| 【本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)】本章學(xué)習(xí)電爐煉鋼的配料計(jì)算，裝料方法及操作，電爐熔化期、氧化期、還原期的任務(wù)及其操作，出鋼操作等。
電爐煉鋼，主要是指電弧爐煉鋼，是目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)特殊鋼的主要方法。目前，世界上90%以上的電爐鋼是電弧爐生產(chǎn)的，還有少量電爐鋼是由感應(yīng)爐、電渣爐等生產(chǎn)的。通常所說(shuō)的電弧爐，是指堿性電弧爐。
電弧爐主要是利用電極與爐料之間放電產(chǎn)生電弧發(fā)出的熱量來(lái)煉鋼。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）熱效率高，廢氣帶走的熱量相對(duì)較少，其熱效率可達(dá)65%以上。
（2）溫度高，電弧區(qū)溫度高達(dá)3000℃以上，可以快速熔化各種爐料。
（3）溫度容易調(diào)整和控制，可以滿足冶煉不同鋼種的要求。
（4）爐內(nèi)氣氛可以控制，可去磷、硫，還可脫氧。
（5）設(shè)備簡(jiǎn)單，占地少，投資省。
第一節(jié) 冶煉方法的分類
根據(jù)爐料的入爐狀態(tài)分，有熱裝和冷裝兩種。熱裝沒(méi)有熔化期，冶煉時(shí)間短，生產(chǎn)率高，但需轉(zhuǎn)爐或其他形式的混鐵爐配合；冷裝主要使用固體鋼鐵料或海綿鐵等。根據(jù)冶煉過(guò)程中的造渣次數(shù)分，有單渣法和雙渣法。根據(jù)冶煉過(guò)程中用氧與不用氧來(lái)分，有氧化法和不氧化法。氧化法多采用雙渣冶煉，但也有采用單渣冶煉的，如電爐鋼的快速冶煉，而不氧化法均采用單渣冶煉。此外，還有返回吹氧法。根據(jù)氧化期供氧方式的不同，有礦石氧化法、氧氣氧化法和礦、氧綜合氧化法及氬氧混吹法。
冶煉方法的確定主要取決于爐料的組成以及對(duì)成品鋼的質(zhì)量要求，下面我們扼要介紹幾種冶煉方法：
(1)氧化法。氧化法冶煉的特點(diǎn)是有氧化期，在冶煉過(guò)程中采用氧化劑用來(lái)氧化鋼液中的Si、Mn、P等超規(guī)格的元素及其他雜質(zhì)。因此，該法雖是采用粗料卻能冶煉出高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，所以應(yīng)用極為廣泛。缺點(diǎn)是冶煉時(shí)間長(zhǎng)，易氧化元素?zé)龘p大。
(2)不氧化法。不氧化法冶煉的特點(diǎn)是沒(méi)有氧化期，一般全用精料，如本鋼種或類似本鋼種返回廢鋼以及軟鋼等，要求磷及其他雜質(zhì)含量越低越好，配入的合金元素含量應(yīng)進(jìn)入或接近于成品鋼規(guī)格的中限或下限。不氧化法冶煉可回收大量貴重合金元素和縮短冶煉時(shí)間。在缺少本鋼種或類似本鋼種返回廢鋼時(shí)，爐料中可配入鐵合金，這種冶煉方法又叫做裝入法，用“入”字表示，多用于冶煉高合金鋼等鋼種上。
不氧化法冶煉如果不采取其他有效措施相配合，則成品鋼中的氫、氮含量容易偏高。為了消除這種缺點(diǎn)，從而出現(xiàn)了返回吹氧法。
(3)返回吹氧法。返回吹氧法簡(jiǎn)稱返吹法，用“返”字表示。該法主要使用返回廢鋼并在冶煉過(guò)程中用氧氣進(jìn)行稍許的氧化沸騰，既可有利于回收貴重的合金元素，又能降低鋼中氫、氮及其他雜質(zhì)的含量。因此，該法多用于冶煉鉻鎳鎢或鉻鎳不銹鋼等鋼種。
(4)氬氧混吹法。爐料全熔后，按比例將混合好的氬、氧氣體從爐門或從爐底吹入，即相當(dāng)于一臺(tái)電爐又帶一臺(tái)AOD精煉爐。該法主要用于不銹鋼的冶煉上，特點(diǎn)是鉻的回收率高，成本低，操作靈活簡(jiǎn)便，且鋼的質(zhì)量好。
第二節(jié) 配 料
配料的首要任務(wù)是保證冶煉的順利進(jìn)行?？茖W(xué)的配料既要準(zhǔn)確，又要合理地使用鋼鐵料，同時(shí)還要確?？s短冶煉時(shí)間、節(jié)約合金材料并降低金屬及其他輔助材料的消耗。
一、對(duì)配料的基本要求
1．準(zhǔn)確配料
一般是根據(jù)冶煉的鋼種、設(shè)備條件、現(xiàn)有的原材料和不同的冶煉方法進(jìn)行配料。配料的準(zhǔn)確性包括爐料重量及配料成分兩個(gè)方面。配料重量不準(zhǔn)，容易導(dǎo)致冶煉過(guò)程化學(xué)成分控制不當(dāng)或造成鋼錠缺支短尺廢品，也可能出現(xiàn)過(guò)量的注余增加消耗。爐料化學(xué)成分配得不準(zhǔn)，會(huì)給冶煉操作帶來(lái)極大的困難，嚴(yán)重時(shí)將使冶煉無(wú)法進(jìn)行。以氧化法冶煉為例，如配碳量過(guò)高，會(huì)增加礦石用量或延長(zhǎng)用氧時(shí)間；配碳量過(guò)低，熔清后勢(shì)必進(jìn)行增碳；配入不氧化元素的含量如果高于冶煉鋼種的規(guī)格，需加入其他金屬料撤掉多余的含量或進(jìn)行改鋼處理，既延長(zhǎng)了冶煉時(shí)間，降低了爐襯的使用壽命，增加了各種原材料的消耗，又影響鋼的質(zhì)量，如果配得過(guò)高而又無(wú)其他鋼種可更改時(shí)，只有終止冶煉。為了杜絕以上情況的發(fā)生，配料前掌握有關(guān)鋼鐵料及鐵合金的化學(xué)成分是十分必要的。
實(shí)際上，影響配料準(zhǔn)確性的因素較多，除與計(jì)劃、計(jì)算及計(jì)量有關(guān)外，還與收得率、爐體情況、鋼鐵料及鐵合金的科學(xué)管理、裝料工和煉鋼工的操作水平等有關(guān)。
2．鋼鐵料的使用原則
鋼鐵料的使用原則主要應(yīng)考慮冶煉方法、裝料方法、鋼種的化學(xué)成分以及產(chǎn)品對(duì)質(zhì)量的要求等。根據(jù)冶煉方法的不同特點(diǎn)使用鋼鐵料，鋼鐵料的化學(xué)成分必須符合冶煉鋼種的需要。氧化法有較好的脫磷、去氣、除夾雜的能力，應(yīng)多使用普通的粗料；返吹法和不氧化法因脫磷、去氣、除夾雜能力不強(qiáng)，但能回收貴重的合金元素，所以應(yīng)盡量使用優(yōu)質(zhì)的返回精料。由于對(duì)軸承鋼、曲軸鋼以及高標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)鋼等的質(zhì)量與使用性能要求較高，無(wú)論采用何種方法冶煉，最好多用一些精料。
此外，在配料時(shí)，還應(yīng)預(yù)先掌握鋼鐵料的塊度和單位體積重量。一般爐料中應(yīng)配入大塊料30％～40％、中塊料40％～50％、小塊料或輕薄鐵15％～25％。當(dāng)然，料源不好或采用爐外精煉時(shí)，輕薄雜鐵也可多配。人工裝料時(shí)，鋼鐵料的塊度及重量必須與爐門的尺寸和人力相適應(yīng)，輕薄料也不宜過(guò)多，以免延長(zhǎng)裝料時(shí)間。爐頂機(jī)械裝料時(shí)，由于采用機(jī)械設(shè)備且能充分利用熔煉室空間，可使用較大的重料及較多的輕薄料。
表l2-1常見(jiàn)鋼種的密度系數(shù)
二、配料計(jì)算公式
1．爐料成分的配定原則
配料過(guò)程中，爐料化學(xué)成分的配定主要考慮鋼種規(guī)格成分、冶煉方法、元素特性及工藝的具體要求等。具體為：
(1)碳的配定。爐料中碳的配定主要考慮鋼種規(guī)格成分、熔化期碳的燒損及氧化期的脫碳量，還應(yīng)考慮還原期補(bǔ)加合金和造渣制度對(duì)鋼液的增碳。熔化期碳元素的燒損與助熔方式有關(guān)，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的具體條件，總結(jié)固有規(guī)律，一般波動(dòng)在0．60％左右。氧化期的脫碳量應(yīng)根據(jù)工藝的具體要求而定，對(duì)于新?tīng)t時(shí)的第一爐，脫碳量應(yīng)大于0．40％。不氧化法碳的配定應(yīng)保證全熔碳位于鋼種規(guī)格要求的下限附近。
(2)硅的配定。在一般情況下，氧化法冶煉鋼鐵料的硅主要是由生鐵和廢鋼帶入，全熔后的硅不應(yīng)大于0．30％，以免延緩熔池的沸騰時(shí)間。返吹法冶煉為了提高合金元素的收得率，根據(jù)工藝要求可配入硅廢鋼或硅鐵，但也不宜超過(guò)1．0％以上，對(duì)于特殊情況也可不配。
(3)錳的配定。用氧化法冶煉的鋼種，如錳的規(guī)格含量較高，配料時(shí)一般不予以考慮；如錳的規(guī)格含量較低，配料時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制，盡量避免煉鋼工進(jìn)行脫錳操作。對(duì)于一些用途重要的鋼種，為了使鋼中的非金屬夾雜物能夠充分上浮，熔清后鋼液中的錳含量不應(yīng)低于0．20％，但也不宜過(guò)高，以免影響熔池的沸騰及脫磷。由于不氧化法或返吹法冶煉脫錳操作困難，因此配錳量不得超過(guò)鋼種規(guī)格的中限。高速鋼中錳影響鋼的晶粒度，配入量應(yīng)越低越好。
(4)鉻的配定。用氧化法冶煉的鋼種，鋼中的鉻含量應(yīng)盡可能的低。冶煉高鉻鋼時(shí)，配鉻量不氧化法按出鋼量的中下限控制，返吹法則低于下限。
(5)鎳、鉬元素的配定。鋼中鎳、鉬含量較高時(shí)，鎳、鉬含量按鋼種規(guī)格的中下限配入，并同爐料一起裝爐。冶煉無(wú)鎳鋼時(shí)，鋼鐵料中的鎳含量應(yīng)低于該鋼種規(guī)定的殘余成分。高速鋼中的鎳對(duì)硬度有害無(wú)利，因此要求殘余含量越低越好。
(6)鎢的配定。鎢是弱還原劑，在鋼的冶煉過(guò)程中，因用氧方式的不同而有不同的損失。礦石法冶煉，任何鋼種均不人為配鎢，且要求殘余鎢越低越好。不氧化法和返吹法冶煉時(shí)，應(yīng)按鋼種規(guī)格含量的中下限配入，并同爐料一起裝爐。許多鎢鋼中的鉬在成分上可代替部分鎢，配料過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)加注意。
