1、1电炉炼钢主讲:冶金工程系 吴国玺(教授)2主要内容一一 电弧炉发展概况电弧炉发展概况二二 电弧炉车间生产模拟电弧炉车间生产模拟三三 电弧炉生产工艺电弧炉生产工艺冶炼基本原理冶炼基本原理4电炉炼钢设备电炉炼钢设备3一一 电弧炉发展概况电弧炉发展概况1.电炉发展概况2.直流电炉的发展41.电炉发展概况 电弧炉炼钢至今有百年历史，最先使用的电弧炉为直流电弧炉，由于炉容的扩大，当时很难提供大功率整流电源，因此出现了三相交流电弧炉，并长期占据主导地位。主要用于高合金钢和特殊钢，由于速度慢、能速度慢、能耗低耗低，上世纪60年代后，首先采用吹氧代替矿石，使之可以利用废钢较低成本的生产线材、棒材用钢。随着超
2、高功及二次精炼、连铸技术的发展，至上世纪90年代，冶炼周期冶炼周期缩短至1h以下，电耗电耗410KWh/t，电极消耗电极消耗2.0kg左右，使“短流程短流程”可与“长流程长流程”相抗衡。并逐步开发了直流电弧炉技术，截止目前，大型直流电弧炉已成为短流程的主体设备。52.直流电炉的发展交流电弧炉的缺点：1）稳定性差、噪音大、功率因素低、引起电网闪烁；2）三相负荷不均匀，形成热点，造成耐火材料损失严重。因此，随着大功率闸管技术发展，重新开始直流电弧炉的研究。62.直流电炉的发展 交流电弧炉的缺点交流电弧炉的缺点：1）稳定性差、噪音大、功率因素低、引起电网闪烁；2）三相负荷不均匀，形成热点，造成耐火材
3、料损失严重。因此，随着大功率闸管技术发展，重新开始直流电弧炉的研究。第一阶段：实验直流电弧炉的建造（7080年代）；第二阶段：中小型电弧炉的建造（80年代中期）；第三阶段：大型工业支流电弧炉的建造（90年代）直流电弧炉的优点：直流电弧炉的优点：1）对电网冲击小，无需动态补充装置；2）石墨电极消耗低，是交流的1/2；3）冶炼周期短，熔化时间短1020%，电耗低50%；4）耐材与金属消耗低，环境污染小，投资回收周期短。7二二 电弧炉车间生产模拟电弧炉车间生产模拟（设备巡视设备巡视）8电弧炉车间生产模拟电弧炉车间生产模拟（生产模拟生产模拟）9三三 电弧炉生产工艺电弧炉生产工艺电弧炉冶炼中的各项操作制
4、度电弧炉冶炼中的各项操作制度10装 料 制 度炉料种类炉料种类 返回料、废钢、生铁、直接还原铁、造渣材料等。废钢准备废钢准备 分类管理,化学成分为已知,大块需切割。布料顺序布料顺序 轻料重废钢中型废钢轻型废钢,另需配入一定的增碳剂(炉料的最下部),防止碳在熔化中氧化。装料次数与方式装料次数与方式 以废钢队比重确定装料次数,由炉顶装入。11供 电 制 度目的目的:获得高的熔化速率、低物耗、低能耗。供电方式供电方式：低档供电对应起弧阶段，采用低档位电压；高档供电对应“穿井”，采用长电弧大电流；中档供电对应熔清，用中级电压，减少输入功率至出钢。12造 渣 制 度造渣材料：造渣材料：石灰、萤石、白云石
5、、火砖块、氧化铁皮；造渣制度：造渣制度：为保护炉衬和去P，采用提前造渣，起弧后加石灰，形成熔池后调整；泡沫渣操作：泡沫渣操作：通过吹O2喷C生成大量CO2实现，可降低噪音，减轻侵蚀，降低电极消耗；流渣操作：流渣操作：为最大限度脱P，将富P氧化渣排出，炉子向出渣方向倾动。13供 氧 制 度目的目的:熔化期供氧切割炉料、助熔、化渣，氧化精炼期脱C、升温、搅拌熔池；方式：方式：自耗氧枪、水冷C-O喷枪、炉门供氧；制度：制度：自 耗 氧 枪 流 量40005000Nm3/h，压力10-12bar，C-O喷枪流量60008000Nm3/h，压力12bar14偏 心 底 出 钢目的：目的：实现无渣出钢，加
6、速下炉料熔化，为早期脱P创造条件，保护耐材；操作：操作：留钢1015%和全部氧化渣；合金化：合金化：出钢时钢包中预合金化，精调在LF内完成。15四四 冶炼基本原理冶炼基本原理16脱碳矿石脱矿石脱C C：在钢液温度高于14801520时利用矿石脱C的反应为（Fe2O3）+Fe=3（FeO）（FeO）+C=Fe+CO吹氧脱吹氧脱C C：直接脱C反应2C+O2=2CO间接脱C反应2Fe+O2=2（FeO）（FeO）=O+FeC+O=CO17脱磷碱性渣脱碱性渣脱P P反应：反应：2P+5O+3（CaO）=（3CaO.P2O5）脱脱P P条件：条件：高碱度、高氧化性、低温和大渣量。18二次燃烧概念概念:
