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1前言电炉炼钢主要是指电弧炉炼钢，是目前国内外生产特殊钢的主要方法。目前，世界上90%以上的电炉钢是电弧炉生产的，还有少量电炉钢是由感应炉、电渣炉等生产的。通常所说的电弧炉，是指碱性电弧炉。电弧炉主要是利用电极与炉料之间放电产生电弧发出的热量来炼钢。其优点是：（1）热效率高，废气带走的热量相对较少，其热效率可达65%以上。（2）温度高，电弧区温度高达3000℃以上，可以快速熔化各种炉料。（3）温度容易调整和控制，可以满足冶炼不同钢种的要求。（4）炉内气氛可以控制，可去磷、硫，还可脱氧。（5）设备简单，占地少，投资省。第一节冶炼方法的分类根据炉料的入炉状态分，有热装和冷装两种。根据冶炼过程中用氧与不用氧来分，有氧化法和不氧化法。氧化法多采用双渣冶炼，但也有采用单渣冶炼的，如电炉钢的快速冶炼，而不氧化法均采用单渣冶炼。此外，还有返回吹氧法。根据氧化期供氧方式的不同，有矿石氧化法、氧气氧化法和矿、氧综合氧化法及氩氧混吹法。冶炼方法的确定主要取决于炉料组成以及对成品钢的质量要求，下面我们扼要介绍几种冶炼方法：(1)氧化法。(2)不氧化法。(3)返回吹氧法。(4)氩氧混吹法。第二节配料配料的首要任务是保证冶炼的顺利进行。科学的配料既要准确，又要合理地使用钢铁料，同时还要确保缩短冶炼时间、节约合金材料并降低金属及其他辅助材料的消耗。一、对配料的基本要求1．准确配料一般是根据冶炼的钢种、设备条件、现有的原材料和不同的冶炼方法进行配料。以氧化法冶炼为例，如配碳量过高，会增加矿石用量或延长用氧时间；配碳量过低，熔清后势必进行增碳；配入不氧化元素的含量如果高于冶炼钢种的规格，需加入其他金属料撤掉多余的含量或进行改钢处理，既延长了冶炼时间，降低了炉衬的使用寿命，增加了各种原材料的消耗，又影响钢的质量，如果配得过高而又无其他钢种可更改时，只有终止冶炼。2．钢铁料的使用原则钢铁料的使用原则主要应考虑冶炼方法、装料方法、钢种的化学成分以及产品对质量的要求等。根据冶炼方法的不同特点使用钢铁料，钢铁料的化学成分必须符合冶炼钢种的需要。氧化法有较好的脱磷、去气、除夹杂的能力，应多使用普通的粗料；返吹法和不氧化法因脱磷、去气、除夹杂能力不强，但能回收贵重的合金元素，所以应尽量使用优质的返回精料。一般炉料中应配入大块料30％～40％、中块料40％～50％、小块料或轻薄铁15％～25％。当然，料源不好或采用炉外精炼时，轻薄杂铁也可多配。表l2-1常见钢种的密度系数2二、配料计算公式1．炉料成分的配定原则配料过程中，炉料化学成分的配定主要考虑钢种规格成分、冶炼方法、元素特性及工艺的具体要求等。具体为：(1)碳的配定。炉料中碳的配定主要考虑钢种规格成分、熔化期碳的烧损及氧化期的脱碳量，还应考虑还原期补加合金和造渣制度对钢液的增碳。熔化期碳元素的烧损与助熔方式有关，可根据实际生产的具体条件，总结固有规律，一般波动在0．60％左右。氧化期的脱碳量应根据工艺的具体要求而定，对于新炉时的第一炉，脱碳量应大于0．40％。不氧化法碳的配定应保证全熔碳位于钢种规格要求的下限附近。(2)硅的配定。在一般情况下，氧化法冶炼钢铁料的硅主要是由生铁和废钢带入，全熔后的硅不应大于0．30％，以免延缓熔池的沸腾时间。返吹法冶炼为了提高合金元素的收得率，根据工艺要求可配入硅废钢或硅铁，但也不宜超过1．0％以上，对于特殊情况也可不配。(3)锰的配定。用氧化法冶炼的钢种，如锰的规格含量较高，配料时一般不予以考虑；如锰的规格含量较低，配料时应严格控制，尽量避免炼钢工进行脱锰操作。对于一些用途重要的钢种，为了使钢中的非金属夹杂物能够充分上浮，熔清后钢液中的锰含量不应低于0．20％，但也不宜过高，以免影响熔池的沸腾及脱磷。由于不氧化法或返吹法冶炼脱锰操作困难，因此配锰量不得超过钢种规格的中限。高速钢中锰影响钢的晶粒度，配入量应越低越好。(4)铬的配定。用氧化法冶炼的钢种，钢中的铬含量应尽可能的低。