1、第四章第四章 电炉炼钢电炉炼钢(EAF steelmaking)22023-1-24/4:06:34主要内容主要内容4.1 电炉炼钢概述电炉炼钢概述4.2 现代炼钢电弧炉的构造现代炼钢电弧炉的构造4.3 电弧炉的电气设备电弧炉的电气设备4.4 电炉氧化法冶炼工艺电炉氧化法冶炼工艺32023-1-24/4:06:344.1 电炉炼钢概述电炉炼钢概述p 电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。p 传统电弧炉是以传统电弧炉是以废钢为主要原料废钢为主要原料，以，以三相交流电作三相交流电作电源电源，利用，利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电电流通过石墨电
2、极与金属料之间产生电弧的高温来加热、熔化炉料弧的高温来加热、熔化炉料，是用来产生，是用来产生特殊钢和特殊钢和高合金钢高合金钢的主要方法。的主要方法。p 电炉钢除了将在传统的特殊钢和高合金钢领域继续电炉钢除了将在传统的特殊钢和高合金钢领域继续保持其相对优势外，正在保持其相对优势外，正在普钢普钢领域表现出强劲的领域表现出强劲的竞竞争态势争态势。44.1 电炉炼钢概述电炉炼钢概述p 优点优点 （1）热效率）热效率 （2）温度高）温度高 （3）温度易于控制）温度易于控制 （4）炉内气氛可以控制）炉内气氛可以控制2023-1-24/4:06:3552023-1-24/4:06:35电炉类型电炉类型620
3、23-1-24/4:06:35p 电弧炉电弧炉近于球形体近于球形体，从减少散热表面积出发，以，从减少散热表面积出发，以球形为最好球形为最好。现代电弧炉炉体。现代电弧炉炉体中部是圆桶形中部是圆桶形，炉炉底为弧形底为弧形，炉顶为拱形炉顶为拱形。p 作为发热体，电极端部的三电弧位于炉内中心部作为发热体，电极端部的三电弧位于炉内中心部位。位。三电三电 极分布在极分布在 等边三角等边三角 形顶点上。形顶点上。电炉炉型电炉炉型72023-1-24/4:06:354.2 现代炼钢电弧炉的构造现代炼钢电弧炉的构造p 炉体炉体p 炉体倾动装置炉体倾动装置p 水冷炉盖水冷炉盖p 电极升降装置电极升降装置82023
4、-1-24/4:06:35炉体炉体p 电炉炉体主要电炉炉体主要由炉壳、炉门、由炉壳、炉门、偏心底出钢机偏心底出钢机构、小炉底构、小炉底（直流电弧炉）（直流电弧炉）等组成。等组成。92023-1-24/4:06:35炉体倾动装置炉体倾动装置p 炉体倾动装置是用作炉炉体倾动装置是用作炉体体出钢出钢和流渣时和流渣时实现炉实现炉体倾动体倾动。炉体倾动是在。炉体倾动是在炉底两侧设置一对圆弧炉底两侧设置一对圆弧轨道，通过液压装置趋轨道，通过液压装置趋动炉体倾动。在加料冶动炉体倾动。在加料冶炼时靠机械设备维持炉炼时靠机械设备维持炉子在水平位置。子在水平位置。102023-1-24/4:06:35水冷炉盖水冷
5、炉盖p 主要用来主要用来关闭电炉关闭电炉。水冷炉盖由钢结构框架和。水冷炉盖由钢结构框架和管式冷却盘组成，此结构同时支撑管式抽气弯管式冷却盘组成，此结构同时支撑管式抽气弯管，冷却盘由位于外径的供水管供水。炉盖中管，冷却盘由位于外径的供水管供水。炉盖中心孔设一个锥形套环用来放置带孔的耐火材料心孔设一个锥形套环用来放置带孔的耐火材料圈，电极穿过此孔做升降运动。圈，电极穿过此孔做升降运动。p 炉盖提升通过四点连接件与提升炉盖的悬梁相炉盖提升通过四点连接件与提升炉盖的悬梁相连，通过电动卷扬机或液压缸带动连杆机构提连，通过电动卷扬机或液压缸带动连杆机构提升炉盖。升炉盖。112023-1-24/4:06:3
6、5水冷炉盖水冷炉盖122023-1-24/4:06:35电极横臂升降装置电极横臂升降装置p 电极横臂升降装置由支撑电极横臂升降装置由支撑横臂的横臂的立柱立柱、立柱导向装立柱导向装置置（铸钢结构）、（铸钢结构）、电极升电极升降液压缸降液压缸以及以及锁定装置锁定装置组组成。控制电极升降的液压成。控制电极升降的液压缸装在立柱内，缸体固定缸装在立柱内，缸体固定在立柱导向装置上。电极在立柱导向装置上。电极升降是由电极升降调节系升降是由电极升降调节系统所控制的比例阀来调节，统所控制的比例阀来调节，从而控制冶炼电流。从而控制冶炼电流。132023-1-24/4:06:354.3 电弧炉的电气设备电弧炉的电气
