第三章-电炉炼钢PPT课件

.,1,第三章电炉炼钢,22,.,2,教学要求：1、了解电炉炼钢方法(扼要介绍感应炉冶炼,电渣重熔法,真空感应炉熔炼法,等离子电弧炉重熔等方法),电弧炉炼钢用原料,电弧炉发展趋势。2、熟悉典型钢种的电弧炉冶炼工艺。3、掌握碱性电弧炉冶炼工艺及各期的任务与操作方法。重点：碱性电弧炉炼钢工艺难点：碱性电弧炉炼钢过程中不同时期的操作工艺。,.,3,电炉炼钢,主要是指电弧炉炼钢,是国内外生产特殊钢的主要方法。目前,世界上95以上的电炉钢是由电弧炉生产的,还有少量是由感应炉、电渣炉等生产的。根据炉衬材料化学性质不同,电弧炉炼钢有酸性和碱性之分。采用碱性耐火村料做炉衬，炼钢时造碱性炉渣，这种炉子称为碱性电弧炉。,酸性电炉冶炼对炉料要求很高，由于炼钢时造酸性炉渣，因而对钢液基本不具备脱硫及脱磷能力，要求炉料中的磷、硫含量必须很低，致使酸性电弧炉冶炼不能广泛使用，炼钢电弧炉通常都采用碱性法冶炼，因此本章只讨论碱性电弧炉的冶炼工艺。,.,4,碱性电弧炉炼钢的特点：电弧炉主要是利用电极与炉料间放电产生电弧放出的热量来炼钢的。优点：热效率比较高。废气带走的热量相对较少,其热效率可达65以上；温度高。电弧区温度高达3000以上,可快速熔化各种炉料,并使钢水加热到大于1600；温度容易调整和控制，可满足冶炼不同钢种的要求；炉内气氛可以控制,既可造成氧化性气氛,又可造成还原性气氛,因此,具有很强的去除钢中有害杂质磷、硫的能力,同时还有很强的脱氧能力,故钢中非金属夹杂物含量相对较低,合金元素收得率也相对较高,钢的成分容易控制,适于冶炼各种合金钢及优质钢；可用100的废钢进行熔炼。,.,5,在工业发达国家,由于废钢量较大,电炉炼钢已从20世纪中的主要生产特殊钢过渡到生产全钢种,甚至以生产普通碳素钢为主。在最近一、二十年间,随着二次精炼技术的下断发展和完善,电炉冶炼由原来的三期演变成仅作为熔化设备,并与二次精炼和连铸技术配套形成自动化水平高、功率高、能耗低的专业化生产系统,从而增强了电炉生产工艺的竞争能力。电炉冶炼与炉外精炼及连铸相结合形成的基本炼钢流程,不但提高了钢的质量,还降低了生产成本。但是,电弧炉也还存在一些不足之处,如由于电弧的离解作用,使空气和水蒸气离解出大量氢和氮,在还原期易被钢水吸收,因此,电炉钢若不经特殊处理,其氢、氮含量一般比转炉钢高；由于电弧是点热源,炉内温度分布不均匀,熔池平静时,各部位的钢水温度相差较大,尤其大炉子更为突出。,.,6,5.1电弧炉及其主要设备,电弧炉炉体是电炉最主要的装置,用来熔化炉料和进行各种冶金反应。由金属构件和耐火材料砌成的炉衬两部分组成。炉体的金属构件又包括炉壳、炉门、出钢槽(现代电炉多数已无出钢槽而采用偏心炉底出钢)、炉顶圈和电极密封圈等组成。,.,7,.,8,一、炉壳炉壳包括圆形炉身、炉壳底和上部加固圈三部分。其作用主要是承受炉衬、钢、渣的重量和自重,同时还须承受高温和炉衬的膨胀作用,因此要求其必须具有足够的强度。一般都是用钢板焊接而成,根据经验,所用钢板厚度大约为炉壳直径的1/200,通常厚度约回1230mm,炉身做成圆筒形可减少散热面积及热损失。,.,9,二、炉门炉门包括炉门盖、炉门框、炉门坎和炉门升降机构等部分。对炉门的要求是：结构严密，升降简便灵活，牢固耐用，各部分便于装卸。三、出钢口和流钢槽出钢口为圆形或者矩形孔，一般正对炉门。流钢槽由钢板和角钢焊成，固定在炉壳上，槽内砌有耐火砖，大部分采用预制整块的流钢槽砖砌成，使用寿命较长，且拆装也方便。在保证出钢顺利的前提下，流钢槽长度应尽可能短些，以减少出钢时产生的二次氧化。,.,10,四、电极密封圈,为使电极在炼钢过程中能自由升降，电极孔直径般要比电极直径大4050mm，炉内的高温气体就不断地从电极孔缝隙中逸出，而空气则不断地从电极孔缝隙中吸入，这样不但使热损失增加，不利于维护炉内还原性气氛，而且还使电极受高温炉气的冲刷而氧化烧损严重，电极直径变细，易于折断。因此，必须使用电极密封圈，以减少缝隙，防止炉气外逸，同时也可冷却炉顶，延长炉顶寿命。