钢铁冶金电炉炼钢

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1、钢铁冶金概论 6.5 电炉炼钢,2009年11月,濮耐技术 陈勇,题 纲,电弧炉冶炼概述 电炉冶炼操作方法,电弧炉冶炼优点 热效率较高 温度高 炉内气氛可以控制 设备简单，占地少，投资省,1 电炉冶炼概述,电弧炉的构造 炉壳 炉门 出钢槽 炉顶圈 电极密封圈 电极夹持器 电极升降结构 炉体倾动机构 炉顶开启移动机构,1 电炉冶炼概述,电弧炉的构造（水冷炉壁和炉盖）,1 电炉冶炼概述,电弧炉的电器设备,1 电炉冶炼概述,槽出钢电炉炉衬情况,操作方法一般按造渣工艺特点划分为： 单渣氧化法 单渣还原法 双渣还原法 双渣氧化法,2 电炉冶炼操作方法,1）双渣还原法 又称返回吹氧法，其特点是冶炼过程中有

2、较短的氧化期（10min），造氧化渣，又造还原渣，能吹氧脱碳，去气、夹杂。但由于该种方法脱磷较难，故要求炉料应由含低磷的返回废钢组成。 由于它采取了小脱碳量、短氧化期，不但能去除有害元素，还可以回收返回废钢中大量的合金元素。因此，此法适合冶炼不锈钢等含Cr、W高的钢种。 2）双渣氧化法 又称氧化法，它的特点是冶炼过程有正常的氧化期，能脱碳、脱磷，去气、夹杂，对炉料也无特殊要求；还有还原期，可以冶炼高质量钢。 目前，几乎所有的钢种都可以用氧化法冶炼，以下主要介绍氧化法冶炼工艺。,2 电炉冶炼操作方法,传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。 其操作过程分为： 补炉 装料 熔化 氧化 还原 出钢 因

3、主要由熔化、氧化、还原期组成，俗称老三期。,2 电炉冶炼工艺,一、补炉 1）影响炉衬寿命的“三要素” 炉衬的种类、性质和质量； 高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀； 吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。,2 电炉冶炼工艺,2）补炉部位 炉衬各部位的工作条件不同,损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部位如下： 炉壁渣线 受到高温电弧的辐射，渣、钢的化学侵蚀与机械冲刷，以及吹氧操作等损坏严重； 渣线热点区 尤其2热点区还受到电弧功率大、偏弧等影响侵蚀严重，该点的损坏程度常常成为换炉的依据； 出钢口附近 因受渣钢的冲刷也极易减薄； 炉门两侧 常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操作与工具的碰撞等损坏也比较严

4、重。,2 电炉冶炼操作方法,EBT电炉炉衬情况,3）补炉方法 补炉方法分为人工投补和机械喷补，根据选用材料的混合方式不同，又分为干补和湿补两种。 目前，在大型电炉上多采用机械喷补，机械喷补设备有炉门喷补机、炉内旋转补炉机，机械喷补补炉速度快、效果好。 补炉的原则是：高温、快补、薄补。 4）补炉材料 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等粘结剂。,2 电炉冶炼操作方法,二、装料,目前，广泛采用炉顶料罐（或叫料篮、料筐）装料，每炉钢的炉料分13次加入。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，要求合理装料，这主要取决于炉料在料罐中的布

5、料合理与否。 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，熔化快、效率高。,2 电炉冶炼操作方法,电炉炉盖,电炉盖移开后的，对电炉顶的观察,复 习,电炉各个部位使用的耐火材料有哪些！,思 考,简述电炉冶炼时，废钢熔化四个阶段的操作及注意事项！,三、熔化期,传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的50%70%，电耗占70%80%。因此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、还原期的顺利与否。 （1）熔化期的主要任务 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，减少钢液吸气与挥发。 （2）熔化期的操作 合理供电，及时吹氧，提前

