電爐煉鋼工藝1

電爐煉鋼工藝的發(fā)展歷程1905年第一臺5噸工業(yè)煉鋼電爐建成（德國人R.Linberg）1936年德國制造了可爐蓋旋轉(zhuǎn)的煉鋼電爐1936年美國建成了當(dāng)時最大的100噸煉鋼電爐1964年美國碳化物公司(W.E.Schwabe)和西北鋼鐵線材公司(C.G>Robinson)提出電爐超高功率概念(UltraHighPower簡稱UHP),電爐工業(yè)開始走向輝煌。開始與轉(zhuǎn)爐競爭。1990年后,電爐煉鋼技術(shù)取得了重大進(jìn)展。煉鋼技術(shù)的進(jìn)步主要進(jìn)步集中在電爐煉鋼領(lǐng)域。世界電爐生產(chǎn)迅速發(fā)展動力社會廢鋼積累的增長,環(huán)境壓力。低生產(chǎn)成本的經(jīng)濟(jì)刺激,廉價廢鋼及廉價電力。對提高勞動生產(chǎn)率的追求。采用廢鋼作原料的電弧爐工藝,流程短,生產(chǎn)率高,全員勞動生產(chǎn)率高達(dá)2700~4000t/（人·a）,幾乎是高爐—轉(zhuǎn)爐流程的3~4倍。電爐煉鋼的其它優(yōu)勢我國鋼鐵行業(yè)2010年能耗構(gòu)成的預(yù)測值, 礦石經(jīng)高爐/轉(zhuǎn)爐流程而成粗鋼的單位能耗高于600kgce/t,其中氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工序能耗僅為10kgce/t,主要能耗是高爐和煉焦工序。鐵前系統(tǒng)燒結(jié)、煉焦和高爐煉鐵是能耗大戶,也是污染環(huán)境的大戶。相比之下,廢鋼經(jīng)電爐熔煉所生產(chǎn)的粗鋼噸鋼能耗僅為270kgce/t,而污染的產(chǎn)生及其治理更遠(yuǎn)優(yōu)于高爐/轉(zhuǎn)爐流程。世界粗鋼產(chǎn)量增長情況世界鋼產(chǎn)量預(yù)測電弧爐技術(shù)的發(fā)展2電爐煉鋼主體設(shè)備介紹電弧爐煉鋼過程示意圖機(jī)械設(shè)備爐殼、爐門、出鋼槽或偏心爐底出鋼、爐蓋,分水冷和耐材電極夾持器、電極升降裝置爐蓋提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、爐體旋轉(zhuǎn)或開出排煙除塵裝置爐頂加料裝置電氣設(shè)備變壓器電抗器短網(wǎng)隔離開關(guān)及高壓斷路器電極升降自動調(diào)節(jié)裝置3電爐煉鋼的能量來源電能化學(xué)能。包括爐料帶來的物理熱及氧化帶來的化學(xué)熱、外來輸入的燃料。傳統(tǒng)電爐總能量平衡現(xiàn)代電爐總能量平衡(裝鐵水)3.1

供電供電技術(shù)發(fā)展直流電弧爐消除偏??；減少對電網(wǎng)沖擊提高功率因數(shù),減輕對電網(wǎng)干擾降低閃爍和諧波消除爐襯熱點問題,減少電極消耗,攪拌熔池高阻抗電弧 利用泡沫渣埋弧操作、提高變爐 壓器水平,降低電極消耗無功功率靜消除或減弱電弧爐冶煉冶煉中電止式動態(tài)補(bǔ)負(fù)荷造成的電壓波動與諧波對電償 網(wǎng)的危害冶煉過程計按冶金模型、熱模型進(jìn)行最佳算機(jī)自動化配料、電熱平衡、最佳控制功控制率等計算,實現(xiàn)控制、管理、決策合理電氣工作點動態(tài)選擇、保證合理供電制度執(zhí)行智能電弧爐也可進(jìn)行電弧爐綜合控制利用人工智能,具有三相意識,解決電弧爐供電三相不平衡問題,減少對電網(wǎng)沖擊普通功率與超高功率電弧爐工作點配電操作冶煉階段根據(jù)工藝要求輸入的功率是不相同的，在各個階段調(diào)節(jié)輸入功率大小，電功率的調(diào)節(jié)稱為配電操作。配電操作分:送電、停電、調(diào)換電壓、調(diào)節(jié)電流及電氣設(shè)備的監(jiān)護(hù)。配電分手動及自動調(diào)節(jié)，好的配電制度對縮短冶煉時間及降低電耗是非常重要的。供電時間確定C 噸鋼電耗,kWh/tW 鋼水總重,tP電爐變壓器容量,kV.A變壓器利用率,非通電時間,min3.2

