电炉炼钢
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21
⑵ 整 流 器
结构：
大型直流炉采用 12 脉动的双桥式整流 电路，整流元件为晶 闸管；
要求：
足够的高温机械 强度；满足高速、大 范围控制；晶闸管与 电极升降协调性好； 对高电压有保护与绝 缘。 22
⑶ 电 抗 器
作用：
当电弧炉发生短 路时，将短路电流限 制在整流器可以接受 的范围内，减轻电弧 负载波动；
30
3.除尘系统
⑴强制冷却器
⑵布袋除尘器
⑶重力除尘器
31
⑴强制冷却器
作用：
将第二孔除尘的高温 炉气高速自然风冷却；
组成：
进气孔、风机、热交 换器、出气孔；
冷却控制：
根据进入冷却器烟气 温度自动控制吹风机开启 台数。
32
⑵布袋除尘器
组成：
布袋房、集尘仓、进 出气孔、反清仓管组成；
工作原理：
含尘气体经集尘仓后 通过联合管板进过滤布袋。 粉尘和气体通过滤袋分离， 净化气体经气孔排出，再 关闭进气孔，打开反吹风 阀门，使粉尘进入集尘仓。
13
偏心底出钢
目的： 实现无渣出钢，加速 下炉料熔化，为早期脱 P 创造条件，保护耐材； 操作： 留 钢 10~15% 和 全 部 氧化渣； 合金化： 出钢时钢包中预合金 化，精调在LF内完成。
14
四 冶炼基本原理
脱 脱 碳 磷
二次燃烧
15
脱碳
矿石脱C：
在钢液温度高于 1480~1520℃时利用矿 石脱C的反应为
40
39
⑵水冷碳氧喷枪
功能：
水冷碳氧喷枪的功能是自耗式 氧枪打通从炉门到电极的通道后， 水冷碳氧喷枪通过炉门进行操作。 通过向电炉吹氧和碳粉混合物来造 泡沫渣。
工作原理：
水冷碳氧喷枪是旋转横臂式， 包括回转台装置和一个横臂旋转驱 动装置，用带力矩限位的齿轮电动 机驱动。枪管有三层同心管和一个 铜喷嘴组成，同心管外二层腔内通 冷却水。同心管的中心管是由不锈 钢制成的吹氧管，铜喷头是双拉瓦 尔式的，碳氧枪通过气动还可垂直、 左右移动。
37
5.供氧设备
⑴自耗式氧枪
⑵水冷碳氧喷枪
38
⑴自耗式氧枪
用 途：
熔化初期用于切割费钢，为使 用水冷碳氧枪造泡沫渣创造条件；
组 成：
一个旋转横臂、二根氧枪的给 进装置、一个气动控制柜、一个电 动机、软管和软管卷筒。
工作原理：
由PLC控制，支撑柱旋转由电 动机驱动。枪杆的给进通过直线传 动补偿损耗，枪杆由加紧装置加紧， 可进入或退出。给进装置的水平和 垂直活动范围为整个炉门。供氧管 线由软管卷筒、软管与相关的强管 通过快速接头连接。
（Fe2O3）+[Fe]=3（FeO） （FeO）+[C]=[Fe]+{CO}
吹氧脱C：
直接脱C反应
2[C]+{O2}=2{CO}
间接脱C反应
2Fe+{O2}=2（FeO） （FeO）=[O]+Fe [C]+[O]={CO}
16
脱磷
碱性渣脱P反应：
2[P]+5[O]+3（CaO）= （3CaO.P2O5）
33
⑶重力除尘器
效率：
可去除粒径＞ 30μ 的 大颗粒灰尘，效率 80% ， 出口含尘2~10g/m3；
工作原理：
粉尘随高速气体进入 集尘器，管径变大，气流 速度降低，粉尘汇集于集 尘器底部，净化气体从上 部排出。
34
4.加料系统
⑴装料罐
⑵高位料仓
35
⑴装料罐
作 用：
用于将从废钢坑装入 的废钢吊装入电弧炉；
10
供电制度
目的: 获得高的熔化速率、低物耗、 低能耗。 供电方式： 低档供电 — 对应起弧阶段， 采用低档位电压； 高档供电 — 对应“穿井”， 采用长电弧大电流； 中档供电 — 对应熔清，用中 级电压，减少输入功率至 出钢。
