电弧炉资料35P-BD.ppt

1 原料 Resources 和电炉 ElectricArcFurnace 2 SteelMakingPlantEAFDep 电炉炼钢的概要 在电炉中 电能按照电极 炉渣 slag 熔钢 Slag 电极的顺序传送 在这里 利用发生的Arc列 熔化Scrap和合金铁等炼钢装入原料 Arc列的温度大约在2 500 3 000 加上高电压时 绝缘的空气被电离 Arc列发生 就电炉的开发公司而言 最早 H Davy利用碳Arc的原理来发热 1878年W Siemens利用电炉炼钢 实际上 最早成功使用Arc来电气炼钢的是法国的PoulLouisHearoult炉在1899年Crouzot的Schneider公司LaPorz工厂试运转成功 在1906年 美国Holeomt钢铁公司成功将Hearoult炉工业化 1927年时 电炉炼钢占钢铁总产量的1 在1980年代 随着水冷面板 Panel 的开发 大电流化 最优电流控制装置等发展 生产扩大化 电炉钢的比例激增到14 18 下面将继续介绍电炉的优点和今后的发展方向 3 SteelMakingPlantEAFDep 熔钢温度调整简单 热效率高 原料使用限制小合金可以直接投入 收得率高 建设费用和场地需要较少 电炉的种类 电炉炼钢的特点与种类 4 SteelMakingPlantEAFDep 电炉的炉体由炉底 Heath 炉盖 Roof 炉壁 Wall 构成 附属设备由电炉用变压器 电极及升降机 炉体移送装置 Roof升降机 主 辅原料投入装置 隔音装置 Enclosure 构成 炉壁炉体由水冷装置 WCP WaterCoolingPanel 和耐火材料构成 按照高温时变形和过热区 HotSpot 的融损防止 构筑而成的 炉底炉底就是警戒线 SlagLine 的下部 也就是炉的底部用来存放熔钢的部分 炉盖炉盖主要上部用铁板焊接而成 中下部用Hi Al质的耐火材料构造而成 此外其他部分都是由WCP组成的 电炉设备组成 5 SteelMakingPlantEAFDep 电炉用变压器电炉用变压器是 一般的电流变压器和其他内置大容量的reactors并用的 在炉内大电流通过时 对外部的输电线没有大电流的冲击 作业时 使用的熔化电压是350 800V 这样可以使用大的作业电流 液压装置电炉用液压装置在炉体移送 电极升降 炉盖升降和回转等处使用 电炉设备组成 6 SteelMakingPlantEAFDep 电炉LayOut 7 SteelMakingPlantEAFDep 电炉LayOut 8 SteelMakingPlantEAFDep 原料装入根据后工程所需要的成分 STSScrap Ch Cr Fe Ni等原料分第1次和第2次 Basket按60 40的比例往电炉装入 1次熔化第1次按照80 的熔化投入 2次熔化2次Basket装入后 熔化时 为了熔化辅助 熔钢搅拌和脱 C 脱 Si 氧气吹入 Blowing 实施 氧气Blowing量计算法 O2Blowing量 装入Si量 kg 0 8N 电炉操业 9 SteelMakingPlantEAFDep 辅助原料投入CaO是为了Slag制造和炉壁的保护 而从Basket或Hopper投入的造渣原料 Fe Si是在熔化末期 出钢之前 从高位料仓按照1 5 T来投入 它是为了还原在熔化过程中被氧化的贵重金属而投入的辅助原料 另 C Injection从O2 Lance喷入Slag中也可达到还原在熔化过程中被氧化的贵重金属的作用 Dolimite是在出钢作业时为防止SlagOverFloaming而投入在钢包中的辅助原料出钢出钢时 为了回收Slag中Cr2O3 采用WithSlagging法 电炉操业 10 SteelMakingPlantEAFDep 原料装入和电炉作业 作业概要在不锈钢炼钢作业中 电炉熔化作业是三相交流能源按照电极 Scrap 熔钢 电极的顺序传送 同时也利用了金属元素的氧化热 将主辅原料熔化的工程 电炉中使用的主原料是StainlessSteelScrap 一般Scrap Ch Cr Fe Ni和回收的地金等 辅助原料是CaO CaF2 Dolomite等原料 原料的装入和电炉的作业流程 Flow 如下所示 11 SteelMakingPlantEAFDep 原料装入和电炉作业Flow 12 SteelMakingPlantEAFDep 概要根据钢种的生产目标 为了将计算好的Scrap和合金铁向电炉装入 必须按照原料的顺序 由ScrapBasket装入 一般情况下 原料适入按2次Basket作业 只有在非常作业的情况下按3次Basket作业 2次Basket作业时 1 2次作业分别按照60 40的原料比装入 装入作业时 在将Basket放置的移送车 