电炉冶炼工艺课件

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1、电炉炼钢工艺朱 荣Electric Arc Furnace Steelmaking Process1.授课内容1 1电炉炼钢工艺的发展历程 2 2电炉炼钢的能量来源及热平衡3 3电炉炼钢原料及物料平衡4 4电炉冶炼工艺5 5电炉冶炼的主辅设备6 6电炉除尘及炉渣处理7 7电炉技术进步2.1 1 电炉炼钢工艺的发展历程 1905 1905年第一台5 5吨工业炼钢电炉建成 （德国人R.LinbergR.Linberg） 19361936年德国制造了可炉盖旋转的炼钢电炉 19361936年美国建成了当时最大的100100吨炼钢电炉 19641964年美国碳化物公司(W.E.Schwabe)(W.E.

2、Schwabe)和西北钢铁线材公司(C.G.Robinson)(C.G.Robinson)提出电炉超高功率概念(Ultra High Power(Ultra High Power简称UHP)UHP)，电炉工业开始走向辉煌。开始与转炉竞争。 19901990年后，电炉炼钢技术取得了重大进展。炼钢技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。3.世界粗钢产量增长情况4. 矿石经高炉/ /转炉流程而成粗钢的单位能耗高于700kgce/t700kgce/t，随氧气转炉炼钢能耗仅为“零”，但高炉和炼焦工序能耗高。同时也是污染环境的大户。 相比之下，废钢经电炉熔炼所生产的粗钢吨钢能耗仅为270kgce/t270k

3、gce/t，而污染的产生及其治理更远优于高炉/ /转炉流程。采用废钢作原料的电炉炼钢，流程短，生产率高，全员劳动生产率高达4000 4000 t t / /（人a a），几乎是高炉/ /转炉流程的3-43-4倍。社会大量废钢的积累，废品的再循环利用。 电炉炼钢的优势5.2 电炉炼钢的能量来源及热平衡 电能。 化学能。包括元素氧化及炉气燃烧带来的化学热、输入燃料带来的外来化学热。 物理热。铁水或预热废钢带入的。6.2.1 2.1 供电 电流从电厂沿架空高压线输入变电所的配电系统；再沿高压电缆经配电装置输入电炉变压器。 电炉变压器将高压电转化成低压电流通向石墨电极，在电极与炉料之间产生电弧。 分常

4、规功率供电(RP(RP，rule)rule)、高功率供电(HP)(HP)、超高功率供电，700KVA/t700KVA/t以上(Ultra High (Ultra High Power ,Power ,简称UHP)UHP)。电污染、噪音。直流供电：一根顶电极和一根底电极。7. 供电水平带来的技术进步8.供电技术的发展直流电弧炉消除炉衬热点问题，减少电极消耗，搅拌熔池消除偏弧；减少对电网冲击高阻抗电弧炉利用泡沫渣埋弧操作、提高变压器水平，降低电极消耗提高功率因数，减轻对电网干扰无功功率静止式动态补偿消除或减弱电弧炉冶炼冶炼中电负荷造成的电压波动与谐波对电网的危害降低闪烁和谐波冶炼过程计算机自动化控

5、制按冶金模型、热模型进行最佳配料、电热平衡、最佳控制功率等计算，实现控制、管理、决策合理电气工作点动态选择、保证合理供电制度执行智能电弧炉利用人工智能，具有三相意识，也可进行电弧炉综合控制解决电弧炉供电三相不平衡问题，减少对电网冲击9.普通功率与超高功率电弧炉工作点 10.供电时间确定1.1.C C 吨钢电耗，kWh/tkWh/t2.2.W W 钢水总重，t t3.3.P P 电炉变压器容量，kV.AkV.A4.4. 变压器利用率，5.5.T T0 0 非通电时间，minmin11. 化学反应热在电炉能量输入中占了相当大的比例，达到3030； 特别是电炉使用铁水后，化学热的比例达到40% 40

6、% 以上，这是现代电弧炉炼钢工艺的一个特点；在变压器确定后，是电炉提高生产节奏及节能降耗的重要手段。2.2 化学能12.在吹氧条件下，熔池中 各元素氧化1kg1kg时所产生的理论热值13.3.3 3.3 物理热 主要是电炉加铁水工艺的采用。 根据国内电炉的现状，提升电炉与转炉的竞争力，节电及提高冶炼节奏。 电炉钢质量的要求。 废钢预热到600600度以上。14.电炉总能量( (热) ) 平衡（全废钢）15.现代电炉总能量( (热) )平衡( (装铁水30-40%)30-40%)16.3 3 电炉炼钢的原料及耐材 传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺以冷废钢为主，配加10103030左右的生铁块； 现代

