炼钢设计基础第六章资料课件.ppt

1 炼 钢 设 计 原 理炼 钢 设 计 基 础第 六 章 电 炉 设 计 2 第 六 章 电 炉 钢 厂 设 计转 炉 、 电 炉 两 种 炼 钢 方 法两 种 炼 钢 方 法 共 同 点（ 1） 工 序 产 品 合 格 钢 水（ 2） 工 序 功 能 以 给 定 的 生 产 率 和 节 奏 提 供 成 分 和 温 度合 格 的 钢 水（ 3） 工 序 指 标 三 高 两 洁 净 高 效 化 高 的 生 产 率 、 高 的 生 产 节 奏 、 高 的 能 量 利 用 洁 净 化 钢 液 的 洁 净 化 （ 低 的 内 在 污 染 ） 环 境 的 洁 净 化 （ 低 的 外 部 污 染 ）（ 4） 操 作 要 求 ： 精 料 、 稳 定 、 精 确 3 两 种 炼 钢 方 法 不 同 点n 原 料 不 同 是 根 本 矿 石 铁 水 氧 气 转 炉 炼 钢 废 钢 电 弧 炉 炼 钢n 能 源 转 炉 法 主 要 是 铁 水 的 物 理 热 和 化 学 热 电 炉 法 主 要 是 电 弧 的 物 理 热 4 6.1 电 弧 炉 炼 钢 的 发 展n 世 界 上 第 一 座 工 业 生 产 的 电 弧 炉 是 由 赫 劳 特 （ Paul Heroult)博 士 于 1899年 建 于 法 国 并 获 得 专 利 ,主 要 用 于 熔炼 铁 合 金 。n 二 十 世 纪 初 ， 美 国 钢 铁 公 司 获 得 了 艾 略 特 的 专 利 权 ， 并 开始 设 计 制 造 艾 略 特 商 标 的 电 炉 。 1909年 一 座 15吨 的 三 相电 弧 炉 在 美 国 钢 铁 公 司 的 南 方 炼 钢 厂 （ 芝 加 哥 ） 投 产 ， 这是 当 时 最 大 的 电 弧 炉 。n 最 初 ， 供 电 设 备 技 术 水 平 不 高 ， 电 能 价 格 较 高 ， 电 炉 用 来生 产 特 殊 钢 ， 电 炉 以 热 金 属 为 原 料 ， 以 平 炉 与 之 相 配 。 随着 转 炉 炼 钢 的 发 展 ， 废 钢 消 耗 量 降 低 ， 如 何 利 用 剩 余 废 钢 ，更 促 进 了 电 炉 炼 钢 的 发 展 。 工 业 化 国 家 ， 10年 一 个 废 钢周 期 ， 发 展 中 国 家 建 筑 用 钢 占 很 大 比 例 ， 废 钢 周 期 约 为3035年 ， 目 前 ， 社 会 废 钢 积 累 在 1亿 吨 以 上 。 5 n 近 年 来 ， 电 炉 炼 钢 发 展 迅 速 ， 尤 其 是 工 业 化 国 家逐 渐 扩 大 电 弧 炉 的 应 用 范 围 和 产 量 ， 电 炉 炼 钢 技术 更 加 完 善 ， 已 能 够 生 产 全 部 钢 种 甚 至 以 生 产 普碳 钢 为 主 ， 随 着 二 次 精 炼 技 术 的 不 断 发 展 和 完 善 ，电 炉 冶 炼 由 原 来 的 三 期 冶 炼 演 变 成 仅 作 为 熔 化 设备 ， 并 与 二 次 精 炼 和 连 铸 配 套 ， 形 成 自 动 化 、 机械 化 水 平 高 ， 功 率 高 、 能 耗 低 的 “ 电 弧 炉 炉 外精 炼 连 铸 ” 生 产 系 统 ， 即 短 流 程 生 产 工 艺 。 电弧 炉 已 经 成 为 一 个 低 成 本 的 废 钢 快 速 熔 炼 设 备 。 6 典 型 60分 钟 冶 炼 周 期 包 括 ： 第 一 次 装 料 3 minutes 第 一 次 料 熔 化 20 minutes 第 二 次 装 料 3 minutes 第 二 次 料 熔 化 14 minutes 精 炼 10 minutes 出 钢 3 minutes 修 补 炉 7 minutes 总 计 60 minutes 7 电 炉 炼 钢 ， 主 要 是 指 电 弧 炉 炼 钢 ， 95 的 电 炉 钢 是由 电 弧 炉 生 产 的 ， 其 余 的 由 感 应 炉 、 电 渣 炉 等 生 产 。