电弧炉炼钢讲义
1电弧炉炼钢概述
1．1电弧炉炼钢的发展概况：大致可分为三个阶段
（1）研究阶段（从1800年至1900年）
1800年，英国人戴维（Humphrey Davy）发明了碳电极；1849年，法国人德布莱兹（Deprez）研究用电极熔化金属；1866年，德国人冯·西门子（Werner Von Siemens）发明了电能发生器；1879年，德国人威廉姆斯·西门子（C Williams Siemens）采用水冷金属电极进行了实验室规模的炼钢试验，但电耗太高，无法投入大生产；1885年，瑞典ASEA（即瑞典通用电气）公司设计了一台直流电弧炉；1888年，法国人海劳尔特（Paul Heroult）用间接电阻加热炉进行熔炼金属实验；1889～1891年，同步发电机和变压器推广应用；1899年，海劳尔特研制成功交流电弧炉；1900年，海劳尔特开始用交流电弧炉冶炼铁合金；
（2）初级阶段（从1900年至1960年）
1905年，德国人林登堡（R.Lindenberg）建成第一台炼钢用二相交流电弧炉（海劳尔特式），该炉特点是采用方形电极，电极手动升降，炉盖固定不可移动，加料从炉门口人工加入；1906年，林登堡成功地炼出了第一炉钢水，浇注成钢锭，从此开创了电弧炉炼钢的新纪元；1909～1910年，德国和美国分别制成了6t和5t的三相交流电弧炉投产；1920年，采用了电极自动升降调节器，提高了电极升降速度；1926年，德国德马克公司将炉盖改为移出式，首次实现了顶装料；1930年，出现了炉体开出式电弧炉；1936年，德国人制造了18t炉盖旋转式电弧炉；1939年，瑞典人特勒福斯提出了电弧炉电磁搅拌的思想；1960年，为使三相电抗平衡，美国出现了短网等边三角形布置；此阶段由于电力、电极、用氧水平、炉容量等的限制，故炼钢成本大大高于平炉，因而只适合于冶炼合金钢、特殊钢。随着第二次世界大战的爆发，电炉钢的产量迅速增长。
（3）大发展阶段（从1960年至今）
由于钢铁工业内部结构在50年代中期发生了重大变化，及LD转炉取代了OH平炉的炼钢龙头地位，但是LD炉不能象平炉那样100%地采用废钢为原料，故伴随着平炉的逐步退出炼钢舞台，废钢过剩的问题就日益突出，因此就要求EAF电炉在冶炼合金钢的同时，还要担负起一部分冶炼普通钢种的任务。这样就对EAF提出了如何大幅度提高生产率和降低生产成本的发展方向。1964年，美国碳化物公司的施瓦伯（W.E.Schwabe）和西北钢线材公司的罗宾逊（C.G.Robinson）共同提出了电弧炉超高功率的概念，并在两台135t的电弧炉上采用不同功率水平进行试验；不久就在世界各国推广UHP操作，使冶炼时间大大缩短，从3～4小时减少到2小时（功率水平500kVA/t）。从七十年代开始，为了最大限度地利用变压器的工作效率，围绕着如何进一步提高功率利用率和时间利用率，各国相继发展了一系列的相关技术，例如：炉壁、炉盖水冷化、长弧泡沫渣操作、氧燃烧嘴、偏心炉底出钢、废钢预热、炉底吹气、双炉壳电弧炉等等。因此，变压器的功率水平达到800～1100kVA/t，冶炼时间进一步降低至1小时以下，电耗降至400kWh/t以下。并逐步在特殊钢厂推广运行“废钢预热—电弧炉—炉外精炼—连铸—热送轧制或连轧”的工艺模式，把电弧炉演变成了单纯的废钢快速熔化设备。为了根本上克服交流超高功率电弧炉的电弧不稳定、三相功率不平衡带来的炉壁热点问题，对前级电网造成的剧烈冲击（闪烁问题），70年代开始了直流电弧炉的研究，并于80年代中期投入工业生产，从此电弧炉又在交流和直流两方面同时发展。
综上所述，在电弧炉炼钢诞生起至今的约100多年的时间里，从开始时的小型电弧炉专门冶炼合金钢种，到后来变化为大型电弧炉兼炼合金钢和普碳钢，直至近来的超高功率大型（交、直流）电弧炉仅仅作为废钢熔化设备。
1．2 电弧炉炼钢的特点
优点：靠电弧加热，热效率高，能调节炉内气氛，与平炉、转炉相比，基建投资少，占地面积小
缺点：电弧是点热源，电力、电极、耐材消耗高，生产率较低，成本比转炉高
1．3 传统碱性电弧炉炼钢方法及工艺流程介绍
1.3.1 常用冶炼方法：一般可分为氧化法、不氧化法和返回吹氧法三种。
氧化法：在炉料熔清后，通过向钢液中加矿或吹氧进行脱P、脱C操作，并造成熔池沸腾，去除钢中[H]、[N]气体及非金属夹杂物，再经过还原期脱O、脱S、调整钢液化学成分及温度后出钢。此法的特点在于可使钢中[P]、[S]、[H]、[N]、[O]等都可降低至规格范围内，达到纯洁钢液的目的，因此大多数钢种均采用此法冶炼。而此法不足之处在于钢中若含有大量合金元素时，则会造成其氧化损失，并对操作带来不良影响，故一般配料时多用碳素废钢，这又造成后期合金化的困难。
不氧化法：冶炼过程中没有氧化期，能充分回收原料中的合金元素。炉料熔清后，经还原调整成分及温度后即可出钢。优点是可在炉料中配入大量合金钢切头、切尾、废钢锭、注余、汤道、切屑等，减少铁合金的消耗量，降低钢的成本。缺点是冶炼过程中不能去P、去气去夹杂，因此要求配入清洁无锈、无油污的低P且C含量合适的钢铁料，并在冶炼中防止钢液吸气过多。
返回吹氧法：在炉料中配入大量的合金钢返回料，根据C和O的亲和力在一定温度下大于某些合金元素与O的亲和力的理论，当钢液温度升高至一定温度后，向钢液中吹氧，达到在脱C以便去气去夹杂的同时，又能够避免钢中合金元素氧化损失的目的。这样做，既降低了成本，又提高了质量。
1．3．2 碱性电弧炉氧化法冶炼工艺流程介绍
上炉出钢→补炉（fettling）→装料(charging)→熔化期(melting)→氧化期(oxidizing)→还原期(reducing)→出钢(tapping)
补炉：上炉出钢毕，迅速将炉体损坏部位进行修补，以保证下一炉钢的冶炼。新炉子在炉役期的前几炉可不补炉。装料：将配好的炉料（burden）按一定规律装入料罐（bucket）中，然后将料罐吊至炉前，打开炉盖，将炉料一次卸入炉内。一炉钢可视情况一次装料或多次装料。熔化期：从通电至炉料完全熔清称为熔化期。其主要任务是迅速熔化全部炉料，并及早形成一定的炉渣，起到稳定电弧、防止金属挥发与吸气，提早脱P等作用。氧化期：待炉料全部熔清后，取样分析，进入氧化期。其主要任务是最大限度地脱P （dephosphorization）、去除钢中气体（[H]、[N]）和非金属夹杂物（non-metallic inclusions），并升温至稍高于出钢温度。还原期：氧化期任务完成后，停电扒除氧化渣，重新造新渣，进入还原期。其主要任务是脱O（deoxidization）、脱S（desulphurization），调整钢液的成分和温度。出钢：当钢液成分和温度均符合出钢要求，则打开出钢口，摇炉出钢。出钢时要做到钢渣混冲，利用钢渣在钢包（ladle）中激烈运动，最大限度地脱S，并防止二次氧化、二次吸气。
2、电弧炉的电气设备
2．1 电弧的概念与交流电弧的特性
2．1．1 电弧：电弧是电流通过两极间气体时使之电离的一种放电现象。
阴极放电：热电子发射，强电场发射。电子自阴极发射后，以极高速度向阳极冲击，在运动中与极间气体碰撞，使其电离成正、负离子，形成电弧。电弧中的电子数目或者电弧电流大小与两极间电功率、阴极材质、气体种类等都有关系。
2．1．2 交流电弧的特性
2．1．2．1 不连续性：由于交流电弧电压与电流的周期性变化，故当电弧电压未达到燃弧电压时，电流为0，电弧就会熄灭。但当电路中有感抗存在时，则即使电弧电压V a小于燃弧电压，电弧电流I a≠0。当感抗增加到一定值时，则可保证电弧连续燃烧而不熄灭。2．1．2．2 压缩效应：电弧周围空间存在磁场，电弧便在磁场力作用下沿轴向产生径向压力，并由外向内逐渐增大，使电弧下的钢液呈弯月面下凹，加强了钢液的搅动和传热。
2．1．2．3 外偏效应：一相电弧受到其他两相的磁场作用，或受到炉子周围铁磁性物质的作用，使三相电弧不同程度地偏向炉衬。2．2 电弧炉的主电路：主电路主要由隔离开关、高压断路器、电抗器、电炉变压器、低压短网
2．3 主电路上的电气设备
2．3．1 隔离开关：也称空气断路开关，无灭弧装置。开关操作顺序：送电时，先合上隔离开关，后合上高压断路器；断电时，先断开高压断路器，后断开隔离开关。为防止误操作，常在隔离开关与高压断路器间设置连锁装置。
2．3．2 高压断路器：具有灭弧装置。根据灭弧装置的不同设计，电弧炉使用的高压断路器有：油开关、空气断路器、真空断路器
灭弧手段油吹气抽真空
2．3．3 电抗器：串联在变压器的高压侧（小炉子直接设计在变压器箱体内），目的是增加电路中的感抗，达到稳定电弧和限制短路
电流的作用。但它却使无功功率消耗增加，降低功率因素（cos?=有功功率
输入功率
）。一旦电弧燃烧稳定后，就应立即切断电抗器。
2．3．4 电炉变压器：把几千或几万伏的高电压变为100～400V低电压、大电流的电气设备称为变压器。它可以说是电弧炉的心脏。变压原理：改变铁芯上原边绕组的匝数。
①、原边绕组的接法从⊿→Y 时，2
11 3
U U =例如：
12
380220
U V U V
==
，
②、原边绕组带有若干抽头，通过抽头的变化来变压。为了减少热停工时间，希望不停电转换电压，因此设计
了有载调压开关。有载调压开关工作原理，如下图所示：
它由选择开关m和n、“T”形转换开关K和限流电阻R组成。转换开关K和电阻装于绝缘筒作成的小箱内，小箱内装有灭弧用的油。变压器的冷却采用油冷（辅助强制油循环或水冷来加强变压器的冷却）。一般应确保油面最高温升为50℃。（即变压器油面温度低于85℃，因环境温度一般为35℃）
2．3．5 低压短网：从变压器副边引出线至电极这一段线路称为短网。构成：硬铜母线（busbar）+软电缆（flexible power cable）+水冷铜管（water-cooled bus tube）三相功率不平衡问题：当三相导体采用共平面布置时，即使变压器三相的二次电压和电流均相等，三相电弧的输出功率也是不相等的。因为三相阻抗不相等。
三相阻抗不相等的原因：①、中间相短网长度较其他两相短；②、边缘两相也因感抗不同使电弧功率不同，电弧功率大的一相称为“增强相”，另一相则称为“减弱相”。
应对措施：①、改平面布置为三角形布置；②、中间相安装电感补偿器；③、要求通过相序变换装置，使炉门一侧为强相，而使出钢口一侧为弱相；④、将中间相电极向炉子中心移动一点；⑤、采用倾斜电极；⑥、热点区域采用优质耐材，而非热点采用一般耐材；
⑦、短网线路改为双线布置法。
2．4 电极升降自动调节装置
目的：维持恒定的弧长，保证电弧稳定，保持输入功率恒定。
分类：①、电机放大机—直流电动机式自动调节器；属于20世纪40年代的控制系统。②、可控硅—直流电动机式自动调节器；③、可控硅—转差离合器式自动调节器；④、电液随动阀—液压传动式自动调节器；⑤、微机控制系统。
工作原理：测量比较系统（电压、电流互感器）→放大系统（电机放大机或可控硅）→执行系统（直流电动机、转差离合器、电液随动阀）
3、电弧炉炉体构造与炉衬
3．1 电弧炉的构造：炉体=金属构件+炉衬（耐火材料），电极夹持器及其升降装置，炉体倾动装置，炉顶装料系统，辅助装置3．1．1 金属构件
构成：炉壳，炉门，出钢槽和偏心炉底出钢，炉盖圈，电极密封圈炉壳：圆筒形炉身+炉底+加固圈炉门：“∏”形炉门框+空心水冷炉门+炉门升降机构出钢槽：钢板焊成的流钢槽（梯形）+耐火材料流钢砖（高铝质、铝镁质、高温水泥质捣打成）偏心炉底出钢系统：见图示。炉盖圈：炉盖圈和炉壳间必须良好密封，炉盖圈内通水，下沿设有刀口插入炉身加固圈的砂封槽内。见图示。电极密封圈：防止炉内高温气体外溢、防止红热电极对电极孔的侵蚀，必须使用电极密封圈。分为环形冷却、箱形冷却。
3．1．2 电极夹持器及其升降装置：电极夹持器的作用：夹紧或送放电极；传送电流至电极。结构：夹头+横臂+送放电极机构
电极升降机构：分类：固定立柱式、活动立柱式。传动方式：电动、液压
3．1．3炉底倾动机构：
分类：侧倾机构、底倾机构要求：向出钢方向倾动40°～45°；向炉门方向倾动10°～15°。
3．1．4炉顶装料系统：分类：炉盖开出式、炉体开出式、炉盖旋转式。
3．1．5辅助装置：①、水冷装置：电极夹持器、电极密封圈、炉壳加固圈、炉门盖、炉门框、炉盖圈，还有水冷炉壁、水冷炉盖等都要通水冷却。要求：下进水、上出水。②、排烟除尘装置：炉内排烟（通过第四孔抽烟），炉外排烟：屋顶排烟罩、整体封闭③、炉顶加料装置：通过第五孔向炉内加石灰、矿石及铁合金
3．2 炉衬的组成
炉底：绝热层（石棉板+硅藻土粉+绝热砖）+保护层（镁砖）+工作层（镁砂砖或打结炉衬）炉墙：保温层（石棉板+粘土砖）+工作层（镁砂砖或打结炉衬）炉盖：一级高铝砖砌筑（按人字形砌法、十字形砌法）
4、电弧炉炼钢的原材料
电弧炉炼钢的原材料主要是：
钢铁料：废钢、生铁、直接还原铁、热压块铁、脱碳粒铁；合金材料：铁合金、纯金属合金等；造渣材料：石灰、萤石、火砖块等；氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮；脱氧剂：块状、粉状；单一、复合；一般是Fe-Mn块、Fe-Si块、Al块、Mn-Si块、Ca-Si块、电石、C粉、Fe-Si粉、Al粉，等等；增碳剂：焦炭粉、电极粉、低P、S生铁块；电极：石墨电极（分为一般功率用和超高功率用）4．1 钢铁料
4．1．1 废钢
4．1．1．1 分类：
按来源：返回废钢：包括废钢锭、汤道、注余、切头、切尾、废铸件、试样等；外来废钢：包括废旧设备、冲压边角料、车屑、生活废品等。按化学成分：碳素废钢：包括普碳钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢等；合金废钢：一般为合金钢的返回料，包括滚珠钢、合金结构钢、合金工具钢、低合金高强度钢、不锈钢、耐热钢、高速工具钢等。按尺寸及单重：重型废钢：100～
2000kg；中型废钢：10～100kg；小型废钢：1～10kg；轻型废钢：需打包成压块钢屑、渣钢等：需打包或切割。
4．1．1．2 一般要求：①、清洁少锈，少油污；②、Cu、As、Sn、Pb、Zn等有色金属严禁带入；③、严禁炉料中混入密封容器、易燃易爆物及有毒物；④、S、P含量少；⑤、尺寸合适。
4．1．2 生铁、废铁和软铁：
4．1．2．1 生铁：
用途：（1）配料：配入量：10~20%，生铁牌号：P08、P10；（2）增C：采用优质低P、S生铁，生铁牌号：S10、S15。4．1．2．2 废铁：用途：配料，代替生铁；包括废钢锭模、浇注底盘、中注管外套、废铸铁件等，配入量≤配料量的10%。4．1．2．3 软铁（工业纯铁）：用于还原期调低C。
4．1．3 直接还原铁（DRI）、热压铁块（HBI）和脱碳粒铁：
4．1．3．1 直接还原铁：Direct Reduced Iron—DRI，是以铁矿石或精矿粉为原料，在直接还原炉内，在低于炉料的熔化温度下，以CO或H2（气基）或煤炭（煤基）作还原剂，所还原得到的金属铁产品。
4．1．3．2 热压铁块：Hot Briquette Iron—HBI，由海绵铁或金属化球团趁热压制成形是产品，称为热压块铁。HBI比DRI 密度高，不易氧化和破碎。
4．1．3．3 脱碳粒铁：高炉生铁粒化后，在回转窑中被CO2脱碳后的产品，称为脱碳粒铁。C：0.2~2.0%，粒度5~15mm。与直接还原铁比，T Fe要高5~10%，脉石含量低1~3%，但价格高。
4．2 合金材料：电弧炉炼钢主要使用的是铁合金，还有一些纯金属。主要作用是合金化，还可作为脱氧剂。
4．2．1 常用的合金材料：1.Fe-Si 既是合金剂，又是脱氧剂。Fe-Si含H量高，应高温烘烤。2.Fe-Mn 既是合金剂，又是脱氧剂。有低C、中C、高C之分，尽量用价廉的高C Fe-Mn，含Mn量均为50~80%之间。3.Fe-Cr 分为碳素Fe-Cr、中C Fe-Cr、低C Fe-Cr、微C Fe-Cr与金属Cr等，含量均为50~60%之间。4.其他 Fe-W：熔点高、比重大，应早加入炉内，块度〈80mm；Fe-Mo：熔点高，块度应该小一点，熔清后即可加入；Fe-V、Fe-Ti、Fe-B、Ni（粒、板）、Al（块）、Fe-Nb、RE合金，等等。
4．2．2 合金材料的管理：（1）、堆放时分类标牌清楚；（2）、不露天堆放，保持干燥、清洁；（3）、块度合适，一般来说，熔点高、密度大、用量多和炉子容量小时，块度宜小一些；（4）、必须在使用前烘烤。
高温退火：电解锰、电解镍等；高温烘烤：适合于Fe-Si、Fe-Mn、Mn-Si、Fe-Cr、Fe-W、Fe-Mo等；低温干燥：适合于RE合金、Fe-B、Al、Fe-V、Fe-Ti等。
4．3 造渣材料
4．3．1 石灰：由石灰石在800~1000℃高温下焙烧而成。
成分 CaO SiO2 MgO Fe2O3+Al2O3 S H2O
含量（%） 85 2 〈2 3 0.15 0.30
块度：30~60mm 烘烤：700℃，2小时以上
4．3．2 萤石（CaF2）作用：能降低炉渣的熔点，提高炉渣流动性，且保持碱度
成分： CaF2 SiO2 CaO S H2O
含量（%）〉85 〈 4 〈 5 〈0.2 〈0.5
块度：10~80mm 烘烤：100~200℃，4小时以上。
4．3．3 粘土砖块（火砖块）：即废汤道砖与废中注管砖块（模铸中产生）
成分： SiO2 Al2O3 Fe2O3
含量（%） 58~70 27~35 1.3~2.2
作用：提高炉渣流动性，但会降低炉渣碱度，适合于高MgO渣。
4．4 氧化剂、脱氧剂、增碳剂
4．4．1 铁矿石：分为赤铁矿石与磁铁矿石
成分： T Fe SiO2 S P H2O
含量（%）≥55 〈8 0.10 0.10 0.5
块度：30~100mm 烘烤：500℃以上高温下，2小时以上。
4．4．2 氧化铁皮：即轧钢时氧化剥落的铁皮。
成分： TFe SiO2 S P H2O
含量（%）≥70 〈 3 ≤0.04 ≤0.05 ≤0.5
烘烤：500℃以上高温下，4小时以上。
4．4．3 氧气
成分： O2≥98% H2O≤3 g/m3
吹氧压力：熔化期 0.3~0.7MPa
氧化期 0.6~1.2MPa
4．4．4 脱氧剂：块状脱氧剂：Fe-Mn、Fe-Si、Al、Mn-Si、Ca-Si，等等；粉状脱氧剂：C粉、Fe-Si粉、Al粉、电石，等等。4．4．5 增碳剂：通常有：焦炭粉、电极粉、低S、P生铁、碎电极块（块度50~100mm）
4．5 电极
4．5．1 对电极的要求：（1）、导电性能良好，电阻系数小，以减少电能损失；（2）、具有足够的机械强度，以免碰坏、撞断；
（3）、具有良好的抗高温氧化能力；（4）、几何形状规整，且表面光滑，以保证电极与电极夹头之间接触良好。
4．5．2 降低电极耗的措施：（1）、防振、防碰撞；（2）、防潮；（3）、防接头松动；（4）、防氧化剥落；（5）、提高电极自动调节器的灵敏度（4~7m/min ）；（6）、强化管理。
5、碱性电弧炉氧化法冶炼工艺简介
5．1 配料与装料
5．1．1 配料
5．1．1．1 要求：（1）、氧化法：①、配C 量：根据熔化期C 的烧损、氧化期脱C 量和还原期增C 量这三个因素来定。一般来
说，配C 量=钢种规格下限+0.65%。②、Si ：熔清样中[Si]〈0.15%（一般不人为配入）。③、Mn ：熔清样中[Mn]〈0.20%（一般不人
为配入）。④、P 、S ：越低越好。一般熔清样中[P]〈0.050%，[S]〈0.080%。⑤、熔清样中，[Cr]、[Ni]、[Cu]一般均应小于0.25%。
⑥、炉料综合收得率：95~97%。（2）、不氧化法：①、炉料由清洁少锈、干燥的本钢种返回料，以及类似本钢种的返回料，少量碳
素废钢与软铁组成。②、一般熔清样中[P]〈规格-（0.015~0.020）%。③、熔清样中，[C] 〈规格下限-（0.03~0.06）%。④、炉料综合收得率：98%。（3）返回吹氧法：①、炉料由本钢种返回料、碳素废钢、铁合金以及软铁等组成，其中本钢种返回料占40~80%。
②、脱C 量：0.20~0.40%。③、一般熔清样中[P]〈规格-（0.015~0.020）%。④、为了升温，可配入一定量的Fe-Si 和Fe-Mn 。⑤、炉料综合收得率：95~97%。
5．1．1．2 配料计算：
1.碳素钢和低合金钢的配料计算：①、确定出钢量：出钢量=（钢锭单重×钢锭支数+每块锭盘汤道及中注管重量×锭盘数+注余量）×相对密度系数。其中，注余量为出钢量的0.5~1.0%（小炉子取上限） 相对密度系数是以45号钢的密度7.81t/m 3为标准，依此换算出不同钢种的相对密度系数，对出钢量进行校正。②、确定炉料装入量
--=出钢量矿石带入的纯铁量添加的铁合金量装入量钢铁料综合收得率
其中，矿石带入纯铁量=每吨钢加矿量×钢水量×矿石含铁量×收得率。如矿氧结合法，则矿石加入量约15kg/t ；矿石氧化法，则加入量约40kg/t 。矿石含铁量约60%，铁的收得率为80%
()?-=
?出钢量控制含量炉内含量添加铁合金量铁合金成分收得率
③、计算各种炉料的配入量：各种炉料配入量=装入量×配比()C C C ?-=-装入量配量废钢含C 量配生铁量生铁平均含量废钢含量
其中，废钢含C 量=0.25%，生铁平均含C 量=4%（估算）?=?废钢配入量所需增碳量电极块配入量电极块成分收得率 其中，电极块成分约99%，收得率为80% 举例：氧化法冶炼45钢，采用下注法浇注2t 方锭8支，汤道及中注管重200kg ，注余量150kg ，炉料由50%外来废钢，返回废钢及低S 、P 生铁组成。使用的铁合金料为：Fe-Mn 含Mn 量70%，收得率为98%；Fe-Si 含Si 量75%，收得率为90%。求配料量及炉料组
成。（相对比重系数为1.0）
解：出钢量=（2000×8+200×1+150）×1.0=16350 （kg ） 矿石带入纯铁量=16350×15/1000×60%×80%=118（kg ）
16350(0.26%0.03%)56()75%90%Fe Si kg ?--=
=?加入量 16350(0.65%0.10%)131()70%98%
Fe Mn kg ?--==?加入量 16350118(56131)16890()95%
kg --+==装入量 外来废钢=16890×50%=8445（kg ） 16890(1.05%0.25)3603()4%0.25%kg ?-==-配生铁量 返回废钢量=16890-8445-3603=4842（kg ） 计算结果：炉料由返回废钢4842kg ，外来废钢8445kg ，配生铁量3603kg 。
2.高合金钢的配料计算：高合金钢配料计算比低合金钢复杂，现将最基本的配料方法介绍如下：装入量=总进炉量-还原期补加合金总量=出钢量
总进炉量综合收得率
()?-???∑出钢量控制成分装入量配料成分熔清收得率还原期补加合金总量=合金成分收得率
∴ 11????-?? ??????=??????- ???????