11
造渣制度
造渣材料： 石灰、萤石、白云石、火砖块、氧 化铁皮； 造渣制度： 为保护炉衬和去 P，采用提前造渣， 起弧后加石灰，形成熔池后调 整； 泡沫渣操作： 通过吹 O2 喷 C 生成大量 CO2 实现， 可降低噪音，减轻侵蚀，降低 电极消耗； 流渣操作： 为最大限度脱 P ，将富 P 氧化渣排 出，炉子向出渣方向倾动。
18
五 电炉炼钢设备
1.供电系统 2.机械设备
3.除尘系统
4.加料系统
5.供氧设备
19
1.供电系统
⑴整流变压器 ⑵ 整 流 器 ⑶ 电 抗 器 ⑷电极夹持器 ⑸ 底 电 极
20
⑴整流变压器
结构： 芯式和壳式两种； 特点： 二次电流大，较宽 的二次电压调节范围 ， 连续的满负荷电流； 电压调节： 变压器二次电流 大幅度调节时需借助 感应器完成。
25
2.机械设备
⑴炉 体
⑵炉体倾动装置
⑶炉
盖
⑷电极升降装置
26
⑴炉
炉
体
壳：
钢板结构件,分段式 ,圆桶形.上 部水冷炉壁,下部圆柱和平底焊接结 构 ; 内 衬 为 耐 火 材 料 , 炉 底 450~600mm 镁砖永久层 , 镁砂打结 工作层;
炉
门：
开在炉壳前方 , 一组水冷钢管 组成,电机带动链条实现炉门开关;
脱P条件：
高碱度、高 氧化性、低温和 大渣量。
17
二次燃烧
概念:
炉气中含有 CO 、 H2 、 CH4 等气体，通过熔 池上方氧枪向炉气中提供过量的氧， CO 在炉内 燃烧成CO2，将化学能转变为热能； 2CO+O2=2CO2
机理：
方式：
影响因素：
使用水冷PC枪完成；
充足的O2供应、低炉气温度、一定限度燃烧， 防止电极过氧化，可通过O2流量在线控制实现。
4
2.直流电炉的发展
交流电弧炉的缺点： 1）稳定性差、噪音大、功率因素低、引起电 网闪烁； 2）三相负荷不均匀，形成热点，造成耐火材 料损失严重。 因此，随着大功率闸管技术发展，重新 开始直流电弧炉的研究。
5
2.直流电炉的发展
直流电弧炉的优点： ••第一阶段： 交流电弧炉的缺点： 1 ）对电网冲击小，无需动态补充装置； 实验直流电弧炉的建造（70~80年代）； •• 1 ）稳定性差、噪音大、功率因素低、引起 电网闪烁； •第二阶段： 2）石墨电极消耗低，是交流的1/2； •• 2 ）三相负荷不均匀，形成热点，造成耐火 3 ）冶炼周期短，熔化时间短 10~20% ，电 中小型电弧炉的建造（80年代中期）； 材料损失严重。 耗低50%； 第三阶段： •• 4）耐材与金属消耗低，环境污染小，投资 因此，随着大功率闸管技术发展，重 大型工业支流电弧炉的建造（ 90 年代） 新开始直流电弧炉的研究。 回收周期短。
28
⑶炉
盖
水冷炉盖：
用于关闭电炉， 由钢结构框架和管式 冷却盘组成；
炉盖提升：
通过四点连接件 与提升炉盖的悬臂梁 相连，通过电动卷扬 或液压缸带动连杆机 构提升卢盖。
29
⑷电极升降装置
由支撑横臂的立 柱、导向装置、电极 升降液压缸、锁定装 置组成。控制电极升 降是由电极升降调节 系统的比例阀调节， 从而控制冶炼电流。
数量：
每6个脉冲整流单 元配置一台数百微亨 的直流电抗器。
23
⑷电极夹持器
作用：
装卡石墨电极的装置；
结构：
前夹头、后夹头、推 杆机构、气动压紧装置组 成；
动作：
电极松开是通过汽缸 驱动推杆将后夹头后移松 开电极，汽缸排压，电极 加紧。
24
⑸ 底 电 极
水冷金属棒型底 电极通常采用 3 根直径 为 200~250mm 铜钢复 合结构 ，上部为 钢 棒， 下部为水冷铜棒。