供氧爐門人工吹氧爐門吹氧機(jī)械手從1根氧管到3根氧管；強(qiáng)化供氧及安全生產(chǎn)；爐壁氧燃槍(可加二次燃燒)

輔助能量;EBT氧槍

解決偏心爐的冷區(qū)及成分均勻；爐壁氧氣碳粉噴吹模塊

可伸入式及固定式；爐壁及煙道的二次燃燒氧槍利用余熱、能量極限利用電爐供氧示意圖北京科大電爐煉鋼用氧專利技術(shù)內(nèi)容電爐爐門多功能吹氧裝置電爐爐壁氧燃助熔及二次燃燒氧槍電爐爐壁及EBT氧槍電爐爐頂氧槍電爐爐壁氧氣及碳粉噴吹模塊（集束氧槍）電爐泡沫渣技術(shù)電爐用氧診斷－－電爐用氧模塊化控制技術(shù)在吹氧條件下,熔池中各元素氧化1kg時所產(chǎn)生的理論熱值在電爐采用多種供氧方式以后，如何做到爐內(nèi)均衡供氧是非常重要的。目的：1、控制噸鋼耗氧；2、提高金屬收得率；3、解決除塵冷卻裝置及電極等氧化?？刂品绞剑?、結(jié)合熱平衡及物料平衡；2、結(jié)合原有爐次的供氧曲線；3、根據(jù)冶煉狀況，分解不同供氧方式的供氧量；4.檢測冶煉過程爐氣成分的變化，調(diào)整供氧量。電爐用氧模塊化控制技術(shù)50噸電爐用氧智能控制技術(shù)4

電爐煉鋼的原料傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼是全廢鋼工藝以冷廢鋼為主，配加10％左右的生鐵塊；現(xiàn)代電弧爐煉鋼使用的其它原料還有:除冷生鐵外，直接還原鐵（DRI，HBI）、熱鐵水、碳化鐵等；電弧爐煉鋼的原料構(gòu)成對其工藝、裝備、指標(biāo)等有決定性影響；不同原料結(jié)構(gòu)下的生產(chǎn)過程是不可比的?；蛘哒f只有原料結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)那闆r下才是可比較的。廢

鋼電爐煉鋼是一種鐵資源回收再利用過程，也是一種處理污染的環(huán)保技術(shù)。僅就電爐煉鋼工序而言，廢鋼是基本原料，廢鋼原料需進(jìn)行鑒別、分類管理和打包、剪切等預(yù)處理。當(dāng)前電爐煉鋼使用廢鋼原料的最大問題是金屬殘留元素，主要是殘留的Ni，Cr，Mo等合金元素和Cu，Sn，Bi，Sd，Pb等有害元素。它們在電爐煉鋼過程中尚無有效方法去除，殘留在鋼材中造成種種危害，并在廢鋼循環(huán)再利用過程中不斷積累。目前采用的對策主要有:①加強(qiáng)廢鋼管理；②在廢鋼預(yù)加工過程中挑選或分離；③冶煉過程配加其他鐵源，稀釋殘留元素的濃度。其它金屬料冷生鐵:配碳、稀釋殘留元素、渣量增加直接還原鐵:粒狀直接還原鐵（DRI）和塊狀熱壓塊（HBI）鐵水:配加10％的熱鐵水，帶入的物理熱約為25kwh/t-steel，化學(xué)熱約25kwh/t-steel，（而氧耗6～7m3/t-steel）碳化鐵(Fe3C):技術(shù)問題，不能大量生產(chǎn)5電爐冶煉工藝傳統(tǒng)冶煉工藝(三段工藝)熔化期、氧化期、還原期現(xiàn)代冶煉工藝(二段工藝)熔化期、氧化期、加爐外處理；或稱熔氧脫磷期、脫碳升溫期操作步驟:補(bǔ)爐、裝料（配料）、熔化期、氧化期、精煉(或還原期)、出鋼5.1