?∑∑控制成分综合收得率合金成分收得率装入量出钢量配料成分熔清收得率合金成分收得率 例如：采用返回吹氧法冶炼1Cr18Ni9Ti ，出钢量为16400kg ，炉料的综合收得率为95%，其他计算数据为（%）：
合金元素
C Cr Ni Mn Si Ti P
控制成分
0.06 18 9.8 1.5 0.65 0.5 ≤0.025 配料成分
0.35 9 10.0 1.0 0.80 ≤0.020 铁合金成分
60 99.9 98 75 30 熔清收得率
80 98 50 20 还原期收得率 96 98 98 90 60
炉料由GCr15切头，本钢种返回料、镍板、硅铁及软铁组成。 解：118%9.8% 1.5%0.65%0.5%95%60%9699.9%98%98%98%75%90%30%60%164009%80%10%98% 1.0%50%0.8%20%160%96%99.9%98%98%98%75%90%????-++++ ????????????=?????????-+++ ???????????
装入量 =16400×0.765=12546（kg ）
如配入GCr15切头3000kg ，则本钢种返回料配入量为：125469%3000 1.5%6023()18%
kg ?-?= 1254610%60239.8%665()99.9%
kg ?-?==配入镍板量125460.8%(602365%30000.26%)71()75%
Fe Si kg ?-?+?-==配入量 125460.35(3000 1.0%60230.06%)13()99.9%80%
kg ?-?+?==?配碳电极块 软铁用量=12546-3000-6023-665-71-13=2774（kg ） 验算炉料中的P 含量：
30000.015%60230.02527740.01%0.0178%0.025%12546?+?+?=<
5．1．2 装料
5．1．2．1 布料顺序：为了炉料在炉内密实，大、中、小料必须合理搭配。一般小料（〈10kg 〉占15~25%，中料（10~50kg ）占
40~45%，大料（＞50kg ）占35~45%。顺序：①、底部小料装一半；②、小料上装大料全部；③、大料间填充小料；④、中料及剩余小料装在上面及四周；⑤、生铁装在大料上或电极下；⑥、难熔铁合金装在高温区，但不要在电极下，其他铁合金装在炉坡及四周。
5．1．2．2 装料操作：在料罐内按上述布料顺序布料，通过装料起重机吊至炉前，打开炉盖，卸料入炉。
注意：（1）、料罐距炉底不宜太高；（2）、炉料应装在靠近2#电极稍偏向炉门处，以利于熔化。
5．2 烘炉与补炉
5．2．1 烘炉：有两种炉衬：沥青炉衬和卤水炉衬。沥青炉衬：以沥青、焦油作粘结剂；卤水炉衬：卤水作粘结剂。
1.烘炉曲线：沥青要在150~200℃时发生软化，故烘炉时要从高温到低温进行。而卤水（MgCl 2·x H 2O ）中有结晶水，故卤水炉烘炉
时要从低温到高温进行。
2.烘炉操作：烘炉前在炉底先铺一层碎电极块或焦炭，一般10~20t 的电弧炉放200~400kg 。上面用废电极按“丁字形”或“三角形”
准确平稳地放在三相电极下。不能搁在炉坡上，废电极直径不能过细。若无废电极，也可用大块焦炭来代替。烘炉时出钢口不堵，并用木柴等物烘烤出钢槽。
5．2．2 不烘炉直接炼钢法：只适用于沥青炉。第一炉宜冶炼35#~60#钢。熔化期要慢，不吹氧助熔。氧化期适当增加脱C 量，脱C 速度要均匀。还原期要快，采用快白渣法。
5．2．3 补炉：
1.补炉原则：热补、快补、薄补；先外后里，先坏后好。
2..补炉材料：对沥青炉：1~3mm 镁砂+10%沥青（≤3mm ）或1~3mm 镁砂
（70%）、熟白云石（30%）+10%沥青（≤3mm ）对卤水炉：1~3mm 镁砂+7~8%卤水。3.补炉部位：2#电极处渣线，炉门口两侧，出钢口两侧，其他渣线以及炉口处为常见易损部位。4.补炉操作：人工补炉：先补炉门两侧，再打开炉盖投补出钢口两侧，再补2#电极渣线及其他渣线处，损坏严重处采用卤水镁砂贴补。5.补炉方法：人工补炉：仅适合于小炉子。机械补炉：回转式补炉机，要打开炉
盖、无法进行局部修补；风压式喷补机：从炉门插入喷补。
5．3 熔化期
5．3．1 主要任务：在保证炉体寿命的前提下，合理供电，尽快使固体炉料迅速熔化成为成分均匀的钢液；提前造好熔化渣，以稳
定电弧，并减少钢液的吸气及金属的挥发和氧化损失；利用熔化末期温度不高的有利条件，去除50~70%的P ，以减轻氧化期的去P 任务；加热钢液温度，为氧化期创造正常的沸腾条件；正确控制熔化结束时钢液的各种化学成分，尤其应控制好钢液的熔毕碳量。
5．3．2 熔化过程：分为四个阶段：起弧、穿井、电极回升、熔化末期。1.起弧：5~10min ，输入功率为额定功率的2/3，以免炉盖被电弧光辐射受损；生成Fe 2O 3（红棕色烟雾），噪音大。2.穿井：占熔化期的1/4，输入功率为最大（甚至可短时超载）；加入电抗
器，稳定电弧。3.电极回升：占熔化期的1/2，输入功率仍然保持最大，可不加电抗器，因为熔化渣已形成，烟雾变淡褐色，噪音变低沉。4.熔化末期：炉料熔化3/4以后，三个“井”已经连成一片，炉门口已能看到电弧光，此时用低一级电压供电，吹氧助熔（氧压
0.4~0.7MPa ）约10~15min 。
5．3．3 熔化过程中物理、化学反应
5．3．3．1 元素的挥发与氧化：金属挥发总损失约战炉料的2~3%。Al 、Ti 、Si ，基本全部氧化。Mn ：50~60%被氧化。C ：10~30%
被氧化，氧化量与配C 量、配Si 量及吹氧助熔时间均有关，另外塌料大沸腾也会造成C 的损失。Fe ：2~6%，与炉料的表面质量、熔
化时间、吹氧助熔时间、氧压等有关。
5．3．3．2 钢液的吸气：在高温电弧作用下，炉气中的水分和氮气被分解成H、N，溶解入钢液中成为[H]、[N]。熔清时，一般
w[H]=0.00045~0.0007%（即4.5~7ppm），w[N]=0.0060~0.012%（即60~120ppm）。
5．3．3．3 熔化渣与脱P：1.熔化渣的作用：①、稳定电弧；②、覆盖钢液，有利于升温，防止吸气，吸附杂质，减少金属挥发；
③、有利于去除[P]、[Si]、[Mn]等元素。2.脱P ：利用熔化期温度不高（约1500℃）的有利条件，控制好熔化渣，即可去除50~70%的[P]。熔化渣控制：碱度B=2.0~2.5；w（FeO）=15~25%；渣量=3~5%；流动性良好。
5．3．4 缩短熔化期的措施：快速补炉和合理装料；提高变压器输入功率（超高功率或高功率）和合理配电；吹氧助熔；氧燃烧嘴助熔；炉料预热；二次燃烧技术；埋弧泡沫渣技术；炉底吹气搅拌技术；其他：如热装铁水、注余钢水回炉、改善三相功率不平衡、留钢留渣操作。
5．4 氧化期
5．4．1 主要任务：脱P至0.015~0.010%以下；脱C以去气去夹杂，氧化末期控制w[H]≤0.00035%，w[N]≤0.0040~0.0070%，夹杂物总量〈0.01%；升温至出钢温度以上10~20℃；氧化末期，控制w[C]=钢种规格下限-（0.03~0.08%）。
5．4．2 脱P
5．4．2．1 脱P反应
2[P]+5（FeO）=（P2O5）+5[Fe]
（P2O5）+3（FeO）=（3FeO·P2O5）
+）（3FeO·P2O5）+4（CaO）=（4CaO·P2O5）+3（FeO）
2[P]+5（FeO）+4（CaO）=（4CaO·P2O5）+5[Fe]
△H= -950kJ/mol
∴脱P条件：①、适当偏低温度：1470~1530℃；②、w（FeO）=12~25%；③、w（CaO）/w（FeO）=2.5~3.5；④、B=2.0~3.0；⑤、渣量大，流动性好。
5．4．2．2 氧化前期脱P操作：控制温度在1550℃以下；B=2.5~3.0；w（FeO）=12~20%；渣量=3~5%，不断流渣、补渣料。若熔清时[P]〉0.050%，可控制渣量=5~7%，且通过扒渣、换渣操作来迅速降低[P]。
5．4．3 脱C
5．4．3．1 脱C反应
间接氧化： [C]+[O]={CO}
[O]的来源：①、矿石分解成（FeO），（FeO）=[O]+[Fe] ②、氧化铁皮↑（FeO），（FeO）=[O]+[Fe]③、吹氧： {O2}+2[Fe]=2[FeO] 直接氧化： [C]+1/2{O2}={CO}
5．4．3．2 氧化方式
1.矿石氧化
特点：①、w（FeO）＞w[O]＞平衡w[O]，要求w（FeO）＞15%（控制在15~25%）②、加矿温度：低碳钢：≥1590℃；中碳钢：≥1580℃；高碳钢：≥1570℃，为了防止大沸腾（因矿石分解吸热，导致[C]、[O]反应停滞）③、分批加矿，防止大沸腾；④、渣量少：2~3%；⑤、碱度B=1.8~2.0；⑥、脱C速度一般为0.01%[C]/min；⑦、矿石用量：30~40kg/t，脱C0.30~0.40%；⑧、氧化结束时，要求有约10min净沸腾时间，以降低过剩w[O]。
2.吹氧氧化：特点：①、w[O]＞w（FeO）＞平衡w[O] ，w（FeO）＞12%（控制在12~20%）；②、吹氧温度无要求。当然高温有利于脱C，特别是后期w[C]＜0.20~0.30%时，有利于提高C的扩散系数；③、吹氧强度前期小，后期高；④、渣量=2~3%；⑤、
B=1.8~2.0；⑥、脱C速度，一般为0.025~0.050%[C]/min；⑦、氧化结束，除低碳钢外，无须净沸腾。
2.综合氧化：先加矿氧化、后吹氧氧化，称为综合氧化。先加矿的目的是脱P，待[P]≤0.015%，开始吹氧脱C，去气去夹杂和使钢液迅速升温，至[C]合乎要求，温度合乎要求后，即可扒渣进入还原期。
5．4．4 脱C的目的—去气去夹杂：去气速度取决于脱C速度，去气量取决于脱C量。一般要求：脱C速度≥0.01%[C]/min，脱C量≥0.30%[C]就可以使w[H]从4.5~7ppm降低到3.5ppm以下，w[N]从70~120ppm降低到40~60ppm以下，非金属夹杂物从0.03%降低到0.01%以下。另外，要保持脱C速度﹥﹥吸气速度，即要求避免大沸腾，防止钢液直接与大气接触而大量吸气。
5．4．5 氧化期的操作：应视熔清后的全分析成分决定如何操作，最主要是熔清[C]和[P]的高低。
5．4．6 氧化期的强化冶炼：1、熔氧结合，提前脱P；2、造泡沫渣，实现埋弧操作；3、以氧代矿；4、喷粉脱P和喷粉增C。
5．5 还原期
5．5．1 主要任务：脱O至w[O]≤0.002~0.003%，并降低夹杂氧；脱S，一般钢种w[S]＜0.045%，优质钢w[S]＜0.02~0.03%；合金化，合金元素含量进入钢种规格要求；调整钢液温度。
5．5．2 脱氧
5．5．2．1 [O]对钢的危害性：1、[C]、[O]在凝固过程中反应，造成冒涨、皮下气泡、疏松等钢锭缺陷；2、生成钢中内生夹杂物；加剧[S]的危害性，因为共晶化合物FeO·FeS的熔点只有940℃。
5．5．2．2 脱氧方法：
1.沉淀脱氧：直接将脱氧剂加入钢液中，与钢中的[O]反应生成氧化物上浮入渣而脱氧。优点：脱氧速度快；缺点：氧化产物易玷污钢液，造成钢中夹杂物的增加。
①、脱O能力：
脱O反应： x[Me]+y[O]=Me x O y（S）
11
[][]
e
e e
M x y x x y y
M O M O
K
a a f w Me f w O
==
????
∴'
[][]
x
y
Me
O K Me-
=?
