电炉冶炼工艺课件.ppt
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1、.,1,电炉炼钢工艺,朱 荣,Electric Arc Furnace Steelmaking Process,.,2,授课内容,电炉炼钢工艺的发展历程 电炉炼钢的能量来源及热平衡电炉炼钢原料及物料平衡电炉冶炼工艺电炉冶炼的主辅设备电炉除尘及炉渣处理电炉技术进步,.,3,1 电炉炼钢工艺的发展历程,1905年第一台5吨工业炼钢电炉建成 (德国人R.Linberg) 1936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100吨炼钢电炉 1964年美国碳化物公司(W.E.Schwabe)和西北钢铁线材公司(C.G.Robinson)提出电炉超高功率概念(Ultra High P
2、ower简称UHP),电炉工业开始走向辉煌。开始与转炉竞争。 1990年后,电炉炼钢技术取得了重大进展。炼钢技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。,.,4,世界粗钢产量增长情况,.,5,矿石经高炉/转炉流程而成粗钢的单位能耗高于700kgce/t,随氧气转炉炼钢能耗仅为“零”,但高炉和炼焦工序能耗高。同时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能耗仅为270kgce/t,而污染的产生及其治理更远优于高炉/转炉流程。采用废钢作原料的电炉炼钢,流程短,生产率高,全员劳动生产率高达4000 t /(人a),几乎是高炉/转炉流程的3-4倍。社会大量废钢的积累,废品的再循环利用。,
3、电炉炼钢的优势,.,6,2 电炉炼钢的能量来源及热平衡,电能。 化学能。包括元素氧化及炉气燃烧带来的化学热、输入燃料带来的外来化学热。 物理热。铁水或预热废钢带入的。,.,7,2.1 供电,电流从电厂沿架空高压线输入变电所的配电系统;再沿高压电缆经配电装置输入电炉变压器。 电炉变压器将高压电转化成低压电流通向石墨电极,在电极与炉料之间产生电弧。 分常规功率供电(RP,rule)、高功率供电(HP)、超高功率供电,700KVA/t以上(Ultra High Power ,简称UHP)。电污染、噪音。直流供电:一根顶电极和一根底电极。,.,8,供电水平带来的技术进步,.,9,供电技术的发展,.,1
4、0,普通功率与超高功率电弧炉工作点,.,11,供电时间确定,C 吨钢电耗,kWh/tW 钢水总重,tP 电炉变压器容量,kV.A 变压器利用率,T0 非通电时间,min,.,12,化学反应热在电炉能量输入中占了相当大的比例,达到30; 特别是电炉使用铁水后,化学热的比例达到40% 以上,这是现代电弧炉炼钢工艺的一个特点;在变压器确定后,是电炉提高生产节奏及节能降耗的重要手段。,2.2 化学能,.,13,在吹氧条件下,熔池中 各元素氧化1kg时所产生的理论热值,.,14,3.3 物理热,主要是电炉加铁水工艺的采用。 根据国内电炉的现状,提升电炉与转炉的竞争力,节电及提高冶炼节奏。 电炉钢质量的要
5、求。 废钢预热到600度以上。,.,15,电炉总能量(热) 平衡(全废钢),.,16,现代电炉总能量(热)平衡(装铁水30-40%),.,17,3 电炉炼钢的原料及耐材,传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺以冷废钢为主,配加1030左右的生铁块; 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(DRI,HBI)、热铁水、碳化铁等; 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; 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。,.,18,废 钢 scrap,电炉炼钢废钢是基本原料,废钢原料需进行鉴别、分类管理和打包、剪切等处理。 当前电炉炼钢使用废钢
6、原料的最大问题是金属残留元素,主要是残留的Ni,Cr,Mo等合金元素和Cu,Sn,Bi,Sd,Pb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过程中不断积累。目前采用的对策主要有:加强废钢管理;废钢预加工;冶炼过程配加其他铁源,稀释残留元素的浓度。 设备及人员安全问题。,.,19,其它金属料,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(DRI)和块状热压块(HBI)铁水:配加10的热铁水,带入的物理热约为25kwh/t-steel,化学热约40-50kwh/t-steel,铁水热装工艺。碳化铁(Fe3C):技术问题,不能大量