(7)刷鍋鋼種爐料成分的配定原則。在電爐煉鋼車間，在冶煉含Cr、Ni、M0、W或Mn 等高合金鋼結(jié)束后，接著需冶煉l～2爐含同種元素含量相應(yīng)較低的合金鋼，對(duì)上一爐使用的爐襯和鋼包進(jìn)行清洗，這樣的鋼種被稱為刷鍋鋼種。刷鍋鋼種如采用返吹法冶煉，被刷元素的含量應(yīng)低于該鋼種規(guī)格下限的0．20％～0．50％；如用氧化法冶煉，被刷元素的含量還要低一些。另外，出鋼溫度越高的鋼種，被刷元素的含量應(yīng)配得越低。
(8)磷、硫的配定。除磷、硫鋼外，一般鋼中的磷、硫含量均是配得越低越好，但顧及鋼鐵料的實(shí)際情況，在配料過(guò)程中，磷、硫含量的配定小于工藝或規(guī)程要求所允許的值即可。
(9)鋁、鈦的配定。在電爐鋼冶煉中，除鎳基合金外，鋁、鈦元素的燒損均較大，因此無(wú)論采用何種方法冶煉，一般都不人為配入。
(10)銅的配定。在鋼的冶煉過(guò)程中，銅無(wú)法去除，且鋼中的銅在氧化氣氛中加熱時(shí)存在著選擇性的氧化，影響鋼的熱加工質(zhì)量，因此一般鋼中的銅含量應(yīng)配得越低越好，而銅鋼中的銅多隨用隨加。
2．配料計(jì)算公式
出鋼量
出鋼量=產(chǎn)量+湯道量+中注管鋼量+注余量
產(chǎn)量=標(biāo)準(zhǔn)鋼錠(鋼坯)單重×支數(shù)×相對(duì)密度系數(shù)
湯道量=標(biāo)準(zhǔn)湯道單重×根數(shù)×相對(duì)密度系數(shù)
中注管鋼量=標(biāo)準(zhǔn)中注管單重×根數(shù)×相對(duì)密度系數(shù)
注余量是澆注帽口充填后的剩余鋼水量，一般為出鋼量的0．5％～l．5％。對(duì)于容量小、澆注盤數(shù)多、生產(chǎn)小錠時(shí)，取上限值；反之取下限值。
配料過(guò)程中，不可不考慮鋼的相對(duì)密度系數(shù)。
裝入量
爐料綜合收得率是根據(jù)爐料中雜質(zhì)和元素?zé)龘p的總量而確定的，燒損越大，配比越高，綜合收得率越低。
爐料綜合收得率=∑各種鋼鐵料配料比×各種鋼鐵料收得率+∑各種鐵合金加入比例×各種鐵合金收得率
鋼鐵料的收得率一般分為三級(jí)。
一級(jí)鋼鐵料的收得率按98％考慮，主要包括返回廢鋼、軟鋼、平鋼、洗爐鋼、鍛頭、生鐵以及中間合余料等，這級(jí)鋼鐵料表面無(wú)銹或少銹。
二級(jí)鋼鐵料的收得率按94％考慮，主要包括低質(zhì)鋼、鐵路建筑廢器材、彈簧鋼、車輪等。
三級(jí)鋼鐵料的收得率波動(dòng)較大，一般按85％～90％考慮，主要包括輕薄雜鐵、鏈板、渣鋼鐵等，這級(jí)鋼鐵料表面銹蝕嚴(yán)重，灰塵雜質(zhì)較多。
對(duì)于新?tīng)t襯(第一爐)，因鎂質(zhì)耐火材料吸附鐵的能力較強(qiáng)，鋼鐵料的收得率更低，一般還需多配裝入量的l％左右。
配料量
配料量=裝入量—鐵合金總補(bǔ)加量—礦石進(jìn)鐵量
礦石進(jìn)鐵量=礦石加入量×礦石含鐵量×鐵的收得率
礦石的加入量一般按出鋼量的4%算，如果鐵合金的總補(bǔ)加量較大，需在出鋼量中扣除鐵合金的總補(bǔ)加量，然后再計(jì)算礦石進(jìn)鐵量。礦石中的鐵含量約為50％～60％，鐵的收得率按80％考慮，非氧化法冶煉因不用礦石，故無(wú)此項(xiàng)。
各種材料配料量
各種材料配料量=配料量×各種材料配料比
三、配料計(jì)算舉例
例1 用礦石氧化法冶煉38CrMoAl鋼，澆注一盤3.2t鋼錠6支，每根湯道重20kg，中注管鋼重l20kg，注余重l50kg，其他已知條件如下：
爐中殘余錳量為0．10％，殘余鉻量為0．15％，殘余鉬量為0．01％。
控制規(guī)格成分：C0．38％、Mn0．45％、Crl．55％、M00．20％、Al0．90％。
鉻鐵含鉻量為65％，收得率為96％；錳鐵含錳量為60％，收得率為98％；鉬鐵含鉬量為70％，收得率為98％；鋁錠含鋁量為98％，收得率為75％。
C生為4．00％，C返為0．30％，C雜為0．10％，爐料綜合收得率為96％，38CrMoAl的相對(duì)密度系數(shù)為0．9872，礦石的鐵含量為60％。當(dāng)配碳量為0．80％時(shí)，求配料量和配料組成
解：(1)出鋼量=(3200×6+20×6+120+150) ×0.9872
=19339.25(kg)
(2) (kg)
(3)配料量：
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
鐵合金總補(bǔ)加量=115．11+433．89+53．56+236．81
=839.37(kg)
礦石進(jìn)鐵量=(19339.25-839.37)×4％×60％×80％
=355．20(kg)．
配料量=20145．O5=839.37—355.20
=18950.48(kg)
(4)配料組成：
令雜鐵配比為20％，則：
雜鐵配入量=l8950.48×20％=3790.10(kg)
=2765.5(kg)
返回廢鋼配入量=l8950.48-3790.10-2765.75
=12394.63(kg)
第三節(jié) 裝料方法及操作
裝料操作是電爐冶煉過(guò)程中重要的一環(huán)，它對(duì)爐料的熔化、合金元素的燒損以及爐襯的使用壽命等都有很大的影響。
一、裝料方法
電爐煉鋼最常見(jiàn)的是冷裝料，而冷裝按鋼鐵料的入爐方式不同可分為人工裝料和機(jī)械裝料；機(jī)械裝料因采用設(shè)備不同又分為料槽、料斗、料筐裝料等多種。目前，廣泛采用的還是料筐頂裝料。其裝料過(guò)程是：將爐料按一定要求裝在用鐵鏈銷住底部的料筐中。裝料時(shí)，先抬起爐蓋，并將其旋轉(zhuǎn)到爐子的后側(cè)或?qū)t體開(kāi)出；然后再用天車將料筐從爐頂?shù)跞霠t內(nèi)，而后拉開(kāi)銷子卸料入爐。
人工裝料多用于公稱容量小于3t的電爐，缺點(diǎn)是裝料時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)率低，熱量損失大，電能消耗高，勞動(dòng)強(qiáng)度大且爐料的塊度和單重受爐門尺寸及人的體力限制。
料槽或料斗裝料雖能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，能彌補(bǔ)人工裝料的一些缺點(diǎn)，但裝料時(shí)間仍較長(zhǎng)，且易剮碰爐門。
料筐頂裝料是目前最理想的裝料方法，爐料入爐速度快，只需3～5min就可完成，熱量損失小，節(jié)約電能，能提高爐襯的使用壽命，還能充分利用熔煉室的空間。另外，料筐中的料可在原料跨間或貯料場(chǎng)上提前裝好，時(shí)間充裕、布料合理，裝入爐內(nèi)的爐料仍能保持它在料筐中的布料位置，如爐料質(zhì)量好，一次即可完成裝料。
二、對(duì)裝料的要求
為了縮短時(shí)間，保證合金元素的收得率，降低電耗和提高爐襯的使用壽命，裝料時(shí)要求做到：準(zhǔn)確無(wú)誤、快速入爐、裝得致密、布料合理。操作時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1)防止錯(cuò)裝。首先是原料工段裝料時(shí)，要嚴(yán)格按配料單進(jìn)行裝料，嚴(yán)禁裝錯(cuò)爐料；其次是爐前吊筐時(shí)，要認(rèn)真檢查隨料筐單的爐號(hào)、冶煉鋼種及冶煉方法等與爐前的生產(chǎn)計(jì)劃單是否相符，防止吊錯(cuò)料筐。
(2)快速裝料。剛出完鋼時(shí)，爐膛溫度高達(dá)1500℃以上，但此時(shí)散熱很快，幾分鐘內(nèi)便可降到800℃以下。因此應(yīng)預(yù)先做好裝料前的準(zhǔn)備工作，進(jìn)行必要的補(bǔ)爐之后快速將爐料裝入爐內(nèi)，以便充分利用爐內(nèi)的余熱，這對(duì)于加速爐料熔化、降低電耗等有很大意義。
(3)合理布料。合理布料包括以下兩方面的含義：
首先，各種爐料的搭配要合理。裝入爐內(nèi)的爐料要足夠密實(shí)，以保證一次裝完；同時(shí)，增加爐料的導(dǎo)電性，以加速熔化。為此，必須大、中、小料合理搭配。一般料塊重量小于lOkg的為小料，l0～25kg的為中料，大于50kg而小于爐料總重五十分之一的為大料。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，合理的配比是小料占l5％～20％，中料占40％～50％，大料占40％。
其次，各種爐料的分布要合理。根據(jù)電爐內(nèi)溫度分布的特點(diǎn)，各種爐料在爐內(nèi)亦即筐內(nèi)的合理位置是：底部裝一些小料，用量為小料總量的一半，以緩沖裝料時(shí)對(duì)爐底的沖擊，同時(shí)有利于盡早在爐底形成熔池；然后在料筐的下部中心裝全部大料，此處溫度高，有利于大料的熔化，同時(shí)還可防止電極在爐底尚未積存足夠深的鋼液前降至爐底而燒壞爐襯；在大料之間填充小料，以保證爐料密實(shí)；中型爐料裝在大料的上面及四周；最上面放上剩余的小料，以便送電后電極能很快“穿井”，埋弧于爐料之中，減輕電弧對(duì)爐蓋的熱輻射。如果爐料中配有生鐵，應(yīng)裝在大料的上面或電極下面，以便利用它的滲碳作用降低大料的熔點(diǎn)，加速其熔化。若爐料中配有合金，熔點(diǎn)高的鎢鐵、鉬鐵等應(yīng)裝在電弧周圍的高溫區(qū)，但不能在電弧的正下方；高溫下易揮發(fā)的鐵合金如錳鐵、鎳板等應(yīng)裝在高溫區(qū)以外，即靠近爐坡處，以減少其揮發(fā)損失；容易增碳的鉻鐵合金也不要直接放在電極下面。
(4)保護(hù)爐襯。裝料時(shí)，還應(yīng)盡量減輕爐料對(duì)爐襯的損害。為此，裝料前，在爐底上先鋪一層為爐料重量l.5％～2.0％的石灰，以緩解爐料的沖擊；同時(shí)，爐底鋪石灰還可以提前造渣，有利于早期去磷、加速升溫和鋼液的吸氣等。卸料時(shí)，料筐的底部與爐底的距離在滿足操作的條件下盡量小些，一般為200～300mm左右。
第四節(jié) 爐料入爐與送電
一、爐料入爐
