冶金工程概論電爐煉鋼

第八章電爐煉鋼內(nèi)容提要8.1概述8.2現(xiàn)代電爐的構(gòu)造8.3電弧爐爐襯砌筑8.4電弧爐的電器設(shè)備8.5堿性電弧爐氧化法冶煉工藝8.1概述電爐是采用電能作為能源進(jìn)行煉鋼的爐子的統(tǒng)稱。電爐的分類：電渣重熔爐：利用電阻熱加熱感應(yīng)熔煉爐：利用電磁感應(yīng)加熱電子束爐：依靠電子碰撞加熱等離子爐：利用等離子弧加熱電弧爐：利用高溫電弧加熱電爐煉鋼是指電弧爐！！傳統(tǒng)電爐是以廢鋼為主要原料，以三相交流點作電源，利用電流通過石墨電極與金屬料之間產(chǎn)生電弧的高溫來加熱、熔化爐料，是用來生產(chǎn)特殊鋼和高合金鋼的主要方法。電弧爐是繼平爐、轉(zhuǎn)爐之后的又一種煉鋼方法，它是電發(fā)明以后的1899年，由法國的海勞爾特在LaPraz發(fā)明的。發(fā)展于阿爾卑斯山（Alps）的峽谷中。電爐的出現(xiàn)，開發(fā)了煤的替代能源，使得廢鋼開始了經(jīng)濟(jì)回收，最終使得鋼鐵成為世界上最容易回收的材料。電爐煉鋼誕生以來，其發(fā)展速度趕不上20世紀(jì)60年代以前的“平爐”，也趕不上60年代以后的“轉(zhuǎn)爐”的發(fā)展，但隨著科技的進(jìn)步，電弧爐鋼產(chǎn)量及其比例始終在穩(wěn)步增長。電爐的分類：1）耐火材料：酸性電爐、堿性電爐2）電流特性：交流電爐、直流電爐3）功率水平：普通功率電爐、高功率電爐、超高功率電爐（UHP）4）廢鋼預(yù)熱：豎爐、雙殼爐、爐料連續(xù)預(yù)熱電爐5）出鋼方式：槽式出鋼、偏心底出鋼（EBT），中心底出鋼電爐6）底部電極：觸針式、導(dǎo)電爐底式、金屬棒式電爐電爐的大小電爐的大小可以用其熔池的額定容量表示，常稱公稱容量，也常用爐殼直徑表示。電爐公稱容量/爐殼直徑=1.6t/1.8m-350t/9.0m小爐子：通常把40t、4.6m以下電爐看作小爐子。大爐子：50t/5.2m以上的電爐看作大爐子。隨著電爐向超高功率化、大型化的發(fā)展，爐子大小的區(qū)分界限也在改變，不可一概而論。8.2現(xiàn)代電爐的構(gòu)造

機(jī)械設(shè)備爐體的金屬構(gòu)件電極夾持器及電極升降裝置爐體傾動機(jī)構(gòu)爐蓋提升和旋轉(zhuǎn)裝置等爐體爐襯（耐材砌筑）金屬構(gòu)件爐殼爐門、出鋼槽爐蓋圈、電極密封圈加固圈爐身殼爐殼底8.3電弧弧爐爐爐爐襯襯的的砌砌筑筑電弧弧爐爐爐爐襯襯主主要要由由：：爐爐頂頂、、爐爐墻墻和和爐爐底底組組成成。。耐火火材材料料：：鎂鎂磚磚、、白白云云石石磚磚、、鉻鉻鎂鎂磚磚、、鎂鎂碳碳磚磚等等，，有有的的用用鎂鎂砂砂打打結(jié)結(jié)或或整整體體成成型型。。（1）爐爐頂頂、、爐爐墻墻和和爐爐底底由三三部部分分組組成成：：絕絕熱熱保保溫溫層層、、鎂鎂磚磚層層和和工工作作層層。。鎂碳碳磚磚的的特特點點：：是是具具有有良良好好的的耐耐火火性性。?？箍乖智治g蝕性性，，耐耐剝剝落落性性，，抗抗氧氧化化，，抗抗高高溫溫蠕蠕變變性性等等。。（2）水水冷冷爐爐壁壁及及水水冷冷爐爐蓋蓋大電電爐爐和和超超高高功功率率電電弧弧爐爐上上大大都都采采用用水水冷冷爐爐壁壁及及水水冷冷爐爐蓋蓋。。能能最最大大限限度度地地用用水水冷冷件件取取代代耐耐火火材材料料。。