冶金新技術(shù)講座PPT

1、冶金新技術(shù)講座 材料與冶金學(xué)院 董方 主要內(nèi)容 中國(guó)鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀 電爐煉鋼新技術(shù) 轉(zhuǎn)爐煉鋼新技術(shù) 鐵水預(yù)處理 直接還原與熔融還原 爐外精煉 連鑄技術(shù) 鐵合金冶金技術(shù) 電渣冶金 真空冶金 一、中國(guó)鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀 中國(guó)鋼產(chǎn)量自96年以來(lái)保持世界第一。目前轉(zhuǎn)爐鋼比 例占85，電爐鋼比例占15. 2002年人均鋼產(chǎn)量141kg/人年，首次超過(guò)了世界人均 鋼產(chǎn)量138kg/人年。 2009年我國(guó)全年粗鋼產(chǎn)量達(dá)到5.68億噸，比鋼鐵產(chǎn)業(yè) 調(diào)整和振興規(guī)劃預(yù)計(jì)的4.6億噸超出1億噸。各級(jí)政 府審批的合法鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)量只有3億噸左右，另有約 3億噸未經(jīng)批準(zhǔn)。 1.鋼鐵工業(yè)崛起 年19641976199020002

2、004 鋼產(chǎn)量 (萬(wàn)噸) 1800230065351300028000 年20062008200920102011 鋼產(chǎn)量 (萬(wàn)噸) 41878500915680062665 69550 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀 生產(chǎn)迅速擴(kuò)張，總量不斷擴(kuò)大。 生產(chǎn)地區(qū)相對(duì)比較集中。 鋼材產(chǎn)量超過(guò)4000萬(wàn)噸的地區(qū)依次為河北、江蘇、山 東、遼寧、天津，占全國(guó)產(chǎn)量的一半以上，其中河北 超過(guò)1.5億噸。 企業(yè)數(shù)量眾多 2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化 1）1990年 100萬(wàn)噸鋼廠(chǎng)僅16家 2010年 1000萬(wàn)噸以上鋼廠(chǎng)為10家,集中度大大 提高。 p越來(lái)越靠近市場(chǎng)，越來(lái)越靠近資金密集地區(qū)， 越來(lái)越靠近便于礦石進(jìn)口的地區(qū)。 p華北和華東

3、仍是鋼鐵生產(chǎn)的主導(dǎo)地區(qū)，合計(jì) 產(chǎn)鋼約3億多噸，占全國(guó)50%以上。 2）重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 平均綜合成材率約96.20, （90年代為83.2）, 最高99.75%(三明) 能耗: 0.605 t標(biāo)準(zhǔn)煤/t鋼 高爐利用系數(shù):2.448t/m3.day 入爐焦比: 396kg/t,最低289.85公斤/噸鐵 (寶鋼) 平均噴煤比:135kg/t,最高(寶鋼)207.74公斤/噸鐵。 轉(zhuǎn)爐壽命: 10000爐以上,2006年最高達(dá)30924爐。 連鑄比:約 98 (1990年為25.07） 鋼鐵料消耗最低1049kg/t鋼 噸鋼耗新水平均6.56噸/噸（09年邯鋼3.6噸）轉(zhuǎn) 爐工序能耗最低-13

4、.09kg標(biāo)煤/噸鋼(太鋼) 電爐平均綜合電耗340千瓦時(shí) 項(xiàng) 目 noxso2二噁英粉塵mg/nm3固廢利用率 % 噪聲 db(a) 國(guó) 外 歐盟1ng/m3103090夜間55 國(guó) 內(nèi) 無(wú)監(jiān)測(cè) 無(wú)監(jiān)測(cè)、無(wú)標(biāo)準(zhǔn)1005050 廢氣、固體廢棄物、噪聲治理廢氣、固體廢棄物、噪聲治理 2010年中國(guó)鋼鐵企業(yè)產(chǎn)量排名：年中國(guó)鋼鐵企業(yè)產(chǎn)量排名： 年產(chǎn)量大于2000萬(wàn)噸： 河北鋼鐵集團(tuán)4020萬(wàn)噸、寶鋼集團(tuán)3890萬(wàn)噸、首鋼 鋼產(chǎn)量達(dá)3154萬(wàn)噸、武漢鋼鐵集團(tuán)3030萬(wàn)噸、鞍山 鋼鐵集團(tuán)3000萬(wàn)噸、江蘇沙鋼集團(tuán)2639萬(wàn)噸、山東 鋼鐵集團(tuán)2638萬(wàn)噸； 以下年產(chǎn)量依次為馬鋼（1500萬(wàn)噸）、包鋼（10

5、11 萬(wàn)噸）、太鋼（960萬(wàn)噸，不銹鋼280萬(wàn)噸）、酒泉 （856萬(wàn)噸）攀枝花（841萬(wàn)噸）、華菱集團(tuán)、安陽(yáng)、 南鋼； 2010年世界大型鋼鐵企業(yè)鋼產(chǎn)量 mittal (arcelor)7320萬(wàn)噸、蒲項(xiàng)鋼鐵公司posco 2950萬(wàn)噸、 新日鐵nippon 2761萬(wàn)噸、日本鋼鐵工程公司jfe 2628萬(wàn) 噸、美國(guó)鋼鐵公司us steel（1900萬(wàn)噸）、印度塔塔鋼鐵 公司 2009萬(wàn)噸。 l經(jīng)過(guò)近年的重組、并構(gòu)，中國(guó)將形成寶鋼集團(tuán)、鞍本集 團(tuán)、武鋼集團(tuán)等幾個(gè)5000萬(wàn)噸以上、具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的 特大型鋼鐵集團(tuán)，以及若干個(gè)1000萬(wàn)噸至3000萬(wàn)噸級(jí)的 大型鋼鐵集團(tuán)。 中國(guó)粗鋼產(chǎn)量近7億噸、日

