电炉炼钢_

  电弧炉的电气设备包括主电路设备和由全厂的变电所 供电给其它设备如电极升降装置等。 主电路包括电弧炉上的电极通过短网、炉用变压器、 电抗器(大变压器上可不加电抗器)、断路器和隔离开关等 接到高压线上，较为典型的主电路图如12-7所示。 1 高压电源与隔离开关 高压电源一般为10000～110000V。隔离开关大多数都用在电 炉检修时，断开高压电源，有时也用来进行切换操作。 2 高压断路器 它的作用是使高压电路在负载下接通或断开，并作为保护 开关在电气设备出现故障时，自动切断高压电路。电弧炉 使用的断路器有油开关、空气断路器和线 电抗器 串联在变压器的高压侧。其作用是使电路中感 抗增加，以达到稳定电弧和限制短路电流的目的。

  11.3 电弧炉炉衬的砌筑 电弧炉炉衬主要由炉顶、炉墙和炉底几部分组 成。碱性电弧炉常用的炉衬材料有镁砖、白云 石砖、铬镁砖、镁碳砖等，有的用镁砂打结或 整块成型。 1 炉顶 炉顶的工作条件比较恶劣,经常处在高于1600℃ 的高温下，尤其在还原期温度更高。另外，温 度剧变，如出完钢炉顶温度急剧下降到小于 1000℃，炉气、炉渣、烟尘的侵蚀和冲刷、炉 顶提升、下降和炉子倾动时的机械振动等，都 会影响炉顶寿命。因此，除对炉顶砖有一定要 求外，还应保证它的砌筑质量。

  2. 炉墙和炉底 冶炼过程中炉墙和炉底与高温金属液及 炉渣直接接触，并受高温辐射，尤其在大量 吹氧时熔池温升快，金属和炉渣剧烈运动， 冲刷炉墙和炉底，其中渣线部分受到化学侵 蚀和机械冲刷，装料时对炉底的冲击等。为 保证冶炼过程顺利进行，炉墙、炉底的砌筑 和维护特别重要。炉墙、炉底的结构是由三 部分所组成的，即绝热保温层、镁砖层和工作 层，如图12-5所示

  目前，国外大电炉和超高功率电弧炉上都采用 水冷炉壁及水冷炉盖，它能最大限度地用水冷件 取代耐火材料，水冷件用得多，耐火材料费用节 约就愈多。为了安全，水冷件仅用于那些在熔融、 精炼和出钢时不与钢水接触的部位，如图12-6所 示。因此，水冷件底与渣线间应保持一定距离。 大约渣线％的耐火材料可用水冷件来 代替。以日本60吨超高功率电炉为例，使用水冷 件后，炉壁寿命从60～80次(渣线次， 耐火材料消耗从l0kg/t降到约0.4kg／t，但电耗则 从420kW．h增加到440kW．h，以增加少量电耗 换来炉子寿命的提高。

  3. 镁碳砖的使用 镁碳砖自1972年问世以来，日益得到广 泛应用，不仅用于转炉、炉外精炼炉的渣线 部分，而且特别利于在电炉和超高功率电炉 炉衬的渣线部位使用。这种砖拥有非常良好的耐 火性，抗渣浸蚀性，耐剥落性，抗氧化，抗 高温蠕变性等特点。镁碳砖中一般含碳为15 ％。试验表明，在一定条件下，通过添加抗 氧化剂能更加进一步提高寿命，熔融镁砂含量 为50％的砖，可使寿命提高85％。目前我国 已在抚顺等地生产镁碳砖；

  脱碳和脱磷都是氧化反应，它们之间都需要氧， 而对氧的需求上又有矛盾，只有在强制氧化钢水 时，才可满足双方的需求。当加矿石氧化钢水时， 氧通过炉渣向钢水溶解，在钢-渣界面产生脱[P]反 应，C-O反应在炉底进行，产生的CO气泡使钢水 “沸腾”并增大了钢-渣界面，加快了脱[P]反应。

  有利于熔池的加热通过脱碳反应，生成的CO 气泡从钢水中排出引起整个熔池“沸腾”，造成 强烈搅动，促进钢中气体和非金属夹杂物的上浮 和排除。另外，碳-氧反应还。

  6 电极 电极是将变压器输入的电流引入熔炼室 的导体，它直接影响着钢的质量、成本和炉 子的生产率等。电极在高温下工作，受到炉 气的氧化以及塌料时的撞击，因此要求其具 有较好的导电性，在高温下不易氧化烧损， 有足够的强度，不易折断和破碎，含磷、硫 等杂质少等。为减少电极消耗，国内外都 在试验采用在电极周表面涂层的方法来减少 石墨电极表面的氧化，可使单耗降低30％， 表面氧化减少60％。另外，目前也有使用水 冷电极等来降低电极消耗的。