7、炉气中含有CO、H2、CH4等气体，通过熔池上方氧枪向炉气中提供过量的氧，CO在炉内燃烧成CO2，将化学能转变为热能；机理：机理：2CO+O2=2CO2方式：方式：使用水冷PC枪完成；影响因素：影响因素：充足的O2供应、低炉气温度、一定限度燃烧，防止电极过氧化，可通过O2流量在线控制实现。19五五 电炉炼钢设备电炉炼钢设备201.供电系统供电系统21整流变压器整流变压器结构：结构：芯式和壳式两种；特点：特点：二次电流大，较宽的二次电压调节范围，连续的满负荷电流；电压调节：电压调节：变压器二次电流大幅度调节时需借助感应器完成。22 整整 流流 器器结构：结构：大型直流炉采用12脉动的双桥式整流电
8、路，整流元件为晶闸管；要求：要求：足够的高温机械强度；满足高速、大范围控制；晶闸管与电极升降协调性好；对高电压有保护与绝缘。23 电电 抗抗 器器作用：作用：当电弧炉发生短路时，将短路电流限制在整流器可以接受的范围内，减轻电弧负载波动；数量：数量：每6个脉冲整流单元配置一台数百微亨的直流电抗器。24电极夹持器电极夹持器作用：作用：装卡石墨电极的装置；结构：结构：前夹头、后夹头、推杆机构、气动压紧装置组成；动作：动作：电极松开是通过汽缸驱动推杆将后夹头后移松开电极，汽缸排压，电极加紧。25 底底 电电 极极 水冷金属棒型底电极通常采用3根直径为200250mm铜钢复合结构，上部为钢棒钢棒，下部为
9、水冷铜棒水冷铜棒。262.机械设备机械设备27炉炉 体体炉炉 壳：壳：钢板结构件,分段式,圆桶形.上部水冷炉壁,下部圆柱和平底焊接结构;内 衬 为 耐 火 材 料,炉 底450600mm镁砖永久层,镁砂打结工作层;炉炉 门：门：开在炉壳前方,一组水冷钢管组成,电机带动链条实现炉门开关;偏心底机构：偏心底机构：在炉壳后方,由平板阀和弹簧压紧装置组成;平板阀通过液压将弹簧压紧而打开,反之关闭;小小 炉炉 底：底：是直流炉炉底电极固定专用设备,由水冷钢棒底电极及其联接部件、耐材、底部法兰组成.28炉体倾动装置炉体倾动装置 在炉底两侧设置一对圆弧轨道，通过液压装置驱动炉体倾动；加料冶炼时靠机械设备维持
10、炉子在水平位置；出钢和流渣时实现炉体倾动。29炉炉 盖盖水冷炉盖：水冷炉盖：用于关闭电炉，由钢结构框架和管式冷却盘组成；炉盖提升：炉盖提升：通过四点连接件与提升炉盖的悬臂梁相连，通过电动卷扬或液压缸带动连杆机构提升卢盖。30电极升降装置电极升降装置 由支撑横臂的立柱、导向装置、电极升降液压缸、锁定装置组成。控制电极升降是由电极升降调节系统的比例阀调节，从而控制冶炼电流。313.除尘系统除尘系统32强制冷却器强制冷却器作用：作用：将第二孔除尘的高温炉气高速自然风冷却；组成：组成：进气孔、风机、热交换器、出气孔；冷却控制：冷却控制：根据进入冷却器烟气温度自动控制吹风机开启台数。33布袋除尘器布袋除
11、尘器组成：组成：布袋房、集尘仓、进出气孔、反清仓管组成；工作原理：工作原理：含尘气体经集尘仓后通过联合管板进过滤布袋。粉尘和气体通过滤袋分离，净化气体经气孔排出，再关闭进气孔，打开反吹风阀门，使粉尘进入集尘仓。34重力除尘器重力除尘器效率：效率：可去除粒径30的大颗粒灰尘，效率80%，出口含尘210g/m3；工作原理：工作原理：粉尘随高速气体进入集尘器，管径变大，气流速度降低，粉尘汇集于集尘器底部，净化气体从上部排出。354.加料系统加料系统36装料罐装料罐作作 用：用：用于将从废钢坑装入的废钢吊装入电弧炉；结构与操作：结构与操作：钢板焊接成圆桶形，以蛤式最广泛。料罐无料和开门钢绳放松时底门自
12、行关闭。料罐靠炉料重量将底门自动关闭，开门钢绳拉动后底门打开。37高位料仓高位料仓 电炉及其炉后处理的辅助材料主要由地下受料仓、皮带运输机、炉顶料仓及其振动给料机、称量斗、投料斗组成。炉顶料仓2025个,装入CaO、CaF2、C等。上料通过液位计发出指令由地下料仓输送。385.供氧设备供氧设备39自耗式氧枪自耗式氧枪用用 途：途：熔化初期用于切割费钢，为使用水冷碳氧枪造泡沫渣创造条件；组组 成：成：一个旋转横臂、二根氧枪的给进装置、一个气动控制柜、一个电动机、软管和软管卷筒。工作原理：工作原理：由PLC控制，支撑柱旋转由电动机驱动。枪杆的给进通过直线传动补偿损耗，枪杆由加紧装置加紧，可进入或退出。给进装置的水平和垂直活动范围为整个炉门。供氧管线由软管卷筒、软管与相关的强管通过快速接头连接。40水冷碳氧喷枪水冷碳氧喷枪功能：功能：水冷碳氧喷枪的功能是自耗式氧枪打通从炉门到电极的通道后，水冷碳氧喷枪通过炉门进行操作。通过向电炉吹氧和碳粉混合物来造泡沫渣。工作原理：工作原理：水冷碳氧喷枪是旋转横臂式，包括回转台装置和一个横臂旋转驱动装置，用带力矩限位的齿轮电动机驱动。枪管有三层同心管和一个铜喷嘴组成，同心管外二层腔内通冷却水。同心管的中心管是由不锈钢制成的吹氧管，铜喷头是双拉瓦尔式的，碳氧枪通过气动还可垂直、左右移动。