料筐頂裝料要有專人指揮，抽爐或旋轉(zhuǎn)爐蓋時(shí)，爐蓋要完全抬起，電極要升到頂點(diǎn)且下端脫離爐膛、以防剮壞爐蓋或電極，同時(shí)又要求電極下端不許超出爐蓋的水冷圈或絕緣圈，避免搖晃擺動(dòng)時(shí)將電極折斷而滾落到它處砸壞設(shè)備或砸傷人。爐膛裸露后，應(yīng)迅速將料筐吊入爐內(nèi)的中心位置，不得過(guò)高、過(guò)偏與過(guò)低。過(guò)高容易砸壞爐底，且吊車震動(dòng)大；過(guò)偏將使?fàn)t料在爐中布局偏倚，抬料筐時(shí)也容易帶剮爐壁；過(guò)低易粘壞料筐的鏈板。
采用留鋼留渣操作時(shí)，裝料時(shí)應(yīng)多墊些雜鐵，并允許料筐抬得略高些。對(duì)于多次裝料，每次均要切電，因爐內(nèi)存有大量的鋼液，料筐應(yīng)抬得再高些，這樣既可避免粘壞料筐，又可減少火焰與鋼液的任意噴射與飛濺，同時(shí)還要防止爆炸，潮濕的爐料嚴(yán)禁裝入多次裝料的料筐中。
爐料入爐后，對(duì)于過(guò)高的爐料應(yīng)壓平或吊出，以免影響抽爐或爐蓋的旋轉(zhuǎn)與扣合。
二、送電
爐料入爐后并在送電前，電爐煉鋼工和設(shè)備維護(hù)人員應(yīng)對(duì)爐蓋、電極、水冷系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣設(shè)備等進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)故障要及時(shí)處理，以免在冶煉過(guò)程中造成停工；還應(yīng)檢查爐料與爐門或水冷系統(tǒng)是否接觸，如有接觸要立即排除，以免送電后被擊穿。
如電極不夠長(zhǎng)時(shí)，最好在送電前更換，以利于一次穿井成功。在冶煉低碳高合金鋼時(shí)應(yīng)注意電極的接尾或接頭，如發(fā)現(xiàn)不牢固或有毛刺要打掉，避免冶煉過(guò)程中增碳。新?lián)Q電極下端應(yīng)無(wú)泥土或其他絕緣物質(zhì)，以免影響起弧。當(dāng)完成上述工作并確認(rèn)無(wú)誤后，方可正常送電轉(zhuǎn)入熔化期。
第五節(jié) 熔化期及其操作
熔化期的主要任務(wù)是在保證爐體壽命的前提下，以最少的電耗將固體爐料迅速熔化為均勻的液體。在這同時(shí)，爐中還伴隨著發(fā)生一些物化反應(yīng)，如去除鋼液中的大部分磷和其他雜質(zhì)以及減少或限制鋼液的吸氣與元素的揮發(fā)等。此外，有目的的升高熔池溫度，為下一階段冶煉的順利進(jìn)行創(chuàng)造條件，也是熔化期的另一重要任務(wù)。
傳統(tǒng)的電爐煉鋼熔化期約占全爐冶煉時(shí)間的一半，電能消耗占總電耗的50％～60％。因此，快速化料，縮短冶煉時(shí)間，對(duì)改善電爐煉鋼的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有很大的實(shí)際意義，這也是電爐煉鋼工作者長(zhǎng)期研究的又一課題。
一、 爐料的熔化過(guò)程
送電開(kāi)始后，就是熔化期的開(kāi)始，爐料的熔化過(guò)程大體上分為如圖12—1所示的四個(gè)階段。
圖12─1 爐料熔化過(guò)程示意圖
a-起弧階段；b-穿井階段；c-電極回升階段；d-低溫區(qū)爐料熔化階段
第一階段：起弧階段。送電后，電極下降，當(dāng)電極端部距爐料有一定的距離時(shí)，由于強(qiáng)大電流的作用，中間的空氣被電離成離子，并放出大量的電子而形成導(dǎo)電的電弧，隨之產(chǎn)生大量的光和熱。起弧階段的時(shí)間較短，約為3～5min，但常出現(xiàn)瞬時(shí)短路電流，所以電流一般不穩(wěn)定并造成了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，從而產(chǎn)生了燈光閃爍或電視圖像干擾等現(xiàn)象。
第二階段：穿井階段。起弧后，在電弧的作用下，電極下的爐料首先熔化，隨著爐料的熔化，電極逐漸下降并到達(dá)它的最低位置，這就是穿井階段。一般說(shuō)來(lái)，極心圓較大的電爐往往在爐料中央部位，電極把爐料穿成比電極直徑大30％～40％的三口小井，而極心圓較小的電爐三相電極間的爐料幾乎同時(shí)熔化，一開(kāi)始便容易形成一口大井。在穿井階段，電極下熔化的金屬液滴順著料塊間隙向下流動(dòng)，開(kāi)始時(shí)爐溫較低，液滴邊流動(dòng)邊凝結(jié)在冷料上，當(dāng)爐溫升高后，熔化的液滴便落在爐底上積存下來(lái)形成熔池并逐漸擴(kuò)大。
第三階段：電極回升階段。這個(gè)階段主要是熔化電極周圍的爐料，并逐漸向外擴(kuò)大。隨著熔化繼續(xù)的進(jìn)行，中央部分的爐料跟著熔化，三口小井匯合成一口大井，熔池面不斷擴(kuò)大上升，電極也相應(yīng)向上抬起，這就是電極回升階段。在電極回升過(guò)程中，周圍爐料被熔化。當(dāng)爐內(nèi)只剩下?tīng)t坡、渣線和其他低溫區(qū)附近的爐料時(shí)，該階段即告結(jié)束。
第四階段：熔化低溫區(qū)爐料階段。三相電弧近似于點(diǎn)熱源，各相的熱輻射不均勻，所以爐內(nèi)的溫度分布也不均勻。一般情況，在電極下邊和靠2#電極熱點(diǎn)區(qū)的爐料熔化較快，而爐門、出鋼口兩側(cè)及靠l#爐壁處低溫區(qū)的爐料熔化較慢，第四階段主要是熔化這些部位的爐料。在此過(guò)程中，電極雖然也繼續(xù)稍有回升，但不明顯。
二、影響爐料熔化的主要因素
電爐煉鋼的能源主要是把電能轉(zhuǎn)換成熱能，目前發(fā)展趨勢(shì)之一是加大電爐輸入功率，從而有利于爐料的熔化，因此一些高功率、超高功率電爐相繼投入生產(chǎn)；其次是利用外界輔助熱源，如爐料預(yù)熱、氧氣及氧—燃燒嘴等助熔。據(jù)資料介紹，廢鋼鐵料入爐前的預(yù)熱溫度為500℃時(shí)，可節(jié)省電能l／4，而溫度為600～700℃時(shí)，可節(jié)省電能l／3，如果溫度達(dá)到900℃，只需冷裝料時(shí)的l／2左右的電能。這就意味著，變壓器輸入功率不變，熔化期將按相應(yīng)的比例縮短。此外，熱的爐料入爐還可增加電弧的穩(wěn)定性和提前吹氧助熔，也促使熔化期的縮短。為了減少電能消耗和加速?gòu)U鋼鐵料的熔化，在爐內(nèi)除及時(shí)合理地吹氧助熔外，就是利用氧—燃燒嘴加熱。氧—燃燒嘴是用氧氣助燃，燃燒天然氣或輕油，也有的使用煤粉，一般多用于爐內(nèi)低溫區(qū)的死角部位或爐溫不高的熔化開(kāi)始階段。
熔化期的長(zhǎng)短不僅與熱源有直接關(guān)系，而且還取決于電力使用制度、裝料方法、布料情況、爐料的化學(xué)成分、冶煉工藝、造渣制度及爐體的設(shè)計(jì)參數(shù)等。變壓器的有用功率越大，爐子的熱損失越小，熔化期就越短。在熔化初期，由于冷料能夠吸收大量的熱量，因此在穿井和電極回升階段，使用大電流和最高級(jí)電壓是有利的。當(dāng)爐中塌鐵后，弧光不能被爐料包圍，這時(shí)應(yīng)更換2#電壓較為合適(對(duì)備有4～6個(gè)常用的次級(jí)電壓的普通功率變壓器而言)，因2#電壓的弧光較l#電壓的短，短的弧光容易被熔渣包圍，這樣就減少了熱輻射造成的熱耗，同時(shí)也有利于熔池內(nèi)的熱傳導(dǎo)，從而縮短了爐料的熔化時(shí)間。快速裝料能減少熱損失，充分利用爐中的余熱來(lái)加熱爐料。如果等料、人工裝料或因設(shè)備壞等原因不能及時(shí)裝料，勢(shì)必延長(zhǎng)熔化時(shí)間。合理的布料也是縮短熔化期的有效措施之一。如爐料裝得疏松或在上部裝入大塊難熔的低碳廢鋼等，在熔化時(shí)爐內(nèi)容易形成料橋，極易延長(zhǎng)熔化時(shí)間，如再出現(xiàn)塌鐵而把電極打斷，更拖延了熔化時(shí)間。熔化速度也取決于爐料的化學(xué)成分。碳含量為0.20％碳素鋼的電阻是銅的電阻的6倍，而碳含量為0.90％碳素鋼的電阻是銅的l4倍；爐料可看成是電流的二次線路，根據(jù)焦耳定律：
Q=I2Rt
爐料的電阻越大，電流通過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的熱量越多。更何況高碳鋼的熔點(diǎn)比低碳鋼的熔點(diǎn)低，所以高碳料比低碳料熔化得快。另外，爐料中含Si、Al、P等易氧化元素能與氧發(fā)生放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱可看成是爐料熔化的輔助熱源，因此爐料中含有易氧化元素的含量越高越有利于爐料的熔化。金屬爐料的合理擴(kuò)裝也可縮短爐料熔化時(shí)間。早期造渣有助于爐料的熔化。早期造渣不僅可以防止鋼液的吸氣，同時(shí)也能減少熱量的散失，如果采用泡沫渣埋弧操作，不僅可以減輕弧光對(duì)爐壁的熱輻射，而且更有利于熔池的加熱與升溫。采用留鋼留渣操作，在裝料后就可吹氧助熔，也可使熔化期明顯縮短。爐體的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)爐料的熔化也有直接的影響。當(dāng)爐膛的直徑與極心圓直徑之比較大時(shí)，爐料熔化得較慢；如爐膛的直徑與極心圓直徑之比較小時(shí)，爐料熔化得就快。對(duì)于熔池較深，爐膛直徑略小的爐體，因散熱面小，電極所走的行程長(zhǎng)，爐料的熔化速度也是比較快的。
三、熔化期的物化反應(yīng)
爐料熔化的同時(shí)，熔池中也發(fā)生各種各樣的物化反應(yīng)，主要有元素的揮發(fā)和氧化、鋼液的吸氣、熱量的傳遞與散失以及夾雜物的上浮等。
1．元素的揮發(fā)
爐料熔化的同時(shí)，伴隨著元素的部分揮發(fā)。揮發(fā)有直接揮發(fā)和間接揮發(fā)兩種形式。直接揮發(fā)是因溫度超過(guò)元素的沸點(diǎn)而產(chǎn)生的。電弧的溫度高達(dá)4000～6000℃，而最難熔元素W的沸點(diǎn)也僅為5900℃，至于低沸點(diǎn)的Zn、Pb等就更容易揮發(fā)了。間接揮發(fā)是通過(guò)元素的氧化物進(jìn)行的，即先形成氧化物，然后氧化物在高溫下?lián)]發(fā)逸出。一般說(shuō)來(lái)，多數(shù)金屬氧化物的沸點(diǎn)低于該金屬的沸點(diǎn)，如M0的沸點(diǎn)為4800℃，而M003。的沸點(diǎn)僅為ll00℃，因此許多金屬氧化物的揮發(fā)往往先于該元素的直接揮發(fā)。熔化期從爐門或電極孔逸出的煙塵中含有許多金屬氧化物，其中最多的還是Fe203，這是因?yàn)殍F在爐料中占的比例最大，液態(tài)鐵的蒸氣壓也較大，所以熔化期逸出的煙塵多為棕紅色。
