《电炉炼钢法》ppt课件

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1、冶金学炼钢篇,阎立懿 东北大学钢铁冶金研究所 2009年6月/沈阳,（No10）,2019/1/7,东北大学/阎立懿,2,主 要 内 容,概述 炼钢基础理论 炼钢用原材料 转炉炼钢法 电炉炼钢法,2019/1/7,东北大学/阎立懿,3,上回结束了第四章的内容 氧气底吹转炉炼钢法（在空气底吹转炉的基础上发展起来的） 发展OBM/德国、LMS/法国、Q-BOP/美国，以及设备结构特点。 底吹过程钢水及炉渣成分的变化见趋势图 底吹与顶吹特点比较：熔池搅拌充分，吹炼过程平稳，渣中氧化铁低，氧气利用率高、脱碳速度快，脱硫能力强、氮低等。炉龄低，钢中H含量高。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,4,氧气

2、复吹转炉炼钢法（复吹是顶吹和底吹技术发展的必然结果） 复吹法有：LBE/法钢研，LD-OTB/神户，LD-OB/新日铁，STB-P /住友， K-BOP/川崎等。 复吹的特点如下： 熔池搅拌充分：底吹复吹顶吹 渣中(FeO)含量：顶吹复吹底吹 C-O曲线位置高低：顶吹的高，复吹的低，并接近底吹的（顶吹复吹底吹）；钢水中含氧量高低：顶吹复吹底吹。 硫的分配系数：复吹底吹顶吹。 磷的分配系数：复吹底吹顶吹。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,5,第五章 电炉炼钢法,电炉炼钢及其发展 电炉设备及其电热特性 电炉炼钢冶炼工艺 超高功率电炉相关技术,2019/1/7,东北大学/阎立懿,6,5.1.1

3、何谓炼钢电炉 电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。按电能转换热能方式的差异，电炉可分为： 电渣重熔炉利用炉渣的电阻热； 感应熔炼炉利用电磁感应； 电 子束 炉依靠电子碰撞； 等 离子 炉利用等离子弧； 电弧炉利用高温电弧，不含加热炉、热处理炉等。,5.1 电炉炼钢及其发展,2019/1/7,东北大学/阎立懿,7,目前，世界上电炉钢产量的95%以上都是由电弧炉生产的，因此电炉炼钢主要指电弧炉。 电炉炼钢 是以废钢为主要原料，以三相交流电作电源，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。它是用来生产特殊钢和高合金钢的主要方法（现在也用来生产普通钢）。,2019/1/

4、7,东北大学/阎立懿,8,5.1.2 电炉炼钢发展历史,回顾一下现代炼钢简史，见下表：,2019/1/7,东北大学/阎立懿,9,电炉是在电发明之后的1899年，由法国的海劳尔特（Heroult）在La Praz发明的。它被建在阿尔卑斯山（Alps）的峡谷中，原因是在距它不远处有一个火力发电厂。 电炉的出现，开发了煤的替代能源，使得废钢开始了经济回收，这最终使得钢铁成为世界上最易于回收的材料，也为可持续发展做出巨大贡献。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,10,1）由炼钢方法百年兴衰看电炉发展,电炉炼钢在这100多年中，其发展速度不如二十世纪60年代前的平炉，也比不上60年代后转炉发展的那样快

5、，但随着科技的进步，世界电炉钢产量及其比例始终在稳步增长。 尤其二十世纪70年代以来，电力工业的进步，科技对钢的质量和数量的要求提高，大型超高功率电炉技术的发展以及炉外精炼技术的采用，使电炉炼钢技术有了长足进步。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,11,2）由钢产量与产品结构变化看电炉发展,钢产量,2019/1/7,东北大学/阎立懿,12,世界粗钢总量与电炉钢比的变化情况,世界粗钢产量，2000年前的20多年一直在7.08.0亿吨间徘徊，电炉钢产量比例一直在稳步上升，由十几增至三十几。 之后2002、2004、2005、2006、2007年以每年1亿吨的速度，由9.04亿增加到13.28亿吨

