冶炼碳钢的合理供电制度.docx

冶炼碳钢的合理供电制度时期序号时间条件供电制度说明电压电流熔化期1点弧时炉料上层是钢屑或轻薄料高钢屑和轻薄料的导电性较差炉料上层是重、实料低2开始熔化阶段电弧埋入炉料前低小裸露的电弧降低炉盖的寿命电弧埋入炉料后高大3熔化过程中电极第一次降到炉底时低小高电压电弧对炉底的灼热能力强、机械冲击力大，容易引起炉底过热和起坑。特别是轻薄料多，熔池中钢水少时，炉底更易于过热和起坑三根电极降到炉底以后1015分钟起至炉料熔清高大4炉料熔清后熔化过程中用吹氧助熔高大采用吹氧助熔能使炉渣发泡，泡沫包裹住电弧。不用吹氧助熔时，炉渣不发泡，裸露的电弧损伤炉盖熔化过程中不用吹氧助熔低小氧化期5吹氧前吹氧脱碳法高大吹氧后期如钢水温度过高可停电吹氧6吹氧后吹氧脱碳法低小7矿石沸腾矿石脱碳法高大矿石沸腾不宜用低电压，因低电压电弧的热影响区小，熔池不能全面加热，易产生熔池边缘部分钢水碳分脱不掉的现象8净沸腾矿石脱碳法低小还原期9还原初期扒除氧化渣并加入稀薄渣料后高中使用较大的功率，以加速稀薄渣料的熔化10还原过程中稀薄渣形成后直至还原终了低小应避免在还原后期用高电压大功率进行提温，因高电压提温易造成炉渣温度过高（炉渣温度与钢水温度相差悬殊）的现象。出钢后，高温炉渣严重浸蚀盛钢桶塞杆，甚至将塞杆熔断水玻璃砂的配比及混制工艺和注意事项编号种类粒度及块度水玻璃%膨润土水混制工艺性能分析湿压MPa干拉MPa湿透气性水分（%）面砂面砂1新砂4070目6.570058分钟0.320034面砂2刮地坑砂新砂4070目77.52.53适量干混24分钟混碾5分钟15034宝珠砂铬矿砂新砂4070目2040目22.52.5300混碾58分钟20034背砂舂箱砂旧砂50mm500混碾58分钟0.0210056打芯砂旧砂50mm400混碾58分钟100地坑砂旧砂50mm300混碾58分钟100铸钢常用水玻璃技术参数颜色比重模数白色、青灰色1.481.562.12.6注：夏季用下限，冬季用上限一、要严格按上表规定数据进行配比，如配比不当将会造成铸件粘砂和落砂的质量缺陷，甚至造成铸型塌箱和铸型报废，所以千万不可偷工减料。二、面砂：由于面砂粗细不一、混砂时要根据情况增减水玻璃，如砂粗粉少且干净，可按6.5%左右进行配比；如砂细粉多，可按77.5%配比，水玻璃总之要根据原砂情况进行稍微适当的调整。三、宝珠砂和铬矿砂：配比前砂和水玻璃必须过磅，按数量要求准确配比，手工拌砂要反复搓勺。四、背砂：背砂同样要注意配比，重量要准确，要严格控制水分，禁止加入大砂块、土、土块和砖块，以防止毁坏机器和影响砂的质量，除冬天外，禁用热砂。五、冬天天气冷，混砂要尽量少加水或不加水，增加混碾时间，混背砂必要时适当加入热砂。六、每天下班前要把混砂机清理干净，避免机器粘砂抱死损坏机器，定期检查刮板磨损程度，过度磨损将会造成碾地积砂，影响容砂量和配比的准确。七、由于混砂配比不当，形成的表象特征以及能对铸件质量造成缺陷和影响的几种错误现象：、水玻璃过多砂少的表象特征是，砂发黏、出活后发现砂块发绿，由于水玻璃过多造成；二氧化碳吹不硬砂型难以形成硬度，造成塌箱、塌芯，或出活后，铸件表面粘砂和难以清理；由于水玻璃主要成分是水，所以过多的玻璃水会使砂型增加大量水分，容易使铸件产生气孔缺陷。、砂多水玻璃少，砂型硬化后难以形成强度，硬化后的砂型用手一搓即碎，同样造成塌箱、塌芯，浇注过程中易落砂和塌芯，给铸件造成夹砂缺陷，甚至造成铸件报废的严重后果。、宝珠砂和铬矿砂，水玻璃过多将起不到耐高温和防粘砂的作用，相反会造成铸件粘砂，经高温烧结后就象石头一样牢牢粘结在铸件表面，清理十分困难，水玻璃过少则没有强度，造成浇注过程中落砂，给铸件造成夹砂缺陷。八、希望混砂的同志在工作之余要经常到造型现场和清理现场看看有没有以上现象，发现有类似现象，要及时请教技术人员，采取纠正措施，避免问题发展和扩大，同时要不断总结和积累工作经验，努力把差错避免到最低限度。