11.3 电炉炼钢冶炼工艺

11.3电炉炼钢冶炼工艺Yourcompanyslogan11.3.1电炉冶炼操作方法11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺11.3.3现代电炉炼钢冶炼工艺11.3.4钢液的合金化Yourcompanyslogan11.3.1电炉冶炼操作方法电炉冶炼操作方法一般是按造渣工艺特点来划分的，目前普遍采用双渣还原法与双边氧化法。11.3.1.1双渣还原法双渣还原法(返回吹氧法)的特点是冶炼过程中有较短的氧化期，造氧化渣，又造还原渣，能吹氧去碳、去气、去夹杂。但由于该种方法去磷较难，故要求炉料应由含低磷返回废钢组成。双渣还原法由于采取了小脱碳量、短氧化期，不但能去除有害元素，还可以回收大量的合金元素。此法适合冶炼不锈钢、高速钢等含Cr、W高的钢种。11.3.1.2双渣氧化法双渣氧化法(氧化法)的特点是冶炼过程有氧化期，能去碳、去磷、去气、去夹杂等杂质。对炉料无特殊要求，冶炼过程既有氧化期，又有还原期，有利于钢质量的提高。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。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺传统的氧化法冶炼工艺操作过程由补炉、装料、熔化、氧化、还原与出钢六个阶段组成，主要分为三期，俗称老三期。传统电炉老三期工艺，因其设备利用率低、生产率低、能耗高等缺点，满足不了现代冶金工业的发展，必须进行改革，但它是电炉炼钢的基础。11.3.2.1补炉炉衬寿命的高低是高产、优质、低耗的关键。A影响炉衬寿命的主要因素影响炉衬寿命的主要因素：炉衬的种类、性质和质量(包括制作、打结、砌筑质量)：高温电弧辐射和熔渣的化学侵蚀：吹氧与钢液、炉渣等的机械冲刷以及装料的冲击。为了提高炉衬寿命，除选择高质量的耐火材料与先进的筑炉工艺外，还要加强维护，即在每炉钢出完后．要进行补炉。如遇特殊情况，还须采用特殊的方式进行修砌垫补。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺B补炉部位炉衬各部位的工作条件不同，损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部位是炉壁渣线．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冶炼操作等损坏严重，尤其渣线的2号热点区还受到电弧功率大、偏弧等影响．侵蚀严重，渣线2号热点区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，炉门两侧常受热震的作用，流渣的冲刷及操作与工具的碰撞等，损坏也比较严重。因此，一般电炉在出钢后要对渣线、出钢口及炉门附近等部位进行修补，无论进行喷补或投补，均应重点补好这些部位。C补炉原则补炉的原则是：高温、快补、薄补。补炉是将补炉材料喷投到炉衬损坏处，并借助炉内的余热在高温下使新补的耐火材料和原有的炉衬烧结成为一个整体，而这种烧结需要很高的温度才能完成。一般认为，较纯镁砂的烧结温度约为1600℃，白云石的烧结温度约为1540℃。电炉出钢后，炉衬表面温度下降很快，因此应该抓紧时间趁热快补。薄补的目的足为了保证耐火材科良好的烧结。经验表明．新补的厚度一次不应大于30mm，需要补得更厚时，应分层多次进行。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺D补炉方法补炉方法可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。人工投补，补炉质量差、劳动强度大、作业时间长、耐火材料消耗也大，故仅适合小炉子。目前，在大型电炉上多采用机械喷补。机械喷补设备种类较多。有炉门喷补机，如抚钢50t炉；有炉内旋转补炉机，如上海五钢。机械喷补补炉速度快、效果好。E补炉材料碱性电炉人工投补的补炉材科是镁砂、白云石或部分回收的镁砂。所用黏结剂湿补时选用卤水或水玻璃，于补时一般均掺人沥青粉。机械喷补材科主要用镁砂、白云石或两者的混合物，还可掺人磷酸盐或硅酸盐等效结剂。11.3.2.2装料目前电炉广泛采用炉顶料筐装料，每炉钢的炉料分1—3次加入。装料的好坏影响着炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电极消耗以及台金元素的烧损等。因此要求装料合理，而装料合理主要取决于炉科在料筐中的布料合理与否。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺合理布料的顺序如下；先将部分小块料装在料筐底部，借以保护科筐的链板或合页板，减缓重料对炉底的冲击，以保护炉底、及早形成熔池；在小块料的上面，料筐的中心部位装大块料或难熔料，并填充小块料，做到平整、致密、无大空隙，使之既有利于导电，又可消除料桥及防止塌料时折断电极，即保护电圾；其余的中、小块料装在大料或难熔料的上边及四周；最后在料筐的上部装入小块轻薄料，以利于起弧、稳定电流和减轻弧光对炉盖的辐射损伤，即保护炉顶。另外，渣钢、汤道钢等不易导电的炉料应装在远离电极的地方，以免影响导电；生铁不要装在炉门附近或炉坡上．而要装在大料或难熔料的周围，以利用它的渗碳作用，降低大料或难熔料的熔点．从而加速熔化。凡随炉料装入的铁合金，为了保证元素的收得率，应根据它们不同的理化性能装在不同的位置。如钨铁、铂铁熔点高、不易氧化，可装在高温区．但不要装在电极下边；铬铁、镍板、锰铁等应装在远离高温区的位置，以减少它们的挥发损失。现场布料(装料)经验：下致密、上疏松、中间高、四周低、穿井快、不搭桥．炉门口无大料，提前助熔效果好。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺11.3.2.3熔化期传统工艺熔化期占整个冶炼时间的50％一70％，电耗占60％一80％。因此熔化期的长短影响生产率和电耗的高低，熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与否。A熔化期的主要任务1)将块状的固体炉料快速熔化、并加热到氧化温度2)提前造渣．早期去磷；3)减小钢液吸气与挥发。B熔化期的操作主要是合理供电．及时吹氧，提前造渣。其中合理供电制度是使熔化期顺利进行的重要保证。a炉料熔化过程及供电装料完毕即可通电熔化。但在供电前，应调整好电极，保证整个冶炼过程中不切换电极，并对炉子冷却系统及绝缘情况进行必要的检查。