7、生产。,原料中残余元素, DRI: Cu、Sn平均在0.005%以下; 铁水:02%、Sn为0.0050.01%; 废钢:Cu平均含量达0.35%以上,是钢中残余有害金属元素的最主要来源。,.,21,石灰等材料的准备,造渣材料质量的优劣直接影响炼钢节奏;带入电炉的无用东西越少越好;根据经验:石灰应自给,质量稳定,特别是南方的潮湿; 石灰的要求:CaO90%,活性度380ml,生烧过烧率6%,块度20-70mm。白云石及碳粉等的要求。,.,22,表4.23 吨钢物料平衡,吨钢物料平衡表 (常规电炉),.,23,耐火材料,对耐材的要求: 高耐火度、高荷重软化温度、良好的热稳定性、抗渣性、高耐压强度
8、、低导热性等。 炉盖:高铝砖为主。 炉壁:镁碳砖为主。 炉底:镁沙打结。,.,24,4 电炉冶炼工艺,传统冶炼工艺(三段工艺) 熔化期、氧化期、还原期 现代冶炼工艺(二段工艺) 熔化期、氧化期、加炉外精炼; 或称熔氧脱磷期、脱碳升温期 操作步骤:补炉、装料(配料)、熔化期、氧化期、精炼(或还原期)、出钢,.,25,4.1 补 炉,电炉补炉工作量是很大的,补炉的重点是: 渣线(渣的浸蚀)。 距电极近的地方(最容易跑钢的地方),电弧的辐射。 炉门两侧。 补炉方式:补炉用大铲或喷枪。,.,26,电炉重点补炉区,.,27,耐火材料喷吹,镁质材料。喷枪的前部加高压水。23人操作。喷吹效果较好。维修不及时
9、或操作不当易堵。,.,28,4.2装料 (配料),对废钢的要求 (1)不允许有有色金属。(2)不允许有封闭器皿、易爆炸物。(3)入炉的钢铁料块度要合适,不能太大。装料量要求 二次进料:第1次,60;第2次,40; 三次进料:第1次,40;第2、3次,30; 四次进料:第1、2次,30;第3、4次,20。,.,29,配碳的重要性,重要性:废钢铁氧化、氧化期去气(N、H)、去夹杂; 最低配C计算: 配C量%=0.50%(熔化期损失)+0.2-0.3%(氧化需要)+氧化终了碳含量。装料原则: 大、中、小料配合; 重料在下、轻料在上; 大块在中、轻料在边。,.,30,4.3 废钢熔化阶段操作,熔化期是
10、电炉工艺中能源消耗 的7080,冶炼时间的50-80% 电炉的节能降耗主要在熔化期。 废钢熔化过程:从中心向四周、从热区向冷区、从下向上。 熔化期操作原则:合理供电、合适吹氧、提前造渣。 吹氧方式:自耗式:可切割、可吹渣钢界面; 水冷式:只能吹渣钢界面。,.,31,配电操作,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,电功率的调节称为配电操作。 配电操作分:送电、停电、调换电压、调节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冶炼时间及降低电耗是非常重要的。,.,32,优化的供电曲线,.,33,4.4 电炉氧化期操作,氧化期的任务: 继续脱P、脱C
11、去气(N、H)、去夹杂 钢液升温电炉熔氧期操作: 熔化废钢与氧化期脱碳结合,提前造渣脱磷。,.,34,元素氧化方式,铁矿石氧化: 吸热、有利于脱磷、增加金属量 FeO+C=Fe+CO吹氧气氧化: 放热、对脱磷不利、但可部分脱硫,渣中氧化铁增加。 加矿石已很少采用,.,35,氧化期操作,熔清、取样分析(全分析)、加石灰、吹氧化渣、流渣脱P、加石灰、测温,视钢中含碳量吹氧脱碳;看P:取样分析、看渣子的颜色(黑亮P高、灰黑P低)、看渣子的泡沫化;看C :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;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
12、。,.,36,氧化期的造渣,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 渣中FeO含量一般控制在1020,碱度控制在2.5-3.0,总渣量在38。,.,37,磷的控制 dephosphorization,3个关键因素:炉渣氧化性、石灰含量、温度。 Healy经验式: lg(%P)/%P=22350/T-16.0+0.08%(CaO)+2.5l %(TFeO)常规工艺%P0.030以下脱磷的主要工艺: 强化吹氧提高初渣氧化性 提前造高碱度渣 流渣造新渣 喷粉技术的应用,.,38,氧化期喷粉脱磷,.,39,碳的控制 Decarbonization,作用:减少金属烧损、降低熔池温
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