一 : 电炉炼钢工艺
【本章学习要点】本章学习电炉炼钢的配料计算，装料方法及操作，电炉熔化期、氧化期、还原期的任务及其操作，出钢操作等。
电炉炼钢，主要是指电弧炉炼钢，是目前国内外生产特殊钢的主要方法。目前，世界上90%以上的电炉钢是电弧炉生产的，还有少量电炉钢是由感应炉、电渣炉等生产的。通常所说的电弧炉，是指碱性电弧炉。
电弧炉主要是利用电极与炉料之间放电产生电弧发出的热量来炼钢。其优点是：（1）热效率高，废气带走的热量相对较少，其热效率可达65%以上。
（2）温度高，电弧区温度高达3000℃以上，可以快速熔化各种炉料。
（3）温度容易调整和控制，可以满足冶炼不同钢种的要求。
（4）炉内气氛可以控制，可去磷、硫，还可脱氧。
（5）设备简单，占地少，投资省。
第一节 冶炼方法的分类
根据炉料的入炉状态分，有热装和冷装两种。热装没有熔化期，冶炼时间短，生产率高，但需转炉或其他形式的混铁炉配合；冷装主要使用固体钢铁料或海绵铁等。根据冶炼过程中的造渣次数分，有单渣法和双渣法。根据冶炼过程中用氧与不用氧来分，有氧化法和不氧化法。氧化法多采用双渣冶炼，但也有采用单渣冶炼的，如电炉钢的快速冶炼，而不氧化法均采用单渣冶炼。此外，还有返回吹氧法。根据氧化期供氧方式的不同，有矿石氧化法、氧气氧化法和矿、氧综合氧化法及氩氧混吹法。
冶炼方法的确定主要取决于炉料的组成以及对成品钢的质量要求，下面我们扼要介绍几种冶炼方法：
(1)氧化法。氧化法冶炼的特点是有氧化期，在冶炼过程中采用氧化剂用来氧化钢液中的Si、Mn、P等超规格的元素及其他杂质。因此，该法虽是采用粗料却能冶炼出高级优质钢，所以应用极为广泛。缺点是冶炼时间长，易氧化元素烧损大。
(2)不氧化法。不氧化法冶炼的特点是没有氧化期，一般全用精料，如本钢种或类似本钢种返回废钢以及软钢等，要求磷及其他杂质含量越低越好，配入的合金元素含量应进入或接近于成品钢规格的中限或下限。不氧化法冶炼可回收大量贵重合金元素和缩短冶炼时间。在缺少本钢种或类似本钢种返回废钢时，炉料中可配入铁合金，这种冶炼方法又叫做装入法，用“入”字表示，多用于冶炼高合金钢等钢种上。
不氧化法冶炼如果不采取其他有效措施相配合，则成品钢中的氢、氮含量容易偏高。为了消除这种缺点，从而出现了返回吹氧法。
(3)返回吹氧法。返回吹氧法简称返吹法，用“返”字表示。该法主要使用返回废钢并在冶炼过程中用氧气进行稍许的氧化沸腾，既可有利于回收贵重的合金元素，又能降低钢中氢、氮及其他杂质的含量。因此，该法多用于冶炼铬镍钨或铬镍不锈钢等钢种。
(4)氩氧混吹法。炉料全熔后，按比例将混合好的氩、氧气体从炉门或从炉底吹入，即相当于一台电炉又带一台AOD精炼炉。该法主要用于不锈钢的冶炼上，特点是铬的回收率高，成本低，操作灵活简便，且钢的质量好。
第二节配 料
配料的首要任务是保证冶炼的顺利进行。科学的配料既要准确，又要合理地使用钢铁料，同时还要确保缩短冶炼时间、节约合金材料并降低金属及其他辅助材料的消耗。
一、对配料的基本要求
1．准确配料
一般是根据冶炼的钢种、设备条件、现有的原材料和不同的冶炼方法进行配料。配料的准确性包括炉料重量及配料成分两个方面。配料重量不准，容易导致冶炼过程化学成分控制不当或造成钢锭缺支短尺废品，也可能出现过量的注余增加消耗。炉料化学成分配得不准，会给冶炼操作带来极大的困难，严重时将使冶炼无法进行。以氧化法冶炼为例，如配碳量过高，会增加矿石用量或延长用氧时间；配碳量过低，熔清后势必进行增碳；配入不氧化元素的含量如果高于冶炼钢种的规格，需加入其他金属料撤掉多余的含量或进行改钢处理，既延长了冶炼时间，降低了炉衬的使用寿命，增加了各种原材料的消耗，又影响钢的质量，如果配得过高而又无其他钢种可更改时，只有终止冶炼。为了杜绝以上情况的发生，配料前掌握有关钢铁料及铁合金的化学成分是十分必要的。
实际上，影响配料准确性的因素较多，除与计划、计算及计量有关外，还与收得率、炉体情况、钢铁料及铁合金的科学管理、装料工和炼钢工的操作水平等有关。
2．钢铁料的使用原则
钢铁料的使用原则主要应考虑冶炼方法、装料方法、钢种的化学成分以及产品对质量的要求等。根据冶炼方法的不同特点使用钢铁料，钢铁料的化学成分必须符合冶炼钢种的需要。氧化法有较好的脱磷、去气、除夹杂的能力，应多使用普通的粗料；返吹法和不氧化法因脱磷、去气、除夹杂能力不强，但能回收贵重的合金元素，所以应尽量使用优质的返回精料。由于对轴承钢、曲轴钢以及高标准的结构钢等的质量与使用性能要求较高，无论采用何种方法冶炼，最好多用一些精料。
此外，在配料时，还应预先掌握钢铁料的块度和单位体积重量。一般炉料中应配入大块料30％～40％、中块料40％～50％、小块料或轻薄铁15％～25％。当然，料源不好或采用炉外精炼时，轻薄杂铁也可多配。人工装料时，钢铁料的块度及重量必须与炉门的尺寸和人力相适应，轻薄料也不宜过多，以免延长装料时间。炉顶机械装料时，由于采用机械设备且能充分利用熔炼室空间，可使用较大的重料及较多的轻薄料。
表l2-1常见钢种的密度系数
二、配料计算公式
1．炉料成分的配定原则
配料过程中，炉料化学成分的配定主要考虑钢种规格成分、冶炼方法、元素特性及工艺的具体要求等。具体为：
(1)碳的配定。炉料中碳的配定主要考虑钢种规格成分、熔化期碳的烧损及氧化期的脱碳量，还应考虑还原期补加合金和造渣制度对钢液的增碳。熔化期碳元素的烧损与助熔方式有关，可根据实际生产的具体条件，总结固有规律，一般波动在0．60％左右。氧化期的脱碳量应根据工艺的具体要求而定，对于新炉时的第一炉，脱碳量应大于0．40％。不氧化法碳的配定应保证全熔碳位于钢种规格要求的下限附近。
(2)硅的配定。在一般情况下，氧化法冶炼钢铁料的硅主要是由生铁和废钢带入，全熔后的硅不应大于0．30％，以免延缓熔池的沸腾时间。返吹法冶炼为了提高合金元素的收得率，根据工艺要求可配入硅废钢或硅铁，但也不宜超过1．0％以上，对于特殊情况也可不配。
(3)锰的配定。用氧化法冶炼的钢种，如锰的规格含量较高，配料时一般不予以考虑；如锰的规格含量较低，配料时应严格控制，尽量避免炼钢工进行脱锰操作。对于一些用途重要的钢种，为了使钢中的非金属夹杂物能够充分上浮，熔清后钢液中的锰含量不应低于0．20％，但也不宜过高，以免影响熔池的沸腾及脱磷。由于不氧化法或返吹法冶炼脱锰操作困难，因此配锰量不得超过钢种规格的中限。高速钢中锰影响钢的晶粒度，配入量应越低越好。
(4)铬的配定。用氧化法冶炼的钢种，钢中的铬含量应尽可能的低。冶炼高铬钢时，配铬量不氧化法按出钢量的中下限控制，返吹法则低于下限。
(5)镍、钼元素的配定。钢中镍、钼含量较高时，镍、钼含量按钢种规格的中下限配入，并同炉料一起装炉。冶炼无镍钢时，钢铁料中的镍含量应低于该钢种规定的残余成分。高速钢中的镍对硬度有害无利，因此要求残余含量越低越好。
(6)钨的配定。钨是弱还原剂，在钢的冶炼过程中，因用氧方式的不同而有不同的损失。矿石法冶炼，任何钢种均不人为配钨，且要求残余钨越低越好。不氧化法和返吹法冶炼时，应按钢种规格含量的中下限配入，并同炉料一起装炉。许多钨钢中的钼在成分上可代替部分钨，配料过程中应严加注意。
(7)刷锅钢种炉料成分的配定原则。在电炉炼钢车间，在冶炼含Cr、Ni、M0、W或Mn 等高合金钢结束后，接着需冶炼l～2炉含同种元素含量相应较低的合金钢，对上一炉使用的炉衬和钢包进行清洗，这样的钢种被称为刷锅钢种。刷锅钢种如采用返吹法冶炼，被刷元素的含量应低于该钢种规格下限的0．20％～0．50％；如用氧化法冶炼，被刷元素的含量还要低一些。另外，出钢温度越高的钢种，被刷元素的含量应配得越低。
(8)磷、硫的配定。除磷、硫钢外，一般钢中的磷、硫含量均是配得越低越好，但顾及钢铁料的实际情况，在配料过程中，磷、硫含量的配定小于工艺或规程要求所允许的值即可。
(9)铝、钛的配定。在电炉钢冶炼中，除镍基合金外，铝、钛元素的烧损均较大，因此无论采用何种方法冶炼，一般都不人为配入。
(10)铜的配定。在钢的冶炼过程中，铜无法去除，且钢中的铜在氧化气氛中加热时存在着选择性的氧化，影响钢的热加工质量，因此一般钢中的铜含量应配得越低越好，而铜钢中的铜多随用随加。
2．配料计算公式
出钢量
出钢量=产量+汤道量+中注管钢量+注余量
产量=标准钢锭(钢坯)单重×支数×相对密度系数
汤道量=标准汤道单重×根数×相对密度系数
中注管钢量=标准中注管单重×根数×相对密度系数
注余量是浇注帽口充填后的剩余钢水量，一般为出钢量的0．5％～l．5％。对于容量小、浇注盘数多、生产小锭时，取上限值；反之取下限值。
配料过程中，不可不考虑钢的相对密度系数。
装入量
炉料综合收得率是根据炉料中杂质和元素烧损的总量而确定的，烧损越大，配比越高，综合收得率越低。
炉料综合收得率=∑各种钢铁料配料比×各种钢铁料收得率+∑各种铁合金加入比例×各种铁合金收得率
钢铁料的收得率一般分为三级。
一级钢铁料的收得率按98％考虑，主要包括返回废钢、软钢、平钢、洗炉钢、锻头、生铁以及中间合余料等，这级钢铁料表面无锈或少锈。
二级钢铁料的收得率按94％考虑，主要包括低质钢、铁路建筑废器材、弹簧钢、车轮等。
三级钢铁料的收得率波动较大，一般按85％～90％考虑，主要包括轻薄杂铁、链板、渣钢铁等，这级钢铁料表面锈蚀严重，灰尘杂质较多。
对于新炉衬(第一炉)，因镁质耐火材料吸附铁的能力较强，钢铁料的收得率更低，一般还需多配装入量的l％左右。
配料量
配料量=装入量—铁合金总补加量—矿石进铁量
矿石进铁量=矿石加入量×矿石含铁量×铁的收得率
矿石的加入量一般按出钢量的4%算，如果铁合金的总补加量较大，需在出钢量中扣除铁合金的总补加量，然后再计算矿石进铁量。矿石中的铁含量约为50％～60％，铁的收得率按80％考虑，非氧化法冶炼因不用矿石，故无此项。
各种材料配料量
各种材料配料量=配料量×各种材料配料比
三、配料计算举例
例1用矿石氧化法冶炼38CrMoAl钢，浇注一盘3.2t钢锭6支，每根汤道重20kg，中注管钢重l20kg，注余重l50kg，其他已知条件如下：
炉中残余锰量为0．10％，残余铬量为0．15％，残余钼量为0．01％。
控制规格成分：C0．38％、Mn0．45％、Crl．55％、M00．20％、Al0．90％。
铬铁含铬量为65％，收得率为96％；锰铁含锰量为60％，收得率为98％；钼铁含钼量为70％，收得率为98％；铝锭含铝量为98％，收得率为75％。
C生为4．00％，C返为0．30％，C杂为0．10％，炉料综合收得率为96％，38CrMoAl的相对密度系数为0．9872，矿石的铁含量为60％。当配碳量为0．80％时，求配料量和配料组成?
解：(1)出钢量=(3200×6+20×6+120+150) ×0.9872
=19339.25(kg)
(2) (kg)
(3)配料量：
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
铁合金总补加量=115．11+433．89+53．56+236．81
=839.37(kg)
矿石进铁量=(19339.25-839.37)×4％×60％×80％
=355．20(kg)．
配料量=20145．O5=839.37—355.20
=18950.48(kg)
(4)配料组成：
令杂铁配比为20％，则：
杂铁配入量=l8950.48×20％=3790.10(kg)
=2765.5(kg)
返回废钢配入量=l8950.48-3790.10-2765.75
=12394.63(kg)
第三节 装料方法及操作
装料操作是电炉冶炼过程中重要的一环，它对炉料的熔化、合金元素的烧损以及炉衬的使用寿命等都有很大的影响。
一、装料方法
电炉炼钢最常见的是冷装料，而冷装按钢铁料的入炉方式不同可分为人工装料和机械装料；机械装料因采用设备不同又分为料槽、料斗、料筐装料等多种。目前，广泛采用的还是料筐顶装料。其装料过程是：将炉料按一定要求装在用铁链销住底部的料筐中。装料时，先抬起炉盖，并将其旋转到炉子的后侧或将炉体开出；然后再用天车将料筐从炉顶吊入炉内，而后拉开销子卸料入炉。
人工装料多用于公称容量小于3t的电炉，缺点是装料时间长，生产率低，热量损失大，电能消耗高，劳动强度大且炉料的块度和单重受炉门尺寸及人的体力限制。
料槽或料斗装料虽能减轻劳动强度，能弥补人工装料的一些缺点，但装料时间仍较长，且易剐碰炉门。
料筐顶装料是目前最理想的装料方法，炉料入炉速度快，只需3～5min就可完成，热量损失小，节约电能，能提高炉衬的使用寿命，还能充分利用熔炼室的空间。另外，料筐中的料可在原料跨间或贮料场上提前装好，时间充裕、布料合理，装入炉内的炉料仍能保持它在料筐中的布料位置，如炉料质量好，一次即可完成装料。
二、对装料的要求
为了缩短时间，保证合金元素的收得率，降低电耗和提高炉衬的使用寿命，装料时要求做到：准确无误、快速入炉、装得致密、布料合理。操作时应注意以下几点：
(1)防止错装。首先是原料工段装料时，要严格按配料单进行装料，严禁装错炉料；其次是炉前吊筐时，要认真检查随料筐单的炉号、冶炼钢种及冶炼方法等与炉前的生产计划单是否相符，防止吊错料筐。
(2)快速装料。刚出完钢时，炉膛温度高达1500℃以上，但此时散热很快，几分钟内便可降到800℃以下。因此应预先做好装料前的准备工作，进行必要的补炉之后快速将炉料装入炉内，以便充分利用炉内的余热，这对于加速炉料熔化、降低电耗等有很大意义。
(3)合理布料。合理布料包括以下两方面的含义：
首先，各种炉料的搭配要合理。装入炉内的炉料要足够密实，以保证一次装完；同时，增加炉料的导电性，以加速熔化。为此，必须大、中、小料合理搭配。一般料块重量小于lOkg的为小料，l0～25kg的为中料，大于50kg而小于炉料总重五十分之一的为大料。根据生产经验，合理的配比是小料占l5％～20％，中料占40％～50％，大料占40％。
其次，各种炉料的分布要合理。根据电炉内温度分布的特点，各种炉料在炉内亦即筐内的合理位置是：底部装一些小料，用量为小料总量的一半，以缓冲装料时对炉底的冲击，同时有利于尽早在炉底形成熔池；然后在料筐的下部中心装全部大料，此处温度高，有利于大料的熔化，同时还可防止电极在炉底尚未积存足够深的钢液前降至炉底而烧坏炉衬；在大料之间填充小料，以保证炉料密实；中型炉料装在大料的上面及四周；最上面放上剩余的小料，以便送电后电极能很快“穿井”，埋弧于炉料之中，减轻电弧对炉盖的热辐射。如果炉料中配有生铁，应装在大料的上面或电极下面，以便利用它的渗碳作用降低大料的熔点，加速其熔化。若炉料中配有合金，熔点高的钨铁、钼铁等应装在电弧周围的高温区，但不能在电弧的正下方；高温下易挥发的铁合金如锰铁、镍板等应装在高温区以外，即靠近炉坡处，以减少其挥发损失；容易增碳的铬铁合金也不要直接放在电极下面。
(4)保护炉衬。装料时，还应尽量减轻炉料对炉衬的损害。为此，装料前，在炉底上先铺一层为炉料重量l.5％～2.0％的石灰，以缓解炉料的冲击；同时，炉底铺石灰还可以提前造渣，有利于早期去磷、加速升温和钢液的吸气等。卸料时，料筐的底部与炉底的距离在满足操作的条件下尽量小些，一般为200～300mm左右。
第四节炉料入炉与送电
一、炉料入炉
料筐顶装料要有专人指挥，抽炉或旋转炉盖时，炉盖要完全抬起，电极要升到顶点且下端脱离炉膛、以防剐坏炉盖或电极，同时又要求电极下端不许超出炉盖的水冷圈或绝缘圈，避免摇晃摆动时将电极折断而滚落到它处砸坏设备或砸伤人。炉膛裸露后，应迅速将料筐吊入炉内的中心位置，不得过高、过偏与过低。过高容易砸坏炉底，且吊车震动大；过偏将使炉料在炉中布局偏倚，抬料筐时也容易带剐炉壁；过低易粘坏料筐的链板。
采用留钢留渣操作时，装料时应多垫些杂铁，并允许料筐抬得略高些。对于多次装料，每次均要切电，因炉内存有大量的钢液，料筐应抬得再高些，这样既可避免粘坏料筐，又可减少火焰与钢液的任意喷射与飞溅，同时还要防止爆炸，潮湿的炉料严禁装入多次装料的料筐中。
炉料入炉后，对于过高的炉料应压平或吊出，以免影响抽炉或炉盖的旋转与扣合。
二、送电
炉料入炉后并在送电前，电炉炼钢工和设备维护人员应对炉盖、电极、水冷系统、机械传动系统、电气设备等进行检查，如发现故障要及时处理，以免在冶炼过程中造成停工；还应检查炉料与炉门或水冷系统是否接触，如有接触要立即排除，以免送电后被击穿。
如电极不够长时，最好在送电前更换，以利于一次穿井成功。在冶炼低碳高合金钢时应注意电极的接尾或接头，如发现不牢固或有毛刺要打掉，避免冶炼过程中增碳。新换电极下端应无泥土或其他绝缘物质，以免影响起弧。当完成上述工作并确认无误后，方可正常送电转入熔化期。
第五节 熔化期及其操作
熔化期的主要任务是在保证炉体寿命的前提下，以最少的电耗将固体炉料迅速熔化为均匀的液体。在这同时，炉中还伴随着发生一些物化反应，如去除钢液中的大部分磷和其他杂质以及减少或限制钢液的吸气与元素的挥发等。此外，有目的的升高熔池温度，为下一阶段冶炼的顺利进行创造条件，也是熔化期的另一重要任务。
传统的电炉炼钢熔化期约占全炉冶炼时间的一半，电能消耗占总电耗的50％～60％。因此，快速化料，缩短冶炼时间，对改善电炉炼钢的技术经济指标具有很大的实际意义，这也是电炉炼钢工作者长期研究的又一课题。
一、炉料的熔化过程
送电开始后，就是熔化期的开始，炉料的熔化过程大体上分为如图12—1所示的四个阶段。
图12─1炉料熔化过程示意图
a-起弧阶段；b-穿井阶段；c-电极回升阶段；d-低温区炉料熔化阶段
第一阶段：起弧阶段。送电后，电极下降，当电极端部距炉料有一定的距离时，由于强大电流的作用，中间的空气被电离成离子，并放出大量的电子而形成导电的电弧，随之产生大量的光和热。起弧阶段的时间较短，约为3～5min，但常出现瞬时短路电流，所以电流一般不稳定并造成了对电网的冲击，从而产生了灯光闪烁或电视图像干扰等现象。
第二阶段：穿井阶段。起弧后，在电弧的作用下，电极下的炉料首先熔化，随着炉料的熔化，电极逐渐下降并到达它的最低位置，这就是穿井阶段。一般说来，极心圆较大的电炉往往在炉料中央部位，电极把炉料穿成比电极直径大30％～40％的三口小井，而极心圆较小的电炉三相电极间的炉料几乎同时熔化，一开始便容易形成一口大井。在穿井阶段，电极下熔化的金属液滴顺着料块间隙向下流动，开始时炉温较低，液滴边流动边凝结在冷料上，当炉温升高后，熔化的液滴便落在炉底上积存下来形成熔池并逐渐扩大。
第三阶段：电极回升阶段。这个阶段主要是熔化电极周围的炉料，并逐渐向外扩大。随着熔化继续的进行，中央部分的炉料跟着熔化，三口小井汇合成一口大井，熔池面不断扩大上升，电极也相应向上抬起，这就是电极回升阶段。在电极回升过程中，周围炉料被熔化。当炉内只剩下炉坡、渣线和其他低温区附近的炉料时，该阶段即告结束。
第四阶段：熔化低温区炉料阶段。三相电弧近似于点热源，各相的热辐射不均匀，所以炉内的温度分布也不均匀。一般情况，在电极下边和靠2#电极热点区的炉料熔化较快，而炉门、出钢口两侧及靠l#炉壁处低温区的炉料熔化较慢，第四阶段主要是熔化这些部位的炉料。在此过程中，电极虽然也继续稍有回升，但不明显。
二、影响炉料熔化的主要因素
电炉炼钢的能源主要是把电能转换成热能，目前发展趋势之一是加大电炉输入功率，从而有利于炉料的熔化，因此一些高功率、超高功率电炉相继投入生产；其次是利用外界辅助热源，如炉料预热、氧气及氧—燃烧嘴等助熔。据资料介绍，废钢铁料入炉前的预热温度为500℃时，可节省电能l／4，而温度为600～700℃时，可节省电能l／3，如果温度达到900℃，只需冷装料时的l／2左右的电能。这就意味着，变压器输入功率不变，熔化期将按相应的比例缩短。此外，热的炉料入炉还可增加电弧的稳定性和提前吹氧助熔，也促使熔化期的缩短。为了减少电能消耗和加速废钢铁料的熔化，在炉内除及时合理地吹氧助熔外，就是利用氧—燃烧嘴加热。氧—燃烧嘴是用氧气助燃，燃烧天然气或轻油，也有的使用煤粉，一般多用于炉内低温区的死角部位或炉温不高的熔化开始阶段。
熔化期的长短不仅与热源有直接关系，而且还取决于电力使用制度、装料方法、布料情况、炉料的化学成分、冶炼工艺、造渣制度及炉体的设计参数等。变压器的有用功率越大，炉子的热损失越小，熔化期就越短。在熔化初期，由于冷料能够吸收大量的热量，因此在穿井和电极回升阶段，使用大电流和最高级电压是有利的。当炉中塌铁后，弧光不能被炉料包围，这时应更换2#电压较为合适(对备有4～6个常用的次级电压的普通功率变压器而言)，因2#电压的弧光较l#电压的短，短的弧光容易被熔渣包围，这样就减少了热辐射造成的热耗，同时也有利于熔池内的热传导，从而缩短了炉料的熔化时间。快速装料能减少热损失，充分利用炉中的余热来加热炉料。如果等料、人工装料或因设备坏等原因不能及时装料，势必延长熔化时间。合理的布料也是缩短熔化期的有效措施之一。如炉料装得疏松或在上部装入大块难熔的低碳废钢等，在熔化时炉内容易形成料桥，极易延长熔化时间，如再出现塌铁而把电极打断，更拖延了熔化时间。熔化速度也取决于炉料的化学成分。碳含量为0.20％碳素钢的电阻是铜的电阻的6倍，而碳含量为0.90％碳素钢的电阻是铜的l4倍；炉料可看成是电流的二次线路，根据焦耳定律：
Q=I2Rt
炉料的电阻越大，电流通过时所产生的热量越多。更何况高碳钢的熔点比低碳钢的熔点低，所以高碳料比低碳料熔化得快。另外，炉料中含Si、Al、P等易氧化元素能与氧发生放热反应，反应热可看成是炉料熔化的辅助热源，因此炉料中含有易氧化元素的含量越高越有利于炉料的熔化。金属炉料的合理扩装也可缩短炉料熔化时间。早期造渣有助于炉料的熔化。早期造渣不仅可以防止钢液的吸气，同时也能减少热量的散失，如果采用泡沫渣埋弧操作，不仅可以减轻弧光对炉壁的热辐射，而且更有利于熔池的加热与升温。采用留钢留渣操作，在装料后就可吹氧助熔，也可使熔化期明显缩短。炉体的设计参数对炉料的熔化也有直接的影响。当炉膛的直径与极心圆直径之比较大时，炉料熔化得较慢；如炉膛的直径与极心圆直径之比较小时，炉料熔化得就快。对于熔池较深，炉膛直径略小的炉体，因散热面小，电极所走的行程长，炉料的熔化速度也是比较快的。
三、熔化期的物化反应
炉料熔化的同时，熔池中也发生各种各样的物化反应，主要有元素的挥发和氧化、钢液的吸气、热量的传递与散失以及夹杂物的上浮等。
1．元素的挥发
炉料熔化的同时，伴随着元素的部分挥发。挥发有直接挥发和间接挥发两种形式。直接挥发是因温度超过元素的沸点而产生的。电弧的温度高达4000～6000℃，而最难熔元素W的沸点也仅为5900℃，至于低沸点的Zn、Pb等就更容易挥发了。间接挥发是通过元素的氧化物进行的，即先形成氧化物，然后氧化物在高温下挥发逸出。一般说来，多数金属氧化物的沸点低于该金属的沸点，如M0的沸点为4800℃，而M003。的沸点仅为ll00℃，因此许多金属氧化物的挥发往往先于该元素的直接挥发。熔化期从炉门或电极孔逸出的烟尘中含有许多金属氧化物，其中最多的还是Fe203，这是因为铁在炉料中占的比例最大，液态铁的蒸气压也较大，所以熔化期逸出的烟尘多为棕红色。
2．元素的氧化
炉料熔化时，除产生元素的挥发外，还存在着元素的氧化。这是因炉中存在着氧的来源：一是炉料的表面铁锈；二是炉气；三是为了脱磷而加入的矿石或为了助熔而引入的氧等。在炉料熔化过程中，元素氧化损失量与元素的特性、含量、冶炼方法、炉料表面质量及吹氧强度(压力、流量、时间)等因素有关。Fe、C、Mn的氧化损失量在氧化法和返吹法中基本相似。在一般情况下，Al、Ti、Si元素在氧化法中几乎全部氧化掉，P只能大部分氧化，但这些元素在返吹法中，因不使用矿石助熔，氧化损失略少些，而在不氧化法中为最少。在冶炼高合金钢时，如炉料的配Si量大于1.0％，Si的氧化损失量约为50％～70％。铁的氧化损失通常为2％～6％。废钢质量越差，熔化时间越长，吹氧强度越大，铁的氧化损失也越大。碳的氧化损失量一般为0.60％，但不用氧时碳的损失不太大。而用氧时，碳的变化与钢液中的碳含量、吹氧强度有关。当炉料中的配碳量小于0.30％时,碳的氧化损失不大，并可为电极增碳所弥补；配碳大于0.30％时，碳的氧化损失要多些。吹氧助熔的氧气压力越大、流量越多、吹氧时间越长，碳的损失也越多。碳的氧化损失还随炉料中硅含量的增高而降低，这是因为硅同氧的亲和力在1530℃以下时大于碳的缘故。炉料熔化过程中，有时因塌铁而引起熔池沸腾，也会使碳的氧化损失增加，这主要是由于熔池中的金属液无熔渣覆盖，液面富集大量的Fe0与碳反应的结果。
3．钢液的吸气
在一般情况下，气体在钢液中的溶解度随温度的升高而增加，被高温电弧分解出的氢和氮会因温度的升高直接或通过渣层溶解于钢液中。在熔化期，钢液具有较好的吸气条件，这是因为除大气外，炉料中还含有一定的水分。而且熔化初期的钢液液滴向下移动时是裸露的，而初期的熔池有时又无熔渣覆盖，液滴直接与炉气接触。为了减少钢液的吸气量，应尽早造好熔化渣。熔化期合理的吹氧助熔也能降低钢中的气体含量。
