0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
Cr
Ni
Cu
Pb
Sn
废钢 铁水 直接还原铁
⇾ DRI： Cu、Sn 平均在0.005%以下；
⇾ 铁水：02%、Sn 为0.005－0.01%；
⇾ 废钢：Cu平均含 量达0.35%以上， 是钢中残余有害金 属元素的最主要来 源。
石灰等材料的准备
造渣材料质量的优劣直接影响炼钢节奏； 带入电炉的无用东西越少越好； 根据经验：石灰应自给，质量稳定，特别是南方的 潮湿； 石灰的要求：CaO>90%，活性度>380ml，生 烧过烧率<6%，块度20-70mm。 白云石及碳粉等的要求。
当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残 留元素，主要是残留的Ni，Cr，Mo等合金元素 和Cu，Sn，Bi，Sd，Pb等有害元素。它们在电 炉炼钢过程中尚无有效方法去除，残留在钢材中 造成种种危害，并在废钢循环再利用过程中不断 积累。
目前采用的对策主要有：①加强废钢管理；②废 钢预加工；③冶炼过程配加其他铁源，稀释残留 元素的浓度。
项目 钢水 炉渣
炉气(尘)
铁损
总计
支出 质量kg
1000 118.6 125.1 8.80
1252.5
％ 79.84 9.47 9.99 0.70
100.00
耐火材料
对耐材的要求：
高耐火度、高荷重软化温度、良好的热稳定性、 抗渣性、高耐压强度、低导热性等。
炉盖：高铝砖为主。 炉壁：镁碳砖为主。 炉底：镁沙打结。
2 电炉炼钢的能量来源及热平衡
电能。 化学能。包括元素氧化及炉气燃烧带来 的化学热、输入燃料带来的外来化学热。 物理热。铁水或预热废钢带入的。
2.1 供电
电流从电厂沿架空高压线输入变电所的配电系统； 再沿高压电缆经配电装置输入电炉变压器。 电炉变压器将高压电转化成低压电流通向石墨电 极，在电极与炉料之间产生电弧。 分常规功率供电(RP，rule)、高功率供电(HP)、 超高功率供电，700KVA/t以上(Ultra High Power ,简称UHP)。 电污染、噪音。 直流供电：一根顶电极和一根底电极。
UHP1-EAFLFCC(S)BR 50MVA/30万吨/棒线材
二次冶金 水冷炉壁
DRI
低电压 大电流 更短弧
80年代 -700kVA/t
UHP2-EAFLFCCR 70MVA/50万吨/扁平材,管材
LF/EBT
泡沫渣
高电压 小电流
长弧
90年代 >800kVA/t
UHP3-EAFLFCCCR 100MVA/100万吨/纯净钢,热带
配碳的重要性
重要性：废钢铁氧化、氧化期去气(N、H)、 去夹杂； 最低配C计算：
配 C 量 %=0.50%( 熔 化 期 损 失 )+0.20.3%(氧化需要)+氧化终了碳含量。 装料原则：
大、中、小料配合； 重料在下、轻料在上； 大块在中、轻料在边。
4.3 废钢熔化阶段操作
熔化期是电炉工艺中能源消耗 的70－80％，冶炼时间的50-80% 电炉的节能降耗主要在熔化期。
Electric Arc Furnace Steelmaking Process
电炉炼钢工艺
朱荣
授课内容
1 电炉炼钢工艺的发展历程 2 电炉炼钢的能量来源及热
平衡
3 电炉炼钢原料及物料平衡 4 电炉冶炼工艺 5 电炉冶炼的主辅设备 6 电炉除尘及炉渣处理 7 电炉技术进步
1 电炉炼钢工艺的发展历程
优化的供电曲线
电 压 级 别 /电 流 级 别 V/A
28
24
21/6
21/6
20
5min
5min 19/6
18/6
5min
16 15/5
15/5
18/6 3min
15/5
4min 18/6 8min
2min
2min
2min
12
8
4
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
(一 次 料 ) (加 铁 水 )
Al Al2O3 30.995
8.61
Si SiO2 32.157
8.93
Mn MnO 6.992
1.94
Fe FeO 4.775
1.33
C
CO
9.159
2.54
C
CO2 32.761
9.10
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 1m3 的 氧 气 , 所 含 各 元 素 在 1600 ℃ 时 反 应 理 论 发 热 值 约 为 4kwh。
钢 380kWh/t(60%) 废气 140kWh/t(22%) 损失 10kWh/t(2%) 冷却 50kWh/t(8%) 渣 50kWh/t(8%)
