朱荣电炉炼钢工艺1综述

1、电炉炼钢工艺朱 荣1 电炉炼钢工艺的发展历程电炉炼钢工艺的发展历程 1905年第一台年第一台5吨工业炼钢电炉建成吨工业炼钢电炉建成 （德国人（德国人R.Linberg） 1936年德国制造了可炉盖旋转的炼钢电炉年德国制造了可炉盖旋转的炼钢电炉 1936年美国建成了当时最大的年美国建成了当时最大的100吨炼钢电炉吨炼钢电炉 1964年美国碳化物公司年美国碳化物公司(W.E.Schwabe)和西和西北钢铁线材公司北钢铁线材公司(C.GRobinson)提出电炉超高提出电炉超高功率概念功率概念(Ultra High Power简称简称UHP)，电炉，电炉工业开始走向辉煌。开始与转炉竞争。工业开始走向

2、辉煌。开始与转炉竞争。1990年后，电炉炼钢技术取得了重大进展。炼钢年后，电炉炼钢技术取得了重大进展。炼钢技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。世界电炉生产迅速发展动力世界电炉生产迅速发展动力 社会废钢积累的增长，环境压力。社会废钢积累的增长，环境压力。 低生产成本的经济刺激，廉价废钢及廉价电力。低生产成本的经济刺激，廉价废钢及廉价电力。 对提高劳动生产率的追求。采用废钢作原料的电对提高劳动生产率的追求。采用废钢作原料的电弧炉工艺，流程短，生产率高，全员劳动生产率弧炉工艺，流程短，生产率高，全员劳动生产率高达高达27004000 t /（人（人a），几乎是

3、高炉），几乎是高炉转转炉流程的炉流程的34倍。倍。 我国钢铁行业我国钢铁行业20102010年能耗构成的预测值，年能耗构成的预测值， 矿石矿石经高炉经高炉/ /转炉流程而成粗钢的单位能耗高于转炉流程而成粗钢的单位能耗高于600kgce/t600kgce/t，其中氧气转炉炼钢工序能耗仅为，其中氧气转炉炼钢工序能耗仅为10kgce/t10kgce/t，主要能耗是高炉和炼焦工序。，主要能耗是高炉和炼焦工序。 铁前系统烧结、炼焦和高炉炼铁是能耗大户，铁前系统烧结、炼焦和高炉炼铁是能耗大户，也是污染环境的大户。也是污染环境的大户。 相比之下，废钢经电炉熔炼所生产的粗钢吨钢相比之下，废钢经电炉熔炼所生产的

4、粗钢吨钢能耗仅为能耗仅为270kgce/t270kgce/t，而污染的产生及其治理更远，而污染的产生及其治理更远优于高炉优于高炉/ /转炉流程。转炉流程。 电炉炼钢的其它优势电炉炼钢的其它优势世界粗钢产量增长情况世界粗钢产量增长情况世界钢产量预测世界钢产量预测电弧炉技术的发展电弧炉技术的发展2 电炉炼钢主体设备介绍电炉炼钢主体设备介绍机械设备机械设备 炉壳、炉门、出钢槽或偏心炉底出钢、炉盖，炉壳、炉门、出钢槽或偏心炉底出钢、炉盖，分水冷和耐材分水冷和耐材 电极夹持器、电极升降装置电极夹持器、电极升降装置 炉盖提升旋转机构、炉体旋转或开出炉盖提升旋转机构、炉体旋转或开出 排烟除尘装置排烟除尘装置

5、 炉顶加料装置炉顶加料装置电气设备电气设备 变压器变压器 电抗器电抗器 短网短网 隔离开关及高压断路器隔离开关及高压断路器 电极升降自动调节装置电极升降自动调节装置3 电炉炼钢的能量来源电炉炼钢的能量来源 电能电能 化学能。包括炉料带来的化学能。包括炉料带来的物理热及氧化带来的化学热、物理热及氧化带来的化学热、外来输入的燃料。外来输入的燃料。传统电炉总能量平衡总总能能量量630kWh/t=100%电电能能 4 41 10 0kWh/t(65%)烧烧嘴嘴 4 40 0kWh/t(6%)化化学学反反应应 1 18 80 0kWh/t(29%)废废气气 1 14 40 0kWh/t(22%)钢钢 3

6、 38 80 0kWh/t(60%)损损失失 1 10 0kWh/t(2%)冷冷却却 5 50 0kWh/t(8%)渣渣 5 50 0kWh/t(8%)现代电炉总能量平衡(装铁水)3.1 供供 电电60年代-400kVA/tRP-EAFMC30MVA/特殊钢,合金钢冶炼周期:180min吨钢电耗:630kwh/t电极消耗:6.5kg/t高电压大电流短弧80年代-700kVA/t90年代800kVA/t70年代-500kVA/tUHP1-EAFLFCC(S)BR50MVA/30万吨/棒线材UHP2-EAFLFCCR70MVA/50万吨/扁平材,管材UHP3-EAFLFCCCR100MVA/100

7、万吨/纯净钢,热带冶炼周期:40min吨钢电耗:230kwh/t电极消耗:1.1kg/t低电压大电流更短弧高电压小电流长弧更高电压小电流更长弧烧嘴二次冶金水冷炉壁DRILF/EBT泡沫渣竖炉/用氧双炉壳连续加料年代功率级别-400kVA/t流程变迁变压器容量/产品技术指标进步相关/配套技术电气运行供电技术发展供电技术发展直流电弧炉消除炉衬热点问题，减少电极消耗，搅拌熔池消除偏弧；减少对电网冲击高阻抗电弧炉利用泡沫渣埋弧操作、提高变压器水平，降低电极消耗提高功率因数，减轻对电网干扰无功功率静止式动态补偿消除或减弱电弧炉冶炼冶炼中电负荷造成的电压波动与谐波对电网的危害降低闪烁和谐波冶炼过程计算机自