6、（中国/4.95、日本/1.2、美国/0.97亿吨三家之和达到53%）电炉钢产量比例维持在30以上（31）。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,13,美国 是世界上主要产钢国，其电炉钢比例也最高。原因是有丰富的废钢资源和充足的廉价电力，使得电炉发展迅速，见表：,日本 19851994年9年间，电炉生产能力增加了2074万吨（73%），而高炉转炉能力降低了2619万吨。电炉钢产量比例由29%提高31.6%，1996年达到33%，2007年达到3100万吨。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,14,德国转炉钢增2%，电炉钢增102%； 法国转炉钢减32%，电炉钢增138%； 西班牙转炉钢减27

7、%，电炉钢增119%； 意大利转炉钢不变，电炉钢增 24%。,欧洲 1978 1998年20年间转炉钢与电炉钢产量的变化如下：,2019/1/7,东北大学/阎立懿,15,其他国家的情况： 从1995至2001年，韩国从37.8%增加到43.6%、印度从29.7%增长到42.5%，2006年美国电炉钢比例为56.9%、韩国45.7%、德国33.1%、印度50.5%，我国台湾地区也达到了45.7%，而我国大陆的电炉钢比例却逐年下降，目前下降到10%左右。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,16,中国近年电炉钢比例情况,2019/1/7,东北大学/阎立懿,17,2）但电炉钢产量19932000年一

8、直维持2000万吨，2000年后一直在增加，200011002005年五年间增加了2700万吨，20042006年均约为4200万吨，2007年达到5840万吨，这超过美国1999年的水平。 比例低的主要原因：进入21世纪以来，由于我国大陆地区建筑用钢材需求增加，使粗钢总产量增加过快，高炉转炉流程的产能和钢产量粗犷扩张，使得中国电炉钢比例有较大幅度地降低，同时也使得世界电炉钢比例有所降低，但目前仍在30%以上。,上表、右图给出： 1）电炉钢比例1993年达到最高23.2%，之后大幅度降低，19962003年间一直徘徊在15%18%；从20032007年降至12。,2019/1/7,东北大学/阎

9、立懿,18,为什么世界各国及我国台湾地区的电炉钢比例均较高？因为提高电炉钢比例有利于循环经济，是实现钢铁工业可持续发展的重要措施。 北科大傅杰教授最近指出：中国钢铁产业调整和振兴，不能用本次经济危机以前那种模式恢复生产，重新启动过剩产能。我国本轮钢铁产业振兴的正确途径，一是 要控制总量增长，进行产品结构调整，使产品升级；二是 要调整转炉钢和电炉钢的比例，提高电炉钢的比重。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,19,钢的品种结构实现“全方位竞争” 电炉钢不但在传统的特殊钢和高合金钢领域继续保持其相对优势，而且正在普钢领域表现出强劲的竞争态势。 在产品结构上，电炉钢几乎覆盖了整个长材领域，诸如圆钢

10、、钢筋、线材、小型钢、无缝管，甚至部分中型钢材等。并且正在与转炉钢争夺板材（热轧板）市场。 总之，电炉的发展使得平炉完成它的使命，并与转炉形成竞争，此格局将在较长时期内存在。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,20,5.1.3 电炉炼钢的发展前景,电炉从诞生至今已近110年了，在这百年中，电炉的设备、工艺技术在不断发展，产量不断地提高，其原因是电炉炼钢的经济效益与环境优势。 正是由于废钢电炉炼钢流程具有经济效益与环境优势，有利于钢铁工业的可持续发展。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,21,1）可持续发展概念,其概念是在1992年6月联合国在巴西里约热内卢召开“环境与发展大会”上提出的，会

11、上100多个国家首脑参加，并签署了“关于环境与发展的里约热内卢宣言”，会议要求将可持续发展纳入到各国政策和具体行动中。 我国是签署国之一，并于1994年发布了“中国21世纪人口、环境与发展白皮书”，其后又将可持续发展作为重要战略纳入“九五”计划和“2010年远景目标”，将可持续发展与科教兴国并列为我国今后发展的两大基本战略。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,22,“可持续发展”定义：,“既符合当代的需求，又不致损害后代的需求和发展”人类必须遵循的原则。 这一概念的提出，是人类实现持久发展和生存观念的根本改变。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,23,2）废钢资源与生态环境 废钢铁是电炉的