6、本1.18億噸、美國(guó)0.915億噸， 其后為俄羅斯、印度、韓國(guó)、德國(guó)等。 3.中國(guó)鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展原因 市場(chǎng)需求的拉動(dòng)；建筑、機(jī)械、汽車(chē)制 造、造船、鐵道等鋼鐵消耗較大行業(yè)快 速發(fā)展。 技術(shù)戰(zhàn)略的正確選擇（關(guān)鍵性技術(shù)的采 用、生產(chǎn)流程的優(yōu)化）； 工藝、裝備國(guó)產(chǎn)化與高新技術(shù)的采用使 單位產(chǎn)量投資額的降低； 大量利用國(guó)際鐵礦、鉻礦、錳礦資源的 促進(jìn)作用。 關(guān)鍵性技術(shù) 連鑄技術(shù)； 高爐噴煤粉技術(shù)； 高爐一代爐役長(zhǎng)壽技術(shù)； 流程工序結(jié)構(gòu)調(diào)整結(jié)合產(chǎn)能技術(shù); 轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)。 a.連鑄技術(shù) u80年代后期確立了“以連鑄為中心”的生產(chǎn)技術(shù) 方針，九十年代先后攻克了達(dá)產(chǎn)技術(shù)關(guān)、全連鑄 技術(shù)關(guān)、高速高效連鑄技

7、術(shù)關(guān)，并積極展開(kāi)了薄 板坯連鑄連軋技術(shù)有關(guān)工程項(xiàng)目的投資與開(kāi)發(fā)。 u連鑄比：1990年 25.07（1480萬(wàn)噸） 2003年 93 2005年 96.44%. 2010年 約99% 鑄坯合格率 99%以上，轉(zhuǎn)爐利用系數(shù)：最高達(dá)82.7 噸噸日 ，2001年平爐全部關(guān)閉。 u 最大連鑄坯斷面：320毫米2300毫米。 b.高爐噴煤粉： 目前我國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)入爐焦比為396公斤 (1990年 577.44kg/t) 減少焦?fàn)t投資； 降低成本100元左右； 提高利用系數(shù)。 c.高爐一代爐役壽命的提高： 8090年代，23年、34年。 現(xiàn)為 8年12年。 d.流程工序結(jié)構(gòu)調(diào)整綜合節(jié)能技術(shù) 平均噸鋼能

8、耗已降低至0.645噸標(biāo)煤， 這是一系列節(jié)能措施實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。 u降低鐵鋼比. 0.1%-80kg標(biāo)準(zhǔn)煤 u提高連鑄比. 降低100kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t u煤氣回收. 噸鋼能耗降低10 kg標(biāo)準(zhǔn)煤 u連鑄坯熱送. u提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率. e.轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐 轉(zhuǎn)爐爐齡4000爐提高到10000爐以上 轉(zhuǎn)爐有效作業(yè)率大幅提高； 耐火材料消耗大幅下降； 促進(jìn)了連鑄機(jī)多爐連澆和提高了連 鑄機(jī)作業(yè)率； 減少了頻繁的開(kāi)爐、停爐作業(yè)，穩(wěn) 定了轉(zhuǎn)爐的操作工藝。 除此之外，超高功率電爐技術(shù)和現(xiàn)代電 爐生產(chǎn)流程在90年代中期起得到了較好的發(fā) 展， 90年代我國(guó)建了36臺(tái)超高功率電爐， 淘汰了1400臺(tái)左右的電爐。 但廢鋼相對(duì)短

9、缺、電價(jià)昂貴都制約了其 發(fā)展。 大量利用國(guó)外資源 鐵礦、鉻礦、錳礦資源，不可再生。 2011年進(jìn)口的礦產(chǎn)品： 鐵礦（億t） 錳礦（萬(wàn)t） 鉻礦（萬(wàn)t） 國(guó)產(chǎn)原礦量8.00 約900 進(jìn)口富礦量 7.181000.8802.4 圍繞幾項(xiàng)關(guān)鍵共性技術(shù)的資金約為 1400億元左右（其中在技術(shù)改造項(xiàng)目中 約為1250億元），占鋼鐵工業(yè)同期總投 資的35左右。有力的推動(dòng)了上述幾項(xiàng) 關(guān)鍵共性技術(shù)的改造發(fā)展，并取得了良 好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，大批鋼廠(chǎng)結(jié)構(gòu)得到 調(diào)整，規(guī)模效益、成本效益十分的明顯。 4.中國(guó)鋼鐵工業(yè)優(yōu)勢(shì)和面臨問(wèn)題 優(yōu)勢(shì):國(guó)內(nèi)市場(chǎng)相對(duì)旺盛；充足的資金；具有投資后發(fā)優(yōu)勢(shì)，易于采 用先進(jìn)的市場(chǎng)定位，使采