2．元素的氧化
爐料熔化時(shí)，除產(chǎn)生元素的揮發(fā)外，還存在著元素的氧化。這是因爐中存在著氧的來(lái)源：一是爐料的表面鐵銹；二是爐氣；三是為了脫磷而加入的礦石或?yàn)榱酥鄱氲难醯取Ｔ跔t料熔化過(guò)程中，元素氧化損失量與元素的特性、含量、冶煉方法、爐料表面質(zhì)量及吹氧強(qiáng)度(壓力、流量、時(shí)間)等因素有關(guān)。Fe、C、Mn的氧化損失量在氧化法和返吹法中基本相似。在一般情況下，Al、Ti、Si元素在氧化法中幾乎全部氧化掉，P只能大部分氧化，但這些元素在返吹法中，因不使用礦石助熔，氧化損失略少些，而在不氧化法中為最少。在冶煉高合金鋼時(shí)，如爐料的配Si量大于1.0％，Si的氧化損失量約為50％～70％。鐵的氧化損失通常為2％～6％。廢鋼質(zhì)量越差，熔化時(shí)間越長(zhǎng)，吹氧強(qiáng)度越大，鐵的氧化損失也越大。碳的氧化損失量一般為0.60％，但不用氧時(shí)碳的損失不太大。而用氧時(shí)，碳的變化與鋼液中的碳含量、吹氧強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)爐料中的配碳量小于0.30％時(shí),碳的氧化損失不大，并可為電極增碳所彌補(bǔ)；配碳大于0.30％時(shí)，碳的氧化損失要多些。吹氧助熔的氧氣壓力越大、流量越多、吹氧時(shí)間越長(zhǎng)，碳的損失也越多。碳的氧化損失還隨爐料中硅含量的增高而降低，這是因?yàn)楣柰醯挠H和力在1530℃以下時(shí)大于碳的緣故。爐料熔化過(guò)程中，有時(shí)因塌鐵而引起熔池沸騰，也會(huì)使碳的氧化損失增加，這主要是由于熔池中的金屬液無(wú)熔渣覆蓋，液面富集大量的Fe0與碳反應(yīng)的結(jié)果。
3．鋼液的吸氣
在一般情況下，氣體在鋼液中的溶解度隨溫度的升高而增加，被高溫電弧分解出的氫和氮會(huì)因溫度的升高直接或通過(guò)渣層溶解于鋼液中。在熔化期，鋼液具有較好的吸氣條件，這是因?yàn)槌髿馔?，爐料中還含有一定的水分。而且熔化初期的鋼液液滴向下移動(dòng)時(shí)是裸露的，而初期的熔池有時(shí)又無(wú)熔渣覆蓋，液滴直接與爐氣接觸。為了減少鋼液的吸氣量，應(yīng)盡早造好熔化渣。熔化期合理的吹氧助熔也能降低鋼中的氣體含量。
4．熱量的傳遞與散失
熱量的傳遞與散失屬于物理過(guò)程。熔化期熔池中主要進(jìn)行著熱傳導(dǎo)。爐料除了吸收爐襯的余熱外，絕大部分熱量是從電弧獲取的，在起弧和穿井階段熱量由上向下傳遞；當(dāng)熔池有熔渣覆蓋后，熱量通過(guò)熔渣傳給鋼液，這時(shí)的熱量仍是由上向下傳遞，一般說(shuō)來(lái)，熔渣的溫度高于鋼液的溫度。當(dāng)然，在爐中還有熱量的輻射與反射，但不是主要的。關(guān)于輔助熱源，由于提供的方式不同，傳遞方向也不同。熔池出現(xiàn)后，初期如無(wú)熔渣覆蓋或熔渣較少，熱量散失嚴(yán)重。為了減少散熱，應(yīng)盡早造好熔化渣。
5．熔化期非金屬夾雜物的上浮
熔池出現(xiàn)后，鋼液中就存在著內(nèi)在夾雜和外在夾雜，隨著熔池的擴(kuò)大，這些夾雜物也就有不同程度的上浮，它們是熔化渣的來(lái)源之一。實(shí)踐證明，合理的吹氧助熔和盡早造好熔化渣能促使夾雜充分上浮。吹氧后，由于氧氣流的作用，造成熔池局部沸騰，進(jìn)而有助于夾雜物的碰撞和上??；理想的熔化渣不僅對(duì)脫磷有利，而且還能很好地捕捉、吸附非金屬夾雜物。
四、熔化期脫磷操作
熔化期的正確操作，可以把鋼中的磷去除50％～70％，剩余的殘存磷在氧化期借助于渣鋼間的界面反應(yīng)、自動(dòng)流渣、補(bǔ)造新渣或采用噴粉脫磷等辦法繼續(xù)去除。因此，一個(gè)成熟的電爐煉鋼工，應(yīng)在熔化期緊緊地抓住脫磷操作。
熔化期提前造好熔化渣，并使之具有適當(dāng)?shù)膲A度和較好的流動(dòng)性，能為前期脫磷創(chuàng)造有利的條件。另外，在條件允許的情況下，除加入助熔礦石外，還可在大半熔時(shí)分批加入料重l％的氧化鐵皮或礦石粉，或在墊爐底灰的同時(shí)裝入少量的鐵礦石等，從中提高熔化渣的氧化能力；在爐料大半熔或全熔后扒除部分熔化渣，對(duì)于高磷爐料或磷規(guī)格要求較嚴(yán)的鋼種，也可全部扒除，然后重造新渣，更是強(qiáng)化脫磷的行之有效的好辦法，此時(shí)去磷效率可達(dá)50％～70％，而鋼液中的剩余磷移到氧化初期去繼續(xù)處理。
五、 熔化期操作
送電后應(yīng)緊閉爐門，堵好出鋼口，扣嚴(yán)爐蓋與爐壁的接合處及加料孔等，以防冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)。在起弧階段結(jié)束后，還要調(diào)放電極長(zhǎng)度，使一次穿井成功并能保證全爐冶煉的需要。備有氧—燃燒嘴裝置的爐子也應(yīng)適時(shí)點(diǎn)燃，以使?fàn)t料能夠同步熔化。需多次裝料時(shí)，在爐料每次塌鐵后，熔煉室能容納下一料筐中的料時(shí)再裝入。在爐料熔化過(guò)程中，還應(yīng)適時(shí)地進(jìn)行吹氧、推鐵或加礦助熔及早期造渣與脫磷等操作。熔化末期如果發(fā)現(xiàn)全熔碳不能滿足工藝要求，一般應(yīng)先進(jìn)行增碳操作。
熔化渣的渣量一般為料重的2％～3％，電爐功率越高越取上限值。爐料全熔并經(jīng)攪拌后，取全分析樣，然后扒除部分熔化渣，補(bǔ)造新渣。如果認(rèn)為脫磷困難或發(fā)現(xiàn)熔渣中含有大量的Mg0，也可進(jìn)行全扒渣，重新造渣。當(dāng)熔池溫度升到符合工藝要求時(shí)，方可轉(zhuǎn)入下一階段的冶煉。
第五節(jié) 氧化期及其操作
目前，氧化期主要是以控制冶煉溫度為主，并以供氧和脫碳為手段，促進(jìn)熔池激烈沸騰，迅速完成所指定的各項(xiàng)任務(wù)。在這同時(shí)，也為還原精煉創(chuàng)造有利的條件。
不配備爐外精煉的電爐氧化期的主要任務(wù)如下：
(1)繼續(xù)并最終完成鋼液的脫磷任務(wù)，使鋼中磷降到規(guī)程規(guī)定的允許含量范圍內(nèi)；
(2)去除鋼液中的氣體；
(3)去除鋼液中的非金屬夾雜物；
(4)加熱并均勻鋼液溫度，使之滿足工藝要求，一般是達(dá)到或高于出鋼溫度，為鋼液的精煉創(chuàng)造條件。
在上述任務(wù)完成的同時(shí)，鋼液中的C、Si、Mn、Cr等元素及其他雜質(zhì)也發(fā)生不同程度的氧化。配備爐外精煉裝置的冶煉，電爐只是一個(gè)高效率的熔化、脫磷與升溫的工具。在這種條件下，鋼液中的氣體及非金屬夾雜物的去除等，均移至爐外進(jìn)行，而氧化期的任務(wù)也就得以減輕。
一、氧化方法
1．礦石氧化法
礦石氧化法屬于間接方式的供氧，它主要是利用鐵礦石或其他金屬化礦石中的氧通過(guò)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼液中的C、Si、Mn等元素及其他雜質(zhì)的氧化。
該法的特點(diǎn)是渣中(FeO)濃度高，脫磷效果好。碳和[FeO]的反應(yīng)是脫碳過(guò)程的主要反應(yīng)，但[FeO]必須通過(guò)(FeO)的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此脫碳速度慢，氧化時(shí)間長(zhǎng)。而鐵礦石的分解是吸熱反應(yīng)，會(huì)降低熔池溫度，所以礦石加入前爐中應(yīng)具有足夠高的冶煉溫度。礦石氧化法的鋼液中容易帶進(jìn)其他夾雜。因渣中(FeO)含量高，所以熔渣的流動(dòng)性較好。
2．氧氣氧化法
氧氣氧化法又稱純氧氧化法。它主要是利用氧氣和鋼中的C、Si、Mn等元素及其他雜質(zhì)的直接作用來(lái)完成鋼液的氧化。除此之外，吹氧后，熔池中還發(fā)生下述反應(yīng)：
O2+2[Fe]=2[FeO]
[FeO]=(FeO)
氧氣氧化和礦石氧化存在著本質(zhì)的不同。氧氣氧化時(shí)，由于純氧對(duì)鋼液的直接作用，各元素氧化的動(dòng)力學(xué)條件好，在供氧強(qiáng)度較高的情況下，更有利于低碳鋼或超低碳鋼的冶煉。
氧氣氧化屬于放熱反應(yīng)，進(jìn)而也有利于提高和均勻熔池溫度而減少電能消耗。此外，氧氣氧化后，鋼液純潔，帶進(jìn)其他雜質(zhì)少，且吹氧后，鋼液中的氧含量也少，所以又有利于后步鋼液的脫氧。但由于(FeO)含量不高，因此脫磷效果差，熔渣的流動(dòng)性也差。
3．礦、氧綜合氧化法
在電爐鋼生產(chǎn)過(guò)程中，礦石氧化和氧氣氧化經(jīng)常交替穿插或同時(shí)并用，這就是所謂的礦、氧綜合氧化。其特點(diǎn)是脫碳、升溫速度快，既不影響鋼液的脫磷，又能顯著縮短冶煉時(shí)間。但該法如不熟練，難以準(zhǔn)確地控制終脫碳。
二、脫碳操作
1．鋼液的加礦脫碳
由于礦石的熔化與分解及Fe0的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移均吸熱，所以脫碳反應(yīng)的總過(guò)程是吸熱。鋼液的加礦脫碳開(kāi)始時(shí)必須要有足夠高的溫度，一般應(yīng)大于1530℃。為了避免熔池急劇降溫，礦石應(yīng)分批加入，每批的加入量約為鋼液重量的1.0％～l.5％，而在前一批礦石反應(yīng)開(kāi)始減弱時(shí)，再加下一批礦石，間隔時(shí)間為5～7min。熔池的均勻激烈沸騰主要通過(guò)對(duì)礦石的加入速度和保持合適的間隔時(shí)間來(lái)控制，當(dāng)熔池溫度較高時(shí)，礦石的加入速度也不能太快，如在爐門及電極孔冒出猛烈的火焰，則應(yīng)停止加礦，以避免發(fā)生噴濺或跑鋼事故。
