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電弧爐煉鋼(卷名：礦冶)

electricarcfurnacesteelmaking

通過(guò)石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能，以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進(jìn)行煉鋼的方法。電弧爐以電能為熱源，可調(diào)整爐內(nèi)氣氛，對(duì)熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利，發(fā)明后不久，就用于冶煉合金鋼。并得到較大的發(fā)展。隨著電弧爐設(shè)備的改進(jìn)以及冶煉技術(shù)的提高，電力工業(yè)的發(fā)展，電爐鋼的成本不斷降低，現(xiàn)在電爐不但用于生產(chǎn)合金鋼，而且大量用來(lái)生產(chǎn)普通碳素鋼，其產(chǎn)量在主要工業(yè)國(guó)家鋼總產(chǎn)量中的比重，不斷上升（見(jiàn)表）。

中國(guó)在20年代以后，一些主要工業(yè)城市陸續(xù)建了一些小電爐，直到1950年后才有較快的發(fā)展，主要用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼。1980年產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的20％，最大的電弧爐容量為50噸。

原料電爐鋼以廢鋼為主要原料，有些電弧爐采用直接還原的海綿鐵來(lái)代替部分(30～70％)廢鋼。廢鋼經(jīng)多次循環(huán)冶煉，會(huì)使某些對(duì)鋼質(zhì)有害而又不能在冶煉過(guò)程中除去的元素（如銅、鉛等）富集。海綿鐵比廢鋼純凈得多，摻和使用就可起“凈化”的作用。冶煉合金鋼時(shí)，大多數(shù)采用成分相近或相應(yīng)的合金廢鋼為爐料，以節(jié)約昂貴的鐵合金，不足之?dāng)?shù)在冶煉過(guò)程中再用鐵合金補(bǔ)充。

補(bǔ)爐上一爐的鋼水和渣出凈以后，立即把被侵蝕的爐襯補(bǔ)好。補(bǔ)爐動(dòng)作要快，以便利用爐內(nèi)的殘余高溫，將補(bǔ)爐料和原爐襯燒結(jié)在一起，并可減少熱損失，節(jié)約電能。

裝料補(bǔ)爐完畢后，移開(kāi)爐蓋，用料筐從爐子頂部把爐料裝入爐內(nèi)。不易氧化和難熔的合金料如鎳、鉬等可與廢鋼同時(shí)裝入。爐料的塊度應(yīng)適當(dāng)搭配，堆密度以1.6～2.0噸／米³為宜。

爐料的熔化和供電制度裝好爐料，合上爐蓋后，即降下電極到爐料面近處，接通主電路開(kāi)關(guān)，將電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)放到自動(dòng)控制位置，以次高級(jí)電壓通電起弧。約5～10分鐘，電弧伸入爐料熔成的“小井”后，改用最高電壓，達(dá)到輸入變壓器的最大有效功率，加速熔化爐料。電極隨“小井”底部的熔化而逐漸下降，直到電弧觸到鋼液，然后電極又隨鋼液面的升高而上提。當(dāng)大部分爐料熔化，電弧就完全暴露在熔池面上，這時(shí)，為減少電弧對(duì)爐頂?shù)膹?qiáng)烈輻射，要改用較低電壓，直到爐料完全熔化。爐子輸入能量的制度，隨爐子的容量、冶煉鋼種和冶煉工藝而不同。附圖是一座電弧爐冶煉的能量供給和溫度制度示例。

吹氧助熔電弧暴露在熔池面上并降低輸入功率后，可即向熔池吹入氧氣，以加速?gòu)U鋼的熔化。氧氣壓力為6～10公斤力／厘米²。吹氧不宜過(guò)早，否則所生成的氧化鐵將積聚在溫度尚低的熔池中，待溫度上升時(shí)會(huì)發(fā)生急劇的氧化反應(yīng)，引起爆炸式的大沸騰，導(dǎo)致惡性事故。

熔化期的氧化在爐料將近全部熔化，而被爐渣覆蓋時(shí)，取樣分析并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整鋼和渣的成分。此時(shí)，爐內(nèi)是氧化性氣氛，加上熔池中有來(lái)自銹蝕廢鋼和在熔化過(guò)程中廢鋼氧化產(chǎn)生的氧化鐵，或者來(lái)自爐料鐵礦石的氧化鐵，鋼液中的硅、磷、錳等元素會(huì)大量氧化。如果熔池有足夠高的溫度尤其是在吹氧時(shí)，氧炬附近的鋼水就可引起碳的氧化。

在熔化期，合金廢鋼中除了硅、磷、錳、碳等元素氧化外，鉻、釩、鈦、鋁、硼等元素也會(huì)氧化，硫、鉛有少量氧化，只有鎳、鉬、銅、錫不氧化。

精煉精煉過(guò)程通過(guò)對(duì)各階段鋼樣和渣樣的分析、溫度的測(cè)定來(lái)調(diào)整和控制。在精煉期，除碳的氧化物成為氣態(tài)逸出外，其他元素的化合物為固態(tài)或液態(tài)，分別浮入渣中，或留在鋼液內(nèi)。精煉就是把對(duì)鋼質(zhì)有害的一些元素和化合物，盡可能地從鋼液中排除掉。

