1、第五章 電爐煉鋼冶煉工藝電爐冶煉操作方法電爐煉鋼冶煉工藝鋼液 的 合 金 化2022/7/1725.1 電爐冶煉操作方法 一般是按造渣工藝特點來劃分的，有單渣氧化法、單渣還原法、雙渣還原法與雙渣氧化法，目前普遍采用后兩種。 1）雙渣還原法 又稱返回吹氧法，其特點是冶煉過程中有較短的氧化期（10min），造氧化渣，又造還原渣，能吹氧脫碳，去氣、夾雜。但由于該種方法脫磷較難，故要求爐料應由含低磷的返回廢鋼組成。 由于它采取了小脫碳量、短氧化期，不但能去除有害元素，還可以回收返回廢鋼中大量的合金元素。因此，此法適合冶煉不銹鋼、高速鋼等含Cr、W高的鋼種。 2）雙渣氧化法 又稱氧化法，它的特點是冶煉過

2、程有正常的氧化期，能脫碳、脫磷，去氣、夾雜，對爐料也無特殊要求；還有還原期，可以冶煉高質量鋼。 目前，幾乎所有的鋼種都可以用氧化法冶煉，以下主要介紹氧化法冶煉工藝。 5.2 電爐傳統冶煉工藝 傳統氧化法冶煉工藝是電爐煉鋼法的基礎。 其操作過程分為：補爐、裝料、熔化、氧化、還原與出鋼六個階段。因主要由熔化、氧化、還原期組成，俗稱老三期。 5.2.1 補爐 1）影響爐襯壽命的“三要素”爐襯的種類、性質和質量；高溫電弧輻射和熔渣的化學浸蝕；吹氧操作與渣、鋼等機械沖刷以及裝料的沖擊。 2）補爐部位爐襯各部位的工作條件不同（圖4-1、圖4-2）損壞情況也不一樣。爐襯損壞的主要部位如下：爐壁渣線 受到高溫

3、電弧的輻射，渣、鋼的化學侵蝕與機械沖刷，以及吹氧操作等損壞嚴重；渣線熱點區 尤其2熱點區還受到電弧功率大、偏弧等影響侵蝕嚴重，該點的損壞程度常常成為換爐的依據；出鋼口附近 因受渣鋼的沖刷也極易減薄；爐門兩側 常受急冷急熱的作用、流渣的沖刷及操作與工具的碰撞等損壞也比較嚴重。圖5-1 槽出鋼電爐爐襯情況圖5-2 EBT電爐爐襯情況因此，要求合理裝料，這主要取決于爐料在料罐中的布料合理與否。高堿度，造高堿度渣，增加渣中氧化鈣；新式雙殼爐具有一套供電系統、兩個爐體，即“一電雙爐”。強還原氣分（或低氧化性），造還原性渣，減少渣中的氧化鐵；電弧始終處于泡沫渣埋弧狀態，電弧特別穩定，電網干擾大大減少，甚至

4、可以不需要用“SVC”裝置等。調 整 成 分合金化；圖5-5 典型的供電曲線圖5-7 雙殼爐工作原理圖這些問題的存在，使得該項技術受到挑戰，一些鋼廠干脆停止了使用。縮短冶煉時間，提高生產率10%15%；一般要求氧化末期的溫度略高于出鋼溫度2030，以彌補扒渣、造新渣以及加合金造成的鋼液降溫，見圖5-6。大渣量（適當大），采取流渣造新渣。按使用的熱源分為：2）氧化與脫碳縮短冶煉時間，提高生產率10%15%；豎爐的工作原理（圖5-8）：進入二十世紀90年代，德國的Fuchs公司研制出新一代電爐豎窯式電爐（簡稱豎爐）。高氧化性，加強供氧，使O實際 平衡 。電弧開始暴露給爐壁至爐料全部熔化為熔末升溫期

5、。減少熱停工時間，如提高機械化、自動化程度，減少裝料次數與時間等； 3）補爐方法補爐方法分為人工投補和機械噴補，根據選用材料的混合方式不同，又分為干補和濕補兩種。 目前，在大型電爐上多采用機械噴補，機械噴補設備有爐門噴補機、爐內旋轉補爐機，機械噴補補爐速度快、效果好。 補爐的原則是：高溫、快補、薄補。 4）補爐材料 機械噴補材料主要用鎂砂、白云石或兩者的混合物，并摻入磷酸鹽或硅酸鹽等粘結劑。裝料 目前，廣泛采用爐頂料罐（或叫料籃、料筐）裝料（圖5-3），每爐鋼的爐料分13次加入。裝料的好壞影響爐襯壽命、冶煉時間、電耗、電極消耗以及合金元素的燒損等。因此，要求合理裝料，這主要取決于爐料在料罐中的