8、动化控制按冶金模型、热模型进行最佳配料、电热平衡、最佳控制功率等计算，实现控制、管理、决策合理电气工作点动态选择、保证合理供电制度执行智能电弧炉利用人工智能，具有三相意识，也可进行电弧炉综合控制解决电弧炉供电三相不平衡问题，减少对电网冲击普通功率与超高功率电弧炉工作点普通功率与超高功率电弧炉工作点 配电操作配电操作冶炼阶段根据工艺要求输入的功率是不相同的，冶炼阶段根据工艺要求输入的功率是不相同的，在各个阶段调节输入功率大小，电功率的调节在各个阶段调节输入功率大小，电功率的调节称为配电操作。称为配电操作。 配电操作分：送电、停电、调换电压、调节配电操作分：送电、停电、调换电压、调节电流及电气设备

9、的监护。电流及电气设备的监护。配电分手动及自动调节，好的配电制度对缩短配电分手动及自动调节，好的配电制度对缩短冶炼时间及降低电耗是非常重要的。冶炼时间及降低电耗是非常重要的。供电时间确定供电时间确定C C 吨钢电耗，吨钢电耗，kWh/tkWh/tW W 钢水总重，钢水总重，t tP P电炉变压器容量，电炉变压器容量，kV.AkV.A变压器利用率，变压器利用率，非通电时间，非通电时间，minmin3.2 供供 氧氧炉门人工吹氧炉门人工吹氧 从从1 1根氧管到根氧管到3 3根氧管；根氧管； 炉门吹氧机械手炉门吹氧机械手 强化供氧及安全生产；强化供氧及安全生产；炉壁氧燃枪炉壁氧燃枪(可加二次燃烧可加

10、二次燃烧) 辅助能量;EBT氧枪氧枪 解决偏心炉的冷区及成分均匀解决偏心炉的冷区及成分均匀；炉壁氧气碳粉喷吹模块炉壁氧气碳粉喷吹模块 可伸入式及固定式；可伸入式及固定式；炉壁及烟道的二次燃烧氧枪炉壁及烟道的二次燃烧氧枪 利用余热、能量极限利用利用余热、能量极限利用电炉供氧示意图电炉供氧示意图北京科大电炉炼钢用氧专利技术内容电炉炉门多功能吹氧装置电炉炉壁氧燃助熔及二次燃烧氧枪电炉炉壁及EBT氧枪电炉炉顶氧枪电炉炉壁氧气及碳粉喷吹模块（集束氧枪）电炉泡沫渣技术电炉用氧诊断电炉用氧模块化控制技术在吹氧条件下，熔池中 各元素氧化1kg时所产生的理论热值反 应 热元素产 物kJ/kgkwh/kg相对成本

11、*（参考值）AlSiMnFeCCAl2O3SiO2MnOFeOCOCO230.99532.1576.9924.7759.15932.7618.618.931.941.332.549.103.73.26.01.80.50.60.30.6 化学反应中各发热元素的来源首先是炉料废钢和生铁，还有是由碳枪喷入的碳粉或焦粉。对于普通铁水，每吹入1m3的氧气,所含各元素在 1600时反应理论发热值约为4kwh。 在电炉采用多种供氧方式以后，如何做到炉在电炉采用多种供氧方式以后，如何做到炉内均衡供氧是非常重要的。内均衡供氧是非常重要的。 目的：目的：1 1、控制吨钢耗氧；、控制吨钢耗氧； 2 2、提高金属收得

12、率；、提高金属收得率； 3 3、解决除尘冷却装置及电极等氧化。、解决除尘冷却装置及电极等氧化。控制方式：控制方式： 1 1、结合热平衡及物料平衡；、结合热平衡及物料平衡； 2 2、结合原有炉次的供氧曲线；、结合原有炉次的供氧曲线； 3 3、根据冶炼状况，分解不同供氧方式的供氧量；、根据冶炼状况，分解不同供氧方式的供氧量； 4 4、检测冶炼过程炉气成分的变化，调整供氧量。、检测冶炼过程炉气成分的变化，调整供氧量。4 电炉炼钢的原料电炉炼钢的原料 传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺以冷废钢为主，传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺以冷废钢为主，配加配加1010左右的生铁块；左右的生铁块； 现代电弧炉炼钢使用的其

13、它原料还有：除冷生现代电弧炉炼钢使用的其它原料还有：除冷生铁外，直接还原铁（铁外，直接还原铁（DRIDRI，HBIHBI）、热铁水、碳化）、热铁水、碳化铁等；铁等； 电弧炉炼钢的原料构成对其工艺、装备、指标电弧炉炼钢的原料构成对其工艺、装备、指标等有决定性影响；等有决定性影响； 不同原料结构下的生产过程是不可比的。或者不同原料结构下的生产过程是不可比的。或者说只有原料结构相当的情况下才是可比较的。说只有原料结构相当的情况下才是可比较的。废废 钢钢 电炉炼钢是一种铁资源回收再利用过程，也是一种处理电炉炼钢是一种铁资源回收再利用过程，也是一种处理污染的环保技术污染的环保技术 。仅就电炉炼钢工序而言

14、，废钢是基本原料，废钢原料需仅就电炉炼钢工序而言，废钢是基本原料，废钢原料需进行鉴别、分类管理和打包、剪切等预处理。进行鉴别、分类管理和打包、剪切等预处理。 当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残留元素，当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残留元素，主要是残留的主要是残留的NiNi，CrCr，MoMo等合金元素和等合金元素和CuCu，SnSn，BiBi，SdSd，PbPb等有害元素。它们在电炉炼钢过程中尚无有效方法去等有害元素。它们在电炉炼钢过程中尚无有效方法去除，残留在钢材中造成种种危害，并在废钢循环再利用除，残留在钢材中造成种种危害，并在废钢循环再利用过程中不断积累。过程中不断积累