山东冶金2003年炼钢增刊 20t电弧炉冶炼工艺优化 孙永喜，马传庆，李法兴，刘金玲，范斌 （莱芜钢铁集团有限公司 特殊钢厂，山东 莱芜 71105） 摘要：针对莱钢特钢厂20t电弧炉冶炼过程中存在的挂料现象、冶炼周期长、电耗高、氧气利用率低、炉衬渣线侵蚀严重、炉衬寿命低等问题，采取了优化入炉废钢结构、铁水热装、优化供电制度、泡沫渣埋弧操作、炉门氧枪供氧技术、油氧助熔技术和炉衬喷补等技术，使20t电弧炉冶炼周期缩短26min，变压器利用系数提高41.51%，炉体寿命提高286炉次，保证了连铸的顺行。 关键词：电弧炉；炉料结构；铁水热装；油氧助熔；氧枪供氧 中图分类号：TF741.5 文献标识码：B Optimization of 20t EAF Smelting Process SUN Yong-xi, MA Chuan-qing, LI Fa-xing, LIU Jin-ling, FAN Bin (The Special Steel Plant of Laiwu Iron and Steel Group Co. Ltd., Laiwu 271105, China) Abstract：Aiming at the problems existing in the 20t EAF smelting process such as bridging, long tap-to-tap, high electric consumption, low oxygen efficiency, serious scouring, low lining life etc., measures including optimizing charge scrap structure, hot charging, optimizing power supply system, arc-covering foamed slag, furnace door lance oxygen supplying, oil-oxygen fluxing and lining mortar injection technique are adopted in 20t EAF of the special steel works of Laigang, then the tap-to-tap is shortened by 26 min, the factor of transformer is increased by 41.51%, the body life is increased by 286 heats, the normal casting practice is guaranteed. Keywords： electric arc furnace；charge scrap structure；hot charging；oil-oxygen fluxing；oxygen supply by lance 2002年2月份，莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂（简称莱钢特钢厂）完成了4座15t电弧炉（5500kVA）工艺（老三期）设备改造。改造后工艺设备配置为“3座20tEBT电弧炉1座20tLF”，电弧炉没有了还原期，还原期移到LF内进行，电弧炉仅具有废钢融化、氧化的功能。虽然主体工艺结构和电弧炉的功能发生变化，但由于电弧炉变压器功率没有发生变化，而且炉体进行了扩容，出钢量增加，吨钢单位功率更低，加之多项电弧炉相关技术及工艺未得到及时应用，电弧炉作为废钢快速熔化器的功能未能体现出来，电弧炉各项经济技术指标较低。2002年4月，随着1#合金钢小方坯连铸机的热试成功，给电弧炉提出了更高要求，为此，莱钢特钢厂对20t电弧炉冶炼工艺进行了优化。