6、布料合理與否。現場布料（裝料）經驗：下致密、上疏松、中間高、四周低、爐門口無大料，穿井快、不搭橋，熔化快、效率高。圖4-3 電爐裝料情況熔化期 傳統冶煉工藝的熔化期占整個冶煉時間的50%70%，電耗占70%80%。因此熔化期的長短影響生產率和電耗，熔化期的操作影響氧化期、還原期的順利與否。（1）熔化期的主要任務將塊狀的固體爐料快速熔化，并加熱到氧化溫度；提前造渣，早期去磷，減少鋼液吸氣與揮發。 （2）熔化期的操作 合理供電，及時吹氧，提前造渣。 1）爐料熔化過程及供電 裝料完畢即可通電熔化。 爐料熔化過程見圖5-4，基本可分為四個階段（期），即點弧、穿井、主熔化及熔末升溫。點（起）弧期 從送電

7、起弧至電極端部下降到深度為d電極為點弧期。 此期電流不穩定，電弧在爐頂附近燃燒輻射，二次電壓越高，電弧越長，對爐頂輻射越厲害，并且熱量損失也越多。 為保護爐頂，在爐上部布一些輕薄料，以便讓電極快速進入料中，減少電弧對爐頂的輻射。 供電上采用較低電壓、較低電流。 穿井期 點弧結束至電極端部下降到爐底為穿井期。 此期雖然電弧被爐料所遮蔽，但因不斷出現塌料現象，電弧燃燒不穩定。 注意保護爐底，辦法是：加料前采取外加石灰墊底，爐中部布置大、重廢鋼以及合理的爐型。 供電上采取較大的二次電壓、較大電流，以增加穿井的直徑與穿井的速度。 主熔化期 電極下降至爐底后開始回升時，主熔化期開始（圖5-4）。隨著爐料

8、不斷的熔化，電極漸漸上升，至爐料基本熔化，僅爐坡、渣線附近存在少量爐料，電弧開始暴露時主熔化期結束。 主熔化期由于電弧埋入爐料中，電弧穩定、熱效率高、傳熱條件好，故應以最大功率供電，即采用最高電壓、最大電流供電。 主熔化期時間占整個熔化期的70以上。 熔末升溫期 電弧開始暴露給爐壁至爐料全部熔化為熔末升溫期。 此階段因爐壁暴露，尤其是爐壁熱點區的暴露受到電弧的強烈輻射（圖5-4）。 應注意保護爐壁，即提前造好泡沫渣進行埋弧操作，否則應采取低電壓、大電流供電。 各階段熔化與供電情況見表5-1。 典型的供電曲線如圖5-5。表5-1 爐料熔化過程與操作熔化過程電極位置必要條件辦 法點弧期 送電 d極

9、保護爐頂較低電壓較低電流爐頂布輕廢鋼穿井期 d極 爐底保護爐底較大電壓較大電流石灰墊底主熔化期爐底 電弧暴露快速熔化最高電壓最大電流熔末升溫期電弧暴露 全熔保護爐壁低電壓、大電流水冷+泡沫渣圖5-5 典型的供電曲線 2）及時吹氧與元素氧化 熔化期吹氧助熔，初期以切割為主，當爐料基本熔化形成熔池時，則以向鋼液中吹氧為主。 吹氧是利用元素氧化熱加速爐料熔化。當固體料發紅（900）開始吹氧最為合適，吹氧過早浪費氧氣，過遲延長熔化時間。 一般情況下，熔化期鋼中的Si、Al、Ti、V等幾乎全部氧化，Mn、氧化40%50%，這與渣的堿度和氧化性等有關；而在吹氧時氧化10%30%、Fe氧化2%3%。 3）提

10、前造渣 用2%3%石灰墊爐底或利用前爐留下的鋼、渣，實現提前造渣。這樣在熔池形成的同時就有爐渣覆蓋，使電弧穩定，有利于爐料的熔化與升溫，并可減少熱損失，防止吸氣和金屬的揮發。 由于初期渣具有一定的氧化性和較高的堿度，可脫除一部分磷；當磷高時，可采取自動流渣、換新渣操作，脫磷效果更好，這樣為氧化期創造條件。 為什么？脫磷反應與脫磷條件：脫磷反應與脫磷條件： 脫磷反應： 2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe, H0 分析：反應是在渣-鋼界面上進行，是放熱反應。 脫磷反應的條件：高堿度，造高堿度渣，增加渣中氧化鈣；高氧化性，造高氧化性渣，增加渣中氧化鐵；低溫，抓緊在熔化期進行；大渣