,.,11,五、电极夹持器,电极夹持器有两个作用，是向电极输电，二是将电极固定，并在需要松放电极时能方便灵活地松开。电极夹持器在高温下工作，并受到大电流通过时产生的电阻热的作用，故要求夹持器应能牢固地夹住电极，不能因电极的自重而松动或滑动；接触表面要光滑，与电极之间不能因接触不良而起弧；要有足够的机械强度，能耐高温、抗氧化；所用材料电阻要小，导电性好，更换电极要方便等。,.,12,电弧炉侧倾式结构简图1、5-齿轮；2-齿条；3-螺帽；4-螺杆；6-电动机,六、炉体倾动机构,电弧炉出钢时要求炉体能够向出钢槽一侧倾动4050,而在扒渣时向炉门一侧倾动l015,故需要有倾动装置。电弧炉倾动机构可分为炉侧倾动机构和炉底倾动机构两种。炉侧倾动机构倾动着力点在侧面炉壳上,而炉底倾动机构式的着力点在炉底的炉壳上。,.,13,电弧炉底部倾动机构略图,.,14,七、炉顶装料机构,大多数炼钢电弧炉都采用顶装料方式。根据炉盖与炉身的相对运动不同,装料方式有3种：炉盖旋转式、炉盖开出式和炉身开出式。无论采用何种方式,装料时均须先将炉顶和电极提升起来,然后旋转移开,使炉膛完全暴露出来,再用吊车将炉料从上部装人炉内,装料完毕再将炉顶回复。炉盖开出式装料:首先抬起炉盖并吊在支架上,然后炉盖同吊架以及支柱一起开向出钢槽一边。炉身开出式装料:电极升高,炉盖抬起,炉身沿轨道向炉门方向开出。,.,15,电炉炉身开出式装料情况,.,16,炉盖旋转式炼钢电弧炉的装料情况,1-电弧炉平台2-出钢槽3-炉盖4-石墨电极5-装料筐6-炉体7-倾斜摇架,.,17,八、水冷炉壁及水冷炉盖,目前,在大容量电炉和超高功率电弧炉上大都采用水冷炉壁及水冷炉盖，效果都非常好。它能最大限度地用水冷件取代耐火材料，水冷件用得多，耐火材料费用节约就愈多。为了安全，水冷件仅用于那些在熔融、精炼和出钢时不与钢水接触的部位。自20世纪90年代中期以来,我国由于进行产业结构的优化与调整,淘汰了大量落后的小电炉(1994年我国小电炉有1403座，2000年仅有179座)，一批现代电炉迅速投产、达产、超产,我国电炉炼钢工作者在消化引进国外先进技术的基础上自主创新,在开发具有中国特色的现代电炉炼钢技术方面取得了长足的进步,电炉水冷件也得到了很好的应用。,.,18,5.2电炉冶炼原材料及操作方法,一、原材料1、金属料：废钢、生铁(铁水)、铁合金2、造渣剂：石灰、萤石、铁矿石3、氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮4、增碳剂：电极块、焦炭粉、生铁,.,19,二、电炉冶炼操作方法碱性电弧炉的工艺操作可分为两种：氧化法和不氧化法。不氧化法(也称为返回冶炼法)：用较好的合金废钢作原料(废钢锈少、磷含量低、配碳较准确)，废钢成分与冶炼钢种的成分基本相近。特点是无氧化期(不加矿石不吹氧),不必脱碳去气,脱磷,只造还原渣,可回收大部分合金元素和提高生产率,但在我国由于受原料来源的限制,用得不多。主要用于冶炼高速钢及高铬钨工具钢。,.,20,部分氧化法(也称返回吹氧冶炼法或双渣还原法)：原材料清洁，由本钢种返回钢和其他合金返回钢组成。其特点是冶炼过程中有较短的氧化期(10min),既造氧化渣,又造还原渣,能吹氧脱碳,去气、夹杂。但该种方法脱磷较难，故要求炉料应由含低磷的返回废钢组成。由于它采取了小脱碳量、短氧化期,不但能去除有害元素,还可以回收返回废钢中大量的合金元素。因此,此法适合冶炼不锈钢。,.,21,氧化法(又称双渣氧化法)：一般以废钢为原料，冶炼过程中用矿石或氧气来氧化炉料中的杂质，同时通过氧化沸腾过程去除钢水中大部分气体。此法不能回收废钢中的大部分合金元素，但它是电炉冶炼的基本方法，在我国应用最为广泛。氧化法电弧炉炼钢工艺的特点是冶炼过程有正常的氧化期，能脱碳、脱磷，去气、夹杂，对炉料也无特殊要求；还有还原期，可以冶炼高质量钢。目前，几乎所有的钢种都可以用氧化法冶炼，以下主要介绍氧化法冶炼工艺。