4．热量的传递与散失
热量的传递与散失属于物理过程。熔化期熔池中主要进行着热传导。炉料除了吸收炉衬的余热外，绝大部分热量是从电弧获取的，在起弧和穿井阶段热量由上向下传递；当熔池有熔渣覆盖后，热量通过熔渣传给钢液，这时的热量仍是由上向下传递，一般说来，熔渣的温度高于钢液的温度。当然，在炉中还有热量的辐射与反射，但不是主要的。关于辅助热源，由于提供的方式不同，传递方向也不同。熔池出现后，初期如无熔渣覆盖或熔渣较少，热量散失严重。为了减少散热，应尽早造好熔化渣。
5．熔化期非金属夹杂物的上浮
熔池出现后，钢液中就存在着内在夹杂和外在夹杂，随着熔池的扩大，这些夹杂物也就有不同程度的上浮，它们是熔化渣的来源之一。实践证明，合理的吹氧助熔和尽早造好熔化渣能促使夹杂充分上浮。吹氧后，由于氧气流的作用，造成熔池局部沸腾，进而有助于夹杂物的碰撞和上浮；理想的熔化渣不仅对脱磷有利，而且还能很好地捕捉、吸附非金属夹杂物。
四、熔化期脱磷操作
熔化期的正确操作，可以把钢中的磷去除50％～70％，剩余的残存磷在氧化期借助于渣钢间的界面反应、自动流渣、补造新渣或采用喷粉脱磷等办法继续去除。因此，一个成熟的电炉炼钢工，应在熔化期紧紧地抓住脱磷操作。
熔化期提前造好熔化渣，并使之具有适当的碱度和较好的流动性，能为前期脱磷创造有利的条件。另外，在条件允许的情况下，除加入助熔矿石外，还可在大半熔时分批加入料重l％的氧化铁皮或矿石粉，或在垫炉底灰的同时装入少量的铁矿石等，从中提高熔化渣的氧化能力；在炉料大半熔或全熔后扒除部分熔化渣，对于高磷炉料或磷规格要求较严的钢种，也可全部扒除，然后重造新渣，更是强化脱磷的行之有效的好办法，此时去磷效率可达50％～70％，而钢液中的剩余磷移到氧化初期去继续处理。
五、 熔化期操作
送电后应紧闭炉门，堵好出钢口，扣严炉盖与炉壁的接合处及加料孔等，以防冷空气进入炉内。在起弧阶段结束后，还要调放电极长度，使一次穿井成功并能保证全炉冶炼的需要。备有氧—燃烧嘴装置的炉子也应适时点燃，以使炉料能够同步熔化。需多次装料时，在炉料每次塌铁后，熔炼室能容纳下一料筐中的料时再装入。在炉料熔化过程中，还应适时地进行吹氧、推铁或加矿助熔及早期造渣与脱磷等操作。熔化末期如果发现全熔碳不能满足工艺要求，一般应先进行增碳操作。
熔化渣的渣量一般为料重的2％～3％，电炉功率越高越取上限值。炉料全熔并经搅拌后，取全分析样，然后扒除部分熔化渣，补造新渣。如果认为脱磷困难或发现熔渣中含有大量的Mg0，也可进行全扒渣，重新造渣。当熔池温度升到符合工艺要求时，方可转入下一阶段的冶炼。
第五节 氧化期及其操作
目前，氧化期主要是以控制冶炼温度为主，并以供氧和脱碳为手段，促进熔池激烈沸腾，迅速完成所指定的各项任务。在这同时，也为还原精炼创造有利的条件。
不配备炉外精炼的电炉氧化期的主要任务如下：
(1)继续并最终完成钢液的脱磷任务，使钢中磷降到规程规定的允许含量范围内；
(2)去除钢液中的气体；
(3)去除钢液中的非金属夹杂物；
(4)加热并均匀钢液温度，使之满足工艺要求，一般是达到或高于出钢温度，为钢液的精炼创造条件。
在上述任务完成的同时，钢液中的C、Si、Mn、Cr等元素及其他杂质也发生不同程度的氧化。配备炉外精炼装置的冶炼，电炉只是一个高效率的熔化、脱磷与升温的工具。在这种条件下，钢液中的气体及非金属夹杂物的去除等，均移至炉外进行，而氧化期的任务也就得以减轻。
一、氧化方法
1．矿石氧化法
矿石氧化法属于间接方式的供氧，它主要是利用铁矿石或其他金属化矿石中的氧通过扩散转移来实现钢液中的C、Si、Mn等元素及其他杂质的氧化。
该法的特点是渣中(FeO)浓度高，脱磷效果好。碳和[FeO]的反应是脱碳过程的主要反应，但[FeO]必须通过(FeO)的扩散转移来实现，因此脱碳速度慢，氧化时间长。而铁矿石的分解是吸热反应，会降低熔池温度，所以矿石加入前炉中应具有足够高的冶炼温度。矿石氧化法的钢液中容易带进其他夹杂。因渣中(FeO)含量高，所以熔渣的流动性较好。
2．氧气氧化法
氧气氧化法又称纯氧氧化法。它主要是利用氧气和钢中的C、Si、Mn等元素及其他杂质的直接作用来完成钢液的氧化。除此之外，吹氧后，熔池中还发生下述反应：
O2+2[Fe]=2[FeO]
[FeO]=(FeO)
氧气氧化和矿石氧化存在着本质的不同。氧气氧化时，由于纯氧对钢液的直接作用，各元素氧化的动力学条件好，在供氧强度较高的情况下，更有利于低碳钢或超低碳钢的冶炼。
氧气氧化属于放热反应，进而也有利于提高和均匀熔池温度而减少电能消耗。此外，氧气氧化后，钢液纯洁，带进其他杂质少，且吹氧后，钢液中的氧含量也少，所以又有利于后步钢液的脱氧。但由于(FeO)含量不高，因此脱磷效果差，熔渣的流动性也差。
3．矿、氧综合氧化法
在电炉钢生产过程中，矿石氧化和氧气氧化经常交替穿插或同时并用，这就是所谓的矿、氧综合氧化。其特点是脱碳、升温速度快，既不影响钢液的脱磷，又能显著缩短冶炼时间。但该法如不熟练，难以准确地控制终脱碳。
二、脱碳操作
1．钢液的加矿脱碳
由于矿石的熔化与分解及Fe0的扩散转移均吸热，所以脱碳反应的总过程是吸热。钢液的加矿脱碳开始时必须要有足够高的温度，一般应大于1530℃。为了避免熔池急剧降温，矿石应分批加入，每批的加入量约为钢液重量的1.0％～l.5％，而在前一批矿石反应开始减弱时，再加下一批矿石，间隔时间为5～7min。熔池的均匀激烈沸腾主要通过对矿石的加入速度和保持合适的间隔时间来控制，当熔池温度较高时，矿石的加入速度也不能太快，如在炉门及电极孔冒出猛烈的火焰，则应停止加矿，以避免发生喷溅或跑钢事故。
钢液的加矿脱碳原则上是在高温、薄渣下进行。但考虑到钢液的继续脱磷与升温，温度控制是先慢后快，渣量是先大后薄，且还要有足够的碱度及良好的流动性。粘稠的熔渣不仅不利于脱磷，也不利于(FeO)的扩散及CO气泡的排除，特别是在钢液温度不太高的情况下，熔池容易出现“寂静”的现象，加矿后熔池不沸腾，这时应立即停止加矿，而要用萤石调整熔渣的流动性并升温。
脱碳初期，流动性良好的熔渣在C0气泡的作用下呈泡沫状，并经炉门能自动流出，如不能流出应进行调整，否则以后也难以作到高温、薄渣脱碳。为了加速矿石的熔化与分解，且又不过多地降低熔池温度，当条件允许时，矿石应预先在大于800℃的高温下烘烤4h后使用。矿石的加入量由脱碳量决定，理论计算及经验告诉我们，每氧化C 0.01％，每吨钢液约用矿石lkg。理想的全熔碳应满足工艺的要求，但因装料贻误或助熔不当，有时出现脱碳量过大或不足。脱碳量过大不仅增加了各种原材料的消耗，而且也延长冶炼时间，脱碳量不足需进行增碳，这两种情况对操作不利，应尽量避免。
2．钢液的吹氧脱碳
钢液的吹氧脱碳有碳的直接氧化和碳的间接氧化两种情况。吹入钢液中的氧直接与钢液中的碳发生反应属于碳的直接氧化，而吹入钢液中的氧先与钢液中的铁反应，然后生成的[Fe0]再与钢液中的碳进行反应，属于碳的间接氧化。
吹入钢液中的高压氧气流以大量弥散的气泡形式在钢液中捕捉气泡周围的碳，并在气泡表面进行反应。与此同时，氧气泡周围形成的[FeO]与钢液中的碳作用，反应产物也进入气泡中。而[Fe0]的出现与扩散，又提高了钢液中的氧含量，因此碳的氧化不仅可以在直接吹氧的地方进行，而且也能在熔池中的其他部位进行。吹氧脱碳最大的特点是脱碳速度快，一般约为(0.03～0.05)％／min，而且钢液温度越高、供氧量越大、钢中的碳含量越高，脱碳速度越快。
当钢液中的碳含量降低到0.10％以下时，钢液中所需与碳平衡的氧量将急剧上升，而与钢液中碳平衡所需渣中的氧量也是上升的，这时要保持脱碳速度，就必须增加供氧量，加矿脱碳受到炉温下降的影响，一次不能加得太多，且渣中(FeO)向钢中的扩散转移又是限制环节，而吹氧脱碳不受这种限制，因此当钢液中的碳含量降到0.10％以下时，吹氧脱碳优于加矿脱碳，且两者的速度也有显著的差别。生产实践也证明，在冶炼低碳或超低碳钢时，吹氧容易把碳很快降到很低，而且合金元素的氧化损失比矿石氧化要少，这使得利用返吹法冶炼高合金钢并回收炉料中的贵重合金元素成为可能。在其他条件相同的情况下，吹氧脱碳和加矿脱碳相比，渣中(FeO)的含量少，且钢液中[FeO]的最终含量也少，这样可减轻钢液精炼的脱氧负担。然而脱磷条件却恶化了，所以脱磷任务必须在熔化末期或氧化初期且当钢液的温度处于不太高的情况下就已完成。吹氧脱碳冶炼时间短，可提高产量20％以上，电耗降低l5％～30％，电极消耗降低l5％～30％，总成本约降低6％～8％，且钢的质量也大有改善。吹氧降碳时，最好选用较高的氧压。因为氧压高，氧气流在钢液内可吹入到更深的部位，并能分裂成更多的小气泡，从而提高氧的利用率。此外，氧压高还可减少氧管的消耗，这是由于提高了脱碳速度，缩短了吹氧时间，提高了氧的流速，强化了对管壁端的冷却作用。
3．钢液的矿、氧综合脱碳
矿、氧综合脱碳加大了向熔池供氧的速度，扩大了矿氧反应区，同时也减少了钢中氧向渣中的转移，又由于氧气流的搅动作用，使FeO的扩散速度加快，所以这种脱碳方法能使钢液的脱碳速度成倍的高于单独加矿或吹氧的脱碳速度。在操作过程中，矿石的加入是分批进行，且先多后少，最后全用氧气。吹氧停止后，再进行清洁沸腾或保持锰等操作。
4．碳含量的经验判断
钢液的碳含量主要依靠化学分析、光谱分析及其他仪器来确定。但在实际操作中，为了缩短冶炼时间，电炉炼钢工也常用经验进行准确的判断，方法介绍如下：
（1）根据用氧参数来估计钢中的碳含量。在冶炼过程中，依据吹氧时间、吹氧压力、氧管插入深度、耗氧量或矿石的加入量、钢液温度、全熔碳含量等，先估算lmin或一段时间内的脱碳量，然后再估计钢中的碳含量。因这个办法使用方便，所以应用的时候较多。
（2）根据吹氧时炉内冒出的黄烟多少来估计钢中的碳含量。炉内冒出的黄烟浓、多，说明碳含量高，反之较低。当碳含量小于0.30％时，黄烟相当淡了。这个办法只能大概地估计钢中碳含量，难以作到准确的判断。
（3）根据吹氧时炉门口喷出的火星估计钢中的碳含量。吹氧时炉门口喷出的火星粗密且分叉多则碳高，反之则低。
（4）根据吹氧时电极孔冒出的火焰状况判断钢中的碳含量。常用于返吹法冶炼高合金钢上。一般是碳含量高则火焰长，反之则火焰短。当棕白色的火焰收缩，且熔渣与渣线接触部分有一沸腾圈，这时的碳含量一般小于0.10％。在返吹法冶炼铬镍不锈钢时，当棕白色的火焰收缩并带有紫红色火焰冒出且炉膛中烟气不大，可见到渣面沸腾微弱，这时的碳含量约为0.06％～0.08％；如果熔渣突然变稀，这是过吹的象征，碳含量一般小于0.03％。碳低熔渣变稀，这种现象在冶炼超低碳钢时经常遇到。
（5）根据表面张力的大小进行粗略的判断。当碳含量位于0.30％～0.40％和碳含量小于0.10％时，钢的表面张力较大，取样时，样勺的背面在钢液面上打滑。
（6）根据试样断口的特征判断钢中的碳含量。这种方法是把钢液不经脱氧倒入长方形样模内，凝固后取出放入水中冷却，然后再打断，我们可利用试样断口的结晶大小和气泡形状来估计钢中的碳含量。
（7）根据钢饼表面特征估计钢中的碳含量。这种方法主要用于低碳钢的冶炼上。一般是舀取钢液不经脱氧即轻轻倒在铁板上，然后根据形成钢饼的表面特征来估计碳含量。
（8）根据火花的特征鉴别钢中的碳含量。利用火花的特征鉴别钢中的碳含量应具备砂轮机一台，但该法偏差大，这主要是砂轮打磨出的火花与砂轮机的转数及砂轮的砂粒粗细等有关，在炉前并不常用。
（9）根据碳花的特征判断钢中的碳含量，该法简称碳花观察法。由于该法简便、迅速、准确，因此获得普遍的应用。
未经脱氧的钢液在样勺内冷却时，能够继续进行碳氧反应，当气泡逸出时，表面附有一薄层钢液的液衣，宛如空心钢珠，这就是火星。又因为气泡是连续逸出的，所以迸发出来的火星往往形成火线。如果钢中的游离碳较多，有时在火星的表面上还附有碳粒。当气泡的压力较大而珠壁的强度不足时，迸发出来的火星破裂，进而形成所谓的碳花。然而，CO 气泡压力随钢液碳含量的降低而降低，碳花的数目和大小也依次递减，火星的迸发力量也是由强到弱。有经验的炼钢工可根据火星(碳花)的数量、大小与破裂情况及迸发力量的强弱、火线的断续情况或发出的声音等进行判断，碳含量越低判断得越准确，误差常常只有±0.01％～0.02％，而碳含量越高，碳花越大，分叉越多，跳跃越猛烈，也越缺乏规律性，因此碳含量很高时难以准确的判断。当碳含量超过0.80％以上时，碳花在跳跃破裂过程中还发出吱吱的响声。碳花的具体观察方法有两种：一种是直接观察从勺内迸发出来的火星(碳花)情况；另一种是观察火星(碳花)落地后的破裂情况。一般碳钢的碳含量与碳花特征的关系见表12—2。
表12-2 碳钢的碳含量与碳花特征的关系
碳含量／％ 火星或碳花的颜色 火星与碳花的多少等 迸发力量或破裂的情况 备注
0.O5～0.10 棕白色 全是火星构成的火线无花 迸发无力 火线稀疏时有时无
0.1～0.20 白色 火星构成的火线中略有小花 迸发无力 火线稀疏时有时无
0.3～0.40 带红 火星2／3，小花1／3 迸发稍有力 火线细而稍密
0.50～0.60 红色 火线2／3，小花1／3间带2～3朵大花 迸发有力 火线粗而密
0.70～0.80 红色 火线l／3，小花2／3大花3～5
朵 迸发有力，花内分叉，呈
现二次破裂
0.90～1．O0 红色 火星少，小花多，大花7～10朵 迸发有力、很强，花有圈
呈现三次破裂 碳含量大于0.08%以上时，碳花在跳跃破裂过程中有吱的响声
1.1～1.20 红色 大花很多、很乱略有火星 花跳跃频繁有力，花有圈呈现三次破裂
1.30～1.40 红色 大花l／3，紫花2／3 花跳跃短而有力，多次
破裂
1.50～1.80 红色 几乎全是紫花 花跳跃短雨有力，多次破裂
利用碳花的特征判断钢中的碳含量，还应考虑以下一些因素的影响。温度过低，容易低看，而实际碳含量不是那么低；温度过高，容易高看，而实际碳含量又没有那么高。合金钢的碳花与碳钢基本相似，但形状因其他元素的影响而有所不同。与碳含量相同的碳钢比较：当Mn、Cr、V等元素含量较高时，碳花较大、分叉又多，容易估的偏高；当W、Ni、Si、Mo等元素含量较高时，碳花分叉较少，容易估的偏低。除此之外，如钢中的氧含量低于碳氧的平衡值时，碳花较少或无碳花，如经脱氧或真空处理的钢液就是如此。
三、铁、硅、锰、铬等元素的氧化
在脱磷、脱碳反应进行的同时，钢液中其他元素和杂质也发生氧化。这些元素的氧化及氧化程度取决于：与铁比较该元素对氧的亲和力大小、该元素在钢液中的浓度、熔渣组成与该元素氧化物的化学性质(酸性或碱性)及冶炼温度等。除此之外，在实际冶炼中，钢液中各元素的氧化程度还受各元素氧化反应速度的影响，而这速度又与熔渣的物理性质(粘度、表面张力)及熔池的物理状态有关。
铝对氧的亲和力很强，钛次之，钢液经熔化和氧化后，它们几乎全部氧化掉，而Fe、Si、Mn、Cr等元素与铝和钛的情况不一样。下面我们分别进行介绍。
1．铁的氧化
铁与氧的亲和力比其他元素(Cu、Ni、CO除外)小，只要有别的元素存在，它就很难与氧结合，但在铁基钢液中，由于铁的浓度最大，所以它还是首先被氧化。当钢中的C、Si、Mn、P等元素进行氧化反应时，氧的主要来源是FeO，因此铁的氧化能为其他元素的氧化贮存氧，这也说明FeO对氧的传递起着重要作用。
2．硅的氧化
Si与O的亲和力较大，但次于Al和Ti，而强于V、Mn、Cr。因此，钢液中的Si在熔化期将被氧化掉70％，少量的残余Si在氧化初期也能降低到最低限度。硅的氧化反应式如下：
[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]
[Si]+O2=SiO2(固)
硅的氧化是放热反应，并随着温度的升高氧化程度减弱，且在碱性渣下比在酸性渣下氧化完全。在冶炼高铬不锈钢或返吹其他钢种时，炉料中往往配入一定量的硅，以保证钢液的快速升温及减少铬的烧损。反应生成物SiO2不溶于钢液中，除一部分能上浮到渣中外，还有一部分呈细小颗粒夹杂悬浮于钢液中，SiO2可与其他夹杂物结合生成硅酸盐，如果去除不当而残留在钢中能成为夹杂。
在熔渣中，(SiO2)与(FeO)发生下述反应：
(SiO2)+2(FeO) = (2 FeO?SiO2)
在碱性渣中，(FeO)能被更强的碱性氧化物(CaO)从硅酸铁中置换出来，即：
由于生成的正硅酸钙(2CaO?SiO2)是稳定的化合物，使Si02分解压力变得更低，渣中a(SiO2)变得更小，所以在碱性渣下，硅的氧化较完全。
3．锰的氧化
锰与氧的亲和力比硅小，到了熔化末期锰大约烧损50％左右。如果熔化期渣中(FeO)含量和碱度较低时，烧损可能还要少些。
在氧化期，钢液中的锰继续氧化，锰的氧化反应如下：
锰的氧化也是放热反应，且随着温度的升高氧化程度减弱。当钢液的温度升高到一定程度时，锰的氧化反应趋于平衡。因此，全熔后钢液中的锰含量较高时，可在氧化初期在较低的温度下进行氧化，并采取自动流渣或换渣的方式去除。
通常在电炉钢的实际冶炼过程中，锰含量的变化被看成是钢液温度高低的标志。这是因为熔池温度升高后，由于碳的氧化反应使渣中的(FeO)含量不断降低，溶于熔渣中呈游离状态的(MnO)就要参与碳的氧化反应，这时已趋于平衡的锰的氧化反应被破坏，而转变为锰的还原，反应式如下：
如果氧化末期钢液中的锰含量比前期高或氧化过程中锰元素没有损失，说明氧化沸腾是在高温下进行的。如果氧化末期钢液中的锰含量损失较多，说明氧化沸腾有可能是在较低的温度下进行的。
锰的氧化反应生成物(MnO)在钢液中的溶解度很小，将上浮进入渣中，其中一部分在上浮途中与悬浮在钢液中的细小不易上浮的Si02、Al2O3结合成硅酸锰和铝酸锰即：
这些硅酸锰和铝酸锰属于颗粒大、熔点低并易于上浮的化合物。为了更好地去除钢中夹杂，在冶炼用途重要或碳含量较低的钢种时，在氧化末期建立了保持锰的工艺制度。当熔渣具有足够的碱度时，(CaO)能将(MnO)从硅酸锰或铝酸锰中置换出来而形成比较稳定不易分解的复合化合物，即：
4．铬的氧化
Cr比Fe易氧化，但不如Al、Ti、Si等，铬的氧化反应式如下：
在碱性渣下的氧化，第二个反应是主要的。该反应式也表明了渣中(FeO)能使铬的收得率降低，且当炉料中的铬含量很高时，转入熔渣中的铬损失也多。高铬的熔渣很粘，能影响其他元素氧化反应(如脱磷)的正常进行。因此，为了减少铬的损失及保证冶炼的正常进行，矿石法氧化不宜使用含高铬的炉料。
铬的氧化也能放出大量的热，而铬的氧化损失又与温度有关。除此之外，在高温时还将发生下述反应：
高温下脱碳能抑制铬的氧化损失，这一点对于采用返吹法冶炼低碳高铬钢具有极其特殊的意义。换言之，高温不利于铬的氧化，所以为了降低钢中的铬含量，一般均采用偏低的温度并选用矿石氧化的方式进行。
5．钒的氧化
钒对氧的亲和力较大，当熔池中(FeO)的含量很高时，它几乎全部氧化。钒的氧化也是放热反应，因此偏低的氧化温度可使钒的氧化损失增加。反应式如下：
温度升高后，由于碳的激烈氧化夺取了大量的(FeO)，从而也能抑制钒的氧化。钒既易氧化，产物(V2O3)、(V2O5)也极易还原。如果炉中剩留的含钒氧化渣较多，或炉壁和炉盖处悬挂的含钒氧化渣较多，在电炉炼钢的还原气氛下，将有一部分的钒被还原回钢中。这种情况在利用含钒炉料冶炼钒钢时尤要注意，以避免钒的成分超出规格。
6．钨的氧化
钨是一种弱还原剂，它比铁容易氧化。在电炉钢的氧化过程中，当(FeO)的含量很高时，钨的氧化烧损也很严重。反应式如下：
其中，WO3为酸性氧化物，除有一部分能被还原外，当渣中碱度达到足够高时，又能发生下述反应：
因此，相对比较而言，酸性熔炼钨几乎不受损失，而碱性熔炼损失较大。此外(WO3)的沸点约为1850℃，所以还有一部分的(WO3)可能在电弧的光柱下升华而使钨挥发。不难得出，矿石法氧化能使钢液中的钨蒙受损失，且碱性熔炼损失更大。因钨铁的生产比较困难，价格较高，所以矿石法冶炼不应使用含钨的炉料。然而钨的熔点高，密度大，易沉积炉底，如果[FeO]的含量不高时，钨的氧化损失也是有限的，这样就为我们利用装入法或返吹法冶炼高钨钢提供了可能。
7．钼、镍、钴、铜等元素的氧化
钼对氧的亲和力几乎与铁一样，在电炉钢的冶炼过程中，如含量不高，它的氧化损失很微小，一般可忽略不计。但在冶炼高钼钢(Mo>4％以上)时，氧化损失必须予以考虑，这是因为钼的氧化与氧化程度是随钢中钼含量的增加而增加，即钼的氧化损失与钼在钢液中的浓度有关。Ni、CO、Cu对氧的亲和力比铁小很多，在炼钢条件下不会被氧化，但Ni有时也有损失，那是在电弧高温区挥发的结果。通过氧化方式，As、Sb、Sn元素在氧化期一般是很难去除的。
四、冶炼温度制度的制订和钢液的升温
电炉炼钢十分讲究冶炼温度，因为它规定和影响着反应的方向与限度，直接关系到钢的质量、产量及各项技术经济指标。因此，正确掌握冶炼温度历来都是电炉炼钢工操作的一项主要任务。
1．冶炼温度制度的制订
由于温度对电炉炼钢的影响很大，因此它是冶炼工艺中的一个重要的参数。为了确保冶炼的顺利进行，针对具体情况制订合适的冶炼温度制度是十分必要的。温度制度的制订主要应考虑以下诸因素：
(1)掌握钢的熔点与钢液的粘度。大量的科学试验和生产实践证明，只有冶炼温度超过熔点的一定范围时，渣钢间的各种物化反应才能得以充分进行，因此钢的熔点是制订冶炼温度制度的基础。而冶炼过程中钢液的成分是不断变化的，所以在制订冶炼温度制度时，必须依据不同时期的钢液成分，并运用有关的经验式对熔点进行近似计算。不同的钢种在相同的温度下粘度相差较大，如l8CrMnTi和12CrNi3A的熔点均为1510℃，但当温度升高100℃时，l2CrNi3A的粘度变化不大，而18CrMnTi的粘度却降低33％。由于在相同的温度下，钢液的粘度不同，元素的扩散与传质及各种物化反应速度等也不同，因此为了保证冶金过程的顺利进行，在制订冶炼温度制度时就必须考虑钢液粘度的影响。
(2)熟知各种物化反应的温度范围。冶炼温度制度的制订除了要掌握钢的熔点和钢液的粘度外，就是要熟知各种物化反应的温度范围。例如，氧化期的脱磷和脱碳：前期主要是脱磷，温度应中等偏低；后期主要是脱碳，温度应逐渐升高。另外，钢的熔点因碳的氧化而逐渐上升，氧化期的脱碳量一般大于0．30％，对于碳含量小于1.0%的钢液，熔点相应提高20℃以上，因此氧化后期的温度应更高些。电炉炼钢的还原期主要进行脱氧、脱硫反应，其中脱氧是关键，考虑脱氧工艺特点及钢中原始硫含量，冶炼应在较高的温度下进行。但是，钢液还原后，由于大量脱氧剂和合金元素的不断引入，钢的熔点是降低的，因而还原期的冶炼温度又理应是由高逐渐降低的。如ZGMn13的熔点低，流动性较好，但当冶炼温度在1600℃以上时，钢中的锰将与耐火材料中的SiO2发生反应，易使炉衬损坏严重或造成漏炉事故，所以在制订ZGMn13钢冶炼温度制度时，不可不考虑这一特殊反应的温度范围。
(3)了解钢种的特性和易产生的冶金缺陷。不同的钢种有不同的特性，易产生不同的冶金缺陷，对冶炼温度的要求也不一样。一般对于碳含量低、熔点高、粘度大的钢种，确定的冶炼温度要略高一些，而对于含碳或含硅或含锰高、流动性好的钢种应稍低些。对于白点、偏析、层状断口敏感的钢种，确定的冶炼温度要适当低一些，而对于要求检查发纹的钢种要适当高一些。
(4)考虑冶炼过程中的各种生成热和温度降。冶炼温度制度的制订应考虑冶炼过程中的各种生成热。如熔化期的吹氧助熔或C、Si、Mn等元素的氧化，均使熔池的温度升高；还原期许多脱氧元素与氧发生的反应也是放热反应，当用量较多时，如果不考虑，容易出现高温钢并浪费大量的热量。此外，在制订冶炼温度制度时，还应考虑冶炼过程中的各种温度降，如氧化末期的全扒渣降温、造渣材料和各种铁合金从常温加热到熔点，再由固态转变为液态的吸热降温、中间出钢法的降温、出钢过程及包中精炼或采用固体合成渣的降温，镇静与浇注过程的降温等，如果忽视，易使冶炼出现低温钢或后升温。
2．钢液的升温
由于脱磷，熔化末期至氧化前期，钢液的温度多是中等偏低的。但为了保证熔池的激烈沸腾，脱碳反应在高温下进行，矿石的熔化也需要消耗一定是热量，随着碳含量的降低而钢的熔点提高，要求氧化期的钢液必须不断地进行升温。此外，氧化期钢液的升温也为还原期造渣、脱氧、脱硫及合金化等创造了有利条件。
