电炉炼钢100问（上）

2024年，国家发展改革委等部门出台《钢铁行业节能降碳专项行动计划》，将“提升短流程电炉炼钢比重”作为推动钢铁业绿色低碳发展的一项重要举措，提出“到2025年底，废钢利用量达到3亿吨，电炉钢产量占粗钢总产量比例力争提升至15%”。

2024年全球粗钢产量为18.846亿吨，2024年全球转炉钢产量占比为70.4%，电炉钢占比为29.1%，分别较2023年下降0.7个百分点和上升0.5个百分点。

电炉钢是以电为能源的炼钢炉生产的钢。电炉钢具有投资少、建设周期短、生产组织灵活、环保减排和节能降碳效果明显等优势。按照炼钢炉型的不同，电炉钢可分为电弧炉钢、非真空感应炉钢、真空感应炉钢、电渣炉钢等。

本文篇幅较长，分为上、下两部分。

1电弧炉加料方式有哪些?

电弧炉炉料中直还铁超过35%时，料篮加料会造成直还铁黏附在炉壁上。先进的电弧炉企业将直还铁加入电弧炉时通常采用连续上料系统。连续上料系统通过振动给料机将直还铁给至带式输送机，带式输送机再将直还铁送至原料跨的高位料仓供电弧炉炼钢使用。同时，某些竖式电弧炉也通过上料皮带将废钢加入竖炉中。连续加料方式缩短非通电时间、降低了冶炼电耗。

将石灰料从料仓运送到电弧炉工位，传统方法是利用料斗将块状石灰等造渣材料运送至废钢料场，利用高架行车加入装有废钢的料篮中;新方法还可以利用传送带或压缩气体将石灰运送到电弧炉工位。

传送带输运可以长距离运送不同粒度的石灰料;但一次性投资成本大，石灰浪费与污染严重，劳动强度高。压缩空气输送通过炉壁喷枪将石灰粉加入电炉，缩短了石灰在电弧炉中的运动路径，加速石灰的溶解和泡沫渣的形成，但这需要结合燃枪使用以避免炉渣结壳。

石灰喷粉系统，利用压缩空气输运和加入石灰粉。该系统由料仓、喷射系统和相应管道组成。使用后，每炉次的石灰和白云石使用量下降5%左右。利用喷枪加入石灰及白云石，使操作者可以通过自动控制系统控制造渣材料的加入速率与加入量，以达到最好的炉渣状态。

2熔化期的主要任务是什么?

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。熔化期约占整个冶炼时间的一半左右，耗电量占电耗总数的2/3左右。熔化期的任务是在保证炉体寿命的前提下，用最少的电耗快速地将炉料熔化升温，并造好熔化期的炉渣，以便稳定电弧，防止吸气和提前去磷。

启弧阶段。通电启弧时炉膛内充满炉料，电弧与炉顶距离很近，如果输入功率过大，电压过高，炉顶容易被烧坏，所以一般选用中级电压和输入变压器额定功率的2/3左右。

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所吸收，不会烧坏炉衬，所以使用最大功率，一般穿井时间为20min左右，约占总熔化时间的1/4。

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，四周的炉料继续受辐射热而熔化，钢液增加使液面升高，电极逐渐上升。这阶段仍采用最大功率输送电能，所占时间为总熔化时间的1/2左右。

熔化末了阶段。炉料被熔化3/4以上后，电弧已不能被炉料遮蔽，3个电极下的高温区已连成一片，此时如长时间采用大功率供电，电弧会强烈损坏炉盖和炉墙。熔化期的主要任务是熔化炉料，但是在熔化期造好炉渣，也是熔化期的重要操作内容，如果仅为满足覆盖钢液及稳定电弧的要求，只需1.0%～1.5%的渣量就已足够了，但从脱磷的要求考虑，熔化渣必须具有一定的氧化性、碱度和渣量。

3现代电弧炉熔池应采用什么样形状?

传统的电弧炉炼钢以电弧作为热源，为减少高温电弧对耐火材料的侵蚀、加快熔池钢水的热传导以及有利于非金属夹杂物上浮，熔池形状设计得较平浅，呈碟子形状。现代电弧炉引入了强化供氧技术和热装铁水技术，因而大量化学能(碳氧反应)会集中释放，而继续沿用传统电弧炉的熔池形状不但不能利用大量集中释放的化学能，甚至还会因为喷溅严重，造成炉盖、炉壁沾渣严重，影响正常冶炼。此外，由于炉内泡沫渣厚度加大，平浅的熔池形状使控制炉渣的放和留困难，导致石灰利用率低，脱磷效果差。综合传统电弧炉的熔池形状(碟状)和利用化学能炼钢的氧气转炉的熔池形状(杯状),得出利用电能和化学能相结合的现代电弧炉的熔池形状应介于传统电弧炉和氧气转炉之间，应为“碗形”。

4熔化期冶炼过程产生喷溅和溢渣的原因有哪些?

一是熔池温度不均匀，即加料过快、过多，使熔池温度下降到≤1530℃时，碳、氧反应停止，送电继续;当温度升到>1530℃时，碳、氧急剧反应，产生大量的CO气体并溢出，造成喷溅和溢渣。二是渣中的金属氧化物激增，即加料不当，废钢搭桥悬空，当积料的底部化空后，产生塌料，碳与金属氧化物急剧反应，产生大量的CO气体并溢出，造成喷溅和溢渣。三是原料潮湿，水在高温下气化溢出，造成喷溅和溢渣。因此，必须使用符合标准的料，并控制好加料速度(量)和频度(时间),及时处理搭桥、堆料，从而减少过程的喷溅和溢渣，保证安全，减少清渣处理时间，缩短冶炼时间。

5炉壁供氧模块工艺优点是什么?

电炉炼钢采用超音速氧气射流是为了促进碳氧反应以及利用其动能与化学能，特别是在留钢留渣或热装铁水的情况下可促进尽早进行富氧操作并加强熔池搅拌，从而缩短冶炼时间，提高生产效率，降低电耗。常规电炉系统一般采用：3～5个喷吹模块。每个模块上装有1支炉壁集束氧枪，1支喷碳枪(或二次燃烧烧嘴)。氧枪具有燃料助熔、脱碳等功能，碳枪具有喷碳造泡沫渣的功能。吹氧技术，氧枪射流到熔池表面的喷射面积及射程较常规的炉壁助熔烧嘴的喷射面积及射程大30%以上(根据炉子尺寸和安装位置不同而有所波动)。能更有效地加速熔化废钢及加快脱碳速度。其原理是：当氧气主射流从喷嘴中心直接射向熔池时，氧气辅助射流包裹氧气主射流，形成局部的“亚真空”状态，减缓了氧气主射流速度的衰减，延长氧气主射流的射流长度。

集束氧气的供氧强度为0.8m³/t·min左右，枪前氧压要求为0.8MPa以上。燃料采用气体或液体燃料，使用量根据炉料的结构确定。碳粉喷吹系统的喷粉能力为5～30kg/min,可实现在线调节喷粉量。当初炼钢水含碳范围在0.3%～1.2%时，传统炉门枪脱碳效率平均在0.04%～0.05%/min,而集束射流条件下，平均脱碳速度可达0.06%/min以上，且由于提前供氧，脱碳范围也大大加宽，这尤其适用于加入铁水或生铁比例较高或者是冶炼低碳品种的情况。

6如何优化配料结构?

废钢料场布局不合理，场地狭小，卸车仓储能力不足，合理配比困难大。除了加强废钢管理、预加工过程中挑选和分离外，并应注意以下问题：均衡配料，块度较大的废钢加入料篮中部，防止偏沉，块度适中，实心体最宽面不得超过200mm,单块质量不得超过500kg,以免砸漏水冷板或装料时废钢溅出，造成电弧炉热停工和热损失;禁止配入长的轻薄料、长的钢丝绳，以防2批料加入后废钢料在竖炉内粘接;对100t电炉来说，生铁配加量不应超过35t,在第1、2料篮内的中下部各加入15t,料篮内不应集中堆装，以避免增加熔化时间;通过配料质量和布料方式及加料工艺的优化，降低了不塌料的可能性，对生产的负面影响有所减轻。

7熔化期的节电措施有哪些?