,.,22,5.3电炉冶炼工艺,传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。其操作过程分为：补炉、装料、熔化、氧化、还原与出钢六个阶段。因主要由熔化、氧化、还原期组成，俗称老三期。,一、补炉1、影响炉衬寿命的“三要素”炉衬的种类、性质和质量；高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀；吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。,.,23,2、补炉部位炉衬各部位的工作条件不同,损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部位如下：炉壁渣线受到高温电弧的辐射,渣、钢的化学侵蚀与机械冲刷,以及吹氧操作等损坏严重；渣线热点区热点区还受到电弧功率大、偏弧等影响侵蚀严重,该点的损坏程度常常成为换炉的依据；出钢口附近因受渣钢的冲刷也极易减薄；炉门两侧常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操作与工具的碰撞等损坏也比较严重。,.,24,3、补炉方法补炉方法分为人工投补和机械喷补，根据选用材料的混合方式不同，又分为干补和湿补两种。目前，在大型电炉上多采用机械喷补，机械喷补设备有炉门喷补机、炉内旋转补炉机。机械喷补补炉速度快、效果好。补炉的原则是：高温、快补、薄补。4、补炉材料机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物，干补以焦油、沥青作粘结剂，湿补以卤水或水玻璃作粘结剂。,.,25,二、装料,目前，广泛采用炉顶料罐(或叫料篮、料筐)装料，每炉钢的炉料分13次加入。装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电极消耗以及合金元素的烧损等。因此，要求合理装料，这主要取决于炉料在料罐中的布料合理与否。布料顺序：先装石灰(为料重的23%)加小块料加焦炭、碎电极块增碳剂在中心区加大块料，并用小料填充大料间隙大料上面及四周加中料最上面铺剩余的小块料。总之，现场布料应做到：下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭桥，熔化快、效率高。,.,26,三、熔化期,传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的50%70%，电耗占70%80%。因此熔化期的长短影响生产率和电耗，熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺行与否。1、熔化期的主要任务将块状的固体炉料快速熔化，并加热到氧化温度；提前造渣，早期去磷，减少钢液吸气与挥发。2、熔化期的操作合理供电，及时吹氧，提前造渣。,.,27,1）炉料熔化过程及供电装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程可分为四个阶段(期),即起(点)弧、穿井、主熔化及熔末升温。,.,28,起（点）弧期,从送电起弧至电极端部下降到1.5d电极深度为起弧期(约23min)。此期电流不稳定，电弧在炉顶附近燃烧辐射，二次电压越高，电弧越长，对炉顶辐射越厉害，并且热量损失也越多。为保护炉顶，在炉上部布一些轻薄料，以便让电极快速进入料中，减少电弧对炉顶的辐射。供电上采用较低电压、较低电流。,.,29,穿井期,起弧结束至电极端部下降到炉底为穿井期。此期虽然电弧被炉料所遮蔽，但因不断出现塌料现象，电弧燃烧不稳定。注意保护炉底，办法是：加料前采取外加石灰垫底，炉中部布置大、重废钢以及合理的炉型。供电上采取较大的二次电压、较大电流，以增加穿井的直径与穿井的速度。,.,30,主熔化期,电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始。