18—21、电炉.ppt

5.电弧炉炼钢ElectricArcFurnaceSteelmakingProcess,5.1概述,1.电炉种类,2.电弧炉种类,普通功率电弧炉：电功率300kw/t高功率电弧炉：300700kw/t超高功率电弧炉：700kw/t交流电弧炉、直流电弧炉。,利用电能作热源来进行冶炼.,电极和炉料间放电产生电弧：,电能,热能,a.设备投资较少，建设周期短廉价电力b.冶炼钢种的品种多高合金钢；不锈钢、耐热钢等c.钢材质量好可进行脱O、脱S、合金化d.原料来源广冷装、热装均可。,3、电弧炉炼钢特点,世界粗钢产量增长情况,5.2电弧炉设备,一、机械设备,1.炉体构造,(1)炉壳：,a.球冠形坚固，死角小，用耐火材料少，制造困难，常用；,钢板焊接而成,由炉身炉底组成，炉身为圆筒形；,b.截锥形较坚固，用耐材略少，制造容易，较常用；,c.平底形易变形，耗用的耐火材料多最易制造，很少用。,(2)炉盖圈：,要求：a.通水冷却；b.直径大于炉壳直径；,1炉盖2炉盖圈3水冷加固圈4炉壁,用钢板焊成，用来支承炉盖耐火材料,(3)炉门：,作用：加造渣料、测温、取样、扒渣、吹氧等；炉门框：形水冷箱,(4)出钢口与流钢槽,出钢口：在液面上方，正对炉门流钢槽长度：在保证顺利出钢的前提下，尽量短；倾角：与水平呈812倾角，防止钢液自动流出、减少冲刷。,用钢板焊成,2.机械结构,a.电极密封圈功能：防止高温炉气大量逸出；要求：冷却、绝缘,(1)电极系统,b.电极夹持器,基本功能：夹紧、松开电极；输送电流电极材料：铜、钢或合金,c.电极横臂：,d.电极立柱：倒L形小炉子固定立柱大炉子活动立柱，e.电极升降机构：机电、液压，打开炉盖；控制弧长。,装设电极卡头和导电铜管,(2)炉体系统,向炉门侧：1015便于除渣向出钢侧：4045出尽钢水倾动速度：0.51.0/秒,必须保证其重心始终低于其旋转中心；倾动方式：液压传动、电机传动。,a.炉体倾动机构,b.其他,炉顶升转机构：开启炉盖,装料筐,二、排烟集尘设备,1.烟尘来源第一种烟尘：冶炼过程产生第二种烟尘：加料和出钢过程产生，占总量10。,(1)烟气体,a.化学反应，C氧化：CO、CO2，废油燃烧：SO2、SO3，b.水分蒸发c.空气受电弧分解，被剧烈加热膨胀,NO、H2S、HCl、NH3、C2H2、HF、SiF4。,尘气体中固体质点,来自：金属氧化物、渣（细小颗粒）成分：Fe2O3、FeO、Fe、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、P、S、C等，,烟尘对人有害：CO、SO2、粉尘。,2.排烟集尘方法和设备,(1)炉内排烟通过炉顶排烟孔(第四孔)排烟,a.排烟速率可控；效果较好；b.对冶炼有一定影响；c.热量损失；对炉衬寿命、电极消耗不利,(2)炉外排烟,通过炉顶罩收集烟尘；适合小炉子；系统简单，不影响冶炼；排烟效果差一点.,a.炉顶罩,b.车间天蓬大罩,适于各种尺寸炉子；系统简单，完全不影响冶炼；不影响电炉操作；对车间内部环境有不利影响。,三、电弧炉热工,1.电极：石墨材料(1)升华温度高(3800)；(2)随温度升高强度提高；(3)导电率高；导热性好，抗热震性好；(4)易加工2.电弧：气体放电现象；3.