各阶段要采用不同的电压、电流供电，在冶炼过程中尽可能地发挥变压器的供电能力，以达到电弧功率最大。熔化期：熔化期约占总冶炼时间的50%～60%,电力消耗占总消耗的60%～70%。采用最大功率供电，可以缩短冶炼时间，对节电有利。在冶炼初期5～10min,为了防止电弧直接辐射炉盖，宜用中级电压大电流冶炼。“穿井”后用长弧冶炼，选择最高电压、最大电流冶炼。熔化后期，在绝大多数炉料熔化后，为减少长电弧辐射，宜采用中级电压、大电流冶炼。吹氧助熔在熔化废钢时，进行吹氧助熔，可提高冶炼速度;在炉料达到一定温度后，吹到炉料上的氧与炉料中含有的Si、Mn、C、P等元素反应，可放出大量的化学反应热，而加速炉料的熔化过程。煤氧烧嘴助熔。为了消除单纯依靠电极熔化废钢所形成的三个冷区，提高冶炼速度，可在电弧炉上推行煤氧助熔工艺。通过煤氧烧嘴助熔可使熔化期缩短25min左右，节电75kW·h/t上下。在实际操作中，由于炉内环境复杂，要求操作者掌握好点火时间，且结合吹助熔方能达到理想效果。其总节约时间为30min左右。二次燃烧。在吹氧时，熔池中的碳部分地氧化成CO,具有约3kW·h/m³CO的化学能，当向炉内熔池上吹入氧气CO氧化为CO₂,可提供5～8kW·h/m³O2的低成本能量。吹氧助熔时C的烧损量仍以0.15%计。CO₂在1500℃的标准生成热为94560kW·h/kmol。则：

式(3-2)一式(3-1)得：

8冶炼不锈钢时如何供电?

由于不锈钢冶炼中电炉渣十分黏稠，炉渣发泡效果无法与冶炼碳钢时相比，废钢基本熔清后则采用低电压高电流短弧操作，在熔化末期钢液温度较低，泡沫渣效果差，可降低有功功率输入。生产运行过程中，结合电炉供电电路电气特性，采用低功率起弧、高功率穿井，熔池形成后采用高电流，快速升温。要完成对供电模式的优化，电炉三相平衡非常重要。提高有功功率能有效缩短电炉冶炼时间，但在提高电炉有功功率时必须考虑电能利用率即热效率，只有有功功率和电能利用率匹配时才能真正实现电炉生产率的提高。合理的供电模式必须统筹考虑电效率和热效率，电效率与变压器本身和工作点选择有关。而热效率则异常复杂，电能利用率与供电模式、炉料结构、设备情况以及泡沫渣均有十分重要的关系。

9如何根据不同的炉龄期进行吹氧助熔?

吹氧助熔是为了加速炉料的熔化，缩短熔料时间。但如何达到加速熔化的目的，却有两种不同的理论和方法。一种理论认为，应迅速贯通和扩大三相熔井，有利于尽早造好泡沫渣，就能发挥变压器的最大功率，加速炉料熔化。因此，吹氧时应先吹中间部位。使三相熔井贯通形成熔池;另一种理论认为，炉内有高温区和低温区，高温区炉料能自行熔化而低温区炉料难以熔化。因此，吹氧时应先考虑吹熔低温区炉料，即先吹炉墙周围的炉料。炉龄前期，装入量较少，炉墙厚，炉料离热点区较近，无明显的温差，而且炉料不易粘连，因此吹氧助熔时，可直接打通炉门，吹清电极区炉料，迅速升温，再适当吹清边缘炉料。而炉龄后期，可用氧气先打开炉门处通道，然后吹清3号和1号间炉墙边缘炉料，再吹2号炉墙至出钢口边缘炉料，然后吹清炉膛中央残留炉料。炉龄后期要防止钢水沸腾粘料、造成碳低炉料熔不清的被动局面。因此，要根据不同的炉龄，采用合适的吹氧方法，取得最佳效果。

10电炉对铁水后如何提高炉龄?

氧枪射流强度增加，与以前的分布发生变化，兑铁量增加，电炉转炉化，铁水Si含量增加，前期碱度低将会对工作层镁碳砖的侵蚀有加剧的趋势，因此控制炉渣成分是提高炉龄的关键。提前造渣，冶炼初期增加(MgO)含量可防止镁碳砖中(MgO)向熔池的扩散，增加白云石用量，在初期渣和终点渣中加入适量，总用量为8kg/t以上，或使用高纯度的镁球(含MgO量为71%)来部分替代白云石，使炉渣(MgO)含量由5%提高到8%左右，减轻了渣对镁碳砖的侵蚀，造好泡沫渣，渣中(FeO)在25%左右;竖炉对侧、铁水口下部、氧枪下部渣线重点喷补维护，发现漏水点及时处理，保证在全新工艺条件下炉衬运行良好，炉龄提高。

11现代电弧炉氧枪分类及特点是什么?

电弧炉炉壳直径的增大使得炉内温度的不均匀性更加突出，位于三相电极的中心区和电极圆周围的废钢熔化较快，其他区域废钢熔化较慢。电弧炉用氧技术从早期助熔废钢、熔池升温发展到今天还包括了熔池搅拌加速冶金反应、二次燃烧等多种功能。电弧炉用氧技术正朝着多功能集成、自动化高效控制方向发展。电弧炉氧(氧燃)枪按结构分为单孔结构、双层带环缝结构和三层结构。按水冷形式分为无水冷、单层水冷和双层水冷结构。其使用介质包括煤粉、碳粉、焦粉、石墨粉、甲烷、乙炔气、煤气、天然气、轻柴油、重油等，从而产生了煤氧枪、氧油枪、氧天然气枪、氧煤气枪、纯氧枪、复合集束氧枪(包括碳粉、氧气、天然气)等结构(见图1所示)。其按火焰形成的位置分为内燃式和外燃式(也被称为内混式和外混式)。按安装位置则可分为炉门氧枪、炉壁氧枪、EBT氧枪、炉顶氧枪和底吹氧枪。氧油枪根据油质又可分为氧轻柴油枪和氧重油枪。

氧枪多层结构是在中心射流外层增加一层环绕气体，外层环状火焰保护中心射流在更长的距离内保持一定强度。随着能源不断涨价，集束氧(燃)枪逐渐取代了氧油枪。而由于复合集束氧枪同时具有造泡沫渣和助熔作用，其越来越广泛地被应用在电弧炉上。煤氧枪出现较早。与层状燃烧相比，煤粉燃烧具有燃烧温度较高、效率高的特点。

图1 喷嘴和喷碳口

12影响电极消耗的因素有哪些?

随着炉门氧枪、油氧助熔、EBT集束氧枪和炉壁氧枪等新技术的相继应用，炉内供氧强度加大，氧化气氛增强，使得电极消耗进一步增加。电极消耗可分为正常消耗和非正常消耗两类，前者又分为尖端消耗和侧面消耗;非正常消耗主要指外力造成的电极断裂和损坏(如，螺纹连接部分失效)。电极尖端消耗主要是石墨在高温下升华和在钢渣中熔化所致。正常作业情况下，尖端消耗可达到电极总消耗的50%。电极被氧化是侧面消耗的主要原因，消耗量约占总消耗的40%,其氧化反应速度与温度密切相关。

①当温度在550～750℃范围内时，氧化反应速度受电极自身控制，石墨质量和温度对电极消耗的影响强于空气的影响。

②当温度高于800℃以上时，空气的流动速率开始控制反应，空气流动速率和空气压力对电极消耗的影响强于温度和电极自身质量所起的作用。电极与空气接触面积越大，参与氧化反应的强度越大，消耗随之增高。

13由于电极内在质量造成电极折断的原因有哪些?

根据冶炼过程中的内外影响因素，可将电极折断归纳为以下3类：操作原因、控制原因、电极质量原因。

(1)接头折断的原因 接头在电极炼钢时起着连接的关键作用，接头质量的好坏直接关系到电极在电炉炼钢时的使用。石墨电极和接头形成的连接区是电、热、机械载荷较大且复杂的部位，也是常见断裂的部位。据有关资料表明，在电炉炼钢中，80%以上的电极使用事故是由接头折断或松动脱扣造成的。就接头质量本身而言出现折断主要有以下几个方面的原因：接头体积密度低，则强度普遍较低，使用时易造成折断;电阻率偏高，通电时接头部位温度升高较快，会造成电极连接处接头部位热应力较大出现折断概率增加;接头的抗折强度不够;内裂接头混入到成品接头中形成重大的使用隐患;接头与电极加工精度指标没有合理匹配，也容易出现折断现象。

(2)电极折断的原因 通常电极发生折断的概率较低，发生电极折断主要有以下几个方面的原因：电极螺孔有质量缺陷;电极的体积密度和强度不够;电极与接头指标、加工精度不匹配;电极端部产生深度裂纹是由于电极的抗热震性能太差造成的;另外内部存在横裂纹的电极混入到成品中未检出，存在很大折断风险。

14触断电极的原因有哪些?

