Fe（P2O5）+3（FeO）=（3FeOP2O5）+） （3FeOP2O5）+4（CaO）=（4CaOP2O5）+3（FeO）2P+5（FeO）+4（CaO）=（4CaOP2O5）+5Fe H= -950kJ/mol脱P条件：、适当偏低温度：14701530；、w（FeO）=1225%；、w（CaO）/w（FeO）=2.53.5；、B=2.03.0；、渣量大，流动性好。5422 氧化前期脱P操作：控制温度在1550以下；B=2.53.0；w（FeO）=1220%；渣量=35%，不断流渣、补渣料。若熔清时P0.050%，可控制渣量=57%，且通过扒渣、换渣操作来迅速降低P。 543 脱C5431 脱C反应间接氧化： C+O=CO O的来源：、矿石分解成（FeO），（FeO）=O+Fe 、氧化铁皮（FeO），（FeO）=O+Fe、吹氧： O2+2Fe=2FeO直接氧化： C+1/2O2=CO 5432 氧化方式1.矿石氧化特点：、w（FeO）wO平衡wO，要求w（FeO）15%（控制在1525%）、加矿温度：低碳钢：1590；中碳钢：1580；高碳钢：1570，为了防止大沸腾（因矿石分解吸热，导致C、O反应停滞）、分批加矿，防止大沸腾；、渣量少：23%；、碱度B=1.82.0；、脱C速度一般为0.01%C/min；、矿石用量：3040kg/t，脱C0.300.40%；、氧化结束时，要求有约10min净沸腾时间，以降低过剩wO。2.吹氧氧化：特点：、wOw（FeO）平衡wO ，w（FeO）12%（控制在1220%）；、吹氧温度无要求。当然高温有利于脱C，特别是后期wC0.200.30%时，有利于提高C的扩散系数；、吹氧强度前期小，后期高；、渣量=23%；、B=1.82.0；、脱C速度，一般为0.0250.050%C/min；、氧化结束，除低碳钢外，无须净沸腾。2.综合氧化：先加矿氧化、后吹氧氧化，称为综合氧化。先加矿的目的是脱P，待P0.015%，开始吹氧脱C，去气去夹杂和使钢液迅速升温，至C合乎要求，温度合乎要求后，即可扒渣进入还原期。544 脱C的目的去气去夹杂：去气速度取决于脱C速度，去气量取决于脱C量。一般要求：脱C速度0.01%C/min，脱C量0.30%C就可以使wH从4.57ppm降低到3.5ppm以下，wN从70120ppm降低到4060ppm以下，非金属夹杂物从0.03%降低到0.01%以下。另外，要保持脱C速度吸气速度，即要求避免大沸腾，防止钢液直接与 大气接触而大量吸气。545 氧化期的操作：应视熔清后的全分析成分决定如何操作，最主要是熔清C和P的高低。546 氧化期的强化冶炼：1、熔氧结合，提前脱P；2、造泡沫渣，实现埋弧操作；3、以氧代矿；4、喷粉脱P和喷粉增C。55 还原期551 主要任务：脱O至wO0.0020.003%，并降低夹杂氧；脱S，一般钢种wS0.045%，优质钢wS0.020.03%；合金化，合金元素含量进入钢种规格要求；调整钢液温度。552 脱氧5521 O对钢的危害性：1、C、O在凝固过程中反应，造成冒涨、皮下气泡、疏松等钢锭缺陷；2、生成钢中内生夹杂物；加剧S的危害性，因为共晶化合物FeOFeS的熔点只有940。5522 脱氧方法：1.沉淀脱氧：直接将脱氧剂加入钢液中，与钢中的O反应生成氧化物上浮入渣而脱氧。优点：脱氧速度快；缺点：氧化产物易玷污钢液，造成钢中夹杂物的增加。、脱O能力：脱O反应： xMe+yO=MexOy（S） 当1600时，脱O元素wMe=0.1%，通过比较的大小来排列其脱氧能力。 脱O能力从大到小依次为：RE、Zr、Ca、Mg、Al、Ti、B、Si、C、P、Nb、V、Mn、Cr、（Fe、W、Ni、Cu）。但元素Me浓度大于一定值时，脱O能力却反而降低。、脱O产物上浮速度快：生成大颗粒产物液态产物，如复合脱氧剂易生成低熔点的共晶化合物；生成与钢液界面张力大的产物，如Al2O32.扩散脱氧（或渣中脱氧）：将脱氧剂（一般为粉状）加入渣中，先降低（FeO），再通过扩散使O降低。根据O在渣、钢间的分配定律： 扩散脱O操作可分为白渣法、快白渣法、弱电石渣法和强电石渣法等。3.综合脱氧：还原期开始时为大幅度降低O，采用加入块状的Fe-Mn、Fe-Si、Mn-Si或Al来进行强脱氧（降O至0.010.02%）；待稀薄渣形成后，采用粉状脱氧剂（C粉、Fe-Si粉、Al粉或电石等）扩散脱氧；出钢前再用强脱氧剂（Al块、Ca-Si块）进行终脱氧，使O降至0.0020.003%。