电炉炼钢学习公开课课件

电炉炼钢概述电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。传统电弧炉是以废钢为主要原料，以三相交流电作电源，利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电弧的高温来加热、熔化炉料，是用来产生特殊钢和高合金钢的主要方法。电炉钢除了将在传统的特殊钢和高合金钢领域继续保持其相对优势外，正在普钢领域表现出强劲的竞争态势电炉炼钢概述电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。1电炉炼钢主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达4000℃。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。此类炼钢炉即电炉种类有电弧炉、感应电炉、电渣炉、电子束炉、自耗电弧炉等。通常说的电炉钢是用碱性电弧炉生产的钢。电炉炼钢主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达4000℃。冶2电炉类型电炉类型3电炉炉型电弧炉近于球形体，从减少散热表面积出发，以球形为最好。现代电弧炉炉体中部是圆桶形，炉底为弧形，炉顶为拱形。作为发热体，电极端部的三电弧位于炉内中心部位。三电极分布在等边三角形顶点上电炉炉型电弧炉近于球形体，从减少散热表面积出发，以球形为最好4电炉钢多用来生产优质碳素结构钢、工具钢和合金钢。这类钢质量优良、性能均匀。在相同含碳量时，电炉钢的强度和塑性优于平炉钢。电炉钢用相近钢种废钢为主要原料，也有用海绵铁代替部分废钢。通过加入铁合金来调整化学成分、合金元素含量。电炉钢多用来生产优质碳素结构钢、工具钢和合金钢。这类钢质量优5电炉炼钢学习公开课课件6电炉炼钢学习公开课课件7以废钢为原料的电炉炼钢，比之高炉转炉法基建投资少，同时由于直接还原的发展，为电炉提供金属化球团代替大部分废钢，因此就大大地推动了电炉炼钢。世界上现有较大型的电炉约1400座，电炉正在向大型、超高功率以及电子计算机自动控制等方面发展，最大电炉容量为400吨。国外150吨以上的电炉几乎都用于冶炼普通钢，许多国家电炉钢产量的60~80%均为低碳钢。我国由于电力和废钢不足，主要用于冶炼优质钢和合金钢。以废钢为原料的电炉炼钢，比之高炉转炉法基建投资少，同时由于直8电炉炼钢学习公开课课件9与传统流程相比，电炉短流程具有以下特点:1)投资比高炉-转炉流程减少l/2以上。如美国、日本等国的薄板坯电炉短流程，实际费用约为传统流程的l/4。2)生产成本低，劳动生产率高。钢铁联合企业从铁-焦-烧开始到热轧板卷为止，吨钢能耗一般为23kJ/t，而以废钢为原料的电炉钢厂短流程工艺生产的产品能耗接近10kJ/t，能耗降低60%左右。3)在世界每年废钢产量为3亿多吨的情况下，电炉短流程的发展对于促进环保，消化废钢，净化冶金工厂的环境起到了良好的推动作用。因此，发达国家把发展紧凑式电炉短流程作为重点。与传统流程相比，电炉短流程具有以下特点:10电炉炼钢学习公开课课件11近些年，我国电炉流程的发展虽然受到重视，但发展电炉短流程应慎重一些，可以适当发展，不可盲目。因为在当前条件下，我国不具备电能和废钢方面的优势，即不具备成本优势。在江阴兴澄钢铁有限公司，已建成我国第一条四位一体的特殊钢短流程生产线，工艺流程为:100t直流电弧炉冶炼-LF、VD精炼-R=12m大方坯连铸-热送全连轧，全套全新设备从德国引进，能够开发生产合金结构钢、弹簧钢、齿轮钢、易切削钢、轴承钢、高压锅炉管坯钢等品种，将成为全国优质钢、特殊钢装备水平领先、能力超百万吨的企业近些年，我国电炉流程的发展虽然受到重视，但发展电炉短流程应慎12电炉炼钢学习公开课课件13．电炉容量大型化由于大容量的炉子热效率高，可使每吨钢的电耗减少，同时，也使吨钢的平均设备投资也大大降低，钢的成本下降，劳动生产率提高。如一个容量为320t的炉子与一个l．5t的小炉子相比，生产率相差l00倍以上。在某些特殊情况下，要求大量优质钢水时，只有采用大容量电弧炉才能满足要求。所以世界上许多国家采用大容量电弧炉。目前l80t以上的电弧炉有30座以上，其中最大的为400t。我国宝钢的电弧炉容量最大，为150t。．电炉容量大型化14．超高功率电弧炉超高功率电弧炉是指单位时间输入到电炉中的能量比普通电弧炉大2～3倍。其主要优点是：大大缩短了熔化时间，提高了劳动生产率；改善了热效率，进一步降低了电耗；使用大电流短电弧，热量集中，电弧稳定，对电网的影响小等。配套设备和相关技术有：采用大容量变压器，可在有载情况下变换电压；在炉体上大面积使用水冷炉壁和水冷炉盖；采用油一氧喷枪助熔死角冷区；使用计算机控制等。．超高功率电弧炉15电弧炉的电气设备电弧炉的电气设备16外加热源预热——燃料烧咀预热；氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。传统电炉冶炼工艺中，还原期的存在显示了电炉炼钢的特点。料罐预热法的问题及改进措施：电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始。一、补炉