钢铁冶金概论 ------电炉炼钢
主讲:冶金工程系
吴国玺(教授)
1
主要内容
一 电弧炉发展概况
二 电弧炉车间生产模拟
三 电弧炉生产工艺
四 冶炼基本原理 五 电炉炼钢设备
2
一 电弧炉发展概况
1.电炉发展概况
2.直流电炉的发展
3
1.电炉发展概况
电弧炉炼钢至今有百年历史，最先使用 的电弧炉为直流电弧炉，由于炉容的扩大， 随着超高功及二次精炼、连铸技术的发 当时很难提供大功率整流电源，因此出现了 展，至上世纪90年代，冶炼周期缩短至1h以 三相交流电弧炉，并长期占据主导地位。主 下，电耗＜410KWh/t，电极消耗2.0kg左右， 要用于高合金钢和特殊钢，由于速度慢、能 使“短流程”可与“长流程”相抗衡。并逐 耗低，上世纪60年代后，首先采用吹氧代替 步开发了直流电弧炉技术，截止目前，大型 矿石，使之可以利用废钢较低成本的生产线 直流电弧炉已成为短流程的主体设备。 材、棒材用钢。
偏心底机构：
在炉壳后方 , 由平板阀和弹簧 压紧装置组成;平板阀通过液压将弹 簧压紧而打开,反之关闭;
小 炉 底：
是直流炉炉底电极固定专用设 备,由水冷钢棒底电极及其联接部件、 耐材、底部法兰组成.
27
⑵炉体倾动装置
在炉底两侧设置 一对圆弧轨道，通过 液压装置驱动炉体倾 动； 加料冶炼时靠机 械设备维持炉子在水 平位置； 出钢和流渣时实现 炉体倾动。
结构与操作：
钢板焊接成圆桶形， 以蛤式最广泛。料罐无料 和开门钢绳放松时底门自 行关闭。料罐靠炉料重量 将底门自动关闭，开门钢 绳拉动后底门打开。
36
⑵高位料仓
电炉及其炉后处 理的辅助材料主要由 地下受料仓、皮带运 输机、炉顶料仓及其 振动给料机、称量斗、 投料斗组成。 炉 顶 料 仓 20~25 个,装入CaO、CaF2、 C等。上料通过液位计 发出指令由地下料仓 输送。
12
供氧制度
目的:
熔化期供氧切割炉料、 助熔、化渣，氧化精炼期 脱C、升温、搅拌熔池； 方式： 自耗氧枪、水冷 C-O 喷枪、炉门供氧； 制度： 自 耗 氧 枪 流 量 4000~5000Nm3/h ，压力 10-12bar ， C-O 喷 枪 流 量 6000~8000Nm3/h，压力12bar
6
二 电弧炉车间生产模拟（设备巡视）
7
电弧炉车间生产模拟（生产模拟）
8
三 电弧炉生产工艺
电弧炉冶炼中的各项操作制度
ຫໍສະໝຸດ Baidu
装 料 制 度
供 电 制 度
造 渣 制 度
供 氧 制 度
偏 心 底 出 钢
9
装料制度
• 炉料种类 返回料、废钢、生铁、直 接还原铁、造渣材料等。 • 废钢准备 分类管理,化学成分为已知, 大块需切割。 • 布料顺序 轻料 → 重废钢 → 中型废钢 → 轻型废钢 , 另需配入一定的增 碳剂 ( 炉料的最下部 ), 防止碳在 熔化中氧化。 • 装料次数与方式 以废钢队比重确定装料次 数,由炉顶装入。
⑵ 整 流 器
结构：
大型直流炉采用 12 脉动的双桥式整流 电路，整流元件为晶 闸管；
要求：
足够的高温机械 强度；满足高速、大 范围控制；晶闸管与 电极升降协调性好； 对高电压有保护与绝 缘。 22
⑶ 电 抗 器
作用：
当电弧炉发生短 路时，将短路电流限 制在整流器可以接受 的范围内，减轻电弧 负载波动；
30
3.除尘系统
⑴强制冷却器
⑵布袋除尘器
⑶重力除尘器
31
⑴强制冷却器
作用：
将第二孔除尘的高温 炉气高速自然风冷却；
组成：
进气孔、风机、热交 换器、出气孔；
冷却控制：
根据进入冷却器烟气 温度自动控制吹风机开启 台数。
32
⑵布袋除尘器
组成：
