电炉冶炼工艺2003

1、电炉炼钢工艺,朱,荣,1,电炉炼钢工艺的发展历程,1905,年第一台,5,吨工业炼钢电炉建成,（德国人,R.Linberg,）,1936,年德国制造了可炉盖旋转的炼钢电炉,1936,年美国建成了当时最大的,100,吨炼钢电炉,1964,年美国碳化物公司,(W.E.Schwabe),和西,北钢铁线材公司,(C.GRobinson),提出电炉超高,功率概念,(Ultra High Power,简称,UHP),，电炉,工业开始走向辉煌。开始与转炉竞争。,1990,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。,世界电炉生产迅速发展动力,社会废钢积累的增长，环境压力。,

2、低生产成本的经济刺激，廉价废钢及廉价电力。,对提高劳动生产率的追求。采用废钢作原料的电,弧炉工艺，流程短，生产率高，全员劳动生产率,高达,27004000,t,/,（人,a,），几乎是高炉,转,炉流程的,34,倍。,电炉炼钢的其它优势,我国钢铁行业,2010,年能耗构成的预测值，,矿石,经高炉,/,转炉流程而成粗钢的单位能耗高于,600kgce/t,，其中氧气转炉炼钢工序能耗仅为,10kgce/t,，主要能耗是高炉和炼焦工序。,铁前系统烧结、炼焦和高炉炼铁是能耗大户，,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/t,，而污染的产生及其治理更远,优于

3、高炉,/,转炉流程。,世界粗钢产量增长情况,世界钢产量预测,电弧炉技术的发展,2,电炉炼钢主体设备介绍,机械设备,炉壳、炉门、出钢槽或偏心炉底出钢、炉盖，,分水冷和耐材,电极夹持器、电极升降装置,炉盖提升旋转机构、炉体旋转或开出,排烟除尘装置,炉顶加料装置,电气设备,变压器,电抗器,短网,隔离开关及高压断路器,电极升降自动调节装置,3,电炉炼钢的能量来源,电能,化学能。包括炉料带来的,物理热及氧化带来的化学热、,外来输入的燃料。,传统电炉总能量平衡,电能 410,kWh/t(65%),烧嘴 40,kWh/t(6%),化学反应 180,kWh/t(29%),总能量,630kWh/t=100%,钢

4、 380,kWh/t(60%),废气 140,kWh/t(22%),损失 10,kWh/t(2%),冷却 50,kWh/t(8%),渣 50,kWh/t(8%),现代电炉总能量平衡,(,装铁水,),3.1,供,电,年代,功率级别,-400kVA/t,60,年代,-400kVA/t,流程变迁,变压器容量,/,产品,RP-EAF,?,MC,30MVA/,特殊钢,合金钢,技术指标进步,冶炼周期,:180min,吨钢电耗,:630kwh/t,电极消耗,:6.5kg/t,相关,/,配,套技术,烧嘴,电气运行,高电压,大电流,短弧,70,年代,-500kVA/t,UHP1-EAF,?,LF,?,CC(S)

5、,?,BR,50MVA/30,万吨,/,棒线材,二次冶金,水冷炉壁,DRI,低电压,大电流,更短弧,80,年代,-700kVA/t,UHP2-EAF,?,LF,?,CC,?,R,70MVA/50,万吨,/,扁平材,管材,L,F/EBT,泡沫渣,高电压,小电流,长弧,90,年代,800kVA/t,UHP3-EAF,?,LF,?,CCCR,100MVA/100,万吨,/,纯净钢,热带,冶炼周期,:40min,吨钢电耗,:230kwh/t,电极消耗,:1.1kg/t,竖炉,/,用氧,双炉壳,连续加料,更高电压,小电流,更长弧,供电技术发展,直流电弧炉,消除炉衬热点问题，减少电极,消,除,偏,弧,；,

6、减,少,消耗，搅拌熔池,对电网冲击,高阻抗电弧,利用泡沫渣埋弧操作、提高变,提,高,功,率,因,数,，,炉,压器水平，降低电极消耗,减轻对电网干扰,无,功,功,率,静,消除或减弱电弧炉冶炼冶炼中电,降低闪烁和谐波,止,式,动,态,补,负荷造成的电压波动与谐波对电,偿,网的危害,冶炼过程计,按冶金模型、热模型进行最佳,合,理,电,气,工,作,点,算机自动化,配料、电热平衡、最佳控制功,动,态,选,择,、,保,证,控制,率等计算，实现控制、管理、,合,理,供,电,制,度,执,决策,行,智能电弧炉,利用人工智能，具有三相意识，,解,决,电,弧,炉,供,电,也可进行电弧炉综合控制,三,相,不,平,衡,