10、用新技術(shù)、新裝備的余地反而較大，實(shí) 現(xiàn)技術(shù)的跨越的可能性也較大。 問(wèn)題： 資源短缺； 交通運(yùn)輸制約； 環(huán)境生態(tài)制約，節(jié)能減排任務(wù)更加艱巨，法律法規(guī)要求更加嚴(yán) 格，鋼鐵生產(chǎn)綠色制造和低碳化趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，鋼鐵生產(chǎn)的環(huán)保 成本將進(jìn)一步加大。 淘汰落后產(chǎn)能與優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局任務(wù)艱巨，產(chǎn)品同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)加劇， 競(jìng)爭(zhēng)范圍不斷拓寬。 我國(guó)裝備制造業(yè)進(jìn)入產(chǎn)品優(yōu)化升級(jí)階段，要求優(yōu)特鋼材品種質(zhì)升 級(jí)，如果跟不上用戶(hù)要求，進(jìn)口鋼材將有可能增加。 5鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 21世紀(jì)，世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展面臨嚴(yán)峻的形勢(shì)，必須采 用“高效、優(yōu)質(zhì)、低成本、節(jié)能、環(huán)?！钡募夹g(shù)發(fā)展方 針。 開(kāi)發(fā)新工藝技術(shù)，提高鋼材品質(zhì)，降低成本。 （1

11、）高效生產(chǎn) 爐體長(zhǎng)壽，提高設(shè)備作業(yè)率； 提高冶煉強(qiáng)度，縮短生產(chǎn)周期； 加強(qiáng)生產(chǎn)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)快節(jié)奏連續(xù)化生產(chǎn)。 （2）提高純凈度 實(shí)現(xiàn)全量鐵水預(yù)處理； 轉(zhuǎn)爐少渣冶煉，提高終點(diǎn)控制精度； 強(qiáng)化和完善爐外精煉工藝，轉(zhuǎn)爐冶煉鋼種高級(jí)化、轉(zhuǎn)爐冶煉鋼種高級(jí)化、 潔凈化；特別是各類(lèi)高級(jí)板帶材鋼種和部分轉(zhuǎn)爐廠(chǎng)進(jìn)入潔凈化；特別是各類(lèi)高級(jí)板帶材鋼種和部分轉(zhuǎn)爐廠(chǎng)進(jìn)入 合金鋼制造領(lǐng)域；合金鋼制造領(lǐng)域； 加強(qiáng)鋼水保護(hù) （3）降低生產(chǎn)成本 改善工藝，進(jìn)一步減少鐵消耗和輔助原料消耗； 進(jìn)一步提高成材率； 實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，減少中間產(chǎn)品的運(yùn)輸、存儲(chǔ)和 二次加熱； 實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，提高全員勞動(dòng)生產(chǎn)率； （4）節(jié)能與環(huán)境保護(hù) 降低生

12、產(chǎn)能耗，回收和利用“二次能源”；煤氣、煤氣、 蒸蒸 汽等。汽等。 減少渣量，回收利用廢棄物，實(shí)現(xiàn)“再資源”化； 減少對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)零排放和清潔生產(chǎn)。 未來(lái)的鋼鐵企業(yè)從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)角度看，鋼鐵廠(chǎng)生 產(chǎn)流程應(yīng)該是三種功能： 鋼鐵產(chǎn)品制造功能； 能源轉(zhuǎn)換功能； 社會(huì)大宗廢棄物的處理消納功能。 實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、綠色制造等技術(shù)措施，解決好鋼 廠(chǎng)與環(huán)境生態(tài)的和諧發(fā)展，即在獲得良好的市 場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 中國(guó)鋼鐵工業(yè)應(yīng)該通過(guò)鋼鐵制造流程的中國(guó)鋼鐵工業(yè)應(yīng)該通過(guò)鋼鐵制造流程的 優(yōu)化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì) 量的提高，充分利用能源，節(jié)能、降耗量的提高，充分利

13、用能源，節(jié)能、降耗 和消納處理社會(huì)大宗廢棄物等方面的努和消納處理社會(huì)大宗廢棄物等方面的努 力，到力，到2020年左右，成為全球一流的產(chǎn)年左右，成為全球一流的產(chǎn) 鋼國(guó)。鋼國(guó)。 二、電爐煉鋼新技術(shù) 近年來(lái)，電爐煉鋼發(fā)展迅速，尤其是工業(yè)化 國(guó)家逐漸擴(kuò)大電弧爐的應(yīng)用范圍和產(chǎn)量，電爐煉 鋼技術(shù)更加完善，已能夠生產(chǎn)全部鋼種甚至以生 產(chǎn)普碳鋼為主，隨著二次精煉技術(shù)的不斷發(fā)展和 完善，電爐冶煉由原來(lái)的三期冶煉演變成僅作為 熔化設(shè)備，并與二次精煉和連鑄配套，形成自動(dòng) 化、機(jī)械化水平高，功率高、能耗低的“電弧 爐爐外精煉連鑄”生產(chǎn)系統(tǒng)，即短流程生產(chǎn) 工藝。電弧爐已經(jīng)成為一個(gè)低成本的廢鋼快速熔 煉設(shè)備。 電弧爐煉鋼

14、技術(shù)進(jìn)步 電爐主要技術(shù)指標(biāo) l綜合電耗：106kwh/t。（韶關(guān)） l利用系數(shù)：78.979噸/兆伏安（萊蕪 ）。 l電極消耗：1.226公斤/噸。（安陽(yáng)） l 冶煉時(shí)間：0.75小時(shí)。 l日歷作業(yè)率：95.04%。 l鋼鐵料消耗：991公斤/噸。 l熱鐵水用量：888公斤/噸。(3050%） l工序能耗：49.78公斤標(biāo)煤/噸。 （安陽(yáng)） l電耗：300kwh/t. 1.電弧爐煉鋼發(fā)展 電爐煉鋼，主要是指電弧爐煉鋼，電爐煉鋼，主要是指電弧爐煉鋼，9595的的 電爐鋼是由電弧爐生產(chǎn)的，其余的由感電爐鋼是由電弧爐生產(chǎn)的，其余的由感 應(yīng)爐、電渣爐等生產(chǎn)應(yīng)爐、電渣爐等生產(chǎn)。eaf electric

