电弧炉炼钢的基本工艺包括扒渣补炉、装入金属炉料、送电、熔化、氧化、还原精炼和出钢。按照所冶炼钢种特点的不同，可有不同的操作方法，传统的工艺主要是具有熔化、氧化、还原三个期的操作，还原期采用扩散脱氧和沉淀脱氧，需造白渣或电石渣，每炉冶炼要3～4h，电耗高达600～700kWh/t。随着技术的不断发展，电弧炉炼钢工艺也发生了很大变化，熔化期采用辅助能源加速熔化，如喷吹油—氧、天然气—氧或煤粉—氧，每炉熔化时间缩短了15～20min，电耗可减少50～60kWh/t;氧化期采取提前脱磷、强化用氧、喷粉造泡沫渣、快速升温等措施，可使氧化脱碳量从传统工艺的0.3%降低到0.1%～0.15%，从而氧化期可缩短时间50%以上。还原期则将传统工艺中的扩散脱氧为主改为沉淀脱氧为主，扩散脱氧为辅，不仅能达到预期的精炼效果，钢质量有保证且缩短还原时间60%以上。工艺的改进在钢水质量得到保证的同时，生产率亦随之提高20%左右，电耗降低10%～15%，电极消耗降低8%左右，取得可观的经济效益。

有碱性操作法和酸性操作法之分。碱性操作法 以碱性耐火材料作炉衬，冶炼过程造碱性渣，其特点是可脱除原料中的硫和磷，使成品钢中硫、磷含量达(100～10)×10-4%以下。这种操作工艺对废钢中硫、磷含量原则上无限制，但从炉子生产率及钢成本考虑，硫、磷含量应不高于0.05%;易沉于炉底的金属杂质铅、锌、锡等和不易氧化除去的镍、铜、锌等均应尽量避免。所用铁合金、造渣剂、炼钢生铁等原材料要求有效成分高且干燥。碱性操作在装料期、熔化期以后进入精炼期，精炼期又分氧化和还原两个精炼阶段，根据精炼期是分别造氧化渣和还原渣来进行氧化精炼和还原精炼，抑或只造一次渣而兼顾两种精炼需要，碱性操作又分双渣法和单渣法。

电弧炉炼钢碱性操作

(1)双渣法。适用于炉料含磷高、氧化脱磷任务大的冶炼。炉料熔化后先造高碱度(CaO50%～60%，CaO/SiO₂=2～4)、高氧化性(FeO15%～20%)的渣，脱磷的同时脱碳、去气并升温至还原精炼所需的温度。氧化精炼达到要求后，扒净氧化渣，再造高碱度还原渣去硫、脱氧。还原渣有两种：白渣和电石渣。前者含CaO60%、SiO₂15%～20%、FeO1%，呈白色，冷却后易粉化，适用于冶炼含碳0.35%以下的钢种;后者除FeO较低(0.5%)外，还含CaC₂2%～4%，故名电石渣，其还原性更强，适用于冶炼高碳钢件。

(2)单渣法。只造一次渣，通过对渣成分的调整来满足两种精炼的要求。此法只适用炉料含磷低，脱磷任务轻的冶炼，由于脱磷后渣中含磷低，可不换渣而直接脱碳、升温转入还原精炼。有些高合金废钢的返回冶炼，为避免合金元素氧化损失，也可不作氧化而只做还原精炼。对一些还原精炼没有高要求的普碳钢，亦可只作氧化精炼，当成分合格、升温后即可出钢，二者均属单渣法。

电弧炉炼钢酸性操作法

电弧炉以酸性耐火材料为炉衬，冶炼过程造SiO₂饱和的酸性渣。该渣不具有脱硫、脱磷的能力，要求废钢含硫、磷在所炼钢种规格以下。因此类废钢来源少、价格高，限制了酸性操作的发展。酸性操作特点是：炉渣导电率低、升温快、电效率高。酸性渣和炉衬中的SiO₂在炼钢温度下活性高，极易被炉料中的碳、铝、钛、锆等还原。还原期主要依靠渣中SiO₂还原来脱氧，称为硅还原脱氧。酸性法炼钢周期比碱性法短，多用于铸钢车间。

电弧炉炼钢通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢的方法。电弧炉以电能为热源，可调整炉内气氛，对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利，发明后不久，就用于冶炼合金钢。并得到较大的发展。随着电弧炉设备的改进以及冶炼技术的提高，电力工业的发展，电炉钢的成本不断降低，现在电炉不但用于生产合金钢，而且大量用来生产普通碳素钢，其产量在主要工业国家钢总产量中的比重，不断上升。

