××××××超高功率电弧炉冶炼工艺技术培训稿.doc

电弧炉冶炼工艺技术培训一、发展电炉的目的和任务电炉操作标准化的主要目的是为了缩短冶炼时间，提高效率，节能降耗，增加效益。超高功率电弧炉的主要任务是：1、将固体废钢熔化为液态钢水，即熔化期，要求采用最大功率缩短熔化时间快熔化。2、将液态钢水加热升温，吹氧造泡沫渣，快去碳，快脱磷，快升温，去气去夹杂，化学成分和温度达到出钢标准。即氧化期，要求快氧化。3、包中予合金化，在电炉出钢的2-3分钟短时间内，完成包中造渣、脱氧、合金化，温度等达到LF炉要求标准，即相当于普通电炉的还原期快合金化。精炼移到LF炉、VD炉进行，即缩短了电炉冶炼时间，又进一步提高钢的质量。因此，电弧炉在炉中冶炼只完成熔化和氧化任务，在“快”字上下工夫，既熔化快、脱C快、脱P快、升温快。做到四快、达到缩短电炉冶炼时间，节能降耗，提高效益之目的。近年来，为了不断缩短超高功率电弧炉冶炼时间，节能降耗，在设备功能、工艺技术上，采取了一系列改革创新措施：1、不断提高超高功率电炉的输入功率。由600KVA/T提高到1000KVA/t。2、采用水冷挂渣炉壁和水冷炉盖。这是适应电弧炉输入功率提高而采用的关键技术。3、泡末渣技术。为了保护水冷炉壁和水冷炉盖，提高使用寿命、快速升温，是超高功率电弧炉上采取的核心工艺技术。4、强化用氧。采用炉门C-O枪及炉壁氧枪，这是缩短冶炼时间，降低电耗的具有显著效果的技术。1M3氧节电45KWh/t5、偏心炉底出钢、留钢留渣。这是加速熔化、早吹氧、早造渣、早脱P，不出氧化渣等，为精炼创造有利条件的重大设备技术创新。6、废钢予热、电炉兑铁水。是超高功率电炉缩短冶炼时间，节能降耗的重大技术措施。每兑1%铁水，节电56KWh/t7、提高废钢质量，加强配料，合理装料。是发挥超高功率电弧炉功能的极重要的前提条件，应给予高度重视。8、炉底搅拌技术。熔池吹Ar搅拌，强化电炉内部渣钢介面的传热和传质，温度成份均匀，有利快速脱C去P。以上技术，目前在超高功率电弧炉上广泛应用，推动超功率电炉工艺技术的快速发展，冶炼时间已缩短到45-50分，电耗破三见二，达到280-290kwh/t，电极消耗1.5kg/t，取得了显著的经济效益。二、冶炼时间与节能降耗的关系冶炼时间与节能降耗的关系，早在八十年代日本学者提出了电弧炉冶炼时间理论计算公式（1），为我们分析研究缩短电炉冶炼时间和节能降耗指出了方向。t=tc+to CW60= + to （1） Pscos式中：t电炉出钢终了到出钢终了时间min tc电炉供电时间min to电炉非供电时间min C电炉吨钢冶炼电耗kwh/t W电炉钢水量t Ps变压器功率KVA 电功率 cos功率因素 公式（1）中的供电时间 CW60tc= 可以看出，当电炉出钢量， Pscos变压器容量和供电曲线一定的条件下，供电时间与电耗成正比，即供电时间越长电耗越高，电炉供电时间每延长一分钟多耗电00KW。反之，供电时间越短电耗越低。所以，缩短供电时间，特别是缩短熔化时间是节电的关键环节。公式（1）中的非供电时间to，虽然不供电，但实际上也耗电，电炉在冶炼过程中，总能耗不但用于冶炼合格的钢水，同时还有水冷带走的热量损失，烟尘带走的热量损失，炉渣带走的热损失以及其他辐射热损失等。供电时间和非供电时间越长热损失越多；时间越短，热损失越少。而这些热损失80%以上是电能转换为热能的，也包含在总能耗中。近几年来，由于超高功率电炉采取了一系列改革创新的技术措施，公式（1）很不完全，需要在公式（1）的基础上修改、补充和完善，见公式（2）CW60t= +（ty+tn）（2） Pscos+P化+P物式中：P化由化学热换算成的有效电功率KW P物由物理热换算成的有效电功率KW C=C电-C化-C物 C-有效电耗 kwh/t C电当C化O ，C物=o时的有效电耗kwh/t。 