电炉炼钢冶炼工艺培训教材
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电炉炼钢工艺培训课件.ppt
9 .1 0
相对成本* （参考值）
3 .7 3 .2 6 .0 1 .8 0 .5 ～ 0 .6 0 .3 ～ 0 .6
化学反应中各发热元素的来源首先是炉料――废钢和生 铁，还有是由碳枪喷入的碳粉或焦粉。对于普通铁水，每吹入 1m 3 的 氧 气 ,所 含 各 元 素 在 1600 ℃ 时 反 应 理 论 发 热 值 约 为 4kw h。
5 m in
16 1 5 /5
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1 8 /6 3 m in
1 5 /5
4 m in 1 8 /6 8 m in
2 m in
2 m in
2 m in
12
8
4
0
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25
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35
40
45
50
(一 次 料 ) (加 铁 水 )
(二 次 料 )
(精 炼 )
供 电 时 间 m in
5.4 电炉氧化期操作
废钢熔化过程：从中心向四周、从热区向冷区、 从下向上。
熔化期操作原则：合理供电、合适吹氧、提前 造渣。
吹氧方式：自耗式：可切割、可吹渣钢界面； 水冷式：只能吹渣钢界面。
优化的供电曲线
电 压 级 /电别 流 级 V别 / A
28
24
2 1 /6
2 1 /6
20
5 m in
5 m in 1 9 /6
1 8 /6
5 电炉冶炼工艺
传统冶炼工艺(三段工艺) 熔化期、氧化期、还原期
现代冶炼工艺(二段工艺) 熔化期、氧化期、加炉外处理； 或称熔氧脱磷期、脱碳升温期
操作步骤：补炉、装料（配料）、熔化期、 氧化期、精炼(或还原期)、出钢
电炉炼钢操作方法及冶炼工艺共73页PPT资料
电炉装料情况
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。
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、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%。
3）提前造渣
槽出钢电炉炉衬情况
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 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。
1）炉料熔化过程及供电
装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程图， 基本可分为四个阶段（期），即点弧、穿井、主 熔化及熔末升温。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•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。
炼钢部分培训教材(1)
和温度符合钢种的出钢要求；
n 综上所述，要炼好一炉钢，首先要造好渣，才 能达到碳符合钢种要求范围，去除S、P有害元 素，以及调整到合格的出钢温度。同时要组织 好出钢，做好脱氧和合金化操作，确保化学成 份符合钢种要求。
炼钢部分培训教材(1)
三、炼钢部分
装入制度
供氧制度
n 装入制度是指转炉合理的装 供氧制度是指把氧气流股最合理
炼钢部分培训教材(1)
三、炼钢部分
转炉炼钢工艺操作
n 1 吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化 n 2 装入制度 n 3 供氧制度 n 4 造渣制度 n 5 温度制度 n 6 终点控制 n 7 脱氧和合金化
炼钢部分培训教材(1)
三、炼钢部分
吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化
n ⑴ 吹炼前期：指Si、Mn氧化期。 n ⑵ 吹炼中期：指C氧化期。 n ⑶ 终点控制：在拉碳的同时，确保P、S含量
炼钢部分培训教材(1)
二、炼钢部分
n 原材料是炼钢的物质基础，原材料质量的好 坏对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。
n 国内外大量生产实践证明，采用精料以及原 料标准化，是实现冶炼过程自动化、改善各 项技术经济指标、提高经济效益的重要途径。 根据所炼钢种、操作工艺及装备水平合理地 选用和搭配原材料可达到低费用投入，高质 量产出的目的。
延长冶炼时间；装入量过小， 不仅影响产量，同时由于装
升温，化好前期渣和过程渣，达 到去除S、P有害元素。同时，
入量少，使熔池深度变浅， 在一定炉容比的条件下，既要尽
加深氧气流股对炉底的冲击 量提高供氧强度和冶炼强度，缩
作用，炉底过早被损坏，甚 短冶炼时间，提高生产率，又要
至造成了炉底烧穿所引起的 穿炉事故。
炼钢部分培训教材(1)
n 综上所述，要炼好一炉钢，首先要造好渣，才 能达到碳符合钢种要求范围，去除S、P有害元 素，以及调整到合格的出钢温度。同时要组织 好出钢，做好脱氧和合金化操作，确保化学成 份符合钢种要求。
炼钢部分培训教材(1)
三、炼钢部分
装入制度
供氧制度
n 装入制度是指转炉合理的装 供氧制度是指把氧气流股最合理
炼钢部分培训教材(1)
三、炼钢部分
转炉炼钢工艺操作
n 1 吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化 n 2 装入制度 n 3 供氧制度 n 4 造渣制度 n 5 温度制度 n 6 终点控制 n 7 脱氧和合金化
炼钢部分培训教材(1)
三、炼钢部分
吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化
n ⑴ 吹炼前期：指Si、Mn氧化期。 n ⑵ 吹炼中期：指C氧化期。 n ⑶ 终点控制：在拉碳的同时，确保P、S含量
炼钢部分培训教材(1)
二、炼钢部分
n 原材料是炼钢的物质基础，原材料质量的好 坏对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。
n 国内外大量生产实践证明，采用精料以及原 料标准化，是实现冶炼过程自动化、改善各 项技术经济指标、提高经济效益的重要途径。 根据所炼钢种、操作工艺及装备水平合理地 选用和搭配原材料可达到低费用投入，高质 量产出的目的。
延长冶炼时间；装入量过小， 不仅影响产量，同时由于装
升温，化好前期渣和过程渣，达 到去除S、P有害元素。同时，
入量少，使熔池深度变浅， 在一定炉容比的条件下，既要尽
加深氧气流股对炉底的冲击 量提高供氧强度和冶炼强度，缩
作用，炉底过早被损坏，甚 短冶炼时间，提高生产率，又要
至造成了炉底烧穿所引起的 穿炉事故。
炼钢部分培训教材(1)
电炉及精炼技术培训教材
正常情况下铁水入炉量为50－60吨，废钢入炉量为105－113吨。 电炉入炉主原料成份控制主要包括磷、硫、残余元素及配碳量。
电炉主原料
电炉铁水 铁水用320吨鱼雷罐车从高炉运到电炉炼钢厂，经脱硫运入原料 跨东侧倒罐站后倒入铁水包，再兑入电炉。铁水最大装入量为60 吨。
电炉废钢 根据废钢来源不同，废钢分为本厂返回废钢和社会购入废钢 废钢布料原则： 合理布料对减轻废钢冲击炉底、避免料篮卡料、降低重废砸 断电极的机率以及保证熔炼过程的顺利进行都是非常必要的。原 则为：最底部装轻废钢，然后为重废钢，中间为中型废钢，最上 面又为轻废钢。共分为13层。
Hale Waihona Puke 电炉吹氧与碳粉喷吹