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺炉料的熔化过程见图11-10，基本可分为四个阶段(期)，由于各阶段熔化的情况不同，所以供电情况也不同．见表11-6。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺第一阶段—起弧期：通电开始，在电弧的作用下．一少部分元素挥发，并被炉气氧化、生成红棕色的烟雾．从炉中逸出。从送电起弧至电极端部下降1.5d电极深度为起弧期(约2—3min)。此期电流不稳定，电弧在炉顶附近燃挠辐射。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。为了保护炉顶，在炉上部布一些轻薄小料．以便让电极快速插入料中，以减少电弧对炉顶的辐射；供电上采用较低电压、电流。第二阶段—穿井期：起弧完了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，供电上采取较大的二次电压、大电流或采用高电压带电抗操作，以增加穿井的直径与穿井的速度。但应注意保护炉底，办法是；加料前采取石灰垫底，炉中部布大、重废钢钢以及采用合理的炉型。第三阶段—主熔化期：电极下降至炉底后开始回升时主熔化期开始。随着炉料不断地熔化，电极渐渐上升，至炉料基本熔化(＞80％)，仅炉坡、渣线附近存在少量沪料．电弧开始暴露给炉壁时，主熔化期结束。在主熔化期，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、主溶化朔时间占整个熔化期的约70%。第四阶段—熔末升温期：电弧开始暴露给炉壁至妒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孤的强烈辐射，故应注意保护。此时供电上可采取低电压、大电流，否则应采取泡沫渣埋弧工艺。典型的熔化期供电曲线见图11—11。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺b及时吹氧及元素氧化吹氧是利用元素氧化热加热、熔化炉料的。当固体料发红（-900℃）开始吹氧最为合适．吹氧过早浪费氧气，过迟增加熔化时间。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。一般情况下．熔化期钢中的Si、Al、Ti、V等几乎全部氧化，Mn氧化40％-60％．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％。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺c提前造渣为提前造渣，用2％一3％石灰垫炉底(留钢操作、导电炉底等除外)，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。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，为氧化期创造条件。脱磷任务主要在熔化期完成。通过在加料前，在炉底加2％-3％左右，提前造高碱度、高氧化性炉渣，并采用流渣造新渣的操作等在熔化期基本完成脱磷任务。C缩短熔化期的措施1）减少热停工时间；2）提高变压器输入功率；3）强化用氧，如吹氧助熔、氧-烧助熔；4）余钢、渣回炉；5）废钢预热等。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺11.3.2.4氧化期要去除钢中的磷、气体和夹杂物，必须采用氧化法冶炼。氧化期是氧化法冶炼的主要过程。传统冶炼工艺当废钢炉料完全熔化，并达到氧化温度，磷脱除70％以上进入氧化期。为保证冶金反应的进行，氧化开始温度应高于钢液熔点50-80℃。（1）氧化期的主要任务1)当脱磷任务重时，继续脱磷到要求（﹤0.02%）2)脱碳至规格下限；3)去气、去夹杂(利用C-O反应)；4)提高钢液温度。（2）造渣与脱磷。可以看出，氧化期要造好高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣。并及时流渣、换新渣，抓紧氧化前期（低温）快速脱磷。（3）氧化与脱碳。按照熔池中氧的来源不同，氧化期操作分为矿石氧化、吹氧氧化及矿氧综合氧化法三种。近些年强化用氧的实践表明；除钢中磷含量特别高而采用矿氧综合氧化外，均用吹氧氧化，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Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺（4）气体与夹杂物的去除。电炉炼钢钢液去气、去夹杂是在氧化期进行的。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。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。（5）氧化期的温度控制。氧化期的温度控制要兼顾脱P与脱C二者的需要，并优先去P。在氧化前期应适当控制升温速度。待P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℃。这主要考虑两点：1）扒渣、造新渣以及加合金将使钢液降温；2）不允许钢液在还原期升温，否则将使电弧下的钢液过热，大电流弧光反射会损坏炉衬，以及钢液吸气。当钢液的温度、磷碳含量等符合要求时，扒除氧化渣、造稀薄渣，进入还原期。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺11.3.2.5还原期传统电炉炼钢工艺中，还原期的存在显示了电炉炼钢的特点。A还原期的主要任务1）脱氧至要求值；2）脱硫至一定值；3）调整钢液成分．进行合金化；4）调整钢液温度。其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。Yourcompanyslogan11.3.2传统电炉炼钢冶炼工艺B脱氧操作电炉常用综合脱氧法．其还原操作以脱氧为核心，简述如下：1）当钢液的温度、P、C符合理求。扒渣大于95％；2）加Fe-Mn、Fe-Si块等预脱氧(沉淀脱氧)；3）加石灰、萤石、火砖块，造稀薄渣；4）稀薄渣形成后还原，加C粉、Fe-Si粉等脱氧（扩散脱氧），分3-5批，7-10min/批（老三期炼钢还原期时间长的原因）；5）搅拌，取样、测温；6）调整成分—合金化(合金化计算后面单独介绍)7）加A1或C少勘块等终脱氧(沉淀脱氧)，8）出钢。C温度的控制考虑到出钢到浇铸过程中的温度损失，出钢温度应比钢的熔点高出100一140℃由于氧化期未控制钢液温度大于出钢温度20一30℃以上．所以扒渣后还原期的温