随着炉料不断的熔化，电极渐渐上升，至炉料基本熔化，仅炉坡、渣线附近存在少量炉料，电弧开始暴露时主熔化期结束。主熔化期由于电弧埋入炉料中，电弧稳定、热效率高、传热条件好，故应以最大功率供电，即采用最高电压、最大电流供电。主熔化期时间占整个熔化期的70以上。,.,31,熔末升温期,电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末升温期。此阶段因炉壁暴露，尤其是炉壁热点区的暴露,受到电弧的强烈辐射。应注意保护炉壁，即提前造好泡沫渣进行埋弧操作，否则应采取低电压、大电流供电。,.,32,炉料熔化过程与操作,.,33,及时吹氧及元素氧化熔化期吹氧助熔,初期以切割为主,当炉料基本熔化形成熔池时,则以向钢液中吹氧为主。吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固体料发红(900)开始吹氧最为合适,吹氧过早浪费氧气，过迟延长熔化时间。一般情况下，熔化期钢中的Si、Al、Ti、V等几乎全部氧化，Mn、氧化40%50%，这与渣的碱度和氧化性等有关；而在吹氧时氧化10%30%、Fe氧化2%3%。,2）熔化期工艺操作要点,.,34,提前造渣提前造渣方法：用2%3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、渣，即可实现提前造渣。提前造渣的优点：在熔池形成的同时就有炉渣覆盖,使电弧稳定,有利于炉料的熔化与升温,并可减少热损失,防止吸气和金属的挥发。另外,由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度,可脱除一部分磷。当磷高时,可采取自动流渣、换新渣操作，脱磷效果更好，这样为氧化期创造条件。,为什么？,.,35,脱磷反应与脱磷条件：,脱磷反应：2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe,H0反应是在渣-钢界面上进行的放热反应。脱磷反应的条件：高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；高氧化性，造高氧化性渣，增加渣中氧化铁；低温，抓紧在熔化期进行；大渣量(适当大)，采取流渣造新渣。,电炉脱磷操作：实际电炉脱磷操作正是通过提前造高碱度、高氧化性炉渣，并采用流渣、造新渣操作等，抓紧在熔化期末，基本完成脱磷任务。,.,36,减少热停工时间，如提高机械化、自动化程度,减少装料次数与时间，快速补炉等；强化用氧，如吹氧助熔、氧-燃助熔，实现废钢同步熔化,提高废钢熔化速度；提高变压器输入功率,加快废钢熔化速度；废钢预热,利用电炉冶炼过程产生的高温废气进行废钢预热等。执行泡沫渣工艺，提高热能利用系数。可节约和缩短冶炼周期14%。矿石+吹氧+焦炭粒(喷吹焦炭粉)其他措施：留钢留渣操作；将注余钢水和热渣回炉；采用大直径和高导电能力的电极等。,3）缩短熔化期的措施,.,37,四、氧化期,氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。当废钢料完全熔化,并达到氧化温度,磷脱除7080%以上就进入氧化期。为保证冶金反应的进行，氧化开始温度高于钢液熔点5080。1、氧化期的主要任务（P219/或P250）继续脱磷到要求脱磷；脱碳至规格下限脱碳；去除气、去夹杂二去；提高钢液温度升温。,.,38,2、氧化期操作1）造渣与脱磷传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷，由脱磷反应式可以看出：在氧化前期(低温)，造好高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣，并及时流渣、换新渣，实现快速脱磷是可行的。