1、情境三情境三 电炉炼钢工艺与操作电炉炼钢工艺与操作 任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程 任务任务3.2现代电弧炉冶炼现代电弧炉冶炼炉钢的工艺操作炉钢的工艺操作返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程 3.1.1任务概述任务概述揖任务描述铱摇电弧炉是以电能为热源的炼钢设备。传统电弧炉炼钢揖任务描述铱摇电弧炉是以电能为热源的炼钢设备。传统电弧炉炼钢分为装料、熔化、氧化、还原等操作分为装料、熔化、氧化、还原等操作,以回收的废钢为主原料以回收的废钢为主原料,冶炼过冶炼过程操作工艺分为熔化期、氧化期和还原期程操作工艺分为熔化期、氧化期
2、和还原期,俗称俗称“老三期冶操作。电老三期冶操作。电弧区温度高达弧区温度高达3 000以上以上,可以快速熔化各种炉料可以快速熔化各种炉料;温度容易调整和温度容易调整和控制控制,可以满足冶炼不同钢种的要求可以满足冶炼不同钢种的要求;炉内气氛可以控制炉内气氛可以控制,可去磷、硫可去磷、硫,是目前国内外生产特殊钢的主要方法。是目前国内外生产特殊钢的主要方法。图图3-1 所示所示为传统电弧炉冶炼为传统电弧炉冶炼的基本工艺流程。的基本工艺流程。3.1.2相关知识相关知识3.1.2.1摇电弧炉炼钢的发展概况摇电弧炉炼钢的发展概况下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过
3、程采用电能作为热源进行炼钢的炉子采用电能作为热源进行炼钢的炉子,统称为电炉。常用炼钢电炉可分统称为电炉。常用炼钢电炉可分为电弧炉为电弧炉(EAF,Electric Arc Fur-nace)、感应熔炼炉和电渣重熔炉、感应熔炼炉和电渣重熔炉等。目前世界上等。目前世界上95%以上的电炉钢是电弧炉冶炼的以上的电炉钢是电弧炉冶炼的,因此通常所说的因此通常所说的电炉炼钢主要指电弧炉炼钢电炉炼钢主要指电弧炉炼钢,特别是碱性电弧炉炼钢特别是碱性电弧炉炼钢(炉衬用碱性镁质炉衬用碱性镁质耐火材料耐火材料)更是如此。更是如此。图图3-2 和和图图3-3 所示所示为三相交流电弧炉结构及为三相交流电弧炉结构及设备布置
4、。设备布置。1.电弧炉炼钢的发展大致可分为三个阶段电弧炉炼钢的发展大致可分为三个阶段:1)研究阶段研究阶段(从从1800 年至年至1900 年年)上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程1800 年年,英国人戴维英国人戴维(Humphrey Davy)发明了碳电极发明了碳电极;1849 年年,法法国人德布莱兹国人德布莱兹(Deprez)研究用电极熔化金属研究用电极熔化金属;1866 年年,德国人冯德国人冯西西门子门子(Werner Von Siemens)发明了电能发生器发明了电能发生器;1879 年年,德国人威德国人威廉姆斯廉姆斯西门子西门子(
5、C Williams Siemens)采用水冷金属电极进行了实验采用水冷金属电极进行了实验室规模的炼钢试验室规模的炼钢试验,但电耗太高但电耗太高,无法投入大生产无法投入大生产;1885 年年,瑞典瑞典ASEA(即瑞典通用电气即瑞典通用电气)公司设计了一台直流电弧炉公司设计了一台直流电弧炉;1888 年年,法国法国人海劳尔特人海劳尔特(Paul Heroult)用间接电阻加热炉进行熔炼金属实验用间接电阻加热炉进行熔炼金属实验;18891891 年年,同步发电机和变压器推广应用同步发电机和变压器推广应用;1899年年,海劳尔特研海劳尔特研制成功交流电弧炉制成功交流电弧炉;1900 年年,海劳尔特开
6、始用交流电弧炉冶炼铁合金海劳尔特开始用交流电弧炉冶炼铁合金。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程2)初级阶段初级阶段(从从1900 年至年至1960 年年)1905 年年,德国人林登堡德国人林登堡(R-Lindenberg)建成第一台炼钢用二相交流建成第一台炼钢用二相交流电弧炉电弧炉(海劳尔特式海劳尔特式),该炉特点是采用方形电极该炉特点是采用方形电极,电极手动升降电极手动升降,炉盖炉盖固定不可移动固定不可移动,加料从炉门口人工加入加料从炉门口人工加入;1906 年年,林登堡成功地炼出林登堡成功地炼出了第一炉钢水了第一炉钢水,浇铸成钢锭浇铸成
