1.熔炼设备

铸钢生产常用的熔炼设备有电弧炉、平炉和感应炉。三相交流电弧炉使用最为广泛。其优点是熔炼钢种广泛，钢液质量高，开炉、停炉方便，易于组织生产。

2.炼钢工艺

在铸钢有两种熔炼方法，即氧化法和不氧化法。两种方法的区别在于炼钢过程中是否有氧化期。此外还有一种吹氧返回法。

碱性电弧炉氧化法炼钢是我国当前普遍采用的炼钢方法。由于炼钢过程中所造碱性渣能有效地除去钢液中的磷和硫，并且在炼钢的氧化期通过碳的氧化而形成钢液的沸腾，能有效地清除钢中的气体和杂质物，因此，碱性电弧炉氧化法炼钢，不仅对炉料的适应性强，而且炼得的钢液比较纯净。从炼钢学的角度来看，碱性电弧炉炼钢的冶金反应过程也是最完整的。本书主要介绍碱性电弧炉氧化法炼钢工艺。

电弧炉熔炼的基本原理是：利用电极与金属料之间放电产生的电弧所发出的热量来熔化金属料，使钢液过热。铸钢车间通常用三相电弧炉。

三相电弧炉主要由炉体、炉盖、电极、电极升降与夹持机构、倾炉机构、电气装置和水冷装置等构成，如图5-4所示。

图5-4 HX型三相电弧炉结构

1—1号电极 2—2号电极 3—3号电极 4—电极夹持 5—电极支承横臂 6—升降电极 7—升降电极液压缸 8—炉盖 9—提升炉盖链条 10—滑轮 11—拉杆 12—提升炉盖液压缸 13—提升炉盖支承臂 14—转动炉盖机构 15—炉体 16—月牙板 17—支承轨道 18—倾炉液压缸 19—出钢槽 20—电缆

氧化法能冶炼碳钢、各类低合金钢和高合金钢。其炼钢工艺过程包括补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期和出钢。

碱性电弧炉炼钢在这几个阶段中的任务、技术要求及过程控制如下：

（1）补炉 一般情况下，在每炼完一炉钢以后，装入下一炉的炉料以前，照例要进行补炉。其目的是修补炉底和炉壁被侵蚀和被碰坏的部位。对于采用卤水镁砂打结的炉衬，其损坏处也采用以卤水作黏结剂的镁砂来修补。补炉操作的要点是：炉温高、操作快、补层薄。这样做有利于补层的烧结。

（2）配料和装料 为了炼好钢，需要事先配好炉料。电弧炉炼钢所用的炉料主要由碳素废钢和废铸件所组成，也可适当搭配一部分炼钢生铁。配料的基本要求是要使炉料有适宜的平均碳含量，氧化脱碳量一般为0.3%～0.4%。当炉料主要由比较洁净的废钢料组成时，氧化脱碳量取下限，而当炉料锈蚀比较严重，或含有较多的薄钢皮和钢屑，且生铁占比较大时，氧化脱碳量取上限。

补炉完毕后，往炉中装料以前，先在炉底上铺一层石灰，其质量约为炉料质量的1%。其目的是在炉料熔化的过程中造渣脱磷，此外在加料时能减小炉料对炉底的冲击作用，保护炉底。

（3）熔化期 熔化期的任务是将固体炉料熔化成钢液，并进行脱磷。炉料熔化后形成钢液熔池。在炉料熔化过程中，炉料中的铁和硅、锰、磷等元素被炉气中的氧氧化，反应式为

2Fe+O₂=2FeO

Si+O₂=SiO₂

2Mn+O₂=2MnO

4P+5O₂=2P₂O₅

氧化生成的FeO、SiO₂、MnO及P₂O₅等氧化物与加入炉内的生石灰（主要成分是CaO）化合而形成炉渣，覆盖住钢液表面。为了脱磷，在熔化末期分批加入小块矿石，其总量根据炉料磷含量确定，为装料量的1%～2%。炉料熔清后，熔化期就结束了。这时的炉渣中含有大量的磷，应倾炉放渣，然后加入石灰造渣材料，另造新渣。

（4）氧化期 氧化期的任务是脱磷，去除钢液中的气体和夹杂物，并提高钢液的温度。在氧化期的前一阶段，钢液温度较低，主要是造渣脱磷。在氧化期中期提高钢液的温度。待钢液温度提高（一般要求热电偶温度在1550℃以上）后，进入后一阶段，进行氧化脱碳沸腾精炼，以去除钢液中的气体和夹杂物。氧化脱碳方法有矿石脱碳法、吹氧脱碳法和吹氧_-矿石脱碳法。

采用矿石脱碳法时，应将铁矿石分批加入。这是因为矿石溶解于钢液中时会吸收热量，使钢液降温，从而影响钢液的沸腾，因此一般将矿石分三批加入，两批间隔大约10min。加入矿石的批量按每吨钢液加入10kg计算。每批矿石能使钢液脱碳约0.1%。(www.daowen.com)

