EAF电弧炉介绍

EAF教育训练教材
一电弧炉概论
二电弧炉炼钢的基本原理
三电弧炉的主要设备及技术参数
四加料系统
五电弧炉的工作流程
六电弧炉耐火材料的选择
七作业上的注意事项
八电炉生产能力计算
一概论
炼钢的方式很多，目前全世界的粗钢总产量中，电弧炉的生产比例已经过30%，并有凌驾高炉—转炉炼钢的趋势，因为电弧炉具有以下特点：
1. 设备投资额远低于高炉—转炉炼钢法；
2. 能炼制更广范围的钢种；
3. 操作弹性大；
4. 使用价格与供应均安定的废钢或还原铁为原料；
5.设备的改良与容量的增加，大大降低生产成本。

二电弧炉炼钢的基本原理
1．把原料熔融（溶解期）
使用三根电极棒，利用电极与原料废钢之间连续得发生电弧，以所产生非常高的电弧热（3000℃以上）来溶解废钢及添加物；
2．把不要的成分或气体去除
(1) 利用吹氧，把杂质氧化变渣；（氧化期）
(2) 利用比重差，把渣化的杂质浮起去除；（排渣）
(3) 利用渣或铁水的溶解度差异去除铁水中的有害成分；（造渣）
(4) 利用滚动或降压或还原剂去除有害气体。

（还原期）
3. 把需要的成分加入
(1) 以纯金属或合金方式加入炼钢中；
(2) 在大气或真空或其他状态下加入溶钢中。

三电炉及其辅助设备技术参数
150t电炉主要技术性能表表2-1
四加料系统(对整个炼钢厂)
加料系统主要位于EF跨，主要包含:EAF、AOD、VOD/LF的加料。

主要包括下面部分：地下料仓、运输皮带、高位料仓、振料器、Chute、称重料仓。

1 地下料仓:
地下料仓位于EF跨、23~24柱之间，深度为-6.500m，有两个容积为30m3的料坑，由水泥浇注而成，上面附有耐磨板，合金料由自卸卡车运来后倾倒在料坑里．
2 高位料仓：
高位料仓位于43m ，分为EAF、AOD、VOD /LF 三个区域,共有46个料仓，其中EAF：10个、AOD：20个、VOD /LF：16个，它们主要起了一个中间储存站的作用，当储满料之后大约可以供炼钢48个小时使用。

高位料仓在构造上主要有一个料位计，可以用来测控料的多少以及时补料。

3 振料器：
主要利用振动作用，保证合金料可以顺利、快速从卸料槽中流出，基本上在每一个料仓的下方都有一个chute和一个振料器的。

4 称重料仓：
位于31.3m左右，也主要分为EAF、AOD、VOD /LF 三个区域，位于高位料仓的下方，EAF：4个、AOD：7个、VOD /LF：5个，通过他们可以确定加入的合金料的多少，所以说他们的精确度是至关重要的，直接关系到钢水的质量。

在每个称重料仓的上有三个load cell,是称重料仓的核心元件，在称重料仓上设置一个校正装置，定期对设备进行校正，以保证称量的准确性。

5 EAF废钢加料
废钢的加料:先由卡车运到公司的废钢储料场,或是运到废钢区,在废钢区有两个加料的轨道和两部小吊车(大概是20/25t)用来配料,把废钢先装在废料篮中,配好料的料篮由运输轨道运送电炉跨存放，待需加料时用电炉跨大天车吊入炉内.
废钢区：储存原料的场地，能容纳不锈钢3000t，碳钢8000t，铬料6500t，镍板3200t。

配有25t电磁吊运天车两台，每次进料时间为20~30分钟。

装料篮：150 m3（碳钢600t/ m3，不锈钢500t/ m3）用于将废钢和合金送到电炉，作业时根据要炼制的钢种将各种原料按特定的顺序（大料放中间）放入装料篮。

每次熔炼需两个装料篮分两次进料。

装料篮运输台车：用于将装料篮送至进料跨，运输重量约140t。

天车：用于将装料篮吊至电炉车间进料（集尘室顶滑门打开）。

废钢配料间按重废钢、轻废钢、渣钢、返回不锈钢配料。

要求成分稳定，称量准确、尺寸稳定及布料稳定，并按不同的炉号、日期各类废钢及成分的数据输入电炉控制计算机。

公司每年大概需消耗废钢55.4万吨、普通废钢48.73万吨、不锈钢67.4万吨。

公司将
会建一个面积大概为：10400m2的废料场，可存放34000t废钢，供12天使用，场内设有4台履带式抓钢机，用以完成卸车、装车、倒堆等作业。

由于抓钢作业十分灵活，厂内边角空地均可以用来堆放废钢，其储量可大大增加。

当然普通钢和不锈钢应该分开堆放。

需要注意的是：在选用废钢时一定要注意防止含有铜、锡、铅、锌以及废钢中是否混有密封容器爆炸物或是放射性物质；若是对一些物质一时还不能确定的，可以选挑选出来分开存放，等确认后再行处理；对于挑选出来的密封容器及爆炸物等必须及时慎重处理（要确保安全处理），不可乱丢乱放以免发生事故或是再次混入废钢中。