7、设备p 高压电源与高压电源与 隔离开关；隔离开关；p 高压短路器；高压短路器；p 电抗器；电抗器；p 变压器；变压器；p 短网；短网；p 电极电极142023-1-24/4:06:35p 高压电源与隔离开关高压电源与隔离开关：高压电源一般为：高压电源一般为10110KV；隔离开关主要用于电炉设备检修时，；隔离开关主要用于电炉设备检修时，断开高压电源，有时也用来进行切换操作。断开高压电源，有时也用来进行切换操作。p 高压断路器高压断路器：它的作用是使高压电路在负载下接通：它的作用是使高压电路在负载下接通或断开，并作为保护开关在电气设备发生故障时，或断开，并作为保护开关在电气设备发生故障时，自动切
8、断高压电路。自动切断高压电路。p 电抗器电抗器：串联在变压器高压侧，其作用是增加电路：串联在变压器高压侧，其作用是增加电路中感抗，以达到稳定电弧和限制短路电流的目的。中感抗，以达到稳定电弧和限制短路电流的目的。电气设备的作用电气设备的作用152023-1-24/4:06:35电气设备的作用电气设备的作用p 变压器变压器：电弧炉的主要电气设备，其作用使降：电弧炉的主要电气设备，其作用使降低输入电压（一般为低输入电压（一般为200527V），产生大），产生大的电流（几千到几万安培），供给电弧炉。的电流（几千到几万安培），供给电弧炉。p 短网短网：从变压器低压侧的引出线至电极的一段：从变压器低压侧的
9、引出线至电极的一段线路，约有线路，约有1020m，截面积大，通过电流，截面积大，通过电流大。大。p 电极电极：将变压器输入的电流引入熔炼室的导体：将变压器输入的电流引入熔炼室的导体。162023-1-24/4:06:354.4 电炉氧化法冶炼工艺电炉氧化法冶炼工艺 p 双渣氧化法双渣氧化法又称又称氧化法氧化法，它的特点是冶炼过程有，它的特点是冶炼过程有氧化期，能去碳、去磷、去气和去夹杂等。对炉氧化期，能去碳、去磷、去气和去夹杂等。对炉料无特殊要求，冶炼过程有氧化期，又有还原期，料无特殊要求，冶炼过程有氧化期，又有还原期，有利钢质量的提高。有利钢质量的提高。p 传统的氧化法冶炼传统的氧化法冶炼工
10、艺操作过程工艺操作过程包括：包括：补炉补炉、装装料料、熔化熔化、氧化氧化、还原还原与与出钢出钢六个阶段组成。六个阶段组成。主主要由要由熔化期、氧化期、还原期熔化期、氧化期、还原期三期组成，俗称老三期组成，俗称老三期，它是电炉炼钢的基础。三期，它是电炉炼钢的基础。172023-1-24/4:06:354.4.1 补炉补炉p 影响炉衬寿命的主要因素影响炉衬寿命的主要因素：有炉衬的种类、性质：有炉衬的种类、性质和质量；高温电弧辐射和熔渣的化学侵蚀；吹氧和质量；高温电弧辐射和熔渣的化学侵蚀；吹氧与钢液、炉渣等的机械冲刷以及装料的冲击。与钢液、炉渣等的机械冲刷以及装料的冲击。p 补炉部位：补炉部位：炉衬
11、损坏的主要部位是炉衬损坏的主要部位是炉壁渣线炉壁渣线，出出钢口钢口，炉门两侧炉门两侧。p 补炉方法：补炉方法：补炉方法可分为补炉方法可分为人工投补人工投补和和机械喷补机械喷补补炉的原则是：补炉的原则是：高温、快补、薄补高温、快补、薄补。p 补炉材料：补炉材料：碱性电炉机械喷补材料主要用镁砂、碱性电炉机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐白云石或两者的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。等粘结剂。182023-1-24/4:06:354.4.2 装料装料p 目前，广泛采用炉顶目前，广泛采用炉顶料篮料篮装料，每炉钢的炉料分装料，每炉钢的炉料分13次加入。次加入。p 装
