电炉冶炼工艺2003.ppt

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UltraHighPower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。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27004000t/（人a），几乎是高炉转炉流程的34倍。,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高炉/转炉流程。,电炉炼钢的其它优势,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,现代电炉总能量平衡装铁水,3.1供电,,供电技术发展,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,C吨钢电耗，kWh/tW钢水总重，tP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,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。,电炉用氧模块化控制技术,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①加强废钢管理；②在废钢预加工过程中挑选或分离；③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（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6～7m3/t-steel）碳化铁Fe3C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熔化期、氧化期、还原期现代冶炼工艺二段工艺熔化期、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①渣线渣的浸蚀；②靠电极最容易跑钢的地方；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,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Fe2O33C2Fe3CO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lgP/[P]22350/T-16.00.08CaO2.5lgTFeO常规工艺[P]0.030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,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；降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间；减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失；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CaC2），在渣中有大量存在，冷却后呈灰色；白渣与电石渣的比较①电石渣的脱氧、脱S能力强（在S、O高时，采用）②电石渣增C。增Si③电石渣和钢液性湿润性较好，钢水，中易产生夹杂，所以，不能电石渣出钢，如何破电石渣①加渣料②炉盖留一条线,6近年主要电炉炼钢新工艺,竖式电炉双壳电炉consteel电炉铁水热装及强化供氧,竖炉电弧炉,竖炉电弧炉是FuchsSystem在1992年推出的。它有一个废钢预热系统，竖炉电弧炉可以是单竖炉或双竖炉，也可以是直流的或交流的。它用废气（1000℃以上）的潜热和化学热，加上在竖炉底部的氧燃烧嘴预热装在水冷竖炉内的废钢料柱。与普通的炉子比较，其氧燃烧嘴的热效更高。竖炉里至少可装全炉废钢的40，剩下的废钢在开始熔化前直接加入炉内。,双壳电弧炉,双壳炉内有两个炉壳，共用一套电源。双壳炉的技术特点是将废钢预热和节省非通电时间相结合当一个炉壳内在熔化炉料时，另一炉壳就加入第一篮炉料。当第一个炉壳要出钢时电极就转向另一个炉壳，开始送电。这样停电时间可缩短610分钟，生产率大大提高。有些设计中，当一个炉壳在熔炼时将排出的热废气通入第二个炉壳，以预热废钢。预热炉料的优点是缩短给电时间和节电，日本NipponSteel估计预热25分钟可节电35KWh/t。,Consteel电炉,废钢原料预热和加料过程的连续化，显然对电弧炉炼钢过程是非常有利的电弧非常平稳，闪烁、谐波和噪音很低过程连续进行，非通电操作时间减至最少不必周期性加料，热损失和排放大大减少便于稳定控制生产过程和产品质量,