土體固結理論
[拼音]：dianhulu liangang
[英文]：electric arc furnace steelmaking
通過石墨電極向電弧鍊鋼爐內輸入電能，以電極端部和爐料之間發生的電弧為熱源進行鍊鋼的方法。電弧爐以電能為熱源，可調整爐內氣氛，對熔鍊含有易氧化元素較多的鋼種極為有利，發明後不久，就用於冶煉合金鋼。並得到較大的發展。隨著電弧爐裝置的改進以及冶煉技術的提高，電力工業的發展，電爐鋼的成本不斷降低，現在電爐不但用於生產合金鋼，而且大量用來生產普通碳素鋼，其產量在主要工業國家鋼總產量中的比重，不斷上升（見表）。
中國在20年代以後，一些主要工業城市陸續建了一些小電爐，直到1950年後才有較快的發展，主要用於生產優質鋼和合金鋼。1980年產量約佔鋼總產量的20％，最大的電弧爐容量為50噸。
原料
電爐鋼以廢鋼為主要原料，有些電弧爐採用直接還原的海綿鐵來代替部分(30～70％)廢鋼。廢鋼經多次迴圈冶煉，會使某些對鋼質有害而又不能在冶煉過程中除去的元素（如銅、鉛等）富集。海綿鐵比廢鋼純淨得多，摻和使用就可起“淨化”的作用。冶煉合金鋼時，大多數採用成分相近或相應的合金廢鋼為爐料，以節約昂貴的鐵合金，不足之數在冶煉過程中再用鐵合金補充。
補爐
上一爐的鋼水和渣出淨以後，立即把被侵蝕的爐襯補好。補爐動作要快，以便利用爐內的殘餘高溫，將補爐料和原爐襯燒結在一起，並可減少熱損失，節約電能。
裝料
補爐完畢後，移開爐蓋，用料筐從爐子頂部把爐料裝入爐內。不易氧化和難熔的合金料如鎳、鉬等可與廢鋼同時裝入。爐料的塊度應適當搭配，堆密度以1.6～2.0噸／米3為宜。
爐料的熔化和供電制度
裝好爐料，合上爐蓋後，即降下電極到爐料面近處，接通主電路開關，將電極調節系統的轉換開關放到自動控制位置，以次高階電壓通電起弧。約5～10分鐘，電弧伸入爐料熔成的“小井”後，改用最高電壓，達到輸入變壓器的最大有效功率，加速熔化爐料。電極隨“小井”底部的熔化而逐漸下降，直到電弧觸到鋼液，然後電極又隨鋼液麵的升高而上提。當大部分爐料熔化，電弧就完全暴露在熔池面上，這時，為減少電弧對爐頂的強烈輻射，要改用較低電壓，直到爐料完全熔化。爐子輸入能量的制度，隨爐子的容量、冶煉鋼種和冶煉工藝而不同。附圖是一座電弧爐冶煉的能量供給和溫度制度示例。
吹氧助熔
電弧暴露在熔池面上並降低輸入功率後，可即向熔池吹入氧氣，以加速廢鋼的熔化。氧氣壓力為6～10公斤力／釐米2。吹氧不宜過早，否則所生成的氧化鐵將積聚在溫度尚低的熔池中，待溫度上升時會發生急劇的氧化反應，引起爆炸式的大沸騰，導致惡性事故。
熔化期的氧化
在爐料將近全部熔化，而被爐渣覆蓋時，取樣分析並根據分析結果調整鋼和渣的成分。此時，爐內是氧化性氣氛，加上熔池中有來自鏽蝕廢鋼和在熔化過程中廢鋼氧化產生的氧化鐵，或者來自爐料鐵礦石的氧化鐵，鋼液中的矽、磷、錳等元素會大量氧化。如果熔池有足夠高的溫度尤其是在吹氧時，氧炬附近的鋼水就可引起碳的氧化。
在熔化期，合金廢鋼中除了矽、磷、錳、碳等元素氧化外，鉻、釩、鈦、鋁、硼等元素也會氧化，硫、鉛有少量氧化，只有鎳、鉬、銅、錫不氧化。
精煉
精煉過程通過對各階段鋼樣和渣樣的分析、溫度的測定來調整和控制。在精煉期，除碳的氧化物成為氣態逸出外，其他元素的化合物為固態或液態，分別浮入渣中，或留在鋼液內。精煉就是把對鋼質有害的一些元素和化合物，儘可能地從鋼液中排除掉。