12、主要原料，随着地球上钢铁蓄积量的不断增加，废钢铁资源逐年递增，不断产生的废钢铁通过经济简便的回收、加工手段就可以回炉熔炼、并可反复使用。从某种意义上讲，这是一个无穷无尽的铁资源。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,24,为此，各个国家均把废钢铁视为宝贵资源，各种物质的回收情况及世界历年废钢的消耗情况分别见图及表。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,25,钢铁蓄积量到2008年已超过420亿吨，若按20年折旧计算，每年产生的废钢量将超过20亿吨，该值超过2003年世界年粗钢总量的2倍。 目前，废钢利用率较低，尤其中国还不到30%，最高的是美国超过70%，若按50%的回收利用率，每年可利用的废

13、钢超过10亿吨，除转炉用的部分废钢（2亿吨）外，其余可以生产电炉钢超过6亿吨。 这说明就目前世界范围来看，废钢资源是不缺乏的，而且随着钢铁蓄积量的增加，废钢利用率的提高，可利用的废钢量将继续增加。 不难预测，当废钢循环达到动态平衡，世界电炉钢产量比例将接近废钢利用率。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,26,由于钢的良好的可再生性，以及环境、资源和能源等方面日益苛刻的要求，使得尽可能多的利用废钢成为国际趋势，国家政策也向此倾斜（作为垃圾而减税）。 废钢如得不到有效的回收和利用，将成为巨大的潜在环境污染源，有些甚至可能对水质、土壤等构成严重威胁。大量锈蚀的钢铁废料，不但造成资源的浪费，也将造成

14、严重的粉尘污染。 废钢的堆积本身也给环境带来不利影响。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,27,3）能源供应,电炉用电能炼钢，除废钢原料外，电能占炼钢成本比例最大。随着电力工业的发展，对电炉尤为有利。美国电炉发展速度快的原因是与电力充足、电价便宜分不开的。 另外，废钢铁为非氧化物，相比铁氧化物来说属于一种化学能的载能体载能原料，几乎可以无限再生利用。使用废钢代替生铁炼钢，可以节约生产生铁过程所需的能源消耗，每吨生铁大约需消耗700kg标煤，所以多用废钢可以降低能源消耗。 这使得“废钢电炉炼钢流程”比“高炉转炉炼钢流程”的吨钢能耗减少一半。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,28,4）电炉炼

15、钢生产流程,当今钢铁工业所采用的炼钢流程，经150年来的发展竞争，目前基本形成了两类流程： 以铁矿石、煤炭为源头的“高炉转炉炼钢流程”； 以废钢、电力为源头的“废钢电炉炼钢流程”。 废钢电炉炼钢流程，具有流程短，设备布置、工艺衔接紧凑，投入产出快，故称其为“短流程”（1000180min）。 “短流程”的特征：该流程必须是高效、节能，是世界上流行的“三位一体”或者“四个一”。也正是由于这种高效、节能的短流程才赋予给电炉炼钢强大的生命力。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,29,“短流程”的优越性：,投资省 1/3：每吨钢的投资长流程为10001500美元/t，短流程为500800美元/t ；

16、 建设周期短1/2：长流程为24年，短流程为12年； 生产能耗低1/2； 劳动生产率高13倍：长流程为500900t/a.p，短流程为10003000 t/a.p ； 占地面积小1/23/5； 环境污染少：可减少冶金渣40%、减少废弃物97%、减少废气86%、减轻水污染76%，在人类生存环境日益恶化的今天，使用废钢炼钢意义深远。,2019/1/7,东北大学/阎立懿,30,4）电炉炼钢与环境保护,1972年6月联合国在斯德哥尔摩召开的“人类与环境会议”，通过了“人类环境宣言”，指出了“人类只有一个地球可以赖以生存”，对我们而言，指出了“这个地球不是从上一代人那里继承的，而是从我们的子孙后代手里借来的”。 据报道，过去50年因温室效应，南极气温上升2.5，达到零下3，全球气候异常现象剧增。现今全球工业化加速，CO2的排放与日俱增，南极升温将会变快，冰雪融化后果不堪设想。 （限排的温室气体主要有六种：二氧化碳、甲烷、氮氧化物、臭氧