7、钢锭,从此开创了电弧炉炼钢的新纪元从此开创了电弧炉炼钢的新纪元;19091910 年年,德国和美国分别制成了德国和美国分别制成了6 t 和和5 t 的三相交流电弧炉投产的三相交流电弧炉投产;1920 年年,采用电极自动升降调节器采用电极自动升降调节器,提高了电极升降速度提高了电极升降速度;1926 年年,德德国德马克公司将炉盖改为移出式国德马克公司将炉盖改为移出式,首次实现了顶装料首次实现了顶装料;1930 年年,出现出现了炉体开出式电弧炉了炉体开出式电弧炉;1936 年年,德国人制造了德国人制造了18 t炉盖旋转式电弧炉炉盖旋转式电弧炉;1939 年年,瑞典人特勒福斯提出了电弧炉电磁搅拌的思
8、想瑞典人特勒福斯提出了电弧炉电磁搅拌的思想;1960 年年,为为使三相电抗平衡使三相电抗平衡,美国出现了短网等边三角形布置。美国出现了短网等边三角形布置。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程此阶段由于电力、电极、用氧水平、炉容量等的限制此阶段由于电力、电极、用氧水平、炉容量等的限制,炼钢成本大大炼钢成本大大高于平炉高于平炉,因而只适合于冶炼合金钢、特殊钢。因而只适合于冶炼合金钢、特殊钢。3)大发展阶段大发展阶段(从从1960 年至今年至今)由于钢铁工业内部结构在由于钢铁工业内部结构在20 世纪世纪50 年代中期发生了重大变化年代中期发生了重大
9、变化,故故LD 转炉取代了转炉取代了OH平炉的炼钢龙头地位平炉的炼钢龙头地位,但是但是LD 转炉不能像平炉那样转炉不能像平炉那样100%地采用废钢为原料地采用废钢为原料,故伴随着平炉逐步退出炼钢舞台故伴随着平炉逐步退出炼钢舞台,废钢过剩废钢过剩的问题日的问题日突出突出,因此就要求因此就要求EAF 电炉在冶炼合金钢的同时电炉在冶炼合金钢的同时,还要担还要担负起一部分冶炼普通钢种的任务负起一部分冶炼普通钢种的任务,这样就对这样就对EAF 提出了在大幅度提高提出了在大幅度提高生产率的基础上降低生产成本的要求。生产率的基础上降低生产成本的要求。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过
10、程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程1964 年年,美国碳化物公司的施瓦伯美国碳化物公司的施瓦伯(W.E.Schwabe)和西北钢线材公和西北钢线材公司的罗宾逊司的罗宾逊(C.G.Robinson)共同提出了电弧炉超高功率的概念共同提出了电弧炉超高功率的概念,并在并在两台两台135t的电弧炉上采用不同功率水平进行试验的电弧炉上采用不同功率水平进行试验;不久在世界各国推不久在世界各国推广广UHP 操作操作,使冶炼时间大大缩短使冶炼时间大大缩短,从从3 4 h 减少到了减少到了2 h(功率水平功率水平500 kVA/t)。综上所述综上所述,在电弧炉炼钢诞生起至今的在电弧炉炼钢诞生起至今的200 多年时间
11、里多年时间里,历经了从开始历经了从开始时的小型电弧炉专门冶炼合金钢种时的小型电弧炉专门冶炼合金钢种,到后来变化为大型电弧炉兼炼合到后来变化为大型电弧炉兼炼合金钢和普碳钢金钢和普碳钢,直至近来的超高功率大型直至近来的超高功率大型(交、直流交、直流)电弧炉仅仅作为电弧炉仅仅作为废钢熔化及粗炼设备的发展过程。废钢熔化及粗炼设备的发展过程。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程2.我国电弧炉炼钢发展概况我国电弧炉炼钢发展概况1)交流电弧炉的发展交流电弧炉的发展中国电弧炉炼钢技术的大发展始于中国电弧炉炼钢技术的大发展始于1993 年原冶金部和上海市在上海
12、年原冶金部和上海市在上海召开的召开的“当代电炉流程和电炉工程研讨会冶。由于各级政府的引导、当代电炉流程和电炉工程研讨会冶。由于各级政府的引导、支持支持,对现代电弧炉流程进行大量投资对现代电弧炉流程进行大量投资,依靠引进国外先进技术依靠引进国外先进技术,我国我国建成了一批建成了一批“三位一体冶或三位一体冶或“四个一冶的先进电弧炉炼钢流程。四个一冶的先进电弧炉炼钢流程。19932006 年年,我国电炉钢产量及比例的变化我国电炉钢产量及比例的变化情况如图情况如图3-4 所所示示。从从20 世纪世纪90 年代初期至今年代初期至今,随着国民经济持续高速发展随着国民经济持续高速发展,钢材需求量钢材需求量日
