2-2廢鋼電爐煉鋼流程

1、2024/3/29,1,2.2廢鋼/電爐煉鋼流程,2.2.1概述2.2.2兩種煉鋼流程2.2.3煉鋼電弧爐的構(gòu)造2.2.4電弧爐煉鋼工藝2.2.5電弧爐煉鋼新技術(shù)2.2.6電弧爐煉鋼主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),2024/3/29,2,2.2.1概述,電爐煉鋼，主要是指電弧爐煉鋼，95％的電爐鋼是由電弧爐生產(chǎn)的，其余的由感應(yīng)爐、電渣爐等生產(chǎn)。EAF – Electric Arc Furnace 電弧爐煉鋼是以電能作為熱源的煉鋼方法，

2、它是靠電極和爐料間放電產(chǎn)生的電弧，使電能在弧光中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并借助電弧輻射和電弧的直接作用加熱并熔化金屬爐料和爐渣，冶煉出各種成分合格的鋼和合金的一種煉鋼方法。① 熱效率高、溫度控制② 冶煉氣氛可以控制③ 設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)流程短生產(chǎn)條件：廢鋼資源、電力資源。存在問題：二次能源、鋼水氣體含量高,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,3,,電爐煉鋼1899年產(chǎn)生，100多年的發(fā)展，見下圖。,世界鋼產(chǎn)量預(yù)測(cè),,美國(guó)鋼產(chǎn)量

3、的變化,,2024/3/29,6,動(dòng) 脈提 取 流 程,再 生 流 程 靜 脈電爐流程與高爐流程在鋼鐵循環(huán)以及社會(huì)中的地位與功能,2.2.2兩種煉鋼流程,靜 脈,轉(zhuǎn)爐、電爐兩種煉鋼方法,兩種煉鋼方法共同點(diǎn)（1）工序產(chǎn)品——合格鋼水（2）工序功能——以給定的生產(chǎn)率和節(jié)奏提供成分和溫 度合格的鋼水（3）工序指標(biāo)——三高兩潔凈 高效化—

4、—高的生產(chǎn)率、高的生產(chǎn)節(jié)奏、高的能量 利用 潔凈化——鋼液的潔凈化（低的內(nèi)在污染） 環(huán)境的潔凈化（低的外部污染）（4）操作要求：精料、穩(wěn)定、精確（5）智能控制技術(shù),轉(zhuǎn)爐、電爐兩種煉鋼方法,目標(biāo)：提高全員勞動(dòng)生產(chǎn)率50%以上；提高生產(chǎn)效 率10%。,? 煉鋼過程智能控制技術(shù)? 全自動(dòng)轉(zhuǎn)爐吹煉技術(shù)? 全自動(dòng)電爐冶煉技術(shù)? 在

5、線檢測(cè)技術(shù)? 生產(chǎn)調(diào)度管理計(jì)算機(jī)控制技術(shù)? 設(shè)備運(yùn)行在線監(jiān)控與診斷技術(shù)? 質(zhì)量跟蹤與產(chǎn)品性能預(yù)報(bào)技術(shù)? 能源、動(dòng)力綜合管理計(jì)算機(jī)控制技術(shù)? 原料、備件管理計(jì)算機(jī)控制技術(shù),技術(shù)措施,兩種煉鋼方法不同點(diǎn),? 原料不同是根本 礦石——鐵水——氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼 廢鋼——電弧爐煉鋼? 能源 轉(zhuǎn)爐法——主要是鐵水的物理熱和化學(xué)熱 電爐法——主要是電弧的物理熱,? 主要操作目標(biāo) 轉(zhuǎn)爐法——在給定的時(shí)間內(nèi)完成冶金

6、操作：脫碳、脫磷、脫硫等 電爐法——在給定的時(shí)間內(nèi)完成廢鋼的升溫、熔化和過熱等? 技術(shù)進(jìn)步方向 轉(zhuǎn)爐法——強(qiáng)化冶金操作（供氧、復(fù)吹），減輕轉(zhuǎn)爐的冶金負(fù)荷（爐外處理和鐵水預(yù)處理） 電爐法——強(qiáng)化供能（強(qiáng)化供電和輔助能源），減輕電爐的熱負(fù)荷（廢鋼預(yù)熱、熱鐵水）? 終點(diǎn)控制目標(biāo) 轉(zhuǎn)爐法——成分溫度雙命中 電爐法——溫度和成分可分別控制,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生

