电炉炼钢冶炼工艺培训教材

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1、 第五章 电炉炼钢冶炼工艺电炉炼钢冶炼工艺钢液 的 合 金 化第五章 电炉炼钢冶炼工艺电炉冶炼操作方法电炉炼钢冶炼工艺钢液 的 合 金 化5.1 电炉冶炼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

2、种。2018/8/53东北大学/阎立懿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。5.2 电炉传统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。5.2.1 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）补炉部位炉衬各部位的工作条件不同（图4-1

3、、图4-2） 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。图5-1 槽出钢电炉炉衬情况图5-2 EBT电炉炉衬情况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

4、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。5.2.2 装料目前，广泛采用炉顶料罐（或叫料篮、料筐）装料（图5-3），每炉钢的炉料分13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。图4-3 电炉装料情况5.2.3 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

5、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。1）炉料熔化过程及供电装料完毕即可通电熔化。 炉料熔化过程见图5-4，基本可分为四个阶段（期），即点弧、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

6、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，电弧燃烧不稳定。注意保护炉底，办法是：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 。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 （图5-4）。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

7、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（图5-4）。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表5-1。典型的供电曲线如图5-5。表5-1 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+ 泡沫渣图5-5

8、典型的供电曲线2）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、氧化40%50%，这与渣的碱度和氧化性等有关；而在吹氧时氧化10%30%、Fe氧化2%3%。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

9、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 。为什么？脱磷反应与脱磷条件：脱磷反应与脱磷条件： 脱磷反应：2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe, H0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。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。（3）缩短熔化期的措施 减少热停工时间，如提高机械化、自动

10、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。 5.2.4 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5080。（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。（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

11、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。2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5FeH0 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？脱碳反应的作用如下：降低钢中的碳，利用碳-氧反应（2 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

12、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。脱碳反应与脱碳条件：CO =CO , HCO0.24kcal=22kJ0 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 平衡 。高温，加速-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-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。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

13、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。去气、去夹杂的机理？去气、去夹杂的机理：-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；-反应，易使2FeOSiO2、2FeOAl2O3及2FeOTiO2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。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

14、要求氧化末期的温度略高于出钢温度2030，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的钢液降温，见图5-6。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。图5-6 金属料（固/液体）升温曲线5.2.5 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。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

15、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：xM块 yO(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）。扩散脱氧反应式：x(M)粉+y(FeO)(MxOy)+yFeFeO (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。2）脱硫反应及脱硫条件FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO），H0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