13、日增长增长,中国先后建设了中国先后建设了40 多个现代化的电炉车间多个现代化的电炉车间,均选择均选择UHP 电电弧炉。弧炉。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程UHP 电弧炉及其相关的主要设备均从国外引进电弧炉及其相关的主要设备均从国外引进,电弧炉容量为电弧炉容量为50 150 t,到到2003 年约十年间年约十年间,引进的引进的UHP 电弧炉达到电弧炉达到40 多台多台,其中其中30 多台为国际水平多台为国际水平,逸逸100 t 的电弧炉有的电弧炉有13座座,年产年产80 120 万吨钢的有万吨钢的有16 台台,同时淘汰近同时淘汰近1 40
14、0 台小电弧炉。这些大型台小电弧炉。这些大型UHP 电弧炉将发展成电弧炉将发展成为中国电弧炉钢生产的主流。为中国电弧炉钢生产的主流。2)直流电弧炉的发展直流电弧炉的发展迄今为止迄今为止,全世界已经投产的全世界已经投产的50t 以上的直流电弧炉已超过以上的直流电弧炉已超过100 台台,中中国有近国有近15 台。其中台。其中,宝山钢铁公司从法国的克莱西姆公司宝山钢铁公司从法国的克莱西姆公司(CLECIM)引进引进150 t 直流电弧炉直流电弧炉;上海五钢公司从德国的好希望公司上海五钢公司从德国的好希望公司(GHH)引引进了进了100 t 直流电弧炉直流电弧炉;上海浦东钢铁公司从上海浦东钢铁公司从A
15、BB 集团引进了集团引进了100 t 直直流电弧炉。流电弧炉。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程这几台直流电弧炉不但吨位大这几台直流电弧炉不但吨位大,而且炉底电极形式各异。炉底电极的而且炉底电极形式各异。炉底电极的形式分别为钢棒水冷式、触针风冷式及导电耐火材料风冷式炉底电极形式分别为钢棒水冷式、触针风冷式及导电耐火材料风冷式炉底电极。就直流电弧炉的运行情况来看。就直流电弧炉的运行情况来看,排除缺乏驾驭大型电弧炉的技术水排除缺乏驾驭大型电弧炉的技术水平、操作经验与管理经验外平、操作经验与管理经验外,应该说比较正常。效果最佳的当属江阴应该说比较
16、正常。效果最佳的当属江阴兴澄钢铁公司于兴澄钢铁公司于1997 年建成的国内第一条电弧炉年建成的国内第一条电弧炉“四位一体冶短流四位一体冶短流程合金钢生产线程合金钢生产线,即即100 t UHP 直流电弧炉直流电弧炉+LF/VD 炉外精炼炉外精炼+R12 m 五机五流合金钢连铸机五机五流合金钢连铸机+十六机架高刚度连轧机等主要工艺装备十六机架高刚度连轧机等主要工艺装备,这些设备全部从德国德马克公司这些设备全部从德国德马克公司(DEMAG)引进引进,具有当代世界领先具有当代世界领先水平水平,实现了连铸实现了连铸100%、精炼、精炼100%及人均产钢量及人均产钢量1 000 t/(ap),年年产钢量
17、产钢量60 万万t。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程引进投产的引进投产的DC 电弧炉情况电弧炉情况见表见表3-1。3.1.2.2电弧炉炼钢的特点电弧炉炼钢的特点1.优点优点(1)靠电弧加热靠电弧加热,无燃料污染无燃料污染,热效率高热效率高,温度容易控制温度容易控制,能调节炉内气能调节炉内气氛氛,有效回收废钢资源有效回收废钢资源;(2)基建投资少基建投资少,占地面积小占地面积小,生产灵活。生产灵活。2.缺点缺点电弧是点热源电弧是点热源,电力、电极、耐火材料消耗高。电力、电极、耐火材料消耗高。3.电弧炉炼钢发展快的原因电弧炉炼钢发展快的原因(
18、1)初期设备费用比高炉法低。初期设备费用比高炉法低。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程(2)对市场动向的适应性强对市场动向的适应性强,设备运行的控制相对较容易。设备运行的控制相对较容易。(3)已经大容量化或已经有了种种电弧炉炼钢技术的进步。已经大容量化或已经有了种种电弧炉炼钢技术的进步。(4)近年来近年来,在发达国家在发达国家,以钢铁积蓄量增长为背景以钢铁积蓄量增长为背景,提高了在原料成本提高了在原料成本方面的相对竞争力。方面的相对竞争力。(5)因为对环境问题关心程度的提高因为对环境问题关心程度的提高,将废钢作为钢铁资源来有效利用将废钢作为
19、钢铁资源来有效利用的再循环产业已成为可行。的再循环产业已成为可行。(6)高炉法中焦炉的寿命已临近终结。高炉法中焦炉的寿命已临近终结。3.1.2.3电炉的类型电炉的类型按电流特性按电流特性,电弧炉分为交流与直流电弧炉。电弧炉分为交流与直流电弧炉。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统交流电弧炉炼钢法是以废钢为主要原料传统交流电弧炉炼钢法是以废钢为主要原料,以三相交流电作电源以三相交流电作电源,利利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电弧的高温来加热、熔化炉料用电流通过石墨电极与金属料之间产生电弧的高温来加热、熔化炉料,其是用来生产特殊钢和高合金