从熔体的加热条件上分析，氧化期钢液的升温比还原期有利，这是因为激烈的碳氧反应引起的沸腾火舌加速了热量的传递，可在短时间内迅速提高钢液温度以及使钢液温度变得更加均匀。而还原期的熔池比较平静，钢液中因合金元素与脱氧剂的引入，粘度增加，不利于分子的热振动或自由电子的穿过。另外，还原性钢液和氧化性钢液及还原渣和氧化渣的热导率不一样。在还原性钢液中，合金元素和杂质的总含量比氧化性钢液中的高，在其他条件相同的情况下，还原性钢液的热导率不如氧化性钢液的高。同理，还原渣的导热能力也不如氧化渣的好。一般说来，静止熔渣的热导率要比沸腾熔渣的热导率低20～40倍。电炉炼钢的弧光热是通过熔渣传给钢液的，尽管还原期引入了大量的合金元素与脱氧剂，钢的熔点虽然下降了，但总的情况仍然是不利于钢液的升温与加热。
钢液在还原后期的升温俗称后升温。由于熔体的导热性能不好，后升温的速度极为缓慢且熔池中温度分布也不均匀，既延长了还原时间，又往往造成脱氧效果差，进而使钢中气体和夹杂物含量增加，也降低炉衬的使用寿命。既不利于操作，又影响钢的质量。因此，在冶炼过程中要求氧化末期钢液的温度要高于或至少应等于出钢温度。
然而，钢液的升温又不能无止境的过高，因过高的冶炼温度不仅浪费大量的原材料与电能，而且侵蚀炉衬严重，对于容量大的电炉炉台，由于热焓高，降温困难，易出现高温钢或影响还原操作及钢的浇注。
五、全扒渣与增碳
1．全扒渣
全扒渣就是将熔融炉渣全部扒除。氧化结束后，熔池即将转入还原期，但为了迅速克服炉内的氧化状态以及防止熔渣中有害杂质的还原，需将氧化渣全部扒除。全扒渣是氧化与还原的分界线。熔化末期为了脱磷或去铬，出钢前为了脱硫或降温或使某些易氧化元素收得率高且又稳定，有时也需要进行全扒渣，我们这里指的是氧化末期的全扒渣。
A．氧化末期的全扒渣条件
氧化期各项任务完成后，钢液需要继续留在炉内进行精炼，这时只有具备下述条件方可进行全扒渣操作：
(1)足够高的扒渣温度。氧化末期钢液温度一般均高于出钢温度20～30℃，至少也应等于出钢温度(稀薄渣下加入大量铁合金的例外)，这主要是考虑到扒渣时和扒渣后加入大量的造渣材料与铁合金以及抬电报扒渣等都会降低钢液温度。此外，为了尽快形成稀薄渣和防止还原期后升温及保证脱氧、脱硫等冶金反应的顺利进行，也要求钢液要有足够高的扒渣温度。
(2)合适的化学成分。钢中的碳含量应达到所需要的范围：一般碳素钢应达到规格下限附近；碳素工具钢应达到规格的中下限，合金钢全扒渣的碳含量应加上铁合金带入的碳含量、再加上造渣材料和脱氧工艺的增碳量达到规格下限附近。磷含量在还原期只能增加，不能降低，这是由于全扒渣不彻底或飞扬悬挂在炉壁、炉盖处的渣中磷发生还原所致。另外，加入铁合金中的磷也被带入钢中。因此，氧化末期全扒渣前钢液中的磷含量应越低越好。一般扒渣前对各种规格的磷含量应符合表表l2—3中的规定。对于锰含量，在冶炼含锰低的钢种(如Tl0等钢)时，全扒渣前的锰含量应按表12—4的要求控制。对于用途重要的高级结构钢或碳含量低于0.20％的钢液，在氧化末期应保持锰，并将锰的含量调到0．20％以上。对于含Ni、Mo、W的钢种应将成分调到规格下限或中下限附近，其他残余元素的含量也应符合规格要求。
表l2—3氧化末期全扒渣前钢中磷含量的规定
表12—4氧化末期全扒渣前的锰含量控制
(3)调整好熔渣的流动性。扒渣前要调整好熔渣的流动性。因过稀的熔渣会从耙头两侧溜开，也容易带出钢水；过稠的熔渣操作费力，也不易扒出。两者都延长扒渣时间，且又不易扒净。因此，扒渣前调整好熔渣的流动性也是十分必要的。
B．氧化末期对全扒渣的要求及操作
因为氧化渣中(FeO)和磷含量很高，如果不扒净，还原期脱氧困难，脱氧剂用量增加，脱氧时间延长，同时钢中也回磷，所以氧化末期的全扒渣要求干净彻底，又因为扒渣过程中，钢水裸露，钢液急剧降温且吸气严重，所以又要求扒渣迅速。为此，扒渣前要撬掉炉门残渣并垫好炉门(中小型炉台的除渣一般都通过炉门)，提前准备好耙子和渣罐等。
扒渣多用木制或水冷的耙子。扒时应首先带电扒去大部分，然后方可略抬电极进行，以免钢液降温太多。也可根据需要向炉门一侧倾动炉体，以利于熔渣的快速扒除。此外，在装有电磁搅拌的大型炉台上，可利用搅拌作用，把熔渣聚集到炉门中处，使扒渣操作易于进行。
2．增碳
增碳多是脱碳量不足或终脱碳过低所致，它是一种不正常的操作。因为增碳过程易使钢中气体和夹杂含量增加，既浪费原材料，又延长冶炼时间，所以应尽量避免。
常见的增碳方法有四种：
(1)补加生铁增碳。由于该法降低钢液温度且又要求装入量在熔池允许的条件下进行，因此增碳量受到了限制，一般不大于0.05％。
(2)停电下电极增碳，但增加电极消耗，一般不提倡。
(3)扒渣增碳。该法虽然收得率不够准确，但经济方便，因而比较多见。
(4)喷粉增碳。该法操作迅速、简便，且准确而又不降低熔池温度，所以是目前最理想的增碳方法。
增碳应考虑加入铁含量带入的碳量以及还原工艺的增碳量(如电石渣)。常用的增碳剂除生铁外，还有电极粉或焦炭粉等，它们的收得率不仅与增碳剂的质量和增碳数量及增碳方法有关，而且与所炼钢种、冶炼方法、钢液温度和炉龄情况有关.一般电极粉比焦炭粉收得率高；增碳量越多收得率越低；中碳钢比高碳钢和低碳钢的收得率要高；氧化法比不氧化法收得率要高；炉龄中期比炉龄初期和末期要低一些；钢液温度越高收得率越高；喷粉增碳的收得率比扒渣增碳高。
对于扒渣增碳，为了稳定增碳剂的收得率，必须将熔渣扒净，增碳剂加入后要用耙子在钢液面上进行充分地推擀，促进钢液对炭粉的吸收，然后加入造渣材料。扒渣增碳过程中，为了减少吸气和避免增碳剂的回收不准，最好不通电。
六、氧化期操作
1．判断氧化期进行程度的主要标志
对于不配备炉外精炼的电炉炼钢，为了更好地去除钢中的气体和非金属夹杂物，氧化期必须保证熔池要有一定的激烈沸腾时间，因此在脱碳过程中要求要有一定的脱碳量和脱碳速度。从现象上看，脱碳量、脱碳速度、激烈沸腾时间就是判断氧化期进行程度的主要标志。
（1）脱碳量
在电炉钢生产过程中，氧化期的脱碳量是根据所炼钢种和技术条件的要求，冶炼方法和炉料的质量等因素来确定。一般说来，炉料质量越差或对钢的质量要求越严，要求脱碳量要相应高些。
生产实践证明，脱碳量过少，达不到去除钢中一定量气体和夹杂物的目的；而脱碳量过大，对钢的质量并没有明显的改善，相反会延长冶炼时间及加重对炉衬的侵蚀，浪费人力物力，因此脱碳量过大也是没有必要的。一般认为，氧化法冶炼的脱碳量为0.20％～0.40％，返吹法则要求大于0.10％，而小炉台因脱碳速度快，可规定略高一些。
（2）脱碳速度
生产实践证明，脱碳速度过慢，熔池沸腾缓慢，起不到充分去气除夹杂的作用；而脱碳速度过快，在短时间内结束脱碳，必然造成熔池猛烈的沸腾，易使钢液裸露，吸气严重，且对炉衬侵蚀加重，这不仅对去气除夹杂不利，还会造成喷溅、跑钢等事故。所以，电炉炼钢的脱碳要求要有一定的速度。合适的脱碳速度应保证单位时间内钢液的去气量大于吸气量，并能使夹杂物充分排出。一般正常的矿石脱碳速度要求为0.008～0.015％／min，而吹氧脱碳速度要求为0.03～0.05％／min。
（3）激烈沸腾时间
氧化期的脱碳量和脱碳速度往往还不能真实地反映钢液沸腾的好坏，必须再考虑熔池的激烈沸腾时间，只有这样才能全面地表明钢中去气除夹杂及钢液温度的均匀情况等。然而熔池的激烈沸腾时间取决于氧化的开始温度、渣况及供氧速度等，即熔池的激烈沸腾时间与脱碳量和脱碳速度有直接关系。但即使上述因素不完全具备，电炉炼钢工也可通过直接向熔池吹入氩气或CO气体等，保证熔池具有足够的激烈沸腾时间。这里必须指出，向熔池中吹入氩气或CO气体，虽能制造良好的激烈沸腾，但它不能解决钢中杂质的氧化，而许多杂质的氧化是离不开氧的。因此，在氧化期如果不向熔池中供氧，单凭吹氩或吹CO气体，最终也不能获得较为理想的纯净钢液。
在电炉钢生产过程中，氧化期熔池的激烈沸腾时间不应过短或过长，一般约在15～20min就可满足要求。
2．氧化期操作
（1）氧化期操作的原则
氧化期的各项任务主要是通过脱碳来完成。单就脱磷和脱碳来说，两者均要求熔渣具有较强的氧化能力，可是脱磷要求中等偏低的温度、大渣量且流动性良好，而脱碳要求高温、薄渣，所以熔池的温度是逐渐上升的，根据这些特点，我们将氧化期总的操作原则归纳如下：
在氧化顺序上，先磷后碳；在温度控制上，先慢后快；在造渣上，先大渣量去磷，后薄渣脱碳；在供氧上，可先进行矿石或综合氧化，最后以吹氧为主。
（2）氧化期的一般操作
炉料全熔经搅拌后，取样分析C、Mn、S、P、Ni、Cr、Si、Cu，如钢中含有MO、W等元素也要进行分析。然后扒渣并补造新渣，使氧化渣的渣量达到料重的3％～4％。为了加速造渣材料的熔化可用氧气吹拂渣层，流动性不好时要用萤石调整，当温度达到l530℃以上开始用矿石氧化。在氧化过程中，应控制脱碳速度，并掌握熔池的激烈沸腾时间；脱碳量要满足工艺要求，如果不足应选择适当时机进行增碳。在氧化过程中，最好能够做到自动流渣，这样既有利于脱磷，又有利于后期的薄渣降碳。为了掌握脱碳、脱磷情况及准确地知道不氧化元素的成分，在氧化中途还应分析有关的含量。当加完矿或停吹后，熔池进入清洁沸腾，有的还要保持锰，在这同时，根据需要还要调整一些不氧化元素的成分，如Ni、MO等，使之达到规格的中下限，然后再取样分析C、Mn、P等及其他有关元素的成分。当熔池具备扒渣条件时，即可进行全扒渣操作，而后转入还原期。
在氧化过程中，应正确控制熔渣的成分、流动性和渣量，无论是脱磷还是脱碳，都要求熔渣具有较高的氧化能力和良好的流动性。理想的脱磷碱度应保持为2.5～3.0，而脱碳的碱度为2.0左右。在冶炼过程中，有的因炉壁倒塌或炉底大块镁砂上浮，使氧化渣的流动性变坏，这时应及时地扒出。
良好的氧化渣应是泡沫渣，可包围住弧光，从而有利于钢液的升温和保护炉衬，冷却后表面呈油黑色，断口致密而松脱，这表明(FeO)含量较高、碱度合适。氧化末期有时氧化渣发稠，这主要是炉衬粉化的镁砂和大量的非金属夹杂物上浮造成的。冶炼高碳钢时，如熔渣发干，表面粗糙且呈浅棕色，表明(FeO)含量低，氧化性能差，这种现象在返吹法冶炼或纯氧氧化时出现较多。冶炼低碳钢时，如氧化渣表面呈黑亮色，渣又很薄，表明(FeO)含量高，碱度低，这时应补加石灰。
（3）氧化期常见的几种典型操作
氧化期是在确知熔清成分和温度合适的条件下开始的，但有时熔清成分不是那么理想，常见的有碳高、磷高；碳高、磷低；碳低、磷高；碳低、磷低等几种典型情况，现分述如下：
a．碳高、磷高。此时应在氧化初期，利用熔池温度偏低的机会集中力量脱磷，并在脱磷过程中，逐渐升温，为后期脱碳创造条件。具体操作是：全熔扒渣后制造较大的渣量，可吹氧化渣并升温，然后加入矿石粉或氧化铁皮及适量的矿石，以利于脱磷。在这同时，要保证熔渣流动性良好，当温度合适后，再分批加入矿石制造脱碳沸腾，并自动流渣，补充新渣或进行换渣操作，这样很快就能使磷满足扒渣的许可条件。如果全熔换渣后改用喷粉脱磷效果更好。在碳高、磷高的情况下，氧化前期的操作以脱磷为主，后期以脱碳为主。当然，高水平的操作也可两者兼顾，直至全面满足工艺要求为止。
b．碳高、磷低。如果没有满足扒渣的许可条件，这时的操作除采用喷粉脱磷外，还可利用脱碳沸腾，并在脱碳过程中去磷。具体操作是：全熔扒渣后制造较大的渣量，用氧气化渣升温，当温度合适后开始降碳，并适时地加入矿石或氧化铁皮等，使其自动流渣、并补选新渣，这样很快就能将磷降到扒渣许可的条件，最后采用高温、薄渣脱碳直至满足工艺要求为止。
如果已满足扒渣的许可条件，这时的操作主要是制造熔池沸腾和降碳，与此同时升温。具体操作是：全熔扒渣后制造合适的渣量，用氧气快速化渣与升温，当温度合适后，可采用矿氧并用或纯氧脱碳，直至满足工艺要求为止。
c．碳低、磷高。这时应集中力量去磷，然后增碳，当温度上来后，再制造脱碳沸腾直至满足工艺要求为止。
d．碳低、磷低。这时的操作主要是增碳，然后再脱碳激烈沸腾，与此同时快速升温。如果炉料质量较好，即杂质较少，而激烈沸腾时间不够时，也可借助于直接吹入氩气或吹CO气体来弥补熔池的沸腾，以满足工艺要求。
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第七节 还原期精炼操作
还原精炼的具体任务是：
(1)尽可能脱除钢液中的氧；
(2)脱除钢液中的硫；
(3)最终调整钢液的化学成分，使之满足规格要求；
(4)调整钢液温度，并为钢的正常浇注创造条件。
上述任务的完成是相互联系、同时进行的。钢液脱氧好，有利于脱硫，且化学成分稳定，合金元素的收得率也高，因此脱氧是还原精炼操作的关键环节。
一、脱氧
1．脱氧产物的形成与排除
（1）脱氧产物的形成
电炉炼钢常用的脱氧剂有C、Mn、Si、Al及钙系合金等，其中除碳与氧反应生成CO 气体逸出外，其他各种元素在钢液中的脱氧产物主要是以硅酸盐或铝酸盐形式存在，因此这里所叙述的脱氧产物主要是指钢中的氧化系夹杂。
脱氧产物形成是由成核和长大两个环节组成，这也是脱氧过程的首要步骤。对于脱氧能力很强的Al、Zr、Ti元素，由于在微观体积内具有较大的过饱和度和能量起伏，所以均相成核的机率性较大。而对于脱氧能力较弱的Si、Mn元素，有可能依附在熔体内的现成基体上成核，这样的基体在钢液中总是存在的，如夹杂或其他原子集团或浓度差及其他不同的界面等，因此脱氧产物在熔池中的成核一般是比较容易的。
成核一旦发生，周围的脱氧剂和氧的浓度就立刻降低，为保持浓度的平衡，这些元素将不断地从远处扩散过来，从而引起核的长大。有人曾计算溶解氧从0.06％降到0.01％的硅脱氧，最终半径为2.5um的脱氧产物，长大到最终半径的90％只需0.2s，最终半径为20um的脱氧产物长大到90％也只需12.8s，可见脱氧产物的长大也是很快的。形成的脱氧产物因比钢轻及在界面张力或搅拌等因素的作用下必然引起上浮，从而有可能排除。
（2）脱氧产物的排除及其影响因素
脱氧产物从钢中的去除程度主要取决于它们在钢液中的上浮速度，而上浮速度又与脱氧产物的组成、形状、大小、熔点、密度以及界面张力、钢液的粘度与搅拌等诸因素有关，并大致服从斯托克斯公式：
式中v——脱氧产物颗粒夹杂上浮速度，cm／s；
r——颗粒夹杂半径，cm；
g——重力加速度，cm／s2；
ρ/——钢液密度，g／cm3；
ρ——脱氧产物密度，g／cm3；
η——钢液粘度，Pa?S；
K——常数，脱氧产物在钢液中上浮时可选用K=1。
由式中可看出，降低钢液粘度有利于颗粒夹杂的上浮。但钢液的粘度与成分、温度有关，依靠调整成分来降低钢液的粘度是有限的，而钢液的粘度随着温度的变化不大，例如30钢当温度由1535℃升至l610℃时，粘度仅降低0.00055Pa?s。通过计算可知，对于化学成分一定的钢种，提高温度改善钢液的流动性，在最理想的条件下，上浮速度只能增加 3倍左右。从式中还可看出，密度差越大，越有利于颗粒夹杂的上浮，但钢液内不同氧化物的密度变化范围较小，依靠改变颗粒密度至多能将上浮速度提高2～3倍。因此，要去除钢中氧化系夹杂，主要是依靠增加它的半径。此时，斯托克斯公式可简写成下式：
v=Kr2
上式表明，v与r 的平方成正比。因此，脱氧产物的颗粒半径越大，上浮速度越快， 例如在同一条件下的钢液中，当夹杂物颗粒半径r由20um增加到40um时，上浮速度提高4倍。上述讨论由于没有考虑脱氧产物的物化性质、界面张力以及钢液温度的不均匀性，也没有考虑熔体所处的各种动力学条件等，因此计算结果与实际观察约小2～4个数量级。所以，斯托克斯公式只能定性的估计脱氧产物半径的增大对上浮速度的影响，而用于计算有局限性。
悬浮于钢液内氧化物夹杂的聚集、长大过程称为聚结过程。聚结过程是自发的，并通过降低表面自由能所产生的聚合力来完成。然而液态的、粘性小的脱氧产物比固态的、粘性大的颗粒聚结上浮更容易，这是由它们各自不同的物理特性决定的。因此，脱氧方法和脱氧剂的选择是这样考虑的：最大限度地降低钢中溶解氧的浓度，并生成低熔点、流动性好的脱氧产物。然而，尽管固态的、粘性大的脱氧产物聚结比较困难，但在一定的条件下，只要有机会接触碰撞且通过表面自由能的降低，也会越聚越大，并加速上浮。
既然钢液中呈液态的脱氧产物易于聚结上浮，那么什么样的脱氧产物呈液态呢?各种元素的单独脱氧产物的熔点都高于炼钢温度，且元素的脱氧能力越强，脱氧产物的熔点越高，如Al2O3、TiO2、SiO2等。类似这样的脱氧产物在炼钢温度下都以固体颗粒状态存在。而复合脱氧剂或同时加入几种单元素的脱氧剂，在脱氧过程中易于生成低熔点的液态脱氧产物，如Mn0?SiO2、2MnO?SiO2、MnO?Al2O3等。由此不难看出，脱氧产物的熔点对其从钢中的排除也有很大的影响。
脱氧产物与钢液间的界面张力大小对脱氧产物的上浮与排除也有很大的影响。另外，因脱氧产物的组成不同，它们与钢液间的界面张力不同，所以也影响上浮与排除。例如，低碳钢的夹杂物中，大约含有95％的FeO和MnO的液态夹杂，它们与钢液间的界面张力实测为0.175～0.3N／m，当向此熔体中加入Al2O3时，界面张力约能激增到l.2N／m。夹杂物中Al2O3。的含量越少，界面张力越低，它们也就越不易排除。现已研究证明，脱氧产物的化学键越强，熔点越高，聚合力也越大，它们同钢液的化学作用也就越弱。因此，即使难熔的固体颗粒只要具有足够的界面张力，也能够以很快的速度从钢中上浮到渣层，也就是说，有许多强脱氧剂的脱氧产物也容易上浮与排除。如冶炼轴承钢，当用铝量由0...22kg／t钢增至2kg／t钢，钢中氧化物夹杂量由0.011％瞬间降至0.004％，Al2O3能够很快的上浮与排除的原因主要是聚合力很大。
在化学成分一定的情况下，提高温度降低钢液粘度有利于脱氧产物的上浮。温度对脱氧产物上浮与排除的影响是很大的。当其他条件相同时，高温冶炼能够获得较纯净的钢。这是因为高温除能改善钢液的流动性外，还能使一些固态的颗粒状脱氧产物得到相应的液化，有利于聚结、上浮与排除。然而冶炼的温度又不能过高，因为过高的温度，不仅增加电耗，也影响浇注工作的顺利进行。此外，高温吸气及冲刷、侵蚀耐火材料严重，容易重新引进不必要的外来夹杂，进而又恶化了钢的质量。
搅拌可使钢液产生紊流运动，使脱氧产物的碰撞几率增多及聚结和上浮速度加快，从而有利于脱氧产物的排除。炉前除了采用人工搅拌、机械搅拌、电磁感应搅拌、气体搅拌外，目前在包中进行喷粉与吹氩冶炼也盛行起来，尤其是出钢后的喷粉操作，在进行脱氧、脱硫的同时，还可降低脱氧产物SiO2等的活度，更有助于它们的排除。
总之，钢中脱氧产物的排除程度，在冶炼过程中取决于脱氧产物的组成和性质，这与脱氧工艺有直接关系。脱氧产物的颗粒越大，或密度差越大，或熔点低呈液态并与钢液间的界面张力越大，排除程度越好。此外，控制合适的冶炼温度及加强不同形式的搅拌，也有利于脱氧产物的上浮与排除。
2．电炉炼钢的脱氧方法
1）直接脱氧
直接脱氧就是脱氧剂与钢液直接作用，它又分为沉淀脱氧和喷粉脱氧两种。扒净氧化渣后，迅速将块状脱氧剂，如锰铁、硅锰合金或铝块(饼)或其他多元素的脱氧剂，直接投入(插入)钢中或加到钢液的镜面上，然后造还原稀薄渣，这种脱氧方法称为钢液的沉淀脱氧。这个概念起源于沉淀反应，因凡从钢液中析出氧化物的过程多属于沉淀反应过程。钢液的沉淀脱氧的速度较快，可缩短还原时间，但脱氧产物易残留在钢中而成为夹杂。钢液的喷粉脱氧是将特制的脱氧粉剂，利用冶金喷射装置并以惰性气体(氩气)为载体输送到钢液中去。由于在喷吹的条件下，脱氧粉剂的比表面积(脱氧粉剂和钢液间的界面积与钢液的体积比)比静态渣钢界面的比表面积大几个数量级，以及在载流氩气的强烈搅拌作用下，增大了扩散传质系数和改善了反应的动力学条件，因此钢液的脱氧速度很快，即在极短的时间内就可较好地完成脱氧任务，进而简化了冶炼工艺，缩短精炼时间，且又能降低各种消耗。另外，钢液的喷粉脱氧使密度小、沸点低或在炼钢温度下蒸气压很高的强脱氧剂(如Ca、Mg等)获得了广泛的应用；同时又可改变钢中夹杂物的属性和形态、数量与分布等，从而使钢的力学性能及工艺性能得到了提高。
目前，钢液的喷粉脱氧方式有两种：一种是在炉内进行，另一种是在钢包中进行。炉内的喷粉脱氧因熔池浅，喷溅严重，脱氧粉剂容易随着载流气泡逸出并在渣面上燃烧，所以脱氧粉剂的利用率偏低，但最终脱氧效果还是强于钢液的沉淀脱氧，而不如钢包中的喷粉脱氧。包中的喷粉脱氧，由于粉剂运动的行程长，因此利用率很高。脱氧产物在氩气搅拌作用下，碰撞聚结几率大，易于上浮与排除，而少数夹杂物就是残留在钢中，也是细小、分散、均匀分布，或属性与形态发生了改变，因此对钢的危害也较小。此外，钢包中的喷粉脱氧无二次氧化。钢液的喷粉脱氧剂有多种，除钙系合金粉剂可用来脱氧外，还有铝粉、硅铁粉、钛铁粉、稀土等，也可喷吹渣粉，如Ca0粉或掺入少量的CaF2粉，也可喷吹渣粉和某些脱氧元素的混合剂。这些粉剂喷前需经严格烘烤、筛分，H2O≤0.1％。钢液的喷粉脱氧无论是在炉内进行，还是在钢包中进行，只是脱氧效果有差异，而反应基理不变。
喷吹渣粉(如喷吹85％CaO和15％CaF2)的脱氧，并不是渣粉与钢中氧直接作用，而是渣粉喷入后，降低了aSiO2，增强了硅的脱氧能力，从而降低了钢中的氧含量。也有人认为在喷吹条件下，渣粉在氩气泡表面熔化形成一层液体渣膜，使钢中硅和氧一齐向渣膜扩散，从而生成了活度低的脱氧产物并随同氩气泡排出，而使钢液中的氧得到了进一步的降低。因此，利用喷吹渣粉脱氧，钢液中必须含有足够的硅量。此外，该法温降大且增氢降硅，这在制定工艺制度时不可不考虑。在喷吹时，由于脱氧粉剂的比表面积大，有的还以气态与钢液接触，以及在氩气的搅拌作用下，扩散传质好，因此，钢液的喷粉脱氧有它自己独特的动力学条件。尤其是钢包中喷粉脱氧，准确的操作可将钢中氧降到20×10—4％以下。
影响钢液喷粉脱氧的主要因素有：
(1)喷吹参数。喷枪插入的位置、深度及角度等有力地影响反应界面的大小和粉剂在钢液内的停留时间，直接影响脱氧效果。合适的喷粉强度和混合浓度能相应增加喷入量，提高渣钢的激烈搅拌程度。但过大的送粉速度也是不必要的。因为过大的送粉速度使脱氧粉剂难以和钢液充分作用而过早的逸出或使钢液裸露严重，因此应根据喷粉设备的固有特点选择最佳的喷粉工艺参数。
(2)脱氧粉剂喷入量和喷吹时间。一般是脱氧粉剂的喷入量越大，钢液中的最终氧含量越低；在喷吹强度一定的条件下，喷吹时间越长，脱氧效率越高。此外，喷后对钢液的吹氩洗涤时间不应过短，否则脱氧产物来不及排除，但喷吹和洗涤时间过长，易使包衬和喷枪侵蚀严重，且钢液又会重新氧化，因此过长的喷吹和洗涤时间也是不必要的。
(3)脱氧产物。钢液喷粉脱氧的产物对脱氧效果的影响很大。如果脱氧产物为大型球状易熔夹杂(如CaO—Al2O3)，就能很快地上浮与排除。
(4)包衬材质。大量的科学实验和生产实践已经证明，在喷吹过程中，粘土砖包衬中的SiO2将与Ca和Al发生下述反应：
可以看出，粘土砖包衬在喷吹过程中侵蚀严重，且有大量的SiO2被还原而使钢中的Si含量增加，并影响Ca和Al的利用率，使钢液在浇注过程中氧含量略有回升。所以，粘土砖的包衬不能用来喷吹，尤其是采用钙系粉剂和铝质粉剂更不适用。目前，喷吹的包衬多是用高铝质或镁碳质的。
2）间接脱氧
还原稀薄渣造好后，将脱氧剂(一般以粉状脱氧剂为主)加在渣面上，通过降低渣中的氧含量来达到钢液的脱氧，这种脱氧方法称为间接脱氧。间接脱氧的理论根据是分配定律，即在一定的温度下，钢液中氧的活度与渣中(FeO)的活度之比是一个常数，表示为：
式中L0——氧的分配系数。
将粉状脱氧剂加入渣中，渣中(FeO)的含量势必减少，氧在渣钢间的分配平衡遭到破坏，为了达到重新平衡，钢液中的氧就向渣中扩散或转移，由此不断地降低熔渣中的氧含量，就可使钢液中氧陆续得以脱除。因此，间接脱氧又称扩散脱氧。
3）综合脱氧
综合脱氧的实质就是直接脱氧和间接脱氧的综合应用。在操作过程中，力求克服各自的缺点，集中优点来完成钢液的脱氧任务。该法脱氧既能保证钢的质量，又能缩短还原时间，因此目前在生产上比较常见。
3．钢液的脱氧操作
钢液除喷粉脱氧外，炉中脱氧还有多种，比较常见的有白渣法和电石渣法两种，它们的主要区别是：白渣中不含有CaC2，造渣时间短，适用于各类钢种；电石渣中含有CaC2，还原能力强，但冶炼时间长，在一般钢种上不使用。除此之外，还有中性渣等脱氧操作。
（1）白渣脱氧操作
扒净氧化渣后，要立即迅速加入稀薄渣料，尽量减少钢液的吸气与降温。稀薄渣料中石灰和萤石的体积比为3.5：1，对于中等容量的炉子，渣料的加入量一般为钢水量的3％～3.5％，小炉子可取上限值。为使渣料快速熔化形成渣液覆盖钢液，应用较大的功率供电及推渣搅拌，直至形成流动性良好的熔渣。稀薄渣最好一次造成，避免在还原过程中时而调稠、时而调稀，尽量做到造渣材料比及渣量准确，合理地使用电流电压等。
