电弧炉炼钢.ppt

,第三篇 电弧炉炼钢,主要内容,概述 电炉炼钢及其发展第十六章 电弧炉炉体构造与机电设备第十七章电弧炉原材料和冶炼工艺第十八章碱性电弧炉不氧化法和返回吹氧法第十九章电弧炉计算第二十章 电炉典型钢种冶炼第二十一章碱性电弧炉炼钢的技术经济指标第二十二章其他电冶金方法第二十三章炉外精炼,绪论：电弧炉炼钢及其发展,一、电弧炉 目前，世界上电炉钢产量的95%以上都是由电弧炉生产的，因此电炉炼钢主要指电弧炉。电炉炼钢是以废钢为主要原料，以三相交流电作电源，利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电弧的高温，来加热、熔化炉料。电弧炉是用来生产特殊钢和高合金钢的主要方法(现在也用来生产普通钢)。,二、电弧炉炼钢的特点1、温度高而且容易控制2、可以制造还原性气氛，有利于去硫和脱氧3、热效率高，可达65%以上4、冶炼设备简单，投资少缺陷：1、耗电量大 500700kwh/t2、成品钢中H、N含量偏高3、炭质电极可能使钢液增碳，给低碳钢冶炼带来困难,三、长流程与短流程长流程：铁矿石 高炉 铁水 转炉 钢水 浇注 钢坯 轧钢 钢材短流程：废钢等 电炉 钢水 浇注 轧钢 钢材废钢电炉炼钢流程，具有流程短，设备布置、工艺衔接紧凑，投入产出快。,四、电炉“短流程”的优势：充足的废钢资源能源优势流程优势环保意识可持续发展,1）投资比高炉转炉流程减少l2以上。如美国、日本等国的薄板坯电炉短流程，实际费用约为传统流程的l4 2)生产成本低，劳动生产率高。钢铁联合企业从铁焦烧开始到热轧板卷为止，吨钢能耗一般为23kJt，而以废钢为原料的电炉钢厂短流程工艺生产的产品能耗接近10kJt，能耗降低60左右。3)在世界每年废钢产量为3亿多吨的情况下，电炉短流程的发展对于促进环保，消化废钢，净化冶金工厂的环境起到了良好的推动作用。因此，发达国家把发展紧凑式电炉短流程作为重点。,五、电炉工艺流程图,第十六章 电弧炉炉体构造与机电设备第一节 电弧炉炉体构造,一.炉壳二.炉门三.炉盖圈四.电极密封圈五.出钢口与流钢槽,一.电弧炉炉型尺寸,1.熔池的形状与尺寸熔池是指电弧炉渣线以下部分的空间。池形状：圆台形、圆台加球缺形。主要尺寸：A.熔池直径：炉门坎水平面的直径，D。B.熔池深度：炉门坎水平面到炉底中心处的深度。H。一般推荐:DH4.55。,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：68。3.炉盖的形状和尺寸关键尺寸：拱高。,第二节.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。,2.炉壁结构由外向内第一层以石棉板作绝热层，第二层用硅藻土或粘土砖立砌作保温层，第三层用沥青镁砂砖环砌作工作层。3.水冷挂渣炉壁可装置在渣线以上炉壁热点区和易损区局部使用；也可在渣线以上做成全水冷挂渣炉壁。4.炉盖结构：一般用一、二级高铝砖或铝镁砖砌筑。5.水冷炉盖,第三节 电弧炉的机械设备,第四节电弧炉的电气特性和电气设备,一、电弧特性1.电弧基础 电弧炉热源电弧：决定炉内热工状况和设备的电器特性。2.电弧是一种气体放电现象。在两电极间加上一定的电压，就能自行放电。放电时两电极间的气体被电离，出现大量带电质点自由电子和正离子。,3.交流电弧的不连续性4.炼钢炉中电弧 在熔化期，电弧长度较小（1020mm），电弧不断地从一块炉料跳向另一块炉料，因而电弧电压和电流的波形无规则地剧烈变动。当有炉渣形成后，电弧增长并变得稳定些，电弧被炉渣包围的部分越大时，电弧电压和电流的波形越接近于正弦形。实际炼钢炉中电弧的阴极和阳极轮流位于石墨和金属上。在三相炼钢电弧炉中，每相电弧受到其它两相电弧所建立磁场的作用，于是被地磁力移至电极端靠近炉衬的外侧电弧外吹。电极末端形状也随之改变。,二、电弧炉电气设备,1.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。2.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。3.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。,4.隔离开关作用：电炉设备检修时断开高压电源，或进行切换操作。结构：三相刀闸开关。特点：无灭弧装置，必须在无负载时接通或切断电路。