电弧炉炼钢【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。

表l2-1常见钢种的密度系数二、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％。

控制规格成分：C0．38％、Mn0．45％、Crl．55％、M00．20％、Al0．90％。

铬铁含铬量为65％，收得率为96％；锰铁含锰量为60％，收得率为98％；钼铁含钼量为70％，收得率为98％；铝锭含铝量为98％，收得率为75％。

C生为4．00％，C返为0．30％，C杂为0．10％，炉料综合收得率为96％，38CrMoAl的相对密度系数为0．9872，矿石的铁含量为60％。