12、料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电极消耗以及合金元素的烧损等。因此要求合理装极消耗以及合金元素的烧损等。因此要求合理装料，这主要取决于炉料在料筐中的布料合理与否。料，这主要取决于炉料在料筐中的布料合理与否。p 现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、中间现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭桥，高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭桥，提前助熔效果好。提前助熔效果好。电电炉炉装装料料202023-1-24/4:06:354.4.3 熔化熔化p 传统工艺熔化期占整个冶炼时间的传统工艺熔化期占整个冶炼时间的50
13、%70，电耗占，电耗占60%80。熔化期的长短影响生产率和电耗；熔化期的长短影响生产率和电耗；熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与否。否。p 熔化期的主要任务熔化期的主要任务是是将块状的固体炉料快速熔将块状的固体炉料快速熔化、并加热到氧化温度；提前造渣，早期去磷，化、并加热到氧化温度；提前造渣，早期去磷，减少钢液吸气与挥发减少钢液吸气与挥发。p 熔化期的操作主要是熔化期的操作主要是合理供电合理供电，及时吹氧及时吹氧，提提前造渣前造渣。212023-1-24/4:06:35222023-1-24/4:06:354.4.4 氧化氧化p 氧化期的主要任务是：氧
14、化期的主要任务是：造渣脱磷到要求（造渣脱磷到要求（wP0.02）；）；脱碳（脱碳（C-O）至规格下限；）至规格下限；去气、去夹杂（利用去气、去夹杂（利用C-O反应）；反应）；提高钢液温度。提高钢液温度。p 当钢液的温度、磷、碳等符合要求，当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化扒除氧化渣、造稀薄渣进入还原期渣、造稀薄渣进入还原期。232023-1-24/4:06:354.4.5 还原还原p 还原期的主要任务还原期的主要任务 脱氧至要求（脱氧至要求（wO为为0.003-0.008%）；）；脱硫至一定值；脱硫至一定值；调整钢液成分，进行合金化；调整钢液成分，进行合金化；调整钢液温度。调整钢液温度。
15、p 其中：其中：脱氧脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。是核心，温度是条件，造渣是保证。242023-1-24/4:06:35p 电炉常用综合脱氧法，其还原操作以脱氧为核心。电炉常用综合脱氧法，其还原操作以脱氧为核心。当钢液的温度、磷和碳含量符合要求，扒渣量超当钢液的温度、磷和碳含量符合要求，扒渣量超过过95；加加Fe-Mn、Fe-Si块等预脱氧（沉淀脱氧）；块等预脱氧（沉淀脱氧）；加石灰、萤石、火砖块，造稀薄渣；加石灰、萤石、火砖块，造稀薄渣；还原，加碳粉、还原，加碳粉、Fe-Si粉等脱氧（扩散脱氧），粉等脱氧（扩散脱氧），分分35批，批，710min批；批；搅拌，取样、测温；搅拌，取样、测
16、温；调整成分，加调整成分，加Al或或Ca-Si块等终脱氧（沉淀脱块等终脱氧（沉淀脱氧）；氧）；出钢出钢还原操作还原操作252023-1-24/4:06:354.4.6 出钢出钢p 传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原后，传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原后，当当化学成分合格，温度符合要求，钢液脱化学成分合格，温度符合要求，钢液脱氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出钢钢。p 因出钢过程的钢因出钢过程的钢-渣接触可进一步脱氧与渣接触可进一步脱氧与脱硫，故要求采取脱硫，故要求采取“大口、深冲、钢大口、深冲、钢-渣渣混合混合”的出钢方式。的出钢方式。电电炉炉出出钢钢2