开关操作顺序：送电时先合上隔离开关，后合上高压断路器；停电时先断开高压断路器，后断开隔离开关。操作机构：手动、电动、气动三种。,5.高压断路器作用：是电弧炉的操作开关，用以切断电炉变压器的空载电流、工作电流和炉中发生短路时的工作短路电流。工作特点：操作次数频繁，要求操作断路器能经受5000次操作而无需维修。种类：高压油开关、电磁式空气断路器、真空断路器。6.电抗器作用：串连在变压器的高压侧，增加电路的电抗，限制短路电流和稳定电弧。,7.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。8.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。,作业,1、常用的冶金电炉有哪些？2、电弧炉炼钢的特点是什么？3、氧化期常用的氧化剂有哪些？、什么是氧化法冶炼？不氧化法冶炼？返回吹氧法冶炼?5、电弧炉炉衬有哪几部分组成？6、什么是电弧炉的主电路？7、电弧炉的主电路有哪几部分组成？,8.碱性电弧炉使用的耐火材料、粘结剂有何不同？9.为什么炉墙上下有一定斜度？10.出钢口侧炉坡角度为什么要小于35度？11.炉壳钢板上为什么要钻许多小孔？,8.碱性电弧炉使用的耐火材料、粘结剂有何不同？,8.答：碱性电弧炉炉衬主要有两种：沥青镁砂炉衬和卤水镁砂炉衬。这两种炉衬的耐火材料都是镁砂，但粘结剂不同，前者是沥青（有时也配加一定量的焦油）作粘结剂，后者用卤水（MgCl2的水溶液，密度1.3克/厘米3）作粘结剂。,9.为什么炉墙上下有一定斜度？,答：一般炉墙下部较厚，上部较薄，与垂直的倾角为10-12度。这一方面提高炉墙的稳定性，另一方面由于炉墙各方面侵蚀不均匀，以渣线部位最甚，上部较好，因此把位于渣线部位的下部炉墙加厚，以使整个炉墙各部分的寿命趋于均匀。,10.出钢口侧炉坡角度为什么要小于35度？,答：一般电炉出钢时，炉子倾动角度为40度左右，若出钢口侧炉坡角大于35度，则炉内钢水就可能倒不干净，而留下一部分钢水在炉内，这就减少了钢产量，使浇注时不宜估计钢水量，也影响炉底寿命，还影响下一炉的冶炼操作，尤其在冶炼高合金钢时，给成分控制带来一定困难。,11.炉壳钢板上为什么要钻许多小孔？,答：炉壳上的小孔便于烘炉和炼钢时排出炉衬中气体和水分，防止钢液吸收和炉衬迸裂。,填空题,1.单渣法：在冶炼过程中只造一遍渣，吹炼过程中不倒渣，不扒渣，一直到吹炼出钢的操作。2.炼钢用耐火材料按化学性质可分为：碱性耐火材料、酸性耐火材料和中性耐火材料。3.现广泛采用的短流程炼钢生产线是指 超高功率电炉、炉外精炼、连铸。4.电弧炉炼钢的特点：温度高易控制、能控制各阶段气氛、设备简单、工艺流程短、投产快。5.碱性电弧炉炼钢方法分为 氧化法、不氧化法 和 返回吹氧法 三种。6.电极夹持器的作用 向电极导电 和 固定电极。7.炉体倾动机构可分为 底倾 和 侧倾。8.化学侵蚀是炼钢 炉衬 损坏的主要原因。,9.返回吹氧法一般适用于 不锈钢 和高速工具钢等。10.顶装料可据炉盖开启方法不同分为 炉盖旋转式、炉体开出式、炉盖开出式。11.电炉电气设备由 主电路 和 电极自动调节系统 两部分组成。12.主电路中串联电抗器的作用是 稳定电弧、限制短路电流。13.电炉炼钢用氧化剂有 铁矿石、氧化铁皮、氧气。,选择题,1、碱性耐火材料的主要成分是（B）。A、MgO和SiO2 B、CaO 和MgO C、SiO2和Al2O32电弧炉根据炉衬的性质不同可分为 C。A.沥青炉、卤水炉 B.美砂白萤石炉 C.碱性炉、酸性炉,名词解释：短网：指包括变压器二次侧的硬母线、软母线、水冷导电管以及电极夹持器的这一段传导低压大电流的导体。,判断题1.氧气是电弧炉炼钢的重要氧化剂。（对）,第十七章电弧炉原材料和冶炼工艺第一节 电弧炉炼钢用原材料,电弧炉炼钢的主要原材料有废钢铁、返回钢、铁合金、造渣材料、氧化剂和增碳剂等。一、废钢铁A、普通废钢来源广泛，成分和规格较复杂。B、返回废钢 来自钢铁厂的冶炼和加工车间。,C、对废钢的要求 废钢表面清洁少锈。废钢中不得混有铜、铅、锌、锡、锑、砷等有色金属。废钢中不得混有爆炸物、易燃物、封闭器皿和毒品。废钢要有明确的化学成分。废钢要有合适的块度和外形尺寸。,二、生铁,在电炉炼钢中使用，其主要目的在于提高炉料或钢中的碳含量，并解决废钢或重料来源不足的困难。由于生铁中含碳及杂质较高，因此电炉钢炉料中生铁配比通常为10%-25%，最高不超过30%。