1）影响炉衬寿命的“三要素”2［P］＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO·P2O5)＋5［Fe］,△H＜0为提高易氧化元素的收得率，许多工厂在出钢过程中加入稀土元素、钛铁等，有时稀土元素还在浇注的过程中加入。一套电极升降装置交替对两个炉体进行供热熔化废钢，双壳炉运行与工作原理图。电炉炉体主要由炉壳、炉门、偏心底出钢机构、小炉底（直流电弧炉）等组成。高压断路器：它的作用是使高压电路在负载下接通或断开，并作为保护开关在电气设备发生故障时，自动切断高压电路。主熔化期时间占整个熔化期的70％以上。2021/7/21/23:34:05应该说这种炉料连续预热式电炉是高效、节能，及环保型电炉炼钢设备。提高钢液温度——升温。电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶段，怎么进行的？近些年，我国电炉流程的发展虽然受到重视，但发展电炉短流程应慎重一些，可以适当发展，不可盲目。6）调整成分——合金化；电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始。3kg/t，冶炼周期46min，生产率126t/h。电气设备的作用高压电源与隔离开关：高压电源一般为10~110KV；隔离开关主要用于电炉设备检修时，断开高压电源，有时也用来进行切换操作。高压断路器：它的作用是使高压电路在负载下接通或断开，并作为保护开关在电气设备发生故障时，自动切断高压电路。电抗器：串联在变压器高压侧，其作用是增加电路中感抗，以达到稳定电弧和限制短路电流的目的。2023/10/7/12:46:17外加热源预热——燃料烧咀预热；电气设备的作用高压电源与隔离开17电气设备的作用变压器：电弧炉的主要电气设备，其作用使降低输入电压（一般为200～527V），产生大的电流（几千到几万安培），供给电弧炉。短网：从变压器低压侧的引出线至电极的一段线路，约有10～20m，截面积大，通过电流大。电极：将变压器输入的电流引入熔炼室的导体。2023/10/7/12:46:17电气设备的作用变压器：电弧炉的主要电气设备，其作用使降低输入18现代炼钢电弧炉的构造炉体炉体倾动装置水冷炉盖电极升降装置现代炼钢电弧炉的构造炉体19炉体电炉炉体主要由炉壳、炉门、偏心底出钢机构、小炉底（直流电弧炉）等组成。炉体电炉炉体主要由炉壳、炉门、偏心底出钢机构、小炉底（直流电20炉体倾动装置炉体倾动装置是用作炉体出钢和流渣时实现炉体倾动。炉体倾动是在炉底两侧设置一对圆弧轨道，通过液压装置趋动炉体倾动。在加料冶炼时靠机械设备维持炉子在水平位置。2023/10/7/12:46:17炉体倾动装置炉体倾动装置是用作炉体出钢和流渣时实现炉体倾动。21水冷炉盖主要用来关闭电炉。水冷炉盖由钢结构框架和管式冷却盘组成，此结构同时支撑管式抽气弯管，冷却盘由位于外径的供水管供水。炉盖中心孔设一个锥形套环用来放置带孔的耐火材料圈，电极穿过此孔做升降运动。炉盖提升通过四点连接件与提升炉盖的悬梁相连，通过电动卷扬机或液压缸带动连杆机构提升炉盖。2023/10/7/12:46:17水冷炉盖主要用来关闭电炉。水冷炉盖由钢结构框架和管式冷却盘组222023/10/7/12:46:17水冷炉盖2023/7/31/16:09:41水冷炉盖23电极横臂升降装置电极横臂升降装置由支撑横臂的立柱、立柱导向装置（铸钢结构）、电极升降液压缸以及锁定装置组成。控制电极升降的液压缸装在立柱内，缸体固定在立柱导向装置上。电极升降是由电极升降调节系统所控制的比例阀来调节，从而控制冶炼电流。

2023/10/7/12:46:17电极横臂升降装置电极横臂升降装置由支撑横臂的立柱、立柱导向装24电炉炼钢的排烟与除尘电炉炼钢的排烟与除尘25电炉炼钢学习公开课课件26为保证冶金反应的进行，氧化开始温度高于钢液熔点50～80℃。电炉常用综合脱氧法，其还原操作以脱氧为核心.～主要指合金加入的时间、加入的数量及加入的方式。为提高易氧化元素的收得率，许多工厂在出钢过程中加入稀土元素、钛铁等，有时稀土元素还在浇注的过程中加入。康斯迪系统（得兴）布置图脱氧产物易留在钢中（当上浮时间短时）。在某些特殊情况下，要求大量优质钢水时，只有采用大容量电弧炉才能满足要求。氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。每炉钢的第一篮（约60%）废钢可以得到预热。2）加Fe-Mn、Fe-Si块等预脱氧（沉淀脱氧）；3kg/t，冶炼周期46min，生产率126t/h。1）当钢液的T、P、C符合要求，扒渣＞95％；炉体倾动是在炉底两侧设置一对圆弧轨道，通过液压装置趋动炉体倾动。高压电源与隔离开关：高压电源一般为10~110KV；△H＜0钢铁联合企业从铁-焦-烧开始到热轧板卷为止，吨钢能耗一般为23kJ/t，而以废钢为原料的电炉钢厂短流程工艺生产的产品能耗接近10kJ/t，能耗降低60%左右。我国宝钢的电弧炉容量最大，为150t。A）易氧化的元素后加原则：竖炉同样有交流、直流，单壳、双壳之分。7）加Al或Ca-Si块等终脱氧（沉淀脱氧）；为保证冶金反应的进行，氧化开始温度高于钢液熔点50～80℃。27电炉炼钢学习公开课课件28电炉炼钢学习公开课课件29电炉炼钢学习公开课课件30电炉炼钢冶炼工艺第一节

