电弧炉资料教材

1、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( Humphrey Davy )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

2、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；1909191

3、0 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

4、) 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

5、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

6、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。1 2 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1 3

7、 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

8、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。1 32 碱性电弧炉氧化法冶炼工艺流程介绍上炉出钢

9、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

10、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、

11、电弧炉的电气设备2 1 电弧的概念与交流电弧的特性2 11 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。钢铁冶金学（炼钢部分）电弧炉炼钢及铸锭2 12 交流电弧的特性2 121 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 Ia 0。当感抗增加到一定值时

12、，则可保证电弧连续燃烧而不熄灭。2 1 22 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。2 123 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。2 2 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2 3 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

13、断路器间设置连锁装置。2 32 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2 33 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有功功率电流的作用。但它却使无功功率消耗增加，降低功率因素（ cos ）。一旦电弧燃烧稳定后，就应立即切断电抗器。 输入功率2 34 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。U 2 1、 原边绕组的接法从

14、Y 时， 2例如： U1 380V， U 2 220VU1 3、 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（ fl

15、exible 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

16、般耐材；、 短网线路改为双线布置法。2 4 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3 1 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 3 11 金

17、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

18、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 10 15。314 炉顶装料系统：分类：炉盖开出式、炉体开出式、炉盖旋转式。3 15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3 2 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） +

19、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）钢铁冶金学（炼钢部分）电弧炉炼钢及铸锭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

20、墨电极（分为一般功率用和超高功率用）4 1 钢铁料 4 11 废钢 4 111 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：100 2000kg；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。4 112 一般要求：、清洁少锈，少油污；、

21、 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。4 12 生铁、废铁和软铁：4 121 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。4 122 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%。4 123 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 Reduce

22、d Iron DRI ，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 Iron HBI ，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。4 133 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。4 2 合金材料：电弧炉炼钢主要使用的是铁合金，还有一些纯

23、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）、

24、Al （块）、 Fe-Nb、 RE 合金，等等。4 22 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。4 3 造渣材料4 31 石灰：由石灰石在 8001000高温下焙烧而成。 成分 含量（ %）块度： 432 萤石（ CaF2）成分： 含量（ %

25、） 块度： 4 33 粘土砖块（火砖块）成分： 含量（ %） 作用：提高炉渣流动性，但会降低炉渣碱度，适合于高 4 4 氧化剂、脱氧剂、增碳剂 4 41 铁矿石：分为赤铁矿石与磁铁矿石成分：TFeSiO2含量（ %） 55 8块度： 30100mm烘烤： 500以上高温下，4 42 氧化铁皮：即轧钢时氧化剥落的铁皮。成分： TFe 含量（ %） 70烘烤： 500以上高温下， 4 3 氧气成分： 吹氧压力：3060mm1080mm30100mm444CaO85CaF2855870Fe2O3+Al 2 O33SiO2MgO2 2烘烤： 700， 2 小时以上 作用：能降低炉渣的熔点，提高炉渣流动

26、性，且保持碱度SiO2CaO4 5烘烤： 100200， 4 小时以上。）：即废汤道砖与废中注管砖块（模铸中产生）SiO2Al 2O32735MgO 渣。55SiO234 小时以上。熔化期4 4 脱氧剂：块状脱氧剂：45 增碳剂：通常有：焦炭粉、电极粉、低H2O0.150.30S0.2Fe2O30.5H2O1.32.2H2O0.102 小时以上。S0.04O298%0.30.7MPa0.61.2MPa0.100.5H2O0.050.5H2O 3 g/m3氧化期Fe-Mn、Fe-Si、Al、Mn-Si、Ca-Si，等等；粉状脱氧剂： C 粉、 Fe-Si粉、AlS、P 生铁、碎电极块（块度 50

27、100mm）粉、电石，等等。钢铁冶金学（炼钢部分）电弧炉炼钢及铸锭4 5 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。4 52 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5 1 配料与装料5 11 配料5111 要求：（ 1）、

28、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 Mn 0.20%（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

29、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%。5 112 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

30、.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。、确定炉料装入量装入量出钢量 矿石带入的纯铁量 添加的铁合金量钢铁料综合收得率其中，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%添加铁合金量出钢量 （控制含量 炉内含量 ）铁合金成分 收得率、计算各种炉料的配入量：各种炉料配入量=装入量配比装入量 （配C量 废钢含 C量 ）生铁平均含 C 量 废钢含 C 量其中，废钢含 C 量 =0.25%，生铁平均含 C 量=4%（估算）废钢配入量 所需