ty必须的非供电时间min tn不必要的非供电时间min To=ty+tn公式（2），基本上概括了缩短冶炼时间和节能消耗的改革创新措施，三、缩短电炉冶炼时间的主要措施1、优化电炉出钢量电炉冶炼时间与出钢量成正比，出钢量越大，冶炼时间越长；出钢量越小，冶炼时间越短。出钢量小，冶炼时间短，吨钢分担的热损失多，电耗可能高；出钢量太大，冶炼时间太长、热损失也多、电耗也高。因此，出钢量大小的优化标准不是冶炼时间长短，而是冶炼电耗高低。优化电耗最低的出钢量，其冶炼时间也必然是最佳值。如抚钢2# 60t电炉，出钢量68-70t电耗最低，而冶炼时间变化不大。电炉现出钢量定t，是不是最佳出钢量有待探讨，应当根据过去的冶炼记录做大量的统计分析，可以得出最佳出钢量结论。2、输入最大功率超高功率电炉输入最大功率才能缩短冶炼时间，节能降耗，这是与普通电弧炉的主要区别，用多大功率也是供电曲线优化问题。但现在公认的是采用最大功率、最高电压、最长电弧供电是没有异议的。3、优化供电曲线 仅仅选择最大的变压器功率，并不能保证电弧炉的实际输入功率是最大的。事实上，输入电弧炉内的电弧功率与变压器的视在功率相差甚远，如何选择变压器功率最大，又能保证输入炉内的电弧功率最大，这就是供电曲线的优化。制定优化的合理的供电曲线，应根据以下原则：第一、结合电炉冶炼各阶段的加热特点和能量需求进行优化点弧阶段，时间短，能量需求少，保护炉盖不受损害，应用小功率、大电流、小电压、短电弧。当点弧穿井后，穿井深度足以包住电弧长度时（如500mm深），进入废钢主熔化阶段，应用最大功率、最高电压，最小电流、最长电弧，加快熔化。熔化阶段消耗电能约占80%，这是节电的关键环节。炉料熔化80%左右，进入钢水氧化升温阶段，需要能量较少，约占熔化期电耗10%15%。氧化升温阶段，如果泡沫渣造的好，全屏蔽电炉可继续使用熔化期的大功率、高电压、长电弧，直至出钢。即熔化快，又升温快，热利用率高。如果泡沫渣造的不好，应及时换低档电压有利。这是供电曲线优化的基本原则，时间t图1第二、根据电炉的电气特性功率曲线进行优化根据电炉变压器容量不同，二次电压不同，电气特性功率曲线也各不相同，Ps视在功率P有功功率Parc电弧功率P功率损失Q无功功率I电极电流Larc电弧长度cos功率因素从图（2）可见电弧炉的运行状态，有以下几个特殊工作点：空载状态：电炉处于断路 无电弧，电极电流I=0短路状态：电极与炉料接触、电弧电阻、电压、功率均为零，相应的短路电流为Imax。有功功率最大（P=Pmax），该状态下电流为I2，其特征是P=Qcos=0.707 由功率三角形可见P=Ps cosParc=P-P P =312r由图（2）可看出，最大弧功率在A区间，即对应和之间，在范围是通过高电压，低电流和具有较高功率因素来实现最大弧功率。而范围则通过低电压，大电流和具有较低功率因数来实现最大弧功率。与相比，具有高功率因素，可获得最高变压器效率，且电流，功率损失也小，弧功率较高。是理想工作范围，这是我们优化供电曲线的重要依据。因此，确定合理的电极工作电流是关键，当电极工作电流在最大弧功率电流的70%100%范围内，见图（2）A区，实际电弧功率与最大电弧功率已相当接近，并要求电极工作电流变压器额定电流，COS0.85电弧稳定燃烧，电能利用率0.9，这些电气参数的合理匹配，决定电弧炉的优化运行状态。电弧温度高达3000-5000，如果电弧不屏蔽的情况下，必然造成炉壁的严重熔损。炉壁熔损的程度与电压平方成正比，与电弧至炉壁之间距离d2成反比。