20、钢的主要方法。其是用来生产特殊钢和高合金钢的主要方法。根据炉衬材质不同根据炉衬材质不同,可分为碱性电弧炉和酸性电弧炉。碱性电弧炉的可分为碱性电弧炉和酸性电弧炉。碱性电弧炉的炉衬用的是碱性耐火材料炉衬用的是碱性耐火材料,如镁砂、白云石如镁砂、白云石;而酸性电弧炉炉衬是用硅而酸性电弧炉炉衬是用硅砖、石英砂等酸性材料砌筑的。砖、石英砂等酸性材料砌筑的。根据功率大小根据功率大小,电弧炉可分为中、低功率电弧炉电弧炉可分为中、低功率电弧炉(100 200 kVA/t),中等功率电弧炉中等功率电弧炉(200 400 kVA/t),高功率电弧炉高功率电弧炉(400 700 kVA/t),超高功率电弧炉超高功率
21、电弧炉(700 1 000 kVA/t)。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程3.1.2.4传统碱性电弧炉炼钢方法及工艺流程介绍传统碱性电弧炉炼钢方法及工艺流程介绍1.常用冶炼方法常用冶炼方法一般可分为氧化法、非氧化法和返回吹氧法三种。一般可分为氧化法、非氧化法和返回吹氧法三种。氧化法氧化法:在炉料熔清后在炉料熔清后,向钢液中加矿或吹氧进行脱向钢液中加矿或吹氧进行脱P、脱、脱C 操作操作,并并使熔池沸腾使熔池沸腾,去除钢中去除钢中H、N 气体及非金属夹杂物气体及非金属夹杂物,再经过还原期脱再经过还原期脱O、脱、脱S,调整钢液化学成分及温度后出
22、钢。此法的特点在于可使钢中调整钢液化学成分及温度后出钢。此法的特点在于可使钢中P、S、H、N、O 等都降低至规定范围内等都降低至规定范围内,达到纯洁钢液的目达到纯洁钢液的目的的,因此大多数钢种均采用此法冶炼。而此法不足之处在于钢中若含因此大多数钢种均采用此法冶炼。而此法不足之处在于钢中若含有大量合金元素有大量合金元素,则会造成氧化损失则会造成氧化损失,并对操作带来不良影响并对操作带来不良影响,故一般故一般配料时多用碳素废钢配料时多用碳素废钢,这又会造成后期合金化困难。这又会造成后期合金化困难。非氧化法非氧化法:冶炼过程中没有氧化期冶炼过程中没有氧化期,能充分回收原料中的合金元素。能充分回收原料
23、中的合金元素。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程炉料熔清后炉料熔清后,经还原调整成分及温度后即可出钢。优点是可在炉料中经还原调整成分及温度后即可出钢。优点是可在炉料中配入大量合金钢切头、切尾、废钢锭、注余、汤道、切屑等配入大量合金钢切头、切尾、废钢锭、注余、汤道、切屑等,减少铁减少铁合金的消耗量合金的消耗量,降低钢的成本。缺点是冶炼过程中不能去降低钢的成本。缺点是冶炼过程中不能去P、去气、去气、去夹杂去夹杂,因此要求配入清洁无锈、无油污的低因此要求配入清洁无锈、无油污的低P 且且C 含量合适的钢铁含量合适的钢铁料料,并尽量避免在冶炼中钢液吸
24、气过多。并尽量避免在冶炼中钢液吸气过多。返回吹氧法返回吹氧法:在炉料中配入大量的合金钢返回料在炉料中配入大量的合金钢返回料,根据根据C 和和O 的亲和的亲和力在一定温度下大于某些合金元素与力在一定温度下大于某些合金元素与O 的亲和力的理论的亲和力的理论,当钢液温度当钢液温度升高至一定温度后升高至一定温度后,向钢液中吹氧向钢液中吹氧,达到在脱达到在脱C(以便去气去夹杂以便去气去夹杂)的同的同时时,又能够避免钢中合金元素氧化损失的目的。这样做既降低了成本又能够避免钢中合金元素氧化损失的目的。这样做既降低了成本,又提高了质量。又提高了质量。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程
25、传统电弧炉炼钢工艺与操作过程2.碱性电弧炉氧化法冶炼工艺流程介绍碱性电弧炉氧化法冶炼工艺流程介绍上炉出钢上炉出钢补炉补炉(Fettling)装料装料(Charging)熔化期熔化期(Melting)氧化期氧化期(Oxidizing)还原期还原期(Reducing)出钢出钢(Tapping)。补炉补炉:上炉出钢后上炉出钢后,迅速将炉体损坏部位进行修补迅速将炉体损坏部位进行修补,以保证下一炉钢的以保证下一炉钢的冶炼。新炉子在炉役期的前几炉可不补炉。冶炼。新炉子在炉役期的前几炉可不补炉。装料装料:将配好的炉料将配好的炉料(Burden)按一定规律装入料罐按一定规律装入料罐(Bucket)中中,然后然