2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe,H0,2）氧化与脱碳强化用氧实践表明：除钢中磷含量特别高需要采用碎矿(或氧化铁皮)造高氧化性炉渣外，均采用吹氧氧化，尤其当脱磷任务不重时，通过强化吹氧氧化钢液，降低钢中碳含量。降(脱)碳是电炉炼钢重要任务之一，然而脱碳反应的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反应还有其他作用。(P219221),.,39,脱碳反应的其他作用如下：利用碳-氧反应(2CO)这一手段还可达到以下目的:搅动熔池，加速反应，均匀成分、温度；脱磷、去除钢中气体与夹杂。实际上，电炉就是通过高配碳，利用吹氧脱碳这一手段，来达到以上目的。,.,40,脱碳反应与脱碳条件：,CO=CO,HCO0.24kcal=22kJ0分析：该反应是在钢中进行的，是放热反应。脱碳条件:高氧化性，加强供氧，使O实际平衡。高温，从动力学角度，温度升高改善动力学条件，加速-间的扩散，故高温有利脱碳的进行。降低PCO，如充惰性气体(AOD),抽气与真空处理(VD、VOD)等均有利于脱碳反应。,.,41,3）气体与夹杂物的去除电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在哪个阶段？怎么进行的？去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。它是借助碳-氧反应、一氧化碳气泡的上浮，使熔池产生激烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度。去气、去夹杂的机理？,.,42,去气、去夹杂的机理：,-反应生成CO使熔池沸腾；CO气泡对N2、H2等来说，PN2、PH2分压为零,N2、H2极易并到CO气泡中长大排除；-反应,易使2FeOSiO2、2FeOAl2O3及2FeOTiO2等氧化物夹杂聚合长大而上浮；CO上升过程中粘附氧化物夹杂上浮排除。为此,一定要控制好脱碳反应速度,保证熔池有一定的激烈沸腾时间。,.,43,4）氧化期的温度控制氧化期的温度控制要兼顾脱磷与脱碳二者的需要，并优先去磷。在氧化前期应适当控制升温速度，待磷达到要求后再快速提温。一般要求氧化末期的温度略高于出钢温度2030,以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的钢液温降,见下图。当钢液的温度、磷、碳等符合要求,扒除氧化渣、造稀薄渣进入还原期。,.,44,五、还原期,传统电炉冶炼工艺中，还原期的存在显示了电炉炼钢的特点。而现代电炉冶炼工艺的主要差别是将还原期移至炉外进行。1、还原期的主要任务（P225）脱氧至要求脱氧；脱硫至一定值脱硫；调整成分合金化；调整温度调温。其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。,.,45,1）脱氧方法有沉淀脱氧、扩散脱氧及综合脱氧法。电炉炼钢采用沉淀脱氧法与扩散脱氧法交替进行的综合脱氧法，即氧化末、还原前用沉淀脱氧预脱氧，还原期用扩散脱氧，出钢前用沉淀脱氧终脱氧。其中沉淀脱氧反应式：xM块yO(MxOy)沉淀脱氧是将块状脱氧剂加入钢液中，直接进行钢液脱氧。,.,46,常用的脱氧剂有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、V和复合脱氧剂Mn-Si、Ca-Si等，脱氧能力依次增加。沉淀脱氧法的特点：操作简单，脱氧迅速；脱氧产物易留在钢中(当上浮时间短时)。扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，钢中氧再向渣中扩散，间接脱出钢中氧。扩散脱氧反应式：x(M)粉+y(FeO)(MxOy)+yFeFeO(FeO),.,47,粉状脱氧剂有：C、Fe-Si、Ca-Si、CaC2、Al粉等。与沉淀脱氧法比较,扩散脱氧法的特点：反应在渣中进行,产物不进入钢中，钢质好；脱氧速度慢,时间长。