电弧特性：电极极性阳极：50006000阴极：2400。,4.炉中热交换,石墨电极端面：阴极区金属面：阳极区,热源：电极下电弧；热交换：电弧炉衬炉料三者之间进行。,(1)电压、功率分布,电弧组成正柱+阴极区+阳极区,电压、功率分布80%10%10%,(2)熔池高温区,位置：电极与电弧下的熔池面（电极下圆孔），三个高温区占5；,(3)熔池传热过程,a.电弧高温区b.电弧、高温区（辐射）炉衬c.炉衬（辐射）非高温区熔池。,(4)电弧功率辐射,正柱电弧：可看作是一个高温点状热源,KW/m2,阳极区、阴极区：看成面状热源热辐射：,KW/m2。,热辐射：,(5)熔池直接吸收的电弧功率,Ph电弧功率炉渣黑度，取0.5阴极+阳极20Ph，弧柱80Ph,熔池直接吸收电弧功率：0.35Ph熔池非高温区：主要是靠炉衬有效辐射来加热，为0.65Ph。,5.3碱性电弧炉炼钢法,一、概论,工序组成：补炉装料熔化期氧化期还原期出钢功能：脱磷、脱碳、脱氧、脱硫，去夹杂、去H、N。,氧化法冶炼,二、原料,1.钢铁料废钢废钢不足时，可配入2030的生铁来代替；生铁还可提高配碳量，2.增碳剂碳粉碳粉既是增碳剂又是还原剂，可脱除炉渣中氧化铁.a.冶金焦炭：很便宜，常用；但P、S高，灰分高b.木炭粉、生铁：较贵；使用较少d.碎电极块：比重大，P、S低，灰分少；理想的增碳剂3.氧化剂：氧化法冶炼的氧源铁矿石、氧气4.造渣材料、脱氧合金化剂。,三、配料,1.装入量计算钢液重量(t)钢铁料铁合金铁矿石46熔损(35钢铁料)矿石被还原进入钢液的铁：约占462.配料内容(1)铁合金a.尽量采用价格便宜的高碳铁合金b.磷、硫含量要低碱性电炉S约为80，高级优质钢S0.3%高碳钢：C为0.20.25%配碳量钢种平均含碳量还原期增碳量熔化期损失（0.050.1）氧化期脱碳量（0.20.3）。,(2)配碳,1.补炉(1)炉衬损坏的原因炉衬：炉壁、炉底、炉顶(炉壁寿命最低)；高温作用解决措施：降低或缩短高温作用的程度与时间；采用合理的供电制度a.熔化开始，小功率；b.电极穿井时，最大功率；c.熔化后，减小功率d.氧化期埋弧操作时，功率较大同样的功率，电压低时，电弧短，辐射弱。,四、补炉和装料,炉渣对碱性炉衬侵蚀，形成渣线带解决措施：调整炉渣的流动性a.R2时，粘度适中b.冶炼低碳钢，氧化期钢液温度高，渣变稀，应提高R；c.还原期时，硅粉脱氧SiO2，R,渣变稀，加入石灰调整碱度。,机械碰撞与振动装料不合理,化学侵蚀,易造成跑钢事故；热损失增大，吨钢电耗上升；镁石进入渣中，MgO含量升高，反应性能降低；炉底有坑，不利于元素均匀化；炉顶损坏，会产生淌炉顶现象；增加停炉时间。,(2)炉衬损坏对冶炼不利影响,操作：机械喷补、人工投补把补炉材料投向被侵蚀处，靠炉衬的热能把补炉材料和炉衬烧结成一个整体；补炉方法：干法喷补镁砂焦油(粘结剂)湿法喷补镁砂卤水（MgCl2xH2O）或水玻璃（Na2SiO4xH2O）用于补损坏严重部位补炉原则：“高温、快补、薄补”。,(3)补炉,机械装料：用料罐在炉顶装料，按比例一次装入，炉料分布较好手工装料：从炉门装料，1.5t以下的炉子(1)炉料种类：致密：可减少装料次数、增加导电性；合理搭配：大、中、小炉料，各3035；。,2.装料方法,a.在炉底铺上石灰：提前造渣；保护炉底耐火材料b.在石灰上加小料,c.