  4.炉顶圈 炉顶圈用钢板焊成，用来支承炉盖耐火材料。 为避免变形，顶装料的炉子都采用水冷炉顶 圈。 5. 电极密封圈 电极能自由升降，电极孔直径一般要比电极直 径大40～50mm，使用电极密封圈，防止炉气 外逸，冷却炉顶，延长炉顶寿命。 6. 电极夹持器 电极夹持器有两个作用，一是向电极导电，二 是将电极固定；

  电弧炉的炉体由金属构件和耐火材料砌成的炉衬两部 分组成。炉体的金属构件又包括炉壳、炉门、出钢槽、炉 顶圈和电极密封圈等组成。 1.炉壳 炉壳包括圆形炉身、炉壳底和上部加固圈三部分。 2.炉门 炉门包括炉门盖、炉门框、炉门坎和炉门升降机构等部分。 3.出钢槽 未经改造过的旧电炉大部分还有出钢槽。出钢槽由钢板和 角钢焊成，固定在炉壳上，槽内砌有大块耐火砖，而现代 新型电弧炉上已没有出钢槽了，用偏心炉底无渣出钢来代 替。

  (1)炉料的熔化过程 按照炉料熔化和电极升降的操作情况，一般工 厂将熔化过程分为起弧、穿井、电极回升、熔清 四个阶段，熔化过程主要是依靠合理供电、适时吹 氧和尽快造渣，来加速熔化并保证钢水成分达到 氧化期的要求。吹氧时间为固体料温度达950℃左 右时较好。 (2)熔化期熔池金属成分的变化 在三根电极下的电弧温度达5000℃左右，超 过炉料中大部分元素的沸点，使电弧区内部分元 素产生蒸发，其中以铁的损失最大，所以常看到 在熔化期有大量Fe2O3等烟尘从三个电极孔中逸出。

  • 图1 近年来世界钢产量、电炉钢产量及电炉钢比 • 1 —世界总钢产量;2 —世界电炉钢产量; • 3 —世界电炉钢比;4 —中国电炉钢比

  电弧炉是利用电极与炉料间放电产生电弧发出的热量 来炼钢。 其优点为： ①热效率比较高，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，可快速熔化各 种炉料，并使钢水加热到大于1600℃； ③同时温度容易调整和控制； ④炉内气氛能控制，既可造成氧化性气氛，又可造成还 原性气氛， 因此，不仅能去除钢中磷，而且还具有很强的脱氧、 脱硫能力，故钢中非金属夹杂物含量相比来说较低，合金元素 收得率也相比来说较高，钢的成分容易控制，适于冶炼各种合 金钢及优质钢；可用l00％的废钢进行熔炼，而且设备较 简单，占地少，投资省，建厂快，容易控制污染。

  但是，电弧炉也还存在一些不足之处， 如由于电弧的离解作用，使空气和水蒸气离 解出大量氢和氧，在还原期易被钢水吸收， 因此，电炉钢若不经特殊处理，其氢、氧含 量一般比转炉钢高；由于电弧是点热源，炉 内温度分布不均匀，熔池平静时，各部位的 钢水温度相差较大，尤其大炉子更为突出。

  是指从变压器低压侧的引出线至电极这 一段线m长，截面积较大， 通过的电流大。短网主要由硬铜线(即铜排)、 软电缆和炉顶水冷铜管组成，电极也可算作 短网的一部分，如图12-8所示。电炉短网布 置应加强完善其等腰三角形布线，尽可能 缩短其长度，增大导线截面积，各连接点上 均应涂上导电膏等，以获得更好效果。

  (1)脱磷 熔化期可去除部分磷，但脱磷任务主要是在氧 化期完成的。为此，氧化期需向炉内加入矿石、 氧化铁皮和石灰，使炉渣具有高氧化铁、高碱度， 以满足脱磷所要求的门槛。 脱磷反应为放热反应，低温对脱磷有利，但为 保证铁矿石和石灰的熔化，并使炉渣拥有非常良好的 流动性，以利于渣中氧化铁和磷氧化物的扩散， 熔池温度必须在1400℃以上才能更好地脱磷。同 时，脱磷又是渣-钢界面反应，因此凡能增大渣钢 接触面积的措施(如脱碳沸腾等)，均有利于脱磷反 应的进行。