此法常用在电炉还原期稀薄渣形成后。,2）还原渣,常用的还原渣有白渣和电石渣。造白渣进行脱氧是目前广泛采用的一种脱氧方法。用碳粉和硅粉还原的炉渣，当用渣杆沾出冷却后呈白色，故称白渣。,.,48,电石渣脱氧,其操作过程大致与白渣法相同。但以碳粉作主要还原剂,在炉内高温下C与CaO反应生成CaC2。溶于渣中的碳化钙有较强的脱氧、脱硫能力,但形成CaC2需要高温和较长时间。同时这种渣易使钢水增碳、增硅,且电石渣易与钢水粘附,钢渣不易分离,生产中出钢前还必须将电石渣转变成白渣,因此在实际生产中较少采用,大多采用白渣脱氧。,.,49,还原操作脱氧操作,电炉常用综合脱氧法，其还原操作以脱氧为核心。当钢液的T、P、C符合要求时，扒渣95；加Fe-Mn、Fe-Si块等预脱氧(沉淀脱氧)；加入配比为萤石:火砖块:石灰=1:0.5:3的渣料造稀薄渣；造还原气氛，加C粉、Fe-Si粉等进行脱氧(扩散脱氧)，分35批，间隔710min/批；搅拌，取样、测温；调整成分合金化；加Al或Ca-Si块等终脱氧（沉淀脱氧）；出钢,.,50,3）脱硫反应及脱硫条件FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO）H0分析：该反应是在渣-钢界面上进行的，为一吸热反应。脱硫条件:高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；强还原气分(或低氧化性)，造还原性渣，减少渣中的氧化铁；高温，同时高温改善渣的流动性；大渣量(适当大)，充分搅拌增加渣-钢接触。,.,51,在还原期脱氧过程中也同时进行着脱硫，因还原期温度高,脱氧的结果使渣中(FeO)含量降到1以下，加上又有高碱度、流动性良好的炉渣,为脱硫创造了良好的条件,还原期是脱硫的最好时机。在加入大量C粉、Si-Fe粉等进行脱氧的同时也可促进脱硫。在还原末期,一般可使S小于0.02,有的可达0.010.006。,.,52,4）温度的控制,考虑到出钢到浇注过程中的温度损失，出钢温度应比钢的熔点高出100140。由于氧化期末控制钢液温度大于出钢温度2030以上，所以扒渣后还原期的温度控制是主要是保温。若还原期大幅度升温，则造成：钢液吸气严重、高温电弧加重对炉衬的侵蚀及钢水局部过热。为此，应避免还原期“后升温”操作。,.,53,六、出钢,传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原后，当化学成分合格，温度符合要求，钢液脱氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出钢。因出钢过程的渣-钢接触可进一步脱氧与脱硫，故要求采取“大口、深冲、渣-钢混合”的出钢方式。,传统电炉老三期冶炼工艺操作集熔化、精炼和合金化于一炉,包括熔化期、氧化期和还原期,在炉内既要完成废钢的熔化,钢液的升温,钢液的脱磷、脱碳、去气、去除夹杂物,又要进行钢液的脱氧、脱硫,以及温度、成分的调整,因而冶炼周期很长。这既难以保证对钢材越来越严格的质量要求，又限制了电炉生产率的提高。,.,54,七、钢液的合金化,钢液的合金化包括电炉过程钢液的合金化及精炼过程后期钢液的合金成分微调。传统电炉冶炼工艺的合金化一般是在氧化末、还原初进行预合金化，在还原末、出钢前或出钢过程进行合金成分微调。现代电炉炼钢合金化一般是在出钢过程中在钢包内完成，出钢时钢包中合金化为预合金化，精确的合金成分调整是在精炼炉内完成的。,合金化操作:主要指合金加入的时间、加入的数量及加入的方式。1）合金加入时间总的原则是：熔点高，不易氧化的元素可早加；熔点低，易氧化的元素晚加。,.,55,合金化操作具体原则：,A易氧化元素后加原则：不易氧化的元素,可在装料时、氧化期或还原期加入,如Ni、Co等；较易氧化的元素,一般在还原初期加入,如P、Cr、Mn等；容易氧化的元素一般在还原末期加入,即在钢液和炉渣脱氧良好的情况下加入,如V、Nb、Si、Ti、Al、B、稀土元素(La、Ce等)。