当1600℃时，脱O元素w[Me]=0.1%，通过比较'
Me
K的大小来排列其脱氧能力。脱O能力从大到小依次为：RE、Zr、Ca、Mg、Al、Ti、B、Si、C、P、Nb、V、Mn、Cr、（Fe、W、Ni、Cu）。但元素Me浓度大于一定值时，脱O能力却反而降低。
②、脱O产物上浮速度快：生成大颗粒产物
液态产物，如复合脱氧剂易生成低熔点的共晶化合物；
生成与钢液界面张力大的产物，如Al2O3
2.扩散脱氧（或渣中脱氧）：将脱氧剂（一般为粉状）加入渣中，先降低（FeO ），再通过扩散使[O]降低。根据O 在渣、钢间的分配定律：[]
()5750lg 0.547O FeO w w T
=-+ 扩散脱O 操作可分为白渣法、快白渣法、弱电石渣法和强电石渣法等。 3.综合脱氧：还原期开始时为大幅度降低[O]，采用加入块状的Fe-Mn 、Fe-Si 、Mn-Si 或Al 来进行强脱氧（降[O]至0.01~0.02%）；待稀薄渣形成后，采用粉状脱氧剂（C 粉、Fe-Si 粉、Al 粉或电石等）扩散脱氧；出钢前再用强脱氧剂（Al 块、Ca-Si 块）进行终脱氧，使[O]降至0.002~0.003%。
5．5．3 脱S ：
脱S 反应：
[FeS] =（FeS ）
+） （FeS ）+（CaO ）=（CaS ）+（FeO ）
[FeS] +（CaO ）=（CaS ）+（FeO ）
还原期内发生：
（FeO ）+C = [Fe] + {CO}
2（FeO ）+Si =（SiO 2）+ 2[Fe]
3（FeO ）+CaC 2 = （CaO ）+2{CO}+ 3[Fe]
因此，脱S 反应条件十分有利。
控制因素：①、w （FeO ）＜0.5%，即造成白渣；②、B=2.0~3.0（最好控制到2.5~3.0）；③、渣量=3~5%；④、适当高温；⑤、加强搅拌：人工搅拌、钢渣混冲、喷粉、电磁搅拌。
5．5．4 温度控制：供电制度：加入稀薄渣料后，一般用中级电压（2~3级）与大电流化渣，一旦还原渣形成，应立即减小电压
（3~5级），输入中、小电流供电。应该严格避免“后升温”的发生。t T =t M +（80~120）℃，小炉子或连铸取上限，即100~120℃；大炉子（20t 以上）取下限，即80~100℃。
5．5．5 合金化
5．5．5．1 合金加入顺序及操作要点：（1）、合金加入顺序的原则：合金元素的化学稳定性、合金的熔点、比重与加入量多少决定了合金的加入先后顺序。（2）、合金化操作特点： ①、Ni 、Co 、Cu 不会氧化，故在装料时配入，或熔、氧期加入。②、W 、Mo 与
O 亲和力小，且比重大、熔点高，应早加。氧化法，可在加稀薄渣料时一起加入；返回吹氧法，可随炉料配入，但吹氧助熔时应在熔
池温度足够高时进行，以免W 的过分损失。还原期补加Fe-W 时应注意块度一定要小，加到高温区，并加强搅拌，加入后20min 以后才可出钢。③、Mn 、Cr 一般还原初期加入，后期调整。Cr 若氧化入渣会使渣变绿（Cr 2O 3）并变粘，应加强还原期造渣，使渣色由绿变白，并调整炉渣的流动性，以免给脱S 造成困难。④、V 与O 亲和力较强，要在白渣下加入。一般冶炼低V 钢（w[V]＜0.3%＝，在出钢前8~15min ；冶炼高V 钢（w[V]＞1%），可在出钢前30分钟内加入。⑤、Si 冶炼硅钢时，在出钢前10分钟左右，按规格中、上限加入（包括残余Si ）；一般钢种在出钢前5min 加入。Si 的合金化还应注意Si 的烧损及含Al 、Ti 钢种的回Si 、Fe-Si 粉造成的增Si
等。⑥、Al 、Ti 、B 极易氧化的元素，因此加入前钢水必须脱氧良好。加B 前先应加适量的Al 和Ti ，脱O 固N 。加入方法有三：一是用铝皮或马粪纸包好插入；二是出钢过程中加入钢包的钢流中；三是采用喂丝的办法。加Ti ：低Ti 钢可在出钢前5~10min 加入，也可在出钢时加入包中（注意会增Si 约0.10%左右）；高Ti 钢（w[Ti]＞0.5%）， 当炉内[Si]已经较高时，应扒渣后加入，且加入后
10min 内出钢。加Al ：作为合金元素，应在出钢前10min 加入，加前应扒掉炉渣，将Al 块加在钢液面上，然后立即向炉内加入2~3%的石灰和萤石，采用大电压化渣，化好渣后出钢。⑦、其他元素N ：通常在还原期用含氮锰铁或含氮铬铁加入，钢液中含[Mn]和[Cr]
可提高[N]的回收率；另外，还可向钢液中通入氮气来增N ；P 、S ：在还原期加入，但必须造中性渣，以保证合金收得率；RE ：采用
稀土合金或稀土氧化物在插Al 后加入，回收率在30~50%。
5．5．5．2 合金加入量的计算：
1.碳钢、低合金钢及单元素高合金钢的计算 基本公式：?=?钢水量（控制成分-炉内成分）铁合金加入量（合金成分-控制成分）回收率
当计算碳钢和低合金钢时，由于控制成分较铁合金含量低很多，故可把分母简化为“合金成分×回收率”来计算，误差很小。对于不易氧化的合金，其回收率可作100%。
2.多元素高合金钢的计算：（1）、补加系数法：其思路是先用单元素法计算，然后考虑到这部分加入的合金只是将原来炉内钢水的成分配至要求。①、求出各合金元素的补加系数：即计算在100kg 不含任何合金元素的纯铁中，必须分别加入多少铁合金，才能使之达
到规格成分。②、按炉前分析结果，用单元素方法计算出各合金元素的加入量（注意分母中不减控制成分，另外不考虑合金回收
率）。③、按各合金的补加系数，计算出欲使整炉钢水成分达到规格成分需补加的各合金量。④、计算出总出钢量。⑤、将②、③步的计算结果，再考虑到合金收得率后，计算出实际各合金的总加入量。
例1、冶炼1Cr18Ni9Ti ，控制成分：w[C]=0.07%；w[Mn]=1.25%；w[Si]＜0.80%；w[Cr]=17.5%；w[Ni]=10.6%；w[Ti]=0.5%。所采用
的铁合金为：
30%Fe-Ti 收得率：55%
65%Fe-Cr 收得率：100%
100%Ni 板 收得率：100%
100%金属Mn 收得率：100%
如果炉内现有8t 钢水，还原分析结果是：
w[Mn] w[Ni] w[Cr] w[Ti]
1% 10% 16% ∕
根据上述条件，问需要加入多少各种铁合金，才能达到成品规格的控制成分的要求，且计算出总出钢量为多少？
解：1）、计算100kg1Cr18Ni9Ti 中的铁合金的占有量： 17.5%10027()65%
Fe Cr kg -=?=占有量
10.6%10010.6()100%Ni kg =?
=板占有量 1.25%100 1.25()100%
Mn kg =?=金属的占有量 0.5%100 1.67()30%Fe Ti kg -=?=的占有量 故基体铁的占有量=100-（27+10.6+1.25+1.67）=59.5（kg ） ∴各元素的补加系数为：Fe-Cr 系数=27/59.5=0.4538 Ni 板系数=10.6-59.5=0.1782 金属Mn 系数=1.25/59.5=0.021 Fe-Ti 系数=
1.67/59.5=0.0281
2）、按炉前分析结果，用单元素法（不计损失）计算出各元素的加入量：17.5%16.0%8000184.6()65%Fe Cr
kg --=?
= 10.6%10.0%800048()100%
Ni kg -=?=板 1.25% 1.00%800020()100%Mn kg -=?=金属 0.5%8000133.3()30%Fe Ti kg -=?= 合金初加总量=184.6+48+20+133.3=385.9（kg ） 3）按各合金的补加系数，算出欲使新增385.9kg 钢水成分达到规格，还需补加的合金量：
补加Fe-Cr 量=385.9×0.4538=175.1（kg ） 补加Ni 板量= 385.9×0.1782=68.8（kg ）
补加金属Mn 量= 385.9×0.021=8.1（kg ） 补加Fe-Ti 量= 385.9×0.0281=10.8（kg ）
合计补加量=175.1+68.8+8.1+10.8=262.8（kg ）
4）算出总出钢量：总出钢量=8000+385.9+262.8=8648.7（kg ）
5）考虑各合金的收得率，确定各合金的加入的总量 184.6175.1359.7()100%Fe Cr kg +-=
=加入总量 4868.8116.8()100%
Ni kg +=
=板加入总量 208.128.1()100%Mn kg +==金属加入总量 133.310.8262()55.5%Fe Ti kg +-==加入总量 （2）、出钢量法：根据还原分析结果，先粗略估算所要补加的合金总量，求得出钢时钢水总量，再以这个钢水量分别配算合金。 1）、粗略估算所要加入的合金总量百分比： 17.5%16%10.6%10%65%100%轾--犏+犏臌补加合金总量百分比=
1.25%1%0.5%100% 4.82%100%30%轾-犏++?犏臌
2）、根据补加系数估算出补加的合金量百分比： 17.5%10.6% 1.25%0.5%65%100%100%30%100%68.11%17.5%10.6% 1.25%0.5%165%100%100%30%+++?骣÷?-+++÷?÷
?桫 3）、算出出钢量：出钢量=8000×[1+4.82%×（1+68.11%）]=8648 kg
4）、根据出钢量算出出钢时各元素的重量：
Cr=8648×17.5%=1513.4 kg Ni=8648×10.6%=916.7 kg
Mn=8648×1.25%=108.1 kg Ti=8648×0.5%=43.2 kg
5）、钢中已有的各元素的重量：
Cr=8000×16%=1280 kg Ni=8000×10%=800 kg
Mn=8000×1%=80 kg Ti=0 kg
6）、求出须补加的各合金量：1513.41280Fe Cr 359.1kg 65%100%--=
=′ 916.7800Ni 116.7kg 100%100%
-==′板 108.180Mn 28.1kg 100%100%-==′金属 43.2Fe Ti 261.8kg 55%30%-==′
（3）、拉补法：拉补法的原则是用基本公式计算后，经过多次计算，使各元素之间互相弥补的方法。下面举例说明何谓拉补法。仍然以上述实例为依据来计算。
解：1）、先计算出8t 钢水中配入0.5%Ti 的合金用量：0.5%8000246.5()(300.5)%55%
Fe Ti kg -=?=-? 因246.5kgFe-Ti 的加入，对[Cr]、[Ni]、[Mn]有稀释作用，故需拉补Fe-Cr 、Ni 板、金属Mn 为：
17.5%1246.590.8()(6517.5)%100%
Fe Cr kg -=?=-?拉补
10.6%1246.529.2()(100%10.6%)100%
Ni kg =?
=-?拉补板 1.25%1246.5 3.1()(100% 1.25%)100%Mn kg =?=-?拉补金属 又因稀释作用，90.8kgFe-Cr 需再拉补各铁合金： 10.6%290.810.7()(100%10.6%)100%
Ni kg =?=-?拉补板 1.25%290.8 1.1()(100% 1.25%)100%
Mn kg =?=-?拉补金属 29.2kgNi 板又需再拉补各铁合金： 17.5%329.210.7()(65%17.5%)100%
Fe Cr kg -=?=-?拉补 1.25%329.20.37()(100% 1.25%)100%
Mn kg =?=-?拉补金属 3.1kg 金属Mn 的再拉补忽略不计。 上述拉补的Fe-Cr 、Ni 板与金属Mn 又应考虑再拉补Fe-Ti ： 0.5%(90.829.2 3.110.7 1.110.70.37) 4.5()(30%0.5%)55%kg ++++++?
=-? 小计：Fe-Ti=246.5+4.5=251（kg ） Fe-Cr=90.8+10.7=101.5（kg ）
Ni 板=29.2+10.7=39.9（kg ） 金属Mn=3.1+1.1+0.37=4.57（kg ）
2）再算8t 钢水中Cr 从10.0%配至17.5%的合金用量：17.7%10.0%8000252()(65%17.5%)100%
Fe Cr kg --=?=-? 因252kgFe-Cr 的加入，对[Ni]、[Mn]、[Ti]有稀释，需拉补的各合金：
10.6%125229.8()(100%10.6%)100%
Ni kg =?
=-?拉补板 1.25%Mn1252 3.2()(100% 1.25%)100%kg =?=-?拉补金属 0.5%12527.8()(30%0.5%)55%
kg =?=-?拉补Fe-Ti 又因稀释，29.8kgNi 板需再拉补： 1.25%Mn229.80.37()(100% 1.25%)100%
kg =?=-?拉补金属 0.5%29.80.91()(30%0.5%)55%kg =?=-?拉补Fe-Ti2 其余忽略不计。 而上述拉补的Ni 板、金属Mn 、Fe-Ti 又对[Cr]有稀释作用为：
17.5%(29.8 3.27.80.370.91)15.5()(65%17.5%)100%
kg ++++?=-? 小计：Fe-Ti=7.8+0.91=8.7（kg ） Fe-Cr=252+15.5=267.5（kg ）
Ni 板=29.8（kg ） 金属Mn=3.2+0.37=3.6（kg ）
3）再算8t 钢水中Ni 从10.0%配至10.6%的合金用量：10.6%10.0%800053.6()(100%10.6%)100%
Ni kg -=?
=-?板 因53.6kgNi 板的稀释作用，需拉补的各合金：17.5%153.619.7()(65%17.5%)100%
kg =?=-?拉补Fe-Cr 1.25%Mn153.60.67()(100% 1.25%)100%
kg =?=-?拉补金属0.5%153.6 1.65()(30%0.5%)55%
kg =?=-?拉补Fe-Ti 又因稀释，19.7kgFe-Cr 需再拉补： 1.25%Mn219.70.24()(100% 1.25%)100%
kg =?=-?拉补金属 0.5%19.70.6()(30%0.5%)55%
kg =?=-?拉补Fe-Ti2 其余忽略不计。 再考虑拉补Ni 板：10.6%(1.650.6719.70.60.24) 2.7()(100%10.6%)100%kg ++++?=-?
小计：Fe-Ti=1.65+0.6=2.25（kg ） Fe-Cr=19.7（kg ）
Ni 板=53.6+2.7=56.3（kg ） 金属Mn=0.67+0.24=0.9（kg ）
4）再算8t 钢水中Mn 从1%配至1.25%的合金用量： 1.25%1%Mn 800020.2(kg)(100% 1.25%)100%
金属-=?
- 因20.2kg 金属Mn 的稀释作用，需拉补的各合金：17.5%120.27.4()(65%17.5%)100%
拉补Fe-Cr kg =?=-? 10.6%Ni120.2 2.4()(100%10.6%)100%拉补kg =?=-? 0.5%120.20.62()(30%0.5%)55%
拉补Fe-Ti kg =?=-? 其余忽略不计。再考虑拉补金属Mn ： 1.25%(7.40.62 2.4)0.03()(100% 1.25%)100%kg ++?=-? 小计：Fe-Ti=0.62（kg ） Fe-Cr=7.4（kg ）
Ni 板=2.4（kg ） 金属Mn=20.2+0.03=20.23（kg ）
∴合计铁合金加入量： Fe-Ti=251+8.7+2.3+0.62=262.3（kg ） Fe-Cr=101.5+267.5+19.7+7.4=396.1（kg ）
Ni 板=39.3+29.8+2.4+56.3=128.4（kg ） 金属Mn=4.57+3.6+0.9+20.23=29.3（kg ）
5．5．6 还原期炉渣控制（还原期操作工艺）：造好还原渣（又称稀薄渣），便能很好地完成脱O 、脱S ，提高合金收得率等冶金任务。目前广泛采用的还原渣精炼有下述三种：
还原精炼方法 应用钢种
白渣 碳-硅粉白渣法 对夹灰和发纹要求严格
碳-硅粉混合白渣法 对夹灰和发纹要求不严
快白渣法 普通碳素结构钢
电石渣 中、高C 钢
中性渣（火砖渣） 易切削钢、炮弹钢等
5．5．6．1 白渣法：白渣是电弧炉还原期最常见的一种炉渣，其一般成分为：（CaO ）：45~55%；（SiO 2）：15~25%；
（Al 2O 3）：2~3%；（MgO ）＜10%；（FeO ）≤0.5%；（MnO ）＜0.4%；（CaF 2）：5~8%；（CaC 2）≤1.0%；（CaS ）≤1.0%。其造渣操作要点见下表。
5．5．6．2 电石渣法：即渣中含（CaC 2）在1~4%之间，其中1~2%为弱电石渣，3~4%则为强电石渣。电石渣的优点是脱O 、脱S
速度快，缺点是易增C ，且在出钢前必须破坏电石渣变为白渣，因为其界面张力太小，不易与钢分开。其造渣操作要点见下表。
5．5．6．3 中性渣法：此渣的特点是碱度低、（MgO ）高，所以不易脱S 、P ，表面张力大，不易吸气，但易损坏炉衬。一般成分：（CaO ）：20~24%；（SiO 2）：30~35%；（Al 2O 3）：1~5%；（MgO ）：20~30%；（FeO ）：1~4%；（MnO ）：0.5~2.0%。要求渣量小，还原时间短，允许黄渣出钢。其造渣操作要点见下表。
操作
方法 还原剂用量 渣料组成 渣量 增C 量
白渣 碳-硅粉白渣法 C 粉：2~4kg/t ，
或电石2~4kg/t +C 粉1~2kg/t ， 还原气氛形成后，分2~3批加入： Si 粉：2~3kg/t 、C 粉＜1.5kg/t 、 石灰6~9kg/t 低C 钢： 石灰：萤石：火砖块=5：1：1
中、高C 钢： 石灰：萤石：火砖块=4：1：1 为防止增C ： 石灰：萤石 =4：1 2~3% 0.01 ~ 0.03% 碳-硅粉混合白渣法 将Si 粉2~3kg/t 、C 粉1.5~2kg/t 、石灰5~10kg/t 混匀，分2~3批加入，待还原渣形成后，视渣况补加少量C 粉、Si 粉
