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5.电弧炉炼钢工艺5.1电弧炉炼钢技术概述5.2电弧炉炼钢主要设备简介5.3碱性电弧炉炼钢工艺5.4电弧炉炼钢新技术简介5.5直流电弧炉炼钢工艺及技术5.6电弧炉典型钢种的冶炼5.7电弧炉炼钢自动控制技术5.1电弧炉炼钢技术概述电炉炼钢的分类按炉衬性质碱性电弧炉—脱除P、S低酸性电弧炉—原料P、S低，用于铸造顶装料方式炉门装料（人工）（HGM系列）按装料方式炉盖旋开式（HGX系列）炉壳连接式炉身开出式（HGT系列）落地式（分列式）共平台式（整体式）5.1电弧炉炼钢技术概述按倾动机构炉壳—扇形齿轮—水平齿座滚轮或大托轮底座侧倾底倾（扇形摇架）水平底座（液压）弧形底座按传动形式电机（机械）液压传动（＞10t）按冶炼方法氧化法不氧化法（装入法）返回吹氧法按电源类型交流（AC）直流（DC）5.1电弧炉炼钢技术概述按变压器输出功率普通功率（RP）高功率（HP）超高功率（UHP）按出钢方式槽式（侧）出钢中心出钢（CBT）偏心底出钢（EBT）按供热方式EAF（电能）EOF（燃油、煤、天然气等）5.1电弧炉炼钢技术概述按废钢预热方式一般竖炉（Fuchs）双炉壳用废钢料蓝分批预热分批熔炼运输机上料半连续废钢预热分批熔炼第四孔废气—炉外—料蓝预热竖井在炉顶一侧ComeltConsteel（连续加料）Fuchs（指条式竖炉）ConArc、ContiArcIHI式双电极直流运输机上料连续废钢预热连续熔炼Mid-shaftEAF竖炉（竖井在炉顶中央）5.1电弧炉炼钢技术概述电弧炉炼钢的主要特征及特点以废钢铁或粗钢为主要固体料，不需要一套庞大的炼铁和炼焦系统；原料使用范围广，在生产调度上适于短时间、间歇式生产；利用电能使其熔化（重熔）及升温，易获得高温，调温方便而准确，有利于冶炼各类钢种；炉内气氛（氧化、还原、中性）、真空度、压力可调控；合金收得率高，成分易于调整且控制范围窄；品种适应性广、质量好，可冶炼含P、S、O低的各种类型的优质钢和合金钢；设备较简单，工艺流程短，占地面积小，基建费用低，投产快，易控制污染；消耗电能大，[N]、[H]高；生产率比转炉低，电极、耐材等消耗比其他冶炼方法高。5.1电弧炉炼钢技术概述电弧炉炼钢的原理及任务以废钢铁为固体料，以交流电或直流电为电源，利用炉料与电极间产生电弧的高温加热炉料，使其熔化及升温；在炉内进行氧化、还原精炼，去除钢中有害元素、杂质及气体；调整化学成分到规格范围；使钢液在出钢时的温度满足浇铸要求。5.1电弧炉炼钢技术概述电弧炉冶炼方法简介氧化法工艺操作顺序：补炉→装料→熔化期→氧化期→还原期→出钢（浇铸成钢锭或钢坯）优点：氧化期用加矿或吹氧进行脱C和脱P，使熔池沸腾，可以去除钢中气体和杂质。还原期可以脱O、脱S及调整成分和温度。可得到含P、气体和夹杂物都很低的钢。可用廉价废钢为原料，适合冶炼［P］高、锈多、［C］较高的钢铁料，应用最广泛。缺点：若炉料中有合金返回料，则其中合金元素氧化烧损较大。5.1电弧炉炼钢技术概述不氧化法（装入法）优点：能充分回收原料中的合金元素，因而炉料中可配入合金返回钢，减少铁合金消耗，降低钢成本。缩短冶炼时间，降低电能消耗提高生产率；炉料熔清后，经过还原调整钢液成份和温度后即可出钢。缺点：不能去P、去气和去夹杂物，对炉料要求高，须配入清洁无锈，含P低的钢铁料，并在冶炼中采取各种措施防止吸气。钢液化学成分基本上取决于配料的成分，要求配料成分和称量力求准确，低合金钢和部分高合金钢可用该法，应用较少。5.1电弧炉炼钢技术概述返回吹氧法优点：炉料中配入大量合金返回料，熔清后吹氧进行脱碳沸腾。依据碳与氧的亲和力在一定温度条件下比某些合金元素与氧的亲和力大的理论，当钢液升到一定温度后，向返回钢液吹氧，强化冶炼过程，达到在脱C、沸腾、去气、去夹杂物的同时，又回收大量合金元素的目的；既降低了成本又提高了质量。主要用于回收合金元素，高速钢和不锈钢常采用此法冶炼。缺点：因冶炼中不能去P，要求炉料中含P低。中国电炉炼钢的发展情况5.2电弧炉炼钢主要设备简介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电炉机械设备示意图基础轨梁倾动机构倾动座操作平台炉门炉体炉盖悬臂式平台电极电极夹持器电极臂升降柱电极支柱出钢槽电弧炉结构简图（正视图）支承轨道摇架出钢槽提升炉盖支承臂升降电极液压缸升降电极立柱提升炉盖液压缸电极支承横臂电极夹持器滑轮拉杆提升炉盖链条倾炉液压缸炉体电弧炉结构简图（俯视图）1号电极2号电极3号电极转动炉盖机构粘土砖层镁砖层烧结层出钢口炉壁炉顶圈电极电极孔炉顶砂封炉门框炉门炉门窥孔炉门盖炉体结构示意图倾动用液压缸转炉摇架出钢槽电弧炉衬电极夹持器熔池炉门电极炉盖电弧炉示意图偏心底出钢电弧炉槽式出钢电弧炉5.2电弧炉炼钢主要设备简介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，主电路接线图电炉控制盘电极自动调节器测量仪表用变压器隔离开关高压电源电弧炉变压器二次侧断路器变压器二次侧母线炉用变压器变压器一次侧电极升降机构电炉机械三维示意图30t超高功率电弧炉75t电弧炉中国辽宁抚顺钢厂的电弧炉交流电弧炉系列6.3碱性电弧炉炼钢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、还原与出钢六个阶段。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。5.3碱性电弧炉炼钢工艺槽出钢电炉炉衬EBT电炉炉衬粘土砖层镁砖层烧结层出钢口炉壁炉顶圈电极电极孔炉顶砂封炉门框炉门炉门窥孔炉门盖炉体结构示意图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。5.3碱性电弧炉炼钢工艺5.3碱性电弧炉炼钢工艺二、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。要求合理装料，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。电炉装料情况5.3碱性电弧炉炼钢工艺料篮布料情况大废钢小料和轻薄料小料和轻薄料小料和轻薄料中型废钢焦炭块难熔废钢中型废钢石灰石灰石灰（为料重的1～2％），块度＜60mm）小料小料小料电极下的高温区电极料斗布料示意图5.3碱性电弧炉炼钢工艺三、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（期），即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。5.3碱性电弧炉炼钢工艺点(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%。6.3碱性电弧炉炼钢工艺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。5.3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。5.3碱性电弧炉炼钢工艺四、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5.3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