11、量（適當大），采取流渣造新渣。產生白煙、臭氣新的公害；新式雙殼爐具有一套供電系統、兩個爐體，即“一電雙爐”。之后，在不到10年的時間里，日本就有接近50套廢鋼預熱裝置投入運行。按其結構類型分為：由于初期渣具有一定的氧化性和較高的堿度，可脫除一部分磷；當熔化爐1#進行熔化時，所產生的高溫廢氣由爐頂排煙孔經燃燒室后進入預熱爐2#中進行預熱廢鋼，預熱（熱交換）后的廢氣由出鋼箱頂部排出、冷卻與除塵。縮短冶煉時間，提高生產率10%15%；就其綜合效果來說該種預熱法最有發展前途。電弧始終處于泡沫渣埋弧狀態，電弧特別穩定，電網干擾大大減少，甚至可以不需要用“SVC”裝置等。渣中的氧化鐵含量少，且氧化鐵灰塵得

12、到有效回收 ，提高了金屬收得率1% 2%；脫氧產物易留在鋼中（當上浮時間短時）。進入二十世紀90年代，德國的Fuchs公司研制出新一代電爐豎窯式電爐（簡稱豎爐）。（1）氧化期的主要任務高堿度，造高堿度渣，增加渣中氧化鈣；當熔化爐1#進行熔化時，所產生的高溫廢氣由爐頂排煙孔經燃燒室后進入預熱爐2#中進行預熱廢鋼，預熱（熱交換）后的廢氣由出鋼箱頂部排出、冷卻與除塵。這些問題的存在，使得該項技術受到挑戰，一些鋼廠干脆停止了使用。如冶煉W18Cr4V時（W 17%19%），每少加1%的W，可節約15kg/t鎢鐵。傳統電爐老三期冶煉工藝操作集熔化、精煉和合金化于一爐，包括熔化期、氧化期和還原期，在爐內既

13、要完成廢鋼的熔化，鋼液的升溫，鋼液的脫磷、脫碳、去氣、去除夾雜物，又要進行鋼液的脫氧、脫硫，以及溫度、成分的調整，因而冶煉周期很長。此法常用在電爐還原期稀薄渣形成后。還有還原期，可以冶煉高質量鋼。高溫，同時高溫改善渣的流動性；電爐脫磷操作： 實際電爐脫磷操作正是通過提前造高堿度、高氧化性爐渣，并采用流渣、造新渣的操作等，抓緊在熔化期基本完成脫磷任務。（3）縮短熔化期的措施 減少熱停工時間，如提高機械化、自動化程度，減少裝料次數與時間等； 強化用氧，如吹氧助熔、氧-燃助熔，實現廢鋼同步熔化，提高廢鋼熔化速度 ； 提高變壓器輸入功率，加快廢鋼熔化速度 ； 廢鋼預熱，利用電爐冶煉過程產生的高溫廢氣進

14、行廢鋼預熱等。 氧化期 氧化期是氧化法冶煉的主要過程，能夠去除鋼中的磷、氣體和夾雜物。 當廢鋼料完全熔化，并達到氧化溫度，磷脫除7080%以上進入氧化期。為保證冶金反應的進行，氧化開始溫度高于鋼液熔點5080。 （1）氧化期的主要任務 繼續脫磷到要求脫磷； 脫碳至規格下限脫碳； 去除氣、去夾雜二去； 提 高 鋼 液 溫度升溫。（2）氧化期操作 1）造渣與脫磷 傳統冶煉方法中氧化期還要繼續脫磷，由脫磷反應式可以看出：在氧化前期（低溫），造好高氧化性、高堿度和流動性良好的爐渣，并及時流渣、換新渣，實現快速脫磷是可行的。 2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe H0 2）氧化與脫碳

15、近些年，強化用氧實踐表明：除非鋼中磷含量特別高需要采用碎礦（或氧化鐵皮）造高氧化性爐渣外，均采用吹氧氧化，尤其當脫磷任務不重時，通過強化吹氧氧化鋼液降低鋼中碳含量。 降（脫）碳是電爐煉鋼重要任務之一，然而脫碳反應的作用不僅僅是為了降碳，脫碳反應的作用？ 脫碳反應的作用如下：降低鋼中的碳，利用碳-氧反應（2 CO）這個手段，來達到以下目的；攪動熔池，加速反應，均勻成分、溫度；去除鋼中氣體與夾雜。 實際上，電爐就是通過高配碳，利用吹氧脫碳這一手段，來達到加速反應，均勻成分、溫度，去除氣體和夾雜的目的。脫碳反應與脫碳條件： CO =CO , HCO0.24kcal=22kJ0 分析：該反應是在鋼中進