15、eaf electric arc furnacearc furnace 促進(jìn)世界電爐生產(chǎn)技術(shù)迅速發(fā)展的動(dòng)力有 以下三點(diǎn)：1.社會(huì)廢鋼的積累和增長(zhǎng)，2. 降低生產(chǎn)成本，3.提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，短流 程的勞動(dòng)生產(chǎn)率可達(dá)2500t/人年。 2. 現(xiàn)代電爐煉鋼技術(shù) 本世紀(jì)70年代以前，電爐僅是生產(chǎn)少量?jī)?yōu)質(zhì) 合金鋼的冶煉工藝，隨著平爐的迅速淘汰和由于 轉(zhuǎn)爐熔煉廢鋼能力的不足，造成社會(huì)廢鋼積累增 加，引起對(duì)廢鋼熔煉技術(shù)的開(kāi)發(fā)熱情。經(jīng)過(guò)20余 年的發(fā)展，奠定了現(xiàn)代電爐技術(shù)的基礎(chǔ)。 1.改善供電工藝：uhp、dc、導(dǎo)電橫臂等。 2.引入吹氧強(qiáng)化技術(shù)：爐門(mén)碳氧槍、助燃燒嘴、 泡沫渣冶煉工藝、偏心爐底出鋼以及吹氬攪拌

16、等 新工藝技術(shù)。 3.廢鋼預(yù)熱技術(shù)：豎爐電爐、雙殼電爐和 consteel連續(xù)加料電爐等。 現(xiàn)代電爐連鋼技術(shù) 以上新工藝、新技術(shù)的采用，電爐 的冶煉電耗從700 kwh/t下降到300kwh/t， 電極消耗從6.5kg/t下降到1.0kg/t，冶煉周 期從210min縮短到55-60min，使電爐的 生產(chǎn)周期能夠與連鑄相匹配，形成了短 流程生產(chǎn)工藝。鋼材生產(chǎn)的整個(gè)周期縮 短到3.5-4.0h，全員勞動(dòng)生產(chǎn)率達(dá)到 2500t/人.年，是高爐轉(zhuǎn)爐流程的3倍， 而投資僅為后者的50%，成本比bf bof降低約20美元。 我國(guó)電爐鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀 p電爐鋼比重 p電弧爐裝備水平 年份 電弧爐數(shù)座 loo t

17、 5099 t 1149 t 10 t 2002 199 l2 24 104 59 2004 l64 l2 28 79 45 2006 152 17 36 70 29 2007 148 22 49 53 24 2010 132 35 56 41 - 大于50t電弧爐能約占電爐鋼總產(chǎn)能的85，成為我國(guó)電爐 鋼生產(chǎn)的主體設(shè)備，100 t電弧爐產(chǎn)能占電爐鋼總 產(chǎn)能的比例不及45，與發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家仍存在較大差距。 p生產(chǎn)情況 生產(chǎn)鋼種 國(guó)外 1 5 0 t 以上的電弧爐幾乎都用于冶煉 普通 鋼， 許多國(guó)家電爐鋼產(chǎn)量的6 0 8 0 均為低 碳鋼。而我國(guó)受廢鋼和電力資源不足的限制， 電 弧 爐主要用于冶煉

18、高合金鋼、 大型鑄鍛件用鋼、 不銹鋼 等鋼種。隨著技術(shù)開(kāi)發(fā)力度的繼續(xù)加大， 我國(guó)電爐 鋼質(zhì)量有較大提高， 一些企業(yè)成功開(kāi)發(fā) 出氮含量 8 0ppm 鋼種， 最 低 的氮含 量 可控 制在 3 0ppm， 達(dá)到了轉(zhuǎn)爐鋼的水平， 但 目前電 弧爐普遍生 產(chǎn)普通鋼種不具備成本優(yōu)勢(shì)。 3.電爐煉鋼技術(shù)發(fā)展重點(diǎn) 1.電爐能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和強(qiáng)化冶煉:uhp，氧燃助 熔，熔池脫碳，二次燃燒，廢鋼預(yù)熱。以上技術(shù) 可使冶煉周期縮短到50min以?xún)?nèi)。 2.無(wú)污染的廢鋼預(yù)熱技術(shù)和連續(xù)加熱技術(shù)。 3.短流程鋼廠(chǎng)的計(jì)算機(jī)綜合管理技術(shù)：操作智能 化（預(yù)報(bào)、識(shí)別、優(yōu)化功能），提高生產(chǎn)效率， 降低生產(chǎn)消耗。 4.提高電爐鋼水潔

19、凈度的工藝技術(shù)。 交流電弧爐的問(wèn)題： 1）電弧不穩(wěn)，噪音過(guò)大，閃爍效應(yīng)干擾電 網(wǎng)、過(guò)度的爐壁燒損； 2）熱效率低，電力傳輸損失大； 3）石墨電極消耗大。 大功率可控硅整流裝置日趨完善，直流電弧爐 重新獲得發(fā)展。直流電弧爐爐底電極壽命問(wèn)題的解直流電弧爐爐底電極壽命問(wèn)題的解 決，可建大容量的直流電弧爐。決，可建大容量的直流電弧爐。 爐底陽(yáng)極爐底陽(yáng)極: l導(dǎo)電爐底型(abb型):導(dǎo)電耐火材料做爐底,常用 鎂質(zhì)石墨磚(含碳20%). l金屬觸針式(德國(guó)man-ghh):根據(jù)爐子容量在 爐底中心區(qū)安置80-200根直徑30mm的低碳鋼觸 針,觸針連接在爐底集電板上,爐底用鎂砂打結(jié). 爐子工作層厚度600