电弧炉炼钢起源可上溯到1853年，法国人皮松(Pisson)用两根水平电极在熔池上方发生电弧间接加热熔池熔炼金属成功。1879 年西门子(K. W. Siemens)改用一根直立电极与金属熔池直接产生电弧而加热熔池。1899年，美国有人曾试用两根直立电极直接加热熔池的方法，但使用的仍是直流电源，功率不足以熔化废钢，未能用于生产。近代电弧炉炼钢 的雏型是 1907 年美国出现的埃鲁(P.L.T.Heroult)式电弧炉—三相交流电弧炉。由于其功率大、工艺灵活、可用废钢为原料、产品质量高而赢得市场，随后推广到各国。

电弧炉炼钢是生产中、高合金钢和优质钢的主要方法。在电能和废钢资源多且便宜的工业发达地区，电弧炉生产的普通碳素钢，已在市场占有日益增大的份额。随着工业和技术的发展对合金钢、优质钢需求量不断增长，到20世纪80年代末，电弧炉钢在世界粗钢年总产量中已占30%左右(见表1)。由于各国资源、技术及社会条件不同，电炉钢产量偶有起伏，但增长势头不变。到20世纪末，世界电弧炉钢所占比例将达35%。到20世纪80～90年代电弧炉容量多为40～120t，200t电炉亦属常见，最大的电弧炉容量为400t，然而世界电炉钢75%的产量出自所谓“小钢厂”，即年产钢量为5～25万t、带有连铸机和小型轧机的钢厂。

电弧炉炼钢是在与氧气转炉炼钢并立且竞争中取得其地位的。20世纪80年代初，氧气转炉已能炼出电弧炉能炼的多数钢种，但它消耗的废钢量却不高于废钢产量的30%，其余的均为炼钢电弧炉耗用，随着世界总体工业化程度的提高，必然伴以废钢资源增加，再加上核电的普及，使电弧炉炼钢具有长远发展的物质保证。电弧炉炼钢技术发展的重点则随各国电弧炉炼钢发展程度不同而异，总的方向是：继续推广高功率电弧炉和超高功率电弧炉，扩大炉容，提高生产率;采用水冷炉壁、水冷炉顶，减少炉衬费用;继续发展炉外精炼，使电弧炉的功能变成单纯的熔化废钢，从而充分利用变压器功率;发展铁矿石直接还原技术，以其产品代替废钢，扩大金属料来源，全直接还原料冶炼可采用连续装料而无须启、闭炉顶，以节省电能;开发新的电炉钢种以及在配料、供电、操作、炉前分析等方面采用电脑自动控制等技术。