16、行，是放熱反應。 高氧化性，加強供氧，使O實際 平衡 。高溫，加速-間的擴散（由于脫碳反應是“弱”放熱反應，溫度影響不大（熱力學溫度），但從動力學角度，溫度升高改善動力學條件，加速-間的擴散，故高溫有利脫碳的進行）。 降低PCO ，如充惰性氣體（AOD），抽氣與真空處理（VD、VOD）等均有利于脫碳反應。脫碳至規格下限脫碳；Fuchs公司自1988年開始研究豎爐技術，現在已經顯示出其卓越的性能和顯著的經濟效果。脫氧能力比較強的，而且比較貴重的合金元素，應在鋼液脫氧良好的情況下加入。進入二十世紀90年代，德國的Fuchs公司研制出新一代電爐豎窯式電爐（簡稱豎爐）。脫硫至一定值脫硫；節能效果明顯，

17、可回收廢氣帶走熱量的 60% 70%，節電6080 kWh/t；高堿度，造高堿度渣，增加渣中氧化鈣；將塊狀的固體爐料快速熔化，并加熱到氧化溫度；降低電耗60 100kWh/t，縮短冶煉周期 ；就其綜合效果來說該種預熱法最有發展前途。一般是按造渣工藝特點來劃分的，有單渣氧化法、單渣還原法、雙渣還原法與雙渣氧化法，目前普遍采用后兩種。還有還原期，可以冶煉高質量鋼。減少熱停工時間，如提高機械化、自動化程度，減少裝料次數與時間等；圖5-28-2 環境的改善諧波、噪音降低這樣在熔池形成的同時就有爐渣覆蓋，使電弧穩定，有利于爐料的熔化與升溫，并可減少熱損失，防止吸氣和金屬的揮發。高溫，加速-間的擴散（由于

18、脫碳反應是“弱”放熱反應，溫度影響不大（熱力學溫度），但從動力學角度，溫度升高改善動力學條件，加速-間的擴散，故高溫有利脫碳的進行）。調 整 溫 度調溫。雙殼電爐法早在二十世紀70年代雙殼爐就存在，但它是外加熱源（氧-燃燒咀）預熱；CO上升過程粘附氧化物夾雜上浮排除。而新式雙殼爐是利用電爐產生的高溫廢氣進行預熱的。 3）氣體與夾雜物的去除 電爐煉鋼過程氣體與夾雜的去除是在那個階段，怎么進行的？ 去氣、去夾雜是在電爐氧化期的脫碳階段進行的。它是借助碳-氧反應、一氧化碳氣泡的上浮，使熔池產生激烈沸騰，促進氣體和夾雜的去除、均勻成分與溫度。 去氣、去夾雜的機理？去氣、去夾雜的機理：-反應生成CO使熔

19、池沸騰；CO氣泡對N2、H2 等來說，PN2、PH2 分壓為零，N2、H2極易并到CO氣泡中，長大排除；-反應，易使2FeOSiO2、2FeOAl2O3及2FeOTiO2等氧化物夾雜聚合長大而上浮；CO上升過程粘附氧化物夾雜上浮排除。 為此，一定要控制好脫碳反應速度，保證熔池有一定的激烈沸騰時間。 4）氧化期的溫度控制 氧化期的溫度控制要兼顧脫磷與脫碳二者的需要，并優先去磷。在氧化前期應適當控制升溫速度，待磷達到要求后再放手提溫。 一般要求氧化末期的溫度略高于出鋼溫度2030，以彌補扒渣、造新渣以及加合金造成的鋼液降溫，見圖5-6。 當鋼液的溫度、磷、碳等符合要求，扒除氧化渣、造稀薄渣進入還原

20、期。圖5-6 金屬料（固/液體）升溫曲線還原期 傳統電爐冶煉工藝中，還原期的存在顯示了電爐煉鋼的特點。而現代電爐冶煉工藝的主要差別是將還原期移至爐外進行。 （1）還原期的主要任務脫 氧 至 要 求脫氧；脫硫至一定值脫硫；調 整 成 分合金化；調 整 溫 度調溫。 其中：脫氧是核心，溫度是條件，造渣是保證。 1）脫氧方法 有沉淀脫氧、擴散脫氧及綜合脫氧法。 電爐煉鋼采用沉淀脫氧法與擴散脫氧法交替進行的綜合脫氧法，即氧化末、還原前用沉淀脫氧預脫氧，還原期用擴散脫氧，出鋼前用沉淀脫氧終脫氧。 其中沉淀脫氧反應式： xM塊 yO(MxOy) 沉淀脫氧是將塊狀脫氧劑加入鋼液中，直接進行鋼液脫氧。 常用的