20、-700mm,消耗速度1mm/爐. l水冷金屬棒(法國(guó)鋼鐵研究院):圓形的金屬水冷 電極,低碳鋼芯棒穿過(guò)鋼水直接與鋼水接觸,鋼芯 下部裝有銅質(zhì)水套充分冷卻鋼芯.依電流大小每 座爐子可裝1-4根底陽(yáng)極. 4.電弧爐煉鋼主要技術(shù)特點(diǎn) 原料 1）廢鋼：含有少量的c、si、mn，熱量不足需要外加熱源。 cu、sn、pb等有害元素，ni、cr、mo等殘留元素。 加強(qiáng)廢鋼管理，挑選分離，配加鐵源(改變爐料結(jié)構(gòu)）。 2）冷生鐵：提高入爐金屬料中c和其它易氧化元素含量減少鐵的損 失。 沸騰、造渣、減少鐵損、稀釋有害元素。 配加10%的生鐵，每噸鋼液產(chǎn)生1.4kgsio2，0.1kgmno， 0.3kgp2o5

21、，渣量增加渣量增加5%以上，耗氧量增加以上，耗氧量增加5nm3/t鋼。鋼。 3）直接還原鐵dri和熱壓塊（hbi）：p、s、金屬殘留元素低，增 加配碳量，潔凈鋼的重要鐵源。 4）熱裝鐵水：配入2030%，提高冶煉效率。 配加10%鐵水，帶入物理熱30kwh/t鋼，化學(xué)熱25kwh/t鋼，耗氧6- 7nm3/t鋼。 能源 電能：約占總能源的近70%，uhp功率水平基 本在800kva/t鋼，冶煉時(shí)間可達(dá)50min。 氧燃燒嘴：總能量構(gòu)成中占約6%，對(duì)冷區(qū)加熱 的助熔效果非常好。燃料為固（煤）、液（柴 油）、氣（天然氣）。 化學(xué)熱：吹氧產(chǎn)生的化學(xué)熱占總能量的近30%， 是現(xiàn)代電弧爐技術(shù)的一個(gè)重要特

22、點(diǎn)，co氧化 生成co2的二次燃燒具有很高的化學(xué)潛能。當(dāng) co在1600燃燒時(shí)，1nm3的氧二次燃燒能產(chǎn) 生5.8kwh的熱能。電爐用氧量可達(dá)40nm3/t以上。 電能410kwh/t410kwh/t： 若通電時(shí)間若通電時(shí)間54min54min： 鋼液承受的電弧功率：鋼液承受的電弧功率：410/410/（54/6054/60）= 456kw/t= 456kw/t 取取coscos=0.82=0.82，電效率、熱效率各為，電效率、熱效率各為0.90.9， 可求出變壓器的功率級(jí)別為：可求出變壓器的功率級(jí)別為： 456/456/（0.820.820.90.90.9)=0.9)=688kva/t688

23、kva/t 通電時(shí)間通電時(shí)間45min45min，變壓器功率級(jí)別應(yīng)提高到，變壓器功率級(jí)別應(yīng)提高到825825kva/tkva/t 改進(jìn)電弧爐電氣運(yùn)行狀態(tài)、合理供電、提高功率因素、改進(jìn)電弧爐電氣運(yùn)行狀態(tài)、合理供電、提高功率因素、 電效率和熱效率是電弧爐技術(shù)發(fā)展的主題。電效率和熱效率是電弧爐技術(shù)發(fā)展的主題。 電爐大型化電爐大型化 電弧爐容量逐漸增大是近幾十年來(lái)的基本趨勢(shì)，國(guó)際 上指標(biāo)最先進(jìn)的電弧爐爐容量大都在80120噸左右， 近年來(lái)爐容仍有增大的趨勢(shì)。其原因在于： 在其它條件相同的前提下，電弧爐生產(chǎn)率與爐容 量呈正比關(guān)系，大型化是合理單爐生產(chǎn)規(guī)模的保證； 大型化有利于提高熱效率，并便于集中采用供

24、電、 用氧以及機(jī)械化、自動(dòng)化各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，便于提高管 理水平，容易取得較好的生產(chǎn)運(yùn)行效果； 合理大型化是實(shí)現(xiàn)全連鑄的基礎(chǔ)； 合理大型化是實(shí)現(xiàn)與后步軋機(jī)等物流匹配的基礎(chǔ)。 超高功率供電超高功率供電 u 電弧爐的電氣運(yùn)行理論和操作技術(shù)的不斷進(jìn)步：近 期采用“高電壓、長(zhǎng)電弧、高功率系數(shù)”的操作制度； u 爐襯的熱負(fù)荷大幅度增加，相應(yīng)的技術(shù)發(fā)展有：提 高耐材質(zhì)量、水冷爐壁、泡沫渣等； u 熔煉工藝的變化：為了充分利用變壓器的能力，傳 統(tǒng)的電弧爐三期操作消亡，電弧爐變成了一臺(tái)高效的 熔化爐； u 電弧爐機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化系統(tǒng)不斷進(jìn)步，促進(jìn)了高 效、優(yōu)質(zhì)、低成本三方面綜合發(fā)展，如底出鋼技術(shù)， 過(guò)程計(jì)算機(jī)控制