鋼液的加礦脫碳原則上是在高溫、薄渣下進(jìn)行。但考慮到鋼液的繼續(xù)脫磷與升溫，溫度控制是先慢后快，渣量是先大后薄，且還要有足夠的堿度及良好的流動(dòng)性。粘稠的熔渣不僅不利于脫磷，也不利于(FeO)的擴(kuò)散及CO氣泡的排除，特別是在鋼液溫度不太高的情況下，熔池容易出現(xiàn)“寂靜”的現(xiàn)象，加礦后熔池不沸騰，這時(shí)應(yīng)立即停止加礦，而要用螢石調(diào)整熔渣的流動(dòng)性并升溫。
脫碳初期，流動(dòng)性良好的熔渣在C0氣泡的作用下呈泡沫狀，并經(jīng)爐門能自動(dòng)流出，如不能流出應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，否則以后也難以作到高溫、薄渣脫碳。為了加速礦石的熔化與分解，且又不過(guò)多地降低熔池溫度，當(dāng)條件允許時(shí)，礦石應(yīng)預(yù)先在大于800℃的高溫下烘烤4h后使用。礦石的加入量由脫碳量決定，理論計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)告訴我們，每氧化C 0.01％，每噸鋼液約用礦石lkg。理想的全熔碳應(yīng)滿足工藝的要求，但因裝料貽誤或助熔不當(dāng)，有時(shí)出現(xiàn)脫碳量過(guò)大或不足。脫碳量過(guò)大不僅增加了各種原材料的消耗，而且也延長(zhǎng)冶煉時(shí)間，脫碳量不足需進(jìn)行增碳，這兩種情況對(duì)操作不利，應(yīng)盡量避免。
2．鋼液的吹氧脫碳
鋼液的吹氧脫碳有碳的直接氧化和碳的間接氧化兩種情況。吹入鋼液中的氧直接與鋼液中的碳發(fā)生反應(yīng)屬于碳的直接氧化，而吹入鋼液中的氧先與鋼液中的鐵反應(yīng)，然后生成的[Fe0]再與鋼液中的碳進(jìn)行反應(yīng)，屬于碳的間接氧化。
吹入鋼液中的高壓氧氣流以大量彌散的氣泡形式在鋼液中捕捉氣泡周圍的碳，并在氣泡表面進(jìn)行反應(yīng)。與此同時(shí)，氧氣泡周圍形成的[FeO]與鋼液中的碳作用，反應(yīng)產(chǎn)物也進(jìn)入氣泡中。而[Fe0]的出現(xiàn)與擴(kuò)散，又提高了鋼液中的氧含量，因此碳的氧化不僅可以在直接吹氧的地方進(jìn)行，而且也能在熔池中的其他部位進(jìn)行。吹氧脫碳最大的特點(diǎn)是脫碳速度快，一般約為(0.03～0.05)％／min，而且鋼液溫度越高、供氧量越大、鋼中的碳含量越高，脫碳速度越快。
當(dāng)鋼液中的碳含量降低到0.10％以下時(shí)，鋼液中所需與碳平衡的氧量將急劇上升，而與鋼液中碳平衡所需渣中的氧量也是上升的，這時(shí)要保持脫碳速度，就必須增加供氧量，加礦脫碳受到爐溫下降的影響，一次不能加得太多，且渣中(FeO)向鋼中的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移又是限制環(huán)節(jié)，而吹氧脫碳不受這種限制，因此當(dāng)鋼液中的碳含量降到0.10％以下時(shí)，吹氧脫碳優(yōu)于加礦脫碳，且兩者的速度也有顯著的差別。生產(chǎn)實(shí)踐也證明，在冶煉低碳或超低碳鋼時(shí)，吹氧容易把碳很快降到很低，而且合金元素的氧化損失比礦石氧化要少，這使得利用返吹法冶煉高合金鋼并回收爐料中的貴重合金元素成為可能。在其他條件相同的情況下，吹氧脫碳和加礦脫碳相比，渣中(FeO)的含量少，且鋼液中[FeO]的最終含量也少，這樣可減輕鋼液精煉的脫氧負(fù)擔(dān)。然而脫磷條件卻惡化了，所以脫磷任務(wù)必須在熔化末期或氧化初期且當(dāng)鋼液的溫度處于不太高的情況下就已完成。吹氧脫碳冶煉時(shí)間短，可提高產(chǎn)量20％以上，電耗降低l5％～30％，電極消耗降低l5％～30％，總成本約降低6％～8％，且鋼的質(zhì)量也大有改善。吹氧降碳時(shí)，最好選用較高的氧壓。因?yàn)檠鯄焊?，氧氣流在鋼液?nèi)可吹入到更深的部位，并能分裂成更多的小氣泡，從而提高氧的利用率。此外，氧壓高還可減少氧管的消耗，這是由于提高了脫碳速度，縮短了吹氧時(shí)間，提高了氧的流速，強(qiáng)化了對(duì)管壁端的冷卻作用。
3．鋼液的礦、氧綜合脫碳
礦、氧綜合脫碳加大了向熔池供氧的速度，擴(kuò)大了礦氧反應(yīng)區(qū)，同時(shí)也減少了鋼中氧向渣中的轉(zhuǎn)移，又由于氧氣流的攪動(dòng)作用，使FeO的擴(kuò)散速度加快，所以這種脫碳方法能使鋼液的脫碳速度成倍的高于單獨(dú)加礦或吹氧的脫碳速度。在操作過(guò)程中，礦石的加入是分批進(jìn)行，且先多后少，最后全用氧氣。吹氧停止后，再進(jìn)行清潔沸騰或保持錳等操作。
4．碳含量的經(jīng)驗(yàn)判斷
鋼液的碳含量主要依靠化學(xué)分析、光譜分析及其他儀器來(lái)確定。但在實(shí)際操作中，為了縮短冶煉時(shí)間，電爐煉鋼工也常用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，方法介紹如下：
（1）根據(jù)用氧參數(shù)來(lái)估計(jì)鋼中的碳含量。在冶煉過(guò)程中，依據(jù)吹氧時(shí)間、吹氧壓力、氧管插入深度、耗氧量或礦石的加入量、鋼液溫度、全熔碳含量等，先估算lmin或一段時(shí)間內(nèi)的脫碳量，然后再估計(jì)鋼中的碳含量。因這個(gè)辦法使用方便，所以應(yīng)用的時(shí)候較多。
（2）根據(jù)吹氧時(shí)爐內(nèi)冒出的黃煙多少來(lái)估計(jì)鋼中的碳含量。爐內(nèi)冒出的黃煙濃、多，說(shuō)明碳含量高，反之較低。當(dāng)碳含量小于0.30％時(shí)，黃煙相當(dāng)?shù)?。這個(gè)辦法只能大概地估計(jì)鋼中碳含量，難以作到準(zhǔn)確的判斷。
（3）根據(jù)吹氧時(shí)爐門口噴出的火星估計(jì)鋼中的碳含量。吹氧時(shí)爐門口噴出的火星粗密且分叉多則碳高，反之則低。
（4）根據(jù)吹氧時(shí)電極孔冒出的火焰狀況判斷鋼中的碳含量。常用于返吹法冶煉高合金鋼上。一般是碳含量高則火焰長(zhǎng)，反之則火焰短。當(dāng)棕白色的火焰收縮，且熔渣與渣線接觸部分有一沸騰圈，這時(shí)的碳含量一般小于0.10％。在返吹法冶煉鉻鎳不銹鋼時(shí)，當(dāng)棕白色的火焰收縮并帶有紫紅色火焰冒出且爐膛中煙氣不大，可見(jiàn)到渣面沸騰微弱，這時(shí)的碳含量約為0.06％～0.08％；如果熔渣突然變稀，這是過(guò)吹的象征，碳含量一般小于0.03％。碳低熔渣變稀，這種現(xiàn)象在冶煉超低碳鋼時(shí)經(jīng)常遇到。
（5）根據(jù)表面張力的大小進(jìn)行粗略的判斷。當(dāng)碳含量位于0.30％～0.40％和碳含量小于0.10％時(shí)，鋼的表面張力較大，取樣時(shí)，樣勺的背面在鋼液面上打滑。
（6）根據(jù)試樣斷口的特征判斷鋼中的碳含量。這種方法是把鋼液不經(jīng)脫氧倒入長(zhǎng)方形樣模內(nèi)，凝固后取出放入水中冷卻，然后再打斷，我們可利用試樣斷口的結(jié)晶大小和氣泡形狀來(lái)估計(jì)鋼中的碳含量。
（7）根據(jù)鋼餅表面特征估計(jì)鋼中的碳含量。這種方法主要用于低碳鋼的冶煉上。一般是舀取鋼液不經(jīng)脫氧即輕輕倒在鐵板上，然后根據(jù)形成鋼餅的表面特征來(lái)估計(jì)碳含量。
（8）根據(jù)火花的特征鑒別鋼中的碳含量。利用火花的特征鑒別鋼中的碳含量應(yīng)具備砂輪機(jī)一臺(tái)，但該法偏差大，這主要是砂輪打磨出的火花與砂輪機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)及砂輪的砂粒粗細(xì)等有關(guān)，在爐前并不常用。
（9）根據(jù)碳花的特征判斷鋼中的碳含量，該法簡(jiǎn)稱碳花觀察法。由于該法簡(jiǎn)便、迅速、準(zhǔn)確，因此獲得普遍的應(yīng)用。
未經(jīng)脫氧的鋼液在樣勺內(nèi)冷卻時(shí)，能夠繼續(xù)進(jìn)行碳氧反應(yīng)，當(dāng)氣泡逸出時(shí)，表面附有一薄層鋼液的液衣，宛如空心鋼珠，這就是火星。又因?yàn)闅馀菔沁B續(xù)逸出的，所以迸發(fā)出來(lái)的火星往往形成火線。如果鋼中的游離碳較多，有時(shí)在火星的表面上還附有碳粒。當(dāng)氣泡的壓力較大而珠壁的強(qiáng)度不足時(shí)，迸發(fā)出來(lái)的火星破裂，進(jìn)而形成所謂的碳花。然而，CO 氣泡壓力隨鋼液碳含量的降低而降低，碳花的數(shù)目和大小也依次遞減，火星的迸發(fā)力量也是由強(qiáng)到弱。有經(jīng)驗(yàn)的煉鋼工可根據(jù)火星(碳花)的數(shù)量、大小與破裂情況及迸發(fā)力量的強(qiáng)弱、火線的斷續(xù)情況或發(fā)出的聲音等進(jìn)行判斷，碳含量越低判斷得越準(zhǔn)確，誤差常常只有±0.01％～0.02％，而碳含量越高，碳花越大，分叉越多，跳躍越猛烈，也越缺乏規(guī)律性，因此碳含量很高時(shí)難以準(zhǔn)確的判斷。當(dāng)碳含量超過(guò)0.80％以上時(shí)，碳花在跳躍破裂過(guò)程中還發(fā)出吱吱的響聲。碳花的具體觀察方法有兩種：一種是直接觀察從勺內(nèi)迸發(fā)出來(lái)的火星(碳花)情況；另一種是觀察火星(碳花)落地后的破裂情況。一般碳鋼的碳含量與碳花特征的關(guān)系見(jiàn)表12—2。
表12-2 碳鋼的碳含量與碳花特征的關(guān)系
碳含量／％ 火星或碳花的顏色 火星與碳花的多少等 迸發(fā)力量或破裂的情況 備注
0.O5～0.10 棕白色 全是火星構(gòu)成的火線無(wú)花 迸發(fā)無(wú)力 火線稀疏時(shí)有時(shí)無(wú)
0.1～0.20 白色 火星構(gòu)成的火線中略有小花 迸發(fā)無(wú)力 火線稀疏時(shí)有時(shí)無(wú)
0.3～0.40 帶紅 火星2／3，小花1／3 迸發(fā)稍有力 火線細(xì)而稍密