15、。目前采用的对策主要有：目前采用的对策主要有：加强废钢管理；加强废钢管理；在废钢预在废钢预加工过程中挑选或分离；加工过程中挑选或分离；冶炼过程配加其他铁源，稀冶炼过程配加其他铁源，稀释残留元素的浓度。释残留元素的浓度。其它金属料其它金属料冷生铁：配碳、稀释残留元素、渣量增加冷生铁：配碳、稀释残留元素、渣量增加直接还原铁：粒状直接还原铁（直接还原铁：粒状直接还原铁（DRIDRI）和块状热）和块状热压块（压块（HBIHBI）铁水：配加铁水：配加1010的热铁水，带入的物理热约为的热铁水，带入的物理热约为25kwh/t-steel25kwh/t-steel，化学热约，化学热约25kwh/t-stee

16、l25kwh/t-steel，（而，（而氧耗氧耗6 67m7m3 3/t-steel/t-steel）碳化铁碳化铁(Fe(Fe3 3C)C)：技术问题，不能大量生产：技术问题，不能大量生产5 电炉冶炼工艺电炉冶炼工艺n 传统冶炼工艺传统冶炼工艺( (三段工艺三段工艺) ) 熔化期、氧化期、还原期熔化期、氧化期、还原期n 现代冶炼工艺现代冶炼工艺( (二段工艺二段工艺) ) 熔化期、氧化期、加炉外处理；熔化期、氧化期、加炉外处理； 或称熔氧脱磷期、脱碳升温期或称熔氧脱磷期、脱碳升温期n 操作步骤：补炉、装料（配料）、熔化期、操作步骤：补炉、装料（配料）、熔化期、氧化期、精炼氧化期、精炼(或还原期

17、或还原期)、出钢、出钢5.1 补补 炉炉 电炉补炉工作量是很大的，补炉的重点是：电炉补炉工作量是很大的，补炉的重点是： 渣线渣线( (渣的浸蚀渣的浸蚀) )； 靠电极靠电极( (最容易跑钢的地方最容易跑钢的地方) )；电弧的辐射；电弧的辐射； 补炉用大铲或喷枪。补炉用大铲或喷枪。 5.25.2装料装料( (配料配料) )对废钢的要求对废钢的要求 （1 1）不允许有有色金属。）不允许有有色金属。（2 2）不允许有封闭器皿、易爆炸物。）不允许有封闭器皿、易爆炸物。（3 3）入炉的钢铁料块度要合适，不能太大。）入炉的钢铁料块度要合适，不能太大。装料量要求装料量要求 二次进料：第二次进料：第1 1次，

18、次，6060；第；第2 2次，次，4040； 三次进料：第三次进料：第1 1次，次，4040；第；第2 2、3 3次，次，3030； 四次进料：第四次进料：第1 1、2 2次，次，3030；第；第3 3、4 4次，次，2020。配碳的重要性配碳的重要性 重要性：重要性：废钢铁氧化、氧化期去气废钢铁氧化、氧化期去气(N(N、H)H)、去、去夹杂；夹杂； 最低配最低配C C计算：计算： 配配C C量量%=0.50%(%=0.50%(熔化期损失熔化期损失)+0.2-0.3%()+0.2-0.3%(氧氧化需要化需要)+)+氧化终了碳含量。氧化终了碳含量。装料原则：装料原则： 大、中、小料配合；大、中、

19、小料配合； 重料在下、轻料在上；重料在下、轻料在上； 大块在中、轻料在边大块在中、轻料在边。5.3 废钢熔化阶段操作废钢熔化阶段操作 熔化期是电炉工艺中能源消耗的大头，冶炼时熔化期是电炉工艺中能源消耗的大头，冶炼时间的间的50-80%50-80%，因此，电炉的节能降耗主要在熔化，因此，电炉的节能降耗主要在熔化期。期。 废钢熔化过程：从中心向四周、从热区向冷区、废钢熔化过程：从中心向四周、从热区向冷区、从下向上。从下向上。 熔化期操作原则：合理供电、合适吹氧、提前熔化期操作原则：合理供电、合适吹氧、提前造渣。造渣。 吹氧方式：自耗式：可切割、可吹渣钢界面；吹氧方式：自耗式：可切割、可吹渣钢界面；

20、 水冷式：只能吹渣钢界面。水冷式：只能吹渣钢界面。优化的供电曲线优化的供电曲线0510152025303540455004812162024288m in4m in3m in5m in2m in5m in2m in5m in2m in19/618/621/615/518/621/615/518/615/5( 精炼 ) ( 二 次 料 )( 加铁 水) ( 一 次 料 )供 电 时 间 m in 电压级 别/电流 级 别 V/A 5.4 5.4 电炉氧化期操作电炉氧化期操作 氧化期的任务：氧化期的任务： 继续脱继续脱P P、脱、脱C C 去气去气(N(N、H)H)、去夹杂、去夹杂 钢液升温钢液升