EAF Electric Arc Furnace 促 进 世 界 电 炉 生 产 技 术 迅 速 发 展 的 动 力 有 以 下 三 点 ： (1) 社 会 废 钢 的 积 累 和 增 长 ， (2) 降 低 生 产 成 本 ， (3) 提 高 劳 动 生 产 率 ， 短 流 程 的 劳 动 生 产 率 可达 2500t/人 年 。 8 6.2 现 代 电 炉 炼 钢 技 术 本 世 纪 70年 代 以 前 ， 电 炉 仅 是 生 产 少 量 优 质 合 金 钢 的冶 炼 工 艺 ， 随 着 平 炉 的 迅 速 淘 汰 和 由 于 转 炉 熔 炼 废 钢能 力 的 不 足 ， 造 成 社 会 废 钢 积 累 增 加 ， 引 起 对 废 钢 熔炼 技 术 的 开 发 热 情 。 经 过 20余 年 的 发 展 ， 奠 定 了 现 代电 炉 技 术 的 基 础 。 (1) 改 善 供 电 工 艺 ： UHP、 DC、 导 电 横 臂 等 。 (2) 引 入 吹 氧 强 化 技 术 ： 炉 门 碳 氧 枪 、 助 燃 烧 嘴 、 泡沫 渣 冶 炼 工 艺 、 偏 心 炉 底 出 钢 以 及 吹 氩 搅 拌 等 新 工 艺技 术 。 (3) 废 钢 预 热 技 术 ： 竖 炉 电 炉 、 双 壳 电 炉 和 Consteel连 续 加 料 电 炉 等 。 9 以 上 新 工 艺 、 新 技 术 的 采 用 ，n 电 炉 的 冶 炼 电 耗 从 700 Kwh/t下 降 到 340Kwh/t，n 电 极 消 耗 从 6.5kg/t下 降 到 1.0kg/t，n 冶 炼 周 期 从 210min缩 短 到 55-60min， 使 电 炉 的 生 产周 期 能 够 与 连 铸 相 匹 配 ， 形 成 了 短 流 程 生 产 工 艺 。n 钢 材 生 产 的 整 个 周 期 缩 短 到 3.5-4.0h，n 全 员 劳 动 生 产 率 达 到 2500t/人 .年 ， 是 高 炉 转 炉 流 程的 3倍 ， 而 投 资 仅 为 后 者 的 50%， 成 本 比 BF-BOF降低 约 20美 元 。 10 6.3 电 炉 炼 钢 技 术 发 展 重 点 21世 纪 电 炉 短 流 程 工 艺 技 术 将 会 进 一 步 发 展 ， 电 炉 钢的 生 产 比 例 可 望 达 到 40%。 目 前 ， 电 炉 钢 产 量 约 占 总钢 产 量 的 35%。 今 后 电 炉 炼 钢 技 术 发 展 的 重 点 是 ： (1) 电 炉 能 源 结 构 的 优 化 和 强 化 冶 炼 ： UHP， 氧 燃 助 熔 ，熔 池 脱 碳 ， 二 次 燃 烧 ， 废 钢 预 热 。 以 上 技 术 可 使 冶 炼周 期 缩 短 到 50min以 内 。 (2) 无 污 染 的 废 钢 预 热 技 术 和 连 续 加 热 技 术 。 (3) 短 流 程 钢 厂 的 计 算 机 综 合 管 理 技 术 ： 操 作 智 能 化（ 预 报 、 识 别 、 优 化 功 能 ） ， 提 高 生 产 效 率 ， 降 低 生产 消 耗 。 (4) 提 高 电 炉 钢 水 洁 净 度 的 工 艺 技 术 。 11 炉 底 阳 极 :l 导 电 炉 底 型 (ABB型 )： 导 电 耐 火 材 料 做 炉 底 ， 常 用 镁 质石 墨 砖 (含 碳 20%)。l 金 属 触 针 式 (德 国 MAN-GHH)： 根 据 炉 子 容 量 在 炉 底 中心 区 安 置 80-200根 直 径 30mm的 低 碳 钢 触 针 ， 触 针 连 接在 炉 底 集 电 板 上 ， 炉 底 用 镁 砂 打 结 。 炉 子 工 作 层 厚 度600-700m m ， 消 耗 速 度 1m m /炉 。l 水 冷 金 属 棒 (法 国 钢 铁 研 究 院 )： 圆 形 的 金 属 水 冷 电 极 ，低 碳 钢 芯 棒 穿 过 钢 水 直 接 与 钢 水 接 触 ， 钢 芯 下 部 装 有 铜质 水 套 充 分 冷 却 钢 芯 。 