第1章电弧炉炼钢技术概述1

11电弧炉炼钢的基础1

111钢与生铁的区别2

112碱性电弧炉与酸性电弧炉3

113传统碱性电弧炉炼钢过程3

12电弧炉炼钢技术的发展6

121大型电弧炉的发展6

122超高功率电弧炉供电系统的进步7

123电弧炉辅助装置的进步12

124炉门氧枪12

125炉壁氧枪13

126测温定碳等装备的发展15

127余热锅炉利用16

128智能化电弧炉17

13电弧炉炼钢的技术经济指标19

131电弧炉炼钢主要技术经济指标19

132提高技术经济指标的主要途径22

第2章电弧炉热工基础和电弧炉设备24

21冶炼过程的能量供给与热交换24

211电弧炉炼钢过程中的能量供给制度24

212冶炼过程中的热交换26

22电弧炉的基本构造28

23电弧炉本体结构30

231炉体的金属构件30

232炉缸39

233炉膛39

234炉顶拱度39

235炉墙与炉门40

236炉衬40

237电极位置42

24电弧炉机械设备42

241电极夹持器43

242电极升降机构44

243炉体倾动机构46

244炉盖旋出或开出机构47

245废钢预热装置48

246水冷装置48

247偏心炉底出钢机构50

248补炉机51

249排烟除尘装置系统53

2410底吹系统59

25电弧炉主要电气设备59

251电气设备的组成59

252配电操作62

26基本电参数和电热特性的计算64

27电气设备的维护和相关常识66

271供电曲线的制定66

272变压器的正常使用67

第3章电弧炉炼钢原料和耐火材料69

31直接还原铁69

311直接还原铁的理化指标70

312电弧炉炼钢对直接还原铁的性能要求71

313直接还原铁的加入方式71

314直接还原铁配加铁水冶炼的操作要点分析73

315直接还原铁配加生铁冶炼的操作要点分析74

316使用直接还原铁后金属收得率的基本分析方法75

32冷生铁75

321加入冷生铁的电弧炉冶炼特点76

322高比例配加冷生铁冶炼操作的关键技术77

33碳化铁82

331碳化铁的加入方式83

332碳化铁的加入量或喷吹量的控制83

34脱碳粒铁和Corex铁85

341脱碳粒铁85

342Corex铁85

35热装铁水技术86

351热装铁水的方式86

352热装铁水的时间88

353热装铁水对渣料的要求89

354热装铁水对冶炼电耗的影响89

355提高热装铁水比例的主要方法91

36废钢95

361对于废钢质量的要求95

362对于废钢尺寸的要求98

363一些特殊废钢的消化和处理方法99

37合金材料102

371常用的合金材料102

372合金材料的管理工作103

38电弧炉的造渣材料105

381造渣材料105

382氧化剂107

383脱氧剂和增碳剂108

384电极110

39电弧炉的耐火材料113

391耐火材料的主要性能和分类113

392电弧炉用耐火材料115

393电弧炉用绝热材料和黏结剂119

第4章电弧炉炼钢冶炼工艺及操作121

41传统电弧炉炼钢工艺流程配置121

42冶炼前的准备工作123

421配料操作及注意事项123

422装料操作及装料方法124

423烘炉的操作131

424补炉操作134

43熔化期的操作及特征判断136

431炉料的熔化过程136

432炉料熔化时物化反应138

433缩短熔化期的途径139

434熔化期造渣及去磷操作143

44氧化期的操作及特征判断145

441控制脱磷操作147

442控制脱碳操作153

443氧化期的造渣操作160

444氧化期的操作要点170

45还原期的操作及特征判断174

451还原期的目的174

452还原期的造渣操作191

453还原期温度控制操作195

454还原期的操作工艺200

46电弧炉冶炼的泡沫渣控制技术208

461石灰的溶解机理208

462电弧炉炼钢对熔渣的要求与泡沫渣的功能211

463泡沫渣原理213

464泡沫渣的性能指标216

465影响泡沫渣质量的因素217

466自耗式氧枪吹炼条件下的泡沫渣操作221

467超声速氧枪控制下的泡沫渣技术226

468超声速集束氧枪吹炼条件下的泡沫渣控制232

469不同类型泡沫渣的冶炼效果分析233

4610氧化铁皮、泡沫渣改进剂在泡沫渣工艺中的应用235

47电弧炉冶炼过程脱碳留碳操作技术239

471脱碳反应的作用和配碳量的确定239

472配碳方式分析241

473工艺条件对脱碳反应的影响242

474电弧炉生产中提高脱碳速度的方法246

475电弧炉冶炼过程的留碳操作技术248

48电弧炉冶炼过程脱除有害杂质技术249

481脱磷操作技术249

482脱硫操作技术252

483脱氮操作技术253

484脱氢操作技术258

485脱铅、脱锌操作技术259

49电弧炉出钢技术259

491留钢留渣操作技术259