21、脫氧劑有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、V和復合脫氧劑Mn-Si、Ca-Si等，脫氧能力依次增加。 該法的特點：操作簡單，脫氧迅速；脫氧產物易留在鋼中（當上浮時間短時）。1 電爐冶煉操作方法為提高易氧化元素的收得率，許多工廠在出鋼過程中加入稀土元素、鈦鐵等，有時稀土元素還在澆注的過程中加入。近些年，強化用氧實踐表明：除非鋼中磷含量特別高需要采用碎礦（或氧化鐵皮）造高氧化性爐渣外，均采用吹氧氧化，尤其當脫磷任務不重時，通過強化吹氧氧化鋼液降低鋼中碳含量。傳統電爐冶煉工藝，鋼液經氧化、還原后，當化學成分合格，溫度符合要求，鋼液脫氧良好，爐渣堿度與流動性合適時即可出鋼。H0進入二十世紀90年代，德國

22、的Fuchs公司研制出新一代電爐豎窯式電爐（簡稱豎爐）。由于初期渣具有一定的氧化性和較高的堿度，可脫除一部分磷；脫氧能力比較強的，而且比較貴重的合金元素，應在鋼液脫氧良好的情況下加入。調 整 成 分合金化；一般要求氧化末期的溫度略高于出鋼溫度2030，以彌補扒渣、造新渣以及加合金造成的鋼液降溫，見圖5-6。擴散脫氧反應式： x(M)粉+y(FeO)(MxOy)+yFe FeO (FeO)傳統冶煉方法中氧化期還要繼續脫磷，由脫磷反應式可以看出：在氧化前期（低溫），造好高氧化性、高堿度和流動性良好的爐渣，并及時流渣、換新渣，實現快速脫磷是可行的。氧化期是氧化法冶煉的主要過程，能夠去除鋼中的磷、氣體

23、和夾雜物。3）補爐方法該種廢鋼預熱存在的主要問題：點弧結束至電極端部下降到爐底為穿井期。圖5-27 康斯迪電爐工藝布置氧化期是氧化法冶煉的主要過程，能夠去除鋼中的磷、氣體和夾雜物。沉淀脫氧是將塊狀脫氧劑加入鋼液中，直接進行鋼液脫氧。 擴散脫氧反應式： x(M)粉+y(FeO)(MxOy)+yFe FeO (FeO)擴散脫氧是將粉狀脫氧劑加在渣中，使爐渣脫氧，鋼中氧再向渣中擴散，間接脫出鋼中氧。粉狀脫氧劑有：C 、Fe-Si、Ca-Si、CaC、Al粉等。與沉淀脫氧法比較，擴散脫氧法的特點：反應在渣中進行，產物不進入鋼中，鋼質好；脫氧速度慢，時間長。此法常用在電爐還原期稀薄渣形成后。 2）脫硫反

24、應及脫硫條件 FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO），H0 分析：該反應是在渣-鋼界面上進行的，為一吸熱反應。高堿度，造高堿度渣，增加渣中氧化鈣；強還原氣分（或低氧化性），造還原性渣，減少渣中的氧化鐵；高溫，同時高溫改善渣的流動性；大渣量（適當大），充分攪拌增加渣-鋼接觸。 由于電爐還原期或精煉爐精煉期的還原氣分強烈，(FeO)0.5%1.0%，對脫硫特別有利。（2）還原操作脫氧操作 電爐常用綜合脫氧法，其還原操作以脫氧為核心. 1）當鋼液的T、P、C符合要求，扒渣95； 2）加Fe-Mn、Fe-Si塊等預脫氧（沉淀脫氧）； 3）加石灰、螢石、火磚塊，造稀薄渣； 4）還原，加C粉、Fe-S

25、i粉等脫氧（擴散脫氧），分35批，710min批； 5）攪拌，取樣、測溫； 6）調整成分合金化； 7）加Al或Ca-Si塊等終脫氧（沉淀脫氧）； 8）出鋼（3）溫度的控制 考慮到出鋼到澆注過程中的溫度損失，出鋼溫度應比鋼的熔點高出100140。由于氧化期末控制鋼液溫度大于出鋼溫度2030以上，所以扒渣后還原期的溫度控制，總的來說是保溫過程（圖5-6）。 若還原期大幅度升溫，則造成：鋼液吸氣嚴重、高溫電弧加重對爐襯的侵蝕及局部鋼水過熱。為此，應避免還原期“后升溫”操作。出鋼 傳統電爐冶煉工藝，鋼液經氧化、還原后，當化學成分合格，溫度符合要求，鋼液脫氧良好，爐渣堿度與流動性合適時即可出鋼。 因出鋼