31、增碳量 电极块配入量电极块成分 收得率举例：氧化法冶炼 45钢，采用下注法浇注 2t 方锭 8支，其中，电极块成分约 99%，收得率为 80%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)Fe Si加入量 16350 (0.26% 0.03%) 56(kg)矿石带入纯铁量 =16350 15/

32、100060% 80%=118(kg)75% 90%Fe Mn加入量16350 (0.65% 0.10%) 131(kg)70% 98%装入量 16350 118 (56 131) 16890(kg)95%配生铁量 16890 (1.05% 0.25) 3603(kg)外来废钢 =16890 50%=8445( kg)返回废钢量 =16890-8445-3603=4842 (kg)4% 0.25% 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 出

33、钢量综合收得率出钢量 控制成分 装入量 配料成分 熔清收得率 还原期补加合金总量 = （ ）合金成分 收得率=总进炉量 - 还原期补加合金总量钢铁冶金学（炼钢部分）电弧炉炼钢及铸锭装入量1 控制成分综合收得率 合金成分 收得率配料成分 熔清收得率11 合金成分 收得率解： 装入量 164001 18%95% 60% 96 99.9% 98% 98% 98% 75% 90% 30% 60%9.8%1.5%0.65%0.5%1 9% 80% 10% 98% 1.0% 50% 0.8% 20%60% 96% 99.9% 98% 98% 98% 75% 90%=164000.765=12546(kg)

34、如配入 GCr15 切头 3000kg，则本钢种返回料配入量为： 12546 9% 3000 1.5%18%6023(kg)配入镍板量 12546 10% 6023 9.8% 665(kg)99.9%Fe Si配入量 12546 0.8% (6023 65% 3000 0.26%) 71(kg)75%配碳电极块 12546 0.35 (3000 1.0% 6023 0.06%) 13(kg)99.9% 80%软铁用量 =12546-3000-6023-665-71-13=2774 ( kg)验算炉料中的 P 含量：3000 0.015% 6023 0.025 2774 0.01%0.0178%

35、 0.025%12546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0.06189.81.50.650.5 0.025配料成分0.35910.01.00.80 0.020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5 12 装料5 121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

36、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。5 122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。5 2烘炉与补炉5 21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

37、。而卤水（MgCl 2x H 2O）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。5 23 补炉：1.补炉原则： 热补、快补、薄补；先外后里， 先坏后好。 2.补炉

38、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。5 3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

39、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。钢铁冶金学（炼钢部分）电弧炉炼钢及铸锭5 32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。

40、 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 。5 33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

41、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 ）。5 333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。5

42、34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。5 4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 wH 0.00035%， wN 0.00400.0070%，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%）。5 42脱 P5421脱 P 反应2P+5（FeO）=（P2O5）+5Fe（P2

43、O5）+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 。5

44、 43 脱 C5 431脱 C 反应间接氧化： C+O=COO的来源：、矿石分解成（ FeO），（ FeO） =O+Fe 、氧化铁皮（ FeO），（ FeO） =O+Fe 、吹氧： O 2+2Fe=2FeO 直接氧化：C+1/2O 2=CO5 432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/mi

45、n ；、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：、 wO w（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 wC 0.200.30%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

46、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

47、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。 5 5还原期551 主要任务：脱 O至wO 0.0020.003%，并降低夹杂氧；脱 S，一般钢种 wS 0.045%，优质钢 wS 0.020.03%；合金 化，合金元素含量进入钢种规格要求；调整钢液温度。5 52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。5 522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

48、 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：钢铁冶金学（炼钢部分）电弧炉炼钢及铸锭脱O 反应： xMe+yO=Me xOy（S）KMe11aMx e aOy fMxe wMex fOy wOyO KM e Me yKM e 的大小来排列其脱氧能力当 1600 时，脱 O 元素 wMe=0.1% ，通过比较脱 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） 、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

49、化合物； 生成与钢液界面张力大的产物，如 Al 2O3 2.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（但元素 Me 浓度大于一定值时，脱 O 能力却反而降低FeO），再通过扩散使 O 降低。根据 O 在渣、钢间的分配定wO5750律： lg O 0.547 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。 w（FeO） T3.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

50、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%。5 53 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 + CO2（FeO）+Si =（SiO2）+ 2Fe3（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、

51、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。5 55 合金化5 551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

52、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（ wV 1%），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 S

53、i）；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（ wTi 0.5%），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% 。5 552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： 铁合金加入量钢水量 （控制成分 - 炉内成分）合金成分 - 控制成分） 回收率当计算碳钢和低合金钢时，由于控制成分较铁合金含量低