因此，超高功率电弧炉供电全过程将电弧屏蔽，在熔化期由废钢屏蔽电弧，在熔化末期到出钢，由泡沫渣屏蔽电弧，减少对炉壁的熔损。在熔化期，弧光被废钢包围，大功率、高电压、长电弧，不构成对炉壁的威胁。而Re表示对废钢加热熔化能力，Re大对废钢熔化更快。所谓的最大功率、最高电压、最长电弧、最小电流，就是指电炉熔化期而言的。炉料基本全熔，进入氧化升温期，虽然时间很短耗电少，但弧光外露。如果造不好泡沫渣，对炉壁损坏严重。这时要及时降低电压档次（。4、充分发挥电炉留钢留渣作用电弧炉偏心底出钢、留钢留渣操作是生产工艺要求，对缩短电炉冶炼时间，提高生产效率，节能降耗具有很好效果。偏心底出钢、留钢留渣的优点：一是出钢倾角15度（普通老式电炉倾角45度），水冷电缆长度缩短，减少阻抗 ，增加输入功率。扩大电炉水冷面积，减少耐材消耗。缩短出钢时间，减少钢水二次氧化和吸气。减少对包壁的冲刷，提高钢包寿命。二是偏心底出钢，才能实现留钢留渣，不出氧化渣，为LF炉造渣脱氧，提高质量创造条件。三是留钢留渣1015，为早造渣、早成渣，早熔化、早脱C、早吹氧、早脱磷创造有利条件。四是留钢留渣，炉底已形成熔池，电极下到底后，电弧燃烧稳定，减少电弧对炉底耐材的浸蚀和冲击，保护炉底。因此，电炉偏心炉底出钢、留钢留渣操作的功能，具有重要意义。渣钢出净，没有留钢留渣或留钢留渣很少的原因有三：一是磅称检斤不准，装炉废钢重量少，炉中钢水少，按计划出钢量出钢造成渣钢出净或留钢留渣量少。二是废钢轻薄料多、锈蚀严重、收得率低、按计划出钢量出钢，造成渣钢出净。三是电炉片面追求出钢量，多出钢为本班增加钢产量，造成留钢留渣少或渣钢出净。渣钢出净留钢留渣少，危害很大。一是渣钢出净，氧化渣必然进入包中，给LF炉脱氧造成很大困难，脱氧剂消耗多，氧化渣被还原大量回磷，造成磷高兑钢水延长时间。二是渣钢出净，留钢留渣少，电极下到底，弧光冲击炉底，降低炉底寿命，增加补炉时间。三是渣钢出净，炉底熔池形成的晚、造渣晚、吹氧晚，错过低温脱磷的有利时机，造成全熔后磷高延长冶炼时间。上述问题要及时纠正，充分发挥留钢留渣的作用，缩短冶炼时间、节能降耗。5、强化用氧 强化用氧的目的是氧气价格便宜，利用吹氧产生的热能节电，缩短冶炼时间、节能降耗有显著效果。从给电到出钢要全程用氧。所谓强化用氧：一是保证氧气压力10Pa，二是用氧量50M3/t，三是提高氧的利用率，四是研究吹氧方法和作用，提高吹氧的效果。吹氧的方法和作用有三点：第一、吹氧切割红热废钢、助熔，为CO2枪进入炉内打开通道。从送电开始就吹氧。二是CO在渣钢界面较浅部位吹氧造泡沫渣、早造泡沫渣，造好泡沫渣，屏蔽电弧，大量流渣，达到早脱P快升温目的。三是形成熔池后，向熔池深部吹氧去C，与熔池钢水种的C、Fe、Mn、Si、Gr等元素反应，产生化学热，提高熔池钢水温度助熔、化渣。同时，在熔池中形成CO泡，搅拌钢水，传热升温助熔，达到快熔化的目的。在没有炉底氩气搅拌功能的电炉，更要全程吹O2。C高可多吹，C低少吹，但不能不吹O2。 6、造好泡沫渣 我们反复强调，造泡沫渣是电炉冶炼工艺的核心技术，要高度重视。从形成电炉熔池，弧光外露开始直到出钢，要全程造好泡沫渣，不造泡沫渣就不能冶炼。第一、泡沫渣的作用。一是保护炉壁，提高使用寿命。在电弧自由燃烧的情况下，如果不造泡沫渣电弧的高温辐射热能6070%辐射到炉壁、炉盖而损失，降低炉壁寿命，热利用率很低。如果造好泡沫渣电弧全部被屏蔽，热辐射能的利用率高达95100%，辐射到炉壁、炉盖的热量很少，热负荷也很小，保护了炉壁和炉盖。二是提高电弧热利用率，提高升温速度。造好泡沫渣，泡沫渣屏蔽电弧，电弧加热泡沫渣，泡沫渣加热钢水，提高了钢水升温速度，提高了电弧的热利用率，如果不造泡沫渣，电弧热能损失多，升温速度慢，热效率低。