0.50～0.60 紅色 火線2／3，小花1／3間帶2～3朵大花 迸發(fā)有力 火線粗而密
0.70～0.80 紅色 火線l／3，小花2／3大花3～5
朵 迸發(fā)有力，花內(nèi)分叉，呈
現(xiàn)二次破裂
0.90～1．O0 紅色 火星少，小花多，大花7～10朵 迸發(fā)有力、很強(qiáng)，花有圈
呈現(xiàn)三次破裂 碳含量大于0.08%以上時(shí)，碳花在跳躍破裂過(guò)程中有吱的響聲
1.1～1.20 紅色 大花很多、很亂略有火星 花跳躍頻繁有力，花有圈呈現(xiàn)三次破裂
1.30～1.40 紅色 大花l／3，紫花2／3 花跳躍短而有力，多次
破裂
1.50～1.80 紅色 幾乎全是紫花 花跳躍短雨有力，多次破裂
利用碳花的特征判斷鋼中的碳含量，還應(yīng)考慮以下一些因素的影響。溫度過(guò)低，容易低看，而實(shí)際碳含量不是那么低；溫度過(guò)高，容易高看，而實(shí)際碳含量又沒(méi)有那么高。合金鋼的碳花與碳鋼基本相似，但形狀因其他元素的影響而有所不同。與碳含量相同的碳鋼比較：當(dāng)Mn、Cr、V等元素含量較高時(shí)，碳花較大、分叉又多，容易估的偏高；當(dāng)W、Ni、Si、Mo等元素含量較高時(shí)，碳花分叉較少，容易估的偏低。除此之外，如鋼中的氧含量低于碳氧的平衡值時(shí)，碳花較少或無(wú)碳花，如經(jīng)脫氧或真空處理的鋼液就是如此。
三、鐵、硅、錳、鉻等元素的氧化
在脫磷、脫碳反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)，鋼液中其他元素和雜質(zhì)也發(fā)生氧化。這些元素的氧化及氧化程度取決于：與鐵比較該元素對(duì)氧的親和力大小、該元素在鋼液中的濃度、熔渣組成與該元素氧化物的化學(xué)性質(zhì)(酸性或堿性)及冶煉溫度等。除此之外，在實(shí)際冶煉中，鋼液中各元素的氧化程度還受各元素氧化反應(yīng)速度的影響，而這速度又與熔渣的物理性質(zhì)(粘度、表面張力)及熔池的物理狀態(tài)有關(guān)。
鋁對(duì)氧的親和力很強(qiáng)，鈦次之，鋼液經(jīng)熔化和氧化后，它們幾乎全部氧化掉，而Fe、Si、Mn、Cr等元素與鋁和鈦的情況不一樣。下面我們分別進(jìn)行介紹。
1．鐵的氧化
鐵與氧的親和力比其他元素(Cu、Ni、CO除外)小，只要有別的元素存在，它就很難與氧結(jié)合，但在鐵基鋼液中，由于鐵的濃度最大，所以它還是首先被氧化。當(dāng)鋼中的C、Si、Mn、P等元素進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)，氧的主要來(lái)源是FeO，因此鐵的氧化能為其他元素的氧化貯存氧，這也說(shuō)明FeO對(duì)氧的傳遞起著重要作用。
2．硅的氧化
Si與O的親和力較大，但次于Al和Ti，而強(qiáng)于V、Mn、Cr。因此，鋼液中的Si在熔化期將被氧化掉70％，少量的殘余Si在氧化初期也能降低到最低限度。硅的氧化反應(yīng)式如下：
[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]
[Si]+O2=SiO2(固)
硅的氧化是放熱反應(yīng)，并隨著溫度的升高氧化程度減弱，且在堿性渣下比在酸性渣下氧化完全。在冶煉高鉻不銹鋼或返吹其他鋼種時(shí)，爐料中往往配入一定量的硅，以保證鋼液的快速升溫及減少鉻的燒損。反應(yīng)生成物SiO2不溶于鋼液中，除一部分能上浮到渣中外，還有一部分呈細(xì)小顆粒夾雜懸浮于鋼液中，SiO2可與其他夾雜物結(jié)合生成硅酸鹽，如果去除不當(dāng)而殘留在鋼中能成為夾雜。
在熔渣中，(SiO2)與(FeO)發(fā)生下述反應(yīng)：
(SiO2)+2(FeO) = (2 FeO?SiO2)
在堿性渣中，(FeO)能被更強(qiáng)的堿性氧化物(CaO)從硅酸鐵中置換出來(lái)，即：
由于生成的正硅酸鈣(2CaO?SiO2)是穩(wěn)定的化合物，使Si02分解壓力變得更低，渣中a(SiO2)變得更小，所以在堿性渣下，硅的氧化較完全。
3．錳的氧化
錳與氧的親和力比硅小，到了熔化末期錳大約燒損50％左右。如果熔化期渣中(FeO)含量和堿度較低時(shí)，燒損可能還要少些。
在氧化期，鋼液中的錳繼續(xù)氧化，錳的氧化反應(yīng)如下：
錳的氧化也是放熱反應(yīng)，且隨著溫度的升高氧化程度減弱。當(dāng)鋼液的溫度升高到一定程度時(shí)，錳的氧化反應(yīng)趨于平衡。因此，全熔后鋼液中的錳含量較高時(shí)，可在氧化初期在較低的溫度下進(jìn)行氧化，并采取自動(dòng)流渣或換渣的方式去除。
通常在電爐鋼的實(shí)際冶煉過(guò)程中，錳含量的變化被看成是鋼液溫度高低的標(biāo)志。這是因?yàn)槿鄢販囟壬吆?，由于碳的氧化反?yīng)使渣中的(FeO)含量不斷降低，溶于熔渣中呈游離狀態(tài)的(MnO)就要參與碳的氧化反應(yīng)，這時(shí)已趨于平衡的錳的氧化反應(yīng)被破壞，而轉(zhuǎn)變?yōu)殄i的還原，反應(yīng)式如下：
如果氧化末期鋼液中的錳含量比前期高或氧化過(guò)程中錳元素沒(méi)有損失，說(shuō)明氧化沸騰是在高溫下進(jìn)行的。如果氧化末期鋼液中的錳含量損失較多，說(shuō)明氧化沸騰有可能是在較低的溫度下進(jìn)行的。
錳的氧化反應(yīng)生成物(MnO)在鋼液中的溶解度很小，將上浮進(jìn)入渣中，其中一部分在上浮途中與懸浮在鋼液中的細(xì)小不易上浮的Si02、Al2O3結(jié)合成硅酸錳和鋁酸錳即：
這些硅酸錳和鋁酸錳屬于顆粒大、熔點(diǎn)低并易于上浮的化合物。為了更好地去除鋼中夾雜，在冶煉用途重要或碳含量較低的鋼種時(shí)，在氧化末期建立了保持錳的工藝制度。當(dāng)熔渣具有足夠的堿度時(shí)，(CaO)能將(MnO)從硅酸錳或鋁酸錳中置換出來(lái)而形成比較穩(wěn)定不易分解的復(fù)合化合物，即：
4．鉻的氧化
Cr比Fe易氧化，但不如Al、Ti、Si等，鉻的氧化反應(yīng)式如下：
在堿性渣下的氧化，第二個(gè)反應(yīng)是主要的。該反應(yīng)式也表明了渣中(FeO)能使鉻的收得率降低，且當(dāng)爐料中的鉻含量很高時(shí)，轉(zhuǎn)入熔渣中的鉻損失也多。高鉻的熔渣很粘，能影響其他元素氧化反應(yīng)(如脫磷)的正常進(jìn)行。因此，為了減少鉻的損失及保證冶煉的正常進(jìn)行，礦石法氧化不宜使用含高鉻的爐料。
鉻的氧化也能放出大量的熱，而鉻的氧化損失又與溫度有關(guān)。除此之外，在高溫時(shí)還將發(fā)生下述反應(yīng)：
高溫下脫碳能抑制鉻的氧化損失，這一點(diǎn)對(duì)于采用返吹法冶煉低碳高鉻鋼具有極其特殊的意義。換言之，高溫不利于鉻的氧化，所以為了降低鋼中的鉻含量，一般均采用偏低的溫度并選用礦石氧化的方式進(jìn)行。
5．釩的氧化
釩對(duì)氧的親和力較大，當(dāng)熔池中(FeO)的含量很高時(shí)，它幾乎全部氧化。釩的氧化也是放熱反應(yīng)，因此偏低的氧化溫度可使釩的氧化損失增加。反應(yīng)式如下：
溫度升高后，由于碳的激烈氧化奪取了大量的(FeO)，從而也能抑制釩的氧化。釩既易氧化，產(chǎn)物(V2O3)、(V2O5)也極易還原。如果爐中剩留的含釩氧化渣較多，或爐壁和爐蓋處懸掛的含釩氧化渣較多，在電爐煉鋼的還原氣氛下，將有一部分的釩被還原回鋼中。這種情況在利用含釩爐料冶煉釩鋼時(shí)尤要注意，以避免釩的成分超出規(guī)格。
6．鎢的氧化
鎢是一種弱還原劑，它比鐵容易氧化。在電爐鋼的氧化過(guò)程中，當(dāng)(FeO)的含量很高時(shí)，鎢的氧化燒損也很嚴(yán)重。反應(yīng)式如下：
其中，WO3為酸性氧化物，除有一部分能被還原外，當(dāng)渣中堿度達(dá)到足夠高時(shí)，又能發(fā)生下述反應(yīng)：
因此，相對(duì)比較而言，酸性熔煉鎢幾乎不受損失，而堿性熔煉損失較大。此外(WO3)的沸點(diǎn)約為1850℃，所以還有一部分的(WO3)可能在電弧的光柱下升華而使鎢揮發(fā)。不難得出，礦石法氧化能使鋼液中的鎢蒙受損失，且堿性熔煉損失更大。因鎢鐵的生產(chǎn)比較困難，價(jià)格較高，所以礦石法冶煉不應(yīng)使用含鎢的爐料。然而鎢的熔點(diǎn)高，密度大，易沉積爐底，如果[FeO]的含量不高時(shí)，鎢的氧化損失也是有限的，這樣就為我們利用裝入法或返吹法冶煉高鎢鋼提供了可能。
7．鉬、鎳、鈷、銅等元素的氧化
鉬對(duì)氧的親和力幾乎與鐵一樣，在電爐鋼的冶煉過(guò)程中，如含量不高，它的氧化損失很微小，一般可忽略不計(jì)。但在冶煉高鉬鋼(Mo>4％以上)時(shí)，氧化損失必須予以考慮，這是因?yàn)殂f的氧化與氧化程度是隨鋼中鉬含量的增加而增加，即鉬的氧化損失與鉬在鋼液中的濃度有關(guān)。Ni、CO、Cu對(duì)氧的親和力比鐵小很多，在煉鋼條件下不會(huì)被氧化，但Ni有時(shí)也有損失，那是在電弧高溫區(qū)揮發(fā)的結(jié)果。通過(guò)氧化方式，As、Sb、Sn元素在氧化期一般是很難去除的。
四、冶煉溫度制度的制訂和鋼液的升溫
電爐煉鋼十分講究冶煉溫度，因?yàn)樗?guī)定和影響著反應(yīng)的方向與限度，直接關(guān)系到鋼的質(zhì)量、產(chǎn)量及各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，正確掌握冶煉溫度歷來(lái)都是電爐煉鋼工操作的一項(xiàng)主要任務(wù)。
1．冶煉溫度制度的制訂
由于溫度對(duì)電爐煉鋼的影響很大，因此它是冶煉工藝中的一個(gè)重要的參數(shù)。為了確保冶煉的順利進(jìn)行，針對(duì)具體情況制訂合適的冶煉溫度制度是十分必要的。溫度制度的制訂主要應(yīng)考慮以下諸因素：