6、造渣。,2 电炉冶炼操作方法,1）炉料熔化过程及供电 装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程图，基本可分为四个阶段（期），即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。,2 电炉冶炼操作方法,点（起）弧期,从送电起弧至电极端部下降到深度为d电极为点弧期。 此期电流不稳定，电弧在炉顶附近燃烧辐射，二次电压越高，电弧越长，对炉顶辐射越厉害，并且热量损失也越多。 为保护炉顶，在炉上部布一些轻薄料，以便让电极快速进入料中，减少电弧对炉顶的辐射。 供电上采用较低电压、较低电流。,2 电炉冶炼操作方法,穿井期,点弧结束至电极端部下降到炉底为穿井期。 此期虽然电弧被炉料所遮蔽，但因不断出现塌料现象，电弧燃烧不稳定。 注意保护

7、炉底，办法是：加料前采取外加石灰垫底，炉中部布置大、重废钢以及合理的炉型。 供电上采取较大的二次电压、较大电流，以增加穿井的直径与穿井的速度。,2 电炉冶炼操作方法,主熔化期,电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始。随着炉料不断的熔化，电极渐渐上升，至炉料基本熔化，仅炉坡、渣线附近存在少量炉料，电弧开始暴露时主熔化期结束。 主熔化期由于电弧埋入炉料中，电弧稳定、热效率高、传热条件好，故应以最大功率供电，即采用最高电压、最大电流供电。 主熔化期时间占整个熔化期的70以上。,2 电炉冶炼操作方法,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，尤其是炉壁热点区的暴露

8、受到电弧的强烈辐射。 应注意保护炉壁，即提前造好泡沫渣进行埋弧操作，否则应采取低电压、大电流供电。 各阶段熔化与供电情况见下表。 典型的供电曲线如下图。,2 电炉冶炼操作方法,冶炼中的电炉,1 电炉冶炼概述,炉料熔化过程与操作,2 电炉冶炼操作方法,典型的供电曲线,2 电炉冶炼操作方法,2 电炉冶炼操作方法,石墨电极,2 电炉冶炼操作方法,石墨电极,主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成，是在电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体，根据其质量指标高低，可分为普通功率、高功率和超高功率。 石墨电极包括： （1）普通功率石墨电极

9、。允许使用电流密度低于 17A厘米2的石墨电极，主要用于炼钢、炼硅、炼黄磷等的普通功率电炉。 （2）抗氧化涂层石墨电极。表面涂覆一层抗氧化保护层的石墨电极，形成既能导电又耐高温氧化的保护层，降低炼钢时的电极消耗。 （3）高功率石墨电极。允许使用电流密度为1825A厘米2的石墨电极，主要用于炼钢的高功率电弧炉。 （4）超高功率石墨电极。允许使用电流密度大于 25A厘米 2的石墨电极。主要用于超高功率炼钢电弧炉。,2 电炉冶炼操作方法,2）及时吹氧与元素氧化 熔化期吹氧助熔，初期以切割为主，当炉料基本熔化形成熔池时，则以向钢液中吹氧为主。 吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固体料发红（900）开

10、始吹氧最为合适，吹氧过早浪费氧气，过迟延长熔化时间。 一般情况下，熔化期钢中的Si、Al、Ti、V等几乎全部氧化，Mn、氧化40%50%，这与渣的碱度和氧化性等有关；而在吹氧时氧化10%30%、Fe氧化2%3%。,2 电炉冶炼操作方法,3）提前造渣 用2%3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、渣，实现提前造渣。这样在熔池形成的同时就有炉渣覆盖，使电弧稳定，有利于炉料的熔化与升温，并可减少热损失，防止吸气和金属的挥发。 由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度，可脱除一部分磷；当磷高时，可采取自动流渣、换新渣操作，脱磷效果更好，这样为氧化期创造条件。 为什么？脱磷反应与脱磷条件：,2 电炉冶炼操作方法

11、,脱磷反应与脱磷条件：,脱磷反应： 2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe, H0 分析：反应是在渣-钢界面上进行，是放热反应。 脱磷反应的条件： 高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙； 高氧化性，造高氧化性渣，增加渣中氧化铁； 低温，抓紧在熔化期进行； 大渣量（适当大），采取流渣造新渣。,2 电炉冶炼操作方法,电炉脱磷操作： 实际电炉脱磷操作正是通过提前造高碱度、高氧化性炉渣，并采用流渣、造新渣的操作等，抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。,2 电炉冶炼操作方法,（3）缩短熔化期的措施,减少热停工时间，如提高机械化、自动化程度，减少装料次数与时间等； 强化用氧，如吹氧助熔、氧-燃助熔