21、温电炉熔氧期操作：电炉熔氧期操作： 熔化废钢与氧化期脱碳结合，提前造渣脱磷。熔化废钢与氧化期脱碳结合，提前造渣脱磷。元素氧化方式元素氧化方式铁矿石氧化：铁矿石氧化： 吸热、有利于脱磷、增加金属量吸热、有利于脱磷、增加金属量 Fe 2O3+3C=2Fe+3CO吹氧气氧化：吹氧气氧化： 放热、对脱磷不利、但可部分脱硫，渣中放热、对脱磷不利、但可部分脱硫，渣中氧化铁增加。氧化铁增加。矿石加吹氧矿石加吹氧氧化期操作氧化期操作熔清、取样分析熔清、取样分析( (全分析全分析) )、加石灰、吹氧化渣、加石灰、吹氧化渣、流渣脱流渣脱P P、加石灰、测温、加石灰、测温, ,视钢中含碳量吹氧脱碳；视钢中含碳量吹氧

22、脱碳；看看P P：取样分析、看渣子的颜色（黑亮：取样分析、看渣子的颜色（黑亮P P高、灰黑高、灰黑P P低）、低）、看渣子的泡沫化；看渣子的泡沫化；看看C C ：取样分析、看火花、砂轮对比、副枪；：取样分析、看火花、砂轮对比、副枪；看温度：蓝白亮、浅蓝、深蓝、浅红、深红看温度：蓝白亮、浅蓝、深蓝、浅红、深红；取样全分析、测温，静沸腾等待出钢取样全分析、测温，静沸腾等待出钢；传统工艺：扒除氧化渣，为还原期造渣做准备。 氧化期的造渣氧化期的造渣氧化期的造渣要根据脱磷及脱碳的要求、氧化期的造渣要根据脱磷及脱碳的要求、具有合适的炉渣成分及流动性具有合适的炉渣成分及流动性 渣中渣中FeOFeO含量一般控

23、制在含量一般控制在10102020，碱，碱度控制在度控制在2.5-3.02.5-3.0，总渣量在，总渣量在2 24 4。磷的控制磷的控制3 3个关键因素：炉渣氧化性、石灰含量、温度。个关键因素：炉渣氧化性、石灰含量、温度。 HealyHealy经验式：经验式： lg(%P)/%P=22350/T-lg(%P)/%P=22350/T-16.0+0.08%(CaO)+2.5lg%(TFeO)16.0+0.08%(CaO)+2.5lg%(TFeO)常规工艺常规工艺%P0.030%P0.030以下以下脱磷的主要工艺：脱磷的主要工艺： 强化吹氧提高初渣氧化性强化吹氧提高初渣氧化性 提前造高碱度渣提前造高

24、碱度渣 流渣造新渣流渣造新渣 喷粉技术的应用喷粉技术的应用氧化期喷粉脱磷氧化期喷粉脱磷碳的控制碳的控制作用：减少金属烧损、作用：减少金属烧损、降低熔池温度、促进降低熔池温度、促进钢渣反应、促进脱磷、钢渣反应、促进脱磷、促进泡沫渣形成、去促进泡沫渣形成、去气去夹杂。气去夹杂。温度控制温度控制T出钢出钢=t1+t过程过程 t加热加热 t浇铸浇铸 t1 液相线温度液相线温度t过程过程 过程降温过程降温 t加热加热 钢包温度补偿钢包温度补偿 t浇铸浇铸 浇铸降温浇铸降温氧化终点特别情况处理氧化终点特别情况处理（1 1）碳高）碳高磷磷低，温度低，吹氧；温度高，低功率低，温度低，吹氧；温度高，低功率操作；

25、操作；（2 2）碳高）碳高磷磷高，先脱高，先脱P P后脱后脱C(C(可加部分矿石可加部分矿石) )；（3 3）碳低）碳低磷磷高，温度合适，造高，温度合适，造FeOFeO渣；温度高渣；温度高(加加矿石矿石)，停电；，停电； (4) (4) 低低磷磷低温，性碳低，加大电功率低温，性碳低，加大电功率, ,造泡沫渣；造泡沫渣；碳高，吹氧，一般功率。碳高，吹氧，一般功率。 5.5 冶炼过程造泡沫渣冶炼过程造泡沫渣泡沫渣是指在不增大渣量的情况下，使炉渣呈泡沫渣是指在不增大渣量的情况下，使炉渣呈很厚的泡沫状很厚的泡沫状泡沫渣的作用泡沫渣的作用采用长弧泡沫渣操作可以增加电炉输入功率，采用长弧泡沫渣操作可以增加

26、电炉输入功率，提高功率因数及热效率；提高功率因数及热效率；降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间；降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间；减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失；减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失；1.1.泡沫渣有利于炉内化学反应，特别有利于脱泡沫渣有利于炉内化学反应，特别有利于脱P P、C C及去气（及去气（N N、H H）泡沫渣对电能输入的影响泡沫渣对电能输入的影响对炉渣泡沫渣高度的影响对炉渣泡沫渣高度的影响泡沫渣新工艺泡沫渣新工艺1、设备要求、设备要求 性能稳定及易操作的喷粉设备性能稳定及易操作的喷粉设备 碳粉喷吹量、粒度及喷粉速度控制碳粉喷吹量、粒度及喷粉速度控制 稳定干燥的喷吹气

27、源及定期的设备检查稳定干燥的喷吹气源及定期的设备检查泡沫渣技术泡沫渣技术2、造泡沫渣的新思路、造泡沫渣的新思路-解决喷吹区域解决喷吹区域 炉门区及炉后区域同时喷碳，全熔池区域泡沫炉门区及炉后区域同时喷碳，全熔池区域泡沫化及全程泡沫渣冶炼。化及全程泡沫渣冶炼。3、热装铁水后的泡沫渣、热装铁水后的泡沫渣 有丰富的碳源，喷碳任务减轻，但喷碳粉有丰富的碳源，喷碳任务减轻，但喷碳粉在冶炼前期及后期作用是很大的。在冶炼前期及后期作用是很大的。 铁水热装的终渣铁水热装的终渣FeO高达高达30。 5.6 电炉还原期电炉还原期还原期是转炉炼钢没有的。还原期是转炉炼钢没有的。 还原期的主要任务是：还原期的主要任务