25、； u 熔煉周期縮短，物料輸送和試樣化驗(yàn)等負(fù)擔(dān)大大增 加。 5.電爐廢鋼預(yù)熱和連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù) 1）雙爐殼電弧爐 雙殼電弧爐具有一套供電系統(tǒng)和兩個(gè)爐殼，一 套電極升降/旋轉(zhuǎn)裝置交替對(duì)兩個(gè)爐殼供熱熔化 廢鋼。其技術(shù)特點(diǎn)是將廢鋼預(yù)熱與節(jié)省非通電 時(shí)間相結(jié)合。 雙殼電弧爐的發(fā)展一是為了提高電弧爐的生產(chǎn) 能力；二是為了利用廢熱節(jié)能，預(yù)熱60%的廢 鋼可節(jié)約2530kwh/t的電能。預(yù)熱100%的廢 鋼（高爐身）可節(jié)約6090kwh/t的電能。 雙爐殼電弧爐 雙爐殼電弧爐 雙爐殼電弧爐的煙氣和廢鋼預(yù)熱系統(tǒng):中國(guó)寶山鋼鐵公司 1996年投產(chǎn)的150噸dc爐即為雙殼電弧爐。雙殼電弧 爐的主要優(yōu)點(diǎn)： （1）減少

26、輔助操作時(shí)間及斷電時(shí)間，提高生產(chǎn)率20%以 上，通電時(shí)間比由常規(guī)的6570%提高到8595%。 （2）在相同產(chǎn)量下，可減少變壓器容量，減少供電系統(tǒng) 的投資。 （3）廢鋼預(yù)熱,可提高能源利用率，降低能耗、減少煙氣 回收系統(tǒng)的規(guī)模。 目前，已投產(chǎn)和建設(shè)中的雙殼電弧爐主要分布于日 本，美國(guó)，韓國(guó)，盧森堡，中國(guó)等國(guó)家，爐容量從40 噸到170噸。 雙殼電弧爐廢鋼預(yù)熱系統(tǒng) 2)fuchs豎爐電弧爐 19921992年由年由fuchs systemfuchs system推出推出, , 豎爐有一個(gè)廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)， 可以是直流或交流的。它用廢氣的物理熱和化學(xué)熱、以 及在豎爐底部的氧-燃燒嘴來(lái)加熱裝在水冷豎爐內(nèi)

27、的廢鋼 料柱。 豎式電弧爐發(fā)展：普通豎式電弧爐（sf）、帶手指的豎 式電弧爐（fsf）、雙豎爐的豎式電弧爐（dsf）。分別 實(shí)現(xiàn)50%、100%廢鋼預(yù)熱和一電兩爐最短的通電時(shí)間。 國(guó)內(nèi)潤(rùn)忠、珠江、安陽(yáng)等引進(jìn)了fuchsfuchs電爐電爐。 技術(shù)指標(biāo)（安陽(yáng)） 項(xiàng)目 產(chǎn)量t/月冶煉周 期min 通電時(shí) 間min 電耗 kwh/t 鐵水比 % 作業(yè)率 % 數(shù)據(jù) 948004331.6227.522.292.3 2)fuchs豎爐電弧爐 fuchs豎窯式電弧爐的特點(diǎn)是在爐蓋的一側(cè)設(shè)置 一個(gè)廢鋼預(yù)熱的豎窯，豎窯有兩種不同的形式， 一是豎窯與電弧爐熔池連通，第1籃料直接加入 電爐（約占廢鋼加入量的50），

28、余下約50%的 廢鋼分兩次由豎窯加入，實(shí)際堆在爐內(nèi)廢鋼之上， 被高溫廢氣預(yù)熱；另一種是豎窯與電爐熔池被一 托架（又稱(chēng)指形伐）隔開(kāi)，除冷爐的第1籃料仍 需直接加入電爐外，連續(xù)生產(chǎn)期間的廢鋼均加入 豎窯，廢鋼經(jīng)預(yù)熱后打開(kāi)托架加入爐內(nèi)，100 的廢鋼可預(yù)熱，廢鋼預(yù)熱溫度最高可達(dá)800以 上。 fuchs豎爐電弧爐 預(yù)熱廢鋼，節(jié)能效果好，可節(jié)電70-120kwh/t。 裝料不影響正常操作，冶煉時(shí)通電時(shí)間短，生 產(chǎn)率提高15%，電極消耗降低20%。 豎爐內(nèi)廢鋼象一個(gè)過(guò)濾器，煉鋼過(guò)程中50%的 灰塵留在廢鋼中或進(jìn)入爐渣節(jié)省了除塵費(fèi)用， 提高了鋼水收得率。 大功率煤氧槍?zhuān)ㄑ跞紵欤┑氖褂?，進(jìn)一步縮 短熔化時(shí)

29、間，降低了電耗和電極消耗，提高了 生產(chǎn)率。 占地面積小。 豎式電弧爐結(jié)構(gòu) 3)consteel電弧爐電弧爐 廢鋼由傳送帶通過(guò)動(dòng)態(tài)密封送入該系統(tǒng)廢鋼由傳送帶通過(guò)動(dòng)態(tài)密封送入該系統(tǒng) 的預(yù)熱器，廢鋼通過(guò)預(yù)熱器，靠爐氣的化的預(yù)熱器，廢鋼通過(guò)預(yù)熱器，靠爐氣的化 學(xué)能和物理熱加熱至學(xué)能和物理熱加熱至550600，然后進(jìn)，然后進(jìn) 入熔池，爐內(nèi)總有一定的剩余鋼水，有助入熔池，爐內(nèi)總有一定的剩余鋼水，有助 于熔化加熱的廢鋼。可用的爐料是：廢鋼、于熔化加熱的廢鋼。可用的爐料是：廢鋼、 生鐵和熱壓塊、熱的和冷的直接還原鐵。生鐵和熱壓塊、熱的和冷的直接還原鐵。 consteel電弧爐 consteel電弧爐原理圖 廢