为提高易氧化元素的收得率，许多工厂在出钢过程中加入稀土元素、钛铁等，有时稀土元素还在浇注的过程中加入。,.,56,B比重大的加强搅拌原则：熔点高的、比重大的铁合金，加入后应加强搅拌。如钨铁的密度大、熔点高，沉于炉底，其块度应小些。C便宜的先加原则：在许可的条件下，优先使用便宜的高碳铁合金，然后再考虑使用中碳铁合金或低碳铁合金。D贵重的控制下限原则：贵重的铁合金应尽量控制在中下限,以降低钢的成本。如冶炼W18Cr4V时(W17%19%),每少加1%的W,可节约15kg钨铁/t钢。,此外，脱氧操作和合金化操作也不能截然分开。一般说来，作为脱氧的元素先加，合金化元素后加；脱氧能力比较强的，而且比较贵重的合金元素，应在钢液脱氧良好的情况下加入。,.,57,思考题：1比较转炉工艺及电炉工艺的特点。2比较转炉工艺及电炉工艺脱磷、脱硫的特点。3电炉熔化期的任务是什么？4电炉采用老三期冶炼时，何时脱磷最好？何时脱硫最好？5还原期的任务有哪些？6氧化期的任务是什么？,.,58,一、炉容量的大型化及超高功率电炉,1、炉容量的大型化大容量的电炉可以使生产率大为提高，不同容量的电炉其小时生产率相差很大，如一个容量为320t的炉子与一个1.5t的小炉子相比，生产率相差100倍以上。由于大容量的炉子热效率高，使每吨钢的电耗减少，同时，吨钢的平均设备投资也大大降低，钢的成本下降，劳动生产率提高。所以，世界上许多国家都采用大容量电弧炉。我国大炉容量电炉的发展在最近10多年以来也取得了长足进步。,5.4电炉炼钢工艺的发展,.,59,2、超高功率电炉20世纪60年代，世界上成功地发展了超高功率电炉。60年代至70年代主要是发展超高功率供电及其相关技术，包括高压长弧操作、水冷炉壁、泡沫渣技术等。在这一阶段钢包精炼及强化用氧已开始采用。80年代末大型超高功率直流电弧炉开始出现,由于其对电网冲击小、石墨电极消耗低,80年代末到90年代初直流电弧炉占了一定优势。,.,60,所谓超高功率，是指单位时间输入到电炉中的能量比普通电弧炉大23倍。超高功率电炉的优点：大大缩短熔化时间，提高生产率；改善热效率,进一步降低电耗；使用大电流短电弧，热量集中,电弧稳定，对电网的影响小等。超高功率电炉在设备及其它相关技术配套方面也有较大改进：如采用大容量变压器，可在有载情况下变换电压；在炉体上大面积使用水冷炉壁和水冷炉盖；采用机械化设备自动上电极、喷射补炉；采用计算机控制等。,.,61,二、偏心炉底出钢电弧炉,1979年，德国首先将传统的50t超高功率电弧炉改为中心炉底出钢(P243)。经过一段时间的实践后，又将中心炉底出钢改为更加完善的偏心炉底出钢。偏心炉底技术的开发为超高功率电炉冶炼过程带来很多好处,所以近年来发展及推广应用很快。为进一步提高炉外精炼的效果，现代化电炉大都要求做到无渣出钢操作，而偏心炉底出钢恰恰在此方面显示了无比的优越性。,.,62,.,63,偏心炉底出钢的优点：（1）熔池中可保留95以上的熔渣。（2）耐火材料消耗可降低25左右。（3）出钢温度一般只下降25左右。（4）出钢时间短，60t电炉(倾斜角为9)的出钢时间仅80s左右。（5）每吨钢电耗可下降20kwh左右。（6）每吨钢电极消耗可降低0.5kg左右。（7）出钢口耐火材料内衬寿命可达250次左右等。,自20世纪90年代我国强行关闭淘汰一批落后的小电炉以来,我国在现代电炉炼钢技术方面取得了长足进步，实现了炉子容量大型化。偏心炉底出钢可实现无渣出钢，实现了电炉与精炼炉的最佳配合，因此新建的大型电弧炉都采用了此项技术。,.,64,直流电弧炉的发展已有近百年历史,但发展非常慢,主要是由于整流技术没有过关。到20世纪60年代以后,随着大容量可控硅技术的发展,也推动了直流电弧炉的迅速发展。1982年世界上第一台用于实际生产的直流电弧炉容量为12t，是德国制造的，它比传统的三相交流电弧炉更加完善。这座直流电弧炉的中心电极作为阴极接入电路，底电极是阳极，由两块水平金属组成，金属板上装有导气冷却片，许多触针附在金属板上，触针之间筑入镁砂填充。