电炉炼钢对生铁的质量要求较高，一般S、P含量要低，Mn不能高于2.5%，Si不能高于1.2%。,二、生铁,电炉炼钢用的生铁的种类 配料生铁、增碳生铁。用于还原期增碳的生铁必须选用无锈及S、P含量均小于0.05的优质生铁。炼钢生铁的碳含量不小于2.75，一般在34之间。,三、铁合金,1.铁合金的作用 脱氧及合金化。2.炼钢常用的铁合金种类 硅铁、硅铁粉、锰铁、锰硅合金、硅钙合金、硅钙粉、硅锆合金、硅铬合金、铬铁、钨铁、钼铁、钒铁、钛铁、铌铁、硼铁、磷铁、镍、钴、铝、铝粉、铜、稀土合金。,电炉使用的铁合金有以下几点要求：A.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。B.块度大小应适当，难熔化的块度要小些，易熔的可大些。C.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。D.在许可范围内尽量先使用高碳铁合金，然后中、低碳铁合金。E.不易氧化且难熔化的铁合金在使用前应加热。F.电炉中加Al时常将其化成铝饼，用铁杆穿入插入钢液。G.烘烤温度：锰铁、铬铁、硅铁应800，烘烤时间应2小时；钛铁、钒铁、钨铁加热近200，时间大于1小时。,1、锰铁FeMn,锰铁是炼钢生产中用的最多的一种脱氧剂和合金化材料。根据含碳量不同分为：微碳锰铁（适用于低碳合金结构钢，尤其适用于高质量的品种钢）、低碳锰铁（生产不锈钢、高温耐热钢、结构钢、工具钢等特种钢和电焊条的主要原料）、中碳锰铁、高碳锰铁。含碳量越低成本越高,故在冶炼一般钢种时应尽量使用高碳锰铁。,2、硅铁（FeSi）,硅铁是炼钢中常用的脱氧剂和合金化材料。硅铁呈块状，它有三个品种硅75、硅90，硅45,3.铬铁,微碳铬铁金属铬其他铬铁,4.钨铁,钨铁,5.钼铁,钼铁,6.钒铁,钒铁,7.钛铁,钛铁,8.镍,镍,9.铌铁,铌铁,10.硼铁,硼铁,11.磷铁,磷铁,12.钴,钴,13.铝,铝,14.,15.其它合金,硅锰合金、硅钙合金、硅铬合金、稀土,五、造渣材料和氧化剂,1、造渣材料1）石灰 Ca0含量高，Si02和S含量尽可能低。Si02消耗石灰中的Ca0，降低石灰的有效Ca0含量；S能进入钢中，增加炼钢脱硫负担。CaO85，SiO22，S0.5，宜采用活性石灰。2）萤石 主要成分为CaF2，CaF28595，应在100200的低温干燥后使用。3）粘土砖块SiO260，Al2O335，改善炉渣流动性。,2、氧化剂1）铁矿石铁矿石存在形式是Fe203、Fe304和Fe0，其含氧量分别为30.06、27.64和22.28。要求铁矿石的含铁量高，比重大，杂质要少，在800以上的高温下烘烤4h后使用。铁矿石是电炉炼钢的主要氧化剂，能创造高氧化性的熔渣，从而有利于脱磷。铁矿石在熔化、分解过程中要吸热，起冷却剂的作用。在氧化过程中，有利于各种放热反应的顺利进行，分解出来的铁可以增加金属收得率。,2）氧化铁皮是钢锭(坯)加热和轧制中产生的，又称铁鳞。铁含量高、杂质少，密度小、不易下沉。利用它主要用来调整炉渣的化学成份、提高炉渣的Fe0含量、降低熔渣的熔点、改善炉渣的流动性。在炉渣碱度合适情况下，采用氧化铁皮能提高去磷数果。氧化铁皮还有冷却作用。炼钢用氧化铁皮的要求：化学成分符合标准，不含油污和水分，使用前需在大于500的温度下烘烤4h，保持干燥。3）氧气 是最主要的氧化剂。要求含O299，水分3gm3，熔化期氧压为0.30.7MPa，氧化期氧压为0.71.2MPa。,六、增碳剂,电炉常用的增碳剂有：电极块、焦炭粉和生铁。1.电极块碳含量较高、硫含量和灰分较低。用于钢液的增碳时收得率比较稳定。是一种比较理想的增碳剂。2.焦炭粉价格低廉，是最常见的增碳剂。灰分和硫含量较高，增碳作用不如电极粉好。3.生铁要求：表面清洁、无锈，且硫、碳含量低，使用前应进行烘烤。加入量过大会使钢中夹杂物含量增加而不利于提高钢的质量。利用生铁增碳时，碳在钢液中的收得率为100。,第二节 补炉,一.炉衬及补炉1.炉衬炉衬指炉壁、炉底和炉顶。寿命最低的是炉壁，它的工作条件最差，距电弧近，温度高，又受炉渣的严重侵蚀。炉衬损坏对冶炼操作的影响A.炉龄后期渣线处侵蚀严重时，易造成跑钢事故，最易从二号电极对应的炉壁跑钢，烧坏设备。,B.内衬侵蚀严重时由于炉壁薄而热损失大，升温困难，不易控制钢液的温度。C.炉衬严重损坏或补炉镁砂未烧结而往渣中上浮时，渣中MgO颗粒大量增加，渣的流动性变坏，延缓渣钢间的化学反应，钢中夹杂物增加，钢质量严重降低。D.