电弧炉炼钢工艺

1、电弧炉炼钢工艺2010级 冶金1001班，魏宏兴摘要：回顾了电弧炉炼钢发展概况，详细介绍电弧炉炼钢工艺和生产情况，重点分析了短流程炼钢发展趋势。关键词：电弧炉 炼钢 发展趋势Abstract：The general situation of the EAF steelmaking development was reviewed in this article, production and electric arc furnace steelmaking process are introduced in detail, analyses the development trend of s

2、hort flow steelmaking.Key word：electric arc furnace steelmaking The development trend1电弧炉炼钢概述电弧炉（EAF）炼钢是以电能作为热源，以废钢为主要原料的炼钢方法，它是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助电弧辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属炉料和炉渣，冶炼出各种成分合格的钢和合金一种炼钢方法。1.1工艺过程电弧炉炼钢以前的方法（老三期）：补炉装料熔化期（分为四个阶段：起弧期穿井期主熔化期熔末升温期）氧化期还原期出钢装料：废钢；也可以装入少量铁水，叫热装铁水。熔化期：主要是废钢等的

3、熔化。氧化期：通过矿石氧化或者吹氧等操作，去除钢水中的杂质、N、H等还原期：造渣、配合今等。 现在常用：废钢预热熔氧期出钢精炼现在一般把还原期拿到LF来操作，这样可以缩短冶炼周期，操作也比较方便1.2工艺特点1）电能为热源，避免了燃烧燃料对钢液的污染，热效率高，可达65%以上。2）冶炼熔池温度高且容易控制，满足冶炼不同钢种的要求。3）电热转换时，输入熔池的功率容易调节，因而容易实现熔池加热制度自动化，操作方便。4）电弧炉炼钢可以消化废钢，是一种铁资源回收再利用的过程，也是一项处理污染的环保技术，它相当于是钢铁工业和社会废钢的回收工具。5）炼钢过程的烟气污染和噪声污染容易得到控制6）设备简单，炼

4、钢流程短，占地少，投资省，建厂快，生产灵活。2电弧炉炼钢发展历史钢铁冶金的本质是高温化学发应，因而冶金中传统的能源是基于CO反映的化学能，而电弧炉炼钢所使用的能源却是以电能为主的。电能具有清洁高效方便等优越的特性，是工业化发展的优选能源。19世纪中叶以后，各种大规模实现电热转换的冶炼装置陆续出现：1879年William Siemens首先进行了使用电能熔化钢铁炉料的研究，1889年出现了普通感应炼钢炉，1900年法国P.L.T.Heroult设计的第一台炼钢电弧炉被投入生产。从此，电弧炉炼钢在一百多年中得到了长足的发展，目前已成为最重要的炼钢方法之一。早在19世纪初，在钢铁冶金领域内，人们就

5、开始寻求应用电能进行冶炼的技术途径，此后一百多年间各种大规模实现电-热转换的冶炼装置相继出现。1800年，汉符.大卫先生受碳弧的启发最早提出了电弧炉的设想。然而，直到1829年威廉.西门子才真正利用直接起弧和间接起弧的原理试用电弧炉并申请了专利。1899年法国人赫奥特设计的第一台炼钢电弧炉投入生产。这一时期电弧炉技术的发展受电能及电极的制约且进程缓慢。1906年4月5日，赫奥特在美国纽约的海康钢公司安装的第一台电炉生产出了第一炉钢水，这是美国境内的第一台电炉，在此以前，美国的电炉钢产量为零。这个长方型电炉装有单相两极电极，容量为3.6t。2年后，一台容量更小的电炉安装在宾夕法利亚州的菲斯史特宁

6、钢公司。1909年，伊利诺伊钢厂安装了一台容量为13.5t的三相电炉，这是当时世界最大的电弧炼钢炉而且是第一台圆形电炉，这台电炉在1909年5月10日顺利出第一炉钢水。从1910年到1980年的70年间，几乎所有的电弧炉都是交流电弧炉，从上世纪80年BANNED始，直流电弧炉开始显示出一些优越性，例如节省电极、噪音低等。在过去的15年，相当部分新电炉都采用直流供电方式，其容量从10t到300t。现代电炉一般都装备有天燃气咀，大量使用氧气，偏心炉底出钢及废钢预热系统。在过去的20年内，电弧炉炼钢发展迅速。由于氧气顶吹转炉取代平炉而成为主要的炼钢方法后，废钢资源开始变得丰富而低廉了，在发达国家例如