  它是电弧炉的主要电气设备，其作用是 降低输入电压(一般为200～527V)，产生大 的电流(一般是几千到几万安培)，供给电弧 炉。它与一般电力变压器比较有许多特点， 如过载能力大；机械强度高；二次侧电压可 以调节；变压比大；二次侧电流大等。炉用 变压器的功率单位用kVA表示。变压器容量 与炉容量的关系如表12-l所列。

  根据国内经验，一般大都先在炉底上均匀地 铺上一层石灰，目的是减轻炉料对炉底的冲击， 同时还可提前造渣脱磷等。石灰上铺小料，同样 也还是为了保护炉底，若有铁合金随炉料装入，为 了减少其烧损，应依据各种铁合金的特点分布在 炉内不同位置，熔点高又不易氧化的合金如Fe-W、 Fe-Mo等，可加在电弧高温区，但不能直接加在 电极正下方；高温易于蒸发的合金如Fe-Cr、金 属镍等，则应加在电弧高温区以外。

  碱性电弧炉的工艺操作可分为两种：氧化法和不 氧化法。不氧化法也称为返回冶炼法，都是用 较好的合金废钢作原料，废钢成分与冶炼钢种 的成分基本相近似，冶炼过程中只造还原渣， 可回收大部分合金元素和提高生产率，但在我 国用得不多。而氧化法是以一般废钢为原料， 冶炼过程中用矿石或氧气来氧化炉料中的杂质， 同时通过氧化沸腾过程去除钢水中大部分气体。 此法不能回收废钢中的大部分合金元素，但它 是电炉冶炼的基本方法，在我国应用最为广泛。

  另外，因炉料中的铁锈、氧化铁皮、加入 的矿石、炉气及吹入的氧气等将使炉料中的许 多元素被氧化而损失，其中如硅、铝、钛等几 乎全被氧化；锰损失约为50～60％。熔化期提 前造渣对稳定电弧、加速升温、减少合金元素 的蒸发、减少金属液的吸气、尤其是对脱磷有 很大意义，若操作适当，可在熔化期去掉钢中 大部分磷。 (3)缩短熔化期的措施 适当提高变压器的输出功率；吹氧助熔； 采用燃烧嘴喷入燃料及加氧助熔，炉外预热废 钢等。

  7. 电极升降机构 电极通过电极夹持器连接在电极升降装置上， 自动调节装置控制。 8. 炉体倾动机构 电弧炉要求炉体在出钢时向出钢槽一侧顿动， 而在扒渣时向炉门一侧倾动。 9 炉顶开启移动机构 顶装料时先将炉顶和电极提升起来，然后旋转 移开，使炉膛完全暴露出来，再用吊车将炉 料从上部装入炉内，完毕将炉顶回复。

  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95％ 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。电弧炉炼钢也有 酸性和碱性之分，酸性电弧炉因对炉料要求很严 格，一般只有少数机械厂采用。所以，所谓电弧 炉炼钢，通常是指碱性电弧炉炼钢。

  补炉: 每次出钢后都适当进行补炉。补炉前须将 被补地方的残留钢、渣彻底扒净，紧接着进行高 温、快速、薄补的操作。一般常用的补炉材料有 镁砂、白云石等，粒度约为1～3mm，并常以焦油、 沥青、卤水等作粘结剂，用量约为10％。补炉完 毕立即进行装料。 对装料的要求是；速度快、炉料密实、布料合 理。所以强调快，是因为炉盖打开后，炉膛温度 从约1500℃迅速降到约800℃，散失的热量将由电 弧热来弥补，使电耗增加、冶炼时间延长。

  去气速度和去气量直接与脱[C]速度和脱LC]量 有关。悬浮在钢中的SiO2、TiO2、A12O3等细小固 体夹杂物，在氧化性的钢水中易形成FeO· 2、 SiO 2FeO· 2和2FeO· TiO A1O2等低熔点大颗粒夹杂物， 在沸腾的钢水中，夹杂物容易互相碰撞结合成更 大的夹杂物，并上浮至液面被炉渣吸收。CO气泡 在上浮过程中，其表面也会粘附一些氧化物夹杂， 在钢水沸腾时去除。氧化期因为强烈的沸腾，钢 水升温较快，电弧下的高温钢水能很快的被搅拌 到熔池底部，使温度均匀化，故氧化期熔池上部 与底部钢液的温差约5℃，而还原期因无沸腾搅拌， 上下温差达50～70℃。