石墨电极在冶炼过程中主要有5种消耗：电极端头挥发、电极侧壁氧化、电极折断、电极残头损失、电极端头剥落。其中电极折断、表面剥落及掉块的损失可统称为非正常消耗，以区别于以氧化为主的化学反应损失。目前钢铁行业电弧炉冶炼中电极控制的通用流程见图2,其中电位器是PLC控制系统外附器件，主要作用是根据电弧炉在各冶炼期(熔化期、氧化期、还原期)所需电弧电流，调节设定PLC系统输出电流幅值(该幅值控制冶炼时电弧电流，以达到冶炼工艺要求)。

图2电极控制通用流程图

触断电极(电极接触废钢而折断)故障原因分析。

(1)电器方面(电极动作不稳定)比例阀放大板上电器元件因水短路，电液伺服阀线圈和接线端子虚接或脱焊，电液伺服阀线圈振荡电流调整不合理。

(2)机械方面(电极升降系统)电液伺服阀阀芯零位调整不合适，液压系统内外泄漏，电极升降缸密封泄漏等。

(3)其他方面 电极正下方炉料不导电造成电极无法拉弧而触断电极的概率极高。炉盖上的极芯圆黏附残钢造成该相电极经炉盖接地而无电压，从而触断电极。此外，电极立柱导向轮调整不合适、立柱与导电横臂定位不牢固以及极芯圆黏附残钢使电极孔直径减小，均可造成倾炉时因立柱与横臂刚性差使电极偏移过大，从而折断电极。

15由于操作不当造成电极折断的原因有哪些?

(1)塌料砸断电极 若冶炼过程中特别是接近熔清时炉内废钢已形成架桥结构，此时仍长时间短弧操作将产生引起塌料的较大侧向撞击力;发生此类事故时的一个重要特征是电极夹持点受到的作用力矩最大，电极夹持点附近折断的概率最大。若电极端部结构疏松或孔壁有暗纹、接头与孔配合不当或材质差异线膨胀系数不匹配时，发生折断的区域多集中于距电极夹持点最近接头连接区域。但当某处电极发生松脱时，交接处由于氧化加速电极变细的缘故，此处发生折断的概率同样较高。

(2)共振作用折断电极 交流电弧炉每一相电流均会产生磁场，总是受到电磁力的作用，该电磁力的大小与电极电流成正比，与三相电极之间的距离成反比。电极之间的相吸或相斥作用，对电极总体上表现为以电极夹持器为支点的力矩作用。电极在冶炼过程中受到电磁力的作用是一定会产生振动的，如果电极立柱发生的机械振动频率与电磁力振动频率接近或同步，就会使电极发生共振作用，容易导致电极疲劳折断。此类原因导致的电极(接头)折断往往没有特定的规律，多发生于电极松脱处。此类折断多发生在电极柱中部附近的接头处，主要原因在于此处径向温差相对较大，存在的内应力也较大的缘故。

(3)夹持操作不规范导致折断电极 若电极与夹持器不能保持垂直，电极将存在附加水平分力作用;夹持面若存在异物，夹持点易产生应力集中;若电极驳接不良导致电极在驳接口的机械强度不能满足受力要求。这些不良操作极易造成电极在冶炼工作过程中折断。

16由于控制不当造成电极折断的原因有哪些?

①炉内电极下方有不导电物在电极驱动下降过程中，电极下端接触到不导电物体后，电极调节器不能准确判断电极已下降到位，但电极调节器控制电极仍继续下降，导致电极与废钢纵向挤压折断。其故障特征如下。

a.若第一相电极碰到不导电物体，不会起弧，电极直接折断，期间出现电压不降低现象。

b.若第二相电极碰到不导电物体，与a.所述相同，同样不会起弧，电极直接折断，期间出现检测不到电流现象。

c.若第三相电极碰到不导电物体，则第一、二相电极有起弧，但第三相电极不会起弧就直接断电极。

②电极调节器检测不到该相对地电压的降低正常情况下某相电极自动下降下端接触到炉内废钢时，该相二次电压应下降到空载电压的20%以下或更低，但如果电压互感器中性点与电炉炉底外壳的连接线断开，电极调节器则检测不到该相对地电压的降低，无法判断电极已下降到位，致使电极调节器控制电极继续下降，导致电极与废钢挤压折断。这种故障主要特征为：不起弧总是断第一根电极。第一相电极下降接触到废钢后，该相电极二次电压仍基本保持不变。

③电极调节器检测不到电弧电流正常情况下某相电极自动下降下端接触到炉内废钢时，该相二次对地电压立即会下降到空载电压的20%以下，该相电极立即停止下降，等待第二相电极下降直至起弧。如果电极起弧后而电极调节器检测不到电弧电流，或者电弧电流很小，则电极调节器将控制第二相电极继续下降，于是将导致第二相电极与废钢挤压折断。这种故障主要特征为电极起弧后总是断第二根或第三根电极。

④电极调节器液压驱动机构状况异常在电极自动下降过程中，当某一相电极下端接触到炉内废钢时，该相电极应该立即停止下降。如果液压驱动机构的制动力变小或者系统的延时系数设置变大，则会延迟电极执行机构的动作即时到位，电极端头与废钢可能发生较大碰撞，导致电极折断。这种断电极故障具有随机性。当电极液压驱动机构状况异常时，这种故障主要特征为冶炼过程中，三相电极负荷电流出现极度不平衡、不稳定和波动大。

17如何降低电极消耗?

(1)电极质量

①一定消除结构缺陷或强度不足问题，否则在冶炼第一包料送电1～3min就会发生接头折断事故。

②电极端面的加工精度也至关重要，若有缝隙就会产生透气现象并伴有局部发红。送电10min左右连接处明显发红，连续冶炼2～3炉后其内扣易氧化而发生折断或脱落事故。

③公差配合问题必须时刻关注，不论是松动还是连接不到位，只要有缝隙就会发生折断或脱落。

(2)严控送电制度中的降耗 严控送电制度是保证正常冶炼的

前提，不同的钢种和冶炼工艺有相对应的起弧电压及电流挡位，防止电流波动过大并严控电流峰值工作时间。从而有效地防止了电极发红和无功氧化消耗及炉内折断。

(3)规范使用中的降耗 原则上大规格电极必须要求炉下连接;连接时避免冲撞产生螺纹碎块且一定保持上支电极的始终垂直状态;均匀旋合到8～10mm时再用惯性锁紧，而后再用长臂扳手施加预紧力矩拧至不能旋合为止，有缝电极不能上炉;若相序没有问题且连接很好时，最好不要打固定销子。

另外，火焰高时最上节要及时续接加高电极，防止丝扣损坏;滑动电极时必须要有软连接，避免发生硬碰撞;把持器与电极必须保持垂直，防止与小炉盖刮碰电极;避免氧枪直对炉内下支电极等。

18如何调整料型结构，改变喷淋时段来预防断电极?

冷炉子和新换的电极，断电极较为频繁。由于电极在常温下的强度相对较低，在送电起弧穿井阶段极易折断，针对这一情况，可在冷炉子的配料上做调整，即全部使用轻薄料，且起弧前在炉子的最上部加入焦炭，使起弧较为容易;对新换的电极，将其喷淋关掉，待下一炉冶炼时才打开，以防止冷电极的接缝进水，影响其强度;对电极调节系统的参数也做了一定的调整和优化。

19熔化期吹氧氧化的操作原理和作用是什么?

氧化期直接向熔池吹氧，能显著提高脱碳速度，强化熔池沸腾，迅速提高钢液温度，节省电力消耗，缩短氧化时间，改善钢的质量。

碳的氧化途径。直接向熔池吹氧，碳的氧化途径如下。

(1)直接氧化 吹氧初期，钢液温度较低，氧含量不足，在气体和钢液面界面上，主要是碳的直接氧化。

(2)间接氧化 当钢液温度升高和氧含量足够之后，吹入熔池的氧气，首先氧化钢液中的铁，生成的FeO随即溶于钢液中，然后借氧气泡的机械搅拌作用，迅速扩散到反应区，使碳发生氧化，即碳的间接氧化。碳的直接氧化和间接氧化都是放热反应，因此，直接向熔池吹氧，可以迅速提高钢液温度，其变化幅度是钢液各元素氧化时放热量的总和。

熔化期吹氧的作用在于：一是钢中铁、锰、硅、碳等元素氧化时放出大量热，可以直接熔化炉料;二是将远离高温区的大块冷料切成小块，增加炉料受热面积，从而加速了熔化。当炉料“搭桥”时，利用氧气切割，处理极为方便;三是为炉内增加了一个活动点热源，因此在一定程度上弥补了三个固定电弧点热源加热不均匀的缺点。

20熔化期吹氧助熔的吹氧方式和应注意的问题是什么?