布袋房、集尘仓、进 出气孔、反清仓管组成；
工作原理：
含尘气体经集尘仓后 通过联合管板进过滤布袋。 粉尘和气体通过滤袋分离， 净化气体经气孔排出，再 关闭进气孔，打开反吹风 阀门，使粉尘进入集尘仓。
13
偏心底出钢
目的： 实现无渣出钢，加速 下炉料熔化，为早期脱 P 创造条件，保护耐材； 操作： 留 钢 10~15% 和 全 部 氧化渣； 合金化： 出钢时钢包中预合金 化，精调在LF内完成。
14
四 冶炼基本原理
脱 脱 碳 磷
二次燃烧
15
脱碳
矿石脱C：
在钢液温度高于 1480~1520℃时利用矿 石脱C的反应为
40
39
⑵水冷碳氧喷枪
功能：
水冷碳氧喷枪的功能是自耗式 氧枪打通从炉门到电极的通道后， 水冷碳氧喷枪通过炉门进行操作。 通过向电炉吹氧和碳粉混合物来造 泡沫渣。
工作原理：
水冷碳氧喷枪是旋转横臂式， 包括回转台装置和一个横臂旋转驱 动装置，用带力矩限位的齿轮电动 机驱动。枪管有三层同心管和一个 铜喷嘴组成，同心管外二层腔内通 冷却水。同心管的中心管是由不锈 钢制成的吹氧管，铜喷头是双拉瓦 尔式的，碳氧枪通过气动还可垂直、 左右移动。
37
5.供氧设备
⑴自耗式氧枪
⑵水冷碳氧喷枪
38
⑴自耗式氧枪
用 途：
熔化初期用于切割费钢，为使 用水冷碳氧枪造泡沫渣创造条件；
组 成：
一个旋转横臂、二根氧枪的给 进装置、一个气动控制柜、一个电 动机、软管和软管卷筒。
工作原理：
由PLC控制，支撑柱旋转由电 动机驱动。枪杆的给进通过直线传 动补偿损耗，枪杆由加紧装置加紧， 可进入或退出。给进装置的水平和 垂直活动范围为整个炉门。供氧管 线由软管卷筒、软管与相关的强管 通过快速接头连接。
（Fe2O3）+[Fe]=3（FeO） （FeO）+[C]=[Fe]+{CO}
吹氧脱C：
直接脱C反应
2[C]+{O2}=2{CO}
间接脱C反应
2Fe+{O2}=2（FeO） （FeO）=[O]+Fe [C]+[O]={CO}
16
脱磷
碱性渣脱P反应：
2[P]+5[O]+3（CaO）= （3CaO.P2O5）
33
⑶重力除尘器
效率：
可去除粒径＞ 30μ 的 大颗粒灰尘，效率 80% ， 出口含尘2~10g/m3；
工作原理：
粉尘随高速气体进入 集尘器，管径变大，气流 速度降低，粉尘汇集于集 尘器底部，净化气体从上 部排出。
34
4.加料系统
⑴装料罐
⑵高位料仓
35
⑴装料罐
作 用：
用于将从废钢坑装入 的废钢吊装入电弧炉；
10
供电制度
目的: 获得高的熔化速率、低物耗、 低能耗。 供电方式： 低档供电 — 对应起弧阶段， 采用低档位电压； 高档供电 — 对应“穿井”， 采用长电弧大电流； 中档供电 — 对应熔清，用中 级电压，减少输入功率至 出钢。
11
造渣制度
造渣材料： 石灰、萤石、白云石、火砖块、氧 化铁皮； 造渣制度： 为保护炉衬和去 P，采用提前造渣， 起弧后加石灰，形成熔池后调 整； 泡沫渣操作： 通过吹 O2 喷 C 生成大量 CO2 实现， 可降低噪音，减轻侵蚀，降低 电极消耗； 流渣操作： 为最大限度脱 P ，将富 P 氧化渣排 出，炉子向出渣方向倾动。
18
五 电炉炼钢设备
1.供电系统 2.机械设备
3.除尘系统
4.加料系统
5.供氧设备
19
1.供电系统
⑴整流变压器 ⑵ 整 流 器 ⑶ 电 抗 器 ⑷电极夹持器 ⑸ 底 电 极
20
⑴整流变压器
结构： 芯式和壳式两种； 特点： 二次电流大，较宽 的二次电压调节范围 ， 连续的满负荷电流； 电压调节： 变压器二次电流 大幅度调节时需借助 感应器完成。