(1)掌握鋼的熔點(diǎn)與鋼液的粘度。大量的科學(xué)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，只有冶煉溫度超過(guò)熔點(diǎn)的一定范圍時(shí)，渣鋼間的各種物化反應(yīng)才能得以充分進(jìn)行，因此鋼的熔點(diǎn)是制訂冶煉溫度制度的基礎(chǔ)。而冶煉過(guò)程中鋼液的成分是不斷變化的，所以在制訂冶煉溫度制度時(shí)，必須依據(jù)不同時(shí)期的鋼液成分，并運(yùn)用有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)式對(duì)熔點(diǎn)進(jìn)行近似計(jì)算。不同的鋼種在相同的溫度下粘度相差較大，如l8CrMnTi和12CrNi3A的熔點(diǎn)均為1510℃，但當(dāng)溫度升高100℃時(shí)，l2CrNi3A的粘度變化不大，而18CrMnTi的粘度卻降低33％。由于在相同的溫度下，鋼液的粘度不同，元素的擴(kuò)散與傳質(zhì)及各種物化反應(yīng)速度等也不同，因此為了保證冶金過(guò)程的順利進(jìn)行，在制訂冶煉溫度制度時(shí)就必須考慮鋼液粘度的影響。
(2)熟知各種物化反應(yīng)的溫度范圍。冶煉溫度制度的制訂除了要掌握鋼的熔點(diǎn)和鋼液的粘度外，就是要熟知各種物化反應(yīng)的溫度范圍。例如，氧化期的脫磷和脫碳：前期主要是脫磷，溫度應(yīng)中等偏低；后期主要是脫碳，溫度應(yīng)逐漸升高。另外，鋼的熔點(diǎn)因碳的氧化而逐漸上升，氧化期的脫碳量一般大于0．30％，對(duì)于碳含量小于1.0%的鋼液，熔點(diǎn)相應(yīng)提高20℃以上，因此氧化后期的溫度應(yīng)更高些。電爐煉鋼的還原期主要進(jìn)行脫氧、脫硫反應(yīng)，其中脫氧是關(guān)鍵，考慮脫氧工藝特點(diǎn)及鋼中原始硫含量，冶煉應(yīng)在較高的溫度下進(jìn)行。但是，鋼液還原后，由于大量脫氧劑和合金元素的不斷引入，鋼的熔點(diǎn)是降低的，因而還原期的冶煉溫度又理應(yīng)是由高逐漸降低的。如ZGMn13的熔點(diǎn)低，流動(dòng)性較好，但當(dāng)冶煉溫度在1600℃以上時(shí)，鋼中的錳將與耐火材料中的SiO2發(fā)生反應(yīng)，易使?fàn)t襯損壞嚴(yán)重或造成漏爐事故，所以在制訂ZGMn13鋼冶煉溫度制度時(shí)，不可不考慮這一特殊反應(yīng)的溫度范圍。
(3)了解鋼種的特性和易產(chǎn)生的冶金缺陷。不同的鋼種有不同的特性，易產(chǎn)生不同的冶金缺陷，對(duì)冶煉溫度的要求也不一樣。一般對(duì)于碳含量低、熔點(diǎn)高、粘度大的鋼種，確定的冶煉溫度要略高一些，而對(duì)于含碳或含硅或含錳高、流動(dòng)性好的鋼種應(yīng)稍低些。對(duì)于白點(diǎn)、偏析、層狀斷口敏感的鋼種，確定的冶煉溫度要適當(dāng)?shù)鸵恍?，而?duì)于要求檢查發(fā)紋的鋼種要適當(dāng)高一些。
(4)考慮冶煉過(guò)程中的各種生成熱和溫度降。冶煉溫度制度的制訂應(yīng)考慮冶煉過(guò)程中的各種生成熱。如熔化期的吹氧助熔或C、Si、Mn等元素的氧化，均使熔池的溫度升高；還原期許多脫氧元素與氧發(fā)生的反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，當(dāng)用量較多時(shí)，如果不考慮，容易出現(xiàn)高溫鋼并浪費(fèi)大量的熱量。此外，在制訂冶煉溫度制度時(shí)，還應(yīng)考慮冶煉過(guò)程中的各種溫度降，如氧化末期的全扒渣降溫、造渣材料和各種鐵合金從常溫加熱到熔點(diǎn)，再由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的吸熱降溫、中間出鋼法的降溫、出鋼過(guò)程及包中精煉或采用固體合成渣的降溫，鎮(zhèn)靜與澆注過(guò)程的降溫等，如果忽視，易使冶煉出現(xiàn)低溫鋼或后升溫。
2．鋼液的升溫
由于脫磷，熔化末期至氧化前期，鋼液的溫度多是中等偏低的。但為了保證熔池的激烈沸騰，脫碳反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，礦石的熔化也需要消耗一定是熱量，隨著碳含量的降低而鋼的熔點(diǎn)提高，要求氧化期的鋼液必須不斷地進(jìn)行升溫。此外，氧化期鋼液的升溫也為還原期造渣、脫氧、脫硫及合金化等創(chuàng)造了有利條件。
從熔體的加熱條件上分析，氧化期鋼液的升溫比還原期有利，這是因?yàn)榧ち业奶佳醴磻?yīng)引起的沸騰火舌加速了熱量的傳遞，可在短時(shí)間內(nèi)迅速提高鋼液溫度以及使鋼液溫度變得更加均勻。而還原期的熔池比較平靜，鋼液中因合金元素與脫氧劑的引入，粘度增加，不利于分子的熱振動(dòng)或自由電子的穿過(guò)。另外，還原性鋼液和氧化性鋼液及還原渣和氧化渣的熱導(dǎo)率不一樣。在還原性鋼液中，合金元素和雜質(zhì)的總含量比氧化性鋼液中的高，在其他條件相同的情況下，還原性鋼液的熱導(dǎo)率不如氧化性鋼液的高。同理，還原渣的導(dǎo)熱能力也不如氧化渣的好。一般說(shuō)來(lái)，靜止熔渣的熱導(dǎo)率要比沸騰熔渣的熱導(dǎo)率低20～40倍。電爐煉鋼的弧光熱是通過(guò)熔渣傳給鋼液的，盡管還原期引入了大量的合金元素與脫氧劑，鋼的熔點(diǎn)雖然下降了，但總的情況仍然是不利于鋼液的升溫與加熱。
鋼液在還原后期的升溫俗稱后升溫。由于熔體的導(dǎo)熱性能不好，后升溫的速度極為緩慢且熔池中溫度分布也不均勻，既延長(zhǎng)了還原時(shí)間，又往往造成脫氧效果差，進(jìn)而使鋼中氣體和夾雜物含量增加，也降低爐襯的使用壽命。既不利于操作，又影響鋼的質(zhì)量。因此，在冶煉過(guò)程中要求氧化末期鋼液的溫度要高于或至少應(yīng)等于出鋼溫度。
然而，鋼液的升溫又不能無(wú)止境的過(guò)高，因過(guò)高的冶煉溫度不僅浪費(fèi)大量的原材料與電能，而且侵蝕爐襯嚴(yán)重，對(duì)于容量大的電爐爐臺(tái)，由于熱焓高，降溫困難，易出現(xiàn)高溫鋼或影響還原操作及鋼的澆注。
五、全扒渣與增碳
1．全扒渣
全扒渣就是將熔融爐渣全部扒除。氧化結(jié)束后，熔池即將轉(zhuǎn)入還原期，但為了迅速克服爐內(nèi)的氧化狀態(tài)以及防止熔渣中有害雜質(zhì)的還原，需將氧化渣全部扒除。全扒渣是氧化與還原的分界線。熔化末期為了脫磷或去鉻，出鋼前為了脫硫或降溫或使某些易氧化元素收得率高且又穩(wěn)定，有時(shí)也需要進(jìn)行全扒渣，我們這里指的是氧化末期的全扒渣。
A．氧化末期的全扒渣條件
氧化期各項(xiàng)任務(wù)完成后，鋼液需要繼續(xù)留在爐內(nèi)進(jìn)行精煉，這時(shí)只有具備下述條件方可進(jìn)行全扒渣操作：
(1)足夠高的扒渣溫度。氧化末期鋼液溫度一般均高于出鋼溫度20～30℃，至少也應(yīng)等于出鋼溫度(稀薄渣下加入大量鐵合金的例外)，這主要是考慮到扒渣時(shí)和扒渣后加入大量的造渣材料與鐵合金以及抬電報(bào)扒渣等都會(huì)降低鋼液溫度。此外，為了盡快形成稀薄渣和防止還原期后升溫及保證脫氧、脫硫等冶金反應(yīng)的順利進(jìn)行，也要求鋼液要有足夠高的扒渣溫度。
(2)合適的化學(xué)成分。鋼中的碳含量應(yīng)達(dá)到所需要的范圍：一般碳素鋼應(yīng)達(dá)到規(guī)格下限附近；碳素工具鋼應(yīng)達(dá)到規(guī)格的中下限，合金鋼全扒渣的碳含量應(yīng)加上鐵合金帶入的碳含量、再加上造渣材料和脫氧工藝的增碳量達(dá)到規(guī)格下限附近。磷含量在還原期只能增加，不能降低，這是由于全扒渣不徹底或飛揚(yáng)懸掛在爐壁、爐蓋處的渣中磷發(fā)生還原所致。另外，加入鐵合金中的磷也被帶入鋼中。因此，氧化末期全扒渣前鋼液中的磷含量應(yīng)越低越好。一般扒渣前對(duì)各種規(guī)格的磷含量應(yīng)符合表表l2—3中的規(guī)定。對(duì)于錳含量，在冶煉含錳低的鋼種(如Tl0等鋼)時(shí)，全扒渣前的錳含量應(yīng)按表12—4的要求控制。對(duì)于用途重要的高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼或碳含量低于0.20％的鋼液，在氧化末期應(yīng)保持錳，并將錳的含量調(diào)到0．20％以上。對(duì)于含Ni、Mo、W的鋼種應(yīng)將成分調(diào)到規(guī)格下限或中下限附近，其他殘余元素的含量也應(yīng)符合規(guī)格要求。
表l2—3氧化末期全扒渣前鋼中磷含量的規(guī)定
表12—4氧化末期全扒渣前的錳含量控制
(3)調(diào)整好熔渣的流動(dòng)性。扒渣前要調(diào)整好熔渣的流動(dòng)性。因過(guò)稀的熔渣會(huì)從耙頭兩側(cè)溜開(kāi)，也容易帶出鋼水；過(guò)稠的熔渣操作費(fèi)力，也不易扒出。兩者都延長(zhǎng)扒渣時(shí)間，且又不易扒凈。因此，扒渣前調(diào)整好熔渣的流動(dòng)性也是十分必要的。
B．氧化末期對(duì)全扒渣的要求及操作
因?yàn)檠趸?span lang="EN-US">(FeO)和磷含量很高，如果不扒凈，還原期脫氧困難，脫氧劑用量增加，脫氧時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)鋼中也回磷，所以氧化末期的全扒渣要求干凈徹底，又因?yàn)榘窃^(guò)程中，鋼水裸露，鋼液急劇降溫且吸氣嚴(yán)重，所以又要求扒渣迅速。為此，扒渣前要撬掉爐門殘?jiān)|好爐門(中小型爐臺(tái)的除渣一般都通過(guò)爐門)，提前準(zhǔn)備好耙子和渣罐等。
扒渣多用木制或水冷的耙子。扒時(shí)應(yīng)首先帶電扒去大部分，然后方可略抬電極進(jìn)行，以免鋼液降溫太多。也可根據(jù)需要向爐門一側(cè)傾動(dòng)爐體，以利于熔渣的快速扒除。此外，在裝有電磁攪拌的大型爐臺(tái)上，可利用攪拌作用，把熔渣聚集到爐門中處，使扒渣操作易于進(jìn)行。
2．增碳