吹氧助熔的吹氧方式采用门吹法，炉门吹氧操作顺序一般为首先切割炉门两侧炉料，然后将炉坡上的炉料予以吹化和切割。炉料被切割后，应随即推入或拉入熔池。熔池中的大块难熔炉料和沉积炉底的铁合金最后用氧吹化。吹氧时应防止氧焰触及炉底炉坡。切割炉坡炉料时，吹氧管嘴应插在固体炉料和钢液接触面以下，并离开炉料一个合适距离，不能直接向炉料吹氧，以免吹损渣线。

吹氧时应注意两个问题，一是吹氧助熔的开始时间，二是氧气压力，吹氧所以能够助熔，根本原因是金属中元素氧化时放出了大量的热，因此只有当炉料达到了一定温度和具备了产生剧烈氧化反应的条件时才能吹氧助熔，通常是在炉内已经形成了熔池和炉料发红(900℃以上)后进行。吹氧过早，并不能缩短熔化时间，相反会增加氧气的消耗和炉料的熔损，吹氧过晚也是不利的，这等于没有充分利用氧气的助熔作用，因而不能显著缩短熔化时间。

吹氧时既要考虑氧的助熔作用，又要注意它的充分利用，根据经验，合适的助熔压力一般控制在6～8个大气压。压力太大，不便于掌握操作，氧的利用率也会降低，同时还有可能渣线和炉坡的损坏。

21吹氧氧化的操作要点是什么?

兑铁水之前炉料的温度较低熔池也尚未形成，此时若单纯吹入氧气，氧气的助熔效果不理想。因此这个阶段应尽量减少各枪吹氧量。兑铁水之后形成熔池且熔池含碳量高，这个阶段应加强供氧，充分利用碳氧反应的化学能，二次加料到熔清阶段，熔池碳含量降低，应适当减少氧气吹入量，熔清之后既要喷碳造泡沫渣又要防止钢水过氧化，所以此时氧气吹入量应适当。

同矿石氧化的规律一样，吹氧脱碳速度，在其他条件相同时，依钢液碳含量增加而增加，依碳含量降低而降低，但与矿石氧化不同的是，即使碳含量很低，吹氧时仍具有较大的脱碳速度，这对于冶炼超低碳钢特别有意义。为了均匀脱碳，防止炉衬局部过热，吹氧管视容量大小与水平成30°插入钢液下100～200mm来回摆动，不许触及炉坡、炉墙和炉门，停止吹氧后，再保持5min的纯沸腾。

22集束炉壁碳氧枪技术有何特点?

①氧气以集束射流的形式射入，氧枪深入钢水比传统氧枪多80%,大大提高氧气的利用率，有利于消除炉内冷区，使炉内成分和温度更趋均匀。

②自动控制，高效脱碳，稳定冶炼工艺，缩短冶炼周期，提高生产效率。

③均匀分布泡沫渣，能显著改善钢铁料消耗指标。

④简单化的设备和工艺，安全性更好，减少操作和维修费用。

集束射流流股衰减明显低于普通的超音速射流，能在更长的距离内保持初始的轴心线速度，其核心区长度可超过喷头出口直径的70倍，射流的扩散速度也明显降低。冶炼过程中可始终保持炉门关闭，减少了空气的入炉量，能够大幅度提高供氧强度。

23集束射流氧枪的原理是什么?

集束射流氧枪的原理是在拉瓦尔喷管的周围增加烧嘴，使拉瓦尔喷管氧气射流被高温低密度介质的伴随流所包围。由于隔绝了主氧气流与外界环境气体的接触，使主氧气流在类似于真空的环境下向前喷吹，难以卷吸入环境空气，减缓了氧气射流速度的衰减，能在较长的距离内保持氧气射流的初始直径和速度向熔池提供超音速集束射流。图3为集束射流与传统超音速射流对熔池作用的比较。传统超音速射流仅使钢液表面形成凹坑，氧气流股不能有效地搅拌熔池，而集束射流流股能够射入熔池，形成较大的穿透深度，改善了对熔池的搅拌效果。同时，射入熔池的流股最终分散为气泡，增加了氧气与熔池的接触面积，显著改善了炼钢化学反应的动力学条件，提高脱碳速度，减少喷溅。

图3 集束射流与传统超音速射流对熔池的作用

24废钢加料次数对冶炼有何影响?

对于每一块钢铁料来说，其熔化是由表及里进行的，熔化过程也是热量由表及里传递的过程，废钢块度越大则热量传递到其内部的用时越长，达到熔化温度越晚。其导致的后果是，电炉内其他废钢已全部熔化，甚至钢液达到较高温度，但大块废钢还未熔化完，这样就会影响正常出钢、延长冶炼周期和增加电耗等消耗;而废钢的块度过大，等熔池钢液温度升高到一定温度后再熔化，还会造成钢液回磷。废钢铁料长短不一致使废钢铁料堆质量密度降低，每炉须配加3次或以上废钢料，不能满足每炉只加2次料的要求。在入炉废钢料质量和铁液兑入比例不变的前提下，通过对较长的废钢铁料切割处理，使其料堆质量密度增大，增加2次料比例达到80%以上。与加3次料相比，其冶金效果明显提高、缩短供电时间，缩短冶炼周期，降低每吨钢冶炼电耗，降低每吨钢氧气消耗，提高技术经济指标。这是加料次数减少、降低开炉盖的热量损失、缩短停电时间、加速废钢熔化速度和缩短冶炼周期等原因所致。

25电弧炉碳-氧反应的作用是什么?

以废钢为原料的传统电弧炉一般配加10%～15%的生铁，目的主要是以下几点。

①进行吹氧操作时，碳先于铁氧化，从而降低铁的烧损。

②降低炉料的熔点，使之更易于熔化。

③碳-氧反应生成一氧化碳气泡在排出熔池的过程中引起熔池沸腾，从而加速了熔池内各项反应的进行，如脱磷反应。促进了钢液中的气体、非金属夹杂物及它氧化产物的上浮排除。有利于溶池温度和化学成分的快速均匀。

④碳-氧反应生成一氧化碳气泡有助于形成泡沫渣，屏蔽电弧，提高加热效率，并减少吸气。尽管现代电弧炉的功能发生了变化，但是碳-氧反应的作用并没有变化。

现代电弧炉炉料配碳的方法有：

①使用高碳钢铁料，如高碳废钢、生铁、铁水等;

②使用焦炭或煤等含碳材料，可以随废钢同时加入炉内，也可以以粉状形式喷入。总之，在现代电弧炉中，碳-氧反应是缩短冶炼周期，提高钢液质量的重要手段。

26热装铁水技术的作用是什么?

电弧炉的炉料中必须要配入一定比例的生铁，而由于强化供氧技术的应用，又更加提高了生铁的配入比例(30%～40%)。现代电弧炉采用热装铁水技术最初主要是为了代替冷生铁。带来的变化如下。

①不仅利用了铁水的物理热，同时又不失去生铁提高炉料配碳量、增加化学能和稀释有害元素含量的特点。

②改变了炉料的初始状态，即将部分固态炉料变为液态。这有利于早形成熔池，快速熔化冷废钢;提高氧气利用效率，强化供氧的效果;有利于早形成泡沫渣，提高供电热效率;缩短电弧加热时间，减少钢液吸氮;提高生产效率，增加了产量。

③由于国内电力资源紧张，特别是季节性电力短缺更是严重，电价持续升高，加大了电弧炉生产厂的成本压力。热装铁水可以让电弧炉在能源成本与原料成本的平衡上求得经济效益最大化。

④使得电弧炉可以和转炉一样生产低氮钢及其他低有害元素的钢种。

27现代电弧炉采用热装铁水技术对熔池形状有何要求?