26、后将料罐吊至炉前将料罐吊至炉前,打开炉盖打开炉盖,将炉料一次卸入炉内。一炉钢可视情况一将炉料一次卸入炉内。一炉钢可视情况一次装料或多次装料。次装料或多次装料。熔化期熔化期:从通电至炉料完全熔清的过程称为熔化期。其主要任务是迅从通电至炉料完全熔清的过程称为熔化期。其主要任务是迅速熔化全部炉料速熔化全部炉料,并及早形成一定的炉渣并及早形成一定的炉渣,起到稳定电弧、防止金属挥起到稳定电弧、防止金属挥发与吸气、提早脱发与吸气、提早脱P 等作用。等作用。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程氧化期氧化期:待炉料全部熔清后待炉料全部熔清后,取样分析取样分析
27、,进入氧化期。其主要任务是最进入氧化期。其主要任务是最大限度地脱大限度地脱P(Dephosphorization),去除钢中气体去除钢中气体(H、N)和非金和非金属夹杂物属夹杂物(Non-metallic Inclu-sions),并升温至稍高于出钢温度。并升温至稍高于出钢温度。还原期还原期:氧化期任务完成后氧化期任务完成后,停电扒除氧化渣停电扒除氧化渣,重新造新渣重新造新渣,进入还原进入还原期。其主要任务是脱期。其主要任务是脱O、脱、脱S 及调整钢液的成分和温度。及调整钢液的成分和温度。出钢出钢:当钢液成分和温度均符合出钢要求时当钢液成分和温度均符合出钢要求时,则打开出钢口则打开出钢口,摇炉
28、出钢摇炉出钢。出钢时要做到钢渣混冲。出钢时要做到钢渣混冲,利用钢渣在钢包利用钢渣在钢包(Ladle)中激烈运动中激烈运动,最大最大限度地脱限度地脱S,并防止二次氧化和二次吸气。并防止二次氧化和二次吸气。3.1.2.5电弧炉炼钢主要过程及反应电弧炉炼钢主要过程及反应1.炉料的熔化过程及反应炉料的熔化过程及反应上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程1)炉料的熔化过程炉料的熔化过程装料完毕即可通电熔化。但在供电前装料完毕即可通电熔化。但在供电前,应调整好电极应调整好电极,保证整个冶炼过保证整个冶炼过程中不切换电极程中不切换电极,并对炉子的冷却系统及绝
29、缘情况进行必要的检查。并对炉子的冷却系统及绝缘情况进行必要的检查。炉内炉料熔化过程大致可分为四个阶段炉内炉料熔化过程大致可分为四个阶段,如图如图3-5 所示所示,与之相应的各与之相应的各个阶段情况不同个阶段情况不同,供电制度也应随之变化供电制度也应随之变化(见图见图3-5 和和表表3-2),这样才这样才能保证炉料快速熔化。能保证炉料快速熔化。(1)起弧期起弧期:通电开始通电开始,在电弧的作用下在电弧的作用下,一小部分元素挥发一小部分元素挥发,并被炉气并被炉气氧化氧化,生成红棕色的烟雾生成红棕色的烟雾,从炉中逸出。从送电起弧至电极端部下降从炉中逸出。从送电起弧至电极端部下降1.5d电极电极深度为
30、起弧期深度为起弧期(2 3 min)。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程此阶段电流不稳定此阶段电流不稳定,电弧在炉顶附近燃烧辐射。二次电压越高电弧在炉顶附近燃烧辐射。二次电压越高,电弧越电弧越长长,对炉顶辐射越厉害对炉顶辐射越厉害,并且热量损失也越多。为了保护炉顶并且热量损失也越多。为了保护炉顶,在炉上在炉上部布一些轻薄小料部布一些轻薄小料,以便让电极快速插入料中以便让电极快速插入料中,以减少电弧对炉顶的辐以减少电弧对炉顶的辐射射;供电采用较低电压、电流。供电采用较低电压、电流。(2)穿井期穿井期:起弧完了至电极端部下降到炉底为穿井期。此阶
31、段虽然电起弧完了至电极端部下降到炉底为穿井期。此阶段虽然电弧被炉料所遮蔽弧被炉料所遮蔽,但因不断出现塌料现象但因不断出现塌料现象,电弧燃烧不稳定电弧燃烧不稳定,故供电应故供电应采取较大的二次电压、大电流或采用高电压带电抗操作采取较大的二次电压、大电流或采用高电压带电抗操作,以增加穿井以增加穿井的直径与穿井的速度。的直径与穿井的速度。(3)主熔化期主熔化期:电极下降至炉底后开始回升时主熔化期开始。电极下降至炉底后开始回升时主熔化期开始。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程随着炉料不断地熔化随着炉料不断地熔化,电极渐渐上升电极渐渐上升,至炉料基本