TransferCar 上 并通过Crane装入至EAF炉体内 装入时注意事项装入中 为了防止BasketVolume上升 在原料的在库量和状态掌握后 装入 绝缘体如Fe Ni 木材 Plate包装 地金 Mo Oxide等原料最大限度在Basket的下部装入 原料装入 13 SteelMakingPlantEAFDep 重量原料 Crop 热轧Coil SideTrimming等 为了防止电极的损坏 在Basket的下部装入 Ch Cr在炉内不易熔化 而从SlagDoor出钢口流出 考虑到这个情况 必须适当的装入 作业时 较长的Scrap原料 STS国内 进口 回收 对TransferCar运送车的Cable有撞断的可能性 因而 在作业的时候必须注意 为了防止P Mo Cu等成分超标的可能发生 测量出钢成分后 装入作业 原料装入 14 SteelMakingPlantEAFDep 装入原料成分管理 C 成分 C 的成分按照出钢要求的成分计算 同时 利用收得率来计算 C 即 根据后工程 电炉 精炼炉 的差异和熔钢量 调整装入 C 确保T TTime缩短和作业的灵活性 C 装入的成分 300系和400系很多差异 300系一般来说 在2 3 2 7 的范围内 Si 成分 Si 成分由于原料成分 精确作业不能确保 即 装入含 Si 的原料中很多 由于 Si 联系到很多原料 装入的 Si 偏差就难免了 Si 的成分 根据大部分Ch Cr含有的状态 Si 较低时大量的Ch Cr使用 装入 Si 的成分得到调整 那么 原料入库时 Ch Cr的 Si 含有状态必须掌握 当入库Ch Cr Si 没有达到满意值时 相对较高 使用电气钢板Scrap或Fe Ni SLN 等原料来调整 装入 Si 成分范围在0 90 1 30 维持 对电炉Slag制造和熔化有利 原料装入 15 SteelMakingPlantEAFDep Cr 成分 Cr 成分是不锈钢的主要成分 在原料工程中最大限度的调节对作业有利 装入成分和成品成分约有1 的差别 采用大于成品成分装入 因为在AOD 熔钢投入合金铁和一般Coolant Cr 成份自然达到要求 考虑到这样 要比成品成分高1 投入 另外 Cr 未熔化的原因很多 为了使得电炉的未熔化不发生 必须选定Basket适当的装入位置 如果未熔化发生 引起成份的偏差连续发生 那么比较分析装入成分和出钢成分 把握原料的状态 可以实现要求成分 Ni 成分 Ni 装入的成分需要比成品的成分要低大约3 4 这里有很多复杂的原因 在AOD中 Ni 原料的精炼比在EAF中 Ni 收得率提高 同时也有对冷却材投入和 Ni 原料的调节的作用 即 成品的成分8 中 原料工程中 5 加入 剩下的3 在AOD工程投入完成 原料装入 16 SteelMakingPlantEAFDep P 成分 P 的成分是原料工程中必须注意控制的成分 P 成分在后工程时 脱 P 不可能 由于这样情况 那么从入库就要确保不含 P 成分的原料 成分异常时 P 上升原因 从什么原料诱发 什么原料应该减少使用等方面分析 使得后续Charge的 P 成分最大限度的降低 一般 P 的管理范围在0 035 以下 特殊钢种在0 02 以下 在这样的情况下 通过降低STSScrap比来实现对 P 成分的Control Mo 成分一般是特殊钢含有 Mo 成分 通常在2 0 2 5 因为含量很小 需要正确的Basket投入 在后工程 AOD 时 也需要再次投入 Mo 出钢成分较高时 在AOD 可以采用稀释作业 相反的情况 AOD中 因为过多的投入 温度下降 为了达到适当的温度 作业者必须引起重视 原料装入 17 SteelMakingPlantEAFDep Cu 成分对添加 Cu 的钢而言 尽管和 Mo 添加钢的作业几乎相同 但是根据装入的计算式 称量好的成分在Ladle中的投入点不同 空Ladle中先投入 Cu 后 电炉出钢 Cu 添加的熔钢制作成功 没有氧气吹入的搅拌 出钢时 只利用Ladle的搅拌 实现成分扩散 达成成份的均一化 Cu 的熔钢成分 大部分钢种在3 2 以下 原料装入 18 SteelMakingPlantEAFDep 装入量的计算目的在不锈钢的生产过程中 为了调整钢中的成分 电炉装入的主原料成分和收得率必须正确的计算 同时电炉的装入量按照钢种装入 钢种也就可以按计划生产 因此 供给的原料按照成分彻底的区分 同时计算时 必须毫无误差 不同原料的收得率 原料装入 19 SteelMakingPlantEAFDep 装入量计算公式总装入量 熔钢要求量 电炉收得率总熔钢量 总装入量 电炉收得率装入目标成分 原料装入 20 SteelMakingPlantEAFDep 计算方法 参照LoadingSchedule表 原料装入 