高功率超高功率电弧炉炼钢技术

4.2 高功率、超高功率电弧炉炼钢技 术
从20世纪60年代起，高功率和超高功率大 型电弧炉已在全世界范围内得到广泛普及。 超高功率技术给电弧炉炼钢带来了一系列 变化，例如采用水冷炉壁和水冷炉盖、泡 沫渣、氧燃烧嘴、炉底出钢等技术，超高 功率技术本身也由原来的大电流低电压的 粗短弧操作改变成大电流高电压的长弧操 作。
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4.3感应电炉炼钢设备及工艺简介
4.3.1 炼钢用感应电炉的主要技术性能 通常用于炼钢的感应电炉为无芯感应电炉。
电流频率根据电炉容量选用高频感应电炉、 中频感应电炉与工频感应电炉。 4.3.1.1 高频感应电炉 高频感应电炉使用的电流频率一般在200～ 300kHz,电炉容量一般在10～60kg。这类 电炉常用于科学实验的少量合金熔炼。
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4.2.3 氧-燃烧嘴
超高功率电弧炉熔化时靠近炉壁处的两根
电极之间的冷区炉料熔化困难，为了加快 熔化，开发的氧-燃烧嘴技术解决了上述难 题。现代大型电弧炉均配备氧-燃烧嘴，起 到了消除“冷区”和辅助熔化的作用。因
此，电弧炉的综合熔化功率达到每吨钢液 1000kw以上。对于大型电弧炉，氧-燃烧 嘴每吨钢消耗1m3氧气相当于每吨钢节省 3～5kw.h的电能，并且缩短熔化时间 2min。
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4.2.1 水冷炉壁和水冷炉盖技术
水冷炉壁和水冷炉盖技术解决了在高功率操作时，电弧对 炉壁和炉盖强烈辐射引起的耐火材料熔炼损耗问题。
现代电弧炉的平均水冷炉壁面积已达70%，水冷炉盖的 面积已达85%。采用水冷炉壁后，炉壁的使用寿命已超 过1000炉次。将管式水冷件用于水冷炉盖，可使炉盖寿 命达到4000炉次。尽管水冷技术的使用，使电弧炉的热 量损失增加了5%～10%，但使耐火材料的成本和喷补成 本节约了50%～70%，由于取消了渣线上部的耐火材料 修补作业，大大减轻了操作人员的劳动强度。同时，由于 停炉时间大幅度减少，使生产率提高8%～10%，每吨钢 液电极消耗量降低0.5kg，生产成本下降5%～10%.因 此，总体效益非常显著。
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4.3感应电炉炼钢设备及工艺简介
4.3.1.2 中频感应电炉 中频感应电炉使用工业用电流频率为1000～
2500Hz。中频感应电炉的容量一般为50～ 1000kg。其主要技术性能可参考有关手册。 4.3.1.3 工频感应电炉 工频感应电炉使用工业用电的电流频率（我国为 50Hz,有些国家为60Hz）的电源。使用的电流容 量为100～10000kg,其主要技术性能可参考有关 手册。
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4.2.4 无渣出钢技术
电弧炉实现超高功率化后，如果还原期继续仍在电弧炉中 进行，会造成变压器功率的浪费。若将还原期转移到精炼 炉中进行，氧化渣就不能进入精炼炉。因此，采用无渣出 钢技术非常必要。目前，常使用的无渣出钢技术为偏心炉 底出钢(EBT),从而导致留钢留渣操作。
无渣出钢避免了电弧炉内的氧化性炉渣随着钢水进入钢包 内，为下一步进行炉外精炼进行脱硫、脱氧及合金化创造 非氧化性条件，从而提高精炼炉内的脱硫、脱氧效果，提 高合金收得率，利于钢中化学成分的稳定；无渣出钢杜绝 了炉内氧化性炉渣进入钢包内，从而避免了氧化渣对钢包 衬的侵蚀，提高了包衬的寿命；无渣出钢杜绝了炉内氧化 性炉渣进入钢包内减少了精炼时加入的造渣量，从而有利 于钢包吹氩或搅拌强度的提高。无渣出钢为冶炼超低磷钢 提供了有利条件，并利于熔化时热量的传递和熔池的快速 形成。
表1-30 感应电炉酸性坩埚材料组成
材料名称
炉衬材料
炉领材料
硅砂粒度/ ㎜
5～6
2～3
0.5～1 硅石粉
1～2
0.2～0.5
硅石粉
配比（质量 分数，%）
25
20
30
25
Leabharlann Baidu30
50
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4.3.2.1 坩埚的打结
打结炉衬用的材料可使用质量分数1.7～2.0%的硼酸做粘结剂。对 硼酸化学成分的要求是：ω（B2O3）≥98%；ω（水分）≤0.6%。 硼酸的粒度应小于5㎜。将硅砂与硼酸干混，不加湿润剂来配制炉衬 材料。打结坩埚时，采用干法打结，以便保证炉衬质量。在感应圈以 上的炉领（坩埚上口）部分采用强度较高的炉领材料打结，使用粒度 较细的硅砂或硅石粉。另外加质量分数为10%的水玻璃或用质量分 数为20%的粘土加少量水玻璃做粘结剂。
碱性坩埚使用镁砂做耐火材料。镁砂分为烧结镁砂和电熔镁砂。电熔 镁砂抗热冲击性能比烧结镁砂好，但价格昂贵。使用镁砂须经磁选， 清除其中含铁的杂质，以保证坩埚的绝缘性。
另外，电熔氧化铝也是很好的坩埚材料，氧化铝为中性的耐火材料， 其耐火度和抗热冲击性能都较好。使用电熔镁砂与电熔氧化铝配合制 作的大吨位感应电炉的坩埚的使用寿命较长。
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4.2.2 泡沫渣埋弧技术
超高功率电弧炉的输入电流过大会引起电量消耗 及电极消耗量的增加。使用工作电流的选择成为 关键问题。因此，输入高功率依靠长弧的高电压 来实现。长弧操作不仅提高功率因数，但也增大 电弧热辐射损失和炉壁的热负荷。泡沫渣技术就 是在不增加渣量的前提下使炉渣厚度增加，由于 向渣中喷入碳粉和氧气而产生CO气体，在熔池表 面形成泡沫渣，使电弧埋入渣层。泡沫渣技术的 采用取得明显效果：功率因数由0.63提高到0.88， 热效率提高30%～70%,电压和电流波动明显减 小，并加快了电弧热量向熔池传递。
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4.3.2.1 坩埚的打结
② 石棉绝缘层
为了保证感应器与坩埚内 部的炉料之间绝缘性并减 少坩埚内部热量向外部扩 散，在靠近感光器制有一 层用石棉板（石棉布或玻 璃丝布）围成的绝缘筒， 同时，坩埚底部也用2～ 3层石棉板做成隔热片， 以减少坩埚底部热量散失。 如图1-45所示。
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4.3.2 感应电炉炼钢工艺 4.3.2.1 坩埚的打结
坩埚材料一般分为酸性坩埚材料和碱性坩埚材料。
酸性坩埚材料以硅砂作为耐火材料，对化学成分的要求为ω （SiO2）=90%～99.5%；杂质含量：ω（Fe2O3） ≤0.5%,ω（CaO）≤0.25%,ω（Al2O3）≤0.2%,ω（水） ≤0.5%。对粒度的要求见表1-30。