电炉炼钢冶炼工艺培训教材

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1)双渣还原法 又称返回吹氧法,其特点是冶炼过程中有较短的氧化 期(≤10min),造氧化渣,又造还原渣,能吹氧脱碳,去 气、夹杂。但由于该种方法脱磷较难,故要求炉料应由含 低磷的返回废钢组成。 由于它采取了小脱碳量、短氧化期,不但能去除有害 元素,还可以回收返回废钢中大量的合金元素。因此,此 法适合冶炼不锈钢、高速钢等含Cr、W高的钢种。
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4)氧化期的温度控制
氧化期的温度控制要兼顾脱磷与脱碳二者 的需要,并优先去磷。在氧化前期应适当控制升 温速度,待磷达到要求后再放手提温。
一般要求氧化末期的温度略高于出钢温度 20~30℃,以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成 的钢液降温,见图5-6。
当钢液的温度、磷、碳等符合要求,扒除氧 化渣、造稀薄渣进入还原期。
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脱碳反应的作用如下:
• 降低钢中的碳,利用碳-氧反应(C+O2 →CO) 这个手段,来达到以下目的;
• 搅动熔池,加速反应,均匀成分、温度; • 去除钢中气体与夹杂。
实际上,电炉就是通过高配碳,利用吹氧脱 碳这一手段,来达到加速反应,均匀成分、温度, 去除气体和夹杂的目的。
传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。 其操作过程分为:补炉、装料、熔化、氧化、 还原与出钢六个阶段。因主要由熔化、氧化、还 原期组成,俗称老三期。
5.2.1 补炉
1)影响炉衬寿命的“三要素”
• 炉衬的种类、性质和质量; • 高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀; • 吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。
△H<0
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2)氧化与脱碳
近些年,强化用氧实践表明:除非钢中磷含 量特别高需要采用碎矿(或氧化铁皮)造高氧化 性炉渣外,均采用吹氧氧化,尤其当脱磷任务不 重时,通过强化吹氧氧化钢液降低钢中碳含量。
降(脱)碳是电炉炼钢重要任务之一,然而 脱碳反应的作用不仅仅是为了降碳,脱碳反应的 作用?
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5.2.4 氧化期
氧化期是氧化法冶炼的主要过程,能够去除钢中的磷、
气体和夹杂物。
当废钢料完全熔化,并达到氧化温度,磷脱除70%~ 80%以上进入氧化期。为保证冶金反应的进行,氧化开始 温度高于钢液熔点50~80℃。
(1)氧化期的主要任务
• 继续脱磷到要求——脱磷;
• 脱碳至规格下限——脱碳;
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图5-6 金属料(固/液体)升温曲线
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5.2.5 还原期
传统电炉冶炼工艺中,还原期的存在显示了电炉炼 钢的特点。而现代电炉冶炼工艺的主要差别是将还原期 移至炉外进行。
(1)还原期的主要任务 • 脱 氧 至 要 求——脱氧; • 脱硫至一定值——脱硫; • 调 整 成 分——合金化; • 调 整 温 度——调温。
分析:反应是在渣-钢界面上进行,是放热反应。
• 脱磷反应的条件:
• 高碱度,造高碱度渣,增加渣中氧化钙; • 高氧化性,造高氧化性渣,增加渣中氧化铁; • 低温,抓紧在熔化期进行; • 大渣量(适当大),采取流渣造新渣。
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电炉脱磷操作:
实际电炉脱磷操作正是通过提前造高 碱度、高氧化性炉渣,并采用流渣、造新渣 的操作等,抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。
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(3)缩短熔化期的措施
• 减少热停工时间,如提高机械化、自动化程度, 减少装料次数与时间等;
• 强化用氧,如吹氧助熔、氧-燃助熔,实现废钢 同步熔化,提高废钢熔化速度 ;
• 提高变压器输入功率,加快废钢熔化速度 ; • 废钢预热,利用电炉冶炼过程产生的高温废气进
行废钢预热等。
• C-O反应生成CO使熔池沸腾; • CO气泡对N2、H2 等来说,PN2、PH2 分压为零,N2、H2
极易并到CO气泡中,长大排除; • C-O反应,易使2FeO·SiO2、2FeO·Al2O3及2FeO·TiO2等
氧化物夹杂聚合长大而上浮; • CO上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。
为此,一定要控制好脱碳反应速度,保证熔池有一定 的激烈沸腾时间。
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• 穿井期
点弧结束至电极端部下降到炉底为穿井期。 此期虽然电弧被炉料所遮蔽,但因不断出现 塌料现象,电弧燃烧不稳定。 注意保护炉底,办法是:加料前采取外加石 灰垫底,炉中部布置大、重废钢以及合理的炉型。 供电上采取较大的二次电压、较大电流,以 增加穿井的直径与穿井的速度。
