钢铁冶炼新技术讲座-电弧炉炼钢的时代特点及炉外精炼精品PPT课件
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钢铁冶炼新技术讲座--电弧
炉炼钢的时代特点及炉外精炼
一、 电弧炉炼钢的时代特点
1、变为初炼炉 进入20 世纪80年代后，随着炉外精炼技术、工艺、装
备的快速发展，原冶炼工艺中在电弧炉内完成的合金钢、特 殊钢的脱氧、合金化、除气、去夹杂的电炉“重头戏”移到炉 外精炼炉去进行了。 电弧炉及转炉皆变为只须向炉外精炼 炉提供含碳、硫、磷、温度、合金化合格或基本合格的钢水 就算完成任务的炼钢初炼炉。 改变和结束了原电弧炉的熔 时长（三个多小时）、老三期操作（熔化期、氧化期、还原 期）以及产量低、渣量大、炉容小、成本高的状况。
4、 电弧炉钢产量大幅增长
在上述三项电炉自身工艺变化的同时，随着社会发电 技术，能力的增长（核电站、水力发电等）及社会废钢量 的增加， 直接还原铁DRI、HBI、Fe3C 技术工艺的发展, 都为电弧炉快速发展提供了条件. 因此,世界各国电弧炉钢 产量由1950 年占世界总产钢量的6.5%增至1990 年的 27.5% , 2003 年的36%.
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炉外 精炼
炉外精炼
概述
炉外精炼是指在电弧炉、转炉之外的钢包内完成对 钢水的精炼提纯任务(AOD 炉不是在钢包内进行) ,故又 可将电弧炉、转炉成为初炼炉。精炼炉始于电弧炉外的 钢包精炼炉, 20 世纪90 年代推广于氧气顶吹转炉的钢 包精炼炉。
近20 年工业发达国家要求提高钢材的纯净度改善 钢材的性能, 例如: 为提高轴承钢的疲劳寿命, 要求控制 钢中T[O]≤10×10- 6;为保证深冲钢的深冲性,要求控
一、炉外精炼的冶金功能及精炼技术
1 、冶金功能 (1) 熔池搅拌功能, 均匀钢水成分和温度, 保证钢材质量均匀
。可通过惰性气体、电磁、机械等方法搅拌。 (2) 提纯精炼功能, 通过钢渣反应, 真空冶炼以及喷射冶金等
方法, 去除钢中S、P、C、N、H、O 等杂质和夹杂物, 提 高钢水纯净度。 (3) 钢水升温和控温功能, 精确控制钢水温度。
通常工作压力≥50 Pa, 适用于对钢液脱气、脱碳和 用碳脱氧等反应过程。
(3) 喷射冶金, 通过载气将固体颗粒反应物喷入熔池深 处, 造成熔池的强烈搅拌并增大反应面积。固体颗粒 上浮过程中发生熔化、熔解, 完成固—液反应, 提高 精炼效果。当渣中Fe<0.5%, 炉渣碱度R≥8 时, 钢—渣间硫的分配比可达500, 脱硫率达80%以上, 处理终点硫可<10×10- 6。
制钢中C+N≤50×10- 6; 为提高输油管抗H2S腐蚀能 力, 要求控制钢中[S]≤5×10- 6 等。大量生产这些高 附加值纯净钢仅依靠电弧炉、转炉是非常困难的。因 此, 炉外精炼工艺与装备迅速普及推广。在日本、欧洲 先进的钢铁生产国家, 炉外精炼比超过90%，其中真 空精炼比超过50%, 有些钢厂已达到100%。近十多 年我国的钢铁企业已基本装备了各种不同类型的精炼 炉。
目前, 较多采用公称炉容量80-120万t 左右的电弧炉， 从趋势看炉容量仍在提高。变压器向超高功率发展 （1000KVA/t)。
3 、 电炉转炉化 氧气顶吹转炉依靠铁水为原料，吹氧冶炼故冶炼周期短
（20min左右） ，产量高，即获得了比电炉高的多的生产 率和生产速率( 科技工作者在20 世纪50年代在电弧炉上吹 氧（炉门和炉顶）兑入约30%~50%的铁水（EOF 炉）， 把转炉的工艺优势移植过来，电炉的冶炼周期大大缩短， 目前均在45min 左右( 故电炉顶吹氧、热装铁水、电炉双 炉壳很快得到推广。
非金属夹杂物含量也大幅下降，无疑提高了钢水的质量。 新的电弧炉废钢预热技术（SSF 坚式电炉、con-steel 康钢 电炉、 danieei丹尼利电炉)降低电炉电极消耗的直流炉、高 阻抗交流炉及泡沫渣等技术、氧焰烧嘴技术、超高功率等技 术的投入使电弧炉冶炼电耗一般降至400Kh/t 左右, 电极消 耗从原4-5Kg/t 降至1-2Kg/t、冶炼周期一般在50min 以下. 随着环保治理从控制污染排放总量和末端治理阶段已进入实 施清洁生产阶段，要求电弧炉采取措施使废气、烟尘、燥声 达标之外，还应减少污染源及对CO、NOX、二恶英、SO2的 治理措施( 在采用直流电弧炉和高阻抗低电流的技术后使电弧 炉闪烁、高次谐波的电网污染也大大减少。
二、电弧炉近期目标及技术措施
1、 目标：生产率达7000 炉次/年，通电时间缩短到20～ 25min,冶炼周期≤45min ,冶炼电耗(全废钢) ≤350KWh/t, 电极消耗≤1Kg/t.
