碱性电弧炉炼钢的工艺流程方案

碱性电弧炉氧化法炼钢工艺过程主要包括原材料准备、补炉、配料及装料、熔化期、氧化期、还原期及出钢等7个阶段。

一、原材料准备
废钢是电弧炉炼钢的主要材料，废钢质量的好坏直接影响钢冶的质量、成本和生产率，因此，对废钢质量有如下几点要求。

1）废钢表面应清洁少锈，因废钢中沾有的泥沙等杂物会降低炉料的导电性能，延长熔化时间，还会影响氧化期去鳞效果及侵蚀炉衬。

废钢锈蚀严重或沾有油污时还会降低钢和合金元素的收得率，并增加钢中的含氢量。

2)废钢中不得混有铅、锡、砷、锌和铜等有色金属。

铅的密度大，熔点低，不溶于钢液，易沉积在炉底缝隙中造成漏钢事故；锡、砷和铜易引起钢的热脆。

3）废钢中不得混有密封容器，以及易燃、易爆物和有毒物，以保证安全生产。

4)废钢化学成分应明确，且需按成分分类存放，硫、磷含量不宜过高。

5)废钢外形尺寸不能过大(截面积不宜超过300mm×300mm，最大长度不宜超过350mm)。

二、补炉
一般情况下，每炼完一炉钢后，在装料前要进行补炉，其目的是修补炉底和被侵蚀的渣线及被破坏的部位，以维持正常的炉体形状，从而保证冶炼的正常进行和安全生产，补炉的要点如下：
1)出钢后立即检查炉衬，需填补炉底时，应先将炉底残渣全部扒出，然后进行填补。

补炉的原则是高温、快补、薄补，维护炉膛原状。

2)补炉料要提前半个小时混合均匀，补炉后放下电极烘烤30min，若补镁砂量较大，应酌情延长烘烤时间。

三、配料及装料
配料是电炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分，配料是否合理关系到炼钢工能否按照工艺要求正常地进行冶炼操作。

合理的配料能缩短冶炼时间。

配料时应注意以下几点：一是必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量；二是炉料的大小要按比例搭配，以达到好装、快速熔化的目的；三是各类炉料应根据钢液的质量要求和冶炼方法搭配使用；四是配料成分必须符合工艺要求。

装料前应先在炉底铺上一层石灰，其重量约为炉料重量的2％，以便提前造好熔化渣，有利于早期去磷，减少钢液吸气和加速升温。

装料时应将小料的一半放入底部，小料的上部、炉子中心区放入全部大料、低碳废钢和难熔炉料，大料之间放入小料，中型料装在大料的上面及四周，大料的最上面放入小料。

凡在配料中使用的电极块应砸成50～lOOmm，装在炉料下层，且要紧实，装好的炉料为半球形，二次加料不使用大块料及湿料。

四、熔化期
在电弧炉炼钢工艺中，从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。

熔化期的任务是将固体炉料迅速熔化成钢液，并进行脱磷，减少钢液吸收气体和金属的挥发。

熔化期的操作工艺如下：
1)启弧阶段。

通电启弧时炉膛内充满炉料，电弧与炉顶距离很近，如果输入功率过大、电压过高，炉顶容易被烧坏，因此一般选用中级电压和输入变压器额定功率的2／3左右。

2)穿井阶段。

这个阶段电弧完全被炉料包围，热量几乎全部被炉料吸收，不会烧坏炉衬，因此使用最大功率，一般穿井时间为20min左右，约占总熔化时间的1／4。

3)电极上升阶段。

电极“穿井”到底后，炉底已形成熔池，炉底石灰及部分元素氧化，使得在钢液面上形成一层熔渣，四周的炉料继续受辐射热而熔化，钢液增加使液面升高，电极逐渐上升。

这阶段仍采用最大功率输送电能，所占时间为总熔化时间的1／2左右。

4)炉料熔化过程中，应根据炉料中含P量的高低，可分批加入适量的石灰及矿石造渣，以利于脱P，加入的石灰量约为炉料重量的1％～2％，为了调整炉渣的流动性，可加入适量的氟石。

5)在熔化过程中应不断“推料助熔”，当大部分炉料开始熔化时可采取吹氧助熔，加速炉料熔化，吹氧时采用浅吹提温，插入钢液深度<lOOmm，角度为30 ～45 ，氧气压力为0.4～0.5MPa。

6)熔化末期采用较低电压供电，炉料全熔后，充分搅拌钢液，取样应在熔池中心处取钢液分析C、P、S，掌握元素含量，作为后阶段进行氧化、还原反应和控制元素含量的依据，如钢液含碳量不足时，在开始氧化前必须进行增碳。

五、氧化期
加入氧化剂，使钢液中的碳氧化而熔池产生沸腾的阶段叫氧化期。

氧化期的主要任务是脱碳、脱磷，以及去除气体和夹杂物，并提高钢液温度。

氧化期的操作工艺如下：
1)氧化期前一阶段，钢液温度较低，主要是造渣脱磷，炉内的脱磷反应为：
5FeO+2Fe3P=P205+11Fe+Q
P205+CaO=CaO•P205+Q
由以上反应可看出，要提高脱磷效果，必须造成强氧化性(WFeO为12％～20％)、强碱性(CaO浓度要高，R=2～3)的炉渣，炉渣流动性要好。