7、美国、欧洲、日本更是如此，因为这些国家是钢铁消费大国，废钢资源更加丰富。与钢水相比，其价格具有强大的竞争力。廉价而资源丰富的废钢以及投资低的优势使采用电弧炉炼钢的一些电炉钢厂得以迅速发展。起初，这些电炉钢厂只能生产一些对质量要求不高的长材产品，如棒材、钢筋等建筑材料，但是随着上世纪末薄板坯连铸连轧的发展，电炉钢厂已经可以生产以前只能是转炉工艺生产的扁平材产品了。从此，电炉钢厂进入了新的发展阶段。上世纪90年代，仅北美地区新一代的电炉钢厂的产能已达1500-2000万吨，大量的废钢代用品及氧气等化学能的使用，使电炉的生产效率和产品质量发生了翻天覆地的变化。这些变化主要表现在：电炉的冶炼周期从20

8、0min减少到55min以下，电耗从600kWh/t减少到400kWh/t以下。这些归功于电弧炉炼钢的一系列技术措施的采用，例如超高功率、长弧埋弧冶炼、废钢预热、大量使用化学能、物理能及二次精炼钢技术等等从20世纪以来世界总钢产量，电炉钢厂量和电炉钢产量所占比例的变化可以看出：1970-1999年（世界电弧炉发展期）世界粗钢总量一直徘徊在7.0-8.0亿吨之间，但电路钢产量一直稳步上升。电弧炉炼钢的发展经历了普通功率电弧炉高功率电弧炉超高功率电弧炉的过程，由传统的“三期操作”发展为只提供初炼钢水的“二期操作”。近年来，世界电炉钢产量占钢总产量的比重为32%一35%欧盟电炉钢的比重已达到50%。

9、由于电力资源不足以及废钢资源的短缺，我国电炉钢所占比重仍较低。从1993年至今，我国电炉钢生产的发展可分为3个阶段，近几年我国电炉钢占钢总产量比重总体呈下降趋势。我国电弧炉座数逐年减少，炉容趋向大型化。据不完全统计，在2007年=50t电弧炉产能约占电炉钢总产能的83.5%，成为我国电炉钢生产的主体设备，但是多loot电弧炉产能占电炉钢总产能的比例不及45%，与发达工业国家仍存在较大差距2。因此，新建电弧炉应严格按照钢铁产业发展政策规定，公称容量不小于70t。3现代生产情况1）生产钢种目前国外150t以上的电弧炉几乎都用于冶炼普通钢，许多国家电炉钢产量的60%一80%均为低碳钢。而我国受废钢和

10、电力资源不足的限制，电弧炉主要用于冶炼高合金钢、大型铸锻件用钢、不锈钢等钢种。随着技术开发力度的继续加大，我国电炉钢质量有较大提高，一些企业成功开发出氮含量小于等于80*10的(-6)次方钢种，最低的氮含量可控制在30*10的(-6)次方，达到了转炉钢的水平，但目前电弧炉普遍生产转炉钢种不具备成本优势。2）炉料结构我国电弧炉消耗钢铁料结构发生变化，吨钢废钢消耗逐年减少，而吨钢生铁消耗逐年增加。为降低生产成本，多数钢铁企业电弧炉炼钢采用配加高炉铁水工艺。根据实践经验，我国电弧炉炼钢采用热装30%一35%的高炉铁水效果最佳，也有少数钢铁企业选择配加40%一50%的热铁水。目前国外还有电弧炉配加Co

11、rex铁水的冶炼工艺，与高炉铁水相比，铁水质量无明显优势，但是生产和运行成本较高，进一步推广还有较大难度。3）工艺措施目前电弧炉技术开发主要以提高能量输人、缩短冶炼周期、提高生产效率为主。随着国内外电弧炉炼钢向大型化、超高功率以及计算机自动控制等方向发展，生产企业为缩短冶炼周期、提高生产效率、降低电耗，研究了多种冶炼方式，并采用了不同的强化冶炼工艺技术和装备。近年来出现的主要新型电弧炉有双壳电弧炉、Consteel电弧炉、带废钢预热装置的竖式电弧炉等，甚至出现了双炉壳、同时带有电极和氧枪，能根据炉料变化以电弧炉和转炉两种工艺操作的CONARC炉，称为电转炉。电弧炉冶炼工艺不断改进，总体目标是缩

