《电炉原料工艺》PPT课件.ppt
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1、冶金学炼钢篇电炉炼钢及炉外精炼,阎立懿东北大学钢铁冶金研究所2008年10月2911月24日沈阳,(No4),2023/7/20,东北大学/阎立懿,2,主要内容,电炉炼钢及其发展电炉炼钢设备及其电热特性电炉炼钢原料及冶炼工艺电炉新技术、新工艺炉外处理中国钢铁与大型电炉现状,2023/7/20,东北大学/阎立懿,3,上次介绍第二章的后半部分内容如下:电炉主电路设备:组成、作用及特点;电炉的电控设备:高压控制、低压控制,以及电极自动调节器;电气特性:电炉的电气特性主要研究某一电压下,电炉的各个电气量值随电弧电流变化的规律性。通过电炉的等值电路给出阻抗三角形得到电气量值表达式用电气特性曲线形式来表现
2、。用电规范的讨论,2023/7/20,东北大学/阎立懿,4,图2-15 电炉理论电气特性曲线,图2-15 电炉理论电气特性曲线,2023/7/20,东北大学/阎立懿,5,4)短路(I=Id)这相当石墨电极与金属料接触或插入钢水中,即发生短路,此时,Rarc=,短路电流为:,讨论:因为Parc=,所以Pa=Pr=3I2 r,即有功功率全部消耗在装置电阻上,炉内无热量输入;Parc、=,但cos0;Rarc=,使短路电流很大,Id/In24,极易损坏电器,故要求短路电流要小、短路时间要短。短路分为送电起弧短路与过程操作短路:起弧短路 短路的目的是要起弧,这要求时间短,即做瞬间短路;过程操作短路 应
3、加以限制,通过提高电路电抗可以限制短路电流,同时使电弧燃烧连续、稳定。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,6,5)耐火材料磨损指数最大(用“RE”表示)用以上类似的数学分析方法可求出,当电弧电阻为下面公式时,耐火材料磨损指数有最大值,此时电流及对应的最大耐火材料磨损指数分别为下左、右式,右式中d为电极侧部至炉壁衬最短距离。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,7,2.5.3 供电制度的确定,在一定设备条件下,供电制度合理与否,不但影响冶炼过程的顺利,还影响炉衬寿命、冶炼时间、电能消耗以及设备利用等。何谓供电制度?供电制度指某一特定的电弧炉,当能量供给制度确定之后,在确定的某一电压下工作电
4、流的选择。供电制度如何确定?在传统的确定方法中,最重要的是遵守电气特性所表达的规律性,即以“经济电流”概念来确定工作电流。下面从“经济电流”概念出发,讨论工作电流确定。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,8,1)经济电流的确定,观察特性曲线(图2-15)可以发现:在电流较小时电弧功率随电流增长较快,而电损功率随电流增长缓慢;当电流增加到较大区域内时,情况恰好相反。这说明在特性曲线上有一点(电流)能使电弧功率与电损功率随电流的变化率相等(dParc/dI=dPr/dI),该点对应的电流叫“经济电流”,用经济表示。因电流小于经济时,电弧功率小,熔化得慢;大于经济时,电弧功率增加不多,电损失功率
5、增加不少,故经济得名“经济”电流。另外,在经济附近的cos、也较理想。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,9,由电弧功率、电损功率及电弧电流表达式(表2-3),有关系:Parc=f(Rarc)或Pr=f(Rarc)Parc、Pr分别对Rarc求复合函数的导数,并联立求解得Rarc值及对应的电流经济电流经济:,2023/7/20,东北大学/阎立懿,10,讨论:比较有经济 I1,只有当xr很大时,经济才接近I1;实际设计中,比值xr35,对应cos=0.830.88,0.820.86,而经济/I10.810.89,应该说比较理想,这比I1 时还要好。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,11