由于电弧炉是以电弧作为热源的，为了减少高温电弧对耐火材料的侵蚀、加快熔池钢水的热传导以及易于非金属夹杂物上浮，传统(采用冷炉料)电弧炉的熔池形状设计的比较平、浅(碟子形状)。由于现代电弧炉引入的强化供氧技术和热装铁水技术，使得大量化学能(碳氧反应)要集中释放，继续沿用传统电弧炉熔池形状将不能利用大量集中释放的化学能，而且还会因为喷溅严重，造成炉盖、炉壁沾渣严重，影响正常冶炼。此外，由于炉内泡沫渣更加良好，炉渣厚度加大，造成控制炉内渣量困难，导致石灰利用率低，脱磷效果差。比较使用电弧做能源的传统电弧炉和利用化学能炼钢的氧气转炉熔池形状(碟子形状和茶杯形状),认为利用电能和化学能相结合的现代电弧炉的熔池形状应设计深一些(碗的形状),应介于传统电弧炉和氧气转炉之间。超高功率电弧炉的熔池形状设计成“碗形”与超高功率电弧炉(熔池形状为“碟状”)相比，在同是使用电弧热源、热铁水和强供氧的条件下，“碗形”熔池的电能和化学能都能有效利用，熔池钢水升温明显加快，在泡沫渣良好的情况下，也能自主控制炉内渣量，石灰消耗也明显降低。而且避免了因喷溅严重造成的炉盖、炉壁沾渣现象。

28电弧炉采用热装铁水有何约束?

(1)成本约束 热装铁水效益(包括冶炼成本和产量利润)≥生铁量×(热装铁水成本一冷装生铁成本)+(铁水量一生铁量)×(热装铁水成本一冷装废钢成本)。

(2)其他影响 铁水代替了部分废钢，从短期看，是稀释了炉料中杂质元素的含量，但从长远看，是扩大了金属资源的污染面和增加了以后循环使用时处理的难度。同时增加铁水的消耗量，又会引起了一系列环保问题。因电弧炉熔池形状和除尘系统的局限，提高电弧炉热装铁水比例，需改变电弧炉熔池形状，对除尘系统也要做较大改造。

(3)电弧炉不容易冶炼低磷钢(磷≤0.01%)。

(4)温度和成分限制 综合考虑铁水运输过程温度损失以及确保铁水能顺利兑入电弧炉内，电弧炉对热装铁水温度的要求是≥1200℃。铁水化学成分中对电弧炉冶炼影响最大的是硅，如果铁水硅高，会造成以下问题。

①电弧炉冶炼前期炉渣碱度低，脱磷困难，待炉渣碱度合适时，温度又升得很高，依然脱磷困难。

②炉渣稀，易侵蚀炉衬，增加补炉次数。

③由于硅先氧化，抑制了脱碳反应，待硅氧化完毕后，脱碳反应开始，此时熔池钢水温度因硅氧化已经升得很高，脱碳反应会十分激烈且集中(大沸腾),造成热损失大，喷溅严重，甚至会酿成事故。因此，电弧炉对热装铁水成分硅的要求是：Si≤1.0%,最好≤0.5%。

29电弧炉热装铁水的比例过高有何影响?

电弧炉作为能量反应器将电能、化学能及物理热转换成钢水的物理热，现代电弧炉炼钢高效化的核心在于强化供能;或者更准确地说是从提高输入功率来换取高的物质转化速率。其中有两个主要的工艺理论问题：一是如何在技术上实现这种转化;二是该转化的效率如何，即是高效化的能耗研究，现今电弧炉炼钢过程的能量转化速率得到了飞速提高，国内多数电弧炉炼钢的冶炼周期可以达到60min以下，冶炼电耗在400kW·h/t以下。

随着铁水配入量的增加，冶炼电耗显著降低，这是由于铁水带入的物理热和化学热显著增加而造成的，但总的能量利用率是降低的，说明在电弧炉冶炼中配入大量铁水对提高能量利用率是不利的;随着铁水配入量的增加，炉渣物理热和用于脱硫等反应的吸热稍有增加，这是由于铁水与废钢相比有大量的硅元素和硫元素，从而增加了渣量和脱硫反应的吸热量，此外炉气物理热的增加非常大，几乎是成倍增加，原因是铁水带入了大量的碳元素，而要完成冶金反应需要吹入大量的氧气，这就造成了烟气量的大量增加。

30影响电弧炉炉盖寿命的因素有哪些?

电炉炉盖内衬是整个炉体的薄弱环节，炉盖用耐火材料的部位如图4所示。

图4电炉炉盖用耐火材料部位示意

1—耐火材料;2—水冷圈;3—活动导向连接;

4一弹簧;5一连接螺栓

炉盖耐火材料受操作因素和结构因素影响。操作因素包括作业率、最大功率消耗、用氧体积比、脱氧炉数比和复渣炉数比等。结构因素主要是炉子大小，炉盖厚度和熔池-炉盖间的距离等。归纳起来影响炉盖寿命的因素如下。

(1)热震 电弧加热、出钢和炉盖移动造成的温度急变。

(2)化学侵蚀 熔渣钢水飞溅至砖面，引起化学侵蚀，以及炉内CO、CO₂和SO₂等的作用。

(3)弧光辐射 电弧加热产生的热辐射引起的熔损。

(4)炉内高速抽尘形成的高速气流的磨损。

(5)拱顶结构在自重作用下，因砖缝先行损坏造成的结构松动等。

这几种因素的综合作用，对炉盖寿命产生了重大影响。弧光辐射造成的超高温加剧了化学侵蚀，熔渣钢水侵蚀，导致耐火材料内衬厚度减薄和结构变化，在热震作用下加速了耐火材料的剥落损毁。因此，炉盖用耐火材料要求具备良好的抗热震性。对炉渣高温喷溅的抗侵蚀性以及整体性好、结构牢固不开裂等。

31电弧炉氧燃烧烧嘴技术有哪些?

在交流电弧炉三个冷区的炉壁上安装可伸缩氧燃烧嘴，熔化期向熔池喷入氧气和煤粉或重油、柴油、天然气等燃料;使冷区的温度尽快提高，促进了炉料的同步熔化和熔池温度的均匀化。由于电弧炉熔化期占全部冶炼时间的65%以上，其电能消耗占全部冶炼电耗的70%左右，因此使用氧燃烧嘴后，可以缩短熔化期，改善电弧炉的冶炼指标。新的二次燃烧技术是一个独立的系统。应用一支单独的水冷喷枪，通常是插入炉门的，不要求改变电弧炉的结构，如图5。它的功能是喷射适量的辅助供氧来燃烧进入渣层的CO及其操作中所产生的其他气体，同时收集和利用这些热能。二次燃烧技术的关键在于如何捕集这些热量，使其进入炉料而不是辐射至炉盖和炉壁，同时要使电极表面氧化及金属元素的收得率不受大的影响。

图5 炉内二次燃烧示意

当代用于强化熔炼的电弧炉，几乎都把辅助能源、制造泡沫渣、切割废钢以加快熔炼，加速钢液与渣液的冶金反应，搅拌钢液，进行炉内产生可燃气体二次燃烧的喷吹机构作为炉子配套用的最重要辅助设备。喷枪形式有4种：比较原始的手动喷枪、底部喷吹、水冷非消耗式喷枪、自动进给消耗式氧枪。

32电炉炼钢吹氧助熔应如何进行?

当通电一定的时间后，炉门附近的料达到红热的程度并在倾炉一定的角度见钢水时，氧气能与烧红的炉料起氧化反应达到熔化，这时就可以开始进行吹氧助熔。

吹氧助熔有三种方法：

(1)切割法 当料产生了搭棚的现象，为了避免大塌料，一般都采用切割方法、使炉料小块小块地浸入钢水，不至造成塌料。其缺点是氧的利用率较低，炉料熔化慢。

(2)渣面上吹氧 一般在炉料不搭棚情况下采用渣面吹氧助熔，化料较快。

(3)浅插钢水吹氧助熔 一般在炉料不搭棚，配碳又比较高的情况下采用此种方法。其优点是升温降碳快、氧气利用率高，缺点是冒出火焰大，操作条件差。吹氧助熔的氧气压力一般不超过0.4～0.5MPa。在吹氧助熔时，对大块料，氧气管不宜太靠近炉料，以免渣钢渣飞溅厉害，但也不能太远，以免影响化料速度。吹氧助熔的程序根据布料情况而异。但必须先打通炉门，以便吹氧操作。吹氧时可以先将炉料中心切断以减少塌料机会，也可两侧同时吹氧。

33氧燃助熔技术的作用是什么?