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2.机械设备
⑴炉 体
⑵炉体倾动装置
⑶炉
盖
⑷电极升降装置
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⑴炉
炉
体
壳：
钢板结构件,分段式 ,圆桶形.上 部水冷炉壁,下部圆柱和平底焊接结 构 ; 内 衬 为 耐 火 材 料 , 炉 底 450~600mm 镁砖永久层 , 镁砂打结 工作层;
炉
门：
开在炉壳前方 , 一组水冷钢管 组成,电机带动链条实现炉门开关;
脱P条件：
高碱度、高 氧化性、低温和 大渣量。
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二次燃烧
概念:
炉气中含有 CO 、 H2 、 CH4 等气体，通过熔 池上方氧枪向炉气中提供过量的氧， CO 在炉内 燃烧成CO2，将化学能转变为热能； 2CO+O2=2CO2
机理：
方式：
影响因素：
使用水冷PC枪完成；
充足的O2供应、低炉气温度、一定限度燃烧， 防止电极过氧化，可通过O2流量在线控制实现。
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2.直流电炉的发展
交流电弧炉的缺点： 1）稳定性差、噪音大、功率因素低、引起电 网闪烁； 2）三相负荷不均匀，形成热点，造成耐火材 料损失严重。 因此，随着大功率闸管技术发展，重新 开始直流电弧炉的研究。
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2.直流电炉的发展
直流电弧炉的优点： ••第一阶段： 交流电弧炉的缺点： 1 ）对电网冲击小，无需动态补充装置； 实验直流电弧炉的建造（70~80年代）； •• 1 ）稳定性差、噪音大、功率因素低、引起 电网闪烁； •第二阶段： 2）石墨电极消耗低，是交流的1/2； •• 2 ）三相负荷不均匀，形成热点，造成耐火 3 ）冶炼周期短，熔化时间短 10~20% ，电 中小型电弧炉的建造（80年代中期）； 材料损失严重。 耗低50%； 第三阶段： •• 4）耐材与金属消耗低，环境污染小，投资 因此，随着大功率闸管技术发展，重 大型工业支流电弧炉的建造（ 90 年代） 新开始直流电弧炉的研究。 回收周期短。
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⑶炉
盖
水冷炉盖：
用于关闭电炉， 由钢结构框架和管式 冷却盘组成；
炉盖提升：
通过四点连接件 与提升炉盖的悬臂梁 相连，通过电动卷扬 或液压缸带动连杆机 构提升卢盖。
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⑷电极升降装置
由支撑横臂的立 柱、导向装置、电极 升降液压缸、锁定装 置组成。控制电极升 降是由电极升降调节 系统的比例阀调节， 从而控制冶炼电流。
数量：
每6个脉冲整流单 元配置一台数百微亨 的直流电抗器。
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⑷电极夹持器
作用：
装卡石墨电极的装置；
结构：
前夹头、后夹头、推 杆机构、气动压紧装置组 成；
动作：
电极松开是通过汽缸 驱动推杆将后夹头后移松 开电极，汽缸排压，电极 加紧。
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⑸ 底 电 极