快白渣法 将Si 粉1~2kg/t 、C 粉1~2kg/t 、石灰3~6kg/t 混匀，一次性加入 电石渣 将C 粉：2~5kg/t 或电石3~5kg/t 、少量C 粉混匀，一次性加入，电石渣形成后，分2~3批加入Si 粉1~1.5kg/t
0.03 ~ 0.10% 中性渣 先Si 粉后Ca-Si 粉或Al 粉：1kg/t 镁砂：火砖块
=2：1 1.5~2.5% 不增C
5．5．7 出钢
5．5．7．1 出钢条件：①、化学成分不脱格（即不超过上限，也不低于下限）；②、脱O 良好。最好取圆杯样，应在杯中收缩好；③、流动性良好的白渣，碱度：2~2.5；④、温度合适；⑤、设备正常：出钢槽平整、炉盖灰已吹、1#电极已升起。
5．5．7．2 出钢要求：①、摇炉速度不宜太快，力争钢渣同出；②、钢包与摇炉一起协同，并逐步放低钢包，加强钢渣混冲力度；
③、防止钢液散流，以免二次氧化、二次吸气。
6 超高功率电弧炉
6．1 超高功率电弧炉的发展：1950’S ，在实验室进行了提高单位电弧输入功率的研究。1964年，美国联合碳化物公司的
W.E.Schwabe 和西北钢与线材公司的C.G.Robinson ，根据有关试验结果，在美国矿冶石油工程师协会的电炉会议上，共同提出了电弧
炉的超高功率的概念。随后，在两台135tEAF 上，将变压器功率从42MVA 提高到80MVA ，即变压器功率水平从311KVA/t 提高到
592KVA/t ，结果日产量达到2000t 左右，相当于50~60t 转炉的日产量，大大提高了电弧炉的竞争力。1967年，根据实际运行的经验，
提出了将电弧炉划分为普通功率（RP ）、高功率（HP ）、超高功率（UHP ），即按照电弧的最大单位有效功率来划分的。
=电弧的最大有效功率单位功率水平炉料装入量
1971年，西北钢与线材公司投产了400tUHP-EAF ，生产率提高了100%，电耗可达460kWh/t ，电极耗为5kg/t ，效果显著。从此，超高功率引起各国的重视，所以纷纷效仿，开发了100~300t 的大型超高功率电弧
炉，同时在中等容量（50~80t ）和小容量（＜40t ＝电弧炉上采用UHP 操作，取得了良好效果。1981年，国际钢铁协会（IISI ）提议按电弧炉的额定容量分类电弧炉，对于50t 以上的电弧炉，规定：
低功率电弧炉 100~200KVA/t
中功率电弧炉 200~400KVA/t
高功率电弧炉 400~700KVA/t
超高功率电弧炉 ＞700KVA/t 其中，(KVA /t)=变压器额定功率
单位变压器功率水平电弧炉额定容量
注意：单位功率水平的另一定义：以熔化期每吨炉料所需的最大功率来作为单位功率水平。规定：UHP 小电炉：≥500Kw/t UHP 大电炉：≥250kW/t 以后，超高功率电弧炉的发展，随着一系列相关技术的不断发展与完善而逐步前进着。例如：水冷炉壁（炉盖）；水冷复合电极；长弧泡沫渣技术；氧燃烧嘴；偏心炉底出钢；无功功率静止式补偿器；三铁芯变压器；直接导电电极臂；炉门氧、煤枪；炉外精炼；密闭罩整体除尘；废钢预热；计算机控制；电弧炉底吹气体搅拌技术；二次燃烧技术；……
6．2 超高功率电弧炉的主要技术特征
6．2．1 具备较高的单位变压器的功率水平：如前所述，根据IISI 的划分，对于50t 以上的电弧炉，大于700KVA/t 可称为超高功率电弧炉。目前一些中等容量的EAF 可达1000KVA/t 以上，甚至达到1100KVA/t 。我国也参照国外经验，经专家讨论给出了不同容量的超高功率电弧炉的推荐功率水平。见P250 表10-1、表10-2
6．2．2 电弧炉变压器的功率利用率和时间利用率较高：变压器最大功率利用率：232
23P t P t C P (t t )? =+熔精额 时间利用率： 23
u 1234t t t t t t +t =+++
式中，P 熔——熔化期的平均输入功率，kW ；P 精——精炼期的平均输入功率，kW ；P 额——变压器的额定功率，kW ；t 1——上炉出钢
至下炉通电的间隔时间，min ； t 2——熔化期的时间，min ；t 3——精炼期的时间，min ；t 4——热停工的时间，min 。
6．2．3 较高的电效率和热效率：平均热效率应不小于0.9 平均电效率（即cos υ）应不小于0.7
6．2．4 较低的短网阻抗，且三相功率基本平衡：
短网电阻 短网阻抗 不平衡度
50t 以下电炉 ＜0.9m Ω ＜2.6m Ω ＜10%
75t 以上电炉 ＜0.8m Ω ＜2.7m Ω ＜7%
6．3 超高功率电弧炉的技术难点及其相关技术：
6．3．1 UHP-EAF 的主要技术难点：（1）、电弧的稳定性（2）、闪烁问题（3）、三相功率的不平衡问题（4）、炉衬、电极问题
6．3．2 UHP-EAF 的相关技术介绍：（1）、采用长弧泡沫渣技术：刚采用UHP 时，使用短粗电弧（即低电压、大电流），目的是降低炉衬辐射，但功率因素cos υ=0.6~0.7。20世纪70年代中期开始，在电弧炉上应用泡沫渣技术，即使炉渣高度增加，以便UHP-EAF
可以采用长弧（即大电压、小电流）操作，电弧能埋入炉渣中，强化熔池的传热和防止炉衬的热负荷过大，功率因素cos υ＞0.8。采用泡沫渣的优点是：①、不同功率的EAF 都可采用；②、二次电压较高，功率因素提高；③、炉子热效率提高；④、电流较小，受热时间较短，且埋弧，使电极耗降低；⑤、耐火材料消耗降低，炉龄延长；⑥、一炉钢冶炼时间缩短，生产率提高；⑦、埋弧使噪音降低10~20dB ；⑧、可提高脱C 量和脱C 速度，故去气速度快，[H]、[N]降低；⑨、熔渣导电性较好，则会使电弧燃烧时产生并联电弧，
有利于电弧的稳定。要求泡沫渣厚度Z ≥2L （L —电弧弧长）a d 2(V V )Z B
-3式中，V a ——电弧电压，V ，V d ——电极二极区压降，V ，B ——弧柱段单位压降，V/mm ， 对AC 电弧，B=1.0V/mm ；对DC 电弧，B=1.1V/mm 。一般来说，造好泡沫渣应该控制好：①、熔渣成分；②、气泡产生速度；③、发泡的持续性。
熔渣成分：通常要求w （FeO ）≈20%，w （CaO ）/w （SiO 2）应从脱P 、S 方面去考虑，还应使之具有一定的粘度。w （CaO ）/w
（SiO 2）→2，发泡性最好（有C 2S 形成，可成为发泡核心，且C 2S 由可降低表面张力σ）。（FeO ）↑，（SiO 2）↑，（P 2O 5）↑→σ↓（CaF 2）＜5%会降低σ，有利于发泡；（CaF 2）＞5%会降低η，不利于发泡。
气泡产生速度：主要通过控制C-O 反应强度来控制，可以通过氧-煤枪喷入C 粉，也可以从第五孔加入焦炭粉，或装入生铁、DRI 、脱C 粒铁等。
发泡的持续性：通常前期问题不大，但精炼后期由于C-O 反应受抑制，不易发泡。此时可加入石灰石或碳酸盐等分解出CO 2来发泡，但反应要吸热，不宜多加。
泡沫渣工艺：①、全程造泡沫渣工艺：原苏联采用，特点是全程造渣，渣况稳定且顺利。CaF 2：焦炭：CaO=（1~8%）：（5~10%）：（86~90%）。每吨钢加渣料15~30kg ，分5~10批加入，并大量吹O 2。②、应用发泡剂：美国采用，特点是原造渣工艺不变，需要时加入发泡剂，组成是CaO 占50~85%、C 粉占15~50%。加入后可使渣层增厚3倍，操作简单，易执行。③、喷粉发泡：日本、中国采用，特点是发泡效果良好，但设备与操作较复杂。用氧-煤枪通过喷粉的方法发泡，在氧化中、后期向钢渣界面吹入C 粉5~6kg/t 、少
量Si 粉（使炉渣碱度控制在1.8~2.0）。
（2）、偏心炉底出钢：为了水冷炉壁面积的扩大，必须减少出钢时的倾动角度，同时为了适应氧化性出钢的钢渣分离，开发了中心炉底出钢，进而又完善为偏心炉底出钢。1979年4月，德国曼内斯曼-德马克与蒂逊公司的维登厂，首次将中心炉底出钢技术应用于
50tEAF ，目的是提高蒂逊公司开发的水冷炉壁TW2000的使用面积，提高炉龄，同时使输入的电能最大化。但由于出钢口在炉底中
心，无法实现无渣出钢和留钢留渣操作。1983年1月，蒂逊钢铁公司与曼内斯曼-德马克公司、丹麦特殊钢厂合作开发成功了偏心炉底
出钢（EBT—Eccentric Bottom Tapping），第一台EBT-EAF在丹麦特殊钢厂投产。EBT方式的主要优点：①、倾动角度小，倾动机构简化，可减少炉子结构重量20%；②、炉子最大倾动角为15°，短网长度可缩短，电极臂机械负荷减小，减小电极折断的危险；③、取消出钢槽及减小炉子倾角，可扩大水冷面积，提高炉衬寿命，减少耐材消耗；④、减少出钢过程温度降：60t炉出钢槽出钢方式与60t炉EBT出钢方式来比较：出钢时间：从5min降低至2min；出钢温降：从40.7℃降低至34.9℃。⑤、提高生产率：短网长度缩短，所以无功功率降低，功率因素提高；大面积水冷，所以输入功率增加，熔化时间减少，电耗降低；故生产率提高。⑥、减少下渣量，使钢包内渣层厚度由240mm减少到80mm，减少了钢水回P约0.004%，减少合金消耗量。⑦、提高钢包寿命，出钢时钢包底部加入合金和新渣料，钢流垂直，不冲刷包壁，包壁不结瘤，可提高钢包寿命20~40%；⑧、由于钢流垂直，对于低H低N钢种，便于设计氩气保护装置于钢包上，防止二次氧化和二次吸气。
（3）、电弧炉底吹技术：因为电弧炉熔池内部及钢渣界面搅拌作用差，致使传质、传热速率低，从而带来熔化速度慢，氧化反应速度慢，脱P、S速度低，钢液成分和温度不均匀，工业劳动强度大，能耗高，冶炼时间长等弊端。为此，1933年，瑞典ASEA公司提出在电弧炉底安装电磁搅拌装置搅拌熔池的技术，得到不少电弧炉钢厂的重视和应用。但由于该设备投资大，事故多，且维修复杂，熔池搅拌强度调节范围小，因而未获很大推广。随着转炉复吹技术、钢包底吹Ar技术的发展及其在冶金领域取得明显效果，人们认识到底吹气体搅拌熔池的优越性，并积累了一定的经验。日本在70年代末、80年代初就开始研究电弧炉底吹搅拌技术，到80年代中后期，由于技术上可行，经济上有益，在钢铁发达国家就开始纷纷开发和推广电弧炉底吹炼钢技术。从转炉与炉外精炼的实践中，得到
下述经验公式：
QT H
ε=28.5lg(1)
W 1.48
+式中，ε—比搅拌能，W/t，Q—底吹气体流量，m3/min， H—熔池深度，m，T—熔池温
度，K， W—钢液重量，t，比搅拌能ε（W/t）
以0.06m3/（min﹒t）供气强度底吹 375~400
插管吹O2 70
还原期不吹气 1~3
由此可见，底吹气体后可大大改善炉内的搅拌状况。日本寺田修等人从50t底吹电弧炉的实验结果中得出电弧炉内熔池混匀时间τ与比搅拌能ε的关系式：τ=434ε-0.35。底供气元件：日本山阳特钢厂双层套管内管吹氧化性气体，外管吹保护性气体；意大利Beltram 厂和日本京浜厂细金属管多孔塞吹惰性气体；奥地利Radex厂 DDP型吹惰性气体；德国蒂逊公司TLS系统吹惰性气体；墨西哥Deacera厂单管式供气元件吹天然气和惰性气体。
炉底布置部位：如图所示。
底吹气体的主要优点：①、C-O反应接近平衡，（FeO）下降，氧化末期（FeO）达24.5%；②、合金收得率高；③、底吹N2代替含N 合金，使钢水增N；④、脱硫率高；⑤、废钢熔化速度提高：采用留钢留渣操作，并底吹气体，熔化期可缩短约10min；⑥、加速合金熔化和混匀；⑦、节能降耗，生产率提高。
（4）、废钢预热（SPH）技术：1979年，日本东伸钢公司和日本钢管公司联合开发电弧炉节能技术。1980年8月，第一台废钢预热装置安装在50tEAF上。1981年，第二台废钢预热装置安装在100tEAF上。1981年，德国巴德钢公司的克尔厂安装了欧洲第一套SPH。这些废钢预热装置属于远距离分体式布置方式。此类装置可使废钢预热到250~450℃。但它们共同的问题是有白烟、恶臭等环保问题，故推广受到限制。后来，人们开发了不用预热炉的高温预热系统，最有代表意义的是Kruppy 系统和Consteel 系统两类。Kruppy 系统如图所示。Consteel系统如图所示。这两种系统均可最大限度地利用电弧炉废气预热废钢，可使预热温度达到300~750℃。日本新日铁光制铁所对原来的低温预热系统进行改造，开发了利用外来燃料的炉内废钢预热系统。如图所示。日本石川岛播磨重工业公司发明的双炉壳电弧炉与上述系统类似。如图所示。90年代后，最新的废钢预热技术还有：①、竖炉式电弧炉：1992年3月，英国heerness Steel 首先采用德国Fuchs 公司的竖炉—电弧炉投产。如图所示。②、带废钢预热的第二代直流电弧炉由日本石川岛播磨重工业公司开发成功，安装在东京制铁公司宫都厂，炉容量为250t，出钢能力为140t/h。该炉构造如图所示，废钢连续加入料斗后可预热至800℃，然后由推钢机推入电弧炉内冶炼，可充分利用炉内废气余热，可节电30%，提高生产率30%左右。
6．4 超高功率电弧炉的冶炼工艺特点：为了最大程度地提高UHP-EAF的生产率和功率利用率和时间利用率，目前工艺上普遍采用在熔化期大气量吹氧助熔提前造渣，并广泛采用废钢预热、氧燃烧嘴，甚至炉底吹气，可大大缩短废钢熔化时间，且大大减轻氧化期脱P的任务，使氧化期逐渐演变为时间更短的升温期。然后即可出钢，而将原来的还原期各项任务移到炉外精炼中去完成。工艺流程上，形成了“废钢预热—UHP交流或直流电弧炉冶炼—炉外精炼—连铸—连轧”的所谓短流程的快速连续化生产模式。根据冶炼品种或用户对质量的要求，可制定下列三种不同的具体工艺流程：如图所示。
（1）、对普通钢：废钢预热—电弧炉冶炼—EBT氧化性钢水无渣出钢工艺。工艺流程：废钢预热—装料—进料—通电熔化—去P、脱C、升温—净沸腾—无渣出钢—钢包内吹Ar、合金化、脱S剂脱S—连铸。
（2）、对低合金钢：废钢预热—电弧炉冶炼—EBT半还原钢水无渣出钢工艺。工艺流程：废钢预热—装料—进料—通电熔化—去P、脱C、升温—净沸腾—拉渣—半还原、炉内合金化—无渣出钢—钢包内吹Ar、合金微调、脱硫剂脱S—连铸。
（3）、对高质量钢种：废钢预热—电弧炉冶炼—EBT无渣出钢—钢包精炼短流程工艺。以LF钢包精炼炉作为炉外精炼设备为例，其工艺流程：废钢预热—装料—进料—通电熔化—去P、脱C、升温—取样—无渣出钢—钢包内吹Ar、初调合金、脱硫剂脱S—取样—LF炉升温、微调合金—连铸。
7 直流电弧炉
7．1 直流电弧炉的优越性
7．1．1 石墨电极消耗大幅度降低：UHP-AC-EAF石墨电极消耗一般在3~4kg/t以上，最先进指标为1.5~4.5kg/t，平均值为2.95kg/t。而UHP-DC-EAF的最好水平为日本的130t/100MVA炉子仅为1.1kg/t，平均为1.4kg/t。即使是三电极的85t/83MVA DC-EAF也只有1.2kg/t，只是同容量AC-EAF的50%。其原因是：（1）、石墨电极永远作阴极，不存在“阳极斑点”；（2）、单支石墨电极一般采用与同容量三相交流电弧炉相同的电极直径，因为直流电无“集肤效应”；（3）、AC-EAF内三根石墨电极受其他两根电极的电弧辐射，侧面温度高，易氧化；（4）、直流电弧燃烧稳定，熔化时大大减少了塌料及跳闸引起的电冲击，故电极折断的损失大大减少。
7．1．2 电压波动和闪变小，对前级电网冲击小：电弧炉对前级电网造成的电压波动（即闪烁问题）与无功功率的波动相对应。因直流电弧炉有整流器和直流电抗器，具有限流作用，且直流电弧本身比交流电弧稳定，故无功功率的变化比交流电弧炉要小，一般DC-EAF 的无功电流分量的变化仅为AC-EAF 的50%，无功电压的波动也如此。为了保证电网用电的质量，使闪烁问题控制在允许的水
平，电网容量必须足够大，应能满足下式要求：对AC 炉，4K
max S n 80P 匙 式中，S K —电网连接点短路容量，MVA ，P max —炉用变压器额定功率，MVA ，n —电弧炉台数。而对DC 炉，4K max S n 32P 匙 如果AC-EAF 的额定功率超高上述规定，则必须增设相当于建设电弧炉全部投资10~30%的静止式无功功率动态补偿装置方可。
7．1．3 只需一套电极系统，可使用与三相AC-EAF 相同直径的石墨电极：DC-EAF 只有一根中心炉顶石墨电极（阴极）和一个相应
的炉底电极（阳极），且直流电不存在集肤效应，邻近效应及周期性变化的磁场，从而作用于横臂、立柱、电极升降机构和大电流线路支架上的电磁力很小，故结构大大简化。
7．1．4 缩短熔化时间，降低电耗约5~10%：直流电弧炉电极上电流密度均匀，同样直径的电极上电流密度比交流时增大20~30%，
所以直流电弧功率更大。由于直流电弧的阳极效应，使电弧传给熔池的热量，在相同输入功率下，要比交流时大1/3。而且只有一根顶电极，热损失小。加上采用高电压操作，无感抗损失，使cos υ提高，故电效率也高。基于上述原因，使废钢熔化快，电耗低。
7．1．5 减少环境污染：噪音水平平均可降低10~15dB 。对噪音的频谱分析表明，DC 电弧不产生100Hz 噪声，在300Hz 以上，且
1000Hz 以下的噪声能量比AC 电弧的低得多。此外，烟尘污染也要小得多。
7．1．6 耐火材料消耗可降低30%：单电极DC-EAF 内电弧始终处于炉子中心燃烧，无电弧偏吹，故无炉壁热点问题，炉壁热负荷小且分布均匀。底电极的寿命一般很高，可与炉衬同步，不会引起耐材消耗的增加。只是DC-EAF 大都采用长弧操作（比AC-EAF 更
长），故要求造好泡沫渣埋弧，以利于减轻炉壁的热负荷。
7．1．7 金属熔池始终存在强烈的循环搅拌：因为，电流从炉底阳极流向炉顶石墨阴极，使炉内钢液受到电动力的作用而强烈循环搅拌，其搅拌效果相当于炉底中心吹入0.1m 3/min 的气体。这样，加快了废钢熔化，缩短了熔化时间，加速了炉内反应，均匀了钢水温度与成分。
7．1．8 投资回收快：因增加了整流设备和底电极，一般新建DC 炉的一次投资要比AC 炉高30~50%，但如果AC 炉需要动态补偿装置，则DC 炉的一次投资与AC 炉相当，甚至要低20%。但由于电极消耗、电耗、耐材耗和生产率上的优越性，实际上在一次投资上
