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电炉冶炼工艺简介
日期:2020-03-05 07:21  作者:admin  来源:本站

  电炉冶炼工艺简介_能源/化工_工程科技_专业资料。电炉冶炼工艺简介 一、分类方法 一般是按造渣工艺特点来划分的,有单渣氧化法、单渣还原法、双渣还原法与双渣氧化 法,目前普遍采用后两种。 1)双渣还原法 又称返回吹氧法,其特点是冶炼过程中有较短的氧化期

  电炉冶炼工艺简介 一、分类方法 一般是按造渣工艺特点来划分的,有单渣氧化法、单渣还原法、双渣还原法与双渣氧化 法,目前普遍采用后两种。 1)双渣还原法 又称返回吹氧法,其特点是冶炼过程中有较短的氧化期(≤10min),造氧化渣, 又造还原渣,能吹氧脱碳,去气、夹杂。但由于该种方法脱磷较难,故要求炉料应由含 低磷的返回废钢组成。 由于它采取了小脱碳量、短氧化期,不但能去除有害元素,还可以回收返回废钢中大量 的合金元素。因此,此法适合冶炼不锈钢、高速钢等含 Cr、W 高的钢种。 2)双渣氧化法 又称氧化法,它的特点是冶炼过程有正常的氧化期,能脱碳、脱磷,去气、夹杂,对炉 料也无特殊要求;还有还原期,可以冶炼高质量钢。 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。 第二节 冶炼工艺 传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。 其操作过程分为: 补炉、 装料、 熔化、 氧化、 还原与出钢六个阶段。因主要由熔化、氧化、还原期组成,俗称老三期。 一、补炉 1)影响炉衬寿命的“三要素” 炉衬的种类、性质和质量; 高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀; 吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。 2)补炉部位 炉衬各部位的工作条件不同(图 5-1、图 5-2)损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部 位如下: 炉壁渣线 受到高温电弧的辐射,渣、钢的化学侵蚀与机械冲刷,以及吹氧操作等损坏 严重; 渣线#热点区还受到电弧功率大、偏弧等影响侵蚀严重,该点的损坏程 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 常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操作与工具的碰撞等损坏也比较严重。 图 5-1 槽出钢电炉炉衬情况 图 5-2 EBT 电炉炉衬情况 3)补炉方法 补炉方法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。 目前, 在大型电炉上多采用机械喷补, 机械喷补设备有炉门喷补机、 炉内旋转补炉机, 机械喷补补炉速度快、效果好。 补炉的原则是:高温、快补、薄补。 4)补炉材料 机械喷补材料主要用镁砂、 白云石或两者的混合物, 并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。 二、 装料 目前,广泛采用炉顶料罐(或叫料篮、料筐)装料(图 5-3),每炉钢的炉料分 1~3 次加 入。 装料的好坏影响炉衬寿命、 冶炼时间、 电耗、 电极消耗以及合金元素的烧损等。 因此, 要求合理装料,这主要取决于炉料在料罐中的布料合理与否。 现场布料(装料)经验:下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料,穿井快、 不搭桥,熔化快、效率高。 图 5-3 电炉装料情况 三、 熔化期 传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的 50%~70%,电耗占 70%~80%。因此熔 化期的长短影响生产率和电耗,熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与否。 (1)熔化期的主要任务 将块状的固体炉料快速熔化,并加热到氧化温度; 提前造渣,早期去磷,减少钢液吸气与挥发。 (2)熔化期的操作 合理供电,及时吹氧,提前造渣。 1)炉料熔化过程及供电 装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程见图 5-4,基本可分为四个阶段(期), 即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。 图 5-4 炉料熔化过程 ◆ 点(起)弧期 从送电起弧至电极端部下降到深度为 d 电极为点弧期。 此期电流不稳定,电弧在炉顶附近燃烧辐射,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。为保护炉顶,在炉上部布一些轻薄料, 以便让电极快速进入料中,减少电弧对炉顶的辐射。供电上采用较低电压、较低 电流。 ◆ 穿井期 点弧结束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。注意保护炉底,办法是:加料前采取外加石 灰垫底,炉中部布置大、重废钢以及合理的炉型。