12、，实现废钢同步熔化，提高废钢熔化速度 ； 提高变压器输入功率，加快废钢熔化速度 ； 废钢预热，利用电炉冶炼过程产生的高温废气进行废钢预热等。,2 电炉冶炼操作方法,铁水倒入转炉,四、氧化期,氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。 当废钢料完全熔化，并达到氧化温度，磷脱除7080%以上进入氧化期。为保证冶金反应的进行，氧化开始温度高于钢液熔点5080。 （1）氧化期的主要任务 继续脱磷到要求脱磷； 脱碳至规格下限脱碳； 去除气、去夹杂二去； 提 高 钢 液 温度升温。,2 电炉冶炼操作方法,（2）氧化期操作 1）造渣与脱磷 传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷，由脱磷反应式可

13、以看出：在氧化前期（低温），造好高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣，并及时流渣、换新渣，实现快速脱磷是可行的。 2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe H0,2 电炉冶炼操作方法,2）氧化与脱碳 近些年，强化用氧实践表明：除非钢中磷含量特别高需要采用碎矿（或氧化铁皮）造高氧化性炉渣外，均采用吹氧氧化，尤其当脱磷任务不重时，通过强化吹氧氧化钢液降低钢中碳含量。 降（脱）碳是电炉炼钢重要任务之一，然而脱碳反应的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反应的作用？,2 电炉冶炼操作方法,脱碳反应的作用如下： 降低钢中的碳，利用碳-氧反应（2 CO）这个手段，来达到以下目的； 搅动熔池，加速反应，均

14、匀成分、温度； 去除钢中气体与夹杂。 实际上，电炉就是通过高配碳，利用吹氧脱碳这一手段，来达到加速反应，均匀成分、温度，去除气体和夹杂的目的。,2 电炉冶炼操作方法,脱碳反应与脱碳条件：,CO =CO , HCO0.24kcal=22kJ0 分析：该反应是在钢中进行，是放热反应。 高氧化性，加强供氧，使O实际 平衡 。 高温，加速-间的扩散（由于脱碳反应是“弱”放热反应，温度影响不大（热力学温度），但从动力学角度，温度升高改善动力学条件，加速-间的扩散，故高温有利脱碳的进行）。 降低PCO ，如充惰性气体（AOD），抽气与真空处理（VD、VOD）等均有利于脱碳反应。,2 电炉冶炼操作方法,3）

15、气体与夹杂物的去除 电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶段，怎么进行的？ 去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。它是借助碳-氧反应、一氧化碳气泡的上浮，使熔池产生激烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度。 去气、去夹杂的机理？,2 电炉冶炼操作方法,去气、去夹杂的机理：,-反应生成CO使熔池沸腾； CO气泡对N2、H2 等来说，PN2、PH2 分压为零，N2、H2极易并到CO气泡中，长大排除； -反应，易使2FeOSiO2、2FeOAl2O3及2FeOTiO2等氧化物夹杂聚合长大而上浮； CO上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。 为此，一定要控制好脱碳反应速度，保证熔池有一定的激烈沸

16、腾时间。,2 电炉冶炼操作方法,4）氧化期的温度控制 氧化期的温度控制要兼顾脱磷与脱碳二者的需要，并优先去磷。在氧化前期应适当控制升温速度，待磷达到要求后再放手提温。 一般要求氧化末期的温度略高于出钢温度2030，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的钢液降温，见图。 当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化渣、造稀薄渣进入还原期。,2 电炉冶炼操作方法,金属料（固/液体）升温曲线,2 电炉冶炼操作方法,五、还原期,传统电炉冶炼工艺中，还原期的存在显示了电炉炼钢的特点。而现代电炉冶炼工艺的主要差别是将还原期移至炉外进行。 （1）还原期的主要任务 脱氧至要求脱氧； 脱硫至一定值脱硫； 调整成分合金化； 调整温度调温。 其中