120t EAF冶炼工艺优化前情况20t电弧炉主要技术参数：电弧炉变压器：5500kVA炉壳内径：4000mm平均出钢量：22t炉内留钢量：10%15%钢液面直径：2860mm渣线炉衬厚度：550mm炉底耐材厚度：650mm管式水冷炉壁块数：3块石墨电极直径：350mm电极臂：铜钢复合导电横臂短网布线形式：水平电流负荷能力：15kA供电电缆:大截面水冷电缆（2400 mm6）20t电弧炉冶炼工艺优化前存在以下问题：（1）入炉废钢块度、重量差别大，不能做到同步熔化；废钢装入次序不合理，冶炼过程挂料现象较普遍；熔清磷、硫含量高，脱磷任务重，冶炼周期长。（2）全废钢冶炼，加入冷生铁配重和配碳，冶炼周期长，热损多，电耗高。（3）自耗式氧枪人工供氧，工人劳动强度大，安全性差，氧管消耗高，氧气利用率低。（4）供电制度：通电5min内，应用二级电压，电流1000013000A；通电5min至炉料熔化80%，采用一级电压，电流1000013000A；炉料大部分熔化，可采用较小电压，电流1000013000A；氧化期可采用较小电压，电流1000013000A。（5）人工加焦炭粉起泡，泡沫高度不稳定，埋弧效果差，电能利用率低，炉衬渣线侵蚀严重。（6）无炉壁助熔技术措施。（7）2002年4月前炉衬全部采用人工投补，补炉效果差，炉衬寿命低，炉衬耐材消耗高，更换炉体次数多，影响电弧炉生产节奏。220tEAF冶炼工艺优化技术措施2.1 优化入炉废钢结构对渣钢等大块废钢铁料入炉前进行切割处理，使入炉废钢基本同步熔化；合理改变废钢装入次序（见表1），减少冶炼过程挂料现象；终止使用含磷、硫高的非标铁，减轻电弧炉冶炼脱磷任务，做到适度脱磷。2.2 铁水热装表1 优化前后入炉废钢结构对比 t项目一次料二次料废钢渣钢切头热压块生铁非标铁废钢生铁废钢生铁废钢热压块优化前/122316/143/优化后113/642421注：表中料型结构从左至右依次为加入料罐从下至上次序，造渣料石灰和轻烧白云石加在二次料底部。理论计算结果和生产经验都表明，热装铁水具有很高的物理显热，约为300336kW.h/t，同时含有较高的碳、硅等元素，在电弧炉炼钢过程与氧气反应释放出大量的化学热，约180200kW.h/t。20t电弧炉在加入废钢料后熔清前兑入铁水，以增加提前供氧的作用，加速熔化，另外防止熔清后兑入铁水发生大沸腾事故。实践已表明，在目前的供氧强度下，兑入铁水比例30%左右较为合适，可保证足够高的熔清碳，控制合适的终点碳，又可达到适度脱碳的目的，避免过低造成钢水过氧化，过高脱碳成为电弧炉冶炼负担，造成冶炼周期延长和能量浪费。2.3炉门氧枪供氧技术炉门氧枪由枪体、机械系统、液压系统、电器系统和水冷系统五部分组成。枪体包括拉瓦尔喷头和枪身两部分，喷头设计参数为：氧气流量1000m3/h，氧气流速1.7马赫，供氧压力0.40.8MPa。枪身由三层无缝钢管套装焊接而成，管中间通氧气，管与管之间通水冷却。机械系统采用现代化机械手结构，使氧枪在工作状态时能自由的在炉内左右、上下摆动；非工作状态时，枪体旋出折叠，占用炉前平台面积小。氧枪动作部分采用液压系统驱动，减少了整套设备的体积和重量，保证设备在工作状态时动作平稳可靠，无噪音。拉瓦尔喷头喷口向下与枪身中心线呈35夹角，呈喇叭口形状，实现了超音速供氧，氧气射流集中，具有极强的穿透金属熔池的能力，增加了氧气对钢水的搅拌强度，促进钢渣反应，均匀成分及温度，减少喷溅，提高氧气利用率，使炉料熔化期短，并缩短了供氧时间。2.4供电制度优化分析及优化电能是最主要的能量投入项，约占总能量的70，是电弧炉炼钢过程的主要能源。（1）制定合理供电的基本原则：以安全、稳定、高效运行为依据，选择供电曲线的电气运行工作点。即要求：表观功率SSF，0.75功率因数0.840.85电弧功率尽可能大。设定电能需求量和各阶段时间长度，要求总通电时间符合生产节奏要求。尽量简化供电曲线，减少有载切换电压级别次数。（2）供电曲线的确定：炉子电气运行工作点的选择主要根据冶炼工艺的需要；在某个工作点运行时间的长度，按该阶段应输入电能的总量设定；近可能地减少电压级别切换次数。20t EAF额定功率水平275kVA/t钢，实际更低，仅为250 kVA/t钢。