32、熔化至炉料基本熔化(80%),仅炉坡仅炉坡、渣线附近存在少量炉料、渣线附近存在少量炉料,电弧开始暴露给炉壁时电弧开始暴露给炉壁时,主熔化期结束。在主熔化期结束。在主熔化期主熔化期,由于电弧埋入炉料中由于电弧埋入炉料中,电弧稳定、热效率高、传热条件好电弧稳定、热效率高、传热条件好,故应以最大功率供电故应以最大功率供电,即采用最高电压、最大电流供电。主熔化期时即采用最高电压、最大电流供电。主熔化期时间约占整个熔化期的间约占整个熔化期的70%。(4)熔末升温期熔末升温期:电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末升温期。电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末升温期。此阶段因炉壁暴露此阶段因炉壁暴露,尤其
33、是炉壁热点区的暴露尤其是炉壁热点区的暴露,炉壁受到电弧的强烈辐炉壁受到电弧的强烈辐射射,故应注意保护。此时供电上可采取低电压、大电流故应注意保护。此时供电上可采取低电压、大电流,否则应采取泡否则应采取泡沫渣埋弧工艺。沫渣埋弧工艺。2)炉料熔化时的物化反应炉料熔化时的物化反应上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程在熔化过程中在熔化过程中,炉料由固体变为液体炉料由固体变为液体,炉中会发生一系列的物理化学反炉中会发生一系列的物理化学反应应,如元素的挥发、元素的氧化和钢液吸气等。如元素的挥发、元素的氧化和钢液吸气等。(1)元素的挥发。电弧是非常集中的热
34、源元素的挥发。电弧是非常集中的热源,电弧柱的温度高达电弧柱的温度高达3 0006 000,这个温度远远超过金属及其氧化物的沸点这个温度远远超过金属及其氧化物的沸点,就连最难就连最难熔的元素钨的沸点也在熔的元素钨的沸点也在6 000以下以下,因此炉料熔化时会在电弧区内会因此炉料熔化时会在电弧区内会发生元素的挥发现象。钢中主要元素的沸点发生元素的挥发现象。钢中主要元素的沸点见表见表3-3。除了这种直接挥发外除了这种直接挥发外,还可能先形成氧化物还可能先形成氧化物,氧化物在高温下挥发出去氧化物在高温下挥发出去。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程在
35、熔化期在熔化期,从炉门或电极孔逸出的红棕色烟雾就是某些金属及其氧化从炉门或电极孔逸出的红棕色烟雾就是某些金属及其氧化物的挥发产物物的挥发产物,其主要成分是微小的其主要成分是微小的Fe2O3 颗粒颗粒,因铁在炉料中所占比因铁在炉料中所占比例最大例最大,其沸点又较低其沸点又较低,所以挥发量也最多。熔化时所以挥发量也最多。熔化时,金属挥发的总损金属挥发的总损失为失为2%3%。为了减少金属元素的挥发损失。为了减少金属元素的挥发损失,必须提前造好熔化渣必须提前造好熔化渣,减少钢液与电弧的直接作用机会。熔化渣在随炉料装入铁合金时减少钢液与电弧的直接作用机会。熔化渣在随炉料装入铁合金时,应应避免直接布置在电
36、极下面避免直接布置在电极下面,以防止电弧与铁合金料直接接触。以防止电弧与铁合金料直接接触。(2)元素的氧化。熔化期元素的氧化是不可避免的元素的氧化。熔化期元素的氧化是不可避免的,因为炉内存在着氧因为炉内存在着氧(炉料表面的铁锈、炉气及吹氧助熔而引入的氧气都是炉内氧的来源炉料表面的铁锈、炉气及吹氧助熔而引入的氧气都是炉内氧的来源)。各种元素的氧化损失程度取决于元素本身的特性和含量、冶炼方法。各种元素的氧化损失程度取决于元素本身的特性和含量、冶炼方法、炉渣成分、炉料表面质量和吹氧强度等。、炉渣成分、炉料表面质量和吹氧强度等。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢
37、工艺与操作过程一般情况下一般情况下,熔化期钢中的熔化期钢中的Si、Al、Ti、V 等几乎全部氧化等几乎全部氧化,Mn 氧化氧化40%60%,P 氧化氧化40%50%,这与渣的碱度和氧化性等有关这与渣的碱度和氧化性等有关;而在而在吹氧时吹氧时,C 氧化氧化10%30%,Fe 氧化氧化2%3%。同挥发损失相比同挥发损失相比,凡与氧亲和力大的元素凡与氧亲和力大的元素,在熔化期的损失均以氧化损在熔化期的损失均以氧化损失为主失为主;凡与氧亲和力小的或不易氧化的元素凡与氧亲和力小的或不易氧化的元素,熔化期的损失均以挥发熔化期的损失均以挥发为主。为主。(3)钢液的吸气。在熔化期钢液的吸气。在熔化期,铁锈或吸
38、潮的炉料以及炉气中的水分、渗铁锈或吸潮的炉料以及炉气中的水分、渗入炉内的空气在电弧的高温作用下入炉内的空气在电弧的高温作用下,被分解为氢原子和氮原子被分解为氢原子和氮原子,直接或直接或通过渣层而溶解于钢液中。通过渣层而溶解于钢液中。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程为了减少钢液的吸气量为了减少钢液的吸气量,有效的方法是尽早造好熔化渣有效的方法是尽早造好熔化渣,以覆盖钢液面以覆盖钢液面。另外还要及时做好吹氧助熔工作。另外还要及时做好吹氧助熔工作,因为碳氧反应可使钢液产生沸腾因为碳氧反应可使钢液产生沸腾,有利于降低钢液中的气体含量。有利于降低钢