氧燃助熔是强化UHP电炉冶炼的一项重要措施。电极的三角形布置使炉内形成“冷点”和“热点”。现代超高功率电炉内，装有助熔氧燃烧嘴3～4支。燃料可用煤油、轻燃油、天然气或煤粉。氧燃烧嘴的主要作用如下。

①增加输入炉内的总热量。

②消除冷区，同步熔化。

③减少电耗(最佳节电量60kW·h/t)。

④减少出钢时间8～10min,提高钢产量。

⑤缩短通电时间，降低电极消耗0.4kg/t。

⑥降低耐火材料消耗0.5kg/t。

氧燃助熔的喷嘴，可安装在炉门、炉壁或炉盖上，对着一个“冷点”,使炉壁燃烧和冷点紧靠在一起获得最高传热效率。初期使用环形烧嘴，新开发的喷射形烧嘴的中心有重油喷口，周围配以三个氧气喷出孔。喷出的氧气和重油在烧嘴前端混合燃烧，形成长火焰，使输送到炉内的热能最有效。氧燃喷嘴助熔的热能通过3种方式传递至废钢。

(1)对流 空气燃烧的氧化火焰由对流的方式传递热量。

(2)辐射 氧气和天然气的燃烧产物是二氧化碳(CO₂)和水(H₂O),在燃烧温度下，呈现出红外辐射特征。辐射传热可达火焰温度热量的四分之一，辐射是达到最高火焰温度的重要因素。

(3)传导 由富氧燃烧引发的废钢氧化，提供了直接传给炉料的热能。图6示出氧燃助熔对节电的影响。

34氧-煤喷吹技术有哪几种方式?

将电弧炉功率输入的有效动态控制与平衡的氧煤喷吹技术相结合。目的是使电能消耗减到最低限度并提高生产率。氧-煤喷吹技术有以下几种形式。

(1)浸入式喷吹 通过位于炉底部的风口喷吹O2的作用是，均匀地分配炉中的氧气，以增加熔池的搅拌效果，以便获得最大的脱碳速率;同时，在即将离开熔池时产生CO后燃烧并放出能量以供冶炼利用。喷吹CH₄(甲烷)、N2或CO₂,主要是冷却风口的端部。

风口的位置是在炉子的冷点部位，如图7所示。每个风口均有两根管构成，内层管喷吹氧(O₂)并由纯铜制成，外层管为带刻度的不锈钢管。这两根管被插入键孔的风口耐火材料(镁碳砖)由支架支撑着。冷却的混合气流通过由上述两根管构成的环形槽隙流通，天然气或其他气体的喷吹进入冷却风口顶端，在风口出口周围产生多孔隆起物“蘑菇”;它可减少对耐火材料的烧蚀。但CH₄与O₂的比例必须精确控制在0.10～0.30范围，该比例可决定产生“蘑菇”的形状和尺寸。

图7 底部风口示意图

(2)侧壁风口喷碳 通过安装在炉子侧壁的陶瓷管和碳粉喷枪，用压缩空气把碳粉直接吹入渣层。喷碳使渣中和熔池中的铁氧化物减小。陶瓷侧壁风口的布置如图8所示。该系统达到的效果如下。

图8 陶瓷侧壁风口的布置

①碳和氧在钢中直接反应，释放出热量并生成CO。

②控制渣子的氧化性，特别是精炼阶段。

③形成泡沫渣，以便炉内长弧埋弧操作。

④减少了炉壁耐火材料的侵蚀。

(3)超音速氧枪 氧枪提供大量的氧气，用于对炉料脱碳、废钢中某些元素的燃烧和释放出能量。氧枪和炉底风口的联合使用，对增加脱碳速率和获得CO后燃烧效益都很重要。根据熔池中的含碳量情况，使用氧枪是有时间限制的。

(4)烧嘴 烧嘴的作用是提供辅助能源来加速熔化废钢。火焰的特性可在很大的范围变化，这样在熔化的各个阶段可提供最佳的工作方式。在能量传输效率很高的初始阶段之后，烧嘴的作用就是喷吹氧气使CO产生后燃烧。这种CO是由氧枪和底部风口吹氧作用产生的。该反应式如下：

2CO+O₂→2CO₂+热量

这种反应在理论上的能量释放，在标准状态下为6.2kW·h/m³氧气(CO和CO₂,在1600℃)。利用在炉中的强烈反应后燃烧，每标准立方米的氧气可节约电能4kW·h左右。

35为什么熔化期会产生搭棚、塌料现象，如何防止?

吹氧助熔不恰当造成大沸腾时，渣钢飞溅到钢铁料上面，会造成严重搭棚现象，搭棚的钢铁料下塌时，不会造成大沸腾，相互影响，使吹氧助熔时间大大延长。当炉料装得不好，特别是下部炉料装得不密实，当下部炉料熔化时，上部炉料没有依托，就会产生突然下塌的现象。再如大块炉料装在上部，而吹氧助熔又集中在下部，形成空洞，炉料也会产生突然下塌现象。为确保熔化期不塌料，必须要有合适的布料方法。吹氧助熔时应该采取边切割、边推料的方法进行，而不应集中吹一处炉料。发现有搭棚现象应立即用氧气切割，使炉料落入熔池。

36为什么塌料以后会造成大沸腾现象?

当在熔化期或氧化期取钢水倒在铁板上时，就可以看到有大量火花冒出。这是因为钢水温度降低后，钢液中碳氧失去平衡，氧就要与碳发生反应而产生CO气体。熔化期塌料时，由于突然降低钢水温度，就促使碳氧反应急剧发生，而废钢铁表面有锈斑等更为产生气泡提供良好条件。另外，由于熔化期一般温度较低、渣钢反应条件差，易于在炉渣中积累过量的氧化铁，当塌料沸腾时，促进了渣钢接触，积累的氧化铁得以和碳起作用，也促进了大沸腾现象。由于渣中氧化铁含量不同，在熔化前期发生塌料，沸腾就较弱，吹氧助熔时塌料就较剧烈，如果吹氧时间较长或加过铁矿石以后再发生塌料，那么由于炉渣中积累有较多的氧化铁，沸腾就更为激烈。

37电炉炼钢大沸腾的原因是什么?

炼钢过程中熔池的沸腾根本原因是由于碳氧反应生成了CO,放出热量，使熔池沸腾、升温。碳主要来源于铁水或生铁;氧来源于氧枪输入，或来源于加入炉内的铁矿石、烧结矿、氧化铁皮等铁氧化物。强化用氧对于碳的快速去除十分必要，但是熔池中以及熔池的沸腾强度不仅仅取决于碳氧反应，而且还与氧由炉渣传入熔池反应有密切关系。熔池升温有助于铁氧化物分解也向熔池大量供氧。氧枪和炉渣的同时大量供氧为大沸腾提供了条件。

碳氧反应存在着“温度限”,低于此温度，碳的氧化速度明显下降，而铁剧烈氧化，产生大量铁氧化物。在热装铁水35%～60%条件下，由于铁水带入大量的C,Si,Mn等元素，只有Si,Mn元素几乎全部氧化或者温度高于1530℃时碳才大量氧化。如果在“温度限”以下炉内积累过量的氧化铁，随着熔池温度的升高，碳氧化速度迅速提高，大量的CO气体和能量瞬间释放就会大沸腾。大沸腾往往爆发在炉内基本熔清的时间附近，温度正巧越过“温度限”,这时候碳开始大量氧化。在氧气输入位置(如氧枪口附近等),由于碳氧反应使得该区域熔池为热区，其特点是：高温、富氧、低碳。而在非供氧位置(如EBT电炉的偏心区等),由于搅拌效果差，化学反应不活跃，成为冷区，其特点是：低温、低氧、高碳。随着冶炼过程的不良发展，热区与冷区的不平衡加剧，导致大沸腾。

38为什么在熔化末期或氧化期加钼铁会有沸腾现象产生，而加钨铁不会产生沸腾?

