第6章_电炉炼钢.doc

《钢铁冶金学》讲义

炼钢部分－电炉炼钢及连铸

刘增勋

冶金工程系
《钢铁冶金学》炼钢部分刘增勋第六章电炉炼钢6－
第六章电炉炼钢
第一节电炉炼钢法概述
电炉分类：
按设备结构：①感应炉、②电渣炉、③等离子电弧炉、④电弧炉等。其中，前三种一般用于高级钢种，生产能力小（P246内容）。电炉主要是指电弧炉。
按炉衬性质：酸性电炉和碱性电炉。为了脱S、P，电炉采用碱性炉衬。
按供电性质：直流电炉和交流电炉。
按输入功率：普通电炉和超高功率电炉。
★一般电炉炼钢主要是指“碱性电弧炉炼钢”，是目前国内外生产特殊钢的主要方法
原理：主要是利用电极与炉料间放电产生电弧，加热废钢使其熔化进行炼钢。
优点：
热效率比较高：炉气带走热量少，一般可达65%。
温度高：电弧区温度达3000℃以上，满足冶炼不同钢种的要求。
可以控制炉内气氛：在冶炼的不同阶段，实现氧化或还原气氛。
夹杂物含量低：炉内脱氧，有充分的时间去除非金属夹杂物。
合金元素收得率高：还原气氛下合金化，尤其是贵重合金。
钢成分和温度容易控制：炉内合金化和电加热。
设备比较简单，占地少，投资省，建厂快。
节省能源：能耗800kw·h降至约400kw·h，是高炉长流程的1/3左右。
缺点：
电力供应：我国缺乏电力，造成电炉成本高；而美国电力充足。
废钢来源：我国废钢少，工业国家废钢多。
气体含量高：电弧使空气和水蒸气电离生成H、N，进入钢水。
钢中残余元素多：Cu、Ni、Cr等元素的富积，影响钢的质量。
温度均匀性差：电弧是“点”热源，炉内温度分布不均匀，尤其是熔池平静时，各种钢水温度相差较大。
冶炼方法：P237内容
目前电弧炉冶炼方法归纳起来有三种：氧化法、不氧化法、返回吹氧法、返回吹氧法和部分吹氧法。
氧化法也是重点讲述的内容。
氧化法冶炼包括熔化、氧化、还原三个阶段组成。通过脱碳去除钢中的气体，可以脱S、P，调整钢的化学成份和温度，脱除非金属夹杂物等。
氧化法冶炼对原材料条件的要求不十分苛刻，适应性强，料源很广。在电弧炉炼钢中应用最广泛，目前至少有90%以上的钢种是采用氧化法冶炼的。大多数的碳素结构钢、合金钢和某些内在质量要求高的钢种，如滚珠轴水钢、弹簧钢、不锈钢等应用此法冶炼。
缺点：操作步骤较多，冶炼时间较长。劳动强度较大势必影响到电弧炉生产来。电耗、炉体寿命等一系列技术经济指标的提高。
不氧化法
在原料条件非常好时，熔化后P和碳符合要求，可以不采用氧化法冶炼。熔清后扒渣直接进入还原期。这种方法时间短、消耗少，是一种经济的冶炼方法。但对原料条件要求很高，实际生产中一般无法达到，使用率很低。
返回法也称为“装入法”
在合金钢连续不断的生产过程中，积下了大量的合金钢切头、切尾、废品和注余钢水，切屑和和汤道钢等。为了充分利用这些返回钢中的合金元素、降低钢的成本和提高生产率，炉料熔清后经过还原，调整成分和温度后可以出钢。在电弧炉冶炼过程中绝对的不氧化是没有的，其所谓的不氧化是指与氧化法相对而言的。
由于它没有氧化期，由于冶炼过程中不能除气和去磷，同时钢的化学成分基本上取决与配料和成分，所以要求炉料尽可能的干燥，配料、化学成分和重量力求准确。在冶炼低合金钢、不锈钢和高速钢等钢种是均可采用。
返回吹氧法
返回吹氧法是冶炼低碳高铬不锈钢的一种特有方法，冶炼的理论依据是在高温条件下C和O的亲和力比某些合金元素和氧的亲和力大。返回吹氧法冶炼的基本过程是：采用本钢种的返回料作为炉料，当炉料全部溶解并升高到一定温度时，即可吹氧脱碳，利用高温达到脱碳保铬的目的。吹氧完毕进行预脱氧，加入部分的铁合金元素，炉渣进行初步还原，然后再扒除炉渣，重新加入渣料作脱氧还原，最后调整钢的化学成分和温度后出钢。
部分氧化法
根据原料情况和钢种要求，在氧化期内只脱除少量的碳（0.10%~0.20％），进行有限去除气体和P，即只进行部分氧化任务。
★总之，氧化法冶炼是最基本的冶炼方法，其它方法是在其基础上发展而来的。它可以使用各种废钢来冶炼高质量钢种，也是最常用的冶炼方法。课程内容主要是氧化法冶炼。
氧化法冶炼的操作过程
主要包括：补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期和出钢六个阶段。

《钢铁冶金学》炼钢部分刘增勋第六章电炉炼钢6－
第二节配料
配料：在冶炼前准备废钢的加入量、种类和成分等进行计算和准备。
加入量：
在早期的模注工艺中，应考虑浇注的钢锭总重量、浇余和汤道等；在连铸工艺中，不必考虑这些事项，直接按电炉冶炼工艺的要求确定废钢的加入量，一般由电炉的公称容量来确定，但多数电炉都有一定程度的超装。
有害元素含量
针对不同的钢种，废钢中元素的作用也不相同。对一般碳素钢和低合金钢来说，常见的有害元素包括：P、S、Cu和Ni等。
P：电炉有一定的脱磷能