17、72023-1-24/4:06:354.4.7 钢液的合金化钢液的合金化p 现代电炉冶炼工艺的合金化一般是在出钢过程现代电炉冶炼工艺的合金化一般是在出钢过程中在中在钢包内完成钢包内完成。p 出钢时钢包中合金化为出钢时钢包中合金化为预合金化预合金化，精确的合金，精确的合金成分调整最终是在精炼炉内完成的。成分调整最终是在精炼炉内完成的。p 合金化操作主要指合金化操作主要指合金加入时间合金加入时间与与加入的数量加入的数量。28现代电炉炼钢造渣制度的特点现代电炉炼钢造渣制度的特点p 起泡系数和渣的氧化度起泡系数和渣的氧化度起泡指数起泡指数 碳氧化物经过渣层渐渐消失的持续时间碳氧化物经过渣层渐渐消失的持
18、续时间 气泡停留的时间气泡停留的时间 任一时刻任一时刻CO的体积的体积起泡系数起泡系数 在熔炼的每一时刻起泡渣和平静渣的体积比在熔炼的每一时刻起泡渣和平静渣的体积比 动态调整模式下，渣液中气泡停留的时间动态调整模式下，渣液中气泡停留的时间2023-1-24/4:06:3529现代电炉炼钢造渣制度的特点现代电炉炼钢造渣制度的特点p 渣的氧化度（渣的氧化度（23%-26%）（1）渣起泡所需的碳氧化物析出量）渣起泡所需的碳氧化物析出量 （2）氧化度提高降低渣的粘度）氧化度提高降低渣的粘度 稳定性稳定性 熔融物能量传递的程度熔融物能量传递的程度2023-1-24/4:06:3530现代电炉炼钢造渣制度
19、的特点现代电炉炼钢造渣制度的特点2023-1-24/4:06:3531现代电炉炼钢造渣制度的特点现代电炉炼钢造渣制度的特点p 低起泡系数会引起钢水的强烈氧化低起泡系数会引起钢水的强烈氧化 喷入溶池消耗的碳绝大部分不是用在降低渣的喷入溶池消耗的碳绝大部分不是用在降低渣的氧化度上，而是用在维持铁水的继续氧化上氧化度上，而是用在维持铁水的继续氧化上 2023-1-24/4:06:3532现代电炉炼钢造渣制度的特点现代电炉炼钢造渣制度的特点2023-1-24/4:06:35p 气泡系数与渣的氧化度的关系气泡系数与渣的氧化度的关系 f高出高出2倍，由此带来的渣过氧化减小，碳的正倍，由此带来的渣过氧化减小
20、，碳的正面作用面作用；碳粉喷入设备没有彻底完善，不能保；碳粉喷入设备没有彻底完善，不能保持合适的氧化度持合适的氧化度33100 t 竖式电炉高效炼钢技术分析竖式电炉高效炼钢技术分析p 废钢预热技术废钢预热技术 （1）前）前1炉开始精炼时炉开始精炼时 氧油烧嘴和竖炉指形托架氧油烧嘴和竖炉指形托架 下下1炉第炉第1批料批料 （2）竖炉指形托架）竖炉指形托架 氧油烧嘴氧油烧嘴 第第2批料批料 通电熔化废钢通电熔化废钢 碳氧枪吹氧碳氧枪吹氧 造泡沫渣造泡沫渣 （3）第）第2批预热批预热 熔池熔清熔池熔清优点：预热、过滤除尘优点：预热、过滤除尘2023-1-24/4:06:3534100 t 竖式电炉高
21、效炼钢技术分析竖式电炉高效炼钢技术分析p 热装部分铁水技术热装部分铁水技术 对对FSF供电的影响供电的影响2023-1-24/4:06:3535100 t 竖式电炉高效炼钢技术分析竖式电炉高效炼钢技术分析对供氧的影响对供氧的影响 热装后泡沫渣迅速形成，近似转炉的供氧条热装后泡沫渣迅速形成，近似转炉的供氧条件，用于切割和熔化废钢的氧气量降低，氧的件，用于切割和熔化废钢的氧气量降低，氧的利用率升高利用率升高2023-1-24/4:06:3536100 t 竖式电炉高效炼钢技术分析竖式电炉高效炼钢技术分析对冶炼周期的影响对冶炼周期的影响 低于低于33%时，废钢的传热效率时，废钢的传热效率 高于高于3