在熔化末期或氧化期时，由于往炉内吹氧及加入氧化铁皮、铁矿石等，使渣钢中含氧量很高，加入钼铁后局部地降低了钢液温度而破坏了碳氧平衡关系，促使碳与氧进一步发生反应，生成CO气泡。此外，钼铁的熔点很高、且较重，所以其保持固体的时间也较长，更有利于CO气泡的集聚上浮，所以沸腾也较剧烈。钼的比热容很高，为2.760J/(g·℃)。而一些常用的合金元素的比热容都不大于0.836J/(g·℃),如铁的比热容为0.460J/(g·℃),锰为0.431J/(g·℃),钨仅为0.142J/(g·℃)。也就是说1g钼升高温度1℃,要比1g铁升高1℃多吸6倍的热，而比锰多吸5倍的热，比钨多吸20倍的热。也就是说，加入钼铁比加入其他铁合金使钢液降温剧烈。所以钢液中加入钼铁会产生较剧烈沸腾，而加锰铁、钨铁等不易产生沸腾。

39熔化期的任务是什么?熔化期可分为哪几个阶段?

熔化期的任务是在保证炉体寿命的前提下，用最少的电耗快速地将炉料熔化升温，并造好烧化期的炉渣，以便稳定电弧，防止吸气和提前去磷。

(1)启弧阶段 通电启弧时炉膛内充满炉料，电弧与炉顶距离很近，如果输入功率过大，电压过高炉顶容易被烧坏，所以一般选用中级电压和输入变压器额定功率的2/3左右。

(2)穿井阶段 这个阶段电弧完全被炉料包围起来，热量几乎全部被炉料所吸收，不会烧坏炉衬，所以使用最大功率，一般穿井时间为20min左右，约占总熔化时间的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，四周的炉料继续受辐射热而熔化，钢液增加使液面升高，电极逐渐上升。这阶段仍采用最大功率输送电能，所占时间为总熔化时间的1/2左右。

(4)熔化末了阶级 炉料被熔化3/4以上后，电弧已不能被炉料遮蔽，3个电极下的高温区已连成一片，此时如长时间采用最大功率供电，电弧会强烈损坏炉盖和炉墙。

熔化期的主要任务是熔化炉料，但是在熔化期既是造好炉渣，也是熔化期的重要操作内容，如果仅为满足覆盖钢液及稳定电弧的要求，只需1%～1.5%的渣量就已足够了，但从脱磷的要求考虑，熔化渣必须有一定的氧化性、碱度和渣量。

40为什么在开始通电熔化时声音很大?

刚通电时声音大的原因如下：

①电极下面金属料突然受到高温时，会发生爆裂;

②开始时电弧不稳定，经常断弧;

③金属料之间有空隙，通电后金属料与金属料之间也会发生电子发射轰击的现象。

由上述各方面原因造成开始通电时噪声很大，但当通电10～15min之后，电弧就稳定了，噪声就会逐渐消失。

41为什么开始送电炼钢时会发生导电不良的现象，怎样处理?

导电不良主要是由于电极与炉料之间电阻过大、电流回路受到阻碍所致，具体原因如下。

①有时炉料上混杂有不易导电的耐火材料、炉渣等。

②炉料装的空隙太大，彼此接触不良，而造成三根电极电流断路。有时由于电极升降架机械故障或电极彼此被水冷圈卡住，造成电极不能下降，会有类似于不导电的现象。当发现不导电时，首先要找出原因，然后再区别情况及时加以处理。如果炉料导电不良，可在导电不良的电极下方加一些焦炭块或小电极块帮助起弧，如果没有焦炭块、电极碎块，加一些干净的小块废钢也可以。这些措施中，以小块电极作用时间最长，效果最好，因为它导电既好，又不易烧掉，但电极块不易过大，否则导电作用完成了它还没有烧掉，使钢水碳量增加，延长了熔炼时间。

42为什么开始通电熔化和吹氧时，会冒红棕色烟尘?

炼钢电炉中，开始通电熔化或吹氧时，在电弧或氧化反应高温作用下，炉料中的铁部分蒸发，产生的铁蒸气从炉气中逸出，在逸出同时，这些铁蒸气和空气中的氧化合成氧化铁，它是红棕色的，颗粒很细。这样就造成从炉门及电极孔中大量冒出红棕色烟尘的现象，以后随着炉料的熔化和渣子的形成，这种红棕色的烟尘也逐渐减少。

43为什么在装料时炉底要先铺上一层石灰?

炉底铺加一层石灰，在装料时可减轻钢铁料对炉底的冲撞。在穿井到底时可保护炉底，减轻电弧的侵蚀作用：另外，可提早形成炉渣，覆盖钢水表面，起防止钢水增碳、吸气以及保温、稳定电弧、去磷等作用。采用不氧化法装料前可以铺加石灰石，但炉底铺加石灰石会使炉底上涨，故炉底高时不宜采用。

44如何控制电炉炉体冶炼噪声?

电炉炼钢是利用电极放电时产生的高温进行物料熔化和冶炼的，电极放电与自然界雷电机理相似，放电时将产生强弧光、高温和炸雷声，该声音为连续爆炸响声，持续时间在20min左右，声级值高达120dB(A)以上，最高时达到125dB(A),此段时间为物料熔化期，之后噪声强度减弱，声级值保持在113dB(A)左右，一直持续到一炉钢冶炼结束，噪声声级变化周期与炼钢周期相同，各周期的声级值变化不大。炼钢电炉冶炼时，冶炼每炉钢的炉体噪声全周期均为高、中、低频率全频段噪声，其中，中、低频段呈高强度声级特性较明显，声频变化周期与炼钢周期相同。电炉罩体降噪结构采用弧形钻孔钢板、玻璃棉、矿物棉、橡胶板、空气腔等多种措施，设计为八个消声层，该种结构综合了吸、隔、抗、阻尼四种消声性能，其结构如图9。

图9 复合降噪体结构示意

其吸隔声原理是：当声波投射于吸隔声板时，因各层材料的声阻抗互不匹配，使声波在分层界面产生多次反射而减弱了声能通过，有一部分声能被转化消耗。在低频区则因复合层的“耦合”效应，使吸隔声板在声频区域内的隔声量超越了经典实体结构的隔声“质量定律”;吸声阻尼层的作用主要是消除了电炉罩体本身的隔声“平坦区”和“共振效应”对隔声所产生的不利影响。门、窗和工艺及操作需要的缝、洞还需进行特殊处理，采用了可移动或半固定结构，使其既不影响生产操作，又尽量减小泄声面积。以使其消声效果与罩体主体等同或接近。

45氧化期的主要任务是什么?

加入氧化剂，使钢液中的碳氧化而熔池产生沸腾的阶段叫氧化期。氧化期的主要任务：脱磷，除气，去除钢液中的夹杂物。

(1)继续氧化钢液中的磷 一般牌号的钢要求氧化期结束时钢中磷含量不高于0.015%～0.010%,炼高锰钢时由于锰铁中磷含量较高，应控制得更低些。

(2)去除气体及夹杂物 氧化期结束时，钢中氮含量降低到0.004%～0.010%,钢中氢含量降到0.00035%左右，夹杂总量不高于0.001%。

(3)使钢液均匀加热升温，氧化末期达到高于出钢温度10～20℃。

矿石氧化法是利用铁矿石中含有80%～90%的高价氧化铁加入到熔池中后，转变成低价氧化铁(Fe₂O₃+Fe=3FeO，Fe₃O₄+Fe=4FeO或Fe₃O₄=Fe2O₃+FeO)。低价氧化铁一部分留在渣中，大部分用于钢液中碳和磷的氧化。

为达到良好的脱磷效果，炉渣中FeO含量为12%～20%,碱度为2～3,流动性良好;适当偏低的温度，加强钢渣搅拌。

碳的氧化。炼钢过程中碳的氧化反应有利于整个熔池的迅速加热，有利于钢液成分的均匀化。具体反应：FeO=Fe+O，O+C=CO,总的反应：FeO+C=Fe+CO。

矿石法的氧化过程为：矿石加入炉内，在渣中转变为FeO,然后扩散到钢液中去，并分布于整个熔池中。碳和氧在气泡容易生成的地方进行反应，生成CO气泡，CO脱离反应区上浮，在上升过程中逐渐长大，并进入炉气，造成熔池激烈沸腾。为加快脱碳速度，氧化期加矿石温度应大于1550℃。总之，矿石脱碳操作应该是：高温、薄渣、分批加矿石、均匀激烈的沸腾。

46什么是钢水的二次氧化，有什么特点?