28、是： 1 1 去除钢液中的氧去除钢液中的氧 2 2 去除钢液中的硫去除钢液中的硫 3 3 调整钢液的温度，成份到规定成分；调整钢液的温度，成份到规定成分； 4 4 合金化合金化 这四点是相互联系及同时进行的。脱这四点是相互联系及同时进行的。脱O O与与脱脱S S的关系，合金化与脱的关系，合金化与脱O O、S S，脱，脱O O、S S时加入时加入的合金的合金MnMn，就是成品需要的合金。，就是成品需要的合金。进入还原或采用炉外精炼的条件是无渣出钢。进入还原或采用炉外精炼的条件是无渣出钢。无渣出钢无渣出钢残余氧化渣的危害：残余氧化渣的危害： 降低脱硫脱氧能力；降低脱硫脱氧能力； 降低合金收得率；降

29、低钢包搅拌强度；降低合金收得率；降低钢包搅拌强度； 降低包衬寿命。降低包衬寿命。偏心炉底出钢彻底解决了这一问题。传统偏心炉底出钢彻底解决了这一问题。传统电炉需扒渣。电炉需扒渣。传统出钢虹吸出钢传统出钢虹吸出钢还原期操作还原期操作 扒除氧化渣后加石灰和莹石扒除氧化渣后加石灰和莹石 化渣、加碳粉造白渣或电石渣化渣、加碳粉造白渣或电石渣 还原还原5-105-10分钟推渣，取样全分析、测温分钟推渣，取样全分析、测温 补加渣料加补加渣料加C C粉粉 成份温度合格、加合金测温度、看脱氧、出钢。成份温度合格、加合金测温度、看脱氧、出钢。还原白渣及电石渣还原白渣及电石渣白渣：是用白渣：是用C C粉和粉和SiS

30、i粉还原的炉渣，冷却后呈白粉还原的炉渣，冷却后呈白色，过一会儿会粉化；色，过一会儿会粉化；电石渣：过量的电石渣：过量的C C粉（或加粉（或加CaCCaC2 2），在渣中有大），在渣中有大量存在，冷却后呈灰色；量存在，冷却后呈灰色；白渣与电石渣的比较：白渣与电石渣的比较：电石渣的脱氧、脱电石渣的脱氧、脱S S能能力强（在力强（在S S、O O高时，采用）高时，采用）电石渣增电石渣增C C。增。增Si Si 电石渣和钢液性湿润性较好，钢水，中易产电石渣和钢液性湿润性较好，钢水，中易产生夹杂，所以，不能电石渣出钢，生夹杂，所以，不能电石渣出钢，如何破电石渣：如何破电石渣： 加渣料加渣料炉盖留一条线炉

31、盖留一条线 6 近年主要电炉炼钢新工艺近年主要电炉炼钢新工艺 竖式电炉竖式电炉 双壳电炉双壳电炉 consteel 电炉电炉 铁水热装及强化供氧铁水热装及强化供氧竖炉电弧炉竖炉电弧炉 竖炉电弧炉是竖炉电弧炉是Fuchs System Fuchs System 在在19921992年推年推出的。它有一个废钢预热系统，竖炉电弧炉出的。它有一个废钢预热系统，竖炉电弧炉可以是单竖炉或双竖炉，也可以是直流的或可以是单竖炉或双竖炉，也可以是直流的或交流的。交流的。 它用废气（它用废气（10001000以上）的潜热和化学热，以上）的潜热和化学热，加上在竖炉底部的氧燃烧嘴预热装在水冷竖炉内加上在竖炉底部的氧燃

32、烧嘴预热装在水冷竖炉内的废钢料柱。与普通的炉子比较，其氧的废钢料柱。与普通的炉子比较，其氧燃烧嘴燃烧嘴的热效更高。竖炉里至少可装全炉废钢的的热效更高。竖炉里至少可装全炉废钢的40%40%，剩下的废钢在开始熔化前直接加入炉内。剩下的废钢在开始熔化前直接加入炉内。双壳电弧炉双壳电弧炉 双壳炉内有两个炉壳，共用一套电源。双壳炉内有两个炉壳，共用一套电源。 双壳炉的技术特点是将废钢预热和节省非通电时间相结双壳炉的技术特点是将废钢预热和节省非通电时间相结合：当一个炉壳内在熔化炉料时，另一炉壳就加入第一合：当一个炉壳内在熔化炉料时，另一炉壳就加入第一篮炉料。当第一个炉壳要出钢时电极就转向另一个炉壳，篮炉料

33、。当第一个炉壳要出钢时电极就转向另一个炉壳，开始送电。这样停电时间可缩短开始送电。这样停电时间可缩短610分钟，生产率大分钟，生产率大大提高。大提高。有些设计中，当一个炉壳在熔炼时将排出的热废气通入有些设计中，当一个炉壳在熔炼时将排出的热废气通入第二个炉壳，以预热废钢。第二个炉壳，以预热废钢。 预热炉料的优点是缩短给电时间和节电，日本预热炉料的优点是缩短给电时间和节电，日本Nippon Steel估计预热估计预热25分钟可节电分钟可节电35KWh/t。Consteel电炉电炉 废钢原料预热和加料过程的连续化，显然废钢原料预热和加料过程的连续化，显然 对电弧炉炼钢过程是非常有利的：对电弧炉炼钢过