所增加的费用可在很短的时间（1年左右）即可收回。
7．1．9 操作稳定，输入功率提高，升温效率提高：直流电弧稳定，很少发生断弧跳闸。在相同输入功率时，DC-EAF 在熔化期的实
际输入功率要比AC-EAF 高2~3%。钢水的强烈循环搅拌，加上只有一个电极孔，使钢水的升温效率提高。
7．2 直流电弧炉的设备
7．2．1 炉底结构与电极：四种主要的炉底构造和底阳极布置：
（1）、ASEA 型底电极构造—炉底导电板风冷式：由瑞典ASEA （即ABB ）公司开发，1972年投产，结构如图所示。采用一整块厚
15~20mm 的圆形紫铜板放在耐高温的球型钢板炉底壳上，并采用相应的绝缘措施。钢板上开有4个孔，用于伸出4个焊接在铜板上的4个电解铜端子，4个铜端子实现软连接，直通炉底下的汇流管并连接到整流器的阳极。在紫铜板上一般砌3层导电性良好的MgO-C
（含C12~15%）砖和保温砖，不平处用石墨膏填平，下面二层为永久层（每层厚度200mm ），上面一层为可更换的工作层（厚度
400mm ）。炉底砌好后，再在上面覆盖一层导电的MgO-C 耐火捣打料（厚度200mm ）。为保证充分的导电性每块砖的底与侧面用L
型薄钢片包起来。炉底采用强制风冷。该炉型的优点：①、底电极的接触面积大，有利于废钢的熔化；②、炉底载流密度小，炉底热应力小，寿命长；③、炉底衬为高质量、高密度预制的MgO-C 砖，便于砌筑、维护；④、安全可靠，不太会发生炉底漏钢事故。
（2）、GHH-BBC 式（或UNARC 型）底电极构造—多极 触针风冷式：1984年由德国MAN-GHH 公司联合开发。其结构示意图，如
图所示。在炉底中央有按一定圆周平均布置的40~200根（数量取决于炉容量），直径为25~50mm 的低碳钢棒（也称触针），它们由两块平行的圆形钢板固定。触针的底端垂直固定在与整流器阳极连接并固定在底部炉壳的法兰上。触针向上并延伸至与炉底内衬相
齐，用镁砂充填打结。在两块平行钢板焊成的空腔内装有导向页片结构，冷却空气从空腔的底部中心轴向流入，对触针进行冷却。底电极与炉壳接触处要绝缘。优点：①、炉底风冷方式较单极水冷方式安全；②、与单极水冷比，在相同工作电流密度和供电条件下，散热面积大m 倍（m 为触针数）；③、底电极熔损速度均匀，约1mm/炉。（3）、IRSID 型底电极构造—单极钢（或铜钢复合）棒水冷式由法国钢铁研究院IRSID 和Clecim 公司联合开发。其结构示意图如图所示。小于30t 容量的炉子用一根电极，大于30t 容量的
炉子用2~4根。在炉底耐材中埋入1~4根125~250mm 的铜棒，作为炉底导电电极。钢棒下部采用水冷。后来进行了改进，采用铜钢复合的水冷电极，上半部为钢，为消耗部分，下半部为内有4个圆形冷却空腔的铜棒，为永久性非消耗部分。优点：①、结构比风冷多
极触针式简单，造价低；②、电耗与耐材耗、噪声级别、闪烁控制、熔炼方式以及烟尘级别相当于或好于现有的风冷炉底电极结构；③、熔池温度分配均匀，且能控制底电极的电流，避免炉衬上的冷、热点产生；④、更换、维修底电极比其他型式方便。
（4）、VAI 式—触片式底电极结构：结构如图所示。由奥钢联（VAI ）开发。采用以12块厚度约为1.7~3mm 的矩形薄钢片围成12边形直筒，十几个直径不同的直筒外筒套内筒地形成“蜂窝状结构”形式的炉底电极，各圈导电片间距约为90mm ，用镁质捣打料填
充，并捣打成形。炉壳底部和导体的过渡部分采用风冷。
7．2．2 电气设备：包括：电炉变压器、直流电抗器、晶闸管整流器，其余电气设备与交流电弧炉相同。
（1）、电炉变压器：DC-EAF 的整流用变压器与AC-EAF 的炉用变压器不同，它采用双次级输出，即两组次级线圈中的一组采用
“Y ”形连接，另一组则用“△”形连接，两线圈相位角相差30°。这样做可避免供电电压的波形畸变和负载不平衡时的中点浮动，尤其对消除三次谐波作用很大。
（2）、整流设备：由可控硅元件，脉冲发送器、脉冲放大器和可控硅冷却装置组成。一般都采用晶闸管整流。适用于DC-EAF 的整流回路形式主要有六脉冲晶闸管三相桥式和双反星形整流及十二脉冲桥式整流。小炉子可采用六脉冲，新建的大于20t 的炉子采用十二
脉冲整流电路。
3）、直流电抗器（DCL ）：作用是限制短路电流，使可控硅不过载。直流电抗器基本是电阻性元件，一般不会象交流炉的电抗器一样降低功率因素cos υ。
7．3 直流电弧炉的冶炼工艺和操作特点：直流电弧炉一般都是大型超高功率电弧炉，其冶炼工艺与交流电弧炉比较并无显著区别。
基本上能生产交流电弧炉所能生产的所有品种。但由于直流电弧和直流电弧炉本身结构上的特点，其冶炼工艺和操作又有其特殊性。
7．3．1 烘炉和起弧：因为有炉底电极和水冷炉壁，所以一般不专门烘炉，而是采用不烘炉直接炼钢烘炉技术。启弧困难。因为每炉
钢刚通电时，不一定保证金属料与底电极能良好接触。通常采用的启弧方法：①、采用专门的启弧电极；②、留钢启弧。留钢量约为
10~15%；③、兑入热钢水（新炉第一炉）；④、底电极上堆放细碎导电性能良好的废钢一筐（当第一炉无钢水或换钢种时）；⑤、停炉前在单极水冷式电极上插入一根废小钢坯，或在多触针式底电极上先在炉底加少量细碎的导电良好的废钢。
7．3．2 熔化特点：由于一根石墨电极且功率集中，故“穿井期”很快，在炉子中心形成一个比电极直径大1.5~2倍的“深井”。随着炉料的熔化，在中心区形成一个球形空腔，上部废钢逐渐下沉、熔化。直流电弧稳定燃烧，直流电流自上而下地贯穿熔池，产生强烈的搅拌，且炉壁上无热点和冷点，电弧被废钢包围时间比AC-EAF长，故热损失小。
7．3．3 冶金反应的特点：钢液的搅拌强烈，故DC-EAF的渣-金界面混合良好，渣中有很多金属小液滴，有利于加快渣-金反应。渣-金反应：在阳极（渣-金界面）发生失电子的反应（即氧化反应）。在阴极（渣-气界面）发生得电子的反应（即还原反应）。所以，在渣-金界面上，会加速钢中元素的烧损，使合金收得率和钢铁料收得率降低；同时不利于钢液的脱O和脱S，当有利于钢液的脱P。可见，从DC-EAF内冶金反应的特点出发，也应要求其取消还原期，采用氧化性出钢，将脱O、脱S及合金化任务放在炉外去进行。7．3．4 供电特点：直流电弧稳定性好，所以直流电弧的阻抗可选择得大一些。
AC：4~5mΩ DC：6~9mΩ如图所示，对于AC： U a=4.12 I a+40 （V）对于DC：U a=9.4 I a+40 （V）DC-EAF与AC-EAF 的典型供电曲线的比较。
7．3．5 造渣特点：1.装料时不允许在炉底用石灰垫底，以保证废钢和底电极间保持良好的导电性。为提前造渣，强化脱P，可在炉料熔化约30~50%时向炉内陆续加入石灰等造渣料。2.对泡沫渣要求更高。因为直流电弧长度更长，且泡沫渣厚度要求大于两倍的弧长。
3.炉渣流动性比交流电弧炉好得多。因为直流电弧长，功率集中，故炉渣温度较高。
8 钢液的模铸
8．1 模铸设备
8．1．1 钢锭模：通常用抗热应变性能强的普通铸铁或球磨铸铁制造钢锭模。按用途不同可以制成不同形状的钢锭模。镇静钢：上大下小，带保温帽；沸腾钢：上小下大，不带保温帽；或上小下大，带压盖。锭重：根据钢坯定尺的倍数来确定钢锭重量，还应考虑：①在加热炉中烧损占2~3%锭重；②切头占8~16%锭重；③切尾占1~2%锭重；④其他损耗占2%锭重。一般而言，大钢锭有利于：①减少平板数，减少摆模、脱模时间；②减少汤道，降低精整量；③减少加热烧损；④增加钢材加工比。
1.断面：圆形：适用于高合金钢和粘度较大的钢种，易于表面车去表皮。也适用于小钢锭，不易开裂。方形：适用于轧制条钢。又分为凸面、凹面、平面与波纹面。凸面——适用于不易开裂钢种，或小钢锭；凹面——适合于易于开裂钢种，或大钢锭；平面——适用于一般情况；波纹面——开裂倾向小，即适用于易于开裂钢种，但制造困难。多边形（菊花形）：适用于锻造钢锭。扁形：冷却快，偏析小。适用于高速钢、不锈钢，也适用于轧制板材。长边为短边的2~3倍，高度为短边的3.5~4倍。为了防止角裂，方锭或扁
锭都应为圆角。圆角半径：r=（0.08~0.21）D
44S D
u
′
==
截面积
周长
2.高宽比：降低高宽比（矮胖型），有利于气体、夹杂物的上浮。对于轧制锭：H/D=2.8~
3.3 对于锻造锭：H/D=2.0~2.5
3.锥度：为了脱模和有利于缩孔集中于帽口，钢锭模都有一定锥度，分上大下小和上小下大。轧制锭：2~4% 锻造锭：3~5% 质量
好、粘度大钢种：6~7% 扁锭：宽面1.5~2%；窄面2~3%
4.模锭比：决定钢锭模的冷却能力。太厚，钢锭易开裂；太薄，易熔模。对于镇静钢，模锭比为1.0~1.3左右；对于沸腾钢，模锭比为
0.7~1.0左右。
8．1．2 钢包（盛钢桶）
分类：陶塞杆式、滑动水口式。1.容量：钢包容量=钢水量+炉渣量+10%过装量2.形状：上大下小，内壁倾斜度：3~5% H/D=1.0~1.2 d=0.9D 3.内衬砌筑：绝热层：石棉板+粘土砖，工作层：粘土砖或三级高铝砖（沥青熬煮）+白泥+水玻璃填缝，寿命：10~20次（未煮
沥青） 40~50次（煮沥青）4.陶塞杆：陶塞杆=袖砖+塞头砖（高铝质）+塞杆芯（Φ40~50mm20#圆钢）袖砖与杆芯之间充填4#石英砂
渣线处用用2~3节镁质袖砖陶塞杆安装后送入100℃左右的烘房烘2小时5.滑动水口：由上水口、上滑板、下滑板、下水口四块砖组
成，采用三级不烧高铝砖。
8．1．3 浇注底盘（平板）：分为上注底盘和下注底盘。上注底盘：通常是一个底盘上放一个钢锭模。底面通常为平面，但为了提高
初轧成材率，可采用凹槽底盘，为防止熔模，可在与钢水接触处涂石墨。下注底盘：一个底盘上要同时并列许多钢锭模，汤道在下注
底盘上分布成放射状或直线状等等。
8．2 浇注基本操作工艺
8．2．1 浇注方法：分为上注法和下注两大类。
上注法下注法
浇注速度较快较慢
表面质量结疤、皮下气泡表面较光洁
夹杂物因侵蚀耐材而生的外来夹杂少侵蚀耐材带来外来夹杂多
适用钢种大型镇静钢钢锭镇静钢、沸腾钢
铸锭设备及生产率注锭场地小，适合于大生产注锭场地大、一次浇多支锭，效率高
成本较低较高
8．2．2 注流的形态：我们希望注流饱满连续，不散流，即最好是层流流动。层流条件：
w d
Re2320
×
=<
n
（临界雷诺数）
2g(H h)
+
又因为w= H—钢包内液面高 h—水口出口距模内钢水距离设H+h=2m 再取ν=0.5×10-6 m2/s 代入上式中，可计算出：水口直径d＜0.185mm 违背常理，因此注流呈紊流流动状态。注流可分为三段：饱满连续段，随着H增加而下降至消失；表面已散开的过渡段；明显扩张的散乱段。后两个阶段占大多数部分，因此会在浇注过程中吸入空气。
影响注流形态的因素：（1）、钢水性质和温度：沸腾钢，粘度ν小，紊流严重；Al 镇静钢，析出AlN ，粘度ν大，紊流减少；过热度△t 小，粘度ν大，紊流减少。（2）、钢包液面高度H ：H 小，紊流减少；0.55C w H H 0.5d()2gd >
=，否则会造成“涡流” ，引入中间包，可使H 降低（3）、水口：水口当量直径4S d u
= u ↑ ? d ↓ 可采用缩颈形水口、扁形水口、十字形或梅花形水口，等等。（4）、节流： 节流会使紊流程度增加，散流严重。因此高温慢注不如低温快注。
8．2．3 浇注温度和浇注速度：
1、浇注温度：合适的浇注温度应根据钢种、锭型和浇注方式来确定。T C =T L +△t T L ——钢种的液相线温度 △t ——过热度 △t 的大小应该考虑：①、钢种：低碳钢、合金钢热裂倾向大，△t ↓，含Al 、Ti 、Cr 的钢种，流动性差，△t ↑，含Si 、Mn 高钢种，流动性好，△t ↓②、锭型：大钢锭，△t ↓，小钢锭，△t ↑③、浇注方法：下注法，△t ↑，上注法，△t ↓注温过高，则造成：①、激冷层过薄，易引起纵裂纹和横裂纹②、柱状晶发达③、偏析严重④、体积收缩量大，缩孔严重⑤、注温高则注速要慢，钢液易散流，浇注时间长，二次氧化多注温过低，则造成：①、容易翻皮，表面质量差②、夹杂物不易上浮，造成内部夹杂，皮下夹杂多③、钢水流动性差，补缩困难，缩孔多，疏松多
2、浇注速度：以单位时间内模内钢水上升高度来表示浇注速度。注速过快，则造成：①、开浇过快，造成结疤和重皮②、锭身注速快，补注必然也快，造成残余缩孔③、接近帽口处，注速快会导致飞翅悬挂，引起横裂④、锭模若涂料时，燃烧后的气体因液面上升过快而来不及排出，产生气孔和皮下气泡⑤、激冷层过薄，易产生裂纹注速过慢，则造成：①、极易形成翻皮，并因此形成皮下气泡②、浇注时间长，吸气、氧化机会多③、浇注后期未凝固钢液粘度增加，补注困难，易引起缩孔、疏松缺陷增加。注速忽快忽慢，则易造成重皮、翻皮，同时使激冷层厚薄不均，在薄弱处出现热裂纹等。
3、注温和注速的配合：原则：高温慢注、低温快注。钢锭产生的缺陷率与单位时间钢锭模表面积承受的过热量q 注有关。
p 2C S v t J q m s H L 譺鬃譊=×注 当钢种、锭型一定时，令p C S
A H L 譺 ==×常数 q A t v =譊 注
q 注过大，钢液结晶速度慢，凝固层薄，容易产生表面裂纹等；q 注过小，钢液表面易结膜，容易产生翻皮等。只有当控制q 注在某一适当范围内时，才能确保钢锭的缺陷最少。
8．2．4 镇静钢的浇注操作：镇静钢模铸一般采用下注法，但对一些大钢锭或某些特殊用途的钢，仍然采用上注法浇注。上注法比下注法浇注速度快得多。
1.上注操作：要点：对正，稳开无声音。快开满，保持注流圆，快注没迟延。对正：注流要下落在保温帽（或钢锭模）的两对角线的交叉点上为对正。保证注流冲在底塞上，以免形成结疤缺陷。稳开无声音：无声是稳开的标准，稳开才能最大限度地减少钢液的飞溅。尽快对正是稳开无声的保证。 快开满：稳开后的3~5s 内，将注流均匀地开到满流。这样就可使模内迅速上升的钢液熔合飞溅在模壁上尚未冷却、而被氧化了的液滴，以免结疤。保持注流圆：注流流股既不能是圆锥形的，更不能是喇叭形的，而应当始终保持圆柱形。这样就能使模内钢液对称、平稳地上升，同时减少三次氧化和吸气，提高钢液的纯洁度。快注没迟延：快注可以改善钢锭表面质量和内部结构，可以缩短浇注时间，提高设备、场地的周转率和使用率，可以减小浇注始末的温度差，避免钢包底部粘冷钢。
2..下注操作：要点：开流稳、跟流准、逐渐增、平稳升、防沸腾、补注好。开流：开流不能过急，要由小到大，不能有过大的冲击。应迅速、平稳地开到满流的70~80%，以使钢液进入模底后不产生飞溅、喷涌。如果采用锥形塞头，则开启的平稳性会有所改善。跟流：当钢液面上升到80~100mm 时，加大注速进行跟流，但跟流速度不宜太快，以免使凝固壳减薄成热裂，或在此处造成焊模现象。增流：当钢液面上升至100mm 以上时，模内钢液静压力增加，锭模断面增大（上大下小型），钢包内钢水量减少，静压下降，此时注入的钢水流股不能直接到达钢液面，此时应增大至全流。补注：当钢液到达保温帽帽口线后，不应过早减速充填，否则易形成翻皮。在钢液面上升到帽口的1/4~1/3时再减速充填，以延长补缩时间。补注时间应根据钢种、注温等情况决定，对体积收缩大的碳素工具钢、高硅钢，充填时间应当长一些。
3.保护浇注：镇静钢的保护浇注分类：无渣保护、液体保护渣浇注、固体保护渣浇注、真空浇注等。无渣保护：借助可燃材料或气体，在模内造成还原性或惰性气体，保护钢液面不被空气氧化。但这些方法不能吸收钢中夹杂物，不能从根本上改善钢的质量，特别是表面质量。液体保护渣浇注：先用化渣炉熔化配制好的保护渣，然后从中注管或锭模上部浇入，使液体渣在模内有150~200mm 的高度。浇注时开流要大待渣液开始上升后进行调速，要保持保护浇注能提高钢锭的表面质量，但要求有专门的化渣设备，操作配合复杂，成本较高。固体保护渣浇注：在锭模内钢液面上覆盖一层固体渣，熔化后的渣液、粉末和溶渣层同时存在，可以利用溶渣吸收钢液面的夹杂物，而粉渣层具有保温性能，并能改善钢锭与模壁间的传热，减少热应力，有利于减少钢锭裂纹。真空浇注：直接将钢锭模放入真空坑内，在抽真空下进行浇注，可以最大限度地改善钢锭的质量。
8．3 镇静钢钢锭的主要缺陷及防止措施
8．3．1 镇静钢的结构：钢锭的低倍结构：激冷层（细小等轴晶）+柱状晶+粗大等轴晶
8．3．2 影响镇静钢锭结构的因素：
1、各晶带形成机理：对于表面细小等轴晶带（激冷层）和柱状晶带的形成机理，大家观点比较一致，而对于锭心的等轴晶带是如何形成的至今仍有异议。各家学说大致存在下列四种观点：（1）、组成过冷说：由W.C.Wingard 和B.Chalmers 等主张的观点，即：在铸锭外围的结晶成长过程中，由于凝固前沿产生杂质的偏析形成组成过冷区，阻止了柱状晶的继续生长，以致在凝固前沿温度较高但实际过冷度较大的钢液中产生晶核，并由于自然对流而被带至锭底中心而长大和堆积而构成中心粗大等轴晶。（2）、自由-激冷晶带说：由Genders 等人早在1926年就提倡此说。他认为在铸模内的钢液，因铸模附近存在很大的过冷带，因此形成了无数的晶核，并由于强制对流和自然对流而成为自由晶，自由晶在溶液中移动长大并沉淀堆积而形成等轴晶带。（3）、树枝晶熔断说：此说是1935年为Papapetron 所提倡，后由Jackson 和Hunt 用模型进行了演示，从而加强了人们对这一学说的印象。主要观点是树枝晶在长大过程中由于对流而被熔断，或者在液面上的树枝晶由于重力大于浮力而断裂，成为“结晶雨”而下落，从而成为等轴晶带。（4）、结晶游离说：在20世纪70年代由日本学者大野笃美提倡，即等轴晶是在模壁或被冷却的液面上，先于激冷层的生成以前就已经游离并沉淀堆积而成的。等轴晶从模壁上游离的原因，大野认为是由于组成过冷引起的结晶根部缩颈，从而成为头大尾小的晶粒，易于被强制流动或自然对流的钢液熔断，从模壁上游离和长大，并且可能产生增殖，且一个游离的晶粒会碰断一批缩颈的晶粒而产生连锁反应。最后，有些弱小的晶粒由于被高温熔化而消失，而一些较为强壮的晶粒就生存下来并增殖、长大而构成了中心等轴晶带。
2、钢锭结构的控制方法：除了某些特殊场合，一般钢种总希望抑制柱状晶带而得到细小的中心等轴晶结构。故浇注过程中，通常采用下述措施来控制：①、降低浇注温度和减小锭模的散热强度；②、增加钢中的易偏析杂质的含量；③、增加钢中Al、Ti等元素的含量，生成弥散的Al2O
