冶金工程概论电炉炼钢

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章电炉炼钢,1,内容提要,8.1,概述,8.2,现代电炉的构造,8.3,电弧炉炉衬砌筑,8.4,电弧炉的电器设备,8.5,碱性电弧炉氧化法冶炼工艺,2,8.1,概述,电炉是采用电能作为能源进行炼钢的炉子的统称。,电炉的分类：,电渣重熔炉：利用电阻热加热,感应熔炼炉：利用电磁感应加热,电子束炉：依靠电子碰撞加热,等离子炉：利用等离子弧加热,电弧炉：利用高温电弧加热,电炉炼钢是指电弧炉！,3,传统电炉是以废钢为主要原料，以三相交流点作电源，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，是用来生产特殊钢和高合金钢的主要方法。,电弧炉是继平炉、转炉之后的又一种炼钢方法，它是电发明以后的,1899,年，由,法国,的,海劳尔特,在,La Praz,发明的。发展于,阿尔卑斯山（,Alps,）的峡谷中,。,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，最终使得钢铁成为世界上最容易回收的材料。,4,电炉炼钢诞生以来，其发展速度赶不上,20,世纪,60,年代以前的“平炉”，也赶不上,60,年代以后的“转炉”的发展，但随着科技的进步，电弧炉钢产量及其比例始终在稳步增长。,5,电炉的分类：,1,）耐火材料：酸性电炉、碱性电炉,2,）电流特性：交流电炉、直流电炉,3,）功率水平：普通功率电炉、高功率电炉、超高功率电炉（,UHP,）,4,）废钢预热：竖炉、双壳炉、炉料连续预热电炉,5,）出钢方式：槽式出钢、偏心底出钢（,EBT,），中心底出钢电炉,6,）底部电极：触针式、导电炉底式、金属棒式电炉,6,电炉的大小,电炉的大小,可以用其熔池的,额定容量表示,，常称公称容量，也常用,炉壳直径表示,。,电炉公称容量,/,炉壳直径,=,1.6t/1.8m-350t/9.0m,小炉子：,通常把,40t,、,4.6m,以下电炉看作小炉子。,大炉子：,50t/5.2m,以上的电炉看作大炉子。,随着电炉向超高功率化、大型化的发展，炉子大小的区分界限也在改变，不可一概而论。,7,8.2,现代电炉的构造,机械设备,炉体的金属构件,电极夹持器及电极升降装置,炉体倾动机构,炉盖提升和旋转装置等,炉体,炉衬（耐材砌筑）,金属构件,炉壳,炉门、出钢槽,炉盖圈、电极密封圈,加固圈,炉身壳,炉壳底,8,9,10,11,12,13,14,8.3,电弧炉炉衬的砌筑,电弧炉炉衬主要由：炉顶、炉墙和炉底组成。,耐火材料：镁砖、白云石砖、铬镁砖、镁碳砖等，有的用镁砂打结或整体成型。,（,1,）炉顶、炉墙和炉底,由三部分组成：绝热保温层、镁砖层和工作层。,镁碳砖的特点：是具有良好的耐火性。抗渣侵蚀性，耐剥落性，抗氧化，抗高温蠕变性等。,（,2,）水冷炉壁及水冷炉盖,大电炉和超高功率电弧炉上大都采用水冷炉壁及水冷炉盖。能最大限度地用水冷件取代耐火材料。,15,8.4,电弧炉的电器设备,电气设备,主电路,电极升降自动调节系统,电路,主电路,保护和信号回路,检测计量显示回路,电极升降自动调节回路,电弧炉机械设备供电线路,（电磁搅拌线路）,由高压电缆至电极的电路,高压电源隔离开关高压断路器,电抗器电炉变压器低压短网电极,调解电弧电流和电压的大小，调整电极和炉料之间的电弧长度，,16,17,几个重要的概念：,短网：,是指从变压器低压侧引出线至电极这段线路。包括硬铜母线、软电缆、炉顶水冷铜管和电极。,短网长度约,10-20m,，导通界面很粗，通过电流大，短网中的电阻和感抗对电炉装置和工艺操作影响很大，在很大程度上决定了电炉的电效率、功率因素以及三相电功率的平衡。,18,电极：,短网中最重要的组成部分。电极作用：将电流导入炉内，并与炉料之间产生电弧，将电能转化成热能。,电极的生产过程：,电极的要求：,19,电弧的产生：,20,8.5,碱性电弧炉氧化法冶炼工艺,传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。,操作过程分为：,补炉、装料、熔化、氧化、还原、出钢,六个阶段。主要由,熔化、氧化、还原期,组成，俗称,老三期,。,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。,21,2,）补炉部位,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,尤其当热点区受到电弧功率大、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重。,22,3,）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。,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。,23,二、装料,广泛采用炉顶料罐（或叫料篮、料筐）装料，每炉钢的炉料分,1,3,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。合理装料主要取决于炉料在料罐中的布料合理与否。,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。,24,链条底板式料罐,25,26,三、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，提前造渣。,27,3.,炉料熔化过程及供电,基本可分为四个阶段，,起弧,、,穿井,、,主熔化,及,熔末升温,。