水冷碳枪的使用 在渣门处废钢熔清时，应及时投入水冷碳氧枪。 碳氧枪吹氧开始时，应设定较小的氧气流量，如：4000Nm3/h，
1－2分钟后逐渐加大氧气流量至最大（9000Nm3/h)。
冶炼过程中应尽量提高供氧强度，缩短冶炼周期与降低电耗， 同时有利于泡沫渣的形成和保持。但仍应根据供电与吹氧匹配、渣
氧气压力：1.1--1.5Mpa
氧气冲击角度：45度 调节范围：向上500mm；左右15度；向下15度
主要功能：自耗式氧枪在熔化期用来切割炉门口的废钢
碳氧枪：（1）造泡沫渣 （2）吹氧助熔 （3）吹氧脱碳
电炉主原料
电炉主原料根据生产钢种不同有所不同，每一钢种都有标准的 炉料配比要求。按废钢篮数和铁水罐数，主原料配料可分为五 种模式。如：冶炼工艺路径中配料模式为110A表示1篮废钢1罐 铁水，常规配碳量，普通钢种。
4
5 D
6 E
7 F
8 G
A：炼钢厂区分（电炉输“3”）； B：炉座区分（“7”为7#号炉）； C：出钢记号最后两位数； 取样场所区分（电炉炉内试样为“1”）； 所取试样的顺序号（若E=7，则特别规定为渣样） 气体样区分：“0”只做OE样（光谱样），“1”[N]+OE， “2”[O]+[N]+OE，“3”[O]+[N]，“4”[C]+[S]+OE，“7”[H] G：气体样的顺序号：“0”为非气体样，“1”--“9”为气体样顺序 号
电炉炼钢操作方法及冶炼工艺-PPT文档资料-PPT文档资料
熔末升温 期
电弧、 大电流
水冷+ 泡沫渣
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、Ｐ氧化40%～50%，这与渣
脱磷反应与脱磷条件：
脱磷反应：
2［P］＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO· P2O5)＋5 ［Fe］, △H＜0 分析：反应是在渣-钢界面上进行，是放热反应。
1）炉料熔化过程及供电
装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程图， 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射。 供电上采用较低电压、较低电流。
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
炉衬各部位的工作条件不同,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。
电炉炼钢培训
4.电炉变压器 作用：将高电压低电流转变为低电压大电流 供给电弧炉。 5.短网 从电弧炉变压器低压侧的出线开始到电极 这一段线路。 结构：主要由硬铜母线（铜排）、软电缆 和炉顶水冷铜管三部分组成。 影响：电炉电效率；功率因素；三相电功 率平衡。
第二章 电弧炉炉体构造与炉衬 §2—1 电弧炉炉体构造
二.氧化剂 1.铁矿石 要求铁矿石的含铁量高，比重大。 2.氧化铁皮 要求与转炉炼钢相同。 3.氧气 是最主要的氧化剂。要求含O2≥99％，水 分≤3g∕m3，熔化期氧压为0.3～0.7MPa， 氧化期氧压为0.7～1.2MPa。
三.脱氧剂和铁合金 要求： 1.脱氧剂和铁合金中的有用元素含量要高， 以减少熔化时的热能消耗。 2.块度大小应适当，难熔化的块度要小些， 易熔的可大些。 3.非金属夹杂物、P、S和气体以及炉渣等杂 质含量应尽量低些。 4.在许可范围内尽量先使用高碳铁合金，然 后中、低碳铁合金。 5.不易氧化且难熔化的铁合金在使用前应加 热。
2.熔炼室的形状和尺寸 熔炼室是指熔池上部的空间。主要由炉子 的容量决定。内壁表面常砌成上薄下厚的 斜形，斜角：6～8°。 3.炉盖的形状和尺寸 关键尺寸：拱高。
二.电弧炉炉衬
由炉底、炉壁和炉盖三部分组成。 1.炉底结构 绝热层：是炉底的最下层，其作用是减少 通过炉底的热损失。 保护层：其作用是保证熔池部分的坚固性， 防止漏钢。 工作层：直接与钢液和炉渣接触，热负荷 高，化学侵蚀严重，机械冲刷激烈。
二.交流电弧特性
§1—2 电弧炉的主电路及主电路上 的电器设备
一.电弧炉的主电路 由高压电缆线至电极的电路称为电弧炉的 主电路。 1.主电路组成 隔离开关、高压断路器、电抗器、电炉变 压器、低压短网等。 2.主电路作用 从高压电网取得高压电能，转变为低电压、 大电流输送到电极。
电炉炼钢冶炼工艺培训教材
极易并到CO气泡中，长大排除； • Ｃ-Ｏ反应，易使2FeO·SiO2、2FeO·Al2O3及2FeO·TiO2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。
2023/12/28
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。
• 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
（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。
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。
2023/12/28
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。
• 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
（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。
电炉炼钢课件(典型钢种冶炼)
（5）采用”EAF+LF+VD“三联式炼钢工艺时，须继 续电极加热，当温度在1600－1620℃，即可以吊 包至真空位；
LF取的第二个成品样 表（1-6）
元素
C
Mn
Si
Cr
P
S
Ni
Cu
0.00 GCr15Si 0.97 0.96 0.46 1.35 Mn 8
0.013
0.03
0.02
5.VD真空
3.4 氧化期
（1）氧化温度在1580℃以上，不准带料氧化； （2）采用氧气、矿石综合脱氧； （3） 保证脱碳量在0.30-0.45%，脱碳速度 ≥0.01%/min； （4）从加矿脱碳到化渣时间不少于30分钟，确保在 高温下氧化脱碳沸腾激烈、持续，在熔池各部位 均匀进行； （5）纯沸腾时间保持7-10min，并调节锰至0.25%； （6）扒渣条件：[c]在0.80%左右，[p]≤0.010%，温 度：1580-1600℃。
3.轴承钢冶炼工艺
（以GCr15SiMn为例，总钢水量以32t计）
GCr15SiMn钢中化学成分（%）
表（1-3）
项目
C
Mn
Si
0.450.65
Cr
1.30/ 1.65
S
≤0.02
P
≤0.027
Ni
≤0.30
Cu
≤0.25
GCr15Si 0.95/1. 0.90/ Mn 05 1.20
3.1 冶炼前准备。
第二篇 电弧炉炼钢
加渣料 、 吹氧、流渣
流渣
吹氧脱碳
测温
扒渣
插铝
加还原剂1
加还原剂2
取 样 分 析
1）炉料熔化过程及供电
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• 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。
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。
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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。
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2）补炉部位
