电弧炉炼钢的时代特点及炉外精炼

RH-LF和LF-VD工艺生产管线钢洁净度的比较一、电弧炉炼钢的时代特点1、变为初炼炉进入20 世纪80年代后，随着炉外精炼技术、工艺、装备的快速发展，原冶炼工艺中在电弧炉内完成的合金钢、特殊钢的脱氧、合金化、除气、去夹杂的电炉“重头戏”移到炉外精炼炉去进行了。

电弧炉及转炉皆变为只须向炉外精炼炉提供含碳、硫、磷、温度、合金化合格或基本合格的钢水就算完成任务的炼钢初炼炉。

改变和结束了原电弧炉的熔时长（三个多小时）、老三期操作（熔化期、氧化期、还原期）以及产量低、渣量大、炉容小、成本高的状况。

2、炉容大型化随着电炉—炉外精炼—连铸—直接轧材工艺的发展，这种短流程（相对于焦化、烧结—高炉—转炉—炉外精炼炉—连铸—)轧材工艺而言的轧机产量要求电炉与之相匹配，例如长材年产50-80 万t、板材100-200 万t 、热轧卷年产200万t以上,因此单一匹配电炉的炉容量和生产率,生产速率必须与轧机相衔接.目前, 较多采用公称炉容量80-120万t 左右的电弧炉，从趋势看炉容量仍在提高。

变压器向超高功率发展（1000KV A/t)。

3 、电炉转炉化氧气顶吹转炉依靠铁水为原料，吹氧冶炼故冶炼周期短（20min左右），产量高，即获得了比电炉高的多的生产率和生产速率( 科技工作者在20 世纪50年代在电弧炉上吹氧（炉门和炉顶）兑入约30%~50%的铁水（EOF 炉），把转炉的工艺优势移植过来，电炉的冶炼周期大大缩短，目前均在45min 左右( 故电炉顶吹氧、热装铁水、电炉双炉壳很快得到推广。

4、电弧炉钢产量大幅增长在上述三项电炉自身工艺变化的同时，随着社会发电技术，能力的增长（核电站、水力发电等）及社会废钢量的增加，直接还原铁DRI、HBI、Fe3C 技术工艺的发展,都为电弧炉快速发展提供了条件. 因此,世界各国电弧炉钢产量由1950 年占世界总产钢量的6.5%增至1990 年的27.5% , 2003 年的36%.5、提质、降耗、防污染使电弧炉获得新的活力电弧炉使用废钢为原料与使用高炉铁水的转炉相比，总能耗是高炉-转炉工艺的1/2～1/3。

1.2 电弧炉炼钢的特点电弧炉是靠电弧进行加热的，其温度可以高达2000℃以上，超过了其它炼钢炉用一般燃料燃烧加热时所能达到的最高温度。

同时熔化炉料时热量大部分是在被加热的炉料包围中产生的，而且无大量高温废气带走的热损失，所以热效率比平炉、转炉炼钢法要高。

还能精确的控制温度，因为炉内没有可燃烧的气体，所以可以根据工艺要求在各种不同的气氛中进行加热，也可在任何压力或真空中进行加热。

能保证冶炼含磷、硫、氧低的优质钢，能使用各种元素（包括铝、钛等容易被氧化的元素）来使钢合金化，冶炼出各种类型的优质钢和合金钢。

1.3 碱性电弧炉与酸性电弧炉1.4 传统碱性电弧炉炼钢过程介绍碱性电弧炉炼钢的工艺方法，一般分为：氧化法、不氧化法（又称装入法）及返回吹氧法。

氧化法冶炼操作由扒补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期、出钢等6个阶段组成。

其特点是在氧化期，用加矿石或吹氧进行脱磷和脱碳，使熔池沸腾，以降低钢中气体和杂质，再经过脱氧还原和调整钢液的化学成分及温度，然后出钢。

用这种方法冶炼，可以得到含磷量及气体、夹杂物含量都很低的钢，还可以利用廉价废钢为原料，因此一般钢种大多采用氧化法冶炼。

其缺点是如果炉料中有合金返回料，则其中的某些合金元素会被氧化而损失于炉渣中。

不氧化法在冶炼过程中没有氧化期，能充分回收原料中的合金元素。

因此，可在炉料中配入大量的合金钢切头、切尾、废锭、注余钢、切屑和汤道钢等，减少铁合金的消耗，降低钢的成本。

炉料熔清后，经过还原调整钢液成分和温度后即可出钢。

冶炼时间较短，低合金钢、不锈钢、高速工具钢等均可以用此法冶炼。

其缺点是不能去磷、去夹杂物和除气，因此对炉料要求高，须配入清洁无锈、含磷低的钢铁料，并在冶炼过程中要求采取各种措施防止吸气。

同时钢液的化学成分基本上取决于配料的成分，这就要求炉料配料的化学成分和称量力求准确，致使这种冶炼方法用的比较少。

返回吹氧法是在炉料中配入大量的合金钢返回料。

依据碳和氧的亲和力在一定的温度条件下比某些合金元素和氧的亲和力大的理论，当钢液升到一定温度以后，向钢液进行吹氧，强化冶炼过程，达到在脱碳、去气、去夹杂物的同时，又回收大量合金元素的目的。