34、程是非常有利的：n 电弧非常平稳，闪烁、谐波和噪音很低电弧非常平稳，闪烁、谐波和噪音很低n过程连续进行，非通电操作时间减至最少过程连续进行，非通电操作时间减至最少n不必周期性加料，热损失和排放大大减少不必周期性加料，热损失和排放大大减少n便于稳定控制生产过程和产品质量便于稳定控制生产过程和产品质量冶金学院冶金学院 朱朱 荣荣炉外精炼1 炉外精炼的产生炉外精炼的产生半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；提高生产率的需要；提高生产率的需要；提高钢质量的需要；提高钢质量的需要；满足不同钢种的特殊要求。满足不同钢种的特殊要求。炉外精炼发展历程炉外精炼发展历程202

35、0世纪世纪30304040年代，合成渣洗、真空模铸年代，合成渣洗、真空模铸5050年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法了钢包提升脱气法(DH)(DH)及循环脱气法及循环脱气法(RH)(RH)60607070年代，高质量钢种的要求，产生了各种年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法精炼方法80809090年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接求及炼钢炉与连铸的衔接2121世纪，更高节奏及超级钢的生产。世纪，更高节奏及超级钢的生产。炉外精炼的内容炉外精炼的内容脱氧、脱硫脱氧、脱硫去气、去除

36、夹杂去气、去除夹杂调整钢液成分及温度调整钢液成分及温度2 炉外精炼的手段炉外精炼的手段渣洗渣洗 最简单的精炼手段；最简单的精炼手段；真空真空 目前应用的高质量钢的精炼手段；目前应用的高质量钢的精炼手段；搅拌搅拌 最基本的精炼手段；最基本的精炼手段；喷吹喷吹 将反应剂直接加入熔体的手段；将反应剂直接加入熔体的手段；调温调温 加热是调节温度的一项常用手段。加热是调节温度的一项常用手段。合成渣洗合成渣洗根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣；的合成炉渣；通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉渣混合，实现脱硫

37、及脱氧去夹杂功能；渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；不能去除钢中气体；不能去除钢中气体；必须将原炉渣去除；必须将原炉渣去除；同炉渣洗、异炉渣洗。同炉渣洗、异炉渣洗。真空处理真空处理脱气的主要方法脱气的主要方法 提高真空度可将钢中提高真空度可将钢中C C、H H、O O降低；降低；日本真空技术，真空度到日本真空技术，真空度到1 torr1 torr；C10ppm,H1ppm,O5ppmC10ppm,H1ppm,O5ppm中国真空技术，真空度到中国真空技术，真空度到3 torr3 torr；C20ppm,H2ppmC20ppm,H2ppm，O15ppmO15ppm。新开发了脱硫功能：新开发了脱硫功

38、能：KTBKTB 代表性装置：代表性装置：RHRH、VDVD、VODVOD。喷吹技术喷吹技术喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物形态；夹杂物形态；单一气体喷吹单一气体喷吹 VODVOD；混合气体喷吹混合气体喷吹 AODAOD；粉气流的喷吹粉气流的喷吹 TNTN；固体物加入固体物加入 喂线。喂线。升温工艺升温工艺提高生产率的需要；提高生产率的需要；升温装置：升温装置： LFLF加热加热 CASCAS化学加热。化学加热。3 主要的精炼工艺主要的精炼工艺LF(Ladle Furnace process)；AOD(Argon-oxygen decaburi

39、zition process );VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; RH (Ruhrstahl Heraeus process);CAS-OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen blowing process) ；喂线喂线 (Insert thread) ； 钢包吹氩搅拌钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)；喷粉喷粉( powder injection )。3.1 LF3.1 LF炉炉最常用的精炼方法最常用的精炼方法取代电炉还原期取代电炉还原期解决了转炉冶炼优钢问题解

40、决了转炉冶炼优钢问题具有加热及搅拌功能具有加热及搅拌功能脱氧、脱硫、合金化脱氧、脱硫、合金化LF炉精炼原理1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口l精炼功能强，适宜生产超精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；低硫、超低氧钢；l具备电弧加热功能，热效具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度率高，升温幅度大，温度控制精度高；控制精度高；l 具备搅拌和合金化功能，具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；高产品的稳定性；l 采用渣钢精炼工艺，精采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低；炼成本较低；l设备简单，投

41、资较少。设备简单，投资较少。工艺优点工艺优点常规常规 LFLF炉工艺操作炉工艺操作电炉电炉EBTEBT出钢，出钢过程加合金、加渣料出钢，出钢过程加合金、加渣料( (石灰、石灰、萤石等萤石等2%)2%)，底吹氩、通电升温、化渣，底吹氩、通电升温、化渣，1010分分钟取样分析，加渣料钟取样分析，加渣料(1(1) )，测温取样，加合，测温取样，加合金看脱氧，准备出钢。金看脱氧，准备出钢。一般一般30305050分钟，电耗分钟，电耗505080kwh/t80kwh/t；现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。3.2 AOD 3.2 AOD 炉炉目的：目的： 主要是冶炼高质量的不

42、锈钢主要是冶炼高质量的不锈钢(C20ppm,S,P50ppm)(C20ppm,S,P50ppm) 使用更廉价的原料使用更廉价的原料( (采用高碳铬代低碳铬采用高碳铬代低碳铬) )；使用情况：使用情况：60607070的不锈钢产量；的不锈钢产量；我国太钢有国内第一台我国太钢有国内第一台AOD;AOD;不锈钢的冶炼方法不锈钢的冶炼方法 电炉；电炉或转炉电炉；电炉或转炉AODAOD；电炉或转炉；电炉或转炉VOD.VOD.AODAOD工艺过程工艺过程炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍铁铁吹炼过程温度及氩氧比的控制吹炼过程温度及氩氧比的控制分不同温度及碳