炉底有深坑时成分不易稳定，如冶炼含钨的钢加FeW时易于沉入坑底，造成W含量偏低。E.炉顶温度过高时（由于炉渣太稀反射热量大或供电功率太大辐射到炉顶的热量增加），会产生淌炉顶的现象，炉顶表面粘附着氧化渣，熔化滴落后增加了渣中（FeO），影响还原期炉渣的碱度和脱氧、脱硫能力。,影响炉衬寿命的因素A.炉渣对炉衬的侵蚀炉渣在冶炼各期均侵蚀炉衬，形成“渣线”带，侵蚀的程度视炉渣的碱度和流动性而定。B.冶炼温度对炉衬寿命的影响炉衬温度太高也是降低炉衬寿命的主要原因之一，应该有一合理的供电制度。C.装料不当损坏炉衬。,2.补炉 补炉材料镁砂或熟白云石，用沥青或卤水作粘结剂。补炉的原则高温、快补、薄补；先外后里；先坏后（3）补炉方法人工补炉；机械补炉。,第三节 装料,装料操作是电炉冶炼过程中重要的一环，它对炉料的熔化、合金元素的烧损以及炉衬的使用寿命等都有很大的影响。二、对装料的要求为了缩短时间，保证合金元素的收得率，降低电耗和提高炉衬的使用寿命，装料时要求做到：准确无误、快速入炉、装得致密、布料合理。,操作时应注意以下几点：1.防止错装。首先要严格按配料单进行装料，严禁装错炉料；其次是要认真检查，防止吊错料筐。2.快速装料。刚出完钢时，炉膛温度高达1500以上，但此时散热很快，几分钟内便可降到800以下。因此应预先做好装料前的准备工作，进行必要的补炉之后快速将炉料装入炉内，以便充分利用炉内的余热。,操作时应注意以下几点：,3合理布料。合理布料包括以下两方面的含义：首先，各种炉料的搭配要合理。装入炉内的炉料要足够密实，以保证一次装完；同时，增加炉料的导电性，以加速熔化。根据生产经验，合理的配比是小料占l520，中料占4050，大料占40。其次，各种炉料的分布要合理。4保护炉衬。装料时，还应尽量减轻炉料对炉衬的损害。为此，装料前，在炉底上先铺一层为炉料重量l.52.0的石灰，以缓解炉料的冲击；同时，炉底铺石灰还可以提前造渣，有利于早期去磷、加速升温和钢液的吸气等。卸料时，料筐的底部与炉底的距离在满足操作的条件下尽量小些，一般为200300mm左右。,第四节 熔化期,一.熔化期的主要任务1.迅速将固体炉料熔化成为均匀的钢液。2.尽早造好熔渣以利去P，并减少和防止钢液吸气和金属的挥发和氧化损失。3.准确控制熔毕结束时钢液的化学成分（特别是熔毕碳）。传统的电炉炼钢熔化期约占全炉冶炼时间的一半，电能消耗占总电耗的5060。因此，快速化料，缩短冶炼时间，对改善电炉炼钢的技术经济指标具有很大的实际意义。,二.炉料的熔化过程 从通电起弧至电极开始插入炉内称为起弧.1.第一阶段：起弧阶段。送电后，电极下降，当电极端部距炉料有一定的距离时，由于强大电流的作用，中间的空气被电离成离子，并放出大量的电子而形成导电的电弧，随之产生大量的光和热。起弧阶段的时间较短，约为510min，但常出现瞬时短路电流，所以电流一般不稳定并造成了对电网的冲击。,2.第二阶段：穿井阶段。起弧后，在电弧的作用下，电极下的炉料首先熔化，随着炉料的熔化，电极逐渐下降并到达它的最低位置，这就是穿井阶段。在炉料中形成三个比电极直径大2030的深坑，称为电极“穿井”。在穿井阶段，电极下熔化的金属液滴顺着料块间隙向下流动，开始时炉温较低，液滴边流动边凝结在冷料上，当炉温升高后，熔化的液滴便落在炉底上积存下来形成熔池并逐渐扩大。,3.第三阶段：电极回升阶段。这个阶段主要是熔化电极周围的炉料，并逐渐向外扩大。随着熔化继续的进行，中央部分的炉料跟着熔化，电极也相应向上抬起，这就是电极回升阶段。在电极回升过程中，周围炉料被熔化。当炉内只剩下炉坡、渣线和其他低温区附近的炉料时，该阶段即告结束。,4.第四阶段：熔化低温区炉料阶段。主要任务是熔化靠近炉坡、出钢口及炉门两侧等低温区的炉料。三相电弧近似于点热源，各相的热辐射不均匀，所以炉内的温度分布也不均匀。一般情况，在电极下边和电极热点区的炉料熔化较快，而炉门、出钢口两侧的炉料熔化较慢，第四阶段主要是熔化这些部位的炉料。炉料全熔后，将金属加热到开始氧化精炼所需的温度。在整个熔化过程中，穿井和回升阶段占全部熔化时间的7080，是缩短熔化时间、降低熔化电耗的重点阶段。,三.熔化过程的主要物化反应 炉料熔化的同时，熔池中也发生各种各样的物化反应，主要有元素的挥发、氧化和钢液的吸气。1.元素的挥发炉料熔化的同时，伴随着元素的部分挥发。挥发有直接挥发和间接挥发两种形式。直接挥发是因温度超过元素的沸点而产生的。