7、態(tài)工程學(xué)院,11,,傳統(tǒng)流程和短流程綜合能耗比較,2024/3/29,12,傳統(tǒng)流程和短流程可比能耗比較,,2024/3/29,13,傳統(tǒng)流程和短流程能源經(jīng)濟(jì)比較,,2024/3/29,14,美國(guó)生產(chǎn)冷軋板卷投資比較，美元/t,,2024/3/29,15,不同流程投資比較，億美元,,2024/3/29,16,2.2.3煉鋼電弧爐的構(gòu)造,（1）電弧爐的電氣設(shè)備① 高壓電源② 隔離開關(guān)③ 斷路器④ 電抗器⑤ 電爐變壓器：高電壓、低

8、電流――大電流、低電壓 單位：KVA MVA 單位功率：KVA/t RP(Regular Power)－EAF，HP(High Power)－EAF，UHP(Ultra High Power)－EAF⑥ 短網(wǎng)、電極：石墨電極－導(dǎo)電性能好、耐高溫氧化,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,17,,電弧爐供電系統(tǒng),2024/3/29,18,,電弧爐供電電路,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,

9、19,,主回路（進(jìn)線隔離開關(guān)——高壓斷路器——電抗器——電爐變壓器——短網(wǎng)——電弧）,2024/3/29,20,（2）電弧爐爐體① 爐殼② 爐門、出鋼槽（口）③ 爐頂圈、爐蓋、電極密封圈④ 電弧爐爐襯（3）電弧爐的機(jī)械設(shè)備① 電極夾持器② 電極升降裝置③ 爐體傾動(dòng)和爐蓋開啟機(jī)械,2.2.3煉鋼電弧爐的構(gòu)造,2024/3/29,21,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,22,2024/3/29,23,偏心爐

10、底出鋼電弧爐爐襯圖,2024/3/29,24,,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,25,,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,26,,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,27,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,28,2.2.4電弧爐煉鋼工藝,堿性電弧爐氧化法煉鋼工藝氧化法：去除雜質(zhì)、爐料適應(yīng)性強(qiáng) 不氧化法：回收廢鋼中的合金元素，要求爐料好補(bǔ)爐－裝料－熔化期

11、－氧化期－還原期－出鋼（1）補(bǔ)爐（2）裝料：配料－生鐵、廢鋼等；裝料（3）熔化期：50％時(shí)間、電耗60～70％任務(wù)：快速熔化爐料、提前造渣脫磷爐料熔化過程：起弧、穿井、主熔化、熔清,2024/3/29,29,堿性電弧爐氧化法煉鋼工藝,2024/3/29,30,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,31,,2024/3/29,32,,2024/3/29,33,,2024/3/29,34,2024/3/29,35,,

12、2024/3/29,36,縮短熔化期措施： 熔化時(shí)間(小時(shí)) t = (W1Q1 + W2Q2)/ (PCη-P1)Q1 – 熔化單位爐料所需的電能 340 kwhQ2 – 熔化單位爐渣所需的電能 540 kwhW1、W2 － 爐料和爐渣的質(zhì)量P－變壓器功率 P1－ 單位時(shí)間熱損失 Cη－功率因數(shù)CosФ和電效率的乘積，表示變壓器實(shí)際的功率輸出，0.77～0.81縮短熔化期措施：① 提高變壓器功率水平

13、② 強(qiáng)化用氧、提高化學(xué)熱輸入③ 廢鋼預(yù)熱、減少熱損失,2.2.4電弧爐煉鋼工藝,2024/3/29,37,2.2.4電弧爐煉鋼工藝,（4）氧化期任務(wù)：① 繼續(xù)氧化脫磷 ② 脫碳反應(yīng)CO 去氣、去夾雜③ 調(diào)整熔池溫度脫磷反應(yīng)： 2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe] 2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = (4CaO.P2O5) + 5[Fe]脫磷條件：氧化渣（FeO）含量,20

14、24/3/29,38,（5）還原期 任務(wù)：① 脫氧 ② 脫硫③ 合金化、調(diào)整熔池溫度脫氧：加入合金元素與氧的親和力大于鐵與氧的親和力，實(shí)現(xiàn)鋼水脫氧脫氧方式：沉淀脫氧和擴(kuò)散脫氧脫硫： [FeS] + (CaO) = (FeO) + (CaS)脫硫條件：還原渣(FeO)（6）出鋼：溫度、成分合格,2.2.4電弧爐煉鋼工藝,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,39,,2024/3/29,40,現(xiàn)代電弧爐

15、煉鋼工藝,傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼操作集爐料熔化、精煉和合金化于一爐，包括熔化期、氧化期和還原期，在電弧爐內(nèi)即要完成熔化、脫磷、脫碳、升溫，又要進(jìn)行脫氧、脫硫、去氣、去除夾雜物、合金化以及鋼液溫度、成分的調(diào)整，因而冶煉周期長(zhǎng)。這即難以保證對(duì)鋼材越來(lái)越嚴(yán)格的質(zhì)量要求，又限制了電弧爐生產(chǎn)率的提高。,2024/3/29,41,現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝只在電弧爐中保留了熔化、升溫和必要的精煉，如脫磷、脫碳，而把其余的精煉過程均移到二次精煉工序中進(jìn)行。工藝

