电炉炼钢的配料计算,装料方法及操作

【本章学习要点】本章学习电炉炼钢的配料计算，装料方法及操作，电炉熔化期、氧化期、还原期的任务及其操作，出钢操作等。

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。热装没有熔化期，冶炼时间短，生产率高，但需转炉或其他形式的混铁炉配合;冷装主要使用固体钢铁料或海绵铁等。根据冶炼过程中的造渣次数分，有单渣法和双渣法。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的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。氧化法冶炼的特点是有氧化期，在冶炼过程中采用氧化剂用来氧化钢液中的Si、Mn、P等超规格的元素及其他杂质。因此，该法虽是采用粗料却能冶炼出高级优质钢，所以应用极为广泛。缺点是冶炼时间长，易氧化元素烧损大。

(2)不氧化法。不氧化法冶炼的特点是没有氧化期，一般全用精料，如本钢种或类似本钢种返回废钢以及软钢等，要求磷及其他杂质含量越低越好，配入的合金元素含量应进入或接近于成品钢规格的中限或下限。不氧化法冶炼可回收大量贵重合金元素和缩短冶炼时间。在缺少本钢种或类似本钢种返回废钢时，炉料中可配入铁合金，这种冶炼方法又叫做装入法，用“入”字表示，多用于冶炼高合金钢等钢种上。

不氧化法冶炼如果不采取其他有效措施相配合，则成品钢中的氢、氮含量容易偏高。为了消除这种缺点，从而出现了返回吹氧法。

(3)返回吹氧法。返回吹氧法简称返吹法，用“返”字表示。该法主要使用返回废钢并在冶炼过程中用氧气进行稍许的氧化沸腾，既可有利于回收贵重的合金元素，又能降低钢中氢、氮及其他杂质的含量。因此，该法多用于冶炼铬镍钨或铬镍不锈钢等钢种。

(4)氩氧混吹法。炉料全熔后，按比例将混合好的氩、氧气体从炉门或从炉底吹入，即相当于一台电炉又带一台AOD精炼炉。该法主要用于不锈钢的冶炼上，特点是铬的回收率高，成本低，操作灵活简便，且钢的质量好。 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。配料的准确性包括炉料重量及配料成分两个方面。配料重量不准，容易导致冶炼过程化学成分控制不当或造成钢锭缺支短尺废品，也可能出现过量的注余增加消耗。炉料化学成分配得不准，会给冶炼操作带来极大的困难，严重时将使冶炼无法进行。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。为了杜绝以上情况的发生，配料前掌握有关钢铁料及铁合金的化学成分是十分必要的。

实际上，影响配料准确性的因素较多，除与计划、计算及计量有关外，还与收得率、炉体情况、钢铁料及铁合金的科学管理、装料工和炼钢工的操作水平等有关。

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。由于对轴承钢、曲轴钢以及高标准的结构钢等的质量与使用性能要求较高，无论采用何种方法冶炼，最好多用一些精料。

此外，在配料时，还应预先掌握钢铁料的块度和单位体积重量。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。人工装料时，钢铁料的块度及重量必须与炉门的尺寸和人力相适应，轻薄料也不宜过多，以免延长装料时间。炉顶机械装料时，由于采用机械设备且能充分利用熔炼室空间，可使用较大的重料及较多的轻薄料。

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。

(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%。