脱氧后的钢水与大气、熔渣、耐火材料等接触时，发生反应并形成了新的化合物，这种情况称为钢水的“二次氧化”。研究资料表明：在钢水与大气相接触，当钢水中wrc]在0.10%以下时，大气中的O₂到达界面的速度，比钢水中[C]、[Mn]、[Si]、[A₁]等元素的扩散速度快。所以，在钢水与大气的界面处生成(FeO),此(FeO)→[FeO],与[Mn]、[Si]、[Al]等元素反应生成氧化物夹杂，当wrc]>0.60%时，[C]扩散速度大于大气中O₂到达界面的速度，[C]被氧化，生成非金属夹杂物的可能性较小。[C]含量越低，钢水的二次氧化越严重。研究认为，大部分氧化物与氮化物的宏观夹杂物，是在出钢与浇注过程中与大气接触面形成的。有的研究还认为，在用较弱脱氧剂锰与硅脱氧情况下，钢中二次氧化产物的数量要多于用强脱氧剂铝和钙脱氧的二次氧化夹杂物数量。一般二次氧化夹杂物比脱氧产物颗粒要大得多。在杜绝了大气二次氧化的条件下，浇注过程中钢水还会被顶面覆盖的渣层所氧化，同时还与耐火材料发生反应，这些都增加了钢中夹杂物的数量，污染了钢水影响钢质量。

47直流电弧炉哪些设备因素引起抢火?

炉底采用大环型铜板构成的导电炉底，其上均布了4个底电极，阳极的导电铜管对称地分布在炉体的前后，通过水冷电缆与整流器阳极相连;阴极通过电极横臂水冷电缆电抗器与整流器的阴极相连。直流电弧炉供电布线示意图如图10所示。生产中，由于绝缘件的维护、炉底耐材的修补以及冶炼操作等经验不足，时常会出现导电铜管支架、导电炉底与炉壳以及炉内废钢与水冷板之间发生抢火事故，出现停机。阳极的对地电势急剧升高或绝缘件的保护能力下降，原因主要表现在以下几个方面。

图10 直流电弧炉供电布线示意

1—水冷铜臂;2—炉底阳极;3——电极横臂;

4—水冷电缆;5—电抗器;6一整流器

(1)重金属下渗至导电铜底与炉壳之间，造成绝缘下降 导电炉底上的导电砖在砌筑时尽管是密排并且还灌了石墨粉，但在冶炼过程中，由于钢水对炉底不规则的侵蚀，一些重金属就顺着炉底耐材之间的裂缝、砖缝慢慢向下渗透，日积月累，随着渗入的量增加，在炉龄超过设计炉龄一定值后，下渗的重金属就可能导致炉壳发红、抢火。

(2)现场环境的影响，导致绝缘下降 加料时可能会有废钢掉下来碰到导电铜管，现场的积尘以及钢渣会在固定导电铜管的绝缘支架内积聚，热泼渣场的水蒸气会让绝缘的环氧树脂板以及云母板出现变型、开裂，炽热的火焰会让电极横臂上的云母板逐步碳化。出钢过程中飞溅的钢花会吸附在出钢侧的绝缘管夹上面而导致绝缘下降。

48脱磷和脱碳关系是什么?

碳的氧化是贯穿炼钢过程的最重要的反应，放出大量的热量。它可分为直接氧化和间接氧化，其反应式如下：

直接氧化C(s)+1/2O₂(g)==CO(g)

间接氧化Fe(s)+1/2O₂(g)==FeO(s)

FeO(s)+C(s)== CO(g)+Fe(s)

碳氧反应遵循[C%][0%]=m的平衡规则，整个脱碳过程可以分为3个阶段，初期以硅的氧化为主，脱碳速度较小(当熔池温度升高到约1480℃时，碳才能激烈氧化);中期脱碳速度几乎为定值;后期随金属中碳的质量分数[w(C)0.10%～0.30%]减少，脱碳速度亦降低。现代电弧炉不仅尽可能地把脱磷提前到熔化期进行，甚至将部分脱碳工作也安排在熔化期进行。而熔化后的氧化精炼和升温期则只进行碳量的控制等。

脱磷与脱碳有着必然的关系，即碳和磷的选择氧化问题。在炉内反应中，脱磷和脱碳几乎是同时进行的。脱碳沸腾能促进渣钢间的传质过程，但碳和磷又同时争夺氧。尤其在冶炼低磷高碳的钢种时，要求脱磷不迟于脱碳反应。通常钢水中的w(P)与w(C)之间呈斜率为2.5的直线关系，即lgw(P)=2.51gw(C)+常数。一般地，脱磷速度随着脱碳速度加快而提高，关系如图11所示。脱碳量和脱磷平均速率的关系如图12所示。脱磷和脱碳都要求炉渣和钢液具有较强的氧化性。但碳的氧化要求温度偏高，渣层薄;而磷的氧化则要求温度偏低，渣量大。操作中应充分利用好这一矛盾，在熔化后期以脱磷为主，并在氧化初期溶池温度比较低时，就注重进行脱磷，然后视熔清样分析结果，如磷未达到要求，则辅以加石灰、氧化铁皮并适当调整供电电压等，仍继续脱磷;如磷已达要求，则转而以脱碳为主。总之先脱磷后脱碳。

图11 脱碳速度与脱磷速度的关系

图12脱碳量与脱磷平均速率的关系

49炼钢中如何做好脱磷?

偏心底留钢留渣与无渣出钢操作。前者熔池温度高，利于炉料内部热传导，有助于加速熔化和早期脱磷。后者带来的好处是防止了回磷，圆而粗且短的钢流能保证出钢时不散流，从而不会造成精炼包密封法兰的损坏，这就无须倒包，减少了工艺环节，也减少了出钢时间和降低了出钢温度(可降低出钢温度30℃),还减少了钢水吸气和二次氧化，同时减轻了对钢包耐材的冲刷。能更有效地放渣和进行无渣出钢操作，有利于洁净钢的生产。

熔化期尽早造好氧化性和碱度较高、流动性良好的足量炉渣，不仅可稳定电弧、减少钢液吸气，而在熔化中后期充分利用低温(约1500～1540℃)钢液，尽可能多的去除钢液中的磷(一般可去除40%～50%)。从而为氧化期减轻脱磷任务，集中力量脱碳、升温创造条件。现代电弧炉的氧化期已缩短到15min左右，要在氧化初期将磷降至0.01%～0.02%或更低，任务非常艰巨。

为搞好脱磷，炼钢过程中应做到以下几点。

①强化吹氧和氧燃助熔，尽快造成氧化性强、石灰含量较高的泡沫渣，并充分利用熔化期及氧化初期温度较低的有利条件，提高炉渣的吸磷能力。

②采用自动流渣、换渣操作，及时放掉磷的质量分数高的初渣，并补充新渣，防止温度升高后回磷。

③无渣或少渣出钢，把出钢后回磷降至最低。

④采用喷吹操作强化脱磷。而冶炼中高碳钢应尽量保碳，避免炉后增碳。

为达到终点以较高的碳出钢应做到以下几点。

①装料时配入一定量的碳，以减少铁水中碳的烧损。

②利用碳氧枪吹氧喷碳，既可形成泡沫渣，又可降低w(C)与w(FeO)。

③采用喷吹操作，即将碳粉直接喷入熔池，可取得良好的碳氧反应及使熔池活跃的效果。

50不锈钢冶炼时如何控制脱磷铁水的加入时间和加入量?

冶炼不锈钢时电炉采用热装脱磷铁水冶炼不锈钢减少不锈钢废钢装入，减轻废钢资源短缺的压力：同时，由于铁水温度较高，热装脱磷铁水将带入大量的物理显热和化学潜热，按理论计算随脱磷铁水比例增加，入炉热量增加，废钢和合金熔化速度加快，冶炼时间缩短，但实际冶炼时间和吨钢电耗与脱磷铁水加入比例并不成正比。在脱磷铁水比小于50%时，随铁水量的加大，冶炼时间缩短和吨钢电耗下降均十分明显，但是当在脱磷铁水比大于50%时，随铁水量的加大，冶炼时间缩短和吨钢电耗下降不明显，加入铁水比超过50%,为保证钢液合金成分，加入铬镍合金比将超过30%,而不锈钢废钢比例小于20%,过多的难熔合金使电炉炉内温度很不均匀，熔池表面温度高达1700℃,而电炉底部还集结大量合金难以熔化，且导致金属铬氧化过多，导致炉渣过于黏稠，泡沫渣难以形成，从而增加电炉冶炼电耗，难以实现冶炼周期有效缩短。脱磷铁水加入时间同样非常重要，脱磷铁水加入过早，合金难以熔化，炉底容易集结大量合金而导致电炉炉底上涨;脱磷铁水加入过晚，炉渣形成就晚，电炉电能利用率低，导致电炉电耗和耐材消耗增加。