6、,2)工作电流的确定,I经济的求出似乎就给出工作电流,即I工作 I经济。但若将耐材磨损指数的关系也表示在 图2-15的电气特性曲线中,可以看出,I=I经济 恰好在RE最大值附近(右侧)。对于小型普通功率电炉,RE较低400 MWV/m2(一般RE400450 为安全值),此时炉衬热点损耗不剧烈。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,12,但对于大型电炉功率水平大幅度提高,炉壁热点磨损极为严重,RE的峰值将超过800 MWV/m2以上,此时工作电流的选择必须避开RE峰值,所选的工作电流不再是在I1 左面接近I经济的区域,而是接近I1 或超过I1,即I工作 I1。此种情况,Parc增加了,虽然r
7、 增加、cos降低,但由于低电压、大电流电弧的状态发生了变化,成为“粗短弧”使电炉传热效率提高,更主要是炉衬寿命得到保证,RE减小。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,13,当采用泡沫渣时,可实现埋弧操作,以及主熔化期(电弧被废钢遮蔽),因此不用顾及RE的影响,而采用高电压、小电流的细长弧供电(操作),那么确定工作电流的原则不变,仍为I工作 经济 I1。当然I工作 经济是有条件的,不能一味地追求,还必须考虑变压器额定电流In允许值。在电炉变压器选择正确时,应能保证In接近经济。考虑诸因素,工作电流选择原则应该是:在考虑变压器额定电流的情况下,满足I工作 经济条件。典型的大型电炉供电曲线如图
8、2-16。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,14,图2-16 电炉供电的Pt图,2023/7/20,东北大学/阎立懿,15,第三章 电炉炼钢原材料,炼钢原材料:分为金属材料和辅助材料两大类。3.1 金属材料 包括废钢铁料、废钢代用品以及铁合金等。3.1.1 废钢铁料 废钢是电炉炼钢的主要原料(100%),吨钢消耗约 1150kg。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,16,1)废钢资源情况 可以说世界范围可利用的废钢量是不缺乏,且随着积累钢产量的增加,废钢利用率的提高,可利用的废钢量将会继续增加。不过不同地区和国家是不均衡的,比如美、英、法、德及前苏联,每年出口废钢3001000万吨不
9、等。其中美国是最大的废钢净出口量国,平均每年出口约1000万吨,2004年净出口714万吨;就连资源缺乏的日本从1992年也开始出口废钢,其主要原因是汽车业的发展,2004年净出口654万吨。同时土耳其、西班牙、意大利、韩国、印度、印尼以及中国每年需要进口废钢1001000万吨不等。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,17,中国解放前的钢产量很少,历经半个世纪钢的蓄积量也不过几百万吨。1949年才15.8万吨,钢材产量仅14万吨。自1949年至2007年,积累钢产量约40亿吨,加之钢产品变为废钢的折旧期很长(大多3040多年还在使用),废钢利用率也很低,造成我国废钢短缺。此现象将随着每年5
10、亿吨钢产量的增加,大量钢铁设备、流程改造更新,使得废钢循环进入动态平衡等,到2010年以后将会随着废钢再生流程的正常启动而得到明显好转。但目前,中国还是个废钢缺乏、质量低劣的国家,解决途径有二:进口废钢;使用直接还原铁等废钢代用品。,2023/7/20,东北大学/阎立懿,18,2)废钢分类 按来源可分为以下三种:自产废钢,即钢铁厂内返回废钢,质量好、成分易控制;加工厂废钢,即制造厂内边角余料等,质量较好,但回收后注意分类;循环废钢,即外购废钢,数量最大、成分复杂、质量最差。它是从废旧钢制品中回收的,包括机械与建筑结构、废旧车辆、仪器仪表、家电炊具以及军火兵器等。它们不可避免地存在其它金属和有害
11、元素,其中有些越循环是越多,尤其有害残余元素Sn、Pb、As、Sb、Bi、Cu、Zn 等的存在,使得生产优质钢的难度增加。国际范围解决废钢质量的措施:配一部分直接还原铁等稀释;去除废钢中有害残余元素。R,-19-,东北大学/阎立懿,Filename.ppt,2023/7/20,东北大学/阎立懿,20,3.1.2 废钢代用品,废钢代用品,美国最先提出的,原文Steel Scrap Substitude,简称3S。目前用于生产中的废钢代用品有:生铁与铁水、直接还原铁与热压块铁等,见图3-1。它们具有共同的优点:杂质元素含量极低,其中微量元素Cu、Zn、Sn、Pb、Ni、Mo等均为痕量,可以对废钢中
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