8.4電弧弧爐爐的的電電器器設(shè)設(shè)備備電氣氣設(shè)設(shè)備備主電電路路電極極升升降降自自動動調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)系系統(tǒng)統(tǒng)電路路主電電路路保護(hù)護(hù)和和信信號號回回路路檢測測計計量量顯顯示示回回路路電極極升升降降自自動動調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)回回路路電弧弧爐爐機(jī)機(jī)械械設(shè)設(shè)備備供供電電線線路路（電電磁磁攪攪拌拌線線路路））由高高壓壓電電纜纜至至電電極極的的電電路路高壓壓電電源源→→隔隔離離開開關(guān)關(guān)→→高高壓壓斷斷路路器器→→電抗抗器器→→電電爐爐變變壓壓器器→→低低壓壓短短網(wǎng)網(wǎng)→→電電極極調(diào)解解電電弧弧電電流流和和電電壓壓的的大大小小，，調(diào)調(diào)整整電電極極和和爐爐料料之之間間的的電電弧弧長長度度，，幾個個重重要要的的概概念念：：短網(wǎng)網(wǎng)：：是指指從從變變壓壓器器低低壓壓側(cè)側(cè)引引出出線線至至電電極極這這段段線線路路。。包包括括硬硬銅銅母母線線、、軟軟電電纜纜、、爐爐頂頂水水冷冷銅銅管管和和電電極極。。短網(wǎng)網(wǎng)長長度度約約10-20m，導(dǎo)導(dǎo)通通界界面面很很粗粗，，通通過過電電流流大大，，短短網(wǎng)網(wǎng)中中的的電電阻阻和和感感抗抗對對電電爐爐裝裝置置和和工工藝藝操操作作影影響響很很大大，，在在很很大大程程度度上上決決定定了了電電爐爐的的電電效效率率、、功功率率因因素素以以及及三三相相電電功功率率的的平平衡衡。。電極極：：短網(wǎng)網(wǎng)中中最最重重要要的的組組成成部部分分。。電電極極作作用用：：將將電電流流導(dǎo)導(dǎo)入入爐爐內(nèi)內(nèi)，，并并與與爐爐料料之之間間產(chǎn)產(chǎn)生生電電弧弧，，將將電電能能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化成成熱熱能能。。電極的的生產(chǎn)產(chǎn)過程程：電極的的要求求：電弧的的產(chǎn)生生：8.5堿性電電弧爐爐氧化化法冶冶煉工工藝傳統(tǒng)氧氧化法法冶煉煉工藝藝是電電爐煉煉鋼法法的基基礎(chǔ)。。操作過過程分分為：：補(bǔ)爐、、裝料料、熔熔化、、氧化化、還還原、、出鋼鋼六個階階段。。主要要由熔化、、氧化化、還還原期期組成，，俗稱稱老三期期。一、補(bǔ)補(bǔ)爐1）影響響爐襯襯壽命命的““三要要素””爐襯的的種類類、性性質(zhì)和和質(zhì)量量；高溫電電弧輻輻射和和熔渣渣的化化學(xué)浸浸蝕；；吹氧操操作與與渣、、鋼等等機(jī)械械沖刷刷以及及裝料料的沖沖擊。。2）補(bǔ)爐爐部位位爐壁渣渣線——受到高高溫電電弧的的輻射射，渣渣、鋼鋼的化化學(xué)侵侵蝕與與機(jī)械械沖刷刷，以以及吹吹氧操操作等等損壞壞嚴(yán)重重；渣線熱熱點區(qū)區(qū)——尤其當(dāng)當(dāng)熱點點區(qū)受受到電電弧功功率大大、偏偏弧等等影響響侵蝕蝕嚴(yán)重重，該該點的的損壞壞程度度常常常成為為換爐爐的依依據(jù)；；出鋼口口附近近——因受渣渣鋼的的沖刷刷也極極易減減薄；；爐門兩兩側(cè)——常受急急冷急急熱的的作用用、流流渣的的沖刷刷及操操作與與工具具的碰碰撞等等損壞壞也比比較嚴(yán)嚴(yán)重。。3）補(bǔ)爐爐方法法補(bǔ)爐方方法分分為人工投投補(bǔ)和機(jī)械噴噴補(bǔ)，根據(jù)據(jù)選用用材料料的混混合方方式不不同，，又分分為干補(bǔ)和濕補(bǔ)兩種。。