補(bǔ)

爐電爐補(bǔ)爐工作量是很大的，補(bǔ)爐的重點是:①渣線(渣的浸蝕)；②靠電極(最容易跑鋼的地方)；電弧的輻射；補(bǔ)爐用大鏟或噴槍。電爐重點補(bǔ)爐區(qū)5.2裝料(配料)對廢鋼的要求不允許有有色金屬。不允許有封閉器皿、易爆炸物。入爐的鋼鐵料塊度要合適，不能太大。裝料量要求二次進(jìn)料：第1次，60％；第2次，40％；三次進(jìn)料：第1次，40％；第2、3次，30％；四次進(jìn)料：第1、2次，30％；第3.4次，20％。5.3

廢鋼熔化階段操作熔化期是電爐工藝中能源消耗的大頭，冶煉時間的50-80%，因此，電爐的節(jié)能降耗主要在熔化期。廢鋼熔化過程:從中心向四周、從熱區(qū)向冷區(qū)、從下向上。熔化期操作原則:合理供電、合適吹氧、提前造渣。吹氧方式:自耗式:可切割、可吹渣鋼界面； 水冷式:只能吹渣鋼界面。優(yōu)化的供電曲線5.4

電爐氧化期操作氧化期的任務(wù): 繼續(xù)脫P(yáng)、脫C去氣(N、H)、去夾雜鋼液升溫電爐熔氧期操作:熔化廢鋼與氧化期脫碳結(jié)合，提前造渣脫磷。電爐熔池碳氧化示意圖元素氧化方式鐵礦石氧化:吸熱、有利于脫磷、增加金屬量Fe2O3+3C=2Fe+3CO吹氧氣氧化:放熱、對脫磷不利、但可部分脫硫，渣中氧化鐵增加。礦石加吹氧氧化期操作熔清、取樣分析(全分析)、加石灰、吹氧化渣、流渣脫P(yáng)、加石灰、測溫,視鋼中含碳量吹氧脫碳；看P:取樣分析、看渣子的顏色（黑亮P高、灰黑P低）、看渣子的泡沫化；看C:取樣分析、看火花、砂輪對比、副槍；看溫度:藍(lán)白亮、淺藍(lán)、深藍(lán)、淺紅、深紅；取樣全分析、測溫，靜沸騰等待出鋼；傳統(tǒng)工藝:扒除氧化渣，為還原期造渣做準(zhǔn)備。氧化期的造渣氧化期的造渣要根據(jù)脫磷及脫碳的要求、具有合適的爐渣成分及流動性渣中∑FeO含量一般控制在10－20％,堿度控制在2.5-3.0,總渣量在2－4％。磷的控制3個關(guān)鍵因素:爐渣氧化性、石灰含量、溫度。 Healy經(jīng)驗式:lg(%P)/[%P]=22350/T-16.0+0.08%(CaO)+2.5lg%(TFeO)常規(guī)工藝[%P]<0.030以下脫磷的主要工藝:強(qiáng)化吹氧提高初渣氧化性提前造高堿度渣流渣造新渣噴粉技術(shù)的應(yīng)用氧化期噴粉脫磷碳的控制作用:減少金屬燒 損、降低熔池溫度、 促進(jìn)鋼渣反應(yīng)、促 進(jìn)脫磷、促進(jìn)泡沫 渣形成、去氣去夾 雜。溫度控制T出鋼=t1+△t過程－△t加熱＋△t澆鑄t1

