5电弧炉炼钢车间工艺设计

5电弧炉炼钢车间工艺设计电弧炉生产工艺设计的合理性直接决定着产品的高质量和良好性能，而制定生产工艺是根据具体钢种、产品要求而定的。下面从原料要求、车间冶炼的工艺特点及操作要领等方面进行说明。5.1原材料的要求原材料包括金属料和非金属料。金属料有：废钢、炼钢生铁、合金料等；非金属料有：造渣材料（石灰、火砖块等），增碳剂及脱氧粉剂、耐火材料等。5.1.1废钢废钢包括返回废钢和外来废钢。废钢外形尺寸不一，分重、中、轻三型，入炉时一定要满足入炉条件。对大块料进行切割，压实等处理；废钢表妹应清洁无锈；废钢中不能混有铅、锡、砷、锌、铜等有色金属元素；废钢中不得混有密封容器，易燃易爆物及有毒物；废钢化学成分应明确，硫、磷含量不宜过高。5.1.2铁合金（1）合金材料应分类堆放，颜色相近的不宜邻近堆放；（2）合金材料不应露天堆放，以防生锈或混入杂物；（3）合金块度应符合使用要求；（4）合金料使用前应烘烤，以出去合金中的气体和水分。5.1.3造渣材料（1）石灰：其成分如下表5-1表-1石灰的成分CaOSiO2MgOFe2O3SH2O85%2%2%3%0.15%0.3%石灰使用前应在600℃高温下烘烤2小时以上，石灰块度一般为30-60mm。（2）粘土砖块（火砖块）：其成分如下表5-2表5-5火砖块的成分SiO2Al2O3Fe2O358-60%26-35%1.3-2.2%粘土砖可以改善炉渣透气性，利于形成氧化泡沫渣。5.1.4氧化剂主要是吹入的氧气，有供氧系统提供，使用含氧量98%以上的高纯度氧；水分3g/m³；有一定的氧气压力，一般熔化期吹氧助熔时，应为0.3-0.6MPa，溶氧期吹氧脱碳时应为0.6-1.2MPa。5.1.5脱氧剂（1）硅铁粉：用含硅75%的硅铁磨制而成，使用粒度不大于1mm，使用前须在100-200℃下干燥4小时以上。（2）铝块：其使用粒度一般小于2mm，水分小于0.15%，并于室温密封保存。5.1.6增碳剂主要用的增碳剂有生铁和碎电极块。焦炭粉和电极粉的含碳量均在80%以上，有良好的增碳作用，且效果稳定，其粒度均在0.5-1mm。5.2电弧炉炼钢车间的工艺特点及要求5.2.1冶炼前的准备工作（1）配料：配料时电炉炼钢工艺中的重要组成部分，由于冶炼钢种的不同以及冶炼方法的差异，因而有不同的配料方式。配料时应注意的事项：1）必须进行正确的配料计算和准确的称量炉料装入量；2）炉料大小要按比例搭配，以达到快装快化的目的；3）各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用；（2）烘炉：新炉体通常要烘炉，是炉体烧结和去除水分。烘烤期间不要堵塞出钢口时出钢箱也能得以烘烤，并在出钢箱内用木材等物烘烤。（3）补炉：补炉材料采用和炉体本身相同的材料，碱性电弧炉的补炉材料一般用镁砂，白云石并掺有部分沥青。补炉的原则：1）快补：出钢立即补炉，有利于补炉材料粘结；2）热补：利用出钢后炉内余热迅速使补炉材料烧结好；3）薄补：利于烧结，投入的补炉材料不能太多，厚度在20-30mm。5.2.2电弧炉冶炼工艺（1）装料：装料方式对炉料的熔化速度，合金元素烧损率以及炉衬寿命有很大影响。装料应做到快速、密实、布料合理。合理的布料应该是：先在炉底铺一层石灰，约为料重量的1.5-2.5%，再在石灰上加已定量的氧化铁皮或之后加入部分小块废钢，在小块废钢的电弧作用区加入大块废钢和难溶炉料，其周围及上面装入中型废钢；最后将小块废钢装入最上层填充空隙。配料时大小料配比如下：小型料占20%，中型料占40%，大型料占40%。（2）由于采用超高功率供电，电弧炉只作为一台高效的熔化装置，现代电弧炉炼钢过程在熔化期就有吹氧助熔，又由于偏心底出钢是留钢留渣操作，实际上熔化和氧化并无明显的界限，故称之为熔氧期。熔氧期的主要任务是：在保证炉体寿命的前提下，用最少的电耗快速地将炉料熔化及升温，迅速形成熔池，并完成脱磷、脱碳、去气、去除非金属夹杂的工艺任务。炉料的熔化过程分为四个阶段：1）起弧阶段：电炉刚送电一般选用中级电压，功率为额定功率的三分之二左右，起弧阶段约为5-10min。也可以一开始就采用最大功率送电，以加速炉料熔化。2）穿井阶段：起弧后，电极下四周的炉料迅速熔化，电极随着炉料的熔化而不断下降，在炉料中打出三个洞称为“穿井”。此时，电弧全部被炉料包围，热量全部被炉料吸收，故使用最大功率供电，一般穿井时间为9分钟，约占熔化时间的1/43）电极上升阶段：穿井到底后，炉底形成熔池，钢液面形成了一层熔渣，四周炉料受电弧辐射热而继续熔化，钢液面逐渐升高，电极逐渐上升；此阶段仍用最大功率供电。