合金料。

6合金料
炼钢的合金料主要用来作为氧化剂、铁合金、造渣剂使用。

1）用作氧化剂，炼钢过程主要是一个氧化的过程冶炼是必须供给熔池足够的氧，而冶炼终点又必须将溶解于钢水中的氧除去以保证钢的质量，维持需要向钢水中加入脱氧剂，使之与钢中溶解氧生成不溶于钢水的氧化物以达到清除钢水中过剩溶解氧的目的。

主要氧化剂有：Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Al、Al、Ca-Si、Si-Mn、Al-Mn。

氧化剂在使用上注意事项：
（1）铝铁合硅铁在外观上有很多相似之处，要特别注意区别，以防混用后产生不良后果。

（2）合金剂如顺序按脱氧能力的强弱来安排，一般先加脱氧能力弱的合金，再在加脱氧能力强的合金。

常用脱氧剂要先加锰铁，再加硅铁，最后加铝。

2）用作合金剂，到冶炼终点时，钢水中原有的锰元素被氧化得所剩无几了，而硅元素更是氧化殆尽，钢水中的化学成分必须在出钢前或出钢过程中加以调整，这个过程叫做合金化。

合金化是向钢水中加入合金来完成的。

主要合金剂有：Fe-Mn 、Fe-Si 、Al、 Si-Mn、Si-Al-Ba、 Al-Mn。

合金剂在使用上注意事项：
（1）铁合金实物要和成分单要严格对应，不能搞混搞错，否则一旦加错合金品种或者合金成分有误，均会造成钢水的成分出格而报废。

（2）要加强合金的管理。

铁合金必须按品种、规格、成分分类堆放，保证正确选用，否则拿错（用错）合金亦会导致钢种成分出格而报废。

3）用作造渣剂，主要是：石灰、白云石、萤石、氧化铁皮、矿石等。

造渣剂在使用上注意事项：
（1）识别各种渣料应在现场面对实物进行观察、对比，才能取得效果，避免空洞、抽象。

（2）造渣材料不能误用。

比如将萤石误当石灰使用加入炉内有可能造成较大的喷溅，反之可能造成化渣极端不良或是返干。

7 炼钢对铁合金的要求：
1）铁合金中的有害元素及杂质要少,因为脱氧剂太多，且在出钢前或是出钢过程加入，如带有有害元素和杂质已很难除去了，将会影响成品钢的质量。

2）脱氧剂要求成分稳定，以便准确地确定相应的加入量。

3）合金使用前必须核对合金种类、成份单及实物、切勿搞错用错。

4) 铁合金在加入前一般都要烘烤，以保证其干燥和加入后熔池有较小的温降。

EAF高位料仓表表2-5
五电弧炉的工作流程
电弧炉主体设备位于35~37柱，FG跨，主要用于熔炼废钢等原料以及最基本的成分调整，无论是两段式还是三段式，都是从电炉开始，对于连续作业的钢厂来说，电炉的重要性是可想而知的。

首先是通过装料篮把废钢和铬板等送入电炉（由于整个熔炼过程只有75分钟左右，预热过程需二三十分钟，而且预热也需要额外的设备及操作，故无需预热），开始送电钻孔溶落，熔炼期间通过炉盖加入合金料（调整成分）和助溶剂（造渣）及石灰（防止热点），通过炉门加入C、FeSi粉及氧气（造渣及还原作用），再通过炉门除渣，测温取样，最后出钢至盛钢桶，通过运输车至扒渣站扒渣，最后进入转炉。

炼钢厂电弧炉
1 配料设定
最上层以废钢铺设，以利起弧熔炼。

合金物料置于中间层，主因合金铁熔点较高，不易熔解；其次合金物料体积较小若置于最下方易掉落。

最下方以废钢铺底避免熔炼过程有大块物料尚未完全熔解。

2 配料模式
主要以三段式炼钢(85％) EAF AOD VOD
EAF 后制程AOD 具高脱碳能力，因此三段式炼钢之配料模式可采用较低废不锈钢比例，降低物料成本。