12、短冶炼周期，工艺措施分类总结如下: (l)提高吨钢输人电功率，如超高功率电弧炉、直流电弧炉、高阻抗或变阻抗交流电弧炉; (2)提高电效率、功率因数，如优化电弧炉供电制度和短网结构、采用导电横臂、长弧操作、吹氨搅拌等; (3)提供化学热源，如二次燃烧、氧燃烧嘴、碳氧喷枪、底吹氧、外加热铁水技术等; (4)提供物理热源，如废钢预热、加适量的热铁水显热等; (5)优化工艺，如偏心底出钢、机械化加料系统和连续加料方式、快速测温取样分析等5电弧炉短流程发展趋势（一）短流程生产工艺体系的优化电炉短流程炼钢工艺是集中了当今先进的炼钢生产技术于一身的先进生产工艺，其关键技术将是整体工艺的优化设计、物流参数的合

13、理匹配以及总体装备水平的最佳配置。短流程生产工艺体系的整体优化不仅包括了大型电炉及其相关配套技术、精炼技术、近终型连铸技术等单项的技术优化进步，更需要注意建设过程中的生产布局优化和生产过程中的生产物流优化和工序持续优化。传统的工程初步设计往往采用类似工程的简单套用和基于设计者经验的主观判断法，并不能体现全局综合物流优化效果，而采用仿真技术将会成为未来的发展趋势，其能够对多种方案进行分析比较，将复杂动态的钢铁运行过程通过模型得以再现，可定量对多方案进行技术经济比选，优化短流程生产工艺中的时间节奏和物流流量的匹配衔接，从而发挥短流程优势，为钢铁工业的资源优化、能源优化、产品结构优化、经济效益优化提

14、供了一条最优化的工艺布局和路线。（二）电炉冶炼高效化电炉作为短流程工序的生产核心，其生产的高效化直接影响着该生产流程效益的发挥。电炉冶炼高效化追求的目标是冶炼周期、通电时间尽可能缩短，冶炼电耗尽量降低。随着电炉转炉化的趋势越来越明显，电炉的熔化周期成为短流程炼钢的研究热点，已有学者以能量平衡为基础分析了影响电炉熔化周期的因素，指出进一步强化电弧炉炼钢、提高生产率的手段主要在于提高能量供应量和供应强度，表现在技术层面上就是装备的大型化、更高功率、提高化学能输入强度以及减少非通电操作时间或辅助操作时间等。值得一提的是，让电炉具有高炉连续生产特征的CRISP连续电弧炉炼钢工艺已成功完成中试验，以DR

15、I为原料的CRISP炉，完全可以实现连续加料、连续冶炼和周期出钢：像高炉炼铁一样的连续炼钢，该工艺在未来短流程的成果应用将有效提高整个生产流程的生产效率。（三）低生产成本的过程管理与控制成本是制约短流程发展的关键因素。在短流程炼钢工艺中，成本构成包括原料成本、能源成本以及生产管理成本等。未来竞争的胜利者将是那些所有拥有的技术能够控制成本的厂家，因此任何降低成本的技术均能促进短流程的发展。l、减少原料成本的技术：如加强对废钢的分类、加工和管理。2、降低能源消耗的技术：展开电炉供电技术优化的研究，加强炉气物理热和化学热的回收，如采用电炉热装海绵铁以及废钢预热技术以及连续上料装置的实现。据报道德国奥

16、蒙德输送技术有限公司（Aumund fordertechnik公司）开发出一种新的直接还原铁输送系统，可以将热直接还原铁密封输送，该技术的应用可使电能消耗降最多20%；另外，在缺电地区，可发展EOF（Energy Optimizing Furnace）的短流程炼钢工艺。3、控制生产成本的技术：操作过程的连续化和自动化，缩短热停工时间，以及围绕缩短电炉冶炼周期的新技术和新装备的研发，从而起到强化电炉冶炼，降低能耗提高劳动生产率，以使吨钢能耗、耐材和电极等辅助材料消耗及劳动成本大幅度降低。（四）节能环保实现短流程工业的可持续发展电炉短流程就是有利于循环经济和环境保护的生产流程，据统计在满足国民经济需求的钢产量一定时，生产1t电炉钢比生产1t转炉钢可以多循环利用废钢500600kg，少消耗铁矿石1.3t，降低可比能耗265kg标煤，减少二氧化碳排放1126.3kg。生产1t转炉钢约排放二氧化碳1.8t，生产1t电炉钢约排放0.6t，为转炉钢的1/3。从节能环保、实现电炉短流程可持续发展角度，需研究大量关键技术门，如控制电弧炉冶炼中二恶英产生和排放的技术；以提高能源与资源利用率为目标的多种能源与多种炉料的匹配与优化技术；以降低冷却水能耗与水耗为目标的气化冷却技术；以