電弧爐冶煉分為單渣法和雙渣法。一般如廢鋼含磷高，則采用雙渣法，先加入氧化劑或向鋼液中吹氧氣，進(jìn)行氧化，除去一部分碳、磷和其他雜質(zhì)，扒去氧化渣再進(jìn)行還原精煉。對(duì)含磷要求不高的鋼種可采用不扒去氧化渣、直接用脫氧劑進(jìn)行還原精煉的單渣法。冶煉高合金鋼時(shí)，為避免爐料中合金元素的氧化損失，多采用以純凈廢鋼裝料的單渣法。普碳鋼和一般低合金鋼可采用只造氧化渣的單渣法冶煉，許多生產(chǎn)普碳鋼的大型電弧爐即采用此法；在氧化精煉末期，鋼液成分和溫度達(dá)到規(guī)定要求時(shí)出鋼，同時(shí)加入鐵合金到盛鋼桶脫氧。為了充分利用變壓器的容量，提高鋼的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低電耗，近年采用爐外精煉，把電弧爐的雙渣法中的還原期工作移到鋼包或精煉爐中進(jìn)行。

氧化精煉氧化精煉的主要目的是去磷、去氣、去非金屬夾雜物，并將溫度均勻地提高到高于出鋼溫度。碳的氧化，使熔池沸騰，起強(qiáng)烈攪拌作用，增加鋼液和渣液的接觸面，促進(jìn)渣中的氧向鋼液傳輸，以氧化雜質(zhì)，提高熔池溫度并使非金屬夾雜上浮，進(jìn)入爐渣。鋼液中的氫、氮等氣體擴(kuò)散到一氧化碳?xì)馀葜校黄鹨萑霠t氣。鋼液經(jīng)過(guò)氧化精煉，如果仍含較高的磷，則需除去部分爐渣，再造新渣去磷。

還原精煉操作過(guò)程是在氧化期結(jié)束除凈氧化渣后，加入鋁等進(jìn)行預(yù)脫氧。隨后立即加石灰、火磚塊（或砂子）、螢石等先造稀薄渣，然后按照冶煉鋼種的要求再加還原渣料進(jìn)行還原精煉。常用的還原渣有電石渣和白渣等幾種，它們都是還原性強(qiáng)的強(qiáng)堿性渣（堿度CaO:SiO₂=3～4）。與其他煉鋼渣相比，它們可以更多更快地脫去鋼液中的氧和硫。由于爐氣也是還原性的，鋼液不易氧化，所加入的易氧化元素?fù)p失也很少。

電石渣的大致成分為：CaO55～65％，SiO₂10～15％，MgO8～10％，Al₂O₃2～3％，MnO＜1％，CaC₂1～4％，F(xiàn)eO＜0.5％。電石渣分強(qiáng)電石渣和弱電石渣兩種。強(qiáng)電石渣含碳化鈣(CaC₂)2～4％，冷后呈黑色并夾有白色條紋，無(wú)光澤。弱電石渣含CaC₂1～2％，冷后呈灰色。制造電石渣的方法是向爐內(nèi)的稀薄渣上加較多的炭粉、硅鐵粉，密封爐子不使空氣進(jìn)入，使碳與鈣在高溫下生成碳化鈣。這種爐渣脫氧能力強(qiáng)，碳化鈣與渣中氧化物反應(yīng)生成CO逸出，而氧化物被還原成金屬進(jìn)入鋼液：(CaO)+3C─→(CaC₂)+CO↑

(CaC₂)+3(FeO)─→3[Fe]+(CaO)+2CO↑

為保持渣中有一定量的CaC₂，需周期性地加入炭粉和石灰。由于形成CaC₂所需的溫度較高，所以造渣時(shí)間較長(zhǎng)。這種渣易使鋼液增碳，宜用于冶煉高碳鋼種。還因它不易與鋼液分離，會(huì)形成鋼中的夾雜物，所以在出鋼前要破壞電石渣，使它變成白渣。因?yàn)榘自c鋼液之間界面張力大，不致污染鋼液。

白渣的大致成分為：CaO60％，SiO₂20％，MgO8％，Al₂O₃5％，MnO1％，F(xiàn)eO＜0.5％。造渣方法是向稀薄渣上加硅鐵粉和適量的炭粉，使渣中FeO還原成鐵進(jìn)入鋼液，并形成SiO₂，因此需追加石灰以保持渣液的堿度。2(FeO)+Si─→2[Fe]+(SiO₂)

(FeO)+C─→[Fe]+CO↑

這種爐渣的形成時(shí)間較短，脫硫能力強(qiáng)。爐渣呈白色，冷卻后自行碎裂成白色粉末，以此得名。有時(shí)為了提高脫氧能力，在還原開(kāi)始時(shí)，先造一個(gè)短時(shí)間的弱電石渣，隨即使之轉(zhuǎn)變?yōu)榘自?/p>

另有火磚渣，用石灰、螢石和廢耐火磚塊造成，是中性渣，主要用于冶煉不銹鋼；特點(diǎn)是加熱快，不易增碳，渣、鋼容易分離，但脫硫能力低。