7、问,题,，,减少对电网冲击,普通功率与超高功率电弧炉工作点,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。,供电时间确定,1.,2.,3.,4.,5.,C,吨钢电耗，,kWh/t,W,钢水总重，,t,P,电炉变压器容量，,kV.A,变压器利用率，,非通电时间，,min,3.2,供,氧,炉门人工吹氧,从,1,根氧管到,3,根氧管；,炉门吹氧机械手,强化供氧及安全生产；,炉壁氧燃枪,(,可加二次燃

8、烧,),辅助能量,;,EBT,氧枪,解决偏心炉的冷区及成分均匀,；,炉壁氧气碳粉喷吹模块,可伸入式及固定式；,炉壁及烟道的二次燃烧氧枪,利用余热、能量极限利用,电炉供氧示意图,北京科大电炉炼钢用氧,专利技术,内容,电炉炉门多功能吹氧装置,电炉炉壁氧燃助熔及二次燃烧氧枪,电炉炉壁及,EBT,氧枪,电炉炉顶氧枪,电炉炉壁氧气及碳粉喷吹模块（集束氧枪）,电炉泡沫渣技术,电炉用氧诊断,电炉用氧模块化控制技术,在吹氧条件下，熔池中,各元素氧化,1kg,时所产生的理论热值,元,素,Al,Si,Mn,Fe,C,C,产,物,Al,2,O,3,SiO,2,MnO,FeO,CO,CO,2,反,应,热,kJ/kg,

9、kwh/kg,30.995,32.157,6.992,4.775,9.159,32.761,8.61,8.93,1.94,1.33,2.54,9.10,相对成本,*,（参考值）,3.7,3.2,6.0,1.8,0.5,0.6,0.3,0.6,化学反应中各发热元素的来源首先是炉料废钢和生,铁，还有是由碳枪喷入的碳粉或焦粉。对于普通铁水，每吹入,3,1m,的,氧,气,所,含,各元,素,在,1600,时反应,理,论发,热,值,约为,4kwh,。,电炉用氧模块化控制技术,在电炉采用多种供氧方式以后，如何做到炉内,均衡供氧是非常重要的。,目的：,1,、控制吨钢耗氧；,2,、提高金属收得率；,3,、解决除

10、尘冷却装置及电极等氧化。,控制方式：,1,、结合热平衡及物料平衡；,2,、结合原有炉次的供氧曲线；,3,、根据冶炼状况，分解不同供氧方式的供氧量；,4,、检测冶炼过程炉气成分的变化，调整供氧量。,4,电炉炼钢的原料,传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺以冷废钢为主，,配加,10,左右的生铁块；,现代电弧炉炼钢使用的其它原料还有：除冷生,铁外，直接还原铁（,DRI,，,HBI,）、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。,废,钢,电炉炼钢是一种铁资源回收再利用过程，也是一种处理,污

11、染的环保技术,。,仅就电炉炼钢工序而言，废钢是基本原料，废钢原料需,进行鉴别、分类管理和打包、剪切等预处理。,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,Ni,，,Cr,，,Mo,等合金元素和,Cu,，,Sn,，,Bi,，,Sd,，,Pb,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,过程中不断积累。,目前采用的对策主要有：加强废钢管理；在废钢预,加工过程中挑选或分离；冶炼过程配加其他铁源，稀,释残留元素的浓度。,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（,DRI,）和块状热,压块（,

12、HBI,）,铁水：配加,10,的热铁水，带入的物理热约为,25kwh/t-steel,，化学热约,25kwh/t-steel,，（而,氧耗,6,7m,3,/t-steel,）,碳化铁,(Fe,3,C),：技术问题，不能大量生产,5,电炉冶炼工艺,?,传统冶炼工艺,(,三段工艺,),现代冶炼工艺,(,二段工艺,),熔化期、氧化期、还原期,?,熔化期、氧化期、加炉外处理；,或称熔氧脱磷期、脱碳升温期,?,操作步骤：补炉、装料（配料）、熔化期、,氧化期、精炼,(,或还原期,),、出钢,5.1,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,),；,靠电极,(,最容易跑钢的地方,)

13、,；电弧的辐射；,补炉用大铲或喷枪。,5.2,装料,(,配料,),对废钢的要求,（,1,）不允许有有色金属。,（,2,）不允许有封闭器皿、易爆炸物。,（,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,次，,60,；第,2,次，,40,；,三次进料：第,1,次，,40,；第,2,、,3,次，,30,；,四次进料：第,1,、,2,次，,30,；第,3,、,4,次，,20,。,配碳的重要性,重要性：废钢铁氧化、氧化期去气,(N,、,H),、去,夹杂；,最低配,C,计算：,配,C,量,%=0.50%(,熔化期损失,)+0.2-0.3%(,氧,化需要,)+,氧化终了碳含量。,装