16、上的這種改變，大大提高了電弧爐設(shè)備能力，使其能夠以盡可能大的功率進(jìn)行熔化、升溫操作，而把那些只需要較低功率的操作轉(zhuǎn)移到鋼包精煉爐內(nèi)進(jìn)行。并且越來(lái)越完善的精煉技術(shù)能進(jìn)一步滿足鋼液清潔度和嚴(yán)格的成分、溫度控制的要求。,現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝,2024/3/29,42,現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝的基本指導(dǎo)思想是高效、節(jié)能、低消耗和環(huán)保。應(yīng)用于現(xiàn)代電弧爐煉鋼的各項(xiàng)技術(shù)，如超高功率供電、吹氧和氧燃助熔、水冷爐壁和爐蓋、低吹攪拌、長(zhǎng)弧泡沫渣操作、無(wú)

17、渣出鋼、廢鋼預(yù)熱等都是在這種思想指導(dǎo)下開發(fā)出來(lái)的。綜合應(yīng)用這些技術(shù)，與計(jì)算機(jī)控制、管理和爐外精煉相配合，已經(jīng)使現(xiàn)代電弧爐煉鋼達(dá)到冶煉周期（出鋼－出鋼時(shí)間）小于50min，冶煉電耗低于300Kwh/t，電極消耗低于2.2Kg/t的高水平?，F(xiàn)代電弧爐煉鋼各項(xiàng)工藝技術(shù)與主要操作指標(biāo)的進(jìn)步見下圖。,現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝,2024/3/29,43,現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝,2024/3/29,44,,電弧爐生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,,2024/3/29

18、,46,典型60分鐘冶煉周期包括： 第一次裝料 3 minutes 第一次料熔化 20 minutes 第二次裝料 3 minutes 第二次料熔化 14 minutes

19、 精練 10 minutes 出鋼 3 minutes 修補(bǔ)爐 7 minutes 總計(jì) 60

20、minutes,,2024/3/29,47,2.2.5電弧爐煉鋼新技術(shù),電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的指導(dǎo)思想：提高生產(chǎn)率和鋼水質(zhì)量、降低成本、擴(kuò)大冶煉品種、改善環(huán)境 電爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的條件： ① 廢鋼積累② 流程進(jìn)步③ EAF大型化、超高功率化、工藝合理、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)④ 鋼水成分控制、品種適應(yīng)性⑤ 投資、基建,2024/3/29,48,（1）電弧爐煉鋼大型化、超高功率化（2）煉鋼流程合理化：EAF－RF－CCM（3）強(qiáng)化用氧、

21、增加輔助能源（4）原料多樣化：DRI，HBI，F(xiàn)e3C，鐵水 改善爐料結(jié)構(gòu)，提高鋼水潔凈度，降低有害元素的濃度（鉛、錫、砷、銻、鉍、銅）,2.2.5電弧爐煉鋼新技術(shù),電爐大型化,電弧爐容量逐漸增大是近幾十年來(lái)的基本趨勢(shì)，國(guó)際上指標(biāo)最先進(jìn)的電弧爐爐容量大都在80～120噸左右，近年來(lái)爐容仍有增大的趨勢(shì)。其原因在于： ? 在其它條件相同的前提下，電弧爐生產(chǎn)率與爐容量呈正比關(guān)系，大型化是合理單爐生產(chǎn)規(guī)模的保證； ?

22、大型化有利于提高熱效率，并便于集中采用供電、用氧以及機(jī)械化、自動(dòng)化各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，便于提高管理水平，容易取得較好的生產(chǎn)運(yùn)行效果； ? 合理大型化是實(shí)現(xiàn)全連鑄的基礎(chǔ)； ? 合理大型化是實(shí)現(xiàn)與后步軋機(jī)等物流匹配的基礎(chǔ)。,1988～1998年間投產(chǎn)的全世界AC和DC電弧爐的生產(chǎn)能力,,超高功率供電,電弧爐的電氣運(yùn)行理論和操作技術(shù)的不斷進(jìn)步：近期采用“高電壓、長(zhǎng)電弧、高功率系數(shù)”的操作制度；爐襯的熱負(fù)荷大幅度增加，相應(yīng)的技術(shù)發(fā)展

23、有：提高耐材質(zhì)量、水冷爐壁、泡沫渣等； 二次回路的電流強(qiáng)度大大增加，降低回路阻抗和進(jìn)一步改善三相平衡成了重要問題； 熔煉工藝的變化：為了充分利用變壓器的能力，傳統(tǒng)的電弧爐三期操作消亡，電弧爐變成了一臺(tái)高效的熔化爐； 電弧爐機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化系統(tǒng)不斷進(jìn)步，促進(jìn)了高效、優(yōu)質(zhì)、低成本三方面綜合發(fā)展，如底出鋼技術(shù)，過程計(jì)算機(jī)控制； 熔煉周期縮短，物料輸送和試樣化驗(yàn)等負(fù)擔(dān)大大增加。,2024/3/29,52,2.2.