553 脱S：脱S反应： FeS =（FeS） +） （FeS）+（CaO）=（CaS）+（FeO） FeS +（CaO）=（CaS）+（FeO）还原期内发生： （FeO）+C = Fe + CO 2（FeO）+Si =（SiO2）+ 2Fe 3（FeO）+CaC2 = （CaO）+2CO+ 3Fe因此，脱S反应条件十分有利。控制因素：、w（FeO）0.5%，即造成白渣；、B=2.03.0（最好控制到2.53.0）；、渣量=35%；、适当高温；、加强搅拌：人工搅拌、钢渣混冲、喷粉、电磁搅拌。554 温度控制：供电制度：加入稀薄渣料后，一般用中级电压（23级）与大电流化渣，一旦还原渣形成，应立即减小电压（35级），输入中、小电流供电。应该严格避免“后升温”的发生。tT=tM+（80120），小炉子或连铸取上限，即100120；大炉子（20t以上）取下限，即80100。555 合金化5551 合金加入顺序及操作要点：（1）、合金加入顺序的原则：合金元素的化学稳定性、合金的熔点、比重与加入量多少决定了合金的加入先后顺序。（2）、合金化操作特点： 、Ni、Co、Cu不会氧化，故在装料时配入，或熔、氧期加入。、W、Mo与O亲和力小，且比重大、熔点高，应早加。氧化法，可在加稀薄渣料时一起加入；返回吹氧法，可随炉料配入，但吹氧助熔时应在熔池温度足够高时进行，以免W的过分损失。还原期补加Fe-W时应注意块度一定要小，加到高温区，并加强搅拌，加入后20min以后才可出钢。、Mn、Cr一般还原初期加入，后期调整。Cr若氧化入渣会使渣变绿（Cr2O3）并变粘，应加强还原期造渣，使渣色由绿变白，并调整炉渣的流动性，以免给脱S造成困难。、V与O亲和力较强，要在白渣下加入。一般冶炼低V钢（wV0.3%，在出钢前815min；冶炼高V钢（wV1%），可在出钢前30分钟内加入。、Si冶炼硅钢时，在出钢前10分钟左右，按规格中、上限加入（包括残余Si）；一般钢种在出钢前5min加入。Si的合金化还应注意Si的烧损及含Al、Ti钢种的回Si、Fe-Si粉造成的增Si等。、Al、Ti、B极易氧化的元素，因此加入前钢水必须脱氧良好。加B前先应加适量的Al和Ti，脱O固N。加入方法有三：一是用铝皮或马粪纸包好插入；二是出钢过程中加入钢包的钢流中；三是采用喂丝的办法。加Ti：低Ti钢可在出钢前510min加入，也可在出钢时加入包中（注意会增Si约0.10%左右）；高Ti钢（wTi0.5%），当炉内Si已经较高时，应扒渣后加入，且加入后10min内出钢。加Al：作为合金元素，应在出钢前10min加入，加前应扒掉炉渣，将Al块加在钢液面上，然后立即向炉内加入23%的石灰和萤石，采用大电压化渣，化好渣后出钢。、其他元素N：通常在还原期用含氮锰铁或含氮铬铁加入，钢液中含Mn和Cr可提高N的回收率；另外，还可向钢液中通入氮气来增N；P、S：在还原期加入，但必须造中性渣，以保证合金收得率；RE：采用稀土合金或稀土氧化物在插Al后加入，回收率在3050%。5552 合金加入量的计算：1.碳钢、低合金钢及单元素高合金钢的计算基本公式： 当计算碳钢和低合金钢时，由于控制成分较铁合金含量低很多，故可把分母简化为“合金成分回收率”来计算，误差很小。对于不易氧化的合金，其回收率可作100%。2. 多元素高合金钢的计算：（1）、补加系数法：其思路是先用单元素法计算，然后考虑到这部分加入的合金只是将原来炉内钢水的成分配至要求。、求出各合金元素的补加系数：即计算在100kg不含任何合金元素的纯铁中，必须分别加入多少铁合金，才能使之达到规格成分。、按炉前分析结果，用单元素方法计算出各合金元素的加入量（注意分母中不减控制成分，另外不考虑合金回收率）。、按各合金的补加系数，计算出欲使整炉钢水成分达到规格成分需补加的各合金量。、计算出总出钢量。、将、步的计算结果，再考虑到合金收得率后，计算出实际各合金的总加入量。例1、冶炼1Cr18Ni9Ti，控制成分：wC=0.07%；wMn=1.25%；wSi0.80%；wCr=17.5%；wNi=10.6%；wTi=0.5%。所采用的铁合金为：30%Fe-Ti 收得率：55%65%Fe-Cr 收得率：100%100%Ni板 收得率：100%100%金属Mn 收得率：100%如果炉内现有8t钢水，还原分析结果是：wMn wNi wCr wTi1% 10% 16% 根据上述条件，问需要加入多少各种铁合金，才能达到成品规格的控制成分的要求，且