492偏心炉底出钢技术——EBT技术266

第5章电弧炉用氧技术和辅助燃烧技术273

51电弧炉用氧技术273

511炉门自耗式氧枪及其操作273

512水冷超声速氧枪及其操作276

513超声速集束射流氧枪及其操作280

52辅助能源输入技术287

521烧嘴的用途287

522烧嘴的结构288

523烧嘴的布置290

524烧嘴的使用291

53二次燃烧技术291

531二次燃烧技术概述291

532二次燃烧喷枪的使用293

第6章现代电弧炉炼钢的基本工艺特点295

61现代超高功率电弧炉炼钢的特点295

611超高功率电弧炉炼钢的优势295

612超高功率电弧炉炼钢生产线的主要特点297

62现代电弧炉炼钢先进技术299

621废钢预热技术299

622强化用氧技术303

623电弧炉底吹气技术305

624密封罩技术和高效除尘技术306

63现代电弧炉炼钢的基本工艺操作过程307

631工艺准备307

632进料操作309

633冶炼操作309

634出钢操作310

64直流电弧炉冶炼工艺操作要点310

第7章配料计算和合金钢冶炼312

71装料前的配料计算312

711装料前的配料方法312

712配料计算313

72熔化期的配料计算317

721每吨钢的垫底石灰加入量计算法317

722加矿后补加石灰量计算318

73氧化期进行配料计算318

74还原期进行配料计算322

741合金加入量的计算322

742单元高合金钢合金加入量计算326

743多元高合金钢合金加入量计算327

744钢液分析成分高于计算成分时的计算334

75合金钢的冶炼和操作337

751合金结构钢的冶炼337

752滚动轴承钢的冶炼346

753高速工具钢的冶炼353

754不锈钢的冶炼361

附录1电弧炉炼钢工复习题371

附录2电弧炉炼钢工复习题参考答案377

附录3电弧炉炼钢工实际操作内容及评分标准380

参考文献388 2100433B

酸性电弧炉的炉衬用酸性耐火材料（硅砖、硅砂等）砌筑，冶炼时造酸性炉渣。与碱性电弧炉炼钢相比，酸性电弧炉炼钢有如下优点：

1钢液中气体和非金属夹杂物含量少。

2.液流动性好。在钢液化学成分和浇注温度相同的条件下，酸性电弧炉冶炼的钢

3 比碱性电弧炉冶炼的钢液具有更高的充填铸型能力，有利于浇注薄壁的和结构复杂 的铸件。

4.钢的纵向与横向机械能相近，即各向异性较小。

5.在酸性电弧炉中由于酸性渣的电阻较高，因此电弧较短，热效率高。

利用电弧热熔炼废钢等炉料产出液态钢的设备。炼钢电弧炉包括炉体、机械设备和电器系统3部分。

炼钢电弧炉炉体

电弧炉炉体呈茶壶形，是炼钢反应容器。炉体由炉身和炉盖(炉顶)组成。炉身外壳用钢板制作，其内为炉衬。炉墙由镁砖(MgO)或铬镁砖(Cr2O3、MgO)砌筑。炉底呈盆形，黏土砖和镁砖之上有镁砂烧(打)结层。酸性炉炉衬用石英砖(SiO2)及石英砂修砌。对炉衬耐火材料除有强度、耐高温及绝热的基本要求外，还要求能承受炉渣的化学侵蚀，炉温反复急变的热冲击及炉料块和操作机械的碰撞。炉门和出钢槽分别设在炉身直径的两端。炉门框和炉门盖都通水冷却，两者之间接触严密以便保持炉内还原气氛。出钢口用碎白云石堵塞，出钢时用钢钎凿开。大容量的电弧炉为了操作方便，开设第2个炉门，与第1个门成90。设置。炉盖用高铝砖或铬镁砖嵌砌于钢制炉盖圈内，呈拱形。炉盖圈坐于炉壁上面，与炉身外壳相接触的地方有沙封，其作用也是为保持炉子的密封，并便于炉盖的对位。三根电极经由炉盖中央三个互相等距的水冷密封圈(电极孔)伸入炉内。电极应具有良好导电性、足够的机械强度和抗热震的稳定结构，并且含杂质少，实际生产中多采用优质石墨电极。每根电极两端分别制成阴、阳螺纹，以便于电极的接续。由于不可避免的高温氧化、热崩及机械损伤等原因，每吨钢平均消耗电极3～7kg。

炼钢电弧炉机械设备

炉子的机械设备按炼钢操作的需要和便利，设计并配置于炉体的上方、下部和侧面。炉子出钢槽一侧称为炉后，炉门一侧则称炉前，炉身的一旁有3根电极支柱，每根支柱上均备有一个电极升降柱，升降柱上带有水平电极横臂，其末端为水冷电极夹持器，夹住伸入炉内的电极。电极升降柱的作用是调整炉内电弧长度(改变功率)，对影响炉内电弧功率的偶然因素作出及时、快速的反应，保持各工艺阶段给定电弧功率的稳定。升降柱的驱动及方向根据实际功率与给定功率之偏差，通过自动控制系统给出的指令进行。炉盖和电极横臂之间有一悬臂式或龙门式的小平台，在此进行电极的接续和放置炉顶的启闭机构，小炉子则无此平台，电极接续在炉顶上进行。炉体置于其下部的倾动式炉座上。炉座的上平台即为炼钢操作平台。炉座载于混凝土基础上，通过弧形梁与基础上的水平轨梁相啮合。运作倾动机构可使炉体连同电极柱系统作为一个整体向炉后倾动出钢或向炉前倾动出渣。混凝土基础之间敷设铁路线，钢包车和渣车沿此线出入。

机械设备的设计和配置随炉子容量不同有明显差异。小炉子通常可由炉门用人工或装料机装料；而大炉子一般均用料筐自炉子顶部装入。