水冷金属棒型底 电极通常采用 3 根直径 为 200~250mm 铜钢复 合结构 ，上部为 钢 棒， 下部为水冷铜棒。
钢铁冶金概论 ------电炉炼钢
主讲:冶金工程系
吴国玺(教授)
1
主要内容
一 电弧炉发展概况
二 电弧炉车间生产模拟
三 电弧炉生产工艺
四 冶炼基本原理 五 电炉炼钢设备
2
一 电弧炉发展概况
1.电炉发展概况
2.直流电炉的发展
3
1.电炉发展概况
电弧炉炼钢至今有百年历史，最先使用 的电弧炉为直流电弧炉，由于炉容的扩大， 随着超高功及二次精炼、连铸技术的发 当时很难提供大功率整流电源，因此出现了 展，至上世纪90年代，冶炼周期缩短至1h以 三相交流电弧炉，并长期占据主导地位。主 下，电耗＜410KWh/t，电极消耗2.0kg左右， 要用于高合金钢和特殊钢，由于速度慢、能 使“短流程”可与“长流程”相抗衡。并逐 耗低，上世纪60年代后，首先采用吹氧代替 步开发了直流电弧炉技术，截止目前，大型 矿石，使之可以利用废钢较低成本的生产线 直流电弧炉已成为短流程的主体设备。 材、棒材用钢。
偏心底机构：
在炉壳后方 , 由平板阀和弹簧 压紧装置组成;平板阀通过液压将弹 簧压紧而打开,反之关闭;
小 炉 底：
是直流炉炉底电极固定专用设 备,由水冷钢棒底电极及其联接部件、 耐材、底部法兰组成.
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⑵炉体倾动装置
在炉底两侧设置 一对圆弧轨道，通过 液压装置驱动炉体倾 动； 加料冶炼时靠机 械设备维持炉子在水 平位置； 出钢和流渣时实现 炉体倾动。
结构与操作：
钢板焊接成圆桶形， 以蛤式最广泛。料罐无料 和开门钢绳放松时底门自 行关闭。料罐靠炉料重量 将底门自动关闭，开门钢 绳拉动后底门打开。
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⑵高位料仓
电炉及其炉后处 理的辅助材料主要由 地下受料仓、皮带运 输机、炉顶料仓及其 振动给料机、称量斗、 投料斗组成。 炉 顶 料 仓 20~25 个,装入CaO、CaF2、 C等。上料通过液位计 发出指令由地下料仓 输送。
12
供氧制度
目的:
熔化期供氧切割炉料、 助熔、化渣，氧化精炼期 脱C、升温、搅拌熔池； 方式： 自耗氧枪、水冷 C-O 喷枪、炉门供氧； 制度： 自 耗 氧 枪 流 量 4000~5000Nm3/h ，压力 10-12bar ， C-O 喷 枪 流 量 6000~8000Nm3/h，压力12bar
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二 电弧炉车间生产模拟（设备巡视）
7
电弧炉车间生产模拟（生产模拟）
8
三 电弧炉生产工艺
电弧炉冶炼中的各项操作制度
ຫໍສະໝຸດ Baidu
装 料 制 度
供 电 制 度
造 渣 制 度
供 氧 制 度
偏 心 底 出 钢
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装料制度
• 炉料种类 返回料、废钢、生铁、直 接还原铁、造渣材料等。 • 废钢准备 分类管理,化学成分为已知, 大块需切割。 • 布料顺序 轻料 → 重废钢 → 中型废钢 → 轻型废钢 , 另需配入一定的增 碳剂 ( 炉料的最下部 ), 防止碳在 熔化中氧化。 • 装料次数与方式 以废钢队比重确定装料次 数,由炉顶装入。