24、5電弧爐煉鋼新技術(shù),（5）廢鋼預(yù)熱技術(shù)：雙爐殼、豎爐、Con-Steel（6）水冷技術(shù)（7）計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)：冶金模型和熱模型（8）直流電弧爐 （9）合理供電技術(shù),2024/3/29,53,,2024/3/29,54,,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,55,Cojet噴槍三種操作模式,,(1)燒嘴模式 快速加熱與熔化廢鋼 (2)碳氧槍模式 熔清后可轉(zhuǎn)換成氧槍 脫碳方式 (3)二次燃

25、燒模式 可獨(dú)立向熔池上方 噴吹二次燃燒氧氣,2024/3/29,57,2024/3/29,58,2024/3/29,59,集束射流的助熔效果,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,60,鄭州永通20噸電爐爐壁氧槍2,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,61,Melting Trials for BHP Boodarie? Iron“Premium Quality HBI”直接還原鐵－熱壓鐵

26、,2024/3/29,62,(1)豎爐電弧爐,1992年由Fuchs System推出，豎爐有一個(gè)廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)，可以是單豎爐或雙豎爐，可以是直流或交流的。它用廢氣的物理熱和化學(xué)熱、以及在豎爐底部的氧-燃燒嘴來(lái)加熱裝在水冷豎爐內(nèi)的廢鋼料柱。國(guó)內(nèi)張家港沙鋼潤(rùn)忠的90t/65MVA豎爐就是成功的一例。,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,64,2024/3/29,北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,65,準(zhǔn)連續(xù)化生產(chǎn)（減少非通電時(shí)

27、間 ）,,(1) Consteel,廢鋼由傳送帶通過動(dòng)態(tài)密封送入該系統(tǒng)的預(yù)熱器，廢鋼通過預(yù)熱器，靠爐氣的化學(xué)能和物理熱加熱至550～600℃，然后進(jìn)入熔池，爐內(nèi)總有一定的剩余鋼水，有助于熔化加熱的廢鋼。可用的爐料是：廢鋼、生鐵和熱壓塊、熱的和冷的直接還原鐵。,,2024/3/29,69,2024/3/29,70,韶鋼90ｔＣＯＮＳＴＥＥＬ電爐生產(chǎn)工藝流程圖,(2) 其他方案,,,,,(2)雙爐殼電弧爐,雙爐殼電弧爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩個(gè)爐殼共

28、用一套電源，其技術(shù)特點(diǎn)是將廢鋼預(yù)熱與節(jié)省非通電時(shí)間相結(jié)合。,智能電弧爐,,,一般電弧爐煉鋼的供電曲線,2024/3/29,77,,,凈化二惡英為主的電弧爐煉鋼流程,2024/3/29,78,2.2.5電弧爐煉鋼新技術(shù),,超高功率電弧爐煉鋼過程的參數(shù)和變量,2024/3/29,79,2.2.5電弧爐煉鋼新技術(shù),冶金模型,2024/3/29,80,2.2.5電弧爐煉鋼新技術(shù),熱模型,2024/3/29,81,2.2.6電弧爐煉鋼主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)

29、指標(biāo),（1）冶煉電耗＝（冶煉用電量kwh）/（合格鋼坯、錠量t）kwh/t （2）電極消耗＝（冶煉電極消耗量Kg）/（合格鋼坯、錠量t）Kg/t （3）鋼坯（錠）合格率＝（合格鋼坯、錠量 t）/（全部鋼坯、錠量t）% （4）合金比＝（全部合金鋼鋼坯、錠量t）/（全部合格鋼坯、錠量t）% 鋼中合金元素總量> 10% 高合金鋼 鋼中合金元

30、素總量 2.5～10% 中合金鋼 鋼中合金元素總量< 2.5％ 低合金鋼,2024/3/29,82,第二周作業(yè)2:1．用熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)理論簡(jiǎn)述分析轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硫過程；如果鋼水磷含量過高，電爐煉鋼如何操作？2．比較轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼兩種流程。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要技術(shù)特點(diǎn)及主要任務(wù).簡(jiǎn)述濺渣護(hù)爐技術(shù)原理與工藝特點(diǎn).5 . 轉(zhuǎn)爐煉鋼主要反應(yīng)及其作用。6 . 煉鋼過程中元素氧化 次序 。7. 電爐煉鋼