2、措施：超高功率供电，比功率达到1000KVA/t,强化冶炼, 供O2强度达到0.8-1.0Nm3/t.min,提高化学能输入。 废钢预热，平均预热温度≥600℃。连续加料，缩短加 料时间。提高炉龄，缩短补炉时间。
5、提质、降耗、防污染使电弧炉获得新的活力 电弧炉使用废钢为原料与使用高炉铁水的转炉相比，
总能耗是高炉-转炉工艺的1/2～1/3。 从两种工艺排放 出的CO2气体污染源的数量看， 电弧炉为641kg/t钢, 高炉-转炉工艺为1922kg/t钢,是高炉-转炉工艺的1/3.
电弧炉在上述优势的基础上,近几年加之采用的钢 水搅拌(电磁搅拌、底吹Ar 气、直流炉等）、炉底出钢 （EBT和RBT）等新技术，使电弧炉终点钢水的气体含量 （N.H.O)、
(4) 合金化功能, 对钢水实现窄成分控制。 (5) 生产调节功能, 均衡、衔接炼钢———连铸的节奏。 见表1。
2 、精炼技术 (1) 渣洗精炼: 精确控制炉渣成分, 通过渣—钢反应实现对
钢水的提纯精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去除钢中 夹杂物。
渣洗精炼可分为炉渣改质( 加入炉渣改质剂, 如 CaO- Al 系或CaO- CaC2- Al 系) 及合成渣洗。可使钢 水[S]%控制在10×10- 6 以下。 (2) 真空精炼, 在真空条件下实现钢水的提纯精炼。
2、炉容大型化 随着电炉—炉外精炼—连铸—直接轧材工艺的发展，这
种短流程（相对于焦化、烧结—高炉—转炉—炉外精炼炉— 连铸—)轧材工艺而言）的轧机产量要求电炉与之相匹配，例 如长材年产50-80 万t、板材100-200 万t 、热轧卷年产 200万t以上,因此单一匹配电炉的炉容量和生产率,生产速率 必须与轧机相衔接.
炉炼钢的时代特点及炉外精炼
一、 电弧炉炼钢的时代特点
1、变为初炼炉 进入20 世纪80年代后，随着炉外精炼技术、工艺、装
备的快速发展，原冶炼工艺中在电弧炉内完成的合金钢、特 殊钢的脱氧、合金化、除气、去夹杂的电炉“重头戏”移到炉 外精炼炉去进行了。 电弧炉及转炉皆变为只须向炉外精炼 炉提供含碳、硫、磷、温度、合金化合格或基本合格的钢水 就算完成任务的炼钢初炼炉。 改变和结束了原电弧炉的熔 时长（三个多小时）、老三期操作（熔化期、氧化期、还原 期）以及产量低、渣量大、炉容小、成本高的状况。
4、 电弧炉钢产量大幅增长
在上述三项电炉自身工艺变化的同时，随着社会发电 技术，能力的增长（核电站、水力发电等）及社会废钢量 的增加， 直接还原铁DRI、HBI、Fe3C 技术工艺的发展, 都为电弧炉快速发展提供了条件. 因此,世界各国电弧炉钢 产量由1950 年占世界总产钢量的6.5%增至1990 年的 27.5% , 2003 年的36%.