7、电弧炉炼钢使用的其它原料还有：除冷生铁外，直接还原铁（DRIDRI，HBIHBI）、热铁水、碳化铁等； 电弧炉炼钢的原料构成对其工艺、装备、指标等有决定性影响； 不同原料结构下的生产过程是不可比的。或者说只有原料结构相当的情况下才是可比较的。17.废 钢 scrap scrap 电炉炼钢废钢是基本原料，废钢原料需进行鉴别、分类管理和打包、剪切等处理。 当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残留元素，主要是残留的NiNi，CrCr，MoMo等合金元素和CuCu，SnSn，BiBi，SdSd，PbPb等有害元素。它们在电炉炼钢过程中尚无有效方法去除，残留在钢材中造成种种危害，并在废钢循环再利用过

8、程中不断积累。目前采用的对策主要有：加强废钢管理；废钢预加工；冶炼过程配加其他铁源，稀释残留元素的浓度。 设备及人员安全问题。18.其它金属料冷生铁：配碳、稀释残留元素、渣量增加直接还原铁：粒状直接还原铁（DRIDRI）和块状热压块（HBIHBI）铁水：配加1010的热铁水，带入的物理热约为25kwh/t-steel25kwh/t-steel，化学热约40-50kwh/t-steel40-50kwh/t-steel，铁水热装工艺。碳化铁(Fe(Fe3 3C)C)：技术问题，不能大量生产。19.原料中残余元素 DRIDRI： CuCu、SnSn平均在0.005%0.005%以下； 铁水：02%0

9、2%、SnSn为0.0050.0050.01%0.01%； 废钢：CuCu平均含量达0.35%0.35%以上，是钢中残余有害金属元素的最主要来源。20.石灰等材料的准备造渣材料质量的优劣直接影响炼钢节奏；带入电炉的无用东西越少越好；根据经验：石灰应自给，质量稳定，特别是南方的潮湿； 石灰的要求：CaO90%CaO90%，活性度380ml380ml，生烧过烧率6%6%，块度20-70mm20-70mm。白云石及碳粉等的要求。21.表4.23吨钢物料平衡收入支出项目质量kg项目质量kg废钢80063.87钢水100079.84生铁30023.95炉渣118.69.47石灰554.39炉气(尘)12

10、5.19.99白云石8.00.64铁损8.800.70电极0.30.024萤石0.50.040氧气54.74.37氮气32.12.564炉衬1.90.152总计1252.5100.00总计1252.5100.00吨钢物料平衡表 （常规电炉）22.耐火材料对耐材的要求： 高耐火度、高荷重软化温度、良好的热稳定性、抗渣性、高耐压强度、低导热性等。 炉盖：高铝砖为主。 炉壁：镁碳砖为主。 炉底：镁沙打结。23. 4 4 电炉冶炼工艺n 传统冶炼工艺( (三段工艺) ) 熔化期、氧化期、还原期n 现代冶炼工艺( (二段工艺) ) 熔化期、氧化期、加炉外精炼； 或称熔氧脱磷期、脱碳升温期n 操作步骤：补

11、炉、装料（配料）、熔化期、氧化期、精炼( (或还原期) )、出钢24.4.1 4.1 补 炉 电炉补炉工作量是很大的，补炉的重点是： 渣线( (渣的浸蚀) )。 距电极近的地方( (最容易跑钢的地方) )，电弧的辐射。 炉门两侧。 补炉方式：补炉用大铲或喷枪。 25.电炉重点补炉区26.耐火材料喷吹镁质材料。喷枪的前部加高压水。2 23 3人操作。喷吹效果较好。维修不及时或操作不当易堵。27.4.24.2装料 ( (配料) )对废钢的要求 （1 1）不允许有有色金属。（2 2）不允许有封闭器皿、易爆炸物。（3 3）入炉的钢铁料块度要合适，不能太大。装料量要求 二次进料：第1 1次，6060；第