4）熔末阶段：炉料被熔化四分之三后，电弧完全暴露，而远离电弧的低温区部分炉料尚未熔化，若长时间采用最大功率用电，电弧会强烈损坏炉衬和炉盖，所以要造好泡沫渣，以屏蔽电弧，同时合理用氧，并不断将剩余炉料推入熔池，以加速熔化。炉料全部熔化，熔池温度符合要求后为完成脱磷、脱碳、去气、去夹杂的任务继续吹氧进行氧化。吹入熔池中的氧气与熔池中的氧剧烈反应，产生的CO气泡在上浮过程中将非金属夹杂物带入炉渣，同时，碳氧反应放出的热量使熔池升温，金耳使钢液达到出钢温度，从而减少一部分电能的输入。本设计采用吹氧和矿石综合氧化。综合氧化可以扩大钢渣反应界面，造出高碱度氧化性炉渣，促进了脱磷和脱碳反应的顺行。氧化终了，取样分析，当钢液成分和温度符合要求时，即可出钢。（3）出钢条件及操作当钢水成分，温度符合条件时，且出钢和精炼的准备工作已完成时便可出钢。出钢的操作如下：先将钢包车开到出钢箱下面，出钢时，炉体稍向后缓慢移动，将出钢口底塞挡板打开，使堵塞填料露出，钢液随后也落入钢包中。在出钢过程中，炉体要保持轻微连续的倾动，使出钢口上部的小熔池内部没有钢渣覆盖。当钢包中的钢液达到预定的出钢量时，炉体迅速复位，随后钢包开至精炼跨开始精炼。出钢过程中，向钢包中加入活性脱硫渣剂，进行预脱硫处理，同时钢包底部吹Ar搅拌。偏心底出钢后采用留钢渣操作，可将10%-15%的钢液和全部炉渣留在炉内，出完钢后，趁热用氧枪由上而下将出钢口顶部的水冷钢盖打开，用一根长颈漏斗用上而下插入出钢口，把填料经漏斗填入，准备下炉精炼。5.2.3精炼工艺钢的炉外精炼是把电弧炉中药完成的任务，如脱碳，脱硫。继续去气去除非金属夹杂，并调整成分及稳定。还原精炼期的具体任务是：尽可能脱出钢液中的氧；脱出钢液中的硫；最终调整钢液的化学成分，使之满足规格要求；调整钢液温度，并为钢的正常浇注创造条件。（1）精炼工艺操作要求：1）检查底吹Ar吹O2设备是否完好，并保证全阶段吹氩设备正常，底吹氩时O2/Ar比例不得低于1/3，压力调整为能够看见钢水面微弱翻动为止，不得大翻，吹氩压力不小于2.0MPa；2）脱氧的方法是向钢液中加入脱氧剂、碳粉、硅铁、及铝粉进行终脱氧，脱氧效率极高，含氧量降至20×10-6~30×10-6；3）脱硫使炉渣应有一定的碱度，保持在2.5-3.5之间。精炼时的温度应稍高，但不应过高，脱硫效果可达95%以上，含硫量可达到0.01%以下；4）调整钢液温度时应根据所炼钢种的不同要求而定，本出钢温度定为1700-1750℃。（2）钢中夹杂物的去除：影响钢中夹杂物的主要原因是钢中脱氧剂加入量和钢包吹气效果及炼钢、浇注、过程对钢水的污染。足量的终脱氧剂可使钢中氧的质量分数充分降低，良好的吹气效果是钢中夹杂物迅速上浮的保证，保证浇注是减少钢中夹杂物的有效手段。5.2.4连铸操作工艺（1）钢包操作：1）连铸钢水必须进行吹氩或真空处理时钢水降温≤1.2-1.5℃/min；2）必须经专人验收钢水温度，成分等情况，如不达标返回重新处理。（2）中间包操作：1）中间包开到钢包回转台下厚，将侵入式水口插入结晶器180-200mm；2）在进行连铸前必须进行严格检查，只有在设备运转正常并做好各项准备工作的情况下，才允许开机浇注；3）当中间包内钢液达到250mm以上时，分别向接口区和浇注区加入保温剂（1.0-1.5kg/t）并使其均匀覆盖钢液面，以后视中间包降温情况瞬时加入并保证成红热状即可；4）连铸钢包平台温度要求：第一包（1635±10）℃；第二包（1615±10）℃；第三包（1605±10）℃；5）保持钢液面平稳，并保持在600mm以上；6）开浇后立即测温，对于150mm方坯中间包温度为1520℃-1560℃。之后酌情5-10分钟测温一次，中间包内剩钢水3.5-4.5吨时必须测温一次。（3）连铸操作：1）开浇前，由主控室人员严格检查喷水嘴，保证其喷水良好；2）开浇前，保护套管接通氩气，做到无氧化保护浇注；3）开浇前，结晶器内部清理干净，结晶器进口全部使用铜管；4）中间包准备人员认真检查各流的侵入水口应在同一垂直面上；5）开浇钱应壁正常浇注时注流小，当钢水在结晶器内通水冷却生成足够厚度的坯壳后，才能启动引锭装置开始拉坯；6）引锭杆退出拉矫机以后便进行正常操作；7）中间包内钢水的温度误差控制在10℃之间；8）拉坯速度一定，而拉速是逐步加快的，加大供水，最后趋于均匀稳定；9）每次拉坯前要检查结晶器震动及液面波动情况，严格按给定的速度进行；10）铸坯矫直后送至切割机切割，最后由棍道送出坏坯，由推钢机退出辊道，之后直接进入精整或直接存放到指定存放区。