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炉外 精炼
炉外精炼
概述
炉外精炼是指在电弧炉、转炉之外的钢包内完成对 钢水的精炼提纯任务(AOD 炉不是在钢包内进行) ,故又 可将电弧炉、转炉成为初炼炉。精炼炉始于电弧炉外的 钢包精炼炉, 20 世纪90 年代推广于氧气顶吹转炉的钢 包精炼炉。
近20 年工业发达国家要求提高钢材的纯净度改善 钢材的性能, 例如: 为提高轴承钢的疲劳寿命, 要求控制 钢中T[O]≤10×10- 6;为保证深冲钢的深冲性,要求控
一、炉外精炼的冶金功能及精炼技术
1 、冶金功能 (1) 熔池搅拌功能, 均匀钢水成分和温度, 保证钢材质量均匀
。可通过惰性气体、电磁、机械等方法搅拌。 (2) 提纯精炼功能, 通过钢渣反应, 真空冶炼以及喷射冶金等
方法, 去除钢中S、P、C、N、H、O 等杂质和夹杂物, 提 高钢水纯净度。 (3) 钢水升温和控温功能, 精确控制钢水温度。
通常工作压力≥50 Pa, 适用于对钢液脱气、脱碳和 用碳脱氧等反应过程。
(3) 喷射冶金, 通过载气将固体颗粒反应物喷入熔池深 处, 造成熔池的强烈搅拌并增大反应面积。固体颗粒 上浮过程中发生熔化、熔解, 完成固—液反应, 提高 精炼效果。当渣中Fe<0.5%, 炉渣碱度R≥8 时, 钢—渣间硫的分配比可达500, 脱硫率达80%以上, 处理终点硫可<10×10- 6。
制钢中C+N≤50×10- 6; 为提高输油管抗H2S腐蚀能 力, 要求控制钢中[S]≤5×10- 6 等。大量生产这些高 附加值纯净钢仅依靠电弧炉、转炉是非常困难的。因 此, 炉外精炼工艺与装备迅速普及推广。在日本、欧洲 先进的钢铁生产国家, 炉外精炼比超过90%，其中真 空精炼比超过50%, 有些钢厂已达到100%。近十多 年我国的钢铁企业已基本装备了各种不同类型的精炼 炉。
目前, 较多采用公称炉容量80-120万t 左右的电弧炉， 从趋势看炉容量仍在提高。变压器向超高功率发展 （1000KVA/t)。
3 、 电炉转炉化 氧气顶吹转炉依靠铁水为原料，吹氧冶炼故冶炼周期短
（20min左右） ，产量高，即获得了比电炉高的多的生产 率和生产速率( 科技工作者在20 世纪50年代在电弧炉上吹 氧（炉门和炉顶）兑入约30%~50%的铁水（EOF 炉）， 把转炉的工艺优势移植过来，电炉的冶炼周期大大缩短， 目前均在45min 左右( 故电炉顶吹氧、热装铁水、电炉双 炉壳很快得到推广。
非金属夹杂物含量也大幅下降，无疑提高了钢水的质量。 新的电弧炉废钢预热技术（SSF 坚式电炉、con-steel 康钢 电炉、 danieei丹尼利电炉)降低电炉电极消耗的直流炉、高 阻抗交流炉及泡沫渣等技术、氧焰烧嘴技术、超高功率等技 术的投入使电弧炉冶炼电耗一般降至400Kh/t 左右, 电极消 耗从原4-5Kg/t 降至1-2Kg/t、冶炼周期一般在50min 以下. 随着环保治理从控制污染排放总量和末端治理阶段已进入实 施清洁生产阶段，要求电弧炉采取措施使废气、烟尘、燥声 达标之外，还应减少污染源及对CO、NOX、二恶英、SO2的 治理措施( 在采用直流电弧炉和高阻抗低电流的技术后使电弧 炉闪烁、高次谐波的电网污染也大大减少。
二、电弧炉近期目标及技术措施
1、 目标：生产率达7000 炉次/年，通电时间缩短到20～ 25min,冶炼周期≤45min ,冶炼电耗(全废钢) ≤350KWh/t, 电极消耗≤1Kg/t.
2、措施：超高功率供电，比功率达到1000KVA/t,强化冶炼, 供O2强度达到0.8-1.0Nm3/t.min,提高化学能输入。 废钢预热，平均预热温度≥600℃。连续加料，缩短加 料时间。提高炉龄，缩短补炉时间。
5、提质、降耗、防污染使电弧炉获得新的活力 电弧炉使用废钢为原料与使用高炉铁水的转炉相比，
总能耗是高炉-转炉工艺的1/2～1/3。 从两种工艺排放 出的CO2气体污染源的数量看， 电弧炉为641kg/t钢, 高炉-转炉工艺为1922kg/t钢,是高炉-转炉工艺的1/3.
电弧炉在上述优势的基础上,近几年加之采用的钢 水搅拌(电磁搅拌、底吹Ar 气、直流炉等）、炉底出钢 （EBT和RBT）等新技术，使电弧炉终点钢水的气体含量 （N.H.O)、
(4) 合金化功能, 对钢水实现窄成分控制。 (5) 生产调节功能, 均衡、衔接炼钢———连铸的节奏。 见表1。
2 、精炼技术 (1) 渣洗精炼: 精确控制炉渣成分, 通过渣—钢反应实现对
钢水的提纯精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去除钢中 夹杂物。
渣洗精炼可分为炉渣改质( 加入炉渣改质剂, 如 CaO- Al 系或CaO- CaC2- Al 系) 及合成渣洗。可使钢 水[S]%控制在10×10- 6 以下。 (2) 真空精炼, 在真空条件下实现钢水的提纯精炼。
2、炉容大型化 随着电炉—炉外精炼—连铸—直接轧材工艺的发展，这
种短流程（相对于焦化、烧结—高炉—转炉—炉外精炼炉— 连铸—)轧材工艺而言）的轧机产量要求电炉与之相匹配，例 如长材年产50-80 万t、板材100-200 万t 、热轧卷年产 200万t以上,因此单一匹配电炉的炉容量和生产率,生产速率 必须与轧机相衔接.