21 SteelMakingPlantEAFDep 原料装入 22 SteelMakingPlantEAFDep 原料装入 23 SteelMakingPlantEAFDep 电炉炼钢理论 24 SteelMakingPlantEAFDep ACArc的基础知识 Arc的定义指在有阴极和阳极的电回路里加一定水准以上的电压时 阴极的电子热电化后向阳极移动的过程中与气体 空气 分子冲突而形成的电离气体叫电弧 而且通过Arc转换为热能 以对流 辐射 电子冲突 Flare形态 其最高温度3000 6000度 后熔化Scrap及铁合金 电炉炼钢理论 25 SteelMakingPlantEAFDep 从阴极Spot放出的热电子在阴极棒下部加速热化 之后被PlasmaArc电压加速后与气体分子反复激烈冲突的过程中向阳极移动 Arc柱的Pinch力吸收周围的Gas继续扩大直径 热电子流向 ArcPlasma Plasmajet Arcflare 电流方向 电弧柱的Profile6000 CLine 阳极底部 阴极棒底部 Arc柱 电炉炼钢理论 26 SteelMakingPlantEAFDep 电弧的形态 LongArc ShortArc作为电弧形态的表现通常使用LongArc或ShortArc的用词 但表现没有定量的根据 如果电弧是个纯阻抗体 其发热量 是用电弧电压Va 电弧电流Ia来表示的话 Va Ia 宏观的说法是Va是电弧长度的系数 Ia是电弧粗度的系数 所以定性的讲 LongArc是高电压 低电流 即长细的电弧 ShortArc是低电压 大电流 即短粗的电弧 长细的电弧 电弧长度加大的时电压是反复与气体分子的冲突过程中延伸长度 所以需要高的电压 短粗的电弧 随着电流的增加电弧柱子变粗是因为电弧单位长度吸热增加 而且加粗电弧柱子与周围的气体增加热交换 维持热平衡 这样的电弧是为了对应吸热或放热维持平衡 而大量变化电弧柱子的形象来持续 AC电弧相对DC电弧本质上稳定性下降 特别是在LongArc上容易断 电炉炼钢理论 27 SteelMakingPlantEAFDep 电炉炼钢的熔解过程A 点火期为了防止Roof的损伤采用抵挡位 shortarc B 初始形孔期 Hole形成期 为了防止Arc对Roof及炉壁的伤害 而使用中间程度的电力使装入的Scrap形成Hole 而这个时期叫初始形孔期 但是如果其原料体积低 原料间密度相差大 就随着原料的熔化有可能发生电极的折损 所以加大初始形成孔径 C 主熔解期HotSpot部位由CaO和Scrap保护炉壁 而且是在炉膛里正形成钢水时期 缩短熔化时间所以采用高档位 D 熔落期ColdSpot部位有未熔解Scrap 但是HotSpot部位及没有CaO和Scrap 因此Arc对炉壁有伤害 所以适当降低电力投入 E 升热期为了最少化Arc热放散 防止HotSpot部耐火物的损伤 缩短升热时间实施高效率电力的ShortArc作业 电炉炼钢理论 28 SteelMakingPlantEAFDep 电炉炼钢的通电Pattern 电炉炼钢理论 29 SteelMakingPlantEAFDep 电炉通电Pattern的时间分配 7 11 16 5 3 8 3 5 4 12 7 总62 时间3 9 7 11 16 7 11 3 电炉炼钢理论 30 SteelMakingPlantEAFDep 电炉通电Pattern的选择说明 正常作业时 一开始不用高档位是因为 保护炉盖 刚开始料松 起弧不稳定 节约能源 Remelting作业时 2次加料 1次加STS未知成分的scrap 1次熔清后取样 4个 测NI Remelting作业前一炉配NI时7 5 0 3 cleaning作业升温tap要比正常高 因为需要熔清炉内 四周的地金 新炉第 炉tap要慢慢升 起到烘炉作用 升温结束时tap低一点 时间长一点 可以让耐材烧结好 电炉炼钢理论 31 SteelMakingPlantEAFDep 氧气吹入量的计算原料装入标准氧气吹入量计算 C 氧化时 所需要的氧气的量 92 55T 0 023 86 997T 0 018 562 7kg562 7kg 0 6 337 6kg C 40 的自然氧化率 337 6kg 0 932N kg 314 6N O2 电炉炼钢理论 32 SteelMakingPlantEAFDep Si 氧化时所需要的氧气的量 92 55T 0 011 86 997T 0 0015 888kg888kg 0 4 355 2kg Si 考虑到60 的自然氧化 355 2kg 0 797N kg 283 1N O2根据Mn Cr的氧化 额外投入20 的氧气量来保证 314 6N 283 1N 0 2 597 7N 0 2 119 5N 总的氧气投入量59