电炉冶炼操作方法

第二节

冶炼工艺电炉炼钢冶炼工艺第一节电炉冶炼操作方法

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电炉冶炼操作方法

操作方法一般是按造渣工艺特点来划分的，有单渣氧化法、单渣还原法、双渣还原法与双渣氧化法，目前普遍采用后两种。

1）双渣还原法

又称返回吹氧法，其特点是冶炼过程中有较短的氧化期（≤10min），造氧化渣，又造还原渣，能吹氧脱碳，去气、夹杂。但由于该种方法脱磷较难，故要求炉料应由含低磷的返回废钢组成。

由于它采取了小脱碳量、短氧化期，不但能去除有害元素，还可以回收返回废钢中大量的合金元素。因此，此法适合冶炼不锈钢、高速钢等含Cr、W高的钢种。电炉冶炼操作方法操作方法一般是按造渣工艺特点来划32

2）双渣氧化法

又称氧化法，它的特点是冶炼过程有正常的氧化期，能脱碳、脱磷，去气、夹杂，对炉料也无特殊要求；还有还原期，可以冶炼高质量钢。目前，几乎所有的钢种都可以用氧化法冶炼，以下主要介绍氧化法冶炼工艺。2）双渣氧化法33冶炼工艺

传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。其操作过程分为：补炉、装料、熔化、氧化、还原与出钢六个阶段。因主要由熔化、氧化、还原期组成，俗称老三期。一、补炉

1）影响炉衬寿命的“三要素”炉衬的种类、性质和质量；高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀；吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。冶炼工艺传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢34

2）补炉部位炉衬各部位的工作条件不同,损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部位如下：炉壁渣线受到高温电弧的辐射，渣、钢的化学侵蚀与机械冲刷，以及吹氧操作等损坏严重；渣线热点区尤其2＃热点区还受到电弧功率大、偏弧等影响侵蚀严重，该点的损坏程度常常成为换炉的依据；出钢口附近因受渣钢的冲刷也极易减薄；炉门两侧常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操作与工具的碰撞等损坏也比较严重。2）补炉部位35

槽出钢电炉炉衬情况槽出钢电炉炉衬情况36出钢时，炉盖与竖窑一起提升800mm左右、炉体倾动，由偏位底出钢口出钢。2［P］＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO·P2O5)＋5［Fe］,△H＜0康斯迪电炉具有如下优点：在江阴兴澄钢铁有限公司，已建成我国第一条四位一体的特殊钢短流程生产线，工艺流程为:100t直流电弧炉冶炼-LF、VD精炼-R=12m大方坯连铸-热送全连轧，全套全新设备从德国引进，能够开发生产合金结构钢、弹簧钢、齿轮钢、易切削钢、轴承钢、高压锅炉管坯钢等品种，将成为全国优质钢、特殊钢装备水平领先、能力超百万吨的企业电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末升温期。传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。此阶段因炉壁暴露，尤其是炉壁热点区的暴露受到电弧的强烈辐射。此类炼钢炉即电炉种类有电弧炉、感应电炉、电渣炉、电子束炉、自耗电弧炉等。2）加Fe-Mn、Fe-Si块等预脱氧（沉淀脱氧）；该种废钢预热存在的主要问题：送电熔化时，炉中产生的高温废气1200～1600℃，直接对竖窑中废钢料进行预热。熔化期吹氧助熔，初期以切割为主，当炉料基本熔化形成熔池时，则以向钢液中吹氧为主。传统电弧炉是以废钢为主要原料，以三相交流电作电源，利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电弧的高温来加热、熔化炉料，是用来产生特殊钢和高合金钢的主要方法。提高生产率15%以上；隔离开关主要用于电炉设备检修时，断开高压电源，有时也用来进行切换操作。1）合金加入时间

总的原则是：熔点高，不易氧化的元素可早加；扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，钢中氧再向渣中扩散，间接脱出钢中氧。高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；国外150吨以上的电炉几乎都用于冶炼普通钢，许多国家电炉钢产量的60~80%均为低碳钢。这些问题的存在，使得该项技术受到挑战，一些钢厂干脆停止了使用。EBT电炉炉衬情况出钢时，炉盖与竖窑一起提升800mm左右、炉体倾动，由偏位底37

3）补炉方法补炉方法分为人工投补和机械喷补，根据选用材料的混合方式不同，又分为干补和湿补两种。目前，在大型电炉上多采用机械喷补，机械喷补设备有炉门喷补机、炉内旋转补炉机，机械喷补补炉速度快、效果好。补炉的原则是：高温、快补、薄补。

4）补炉材料机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。3）补炉方法38装料

目前，广泛采用炉顶料罐（或叫料篮、料筐）装料，每炉钢的炉料分1～3次加入。装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电极消耗以及合金元素的烧损等。因此，要求合理装料，这主要取决于炉料在料罐中的布料合理与否。

现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭桥，熔化快、效率高。装料目前，广泛采用炉顶料罐（或叫料篮、料筐）装料，39

电炉装料情况电炉装料情况40熔化期

传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的50%～70%，电耗占70%～80%。因此熔化期的长短影响生产率和电耗，熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与否。

（1）熔化期的主要任务将块状的固体炉料快速熔化，并加热到氧化温度；提前造渣，早期去磷，减少钢液吸气与挥发。

（2）熔化期的操作

合理供电，及时吹氧，提前造渣。熔化期传统冶炼工艺的熔化期占整个冶41

炉料熔化过程及供电

装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程图，基本可分为四个阶段（期），即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。炉料熔化过程及供电42点（起）弧期