炉膛中心，中层区域，加大料、中料d.中心上层加轻薄料e.四周加小料大废钢应加在电极下高温区；钨铁也放在高温区，但不应加在电极正下方，以防金属烧损。,(2)装料次序和布料,五、熔化期,1.熔化过程,起弧穿井电极提升熔清；,任务：快速将固体料熔化成液体；将钢液迅速加热到所需温度；去除部分P、S；,2.熔化期的重要性,熔化占总冶炼时间50，电耗占2/3；缩短熔化期(1)提高产量、降低电耗；(2)延长炉衬寿命合理供电(3)提高钢的质量尽快造渣。,作用：氧化反应放热，加速炉料熔化；减小炉内温差.吹氧时机：过早吹氧，与冷炉料起作用小；过晚吹氧，不能显著缩短熔化时间；一般950时开吹.两种方法：(1)向固体炉料吹：切割大块炉料，(2)向熔池吹：迅速提高钢液温度，加速固体熔化。,3.适时吹氧,(1)目的a.稳定电弧燃烧b.减少散热、减少吸气、吸收上浮夹杂物c.尽快去P、Sd.减少金属挥发,4尽快造渣,碱度R=22.5；高FeO，,(2)炉渣成分,(3)渣量控制一般为45。,取样：,5.熔清测温取样,测温：温度不能过低防止低温氧化喷溅。,分析C、Si、Mn、P、S，以决定冶炼操作；及冶炼的钢种；Cu、Ni含量：冶炼去不掉，高于规格只能改钢号；,(1)扩大变压器容量进行合理的过载,6缩短熔化期,(3)引进辅助燃料：固体：煤粉液体：重油气体：天然气(4)炉外预热废钢a.通过燃烧煤气、天然气等；b.利用炼钢炉高温废气的余热。,(2)吹氧助熔,1.氧化期的任务(1)脱磷,六、氧化期,(2)脱碳去除多余C含量，生成的CO使钢液沸腾.,约低于成品规格一半,氧化期末钢液温度应高于出钢温度1020；目的：为还原期造渣、加铁合金创造条件优势：CO产生泡沫渣，埋弧操作利于升温；CO使温度均匀化；,(3)升温,(4)去气、去夹杂,脱碳反应有利于去气、去除大部分的夹杂；还原期不能去气，反而可能增加N、H。,(1)钢液脱碳a.加入铁矿石氧化钢液Fe2O3+Fe=3(FeO)(FeO)=O+FeH=121.38KJO+C=COH=-35.742KJ(FeO)+C=Fe+COH=85.638KJ。,2.氧化期主要物化反应,特点：渣中氧化铁高，利于脱磷；升温慢，利于脱磷；脱碳速度慢；钢液碳含量高时，脱碳量大；反之，则小。,1/2O2=OH=-117.23KJ1/2O2+Fe=FeOlH=-228.24KJ1/2O2+C=COH=-139.63KJ特点：升温快脱碳反应快不利于脱磷。,b.吹氧脱碳,2P+5(FeO)+4(CaO)=5Fe+(4CaOP2O5)H=-405.2KJ/molP,(2)钢液脱磷,a.熔化后期，预脱磷；b.氧化期，进行自动流渣或扒渣操作；c.不断的加矿石，保持渣中(FeO)量1020；d.不断的加石灰，保持碱度R=2.53.5e.保持较大渣量38。,相同：氧化反应，需氧不同：a.低温有利于脱P，高温有利于脱碳；b.脱P为钢渣界面,4CaOP2O5；脱C为熔池内部C+OCO；关系：脱碳使钢液沸腾，扩大渣钢界面，有利脱P。,(3)脱C与脱P反应的关系,(1)矿石氧化法操作取样分析：估算C、P；残存元素是否超标；加矿石)T1475时；)加入量：第一次2，第二次2，第三次1%补加石灰纯沸腾：降低钢中的氧；扒除氧化渣增碳：C粉、电极粉,3.