根据工艺要求，薄渣料加入前或随同薄渣料一起加入块状脱氧剂进行预脱氧。其中，使钢中锰(包括钢中残余锰含量)达到(接近)规格下限，硅达到0.10％～0.15％。薄渣形成后调入合金，然后按规程要求分批加入脱氧粉剂；第一批用量应多些，其他各批依次递减，每批间隔大于6min。作为脱氧剂加入的硅铁粉，大约有50％用于脱氧或烧损，余者进入钢液中，因此硅铁粉的总用量不能太多，一般为3～6kg／t钢。有的还使用硅钙粉或铝粉继续脱氧，这时更要控制硅铁粉的用量，以免钢中硅超出规格。第一批硅铁粉加入后，应加入0.3kg／t钢炭粉，其他各批根据渣况适量加入。炭粉和渣中的氧化物反应生成CO气体，能使炉内保持正压，进而防止还原渣被空气氧化。脱氧粉剂每批加入前，应对熔池进行充分的搅拌，加完后要紧闭炉门，密封电极孔和加料孔等，避免冷空气进入炉内而降低还原气氛。
高碱度还原性渣中(SiO2)和(MnO)的活度较低，在渣钢界面间可显著提高它们的脱氧能力。为使硅铁粉充分发挥脱氧作用，在加入的硅铁粉中应掺入适量的石灰，使渣中局部碱度增高，石灰的掺入量主要凭经验并根据熔渣的流动性而定。也可用碳化硅粉代替硅铁粉。但碳化硅粉加入时，熔池的温度一定要高一些。碳化硅粉的脱氧产物SiO2和碳化硅粉中的SiO2均能稀释熔渣，造稀薄渣时萤石的用量应酌减。碳化硅粉每批的加入量不能太多，因为加入太多，钢液易增碳；如果前期利用炭粉渣工艺脱氧或全扒渣时用炭粉大量增碳的钢液，不宜使用该种粉剂进行脱氧。此外，碳化硅的熔点很高(2450～2950℃)，比较稳定，难熔化、分解，且碳化硅粉中的硅含量较低，收得率也低，因此在使用碳化硅粉脱氧时，钢液中的硅含量往往不能满足钢种的规格要求，这时就要利用硅铁调硅，或在碳化硅粉进行脱氧的同时补加硅铁。
在还原过程中，要控制好温度和加强搅拌，促使温度、化学成分均匀及脱氧产物充分上浮，并注意熔池内的化学反应与变化，保证有足够的碱度和合适的流动性，渣稠时应加入萤石或火砖块调整，渣稀时应补加石灰，如有大块镁砂浮起应立即扒出，严重时要换渣。一般还原期的总渣量为料重的4％～5％，小炉子取上限，大炉子取下限，而白渣的碱度应保持3.0左右。
还原期的熔渣初期含有大量的(FeO)和(MnO)而呈亮黑色，含有铬的氧化物呈绿色，随着脱氧反应的进行，这些氧化物的浓度不断降低，最后变为白色。流动性良好的白渣，活跃起泡沫，并能在耙杆上均匀沾粘2～3mm松而脆的渣层，冷却时很快破裂成白色片状，时间一长就散成白色粉末。这是因为渣中含有(2CaO?SiO2)，在温度高于675℃时很稳定，当冷却至675℃以下时，会发生晶体转变，由β晶型变为γ晶型，致使体积增大而粉化。如果渣中(SiO2)含量低，而(MnO)含量高时，不易碎成粉末，这时应调整一下熔渣的成分。评定白渣的好坏，不但要看渣白的程度，还要看炉内渣色保持的时间。白渣颜色稳定，说明钢液间接脱氧好，如渣色反复变化，表明脱氧不良。当脱氧工艺完成后，渣况良好渣色变白，经充分搅拌后即可取样分析出钢成分。
白渣脱氧操作还有另外一种，就是当稀薄渣形成后，用炭粉和硅铁粉(或硅钙粉)混合物同时进行间接脱氧，这种操作俗称硅炭粉渣法。硅炭粉渣的第一批脱氧剂是由l～3kg／t钢炭粉和l～3kg／t钢硅铁粉(或硅钙粉)组成，加入炉中后保持l0～15min，渣变白后再分批加入硅铁粉等继续脱氧。实践证明，该法脱氧效果也很好，并在生产上获得了较为广泛的应用。
（2）电石渣脱氧操作
扒净氧化渣后，根据工艺要求加入预脱氧剂，然后立即造稀薄渣，渣况稍稠一点，再加入炭粉l.5～3.0kg／t钢。为了加速电石渣的形成，炭粉加入后应紧闭炉门，封好电极孔和加料孔，并使用较大的功率，炭粉在高温区与氧化钙发生反应生成碳化钙：
这是个强吸热反应，因此必须使用较大的电流与电压，以保证炉内具有很高的温度。当有浓浓的黑烟或带黑烟的火焰从炉子的缝隙冒出时，标志着电石渣已形成。为了减少形成电石渣的时间，缩短还原期，也可往钢液面上或随稀薄渣料或稀薄渣形成后直接加入小块电石3～5kg／t钢，然后再调入少量炭粉使炉内保持正压进行脱氧，同样能得到相同的效果。
碳化钙在渣中既能溶解又能扩散，脱氧反应如下：
在碳化钙进行脱氧的同时，为了保持正压而使用的炭粉在较低的温度区域内也能还原渣中的(FeO)和(MnO)。
电石渣是高碱性的还原熔渣，脱氧能力比白渣强。为使钢液充分脱氧，电石渣应保持20～30min。在电石渣下操作，除温度不好控制外，钢液还易增硅，大约增硅0.05％～0.15％／h，这是由于CaC2与渣中(SiO2)发生反应的结果，反应式如下：
此外，还易使钢液增碳，每小时约增碳0.05％～0.10％。如果采用电石渣出钢，渣中的游离碳也会使钢的成品碳增高。
电石渣因碳化钙含量不同分为弱电石渣(CaC21％～1．5%)和强电石渣(CaC22％～4％)。两者从现象上区分不太容易，只不过弱电石渣显灰黑色，强电石渣呈乌黑色，但它们和氧化渣有明显的区别，电石渣无光泽，而氧化渣呈亮黑色。另外，电石渣有时带有白色条纹，在空气中冷却会粉碎，放入水中能放出乙炔(C2H2)气体，并有强烈的刺激味，反应式如下：
因为CaC2的熔点高，所以电石渣粘度大，并与钢液润湿好。从出钢到最终浇注，由于渣钢不易分离而易使钢中夹杂增加，因此一般均要求电石渣变成白渣后方能出钢。
电石渣的脱氧情况可根据熔渣颜色的变化来判断。最初，熔渣中(FeO)和(MnO)含量较高，渣呈亮黑色，随着渣中氧化物的减少，变成棕黑色。当脱氧比较好时，熔渣表面无光泽或带有白色条纹，渣色完全变白，说明脱氧良好。电石渣变白后，一般还要分批加入硅铁粉或硅钙粉继续脱氧，每批加入量为1～1.5kg／t钢，每隔6～7min加一批，加前要搅拌，并使白渣保持到出钢。
为使电石渣及时变白，除炭粉的用量要合适外，还要控制好电流和电压。如果一旦难以变白，说明渣中游离碳和碳化钙过多，这时应采取稀释或氧化掉渣中游离碳及碳化钙的办法：可向熔池中加入石灰、萤石进行稀释；也可打开炉门及加料孔，让空气穿膛而过，将渣中的游离碳和碳化钙氧化掉；迫不得已时，还可向渣面上吹入少量的氧或采取部分扒渣补换新渣等办法进行处理。
（3）中性渣脱氧操作
扒净氧化渣后，根据钢种的工艺要求加入预脱氧剂，然后造中性稀薄渣。中性渣的渣料主要由火砖块掺入适量的石灰和萤石组成，使渣中的(CaO)与(MgO)的含量之和几乎同(SiO2)的含量相当，(MgO)是由稀薄渣及高温长时间侵蚀炉衬而得。由于这种渣的主要成分为MgO和SiO2，所以又称为MgO—SiO2中性渣。
中性稀薄渣形成后，要立即分批加入脱氧粉剂进行间接脱氧，使用数量应参照钢液中的硅含量和熔渣中的碱性氧化物的数量而定。中性渣能稳定钢液中的碳，且电阻大，有利于钢液的加热和升温。另外，这种渣表面张力大，有利于弧光稳定。但该种渣对碱性炉衬侵蚀严重，所以造渣过程中，渣量不宜过大，一般约为钢水量的l％～2％。此外，这种渣没有脱硫能力，因此对炉料要求比较严格，除冶炼含硫易切削钢或某些不锈钢外，已很少采用。
4．钢液脱氧效果的检验
目前，钢液脱氧效果的检验虽然尚未制定统一的标准，但电炉炼钢工对于脱氧工艺简单或使用弱脱氧剂脱氧并用于浇注镇静钢的钢液，在脱氧操作结束后，一般仍要进行脱氧效果的检验。如果发现脱氧不良，就要立即采取积极有效的措施加以处理。
钢液脱氧效果检验的方法较多，较为常见的有以下几种：
(1)经验判断法。有经验的电炉炼钢工从炉渣的颜色上可大概地判断出钢液脱氧的好坏：如果渣白且在炉中能保持长时间的稳定，而断口呈灰白并能在空气中粉化、碎裂，表明渣电(FeO)的含量较低，这时可判断为钢液脱氧良好。
(2)脱氧杯观察法。脱氧杯观察法是判断钢液脱氧好坏比较原始的方法。脱氧结束后，将钢液轻轻地注入清洁、干燥、圆形的高筒杯内，凝固后表面平静或有不同程度的收缩，说明钢液脱氧良好(见图l2—2a)；如凝固过程中冒出一束束火花或在凝固后不但不收缩，反而有上涨、突起现象，这可能是脱氧不好的标志(见图l2—2b)。
图12—2利用脱氧杯观察脱氧
a－脱氧良好的试样；b－脱氧不良的试样
有时钢液脱氧良好，但因钢中的氢含量较高，也会引起上涨，鉴别方法如下：将钢液取出，插入少量的铝进行强制脱氧，然后再将钢液轻轻注入脱氧杯内，如不上涨，说明脱氧不良；如仍然上涨，说明钢中的氢含量较高。此外，经过充分脱氧的钢液，如果注入潮湿、不干净的脱氧杯中，或注入的钢水量太少或太猛，也容易引起上涨。因此，利用脱氧杯检验脱氧效果时，脱氧杯必须清洁、干燥，并将钢液轻轻地注入，钢水量最少也应超过脱氧杯高度的60％以上。对于经过充分脱氧，但温度高于l600℃，碳含量大于l％的高碳钢，如Tl2A等，当钢液在脱氧杯内凝固时，也往往冒出一束束火花，或有上涨并结成一层硬盖，给人一种似乎脱氧不良的假象。如将硬盖捅开，发现下面的收缩照样良好，表明该钢液脱氧仍然较好。这种假象的出现，可能是当温度高于1600℃时，钢中的渗碳体Fe3C发生分解，随着温度的降低，分解出来的游离碳与氧发生二次反应的结果。对于高钨钢，如3Cr2W8V等，有时也出现上述类似现象，原因可能是高钨钢的钢液，在凝固结晶过程中，随着温度的降低，首先析出的碳与氧继续发生反应，也有可能是含钨的渗碳体，如(Fe．W)3C或其他的复杂、低熔点的碳化物，如CrC6等较多，并在高温下分解而产生的游离碳与氧再次发生反应而造成的。一般温度越高，注速越快，上述假象越显著。
(3)化学分析法。化学分析能够快速测出还原渣中(FeO)的含量。如果渣中(FeO) 的含量小于0.5％，表明钢液的脱氧较好。
(4)仪表测量法。目前，通过仪表可直接测出钢液中的氧含量。所用的仪表有快速定氧定碳仪、电子电位差计、浓差电池定氧仪，还有测温定氧仪等多种。这些仪表使用方便，快速准确，有的只需几秒钟就可确切知道钢中的氧含量，因此，已在许多炼钢单位得到了普遍的应用。
5．钢液的终脱氧
为了进一步降低钢中氧含量，根据工艺要求，在出钢前或往出钢槽、出钢流中，也可在钢包中或在浇注过程中加入脱氧能力更强的元素，即在凝固前对钢液进行最后一次直接脱氧，称为钢液的终脱氧。经过终脱氧的钢液，凝固后可获得理想的结晶组织，各种性能也得到了提高。
由于终脱氧剂的用量、种类或操作不同，对钢中夹杂物的含量、形状、大小与分布的影响也不同。常用的终脱氧剂有铝、钛、硅钙或铈铁等。
铝的终脱氧多用在出钢前2～3min插入钢中，一般用量：低碳钢为lkg／t钢，中碳钢为0.8kg／t钢，高碳钢和高硅钢为0.5kg／t钢，而工具钢为0.5kg／t钢。目前出现的喂丝机，将制成的铝芯喂入钢中，可以节省铝的用量。用铝做终脱氧剂可控制钢液的二次氧化及减少钢锭产生气泡，同时又能防止Fe4N生成，避免钢产生老化。此外，铝和氮的结合能力较大，在脱氧良好的情况下，终脱氧铝和钢中的氮可生成氮化铝，并以高度弥散状态分布在钢中，在钢液结晶时可作为非自发核心而细化晶粒。对于晶粒度要求较高的钢种，残余全铝量保持在0.02％～0.05％范围内较为理想。终脱氧铝加入前，一般先铸成单重不大于3kg 的均匀块体，然后根据用量的多少插入熔池中，插前最好先放在炉门上烘烤一下，插时要使铝块迅速穿过渣层进入钢中，稍化一会再活动耙杆，待铝块化后，拿出耙杆，为了扩大铝在熔池中的终脱氧范围，插后应进行搅拌。在钢包中用铝块进行终脱氧，会因铝的密度小，易飘浮，或脱氧产物Al2O3在钢中呈团絮状分布，在钢包水口的内壁上悬挂或堵塞汤道而影响钢的正常浇注。目前，已研制出一种喷射装置，将预先制备的铝丸喷射到钢液的深部，使其在钢中分布均匀，从而既满足冶炼工艺的要求，又提高终脱氧铝的利用率。在浇注过程中，通过中注管添加铝丸或铝丝也可对钢进行终脱氧。钛的氧化物和碳化物也能成为钢液结晶时的非自发核心，因此也有细化晶粒的作用。钛的脱氧产物TiO2对锰或铁硅酸盐有降低熔点的作用，可以促使硅酸盐夹杂物聚集上浮，结果使钢中的这类夹杂物含量显著减少。此外，钛也是形成TiN最强的元素，虽然可减轻氮对钢质量的危害程度，但总会有一部分残留在钢中而形成带棱角的夹杂物。终脱氧一般使用钛铁，用量不大，不计烧损。加入前应插铝lkg／t钢，以确保钛的终脱氧效果，加时最好推开渣面，使之与钢液直接接触，也可在出钢槽或出钢流中加入。作为终脱氧的硅钙能减少钢中Al2O3 链状夹杂，增加球状夹杂，还能控制钢液的二次氧化、脱硫与除气，改善钢液的流动性和钢锭的表面质量及提高钢的冲击韧性等。终脱氧硅钙块的用量一般不大于lkg／t钢，出钢时直接投入钢流或钢包中。铈对钢的脱氧脱硫及除气与细化晶粒均有好处，还能减少钢液的二次氧化并能改善钢的力学性能等。铈铁的加入量一般为0. 3～0. 5kg／t钢，多直接投入钢流或钢包中，如在炉中使用，要用铁皮包好插入钢液中。
6．钢液的二次氧化与控制
在出钢和浇注过程中，脱氧良好的钢液，由于钢液的裸露并与空气直接接触，钢中某些元素有可能与空气中的氧或氮发生反应，生成二次氧化物及氮化物。此外，出钢后随着温度的降低，[O]在钢中的溶解度也降低，而这些元素与[O]的反应能力却增加，这样在新的条件下又要继续生成氧化物。类似这些现象统称为钢液的二次氧化。钢液的二次氧化使钢中夹杂物的总量明显增加，严重地影响成品钢的各种性能，因此，在生产过程中应尽量防止与避免。良好的终脱氧操作能将钢中的氧得到进一步地降低，从而可使钢液发生二次氧化的程度大大减少，尤其是用铝的终脱氧作用更大。此外，尽量缩短出钢时间，并采取大口喷吐、渣钢混出等，也能减少钢液的二次氧化。
目前，比较盛行的真空冶炼或钢包喷粉是在出钢后进行脱氧，能使钢中的氧含量降到很低的水平，基本上可避免或消除钢液的二次氧化。除此之外，在浇注过程中，采用惰性气体、液渣、或石墨渣保护浇注及真空浇注等，也都是控制钢液二次氧化的有力措施。
二、还原期的脱硫
电炉炼钢的脱硫任务主要是在还原期或利用钢液的炉外精炼来完成，脱硫是还原精炼的重要内容之一。
碱性电炉炼钢的各个冶炼阶段都能脱硫。一般熔化期的LS可达3～4，氧化期的LS可达8～10，而还原期的LS可达50～80。由此可见，大部分的脱硫任务是在还原期进行的。以下介绍还原期和出钢过程脱硫操作的强化措施。
1．还原期脱硫操作的强化措施
还原期脱硫操作的强化措施有：
(1)提高全扒渣温度。脱硫是吸热反应，提高全扒渣温度有利于反应的进行。此外，提高全扒渣温度还能使稀薄渣形成速度快，以及改善脱硫的动力学条件。
(2)提高还原渣的碱度。在渣量合适，流动性良好的情况下，渣的碱度R应保持在2.5 ～3.5之间，并在这个范围内尽量提高碱度，使脱硫反应朝有利的方向进行。
(3)加强直接预脱氧或采用强制性的脱氧工艺。在预脱氧剂的直接作用下，迅速降低钢中的氧含量，越低越好，可使钢中的硫脱除20％～30％左右。例如当碱度R=2.8～3.2，(FeO)<0.5％时，钢液的脱硫量可达40％以上，(FeO)=0.6％～l.0％时，钢液的脱硫量约为30％左右，而当(FeO)>1.0%时，钢液的脱硫量却很低。除此之外，碱性电炉炼钢的还原期如果采用电石渣等强制性的脱氧工艺，也有利于脱硫反应的进行。
(4)加强熔池的搅拌。加强熔池搅拌是强化脱硫的一项重要措施，特别是在还原的中后期，当钢液中的硫含量较低时，脱硫反应经常达不到平衡，通过搅拌强化硫的扩散，以改善脱硫的动力学条件。
(5)通过调整电流电压，改善脱硫速度。为了获得硫含量很低的钢液，在还原末期可采用低电压、大电流的办法进行脱硫。因低电压、大电流的弧光短，能吹动熔渣而活跃反应区域，进而有利于脱硫反应的进行。
(6)换渣操作。在脱硫困难的条件下，为了获得硫含量很低的钢液，在还原末期可采取部分扒渣或完全扒渣，然后按合适的配比加入石灰和萤石补造新渣，以此来达到扩大渣钢反应界面积和增大渣量，最终也能较好地完成钢液的脱硫任务。
2．出钢过程脱硫操作的强化措施
通常将出钢前钢液中硫含量与出钢后钢液中硫含量之比，称为出钢脱硫效率。以符号ηS。表示，则：
出钢过程脱硫操作的强化措施大体上有以下四项。
(1)保持还原渣的正常颜色。出钢前后还原渣中平均(FeO)含量降低越大，脱硫效率ηS提高得越大。出钢前还原渣为黄色，表明渣中(FeO)及(MnO)的含量较高，对出钢过程的脱硫不利。出钢前还原渣呈黑色或灰黑色，表明渣中游离碳较多或是电石渣，如果在该种渣下出钢，对脱硫有好处，但因熔渣与钢液润湿较好，出钢后渣钢不易分离，且又影响夹杂物的上浮，这也不是我们所希望的。绿色的还原渣中含Cr2O3较高，对脱硫略有好的影响。而亮黑色的氧化渣中(FeO)的含量高，对提高出钢脱硫效率ηS。极为不利。所以，保持还原渣的正常颜色(白渣或花白渣)是出钢过程强化脱硫操作的一项重要措施。
(2)保持还原渣的正常状态。这里主要是指熔渣的碱度与流动性，即出钢前要求还原渣要有合适的碱度和合适的流动性。碱度过高过低对出钢过程的脱硫均不利。当R=3.5～4.2时，出钢脱硫效率ηS最高。但原始硫含量[S]0越低，出钢脱硫效率ηS也越低。熔渣的碱度和流动性，这两者之间的关系极为密切。碱度过低影响脱硫反应的顺利进行，过高又破坏熔渣良好的流动性，阻碍硫在渣中的扩散与转移。所以，保持还原渣的合适碱度和良好的流动性是出钢过程强化脱硫操作的又一项措施。
(3)强化终脱氧用铝。终脱氧用铝量由0.5kg／t钢增加到1kg／t钢时，钢中溶解氧降低，而出钢的脱硫效率也跟着提高，因此为了更好地脱硫，强化终脱氧用铝十分重要，在操作过程中用量一定要满足工艺要求。加入钢中的铝不能直接脱硫，只能协助脱硫，它的主要作用是为了降低钢中的氧含量。当钢中的[％Al]≥0.06％时，钢中的氧含量将明显增高，因此一般钢中均规定残余铝的含量为0.02％～0.05％。
(4)强化出钢方式。脱硫反应是界面反应，扩大反应界面有利于脱硫。如果在出钢过程中，利用渣钢的激烈搅混来扩大渣钢间的反应界面，可使脱硫反应条件得到显著的改善。一般规律是出钢脱硫效率将随混冲速度的提高、混冲高度的增加、渣量的加大、渣温的提高以及(FeO)含量的降低而提高。为了充分利用这样的机会，目前电炉炼钢工多采取渣钢混出、大口喷吐、快速有力的方式出钢，可继续脱硫30％～50％。为此，要求出钢口要大、出钢坑要深。对于高架式的电炉，要求平台的设计高度要高些。
三、钢液温度的调整与测量
1．温度对钢液精炼的影响
电炉钢冶炼温度的控制主要是在氧化期，还原期只是经常进行必要的调整。正确掌握还原期的温度能够很好地控制冶炼过程，这对提高钢的质量和产量及降低各种消耗等均有重要的作用。冶炼温度过高，电耗增加，还原渣易变稀变黄难以控制，同时也降低元素的脱氧能力，使钢液吸气严重或使钢中夹杂总量增加。另外，也降低炉衬的使用寿命，增加耐火材料消耗。如果出钢温度过高，容易蚀断塞棒，而塞棒一旦蚀断就必然影响注温注速的控制。过高温度的浇注极易造成跑钢、粘模，锭(件)还易产生皮下气泡、缩孔、热裂，在成品材上容易引起白点或碳化物不均匀等缺陷。低温冶炼熔体的粘度大，渣钢间的物化反应不能充分地进行，既延长了冶炼时间，也影响脱氧、脱硫效果以及夹杂物的上浮与排除，成品材还容易出现发纹或断口等缺陷。低温浇注又易使水口或中注管凝死而影响浇注的正常进行，严重的甚至造成缺支短锭废品，就是勉强注成的钢锭也容易出现翻皮、结疤、冷截或中心疏松等缺陷。浇注温度低，钢锭表面质量差，既增加了清理量，也浪费了人力物力。
2．钢液温度的调整
氧化期的温度制度为还原期冶炼创造了条件，还原期温度的调整是在氧化期温度的基础上，考虑钢种的特点、出钢温度、炉外精炼的特点以及浇注条件等而逐渐完成的。
（1）出钢温度的确定
出钢温度一般按下式确定：
出钢温度=开浇温度+出钢温降+精炼与镇静温降
不同的钢种具有不同的特点，也有不同的性能和质量检验标准，因而对出钢温度的要求也相应不同。大量的生产实践已总结出：高碳钢的熔点低、流动性好，出钢温度应低一些，低碳钢的出钢温度应高一些；粘度大的，如高铬钢等，出钢温度应高一些，而流动性较好或对耐火材料腐蚀作用大的，如高硅钢、高锰钢或高锰高硅钢，出钢温度应低一些；合金元素较多和杂质较多的高合金钢温度控制应高一些，而一般合金钢的温度控制相应要低一些；对发纹或断口等缺陷敏感性强的钢种温度控制应高一些，而对裂纹、缩孔、白点或碳化物不均匀等缺陷敏感性大的钢种温度控制应低一些；上注时的出钢温度应比下注时的低一些；多盘浇注的出钢温度应比单盘浇注的高一些，对于没有升温能力的炉外精炼或包中合金化或包中加固体合成渣的，出钢温度要求更高一些；一般夏季出钢温度要比冬季低一些；出钢量少的出钢温度应比出钢量多的高一些。
（2）钢液温度的调整
因钢液在还原前已被加热到等于或稍高于出钢温度，而还原后钢的熔点是下降的，所以还原期温度的调整过程实际上就是使钢液温度保持或逐渐下降到出钢温度的过程。还原期温度的调整主要是靠灵活正确地使用电流与电压，一般是使冶炼温度由高逐渐降低并达到满足出钢温度的要求为止。全扒渣后，为了弥补扒渣时钢液热量的散失与造渣材料及合金熔化的耗热，应供给较大的功率，稀薄渣形成后再根据具体情况，合理地降低电压或减少电流，以避免在还原期后升温或停电急剧降温。还原期的停电降温大多是氧化末期冶炼温度过高所致，停电急剧降温会使熔池失去电弧搅拌的作用而影响钢液成分和温度的均匀，还会使熔渣突然变稠变坏而减弱炉中的还原气氛，降低渣钢间的各种物化反应如脱氧、脱硫等，同时因急冷也会给炉衬带来较大的损坏。所以，电炉炼钢工在控制冶炼温度时，应尽量避免还原期的停电急剧降温。
3．钢液温度的测量
还原期的熔池比较平静，各个区域的温度难以均匀。熔渣的温度电极底下最高，靠炉壁渣线附近的较低；钢液温度，上层比下层的高，普通功率电炉在没有搅拌时，上下温差可达50℃，搅拌得理想一些，还相差l0～20℃；渣线附近与中心部位钢液的温差约为30～40℃；熔渣温度一般高于钢液温度40～80℃。因此，为使还原期钢液的温度趋于均匀，应经常进行必要的搅拌，尤其是在测温之前这项操作更显得突出重要。
1）钢液温度的仪表测量
钢液温度的仪表测量有以下方法。
(1)光学高温计测温法。光学高温计又叫比色高温计。它的原理是将高温计的电阻丝通以电流后的颜色与钢液的颜色比较，当一致时，高温计的温度读数即是钢液的光学温度。此法测量简便，但误差大，测得结果也不是钢液的实际温度，一般钢液的光学温度比热电偶温度约低80～100℃。
(2)热电偶测温法。热电偶是利用不同的金属在不同的温度下具有不同的热电动势制成。热电偶的种类较多，然而根据使用方式不同分为点测和连测两种：点测多使用消耗型侵入式热电偶，而连测是将连续测温仪安放在炉体或钢包的某一部位上进行测量。热电偶测得的数值基本上能反映钢液的实际温度，因此目前获得了比较广泛的应用。但有一点需指出，点测热电偶测得的结果是在操作正常、炉况良好和充分搅拌的情况下才具有代表性，而当炉况坏、熔渣中MgO的含量较高或在后升温的情况下，熔渣的温度有时远远高于钢液的温度，这时热电偶所测的钢液温度也就往往低于熔渣温度许多，可是通过出钢过程的渣钢混冲，熔渣的热量就要传给钢液而使钢液的温度升高。这时候就会出现炉内测量的温度低，而出钢后钢包内钢液的实际温度却增高的现象。
2）钢液温度的经验判断
钢液的温度主要靠仪表来测量，除此之外，电炉炼钢工还经常利用下述经验进行判断：
(1)钢液结膜(静膜)判断法。不同钢种的钢液具有不同的表面结膜(静膜)温度。钢液的温度越高，下降到结膜(静膜)温度所需的时间越长，因此根据钢液的结膜(静膜)时间可以间接地判断钢液的温度。钢液的结膜(静膜)时间一般用秒计量。碳素结构钢和碳素工具钢以结膜为准，高铝或高铬钢等以静膜为准。钢液的结膜(静膜)秒数与相对应的大概温度参照关系见表l2—5。
表12—5钢液结膜(静膜)秒数与钢液温度的参照关系
注：此表适用于碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、舍金工具钢、弹簧钢。
利用钢液的结膜(静膜)时间来判断钢液温度的高低是一种简单易行的方法，在生产上得到了广泛的应用。但该法往往受生产或外界条件的影响，有时也难以确切反映钢液的真实温度，如在冷空气流的作用下，或渣况不良渣色不正常，或操作不标准(如没有熔渣覆盖或钢水量少)，钢液在勺内散热快，结膜(静膜)秒数看上去不高，而实际温度可能高，也有的将样勺反复多次粘渣或用红勺盛取高温钢液，或样勺容量尺寸超标准，结膜秒数很高，而实际温度可能不高，因此利用该法进行判断时，不要被这些假象所迷惑。由于样勺的容积大小、勺壁的厚度对钢液的结膜(静膜)时间有直接影响，因此选用标准的样勺是很重要的。目前，一般常用样勺的尺寸如图12—3所示，该种勺盛满钢液时的重量约为lkg左右。
图12—3样勺的尺寸
(2)观察钢液颜色判断法。由于钢液在不同的温度下具有不同的颜色，我们可以根据钢液的颜色来判断温度的高低。该法熟练后比较有代表性。在样勺中观察钢液时：
钢液呈红色或暗红色，温度很低，约为1550℃以下；
钢液呈亮红色，温度约为1600℃；
钢液呈青白色，液面带有烟苗，约为1620℃左右；
钢液呈白色，冒浓烟，约在1650℃左右；
钢液完全发白，在蓝眼镜下感到耀眼，且浓烟直冒，表明温度很高，约在1670℃以上。