冶炼高铬钢时，配铬量不氧化法按出钢量的中下限控制，返吹法则低于下限。(5)镍、钼元素的配定。钢中镍、钼含量较高时，镍、钼含量按钢种规格的中下限配入，并同炉料一起装炉。冶炼无镍钢时，钢铁料中的镍含量应低于该钢种规定的残余成分。高速钢中的镍对硬度有害无利，因此要求残余含量越低越好。(6)钨的配定。钨是弱还原剂，在钢的冶炼过程中，因用氧方式的不同而有不同的损失。矿石法冶炼，任何钢种均不人为配钨，且要求残余钨越低越好。不氧化法和返吹法冶炼时，应按钢种规格含量的中下限配入，并同炉料一起装炉。许多钨钢中的钼在成分上可代替部分钨，配料过程中应严加注意。(7)刷锅钢种炉料成分的配定原则。在电炉炼钢车间，在冶炼含Cr、Ni、M0、W或Mn等高合金钢结束后，接着需冶炼l～2炉含同种元素含量相应较低的合金钢，对上一炉使用的炉衬和钢包进行清洗，这样的钢种被称为刷锅钢种。刷锅钢种如采用返吹法冶炼，被刷元素的含量应低于该钢种规格下限的0．20％～0．50％；如用氧化法冶炼，被刷元素的含量还要低一些。另外，出钢温度越高的钢种，被刷元素的含量应配得越低。(8)磷、硫的配定。除磷、硫钢外，一般钢中的磷、硫含量均是配得越低越好，但顾及钢铁料的实际情况，在配料过程中，磷、硫含量的配定小于工艺或规程要求所允许的值即可。(9)铝、钛的配定。在电炉钢冶炼中，除镍基合金外，铝、钛元素的烧损均较大，因此无论采用何种方法冶炼，一般都不人为配入。3(10)铜的配定。在钢的冶炼过程中，铜无法去除，且钢中的铜在氧化气氛中加热时存在着选择性的氧化，影响钢的热加工质量，因此一般钢中的铜含量应配得越低越好，而铜钢中的铜多随用随加。2．配料计算公式出钢量出钢量=产量+汤道量+中注管钢量+注余量产量=标准钢锭(钢坯)单重×支数×相对密度系数汤道量=标准汤道单重×根数×相对密度系数中注管钢量=标准中注管单重×根数×相对密度系数注余量是浇注帽口充填后的剩余钢水量，一般为出钢量的0．5％～l．5％。对于容量小、浇注盘数多、生产小锭时，取上限值；反之取下限值。配料过程中，不可不考虑钢的相对密度系数。装入量炉料综合收得率是根据炉料中杂质和元素烧损的总量而确定的，烧损越大，配比越高，综合收得率越低。炉料综合收得率=∑各种钢铁料配料比×各种钢铁料收得率+∑各种铁合金加入比例×各种铁合金收得率钢铁料的收得率一般分为三级。一级钢铁料的收得率按98％考虑，主要包括返回废钢、软钢、平钢、洗炉钢、锻头、生铁以及中间合余料等，这级钢铁料表面无锈或少锈。二级钢铁料的收得率按94％考虑，主要包括低质钢、铁路建筑废器材、弹簧钢、车轮等。三级钢铁料的收得率波动较大，一般按85％～90％考虑，主要包括轻薄杂铁、链板、渣钢铁等，这级钢铁料表面锈蚀严重，灰尘杂质较多。对于新炉衬(第一炉)，因镁质耐火材料吸附铁的能力较强，钢铁料的收得率更低，一般还需多配装入量的l％左右。配料量配料量=装入量—铁合金总补加量—矿石进铁量矿石进铁量=矿石加入量×矿石含铁量×铁的收得率矿石的加入量一般按出钢量的4%算，如果铁合金的总补加量较大，需在出钢量中扣除铁合金的总补加量，然后再计算矿石进铁量。矿石中的铁含量约为50％～60％，铁的收得率按80％考虑，非氧化法冶炼因不用矿石，故无此项。各种材料配料量各种材料配料量=配料量×各种材料配料比三、配料计算举例例1用矿石氧化法冶炼38CrMoAl钢，浇注一盘3.2t钢锭6支，每根汤道重20kg，中注管钢重l20kg，注余重l50kg，其他已知条件如下：炉中残余锰量为0．10％，残余铬量为0．15％，残余钼量为0．01％。控制规格成分：C0．38％、Mn0．45％、Crl．55％、M00．20％、Al0．90％。铬铁含铬量为65％，收得率为96％；锰铁含锰量为60％，收得率为98％；钼铁含钼量为70％，收得率为98％；铝锭含铝量为98％，收得率为75％。C生为4．00％，C返为0．30％，C杂为0．10％，炉料综合收得率为96％，38CrMoAl的相对密度系数为0．