氧化期工艺操作,前期，加矿石造渣，脱磷，后期，吹氧脱碳；(3)吹氧氧化法：可缩短冶炼时间，但脱磷少；(4)特殊情况下操作原料C高P低：以吹氧为主C高P高：采用综合氧化法C低P高：以矿石氧化法为主C低P低：熔化为主。,(2)综合氧化法,七、还原期,1.还原期任务(1)脱氧：预脱氧、终脱氧Al、Si、Mn,(2)脱硫:(CaO)+FeSC=(CaS)+Fe+CO2(CaO)+2FeSSi=2(CaS)+2Fe+(SiO2),(3)合金化，调整成分(4)调整温度(5)出钢：钢渣混出。,(1)脱氧和脱硫脱硫要在脱氧充分的条件下进行;(2)脱氧和合金化的关系在脱氧良好的基础上进行合金化.,2.还原期各任务之间关系,(3)合金元素的调整原则,不易氧化的可在熔化、氧化、还原期加入，Cu、Ni、Co、Mo、W较易氧化的还原期加入，Cr、Mn易氧化的脱氧充分条件下加入，V、Nb.,熔点高的早加，钨铁、钼铁加入量大的烘烤加热，以便快速熔化优先使用高碳铁合金；贵重金属尽量控制在中下限，W。,极易氧化的出钢前58min加入，Ti、Al；B、稀土加在钢包中；,(1)白渣法造稀薄渣防止钢液氧化、吸气、散热。加入C粉、硅粉还原剂,3.还原期工艺操作,加预脱氧剂：Fe-MnFe-Si等补加石灰：R,S加粉状脱氧剂，形成白渣（冷却后呈白色）保持2030min测温取样，合金化出钢：钢渣混出。,在稀薄渣料上加碳粉，加一些小石灰块：3C+(CaO)=(CaC2)+COCaC2脱氧、脱硫能力强3(FeO)+(CaC2)=3Fe+(CaO)+2CO(CaO)使得FeS但增硅、增碳3(SiO2)+(CaC2)=3Si+2(CaO)+4CO反应时间长钢渣不易分离。,(2)电石法操作,5.4超高功率电弧炉和直流电弧炉,一、超高功率电弧炉的发展,英文：UltraHighPower,简称UHP,1964年，美国首先提出“超高功率概念”1967年，划分为RP、HP、UHP生产率，电耗相关技术进一步发展：水冷炉壁、水冷复合电极、偏心底出钢、炉外精炼等。,二、技术特征,1.单位功率水平高单位功率水平：熔化期每吨炉料所需最大功率；七十年代：划分水平较低，300500KW/t；1981年国际钢铁学会(IISI)将其提高,700kw/t.2.采用高电压长弧操作原因：埋弧操作；水冷炉壁(盖)的发展。,4.时间利用率与功率利用率高时间利用率:一炉钢总通电时间与总冶炼时间之比功率利用率:一炉钢实际平均输入功率与额定功率之比；两者都应大于0.7。,3.改善三相的功率平衡,三相功率不平衡炉衬不均衡损坏在短网结构上改进；,三、设备特点,1.电极抗氧化涂层电极、水冷复合电极,2.炉衬(1)使用高质量综合炉衬：热点区采用电熔镁砖和镁碳砖(2)广泛使用水冷挂渣炉壁，水冷炉盖；(3)缩小极心圆直径：电极向中心倾斜约3.,(1)炉渣及炉尘被喷射到炉壁上，炉壁表面渣化，经机械或热冲击而剥落；,(2)剥落的厚度ln为：,炉壁厚度过厚对提高炉壁寿命意义不大；(3)而炉衬不管多薄，能站住就能工作；(4)用冷却水箱支撑薄炉衬，边烧损边补充，达到动态平衡。,l初始炉壁厚度,水冷挂渣炉壁工作原理：,3.采用氧燃料烧嘴助熔；尽快熔化死角炉料、大块炉料；,5计算机控制6.缩短短网长度降低阻抗。,4.整体密闭罩消音除尘噪音约120dB除尘，改善操作环境。,四、冶炼工艺特点,