电炉炼钢冶炼工艺培训教材课件.ppt
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1、济源职业技术学院,第五章 电炉炼钢冶炼工艺,电炉冶炼操作方法电炉炼钢冶炼工艺钢液 的 合 金 化,2023/3/13,济源职业技术学院,2,5.1 电炉冶炼操作方法,一般是按造渣工艺特点来划分的,有单渣氧化法、单渣还原法、双渣还原法与双渣氧化法,目前普遍采用后两种。1)双渣还原法 又称返回吹氧法,其特点是冶炼过程中有较短的氧化期(10min),造氧化渣,又造还原渣,能吹氧脱碳,去气、夹杂。但由于该种方法脱磷较难,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、高速钢等含Cr、W高的钢种。,济源
2、职业技术学院,2)双渣氧化法 又称氧化法,它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。,济源职业技术学院,5.2 电炉传统冶炼工艺,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。5.2.1 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。,济源职业技术学院,2)补炉部位炉衬各部位的工作条
3、件不同(图4-1、图4-2)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 尤其2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。,济源职业技术学院,图5-1 槽出钢电炉炉衬情况,济源职业技术学院,图5-2 EBT电炉炉衬情况,济源职业技术学院,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
4、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,并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。,济源职业技术学院,5.2.2 装料,目前,广泛采用炉顶料罐(或叫料篮、料筐)装料(图5-3),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。现场布料(装料)经验: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。,济源职业技术学院,图4-3 电炉装料情况,济源职
5、业技术学院,5.2.3 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、还原期的顺利与否。(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。,济源职业技术学院,1)炉料熔化过程及供电 装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程见图5-4,基本可分为四个阶段(期),即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。,济源职业技术学院,点(起)弧期,从送电起弧至电极端部下降到深度为d电极为点弧期。此期电流不稳定,电弧在炉顶附近燃烧辐
6、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。,济源职业技术学院,穿井期,点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。,济源职业技术学院,主熔化期,电极下降至炉底后开始回升时,主熔化期开始(图5-4)。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
7、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。,济源职业技术学院,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(图5-4)。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。各阶段熔化与供电情况见表5-1。典型的供电曲线如图5-5。,济源职业技术学院,表5-1 炉料熔化过程与操作,济源职业技术学院,图5-5 典型的供电曲线,济源职业技术学院,2)及时吹氧
8、与元素氧化 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%。,济源职业技术学院,3)提前造渣 用2%3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、渣,实现提前造渣。这样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。由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度,
9、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?脱磷反应与脱磷条件:,济源职业技术学院,脱磷反应与脱磷条件:,脱磷反应:2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe,H0 分析:反应是在渣-钢界面上进行,是放热反应。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。,济源职业技术学院,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、造新渣的操作等,抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。,济源职业技术学院,(3)缩
10、短熔化期的措施,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。,济源职业技术学院,5.2.4 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 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。,济源职业技术学院,(
11、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,济源职业技术学院,2)氧化与脱碳 近些年,强化用氧实践表明:除非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,脱碳反应的作用?,济源职业技术学院,脱碳反应的作用如下:降低钢中的碳,利用碳-氧
12、反应(2 CO)这个手段,来达到以下目的;搅动熔池,加速反应,均匀成分、温度;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,来达到加速反应,均匀成分、温度,去除气体和夹杂的目的。,济源职业技术学院,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,是放热反应。高氧化性,加强供氧,使O实际 平衡。高温,加速-间的扩散(由于脱碳反应是“弱”放热反应,温度影响不大(热力学温度),但从动力学角度,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
13、于脱碳反应。,济源职业技术学院,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那个阶段,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?,济源职业技术学院,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
14、证熔池有一定的激烈沸腾时间。,济源职业技术学院,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,待磷达到要求后再放手提温。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降温,见图5-6。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。,济源职业技术学院,图5-6 金属料(固/液体)升温曲线,济源职业技术学院,5.2.5 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)还原期的主要任务脱 氧 至 要 求脱氧;脱硫
15、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。,济源职业技术学院,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。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。该法的特点:操作简单,脱氧迅速;脱氧产物易留在钢中(当上浮时间短时)。,济源职业技术学院,扩散脱氧反应
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