(3)钢液粘勺测温法。该法是用几个样勺盛取钢液，分别静置不同的秒数后将钢液倒出，观察钢液经过多少秒后开始粘勺，并以开始发生粘勺的秒数作为钢液温度的标志，称为粘勺秒数。此法经常用于含高铬、高铝、高钛的合金钢上。
(4)试样凝固状态判断法。一般是将钢液慢慢地注入试样碗内，如收缩很厉害，边缘呈尖薄，表示温度高；呈圆形温度中等；凸起则表明温度很低。
(5)钢液流动情况判断法。将钢液从10cm左右的高度上慢慢地浇在光滑、清洁的铁板上，钢液流动的距离越长，说明温度越高；如果将铁板焊住则表明温度更高。该法常用于熔点低或易氧化元素较多而用其他经验无法判断的高合金钢上。
(6)钢条熔蚀判断法。将10～12mm的钢条弯成钝角，插入样勺的钢液中来回搅动，5～8s后抽出检查。如果钢条断面细而尖，说明温度较高；平而粗糙表示温度一般；钢条表面粘有残钢则表明温度较低。
此外，还可从某些元素的成分上对钢液温度进行大概的判断：在操作正常的情况下，锰是钢液温度的标志，如果氧化末期钢中锰含量没有损失，表明钢液的实际温度较高；如果还原末期钢的脱硫量较大或硅粉用量正常，但收得率低，也说明钢液的实际温度较高。还可从还原气氛上进行判断：如果出钢前电极孔没有封闭死，或时出时缩突突地冒出火苗，有时熔池中还发出“嘎啦、嘎啦”的响声，表明钢液的实际温度不高；如果电极孔已自动封闭死，但却从炉门的边角缝处冒出滚滚的浓烟，或加硅粉时火焰大，说明温度较高。当然，还可从渣线附近是否沸腾进行判断：如果还原末期熔渣稀或渣线附近处有沸腾，说明钢液温度较高，否则只是一般。
四、钢液成分的调整
1．合金元素的加入原则及收得率
合金元素的加入原则：
(1)要使合金元素在钢液中快速熔化、分布均匀；
(2)收得率要高，成本要低；
(3)合金材料带入钢液中的杂质，如SiO2、Al2O3等能有机会去除；
(4)加入的合金材料对熔池温度不要波动过大，即使波动较大，也应在炼钢工的掌握之中，否则将会影响操作的正常进行。
在冶炼过程中，为了满足上述的加入原则，应根据合金元素的物化性质、使用量和冶炼方法等来确定加入时机和加入方法。合金元素与氧的亲和力比铁小的，如镍等，大量使用时，应在装料或熔化期加入，少量使用时，应在氧化期或还原期调入。与氧的亲和力和铁比不相上下的合金元素，如钨等，如采用返吹法或不氧化法冶炼时，应在装料或熔化期加入，如采用矿氧法冶炼时，应在氧化末期或还原初期加入；与氧的亲和力比铁稍大一些的合金元素，如Cr、Mn等，应在全部扒除氧化渣后或还原期加入；与氧的亲和力比铁更大的易氧化元素，如Ti、B等，应在出钢前或出钢过程中加入。对于高熔点的难熔合金元素，在考虑其氧化性能的条件下，应尽早一些调入。对于采用返吹法或不氧化法冶炼的高合金钢，尽管有的合金元素与氧的亲和力比铁大，但它们也可随炉料一同装入，如铬铁等。为便于炉前操作，现将一些合金材料的加入时间、加入方法及其收得率详述如下：
(1)镍。在炼钢条件下，镍实际上不氧化。大量使用时可随炉料一同装入，也可在熔化期或氧化期加入，这样经过氧化沸腾能使镍带入的气体得以较好的排除，而对于少量使用的镍一般在还原期调入。由于镍在电弧高温下有挥发损失，因此当随同炉料装入时，应装在远离电弧高温区的部位。一般冶炼低镍合金钢时，镍的收得率可按100％计算；而对于冶炼的镍基合金，挥发损失可达2％～3％。
(2)钴和铜。在炼钢条件下，钴和铜也是属于不氧化元素，既可随炉料一同装入，也可在还原期随用随调，收得率均按100％考虑。
(3)钼铁。钼铁的熔点高，密度大，MoO3易挥发。钼铁一般随炉料一同装入，也可在熔化末期或氧化末期或稀薄渣下加入。还原末期补调的钼铁应选用小块的并在出钢前15min加入。钼铁的收得率一般为95％～l00％，但当钢中钼含量大于4％以上时，收得率应取下限。
(4)钼酸钙。冶炼钼含量小于1％的钼钢时，可用钼酸钙(CaMo04)代替钼铁。它或随炉料装入或在氧化期加入。在冶炼过程中，钼酸钙与铁和碳能发生如下反应：
由于钼酸钙中的钼还原很完全，因此熔渣中不存在钼的氧化物。但为了保证钢液的还原性能和钼含量的稳定，钼酸钙最好不要用于出钢前的补调成分。
(5)钨铁。钨和镍、钼相比，与氧的亲和力较大，当(FeO)的含量较高时，它有氧化损失。此外，钨的氧化物在高温下还要挥发。为了减少钨的损失，氧化法冶炼的钨钢，钨铁应在氧化末期或稀薄渣下加入。采用返吹法或不氧化法冶炼的钨钢，钨铁可随炉料一同装入，然后在氧化末期或稀薄渣下调整，还原末期补调的钨铁应在出钢前l5min加入。由于钨铁密度大，熔点高，易沉积炉底熔化慢，因此加入前要预热，加入后和出钢前要充分搅拌，以保证钢液中钨含量趋于均匀。钨的收得率一般约为85％～98％，且含量越高，收得率也越高。
(6)铌铁。铌与氧的亲和力大于铁。氧化法或返吹法冶炼时，铌铁在出钢前20～30min 内加入，如果工艺的冶炼温度较低，则需40min以上，以使熔化完全。不氧化法冶炼时，铌铁可随炉料一同装炉，脱氧良好时，铌的收得率一般为95％～l00％。
(7)铬铁。铬与氧的亲和力大于铁。氧化法冶炼所用的铬铁在稀薄渣下加入；返吹法或不氧化冶炼的铬铁可随炉料一同装入；还原末期补调的铬铁在出钢前10min加入。容量小而在出钢前补加大量铬铁的炉子，要相应延长冶炼时间，以利于铬铁的熔化与熔池的升温。一般钢中铬铁的收得率约为95％～98％，而用返吹法冶炼高铬钢时，收得率约为80％～90％。
(8)锰铁。锰与氧的亲和力大于铁。锰铁应在稀薄渣形成后或随同渣料加入，还原末期调整的锰铁在出钢前10min加入。锰铁的收得率一般为95％～l00％。
(9)钒铁。钒易于氧化也易于还原，钒铁的加入时间应根据钢种而定。冶炼低钒钢(V≤0.30％)时，应在出钢前8～15min加入；冶炼中钒钢(V=0.30％～0.50％)时，应在出钢前20min加入；冶炼高钒钢(V=0.50％～l.00％)时，应在出钢前30min加入；炼制更高的钒钢(V>1％)时，钒铁可在出钢前40min加入并在出钢前进行补调。单渣法冶炼所用的钒铁也可于熔化末期分批加入。钒铁的收得率一般按95％～98％考虑。
(10)硅铁。硅和氧的亲和力较大。硅铁除镜面加入的外，一般均在脱氧良好的情况下加入。对于少量调入的硅铁应在出钢前10min加入，收得率按100％计算。冶炼硅钢时，硅铁应在出钢前l0～20min加入，与此同时还要补加适量的石灰，这时硅的收得率约为95％～98％。
(11)钛铁。钛易氧化，但钛铁的价格也比较贵，所以它主要用于钢的合金化，并在钢液脱氧良好的情况下，在出钢前5～15min加入。钛铁的密度较小，加入后要用铁耙子压入钢液中，以增加钢液对钛的收得率。当大量加入钛铁时，如熔渣稀，温度高或钢中硅也高，应先扒出一部分熔渣后再加入，这样既可提高钛的收得率，又可防止硅超出规格。当然也可不扒渣，但钛铁加入后钢液增硅的现象不容忽视，这是因为钛铁中含有较高的铝和硅，而A1、Ti还会与渣中的(SiO2)发生反应使硅还原。炉中加入的钛铁的收得率与钢液的脱氧情况及钢中的钛含量有关。如果脱氧良好，即渣中(FeO)<0.5％，当钢中的钛含量小于或等于0.15％时，收得率约为30％～50％；、当钢中的钛含量为0.20％～0.80％时，收得率约为50％～65％；当钢中的钛含量大于0.80％时，收得率为70％～90％。
(12)铝锭。铝的合金化多用铝锭。一般在脱氧良好的情况下在出钢前8～15min扒出适量的还原渣并补造新渣后加入。为了提高铝锭的收得率，加入后应用铁耙子不断地拍打，使铝锭下沉并与钢液充分接触。炉中加入的铝锭的收得率与钢液的脱氧情况及钢中的铝含量有关。如脱氧良好，即渣中的(FeO)<0.50％：当铝含量为l％时，收得率为70～80％；当铝含量为2％时，收得率为80～85％；当铝含量为3％时，收得率为85～90％；当铝含量大于5％时，收得率为90～95％。铝锭加入前，要注意控制钢液的温度，既要为铝的脱氧产物Al2O3的上浮创造条件，进而有利于防止铝钢产生点状偏析和发纹及石板状断口等缺陷，同时也要避免出现无法浇注的高温钢。
(13)硼铁。硼与氧和氮的亲和力很强，硼铁加入前，钢液必须脱氧、脱氮良好，并在加前还要插铝lkg／t钢和加钛0．05％(不计烧损)，以固定钢液中的氧和氮。硼铁既可在炉中加入，也可在包中使用。在炉中加入时，硼铁要用铝皮包住并插入钢液中，加入后3～5min 内出钢。包中使用时，应先挡渣出钢，加完后方可渣钢混出。为了减少硼的损失，有的在出钢前加硅钙0.5～lkg／t钢。硼铁的收得率为30％～50％，如果采用喂丝机向钢液中喂硼，收得率可达90％。
(14)氮。氮易于扩散逸出，不能在氧化期加入。在返吹法冶炼中，搭用含氮返回料时氮的收得率也较低，一般为30％左右。当向钢液中吹入氮气时，虽然也能增加氮含量，但收得率较低且不稳定。在电炉炼钢上，作为合金化元素使用的氮，通常以氮锰合金或氮铬合金的形式在还原期加入，影响收得率的因素主要有合金中的氮含量、钢液的温度及钢中的化学成分等。一般是合金中的氮含量低(如l％左右)时，收得率可达100％；氮含量较高(如6％～7％)时，收得率较低。钢液的温度过高时，氮合金中的部分氮易挥发；而钢液的温度过低时，氮的溶解度下降，两者均影响收得率。当PN2=0.1MPa时，钢中的Mn、Cr、Mo元素在钢中现有的浓度下不会生成独立相的氮化物，但能显著地提高氮在钢液中的溶解度，而使收得率大为提高。因此，为了提高氮的收得率，在氮合金加入前，在钢种规格允许的范围内，尽量让钢液中先有足够的Mn、Cr或Mo。氧是钢液的强表面活性物质，当钢中的氧含量高时，也影响氮的溶解速率，所以氮合金尽量在脱氧良好的情况下加入。此外，氮的收得率还与冶炼方法有关，通常是不氧化法冶炼的收得率比氧化法或返吹法的高且又稳定。
(15)硫和磷。冶炼高硫钢，硫是以硫磺或片状硫化亚铁的形式加入。硫磺在全扒渣后加入，收得率为50％～70％；如用于包中喷粉，收得率更高；片状硫化亚铁在出钢前加入，收得率为l00％。冶炼磷钢，磷是以磷铁的形式在还原初期或还原末期加入，收得率为100％。为了保证硫、磷的回收，还原期应采用中性渣系冶炼。
(16)稀土金属。稀土金属应在终脱氧后加入炉中效果较好，而且在炉内停留的时间越短，收得率越高，一般约为20％～40％，当然，包中加入也能获得较为满意的结果。
(17)稀土氧化物。稀土氧化物一般是与硝酸钠或硼钙或硅钙混合后加入包中，如钢中允许硼存在时才使用硼钙，收得率为30％～40％。稀土氧化物吸收氢的能力较强，用前切勿在空气中放置过久，以免将气体带入钢中。
一些常用合金材料的加入时间和收得率见表12—6。
表12—6常用合金材料的加入时间和收得率
2．炉内钢液成分的控制与调整
化学成分对钢的质量和性能均有很大的影响。大量的科学实验和生产实践表明，一些钢种的化学成分除应符合技术条件的规定外，还要控制在某一更加严格的范围内，才能满足于对该钢种质量和性能的更高要求。对于没有特殊要求的钢种，成分一般按中下限控制，这样既可保证钢的质量和性能的要求，又能节约合金材料。
实际上，钢液化学成分的控制贯穿于一炉钢冶炼的始终：炉料入炉前，炼钢工首先核对料单，检查炉料的装入量，配碳量以及装入的合金材料的数量与成分是否合适，发现贻误应立即纠正。全熔分析结果报出后，要对照钢种的规格成分核对各元素的分析成分，对于残余元素的含量超过或接近最高许可值的结果，要反复核实验证，然后决定是否调整冶炼方案，绝不允许因残余元素含量不清、不准而轻易地终止一炉钢的冶炼。经验告诉我们，杂铁比越高，残余元素成分波动越大，越要谨慎小心。
氧化末期的钢液成分控制终脱碳是关键。在操作正常的情况下，应该是钢中的不足之碳从铁合金、电极或还原渣中吸收而得到弥补，无需增碳即可满足钢种规格要求。出钢前，如果碳含量低于控制规格，还可用低S、P的增碳生铁进行增碳，但增碳量最好不大于0.05％，以免带入过多的杂质而影响钢的质量。除此之外，还需考虑生铁带入的S、P值加上钢中的也不许超过钢种规格的含量。对于焦油打结的新炉衬或电石渣出钢及用焦油砖砌制的新包，出钢过程钢液容易进碳，且低碳钢较比高碳钢进的更容易。
钢中的磷由于补加合金所带入的和残留炉中氧化渣中的磷还原，在还原后期略有增加，但只要全扒渣时的磷含量符合规定的扒渣条件，一般不会超过钢种规格的许可值。钢中的硫在碱性渣操作正常的情况下，一般均能很顺利地降到所要求的范围内。此外，在出钢过程还能脱除许多。但在出钢前如果发现脱硫不好，应立即采取妥善的措施进行处理，切不可草率地决定超硫出钢。钢中的硅一般是通过间接脱氧所加入的硅粉获取，余者不足部分在出钢前可利用硅块补调。当然也可全部用硅块调入，这对扩大沉淀脱氧的快速炼钢来说，具有很大的实际意义。钢中的锰，一般是在脱氧过程中，从加入的锰合金上获取，控制时要考虑钢中的残余锰量。对于高锰钢或高硅钢，在出钢前调整补加锰或硅时，一般均调到偏中上限。这是由于钢中的锰或硅含量很高，在出钢过程中氧化损失较多。对于高硅高锰钢，因硅对氧的亲和力强于锰，所以硅调到中上限，而锰调到中限即可。出钢前大量的加铝或加钛易使钢中的硅含量增加，因此对于这类钢种，在还原操作过程中，应控制钢中的硅及渣中Si02的含量。钢中的铬除返吹法或不氧化法的冶炼由专用料带入一部分外，其余的均从加入的铬铁中获取。对于镍、铝元素含量应见到两个分析结果相差不大，且与料单配入相符才能进行调整。如与料单配入的不一致应查清原因或经多次分析确认无误再调整。对于高熔点不易氧化元素的成分一般一次调入中下限或中限。对于易还原的合金元素一般调到下限或接近下限，不足的含量在出钢前补加。对于冶炼温度偏低、搅拌又不好或加入的时间较短就取样的铬钢等，成分分析往往偏高，而钢液中实际含量却没有那么高。合金化时，如加入的合金呈粉末状态的较多，成分分析又容易偏低，而钢液中的实际含量也确实较低，这时成分的调整应偏高一些。对于冶炼温度偏低，搅拌又不好且含有较高的高熔点元素的钢液，高熔点元素的成分分析有时偏低而实际含量可能不低，这时成分的调整应要谨慎小心。对于连续冶炼多炉的密度大、高熔点的高合金钢，第一炉的密度大、高熔点的合金元素应往中上限控制，其余各炉一般调入中下限即可。
除此之外，钢液成分的控制与调整还要了解上一炉钢的成分、残钢与残渣对这炉钢成分及钢液重量的影响。对于刷炉洗包的钢种，由于炉内或包中留有前炉冶炼的残钢残渣，其中合金元素的含量又很高，势必有部分要被回收，这时成分的控制与调整应以进入下限即可。上一炉的钢液有时翻不净就从事下一炉钢的冶炼，如果炉中剩余的残钢较多，势必影响下炉钢的钢液重量，在炉中调整成分时，如不考虑极易引起化学成分的脱格。多年的生产经验还得出，当计算成分与分析成分不一致时，应查清原因后再调整，否则也会造成化学成分的波动。对于采用留钢留渣的操作，钢液成分的控制与调整主要是在包中进行。
总之，钢液成分的控制与调整，必须全面分析、通盘考虑，一个好的电炉炼钢工应该通过长期的生产实践，积累丰富的经验，才能掌握这方面的技术。
3．钢液成分的计算
（1）钢液重量的校核
在实际生产中，受计量不准或炉料质量波动较大或操作不当等因素的影响，极易出现钢液的实际重量与计划重量不符，而给化学成分的控制及钢的浇注造成困难。因此，校核钢液的实际重量在生产中偶尔也能遇到。因Ni、Mo元素在一般合金钢中的收得率比较稳定，所以可借调镍调钼的办法来校核钢液的重量，校核公式如下：
式中P——钢液的实际重量，kg；
P0——原计划的钢液重量，kg；
△b——炉中分析的增镍或增钼量，％；
△b0——按P0计算的增镍或增钼量，％。
例1 原计划钢液的重量为20t，加钼前钼的含量为0．16％，加钼后计算钼的含量为0.25％，实际分析为0.26％。求钢液的实际重量?
由例l可以看出，钢中钼的含量仅差0．01％，钢液的实际重量就与原计划直量相差2t，而化学分析往往容易出现±(0.0 l％～0.03%)的偏差，这样就很难准确地校核判断钢液的实际重量。因此，上式只适用于理论上的计算，而在实际冶炼过程中，钢液重量的校核一般均采用下式计算：
式中P——钢液的实际重量，kg；
G——镍或钼铁的补加量，kg；
C——镍或钼铁的成分，％；
△b——炉中分析的增镍或增钼量，％。
例2 往炉中加入钼铁15kg，钢液中的钼含量由0.20％增到0.25％，已知钼铁中钼的成分为60％，求炉中钢液的实际重量?
解：
例3 冶炼20CrNiA钢，因电子秤临时出故障，装入的钢铁料没经称量，由装料工估算装料。求炉中钢液重量?
解：往炉中加入镍板100kg，钢液中的镍含量由0.90％增到1.20％，已知镍板的成分为99％，则：
对于不含镍或钼的钢液，重量的校核主要凭借经验。由于锰受冶炼温度及钢中的氧、硫含量的影响较大，因此利用锰元素来校核钢液的重量，只能在还原末期进行，而在氧化过程中或还原初期的准确性较差。
（2）单一合金元素的加入计算
计算公式为：
P=KQ
式中P——钢液重量，kg；
Q——装料量，kg；
K——炉料的综合收得率，％。
式中G——铁合金加入量，kg；
a——合金元素控制规格成分，％；
b——炉中元素的分析成分，％；
c——铁合金中的元素成分，％；
f——合金元素的收得率，％。
当钢中元素的规格含量不高时，合金用量对钢液总重量的影响可忽略不计，即上式中分母的G 略去，合金元素加入的计算公式可简化为：
上式适用于碳素钢或低合金钢合金元素的加入计算，即指单元合金元素含量小于3％或加上其他合金元素含量的总和小于3.5％的钢种。而钢中元素的含量越高，计算误差越偏大，但也不能脱出规格。
例4 冶炼38CrMoAlA钢。已知装料量为20t，炉料烧损为4％，炉中分析铝含量为0．05％，铝的控制规格成分为0．95％，铝锭中铝的成分为98％，铝的收得率为75％。求铝锭加入量?
解：
第八节 出钢
一、电炉的出钢条件
出钢是炉前冶炼的最后一项操作，但必须具备出钢条件才能出钢，否则将会影响钢的质量和产量。传统电炉的出钢不包括留钢留渣操作，出钢条件如下：
(1)化学成分全部进入控制规格。出钢前，钢液的化学成分凡属炉前调整的必须全部进入规格，没进入控制规格或没有满足合同要求的不准出钢。
(2)出钢温度合乎要求。合适的出钢温度不仅是保证钢液质量的关键，而且也是保证浇注操作顺利进行的首要条件之一。因此，钢液的出钢温度必须满足所炼钢种的工艺要求，既要避免出温度过高的高温钢液，也不许出不能浇注或勉强维持浇注的低温钢。
(3)钢液脱氧必须良好。为了降低钢中央杂物，尽量提高钢的纯洁度，防止帽口上涨、气泡和发纹等缺陷的产生，电炉钢脱氧不良的钢液不能用来浇注。因此，对于没有炉外脱氧手段的钢液，要求炉中必须脱氧良好，否则不能出钢。
(4)熔渣的流动性和碱度要合适。出钢前，熔渣的流动性要好，碱度也要合适。因粘稠的熔渣在出钢时会造成先出钢后出渣，或只出钢液不出渣或熔渣出得很少，易使钢液温度急剧下降，影响正常的镇静与注温注速的控制。此外，粘稠的熔渣在包中极易卡住塞杆而给浇注工作带来困难，而且混在钢中的粘渣不易上浮而影响钢的内在质量；过稀的熔渣也会使钢液降温快，并极易侵蚀包壁和塞杆，轻者降低钢包的使用寿命，重者蚀断塞杆影响浇钢操作的顺利进行。合适的碱度有利于降低钢中的氧含量，也能较好地去除钢中的硫。此外，碱度的高低还能改变渣中Si02的活度，这一点对于高硅钢和高铝钢的冶炼极为重要。因此，出钢前应针对具体情况，使熔渣要有合适的碱度是十分必要的。
(5)渣量和渣色要正常。出钢前，炉中的渣量和渣色要正常。如果炉中渣量少或翻入包中的渣量不够，易造成钢液裸露，不仅吸气严重，而且也极易降温或出现粘包底现象，更有甚者，因粘包底过多会使浇注量不足。渣量过大既会增加造渣材料的消耗，又影响钢水量的准确判断。
出钢时，一般要求白渣或花白渣，最忌讳电石渣或黄渣。因电石渣润湿较好，渣钢不易分离，影响非金属夹杂物的上浮与去除。而黄渣表明(FeO)或(MnO)含量较高。除此之外，提前备好钢包和浇注系统，保证设备运转正常，并使出钢口畅通、出钢槽平整、出钢坑清洁干燥，炉盖和出钢槽吹扫干净等，也是出钢前必须要做好的准备工作。
为使出钢操作有章可循，某厂根据多年积累的经验，总结出“五不出钢”的规定很值得借鉴，具体内容如下：
(1)出钢分析两个样的化学成分相差太大，没有查清原因及未经处理不准出钢；
(2)计算成分和分析成分不一致时，没查出原因不准出钢；
(3)化学成分的调整按计算或分析未进入厂控、内控规格或没有满足合同要求也不准出钢；
(4)渣子和温度未达到要求不准出钢；
(5)不经值班和监督人员的批准不准出钢。
二．电炉的出钢方式
传统电炉的出钢方式有三种：
(1)深坑、大口喷吐、渣钢混冲。这种出钢方式的优点是钢液能得到熔渣较好的保护，既减少了钢液的降温，又可控制钢液的二次氧化与吸气。此外，钢中悬浮的非金属夹杂物也能得到熔渣充分的洗涤，利于上浮与去除，大口喷吐还可进一步脱氧与脱硫。因此，该种出钢方式比较常见。
(2)先出钢液后出渣，又称挡渣出钢。这种出钢方式的优点主要是能提高某些包中合金化元素的收得率和稳定钢液的化学成分，缺点是钢液降温快，包中脱氧、脱硫能力差。
(3)是上述两种出钢方式的结合。一般先渣钢混中，大口喷吐一阵，然后再挡渣出钢，最后大量出渣；也可先挡渣出钢，然后渣钢混中，大口喷吐，炼钢工可根据需要随意选择。
三、电炉的出钢操作
传统电炉的出钢由于炉体倾动角度较大，因此出钢前首先要适当升高电极，特别是靠近出钢口处的电极尤要注意，电极过高渣液降温快不易流出，如采用吊车吊包出钢，影响吊车的运转；电极过低易使钢液增碳。然后切断电源，严禁带电出钢，以防短路。出钢口要掏大，为保证钢液的纯洁，堵塞物不准推进炉内。出钢时还要尽量缩短时间，以减少钢液的二次氧化与吸气。另外，也严防细流、散流、呛流出钢。因细流、散流出钢不仅能使钢液降温快，出钢动力学条件也不好，进而影响包中的脱氧、脱硫及非金属夹杂物的上浮与去除；呛流出钢容量造成渣钢横溢飞溅，从而增加了出钢后的清理量。除此之外，出钢过程中还要避免撞坏出钢槽或钢包、严防钢流冲击塞棒或包壁。
根据冶炼工艺要求，有的钢种需在出钢过程中进行终脱氧或调整化学成分，如加入铝块、硅钙块或加入硼铁、稀土元素及其他合金等，这时要选择合适的时机和出钢方式。在出钢过程中，值班人员和炼钢工及浇注工应注意观察出钢温度，综合其他情况确定镇静时间。出完钢后，应往塞杆周围的渣面上加些碳化稻壳或草灰，也可加些炭粉(但不够经济)，然后打砸这部分渣盖，使其蓬松，预防钢液在镇静过程中，渣子将塞杆卡住而影响启闭或造成弯曲。对于高温钢液或碱度低的稀渣，应往塞杆周围加些石灰等物，以降低这部分渣温或使其变稠。
四、出钢温度的经验判断
目前，钢包的连续测温既简便又准确，已为钢的浇注提供了重要的温度参数。尽管如此，人们还是没有完全放弃出钢温度的经验判断，也就是说出钢温度的经验判断仍然具有较大的参考价值，常用的方法主要有以下几种：
(1)目测钢液的出钢温度。通常，出钢温度可在出钢过程并在有熔渣遮盖时，观察距出钢槽端部外1O0—200mm处的钢流颜色进行判断：
钢液呈暗红色，约在15500C以下；
钢液呈亮红色，约为16000C；
钢液呈青白色，约为16200C；
钢液呈青白色，出钢槽上部见白烟，约为l6300C；
钢液呈白色，出钢槽上部冒浓浓白烟，约为16500C；
钢液自炽耀眼，出钢槽上部白烟滚滚均在16700C以上。
锰含量较高的钢种，在出钢过程中，因锰元素的大量氧化所产生的烟雾，影响视线，如不仔细分辨难以判断真实的颜色。高合金钢中由于含有较高的Cr、Ni、W、Mo等元素，在出钢过程中，也极易使人们产生错觉。此外，就是出钢温度的目测还受衬托熔渣温度的影响，一般规律为：衬托的熔渣温度越高，目测钢液的温度越显得偏低，如后升温的出钢温度；而衬托的熔渣温度越低，目测钢液的温度就越显得偏高，如出钢前的换渣或停电急剧降温等的出钢温度。
对于装入量较多的大炉子，由于人口搅拌不好，在出钢过程中，钢液的颜色可能变换几次。这时应对前后不同的温度进行折算，不要用一时或一阵的钢液温度来代表全炉的出钢温度。
(2)利用包中熔渣的变化大概估计钢液的出钢温度。在出钢过程中，当钢液翻出一定量后，包中熔渣突然由稠变稀，说明出钢温度较高。如熔渣大有蚀断塞棒的趋势，说明出钢温度更高。当钢液出完后，包中熔渣稀稠的变化不大，说明出钢温度一般。
(3)利用包壁与渣钢间的熔融圈来判断钢液的出钢温度。还原渣对包壁的耐火材料有侵蚀，温度越高，这种侵蚀越严重，而包壁与渣盖间的熔融圈反映了这种侵蚀的程度。因此，熔融圈的状态也就能粗略表示出钢温度的高低：如包壁与渣盖间没有熔融圈，出钢温度一般均小于l600℃；如包壁与渣盖间仅是冒泡，出钢温度约为1610℃；如包壁与渣盖间出现熔融圈，出钢温度约有l620℃以上，熔融圈越宽，出钢温度越高；如熔融圈翻滚沸腾，出钢温度约在1650℃以上。当然，这种熔融圈与包衬的材质及熔渣的碱度有关，上述的结论主要适用于粘土砖的包壁和中等碱度的熔渣。
复 习 思 考 题
1.电炉有哪些冶炼方法?