为适应“电弧炉精炼炉连铸”短流程快节奏的要求，根据制定合理供电的基本原则，确定电弧炉供电曲线为全程大电压大电流供电：263V12000A，即全程最大功率供电。2.5泡沫渣技术配合炉门氧枪供氧，采用喷粉罐喷吹焦炭粉，全程泡沫渣埋弧操作，使全程大电压大电流供电成为现实和最佳选择。喷粉罐为泡沫渣工艺专用设备，载气选用氮气，压力0.40.6MPa，喷粉枪为直径30mm的自耗式氧枪。粉剂焦炭粉粒度15mm，固定碳含量不小于80%，水分不大于0.5%。研究和实践证明，20t电弧炉造泡沫渣的最佳工艺条件是：熔池温度15701580，炉渣碱度R2.02.5，（FeO）15%20%，吨钢喷粉量910kg，载气压力0.4MPa，泡沫渣效果最好，发泡高度超过400mm。2.6油氧助熔技术油氧助熔原理：（1）在纯氧燃烧的情况下，火焰温度可达27002800。（2）完全燃烧的油氧烧嘴火焰主要以强制对流的形式传输热量，随着火焰温度的升高,传热系数增大，废钢比表面积越大和火焰与废钢温差越大，强制对流效果越明显；在高温下，辐射热交换起主要作用；由过量氧气燃烧引起的废钢氧化会产生热能，此热能直接传给炉料。（3）油氧烧嘴加热和电极加热相配合：根据传热效率的观点，氧燃烧嘴是电弧加热的理想补充。除了烧嘴在布置上对准电弧炉冷区外，烧嘴的传热效率在每炉的开始时应尽快达到最大值；废钢温度升高后，电极加热变得更加重要。（4）烧嘴最佳供热时间的确定：熔炼初期，氧燃烧嘴火焰的传热效率较高，但随着废钢的不断熔化，传热表面积减小，传热效率降低。炉料接近完全熔化时，大部分热量将从熔池表面反射出去，并传给废气。所以，烧嘴应供热至传热效率显著降低时停止，即废气温度突然升高之前的那段时间。这通常发生在75%85%的废钢已熔化和沉入熔池表面以下的时候。油氧助熔技术的应用：20t电弧炉分别在1#和3#、1#和2#之间炉壁安装油氧喷嘴，油氧枪采用PLC集中控制，自动记录数据，选用柴油为燃料。具有二次燃烧的油氧助熔系统，同时将侧吹氧集成在油氧枪中，以增强供氧强度。熔化期送电3 min后，开启供油供氧阀门，使用油氧助熔，15min内停止使用。氧气流量控制在280320m3/h，柴油流量控制在120150L/h。2.7喷补工艺（1）喷补料的选择：喷补料在冶炼过程中承受着与受补炉衬相同的高温与苛刻的工作环境，故喷补料除应具有高耐火性、耐侵蚀、抗冲刷、耐剥落性外，还必须与受补炉衬有良好的附着性。根据现炉衬材质含碳14%镁碳砖的性能特点，优选了以三钙镁砂、合成镁质白云石砂和镁砂为主要原料的镁钙质喷补料。（2）喷补设备的选择：根据20tEBT电弧炉操作场地相对狭窄和容量较小的特点，选择了产品质量稳定、可靠、操作简单、维护方便、性能优良的P0.8型喷补机，以便于喷补操作和保证喷补效果。（3）20tEBT电弧炉炉底、炉坡采用了捣打技术，炉壁砌筑全部采用镁碳砖，因而前期炉壁一般保持较好。根据生产实践的数据，从200炉次开始对炉衬进行喷补，喷补部位主要是炉门口两侧、渣线及热点部位等，平均45炉喷补1次。（4）喷补原则：喷补要求在电弧炉出钢后，在炉后维护处理出钢口及灌注出钢口填料的同时进行炉前喷补。喷补本着“均补、快补、薄补”的原则，以提高喷补料附着率，减少热量散失，实现良好的烧结效果和减少炉衬侵蚀为目的。3效果分析入炉废钢结构的优化，减轻了电弧炉冶炼的负担，缩短了废钢完全熔化时间。铁水热装带入大量的物理显热，同时含有较高的碳、硅等元素，在电弧炉炼钢过程与氧气反应释放出大量的化学热，使炉门氧枪等强化供氧技术得以正常应用，有效降低了冶炼电耗和缩短了冶炼周期。炉门氧枪供氧提高了供氧强度和氧气利用率，促进了废钢熔化并加快了脱碳速度，工人劳动强度降低，劳动条件改善，氧管消耗降低。供电制度的优化即全过程最大功率供电，最大限度的消除了变压器低功率对生产节奏的不利影响。泡沫渣技术的研究与应用使电弧炉炼钢全程泡沫渣埋弧操作，减少了电弧向炉顶和炉壁的辐射，延长了电弧炉炉衬寿命，并大幅度提高了电能利用率，减少了钢水过氧化，降低了铁损。油氧烧嘴产生的高温火焰，起到预热和切割废钢的作用，使冷区废钢的温度尽快提高，促进了炉