炼钢电炉

广义的炼钢电炉种类有电弧炉、感应电炉、电渣炉、电子束炉等。通常的电炉钢是指用碱性电弧炉生产的钢，因此本文重点讨论电弧炉(EAF)。电弧炉有直流电弧炉(DC-EAF)和交流电弧炉(AC-EAF)两类，由于直流电弧炉可以减少耐火材料的用量，更节能、噪音小且闪烁减半，因此应用增多且发展迅速。对于直流电弧炉来说，偏心炉底出钢、水冷炉壁、水冷炉盖、氧-燃烧嘴、废钢预热等新技术比较合适且效果较好。20世纪90年代是DC-EAF快速发展的年代，废钢回收率高的工业化国家(如美国、日本、韩国)以及供电能源不足的发展中国家(如中国、东南亚国家)，几年时间所建设50t以上的电弧炉达到100台以上，其中比较有代表性的是日本的240tDC-EAF和美国的280tDC-EAF。

直流电弧炉在炉顶设一个石墨电极，电弧稳定且集中，具有熔池搅拌良好和炉内温度分布均匀的特点，并提高了熔融效率。直流电弧炉的典型特征是以炉顶石墨电极为阴极，阳极与炉底相连接。这就要求其炉底必须具有导电性，炉底可用的导电材料主要有:(1)导电耐火材料(ABB公司);(2)金属元件:包括钢棒电极(Irsid-Clecim)、钢片电极(VAI)、多根钢针电极(GHH)以及铜钢复合水冷底电极。除直流电弧炉炉底所用耐火材料有特殊要求外，其他部位所用的耐火材料均具有很大的相似性。

交流电弧炉(AC-EAF)中应用广泛的是超高功率电炉(UHP-EAF)，这类电弧炉的生产效率高、炉壁损耗慢并具有缩短熔化时间、改善热效率、降低电耗、电弧稳定等优点。因此，超高功率电炉在70年代后期得到了广泛的应用。UHP技术近年来向大容量、高功率趋势发展，国外个别UHP-EAF的功率已达1000kVA/t甚至更高，称为超高功率电弧炉。为更好发挥UHP的优点，相继开发了与超高功率相匹配的技术，主要包括水冷炉壁、水冷炉盖以及长弧泡沫渣冶炼技术。欧洲30t以上的电弧炉均已配备了水冷挂渣炉壁和水冷炉盖，日本的电弧炉配备水冷炉壁的占70%以上，西欧和美国也相继采用水冷挂渣炉壁。使用水冷炉壁技术可使炉壁的使用寿命达到2000炉以上，降低耐火材料消耗60%以上，生产率提高8%〜10%，电极消耗降低0.5kg/t，生产成本降低5%〜10%，而使用水冷炉盖可使炉盖寿命达到4000次。

电炉按出钢类型可分为槽式出钢电弧炉和偏心炉底出钢电弧炉(EBT)，其结构如图1所示。由于偏心炉底(EBT)出钢口可以使水冷区域扩大、耐火材料费用降低并且使钢包中的卸渣量减少，因而应用逐渐增多。

电炉炼钢以废钢、金属化球团等为原料，主要利用电弧热在电弧作用区温度高达4000℃的条件下经一系列的冶金化学反应把废钢炼成新钢，具体过程如图2所示。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。

我国电炉炼钢主要冶炼优质合金钢。近年来，随着电炉炼钢工艺不断变化，包括更高的操作温度、越来越大的炼钢电炉容量、更强的温度急变、日益提高的合金钢质量等，对耐火材料提出了更高的要求。