炉衬各部位的工作条件不同（图4-1、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。
其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。
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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—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：
x[M]块 ＋y[O]＝(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-
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%。
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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。
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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？
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去气、去夹杂的机理：
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
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• 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。
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脱碳反应与脱碳条件：
[C]＋[O] =CO↑ , △HCO＝－0.24kcal=－22kJ＜0 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 ＞［％Ｏ］平衡 。 • 高温，加速Ｃ-Ｏ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Ｃ-Ｏ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。
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图5-1 槽出钢电炉炉衬情况
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图5-2 EBT电炉炉衬情况
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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， 机械喷补补炉速度快、效果好。
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（3）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。
（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。
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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。
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。
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高的钢种。
• Ｃ-Ｏ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； • Ｃ-Ｏ反应，易使2FeO·SiO2、2FeO·Al2O3及2FeO·TiO2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。
水冷+ 泡沫渣
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图5-5 典型的供电曲线
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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。
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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，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。
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2020/11/28
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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 化电炉炼钢冶炼工艺培训来自材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。
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。
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图4-3 电炉装料情况
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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。
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图5-6 金属料（固/液体）升温曲线
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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。
• 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。
主熔化期时间占整个熔化期的70％以上。
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•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。
△H＜0
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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？
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2）双渣氧化法
• 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。
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。