供电上采取较大的二次电压、 较大电流,以增加穿井的直径与穿井的速度。 ◆ 主熔化期 电极下降至炉底后开始回升时,主熔化期开始(图 5-4)。随着炉料不断的熔化, 电极渐渐上升,至炉料基本熔化,仅炉坡、渣线附近存在少量炉料,电弧开始暴 露时主熔化期结束。 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。主熔化期时间占整个熔化期的 70%以上。 ◆ 熔末升温期 电弧开始暴露给炉壁至炉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弧的强烈辐射(图 5-4)。 应注意保护炉壁, 即提前造好泡沫渣进行埋弧操作, 否则应采取低电压、 大电流供电。 各阶段熔化与供电情况见表 5-1。典型的供电曲线 炉料熔化过程与操作 图 5-5 典型的供电曲线)及时吹氧与元素氧化 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。 吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。 当固体料发红 (~900℃) 开始吹氧最为合适,吹氧过早浪费氧气,过迟延长熔化时间。 一般情况下,熔化期钢中的 Si、Al、Ti、V 等几乎全部氧化,Mn、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%。 3)提前造渣 用 2%~3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、渣,实现提前造渣。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,这样为氧化期创造条件。 为什么?脱磷反应与脱磷条件: 脱磷反应: 2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe], △H<0 分析:反应是在渣-钢界面上进行,是放热反应。 脱磷反应的条件: 脱磷反应的条件: 高碱度,造高碱度渣,增加渣中氧化钙; 高氧化性,造高氧化性渣,增加渣中 氧化铁; 低温,抓紧在熔化期进行; 大渣量(适当大),采取流渣造新渣。 电炉脱磷操作: 实际电炉脱磷操作正是通过提前造高碱度、高氧化性炉渣,并采用流渣、造新渣 的操作等,抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。 缩短熔化期的措施: 减少热停工时间,如提高机械化、自动化程度,减少装料次数与时间等; 强化用氧,如吹氧助熔、氧-燃助熔,实现废钢同步熔化,提高废钢熔化速度 ; 提高变压器输入功率,加快废钢熔化速度 ; 废钢预热,利用电炉冶炼过程产生的高温废气进行废钢预热 等。 三、氧化期 氧化期是氧化法冶炼的主要过程,能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。 当废钢料完全熔化,并达到氧化温度,磷脱除 70%~80%以上进入氧化期。为保 证冶金反应的进行,氧化开始温度高于钢液熔点 50~80℃。 1)氧化期的主要任务 继续脱磷到要求——脱磷; 脱碳至规格下限——脱碳; 去除气、去夹杂——二去; 提高钢液温度——升温。 2)氧化期操作 (1)造渣与脱磷 传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷, 由脱磷反应式可以看出: 在氧化前期 (低 温),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,实现 快速脱磷是可行的。 2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe] △H<0 (2)氧化与脱碳 近些年, 强化用氧实践表明: 除非钢中磷含量特别高需要采用碎矿 (或氧化铁皮) 造高氧化性炉渣外,均采用吹氧氧化,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。降(脱)碳是电炉炼钢重要任务之一,然而脱碳反应的 作用不仅仅是为了降碳,脱碳反应的作用 脱碳反应的作用如下: 降低钢中的碳,利用碳-氧反应(C+O2 →CO)这个手段,来达到以下目的; 搅动熔池,加速反应,均匀成分、温度; 实际上,电炉就是通过高配碳,利用吹氧脱碳这一手段,来达到加速反应,均匀 成分、温度,去除气体和夹杂的目的。 脱碳反应与脱碳条件: [C]+[O] =CO↑ , △HCO=-0.24kcal=-22kJ<0 分析:该反应是在钢中进行,是放热反应。 高氧化性,加强供氧,使[%O]实际 >[%O]平衡 。 高温,加速C-O间的扩散(由于脱碳反应是“弱”放热反应,温度影响不大(热 力学温度),但从动力学角度,温度升高改善动力学条件,加速C-O间的扩散, 故高温有利脱碳的进行)。 降低 PCO ,如充惰性气体(AOD),抽气与真空处理(VD、VOD)等均有利于脱碳反应。 (3)气体与夹杂物的去除 电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶段,怎么进行的?去气、去夹杂是在 电炉氧化期的脱碳阶段进行的。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。 