,28,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,29,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，电弧燃烧也不稳定。,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，达到保护炉底的目的。,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。,30,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，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。,31,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,。,32,炉料熔化过程与操作,熔化过程,电极位置,必要条件,办 法,点弧期,送电,d,极,保护炉顶,较低电压,较低电流,炉顶布,轻废钢,穿井期,d,极,炉底,保护炉底,较大电压,较大电流,石灰垫底,主熔化期,炉底电弧暴露,快速熔化,最高电压,最大电流,熔末升温期,电弧暴露全熔,保护炉壁,低电压,大电流,水冷,+,泡沫渣,33,典型的供电曲线,34,4.,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。,当固体料发红（,900,）开始吹氧最为合适，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%,。,35,5.,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，为氧化期创造条件。,6.3,碱性电弧炉炼钢工艺,36,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，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。,37,四、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,70,80%,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,50,80,。,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。,38,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,。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,20,30,，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的钢液降温。,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。,氧化期的温度控制,金属料（固,/,液体）升温曲线,39,6.3,碱性电弧炉炼钢工艺,五、还原期,传统电炉冶炼工艺中，特点是还原期的存在。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。,还原期的,主要任务,脱氧、脱硫、合金化、调温,其中：,脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。,电炉炼钢采用沉淀脱氧法与扩散脱氧法交替进行的综合脱氧法，即,氧化末、还原前,用沉淀脱氧,预脱氧，,还原期用,扩散脱氧，,出钢前,用沉淀脱氧,终脱氧。,40,还原操作,脱氧操作,电炉常用综合脱氧法，其还原操作以,脱氧为核心,.,1,）,当钢液的,T,、,P,、,C,符合要求，扒渣,95,；,2,）,加,Fe-Mn,、,Fe-Si,块等预脱氧（沉淀脱氧）；,3,）,加石灰、萤石、火砖块，造稀薄渣；,4,）,还原，加,C,粉、,Fe-Si,粉等脱氧（扩散脱氧），分,3,5,批，,7,10min,批；,5,）,搅拌，取样、测温；,6,）,调整成分,合金化；,7,）,加,Al,或,Ca-Si,块等终脱氧（沉淀脱氧）；,8,）,出钢,41,6.3,碱性电弧炉炼钢工艺,六、出钢,传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原后，当化学成分合格，温度符合要求，钢液脱氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出钢。,因出钢过程的渣,-,钢接触可进一步脱氧与脱硫，故要求采取“,大口、深冲、渣,-,钢混合,”的出钢方式。,42,6.3,碱性电弧炉炼钢工艺,七、钢液的合金化,传统电炉冶炼工艺的合金化一般是在氧化末、还原初进行预合金化，在还原末、出钢前或出钢过程进行合金成分微调。,而现代电炉炼钢合金化一般是在出钢过程中在钢包内完成，出钢时钢包中合金化为预合金化，精确的合金成分调整最终是在精炼炉内完成的。,不易氧化的元素，可在装料时、氧化期或还原期加入，如,Ni,、,Co,、,Mo,，,W,等；,较易氧化的元素，一般在还原初期加入，如,P,、,Cr,、,Mn,等；容易氧化的元素一般在还原末期加入，即在钢液和炉渣脱氧良好的情况下加入，如,V,、,Nb,、,Si,、,Ti,、,Al,、,B,、稀土元素（,La,、,Ce,等）。,43,合金化操作具体原则,易氧化的元素后加原则,比重大的加强搅拌原则,便宜的先加原则,贵重的控制下限原则,44,