电弧的温度高达30006000，而最难熔元素W的沸点也仅为5900，至于低沸点的Zn、Pb等就更容易挥发了。间接挥发是通过元素的氧化物进行的，即先形成氧化物，然后氧化物在高温下挥发逸出。特征：红色烟雾（Fe2O3挥发）。,2.元素的氧化 炉料熔化时，除产生元素的挥发外，还存在着元素的氧化。这是因炉中存在着氧的来源：一是炉料的表面铁锈；二是炉气；三是为了脱磷而加入的矿石或为了助熔而引入的氧等。在炉料熔化过程中，元素氧化损失量与元素的特性、含量、冶炼方法、炉料表面质量及吹氧强度(压力、流量、时间)等因素有关。Fe、C、Mn的氧化损失量在氧化法和返吹法中基本相似。在一般情况下，Al、Ti、Si元素在氧化法中几乎全部氧化掉，P只能大部分氧化，但这些元素在返吹法中，因不使用矿石助熔，氧化损失略少些，而在不氧化法中为最少。废钢质量越差，熔化时间越长，吹氧强度越大，铁的氧化损失也越大。碳的氧化损失量一般为0.60，但不用氧时碳的损失不太大。而用氧时，碳的变化与钢液中的碳含量、吹氧强度有关。Si:绝大部分被氧化掉。Mn：部分氧化。S：氧化不明显。P：氧化量4050，取决于熔化期炉渣成分、温度。Fe：氧化35。C：氧化1030,3.钢液的吸气 在一般情况下，气体在钢液中的溶解度随温度的升高而增加，被高温电弧分解出的氢和氮会因温度的升高直接或通过渣层溶解于钢液中。在熔化期，钢液具有较好的吸气条件，这是因为除大气外，炉料中还含有一定的水分。而且熔化初期的钢液液滴向下移动时是裸露的，而初期的熔池有时又无熔渣覆盖，液滴直接与炉气接触。防止吸气的措施：A.尽量造好熔化渣，以覆盖钢液面。B.及时做好吹氧助熔工作，借助碳氧反应使钢液沸腾，有利于快速降低钢液中的气体含量。,四.熔化期的造渣及去磷1.熔化期炉渣的来源 炉料带入的泥沙和耐火材料。炉料中Si、Mn、Al、P、Fe等氧化生成的氧化物。向熔池加入的石灰。2.熔化期脱磷 创造去磷的热力学条件：A.碱度：2.02.5。B.（FeO）：1520。C.温度：15001540D.渣量：35。创造去磷的动力学条件：熔化中后期吹氧助熔，使熔池沸腾。,五.熔化期工艺操作送电后应紧闭炉门，堵好出钢口，扣严炉盖与炉壁的接合处及加料孔等，以防冷空气进入炉内。在起弧阶段结束后，还要调放电极长度，使一次穿井成功并能保证全炉冶炼的需要。在炉料熔化过程中，还应适时地进行吹氧助熔，及早造渣与脱磷等操作。熔化末期如果发现全熔碳不能满足工艺要求，一般应先进行增碳操作。熔化渣的渣量一般为料重的35。炉料全熔并经搅拌后，取全分析样，然后扒除部分熔化渣，补造新渣。如果认为脱磷困难或发现熔渣中含有大量的Mg0，也可进行全扒渣，重新造渣。当熔池温度升到符合工艺要求时，方可转入下一阶段的冶炼。,六.加速炉料熔化的措施,1.提高变压器输出功率。采用强制循环油冷却的方法，以及双水内冷变压器，降低变压器油温度，提高其过负载的能力。2.缩短短网长度，有效地减少线路上的电能消耗，提高电效率。3.随着输出电流的增大改用大直径和高导电能力的电极。4.利用吹氧的化学反应热加速熔化炉料，熔化到炉料的1312时传氧助熔。5.采用炉料预热的方法（应考虑到炉前操作的方便）。6.提高电极自动调节器的灵敏度，提高电极的升降速度，减少跳闸次数。7.减少热损失，缩短装料时间，及时关闭炉门，提高冷却水的出水温度到3040，注意密封圈的密闭性等。,1.熔化期的任务是什么？2.炉料的熔化过程是怎样的?3.影响炉料熔化的因素有哪些?电炉炼钢的能源主要是把电能转换成热能，目前发展趋势之一是加大电炉输入功率，从而有利于炉料的熔化，因此一些高功率、超高功率电炉相继投入生产。其次是利用外界辅助热源，如炉料预热、氧气及氧燃烧嘴等助熔。熔化期的长短不仅与热源有直接关系，而且还取决于电力使用制度、装料方法、布料情况、炉料的化学成分、冶炼工艺、造渣制度及炉体的设计参数等。4.熔化期应怎样操作?,第五节 氧化期,氧化期通常是指从炉料熔清、取样分析到扒完氧化渣这一阶段。一.氧化期的任务1.去除钢液中的磷到规定的限度 在氧化末期扒除氧化渣时，钢液中的磷含量低于钢种成分规定的含量。2.去除钢液中的气体（氢、氮）在氧化末期把溶解在钢液中的氢降到2.54ml100g，氮降低到0.0040.006范围。3.去除钢液中的氧化物夹杂4.加热并均匀钢液温度，使之满足工艺要求，一般是达到或高于出钢温度，为钢液的精炼创造条件。,氧化期钢液中氧化物夹杂来源：A.在熔化和氧化过程中，炉料中的Mn、Si、Al、Cr、Ti、V等被氧化生成的非金属夹杂物。B.