适当偏低的温度，加强钢渣的搅拌，以利于脱磷反应的进行。

2)当钢液温度达到1550℃后，氧化期进入第二阶段。

氧化第二阶段主要是进行氧化脱碳沸腾精炼，以去除钢液中的气体和夹杂物。

我公司在实际生产中氧化脱碳采用矿石+氧气结合脱碳法，炼钢过程中碳的氧化反应是一个非常重要的反应，其有利于整个熔池的迅速加热，也有利于钢液成分的均匀化。

具体化学反应如下：
0+C=CO，FeO+C=Fe+CO。

在氧化的第二段段，矿石加入应多批、小量、勤搅拌，使熔池沸腾活跃并使炉渣保持良好的流动性，做到炉渣自动流出。

3)氧化期操作要点：①氧化、测温符合要求，渣况良好方可分批加矿石，每批加矿石量不得超过料重的1％～2％，每批间隔时间需>5min。

②为确保熔池沸腾良好，应将氧化脱碳速率控制在每分钟0.O1％～0.03％。

③调整渣况。

当氧化沸腾开始，采用流渣，要求炉渣R=2～3，炉内渣量控制在3％～4％。

氧化期后阶段，应使炉渣流动性好，渣层要薄，渣量控制在2％～3％。

④温度控制。

氧化期总的来讲是一个升温阶段，升温速度的快慢根据钢液中磷的情况而定。

氧化末期必须使钢液温度升高到大于该钢种出钢温度的10～2O℃。

⑤净沸腾。

当温度、化学成分合适，就停止加矿石，调整好炉渣，让熔池进入自然沸腾(5～10min)，使钢液中的残余含氧量降低，并使气体及夹杂物充分上浮，以利于还原期的顺利进行。

⑥扒渣。

氧化期炉渣中FeO含量很高，又含有P205，为了还原期脱氧及防止回磷必须扒渣，扒渣的条件是扒渣温度高于出钢温度10～2O℃；扒渣前碳、磷及其他限制性成分应符合要求。

⑦增碳。

如果氧化末期碳含量过低需增碳，可在扒渣后裸露的钢液面上撒加纯净、干燥的碳粉，进行增碳。

六、还原期
氧化期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。

主要任务是造好还原渣，钢液进行脱氧、脱硫，调整化学成分，控制好出钢温度。

还原期的操作工艺如下：
1)停电扒氧化渣后，首先加入锰铁进行“预脱氧”。

锰铁加入后，应立即加入石灰、氟石和碎硅砖造稀薄渣覆盖钢液，以减少钢液吸气和降温。

石灰、氟石、碎硅砖块的加入比例为4：1：1，其总加入量约为钢液重量的2％～3％，稀薄渣形成后造还原渣进行还原。

2)稀薄渣造好后，立即取样分析C、Mn、Si、S、P等元素含量，并加还原碳粉。

还原碳粉加入后立即关闭炉门，尽量保证炉膛有较好的密封性，以保持白渣快速形成。

3)随着还原过程的进行，炉渣逐渐失去脱氧、脱硫能力，因而需要分批补充造渣材料，调整炉渣的流动性，大约每隔6～8min加入一批造渣材料，确保反应继续进行，还原末期加入硅铁和铬铁，做好出钢准备。

4)为了充分地进行脱氧和脱硫，钢液在良好的白渣下还原时间一般应≥15min，且有良好的流动性。

还原期总渣量为炉料的2％～3％，其配比为：石灰：氟石：碳粉=4：1．5：1。

5)当含氧量和含硫量都已降到合格的程度，这时可以测量钢液温度，当钢液温度达到出钢温度要求时，调整钢液的化学成分。

6)化学成分和钢液温度均调整好后，即可插铝进行终脱氧。

最终脱氧的加铝量是钢液重量的0.1％～0.15％。

七、出钢
出钢必须做到以下几点：
1)成分合格，各主要元素达到内控规范要求。

2)脱氧良好，加硅铁前必须是白渣，加入后在10min内出钢。

3)出钢槽必须清洁、干燥、平整，并与出钢口保持平直，以利于出钢畅通，做到钢液与炉渣混出。

4)出钢时，盛钢桶必须烘烤成暗红色，出钢前15min加2.0kg硅铝钡终脱氧刹，以及每吨钢液加入1kg的稀土硅铁，并在包内烤红。

5)出钢后在盛钢桶内取成品样，检查温度及脱氧情况是否良好，根据包内钢液温度并结合烤包、炉渣量等实际情况决定镇静时间，以达到铸钢件始浇温度不高于该钢种浇注温度，出钢后应保证镇静时间≥5min。

对普通电弧炉在熔化期采取熔氧结合技术，可降低钢液含气量和含磷量。

在还原期采取还原精练技术则有利于钢液的去气、去杂质。

采用该冶炼工艺提高了钢液质量，改善铸钢件组织结构和力学性能，同时也改善了铸件表面质量，并能创造一定的经济效益。