電弧爐冶煉分為單渣法和雙渣法。一般如廢鋼含磷高，則採用雙渣法，先加入氧化劑或向鋼液中吹氧氣，進行氧化，除去一部分碳、磷和其他雜質，扒去氧化渣再進行還原精煉。對含磷要求不高的鋼種可採用不扒去氧化渣、直接用脫氧劑進行還原精煉的單渣法。冶煉高合金鋼時，為避免爐料中合金元素的氧化損失，多采用以純淨廢鋼裝料的單渣法。普碳鋼和一般低合金鋼可採用只造氧化渣的單渣法冶煉，許多生產普碳鋼的大型電弧爐即採用此法；在氧化精煉末期，鋼液成分和溫度達到規定要求時出鋼，同時加入鐵合金到盛鋼桶脫氧。為了充分利用變壓器的容量，提高鋼的質量和產量，降低電耗，近年採用爐外精煉，把電弧爐的雙渣法中的還原期工作移到鋼包或精煉爐中進行。
氧化精煉
氧化精煉的主要目的是去磷、去氣、去非金屬夾雜物，並將溫度均勻地提高到高於出鋼溫度。碳的氧化，使熔池沸騰，起強烈攪拌作用，增加鋼液和渣液的接觸面，促進渣中的氧向鋼液傳輸，以氧化雜質，提高熔池溫度並使非金屬夾雜上浮，進入爐渣。鋼液中的氫、氮等氣體擴散到一氧化碳氣泡中，一起逸入爐氣。鋼液經過氧化精煉，如果仍含較高的磷，則需除去部分爐渣，再造新渣去磷。
還原精煉
操作過程是在氧化期結束除淨氧化渣後，加入鋁等進行預脫氧。隨後立即加石灰、火磚塊（或砂子）、螢石等先造稀薄渣，然後按照冶煉鋼種的要求再加還原渣料進行還原精煉。常用的還原渣有電石渣和白渣等幾種，它們都是還原性強的強鹼性渣（鹼度CaO:SiO2=3～4）。與其他鍊鋼渣相比，它們可以更多更快地脫去鋼液中的氧和硫。由於爐氣也是還原性的，鋼液不易氧化，所加入的易氧化元素損失也很少。
電石渣的大致成分為：CaO55～65％，SiO210～15％，MgO8～10％，Al2O32～3％，MnO＜1％，CaC21～4％，FeO＜0.5％。電石渣分強電石渣和弱電石渣兩種。強電石渣含碳化鈣(CaC2)2～4％，冷後呈黑色並夾有白色條紋，無光澤。弱電石渣含CaC21～2％，冷後呈灰色。製造電石渣的方法是向爐內的稀薄渣上加較多的炭粉、矽鐵粉，密封爐子不使空氣進入，使碳與鈣在高溫下生成碳化鈣。這種爐渣脫氧能力強，碳化鈣與渣中氧化物反應生成CO逸出，而氧化物被還原成金屬進入鋼液：(CaO)+3C─→(CaC2)+CO↑
(CaC2)+3(FeO)─→3[Fe]+(CaO)+2CO↑
為保持渣中有一定量的CaC2，需週期性地加入炭粉和石灰。由於形成CaC2所需的溫度較高，所以造渣時間較長。這種渣易使鋼液增碳，宜用於冶煉高碳鋼種。還因它不易與鋼液分離，會形成鋼中的夾雜物，所以在出鋼前要破壞電石渣，使它變成白渣。因為白渣與鋼液之間介面張力大，不致汙染鋼液。
白渣的大致成分為：CaO60％， SiO220％，MgO8％，Al2O35％，MnO1％，FeO＜0.5％。造渣方法是向稀薄渣上加矽鐵粉和適量的炭粉，使渣中 FeO還原成鐵進入鋼液，並形成SiO2，因此需追加石灰以保持渣液的鹼度。2(FeO)+Si─→2[Fe]+(SiO2)
(FeO)+C─→[Fe]+CO↑
這種爐渣的形成時間較短，脫硫能力強。爐渣呈白色，冷卻後自行碎裂成白色粉末，以此得名。有時為了提高脫氧能力，在還原開始時，先造一個短時間的弱電石渣，隨即使之轉變為白渣。
另有火磚渣，用石灰、螢石和廢耐火磚塊造成，是中性渣，主要用於冶煉不鏽鋼；特點是加熱快，不易增碳，渣、鋼容易分離，但脫硫能力低。
參考書目
C.E.Sims， Electric Furnace Steelmaking，AIME，1962.
Electric Furnace Proceedings，AIME.1943～1981.