从送电起弧至电极端部下降到深度为d电极为点弧期。此期电流不稳定，电弧在炉顶附近燃烧辐射，二次电压越高，电弧越长，对炉顶辐射越厉害，并且热量损失也越多。为保护炉顶，在炉上部布一些轻薄料，以便让电极快速进入料中，减少电弧对炉顶的辐射。供电上采用较低电压、较低电流。点（起）弧期从送电起弧至电极端部下降到43

主熔化期

电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始。随着炉料不断的熔化，电极渐渐上升，至炉料基本熔化，仅炉坡、渣线附近存在少量炉料，电弧开始暴露时主熔化期结束。主熔化期由于电弧埋入炉料中，电弧稳定、热效率高、传热条件好，故应以最大功率供电，即采用最高电压、最大电流供电。主熔化期时间占整个熔化期的70％以上。主熔化期电极下降至44

熔末升温期

电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末升温期。此阶段因炉壁暴露，尤其是炉壁热点区的暴露受到电弧的强烈辐射。应注意保护炉壁，即提前造好泡沫渣进行埋弧操作，否则应采取低电压、大电流供电。各阶段熔化与供电情况见下表。典型的供电曲线如下图。熔末升温期电弧开始暴露给炉壁至炉料全部45

炉料熔化过程与操作熔化过程电极位置必要条件办法点弧期送电→d极保护炉顶较低电压较低电流炉顶布轻废钢穿井期d极→炉底保护炉底较大电压较大电流石灰垫底主熔化期炉底→电弧暴露快速熔化最高电压最大电流

熔末升温期电弧暴露→全熔保护炉壁低电压、大电流水冷+泡沫渣炉料熔化过程与操作必要点弧期送电→46通过加入铁合金来调整化学成分、合金元素含量。一套电极升降装置交替对两个炉体进行供热熔化废钢，双壳炉运行与工作原理图。电极：将变压器输入的电流引入熔炼室的导体。金属料（固/液体）升温曲线控制电极升降的液压缸装在立柱内，缸体固定在立柱导向装置上。高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀；3）气体与夹杂物的去除由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度，可脱除一部分磷；电炉对噪音、电网的干扰等环境的影响见图。因此熔化期的长短影响生产率和电耗，熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与否。按其结构类型分为：高压电源与隔离开关：高压电源一般为10~110KV；电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始。所以世界上许多国家采用大容量电弧炉。4）还原，加C粉、Fe-Si粉等脱氧（扩散脱氧），分3～5批，7～10min／批；Ｃ-Ｏ反应生成CO使熔池沸腾；这就促使欧、美和日本积极开发新的废钢预热工艺，提高利用电炉产生的高温废气预热废钢的效率，节约能源、提高生产率、降低成本以及改善环境。图6-19竖炉结构示意图考虑到出钢到浇注过程中的温度损失，出钢温度应比钢的熔点高出100～140℃。（1）氧化期的主要任务

典型的供电曲线通过加入铁合金来调整化学成分、合金元素含量。典型的供电曲线47

及时吹氧与元素氧化

熔化期吹氧助熔，初期以切割为主，当炉料基本熔化形成熔池时，则以向钢液中吹氧为主。

吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固体料发红（～900℃）开始吹氧最为合适，吹氧过早浪费氧气，过迟延长熔化时间。

一般情况下，熔化期钢中的Si、Al、Ti、V等几乎全部氧化，Mn、Ｐ氧化40%～50%，这与渣的碱度和氧化性等有关；而在吹氧时Ｃ氧化10%～30%、Fe氧化2%～3%。及时吹氧与元素氧化48

3）提前造渣

用2%～3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、渣，实现提前造渣。这样在熔池形成的同时就有炉渣覆盖，使电弧稳定，有利于炉料的熔化与升温，并可减少热损失，防止吸气和金属的挥发。由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度，可脱除一部分磷；当磷高时，可采取自动流渣、换新渣操作，脱磷效果更好，这样为氧化期创造条件。

3）提前造渣49脱磷反应与脱磷条件：

脱磷反应：

2［P］＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO·P2O5)＋5［Fe］,△H＜0

分析：反应是在渣-钢界面上进行，是放热反应。脱磷反应的条件：高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；高氧化性，造高氧化性渣，增加渣中氧化铁；低温，抓紧在熔化期进行；大渣量（适当大），采取流渣造新渣。脱磷反应与脱磷条件：脱磷反应：50

电炉脱磷操作：

实际电炉脱磷操作正是通过提前造高碱度、高氧化性炉渣，并采用流渣、造新渣的操作等，抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。电炉脱磷操作：51（3）缩短熔化期的措施

减少热停工时间，如提高机械化、自动化程度，减少装料次数与时间等；强化用氧，如吹氧助熔、氧-燃助熔，实现废钢同步熔化，提高废钢熔化速度；

提高变压器输入功率，加快废钢熔化速度；

废钢预热，利用电炉冶炼过程产生的高温废气进行废钢预热等。

（3）缩短熔化期的措施减少热停工时间，如提高机械化、52四、氧化期

氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。当废钢料完全熔化，并达到氧化温度，磷脱除70％～80%以上进入氧化期。为保证冶金反应的进行，氧化开始温度高于钢液熔点50～80℃。

