電弧爐煉鋼工藝過程簡述
電弧爐煉鋼從整體可分為原材料的收集、冶煉前的準(zhǔn)備工作、熔化期、氧化期和還原期五大階段。
原材料的收集
廢鋼是電弧爐煉鋼的主要材料，廢鋼質(zhì)量的好壞直接影響鋼的質(zhì)量、成本和電爐生產(chǎn)率，因此，對廢鋼有如下幾點(diǎn)要求：
(1)廢鋼表面應(yīng)清潔少銹，因廢鋼中沾有的泥沙等雜物會降低爐料的導(dǎo)電性能，延長熔化時間，還會影響氧化期去磷效果以及侵蝕爐襯。廢鋼銹蝕嚴(yán)重或沾有油污時會降低鋼和合金元素的收得率，增加鋼中的含氫量。
(2)廢鋼中不得混有鉛、錫、砷、鋅、銅等有色金屬。鉛的密度大，熔點(diǎn)低，不溶于鋼液，易沉積在爐底縫隙中造成漏鋼事故。錫、砷和銅，易引起鋼的熱脆。
(3)廢鋼中不得混有密封容器，易燃、易爆物和有毒物，以保證安全生產(chǎn)。
(4)廢鋼化學(xué)成分應(yīng)明確，硫、磷含量不宜過高。
(5)廢鋼外形尺寸不能過大(截面積不宜超過150mm×150mm，最大長度不宜超過350mm)。生鐵在電弧爐煉鋼中，一般被用來提高爐料的配碳量，通常配入量不超過爐料的30%。
冶煉前的準(zhǔn)備工作
配料是電爐煉鋼工藝中不可缺少的組成部分，配料是否合理關(guān)系到煉鋼工能否按照工藝要求正常地進(jìn)行冶煉操作。合理的配料能縮短冶煉時間。配料時應(yīng)注意：一是必須正確地進(jìn)行配料計算和準(zhǔn)確地稱量爐料裝入量。二是爐料的大小要按比例搭配，以達(dá)到好裝、快化的目的。三是各類爐料應(yīng)根據(jù)鋼的質(zhì)量要求和冶煉方法搭配使用。四是配料成分必須符合工藝要求。
一般冶煉方法對爐料中的主要元素含量要求如下：
(1)碳含量。爐料中含碳量應(yīng)保證氧化期有足夠量的碳進(jìn)行碳氧反應(yīng)，達(dá)到去氣、去夾雜物的目的。配碳量根據(jù)熔化期碳的燒損、氧化期的脫碳量和還原期增碳量這3個因素來確定，要求爐料熔清時，鋼中碳量高出成品規(guī)格下限0.3%～0.4%；但配碳量也不能過高，否則會延長氧化時間并使鋼液過熱。
(2)硅含量。含硅量一般不大于爐料的0.8%，過高會延緩鋼液的沸騰。
(3)錳含量。一般鋼種配料時對錳可不考慮，通常熔清后錳含量小于0.3%，否則也會延緩熔池沸騰。
磷和硫含量原則上是越低越好。通常熔清后，磷的含量應(yīng)小于0.05%。
為使?fàn)t內(nèi)爐料密實(shí)，裝料時必須把大、中、小料合理搭配，一般小料占15%～20%，中料占40%～50%，大料占40%。
進(jìn)料前爐底應(yīng)先鋪占料重1.5%左右的石灰，以便提前造好熔化渣，有利于早期去磷，減少鋼液的吸氣和加速升溫。
裝料時應(yīng)將小料的一半放入底部，小料的上部、爐子中心區(qū)放入全部大料、低碳廢鋼和難熔爐料，大料之間放入小料，中型料裝在大料的上面及四周，大料的最上面放入小料。凡在配料中使用的電極塊，應(yīng)砸成50mm～100mm左右，裝在爐料下層。
總之，布料應(yīng)做到：下致密、上疏松，中間高，四周低，爐門口無大料；使得穿井快，不搭橋。
熔化期
在電弧爐煉鋼工藝中，從通電開始到爐料全部熔清為止稱為熔化期。熔化期約占整個冶煉時間的一半左右，耗電量占電耗總數(shù)的2/3左右。
熔化期的任務(wù)是在保證爐體壽命的前提下，用最少的電耗快速地將爐料熔化升溫，并造好燒化期的爐渣，以便穩(wěn)定電弧，防止吸氣和提前去磷。
(1)啟弧階段。通電啟弧時爐膛內(nèi)充滿爐料，電弧與爐頂距離很近，如果輸入功率過大，電壓過高爐頂容易被燒壞，所以一般選用中級電壓和輸入變壓器額定功率的2/3左右。
(2)穿井階段。這個階段電弧完全被爐料包圍起來，熱量幾乎全部被爐料所吸收，不會燒壞爐襯，所以使用最大功率，一般穿井時間為20min左右，約占總?cè)刍瘯r間的1/4。
(3)電極上升階段。電極“穿井”到底后，爐底已形成熔池，爐底石灰及部分元素氧化，使得在鋼液面上形成一層熔渣，四周的爐料繼續(xù)受輻射熱而熔化，鋼液增加使液面升高，電極逐漸上升。這階段仍采用最大功率輸送電能，所占時間為總?cè)刍瘯r間的1/2左右。
(4)熔化末了階級。爐料被熔化3/4以上后，電弧已不能被爐料遮蔽，3個電極下的高溫區(qū)已連成一片，此時如長時間采用最大功率供電，電弧會強(qiáng)烈損壞爐蓋和爐墻。