炉料耐火材料因侵蚀而到钢液中的氧化物夹杂，补炉材料MgO等。C.炉料中含有和夹带的SiO2、Al2O3等杂质。氧化期钢液沸腾时大部分夹杂物被炉渣吸收，在氧化期可去除7590，很小一部分留到还原期继续脱除。,升高钢液温度在氧化末期把钢液温度升高到高于出钢温度1020，原因是：A.还原期一开始就需要高的温度才能更快地造还原渣，更好地完成还原期的任务。B.氧化期炉渣因沸腾起泡有包住电弧的趋势，所以钢液的升温快，温度很均匀，炉衬所受辐射热减少，而还原期升温会降低炉龄增加热损失。5.调整钢液的碳含量 在氧化期去除多余的碳含量，目的是脱碳使钢液沸腾。在氧化末期扒除氧化渣之前，钢液含碳量加上还原期加入铁合金时增加的碳含量和还原期用碳粉还原炉渣时以及电极使钢液增加的碳，总和应达到钢种成分规定的中限为宜。,2.去气和脱碳的关系脱碳时在炉底产生的CO气泡和钢液接触，此时溶解在钢液中的氢和氮向CO气泡扩散，并生成分子的H2和N2，随气泡上浮泄于炉气中，其反应式如下：2HH2 2NN2由于CO气泡中不含H2和N2，所以上述二反应右边的压力等于零，反应向右自动进行。当钢液吹氧时气泡中的气氛是氧化性的，气泡中的H2以H2O形式存在，其反应对脱氢有利：去气速度和去气量直接和脱碳速度、脱碳量有关。一般在氧化期都是去气过程，氧化末期脱碳速度减小，脱气速度变慢。由于氮在钢液中的扩散速度小于氢，其去除效果略差于氢。,3.去除钢液中氧化物夹杂和脱碳的关系 在沸腾的钢液中容易使夹杂物相互碰撞结合成更大的夹杂物，上浮到渣面被炉渣吸收。CO气泡在上浮过程中其表面也会粘附一些氧化物夹杂，在钢液沸腾时上浮去除。,4.钢液升温和脱碳的关系脱碳沸腾为加热钢液创造了良好的条件。氧化期钢液升温比还原期容易，这是因为：有强烈的沸腾，能迅速将电弧下高温钢液搅拌到熔池底部，使温度均匀。氧化期钢液上部和炉底的温差约5，而还原期为5070。氧化期钢液沸腾时炉渣呈泡沫状，炉渣有包围电弧的趋势，因此炉渣吸收电弧的热能比静止的渣面多。即使供给较大的功率，炉衬吸收电弧的热量也不大，这有利于快速加热钢液。,1矿石氧化法 矿石氧化法属于间接方式的供氧，它主要是利用铁矿石或其他金属化矿石中的氧通过扩散转移来实现钢液中的C、Si、Mn等元素及其他杂质的氧化。该法的特点是渣中(FeO)浓度高，脱磷效果好，熔渣的流动性较好。,2氧气氧化法氧气氧化法又称纯氧氧化法。它主要是利用氧气和钢中的C、Si、Mn等元素及其他杂质的直接作用来完成钢液的氧化。除此之外，吹氧后，熔池中还发生下述反应：O2+2Fe=2FeO FeO=(FeO)氧气氧化和矿石氧化存在着本质的不同。氧气氧化时，由于纯氧对钢液的直接作用，各元素氧化的动力学条件好，在供氧强度较高的情况下，更有利于低碳钢或超低碳钢的冶炼。氧气氧化属于放热反应，进而也有利于提高和均匀熔池温度而减少电能消耗。但由于(FeO)含量不高，因此脱磷效果差，熔渣的流动性也差。,3矿、氧综合氧化法在电炉钢生产过程中，矿石氧化和氧气氧化经常交替穿插或同时并用，这就是所谓的矿、氧综合氧化。其特点是脱碳、升温速度快，既不影响钢液的脱磷，又能显著缩短冶炼时间。但该法如不熟练，难以准确地控制终脱碳。,三.氧化期的主要物化反应1.钢液的脱碳（1）钢液的加矿脱碳 由于矿石的熔化与分解及Fe0的扩散转移均吸热，所以脱碳反应的总过程是吸热。钢液的加矿脱碳开始时必须要有足够高的温度，一般应大于1530。为了避免熔池急剧降温，矿石应分批加入，每批的加入量约为钢液重量的1.0l.5，而在前一批矿石反应开始减弱时，再加下一批矿石，间隔时间为57min。熔池的均匀激烈沸腾主要通过对矿石的加入速度和保持合适的间隔时间来控制，当熔池温度较高时，矿石的加入速度也不能太快，如在炉门及电极孔冒出猛烈的火焰，则应停止加矿，以避免发生喷溅或跑钢事故。,钢液的加矿脱碳原则上是在高温、薄渣下进行。脱碳初期，流动性良好的熔渣在C0气泡的作用下呈泡沫状，并经炉门能自动流出，如不能流出应进行调整，否则以后也难以作到高温、薄渣脱碳。为了加速矿石的熔化与分解，且又不过多地降低熔池温度，当条件允许时，矿石应预先在大于800的高温下烘烤4h后使用。矿石的加入量由脱碳量决定，理论计算及经验告诉我们，每氧化C 0.01，每吨钢液约用矿石lkg。,(2)钢液的吹氧脱碳 钢液的吹氧脱碳有碳的直接氧化和碳的间接氧化两种情况。吹入钢液中的氧直接与钢液中的碳发生反应属于碳的直接氧化，而吹入钢液中的氧先与钢液中的铁反应，然后生成的Fe0再与钢液中的碳进行反应，属于碳的间接氧化。