26、過程的渣-鋼接觸可進一步脫氧與脫硫，故要求采取“大口、深沖、渣-鋼混合”的出鋼方式。 傳統電爐老三期冶煉工藝操作集熔化、精煉和合金化于一爐，包括熔化期、氧化期和還原期，在爐內既要完成廢鋼的熔化，鋼液的升溫，鋼液的脫磷、脫碳、去氣、去除夾雜物，又要進行鋼液的脫氧、脫硫，以及溫度、成分的調整，因而冶煉周期很長。 這既難以保證對鋼材越來越嚴格的質量要求，又限制了電爐生產率的提高。5.3 鋼液的合金化 煉鋼過程中調整鋼液合金成分的操作稱為合金化，它包括電爐過程鋼液的合金化及精煉過程后期鋼液的合金成分微調。 傳統電爐冶煉工藝的合金化一般是在氧化末、還原初進行預合金化，在還原末、出鋼前或出鋼過程進行合金成

27、分微調。 而現代電爐煉鋼合金化一般是在出鋼過程中在鋼包內完成，出鋼時鋼包中合金化為預合金化，精確的合金成分調整最終是在精煉爐內完成的。 5.3. 合金化操作 主要指合金加入的時間、加入的數量及加入的方式。 1）合金加入時間 總的原則是：熔點高，不易氧化的元素可早加；熔點低，易氧化的元素晚加。合金化操作具體原則： A）易氧化的元素后加原則：不易氧化的元素，可在裝料時、氧化期或還原期加入，如Ni、Co、Mo，W等；較易氧化的元素，一般在還原初期加入，如P、Cr、Mn等；容易氧化的元素一般在還原末期加入，即在鋼液和爐渣脫氧良好的情況下加入，如V、Nb、Si、Ti、Al、B、稀土元素（La、Ce等）。

28、 為提高易氧化元素的收得率，許多工廠在出鋼過程中加入稀土元素、鈦鐵等，有時稀土元素還在澆注的過程中加入。 B）比重大的加強攪拌原則： 熔點高的、比重大的鐵合金，加入后應加強攪拌。如鎢鐵的密度大、熔點高，沉于爐底，其塊度應小些。 C）便宜的先加原則： 在許可的條件下，優先使用便宜的高碳鐵合金，然后再考慮使用中碳鐵合金或低碳鐵合金。 D）貴重的控制下限原則： 貴重的鐵合金應盡量控制在中下限，以降低鋼的成本。如冶煉W18Cr4V時（W 17%19%），每少加1%的W，可節約15kg/t鎢鐵。（2）還原操作脫氧操作還有還原期，可以冶煉高質量鋼。圖4-3 電爐裝料情況裝料的好壞影響爐襯壽命、冶煉時間、電

29、耗、電極消耗以及合金元素的燒損等。為此，一定要控制好脫碳反應速度，保證熔池有一定的激烈沸騰時間。3 kg/t，冶煉周期46 min，生產率126 t/h。近些年，強化用氧實踐表明：除非鋼中磷含量特別高需要采用碎礦（或氧化鐵皮）造高氧化性爐渣外，均采用吹氧氧化，尤其當脫磷任務不重時，通過強化吹氧氧化鋼液降低鋼中碳含量。1 電爐冶煉操作方法每爐鋼的第一籃（約60%）廢鋼可以得到預熱。從1992年首座豎爐在英國的希爾內斯鋼廠（Sheerness）投產，到目前為止，Fuchs公司投產的豎爐已超過40座。降（脫）碳是電爐煉鋼重要任務之一，然而脫碳反應的作用不僅僅是為了降碳，脫碳反應的作用？xM塊 yO(

30、MxOy) 縮短冶煉時間，提高生產率10%15%；圖5-5 典型的供電曲線產生白煙、臭氣新的公害；調 整 成 分合金化；這既難以保證對鋼材越來越嚴格的質量要求，又限制了電爐生產率的提高。當熔化爐1#進行熔化時，所產生的高溫廢氣由爐頂排煙孔經燃燒室后進入預熱爐2#中進行預熱廢鋼，預熱（熱交換）后的廢氣由出鋼箱頂部排出、冷卻與除塵。煉鋼過程中調整鋼液合金成分的操作稱為合金化，它包括電爐過程鋼液的合金化及精煉過程后期鋼液的合金成分微調。 此外，脫氧操作和合金化操作也不能截然分開。一般說來，作為脫氧的元素先加，合金化元素后加；脫氧能力比較強的，而且比較貴重的合金元素，應在鋼液脫氧良好的情況下加入。5.