电炉炼钢的特点电炉炼钢主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达4000℃。

冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。

所用含铁原料主要为废钢，约占70%以上，另外可以加入铁水、生铁、直接还原铁、热压块等。

冶炼时间较长，一般至少是转炉冶炼时间的两倍。

电炉熔炼温度高且容易控制调节，电弧炉弧光区温度高达3000—6000℃，炉温高达2000℃以上，远高于冶炼一般钢种所需的温度，可以用于冶炼转炉不能冶炼的合金钢和不锈钢炉内气氛易于控制调节。

在冶炼的不同阶段，炉内不仅能造成氧化性气氛，还能造成还原性气氛，前者有利于脱碳和去磷，后者有利于脱氧、去硫、易氧化合金的加入、回收金属元素和控制钢液成分。

电炉设备比较简单，投资少，建厂快，占地少，且容易控制污染。

但由于所需能源由电极在短路时产生的高温来提供，耗电量较大，冶炼1吨钢所消耗的电能约350-600kwh；成品钢中氢、氮含量偏高。

因为在电弧作用下，炉内空气的水汽大量离解，生成的氢和氮，如进入钢水，将影响钢的质量。

电弧是“点”热源，炉内温度分布不均匀，熔池平静时，各部分钢水温度相差较大。

炭质电极的存在会使钢液增碳，给冶炼低碳钢带来困难。

废钢铁是一种载能资源，用废钢铁炼钢可以节约大量能源。

在大型钢铁联合企业，从采矿、选矿、烧结、焦化、炼铁到炼钢、轧钢，能源消耗和污染排放主要集中在炼钢工序之前。

研究表明，用废钢直接炼钢和用矿石炼铁后再炼钢相比，可节约能源60%，节水40%。

废钢铁也是一种环保资源，用废钢直接炼钢和用矿石炼铁后再炼钢相比，可减少废气86%、废水76%和废渣97%，有利于清洁生产和排废减量化。

炉外精炼介绍炉外精炼技术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。

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量，提高生产率的目的。

下面是双联工艺法的工艺流程：电炉加料-- 熔化-- 氧化-- 升温-- 出钢--LF 炉接钢液-- 精炼还原-- 微调成分，调整温度-- 出钢-- 喂丝-- 钢液测温-- 钢液浇注。

3双联工艺法的产品质量0.0l%对几个采用双联工艺法的铸钢厂产品质量跟踪：①气体含量：[H]3.5ppm ，[O]40ppm，[N]80ppm；②杂质含量：内。

4材料性能屈服强度增加7%~1l%；抗拉强度增加3%~6%，冲击韧度增加20%一45%；断面收缩率、伸长率基本无变化。

一分钟了解电弧炉炼钢的兴起与发展1900年Paul Heroult发明了电弧炉是近代炼钢电炉的起源，电弧炉炼钢使用过炭质电极、天然石墨电极，后来主要用人造石墨电极（简称石墨电极）为导电材料，也是现代电炉炼钢工业不可缺少的耐高温导电材料。

石墨电极生产与电炉炼钢有着密切的联系，电弧炼钢炉的不断革新对石墨电极品种的增加、理化性能的提高起到促进作用。

1960年下半年美国W.E.Schwabe博士主张电炉配备大容量变压器，和通常的电弧炉比较，由于投入了高密度的电能，生产率上升，电炉炼钢正式走向大型化。

1971年日本大同特殊钢公司开发了炉外精炼法，将电弧炉炼制的功能分在两台电炉中进行，即熔化炉和精炼炉。

随后，由于钢包精炼的普及，在钢包内可以加热，将还原期移到了LF（气体搅拌）、ASEA-SKF(感应搅拌)等钢包精炼炉上，这样的结果是电弧炉仅仅用来进行熔化和氧化精炼。

因此，目前国内外许多转炉炼钢厂也添置了钢包精炼设备，搞起了炉外精炼，进行化学成分及温度的精确稠整。

钢包精炼炉也需要使用高功率或超高功率石墨电极，由于每炉精炼操作时间较短，一般也不吹氧，因此多数精炼炉消耗电极较少，每吨钢只消耗石墨电极1kg左右。

同样功率的电弧炉，使用的石墨电极直径有所不同，电极单耗也有差别。

1980年国外钢铁工业把炼钢电弧炉按每吨炉容的变压器容量分为3类：普通功率电炉（RP炉）、高功率电炉（HP炉）和超高功率电炉（UHP炉）。

1980年以后建成的大型电弧炉，其变压器容量都在550 kVA/t以上。

一部分新建的炼钢电炉的单位炉容的变压器容量达到800 kVA以上，个别电炉达到1000-1200 kVA。

电炉炼钢扩大每吨炉容的变压器容量，使用HP、UHP操作技术后，输入电功率高，缩短了冶炼时间。

但因初期是大电流短弧操作，石墨电极的消耗量上升和冷点残存冷钢，所以经济效果受到一定限制。

交流电弧炉大功率化通常会发生电网冲击故障，制约了其进一步大型化。

通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢的方法。

电弧炉以电能为热源，可调整炉内气氛，对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利，发明后不久，就用于冶炼合金钢。