增碳多是脫碳量不足或終脫碳過(guò)低所致，它是一種不正常的操作。因?yàn)樵鎏歼^(guò)程易使鋼中氣體和夾雜含量增加，既浪費(fèi)原材料，又延長(zhǎng)冶煉時(shí)間，所以應(yīng)盡量避免。
常見(jiàn)的增碳方法有四種：
(1)補(bǔ)加生鐵增碳。由于該法降低鋼液溫度且又要求裝入量在熔池允許的條件下進(jìn)行，因此增碳量受到了限制，一般不大于0.05％。
(2)停電下電極增碳，但增加電極消耗，一般不提倡。
(3)扒渣增碳。該法雖然收得率不夠準(zhǔn)確，但經(jīng)濟(jì)方便，因而比較多見(jiàn)。
(4)噴粉增碳。該法操作迅速、簡(jiǎn)便，且準(zhǔn)確而又不降低熔池溫度，所以是目前最理想的增碳方法。
增碳應(yīng)考慮加入鐵含量帶入的碳量以及還原工藝的增碳量(如電石渣)。常用的增碳劑除生鐵外，還有電極粉或焦炭粉等 ，它們的收得率不僅與增碳劑的質(zhì)量和增碳數(shù)量及增碳方法有關(guān)，而且與所煉鋼種、冶煉方法、鋼液溫度和爐齡情況有關(guān).一般電極粉比焦炭粉收得率高；增碳量越多收得率越低；中碳鋼比高碳鋼和低碳鋼的收得率要高；氧化法比不氧化法收得率要高；爐齡中期比爐齡初期和末期要低一些；鋼液溫度越高收得率越高；噴粉增碳的收得率比扒渣增碳高。
對(duì)于扒渣增碳，為了穩(wěn)定增碳劑的收得率，必須將熔渣扒凈，增碳劑加入后要用耙子在鋼液面上進(jìn)行充分地推搟，促進(jìn)鋼液對(duì)炭粉的吸收，然后加入造渣材料。扒渣增碳過(guò)程中，為了減少吸氣和避免增碳劑的回收不準(zhǔn)，最好不通電。
六、氧化期操作
1．判斷氧化期進(jìn)行程度的主要標(biāo)志
對(duì)于不配備爐外精煉的電爐煉鋼，為了更好地去除鋼中的氣體和非金屬夾雜物，氧化期必須保證熔池要有一定的激烈沸騰時(shí)間，因此在脫碳過(guò)程中要求要有一定的脫碳量和脫碳速度。從現(xiàn)象上看，脫碳量、脫碳速度、激烈沸騰時(shí)間就是判斷氧化期進(jìn)行程度的主要標(biāo)志。
（1）脫碳量
在電爐鋼生產(chǎn)過(guò)程中，氧化期的脫碳量是根據(jù)所煉鋼種和技術(shù)條件的要求，冶煉方法和爐料的質(zhì)量等因素來(lái)確定。一般說(shuō)來(lái)，爐料質(zhì)量越差或?qū)︿摰馁|(zhì)量要求越嚴(yán)，要求脫碳量要相應(yīng)高些。
生產(chǎn)實(shí)踐證明，脫碳量過(guò)少，達(dá)不到去除鋼中一定量氣體和夾雜物的目的；而脫碳量過(guò)大，對(duì)鋼的質(zhì)量并沒(méi)有明顯的改善，相反會(huì)延長(zhǎng)冶煉時(shí)間及加重對(duì)爐襯的侵蝕，浪費(fèi)人力物力，因此脫碳量過(guò)大也是沒(méi)有必要的。一般認(rèn)為，氧化法冶煉的脫碳量為0.20％～0.40％，返吹法則要求大于0.10％，而小爐臺(tái)因脫碳速度快，可規(guī)定略高一些。
（2）脫碳速度
生產(chǎn)實(shí)踐證明，脫碳速度過(guò)慢，熔池沸騰緩慢，起不到充分去氣除夾雜的作用；而脫碳速度過(guò)快，在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束脫碳，必然造成熔池猛烈的沸騰，易使鋼液裸露，吸氣嚴(yán)重，且對(duì)爐襯侵蝕加重，這不僅對(duì)去氣除夾雜不利，還會(huì)造成噴濺、跑鋼等事故。所以，電爐煉鋼的脫碳要求要有一定的速度。合適的脫碳速度應(yīng)保證單位時(shí)間內(nèi)鋼液的去氣量大于吸氣量，并能使夾雜物充分排出。一般正常的礦石脫碳速度要求為0.008～0.015％／min，而吹氧脫碳速度要求為0.03～0.05％／min。
（3）激烈沸騰時(shí)間
氧化期的脫碳量和脫碳速度往往還不能真實(shí)地反映鋼液沸騰的好壞，必須再考慮熔池的激烈沸騰時(shí)間，只有這樣才能全面地表明鋼中去氣除夾雜及鋼液溫度的均勻情況等。然而熔池的激烈沸騰時(shí)間取決于氧化的開(kāi)始溫度、渣況及供氧速度等，即熔池的激烈沸騰時(shí)間與脫碳量和脫碳速度有直接關(guān)系。但即使上述因素不完全具備，電爐煉鋼工也可通過(guò)直接向熔池吹入氬氣或CO氣體等，保證熔池具有足夠的激烈沸騰時(shí)間。這里必須指出，向熔池中吹入氬氣或CO氣體，雖能制造良好的激烈沸騰，但它不能解決鋼中雜質(zhì)的氧化，而許多雜質(zhì)的氧化是離不開(kāi)氧的。因此，在氧化期如果不向熔池中供氧，單憑吹氬或吹CO氣體，最終也不能獲得較為理想的純凈鋼液。
在電爐鋼生產(chǎn)過(guò)程中，氧化期熔池的激烈沸騰時(shí)間不應(yīng)過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)，一般約在15～20min就可滿足要求。
2．氧化期操作
（1）氧化期操作的原則
氧化期的各項(xiàng)任務(wù)主要是通過(guò)脫碳來(lái)完成。單就脫磷和脫碳來(lái)說(shuō)，兩者均要求熔渣具有較強(qiáng)的氧化能力，可是脫磷要求中等偏低的溫度、大渣量且流動(dòng)性良好，而脫碳要求高溫、薄渣，所以熔池的溫度是逐漸上升的，根據(jù)這些特點(diǎn)，我們將氧化期總的操作原則歸納如下：
在氧化順序上，先磷后碳；在溫度控制上，先慢后快；在造渣上，先大渣量去磷，后薄渣脫碳；在供氧上，可先進(jìn)行礦石或綜合氧化，最后以吹氧為主。
（2）氧化期的一般操作
爐料全熔經(jīng)攪拌后，取樣分析C、Mn、S、P、Ni、Cr、Si、Cu，如鋼中含有MO、W等元素也要進(jìn)行分析。然后扒渣并補(bǔ)造新渣，使氧化渣的渣量達(dá)到料重的3％～4％。為了加速造渣材料的熔化可用氧氣吹拂渣層，流動(dòng)性不好時(shí)要用螢石調(diào)整，當(dāng)溫度達(dá)到l530℃以上開(kāi)始用礦石氧化。在氧化過(guò)程中，應(yīng)控制脫碳速度，并掌握熔池的激烈沸騰時(shí)間；脫碳量要滿足工藝要求，如果不足應(yīng)選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行增碳。在氧化過(guò)程中，最好能夠做到自動(dòng)流渣，這樣既有利于脫磷，又有利于后期的薄渣降碳。為了掌握脫碳、脫磷情況及準(zhǔn)確地知道不氧化元素的成分，在氧化中途還應(yīng)分析有關(guān)的含量。當(dāng)加完礦或停吹后，熔池進(jìn)入清潔沸騰，有的還要保持錳，在這同時(shí)，根據(jù)需要還要調(diào)整一些不氧化元素的成分，如Ni、MO等，使之達(dá)到規(guī)格的中下限，然后再取樣分析C、Mn、P等及其他有關(guān)元素的成分。當(dāng)熔池具備扒渣條件時(shí)，即可進(jìn)行全扒渣操作，而后轉(zhuǎn)入還原期。
在氧化過(guò)程中，應(yīng)正確控制熔渣的成分、流動(dòng)性和渣量，無(wú)論是脫磷還是脫碳，都要求熔渣具有較高的氧化能力和良好的流動(dòng)性。理想的脫磷堿度應(yīng)保持為2.5～3.0，而脫碳的堿度為2.0左右。在冶煉過(guò)程中，有的因爐壁倒塌或爐底大塊鎂砂上浮，使氧化渣的流動(dòng)性變壞，這時(shí)應(yīng)及時(shí)地扒出。
良好的氧化渣應(yīng)是泡沫渣，可包圍住弧光，從而有利于鋼液的升溫和保護(hù)爐襯，冷卻后表面呈油黑色，斷口致密而松脫，這表明(FeO)含量較高、堿度合適。氧化末期有時(shí)氧化渣發(fā)稠，這主要是爐襯粉化的鎂砂和大量的非金屬夾雜物上浮造成的。冶煉高碳鋼時(shí)，如熔渣發(fā)干，表面粗糙且呈淺棕色，表明(FeO)含量低，氧化性能差，這種現(xiàn)象在返吹法冶煉或純氧氧化時(shí)出現(xiàn)較多。冶煉低碳鋼時(shí)，如氧化渣表面呈黑亮色，渣又很薄，表明(FeO)含量高，堿度低，這時(shí)應(yīng)補(bǔ)加石灰。
（3）氧化期常見(jiàn)的幾種典型操作
氧化期是在確知熔清成分和溫度合適的條件下開(kāi)始的，但有時(shí)熔清成分不是那么理想，常見(jiàn)的有碳高、磷高；碳高、磷低；碳低、磷高；碳低、磷低等幾種典型情況，現(xiàn)分述如下：
a．碳高、磷高。此時(shí)應(yīng)在氧化初期，利用熔池溫度偏低的機(jī)會(huì)集中力量脫磷，并在脫磷過(guò)程中，逐漸升溫，為后期脫碳創(chuàng)造條件。具體操作是：全熔扒渣后制造較大的渣量，可吹氧化渣并升溫，然后加入礦石粉或氧化鐵皮及適量的礦石，以利于脫磷。在這同時(shí)，要保證熔渣流動(dòng)性良好，當(dāng)溫度合適后，再分批加入礦石制造脫碳沸騰，并自動(dòng)流渣，補(bǔ)充新渣或進(jìn)行換渣操作，這樣很快就能使磷滿足扒渣的許可條件。如果全熔換渣后改用噴粉脫磷效果更好。在碳高、磷高的情況下，氧化前期的操作以脫磷為主，后期以脫碳為主。當(dāng)然，高水平的操作也可兩者兼顧，直至全面滿足工藝要求為止。
b．碳高、磷低。如果沒(méi)有滿足扒渣的許可條件，這時(shí)的操作除采用噴粉脫磷外，還可利用脫碳沸騰，并在脫碳過(guò)程中去磷。具體操作是：全熔扒渣后制造較大的渣量，用氧氣化渣升溫，當(dāng)溫度合適后開(kāi)始降碳，并適時(shí)地加入礦石或氧化鐵皮等，使其自動(dòng)流渣、并補(bǔ)選新渣，這樣很快就能將磷降到扒渣許可的條件，最后采用高溫、薄渣脫碳直至滿足工藝要求為止。
如果已滿足扒渣的許可條件，這時(shí)的操作主要是制造熔池沸騰和降碳，與此同時(shí)升溫。具體操作是：全熔扒渣后制造合適的渣量，用氧氣快速化渣與升溫，當(dāng)溫度合適后，可采用礦氧并用或純氧脫碳，直至滿足工藝要求為止。
c．碳低、磷高。這時(shí)應(yīng)集中力量去磷，然后增碳，當(dāng)溫度上來(lái)后，再制造脫碳沸騰直至滿足工藝要求為止。
d．碳低、磷低。這時(shí)的操作主要是增碳，然后再脫碳激烈沸騰，與此同時(shí)快速升溫。如果爐料質(zhì)量較好，即雜質(zhì)較少，而激烈沸騰時(shí)間不夠時(shí)，也可借助于直接吹入氬氣或吹CO氣體來(lái)彌補(bǔ)熔池的沸騰，以滿足工藝要求。 |