39、液中的气体含量。3)熔化期工艺操作要点熔化期工艺操作要点(1)吹氧助熔。吹氧助熔。当电极到底后当电极到底后,炉底已经形成部分熔池炉底已经形成部分熔池,炉门附近的炉料已达到红热程炉门附近的炉料已达到红热程度时度时(在在950以上以上),应及时吹氧助熔应及时吹氧助熔,以利用元素氧化热加热、熔化以利用元素氧化热加热、熔化炉料。吹氧不宜过早炉料。吹氧不宜过早,否则所生成的氧化亚铁将积聚在温度尚低的熔否则所生成的氧化亚铁将积聚在温度尚低的熔池中池中,待温度上升时会发生急剧的氧化反应待温度上升时会发生急剧的氧化反应,引起爆炸式的大沸腾引起爆炸式的大沸腾,导导致恶性事故。致恶性事故。上一页 下一页返回任务任
40、务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程合适的助熔氧压为合适的助熔氧压为0.4 0.6 MPa。吹氧助熔开始时应以切割法为主。吹氧助熔开始时应以切割法为主,先切割炉门及其两侧炉料先切割炉门及其两侧炉料(打开吹氧通道打开吹氧通道),后切割靠近电极后切割靠近电极“搭桥冶搭桥冶的大块炉料的大块炉料,再切割炉坡附近的炉料。对炉坡附近炉料能用铁耙推拉再切割炉坡附近的炉料。对炉坡附近炉料能用铁耙推拉进入熔池的进入熔池的,就不用氧气切割就不用氧气切割,以防止损坏炉衬。采用切割法有利于消以防止损坏炉衬。采用切割法有利于消除炉料搭桥现象除炉料搭桥现象,避免大塌料事故的发生。当炉料全浸入熔
41、池后避免大塌料事故的发生。当炉料全浸入熔池后,应立应立即在钢、渣界面吹氧提温即在钢、渣界面吹氧提温,以尽快熔清废钢。以尽快熔清废钢。(2)造渣及脱磷。造渣及脱磷。当炉料熔化至当炉料熔化至80%左右时左右时,应做好去磷的准备工作应做好去磷的准备工作,调整好有利去磷的调整好有利去磷的炉渣。它包括合适的碱度、强的氧化性、足够的渣量及良好的流动性炉渣。它包括合适的碱度、强的氧化性、足够的渣量及良好的流动性。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程按脱磷的热力学条件按脱磷的热力学条件,熔化期钢液温度较低熔化期钢液温度较低,为为1 500 1 540,这这是
42、去磷的重要条件。在熔化中后期是去磷的重要条件。在熔化中后期,由于采用吹氧助熔由于采用吹氧助熔,故钢液温度已故钢液温度已在熔点以上在熔点以上,已能保证脱磷动力学条件的需要。如果在这时陆续加入已能保证脱磷动力学条件的需要。如果在这时陆续加入碎矿石或氧化铁皮以及补加石灰碎矿石或氧化铁皮以及补加石灰(石灰加入量计算石灰加入量计算:可根据炉料中的含可根据炉料中的含硅量硅量,算出炉渣中算出炉渣中SiO2 的含量的含量,再根据熔化期炉渣所需的碱度计算。再根据熔化期炉渣所需的碱度计算。在炉料熔清后在炉料熔清后,先是自动流渣先是自动流渣,然后扒去大部分炉渣重新造渣然后扒去大部分炉渣重新造渣,可使氧可使氧化期时间
43、大为缩短。化期时间大为缩短。熔化期炉渣成分依钢种和操作条件的不同而有所变化熔化期炉渣成分依钢种和操作条件的不同而有所变化,大致成分如下大致成分如下:上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程在冶炼高碳钢时在冶炼高碳钢时,氧化期的脱磷工作比较困难氧化期的脱磷工作比较困难,必须在熔化期将磷去除必须在熔化期将磷去除到规格之内到规格之内,才允许转入氧化期操作。冶炼中、低碳钢时才允许转入氧化期操作。冶炼中、低碳钢时,氧化期去磷氧化期去磷不是很困难不是很困难,即使熔清钢液中磷含量略高于钢的规格即使熔清钢液中磷含量略高于钢的规格,也可利用氧化期也可利用氧化期脱碳
44、沸腾和自动流渣方法顺利完成脱磷任务。脱碳沸腾和自动流渣方法顺利完成脱磷任务。目前很多工厂已把氧化期的脱磷任务提前到熔化期来完成目前很多工厂已把氧化期的脱磷任务提前到熔化期来完成,使炉料熔使炉料熔清时钢中磷含量达到规格清时钢中磷含量达到规格,这样氧化期就可以吹氧升温脱碳这样氧化期就可以吹氧升温脱碳,而无须再而无须再脱磷。脱磷。炉料熔化至炉料熔化至90%时时,经搅拌后取参考试样经搅拌后取参考试样,分析钢中分析钢中C、P 等主要元素等主要元素(含残余元素含残余元素),确定氧化工艺操作确定氧化工艺操作,决定所炼钢种。决定所炼钢种。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼
45、钢工艺与操作过程当炉料熔化完毕当炉料熔化完毕,一般应有一般应有10 15 min 的升温时间的升温时间,在温度合适及渣在温度合适及渣况良好的条件下况良好的条件下,便可进入氧化期操作。便可进入氧化期操作。4)加速炉料熔化的措施加速炉料熔化的措施(1)快速补炉和合理装料。快速补炉和合理装料。(2)提高变压器的输出功率。提高变压器的输出功率。(3)吹氧助熔。吹氧助熔。(4)烧嘴助熔。烧嘴助熔。(5)废钢预热。废钢预热。(6)开发、推广二次燃烧技术。开发、推广二次燃烧技术。(7)执行泡沫渣工艺执行泡沫渣工艺,提高热能利用系数。提高热能利用系数。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过
46、程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程(8)缩短熔化期的其他措施。缩短熔化期的其他措施。采用留钢留渣操作采用留钢留渣操作,将剩余钢水和热渣回炉将剩余钢水和热渣回炉,可以充分利用剩余钢水和可以充分利用剩余钢水和炉渣的物理热炉渣的物理热,并可提前吹氧助熔并可提前吹氧助熔,从而缩短熔化时间并降低电耗。从而缩短熔化时间并降低电耗。2.氧化期主要任务及反应氧化期主要任务及反应要去除钢中的磷、气体和夹杂物要去除钢中的磷、气体和夹杂物,必须采用氧化法冶炼必须采用氧化法冶炼,氧化期是氧化氧化期是氧化法冶炼的主要过程。传统冶炼工艺法冶炼的主要过程。传统冶炼工艺,当废钢等炉料完全熔化并达到氧当废钢等炉料完全熔化并达到氧化
47、温度且磷脱除化温度且磷脱除70%以上时以上时,便进入氧化期便进入氧化期,这一阶段到扒完氧化渣这一阶段到扒完氧化渣为止。为保证冶金反应的进行为止。为保证冶金反应的进行,氧化开始温度应高于钢液熔点氧化开始温度应高于钢液熔点5080。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程1)氧化期的任务氧化期的任务(1)进一步降低钢液中的磷含量进一步降低钢液中的磷含量,使其低于成品规格的一半使其低于成品规格的一半(见表见表3-4)。考虑到还原期及钢包中可能回磷。考虑到还原期及钢包中可能回磷,一般钢种要求一般钢种要求P氧化氧化0.015%0.010%。炼高锰钢时。炼高
48、锰钢时,由于锰铁中含磷高由于锰铁中含磷高,故应控制得更低些。故应控制得更低些。(2)去除钢液中气体和非金属夹杂物。去除钢液中气体和非金属夹杂物。(3)加热和使钢水温度均匀。加热和使钢水温度均匀。(4)控制钢中的含碳量。控制钢中的含碳量。氧化期的主要任务是去磷和脱碳氧化期的主要任务是去磷和脱碳,去除钢中气体、夹杂和钢液升温是去除钢中气体、夹杂和钢液升温是在脱碳过程中同时进行的。在脱碳过程中同时进行的。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程为了完成上述任务为了完成上述任务,配料时必须把碳量配得高出所炼钢种碳规格上限配料时必须把碳量配得高出所炼钢种碳
49、规格上限的一定量的一定量,使熔清时钢中碳含量超出规格下限使熔清时钢中碳含量超出规格下限0.3%,以供氧化期氧化以供氧化期氧化碳的操作所用。同时还必须向熔池输送氧碳的操作所用。同时还必须向熔池输送氧,制造高氧化性的炉渣制造高氧化性的炉渣,以氧以氧化碳、磷等元素。电弧炉广泛使用的氧化剂是铁矿石和氧气。化碳、磷等元素。电弧炉广泛使用的氧化剂是铁矿石和氧气。2)氧化期的工艺操作制度氧化期的工艺操作制度(1)造渣制度。造渣制度。对氧化期炉渣的主要要求是对氧化期炉渣的主要要求是:具有足够的氧化性能、合适的碱度与渣具有足够的氧化性能、合适的碱度与渣量及良好的物理性能量及良好的物理性能,以保证能顺利完成氧化期
50、的任务。以保证能顺利完成氧化期的任务。氧化过程的造渣应兼顾脱磷和脱碳的特点氧化过程的造渣应兼顾脱磷和脱碳的特点,两者共同的要求是两者共同的要求是:炉渣的炉渣的流动性良好流动性良好,有较高的氧化能力。有较高的氧化能力。上一页 下一页返回任务任务3.1传统电弧炉炼钢工艺与操作过程传统电弧炉炼钢工艺与操作过程不同的是不同的是:脱磷要求渣量大脱磷要求渣量大,不断流渣和造新渣不断流渣和造新渣,碱度以碱度以2.5 3 为宜为宜;而脱碳要求渣层薄而脱碳要求渣层薄,以便于以便于CO 气泡穿过渣层逸出气泡穿过渣层逸出,炉渣碱度为炉渣碱度为2 左右。左右。氧化期的渣量是根据脱磷任务而确定的。在完成脱磷任务时氧化期