并得到较大的发展。

随着电弧炉设备的改进以及冶炼技术的提高，电力工业的发展，电炉钢的成本不断降低，现在电炉不但用于生产合金钢，而且大量用来生产普通碳素钢，其产量在主要工业国家钢总产量中的比重，不断上升（见表）。

电弧炉炼钢中国在20年代以后，一些主要工业城市陆续建了一些小电炉,直到1950年后才有较快的发展,主要用于生产优质钢和合金钢。

1980年产量约占钢总产量的20％，最大的电弧炉容量为50吨。

原料电炉钢以废钢为主要原料，有些电弧炉采用直接还原的海绵铁来代替部分(30～70％)废钢。

废钢经多次循环冶炼，会使某些对钢质有害而又不能在冶炼过程中除去的元素（如铜、铅等）富集。

海绵铁比废钢纯净得多，掺和使用就可起“净化”的作用。

冶炼合金钢时，大多数采用成分相近或相应的合金废钢为炉料，以节约昂贵的铁合金，不足之数在冶炼过程中再用铁合金补充。

补炉上一炉的钢水和渣出净以后，立即把被侵蚀的炉衬补好。

补炉动作要快，以便利用炉内的残余高温，将补炉料和原炉衬烧结在一起，并可减少热损失，节约电能。

装料补炉完毕后，移开炉盖，用料筐从炉子顶部把炉料装入炉内。

不易氧化和难熔的合金料如镍、钼等可与废钢同时装入。

炉料的块度应适当搭配，堆密度以1.6～2.0吨／米3为宜。

炉料的熔化和供电制度装好炉料,合上炉盖后,即降下电极到炉料面近处,接通主电路开关,将电极调节系统的转换开关放到自动控制位置，以次高级电压通电起弧。

约5～10分钟,电弧伸入炉料熔成的“小井”后，改用最高电压，达到输入变压器的最大有效功率，加速熔化炉料。

电极随“小井”底部的熔化而逐渐下降，直到电弧触到钢液，然后电极又随钢液面的升高而上提。

当大部分炉料熔化，电弧就完全暴露在熔池面上,这时,为减少电弧对炉顶的强烈辐射，要改用较低电压，直到炉料完全熔化。

炼钢工艺和炉外精炼炼钢是将生铁经过一系列工艺流程，最终得到所需的纯净钢材的过程。

在炼钢过程中，除了经典的炼钢工艺，炉外精炼也被应用于提高钢材质量。

首先，炼钢工艺是一个包含多个步骤的过程。

首先，生铁被放入高炉中，在高温下与石灰石和焦炭等物料一起熔炼。

熔炼后的炉渣将被逐渐除去，以便得到纯净的铁水。

然后，铁水被倒入转炉中，加入废钢和石灰，通过吹氧使废钢中的杂质氧化，达到炼钢的目的。

最后，得到的钢水被铸造成钢坯或进行连铸。

然而，炼钢工艺仍然无法完全消除钢中的不纯物质。

为了进一步提高钢材的质量，炉外精炼被广泛应用。

炉外精炼主要包括氧气顶吹精炼（BOF）、电弧炉精炼等。

氧气顶吹精炼是一种常见的炉外精炼工艺。

在该工艺中，钢水被倒入具有底吹孔和侧吹孔的转炉中。

通过底吹孔，将高压氧气从底部注入，以燃烧和氧化钢中的碳、硅等元素，降低其含量。

通过侧吹孔，喷射石灰石和氧化铁等物料，以吸附和中和钢中的杂质。

这种工艺具有操作简单、反应快速和适用于各种钢种等优点。

电弧炉精炼是另一种常用的炉外精炼工艺。

在该工艺中，钢水被倒入电弧炉中，通过电弧加热钢水，使其达到高温，同时通过电弧的高温和强电场作用，使钢水携带的硫、磷等杂质氧化。

同时，可以注入精炼剂，如氧化钙、硅、铝等，以中和钢中的杂质。

这种工艺适用于冶炼低合金钢和不锈钢等特殊钢种。

综上所述，炼钢工艺和炉外精炼是钢材生产过程中的重要环节。

炼钢工艺通过多道加工步骤，将生铁转化为纯净的钢材。

而炉外精炼通过引入高温和化学物质的方法，进一步提高钢材的质量。

这些炼钢工艺和炉外精炼技术的不断改进与创新，对于钢材生产工业的发展起到了关键作用。

炼钢工艺和炉外精炼是现代钢铁产业的重要环节，它们的发展和应用不断推动着钢材质量的提升和工艺的进步。

在过去的几十年里，通过炼钢工艺和炉外精炼技术的不断创新和改进，钢材的性能得到了显著提高，满足了不同行业领域对高强度、高耐腐蚀性和高温抗氧化性等特殊需求。

首先，炼钢工艺是炼钢过程中最基本的环节。

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。