2.电炉配料的基本要求是什么?
3.电炉装料有哪些要求?
4.炉料的熔化过程是怎样的?影响炉料熔化的因素有哪些?
5.熔化期应怎样操作?
6.氧化期的任务是什么? 氧化期脱碳有哪几种操作方法?
7.还原期精炼的任务是什么?
8.还原期脱氧操作的方法有哪几种?脱硫操作的强化措施有哪些?
9.还原期钢液温度如何调整?
10.电炉出钢的条件是什么? 有哪些出钢方法?如何操作出钢?
11.往炉中加入钼铁18kg，钢液中的钼含量由0.22％增到0.28％，已知钼铁中钼的成分为60％，求炉中钢液的实际重量?
12.冶炼38CrMoAlA钢。已知装料量为25t，炉料烧损为4％，炉中分析铝含量为0．05％，铝的控制规格成分为0．90％，铝锭中铝的成分为98％，铝的收得率为70％。求铝锭加入量?
二 : 电弧炉炼钢工艺
冶金与资源学院冶金工程系电弧炉炼钢工艺
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第一章电炉炼钢及其发展
1.1 前言
电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。(www.61k.com］按电能转换热能方式的差异，电炉可分为：n
n
n
n电渣重熔炉:利用电阻热感应熔炼炉:利用电磁感应电子束炉:依靠电子碰撞等离子炉:利用等离子弧
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n电弧炉:利用高温电弧，不包括加热炉、热处理炉等。(www.61k.com）
目前，世界上电炉钢产量的95%以上都是由电弧炉生产的，因此电炉炼钢主要指电弧炉。
电炉炼钢是以废钢为主要原料，以三相交流电作电源，利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电弧的高温，来加热、熔化炉料。
它现在也用来生产普通钢)。
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1.2 电炉炼钢发展历史时间
1856国别英国发明者Bessemer
Siemens and
Martin
Thomas炼钢法酸性底吹转炉发展与贡献解决大规模生产液态金属废钢得到利用解决用高磷
生铁炼钢
用电能、废钢1865英国与法国平炉1878英国碱性底吹转炉1899法国Heroult电弧炉
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电炉是在电发明之后的1899年，由法国的海劳尔特在La Praz发明的。（www.61k.com）它被建在阿尔卑斯山（Alps）的峡谷中，原因是在距它不远处有一个火力发电厂。
电炉的出现，开发了煤的替代能源，使得废钢开始了经济回收，这最终使得钢铁成为世界上最易于回收的材料，也为可持续发展做出巨大贡献。
电炉炼钢在这100多年中，其发展速度虽然不如二十世纪60年代前的平炉，也比不上60年代后转炉发展的那
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样快，但随着科技的进步，电炉钢产量及其比例始终在稳步增长。（www.61k.com］
尤其二十世纪70年以来，电力工业的进步，科技对钢的质量和数量的要求提高，大型超高功率电炉技术的发展以及炉外精炼技术的采用，使电炉炼钢技术有了长足进步。
电炉钢不但在传统的特殊钢和高合金钢领域继续保持其相对优势，而且正在普钢领域表现出强劲的竞争态
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势。(www.61k.com)
在产品结构上，电炉钢几乎覆盖了整个长材生产领域，诸如圆钢、钢筋、线材、小型钢、无缝管，甚至部分中型钢材等，并且正在与转炉钢争夺板材（热轧板）市场。
总之，电炉的发展使得平炉完成它的使命，并与转炉形成竞争，此格局将在较长时期内存在。
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1.3 电炉炼钢的发展前景
电弧炉从诞生至今已超过100年了，在这百年中，电炉的设备工艺技术在不断发展，产量不断地提高，其原因是电炉炼钢的经济效益与环境优势。［www.61k.com］
正是由于废钢—电炉炼钢流程具有经济效益与环境优势，有利于钢铁工业的，所以电炉炼钢的发展前景一片光明。
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1.3.1 可持续发展概念
其概念是在1992年6月联合国在巴西的里约热内卢召开“环境与发展大会”上提出的，会上100多个国家首脑参加，并签署了“关于环境与发展的里约热内卢宣言”，会议要求将可持续发展纳入到各国政策和具体行动中。(www.61k.com］
我国是签署国之一，并于1994年发布了“中国21世纪人口、环境与发展白皮书”，其后又将可持续发展作
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为重要战略纳入“九五”计划和“2010年远景目标”，将可持续发展与科教兴国并列为我国今后发展的两大基本战略。(www.61k.com］
“可持续发展”定义
“既符合当代的需求，又不致损害后代的需求和发展”-人类必须遵循的原则。
这一概念的提出，是人类实现持久发展和生存观念的根本改变。
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1.3.2 废钢资源与生态环境
废钢铁是电炉的主要原料，随着地球上钢铁蓄积量的不断增加，废钢铁资源逐年递增，不断产生的废钢铁通过经济简便的回收、加工手段就可以回炉熔炼、并可反复使用。［www.61k.com)从某种意义上讲，这是一个无穷无尽的铁资源。
因此，电炉相当于钢铁工业的回收工具，它既回收从电炉流程返回的废钢，也回收高炉-转炉流程返回的
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废钢。[www.61k.com）这种现象，使得大型联合企业与小型钢厂形成一个闭环。
为此，各个国家均把废钢铁视为宝贵资源，进行回收利用。各种物质的回收率/%
物质名称
回收率钢铁55玻璃45纸35铝27塑料10
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2004年各国废钢的回收利用情况国别
粗钢产量
/亿吨
废钢利用
/亿吨
废钢利用
率/%
电炉钢
比/%世界中国欧共体1.93日本1.13美国0.99俄罗斯0.66韩国0.48德国0.4610.62.7254.550.61.040.470.70.290.240.2142.92254.141.570.243.951.244.43614.938.626.453.016.343.930.7
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自从有钢铁产品以来，按全世界所生产的粗钢逐年相加，求得的积累钢产量（钢铁蓄积量）到2005年已超过380亿吨。［www.61k.com）
按废钢循环动态平衡的观点来分析，钢铁产品大约10～20年将转化为废钢。
若按20年折旧计算，每年由此而产生的废钢量将超过19亿吨，该值接近2003年世界年粗钢总量的2倍。
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目前废钢利用率较低，尤其中国才22%，最高美国超过70%，若按55%的回收利用率，每年可利用的废钢超过10亿吨，除转炉用的部分废钢外，其余用来生产不到5亿吨电炉钢应该说绰绰有余。(www.61k.com］
这说明就目前世界范围来看而且随着钢铁积累量的增加，废钢利用率的提高，可利用的废钢量将继续增加。
不难预测，当废钢循环达到动态平衡，世界电炉钢
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产量比例将接近废钢利用率。(www.61k.com］
由于钢的良好的可再生性，以及环境、资源和能源等方面日益苛刻的要求，使得尽可能多的利用废钢成为国际趋势，国家政策也向此倾斜（作为垃圾而减税）。
废钢如得不到有效回收和利用，将成为巨大潜在环境污染源，有些甚至可能对水质、土壤等构成严重威胁。大量锈蚀钢铁废料，不但造成资源浪费，也将造成严重粉尘污染。废钢堆积本身也给环境带来不利影响。
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1.3.2 能源供应
电炉用电能炼钢，除废钢原料外，电能占炼钢成本比例最大。[www.61k.com]随着电力工业的发展，对电炉尤为有利。美国电炉发展速度快的原因是与电力充足、电价便宜分不开的。
另外，废钢铁为非氧化物，相比铁氧化物来说属于一种化学能的载能体——载能原料，几乎可以无限再生利用。使用废钢代替生铁炼钢，可以节约生产生铁过程
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所需的能源消耗，每吨生铁大约需消耗700kg标煤，所以多用废钢可以降低能源消耗。(www.61k.com］
这使得“废钢-电炉炼钢流程”比“高炉-转炉炼钢流程”的吨钢能耗减少一半以上。
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1.3.3 电炉生产流程
当今钢铁工业所采用的炼钢流程，经150年来的发展竞争，目前基本形成了两类流程：
（1）以铁矿石、煤炭为源头的“高炉-转炉炼钢流程”；
（2）以废钢、电力为源头的“废钢-电炉炼钢流程”。（www.61k.com)废钢-电炉炼钢流程，
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n“短流程”的特征
该流程是高效、节能，是世界上流行的“三位一体”或者“四个一”。［www.61k.com）也正是由于这种高效、节能的短流程才赋予给电炉炼钢强大的生命力。
“短流程”的优越性
（1）投资省1/3～1/2：每吨钢的投资长流程为1000～1500美元/t，短流程为500～800美元/t ；
（2）建设周期短1/2：长流程为2～4年，短流程为1～2年；n
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（3）生产能耗低1/2；（4）操作成本低1/4；
（5）劳动生产率高1～3倍：长流程为500～900t/（a·p），短流程为1000～3000 t/ （a·p）；
（6）占地面积小1/2～3/5；
（7）环境污染少：可减少冶金渣40%、减少废弃物97%、减少废气86%、减轻水污染76%。[www.61k.com）
在人类生存环境日益恶化的今天，使用废钢炼钢意义深远。
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1.3.4 电炉炼钢与环境保护
1972年6月联合国在瑞典的斯德哥尔摩召开的“人类与环境会议”，通过了“人类环境宣言”，指出了“人类只有一个地球可以赖以生存”，对我们而言，指出了“这个地球不是从上一代人那里继承的，而是从我们的子孙后代手里借来的”。(www.61k.com]
据报道，过去50年因温室效应，南极气温上升
2.5℃，达到零下3℃，全球气候异常现象剧增。现今全
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球工业化加速，CO2的排放与日俱增，南极升温将会变快，冰雪融化后果不堪设想。（www.61k.com）
各国领导人于1997年由“联合国气候变化框架公约”缔约方在日本签署了“京都议定书”，2005年2月16日正式生效，议定书规定到2012年主要工业化国家温室气体排放量要在1990年基础上平均减少5.2%。
（温室气体包括：CO2、一氧化二氮及甲烷，其中CO2约占80%）。
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应该说这是一个非常艰巨的任务，世界各国都在研究减少CO2等温室气体排放的办法：
n设想用核电为热源，用海水制H2作还原剂，以消除CO2的排放。［www.61k.com]
对于钢铁企业，主要的办法有：
n
n
n减少高炉还原剂的用量；增加转炉炼钢废钢的比例；发展电炉炼钢，用电炉流程取代高炉—转炉流程。
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吨钢综合能耗（含剩余的高炉、焦炉煤气）：19.300GJ/t钢吨钢有害气体排放总量：1369.26kg/t钢
万元产值有害气体排放总量：4933.53kg/万元
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吨钢综合能耗：10.475GJ/t钢
吨钢有害气体排放总量：155.61kg/t钢
万元产值有害气体排放总量：522.58kg/万元
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流程物质、能源及环境负荷情况比较吨钢消耗主要物质消耗/kg能源消耗/GJ环境负荷/有害气体/CO2/kg长流程铁矿石150019.3001369.3/1343.7短流程废钢112210.475155.6/152.5
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因此，有的国家还对吨钢温室气体排放量作出规定：“高炉-转炉-热轧”长流程与“电炉-热轧”短流程分别为1400kg与160kg,即相当于短流程CO2排放量减少70%以上。[www.61k.com］
我国是世界第一产钢铁大国，钢铁企业排放的CO2在我国CO2排放总量中占10%以上，到一定的时候还能允许我们维持目前的排放吗？
这个问题值得我们思考。
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1.4 后语
充足的废钢资源与环保意识的加强，以及能源与流程的优势，有利于钢铁工业的可持续发展，使得以废钢为主要原料的电炉炼钢前途光明。（www.61k.com)
近年电炉短流程的发展及电炉钢产量的高速增长，也正是由于电炉短流程的经济效益与环境优势。
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第二章电炉炼钢原材料
电炉炼钢原材料：分为金属材料和辅助材料两大类。［www.61k.com]
2.1 金属材料
金属材料：包括废钢铁料、废钢代用品以及铁合金等。
2.1.1 废钢铁料
废钢是电炉炼钢的主要原料（～100%），吨钢消耗约1100kg。
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1）废钢资源情况
可以说世界范围可利用的废钢量是不缺乏，且随着积累钢产量的增加，废钢利用率的提高，可利用的废钢量将会继续增加。(www.61k.com)
不过不同地区和国家是不均衡的，比如美、英、法、德及前苏联，每年出口废钢300～1000万吨不等。其中美国出口量最大，平均每年出口约1000万吨。就连资源缺乏的日本从1992年也开始出口废钢，其主要原因
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是汽车业的发展。[www.61k.com）
同时土耳其、西班牙、意大利、韩国、印度、印尼以及中国每年需要进口废钢100～500万吨不等。
中国解放前钢产量很少，历经半个世纪，中国钢的蓄积量也不过几百万吨。1949年才15.8万吨，钢材产量仅14万吨。自1949年至2005年，积累钢产量超过30亿吨，加之钢产品变为废钢折旧期很长（大多30～40多年还在使用），废钢利用率也很低，造成我国废钢短缺。
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这种现象将随着每年3亿吨以上的钢产量的增加，大量钢铁设备、流程改造更新，使得废钢循环进入动态平衡等，不用到2010年将会随着废钢再生流程的正常启动而得到明显好转。［www.61k.com）
但目前，中国还是个废钢缺乏、废钢质量低劣的国家，解决的途径有二条：
a）进口废钢
b）使用直接还原铁等废钢代用品。
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2）废钢分类
按其来源可分为自产废钢（钢厂内）、加工废钢（制造厂）和循环旧废钢（社会）三种。［www.61k.com）
n
n自产废钢：钢铁厂内返回废钢，质量好、成分易控制；加工厂废钢：即制造厂的边角余料等，质量较好，但回收后注意分类；
循环废钢：即外购废钢，数量最大、成分复杂、质量最差。n
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循环废钢是从废旧钢制品中回收的，包括机械与建筑结构、废旧车辆、仪器仪表、家电炊具以及军火兵器等。(www.61k.com]它们不可避免地存在其它金属和有害元素，其中有些越循环是越多，尤其有害残余元素Sn、Pb、As 、Sb、Bi 、Cu 、Zn 等的存在，使得生产优质钢的难度增加。
国际范围解决废钢质量的措施：（1）配一部分直接还原铁等稀释；（2）去除废钢中有害残余元素。
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2.1.2 废钢代用品
废钢代用品，美国最先提出的，原文Steel Scrap
，简称3S。（www.61k.com]
目前用于生产中的废钢代用品有：
n生铁与铁水；
n直接还原铁与热压块铁等。Substitude
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它们具有共同的优点
n杂质元素含量极低，其中微量元素Cu 、Zn、Sn、Pb、Ni、Mo等均为痕量，可以对废钢中的残余元素进行稀释；
n去氮效果好，因其碳含量高，熔化过程产生大量的CO，去气效果好。［www.61k.com）
废钢代用品的使用，不仅可以弥补废钢的不足，而且能够提高钢水的清洁度，生产高质量的钢材。
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1）生铁/铁水
传统的作法是用生铁来提高炉料中的配碳量，同时解决废钢的不足。(www.61k.com]
目前，中国铁钢比大于1，生铁较富裕，且价格与优质废钢相当，加之废钢质与量不佳，故可用生铁/铁水补充废钢的不足，生产高质量的钢材。
宝钢150吨双炉壳电炉兑约35%铁水生产石油管，改善废钢质量的不足。
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但从长远观点看，新建高炉向电炉提供铁水炼钢，其能耗和成本将高于转炉流程。［www.61k.com］另外还将受到环境的报复。
电炉还原期碳低时，常用优质生铁增碳。
2）直接还原铁与热压块铁
直接还原铁（DRI）与热压块铁（HBI）都是铁矿石粉在低于熔化温度下进行还原得到的直接还原品种。其中HBI可以由DRI热压成形，HBI堆比重大，不易氧化
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破碎。［www.61k.com］
DRI与HBI的生产方法有气基法与煤基法，以气基法为主。
最初，DRI/HBI只是作为废钢的代用品，补充废钢的不足。
现在成为生产优质钢材必需配入的精料，以降低钢中杂质元素，其配入量在15%～60%。
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n炼钢用DRI/HBI具有以下特点：
1）化学成分稳定，杂质含量极低，扩大废钢资源，提高钢材质量。(www.61k.com）
金属化率
DRI
HBI93.4093.08DRI /HBI的化学成分全铁92.9093.66脉石3.603.39S0.0010.002P0.0370.032
2）DRI/HBI的价格较高，与优质废钢价格相当。但若单纯用DRI/HBI代替废钢，按含铁量折算的话，其价格高于优质废钢。
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3）渣量大、能耗高是DRI最大的缺点。(www.61k.com]因脉石含量高（SiO2+Al2O3），引起渣量增加，石灰用量大，使电耗、电极消耗增加，耐火材料消耗提高，冶炼周期延长等，增加操作成本。全废钢50%废钢+50% DRI20%废钢+80% DRI
能耗kWh/t440485593
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综上，目前生产一般钢种用DRI/HBI还不合算，但生产某些优质钢是必要的，如天津钢管公司150吨电炉配50%DRI生产高质量的石油套管，市场很好。(www.61k.com)
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2.1.3 铁合金
铁合金按用途分为脱氧剂与合金剂。［www.61k.com］
n脱氧剂：用来脱除钢中的氧，常用的有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、Fe-V 、Ca-Si等。
n合金剂：用来调整钢液的化学成分，种类取决于钢种的要求，有近40余种。
常用的有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、Fe-V、Fe-Cr、Fe-Ti、Fe-B、Mn、Cr、Ni、Co、Fe-Co等。
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由上可见，有些合金如，Fe-Mn、Fe-Si、Al等即可作脱氧剂，也可作合金剂。(www.61k.com]
这主要取决于加入炉内的时间，其原则是：作为脱氧剂的合金要先加，作为合金剂调整成分要在钢液脱氧良好的情况下加入，以提高合金的收得率。
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2.2 辅助材料
1）氧化剂
氧气、铁矿石及氧化铁皮等。[www.61k.com]氧气作为主要的氧源，铁矿石已被氧气所取代，氧化铁皮脱磷效果好。
2）造渣剂
石灰是主要的造渣剂，用来提高炉渣的碱度，石灰在造渣剂中的用量最大、效果最好。
萤石用于化渣，降低氧化钙的熔点、改善炉渣的流
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动性。(www.61k.com)
3）增碳剂：焦炭粉、石墨电极块及生铁等。焦炭粉是主要的、也是最普通的增碳剂。
石墨电极块：增碳效果最好，但价格贵。
生铁：配料时常用来配碳，精炼期增碳要求用优质生铁；国内钢厂也曾使用过煤来代替生铁增碳，以补充生铁的不足。
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第三章电炉炼钢工艺
3.1电炉冶炼操作方法
n一般是按造渣工艺特点来划分的，有单渣氧化法、单渣还原法、双渣还原法与双渣氧化法，目前普遍采用后两种。［www.61k.com)
1）双渣还原法
又称返回吹氧法，其特点是冶炼过程中有较短的氧化期（≤10min），造氧化渣，又造还原渣，能吹氧脱
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脱碳，去气、夹杂。［www.61k.com）但由于该种方法脱磷较难，故要求。
由于它采取了小脱碳量、短氧化期，不但能去除有害元素，还可以回收返回废钢中大量的合金元素。因此，此法适合冶炼不锈钢、高速钢等含Cr、W高的钢种。
2）双渣氧化法
又称氧化法，特点是冶炼过程有正常的氧化期，能
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脱碳、脱磷，去气、夹杂，对炉料也无特殊要求；还有还原期，可以冶炼高质量钢。［www.61k.com]
目前，几乎所有的钢种都可以用氧化法冶炼，以。下
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3.2 电炉传统冶炼工艺
。（www.61k.com）
其操作过程分为：补炉、装料、熔化、氧化、还原与出钢六个阶段。因主要由熔化、氧化、还原期组成，俗称老三期。
n3.2.1 补炉
1）影响炉衬寿命的“三要素”
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ⅰ炉衬的种类、性质和质量；
ⅱ高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀；
ⅲ吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。(www.61k.com］
2）补炉部位
炉衬各部位的工作条件不同（、）损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部位如下：n炉壁渣线受到高温电弧的辐射，渣、钢的化学侵蚀与机械冲刷，以及吹氧操作等损坏严重；
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n渣线热点区尤其2＃热点区还受到电弧功率大、偏弧
等影响侵蚀严重，该点的损坏程度常常成为换炉的依据；
n
n出钢口附近因受渣钢的冲刷也极易减薄；炉门两侧常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操作与
工具的碰撞等损坏也比较严重。（www.61k.com）
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槽出钢电炉炉衬
情况
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EBT电炉炉衬
情况
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3）补炉方法
补炉方法分为人工投补和机械喷补，根据选用材料的混合方式不同，又分为干补和湿补两种。［www.61k.com］
目前，在大型电炉上多采用机械喷补，机械喷补设备有炉门喷补机、炉内旋转补炉机，机械喷补补炉速度快、效果好。补炉的原则是：高温、快补、薄补。
4）补炉材料
机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。
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3.2.2 装料
目前，广泛采用炉顶料罐（或叫料篮）装料（），每炉钢的炉料分1～3次加入。［www.61k.com)
装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电极消耗以及合金元素的烧损等。
因此，要求合理装料，这主要取决于炉料在料罐中的布料合理与否。
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现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭桥，熔化快、效率高。［www.61k.com）
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电炉装料
情况
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3.2.3 熔化期
传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的50%～70%，电耗占70%～80%。（www.61k.com)因此熔化期的长短影响生产率和电耗，熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与否。
（1）熔化期的主要任务
n
n将块状的固体炉料快速熔化，并加热到氧化温度；提前造渣，早期去磷，减少钢液吸气与挥发。
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1）炉料熔化过程及供电
装料完毕即可通电熔化。(www.61k.com］
炉料熔化过程见图3-4，基本可分为四个阶段（期），即点弧、穿井、主熔化及熔末升
温。
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点（起）弧期
从送电起弧至电极端部下降到深度为d电极为点弧期。［www.61k.com］此期电流不稳定，电弧在炉顶附近燃烧辐射，二次电压越高，电弧越长，对炉顶辐射越厉害，并且热量损失也越多。
为保护炉顶，在炉上部布一些轻薄料，以便让电极快速进入料中，减少电弧对炉顶的辐射。
供电上采用较低电压、较低电流。
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穿井期
点弧结束至电极端部下降到炉底为穿井期。［www.61k.com)
此期虽然电弧被炉料所遮蔽，但因不断出现塌料现象，电弧燃烧不稳定。
注意保护炉底，办法是：加料前采取外加石灰垫底，炉中部布置大、重废钢以及合理的炉型。
供电上采取较大的二次电压、较大电流，以增加穿井的直径与穿井的速度。
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主熔化期:电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始（图3-4）。（www.61k.com］
随着炉料不断的熔化，电极渐渐上升，至炉料基本熔化，仅炉坡、渣线附近存在少量炉料，电弧开始暴露时主熔化期结束。
主熔化期由于电弧埋入炉料中，电弧稳定、热效率高、传热条件好，故应以最大功率供电(采用最高电压、最大电流供电)。
主熔化期时间占整个熔化期的70％以上。
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熔末升温期:电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末升温期。(www.61k.com）
此阶段因炉壁暴露，尤其是炉壁热点区的暴露受到电弧的强烈辐射（图3-4）。
应注意保护炉壁，即提前造好泡沫渣进行埋弧操作，否则应采取低电压、大电流供电。
各阶段熔化与供电情况见表3-1。
典型的供电曲线如图3-5。
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表3-1 炉料熔化过程与操作熔化过程
点弧期电极位置送电→d极必要条件保护炉顶办较低电压
较低电流
较大电压
较大电流
最高电压
最大电流
低电压
大电流水冷+泡沫渣法炉顶布轻废钢石灰垫底穿井期d极→炉底保护炉底主熔化期炉底→电弧暴露快速熔化熔末升温期电弧暴露→全熔保护炉壁
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图3-5
典型的供电曲线
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2）及时吹氧与元素氧化
熔化期吹氧助熔，初期以切割为主，当炉料基本熔化形成熔池时，则以向钢液中吹氧为主。[www.61k.com）
吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固体料发红（～900℃）开始吹氧最为合适，吹氧过早浪费氧气，过迟延长熔化时间。
一般情况下，熔化期钢中的Si、Al、Ti、V等几乎全部氧化，Mn、Ｐ氧化40%～50%，这与渣的碱度和氧化性
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等有关；而在吹氧时Ｃ氧化10～30%、Fe氧化2～3%。［www.61k.com］
3）提前造渣
用2～3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、渣，实现提前造渣。
这样在熔池形成的同时就有炉渣覆盖，使电弧稳定，有利于炉料的熔化与升温，并可减少热损失，防止吸气和金属的挥发。
由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度，可脱
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除一部分磷；当磷高时，可采取自动流渣、换新渣操作，脱磷效果更好，这样为氧化期创造条件。[www.61k.com]为什么？脱磷反应与脱磷条件
n脱磷反应：
2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝(4CaO·P2O5)+5[Fe] △H＜0分析：反应是在渣-钢界面上进行，是放热反应。n脱磷反应的条件：
（1）高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙
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（2）高氧化性，造高氧化性渣，增加渣中氧化铁；
（3）低温，抓紧在熔化期进行；
（4）大渣量（适当大），采取流渣造新渣。（www.61k.com]电炉脱磷操作
实际电炉脱磷操作正是通过提前造高碱度、高氧化性炉渣，并采用流渣、造新渣的操作等，抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。
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（3）缩短熔化期的措施
n减少热停工时间，如提高机械化、自动化程度，减少装料次数与时间等；
强化用氧，如吹氧助熔、氧-燃助熔，实现废钢同步熔化，提高废钢熔化速度；
提高变压器输入功率，加快废钢熔化速度；
废钢预热，利用电炉冶炼过程产生的高温废气进行废钢预热等。[www.61k.com］nnn
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3.2.4 氧化期
氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。(www.61k.com）
当废钢料完全熔化，并达到氧化温度，磷脱除70～80%以上进入氧化期。
为保证冶金反应的进行，氧化开始温度高于钢液熔点50～80℃。
（1）氧化期的主要任务
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n
n
n
n继续脱磷到要求-脱磷；脱碳至规格下限-脱碳；去除气、去夹杂-二去；提高钢液温度-升温。［www.61k.com）
（2）氧化期操作
1）造渣与脱磷
传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷，由脱磷反应式可以看出：在氧化前期（低温），造好高氧化性、高