现代电炉总能量(热)平衡(装铁水30-40%)
3 电炉炼钢的原料及耐材
传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺以冷废钢为主， 配加10－30％左右的生铁块；
其它金属料
冷生铁：配碳、稀释残留元素、渣量增加 直接还原铁：粒状直接还原铁（DRI）和块状热 压块（HBI） 铁水：配加10％的热铁水，带入的物理热约为 25kwh/t-steel，化学热约40-50kwh/t-steel， 铁水热装工艺。 碳化铁(Fe3C)：技术问题，不能大量生产。
原料中残余元素
1905年第一台5吨工业炼钢电炉建成 （德国人R.Linberg）
1936年德国制造了可炉盖旋转的炼钢电炉 1936年美国建成了当时最大的100吨炼钢电炉 1964年美国碳化物公司(W.E.Schwabe)和西北 钢铁线材公司(C.G.Robinson)提出电炉超高功率 概念(Ultra High Power简称UHP)，电炉工业 开始走向辉煌。开始与转炉竞争。 1990年后，电炉炼钢技术取得了重大进展。炼 钢技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。
供电水平带来的技术进步
年代 功率级别 -400kVA/t 60年代 -400kVA/tຫໍສະໝຸດ 流程变迁 变压器容量/产品
RP-EAFMC 30MVA/特殊钢,合金钢
技术指标进步
冶炼周期:180min 吨钢电耗:630kwh/t 电极消耗:6.5kg/t
相关/配 套技术
烧嘴
电气运行
高电压 大电流
短弧
70年代 -500kVA/t
化铁增加。 加矿石已很少采用
氧化期操作
熔清、取样分析(全分析)、加石灰、吹氧化渣、 流渣脱P、加石灰、测温,视钢中含碳量吹氧脱碳；
看P：取样分析、看渣子的颜色（黑亮P高、灰黑P低）、 看渣子的泡沫化； 看C ：取样分析、看火花、砂轮对比、副枪；
看温度：蓝白亮、浅蓝、深蓝、浅红、深红； 取样全分析、测温，静沸腾等待出钢；
减轻对电网干扰
无 功 功 率 静 消除或减弱电弧炉冶炼冶炼中电 降低闪烁和谐波
止 式 动 态 补 负荷造成的电压波动与谐波对电
偿
网的危害
冶炼过程计 按冶金模型、热模型进行最佳 合 理 电 气 工 作 点
算机自动化 配料、电热平衡、最佳控制功 动 态 选 择 、 保 证
控制
率等计算，实现控制、管理、 合 理 供 电 制 度 执
现代电弧炉炼钢使用的其它原料还有：除冷生铁 外，直接还原铁（DRI，HBI）、热铁水、碳化铁 等；
电弧炉炼钢的原料构成对其工艺、装备、指标等 有决定性影响；
不同原料结构下的生产过程是不可比的。或者说只有原 料结构相当的情况下才是可比较的。
废 钢 scrap
电炉炼钢废钢是基本原料，废钢原料需进行鉴别、 分类管理和打包、剪切等处理。
4 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、加炉外精炼； 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
4.1 补 炉
电炉补炉工作量是很大的，补炉的重点是： 渣线(渣的浸蚀)。 距电极近的地方(最容易跑钢的地方)，电弧的 辐射。 炉门两侧。 补炉方式：补炉用大铲或喷枪。
3.3 物理热
主要是电炉加铁水工艺的采用。 根据国内电炉的现状，提升电炉与转炉 的竞争力，节电及提高冶炼节奏。 电炉钢质量的要求。 废钢预热到600度以上。
电炉总能量(热) 平衡（全废钢）
总能量 630kWh/t=100%
电能 410kWh/t(65%)
烧嘴 40kWh/t(6%)
化学反应 180kWh/t(29%)
(二 次 料 )
(精 炼 )
供 电 时 间 min
4.4 电炉氧化期操作
氧化期的任务： 继续脱P、脱C 去气(N、H)、去夹杂 钢液升温
电炉熔氧期操作： 熔化废钢与氧化期脱碳结合，提前造渣脱磷。
元素氧化方式
铁矿石氧化： 吸热、有利于脱磷、增加金属量 FeO+C=Fe+CO
吹氧气氧化： 放热、对脱磷不利、但可部分脱硫，渣中氧
2.2 化学能
化学反应热在电炉能量输入中占 了相当大的比例，达到30％； 特别是电炉使用铁水后，化学热的比例达到40% 以上，这是现代电弧炉炼钢工艺的一个特点； 在变压器确定后，是电炉提高生产节奏及节能降耗 的重要手段。
在吹氧条件下，熔池中 各元素氧化 1kg时所产生的理论热值
元 产物
反应热
素
kJ/kg kwh/kg
传统工艺：扒除氧化渣，为还原期造渣做准备。