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1冶金概论------电炉炼钢主讲:冶金工程系吴国玺(教授)2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3一电弧炉发展概况1.电炉发展概况2.直流电炉的发展41.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，当时很难提供大功率整流电源，因此出现了三相交流电弧炉，并长期占据主导地位。主要用于高合金钢和特殊钢，由于速度慢、能耗低，上世纪60年代后，首先采用吹氧代替矿石，使之可以利用废钢较低成本的生产线材、棒材用钢。随着超高功及二次精炼、连铸技术的发展，至上世纪90年代，冶炼周期缩短至1h以下，电耗＜410KWh/t，电极消耗2.0kg左右，使“短流程”可与“长流程”相抗衡。并逐步开发了直流电弧炉技术，截止目前，大型直流电弧炉已成为短流程的主体设备。52.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。62.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。第一阶段：实验直流电弧炉的建造（70~80年代）；第二阶段：中小型电弧炉的建造（80年代中期）；第三阶段：大型工业支流电弧炉的建造（90年代）•直流电弧炉的优点：•1）对电网冲击小，无需动态补充装置；•2）石墨电极消耗低，是交流的1/2；•3）冶炼周期短，熔化时间短10~20%，电耗低50%；•4）耐材与金属消耗低，环境污染小，投资回收周期短。7二电弧炉车间生产模拟（设备巡视）8电弧炉车间生产模拟（生产模拟）9三电弧炉生产工艺装料制度供电制度造渣制度供氧制度偏心底出钢电弧炉冶炼中的各项操作制度10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。11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。12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。13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12bar14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。15四冶炼基本原理二次燃烧脱磷脱碳16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（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}17脱磷碱性渣脱P反应：2[P]+5[O]+3（CaO）=（3CaO.P2O5）脱P条件：高碱度、高氧化性、低温和大渣量。18二次燃烧概念: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；机理：2CO+O2=2CO2方式：使用水冷PC枪完成；影响因素：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。19五电炉炼钢设备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201.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21⑴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。22⑵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。23⑶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；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。24⑷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。25⑸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。262.机械设备⑴炉体⑵炉体倾动装置⑶炉盖⑷电极升降装置27⑴炉体炉壳：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;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.28⑵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。29⑶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。30⑷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。313.除尘系统⑴强制冷却器⑵布袋除尘器⑶重力除尘器32⑴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。33⑵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。34⑶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。354.加料系统⑴装料罐⑵高位料仓36⑴装料罐作用：用于将从废钢坑装入的废钢吊装入电弧炉；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。37⑵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。385.供氧设备⑴自耗式氧枪⑵水冷碳氧喷枪39⑴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。40⑵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。