大型電電爐上上多采采用機(jī)機(jī)械噴噴補(bǔ)，，機(jī)械械噴補(bǔ)補(bǔ)設(shè)備備有爐爐門噴噴補(bǔ)機(jī)機(jī)、爐爐內(nèi)旋旋轉(zhuǎn)補(bǔ)補(bǔ)爐機(jī)機(jī)，機(jī)機(jī)械噴噴補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)爐速速度快快、效效果好好。補(bǔ)爐的的原則則是：：高溫、、快補(bǔ)補(bǔ)、薄薄補(bǔ)4）補(bǔ)爐爐材料料機(jī)械噴噴補(bǔ)材材料主主要用用鎂砂砂、白白云石石或兩兩者的的混合合物，，并摻摻入磷磷酸鹽鹽或硅硅酸鹽鹽等粘粘結(jié)劑劑。二、裝裝料廣泛采采用爐爐頂料料罐（（或叫叫料籃籃、料料筐））裝料料，每每爐鋼鋼的爐爐料分分1～3次加入入。裝料的的好壞壞影響響爐襯襯壽命命、冶冶煉時時間、、電耗耗、電電極消消耗以以及合合金元元素的的燒損損等。。合理理裝料料主要要取決決于爐爐料在在料罐罐中的的布料料合理理與否否。現(xiàn)場布布料（（裝料料）經(jīng)經(jīng)驗：：下致密密、上上疏松松、中中間高高、四四周低低、爐爐門口口無大大料，，穿井井快、、不搭搭橋，，熔化化快、、效率率高。。鏈條底板板式料罐罐三、熔化化期傳統(tǒng)冶煉煉工藝的的熔化期期占整個個冶煉時時間的50%～70%，電耗占占70%～80%。因此熔熔化期的的長短影影響生產(chǎn)產(chǎn)率和電電耗，熔熔化期的的操作影影響氧化化期、還還原期的的順利與與否。1.熔化期的的主要任任務(wù)將塊狀的的固體爐爐料快速速熔化，，并加熱熱到氧化化溫度；；提前造渣渣，早期期去磷，，減少鋼鋼液吸氣氣與揮發(fā)發(fā)。2.熔化期的操作作合理供電，及及時吹氧，提提前造渣。3.爐料熔化過程程及供電基本可分為四四個階段，起弧、穿井、主熔化及熔末升溫。點(起)弧期從送電起弧至至電極端部下下降到深度為為d電極為點弧期。此期電流不穩(wěn)穩(wěn)定，電弧在在爐頂附近燃燃燒輻射，二二次電壓越高高，電弧越長長，對爐頂輻輻射越厲害，，并且熱量損損失也越多。。為保護(hù)爐頂，，在爐上部布布一些輕薄料料，以便讓電電極快速進(jìn)入入料中，減少少電弧對爐頂頂?shù)妮椛?。供電上采用較低電壓、較較低電流穿井期點弧結(jié)束至電電極端部下降降到爐底為穿井期。此期雖然電弧弧被爐料所遮遮蔽，但因不不斷出現(xiàn)塌料料現(xiàn)象，電弧弧燃燒也不穩(wěn)穩(wěn)定。加料前采取外外加石灰墊底底，爐中部布布置大、重廢廢鋼以及合理理的爐型，達(dá)達(dá)到保護(hù)爐底底的目的。供電上采取較較大的二次電壓、較較大電流，以增加穿井井的直徑與穿穿井的速度。。主熔化期電極下降至爐爐底后開始回回升時，主熔熔化期開始。。隨著爐料不斷斷的熔化，電電極漸漸上升升，至爐料基基本熔化，僅僅爐坡、渣線線附近存在少少量爐料，電電弧開始暴露露時主熔化期期結(jié)束。主熔化期由于于電弧埋入爐爐料中，電弧弧穩(wěn)定、熱效效率高、傳熱熱條件好，應(yīng)應(yīng)以最大功率率供電，即采采用最高電壓、最最大電流供電電。主熔化期時間間占整個熔化化期的70％以上。熔末升溫期電弧開始暴露露給爐壁至爐爐料全部熔化化為熔末升溫溫期。此階段因爐壁壁暴露，尤其其是爐壁熱點點區(qū)的暴露受受到電弧的強(qiáng)強(qiáng)烈輻射。應(yīng)注意保護(hù)爐爐壁，即提前前造好泡沫渣渣進(jìn)行埋弧操操作，否則應(yīng)應(yīng)采取低電壓、大大電流供電。爐料熔化過程程與操作熔化過程電極位置必要條件辦法點弧期送電→d極保護(hù)爐頂較低電壓較低電流爐頂布輕廢鋼穿井期d極→爐底保護(hù)爐底較大電壓較大電流石灰墊底主熔化期爐底→電弧暴露快速熔化最高電壓最大電流熔末升溫期電弧暴露→全熔保護(hù)爐壁低電壓大電流水冷+泡沫渣典型的供電曲曲線4.