（1）氧化期的主要任务继续脱磷到要求——脱磷；脱碳至规格下限——脱碳；去除气、去夹杂——二去；提高钢液温度——升温。四、氧化期氧化期是氧化法冶炼的主要过程，53

（2）氧化期操作

1）造渣与脱磷

传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷，由脱磷反应式可以看出：在氧化前期（低温），造好高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣，并及时流渣、换新渣，实现快速脱磷是可行的。

2［P］＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO·P2O5)＋5［Fe］△H＜0（2）氧化期操作54

2）氧化与脱碳近些年，强化用氧实践表明：除非钢中磷含量特别高需要采用碎矿（或氧化铁皮）造高氧化性炉渣外，均采用吹氧氧化，尤其当脱磷任务不重时，通过强化吹氧氧化钢液降低钢中碳含量。

降（脱）碳是电炉炼钢重要任务之一，然而脱碳反应的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反应的作用？2）氧化与脱碳55

脱碳反应的作用如下：降低钢中的碳，利用碳-氧反应（Ｃ＋Ｏ2→CO）这个手段，来达到以下目的；搅动熔池，加速反应，均匀成分、温度；去除钢中气体与夹杂。实际上，电炉就是通过高配碳，利用吹氧脱碳这一手段，来达到加速反应，均匀成分、温度，去除气体和夹杂的目的。脱碳反应的作用如下：56CO上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。常用的脱氧剂有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、V和复合脱氧剂Mn-Si、Ca-Si等，脱氧能力依次增加。2021/7/22/21:34:152021/7/22/21:34:15世界首座双壳竖炉90t/90MVA，1993年9月在法国联合金属公司（SAM）建成，同期卢森堡阿尔贝公司（Arbed）也建成类似的竖炉。由于电炉还原期或精炼炉精炼期的还原气分强烈，(FeO)＜0.去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。为提高易氧化元素的收得率，许多工厂在出钢过程中加入稀土元素、钛铁等，有时稀土元素还在浇注的过程中加入。各阶段熔化与供电情况见下表。容易氧化的元素一般在还原末期加入，即在钢液和炉渣脱氧良好的情况下加入，如V、Nb、Si、Ti、Al、B、稀土元素（La、Ce等）。超高功率电弧炉是指单位时间输入到电炉中的能量比普通电弧炉大2～3倍。炉体倾动是在炉底两侧设置一对圆弧轨道，通过液压装置趋动炉体倾动。电炉钢用相近钢种废钢为主要原料，也有用海绵铁代替部分废钢。此外，脱氧操作和合金化操作也不能截然分开。熔点低，易氧化的元素晚加。电弧炉近于球形体，从减少散热表面积出发，以球形为最好。康斯迪电炉具有如下优点：机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。图6-19竖炉结构示意图脱碳反应与脱碳条件：

[C]＋[O]=CO↑,△HCO＝－0.24kcal=－22kJ＜0

分析：该反应是在钢中进行，是放热反应。高氧化性，加强供氧，使［％O］实际＞［％Ｏ］平衡。高温，加速Ｃ-Ｏ间的扩散（由于脱碳反应是“弱”放热反应，温度影响不大（热力学温度），但从动力学角度，温度升高改善动力学条件，加速Ｃ-Ｏ间的扩散，故高温有利脱碳的进行）。降低PCO

，如充惰性气体（AOD），抽气与真空处理（VD、VOD）等均有利于脱碳反应。CO上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。脱碳反应与脱碳条件：57

3）气体与夹杂物的去除电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶段，怎么进行的？

去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。它是借助碳-氧反应、一氧化碳气泡的上浮，使熔池产生激烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度。

3）气体与夹杂物的去除58去气、去夹杂的机理：Ｃ-Ｏ反应生成CO使熔池沸腾；CO气泡对N2、H2

等来说，PN2、PH2

分压为零，N2、H2极易并到CO气泡中，长大排除；Ｃ-Ｏ反应，易使2FeO·SiO2、2FeO·Al2O3及2FeO·TiO2等氧化物夹杂聚合长大而上浮；CO上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。为此，一定要控制好脱碳反应速度，保证熔池有一定的激烈沸腾时间。去气、去夹杂的机理：Ｃ-Ｏ反应生成CO使熔池沸腾；59

4）氧化期的温度控制

氧化期的温度控制要兼顾脱磷与脱碳二者的需要，并优先去磷。在氧化前期应适当控制升温速度，待磷达到要求后再放手提温。一般要求氧化末期的温度略高于出钢温度20～30℃，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的钢液降温，见图。

当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化渣、造稀薄渣进入还原期。4）氧化期的温度控制60

金属料（固/液体）升温曲线金属料（固/液体）升温曲线61五、还原期

传统电炉冶炼工艺中，还原期的存在显示了电炉炼钢的特点。而现代电炉冶炼工艺的主要差别是将还原期移至炉外进行。

（1）还原期的主要任务脱氧至要求——脱氧；脱硫至一定值——脱硫；调整成分——合金化；调整温度——调温。

其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。五、还原期传统电炉冶炼工艺中，还原期的62

1）脱氧方法

～有沉淀脱氧、扩散脱氧及综合脱氧法。电炉炼钢采用沉淀脱氧法与扩散脱氧法交替进行的综合脱氧法，即氧化末、还原前用沉淀脱氧—预脱氧，还原期用扩散脱氧，出钢前用沉淀脱氧—终脱氧。其中沉淀脱氧反应式：

x[M]块＋y[O]＝(MxOy)↑沉淀脱氧是将块状脱氧剂加入钢液中，直接进行钢液脱氧。常用的脱氧剂有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、V和复合脱氧剂Mn-Si、Ca-Si等，脱氧能力依次增加。该法的特点：操作简单，脱氧迅速；脱氧产物易留在钢中（当上浮时间短时）。1）脱氧方法63

