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碱性电弧炉炼钢工艺步骤

碱性电弧炉氧化法炼钢工艺过程关键包含原材料准备、补炉、配料及装料、熔化期、氧化期、还原期及出钢等7个阶段。
一、原材料准备
废钢是电弧炉炼钢关键材料，废钢质量好坏直接影响钢冶质量、成本和生产率，所以，对废钢质量有以下几点要求。
1）废钢表面应清洁少锈，因废钢中沾有泥沙等杂物会降低炉料导电性能，延长熔化时间，还会影响氧化期去鳞效果及侵蚀炉衬。废钢锈蚀严重或沾有油污时还会降低钢和合金元素收得率，并增加钢中含氢量。
2)废钢中不得混有铅、锡、砷、锌和铜等有色金属。铅密度大，熔点低，不溶于钢液，易沉积在炉底缝隙中造成漏钢事故；锡、砷和铜易引发钢热脆。
3）废钢中不得混有密封容器，和易燃、易爆物和有毒物，以确保安全生产。
4)废钢化学成份应明确，且需按成份分类存放，硫、磷含量不宜过高。
5)废钢外形尺寸不能过大(截面积不宜超出300mm×300mm，最大长度不宜超出350mm)。
二、补炉
通常情况下，每炼完一炉钢后，在装料前要进行补炉，其目标是修补炉底和被侵蚀渣线及被破坏部位，以维持正常炉体形状，从而确保冶炼正常进行和安全生产，补炉关键点以下：
1)出钢后立即检验炉衬，需填补炉底时，应先将炉底残渣全部扒出，然后进行填补。补炉标准是高温、快补、薄补，维护炉膛原状。
2)补炉料要提前半个小时混合均匀，补炉后放下电极烘烤30min，若补镁砂量较大，应酌情延长烘烤时间。
三、配料及装料
配料是电炉炼钢工艺中不可缺乏组成部分，配料是否合理关系到炼钢工能否根据工艺要求正常地进行冶炼操作。合理配料能缩短冶炼时间。配料时应注意以下几点：一是必需正确地进行配料计算和正确地称量炉料装入量；二是炉料大小要按百分比搭配，以达成好装、快速熔化目标；三是各类炉料应依据钢液质量要求和冶炼方法搭配使用；四是配料成份必需符合工艺要求。
装料前应先在炉底铺上一层石灰，其重量约为炉料重量2％，方便提前造好熔化渣，有利于早期去磷，降低钢液吸气和加速升温。
装料时应将小料二分之一放入底部，小料上部、炉子中心区放入全部大料、低碳废钢和难熔炉料，大料之间放入小料，中型料装在大料上面及四面，大料最上面放入小料。凡在配料中使用电极块应砸成50～lOOmm，装在炉料下层，且要紧实，装好炉料为半球形，二次加料不使用大块料及湿料。
四、熔化期
在电弧炉炼钢工艺中，从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。熔化期任务是将固体炉料快速熔化成钢液，并进行脱磷，降低钢液吸收气体和金属挥发。熔化期操作工艺以下：
1)启弧阶段。通电启弧时炉膛内充满炉料，电弧和炉顶距离很近，假如输入功率过大、电压过高，炉顶轻易被烧坏，所以通常选择中级电压和输入变压器额定功率2／3左右。
2)穿井阶段。这个阶段电弧完全被炉料包围，热量几乎全部被炉料吸收，不会烧坏炉衬，所以使用最大功率，通常穿井时间为20min左右，约占总熔化时间1／4。
3)电极上升阶段。电极“穿井”到底后，炉底已形成熔池，炉底石灰及部分元素氧化，使得在钢液面上形成一层熔渣，四面炉料继续受辐射热而熔化，钢液增加使液面升高，电极逐步上升。这阶段仍采取最大功率输送电能，所占时间为总熔化时间1／2左右。
4)炉料熔化过程中，应依据炉料中含P量高低，可分批加入适量石灰及矿石造渣，以利于脱P，加入石灰量约为炉料重量1％～2％，为了调整炉渣流动性，可加入适量氟石。
5)在熔化过程中应不停“推料助熔”，当大部分炉料开始熔化时可采取吹氧助熔，加速炉料熔化，吹氧时采取浅吹提温，插入钢液深度<，氧气压力为0.4～0.5MPa。°～45°lOOmm，角度为30
6)熔化末期采取较低电压供电，炉料全熔后，充足搅拌钢液，取样应在熔池中心处取钢液分析C、P、S，掌握元素含量，作为后阶段进行氧化、还原反应和控制元素含量依据，如钢液含碳量不足时，在开始氧化前必需进行增碳。
五、氧化期
加入氧化剂，使钢液中碳氧化而熔池产生沸腾阶段叫氧化期。氧化期关键任务是脱碳、脱磷，和去除气体和夹杂物，并提升钢液温度。氧化期操作工艺以下：