3、AlN、TiN等高熔点夹杂物充当外来晶核；④、采用显微冷却剂的熔化吸热而降低中心钢水的过热度，以促进形核；⑤、采用超声波、电磁搅拌、机械搅动或震动液面等，促使晶核自模壁、液面、搅棒与钢液接触面上游离；⑥、正确地采用锭模的材质和内壁的粗糙度及横断面的大小。
8．3．3 镇静钢钢锭的宏观偏析：晶粒内部由于选分结晶和固相、液相中的扩散速度不足而引起的偏析，称为显微偏析。钢锭横断面上的成分不均匀现象，称为宏观偏析（又称为区域偏析或低倍偏析）。一般镇静钢锭中有以下四种宏观偏析：（1）、沉积锥负偏析带：分布在钢锭底部1/3区域内，具有细小等轴晶结构，元素的含量低于平均成分。（2）、中心V形正偏析带：分布在钢锭上半部锭心区，与缩孔形状相似，呈V形，元素含量高于平均成分。（3）、倒V形正偏析带：或称为“胡须形”偏析，分布于等轴晶外围与柱状晶接触的过渡晶区，呈倒V形，元素含量也高于平均成分。（4）、缩孔下正偏析带：分布于缩孔下部，其各元素含量是整支钢锭中最高的。一般开坯前被切除（即“切头”）。
8．3．4 镇静钢钢锭的缺陷：分类：内部缺陷：缩孔、疏松、偏析、夹杂、白点、发纹、内裂纹，等等；表面缺陷：裂纹、结疤、重皮、气泡、翻皮、截痕，等等。
1.缩孔和疏松：两者都是由于钢水在冷却和凝固过程中的体积收缩及补缩不充分所致。其区别在于缩孔为集中性的收缩孔隙，而疏松则是分散的收缩孔隙。改善措施：（1）、选择合理的锭模形状和尺寸；（2）、采用保温帽和发热剂；（3）、采用绝热板和盖板代替保温帽；（4）、控制合适的注温、注速和补注时间充分。
2.裂纹：分为表面裂纹和内裂纹，其中表面裂纹又可分为纵裂、横裂和角裂。内裂纹也可分为皮下裂纹、轴心裂纹和柱状晶角交裂纹。还可按产生裂纹时的温度不同分为热裂纹和冷裂纹。导致裂纹的因素分析：（1）、内因——钢的裂纹倾向：高温机械性能（特别是塑性）、冷凝收缩特性。（2）、外因——钢锭内部的应力：热应力、静压力、组织应力、其他外力。防止措施：（1）、防止纵裂：①、采用散热面积大的钢锭模，浇注温度、锭模温度不能太高，浇注速度不能过快；②、对马氏体类组织应力大的钢种，应采用坑冷退火（且尽量缩短脱模至装炉时间）等办法来消除结晶组织的不均匀性。（2）、防止横裂：①、帽口和锭模间必须严合、对正，帽口和锭模内壁均应光滑；②、浇注中调速要均匀；③、当钢液上升至帽口时应当收缩，以免形成飞翅。（3）、防止角裂：①、锭模转角半径不应大于钢锭模边长的10%；②、浇注速度不要太快。
3.大型氧化物夹杂：大型氧化物夹杂多出现在钢锭表层和下部沉积锥区。所谓大型暂无一定尺寸规定，有的是以肉眼可见为准，有的是以大于100 m称为大型。成分：2FeO·SiO2（铁橄榄石）、2MnO·SiO2（锰橄榄石）、MnO·SiO2（蔷薇辉石）、3Al2O3·2SiO2（莫来石）、Al2O3（刚玉），等等。来源：耐火材料的冲蚀物、钢水二次氧化产物。数量与分布：夹杂物总量取决于：①、钢水的流动性：强制流动、自然对流②、炉渣碱度③、浇注温度④、终脱氧插Al量夹杂物上浮速度取决于：①、结晶速度②、钢水粘度。改善措施：尽量防止各种夹杂物进入钢液，包括内生夹杂和外来夹杂；保证模内钢液的正常流动或沸腾，如适当提高浇注温度，采用上注等；设法防止或推迟粘稠层的形成，如对帽口钢液的加热等。
4.白点：钢锭中很少，主要存在于钢材中，但非轧制原因造成，而与[H]含量有关。表现在钢材横向上呈细小微弯曲裂纹，而在钢材纵向则呈银白色的圆形或椭圆形亮点，直径为0.1~3mm，故称为白点。主要出现在合金结构钢中，马氏体的CrNi、CrNiMo、CrNiW钢中常见，奥氏体、铁素体钢中不出现。防止措施：①、降低钢中[H]含量，原材料、合金要烘烤好，氧化沸腾要加强；②、钢锭或钢坯扩散退火。
5.发纹：钢材中沿纵向出现的细小裂纹。特征：直线状，长0.5~20mm，宽0.1~0.2mm，深0.01~0.1mm，常见于表层。原因：夹杂物、气孔、疏松沿轧制方向延伸所致。防止措施：加强氧化沸腾，去气、去夹杂良好。
6.表面缺陷：（1）、结疤和重皮：钢锭表面具有不规则的凸块（呈粒状或瘤状）被称为结疤（也称“冷溅”）。钢锭表面粘有金属壳皮称为重皮。结疤和重皮多出现于钢锭的下部。产生原因：①、上注时开浇过猛和下注时注速过快，钢流从模底溅射到模壁上，其表面被氧化，待钢液浇上来时，又贴在钢锭表面。②、塞棒关闭不严，水口偏斜或钢流发散，钢液喷溅在模壁上。③、钢水在模内上升不平稳，造成涌在模壁上的钢水凝固成金属“盒框”，并迅速收缩脱离模壁，当钢水上来后便会溢到“盒框”与模壁间隙中，形成重皮。④、钢锭模上的凹凸不平引起。（2）、翻皮与截痕：翻皮是由于模内钢液表面先行凝固成氧化薄膜，当注速突然加大时，上升的钢水把薄膜冲破或越过此膜，使之卷入钢中而形成。翻皮周围常聚有非金属夹杂物，高C钢的翻皮常伴有皮下气泡。翻皮生成原因：主要是注温过低，注速忽快忽慢，或者保护浇注不良。含Cr、Ti、Al、V等钢种易于产生翻皮，要采用石墨渣和固体渣等保护浇注来防止。（3）、皮下气泡和表面气泡：分布在钢锭表面下10~15mm内的气泡（直径为0.5~5mm），称为皮下气泡。皮下气泡的危害性在于当置钢锭于加热炉中加热时，由于表层被氧化脱落，使皮下气泡暴露，被炉气氧化，导致热加工时不能焊合，成为钢坯表面缺陷。产生皮下气泡的原因：①、脱氧不良；②、炉料含水过多，炉衬中水分过多，水冷设备漏水造成钢中气体含量较高；③、模内壁铁锈过多，锭模涂油不匀或油中水分较多；④、钢锭表层产生结疤、重皮、翻皮等，使局部含O量增高。表面气泡是指暴露于钢锭表面上的气泡所形成的密集的细小凹坑或空洞。产生表面气泡的原因：主要是注温过高，注速过快或模温过高，模温不均，以及模壁涂油稍厚，模内有铁锈等等。一般这种气泡不是很深，可通过精整而去除。
8．4 沸腾钢钢锭的浇注：沸腾钢是没有脱氧或脱氧不充分的钢，当钢液注入模内后，随着温度的下降，[C]和[O]在凝固前沿富集而大于平衡含量，发生C-O反应，生成CO气泡，引起模内钢水沸腾。由于模内沸腾，使钢锭头部无集中缩孔，切头率大大降低（约
6~8%），同时，生产沸腾钢还有操作简单、浇注时不用保温帽，节省耐材，脱氧剂用量少，故成本低。但沸腾钢锭心偏析严重，成分不均匀，导致钢材性能不均匀，所以一般仅限于低C普通钢，含w[C]量：0.05~0.30%，含w[Si]≤0.03%。
8．4．1 沸腾钢钢锭的结构：沸腾钢钢锭也是由细小等轴晶激冷层，柱状晶及中心等轴晶等构成。但由于沸腾钢结晶过程中析出大量气体，并且结晶各阶段的气体的生成、长大并滞留于锭中的分布规律不同，所以通常把沸腾钢钢锭的典型结构分为：1.坚壳带：钢水入模后，模壁处钢水迅速降温，立即产生C-O反应放出大量气泡，于是气泡上浮使钢锭沸腾，由于气泡上浮速度大于模壁处钢水的结晶速度，因而得到细小等轴晶而无气泡的坚壳带。一般来说，要求坚壳带具有一定厚度：大钢锭20~30mm，小钢锭15~20mm。2.蜂窝气泡带：随着结晶速度的减慢，由于成分过冷，[C]、[O]不断在母液中富集，促使C-O反应继续进行，同时由于钢水静压力增加，模内中下部钢水中的气泡不能排出而残留于生长的柱状晶内，构成蜂窝气泡带。3.中间坚固带：钢锭封顶后，生成CO气泡所需克服的外界压力突然增加，抑制了C-O反应的继续进行和已有气泡的长大，故形成了无气泡的中间坚固带。4.二次气泡带：随着结晶的进行，凝固前沿母液中[C]、[O]进一步富集，当[C]、[O]浓度重新超过[C]、[O]平衡浓度，则再次发生C-O反应形成二次气泡，分布于整个钢锭高度上。5.锭心带：与镇静钢相仿，当定向传热很慢时，中心钢液温度降低到接近于液相线温度时，开始形成粗大等轴晶。由于锭心凝固时仍然有[C]、[O]浓度的富集和CO气泡的生成，故锭心还有少量气泡。
8．4．2 沸腾钢的浇注：
1.注温、注速的确定：
浇注温度t注：t注↑，凝固速度↓，[C]、[O]反应慢，前期不沸腾，后期大沸腾，坚壳带厚度↓，易形成“靴筒”。
t注↓，钢水粘度↑，沸腾↓，易形成“夹层”。∴规定：下注时T c=T L+（80~100℃），上注时T c=T L+（70~90℃）
浇注速度V注：V注↑，钢水静压力↑，坚壳带↓，∴应该慢注，下注比上注有利，上注时V注=0.15~0.3m/min，下限适合小锭，上限适合大锭，下注时V注=1.5~2m/min （最高达4m/min）
2.浇注操作：下注操作：稳开、跟流快、减速（100mm处）防过沸、满流（1/5~1/4浇高处）、减速（4/5浇高处）防上涨、适时封顶
封顶方法：机械封顶：注水；压盖铁（较晚）化学封顶：加Si或Al（较早）上注操作：模底放垫层或防溅筒，以2m/min 左右的注速浇注，至浇高还有200~300mm处减速。
8．4．3 沸腾钢钢锭的缺陷
1.偏析：与镇静钢锭相比，一般没有倒V形偏析和明显的V形偏析。沸腾强度和沸腾时间增加，偏析严重。在钢锭坚壳带和蜂窝气泡带的绝大部分高度上都是负偏析。中间坚固带的上部是正偏析，下部是负偏析。越接近锭心偏析度越增加。正偏析区域是由上向下扩展，到锭心部分除底部20%是负偏析外，在其余高度都是正偏析，而且从钢锭顶部到10~20%区域内出现严重的正偏析。
2.夹层：实质是夹杂物集中层。即钢板在剪切后，在横断面上出现宽为1mm以下、类似裂纹的毛缝缺陷称为夹层。夹层会降低钢板的冷弯性能和延伸率，严重的还会使钢板局部开裂。在沸腾钢头部夹层中MnS高，尾部夹层中耐材侵蚀产物增加，如Al2O3、SiO2、莫来石、铁锰硅酸盐等。夹层的成因与钢液的溶质元素和夹杂物偏析及耐材的侵蚀有关。
3.气泡暴露：坚壳带过薄所致。原因是：①、钢液氧化性过小，浇注温度低或浇注速度快；②、钢液氧化性过大，浇注温度高或浇注速度慢。
4.结疤：原因：开浇过猛、钢液过氧化等。
5.上涨与下陷：上涨：氧化性小，浇注温度低所致；下陷：氧化性大，浇注温度低或浇注速度太快所致。
浅谈矿热炉冶炼镍铁工艺
浅谈矿热炉冶炼镍铁工艺 摘要：本文介绍了从红土镍矿提炼镍铁几种不同的冶炼工艺，并着重分析了矿热炉冶炼镍铁工艺RKEF法，此工艺成为当前我国红土镍矿处理的主要方法。采用高效、流程短、低耗能、环保等镍铁冶炼新工艺已经成为发展的趋势。 关键词：镍铁；矿热炉；RKEF法 1 前言 金属镍具有良好的机械强度、延展性和化学稳定性，耐腐蚀，能磁化等一系列特性，广泛用于不锈钢、高温合金、电镀和化工等行业，在国民经济的发展中具有极其重要的地位。全球约2/3的镍用于生产不锈钢，镍原料的成本占奥氏体不锈钢生产成本的70%左右。 2 镍铁冶炼工艺分类 镍铁冶炼工艺主要有火法理、湿法两种。对于含镍硫化矿目前主要采用火法处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得金属镍。对于氧化矿主要是含镍红土矿，其品位低，适于湿法处理；主要方法有氨浸法和硫酸法两种。氧化矿的火法处理是镍铁法。 2.1 高炉法 高炉生产生铁历史悠久，但普遍使用高炉生产镍铁还是中国人发明（刘光火）和研究的结果。 高炉生产镍铁的流程主要是：矿石干燥筛分（大块破碎）——配料——烧结——烧结矿加焦炭块及熔剂入高炉熔炼——镍铁水铸锭和熔渣水淬——产出镍铁锭和水淬渣。 2.2 电炉（矿热炉）法 这里的电炉指被称作矿热炉的电弧炉的一种，矿热炉冶炼镍铁工艺流程是：原矿干燥及大块破碎——配煤及熔剂进回转窑彻底干燥及预还原——矿热炉还原熔炼——镍铁铁水铸锭及熔渣水淬——产出镍铁锭（或水淬成镍铁粒）和水淬渣。 该工艺通常是指回转窑加矿热炉工艺，在国外已有几十年的生产历史，有一套较成熟的技术和理论，国内也有少数厂家有几年的生产历史，但都是小设备生产，技术问题很多，效益也不好，近期有数家企业陆续投产和正在建设上规模的生产线。
浅析我国铬铁合金冶炼发展趋势
浅析我国铬铁合金冶炼发展趋势 摘要：铁合金生产过程是及其严格，必须对调节剂、还原剂、炉料成分进行严 格拧制，经过化学反应和高温物理变化，才能生成所擗要的铁合金。其主要用途 是成为特殊钢材的生产用料，在生产铁合金时，必须有专业的机械设备，按照操 作步骤进行，提供一定的热量和温度，只有这样才能确保Ｍ低的能耗，生产出符 合标准的铁合金产品。因此，收集生产过程屮能耗数据，建立能源消耗数据梭哨，丫解能源走向，据此预测和优化消耗值，是企业节能增效首要工作。 关键词：铬铁合金；链箅机；－回转窑；还原度；冶炼电耗 引言 高碳铬铁是生产不锈钢和高铁素体合金的重要合金材料，可作为钢的添加料生产多种高 强度、抗腐蚀、耐磨、耐高温、耐氧化的特种钢。不锈钢产品中，200系不锈钢含铬量约在16%，300系不锈钢含铬量约在25%，400系不锈钢含铬量约在14%，铬铁需求量最大的300 系不锈钢也是不锈钢生产中最大比例的产品。 1铁合金生产原理和意义 铁合金分类方法有很多，可以按照设备不间分类，基本有，高炉，电弧炉等，按照供能 形式不同可以分为，电热、碳热等。铁合金生产目的就是把矿氧化物中金元索提炼出去，可 以采用电解、热分解、还原剂等方法。但是，铁合金并不是直接用于生产，而是作为中间材料，用在冶金作业中。其用途很多，通常为脱氧剂和合金剂，也可以用来合成普通合金板材。国际社会上，很多国家在考量一国综合力量时，铁合金生产量是重要因索之一，通常情况下，也可以用来衡量这个国家钢材使用情况。西方很多国家现在进行铁合金长期储备，目的是一 种军事战略，从当战略物资。 2铬铁合金生产技术现状 铬矿是重要的战略资源，是冶炼高碳铬铁的主要原料。与国外相比，我国的铬铁合金起 步较晚，并且铬矿资源贫乏，保有储量仅占世界储量的0.15%，而且分布零散，矿床规模小，矿石品位低。目前尚未发现储量大于500万t的大型铬铁矿床，受铬矿储量和开采成本等限制，我国铬矿产量很低，为满足铬铁合金生产需要大量从国外进口。自1999年后，我国铬 矿进口依存度在95%以上，几乎全部依赖进口。 3我国铬铁合金产业发展趋势 3.1冶炼大型化 国家产业结构调整指导目录（2019年本）对铬铁合金冶炼单位电耗高于3200kWh/t、容 量小于25MVA的矿热炉进行了限制。为满足环境保护和产业转型的需求，根据国家相关行 业政策对冶炼电耗高、容量小的矿热炉进行淘汰，建设大型密闭矿热炉进而促进产业结构调 整转型。同时对煤气进行回收，做好环境保护工作，降低能耗。 3.2合理配置短网，增加工作效能 企业为了达到降低冶炼过程中投入资金数额得目的，通常怙况下选择对短网进行重新配置，实现提髙效能的目标。在电炉输入功率中，冶炼企业经过多次研宄发现，发生在短网上
电弧炉与中频炉炼钢工艺及成本分析
电弧炉与中频炉炼钢工艺及成本分析
电弧炉与中频炉工艺及成本分析 ——关于地条钢泛滥的思考 目前生产螺纹钢常用的方法有几种，最普遍的是被称作长流程的“高炉+转炉+连铸”工艺，以及被称作短流程的“电弧炉+连铸”和“中频炉+连铸”工艺。这里暂不讨论长流程工艺，单说短流程工艺，即电弧炉和中频炉生产建筑用材工艺，看看这二者之间有什么区别，并借此聊一聊地条钢。 一、炼钢工艺简介 炼钢是严格的“熔化+精炼”过程，不是简单的“化铁水”，炼钢工艺及实际操作是保证成品钢材质量的关键，通过吹氧脱碳、造渣精炼、钢液脱氧、吹氩搅拌乃至真空脱气等手段，进行脱碳、脱磷、脱硫、去除气体和夹杂，调整成分和温度，保证钢材质量。 1、电弧炉炼钢 电弧炉炼钢是利用三相电极向炉内输送电能，通过电极端部与炉料之间的高温电弧形成3000℃以上的高温来熔化炉料。现在的超高功率电弧炉还配备有炉壁氧枪和炉门氧枪，为炉膛冷区提供辅助热源，进一步提高供热强度，加速熔化。一些有条件的工厂用高温铁水代替部分废钢，或利用余热对入炉废钢进行预热，提高入炉料温度，以加快熔炼速度，节能降耗。 传统电弧炉熔炼工艺有以下几个过程：装料→熔化→氧化→脱氧合金化→出钢→铸坯（锭），这种方法冶炼时间长，设备利用率不高，不能够确保生产节奏，现代电弧炉炼钢都把脱氧合金化工作放到炉后的钢包精炼炉进
行，并且在熔化炉料的过程中，通过提前造渣、大量用氧以及吹氧搅动熔池等，通过氧化脱碳和流渣换渣操作，迅速降低钢中的磷和气体、夹杂物含量，缩短冶炼时间。过去普通功率电弧炉熔炼时间多在4小时以上，而现在的超高功率电弧炉整个冶炼周期仅为70-90min。 电弧炉初炼出的钢液，含氧量很高，而且成分、温度都不符合要求，需要通过钢包精炼来脱氧、调整化学成分和温度，以及尽可能多地去除钢中的非金属夹杂物。钢包精炼炉简称LF炉，也是通过三相电极向钢包内的钢液通电加热，并且在钢包底部配有透气芯，可向钢液底部通入惰性气体氩气。通过补加合金调整化学成分，通过沉淀脱氧和造还原渣扩散脱氧不断地降低钢液含氧量和含硫量。连续的底部吹氩，可促进钢液内部的非金属夹杂上浮去除。 电弧炉和钢包炉所用炉衬材料都是碱性耐火材料，耐浸蚀性好，被卷入钢中形成夹杂物的数量也少。所以“电弧炉+钢包炉+连铸”（简称EBT+LF+CC）工艺生产的钢产品质量好，且稳定可靠。 电弧炉（EBT）和钢包精炼炉（LF）熔炼示意见图1、图2。
大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案