依 电 流 大 小 每 座 炉 子 可 装 14根底 阳 极 。 12 电 弧 炉 炼 钢主 原 料 ： 废 钢 、 DRI辅 助 原 料 ： 石 灰 、 萤 石 、 铁 矿 石 等吨 位 ： 25 150t功 率 ： 500 1500kVA/t冶 炼 时 间 ： 45min 1.5h供 热 ： 电 弧 加 热类 型 ： 交 流 、 直 流 13 双 炉 壳 电 弧 炉n 双 壳 电 弧 炉 具 有 一 套 供 电 系 统 和 两 个 炉 壳 ， 一套 电 极 升 降 /旋 转 装 置 交 替 对 两 个 炉 壳 供 热 熔 化废 钢 。n 双 壳 电 弧 炉 的 发 展 一 是 为 了 提 高 电 弧 炉 的 生 产能 力 ； 二 是 为 了 利 用 废 热 节 能 ， 预 热 60%的 废钢 可 节 约 2530%kWh/t的 电 能 。 预 热 100%的废 钢 （ 高 炉 身 ） 可 节 约 6090%kWh/t的 电 能 。 14 双 炉 壳 电 弧 炉 的 烟 气 和 废 钢 预 热 系 统 15 双 壳 电 弧 炉 废 钢 预 热 系 统 16 中 国 宝 山 钢 铁 公 司 1996年 投 产 的 150吨 DC炉 即 为 双 壳 电弧 炉 ， 其 炉 壳 直 径 7.3m。 双 壳 电 弧 炉 的 主 要 优 点 ：（ 1） 减 少 辅 助 操 作 时 间 及 断 电 时 间 ， 提 高 生 产 率 20%以上 ， 通 电 时 间 比 由 常 规 的 6570%提 高 到 8595%。（ 2） 在 相 同 产 量 下 ， 可 减 少 变 压 器 容 量 ， 减 少 供 电 系 统的 投 资 。（ 3） 废 钢 预 热 ,可 提 高 能 源 利 用 率 ， 降 低 能 耗 、 减 少 烟 气回 收 系 统 的 规 模 。 目 前 ， 已 投 产 和 建 设 中 的 双 壳 电 弧 炉 主 要 分 布 于日 本 ， 美 国 ， 韩 国 ， 卢 森 堡 ， 中 国 等 国 家 ， 炉 容 量 从40吨 到 170吨 。 17 18 Fuchs竖 炉 电 弧 炉n 1992年 由 Fuchs System推 出 ， 单 、 双 壳 竖 窑 电 弧 炉以 及 又 发 展 的 带 手 指 伐 的 竖 窑 电 弧 炉 见 图 7。n Fuchs竖 窑 式 电 弧 炉 的 特 点 ： 在 炉 盖 的 一 侧 设 置 一 个 废 钢 预 热 的 竖 窑 ， 竖 窑 有 两 种 不同 的 形 式 。n 一 是 竖 窑 与 电 弧 炉 熔 池 连 通 ， 第 1篮 料 直 接 加 入 电 炉（ 约 占 废 钢 加 入 量 的 60 ） ， 余 下 40%的 废 钢 分 两 次 由竖 窑 加 入 ， 实 际 堆 在 炉 内 废 钢 之 上 ， 被 高 温 废 气 预 热 ；n 另 一 种 是 竖 窑 与 电 炉 熔 池 被 一 托 架 （ 又 称 指 形 伐 ） 隔 开 ，除 冷 炉 的 第 1篮 料 仍 需 直 接 加 入 电 炉 外 ， 连 续 生 产 期 间的 废 钢 均 加 入 竖 窑 ， 废 钢 经 预 热 后 打 开 托 架 加 入 炉 内 ，100 的 废 钢 可 预 热 。 19 竖 式 电 弧 炉 结 构 20 n 预 热 废 钢 ， 节 能 效 果 好 ， 可 节 电 70-120kWh/t。n 装 料 不 影 响 正 常 操 作 ， 冶 炼 时 通 电 时 间 短 ， 生 产 率 提 高15%， 电 极 消 耗 降 低 20%。n 竖 炉 内 废 钢 象 一 个 过 滤 器 ， 炼 钢 过 程 中 50%的 灰 尘 留 在废 钢 中 或 进 入 炉 渣 节 省 了 除 尘 费 用 ， 提 高 了 钢 水 收 得 率 。n 大 功 率 煤 氧 枪 的 使 用 ， 进 一 步 缩 短 熔 化 时 间 ， 降 低 了 电耗 和 电 极 消 耗 ， 提 高 了 生 产 率 。