30、鋼等由傳送帶加入預(yù)熱室，由電弧爐 尾氣加熱到500600，然后連續(xù)的輸 入到電弧爐。 consteel電弧爐短流程工藝 consteel電弧爐短流程工藝 貴陽(yáng)鋼鐵公司為60t的consteel交流電弧爐， 變壓器容量為36mva，單位功率水平為 600kva/t,平均冶煉周期6065min。其供 料方式是通過(guò)在線(xiàn)運(yùn)輸機(jī)，將經(jīng)過(guò)預(yù)熱 的廢鋼連續(xù)的加入電爐，爐內(nèi)留鋼操作 以熔化廢鋼，熔煉全程造泡沫渣節(jié)能降 耗。該電爐配備管式水冷爐壁，偏心爐 底出鋼、爐門(mén)氧碳槍等裝置。 5.電弧爐煉鋼主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)電弧爐煉鋼主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) （1 1）冶煉電耗（冶煉用電量）冶煉電耗（冶煉用電量kwhkwh）/ /

31、（合格鋼坯、錠量（合格鋼坯、錠量t t）kwh/tkwh/t （2 2）電極消耗（冶煉電極消耗量）電極消耗（冶煉電極消耗量kgkg）/ /（合格鋼坯、錠量（合格鋼坯、錠量t t）kg/tkg/t （3 3）鋼坯（錠）合格率（合格鋼坯、錠量）鋼坯（錠）合格率（合格鋼坯、錠量 t t）/ /（全部鋼坯、錠量（全部鋼坯、錠量t t）% % （4 4）合金比（全部合金鋼鋼坯、錠量）合金比（全部合金鋼鋼坯、錠量t t）/ /（全部合格鋼坯、錠量（全部合格鋼坯、錠量t t）% % 鋼中合金元素總量鋼中合金元素總量 10% 10% 高合金鋼高合金鋼 鋼中合金元素總量鋼中合金元素總量 2.52.510% 10

32、% 中合金鋼中合金鋼 鋼中合金元素總量鋼中合金元素總量 2.53.5% 0.04% p=0.11% s0.005% t=1350 s0.005% t=1300 0.004% p0.005% p0.01%0.065% 0.001% p0.003% t=1650 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)的變化 轉(zhuǎn)爐鐵水三脫處理工藝效果 經(jīng)過(guò)實(shí)踐，日本對(duì)上述兩種工藝進(jìn)行充分的 技術(shù)評(píng)估。技術(shù)評(píng)估的具體指標(biāo)是： 1)轉(zhuǎn)爐自由空間大，動(dòng)力學(xué)條件好 2）石灰的利用率高，反應(yīng)效率高。 3）頂吹供氧，氣/固氧比例提高，熱損失小。 4）轉(zhuǎn)爐精煉渣的返回利用率高，轉(zhuǎn)爐高堿 度氧化渣可作為脫磷渣返回使用。 采用轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)鐵水“三脫”優(yōu) 點(diǎn)

33、除上述工藝效果外，還有以下優(yōu)點(diǎn)： 工藝流程短，不需要采用鐵水脫硅、噴粉脫硫、 磷工藝，處理成本低。 處理能力大，易實(shí)現(xiàn)全量鐵水預(yù)處理。 投資小，不需建鐵水三脫處理站。 工藝穩(wěn)定，易于操作和控制。 o問(wèn)題：降低轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力。 高效轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐工藝的重大技術(shù)進(jìn) 步。 3.轉(zhuǎn)爐技術(shù)進(jìn)步 3.1全量鐵水轉(zhuǎn)爐預(yù)處理工藝 l 采用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行鐵水“三脫”，有利于實(shí)現(xiàn)全量 （100）鐵水預(yù)處理。目前，日本研究開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn) 爐預(yù)處理工藝主要有srp法（住友）、orp法 （新日鐵）、nrp法（nkk)等方法。 l 我國(guó)鋼研總院從 1984年開(kāi)始研究轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處 理工藝，與寶鋼合作成功地冶煉出 w（spt.o

34、nh）100 xl0-6的超純凈鋼。 l 轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處理工藝，在操作方法上有一定區(qū) 別。但其本質(zhì)是相同的。即采用渣一鋼反應(yīng)進(jìn)行 脫p、s，而未采用噴粉工藝。以氣氧為主向熔池 供氧，添加廢鋼控制反應(yīng)溫度。 a.鐵水si含量的控制 對(duì)于鐵水脫磷，要求嚴(yán)格控制鐵水si含量。 鐵水si含量越低,石灰消耗越小，脫p效率 越高。對(duì)于噴粉法脫磷，受反應(yīng)空間的限 制，一般要求鐵水w(si) 0.15。而對(duì)于 轉(zhuǎn)爐鐵水“三脫”工藝，控制鐵水w(si) 0.3，可以保證良好的脫磷效果。采用 轉(zhuǎn)爐三脫,預(yù)處理工藝可以和高爐低預(yù)處理工藝可以和高爐低si鐵鐵冶 煉工藝相結(jié)合，省去鐵水脫si工藝。 鐵水si含量對(duì)終點(diǎn)p含