14、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,。,5.3,废钢熔化阶段操作,熔化期是电炉工艺中能源消耗的大头，冶炼时,间的,50-80%,，因此，电炉的节能降耗主要在熔化,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。,优化的供电曲线,28,电,压,级,别,/,电,流,级,别,V,/,A,24,20,16,12,15/5,2min,18/6,5min,21/6,5min,15/5,2min,18/6,3min,15/5,2min,21/6

15、,5min,19/6,18/6,4min,8min,8,4,0,0,(,一,次,料,),(,加,铁,水,),5,10,15,20,25,(,二,次,料,),30,35,(,精,炼,),40,45,50,供,电,时,间,min,5.4,电炉氧化期操作,氧化期的任务：,继续脱,P,、脱,C,去气,(N,、,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结合，提前造渣脱磷。,元素氧化方式,铁矿石氧化：,吸热、有利于脱磷、增加金属量,Fe,2,O,3,+3C=2Fe+3CO,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。,矿石加吹氧,氧化期操作,熔清、取样分析,(,

16、全分析,),、加石灰、吹氧化渣、,流渣脱,P,、加石灰、测温,视钢中含碳量吹氧脱碳；,看,P,：取样分析、看渣子的颜色（黑亮,P,高、灰黑,P,低）、,看渣子的泡沫化；,看,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。,氧化期的造渣,氧化期的造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,FeO,含量一般控制在,10,20,，碱,度控制在,2.5-3.0,，总渣量在,2,4,。,磷的控制,3,个关键因素：炉渣氧化性、石灰含量、温度。,Healy,经验式：,l

17、g(%P)/%P=22350/T-,16.0+0.08%(CaO)+2.5lg%(TFeO),常规工艺,%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,氧化期喷粉脱磷,碳的控制,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。,温度控制,T,出钢,=t,1,+,t,过程,t,加热,t,浇铸,t,1,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,氧化终点特别情况处理,（,1,）碳高磷低，温度低，吹氧；温度高，低功率,操作；,（,2,）碳高磷高，先脱,P,后脱,C

18、(,可加部分矿石,),；,（,3,）碳低磷高，温度合适，造,FeO,渣；温度高,(,加,矿石,),，停电；,(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。,5.5,冶炼过程造泡沫渣,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.,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.,降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间；,3.,减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失；,4.,泡沫渣有利于炉内化学反应，特别有利于脱,P,、,C,及去气（,N,、,H,）,泡沫渣对电能输入的影响,影响泡沫渣的因素,吹氧量,熔池含碳量,炉渣的物理性能,

19、(,粘度、表面张力,),炉渣的化学性能,(FeO,、碱度,),熔池温度,渣量,对炉渣泡沫渣高度的影响,泡沫渣新工艺,1,、设备要求,性能稳定及易操作的喷粉设备,碳粉喷吹量、粒度及喷粉速度控制,稳定干燥的喷吹气源及定期的设备检查,泡沫渣技术,2,、造泡沫渣的新思路,-,解决喷吹区域,炉门区及炉后区域同时喷碳，全熔池区域泡沫,化及全程泡沫渣冶炼。,3,、热装铁水后的泡沫渣,有丰富的碳源，喷碳任务减轻，但喷碳粉,在冶炼前期及后期作用是很大的。,铁水热装的终渣,FeO,高达,30,。,5.6,电炉还原期,还原期是转炉炼钢没有的。,还原期的主要任务是：,1,去除钢液中的氧,2,去除钢液中的硫,3,调整钢

20、液的温度，成份到规定成分；,4,合金化,?,这四点是相互联系及同时进行的。脱,O,与,脱,S,的关系，合金化与脱,O,、,S,，脱,O,、,S,时加入,的合金,Mn,，就是成品需要的合金。,?,进入还原或采用炉外精炼的条件是无渣出钢。,无渣出钢,残余氧化渣的危害：,降低脱硫脱氧能力；,降低合金收得率；降低钢包搅拌强度；,降低包衬寿命。,偏心炉底出钢彻底解决了这一问题。传统,电炉需扒渣。,传统出钢虹吸出钢,还原期操作,扒除氧化渣后加石灰和莹石,化渣、加碳粉造白渣或电石渣,还原,5-10,分钟推渣，取样全分析、测温,补加渣料加,C,粉,成份温度合格、加合金测温度、看脱氧、出钢。,还原白渣及电石渣,白渣：是用,C,粉和,Si,粉还原的炉渣，冷却后呈白,色，过一会儿会粉化；,电石渣：过量的,C,粉（或加,CaC,2,），在渣中有大,量存在，冷却后呈灰色；,白渣与电石渣的比较：电石渣的脱氧、脱,S,能,