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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。
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2）补炉部位
炉衬各部位的工作条件不同（图4-1、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。
其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。
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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—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：
x[M]块 ＋y[O]＝(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-
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%。
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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。
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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？
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去气、去夹杂的机理：
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
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• 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。
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脱碳反应与脱碳条件：
[C]＋[O] =CO↑ , △HCO＝－0.24kcal=－22kJ＜0 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 ＞［％Ｏ］平衡 。 • 高温，加速Ｃ-Ｏ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Ｃ-Ｏ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。
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图5-1 槽出钢电炉炉衬情况
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图5-2 EBT电炉炉衬情况
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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， 机械喷补补炉速度快、效果好。
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（3）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。
（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。
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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。
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。
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高的钢种。
• Ｃ-Ｏ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； • Ｃ-Ｏ反应，易使2FeO·SiO2、2FeO·Al2O3及2FeO·TiO2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。
水冷+ 泡沫渣
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图5-5 典型的供电曲线
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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。
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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，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。
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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 化电炉炼钢冶炼工艺培训来自材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。
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。
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图4-3 电炉装料情况
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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。
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图5-6 金属料（固/液体）升温曲线
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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。
• 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。
主熔化期时间占整个熔化期的70％以上。
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•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。
△H＜0
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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？
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2）双渣氧化法