熔化期的主要任務(wù)是熔化爐料，但是在熔化期既是造好爐渣，也是熔化期的重要操作內(nèi)容，如果僅為滿足覆蓋鋼液及穩(wěn)定電弧的要求，只需1%～1.5%的渣量就已足夠了，但從脫磷的要求考慮，熔化渣必須具有一定的氧化性、堿度和渣量。
氧化期
1 氧化期的主要任務(wù)
氧化期的主要任務(wù)如下：
(1)繼續(xù)氧化鋼液中的磷。一般鋼種要求氧化期結(jié)束時鋼中磷含量不高于0.015%～0.010%，煉高錳鋼時由于錳鐵中磷含量較高，應(yīng)控制得更低些。
(2)去除氣體及夾雜物。氧化期結(jié)束時，鋼中氮?dú)饬拷档偷?.004%～0.01%，鋼中氫含量降到0.00035%左右，夾雜總量不高于0.001%。
(3)使鋼液均勻加熱升溫，氧化末期達(dá)到高于出鋼溫度10℃～20℃。
礦石氧化法是利用鐵礦石中含有80%～90%的高價氧化鐵加入到熔池中后，轉(zhuǎn)變成低價氧化鐵(Fe2O3 Fe=3FeO，F(xiàn)e3O4 Fe=4FeO或Fe3O4=Fe2O3FeO)。低價氧化鐵一部分留在渣中，大部分用于鋼液中碳和磷的氧化。
為達(dá)到良好的去磷效果：爐渣中FeO含量為12%～20%，R為2～3，流動性良好；適當(dāng)偏低的溫度，加強(qiáng)鋼渣的攪拌。
碳的氧化：煉鋼過程中碳的氧化反應(yīng)是一個非常重要的反應(yīng)，并有利于整個熔池的迅速加熱，有利于鋼液成分的均勻化。具體步驟如下：
FeO=Fe O，O C=CO，
總的反應(yīng)FeO C=Fe CO。
所以礦石法的氧化過程為：礦石加入爐內(nèi)，在渣中轉(zhuǎn)變?yōu)镕eO，然后擴(kuò)散到鋼液中去，并分布于整個熔池中。碳和氧在氣泡容易生成的地方進(jìn)行反應(yīng)，生成CO氣泡，CO脫離反應(yīng)區(qū)上浮，在上升過程中逐漸長大，并進(jìn)入爐氣，造成熔池的激烈沸騰。為加快脫碳速度，氧化期加礦溫度應(yīng)大于1550℃。
總之，礦石脫碳操作應(yīng)該是：高溫、薄渣、分批加礦、均勻激烈的沸騰。
2 氧化期操作要點(diǎn)
(1)熔清后取樣及測溫(溫度不低于1550℃)。
(2)氧化、測溫符合要求，渣況良好即可分批加礦，每批加礦石量不得超過料重的1.0%～2.0%，每批間隔時間需大于5min。
(3)脫碳速度(V)每小時大于或等于0.06%；脫碳量為ΔC≥0.30%。
(4)調(diào)整渣況。當(dāng)氧化沸騰開始，采用流渣要求爐渣R=2～3，爐內(nèi)渣量控制在3%～4%。氧化期后階段，應(yīng)使?fàn)t渣流動性好，渣層要薄、渣量控制在2%～3%左右。
(5)期中取樣分析及控制終點(diǎn)碳。為了掌握磷、碳氧化程度，在沸騰開始流渣兩批后，應(yīng)及時取樣分析碳和磷的含量，以便決定下步操作。
(6)溫度控制。氧化期總的來講是一個升溫階段，升溫速度的快慢根據(jù)鋼液磷的情況而定。到氧化期時必須使鋼液溫度升高到大于該鋼種出鋼溫度的10℃～20℃。
(7)凈沸騰。當(dāng)溫度、化學(xué)成分合適，就停止加礦，調(diào)整好爐渣，讓熔池進(jìn)入自然沸騰(5min～10min)，使鋼液中的殘余含氧量降低，并使氣體及夾雜物充分上浮，以利于還原期的順利進(jìn)行。
(8)扒渣。氧化期，爐渣中FeO含量很高，又含有P2O5為了還原期脫氧及防止回磷必須扒渣，扒渣的條件是扒渣溫度高于出鋼溫度10℃～20℃；扒渣前碳、磷及其他限制性成分應(yīng)符合要求。
(9)增碳。如果氧化末期碳含量過低需增碳，可在扒渣后裸露的鋼液面上撒加純凈、干燥的碳粉，進(jìn)行增碳。
還原期
氧化期扒渣完畢到出鋼這段時間稱為還原期。主要任務(wù)是脫氧、脫硫、控制化學(xué)成分、調(diào)整溫度。還原期的操作工藝如下：
(1)扒渣后迅速加入薄渣料以覆蓋鋼液，防止吸氣和降溫。造稀薄渣m(CaO)∶m(CaF2)=3∶1。
(2)薄渣形成后進(jìn)行預(yù)脫氧，往渣面上加入碳粉2.5kg/t～4kg/t，加入后緊閉爐門，輸入較大功率，使碳粉在電弧區(qū)同氧化鈣反應(yīng)生成碳化鈣。
(3)電石渣形成后保持20min～30min，渣子變白，同時注意鋼液的增碳。