35、量的影響 b.造渣工藝 控制爐渣堿度r=2.53.0，可保證良好的脫s、 p效果。脫磷率p90%，s4060%,（feo） =1015%。造高堿度渣采用以下技術(shù)： 1）采用脫碳轉(zhuǎn)爐精煉渣作為脫磷合成渣使用； 2）增大底吹攪拌強(qiáng)度促進(jìn)石灰熔化，適當(dāng)增加 螢石量； 3）配加由石灰粉和轉(zhuǎn)爐煙塵冷固結(jié)制成的高堿 度低熔點(diǎn)脫磷劑。 c.強(qiáng)攪拌和弱供氧工藝 強(qiáng)攪拌和弱供氧工藝 生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)于300噸的轉(zhuǎn)爐，合適的底 攪拌強(qiáng)度為0.120.15nm3/t.min,表觀(guān)脫磷速度 常數(shù)可以達(dá)到kp=0.2（%min），純處理時(shí)間約 為10min。 為避免c的燒損生產(chǎn)中要采取以下措施： 嚴(yán)格控制處理溫度，避免

36、熔池脫碳升溫； 采用弱供氧工藝，頂吹供氧強(qiáng)度為0.81.2 nm3tmin； 增強(qiáng)熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度。 d.吹煉溫度控制與熱平衡 為了保證脫磷和抑制脫碳，兼顧后步煉 鋼的熱量需求，控制處理溫度在 1320 1350 為宜。依靠加入廢鋼控制反應(yīng)溫 度，50 t轉(zhuǎn)爐處理w p=0.25的中磷鐵 水，可熔化 7090 kgt 鋼。 表3給出轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處理的熱平衡概算。 從表中可以看出，處理過(guò)程熔化廢鋼消 耗熱量106.2 106jt，相當(dāng)于熔化73 kg 廢鋼所消耗的熱量。 轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處理的熱平衡概算 3.2 少渣煉鋼 1)轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)工藝 返回 2)冶金特點(diǎn) 轉(zhuǎn)爐采用“三脫”鐵水冶煉，鐵水si很低， 使渣量

37、大大減少，冶煉的主要任務(wù)是降碳升溫。 3）mn、cr礦的熔融還原：由于鐵水中的硅低， 給少渣冶煉的造渣工藝帶來(lái)困難。通常采用添 加錳礦或鉻礦，增加渣中的sio2含量，以熔化 高堿度爐渣。 終點(diǎn)含碳量合適，mn礦的收得 率接近100%，cr礦的收得率在90%以上。 4）吹煉熱平衡：少渣冶煉，爐渣熱損失明顯減 少，但總的熱收入降低，對(duì)大型轉(zhuǎn)爐在不加廢 鋼的條件下可保證正常吹煉，對(duì)小型轉(zhuǎn)爐，熱 量略有不足。 住友金屬鹿島廠(chǎng) l脫磷轉(zhuǎn)爐指標(biāo):吹煉時(shí)間為8min，冶煉周期 為22min，廢鋼比為10% (加輕廢鋼)，出鐵溫度 為1350，渣量為40kg/t。 l脫碳轉(zhuǎn)爐指標(biāo):吹煉時(shí)間為14min，冶煉周

38、期 為30min，錳礦用量為15kg/t(mn回收率: 30% 40% )，渣量為20kg/t。 l脫磷轉(zhuǎn)爐和脫碳轉(zhuǎn)爐的吹煉 時(shí)間為9-12min,轉(zhuǎn)爐煉鋼的 冶煉周期控制在20min以?xún)?nèi)。 一個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼車(chē)間給3臺(tái)連鑄 機(jī)供鋼水,是目前世界上生產(chǎn) 節(jié)奏最快的鋼廠(chǎng)。 l煉鐵生產(chǎn)可以采用較高磷含 量的低價(jià)位鐵礦石,鐵水磷含 量放寬至0.10% -0.15%,降低 了礦石采購(gòu)成本； l煉鋼時(shí)可以使用錳礦石,取 代mnfe合金； l煉鋼渣量顯著降低,脫碳爐 渣可返回用于脫磷轉(zhuǎn)爐； 住友和歌山制鐵所srp brp法工藝 脫磷爐：鐵水成分、溫度與常規(guī)煉鋼要求相同,鐵水比高于常 規(guī)煉鋼法,約為88%-98%

39、；廢鋼輕薄廢鋼、熱壓鐵塊等；氧槍 為專(zhuān)用脫磷槍?zhuān)坏状倒鈴?qiáng)度為0.03-0.25m3/ (tmin); 吹煉時(shí)間為10-12min。 脫碳爐：采用6孔大流量脫碳氧槍噴頭；底吹條件與脫磷爐相 同；使用含錳大于32%的錳礦,加入量為5-15kg/t；吹煉時(shí)間 15min。 l每座轉(zhuǎn)爐設(shè)置兩套獨(dú)立的氧槍,一套用于脫碳,另一套 用于脫磷,兩套氧槍可迅速、準(zhǔn)確地更換。 l轉(zhuǎn)爐設(shè)擋渣裝置,脫磷出鋼時(shí),進(jìn)行擋渣。 一座轉(zhuǎn)爐脫磷作業(yè),另一座轉(zhuǎn)爐脫碳作業(yè),將處于爐役 前半期的轉(zhuǎn)爐作為脫碳爐,處于爐役后半期的轉(zhuǎn)爐作為 脫磷爐。 l轉(zhuǎn)爐脫碳渣、脫磷渣處理后按一定比例返回轉(zhuǎn)爐煉鋼, 噸鋼石灰消耗降低了3.6kg。 l轉(zhuǎn)爐脫磷渣量約20-40kg/t，轉(zhuǎn)爐脫碳渣量約15kg/t。 脫碳爐渣全部返回脫磷爐使用,渣中一半的鐵可以在煉 鋼工藝中循環(huán)利用。 3.3 智能控制 轉(zhuǎn)爐控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了靜態(tài)控制、動(dòng)態(tài)控 制和全自動(dòng)吹煉三個(gè)發(fā)展階段。日