及時吹氧與元元素氧化熔化期吹氧助助熔，初期以以切割為主，，當(dāng)爐料基本本熔化形成熔熔池時，則以以向鋼液中吹氧為主。當(dāng)固體料發(fā)紅紅（～900℃）開始吹氧最最為合適，吹吹氧過早浪費費氧氣，過遲遲延長熔化時時間。一般情況下，，熔化期鋼中中的Si、Al、Ti、V等幾乎全部氧氧化，Mn、Ｐ氧化40%～50%，這與渣的堿堿度和氧化性性等有關(guān)；而而在吹氧時ＣＣ氧化10%～30%、Fe氧化2%～3%。5.提前造渣用2%～3%石灰墊爐底或或利用前爐留留下的鋼、渣渣，實現(xiàn)提前造渣。這樣在熔池池形成的同時時就有爐渣覆覆蓋，使電弧弧穩(wěn)定，有利利于爐料的熔熔化與升溫，，并可減少熱熱損失，防止吸氣和金金屬的揮發(fā)。由于初期渣具具有一定的氧氧化性和較高高的堿度，可可脫除一部分分磷；當(dāng)磷高高時，可采取取自動流渣、、換新渣操作作，脫磷效果果更好，為氧氧化期創(chuàng)造條條件。6.3堿性電弧爐煉煉鋼工藝縮短熔化期的的措施減少熱停工時時間，如提高機(jī)械械化、自動化化程度，減少少裝料次數(shù)與與時間等；強(qiáng)化用氧，如吹氧助熔熔、氧-燃助熔，實現(xiàn)現(xiàn)廢鋼同步熔熔化，提高廢廢鋼熔化速度度；提高變壓器輸輸入功率，加快廢鋼熔熔化速度；；廢鋼預(yù)熱，利用電爐冶冶煉過程產(chǎn)生生的高溫廢氣氣進(jìn)行廢鋼預(yù)預(yù)熱等。四、氧化期是氧化法冶煉煉的主要過程程，能夠去除除鋼中的磷、、氣體和夾雜雜物。當(dāng)廢鋼料完全全熔化，并達(dá)達(dá)到氧化溫度度，磷脫除70％～80%以上進(jìn)入氧化化期。為保證證冶金反應(yīng)的的進(jìn)行，氧化化開始溫度高高于鋼液熔點點50～80℃。氧化期的主要要任務(wù)繼續(xù)脫磷到要要求——脫磷；脫碳至規(guī)格下下限——脫碳；去除氣、去夾夾雜——二去；提高鋼液溫度度——升溫。氧化期的溫度度控制要兼顧顧脫磷與脫碳二者的需要，，并優(yōu)先去磷。氧化前期應(yīng)應(yīng)適當(dāng)控制升升溫速度，待待磷達(dá)到要求求后再放手提提溫。一般要求氧化化末期的溫度度略高于出鋼鋼溫度20～30℃，以彌補(bǔ)扒渣渣、造新渣以以及加合金造造成的鋼液降降溫。當(dāng)鋼液的溫度度、磷、碳等等符合要求，，扒除氧化渣渣、造稀薄渣渣進(jìn)入還原期期。氧化期的溫度度控制金屬料（固/液體）升溫曲曲線6.3堿性電弧爐煉煉鋼工藝五、還原期傳統(tǒng)電爐冶煉煉工藝中，特特點是還原期期的存在。而而現(xiàn)代電爐冶冶煉工藝的主主要差別是將將還原期移至至爐外進(jìn)行。。還原期的主要任務(wù)脫氧、脫硫、、合金化、調(diào)調(diào)溫其中：脫氧是核心，，溫度是條件件，造渣是保保證。電爐煉鋼采用用沉淀脫氧法法與擴(kuò)散脫氧氧法交替進(jìn)行行的綜合脫氧氧法，即氧化末、還原原前用沉淀脫氧—預(yù)脫氧，還原期用擴(kuò)散脫氧，出鋼前用沉淀脫氧—終脫氧。還原操作—脫氧操作電爐常用綜合合脫氧法，其其還原操作以以脫氧為核心.1）當(dāng)鋼液的T、P、C符合要求，扒扒渣＞95％；2）加Fe-Mn、Fe-Si塊等預(yù)脫氧（（沉淀脫氧））；3）加石灰、螢石石、火磚塊，，造稀薄渣；；4）還原，加C粉、Fe-Si粉等脫氧（擴(kuò)擴(kuò)散脫氧），，分3～5批，7～10min／批；5）攪拌，取樣、、測溫；6）調(diào)整成分——合金化；7）加Al或Ca-Si塊等終脫氧氧（沉淀脫脫氧）；8）出鋼6.3堿性電弧爐爐煉鋼工藝藝六、出鋼傳統(tǒng)電爐冶冶煉工藝，，鋼液經(jīng)氧氧化