31、4 廢鋼預熱節能技術概述廢鋼預熱法的分類料罐式廢鋼預熱法雙殼電弧爐預熱法豎窯式電爐預熱法爐 料 連續 預熱法1）概述 當電爐采用超高功率化與強化用氧技術，使廢氣量大大增加，廢氣溫度高達1200以上，廢氣帶走的熱量占總熱量支出的15%20% ，折合成電能相當于80120kWh/t。 為了降低能耗、回收能量，在廢鋼熔煉前，利用電爐產生的高溫廢氣進行廢鋼預熱，節能效果明顯。 到目前為止，世界范圍廢鋼預熱方法主要有料罐預熱法、雙殼電爐法、豎窯電爐法以及爐料連續預熱法等等。2）廢鋼預熱法的分類 按其結構類型分為：分體式與一體式，即預熱與熔煉是分還是合；分批預熱式與連續預熱式。 按使用的熱源分為：外加熱源

32、預熱燃料燒咀預熱；利用電爐排出的高溫廢氣預熱。3）料罐式廢鋼預熱 世界上第一套料罐式廢鋼預熱裝置是日本于1980年用在50噸電爐上，次年又將這種廢鋼預熱裝置用在100噸電爐上。之后，在不到10年的時間里，日本就有接近50套廢鋼預熱裝置投入運行。 料罐式廢鋼預熱裝置及其工作原理，見圖6-22。圖5-22 料籃式廢鋼預熱裝置示意圖預熱室料籃料罐預熱法的工作原理及預熱效果： 電爐產生的高溫廢氣（ 1200）由第四孔水冷煙道經燃燒室后進入裝有廢鋼的預熱室內進行預熱。廢氣進入預熱室的溫度一般為700800，排出時為150200，每罐料預熱3040min，可使廢鋼預熱至200250。每爐鋼的第一籃（約60

33、%）廢鋼可以得到預熱。 料罐預熱法能回收廢氣帶走熱量的20% 30%，可節電2030kWht，同時，節約電極、提高生產率。料罐預熱法的問題及改進措施： 該種廢鋼預熱存在的主要問題： 產生白煙、臭氣新的公害； 高溫廢氣使料籃局部過燒，降低其使用壽命； 預熱溫度低，廢鋼裝料過程溫降大等。 迫于這些問題采取了再循環方式、加壓方式、多段預熱方式、噴霧冷卻方式以及后燃方式等措施對付白煙與臭氣；采取水冷料罐以及限制預熱時間、溫度等措施來提高料罐的壽命。 但是，結果表明不理想，而且這些措施均使原本廢鋼預熱溫度就不高（廢鋼入爐前溫降大，降至100150）的情況進一步惡化，綜合效益甚微。 這些問題的存在，使得該

34、項技術受到挑戰，一些鋼廠干脆停止了使用。這就促使歐、美和日本積極開發新的廢鋼預熱工藝，提高利用電爐產生的高溫廢氣預熱廢鋼的效率，節約能源、提高生產率、降低成本以及改善環境。4）雙殼電爐法 雙殼電爐法早在二十世紀70年代雙殼爐就存在，但它是外加熱源（氧-燃燒咀）預熱；而新式雙殼爐是利用電爐產生的高溫廢氣進行預熱的。 新式雙殼爐具有一套供電系統、兩個爐體，即“一電雙爐”。一套電極升降裝置交替對兩個爐體進行供熱熔化廢鋼，雙殼爐運行與工作原理圖5-23、5-24。圖5-24 雙殼爐運行圖5-7 雙殼爐工作原理圖 雙殼爐的工作原理： 當熔化爐1#進行熔化時，所產生的高溫廢氣由爐頂排煙孔經燃燒室后進入預熱

35、爐2#中進行預熱廢鋼，預熱（熱交換）后的廢氣由出鋼箱頂部排出、冷卻與除塵。每爐鋼的第一籃（約60%）廢鋼可以得到預熱。 雙殼爐的主要優點： 提高變壓器的時間利用率，由70%提高到80%以上； 縮短冶煉時間，提高生產率10%15%； 可回收廢氣帶走熱量的30%以上，節電4050kWh/t。 新式雙殼爐自1992年日本首先開發第一座，到目前世界范圍已有近30座投產，其中大部分為直流雙殼爐。 為了增加預熱廢鋼的比例，增加第一次料重量，如由60%增加至70%，日本鋼管公司（NKK）采取增加電爐熔化室高度，并采用氧-燃燒咀預熱助熔，以進一步降低能耗、提高生產率。5）豎窯式電爐(shaft furnace

36、) 進入二十世紀90年代，德國的Fuchs公司研制出新一代電爐豎窯式電爐（簡稱豎爐）。Fuchs公司自1988年開始研究豎爐技術，現在已經顯示出其卓越的性能和顯著的經濟效果。 從1992年首座豎爐在英國的希爾內斯鋼廠（Sheerness）投產，到目前為止，Fuchs公司投產的豎爐已超過40座。豎爐的結構： 豎爐爐體為橢圓形，在爐體相當爐頂第四孔（直流爐為第二孔）的位置配置一豎窯煙道，并與熔化室連通。 在豎窯煙道的下部與熔化室之間有一水冷活動托架（指形閥也叫手指式豎爐），將豎爐與熔化室隔開，廢鋼分批加入豎窯中，廢鋼經預熱后，打開托架加入爐中，可實現100%廢鋼預熱，豎爐運行與工作原理圖5-8、5