国 内 张 家 港 沙 钢 润 忠 的 90t/65MVA竖 炉 就 是 成 功 的 一 例 。 优 点 ： 21 Consteel 废 钢 由 传 送 带 通 过 动 态 密 封 送 入 该 系 统的 预 热 器 ， 废 钢 通 过 预 热 器 ， 靠 炉 气 的化 学 能 和 物 理 热 加 热 至 550 600 ， 然后 进 入 熔 池 ， 炉 内 总 有 一 定 的 剩 余 钢 水 ，有 助 于 熔 化 加 热 的 废 钢 。 可 用 的 炉 料 是 ：废 钢 、 生 铁 和 热 压 块 、 热 的 和 冷 的 直 接还 原 铁 。 22 23 Consteel电 弧 炉 原 理 图n 废 钢 和 熔 剂 由 传 送 带 加 入 预 热 室 ， 由 电 弧 炉 尾气 加 热 到 500600 ， 然 后 连 续 的 输 入 到 电 弧炉 。 24 Consteel电 弧 炉 短 流 程 工 艺 25 贵 阳 钢 铁 公 司 为 60t的 Consteel交 流 电 弧炉 ， 变 压 器 容 量 为 36MVA， 单 位 功 率 水平 为 600kVA/t， 平 均 冶 炼 周 期 6065min。其 供 料 方 式 是 通 过 在 线 运 输 机 ， 将 经 过预 热 的 废 钢 连 续 的 加 入 电 炉 ， 炉 内 留 钢操 作 以 熔 化 废 钢 ， 熔 炼 全 程 造 泡 沫 渣 节能 降 耗 。 该 电 炉 配 备 管 式 水 冷 炉 壁 ， 偏心 炉 底 出 钢 、 炉 门 氧 碳 枪 等 装 置 。 26 我 国 主 要 电 炉 钢 厂 厂 名 变 压 器 容 量 (MVA) 电 炉 容 量 (t) 电 炉 数 量（ 台 ） 备 注天 津 钢 管 公 司 100（ 交 流 ） 150 1 4流 圆 坯上 海 浦 东 钢 铁 公 司 76（ DC） 100 2 单 流 板 坯宝 山 钢 铁 公 司 100（ DC） 150 1 六 流 圆 坯苏 州 苏 兴 特 钢 公 司 100（ DC） 100 1 五 流 方 坯江 阴 兴 澄 钢 铁 公 司 100（ DC） 100 1 五 流 方 坯 珠 江 钢 铁 公 司 120（ DC） 150 1 单 流 薄 板 坯上 海 五 钢 76（ DC） 100 2 27 11号 电 极22号 电 极33号 电 极4电 极 夹 持 器5电 极 支 承 横 臂6升 降 电 极 立 柱7升 降 电 极 液 压 缸8炉 盖9提 升 炉 盖 链 条10滑 轮11拉 杆12提 升 炉 盖 液 压 缸13提 升 炉 盖 支 承 臂14转 动 炉 盖 机 构15炉 体 16摇 架17支 承 轨 道18倾 炉 液 压 缸19出 钢 槽20电 缆 电 弧 炉 结 构 简 图 28 DC电 弧 炉 技 术 经 济 指 标 29 AC电 弧 炉 技 术 经 济 指 标 30 电 弧 炉 炼 钢 主 要 技 术 经 济 指 标（ 1） 冶 炼 电 耗 =(冶 炼 用 电 量 kwh） /(合 格 钢 坯 、 锭 量 t)kwh/t（ 2） 电 极 消 耗 =(冶 炼 电 极 消 耗 量 Kg） /(合 格 钢 坯 、 锭 量 t)Kg/t（ 3） 钢 坯 (锭 )合 格 率 =(合 格 钢 坯 、 锭 量 t） /(全 部 钢 坯 、 锭 量 t） %（ 4） 合 金 比 =(全 部 合 金 钢 钢 坯 、 锭 量 t)/(全 部 合 格 钢 坯 、 锭 量 t)% 钢 中 合 金 元 素 总 量 10% 高 合 金 钢 钢 中 合 金 元 素 总 量 2.5 10% 中 合 金 钢 钢 中 合 金 元 素 总 量 1000mm， 工作 平 台 下 部 加 防 热 装 置 以 防 停 电 时 烘 烤 平 台 ，温 度 不 大 于 400 ; h4平 台 厚 度 ， 按 平 台 结 构 定 一 般 600mm。 H=H 1+H2n 车 间 长 度 按 照 标 准 车 间 选 择 。 75 横 向 布 置 炉 子 定 位 尺 寸