22、3%时，脱碳速率时，脱碳速率 供氧压力和流量供氧压力和流量2023-1-24/4:06:3537100 t 竖式电炉高效炼钢技术分析竖式电炉高效炼钢技术分析p 强化用氧技术强化用氧技术 碳氧枪和泡沫渣技术碳氧枪和泡沫渣技术 泡沫渣的形成泡沫渣的形成 电弧炉的热效率、熔化初期脱磷条件、炉壳水电弧炉的热效率、熔化初期脱磷条件、炉壳水冷板的使用寿命冷板的使用寿命 二次燃烧技术二次燃烧技术 局限性：局限性：1）705度；度；2）烟气）烟气 对流或者辐射对流或者辐射 氧气、轻柴油烧嘴技术氧气、轻柴油烧嘴技术 1）针对不均匀；）针对不均匀；2）理想配比）理想配比2.33：12023-1-24/4:06:3
23、538100 t 竖式电炉高效炼钢技术分析竖式电炉高效炼钢技术分析p 存在的问题：废钢原料存在的问题：废钢原料 对废钢质量对冶炼的不利影响主要表现在：对废钢质量对冶炼的不利影响主要表现在：（1）重型废钢）重型废钢 （2）轻薄废钢与废气中未燃烧的氧气）轻薄废钢与废气中未燃烧的氧气 熔融物熔融物 （3）“冰山冰山”提升竖炉炉盖提升竖炉炉盖 塌料塌料 解决的措施：解决的措施：（1）深加工）深加工 （2）布料方式和结构）布料方式和结构 （3）铁水）铁水2023-1-24/4:06:3539不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析p 两种不同炉型和冶炼工艺两种不同炉型和冶炼工艺
24、2023-1-24/4:06:3640不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析p 钢液的氮含量钢液的氮含量 2023-1-24/4:06:3641不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析p 钢液含氮量差别影响因素调查钢液含氮量差别影响因素调查 配料分析：配料分析：HBI(热压块铁热压块铁)2023-1-24/4:06:3642不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析 电炉冶炼工艺分析：电炉冶炼工艺分析：穿井模式分析：穿井模式分析：2023-1-24/4:06:3643不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析不同炉型对电炉钢液氮含量
25、影响分析2023-1-24/4:06:36p 不同类型电炉钢液氮含量差别机理分析不同类型电炉钢液氮含量差别机理分析 电炉钢液增氮与脱氮机理电炉钢液增氮与脱氮机理 不同类型电炉冶炼工艺时间对比不同类型电炉冶炼工艺时间对比44不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析p 电炉冶炼工艺对钢液氮含量的影响电炉冶炼工艺对钢液氮含量的影响 穿井期穿井期 穿井期间，高温电弧将空气中的氮分解成原子穿井期间，高温电弧将空气中的氮分解成原子状态的氮，提高了氮原子的浓度状态的氮，提高了氮原子的浓度竖式电炉：竖式电炉：传统电炉：传统电炉：2023-1-24/4:06:3645不同炉型对电炉钢液氮
26、含量影响分析不同炉型对电炉钢液氮含量影响分析熔化期熔化期 溶池面积小，钢液温度低，不利于化渣溶池面积小，钢液温度低，不利于化渣 碳含量相对较高，无法形成较好的泡沫渣碳含量相对较高，无法形成较好的泡沫渣氧化期氧化期 泡沫渣屏蔽泡沫渣屏蔽 CO屏蔽屏蔽 CO带走部分氮带走部分氮出钢期出钢期2023-1-24/4:06:3646电炉炼钢采用热装铁水法存在的问题电炉炼钢采用热装铁水法存在的问题2023-1-24/4:06:3647电炉炼钢采用热装铁水法存在的问题电炉炼钢采用热装铁水法存在的问题2023-1-24/4:06:3648电炉炼钢采用热装铁水法存在的问题电炉炼钢采用热装铁水法存在的问题2023-1-24/4:06:36492023-1-24/4:06:36第四章第四章 小结小结p 重点掌握内容：重点掌握内容：电弧炉的电气设备组成及作用；电弧炉的电气设备组成及作用；电炉氧化法冶炼工艺：电炉氧化法冶炼工艺：氧化法冶炼氧化法冶炼工艺操作过程及老三期；工艺操作过程及老三期；补炉部位及原则；补炉部位及原则；现场装料经验；现场装料经验；氧化期的任务；氧化期的任务；还原期的任务。还原期的任务。