电流经炉底水平金属板导入触针，然后通入熔池。（参见P244，图6-14）,三、直流电弧炉,.,65,直流电弧炉的操作与交流电弧炉差别不大，只是为保证炉料与底电极之间保持良好的接触，出钢时要保留一部分钢水。只有更换钢种时，才须将炉内钢水出干净。直流电弧炉熔炼操作的步骤：穿井熔化(长电弧熔化短电弧熔化)过热(短电弧过热缓慢过热)保温。在操作过程中，可根据生产过程的不同需要来选择这些步骤。,与交流电弧炉相比,直流电弧炉的优点：只有一根电极,因此电极消耗很低,为三相电极的一半左右,生产成本就低。但直流电弧炉新技术仍在不断完善过程中，需要解决的主要问题包括：底电极与炉料接触不良；钢棒式底电极易产生氧化和产生沸腾；钢销式(针状)底电极维修困难；石墨-Mg砖易增碳；炉内温度不均匀，底电极散热不好等。,.,66,我国超大型直流电弧炉炼钢生产线于1996年9月在上海浦东钢铁(集团)公司建成并投产。该生产线由两座100t超高功率电弧炉、两台LF在线钢包精炼炉、一台双工位真空冶炼炉和一台300mm2000mm大板坯连铸机组成。并与该公司4200mm3300mm双机架宽厚钢板生产线相匹配，组成一条国内外一流水平的电弧炉生产宽厚板短流程生产线，年生产能力80104t。,.,67,当电炉采用超高功率与强化用氧技术时,使废气量大大增加,废气温度高达1200以上,废气带走的热量占总热量支出的15%20%,折合成电能相当于80120kWh/t。为了降低能耗、回收能量，在废钢熔炼前，利用电炉产生的高温废气进行废钢预热，节能效果明显。到目前为止，世界范围废钢预热方法主要有料罐预热法、双壳电炉法、竖窑电炉法以及炉料连续预热法等。,四、废钢预热节能技术,1、概述,.,68,按其结构类型分为：分体式与一体式，即预热与熔炼是分还是合；分批预热式与连续预热式。按使用的热源分为：外加热源预热燃料烧咀预热；利用电炉排出的高温废气预热。,2、废钢预热法的分类,世界上第一套料罐式废钢预热装置是日本于1980年用在50吨电炉上，次年又将这种废钢预热装置用在100吨电炉上。之后，在不到10年的时间里，日本就有接近50套废钢预热装置投入运行。,3、料罐式废钢预热,.,69,.,70,料罐预热法的工作原理及预热效果：,电炉产生的高温废气(1200)由水冷烟道经燃烧室后进入装有废钢的预热室内进行预热。废气进入预热室的温度一般为700800,排出时为150200，每罐料预热3040min，可使废钢预热至200250。每炉钢的第一篮(约60%)废钢可以得到预热。料罐预热法能回收废气带走热量的20%30%，可节电2030kWh/t，同时，节约电极、提高生产率。,.,71,料罐预热法的问题及改进措施：,该种废钢预热存在的主要问题：产生白烟、臭气新的公害；(剧毒二恶英)高温废气使料篮局部过烧，降低其使用寿命；预热温度低，废钢装料过程温降大等。迫于这些问题采取了再循环方式、加压方式、多段预热方式、喷雾冷却方式以及后燃方式等措施对付白烟与臭气；采取水冷料罐以及限制预热时间、温度等措施来提高料罐的寿命。,.,72,但结果表明不理想,而且这些措施均使原本废钢预热温度就不高(废钢入炉前温度降至100150)的情况进一步恶化,综合效益甚微。这些问题使得该项技术受到挑战,一些钢厂已停止使用。这促使欧、美和日本积极开发新的废钢预热工艺,提高利用电炉产生的高温废气预热废钢的效率,节约能源、提高生产率、降低成本以及改善环境。,.,73,4、双壳电炉法,双壳电炉法早在二十世纪70年代双壳炉就存在，但它是外加热源(氧-燃烧咀)预热；而新式双壳炉是利用电炉产生的高温废气进行预热的。新式双壳炉具有一套供电系统、两个炉体,即“一电双炉”。一套电极升降装置交替对两个炉体进行供热熔化废钢。,.,74,.,75,双壳炉工作原理图,.,76,双壳炉的工作原理：当1#熔化炉进行熔化时,所产生的高温废气由炉顶排烟孔经燃烧室后进入2#预热炉中进行预热废钢,预热后的废气由出钢箱顶部排出、冷却与除尘。只有每炉钢的第一