三是有利流渣脱磷。造好泡沫渣，大量流渣，有利于脱磷。四是减少噪音。第二、造泡沫渣的条件。（1）强化用氧，造好泡沫渣首先要有足够的氧含量。强化用氧，即增加钢水的溶解氧，又增加渣中FeO的含量，促进CO反应的进行，产生大量的CO气泡，使炉渣发泡，比重变小，渣层变厚，形成泡沫渣，这是造好泡沫渣不可缺少的重要条件。如果用氧量少，渣中FeO含量低，造不好泡沫渣。（2）喷吹C粉。造泡沫渣应有足够的C含量。C太低，CO反应无力，生成的CO气泡少。钢水中生成的CO气泡约占20%左右，向渣层中喷C粉，与渣中FeO反应生成的CO气泡占80%多。因此，造泡沫渣主要是向渣钢界面喷吹C粉。C粉颗粒小，CO反应快，易形成泡沫渣，（3）大渣量。有炉渣才能造泡沫渣，渣量太少，也能造出泡沫渣，但渣层厚度很薄，包不住电弧，起不到泡沫渣的作用，因而造泡沫渣和不造泡沫渣是一样的，所以必须有足够的渣量，才能造好泡沫渣。现在有时渣量太小，成渣太晚，熔化末期造不好泡沫渣，其原因一是留钢留渣太少，炉底生成熔池晚。二是渣量少的主要原因。第三、泡沫渣的监控。国外用超级电弧监测仪，监控电弧外露情况和造泡沫渣情况。我们只能用耳闻目睹的方式进行监控，泡沫渣造的好，从炉门可以观察到，造不好也可以看到，也可以听到，电弧噪声大，声音刺耳，造好了噪声小不刺耳。第四、供电和造泡沫渣的顺序。在现场操作中，至今仍有先送电后造泡沫渣和先停泡沫渣后停电的现象。还有废钢中磷高，二遍铁化好后，向炉中倒白灰，白灰露出液面，电炉加热化渣。弧光大部分辐射到炉壁上。上述现象，说明还没有认真执行冶炼全程造泡沫渣，不造泡沫渣就不能送电的原则。第五、泡沫渣的控制。泡沫渣造的好，停留时间长短，可调节C粉喷吹量来控制。泡沫渣厚度过大时，可减少C粉喷吹量；泡沫渣厚度回落时及时喷吹C粉，不能用铁锹向炉内加C粉，减少C粉消耗。7、降低非通电时间降低必要的非供电时间，更要降低不必要的非供电时间，在公式（1）中，用ty+tn代替to，这是对公式（1）的一个修改和补充。在现有的国内外资料中，还没有tn这个概念，也可能是东北特钢厂所特有的。现在都重视压缩必须非供电时间ty，包括补炉、出钢口填料、装料、上放电极、出钢时间等，将ty压缩到1620min，这是对的。但对不必要非供电时间tn确很不重视，因而也不分析，不采取措施解决。不必要非供电时间tn是指在冶炼过程中，应当在供电时间内完成脱C、去P的任务，但有时因全熔后C、P特别高，只有停电、降温、吹氧、去C、脱P处理。这个停电时间电脑上不记，原始记录不写。所以称不必要非供电时间。因而用（ty+tn）代替to是合理的，这就是tn的由来。不必要非供电时间tn，虽然停电但不停产，生产操作继续进行。因此，tn包括在冶炼时间之内。tn与热停工不同，热停工是停电停产，停工时间不包括冶炼时间之内。有时出现tnty的情况。提出tn的概念，目的是为了引起人们的关注，认真采取措施，解决问题，缩短冶炼时间。降低tn的主要措施是：第一、提高废钢质量，加强废钢分选从电炉源头上解决C高P高问题。在炉料中有生铁、废钢、切头、注余等返回钢。纯废钢的化学成份 C：0.40% ，P：0.03%左右，都不会造成C高、P高。而我们所使用的废钢组成很复杂，有铸铁件如暖气片，有铸钢件、生铁等高C料，都属于高C、高P、高Mn、高Si的废钢，应当挑选。别的挑选不了，暖气片可以挑选吧。废钢采购人员只要提出要求，废钢供应商可以办到。在我国南方钢厂，在国外钢厂都很重视废钢质量问题，都解决的很好，唯独东特集团不重视。