43、含量控制吹炼氩氧比分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比: :O O2 2：Ar=4:1(3:1)Ar=4:1(3:1)，C C下降为下降为0.2%0.2%、T T16801680；O O2 2：Ar=2:1Ar=2:1， C C下降为下降为0.1%0.1%、T T17001700；O O2 2：Ar=1:2Ar=1:2， C C下降为下降为0.02%0.02%、T T17301730；O O2 2：Ar=1:3Ar=1:3， C C下降为下降为0.01%0.01%、T T17501750；3.3 VD/VOD3.3 VD/VOD炉炉VD VD 的功能仅是真空加搅拌，的功能仅是真空加搅拌，VOD V

44、OD 是是Vacuum and stir and injection oxygenVacuum and stir and injection oxygen；VDVD主要应用于轴承钢脱氧；主要应用于轴承钢脱氧；VOD VOD 主要用于不锈钢冶炼；主要用于不锈钢冶炼；VD工艺工艺轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢中中OO控制在控制在10ppm10ppm为好。为好。 最好水平最好水平O O 3 35ppm5ppm。国内。国内10ppm10ppm左右。左右。控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别

45、。控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。GCr15GCr15是最常用轴承钢：是最常用轴承钢： %C%C：0.95-1.05 %Mn: 0.9-1.20 0.95-1.05 %Mn: 0.9-1.20 %Si:0.40-0.65%Si:0.40-0.65 %Cr: 1.30-1.65 S,P0.020 %Cr: 1.30-1.65 S,P0.020以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例冶炼工艺：冶炼工艺：UHPUHPLF+VDLF+VD（或（或RHRH）+CC+CC： LFLF出钢后，扒渣（倒渣）出钢后，扒渣（倒渣）2/32/3，渣层厚度应保，渣层厚度应保持持404070mm70mm，扒渣时间，扒渣时间3

46、min3min。 扒渣完毕扒渣完毕LFLF钢包入钢包入VDVD处理工位，接通氩气，处理工位，接通氩气，调节流量调节流量505080NL/min80NL/min，同时测温、取样，加，同时测温、取样，加入硅石入硅石2 kg/mm2 kg/mm，调整炉渣碱度，调整炉渣碱度R=1 .2R=1 .21 .51 .5。测温、取样后测温、取样后VDVD加盖密封，抽真空。加盖密封，抽真空。真空泵启动期间，调整氩气流量保持真空泵启动期间，调整氩气流量保持30 30 40NL/min40NL/min。VD工艺工艺以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例真空保持时间：真空启动后，工作压力达到真空保持时间：真空启动后，工作压

47、力达到67 67 PaPa时，保持时间时，保持时间15min15min。真空保持期间调整氩气流量真空保持期间调整氩气流量 70NL/min70NL/min左右，并左右，并通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保持均匀沸腾。持均匀沸腾。终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹151525min25min，氩气流量，氩气流量 70-100NL/min70-100NL/min左右，控制渣左右，控制渣面微动为宜。面微动为宜。软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出钢温度钢温度1530153015

48、401540。以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例VD工艺VOD VOD 工艺工艺初炼炉将碳控制在初炼炉将碳控制在0.20.20.50.5，P0.03%P0.03%以下；以下； 钢液温度为钢液温度为16301630；初炼炉除渣后，将初炼炉除渣后，将VODVOD钢包吊入真空室，接底吹氩，开始钢包吊入真空室，接底吹氩，开始抽真空，此时温度抽真空，此时温度1550-1580;1550-1580;当真空度达到当真空度达到131320kpa20kpa时，开始吹氧脱碳；时，开始吹氧脱碳；碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；当碳合格时，停止吹氧，加大真空到当碳合格

49、时，停止吹氧，加大真空到100Pa100Pa以下，并加大以下，并加大搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到1670167017501750；加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空浇铸。加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空浇铸。以冶炼超低碳不锈钢为例以冶炼超低碳不锈钢为例3.4 RH3.4 RH真空精炼真空精炼 Ruhrstahl Ruhrstahl 公司和公司和HeraeusHeraeus公司公司19571957年开发的。年开发的。也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。理。主要冶炼高质量产品，如轴承钢、主

50、要冶炼高质量产品，如轴承钢、LFLF钢、硅钢、钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。不锈钢、齿轮钢等。国内国内RHRH设备主要依靠进口。设备主要依靠进口。RHRH工艺特点工艺特点反应速度快，表观脱碳速度常数反应速度快，表观脱碳速度常数k kC C可达到可达到3.5min3.5min-1-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产生产H0.5H0.51010-6-6，N25N251010-6-6，C10C101010-6-6的的超纯净钢。超纯净钢。可进行吹氧脱碳和二次燃烧进

51、行热补偿，减少处可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；理温降；可进行喷粉脱硫，生产可进行喷粉脱硫，生产S5S51010-6-6的超低硫钢。的超低硫钢。RHRH工艺参数工艺参数处理容量：大炉子比小炉子好处理容量：大炉子比小炉子好(50t(50t以上以上) )；处理时间：钢包在真空位的停留时间处理时间：钢包在真空位的停留时间； Tc/Vt TcTc/Vt Tc允许温降，允许温降， VtVt平均温降平均温降/min/min；循环因数：循环因数：C C(t/min).t(min)/Q(t/min).t(min)/Q (ton) (ton) 循环流量、循环流量、 t t脱气时间、脱气时间、

52、Q Q处理容量处理容量循环流量循环流量：主要由上升管与驱动气体流量决定；：主要由上升管与驱动气体流量决定；真空度：真空度：6060100pa100pa；抽气能力。抽气能力。RHRH真空工艺过程真空工艺过程出钢后，钢包测温取样；出钢后，钢包测温取样；下降真空室，插入深度为下降真空室，插入深度为150-150-200mm200mm；起动真空泵，一根插入管输入起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；驱动气体；当真空室的压力降到当真空室的压力降到262610kpa10kpa后，循环加剧；后，循环加剧；钢水上升速度为钢水上升速度为5m/s5m/s、下降速、下降速度为度为1 12m/s2m/s；气泡在钢液中将