扩散脱氧反应式：

x(M)粉+y(FeO)＝(MxOy)+y[Fe]

[FeO]→(FeO)扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，钢中氧再向渣中扩散，间接脱出钢中氧。粉状脱氧剂有：C、Fe-Si、Ca-Si、CaC、Al粉等。与沉淀脱氧法比较，扩散脱氧法的特点：反应在渣中进行，产物不进入钢中，钢质好；脱氧速度慢，时间长。此法常用在电炉还原期稀薄渣形成后。扩散脱氧反应式：

64

2）脱硫反应及脱硫条件

[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO），△H＞0

分析：该反应是在渣-钢界面上进行的，为一吸热反应。高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；强还原气分（或低氧化性），造还原性渣，减少渣中的氧化铁；高温，同时高温改善渣的流动性；大渣量（适当大），充分搅拌增加渣-钢接触。由于电炉还原期或精炼炉精炼期的还原气分强烈，(FeO)＜0.5%～1.0%，对脱硫特别有利。2）脱硫反应及脱硫条件65（2）还原操作——脱氧操作

电炉常用综合脱氧法，其还原操作以脱氧为核心.1）当钢液的T、P、C符合要求，扒渣＞95％；

2）加Fe-Mn、Fe-Si块等预脱氧（沉淀脱氧）；

3）加石灰、萤石、火砖块，造稀薄渣；

4）还原，加C粉、Fe-Si粉等脱氧（扩散脱氧），分3～5批，7～10min／批；

5）搅拌，取样、测温；

6）调整成分——合金化；

7）加Al或Ca-Si块等终脱氧（沉淀脱氧）；

8）出钢（2）还原操作——脱氧操作电炉常用综合脱66（3）温度的控制

考虑到出钢到浇注过程中的温度损失，出钢温度应比钢的熔点高出100～140℃。由于氧化期末控制钢液温度大于出钢温度20～30℃以上，所以扒渣后还原期的温度控制，总的来说是保温过程。若还原期大幅度升温，则造成：钢液吸气严重、高温电弧加重对炉衬的侵蚀及局部钢水过热。为此，应避免还原期“后升温”操作。（3）温度的控制考虑到出钢67六、出钢

传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原后，当化学成分合格，温度符合要求，钢液脱氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出钢。因出钢过程的渣-钢接触可进一步脱氧与脱硫，故要求采取“大口、深冲、渣-钢混合”的出钢方式。六、出钢传统电炉冶炼工艺，钢液经氧68

传统电炉老三期冶炼工艺操作集熔化、精炼和合金化于一炉，包括熔化期、氧化期和还原期，在炉内既要完成废钢的熔化，钢液的升温，钢液的脱磷、脱碳、去气、去除夹杂物，又要进行钢液的脱氧、脱硫，以及温度、成分的调整，因而冶炼周期很长。这既难以保证对钢材越来越严格的质量要求，又限制了电炉生产率的提高。传统电炉老三期冶炼工艺操作集熔化、精炼和69七、钢液的合金化

炼钢过程中调整钢液合金成分的操作称为合金化，它包括电炉过程钢液的合金化及精炼过程后期钢液的合金成分微调。

传统电炉冶炼工艺的合金化一般是在氧化末、还原初进行预合金化，在还原末、出钢前或出钢过程进行合金成分微调。而现代电炉炼钢合金化一般是在出钢过程中在钢包内完成，出钢时钢包中合金化为预合金化，精确的合金成分调整最终是在精炼炉内完成的。七、钢液的合金化炼钢过程中调整钢液合金成分的操作70合金化操作～主要指合金加入的时间、加入的数量及加入的方式。

1）合金加入时间

总的原则是：熔点高，不易氧化的元素可早加；熔点低，易氧化的元素晚加。合金化操作71合金化操作具体原则：

A）易氧化的元素后加原则：不易氧化的元素，可在装料时、氧化期或还原期加入，如Ni、Co、Mo，W等；较易氧化的元素，一般在还原初期加入，如P、Cr、Mn等；容易氧化的元素一般在还原末期加入，即在钢液和炉渣脱氧良好的情况下加入，如V、Nb、Si、Ti、Al、B、稀土元素（La、Ce等）。为提高易氧化元素的收得率，许多工厂在出钢过程中加入稀土元素、钛铁等，有时稀土元素还在浇注的过程中加入。合金化操作具体原则：A）易氧化的元素后72

B）比重大的加强搅拌原则：熔点高的、比重大的铁合金，加入后应加强搅拌。如钨铁的密度大、熔点高，沉于炉底，其块度应小些。

C）便宜的先加原则：在许可的条件下，优先使用便宜的高碳铁合金，然后再考虑使用中碳铁合金或低碳铁合金。

D）贵重的控制下限原则：贵重的铁合金应尽量控制在中下限，以降低钢的成本。如冶炼W18Cr4V时（W17%～19%），每少加1%的W，可节约15kg/t钨铁。B）比重大的加强搅拌原则：73

此外，脱氧操作和合金化操作也不能截然分开。一般说来，作为脱氧的元素先加，合金化元素后加；脱氧能力比较强的，而且比较贵重的合金元素，应在钢液脱氧良好的情况下加入。此外，脱氧操作和合金化操作也不能截然分74八、废钢预热节能技术1）概述2）废钢预热法的分类3）料罐式废钢预热法4）双壳电弧炉预热法5）竖窑式电炉预热法6）炉料连续预热法八、废钢预热节能技术1）概述75