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碱度和流动性良好的炉渣，并及时流渣、换新渣，实现快速脱磷是可行的。(www.61k.com］
2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝(4CaO·P2O5)+5[Fe] △H＜0
2）氧化与脱碳
近些年，强化用氧实践表明：除非钢中磷含量特别高需要采用碎矿（或氧化铁皮）造高氧化性炉渣外，均采用吹氧氧化，尤其当脱磷任务不重时，通过强化吹氧氧化钢液降低钢中碳含量。
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降（脱）碳是电炉炼钢重要任务之一，然而脱碳反应的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反应的作用？脱碳反应的作用
(1)降低钢中的碳，利用碳-氧反应（Ｃ+Ｏ2→CO）这个手段，来达到以下目的；
n
n搅动熔池，加速反应，均匀成分、温度；去除钢中气体与夹杂。(www.61k.com)
实际上，电炉就是通过高配碳，利用吹氧脱碳这一
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手段，来达到加速反应，均匀成分、温度，去除气体和夹杂的目的。［www.61k.com)
脱碳反应与脱碳条件
[C]＋[O] =CO↑
分析
该反应是在钢中进行，是放热反应。
n
n△HCO=-0.24 kcal=-22kJ＜0 高氧化性，加强供氧，使[%O]实际＞[%O]平衡。高温，加速Ｃ-Ｏ间的扩散（由于脱碳反应是“弱”
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放热反应，温度影响不大（热力学温度），但从动力学角度，温度升高改善动力学条件，加速Ｃ-Ｏ间的扩散，故高温有利脱碳的进行）。(www.61k.com)
n降低PCO，如充惰性气体（AOD），抽气与真空处理（VD、VOD）等均有利于脱碳反应。
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3）气体与夹杂物的去除
电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶段，怎么进行的？
去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。［www.61k.com)它是借助碳-氧反应、一氧化碳气泡的上浮，使熔池产生激烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度。
去气、去夹杂的机理？
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去气、去夹杂的机理
（1）Ｃ-Ｏ反应生成CO使熔池沸腾；
（2）CO气泡对N2、H2等来说，PN2、PH2分压为零，N2、H2极易并到CO气泡中，长大排除；
（3）Ｃ-Ｏ反应，易使2FeO·SiO2、2FeO·Al2O3及2FeO·TiO2等氧化物夹杂聚合长大而上浮；
（4）CO上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。(www.61k.com］
为此，一定要控制好脱碳反应速度，保证熔池有一
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定的激烈沸腾时间。［www.61k.com)
4）氧化期的温度控制
氧化期的温度控制要兼顾脱磷与脱碳二者的需要，并优先去磷。在氧化前期应适当控制升温速度，待磷达到要求后再放手提温。
一般要求氧化末期温度略高于出钢温度20～30℃，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的钢液降温，见。
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当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化渣、造稀薄渣进入还原期。(www.61k.com）
图3-6 金属料（固/
液体）升温曲线
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3.2.5 还原期
传统电炉冶炼工艺中，还原期的存在显示了电炉炼钢的特点。(www.61k.com]而现代电炉冶炼工艺的主要差别是将还原期移至炉外进行。
（1）还原期的主要任务
n
n脱氧至要求—脱氧；调整成分—合金化；脱硫至一定值—脱硫；调整温度—调温。其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。
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1）脱氧方法
～有沉淀脱氧、扩散脱氧及综合脱氧法。(www.61k.com)
电炉炼钢采用沉淀脱氧法与扩散脱氧法交替进行的综合脱氧法，即氧化末、还原前用沉淀脱氧—预脱氧，还原期用扩散脱氧，出钢前用沉淀脱氧—终脱氧。
其中沉淀脱氧反应式：x[M]块+y[O]＝(MxOy)↑n沉淀脱氧是将块状脱氧剂加入钢液中，直接进行钢液脱氧。
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常用的脱氧剂有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、V和Mn-Si、Ca-Si等，脱氧能力依次增加。［www.61k.com］
n该法的特点
操作简单，脱氧迅速；脱氧产物易留在钢中（当上浮时间短时）。
扩散脱氧反应式：x(M)粉+y(FeO)＝(MxOy)+y[Fe]
[FeO] →(FeO)
n扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，钢
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中氧再向渣中扩散，间接脱出钢中氧。[www.61k.com］
粉状脱氧剂有：C、Fe-Si、Ca-Si、CaC、Al粉等。n扩散脱氧法的特点
反应在渣中进行，产物不进入钢中，钢质好；脱氧速度慢，时间长。此法常用在电炉还原期稀薄渣形成后。
2）脱硫反应及脱硫条件
[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）△H＞0
分析：该反应是在渣-钢界面上进行的，为一吸热反
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反应。[www.61k.com)
n
n高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；强还原气氛（或低氧化性），造还原性渣，减少渣中的氧化铁；
高温，同时高温改善渣的流动性；
大渣量（适当大），充分搅拌增加渣-钢接触。由于电炉还原期或精炼炉精炼期的还原气分强烈，nn(FeO)＜0.5～1.0%，对脱硫特别有利。
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（2）还原操作
脱氧操作电炉常用综合脱氧法，其还原操作以脱氧为核心。(www.61k.com)
1）当钢液的T、P、C符合要求，扒渣＞95％；2）加Fe-Mn、Fe-Si块等预脱氧（沉淀脱氧）；3）加石灰、萤石、火砖块，造稀薄渣；4）还原，加C粉、Fe-Si粉等脱氧（扩散脱氧），分3～5批，7～10min／批；5）搅拌，取样、测温；6）调整成分—合金化；7）加Al或Ca-Si块等终脱氧（沉淀脱氧）；8）出钢
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（3）温度的控制
考虑到出钢到浇注过程中的温度损失，出钢温度应比钢的熔点高出100～140℃。（www.61k.com］由于氧化期末控制钢液温度大于出钢温度20～30℃以上，所以扒渣后还原期的温度控制，总的来说是保温过程（）。
若还原期大幅度升温，则造成：钢液吸气严重、高温电弧加重对炉衬的侵蚀及局部钢水过热。为此，应避免还原期“后升温”操作。
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3.2.6 出钢
传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原后，当化学成分合格，温度符合要求，钢液脱氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出钢。［www.61k.com]
因出钢过程的渣-钢接触可进一步脱氧与脱硫，故要求采取“大口、深冲、渣-钢混合”的出钢方式。
传统电炉老三期冶炼工艺操作集熔化、精炼和合金化于一炉，包括熔化期、氧化期和还原期，在炉内既要完
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成废钢的熔化，钢液的升温，钢液的脱磷、脱碳、去气、去除夹杂物，又要进行钢液的脱氧、脱硫，以及温度、成分的调整，因而冶炼周期很长。（www.61k.com)
这既难以保证对钢材越来越严格的质量要求，又限制了电炉生产率的提高。
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3.3 钢液的合金化
炼钢过程中调整钢液合金成分的操作称为合金化，它包括电炉过程钢液的合金化及精炼过程后期钢液的合金成分微调。(www.61k.com］
传统电炉冶炼工艺的合金化一般是在氧化末、还原初进行预合金化，在还原末、出钢前或出钢过程进行合金成分微调。
而现代电炉炼钢合金化一般是在出钢过程中在钢包
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内完成，出钢时钢包中合金化为预合金化，精确的合金成分调整最终是在精炼炉内完成的。[www.61k.com]
3.3.1 合金化操作
～主要指合金加入的时间、加入的数量及加入的方式。
1）合金加入时间
总的原则是：熔点高，不易氧化的元素可早加；熔点低，易氧化的元素晚加。
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合金化操作具体原则
A）易氧化的元素后加原则
n不易氧化的元素，可在装料时、氧化期或还原期加入，如Ni、Co、Mo，W等；
较易氧化的元素，一般在还原初期加入，如P、Cr、Mn等；
易氧化元素一般在还原末期加入，即在钢液和炉渣脱氧良好情况下加入，如V、Nb、Si、Ti、Al、B、稀土元素（La、Ce等）。(www.61k.com］nn
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为提高易氧化元素的收得率，许多工厂在出钢过程中加入稀土元素、钛铁等，有时稀土元素还在浇注的过程中加入。［www.61k.com]
B）比重大的加强搅拌原则
熔点高的、比重大的铁合金，加入后应加强搅拌。如钨铁的密度大、熔点高，沉于炉底，其块度应小些。
C）便宜的先加原则
在许可的条件下，优先使用便宜的高碳铁合金，然
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后再考虑使用中碳铁合金或低碳铁合金。［www.61k.com)
D）贵重的控制下限原则
贵重铁合金应尽量控制在中下限，以降低钢的成本。如冶炼W18Cr4V时（W 17～19%），每少加1%的W，可节约15kg/t钨铁。
此外，脱氧操作和合金化操作也不能截然分开。一般说来，作为脱氧的元素先加，合金化元素后加；脱氧能力比较强的，而且比较贵重的合金元素，应在钢液脱氧
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良好的情况下加入。(www.61k.com)
2）合金加入量
化学成分对钢质量和性能影响很大，现场是根据冶炼钢种、炉内钢水量、炉内成分、合金成分及合金收得率等进行快速准确地计算合金加入量。
先看成品钢中对元素含量的要求：W18Cr4V的W17～19%；1Cr18Ni9Ti的Cr17～19%…范围大的理由之一就是计算代来的误差，这包括计算公式与计算工具。
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n合金价格昂贵：如Fe-Mo60、Fe-W70、Fe-V50、Fe-
Cr60价格分别为：30 、20 、15 、0.9万元。(www.61k.com]
计算工具水准提高：笔-笔+算盘-笔+计算尺-计算器—-计算机，实现快速准确；n
n
n炉料及钢水实现在线称量，机械化、自动化水平提高；首先要求合金计算公式要准确无误，用计算机计算实现
精确、快速。
传统的计算合金的公式有：n
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低合金钢（含单元低合金）（E＜3%）计算公式
G(a?b)g=fc
单元高合金（E＞4%）加入计算公式
G(a?b)g=f(c?a)
多元高合金合金加入计算公式方法较多，不但复杂繁琐，而且有误差，需要一个准确的万能计算公式。(www.61k.com)
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正是由于目前常用的合金加入计算公式不可避免地存在误差。［www.61k.com］
为了简单、快速、准确计算合金的加入量，以及为了实现电炉炼钢过程计算机控制，我们根据元素平衡建立n元高合金钢的元素平衡方程，推导出计算n元高合金钢钢中某种合金加入量的计算公式（推导过程省略）如下：
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合金加入量计算模型—n元合金计算公式
ai
n
gai?biaj?bji=Gcf+ci?fi?
i?in
1?aj∑Gj=1cj
j=1cj
n式中gi为某种合金的加入量，对于一确定的合金，合金牌号应优先选择以高碳的低成本合金，kg；其
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G为炉中钢液的重量，要求准确，kg；ai为某种元素目标含量，aj为第j种元素目标含量，%；bi为钢液中某种元素的分析含量，要求取样分析快速、准确，bj为第j种元素钢液的含量，%；ci为合金中某种元素的含量，cj为第j种元素合金的含量，%；
fi为某种元素的收得率，合金加入时间不同，其收得率不同，%。［www.61k.com)
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当i=j=1，即仅为一种元素时，n元合金计算公式可
G(a?b)简化成“单元高合金”加入计算公式：g=f(c?a)
当所炼钢种合金含量很低时，即c-a≈c,或E＜3%
G(a?b)时，计算公式：g=fc
当然，编程上计算机计算就不用管这么多啦，直接用n元合金计算公式就可以啦！
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上述通过建立n元高合金钢的元素平衡方程，推导出的计算n元高合金钢钢中某种合金加入量的计算公式，简称“n元合金计算公式”。[www.61k.com］
此计算公式在推导过程考虑到合金的收得率及炉中钢水量的变化，因此比传统多元高合金成分的计算方法—比份系数法（或叫补加系数法）科学、准确，（包括转炉、电弧炉过程及LF过程）所加合金的计算。
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“n元合金计算公式或模型”看似比较复杂，但若编成程序用计算机进行计算就变的简单、快速、准确。(www.61k.com）这将有利于实现钢液窄成分控制，以及实现自动称量、自动加入，为电炉炼钢过程计算机控制打下基础。（钢液窄成分控制：对于高合金钢来说有利于节约合金，对于低合金钢来说有利于实现钢种的粗旷管理）。
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第四章超高功率电炉及其技术特征n超高功率电炉发展背景
n超高功率电炉及其优点
n超高功率电炉技术特征
n超高功率电炉技术效果
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4.1 超高功率电炉发展背景
二十世纪60年代后期：（1）LD转炉的出现及迅速发展，使得废钢平炉钢产量锐减，提问题。[www.61k.com]（2）科技发展对钢的数量和质量要求日益提高。（3）电力工业的发展，尤其北美。（4）电炉装备水平低、功率低、生产率更低，消耗高、电耗更高，阻碍了电炉的发展。
这就为电炉的发展提供了契机。
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4.2 超高功率电炉及其优点
一超高功率电炉概念的提出
超高功率电炉这一概念早在1964年由美国联合碳化物公司的施维博（W.E.Schwabe）与西北钢线材公司的罗宾逊（C.G.Robinson）两个人提出超高功率原文：Ultra High Power，简称“UHP”。［www.61k.com]首先在美国的一座135t电炉上进行了提高变压器功
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率，增加二次导体截面等一系列改造。(www.61k.com)
由于其经济效果显著，使西方主要产钢国（美、德、英、意、瑞典等）纷纷建UHP电炉。整个70～80年代，世界范围大力发展UHP电炉，几乎不再建普通功率电炉。
在实践过程中，UHP电炉技术得到不断完善和发展，逐步解决了超高功率带来的一系列的问题。尤其UHP电炉与炉外精炼，连铸相配合显示出高功率、高效率的优
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越性，给电炉炼钢带来生机。［www.61k.com]
UHP电炉的出现，使得电炉结束了只冶炼特殊钢、高合金钢的使命，成为一个高速熔化金属容器—高速熔器。
对“UHP”的几种解释
n应为超高性能（Ultra-HighPerformance），因为一台合格的超高功率电炉并不只意味着比功率级别的提高，而是综合性能的改善；
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n应为超高生产率（Ultra-HighProductivity），因为超
高功率电炉的目的就是缩短冶炼时间，提高生产率；应改为超高效率，即“UHE”（Ultra-
HighEfficiency），因为超高功率电炉的许多新技术都围绕节能降耗、有效利用能源而展开。[www.61k.com]
等等这些说法，都没有得到冶金界一致公认，因为他们只反映了超高功率电炉及其配套技术发展的某些方向或趋势。n
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而超高功率（UHP，Ultra-High Power）反映了电炉发展最本质、最具代表性的特点，这也表明直是电炉发展的原动力和技术保障。[www.61k.com］
二UHP电炉及其主要优点
超高功率，一般指电炉变压器的功率是同吨位普通电炉功率的2～3倍。
UHP电炉主要优点：
n缩短熔化时间，提高生产率；
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nn提高电、热效率，降低电耗；易于与炉外精炼，连铸相配合，实现高产、优质、低
耗。(www.61k.com）指标普通功率（RP）超高功率（UHP）表4-1 电炉超高功率化的效果额定功率/MVA20熔化、冶炼时间/min129/156熔化电耗、总电耗/(kWh/t)538/595生产率/(t/h)275040/70417/46562
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4.3 超高功率电炉技术特征
衡量一座电炉是不是UHP电炉，不仅要看功率的高低，还要看变压器利用率，工艺流程优化否，公害抑制的如何，以及是否高效节能。[www.61k.com)
一功率水平要高
这是UHP电炉的主要技术特征，它是以每吨钢占有的变压器额定容量，并以此来区分高功率、超高功率。即：
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变压器额定容量（kVA）功率水平（C1）=公称容量或实际出钢量（t）
在超高功率电炉发展过程，曾出现过许多分类方法，如1967年施维博提出以Parc/Vm、Parc/Sm或Parc/Gm的大小来区分高功率、超高功率。[www.61k.com）
Parc=Pncos?η22?=3I?φ?Ix?Ir????
由于采用电弧功率很不直观，判断也不方便，故没有得到普遍采用。后来许多国家都采用功率水平表示方法。
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1981年国际钢铁协会（IISI）在巴西会议上，提出具体的分类方法见表4-2。（www.61k.com]
表4-2 按电炉的功率水平分类
类别
C1/kVA／t
注：
（1）表中数据主要指大于50t炉子；
（2）UHP电炉功率水平没有上限，目前已达1000kVA/t，并还在增加，故出现SUHP一说。RP＜400HP400～700UHP＞700
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二变压器利用率要高
变压器利用率指时间利用率与功率利用率。[www.61k.com]它反映出电炉车间的生产组织、管理、操作及技术水平。
时间利用率：指一炉钢总通电时间与总冶炼时间之比，用Tu表示。
功率利用率：指一炉钢实际输入能量与变压器额定能量的比值，或指一炉钢总的有功能耗与变压器额定的有功能耗的比值，用Ｃ2表示。
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t+tt'Tu==t1+t2+t3+t4tP2?t2+P3?t3S+SC2==Pn(t2+t3)St=(t2+t3)+(t1+t4)=t'+t"
W?G?6060Wt′==Pn?cos??C2C1?cos??C2
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分析上三式可知，提高变压器利用率，缩短冶炼周期、提高生产率的措施如下：
n减少非通电时间，如缩短补炉、装料、出钢以及过程热停工时间，均能提高时间利用率，缩短冶炼周期，提高生产率。（www.61k.com］
n减少低功率的精炼期时间，如缩短或取消还原期，采取炉外精炼，缩短冶炼周期，提高功率利用率，充分发挥变压器的能力。
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n提高功率水平（C1=Ｐn／Ｇ），提高功率利用率以及降低电耗，均能减少通电时间，缩短冶炼周期，提高生产率。(www.61k.com］
UHP电炉要求Tu与Ｃ2均大于0.7，把电炉真正作为高速熔器。
三电炉炼钢工艺及其流程优化
传统电炉冶炼工艺操作集熔化、精炼和合金化于一炉，包括熔化期、氧化期和还原期（老三期），在炉内
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既要完成废钢的熔化，钢液的脱磷、脱碳、去气、去除夹杂物以及升温，又要进行钢液的脱氧、脱硫，以及温度、成分的调整，因而冶炼周期很长。[www.61k.com)
这既难以保证对钢材越来越严格的质量要求，又限制了电炉生产率的提高，需要优化。
（1）电炉功能分化
在完善电炉本体的同时，注重与炉外精炼等装置相配合，真正使电炉成为“高速熔器”，取代“老三期”一统
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到底的落后冶炼工艺，变成废钢预热（SPH）-超高功率电炉（UHP）-炉外精炼（SR）-连铸或连轧（CC or CR），形成高效节能的“短流程”，见。(www.61k.com)
电炉作用的改变带来明显的效果，这一变革过程，日本人称之为“电炉的功能分化”。
而其中扮演重要角色的是超高功率电炉，它的出现使功能分化成为现实，它的完善和发展促进了“三位一体”、“四个一”电炉流程的进步。
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电炉的功能分化与现代
电炉流程
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（2）超高功率电炉冶炼工艺—现代电炉炼钢冶炼工艺
功能分化的结果使电炉仅保留熔化、升温和必要精炼功能（脱P、C），而其余的任务都移至钢包中进行。［www.61k.com）从提高生产率和降低消耗方面考虑，要求UHP电炉UHP电炉的工艺操作要点
1）快速熔化与升温操作
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快速熔化和升温是UHP电炉最重要的功能，将预热好的第一篮废钢加入炉内后，这一过程即开始进行。[www.61k.com)
为了快速熔化和升温，UHP电炉以最大可能的功率供电，采用氧-燃烧咀助熔，强化吹氧去碳，底吹搅拌，泡沫渣埋弧操作等技术。
2）脱磷操作
UHP要求尽可能把脱磷，甚至少部分脱碳提前到熔化期进行。
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脱磷三要素：炉渣氧化性、炉渣碱度及温度。（www.61k.com］采取的主要工艺操作
n
n强化吹氧和氧-燃助熔，提高初渣的氧化性；提前造成氧化性强、碱度高的泡沫渣，并充分利用熔化期温度较低的有利条件，提高炉渣脱磷的能力；及时放掉磷含量高的初渣，并补充新渣，防止温度升高后和出钢时下渣回磷；
采用无渣（或少渣）出钢技术，如EBT，严格控制下nn
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渣量，把出钢后磷降至最低（防止回磷）。[www.61k.com]
3）脱碳操作
UHP要求把脱磷任务，甚至少部分脱碳任务提前到熔化期进行，而熔化后的氧化精炼和升温期只进行碳的控制。
电炉就是通过高配碳，利用吹氧脱碳这一手段，来达到加速反应，去除气体和夹杂的目的。UHP电炉采用炉门氧枪、炉壁烧咀等强化吹氧去碳。
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脱碳反应的作用
n
n
n熔化期吹氧助熔时，碳先于铁氧化，减少了铁的烧损；渗碳作用可使废钢熔点降低，加速熔化；碳-氧反应造成熔池搅动，促进了渣-钢反应，有利于早期脱磷；
在精炼升温期，活跃的C-O反应，扩大了渣-钢界面，有利于进一步脱磷，有利于钢液成分和温度的均匀化和气体、夹杂物的上浮；n
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n泡沫渣的形成，提高传热效率，加速升温过程。［www.61k.com］四电炉产生的公害要进行抑制
（1）烟尘与噪音
UHP电炉在炼钢过程中产生烟尘＞20000mg/m3，而国家对排放粉尘含量的标准为＜50～100mg/Nm3。因此，电炉必须配备排烟除尘装置，使排放粉尘含量达到标准要求。
目前较普遍的办法是采用炉顶第四孔+封闭罩或/和
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屋顶大罩结合排烟法，除尘采用布袋除尘。(www.61k.com）
UHP电炉产生噪音高达110dB，要求设法降低。噪音对环境的影响，据科学家证明如表4-3。
噪音/ dB
影响
程度＞50影响睡眠与休息＞70干扰谈话影响工作＞90影响听力，引起神经衰弱、头疼、血压升高＞150鼓膜出血，失去听力
为此，许多国家都制订标准，如德国标准要求，距噪声源300m处的噪音强度为白天≤60dB，夜晚≤45dB。
采用电炉封闭罩可以满足，罩外的噪音强度能达80～90dB。
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（2）电网公害
电炉产生的电网公害主要包括电压闪烁与高次谐波。（www.61k.com）
1）电压闪烁（或电压波动）
电压闪烁实质上是一种快速的电压波动。它是由较大的交变电流冲击而引起的电网扰动。电压波动可使白炽灯光和电视机萤屏高度闪烁，电压闪烁由此得名。UHP电炉加剧了闪烁的发生。当闪烁超过一定值（限
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度）时，如0.1～30Hz，特别是1～10Hz闪烁，会使人感到烦躁，这属于一种公害，要加以抑制。（www.61k.com］
n解决的办法有两种
一是要有足够大的电网，即电炉变压器要与足够大的电压、短路容量的电网相联，德国规定：
Pnn=80Pn网短≥80P
一般认为，若供电电网公共连接点（PCC）的短路容量是变压器额定容量的80倍，就可视为足够大。
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二是采取无功补偿装置进行抑制，如采用晶体管控制的电抗器（TCR）。[www.61k.com]（国家标准规定，≤35kV时，电压波动限值2%）
两种途径相比，途径一是治标的方法，因为电炉对电网和自身影响的各种量值并未消除，而是送到更高电压级的电网去扩散。
随着电炉及大容量用电设备的不断建设发展，这些量值在电网中增加积累，泛滥成灾，将会形成电网所不
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能接受的程度，而增加了对广大用户的影响，因此，使用范围越来越小。(www.61k.com)
途径二是治本的办法，它使电炉对电网和自身影响的各种量值大部分就地消除了，故其使用范围越来越大，前途广阔。
2）高次谐波（或谐波电流）
由于电弧电阻的非线性特性等原因，使得电弧电流波形产生严重畸变，除基波电流外，还包含各高次谐波。
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谐波电流注入电网，将危害共网电气设备的正常运行，如使发电机过热，使仪器、仪表、电器误操作等。（www.61k.com)抑制的措施是：采取并联谐波滤波器，即采取Ｌ、Ｃ串联电路。
实际上，电网公害的抑制常采取闪烁、谐波综合抑制，即静止式动态无功补偿装置——SVC装置，见。但SVC装置价格昂贵，使得电炉投资成本大为提高。
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静止式动态无功补偿装置
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4.4 超高功率电炉技术效果
UHP电炉冶炼工艺的基本指导思想是高效、节能、低消耗。[www.61k.com）而应用于UHP电炉的各项技术，如UHP供电，强化吹氧（含氧-燃助熔），水冷炉壁与水冷炉盖，底吹搅拌，长弧泡沫渣，无渣出钢及废钢预热等都是在这种思想指导下开发出来的。
综合应用这些技术，与计算机控制、管理和炉外精炼相配合，已经使得电炉的平均冶炼周期达到60min，
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平均电耗达到400kWh/t，平均电极消耗达到2kg／t的高水平，即“642”。[www.61k.com）
直流电弧炉、新式废钢预热及二次燃烧等技术的实施又使电炉技术水平达到了一个新的高度，进一步缩短了冶炼周期，降低了冶炼电耗和电极消耗，见，而且闪烁、噪声、耐材消耗都明显得到改善。
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电炉炼钢技术的发展
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4.5 结束语
UHP电炉不仅变压器额定功率要高，功率水平要高，而且变压器利用率要高，工艺及工艺流程要优化，电炉产生的公害要得到有效的抑制。［www.61k.com）
UHP电炉工艺突出一个“快”字，即快速熔化、提前脱磷以及强化脱碳，而不是简单地将原有工艺一分为二。
从提高生产率和降低消耗方面考虑，要求UHP电炉具
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有最短的熔化时间和最快的升温速度以及最少的辅助时间，以期达到最佳经济效益。(www.61k.com］
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第五章超高功率电炉相关技术
5.1 概述
UHP电炉的出现和发展伴随着新技术的广泛采用。（www.61k.com)这些新技术包括UHP电炉生产必须解决的问题，否则将限制生产的，如电极、耐火材料等，又包括高效、节能进一步降低成本的
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5.2 超高功率电炉相关技术电炉合理供电/降低电极消耗二次导体改造/水冷炉壁炉盖氧气燃料助熔/细长弧泡沫渣二次燃烧/偏心炉底出钢电炉底吹搅拌/直流电弧炉电炉高阻抗/废钢预热节能nnnnnn
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一合理供电技术
UHP电炉投入初期，由于输入功率成倍提高，RE增加许多，炉衬热点区损坏严此，首先在供电上采用低电压、大电流的粗短弧供电。(www.61k.com］粗短弧供电的优点
n
n
n减少电弧对炉衬辐射，降低RE值，保证炉衬寿命；增加熔池的搅拌与传热效率；稳定电弧，提高实际输入功率。
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当时把这种供电叫作。［www.61k.com］但这种早期“UHP供电”，相当于牺牲电气方面的利益，换取热工方面的改善。
它存在诸多不足
n超高功率、大电流，使电极消耗大为增加，Wdj∝I2；
大电流，使电损失功率增加，Pr＝３I2r；低电压、大电流，使X%增加，；nn
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n低电压、大电流，使三相电弧功率不平衡严重，∝I/U 。[www.61k.com]
X%=xxI2
Z=U=sin?cos?=?(X%)
二降低电极消耗技术
电极消耗主要分为端部和侧部消耗：n端部消耗主要高温升华与剥落；n侧部消耗主要高温氧化。KＰ
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扣除折损消耗后，端部与侧部消耗比例大体上如表5-1。[www.61k.com］