第二、加强配料和装料现在，炼钢厂电炉配料单流于形式，配料单基本是一张废纸，有的根本就没有配料单（因为没有用），配料也很简单，只要知道生铁配多少就行了，其它都配废钢，而废钢有多少高C料神仙也不知道，更有甚者40Cr返回也和废钢混为一团，造成熔后Cu、Cr高兑钢水。在这样的情况下，电炉要掌握炉料全熔后的化学成份情况，发现全熔后取样分析C、P高，及时灵活的调正配料，最简单的办法就是把生铁减下来。发现其它元素过高，就要立即从废钢中取样分析，查清废钢的原因，避免连续成份过高，造成经济损失。第三、加强冶炼工艺操作控制电炉冶炼要及早采取措施，坚持留钢留渣、早形成熔池、早吹氧、早造渣、造好泡沫渣，早取样分析，减少熔后C高、P高。废钢中高C料往往伴随着P高，Mn高、Si高，这些元素都必须前期低温处理才有效果，采用高碱度、高氧化性、大渣量、自动流渣，强化吹氧才能有效的去P、Si、Mn等元素，特别是Si、Mn高的钢水，去气去夹杂不好，影响钢的质量。8、坚持以人为本，调动职工积极性缩短冶炼时间、节能降耗是一个复杂的系统工程，受多种因素影响，必须坚持以人为本，调动职工的积极性。（1）调动职工学习的积极性。超功率电炉设备工艺集高新技术于一体，加强技术培训，学习、消化、吸收和掌握设备工艺技术，提高技术素质。一专多能、一人多职，才能充分发挥超功率的潜能。（2）调动职工生产的积极性。充分利用经济杠杆的作用，采用积极的分配制度，激励职工争分夺秒、大干快干，提高超高功率电炉的生产效率。(3)职工的学习积极性和生产积极性相结合，才能提高超高功率电炉经济运行质量，实现高效、节能、降耗、增效的目标。电炉炉前喷粉站1 设备操作规程11 主要组成部分111 喷粉站由两套供粉系统、两套喷粉系统、一套除尘系统及气源组成。1111 供粉系统（每套）主要1 m3底开式料罐、4.5 m3贮粉仓、叶轮给料机、下料溜管、振动筛组成。每套供粉系统下接一套喷粉系统。1112 每套喷粉系统主要由吸风口、集风管、脉冲布袋除尘器组成。12 主要技术参数底开式料罐容积 1 m3 贮芬仓容积 4.5 m3石灰粉（ CaO ）粒度 0.10.6 mm 50 0.61.0 mm 50 石灰粉含水量 0.5碳粉 同石灰粉最大石灰粉耗量 15kgt钢最大碳粉含量 10kgt钢喷吹时间:石灰粉 20min碳粉 15min最大供粉速度 45kgmin压缩空气压力 0.6MPa每点空气耗量 2 m3min1 3 使用操作程序和要领。131 供粉系统的操作。1311 用5t电葫芦将装有粉剂的 1 m3 底开式料罐吊至4.5 m3贮粉仓上。1312 放松吊杆，打开中阀。132 除尘系统的操作。1321 当底开式料罐放在贮粉仓座圈上时，风机自动打开抽风，除尘器开始工作。133 装粉操作（可自动或手动）1331 打开放散阀，使罐压为零。关闭发送罐下球阀、罐顶气路及流态化气路。1332 给定装粉量。1333 打开发送罐上阀。1334 延时3秒，启动振动筛。1335 延时5秒，启动叶轮给料机。1336 离给定植510公斤可调，关闭叶轮给料机。1337 延时20秒，停振动筛。1338 延时3秒，关发送罐上阀。134 发送罐充气及罐压维持（可自动或手动）。1341 关闭发送罐上阀、下球阀及放散阀。1342 给定罐压值。1343 打开罐顶充气口球阀，打开流态化气口的球阀和调节阀。1344 罐内压力达到给定值后，关闭充气口球阀和流态化气口调节阀。1345 罐内压力低于给定值后，打开流态化气口调节阀。1346 罐内压力达到给定值后，关闭流态化气口调节阀。135 喷粉操作（可自动或手动）1351 当发送罐内压力达到给定值，粉重不为零时方能进行操作。1352 打开引喷管路气动球阀、调节阀。1353 打开流态化管路的气功球阀、调节阀。