电炉炼钢操作方法及冶炼工艺

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）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
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？
去气、去夹杂的机理：
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
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。
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。
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。
第二节 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。
二、装料
目前，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。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。
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。
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
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%，这与渣的
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MnSi、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)+y[Fe] [FeO] → (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。
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。
脱碳反应的作用如下：
降低钢中的碳，利用碳-氧反应（Ｃ＋Ｏ2 →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：
[C]＋[O] =CO↑ , △HCO＝－0.24kcal=－22kJ＜0
（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。
2［P］＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO· P2O5)＋5［Fe］
△ H＜ 0
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？
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。
• 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。 各阶段熔化与供电情况见下表。 典型的供电曲线如下图。
炉料熔化过程与操作
熔化过程 点弧期 穿井期 主熔化期 电极位置 送电 → d极 d极→ 炉底 炉底 → 电弧 暴露 必要 条件 保护 炉顶 保护 炉底 快速 熔化 办 较低电压 较低电流 较大电压 较大电流 最高电压 最大电流 法 炉顶布 轻废钢 石灰垫底
• 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，炉中部布臵大、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。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。
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。
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。
20～30℃，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成
的钢液降温，见图。 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。
金属料（固/液体）升温曲线
五、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
四、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50～80℃。 （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。
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—预脱氧，还原期用 扩散脱氧，出钢前用沉淀脱氧—终脱氧。
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、自动化程度， 减少装料次数与时间等；