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一般情况下,熔化期钢中的Si、Al、Ti、V等 几乎全部氧化,Mn、P氧化40%~50%,这与渣 的碱度和氧化性等有关;而在吹氧时C氧化 10%~30%、Fe氧化2%~3%。
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3)提前造渣
用2%~3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、 渣,实现提前造渣。这样在熔池形成的同时就有 炉渣覆盖,使电弧稳定,有利于炉料的熔化与升 温,并可减少热损失,防止吸气和金属的挥发。
(1)熔化期的主要任务 • 将块状的固体炉料快速熔化,并加热到氧化温度; • 提前造渣,早期去磷,减少钢液吸气与挥发。
(2)熔化期的操作 合理供电,及时吹氧,提前造渣。
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1)炉料熔化过程及供电
装料完毕即可通电熔化。 炉料熔化过程见图5-4,基本可分为四个阶段 (期),即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。
Si、Ca-Si等,脱氧能力依次增加。 • 该法的特点:操作简单,脱氧迅速;脱氧产物易留在钢中
• 主熔化期
电极下降至炉底后开始回升时,主熔化期开 始(图5-4)。随着炉料不断的熔化,电极渐渐上 升,至炉料基本熔化,仅炉坡、渣线附近存在少 量炉料,电弧开始暴露时主熔化期结束。
主熔化期由于电弧埋入炉料中,电弧稳定、 热效率高、传热条件好,故应以最大功率供电, 即采用最高电压、最大电流供电。
主熔化期时间占整个熔化期的70%以上。
水冷+ 泡沫渣
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图5-5 典型的供电曲线
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2)及时吹氧与元素氧化
熔化期吹氧助熔,初期以切割为主,当炉料 基本熔化形成熔池时,则以向钢液中吹氧为主。
吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固 体料发红(~900℃)开始吹氧最为合适,吹氧过 早浪费氧气,过迟延长熔化时间。
其中:脱氧是核心,温度是条件,造渣是保证。
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1)脱氧方法
~有沉淀脱氧、扩散脱氧及综合脱氧法。
电炉炼钢采用沉淀脱氧法与扩散脱氧法交替进行的综合 脱氧法,即氧化末、还原前用沉淀脱氧—预脱氧,还原期用 扩散脱氧,出钢前用沉淀脱氧—终脱氧。
其中沉淀脱氧反应式:
x[M]块 +y[O]=(MxOy) ↑ • 沉淀脱氧是将块状脱氧剂加入钢液中,直接进行钢液脱氧。 • 常用的脱氧剂有:Fe-Mn、Fe-Si、Al、V和复合脱氧剂Mn-
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脱碳反应与脱碳条件:
[C]+[O] =CO↑ , △HCO=-0.24kcal=-22kJ<0 分析:该反应是在钢中进行,是放热反应。
• 高氧化性,加强供氧,使[%O]实际 >[%O]平衡 。 • 高温,加速C-O间的扩散(由于脱碳反应是“弱”放热反
应,温度影响不大(热力学温度),但从动力学角度,温度 升高改善动力学条件,加速C-O间的扩散,故高温有利脱 碳的进行)。 • 降低PCO ,如充惰性气体(AOD),抽气与真空处理(VD、 VOD)等均有利于脱碳反应。
• 去除气、去夹杂——二去;
• 提 高 钢 液 温度——升温。
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(2)氧化期操作
1)造渣与脱磷 传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷,由脱 磷反应式可以看出:在氧化前期(低温),造好 高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣,并及时 流渣、换新渣,实现快速脱磷是可行的。 2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]
由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度, 可脱除一部分磷;当磷高时,可采取自动流渣、 换新渣操作,脱磷效果更好,这样为氧化期创造 条件。
为什么?脱磷反应与脱磷条件:
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脱磷反应与脱磷条件:
• 脱磷反应:
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe], △H<0
现场布料(装料)经验:下致密、上疏松、 中间高、四周低、炉门口无大料,穿井快、不搭 桥,熔化快、效率高。
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图4-3 电炉装料情况
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5.2.3 熔化期
传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的 50%~70%,电耗占70%~80%。因此熔化期的长 短影响生产率和电耗,熔化期的操作影响氧化期、 还原期的顺利与否。