9872，矿石的铁含量为60％。当配碳量为0．80％时，求配料量和配料组成?解：(1)出钢量=(3200×6+20×6+120+150)×0.9872=19339.25(kg)4(2)(kg)(3)配料量：(kg)(kg)(kg)(kg)铁合金总补加量=115．11+433．89+53．56+236．81=839.37(kg)矿石进铁量=(19339.25-839.37)×4％×60％×80％=355．20(kg)．配料量=20145．O5=839.37—355.20=18950.48(kg)(4)配料组成：令杂铁配比为20％，则：杂铁配入量=l8950.48×20％=3790.10(kg)=2765.5(kg)返回废钢配入量=l8950.48-3790.10-2765.75=12394.63(kg)第三节装料方法及操作装料操作是电炉冶炼过程中重要的一环，它对炉料的熔化、合金元素的烧损以及炉衬的使用寿命等都有很大的影响。一、装料方法电炉炼钢最常见的是冷装料，而冷装按钢铁料的入炉方式不同可分为人工装料和机械装料；机械装料因采用设备不同又分为料槽、料斗、料筐装料等多种。目前，广泛采用的还是料筐顶装料。二、对装料的要求为了缩短时间，保证合金元素的收得率，降低电耗和提高炉衬的使用寿命，装料时要求做到：准确无误、快速入炉、装得致密、布料合理。操作时应注意以下几点：(1)防止错装。(2)快速装料。(3)合理布料。首先，各种炉料的搭配要合理。一般料块重量小于lOkg的为小料，l0～25kg的为中料，大于50kg而小于炉料总重五十分之一的为大料。根据生产经验，合理的配比是小料占l5％～20％，中料占40％～50％，大料占40％。各种炉料在炉内亦即筐内的合理位置是：底部装一些小料，用量为小料总量的一半，以缓冲装料时对炉底的冲击，同时有利于尽早在炉底形成熔池；然后在料筐的下部中心装全部大料，此处温度高，有利于大料的熔化，同时还可防止电极在炉底尚未积存足够深的钢液前降至炉底而烧坏炉衬；在大料之间填充小料，以保证炉料密实；中型炉料装在大料的上面及四周；最上面放上剩余的小料，以便送电后电极能很快“穿井”，埋弧于炉料之中，减轻电弧对炉盖的热辐射。如果炉料中配有生铁，应装在大料的上面或电极下面，以便利用它的渗碳作用降低大料的熔点，加速其熔化。若炉料中配有合金，熔点高的钨铁、钼铁等应装在电弧周围的高温区，但不能在电弧的正下方；高温下易挥发的铁合5金如锰铁、镍板等应装在高温区以外，即靠近炉坡处，以减少其挥发损失；容易增碳的铬铁合金也不要直接放在电极下面。(4)保护炉衬。装料时，还应尽量减轻炉料对炉衬的损害。为此，装料前，在炉底上先铺一层为炉料重量l.5％～2.0％的石灰，以缓解炉料的冲击；同时，炉底铺石灰还可以提前造渣，有利于早期去磷、加速升温和钢液的吸气等。卸料时，料筐的底部与炉底的距离在满足操作的条件下尽量小些，一般为200～300mm左右。第四节炉料入炉与送电一、炉料入炉料筐顶装料要有专人指挥，抽炉或旋转炉盖时，炉盖要完全抬起，电极要升到顶点且下端脱离炉膛、以防剐坏炉盖或电极，同时又要求电极下端不许超出炉盖的水冷圈或绝缘圈，避免摇晃摆动时将电极折断而滚落到它处砸坏设备或砸伤人。采用留钢留渣操作时，装料时应多垫些杂铁，并允许料筐抬得略高些。二、送电炉料入炉后并在送电前，电炉炼钢工和设备维护人员应对炉盖、电极、水冷系统、机械传动系统、电气设备等进行检查，如发现故障要及时处理，以免在冶炼过程中造成停工；还应检查炉料与炉门或水冷系统是否接触，如有接触要立即排除，以免送电后被击穿。第五节熔化期及其操作熔化期的主要任务是在保证炉体寿命的前提下，以最少的电耗将固体炉料迅速熔化为均匀的液体。传统的电炉炼钢熔化期约占全炉冶炼时间的一半，电能消耗占总电耗的50％～60％。一、炉料的熔化过程送电开始后，就是熔化期的开始，炉料的熔化过程大体上分为如图12—1所示的四个阶段。图12─1炉料熔化过程示意图a-起弧阶段；b-穿井阶段；c-电极回升阶段；d-低温区炉料熔化阶段第一