采用吹氧脱碳法时用吹氧管将氧气吹入钢液中。吹氧前钢液温度应达到1550℃，吹氧压力一般为0.5MPa左右。为了使钢液脱碳0.3%左右，每吨钢液的平均耗氧量一般为4～6m³。

在矿石脱碳（或吹氧脱碳、吹氧-矿石脱碳）过程之后，钢液中含有大量的FeO。为了减少钢液中残留的FeO含量，在最后一批矿石加入钢液后，经过大约3min，钢液沸腾开始减弱，以后继续进行10～15min的脱碳过程（大功率电炉取上限，小功率电炉取下限）。在炼钢工艺上称此阶段为“净沸腾”。

当钢液中的磷含量和碳含量都已符合工艺要求，钢液温度足够高时，即可扒除氧化渣进入还原期。

（5）还原期 还原期的任务是脱氧、脱硫和调整钢液温度及化学成分。

扒除氧化渣后，首先往熔池中加入锰铁进行预脱氧。通过预脱氧可以快速除去钢液中的部分氧化亚铁，这样就能减轻后续通过炉渣进行脱氧的任务，加速整个还原期的进程。

在还原期进行钢液的脱氧和脱硫。脱氧和脱硫是同时进行的。还原渣有两种：白渣和电石渣。

白渣的造渣方法为：先加入造渣材料（石灰和炭粉），关上炉门还原10～15min，在还原过程中，炉渣中的碳起脱氧作用，而生石灰则起脱硫作用。反应式为

C+（FeO）=CO↑+[Fe]

（CaO）+（FeS）=（CaS）+（FeO）

随着还原过程的进行，炉渣逐渐失去脱氧和脱硫能力，因此需要补充造渣材料，调整炉渣。造渣材料中包括生石灰和硅铁粉。硅铁粉中的硅起还原作用，反应式为

Si+2（FeO）=（SiO₂）+2[Fe]

调整炉渣的过程一直持续到形成良好的白渣为止。为了充分脱氧和脱硫，钢液在良好的白渣下还原的时间一般应为25～30min。

电石渣的造渣方法为：先加入造渣材料（石灰和炭粉），关上炉门，加大电流还原15～20min，在电弧的高温和还原性炉气的条件下，炉渣中的一部分石灰被碳还原生成电石（CaC₂）。反应式为

（CaO）+3C=（CaC₂）+CO↑

电石渣中的碳起脱氧作用，生石灰起脱硫作用，电石则既起脱氧作用，又起脱硫作用。反应式为

C+（FeO）=CO↑+[Fe]

（CaO）+（FeS）=（CaS）+（FeO）

（CaC₂）+3（FeO）=（CaO）+3[Fe]+2CO↑

（CaC₂）+3（FeS）+2（CaO）=3（CaS）+3[Fe]+2CO↑

随着还原过程的进行，炉渣逐渐失去脱氧和脱硫的能力，因此需要调整炉渣。为此，可分批加入造渣材料（石灰石和炭粉）。调整炉渣的过程一直进行到形成良好的电石渣为止。为了充分地进行脱氧和脱硫，钢液在良好的电石渣下还原的时间应不少于20min。与白渣相比，电石渣的脱氧和脱硫能力更强。但是脱氧和脱硫反应生成的碳与钢液接触时，会被钢液吸收，故电石渣对钢液有增碳作用，特别是对碳含量低的钢种，钢液的增碳现象显著。故电石渣仅适用于冶炼碳含量较高（＞0.35%）的钢种。还应指出，电石渣黏度大，出钢时不易与钢液分离，而易在钢液中生成夹杂物，故在采用电石渣还原时，出钢前应先将电石渣变为白渣。方法是打开电炉门，使空气进入炉内，则渣中的CaC₂即被空气中的氧氧化而生成CaO。

钢液经过白渣或电石渣充分还原后，氧含量和硫含量都已降至符合要求时，可以测量钢液温度。当钢液温度达到出钢温度要求时，可以调整钢液的化学成分。冶炼碳钢时，应加入适量的硅铁和锰铁调整硅含量和锰含量。冶炼合金钢时，除了调整硅、锰含量以外，还要调整合金元素含量。

化学成分调好后，即可用铝脱氧（最后的脱氧，称为“终脱氧”）。用铝脱氧有两种方法，即插铝法和冲铝法。插铝法是在临出钢以前，用钢钎将铝块插到钢液中进行脱氧。冲铝法是在出钢时，将铝块放在出钢槽上，利用钢液将铝冲熔进行脱氧。在这两种方法中，插铝法效果较好。冲铝法的操作比较简便，但有时会发生铝块被炉渣裹住，不能起到脱氧作用的情况。插铝时应停电操作。插铝后，升起电极，倾炉出钢。出钢的原则是：钢液流要粗，而且要使钢液与炉渣一起出到钢液包（通常称为盛钢桶）中（即所谓“大口出钢”，“钢渣混出”），钢液在钢液包中镇静5min以上，然后开始浇注。