大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案.txt26选择自信，就是选择豁达坦然，就是选择在名利面前岿然不动，就是选择在势力面前昂首挺胸，撑开自信的帆破流向前，展示搏击的风采。大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案 翁利民，陈允平，舒立平 （武汉大学电气工程学院，湖北省武汉市430072） 摘要：详细分析了现代大型炼钢电弧炉对电网不利影响的4个方面：即电压波动、电压畸变、负序电压与电流、功率因数低，并结合实际从量的概念上认识其对自身在增加损耗、继电保护误动、增加网损、降低生产效益等方面的影响；介绍了抑制电弧炉的常规有效措施，得出了合理的结论。 关键词：电压闪变；电压波动；SVC；滤波器 1 引言 现代大型超高功率炼钢电弧炉，由于其容量大，是用电大户，对电网的影响具有举足轻重的作用。它具有功率因数低，无功波动负荷大且急剧变动，产生有害的高次谐波电流，三相负荷严重不平衡产生负序电流等对电网不利的因素，使得电网电能质量恶化，危及发配电和大量用户，也影响电炉自身的产量、质量，使电耗、电极消耗增大，从而成为电网的主要公害之一。现在有关大型电炉对电网公害抑制的研究也正在深入开展，有必要对其不利影响和抑制对策作一概述性的分析。 2 现代大型电炉对电网的影响 2.1 引起电网电压急剧波动 大型电炉在打孔期和熔化期电弧长度急剧变化，引起无功负荷急剧波动，其工作短路功率为电炉变压器额定功率的两倍左右，其最大波动无功为电炉变压器额定功率的1.5倍左右（具体倍数取决于短网阻抗、电炉变压器阻抗、供电系统阻抗之和的大小，总阻抗大则工作短路倍数小，反之则大）。无功的急剧波动，引起电网电压的急剧波动，其波动频率一般为1~15Hz，使灯光和电视机屏幕产生闪烁，使人视觉疲劳而感到烦躁，此外还影响到晶闸管设备和精密仪表等的稳定运行，甚至产生质量事故。国标GB12326-2000《电能质量电压允许波动和闪变》规定了电力系统公共供电点各级电压等级的电压波动和闪变允许值。 2.2 使电网电压波形产生畸变 电炉在熔化和打孔期，电弧电流是不规则的，且急剧变化，其电流波形不是正弦波，可分解为2次和2次以上的各次谐波电流，主要为2~7次，其中2次和3次最大，其平均值可达基波分量的5%~10%，最大可达15%~30%；4~7次平均值为2%~6%，最大值可达6%~15%。而电网中的铁磁元件也产生高次谐波，以3次和5次谐波电流较大，其中3次分量最大，而电炉刚好也是3次谐波电流很大，这对电网是极为不利的。谐波电流流入电网，使其电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动，增加损耗，干扰通信，使电力电缆局部放电绝缘损坏，电容器过载损坏等，国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》规定了电压波形畸变率限值。 2.3 使电网电压产生负序分量 电炉在熔化期，特别是打孔期，各相电弧电压是独立变化的，三相电弧各自发生急剧无规则变化，故其三相电流是不对称的。在正常生产情况下，产生的负序电流约为电炉变压器额定电流的25%左右；在不正常情况下，如一相断弧时，可达56%左右，如两相短路的同时，第三相又断弧，此时可达86%左右。负序电流流入电网，使电网电压产生负序分量，影响发电机和用电设备使用效果，严重时可能造成损坏，还会使继电保护误动作，其严重程度一般用不平衡度（即负序电压与正序电压分量之比的百分数）表示，国标GB/T15543-1995《电能
转炉炼钢与电炉炼钢发展趋势
转炉炼钢与电炉炼钢的发展趋势 随着科学技术的发展，我国的炼钢技术也在不断的提高，目前我国主要的炼钢设备有转炉炼钢和电炉炼钢这两种。转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。电炉炼钢是指在电炉中以废钢、合金料为原料，或以初炼钢制成的电极为原料，用电加热方法使炉中原料熔化、精炼制成的钢，但是到底那个炼钢技术发展趋势能够更好一些，炼钢效率跟高，我们更进一步去了解它们。 一.转炉炼钢趋势 1.提高钢水洁净度，即大大降低吹炼终点时的各种夹杂物含量，要求S低于0.005％，P低于0.005％，N低于20PPm。 2.提高化学成分及温度给定范围的命中精度，为此采用复合吹炼、对熔池进行高水平搅拌并采用现代检测手段及控制模型。减少补吹炉次比例，降低吨钢耐材消耗。 3.铁水预处理对改进转炉操作指标及提高钢的质量有着十分重要的作用。美国及西欧各国铁水预处理只限于脱硫，而日本铁水预处理则包括脱硫、脱硅及脱磷。 4.在转炉上都装有检测用的副枪，在预定的吹炼时间结束前的几分钟内正确使用此枪可保证极高的含碳量及钢水温度命中率，使90％－95％的炉次都能在停吹后立即出钢，即无需再检验化学成分，当然也就无需补吹。此外，这也使产量提高，使炉衬磨损大大减少。复合吹炼能促进各项冶炼参数稳定，因而在许多国家得到推广。奥地利、澳大利亚、比利时、意大利、加拿大、卢森堡、葡萄牙、法国、瑞士、韩国等这些国家全部或几乎全部转炉都采用复合吹炼。 5.还有一些方法是从炉底输人一氧化碳、二氧化碳、氧气。单纯底吹的氧气炼钢法未能推广。日本采用所谓的吹洗法，即在炉顶吹氧结束时，接着从炉底吹氛，使钢水中碳含量达到0.01％。这对汽车用钢、薄板用钢及电工用钢的冶炼尤为重要。日本正在开发复合吹
浅谈用回转窑处理红土镍矿
浅谈用回转窑处理红土镍矿 一、红土镍矿概述 红土镍矿资源为硫化镍矿岩体风化―淋滤―沉积形成的地表风化壳性矿床，世界上红土镍矿分布在赤道线南北30度以内的热带国家，集中分布在环太平洋的热带―亚热带地区，主要有：美洲的古巴、巴西；东南亚的印度尼西亚、菲律宾；大洋洲的澳大利亚、新喀里多尼亚、巴布亚新几内亚等。我国镍矿资源储量中70％集中在甘肃，其次分布在新疆、云南、吉林、四川、陕西和青海和湖北７个省，合计保有储量占全国镍资源总储量的27％。 世界上可开采的镍资源有二类，一类是硫化矿床，另一类是氧化矿床。由于硫化镍矿资源品质好，工艺技术成熟，现约60％~70％的镍产量来源于硫化镍矿。而世界上镍储量的65％左右贮存在氧化镍矿床中，氧化镍矿由于铁的氧化，矿石呈红色，所以统称为红土矿。但实际上氧化镍矿分为几种类型，一种是褐铁矿类型，位于矿床的上部，铁高镍低，硅镁低，但钴含量比较高，这种矿宜采用湿法工艺；另一种类型为硅镁镍矿，位于矿床的下部，硅镁含量比较高，铁含量低，钴含量比较低，但镍含量较高，这种矿宜采用火法工艺。而处于中间过渡的矿石可以采用火法工艺也可以采用湿法工艺。见下表： 类型（%）Ni Co Fe MgO SiO2Cr2O3工艺 褐铁矿0.8-1.50.1-0.240-500.5-5.010-302-5湿法 硅镁矿低镁 1.5-2.00.02-0.125-405-1510-301-2火、湿高镁 1.5-3.00.02-0.110-2515-3530-501-2火法 二、我国镍铁行业现状 镍是略带黄色的银白色金属，是一种具有磁性的过渡金属。镍的应用在于镍的抗腐蚀性，合金中添加镍可增强合金的抗腐蚀性能。不锈钢与合金生产领域是镍最广泛应用领域。全球约2／3的镍用于不锈钢生产，因此不锈钢行业对镍消费的影响居第l位。镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。目前全球有色金属中，镍的消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第5位。因此，镍被视为重要战略物资，一直为各国所重视。 镍铁主要成分为镍与铁，同时还含有Cr、Si、S、P、C等杂质元素。根据国际标准（ISO）镍铁按含镍量分为FeNi20（Ni15％～25％）、FeNi30（Ni25％～35％）、FeNi40（Ni35％～45％）和FeNi50（Ni45％～60％）。又再分为高碳（C 1.0％～2.5％）、中碳（C0.030％～1.0％）和低碳（C<0.03％）；低磷（P<0.02％）与高磷（P<0.030％）镍铁。 我国不锈钢和电池行业的快速发展，国内镍产品供应将面临长期短缺的局面。2005年以来国际市场镍价非理性的不断上涨对国内钢铁业发展构成了新的挑战。我国民营企业使用火法冶炼从菲律宾和印度尼西亚进口的红土镍矿矿石，大量生产镍铁合金作为冶炼不锈钢的配料，成功狙击了国际市场的疯狂炒作，镍价大幅下降，市场将逐步恢复理性。 我国镍金属生产技术已有重大突破，拥有自主知识产权，红土镍矿经高炉冶炼镍铬生铁，
炼钢电炉烟尘治理的探讨通用版
安全管理编号：YTO-FS-PD109 炼钢电炉烟尘治理的探讨通用版 In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards
炼钢电炉烟尘治理的探讨通用版 使用提示：本安全管理文件可用于在生产中，对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理，包含对生产、财物、环境的保护，最终使生产活动正常进行。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 一、前言 炼钢电炉产生的烟气如果不经任何处理直接排放于大气，将对大气造成污染，给周围居民生活造成一定影响，而且危害炼钢工人身体健康。本文就炼钢电炉烟尘的治理进行探讨分析。 二、电炉工艺参数 1.电炉烟尘 电炉烟尘的特点是：轻、细、分散性大和流动性差，极易糊袋。 电炉烟尘的化学组成（%）如表1所示： 表1 见表 电炉烟尘粒径分布。如表2。 三、除尘系统工艺流程 系统工艺流程如下图所示： 表2 见表
2.烟气温度 烟气温度直接影响密闭罩及厂房屋顶排烟效果、炉内微负压形成和布袋寿命。如果进入除尘器的烟气温度过高，布袋收缩变形使运行阻力增加。若烟气温度超过滤料软化温度，将使布袋失效或烧毁。因此含尘气体进入除尘器前必须有事故保护的混风机构一野风阀，使得外界自然空气充分与烟气混合、冷却，保证烟气在布袋软化点以下进入除尘器。进入除尘器的气体温度一般控制在110℃以下，瞬间不得超过120℃。 四、关键技术问题 1.集尘罩的选择 电炉除尘系统包括一、二次烟尘的捕集和含尘烟气的净化。随着除尘设备种类、性能和质量的不断改进与完善，目前国内中小（30t以下）电炉除尘技术的焦点主要集中在出炉烟气捕集方式的选择上，烟气捕集率的大小直接影响到炼钢工人的工作环境和身心健康。国家规定，车间内粉尘的浓度应不小于10mg/Nm3，噪声应小于 85dBA。而实际上炼钢时车间内的粉尘浓度不经治理时可达到300mg/Nm3以上，噪声可达95dBA，炼钢时烟尘影响吊车工的视线，对安全生产造成一定隐患。 目前国内中小电炉烟尘捕集罩的种类比较多，现就以下几种烟尘捕集罩进行比较：
偏心底出钢(EBT)电弧炉(EAF)冶炼工艺
1前言 传统电炉炼钢“老三期”工艺操作:装料熔化、氧化扒渣、造渣还原、带渣出钢，带入钢包中的是还原性炉渣，带渣出钢对进一步脱硫、脱氧、吸附夹杂等是有益无害的。而当电炉功能分化后，超高功率电炉与炉外精炼相配合，电炉出钢时的炉渣是氧化性炉渣。理论与实践证明，这种氧化性炉渣带入钢包精炼过程将会给精炼带来极为不利的影响。于是，围绕避免氧化渣进入钢包精炼过程，出现了一系列渣钢分离方法。其中，效果最好、应用最广泛的是EBT法(Eccentric Bottom Tapping) ,即偏心底出钢法，简称“EBT” 。 本文概述偏心底出钢电炉的结构特点及其优越性，重点介绍偏心底出钢电炉的冶炼工艺，以及偏心底出钢电炉的出钢口填料及其操作。 2EBT电弧炉的特点 EBT电炉结构是将传统电炉的出钢槽改成出钢箱，出钢口在出钢箱底部垂直向下。出钢口下部设有出钢口开闭机构，开闭出钢口，出钢箱顶部中央设有操作口，以便出钢口的填料操作与维护。 EBT电炉主要优越性在于，它实现了无渣出钢和增加了水冷炉壁使用面积。优点如下: (1)出钢倾动角度的减少。简化电炉倾动结构:降低短网阻抗:增加水冷炉壁使用面积，提高炉体寿命。 (2)留钢留渣操作。无渣出钢，改善钢质量，有利于精炼操作:留钢留渣，有利电炉冶炼、节约能源。 (3)炉底部出钢。降低出钢温度，节约电耗:减少二次氧化，提高钢的质量:提高钢包寿命。 由于EBT电炉诸多优点，在世界范围迅速得到普及。现在建设电炉，尤其与炉外精炼配合的电炉，一定要求无渣出钢，而EBT是首选。 EBT电炉的出钢操作。出钢时，向出钢侧倾动约5°后，开启出钢机构，出钢口填料在钢水静压力作用下自动下落，钢水流入钢包，实现自动开浇出钢。当钢水出至要求的约95%时迅速回倾以防止下渣，回倾过程还有约5%的钢水和少许炉渣流入钢包中，炉摇正后(炉中留钢10%～15%,留渣≥95%)检杳维护出钢口，关闭出钢口，加填料，装废钢，重新起弧熔炼。3EBT电炉的冶炼工艺 3.1冶炼工艺操作 EBT电炉冶炼己从过去包括熔化、氧化、还原精炼、温度、成分控制和质量控制的炼钢设备，变成仅保留熔化、升温和必要精炼功能(脱磷、脱碳)的化钢设备。而把那些只需要较低功率的工艺操作转移到钢包精炼炉内进行。钢包精炼炉完全可以为初炼钢液提供各种最佳精炼条件，可对钢液进行成分、温度、夹杂物、气体含量等的严格控制，以满足用户对钢材质量越来越严格的要求。尽可能把脱磷，甚至部分脱碳提前到熔化期进行，而熔化后的氧化精炼和升温期只进行碳的控制和不适宜在加料期加入的较易氧化而加入量又较大的铁合金的熔化，对缩短冶炼周期，降低消耗，提高生产率特别有利。 EBT电炉采用留钢留渣操作，熔化一开始就有现成的熔池，辅之以强化吹氧和底吹搅拌，为提前进行冶金反应提供良好的条件。从提高生产率和降低消耗方面考虑，要求电炉具有最短的熔化时间和最快的升温速度以及最少的辅助时间(如补炉、加料、更换电极、出钢等)，以期达到最佳经济效益。 (1)快速熔化与升温操作 快速熔化和升温是当今电弧炉最重要的功能，将第一篮废钢加入炉内后，这一过程即开始进行。为了在尽可能短的时间内把废钢熔化并使钢液温度达到出钢温度，在EBT电炉中一般采用以下操作来完成:以最大可能的功率供电，氧一燃烧嘴助熔，吹氧助熔和搅拌，底吹搅拌，泡沫渣以及其它强化冶炼和升温等技术。这些都是为了实现最终冶金目标，即为炉外精炼提供成分、温度都符合要求的初炼钢液为前提，因此还应有良好的冶金操作相配合。
150T直流电弧炉炼钢工艺
摘要 改革开放以来，我国电弧炉炼钢技术紧跟世界电炉炼钢工业的发展趋势，得到了快速发展。特别是冶金工艺流程的革命性变换，如电炉从三期操作发展到只提供初炼钢水的两期操作，从模铸到连铸，从出钢槽到偏心底出钢，以及为了满足连铸生产的快节奏提高炉子生产率而采用多能源的综合利用等等，所有这些改变都是促使为冶金工艺服务的电炉装备也取得了突破性的发展。近十年，我国从国外先后引进了交流超高功率电弧炉、直流电弧炉、高阻抗电弧炉、双壳炉和竖炉。通过这些设备的调试、操作、维护以及备品的制造，提高了我国电炉制造的设计制造水平。在消化吸收与创新的基础上，我国大容量电弧炉的国产化奠定了基础。当前电弧炉正朝着大型电弧炉、超高功率供电技术、采用各种炉外精炼、发展直接还原法炼钢、逐步扩大机械化自动化及用电子计算机进行过程控制等的发展，所以我们进行了电炉炼钢的设计，以适应潮流的发展。 当前电弧炉正朝着大型电弧炉、超高功率供电技术、采用各种炉外精炼、发展直接还原法炼钢、逐步扩大机械化自动化及用电子计算机进行过程控制等的发展，所以我们进行了电炉炼钢的设计，以适应潮流的发展。电炉的主要产品是钢材，而钢的质量取决于电炉冶炼技术和工艺，目前我国钢铁产业大量整合趋向于集中，整合资源优化升级。本设计根据指导老师的课题范围，查阅相关资料，结合南京地区实际条件，优化设计150t直流电弧炉炼钢车间。 本次设计查阅国内大型电炉车间设计的相关内容和文献资料，明确本次设计的目的、方法，并向老师请教可行性方案。结合《炼钢设备及车间设计.》、《炼钢设计原理》、《炼钢设计原理》等资料进行设计提纲的书写。对电炉进行配料计算，计算出电炉炼钢的原料配比。对电炉电气设备、炉外精炼、连铸系统、车间烟气净化系统、炼钢车间布局，结合国内大型电炉进行设定并向苏老师探讨可行的方法和数据。绘制电炉炼钢车间平面布置图。 关键字：电弧炉，车间设计，连铸，炉外精炼
浅析螺纹钢的生产工艺流程
炉外精炼课程论文 题目：浅析螺纹钢工艺流程 姓名：刘彪学号： 院（系）：冶金与材料工程学院专业班级： 教师：分数： 2014年4月30日
浅析螺纹钢工艺流程 摘要:随着我国的工业化和城镇化发展的进一步加快，螺纹钢在我国今后发展中将继续是非常重要的建筑用钢，本文通过介绍螺纹钢的生产工艺流程以及生产螺纹钢的设备，以及螺纹钢在国内外的生产现状和生产新技术，综合分析说明提高螺纹管工艺技术对我国社会主义现代化建设具有重要的现实意义。 关键词：螺纹钢；生产工艺；生产现状；成材率；生产新技术； 一、前言 随着我国经济建设的快速发展，我国基础设施如房屋、桥梁、道路以及重要能源、交通等工程得到快速增长，我国正处于经济发展时期，宏观经济和固定资产投资将保持健康持续的增长。建筑行业是中国和发展中国家发展最快的行业之一，建筑用钢也将会得到长期的发展，其中螺纹钢将是最大的建筑用钢。随着钢铁工艺技术的进步，螺纹钢将不断更新换代，推出性能更好的新产品，满足用户不同的技术要求。 二、螺纹钢简介 螺纹钢是表面带肋的钢筋，亦称带肋钢筋，普通热轧钢筋其牌号由HRB和牌号的屈服点最小值构成。H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词的英文首位字母。热轧带肋钢筋分为HRB335（老牌号为20MnSi）、HRB400（老牌号为20MnSiV、20MnSiNb、20Mnti）、HRB500三个牌号。通常带有2道纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。横肋的外形为螺旋形、人字形、月牙形3种。规格用公称直径的毫米数表示。带肋钢筋的公称直径相当于横截面相等的光圆钢筋的公称直径。钢筋的公称直径为6-50mm，一般采用的直径为8、12、16、20、25、32、40mm。带肋钢筋在混凝土中主要承受拉应力。带肋钢筋由于肋的作用，和混凝土有较大的黏结能力，因而能更好地承受外力的作用。带肋钢筋广泛用于各种建筑结构、特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。成分指标：考核螺纹钢成分含量的指标主要有：C、Mn、P、S、Si等项，牌号不同，含量各有差别，其大致范围为：C（0.10～0.40%）、Mn<1.80%、P<0.050 %、S<0.050%、Si（0.60～1.00%）；螺纹钢是由小型轧机生产的，可扎出螺纹钢线材和螺纹钢棒材，小型轧机的主要类型分为：连续式、半连续式和横列式。当今新型的钢筋轧机有通用的高速轧制的钢筋轧机和四切分的高产量的钢
电弧炉炼钢工艺