影响因素
RP/%
UHP/%表5-1 端部和侧部消耗比例端部35 ～4060 ～65侧部60～6535 ～40折损～～
为了降低电极消耗，先后开发出涂层电极、浸渍电极及水冷电极，其中1987年德国的喷淋水冷电极效果最佳（）。这些技术效果明显，均可以降低电极消
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耗5～10%以上，但这些措施只能减少占电极总消耗的35～40%的侧部氧化消耗，而对端部消耗的降低则无能为力
。(www.61k.com］
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三短网改造技术
n降低电阻，减少损失功率，提高输入功率，如增加导体截面，减少长度，改善接触等；
降低电抗，增加功率因数，提高功率输入，如增加导体截面，减少长度，合理布线（图5-3）等；
改进短网布线，平衡三相电弧功率，如三相导体采取空间三角形布置（图5-4）或修正平面法等。[www.61k.com)nn
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图5-3 短网的几种布
线方式
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图5-4 短网三角型布
线方式
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四水冷炉壁、水冷炉盖技术
超高功率使炉衬寿命大为降低，为了从根本上解决炉衬寿命，必须寻求新的耐火炉衬，接着水冷炉壁、炉盖应运而生。[www.61k.com］
1972年日本开发的水冷挂渣炉壁（耐久炉壁），率先在日本采用，后推广到美国、西欧等，发展非常迅速。目前，UHP电炉普遍采用～
n炉壁水冷面积可达70%～80%，块寿命达6000次；
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n炉盖水冷面积可达80 ～85%，块寿命达4000次以上。［www.61k.com]
炉壁采用水冷后虽然冷却水带走一些热量（5～10%），但由于提高炉衬寿命，减少冶炼时间等综合效果明显。
五氧-燃助熔技术
炉壁采用水冷后，“热点”问题得到基本解决，但“冷点”问题突出了。大功率供电废钢熔化迅速，热点区废
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钢很快熔化，并暴露给电弧，而此时冷点区的废钢还没有熔化，炉内温度分布极为不均。（www.61k.com］
为了减少电弧对热点区炉衬的高温辐射、防止钢水局部过烧，而被迫降低功率，“等待”冷点区废钢的熔化。
UHP电炉了为解决“冷点”区废钢的熔化，采用插入炉内“冷点”区进行助熔，
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此项技术二十世纪70年代日本首先开发采用的，目前，无论日本、西欧、北美等大多数的电炉都采用氧-燃烧咀强化冶炼。（www.61k.com)
氧-燃烧咀通常布置在熔池上方0.8～1.2m的高度，3～5支烧咀对准冷点区（），在废钢化平前使用。
每座电炉所配氧-燃烧咀的总功率，一般为变压器额定功率的15～30%，每吨钢功率为100～200kＷ/t。
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采用氧-燃烧咀，一般可降低电耗10～15%，提高生产率＞10%。(www.61k.com）
所用的燃料有：煤、油或天然气
等。
图5-5 氧燃烧咀布
置示意图
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六长弧泡沫渣技术
采用水冷炉壁、水冷炉盖技术，能提高炉子寿命，可它对400mm宽的耐火材料渣线来说作用是有限的。［www.61k.com)
另外采用“UHP供电”能保证炉衬寿命、稳弧、增加搅拌与传热，但它也存在诸多不足。
当电炉泡沫渣技术的出现，其炉渣发泡厚度可达300～500mm，是电弧长度的2倍以上，因而可以实现埋弧操作。
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电炉埋弧操作一方面，真正发挥了水冷炉壁的作用，提高炉体寿命；另一重要方面，埋弧操作使长弧供电成为可能，即高电压、小电流。（www.61k.com]
它的优越性在于弥补了早期“UHP供电”的不足，从而带来了以下优点：
1）电损失功率降低，电耗减少；
2）电极消耗减少；
3）三相电弧功率平衡改善；
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4）功率因数提高。（www.61k.com]
电炉泡沫渣操作是在熔末电弧暴露─氧化末期进行，它是利用向渣中喷碳粉和吹入氧气产生的一氧化碳气泡，通过渣层而使炉渣泡沫化。
良好的泡沫渣要求长时间将电弧埋住，这即要求渣中要有气泡生成，还要求气泡要有一定寿命。
研究表明：增加炉渣的粘度，降低表面张力，使炉渣的碱度为2.0～2.5，（FeO）=15～20%等均有利炉
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渣的泡沫化。［www.61k.com)
最早由美、德等开发的碳-氧枪，专门用于由电炉炉门操作造泡沫渣，效果特别好（现在国内大量采用，见图5-8）
。
图5-8 炉门碳-
氧枪示意图
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七二次燃烧技术
1）二次燃烧的意义
碳不完全燃烧（C+O2=CO）放热为1.4kWh/kgＣ；碳完全燃烧（CO+O2=CO2）放热5.8 kWh/kgC，即四倍的关系。[www.61k.com]
由于电炉中C-O反应产有大量的CO，如果能够实现碳的完全燃烧反应，这对电炉来说是一个巨大的潜在能源。
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为此，在熔池上方采取适当供氧使生成的CO再燃烧成CO2，即后燃烧或二次燃烧（Post Combustion，简称“PC”），产生的热量直接在炉内得到回收，同时也减轻废气处理系统的负担。（www.61k.com]
可以看出二次燃烧是利用炉内的化学热。
2）二次燃烧技术的发展及效果
1993年德国巴顿钢厂（BSW）与美国纽考公司
（Nucor）将二次燃烧技术分别用在80t和60t电炉上，
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并取得成功。［www.61k.com)之后发展很快，美、德、法、意等均达到工业应用水平。
二次燃烧采用特制的烧咀，也叫二次燃烧氧枪或PC枪，一般由炉壁或由炉门插入至熔池面，用于炉门的二次燃烧氧枪常与炉门水冷氧枪结合，形成“一杆二枪”。
为了提高燃烧效率，将PC枪插至熔渣面，甚至泡沫渣中，使生成的CO立即燃烧成CO2，其热量直接被熔
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池吸收。(www.61k.com］
电炉采用二次燃烧技术降低电耗，缩短冶炼时间、提高生产率及有利于废气处理。
为了表明电炉中二次燃烧反应进行的程度，即二次燃烧率，用下式表示，PCR值越大，说明二次燃烧反应越充分，化学能利用率越高。
%CO2PCR=×100%%CO+%CO2
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最近，德、意开发的碳-氧-燃复合式炉壁喷枪（多功能氧枪、吹氧模块等），将氧-燃助熔、碳-氧造渣、吹氧去碳及二次燃烧结合在一体，根据炉内不同阶段，进行程序控制，见图5-11 。［www.61k.com)
此技术可最大限度地消除冷点、造渣埋弧、加速反应及回收能量。而且可以实现关炉门造泡沫渣—真正意义的埋弧，并减轻劳动强度、改善车间环境。现已得到业内人士重视。
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图5-11 强化用氧系
统
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八无渣出钢技术
1）无渣出钢的意义
传统“老三期”工艺操作：
装料熔化-氧化扒渣-造渣还原-带渣出钢。（www.61k.com]
带入钢包中的是还原性炉渣，它对进一步脱硫、脱氧、吸附夹杂等是有益无害的。
功能分化后，UHP电炉与炉外精炼相配合，电炉出钢时的炉渣是氧化性炉渣。
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氧化渣要带入钢包精炼过程，将会给精炼带来极为不利的影响：使钢液回磷，降低脱氧、脱硫能力，降低合金回收率，以及影响吹氩效果与真空度等。(www.61k.com］
2）渣-钢分离方法
早期，有人工或机械扒渣，倒包法及真空吸渣法等。但这些方法都存在增加劳动强度，增加工序设备，以及增加温度损失等缺点，因而生命力不强。
近十几年先后出现一些出钢分离法，如。这些
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方法中，效果最好，应用最广泛的是偏心底出钢法。(www.61k.com］表5-3出钢分离法
出钢方法
低位出钢法
偏心底出钢法
偏位底出钢法
侧面底出钢法
水平出钢法
滑阀出钢法简称Tea SpoutEBTOBTSBTHOTSG制造公司Demag（德）Demag（德）Fuchs（德）Whiting（美）Empco（加）Metacon（美）19831988,椭圆形炉壳1986,Slide Gate备注
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3）EBT电炉结构特点
EBT电炉结构如下图所示，它是将传统电炉的出钢槽改成出钢箱，出钢口在出钢箱底部垂直向下。（www.61k.com)
出钢口下部设有出钢口开闭机构，开闭出钢口；出钢箱顶部中央设有塞盖，以便出钢口的填料与维护。
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EBT电炉炉衬结构
图
电炉炼钢工艺流程 电弧炉炼钢工艺
EBT电炉三维
图
电炉炼钢工艺流程 电弧炉炼钢工艺
EBT电炉的出钢操作
出钢时，向出钢侧倾动少许后，开启出钢机构，填料在钢水静压力作用下自动下落，钢水流入钢包，实现自动开浇出钢。(www.61k.com］
当钢水出至要求的±95%时，迅速回倾以防止下渣，回倾过程还有±5%的钢水和少许炉渣流入钢包中，炉摇正后（炉中留钢10～15%，留渣≥95%），检查、维护出钢口，关闭出钢口，加填料，装废钢，
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起弧。［www.61k.com)
EBT电炉的出钢仅需倾动15～20°便可将钢水出净。
4）EBT电炉的优点
EBT电炉实现了无渣出钢和增加了水冷炉壁使用面积。具体优点如下：
n出钢倾动角度的减少：简化电炉倾动结构；降低短网的阻抗；增加水冷炉壁使用面积，提高炉体寿命。
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n留钢留渣操作：无渣出钢，改善钢质，有利于精炼操
作；留钢留渣，有利电炉冶炼、节能。（www.61k.com］
炉底部出钢：降低出钢温度，节约电耗；减少二次氧化，提高钢的质量；提高钢包寿命。
九电炉底吹搅拌技术
1）问题的提出
电炉熔池的加热方式与感应炉不同，更比不上转炉。它属于传导传热，即由炉渣传给表层金属，再传n
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给深层金属，它的搅拌作用极其微弱，仅限于电弧附近的镜面层内，这就造成熔池内的温度差和浓度差大。（www.61k.com]
这也是将电炉熔池设计成浅碟型，而且操作上要求加强搅拌的原因。
为解决上述问题，受底吹转炉的启发，在二十世纪80年代日本、美国等先后研究出电炉底吹气搅拌工艺，由于经济效果显著，发展很快。
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电炉底吹气体加强了熔池的搅拌，这对电炉炉型来说将是一场革命，使电炉炉型由浅碟形变成桶形，近似成转炉炉型，这将成为2000年后的趋势。（www.61k.com]
2）底吹搅拌系统及冶金效果
电炉底吹搅拌工艺，即在电炉炉底安装供气元件，向炉内熔池中吹Ar、N2、CH4及CO2搅拌钢液。底吹系统的关键是供气元件，供气元件有单孔透气塞（如下图）、多孔透气塞及埋入式透气塞多种。
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复合型
单孔透气塞
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电炉底吹气体加强熔池的搅拌、强化冶炼过程，产生冶金效果如下：
n加速废钢与合金熔化，均匀钢液成分及温度；n增加渣-钢接触，提高脱P、S等效果；n提高金属与合金的收得率；
n缩短冶炼时间，降低电耗。(www.61k.com]
十直流电弧炉技术
1）直流电弧炉发展概况
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因交流（AC）电弧没有直流（DC）电弧稳定，加之直流供电的其它优点，使得人们早在十九世纪就开始直流电弧炉的研究，但由于当时的整流技术阻碍了直流电弧炉技术的发展。［www.61k.com]
二十世纪70年代兴起的大型高功率、超高功率电炉的出现与发展，使得电炉的功率成倍增加，强大交变电流的冲击等电网公害，以至于不得不采用价格昂贵的动态补偿装置（SVC）。
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在沉默一个世纪后，进入二十世纪70年代，由于电力电子技术的飞速发展，元器件获得开发，并实现工业化生产，导致了的问世和实用化，使得直流电弧炉再度崛起。(www.61k.com)
二十世纪80年代，一些工业发达的国家纷纷开发直流电弧炉，并获得了显著的进展。
由于直流电弧炉突出优点，因此在国内外发展很快，目前，全世界已经投产的50t以上的直流电弧炉已
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超过100台。［www.61k.com）
2）直流电弧炉设备
直流电弧炉设备及其布置，见下图。
直流电弧炉是将三相交流电经晶闸管整流变成单相直流电，在炉底电极（阳极）和石墨电极（阴极）之间的金属炉料上产生电弧进行冶炼。
直流与交流电弧炉设备的主要区别：增加晶闸管整流装置、炉顶石墨电极由三根变成一根及增设炉底电
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极由三根变成一根及增设炉底电极等。[www.61k.com)其中炉底电极的设置是直流电弧炉的最大特征
。
直流电弧炉
设备
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炉底电极的形式及特征
按炉底电极结构特点可大致分为以下几种：n
n
n
nGHH（集团）公司的触针式风冷底电极；CLECIM（集团）公司的钢棒式水冷底电极；ABB（集团）公司的导电炉底式风冷底电极；DVAI公司的触片式风冷底电极。[www.61k.com]
不同形式的炉底电极见下图，特征比较见下表。
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不同形式炉底电极
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炉
项目冷却安全性搅拌砌筑与维修寿命炉底电极费用
评价角度
CLECIM式
冷却方式漏钢可能性熔池搅拌复杂程度维修难易电极更换最高寿命成本维修费用
强制水冷
无较好简单易容易2760/炉适中<0.3 $/t
底GHH式
电极形式
ABB式强制风冷无最好简单易较易4000/炉较高0.6-1.5$/t
DVAI式强制风冷无较好复杂难较易1200/炉适中0.25 $/t
强制风冷
无较好复杂难较易2000/炉适中0.15-0.20$/t
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3）直流电弧特性
直流与交流相比，无集肤效应和邻近效应，在二次导体与石墨电极截面中电流分布均匀，在同样截面下，可通过的电流增加20％～30％，见右图
。[www.61k.com]
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从直流电弧热量分布来看：
1）直流电弧炉所产生热量的72％集中于阳极（金属熔池）上，而交流电弧炉仅65％集中于金属熔池上。［www.61k.com)
2）直流电弧炉的电弧功率有3/4消耗在阳极（金属熔池）上，有1/4消耗在炉衬上；而交流则各占50%。这也是将炉底（金属熔池）作为阳极，而把石墨电极作为阴极的原因。
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直流电弧炉的电弧电流产生的电动力——循环搅拌，使电弧下钢液沿其炉底向外侧炉壁运动，然后沿钢液表面返回电弧下。（www.61k.com］这种强烈的循环搅拌使得直流电弧炉钢液成分、温度较交流电弧炉更均匀。
在相同功率下，直流电弧炉可以在较高的电压、较小的电流下稳定操作（电弧稳定）。
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直流电弧炉与交流电弧炉相比，由于其电极极性发生根本变化，热量分布也不同，所以标志耐火材料侵蚀的RE也发生变化。(www.61k.com）
考虑到交流电弧炉与直流电弧炉电极的工作特点，将交流电弧炉耐火材料磨损指数公式中引入一个修正系数1/3。这表明相同功率，直流炉电弧的RE小、炉衬寿
命
高。
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4）直流电弧炉的优越性
n石墨电极消耗大幅度降低，可降低50%左右。[www.61k.com]原因一是炉顶电极由三根变成一根；二是阳极效应。
降低电能消耗，可节约电能约5%～10%。原因一是单相，电阻损失少；二是直流损耗低。
对电网的干扰和冲击小，电压闪烁降低了50%左右，这样根据电网条件可省去SVC装置或减小补偿的容量。炉衬寿命提高，耐材消耗降低，喷补材料可节约30%。nnn
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n
n噪音降低10～15dB。(www.61k.com)电磁搅拌力强，钢液成分及温度均匀。
大型直流电弧炉偏弧的抑制，偏弧现象产生。
大型UHP电炉、大电流，其电弧受到强大的电磁力作用所引起偏弧严重，恶化电炉的操作，必须采取措施改善及消除。偏弧严重时造成：废钢熔化不均、热损失增加及重新出现炉壁热点问题。
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n大直径石墨电极的开发，否则将阻碍大型DC炉的发展。（www.61k.com)世界最大φ800mm的UHP电极在160吨DC炉上的应用，见下图
。
160吨DC炉运行
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十一废钢预热节能技术
当电炉采用超高功率化与强化用氧技术，使废气量大大增加，废气温度高达1200℃以上，废气带走的热量占总热量支出的15%～20% ，折合成电能相当于80～120kWh/t。［www.61k.com］
为了降低能耗、回收能量，在废钢熔炼前，利用电炉产生的高温废气进行废钢预热，节能效果明显。到目前为止，世界范围废钢预热方法主要有料罐预
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热法、双壳电炉法、竖窑电炉法以及炉料连续预热法等等。[www.61k.com]
1）废钢预热法的分类
按其结构类型分为：
n
n分体式与一体式，即预热与熔炼是分还是合；分批预热式与连续预热式。
按使用的热源分为：
外加热源预热——燃料烧咀预热；n
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n利用电炉排出的高温废气预热。［www.61k.com）
世界上第一套料罐式废钢预热装置是日本于1980年用2）料罐式废钢预热在50吨电炉上，次年又将这种废钢预热装置用在100吨电炉上。之后，在不到10年的时间里，日本就有接近50套废钢预热装置投入运行。
料罐式废钢预热装置及其工作原理，见下图。
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料篮式废钢预热装置示意
图
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料罐预热法的工作原理及预热效果
电炉产生的高温废气（～1200℃）由第四孔水冷烟道经燃烧室后进入装有废钢的预热室内进行预热。(www.61k.com)废气进入预热室的温度一般为700～800℃，排出时为150～200℃，每罐料预热30～40min，可使废钢预热至200～250℃。每炉钢的第一篮（约60%）废钢可以得到预热。
料罐预热法能回收废气带走热量的20～30%，可节电
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20～30kWh/t，同时，节约电极、提高生产率。(www.61k.com)料罐预热法的问题及改进措施
该种废钢预热存在的主要问题
①产生白烟、臭气新的公害；
②高温废气使料篮局部过烧，降低其使用寿命；③预热温度低，废钢装料过程温降大等。
迫于这些问题采取了再循环方式、加压方式、多段预热方式、喷雾冷却方式以及后燃方式等措施对付白烟与
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臭气；采取水冷料罐以及限制预热时间、温度等措施来提高料罐的寿命。（www.61k.com］
但是，结果表明不理想，而且这些措施均使原本废钢预热温度就不高（废钢入炉前温降大，降至100～150℃）的情况进一步恶化，综合效益甚微。
这些问题的存在，使得该项技术受到挑战，一些钢厂干脆停止了使用。这就促使欧、美和日本积极开发新的废钢预热工艺，提高利用电炉产生的高温废气预热废
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钢工艺，提高利用电炉产生的高温废气预热废钢的效率，节约能源、提高生产率、降低成本以及改善环境。（www.61k.com)
3）双壳电炉法
双壳电炉法早在二十世纪70年代双壳炉就存在，但它是外加热源（氧-燃烧咀）预热；而新式双壳炉是利用电炉产生的高温废气进行预热的。
新式双壳炉具有一套供电系统、两个炉体，即“一电双炉”。一套电极升降装置交替对两个炉体进行供热熔
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化废钢，双壳炉运行与工作原理见下图
。（www.61k.com]双壳炉
运行
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双壳炉工作原理
图
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双壳炉的工作原理
当熔化炉1#进行熔化时，所产生的高温废气由炉顶排烟孔经燃烧室后进入预热炉2#中进行预热废钢，预热（热交换）后的废气由出钢箱顶部排出、冷却与除尘。［www.61k.com)每炉钢的第一篮（约60%）废钢可以得到预热。双壳炉的主要优点
①提高变压器的时间利用率，由70%提高到80%以上；
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②缩短冶炼时间，提高生产率10%～15%；
③可回收废气带走热量的30%以上，节电40～50kWh/t。［www.61k.com)
新式双壳炉自1992年日本首先开发第一座，到目前世界范围已有近30座投产，其中大部分为直流双壳炉。为了增加预热废钢的比例，增加第一次料重量，如由60%增加至70%，日本钢管公司（NKK）采取增加电炉熔化室高度，并采用氧-燃烧咀预热助熔，以进一步降低
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能耗、提高生产率。［www.61k.com］
4）竖窑式电炉(shaft furnace)
进入20世纪90年代，德国的Fuchs公司研制出新一代电炉——竖窑式电炉（简称竖炉）。Fuchs公司自1988年开始研究竖炉技术，现在已经显示出其卓越的性能和显著的经济效果。
从1992年首座竖炉在英国的希尔内斯钢厂投产，到目前为止，Fuchs公司投产的竖炉已超过40座。
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竖炉炉体为椭圆形，在炉体相当炉顶第四孔（直流炉为第二孔）的位置配置一竖窑烟道，并与熔化室连通。［www.61k.com）
在竖窑烟道的下部与熔化室之间有一水冷活动托架（指形阀—也叫手指式竖炉），将竖炉与熔化室隔开，废钢分批加入竖窑中，废钢经预热后，打开托架加入炉中，可实现100%废钢预热，竖炉运行与工作原理见下图。
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竖炉的结构示意
图
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竖炉的工作
原理
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竖炉的工作原理
新开炉的第一篮废钢直接加入炉中，余下的由受料斗加入竖窑中。(www.61k.com]送电熔化时，炉中产生的高温废气1200～1600℃，直接对竖窑中废钢料进行预热。
当炉膛中的废钢基本熔化后，竖窑中废钢温度经预热温度高达600～700℃时，打开托架将预热好的废钢加入高温炉膛中。随后关闭托架，再由受料斗将废钢加入竖窑中进行预热。周而复始，使废钢料分批、分期地，
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100%地进行预热。[www.61k.com)
出钢时，炉盖与竖窑一起提升800mm左右、炉体倾动，由偏位底出钢口出钢。
竖炉的主要优点
n节能效果明显，可回收废气带走热量的60% ～70%，节电60～80kWh/t；
提高生产率15%以上；
减少环境污染；nn
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与其它预热法相比，还具有占地面积小、投资省等优点。（www.61k.com］
竖炉同样有交流、直流，单壳、双壳之分。
世界首座双壳竖炉90 t/90 MVA，1993年9月在法国联合金属公司（SAM）建成，同期卢森堡阿尔贝公司（Arbed）也建成类似的竖炉。
它们在投产后均显示出优越性，SAM厂最好指标（1997年7月3日创造的）为：电耗340kWh/t，电极消
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耗1.3 kg/t，冶炼周期46 min，生产率126 t/h。(www.61k.com]
5）炉料连续预热电炉
就其综合效果来说该种预热法最有发展前途。实现炉料半连续预热，而炉料连续预热电炉，实现炉料连续预热，见下图。
该形式电炉20世纪80年代由意大利得兴（techint）公司开发，称为consteelfurnace—译成“康斯迪电炉”。1987年最先在美国的纽考公司达林顿钢厂Nucor-
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Darlington）进行试生产，90年代开始流行。[www.61k.com］获得成功后在美、日、意及中国等推广使用。
到目前为止，世界上已投产的康斯迪电炉已超过20台，其中一半在中国
。
康斯迪系统（得
兴）布置图
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康斯迪电炉设备组成
康斯迪电炉由炉料连续输送系统，废钢预热系统，电炉熔炼系统，燃烧室及余热回收系统等四部分组成，如上图所示。［www.61k.com］
康斯迪电炉的工作原理
康斯迪电炉是在连续加料的同时，利用炉子产生的高温废气对行进的炉料进行连续预热，可使废钢入炉前的温度高达400～600℃，而预热后的废气经燃烧室进
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入余热回收系统。（www.61k.com]
康斯迪电炉具有的优点
①降低电耗60 ～100kWh/t，缩短冶炼周期；②减少电极断裂，降低电极消耗；
③减少氧气用量，不需要氧-燃烧咀；
④渣中的氧化铁含量少，且氧化铁灰尘得到有效回收，提高了金属收得率1% ～2%；
⑤变压器时间利用率高，高达90%以上，可以采用容
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量较小的变压器，即较低的功率水平；
⑥提高钢的质量由于废钢炉料在预热过程碳氢化合物全部烧掉，冶炼过程熔池始终保持沸腾，降低了钢中气体含量，提高钢的质量；
⑦容易与连铸相配合，实现多炉连浇；
⑧电弧始终处于泡沫渣埋弧状态，电弧特别稳定，电网干扰大大减少，甚至可以不需要用“SVC”装置等。（www.61k.com]电炉对噪音、电网的干扰等环境的影响见下图。
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环境的改善——闪烁、谐波、
噪音降低
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康斯迪电炉有交流、直流，不使用氧-燃烧咀，废钢预热不用燃料，并且实现了100%连装废钢。［www.61k.com]
应该说这种炉料连续预热式电炉是高效、节能，及环保型电炉炼钢设备。
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三 : 密闭电石炉工艺操作74
密闭电石炉工艺操作
密闭电石炉炉况正常时，表现为炉压、炉气温度比较平稳，三相操作电阻较大且平衡，尤其是料层电阻结构合理且较大，三相电极稳定深入料层，三相负荷平衡且较为平稳，三相吃料速度较为均衡，料层结构良好，无喷料、塌料、熔洞、结壳等现象，出炉时三相负荷无明显变化，三相畅通，单炉产量、质量较为稳定。
在电炉运行的动态过程中，由于原料质量、电源质量、设备工况等发生变化时，可能引起炉况的波动甚至恶化，这就要求工艺操作人员和电炉自动控制系统对各种非正常炉况作出正确、及时的判断、分析、处理，最终落实到合理调节电气运行参数和采用正确的工艺操作手段，以及时有效地调正炉况，保证正常生产。
非正常炉况在密闭炉上的主要表现及处理措施：
1、三相电极位置不平衡
检查三相电极料面下的工作长度、电极处料面温度是否一致，如不一致则需调整炉料电阻，加强料面维护（打气眼、耙松料面、消除熔洞和结壳、处理红料），同时加强出炉；如三相料面下电极工作长度、料面温度比较平衡，而三相电极工作高度误差大，这时应调整三相电极压放次数从而调整三相电极总工作长度，并使之趋于一致。
2、电极下插困难，三相负荷不平、波动大
加强出炉操作，可增加出炉次数，勤捅深捅炉眼；加强料面操作，尽可能增大炉料电阻以减小料层支路电流；检查配比，如偏高则需降下来；检查原料水份，加强烘干系统的管理；检查原料筛分设备，加强原料粉末的控制；检查碳素原料粒度是否过大；加料方式可改为间断加料。以上措施可配合降档位进行。
3、炉气温度高、波动大
检查料仓下料情况，如料管堵塞则需处理；如料仓下料良好，则是电极下插不好，炉料支路电流太大，局部翻电石，这时需加强出炉（增加炉次、勤捅深捅炉眼）和料面维护；检查烘干和筛分是否良好。
4、炉气压力波动大
说明有塌料、喷料现象或局部翻电石，应检查原料烘干和筛分装置运行情况，加强料面维护以改善料层透气性，同时还应加强出炉操作。
5、料面温度过高
加强料面操作，改善料层透气性；检查原料烘干及筛分装置；加强出炉；加料方式可改为间隙式加料。
6、三相吃料速度不均衡度太大
检查三相电极下插深度，电极有效工作段（指料面以下的电极工作段）太长导致吃料较慢；检查原料筛分、烘干等
是否良好。这时应加强料面处理并在吃料慢的电极对应炉眼 处出炉。
7、个别料仓下料慢或不不下料
检查料管是否堵塞；如料管未堵塞，则是局部棚料，这时应多打气眼或疏松料面；检查原料烘干和筛分系统是否正常。
8、出炉时三相不通，电石发粘，流动不顺畅，用圆钢捅炉眼时发现炉心有隔墙。
说明炉底温度低，电极下插不好，这时应检查配比是否过高，加强料面操作和出炉操作，可适当降低二次操作电压。
9、出炉时有生料伴随电石流出。
说明料层结构不好，这时应检查原料水份是否偏高、粉末量是否太大，可适当推迟出炉开眼时间。
10、电石质量、产量波动大。
检查原料质量，加强烘干、筛分系统管理，加强料面维护。
11、当发现碳素原料水份超过3%时，电炉必须调整为负压状态操作，且不能密闭，这时应加强料面操作，勤打气眼和疏松料面，加料方式最好改为间断式的勤加少加，采用低料面操作。
12、炉气温度很高且炉压波动大或正压较大时，料面表现为红料多且伴有翻电石，这时电炉应调整为负压操作，特
别加强料面操作，适当降低变压器档位，加强出炉操作，想方设法增大炉内操作电阻，使电极尽快深入料层，提高炉底温度，沟通三相熔池。
13、氢气监测报警时必须立即停炉，检查并处理漏水情况。
14、底部环、护屏、接触元件等处出水温度或压力突然发生大的变化时，如出水温度升高或冒蒸汽、压力突然减小或断流等，应立即停炉检查并处理。
15、电极压放时，电流突然大幅升高，必须立即停止压放电极并停炉处理；如电流连续缓慢上升，则需停止压放电极，并通知检修人员调整压放液压钳夹紧力；如电流没有任何变化，应通知维修工检查压放装置。
16、电极电流突然大幅减少很多，同时炉气温度和压力突然升高较多，应立即停炉检查并处理。
17、冷却水总压力突然大幅度降低，必须立即停炉，同时马上出炉。
18、出炉时电石小车突然脱轨、电石锅倾翻时，应立即提升电极降低负荷并快速堵眼；情况严重时应停炉处理。
19、接触元件、护屏等处有电弧现象时，必须停炉检查，并通知维修人员处理。
20、当二次运行电压超过低压补偿电容器额定电压10%时，必须逐级退出低压补偿。
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电炉炼钢工艺流程-电炉炼钢工艺 本文地址：
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