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1、1,电炉炼钢,主讲:冶金工程系 吴国玺(教授),2,主要内容,一 电弧炉发展概况 二 电弧炉车间生产模拟 三 电弧炉生产工艺 冶炼基本原理 电炉炼钢设备,3,一 电弧炉发展概况,1.电炉发展概况,2.直流电炉的发展,4,1.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，冶炼周期缩短至1h以下，电
2、耗410KWh/t，电极消耗2.0kg左右，使“短流程”可与“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。,5,2.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。,6,2.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。,第一阶段： 实验直流电弧炉的建造
3、（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： 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 电弧炉车间生产模拟（设备巡视）,8,电弧炉车间生产模拟（生产模拟）,9,三 电弧炉生产工艺,装料制度,供电制度,造渣制度,供氧制度,偏心底出钢,电弧炉冶炼中的各项操作制度,10,装 料 制 度,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 分类管理,
4、化学成分为已知,大块需切割。 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 以废钢队比重确定装料次数,由炉顶装入。,11,供 电 制 度,目的: 获得高的熔化速率、低物耗、低能耗。 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： 石灰、萤石、白云石、火砖块、氧化铁皮； 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： 通过吹O2喷C生成大量CO2实现，可降低
5、噪音，减轻侵蚀，降低电极消耗； 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: 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： 自耗氧枪、水冷C-O喷枪、炉门供氧； 制度： 自耗氧枪流量40005000Nm3/h，压力10-12bar，C-O喷枪流量60008000Nm3/h，压力12bar,14,偏 心 底 出 钢,目的： 实现无渣出钢，加速下炉料熔化，为早期脱P创造条件，保护耐材； 操作： 留钢1015%和全部氧化渣； 合金化： 出钢时钢包中预合金化，精调在LF内完成。,15,四 冶炼基本原理,二次燃烧,脱 磷,脱
6、 碳,16,脱碳,矿石脱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C： 直接脱C反应 2C+O2=2CO 间接脱C反应 2Fe+O2=2（FeO） （FeO）=O+Fe C+O=CO,17,脱磷,碱性渣脱P反应： 2P+5O+3（CaO）= （3CaO.P2O5） 脱P条件： 高碱度、高氧化性、低温和大渣量。,18,二次燃烧,概念: 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： 2CO+O2=2CO2 方式： 使用水冷PC枪完
7、成； 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 电炉炼钢设备,1.供电系统,2.机械设备,3.除尘系统,4.加料系统,5.供氧设备,20,1.供电系统,整流变压器, 整 流 器, 电 抗 器,电极夹持器, 底 电 极,21,整流变压器,结构： 芯式和壳式两种； 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： 变压器二次电流大幅度调节时需借助感应器完成。,22, 整 流 器,结构： 大型直流炉采用12脉动的双桥式整流电路，整流元件为晶闸管； 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
8、极升降协调性好；对高电压有保护与绝缘。,23, 电 抗 器,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： 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,作用： 装卡石墨电极的装置； 结构： 前夹头、后夹头、推杆机构、气动压紧装置组成； 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 电 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，下部为水冷铜棒。,26,2.机械设备,炉 体,炉体倾动装置,炉 盖,电极升降装置,27,炉 体,炉 壳： 钢板结构件
9、,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 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： 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 炉 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,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炉子在水平位置； 出钢和流渣时实现炉体倾动。,29,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
10、； 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,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。,31,3.除尘系统,强制冷却器,布袋除尘器,重力除尘器,32,强制冷却器,作用： 将第二孔除尘的高温炉气高速自然风冷却； 组成： 进气孔、风机、热交换器、出气孔； 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,组成： 布袋房、集尘仓、进出气孔、反清仓管组成； 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
11、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,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： 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。,35,4.加料系统,装料罐,高位料仓,36,装料罐,作 用： 用于将从废钢坑装入的废钢吊装入电弧炉； 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,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
12、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。,38,5.供氧设备,自耗式氧枪,水冷碳氧喷枪,39,自耗式氧枪,用 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 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： 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,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： 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。,