液相線溫度△t過程

過程降溫△t加熱鋼包溫度補(bǔ)償△t澆鑄

澆鑄降溫氧化終點特別情況處理碳高磷低,溫度低,吹氧；溫度高,低功率操作；碳高磷高,先脫P(yáng)后脫C(可加部分礦石)；碳低磷高,溫度合適,造FeO渣；溫度高(加礦石),停電；(4) 低磷低溫,性碳低,加大電功率,造泡沫渣；碳高,吹氧,一般功率。5.5冶煉過程造泡沫渣泡沫渣是指在不增大渣量的情況下,使?fàn)t渣呈很厚的泡沫狀泡沫渣的作用采用長弧泡沫渣操作可以增加電爐輸入功率,提高功率因數(shù)及熱效率；降低電爐冶煉電耗,縮短了冶煉時間；減少了電弧熱輻射對爐壁及爐蓋的熱損失；泡沫渣有利于爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng),特別有利于脫P(yáng)、C及去氣（N、H）泡沫渣對電能輸入的影響影響泡沫渣的因素吹氧量熔池含碳量爐渣的物理性能(粘度、表面張力)爐渣的化學(xué)性能(FeO、堿度)熔池溫度渣量5.6電爐還原期還原期是轉(zhuǎn)爐煉鋼沒有的。還原期的主要任務(wù)是:去除鋼液中的氧去除鋼液中的硫調(diào)整鋼液的溫度，成份到規(guī)定成分；合金化這四點是相互聯(lián)系及同時進(jìn)行的。脫O與脫S的關(guān)系，合金化與脫O、S，脫O、S時加入的合金Mn，就是成品需要的合金。進(jìn)入還原或采用爐外精煉的條件是無渣出鋼。無渣出鋼殘余氧化渣的危害:降低脫硫脫氧能力；降低合金收得率；降低鋼包攪拌強(qiáng)度；降低包襯壽命。偏心爐底出鋼徹底解決了這一問題。傳統(tǒng)電爐需扒渣。還原期操作扒除氧化渣后加石灰和瑩石化渣、加碳粉造白渣或電石渣還原5-10分鐘推渣,取樣全分析、測溫補(bǔ)加渣料加C粉成份溫度合格、加合金測溫度、看脫氧、出鋼。還原白渣及電石渣白渣:是用C粉和Si粉還原的爐渣，冷卻后呈白色，過一會兒會粉化；電石渣:過量的C粉（或加CaC2），在渣中有大量存在，冷卻后呈灰色；白渣與電石渣的比較:①電石渣的脫氧、脫S能力強(qiáng)（在S、O高時，采用）②電石渣增C。增Si③電石渣和鋼液性濕潤性較好，鋼水，中易產(chǎn)生夾雜，所以，不能電石渣出鋼，如何破電石渣: ①加渣料②爐蓋留一條線6近年主要電爐煉鋼新工藝豎式電爐雙殼電爐consteel電爐鐵水熱裝及強(qiáng)化供氧豎爐電弧爐豎爐電弧爐是Fuchs System 在1992年推出的。它有一個廢鋼預(yù)熱系統(tǒng),豎爐電弧爐可以是單豎爐或雙豎爐,也可以是直流的或交流的。它用廢氣（1000℃以上）的潛熱和化學(xué)熱,加上在豎爐底部的氧燃燒嘴預(yù)熱裝在水冷豎爐內(nèi)的廢鋼料柱。與普通的爐子比較,其氧—燃燒嘴的熱效更高。豎爐里至少可裝全爐廢鋼的40%,剩下的廢鋼在開始熔化前直接加入爐內(nèi)。雙殼電弧爐雙殼爐內(nèi)有兩個爐殼，共用一套電源。雙殼爐的技術(shù)特點是將廢鋼預(yù)熱和節(jié)省非通電時間相結(jié)合:當(dāng)一個爐殼內(nèi)在熔化爐料時，另一爐殼就加入第一籃爐料。當(dāng)?shù)谝粋€爐殼要出鋼時電極就轉(zhuǎn)