二段式炼钢 (转炉维修) EAF VOD
需分担后制程VOD 脱碳效率及处理时间，故二段式炼钢之的配料模式采用高废不锈钢比例。

3 生产流程
准备：出钢口检查（有无渣或碎电机阻塞）
填充砂(出钢口平台填砂，原則：填满至上方且呈球面覆盖) 作业口清理（以小山猫将渣清除至渣桶） 电极棒更换（第三根太短即更换） 补炉（减少电极拆换砖之时间）
加料 主要以三桶方式加料为主，如果非刚体密度较大及炉子附渣较少，可以两桶方式加料。

工作流程如下图：
1600±10℃
←出钢
↓测温取样硅铁、合金铁、造渣剂加入
←↓升温氧气清洗、切割
←↓熔落oxy.-gas door burner
←↓第二次装料↓熔落oxy.-gas door burner
←↓第一次装料
4 电弧炉出钢温度控制
1) 出钢温度
三段式: 可比二段式低,因为经过转炉加料吹炼温度可以提高。

二段式：若为EAF-AOD 模式則可比照三段式,若为EAF-VOD 模式,則温度必須比三段式为高,因为VOD 所加物料不多。

2) 成分
视后续所搭配的制程而定,例如，三段式:出钢C 含量可较高 二段式:出钢C 含量须较低。

六 电弧炉耐火材料的选择 1 耐火材料的选择依据
根据具体炉况条件，炉内气氛，炉渣成分，冶炼钢种等。

综合耐火材料各项物性指标，选用合适之耐火材料。

总的要求是要适应炼钢洁净度，不能带入难去除之杂质元素；熟悉耐火材料物化特性；综合经济效益。

电炉基本炉况：加料磨损，急冷急热， 高温电弧，氧气附熔，高温炉气，溅渣，熔渣冲刷，炉底热荷重等。

电炉炉底之耐火材料要求：耐高温，导热系数小，耐急冷急热性能好，抗渣性强，高温下有足够的机械强度，结构严密严禁漏钢。

电炉炉壁之耐火材料要求：炉壁经受高温作用和温度急剧变化的影响、受钢液的直接冲刷、熔渣的化学侵蚀，以及加料时炉料的磨损，因此要求炉壁在高温下要有足够的强度、高耐热震性，渣线部位有好的抗侵蚀性。

2 耐火材料的维护、保养、维修：
1）保证炉底的砌砖质量和打结质量。

2）出钢后对损坏部位及时修补。

3）合理装料。

4）吹氧管深度适宜，吹氧时前后左右来回摆动，加矿要均匀撒布，防止局部过。

5）随时调整熔渣碱度和流动性，防止碱度过低、熔渣过稀，侵蚀炉衬。

6）尽量避免二次氧化、二次还原，缩短冶炼时间。

七作业上的注意事项
1) 电弧炉使用超高电力，其电力系统与控制相当复杂，并具有危险性，若非电力人气
专业人员，勿任意变动电气设备；
2) 钢水或炉渣经过的3公尺范围内，严禁任何液体物质存在，以防爆炸；
3) 个人防护装备须严格执行；
4) 废钢装料顺序须按规定填装，以避免架桥或打断电极棒，并可增加溶解效率；（另定
规范）
5) 停水、停电及伤害等紧急事件须冷静，并照规定处理；
6) 对耐火材料之熔损须客观判断，并详细记录；
7) 废钢之管制与选择, 由废钢之来源与外观，可判断有哪些有害物质：
(1) 军火零件，可能会造成危险；或含有难以精练的铜合金；
(2) 电极零件可能会有或锡或铅；
(3) 化工零件可能有大量的硫、磷、或有爆炸性的物质如镁等；
(4) 钢种的判断：
a 铸铁—断面灰雾状，不变形，无法氧气切割；
b 碳钢—可高压变形，可氧气切割。

如角钢、铁板、钢管、钢筋、铁钉等
c 不锈钢 304—无磁性，无锈；如厨具、盘子、螺丝等；
430—磁性，无锈；如汤匙；
420—磁性，质硬；如刀子；
410—磁性，有锈，如刀子；
八电炉生产能力计算
1）计算前提条件
电炉公称容量150t×1座
变压器额定容量 155MVA
电炉平均出钢量 150t
各工序配合作业系数 0.81
平均功率因素 0.77
电效率 0.88
热效率 0.85
43％碳钢废钢＋12％不锈钢废钢＋45％铁合金时电耗为500kwh/t
2）通电时间计算
通电时间＝(155x500x60)/(155000x0.77x0.88x0.85)=51分
3）辅助作业时间计算
4）冶炼周期（即通电时间＋辅助作业时间）
当变压器额定容量为155MVA时，冶炼周期为51＋24＝75min
5）车间设备作业率
表2-18
Q＝（1440/75）x150x313 x0.81 ＝730166t/a
通过计算说明当变压器选择为155MVA时能够完成71.17万t/a初炼不锈钢水的要求。