电弧炉炼钢工艺 2010级冶金1001班，3100701011，魏宏兴 摘要：回顾了电弧炉炼钢发展概况，详细介绍电弧炉炼钢工艺和生产情况，重点分析了短流程炼钢发展趋势。 关键词：电弧炉炼钢发展趋势 Abstract：The general situation of the EAF steelmaking development was reviewed in this article,production and electric arc furnace steelmaking process are introduced in detail, analyses the development trend of short flow steelmaking. Key word：electric arc furnace steelmaking The development trend 1电弧炉炼钢概述 电弧炉（EAF）炼钢是以电能作为热源，以废钢为主要原料的炼钢方法，它是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助电弧辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属炉料和炉渣，冶炼出各种成分合格的钢和合金一种炼钢方法。 1.1工艺过程 电弧炉炼钢以前的方法（老三期）： 补炉→装料→熔化期（分为四个阶段：起弧期→穿井期→主熔化期→熔末升温期）→氧化期→还原期→出钢 装料：废钢；也可以装入少量铁水，叫热装铁水。 熔化期：主要是废钢等的熔化。 氧化期：通过矿石氧化或者吹氧等操作，去除钢水中的杂质、N、H等 还原期：造渣、配合今等。 现在常用：废钢预热→熔氧期→出钢→精炼 现在一般把还原期拿到LF来操作，这样可以缩短冶炼周期，操作也比较方便 1.2工艺特点 1）电能为热源，避免了燃烧燃料对钢液的污染，热效率高，可达65%以上。 2）冶炼熔池温度高且容易控制，满足冶炼不同钢种的要求。 3）电热转换时，输入熔池的功率容易调节，因而容易实现熔池加热制度自动化，操作方便。 4）电弧炉炼钢可以消化废钢，是一种铁资源回收再利用的过程，也是一项处理污染的环保技术，它相当于是钢铁工业和社会废钢的回收工具。
钢铁行业生产工艺流程
钢铁行业生产工艺流程 钢铁生产工艺主要包括：炼铁、炼钢、铸钢、轧钢等流程。 1. 炼铁 铁矿石的品种分为磁铁矿Fe3O4、赤铁矿Fe2O3、褐铁矿2Fe2O3．3H2O、菱铁矿FeCO3。铁矿石中除铁的化合物外，还含有硅、锰、磷、硫等的化合物(统称为脉石)。铁矿石刚开采出来时无法直接用于冶炼，必须经过粉碎、选矿、洗矿等工序处理，变成铁精矿、粉矿，才能作为冶炼生铁的主要原料。 将铁精矿、粉矿，配加焦炭、熔剂，烧结后，放在100米高的高炉中，吹入1200摄氏度的热风。焦炭燃烧释放热量，6个小时后温度达到1500度，将铁矿融化成铁水，不完全燃烧产生的CO将氧从铁水(氧化铁)中分离出来，换句话说CO作为还原剂将铁从铁水(氧化铁)中还原出来。熔剂，包括石灰石CaCO3、荧石CaF2，其作用是与铁矿石中的脉石结合形成低熔点、密度小、流动性好的熔渣，使之与铁液分离，以便获得较纯净的铁水。铁水即生铁液，然后被送往炼钢厂作为炼钢的原料。 宝钢炼铁车间由两座4063立米大型高炉组成,预留有第三座高炉的建设场地。全车间年产生铁600万吨(最终产量可达650万吨)。向炼钢车间热送576.6万吨铁水,钢锭模铸造车间热送6.78万吨,其余16.62万吨铁水送铸铁机铸块。全车间分两期建设,1号高炉计划1982年4季度投产,2号高炉计划1984年投产。全车间约占地572,000平米,采用半岛式布置,1、2高炉中心距370米,原料、燃料均用胶带运输机分别由原料场,烧结车间,炼焦车间送入矿槽、焦槽。筛下粉矿、碎焦亦由胶带运输机运出,转送烧结车间。铁水输送采用320吨鱼雷式混铁车。高炉煤气灰、垃圾、废铁的… 2. 炼钢 炼钢就是把原料(铁水)里过多的碳及硫、磷等杂质去掉并加入适量的合金成分。 最早的炼钢方法出现在1740 年，将生铁装入坩锅中，用火焰加热溶化炉料，之后将溶化的炉料浇铸成钢锭。1856 年，英国人亨利-贝塞麦发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，第一次解决了铁水直接冶炼钢水的难题，从而使钢的质量得到提高，但此法不能脱硫，目前己被淘汰。
中国电弧炉炼钢的现状及发展趋势
专题 中国电弧炉炼钢的现状及发展趋势 （，，） 摘要：本文阐述了中国电弧炉炼钢技术的现状，并在阐述中国近年电弧炉炼钢的发展变化及存在的问题的基础上，提出了中国电弧炉炼钢发展要注意的问题及发展趋势。 关键词：电弧炉，不锈钢，产业现状，发展趋势 China electric arc furnace steelmaking status and development trend Abstract：This paper describes the status of Chinese electric arc furnace steelmaking technologies and expounded China's development and changes in recent years, electric arc furnace steelmaking and problems, based on the proposed China should pay attention to the development of electric arc furnace steelmaking problems and trends. Key Words：EAF，steel，present status，development trends 0 引言 电弧炉（electric arc furnace）利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。 通过金属电极或非金属电极产生电弧加热的工业炉叫做电弧炉。电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等类型。电弧炼钢炉的
浅谈炉外精炼技术在铸钢生产中的应用(新版)
浅谈炉外精炼技术在铸钢生产中的应用(新版) Safety work has only a starting point and no end. Only the leadership can really pay attention to it, measures are implemented, and assessments are in place. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0468
浅谈炉外精炼技术在铸钢生产中的应用 (新版) 铸造生产要经过十分复杂的工艺过程。只要其中某一道工序或某一个过程失误，均会造成铸造缺陷。当然，同一类缺陷由于场合和零件的不同，往往有不同的形成原因。常言道“三分冶炼，七分铸造”。钢液质量与铸件的质量密切相关。本文中，主要论述如何通过炉外精炼技术为铸造生产提供优质的钢液。 1.炉外精炼技术简介 20世纪炼钢技术中的革新，主要是纯氧顶吹转炉炼钢法和连续铸钢法。由于这些实用技术的采用，炼钢生产率飞速提高。炉外精炼技术是设置在转炉和连续铸钢间的连接工序，这一技术的实用化，大大提高并完善亨利贝塞麦发明的液态炼钢法。要提高铸钢生产的质量和产量，同样离不开冶金冶炼技术的发展。炉外精炼技术就是
铸件生产中的适用技术之一。 1.1炉外精炼技术的功能①脱氢、②脱氧、③脱碳、④脱硫、⑤非金属夹杂物的形态控制、⑥成分调整(添加合金)、⑦钢液成分及温度的微调及均匀化、⑧脱氮、⑨脱磷。针对上述功能，衍生出LF 法、VD法、VOD法、RH法、SKF’法等炉外精炼设备。但对于各生产厂家具体使用哪种精炼设备，他们会综合考虑冶炼的钢种、生产量、粗／精炼的组合等，选择最适合的炉外精练法。 1.2电炉加钢包精炼炉双联工艺法简介目前，电弧炉炼钢是铸钢件生产中最广泛的炼钢方法之一。这种方法是利用电弧产生的高温和热能熔化固体炉料，实现冶炼的目的。在电弧炉炼钢中为了清除钢液中的气体和夹杂物，通常通过脱碳反应形成钢液沸腾，对钢液激烈氧化。在下一步为了去除钢液中残余的氧，又需要对钢液进行脱氧，因此产生大量的夹杂物，这是电弧炉炼钢难以解决的矛盾。为了解决这一问题，经过冶金工作者多年努力，摸索出双联工艺法方案。即将原电弧炉炼钢的两大期——氧化期及还原期分别放在电弧炉和钢包精炼中进行，各自独立操作，以达到提高钢液的冶炼质
浅谈矿热炉冶炼镍铁工艺
浅谈矿热炉冶炼镍铁工艺 中冶华天南京工程技术有限公司王刚 摘要：本文介绍了从红土镍矿提炼镍铁几种不同的冶炼工艺，并着重分析了矿热炉冶炼镍铁工艺RKEF法，此工艺成为当前我国红土镍矿处理的主要方法。研究开发高效、流程短、低耗能、环保等镍铁冶炼新工艺已经成为未来开发的趋势。 关键词：镍铁；矿热炉；RKEF法 1 前言 金属镍具有良好的机械强度、延展性和化学稳定性，耐腐蚀，能磁化等一系列特性，广泛用于不锈钢、高温合金、电镀和化工等行业，在国民经济的发展中具有极其重要的地位。全球约2/3的镍用于生产不锈钢，镍原料的成本占奥氏体不锈钢生产成本的70%左右。 镍原料多数源自红土镍矿，红土镍矿资源为硫化镍矿岩体风化―淋滤―沉积形成的地表风化壳性矿床，世界上红土镍矿分布在赤道线南北30度以内的热带国家。我国镍矿资源储量中70％集中在甘肃。 红土型镍矿可以生产出氧化镍、硫镍、铁镍等中间产品，其中硫镍，氧化镍可供镍精炼厂使用，以解决硫化镍原料不足的问题。至于镍铁更是便于用于制造不锈钢，降低不锈钢的生产成本。 2 镍铁火法冶炼工艺分类 含镍硫化矿目前主要采用火法处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得金属镍。氧化矿主要是含镍红土矿，其品位低，适于湿法处理；主要方法有氨浸法和硫酸法两种。氧化矿的火法处理是镍铁法。 2.1 高炉法 高炉生产生铁历史悠久，但普遍使用高炉生产镍铁还是中国人发明（刘光火）和研究的结果。 高炉生产镍铁的流程主要是：矿石干燥筛分（大块破碎）——配料——烧结——烧结矿加焦炭块及熔剂入高炉熔炼——镍铁水铸锭和熔渣水淬——产出镍铁锭和水淬渣。
工艺流程当中的高炉熔炼有很大的缺点： （1）要用优质的焦炭作为熔炼的燃料，焦炭的耗能量很大，能耗高； （2）产品镍含量通常在2~8％，大多在5％以下，镍品位低，杂质含量高，一 般用于200系的不锈钢生产。 （3）在冶炼的过程中有害气体的排放量大，比如为了增加炉渣的流动性而添加萤石，萤石加入量占炉料总量的8~15％，然而在国内，镍铁小高炉没有设置脱氟设备，全部放散，从而导致排放的高炉烟气中含有大量有害的含氟气体。 （4）红土镍矿可分为高铁低镁(低镍)、低铁高镁(高镍)红土镍矿，两种不同类型原料。而当红土矿含镍1.5%、含铁35%时比较适合小高炉熔炼，可产出含镍约4%的低镍生铁。但如果是低铁高镁(高镍)矿用小高炉熔炼，那么就会导致高炉的产渣量大、粘度大情况，从而难以保证炉况顺行。 （5）由于炉料强度低，所以只能采用小型高炉(矮高炉)生产镍铁，而无法进行大规模的生产。 （6）小型高炉生产镍铁的成本较高。 2.2 电炉（矿热炉）法 这里的电炉指被称作矿热炉的电弧炉的一种，矿热炉冶炼镍铁工艺流程是：原矿干燥及大块破碎——配煤及熔剂进回转窑彻底干燥及预还原——矿热炉还原熔炼——镍铁铁水铸锭及熔渣水淬——产出镍铁锭（或水淬成镍铁粒）和水淬渣。 该工艺通常是指回转窑加矿热炉工艺，在国外已有几十年的生产历史，有一套较成熟的技术和理论，国内也有少数厂家有几年的生产历史，但都是小设备生产，技术问题很多，效益也不好，近期有数家企业陆续投产和正在建设上规模的生产线。 该工艺可以用任何铁镍品位的矿石生产任何含镍量的镍铁，技术上是在回转窑阶段控制铁的还原率来实现的（镍全部还原成金属、铁部分还原成金属和低价氧化物），这是该种工艺的最大特点，也是其具有生命力的原因，但由于矿热炉耗电巨大致使其生产成本偏高，另外缺电地区也无法建厂。 2.3 回转窑直接还原熔炼法 回转窑直接还原熔炼工艺几乎称得上是一项古老的工艺，日本采用该工艺生产镍铁（粒状镍铁，直接用于冶炼不锈钢）已有60余年的历史。 该工艺基本流程是：原矿干燥（大块破碎和磨矿——配加还原煤和熔剂——入回转窑还原和熔炼——熔块水淬——水淬渣和镍铁粒破碎、磨矿、磁选——产出镍粒铁和细
我国电炉炼钢的发展现状与前景
我国电炉炼钢的发展现状与前景 现代炼钢流程主要是转炉流程和电炉流程。2004年世界粗钢产量达10.548亿t，其中转炉钢66452万t，占63%，电炉钢35652万t，占33.8%。我国钢产量27470万t，其中转炉钢23271万t，占85.72%，电炉钢4167.1万t，仅占15.17%。 笔者在此分析了我国不同时期电炉钢比例逐年下降的原因，讨论了为什么要重视电炉钢的发展，指出了在目前我国废钢资源及电力紧缺的条件下，发展电炉炼钢的方法及技术措施，认为目前应考虑对发展我国现代电炉炼钢的第二轮投资。 国外电炉炼钢的发展情况 自上世纪中叶至今，尽管转炉炼钢技术取得了长足的进步。但世界电炉钢比例不断增长，从1950年的7.3％增长到2004年的33.8％。 电炉钢比例的增长，主要是由于跟高炉转炉长流程相比，电炉炼钢具有固定投资小，消耗铁矿石，焦炭，水等资源少，占地面积小，可比能耗低，对环境污染少，工厂可接近资源产地及市场，启动及停炉灵活等优点，符合全球可持续发展要求。 本世纪前四年，世界上年产钢500万吨以上的主要产钢国家各国粗钢产量稳步增长，电炉钢比例不同国家有增有减，总体上有所降低，从2001年至2003年电炉钢的比例从35%下降至33.1%。2004年虽然粗钢产量增长迅速，但世界电炉钢比例从33.1%上升至33.8%。我国现代电炉炼钢的发展情况 我国现代电炉炼钢始于1993年原冶金部和上海市在上海召开的“当代电炉流程和电炉工程问题研讨会”（以下简称第一次上海会议）。由于各级政府部门引导，支持钢铁企业进行了对现代电炉流程的一轮投资，依靠引进国外现代电炉流程先进技术，在我国建成了一批“三位一体”或“四位一体”的先进电炉流程。 从1993年至今，我国电炉钢生产的发展可分为三个阶段。 在1993年至2000年这一阶段，我国电炉钢产量在1800~2000万t波动，电炉钢比例逐年下降，从23.2%下降至15.7%。这是由于一方面淘汰了大量落后的小电炉，使得我国电炉钢产量下降，另一方面新投产的大电炉产量还是不够高，致使电炉钢产量在一个水平线上波动，另外由于转炉钢产量的迅速增长，电炉钢产量增长比较慢，致使电炉钢比例下降，但这也正好说明“第一次上海会议”的意义及影响，如果没有1993年的“第一次上海会议”，在小电炉大量被淘汰的情况下，2000年我国电炉钢的比例恐怕还会低很多。 从2000年至2003年，在世界电炉钢比例有所下降的同时，我国电炉钢比例却走出了低谷有所回升。从2000年的15.7％上升到2003年的17.6％。电炉钢比例回升说明在这一阶段，虽然全国钢产量迅速增长，但电炉钢增长的速度比钢总量增长的速度更快。 在2001-2003年间，我国钢生产迅速发展，年增长速率达20~22%，远高于世界同期增长速度。电炉钢增长速度更高，达27-28%，电炉钢比例回升了约2个百分点。
我国电弧炉炼钢发展现状
我国电弧炉炼钢发展现状 1 中国电弧炉炼钢产量持续增长 2003年我国电炉钢产量占比最高达17.6%，2016年占比下滑到最低点7.3%，产量仅为5884万吨。2003年我国粗钢产量为2.22亿吨，2016年增加到8.08亿吨，主要是由于转炉钢产量的提高。 造成电炉钢产量比例低的原因是电炉炼钢成本方面的竞争力低于转炉炼钢。主要原因是2003-2016年间，①国内废钢资源的供应紧张，废钢使用成本高；②工业电价偏高，造成电炉炼钢铁水兑入比例持续升高，甚至出现了不用废钢的全铁水电炉转炉化冶炼方式，不能充分发挥电弧炉炼钢在资源能源节约、环境友好方面的优势；③由于炉外精炼技术的完善，一些原来由电炉流程生产的轴承钢、齿轮钢以及不锈钢等传统特钢产品，转炉流程占了大部分产量，电炉炼钢除在铸造行业及高合金钢生产领域仍占一定地位外，生产特钢的优势明显下降，严重阻碍了电弧炉炼钢产量及技术在中国的发展。 2017年国家大力淘汰中频炉“地条钢”产能1.2亿吨，落后钢铁产能500 0万吨，废钢量达1.4亿吨，废钢资源以及电力供应情况得到改善。同时，对钢铁行业节能减排及加强环保督察等工作的日益重视，不少电炉生产企业积极复产或部分企业新上电弧炉，为中国电炉炼钢的发展提供了机遇。2017年我国
电炉钢产量约7750万吨，2018年全国电炉钢产量将继续增加，具有明确计划投产的电弧炉产能合计1560万吨左右，再加上2017年新建和复产产能的完全释放、老电弧炉的技改、产能利用率的提升，增量有可能超过3000万吨。 据统计，2018年上半年中国电炉钢产量累计约为5183.2万吨，所占比例为11.9%，预计2018年全年产量有望达到1亿吨。目前，还有56座电炉计划2018-2023年投产，产能约4700万吨。预计2025年中国废钢产生量将达2.8亿吨，巨大的废钢资源量，必然促进以废钢为主要原料的电弧炉炼钢产量的提高和技术的发展，预计2025年电弧炉生产的粗钢产量占比将达到20%-25%。 2 电弧炉所用原燃料结构 2.1 电弧炉所用的金属料 废钢是电弧炉冶炼的最主要原料。废钢资源不足是影响电弧炉炼钢发展的主要原因。废钢来源一般有三个方面，即钢铁企业在生产过程中的自产废钢、工矿企业在生产过程中的加工废钢、社会（生产、生活、国防等）废弃钢铁材料（包括拆旧废钢如：报废汽车、舰船、钢结构桥梁与建筑钢等）。由于技术的进步，前两个原因产生的废钢量下降，社会废钢量不断增加。由于社会废钢重复使用或含有较多量的Cu、Sn、As、Pb等不易去除的有害元素，造成一些有害元素在钢中富集，废钢质量下降。为了解决废钢短缺及质量下降的问题，必须开发废钢替代品。目前，主要的废钢替代品有：铁水（生铁）、直接还原铁（DRI）、脱碳粒铁、碳化铁、复合金属料等。 2.1.1 铁水（生铁）