12、2 2次，4040； 三次进料：第1 1次，4040；第2 2、3 3次，3030； 四次进料：第1 1、2 2次，3030；第3 3、4 4次，2020。28.配碳的重要性 重要性：废钢铁氧化、氧化期去气(N(N、H)H)、去夹杂； 最低配C C计算： 配C C量%=0.50%(%=0.50%(熔化期损失)+0.2-0.3%()+0.2-0.3%(氧化需要)+)+氧化终了碳含量。装料原则： 大、中、小料配合； 重料在下、轻料在上； 大块在中、轻料在边。29.4.3 4.3 废钢熔化阶段操作 熔化期是电炉工艺中能源消耗 的70708080，冶炼时间的50-80%50-80% 电炉的节能降耗主要

13、在熔化期。 废钢熔化过程：从中心向四周、从热区向冷区、从下向上。 熔化期操作原则：合理供电、合适吹氧、提前造渣。 吹氧方式：自耗式：可切割、可吹渣钢界面； 水冷式：只能吹渣钢界面。30.配电操作冶炼阶段根据工艺要求输入的功率是不相同的，在各个阶段调节输入功率大小，电功率的调节称为配电操作。 配电操作分：送电、停电、调换电压、调节电流及电气设备的监护。配电分手动及自动调节，好的配电制度对缩短冶炼时间及降低电耗是非常重要的。31.优化的供电曲线32.4.4 4.4 电炉氧化期操作 氧化期的任务： 继续脱P P、脱C C 去气(N(N、H)H)、去夹杂 钢液升温电炉熔氧期操作： 熔化废钢与氧化期脱碳

14、结合，提前造渣脱磷。33.元素氧化方式铁矿石氧化： 吸热、有利于脱磷、增加金属量 FeO+C=Fe+COFeO+C=Fe+CO吹氧气氧化： 放热、对脱磷不利、但可部分脱硫，渣中氧化铁增加。 加矿石已很少采用34.氧化期操作熔清、取样分析( (全分析) )、加石灰、吹氧化渣、流渣脱P P、加石灰、测温, ,视钢中含碳量吹氧脱碳；看P P：取样分析、看渣子的颜色（黑亮P P高、灰黑P P低）、看渣子的泡沫化；看C C ：取样分析、看火花、砂轮对比、副枪；看温度：蓝白亮、浅蓝、深蓝、浅红、深红；取样全分析、测温，静沸腾等待出钢；传统工艺：扒除氧化渣，为还原期造渣做准备。 35.氧化期的造渣氧化期的造

15、渣要根据脱磷及脱碳的要求、具有合适的炉渣成分及流动性 渣中FeOFeO含量一般控制在10102020，碱度控制在2.5-3.02.5-3.0，总渣量在3 38 8。36.磷的控制 dephosphorization3 3个关键因素：炉渣氧化性、石灰含量、温度。 HealyHealy经验式： lg(%P)/%P=22350/T-16.0+0.08%(CaO)+2.5l lg(%P)/%P=22350/T-16.0+0.08%(CaO)+2.5l %(TFeO)%(TFeO)常规工艺%P0.030%P0.030以下脱磷的主要工艺： 强化吹氧提高初渣氧化性 提前造高碱度渣 流渣造新渣 喷粉技术的应用

16、37.氧化期喷粉脱磷38. 碳的控制 DecarbonizationDecarbonization作用：减少金属烧损、降低熔池温度、促进钢渣反应、促进脱磷、促进泡沫渣形成、去气去夹杂。39.温度控制T出钢=t1+ t过程 t加热 t浇铸 t1 液相线温度t过程 过程降温 t加热 钢包温度补偿 t浇铸 浇铸降温40.氧化终点特别情况处理（1 1）碳高磷低，温度低，吹氧；温度高，低功率操作；（2 2）碳高磷高，先脱P P后脱C(C(可加部分矿石) )；（3 3）碳低磷高，温度合适，造FeOFeO渣；温度高(加矿石)，停电； (4) (4) 低磷低温，性碳低，加大电功率, ,造泡沫渣；碳高，吹氧，一般功率。 41. 4.5 冶炼过程造泡沫渣 Foaming SlagFoaming Slag泡沫渣是指在不增大渣量的情况下，使炉渣呈很厚的泡沫状泡沫渣的作用1.1.采用长弧泡沫渣操作可以增加电炉输入功率，提高功率因数及热效率；2.2.降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间；3.3.减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失；4.4.泡沫渣有利于炉内化学反应，特别有利于脱P P、C C及去气（N N、H H）4