1)氧化期前一阶段，钢液温度较低，关键是造渣脱磷，炉内脱磷反应为：
5FeO+2Fe3P=P205+11Fe+Q
P205+CaO=CaO•P205+Q
由以上反应可看出，要提升脱磷效果，必需造成强氧化性(WFeO为12％～20％)、强碱性(CaO浓度要高，R=2～3)炉渣，炉渣流动性要好。合适偏低温度，加强钢渣搅拌，以利于脱磷反应进行。
2)当钢液温度达成1550℃后，氧化期进入第二阶段。氧化第二阶段关键是进行氧化脱碳沸腾精炼，以去除钢液中气体和夹杂物。我企业在实际生产中氧化脱碳采取矿石+氧气结合脱碳法，炼钢过程中碳氧化反应是一个很关键反应，其有利于整个熔池快速加热，也有利于钢液成份均匀化。具体化学反应以下：
0+C=CO，FeO+C=Fe+CO。
在氧化第二段段，矿石加入应多批、小量、勤搅拌，使熔池沸腾活跃并使炉渣保持良好流动性，做到炉渣自动流出。
3)氧化期操作关键点：①氧化、测温符合要求，渣况良好方可分批加矿石，每批加矿石量不得超出料重1％～2％，每批间隔时间需>5min。②为确保熔池沸腾良好，应将氧化脱碳速率控制在每分钟0.O1％～0.03％。③调整渣况。当氧化沸腾开始，采取流渣，要求炉渣R=2～3，炉内渣量控制在3％～4％。氧化期后阶段，应使炉渣流动性好，渣层要薄，渣量控制在2％～3％。④温度控制。氧化期总来讲是一个升温阶段，升温速度快慢依据钢液中磷情况而定。氧化末期必需使钢液温度升高到大于该钢种出钢温度10～2O℃。⑤净沸腾。当温度、化学成份适宜，就停止加矿石，调整好炉渣，让熔池进入自然沸腾(5～10min)，使钢液中残余含氧量降低，并使气体及夹杂物充足上浮，以利于还原期顺利进行。⑥扒渣。氧化期炉渣中FeO含量很高，又含有P205，为了还原期脱氧及预防回磷必需扒渣，扒渣条件是扒渣温度高于出钢温度10～2O℃；扒渣前碳、磷及其它限制性成份应符合要求。⑦增碳。假如氧化末期碳含量过低需增碳，可在扒渣后裸露钢液面上撒加纯净、干燥碳粉，进行增碳。
六、还原期
氧化期扒渣完成到出钢这段时间称为还原期。关键任务是造好还原渣，钢液进行脱氧、脱硫，调整化学成份，控制好出钢温度。还原期操作工艺以下：
1)停电扒氧化渣后，首先加入锰铁进行“预脱氧”。锰铁加入后，应立即加入石灰、氟石和碎硅砖造稀薄渣覆盖钢液，以降低钢液吸气和降温。石灰、氟石、碎硅砖块加入百分比为4：1：1，其总加入量约为钢液重量2％～3％，稀薄渣形成后造还原渣进行还原。
2)稀薄渣造好后，立即取样分析C、Mn、Si、S、P等元素含量，并加还原碳粉。还原碳粉加入后立即关闭炉门，尽可能确保炉膛有很好密封性，以保持白渣快速形成。
3)伴随还原过程进行，炉渣逐步失去脱氧、脱硫能力，所以需要分批补充造渣材料，调整炉渣流动性，大约每隔6～8min加入一批造渣材料，确保反应继续进行，还原末期加入硅铁和铬铁，做好出钢准备。
4)为了充足地进行脱氧和脱硫，钢液在良好白渣下还原时间通常应≥15min，且有良好流动性。还原期总渣量为炉料2％～3％，其配比为：石灰：氟石：碳粉=4：1．5：1
5)当含氧量和含硫量全部已降到合格程度，这时能够测量钢液温度，当钢液温度达成出钢温度要求时，调整钢液化学成份。
6)化学成份和钢液温度均调整好后，即可插铝进行终脱氧。最终脱氧加铝量是钢液重量0.1％～0.15％。
七、出钢
出钢必需做到以下几点：
1)成份合格，各关键元素达成内控规范要求。
2)脱氧良好，加硅铁前必需是白渣，加入后在10min内出钢。
3)出钢槽必需清洁、干燥、平整，并和出钢口保持平直，以利于出钢通畅，做到钢液和炉渣混出。
4)出钢时，盛钢桶必需烘烤成暗红色，出钢前15min加2.0kg硅铝钡终脱氧刹，和每吨钢液加入1kg稀土硅铁，并在包内烤红。
5)出钢后在盛钢桶内取成品样，检验温度及脱氧情况是否良好，依据包内钢液温度并结合烤包、炉渣量等实际情况决定镇静时间，以达成铸钢件始浇温度不高于该钢种浇注温度，出钢后应确保镇静时间≥5min。
对一般电弧炉在熔化期采取熔氧结合技术，可降低钢液含气量和含磷量。在还原期采取还原精练技术则有利于钢液去气、去杂质。采取该冶炼工艺提升了钢液质量，改善铸钢件组织结构和力学性能，同时也改善了铸件表面质量，并能发明一定经济效益。（白冰）