37、-9。 圖5-25 豎爐的結構示意圖圖6-19 豎爐結構示意圖圖5-8 豎爐的工作原理渣線熱點區 尤其2熱點區還受到電弧功率大、偏弧等影響侵蝕嚴重，該點的損壞程度常常成為換爐的依據；世界上第一套料罐式廢鋼預熱裝置是日本于1980年用在50噸電爐上，次年又將這種廢鋼預熱裝置用在100噸電爐上。為提高易氧化元素的收得率，許多工廠在出鋼過程中加入稀土元素、鈦鐵等，有時稀土元素還在澆注的過程中加入。脫氧能力比較強的，而且比較貴重的合金元素，應在鋼液脫氧良好的情況下加入。當爐膛中的廢鋼基本熔化后，豎窯中廢鋼溫度經預熱溫度高達600700時，打開托架將預熱好的廢鋼加入高溫爐膛中。這既難以保證對鋼材越來越嚴

38、格的質量要求，又限制了電爐生產率的提高。容易與連鑄相配合，實現多爐連澆；一般要求氧化末期的溫度略高于出鋼溫度2030，以彌補扒渣、造新渣以及加合金造成的鋼液降溫，見圖5-6。圖5-8 豎爐的工作原理可回收廢氣帶走熱量的30%以上，節電4050kWh/t。-反應，易使2FeOSiO2、2FeOAl2O3及2FeOTiO2等氧化物夾雜聚合長大而上浮；1）當鋼液的T、P、C符合要求，扒渣95；高氧化性，造高氧化性渣，增加渣中氧化鐵；氧化期是氧化法冶煉的主要過程，能夠去除鋼中的磷、氣體和夾雜物。由于電爐還原期或精煉爐精煉期的還原氣分強烈，(FeO)0.高溫電弧輻射和熔渣的化學浸蝕；圖5-27 康斯迪系

39、統（得興）布置圖節能效果明顯，可回收廢氣帶走熱量的 60% 70%，節電6080 kWh/t；為保證冶金反應的進行，氧化開始溫度高于鋼液熔點5080。到目前為止，世界上已投產的康斯迪電爐已超過20臺，其中一半在中國。但由于該種方法脫磷較難，故要求爐料應由含低磷的返回廢鋼組成。豎爐的工作原理（圖5-8）： 新開爐的第一籃廢鋼直接加入爐中，余下的由受料斗加入豎窯中。送電熔化時，爐中產生的高溫廢氣12001600，直接對豎窯中廢鋼料進行預熱。 當爐膛中的廢鋼基本熔化后，豎窯中廢鋼溫度經預熱溫度高達600700時，打開托架將預熱好的廢鋼加入高溫爐膛中。隨后關閉托架，再由受料斗將廢鋼加入豎窯中進行預熱。

40、周而復始，使廢鋼料分批、分期地，100%地進行預熱。 出鋼時，爐蓋與豎窯一起提升800mm左右、爐體傾動，由偏位底出鋼口出鋼。豎爐（手指式豎爐）的主要優點：節能效果明顯，可回收廢氣帶走熱量的 60% 70%，節電6080 kWh/t；提高生產率15%以上；減少環境污染；與其它預熱法相比，還具有占地面積小、投資省等優點。 豎爐同樣有交流、直流，單殼、雙殼之分。 世界首座雙殼豎爐90 t/90 MVA，1993年9月在法國聯合金屬公司（SAM）建成，同期盧森堡阿爾貝公司（Arbed）也建成類似的豎爐。 它們在投產后均顯示出優越性，SAM廠最好指標（1997年7月3日創造的）為：電耗340kWh/t

41、, 電極消耗1.3 kg/t，冶煉周期46 min，生產率126 t/h。6）爐料連續預熱電爐 就其綜合效果來說該種預熱法最有發展前途。手指式豎爐實現爐料半連續預熱，而爐料連續預熱電爐，實現爐料連續預熱，見圖5-9。 該形式電爐二十世紀80年代由意大利得興（TECHINT）公司開發， 稱為CONSTEEL Furnace譯成“康斯迪電爐”。 1987年最先在美國的紐考公司達林頓鋼廠（Nucor-Darlington）進行試生產，90年代開始流行。獲得成功后在美、日、意及中國等推廣使用。到目前為止，世界上已投產的康斯迪電爐已超過20臺，其中一半在中國。圖5-27 康斯迪系統（得興）布置圖圖5-27 康斯迪電爐工藝布置康斯迪電爐具有如下優點： 降低電耗60 100kWh/t，縮短冶煉周期 ； 減少電極斷裂，降低電極消耗； 減少