53、气体及夹杂带气泡在钢液中将气体及夹杂带出。出。 RHRH的发展的发展-OB (Oxygen Blowing)，真空室下部吹氧，真空室下部吹氧-KTB (Kawasaki Top Blowing) 日本川崎，顶日本川崎，顶吹氧吹氧-PB(Powder Blowing)，真空室下部喷粉脱，真空室下部喷粉脱P、S。工艺优点：工艺优点： 钢液升温和精确控制钢水温度钢液升温和精确控制钢水温度 促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度 精确控制钢液成分，实现窄成分控制精确控制钢液成分，实现窄成分控制 均匀钢水成分和温度均匀钢水成分和温度 与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理与喂线配合，可

54、进行夹杂物的变性处理 冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。3.5 CAS3.5 CAS、CASCASOBOB精炼工艺精炼工艺CASCASOBOB的冶炼效果的冶炼效果加热；升温速度加热；升温速度5 56/min6/min；钢液成分：吹氧前后变化不大；钢液成分：吹氧前后变化不大；钢水洁净度：钢水洁净度：OO基本不变，可降低基本不变，可降低NN含量。含量。CAS工艺的操作过程CAS-OB工艺的操作过程3.6 喷粉工艺喷粉工艺效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的技术；可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性；技术；可脱硫、脱磷、合金化、

55、夹杂变性；工艺参数：工艺参数：喷枪插入深度；喷枪插入深度；h=H(h=H(钢液深钢液深)-hc()-hc(喷入深喷入深) )；喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压；喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压；喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力；喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力；供料速度：设备能力及钢液化学反应速度；供料速度：设备能力及钢液化学反应速度；载气能力与粉气比。载气能力与粉气比。4 典型精炼设备的功能典型精炼设备的功能冶金效果冶金效果典型精炼方法达到的洁净度典型精炼方法达到的洁净度5 5 洁净钢洁净钢(purity steel) (purity steel) 6060年代：年代：S+P+N

56、+O+H900ppmS+P+N+O+H900ppm；7070年代：年代：S+P+N+O+H800ppmS+P+N+O+H800ppm；8080年代：年代：S+P+N+O+H600ppmS+P+N+O+H600ppm；9090年代：年代：S+P+N+O+H100ppmS+P+N+O+H100ppm；20002000年代：年代：S+P+N+O+H50ppmS+P+N+O+H50ppm。 洁净钢除洁净钢除S+P+N+O+HS+P+N+O+H五大元素外，五大元素外，随废钢量的增加。还包括随废钢量的增加。还包括CuCu、ZrZr、SnSn、BiBi、PbPb等等伴生元素。伴生元素。洁净钢是一个相对概念洁

57、净钢是一个相对概念某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品用途用途不同的年代，对洁净钢有不同的要求不同的年代，对洁净钢有不同的要求有害元素降低程度决定于装备和工艺现代化水平。有害元素降低程度决定于装备和工艺现代化水平。高附加值产品对洁净度的要求是：高附加值产品对洁净度的要求是： TO要低要低20ppm； 夹杂物数量要少；夹杂物数量要少； 夹杂物尺寸要小夹杂物尺寸要小50m；夹杂物形态要合适。；夹杂物形态要合适。洁净钢的定义 洁净钢生产技术洁净钢生产技术 初炼炉低氧钢精炼技术初炼炉低氧钢精炼技术 出钢炉渣改质与预脱硫工艺出钢炉渣改质与预脱硫工艺 出钢挡

58、渣技术与下渣检测出钢挡渣技术与下渣检测 渣洗精炼工艺渣洗精炼工艺 夹杂物改性技术夹杂物改性技术 Ca Ca处理技术处理技术 超低碳钢冶炼技术超低碳钢冶炼技术 低低N N钢冶炼技术钢冶炼技术 夹杂物控制技术夹杂物控制技术 钢水保护技术钢水保护技术 无缺陷连铸坯生产工艺无缺陷连铸坯生产工艺 连铸坯表面质量的控制连铸坯表面质量的控制 大型夹杂物的控制大型夹杂物的控制 铁 水 预 处 理 工 艺 朱 荣铁水预处理技术铁水预处理技术 铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。种处理。 分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处

59、理两大类。 普通铁水预处理包括：普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱水脱P P。 特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。钒、提铌、脱铬等预处理工艺。铁水预处理容器的选择铁水预处理容器的选择根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为：根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为： 混铁车喷吹法混铁车喷吹法 铁水罐法铁水罐法 铁水包法铁水包法 发展趋势：发展趋势： 采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器采用铁水包作为铁水脱硫预处

60、理的容器1.2 铁水预处理的化学冶金学意义化学冶金学意义化学冶金学意义： 创造最佳的冶金反应环境创造最佳的冶金反应环境 ! !钢铁冶金工艺优化钢铁冶金工艺优化： 高炉高炉 分离脉石、还原铁矿石分离脉石、还原铁矿石 铁水预处理铁水预处理 脱硅、脱磷、脱硫脱硅、脱磷、脱硫 转炉转炉 脱碳、升温脱碳、升温 钢水炉外精炼钢水炉外精炼 去夹杂、合金化去夹杂、合金化 1. 3 铁水预处理(脱硫)的优越性(1) 满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种：如：高附加值钢种：如： 船板钢、油井管钢：船板钢、油井管钢：S、P 0.005 % 管线钢、管线钢、Z向钢、向钢、I