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第八章电炉炼钢内容提要8.1概述8.2现代电炉的构造8.3电弧炉炉衬砌筑8.4电弧炉的电器设备8.5碱性电弧炉氧化法冶炼工艺8.1概述电炉是采用电能作为能源进行炼钢的炉子的统称。电炉的分类：电渣重熔炉：利用电阻热加热感应熔炼炉：利用电磁感应加热电子束炉：依靠电子碰撞加热等离子炉：利用等离子弧加热电弧炉：利用高温电弧加热电炉炼钢是指电弧炉！！传统电炉是以废钢为主要原料，以三相交流点作电源，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，是用来生产特殊钢和高合金钢的主要方法。电弧炉是继平炉、转炉之后的又一种炼钢方法，它是电发明以后的1899年，由法国的海劳尔特在LaPraz发明的。发展于阿尔卑斯山（Alps）的峡谷中。电炉的出现，开发了煤的替代能源，使得废钢开始了经济回收，最终使得钢铁成为世界上最容易回收的材料。电炉炼钢诞生以来，其发展速度赶不上20世纪60年代以前的“平炉”，也赶不上60年代以后的“转炉”的发展，但随着科技的进步，电弧炉钢产量及其比例始终在稳步增长。电炉的分类：1）耐火材料：酸性电炉、碱性电炉2）电流特性：交流电炉、直流电炉3）功率水平：普通功率电炉、高功率电炉、超高功率电炉（UHP）4）废钢预热：竖炉、双壳炉、炉料连续预热电炉5）出钢方式：槽式出钢、偏心底出钢（EBT），中心底出钢电炉6）底部电极：触针式、导电炉底式、金属棒式电炉电炉的大小电炉的大小可以用其熔池的额定容量表示，常称公称容量，也常用炉壳直径表示。电炉公称容量/炉壳直径=1.6t/1.8m-350t/9.0m小炉子：通常把40t、4.6m以下电炉看作小炉子。大炉子：50t/5.2m以上的电炉看作大炉子。随着电炉向超高功率化、大型化的发展，炉子大小的区分界限也在改变，不可一概而论。8.2现代电炉的构造机械设备炉体的金属构件电极夹持器及电极升降装置炉体倾动机构炉盖提升和旋转装置等炉体炉衬（耐材砌筑）金属构件炉壳炉门、出钢槽炉盖圈、电极密封圈加固圈炉身壳炉壳底8.3电弧炉炉衬的砌筑电弧炉炉衬主要由：炉顶、炉墙和炉底组成。耐火材料：镁砖、白云石砖、铬镁砖、镁碳砖等，有的用镁砂打结或整体成型。（1）炉顶、炉墙和炉底由三部分组成：绝热保温层、镁砖层和工作层。镁碳砖的特点：是具有良好的耐火性。抗渣侵蚀性，耐剥落性，抗氧化，抗高温蠕变性等。（2）水冷炉壁及水冷炉盖大电炉和超高功率电弧炉上大都采用水冷炉壁及水冷炉盖。能最大限度地用水冷件取代耐火材料。8.4电弧炉的电器设备电气设备主电路电极升降自动调节系统电路主电路保护和信号回路检测计量显示回路电极升降自动调节回路电弧炉机械设备供电线路（电磁搅拌线路）由高压电缆至电极的电路高压电源→隔离开关→高压断路器→电抗器→电炉变压器→低压短网→电极调解电弧电流和电压的大小，调整电极和炉料之间的电弧长度，几个重要的概念：短网：是指从变压器低压侧引出线至电极这段线路。包括硬铜母线、软电缆、炉顶水冷铜管和电极。短网长度约10-20m，导通界面很粗，通过电流大，短网中的电阻和感抗对电炉装置和工艺操作影响很大，在很大程度上决定了电炉的电效率、功率因素以及三相电功率的平衡。电极：短网中最重要的组成部分。电极作用：将电流导入炉内，并与炉料之间产生电弧，将电能转化成热能。电极的生产过程：电极的要求：电弧的产生：8.5碱性电弧炉氧化法冶炼工艺传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。操作过程分为：补炉、装料、熔化、氧化、还原、出钢六个阶段。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。2）补炉部位炉壁渣线——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——尤其当热点区受到电弧功率大、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。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。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。二、装料广泛采用炉顶料罐（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。合理装料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。链条底板式料罐三、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。3.炉料熔化过程及供电基本可分为四个阶段，起弧、穿井、主熔化及熔末升温。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、较低电流穿井期点弧结束至电极端部下降到炉底为穿井期。此期虽然电弧被炉料所遮蔽，但因不断出现塌料现象，电弧燃烧也不稳定。加料前采取外加石灰垫底，炉中部布置大、重废钢以及合理的炉型，达到保护炉底的目的。供电上采取较大的二次电压、较大电流，以增加穿井的直径与穿井的速度。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，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。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。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+泡沫渣典型的供电曲线4.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。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%。5.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，为氧化期创造条件。6.3碱性电弧炉炼钢工艺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。四、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℃。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。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。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。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。氧化期的温度控制金属料（固/液体）升温曲线6.3碱性电弧炉炼钢工艺五、还原期传统电炉冶炼工艺中，特点是还原期的存在。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。还原期的主要任务脱氧、脱硫、合金化、调温其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。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。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6.3碱性电弧炉炼钢工艺六、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。6.3碱性电弧炉炼钢工艺七、钢液的合金化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。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）。合金化操作具体原则易氧化的元素后加原则比重大的加强搅拌原则便宜的先加原则贵重的控制下限原则