2020/11/28
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2)双渣氧化法
又称氧化法,它的特点是冶炼过程有正常的 氧化期,能脱碳、脱磷,去气、夹杂,对炉料 也无特殊要求;还有还原期,可以冶炼高质量 钢。
目前,几乎所有的钢种都可以用氧化法冶 炼,以下主要介绍氧化法冶炼工艺。
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5.2 电炉传统冶炼工艺
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•点(起)弧期
从送电起弧至电极端部下降到深度为d电极为 点弧期。
此期电流不稳定,电弧在炉顶附近燃烧辐射, 二次电压越高,电弧越长,对炉顶辐射越厉害, 并且热量损失也越多。
为保护炉顶,在炉上部布一些轻薄料,以便 让电极快速进入料中,减少电弧对炉顶的辐射。
供电上采用较低电压、较低电流。
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• 熔末升温期
电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末 升温期。
此阶段因炉壁暴露,尤其是炉壁热点区的暴 露受到电弧的强烈辐射(图5-4)。
应注意保护炉壁,即提前造好泡沫渣进行埋 弧操作,否则应采取低电压、大电流供电。
各阶段熔化与供电情况见表5-1。 典型的供电曲线如图5-5。
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第五章 电炉炼钢冶炼工艺
• 电炉冶炼操作方法 • 电炉炼钢冶炼工艺 • 钢液 的 合 金 化
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5.1 电炉冶炼操作方法
~一般是按造渣工艺特点来划分的,有单渣氧化法、 单渣还原法、双渣还原法与双渣氧化法,目前普遍采用后 两种。
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图5-1 槽出钢电炉炉衬情况
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图5-2 EBT电炉炉衬情况
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3)补炉方法
补炉方法分为人工投补和机械喷补,根据 选用材料的混合方式不同,又分为干补和湿补 两种。
目前,在大型电炉上多采用机械喷补,机 械喷补设备有炉门喷补机、炉内旋转补炉机, 机械喷补补炉速度快、效果好。
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表5-1 炉料熔化过程与操作
熔化过程 点弧期
电极位置 送电 → d极
穿井期
Hale Waihona Puke Baidud极→ 炉底
主熔化期
熔末升温 期
炉底 → 电弧 暴露
电弧暴露 → 全熔
必要 条件
保护 炉顶
保护 炉底
快速 熔化
保护 炉壁

较低电压 较低电流
较大电压 较大电流
最高电压 最大电流
低电压、 大电流
法 炉顶布 轻废钢 石灰垫底
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2)补炉部位
炉衬各部位的工作条件不同(图4-1、图4-2) 损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部位如下: • 炉壁渣线 受到高温电弧的辐射,渣、钢的化学 侵蚀与机械冲刷,以及吹氧操作等损坏严重; • 渣线热点区 尤其2#热点区还受到电弧功率大、 偏弧等影响侵蚀严重,该点的损坏程度常常成为 换炉的依据; • 出钢口附近 因受渣钢的冲刷也极易减薄; • 炉门两侧 常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及 操作与工具的碰撞等损坏也比较严重。
补炉的原则是:高温、快补、薄补。
4)补炉材料
机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者 的混合物,并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。
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5.2.2 装料
目前,广泛采用炉顶料罐(或叫料篮、料 筐)装料(图5-3),每炉钢的炉料分1~3次加入。 装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电 极消耗以及合金元素的烧损等。因此,要求合理 装料,这主要取决于炉料在料罐中的布料合理与 否。
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3)气体与夹杂物的去除
电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶 段,怎么进行的?
去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进 行的。它是借助碳-氧反应、一氧化碳气泡的上浮, 使熔池产生激烈沸腾,促进气体和夹杂的去除、 均匀成分与温度。
去气、去夹杂的机理?
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去气、去夹杂的机理:
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