去气、去夹杂的机理: C-O反应生成 CO 使熔池沸腾; CO 气泡对N2、H2 等来说,PN2、PH2 分压为零,N2、H2 极易并到CO 气泡中,长大排除; C-O反应,易使2FeO·SiO2、2FeO·Al2O3 及2FeO·TiO2 等氧化物夹杂聚合长大而上浮; CO 上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。 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。 (4)氧化期的温度控制 氧化期的温度控制要兼顾脱磷与脱碳二者的需要,并优先去磷。在氧化前期应适当控制 升温速度,待磷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℃,以弥补扒渣、造新渣以及加合金造 成的钢液降温,见图 5-6。 当钢液的温度、磷、碳等符合要求,扒除氧化渣、造稀薄渣进入还原期。 图 5-6 金属料(固/液体)升温曲线 五、还原期 传统电炉冶炼工艺中,还原期的存在显示了电炉炼钢的特点。而现代电炉冶炼工 艺的主要差别是将还原期移至炉外进行。 (一)还原期的主要任务 脱氧至要求——脱氧; 脱硫至一定值——脱硫; 调整成分——合金化; 调整温度——调温。 其中:脱氧是核心,温度是条件,造渣是保证。 1)脱氧方法 有沉淀脱氧、扩散脱氧及综合脱氧法。电炉炼钢采用沉淀脱氧法与扩散脱氧法交 替进行的综合脱氧法,即氧化末、还原前用沉淀脱氧—预脱氧,还原期用扩散脱 氧,出钢前用沉淀脱氧—终脱氧。其中沉淀脱氧反应式: x[M]块 +y[O]=(MxOy) ↑ 沉淀脱氧是将块状脱氧剂加入钢液中,直接进行钢液脱氧。常用的脱氧剂有:Fe -Mn、Fe-Si、Al、V 和复合脱氧剂 Mn-Si、Ca-Si 等,脱氧能力依次增加。 该法的特点:操作简单,脱氧迅速;脱氧产物易留在钢中(当上浮时间短时)。 扩散脱氧反应式: x(M)粉+y(FeO)=(MxOy)+y[Fe] [FeO] → (FeO) 扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中,使炉渣脱氧,钢中氧再向渣中扩散,间接脱 出钢中氧。粉状脱氧剂有:C 、Fe-Si、Ca-Si、CaC、Al 粉等。 与沉淀脱氧法比较,扩散脱氧法的特点:反应在渣中进行,产物不进入钢中,钢 质好;脱氧速度慢,时间长。此法常用在电炉还原期稀薄渣形成后。 2)脱硫反应及脱硫条件 [FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO),△H>0 分析:该反应是在渣-钢界面上进行的,为一吸热反应。 高碱度,造高碱度渣,增加渣中氧化钙; 强还原气分(或低氧化性),造还原性渣,减少渣中的氧化铁; 高温,同时高温改善渣的流动性; 大渣量(适当大),充分搅拌增加渣-钢接触。 由于电炉还原期或精炼炉精炼期的还原气分强烈,(FeO)<0.5%~1.0%,对脱硫 特别有利。 还原操作—— ——脱氧操作 (二)还原操作——脱氧操作 电炉常用综合脱氧法,其还原操作以脱氧为核心。 1)综合脱氧法 (1)当钢液的 T、澳门现金在线赌博P、C 符合要求,扒渣>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)还原,加 C 粉、Fe-Si 粉等脱氧(扩散脱氧),分 3~5 批,7~10min/批; (5)搅拌,取样、测温; (6)调整成分——合金化; (7)加 Al 或 Ca-Si 块等终脱氧(沉淀脱氧); (8)出钢 (三)温度的控制 考虑到出钢到浇注过程中的温度损失,出钢温度应比钢的熔点高出 100~140℃。 由于氧化期末控制钢液温度大于出钢温度 20~30℃以上, 所以扒渣后还原期的温 度控制,总的来说是保温过程(图 5-6)。 若还原期大幅度升温,则造成:钢液吸气严重、高温电弧加重对炉衬的侵蚀及局 部钢水过热。为此,应避免还原期“后升温”操作。 铁水热装工艺 电弧炉炼钢热装部分铁水冶炼工艺(下称热装工艺)是近几年发展起来的电炉 炼钢的一项节能新技术。该工艺不但缓解了废钢紧缺的形势,而且可显著缩短冶炼 周期,降低冶炼电耗,提高劳动生产率。加入电炉中的铁水,可以稀释废钢中的有害 残余元素,提高钢的质量。电炉采用热装工艺后,代替传统的等量生铁配碳,使电 炉的物料平衡和能量平衡发生显著变化。铁水带入大量的碳,熔化期、氧化期充分 利用吹氧脱碳化料升温。提前结束熔化期,很快进入氧化期,脱碳速度明显高于传 统工艺,缩短冶炼时间。如果熔清碳较高,可充分利用碳—氧反应热,停电吹氧脱 碳,使钢水温度迅速上升,顺利进入精炼期。铁水带入大量的物理和化学热,使供 电制度发生变化, 最终影响到整个电炉炼钢工艺。 热装铁水对电弧炉炼钢工序十分 有利。 除与使用冷生铁相同的优缺点外, 铁水带入大量的物理热使电弧炉冶炼效率 大大提高, 在有廉价铁水资源的条件下, 适当的热装铁水工艺已为一些企业所采用 [5,6]。例如多配10%的热铁水,带入的物理热约为25kWh/t 钢,化学热约25kWh/t 钢 (氧耗量须增加6~7m3/t 钢)。热装铁水是电弧 炉炼钢炉料结构的重大改变, 要求对工艺、 装备做适当的改动, 特别是流程的性质有所变化。

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