1）概述

当电炉采用超高功率化与强化用氧技术，使废气量大大增加，废气温度高达1200℃以上，废气带走的热量占总热量支出的15%～20%，折合成电能相当于80～120kWh/t。

为了降低能耗、回收能量，在废钢熔炼前，利用电炉产生的高温废气进行废钢预热，节能效果明显。

到目前为止，世界范围废钢预热方法主要有料罐预热法、双壳电炉法、竖窑电炉法以及炉料连续预热法等等。

1）概述当电炉采用超高功率化与强化用76世界首座双壳竖炉90t/90MVA，1993年9月在法国联合金属公司（SAM）建成，同期卢森堡阿尔贝公司（Arbed）也建成类似的竖炉。各阶段熔化与供电情况见下表。一般说来，作为脱氧的元素先加，合金化元素后加；而现代电炉冶炼工艺的主要差别是将还原期移至炉外进行。炉壁渣线受到高温电弧的辐射，渣、钢的化学侵蚀与机械冲刷，以及吹氧操作等损坏严重；电极：将变压器输入的电流引入熔炼室的导体。当固体料发红（～900℃）开始吹氧最为合适，吹氧过早浪费氧气，过迟延长熔化时间。如一个容量为320t的炉子与一个l．5t的小炉子相比，生产率相差l00倍以上。电炉炉体主要由炉壳、炉门、偏心底出钢机构、小炉底（直流电弧炉）等组成。4）补炉材料电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始。与沉淀脱氧法比较，扩散脱氧法的特点：反应在渣中进行，产物不进入钢中，钢质好；炉盖提升通过四点连接件与提升炉盖的悬梁相连，通过电动卷扬机或液压缸带动连杆机构提升炉盖。而新式双壳炉是利用电炉产生的高温废气进行预热的。在江阴兴澄钢铁有限公司，已建成我国第一条四位一体的特殊钢短流程生产线，工艺流程为:100t直流电弧炉冶炼-LF、VD精炼-R=12m大方坯连铸-热送全连轧，全套全新设备从德国引进，能够开发生产合金结构钢、弹簧钢、齿轮钢、易切削钢、轴承钢、高压锅炉管坯钢等品种，将成为全国优质钢、特殊钢装备水平领先、能力超百万吨的企业这类钢质量优良、性能均匀。传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原后，当化学成分合格，温度符合要求，钢液脱氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出钢。配套设备和相关技术有：采用大容量变压器，可在有载情况下变换电压；脱氧产物易留在钢中（当上浮时间短时）。⑧电弧始终处于泡沫渣埋弧状态，电弧特别稳定，电网干扰大大减少，甚至可以不需要用“SVC”装置等。2）废钢预热法的分类

按其结构类型分为：分体式与一体式，即预热与熔炼是分还是合；分批预热式与连续预热式。按使用的热源分为：外加热源预热——燃料烧咀预热；利用电炉排出的高温废气预热。世界首座双壳竖炉90t/90MVA，1993年9月在法国773）料罐式废钢预热

世界上第一套料罐式废钢预热装置是日本于1980年用在50吨电炉上，次年又将这种废钢预热装置用在100吨电炉上。之后，在不到10年的时间里，日本就有接近50套废钢预热装置投入运行。

料罐式废钢预热装置及其工作原理，见图。3）料罐式废钢预热世界上第一套料罐式废钢预78

料篮式废钢预热装置示意图预热室料篮料篮式废钢预热装置示意图预热室料篮79料罐预热法的工作原理及预热效果：

电炉产生的高温废气（～1200℃）由第四孔水冷烟道经燃烧室后进入装有废钢的预热室内进行预热。废气进入预热室的温度一般为700～800℃，排出时为150～200℃，每罐料预热30～40min，可使废钢预热至200～250℃。每炉钢的第一篮（约60%）废钢可以得到预热。料罐预热法能回收废气带走热量的20%～30%，可节电20～30kWh／t，同时，节约电极、提高生产率。料罐预热法的工作原理及预热效果：电炉产生80料罐预热法的问题及改进措施：

该种废钢预热存在的主要问题：①产生白烟、臭气新的公害；②高温废气使料篮局部过烧，降低其使用寿命；③预热温度低，废钢装料过程温降大等。迫于这些问题采取了再循环方式、加压方式、多段预热方式、喷雾冷却方式以及后燃方式等措施对付白烟与臭气；采取水冷料罐以及限制预热时间、温度等措施来提高料罐的寿命。

料罐预热法的问题及改进措施：该种废钢预81料罐预热法的问题及改进措施：

该种废钢预热存在的主要问题：①产生白烟、臭气新的公害；②高温废气使料篮局部过烧，降低其使用寿命；③预热温度低，废钢装料过程温降大等。迫于这些问题采取了再循环方式、加压方式、多段预热方式、喷雾冷却方式以及后燃方式等措施对付白烟与臭气；采取水冷料罐以及限制预热时间、温度等措施来提高料罐的寿命。

料罐预热法的问题及改进措施：该种废钢预82

但是，结果表明不理想，而且这些措施均使原本废钢预热温度就不高（废钢入炉前温降大，降至100～150℃）的情况进一步恶化，综合效益甚微。

这些问题的存在，使得该项技术受到挑战，一些钢厂干脆停止了使用。这就促使欧、美和日本积极开发新的废钢预热工艺，提高利用电炉产生的高温废气预热废钢的效率，节约能源、提高生产率、降低成本以及改善环境。但是，结果表明不理想，而且这些措施均使原834）双壳电炉法