吹入钢液中的高压氧气流以大量弥散的气泡形式在钢液中捕捉气泡周围的碳，并在气泡表面进行反应。与此同时，氧气泡周围形成的FeO与钢液中的碳作用，反应产物也进入气泡中。而Fe0的出现与扩散，又提高了钢液中的氧含量，因此碳的氧化不仅可以在直接吹氧的地方进行，而且也能在熔池中的其他部位进行。吹氧脱碳最大的特点是脱碳速度快，一般约为(0.030.05)min，而且钢液温度越高、供氧量越大、钢中的碳含量越高，脱碳速度越快。,当钢液中的碳含量降低到0.10以下时，钢液中所需与碳平衡的氧量将急剧上升，而与钢液中碳平衡所需渣中的氧量也是上升的，这时要保持脱碳速度，就必须增加供氧量，加矿脱碳受到炉温下降的影响，一次不能加得太多，且渣中(FeO)向钢中的扩散转移又是限制环节，而吹氧脱碳不受这种限制，因此当钢液中的碳含量降到0.10以下时，吹氧脱碳优于加矿脱碳，且两者的速度也有显著的差别。生产实践也证明，在冶炼低碳或超低碳钢时，吹氧容易把碳很快降到很低，而且合金元素的氧化损失比矿石氧化要少，这使得利用返吹法冶炼高合金钢并回收炉料中的贵重合金元素成为可能。,(3)钢液的矿、氧综合脱碳 矿、氧综合脱碳加大了向熔池供氧的速度，扩大了矿氧反应区，同时也减少了钢中氧向渣中的转移，又由于氧气流的搅动作用，使FeO的扩散速度加快，所以这种脱碳方法能使钢液的脱碳速度成倍的高于单独加矿或吹氧的脱碳速度。在操作过程中，矿石的加入是分批进行，且先多后少，最后全用氧气。吹氧停止后，再进行清洁沸腾或保持锰等操作。,2.钢液的脱磷 脱磷的条件在氧化期造较高碱度的强氧化性炉渣，流动性良好，并控制冶炼温度较低，氧化前期采用自动流渣和扒渣换新渣操作，钢液中的磷能迅速降低。脱磷反应碱性氧化渣的脱磷反应是钢渣界面反应，其反应式为：2P+5(FeO)4(CaO)5Fe+(4CaOP2O5)H45217 Jmol,A.因为是放热反应，所以在高温下不易进行，即低温下钢渣间的脱磷反应达到平衡时，在氧化后期温度升高后钢液中的磷反而增加。在生产过程中不注意扒渣或自动流渣操作，易产生回磷现象。B.脱磷反应中炉渣中（FeO）和（CaO）是脱磷的重要条件，增加渣中(FeO）和（CaO）含量能加速脱磷。在氧化过程中经常不断地加入石灰和铁矿石，以弥补脱碳过程中氧的消耗，保证钢液和炉渣有足够的氧化能力，所以渣中（FeO）含量始终保持较高的水平。,C.渣量对去P有很大的作用：在脱磷的条件下，渣量越大去P越多（但要考虑到操作条件、原材料消耗、电耗和冶炼时间，渣量不能过大。）。钢液中最终P=P0钢液中原始P含量。QS渣量。取LP=55.5D.氧化期熔池沸腾时钢渣界面积增大，提高了钢渣界面的反应通量，加速脱磷反应。,四氧化期的炉渣和温度控制,1.氧化期对炉渣的控制 对氧化期炉渣的要求 具有足够的氧化性、合适的碱度与渣量、良好的流动性，以保证能顺利完成氧化期的任务。氧化过程的造渣应兼顾去P和脱C的特点。共性：炉渣的流动性良好，有较高的氧化能力。异性：去P要求渣量大，不断流渣和造新渣。碱度以2.53.5为宜 脱碳要求渣层薄，便于CO气泡穿过渣层逸出。碱度为2左右。,氧化期渣量据脱P任务确定，并考虑稳定电弧燃烧，一般35%。调整好炉渣流动性。适当的熔池沸腾和泡沫渣 氧化末期炉渣成分：CaO：4050%；MnO：510%SiO：1020%；Al2O3：24%；FeO：1225%；P2O5：0.52.0%。MgO：410%；,2.氧化期钢液温度的控制 氧化结束时的温度一般控制在钢的熔点（14701520）以上110130。电炉出钢温度应高出钢种熔点90110，即氧化末期出渣温度一般应高于该钢种出钢温度1020。氧化期总的来说是一个升温过程。升温速度的快慢应根据脱C、去P两个反应的特点适当控制。氧化前期主要任务是去P，温度应稍低些；氧化后期主要任务是脱C，温度应偏高些。因此，在升温的控制上，要前期慢，后期快，使熔池温度逐渐升高。,钢液的升温由于脱磷，熔化末期至氧化前期，钢液的温度多是中等偏低的。但为了保证熔池的激烈沸腾，脱碳反应在高温下进行，矿石的熔化也需要消耗一定是热量，随着碳含量的降低而钢的熔点提高，要求氧化期的钢液必须不断地进行升温。此外，氧化期钢液的升温也为还原期造渣、脱氧、脱硫及合金化等创造了有利条件。从熔体的加热条件上分析，氧化期钢液的升温比还原期有利，这是因为激烈的碳氧反应引起的沸腾火舌加速了热量的传递，可在短时间内迅速提高钢液温度以及使钢液温度变得更加均匀。