炼钢⼯艺及操作要点详解（精编）.
前⾔
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。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。
斑图冶炼⽅法的确定主要取决于炉料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。
(2)不氧化法。
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(3)返回吹氧法。
(4)氩氧混吹法。
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。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。
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。
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。
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。
比例电磁铁(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、⽣铁以及中间合无尘布激光切割机
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。
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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％、M
0．20％、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％。当配碳量为0．80％时，求配料量和配料组成?
解：(1)出钢量=(3200×6+20×6+120+150) ×0.9872
=19339.25(kg)
(2)(kg)
(3)配料量：
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
铁合⾦总补加量=115．11+433．89+53．56+236．81
=839.37(kg)
矿⽯进铁量=(19339.25-839.37)×4％×60％×80％
=355．20(kg)．
配料量=20145．O5=839.37—355.20
=18950.48(kg)
(4)配料组成：
令杂铁配⽐为20％，则：
杂铁配⼊量=l8950.48×20％=3790.10(kg)
=2765.5(kg)
返回废钢配⼊量=l8950.48-3790.10-2765.75
=12394.63(kg)
第三节装料⽅法及操作
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。
⼀、装料⽅法
电炉炼钢最常见的是冷装料，⽽冷装按钢铁料的⼊炉⽅式不同可分为⼈⼯装料和机械装料；机械装料因采⽤设备不同⼜分为料槽、料⽃、料筐装料等多种。⽬前，⼴泛采⽤的还是料筐顶装料。
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。 (2)快速装料。 (3)合理布料。
⾸先，各种炉料的搭配要合理。⼀般料块重量⼩于lOkg的为⼩料，l0～25kg的为中料，⼤于50kg⽽⼩于炉料总重五⼗分之⼀的为⼤料。根据⽣产经验，合理的配⽐是⼩料占l5％～20％，中料占40％～50％，⼤料占40％。
各种炉料在炉内亦即筐内的合理位置是：底部装⼀些⼩料，⽤量为⼩料总量的⼀半，以缓冲装料时对炉底的冲击，同时有利于尽早在炉底形成熔池；然后在料筐的下部中⼼装全部⼤料，此处温度⾼，有利于⼤料的熔化，同时还可防⽌电极在炉底尚未积存⾜够深的钢液前降⾄炉底⽽烧坏炉衬；在⼤料之间填充⼩料，以保证炉料密实；中型炉料装在⼤料的上⾯及四周；最上⾯放上剩余的⼩料，以便送电
后电极能很快“穿井”，埋弧于炉料之中，减轻电弧对炉盖的热辐射。如果炉料中配有⽣铁，应装在⼤料的上⾯或电极下⾯，以便利⽤它的渗碳作⽤降低⼤料的熔点，加速其熔化。若炉料中配有合⾦，熔点⾼的钨铁、钼铁等应装在电弧周围的⾼温区，但不能在电弧的正下⽅；⾼温下易挥发的铁合
⾦如锰铁、镍板等应装在⾼温区以外，即靠近炉坡处，以减少其挥发损失；容易增碳的铬铁合⾦也不
要直接放在电极下⾯。
(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.5％～2.0％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200～300mm左右。
第四节炉料⼊炉与送电
⼀、炉料⼊炉
料筐顶装料要有专⼈指挥，抽炉或旋转炉盖时，炉盖要完全抬起，电极要升到顶点且下端脱离炉膛、
以防剐坏炉盖或电极，同时⼜要求电极下端不许超出炉盖的⽔冷圈或绝缘圈，避免摇晃摆动时将电极折断⽽滚落到它处砸坏设备或砸伤⼈。
采⽤留钢留渣操作时，装料时应多垫些杂铁，并允许料筐抬得略⾼些。
⼆、送电
炉料⼊炉后并在送电前，电炉炼钢⼯和设备维护⼈员应对炉盖、电极、⽔冷系统、机械传动系统、电⽓设备等进⾏检查，如发现故障要及时处理，以免在冶炼过程中造成停⼯；还应检查炉料与炉门或⽔冷系统是否接触，如有接触要⽴即排除，以免送电后被击穿。
第五节熔化期及其操作
熔化期的主要任务是在保证炉体寿命的前提下，以最少的电耗将固体炉料迅速熔化为均匀的液体。
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50％～60％。液化气燃烧器
⼀、炉料的熔化过程
送电开始后，就是熔化期的开始，炉料的熔化过程⼤体上分为如图12—1所⽰的四个阶段。
图12─1 炉料熔化过程⽰意图
a-起弧阶段；b-穿井阶段；c-电极回升阶段；d-低温区炉料熔化阶段
第⼀阶段：起弧阶段。
第⼆阶段：穿井阶段。
第三阶段：电极回升阶段。
第四阶段：熔化低温区炉料阶段。
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