双壳电炉法早在二十世纪70年代双壳炉就存在，但它是外加热源（氧-燃烧咀）预热；而新式双壳炉是利用电炉产生的高温废气进行预热的。新式双壳炉具有一套供电系统、两个炉体，即“一电双炉”。一套电极升降装置交替对两个炉体进行供热熔化废钢，双壳炉运行与工作原理图。4）双壳电炉法

双壳电炉法早在二十84

双壳炉运行双壳炉运行85

双壳炉的工作原理：

当熔化炉1#进行熔化时，所产生的高温废气由炉顶排烟孔经燃烧室后进入预热炉2#中进行预热废钢，预热（热交换）后的废气由出钢箱顶部排出、冷却与除尘。每炉钢的第一篮（约60%）废钢可以得到预热。

双壳炉的主要优点：

①提高变压器的时间利用率，由70%提高到80%以上；

②缩短冶炼时间，提高生产率10%～15%；

③可回收废气带走热量的30%以上，节电40～50kWh/t。双壳炉的工作原理：86

新式双壳炉自1992年日本首先开发第一座，到目前世界范围已有近30座投产，其中大部分为直流双壳炉。

为了增加预热废钢的比例，增加第一次料重量，如由60%增加至70%，日本钢管公司（NKK）采取增加电炉熔化室高度，并采用氧-燃烧咀预热助熔，以进一步降低能耗、提高生产率。新式双壳炉自1992年日本首先开发第一座，到875）竖窑式电炉(shaftfurnace)

进入二十世纪90年代，德国的Fuchs公司研制出新一代电炉——竖窑式电炉（简称竖炉）。Fuchs公司自1988年开始研究竖炉技术，现在已经显示出其卓越的性能和显著的经济效果。

从1992年首座竖炉在英国的希尔内斯钢厂（Sheerness）投产，到目前为止，Fuchs公司投产的竖炉已超过40座。5）竖窑式电炉(shaftfurnace)88竖炉的结构：

竖炉炉体为椭圆形，在炉体相当炉顶第四孔（直流炉为第二孔）的位置配置一竖窑烟道，并与熔化室连通。

在竖窑烟道的下部与熔化室之间有一水冷活动托架（指形阀——也叫手指式竖炉），将竖炉与熔化室隔开，废钢分批加入竖窑中，废钢经预热后，打开托架加入炉中，可实现100%废钢预热，竖炉运行与工作原理图。竖炉的结构：竖炉炉体为椭圆形，在炉体相89

竖炉的结构示意图图6-19竖炉结构示意图竖炉的结构示意图图6-19竖炉结构示意图90

竖炉的工作原理竖炉的工作原理91竖炉的工作原理：

新开炉的第一篮废钢直接加入炉中，余下的由受料斗加入竖窑中。送电熔化时，炉中产生的高温废气1200～1600℃，直接对竖窑中废钢料进行预热。当炉膛中的废钢基本熔化后，竖窑中废钢温度经预热温度高达600～700℃时，打开托架将预热好的废钢加入高温炉膛中。随后关闭托架，再由受料斗将废钢加入竖窑中进行预热。周而复始，使废钢料分批、分期地，100%地进行预热。出钢时，炉盖与竖窑一起提升800mm左右、炉体倾动，由偏位底出钢口出钢。竖炉的工作原理：新开炉的第一篮废钢直92竖炉（手指式竖炉）的主要优点：节能效果明显，可回收废气带走热量的60%～70%，节电60～80kWh/t；提高生产率15%以上；减少环境污染；与其它预热法相比，还具有占地面积小、投资省等优点。竖炉（手指式竖炉）的主要优点：节能效果明显，可回收废气带走热93

竖炉同样有交流、直流，单壳、双壳之分。世界首座双壳竖炉90t/90MVA，1993年9月在法国联合金属公司（SAM）建成，同期卢森堡阿尔贝公司（Arbed）也建成类似的竖炉。它们在投产后均显示出优越性，SAM厂最好指标（1997年7月3日创造的）为：电耗340kWh/t,电极消耗1.3kg/t，冶炼周期46min，生产率126t/h。竖炉同样有交流、直流，单壳、双壳946）炉料连续预热电炉

就其综合效果来说该种预热法最有发展前途。手指式竖炉实现炉料半连续预热，而炉料连续预热电炉，实现炉料连续预热，见图。

该形式电炉二十世纪80年代由意大利得兴（TECHINT）公司开发，称为CONSTEELFurnace——译成“康斯迪电炉”。

1987年最先在美国的纽考公司达林顿钢厂（Nucor-Darlington）进行试生产，90年代开始流行。获得成功后在美、日、意及中国等推广使用。到目前为止，世界上已投产的康斯迪电炉已超过20台，其中一半在中国。6）炉料连续预热电炉就其综合效果来说该种95

康斯迪系统（得兴）布置图康斯迪电炉工艺布置康斯迪系统（得兴）布置图康斯迪电炉工艺布置96康斯迪电炉具有如下优点：

①降低电耗60～100kWh/t，缩短冶炼周期；②减少电极断裂，降低电极消耗；③减少氧气用量，不需要氧-燃烧咀；④渣中的氧化铁含量少，且氧化铁灰尘得到有效回收，提高了金属收得率1%～2%；⑤