而还原期的熔池比较平静，钢液中因合金元素与脱氧剂的引入，粘度增加，不利于分子的热振动或自由电子的穿过。另外，还原性钢液和氧化性钢液及还原渣和氧化渣的热导率不一样。在还原性钢液中，合金元素和杂质的总含量比氧化性钢液中的高，在其他条件相同的情况下，还原性钢液的热导率不如氧化性钢液的高。,钢液在还原后期的升温俗称后升温。由于熔体的导热性能不好，后升温的速度极为缓慢且熔池中温度分布也不均匀，既延长了还原时间，又往往造成脱氧效果差，进而使钢中气体和夹杂物含量增加，也降低炉衬的使用寿命。既不利于操作，又影响钢的质量。因此，在冶炼过程中要求氧化末期钢液的温度要高于或至少应等于出钢温度。然而，钢液的升温又不能无止境的过高，因过高的冶炼温度不仅浪费大量的原材料与电能，而且侵蚀炉衬严重，对于容量大的电炉炉台，由于热焓高，降温困难，易出现高温钢或影响还原操作及钢的浇注。,5.增碳 增碳多是脱碳量不足或终脱碳过低所致，它是一种不正常的操作。因为增碳过程易使钢中气体和夹杂含量增加，既浪费原材料，又延长冶炼时间，所以应尽量避免。常见的增碳方法有四种：(1)补加生铁增碳。(2)停电下电极增碳，但增加电极消耗，一般不提倡。(3)扒渣增碳。该法虽然收得率不够准确，但经济方便，因而比较多见。(4)喷粉增碳。该法操作迅速、简便，且准确而又不降低熔池温度，所以是目前最理想的增碳方法。增碳应考虑加入铁含量带入的碳量以及还原工艺的增碳量(如电石渣)。常用的增碳剂除生铁外，还有电极粉或焦炭粉等，它们的收得率不仅与增碳剂的质量和增碳数量及增碳方法有关，而且与所炼钢种、冶炼方法、钢液温度和炉龄情况有关。,五.氧化期工艺操作 分类：矿石氧化法；吹氧氧化法；综合氧化法。采用矿石和氧气氧化钢液，先用矿石 将P降到一定的数值后，再用氧气快速脱C。1.矿石氧化法操作 工艺流程：熔化提温流渣造渣加矿（分23批加入，加矿数量占金属料重的34%）扒去1312的氧化渣C0.2%，加M0.2%左右清洁（纯）沸腾10min扒除氧化渣。,2.综合氧化法操作 氧化期脱P和脱C的操作原则：在氧化顺序上：先P后C；在温度控制上，先低温后高温；在造渣上，先大渣量去P，后薄渣层脱C；在供氧上，先矿后氧。操作要点A.当炉料熔清后，充分搅拌熔池，取样分析C、Mn、P、S、Ni、Cr、Cu等元素含量，在P0.03%时，可向炉渣加入氧化铁皮或小块石灰，并进行换渣操作。,B.当P0.03%,脱C量0.3。温度高于钢种氧化期规定温度，就可以加入矿石进行氧化操作。一般矿石加入量占金属料重的13%C.在加完矿5min后，搅拌取样分析钢中C、P及有关元素。D.在P0.015%时即可进入吹氧操作。E.当确认钢中C已合乎氧化终点脱碳量的规定时（一般低于钢种规格中限以下0.030.08%），应立即停止吹氧。,3.氧化期中几种情况的处理 碳高磷低（或一般）以脱碳为主。如冶炼45钢时得到分析报告后，判断熔清碳1.0%，分析的P0.04%。此时可在熔化期扒除部分的熔化渣，造高氧化性炉渣，在吹氧脱碳和供电升温的过程中磷可大部分进入炉渣，并在自动流渣时去除，吹氧的脱碳量可按吹氧量控制，当碳合适后即可扒除部分氧化渣，进行纯沸腾。,碳高磷高 其操作特点是前期低温脱磷；采用自动流渣和扒渣操作有效地脱磷（注意炉渣的碱度和（FeO）含量），应调整炉渣（FeO）浓度，当温度上升后吹氧快速脱碳，开始吹氧脱碳之前应分析钢液磷含量，磷合适时（P0.03%）再吹氧脱碳。,碳偏低磷偏高。如冶炼45钢熔渣C0.6%、P0.06%时，应在熔化期扒渣脱磷，然后再进行氧化沸腾：加碎矿石和石灰，供电化渣，也可以吹入少量的氧气。当炉渣流动性良好，不足的碳量可在还原期喷粉增碳，最大不宜超过0.15%，也可在不增碳的情况下改钢号。锰沸腾处理。当碳含量低时（0.2%），（原始Mn0.08%），应加锰铁提高钢液中的锰含量，尤其在冶炼高质量的低碳合金结构钢时经常这样处理。,六.氧化期的强化冶炼1.熔、氧结合，提前造渣脱磷；2.电弧加热实行埋弧法操作；3.以氧代矿，提高用氧水平，小脱碳量高脱碳速度氧化的强化措施；4.喷粉在氧化期的应用；5.电炉与炉外精炼相结合。,1氧化期的任务是什么?2氧化期脱碳有哪几种操作方法?3氧化期操作原则是什么？,第六节 还原期,从氧化末期扒渣完毕这段时间称为还原期。一.还原期的任务1.去除钢液中的氧。因钢种和使用的条件不同，一般钢中溶解氧和氧化物夹杂中的氧0.007%。2.去除钢液中的硫。一般钢种0.045%，优质钢0.003%0.002%。,3.调整