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1、电炉炼钢工艺朱 荣1电炉炼钢工艺的发展历程电炉炼钢工艺的发展历程1905年第一台年第一台5吨工业炼钢电炉建成吨工业炼钢电炉建成（德国人（德国人R.Linberg）1936年德国制造了可炉盖旋转的炼钢电炉年德国制造了可炉盖旋转的炼钢电炉1936年美国建成了当时最大的年美国建成了当时最大的100吨炼钢电炉吨炼钢电炉1964年美国碳化物公司年美国碳化物公司(W.E.Schwabe)和西北钢和西北钢铁线材公司铁线材公司(C.GRobinson)提出电炉超高功率概提出电炉超高功率概念念(UltraHighPower简称简称UHP)，电炉工业开，电炉工业开始走向辉煌。开始与转炉竞争。始走向辉煌。开始与转炉
2、竞争。1990年后，电炉炼钢技术取得了重大进展。炼钢年后，电炉炼钢技术取得了重大进展。炼钢技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。世界电炉生产迅速发展动力世界电炉生产迅速发展动力 社会废钢积累的增长，环境压力。社会废钢积累的增长，环境压力。低生产成本的经济刺激，廉价废钢及廉价电力。低生产成本的经济刺激，廉价废钢及廉价电力。对对提提高高劳劳动动生生产产率率的的追追求求。采采用用废废钢钢作作原原料料的的电电弧弧炉炉工工艺艺，流流程程短短，生生产产率率高高，全全员员劳劳动动生生产产率率高高达达27004000t/（人人a），几几乎乎是是高高炉炉转转炉炉流程的流程的
3、34倍。倍。我国钢铁行业我国钢铁行业20102010年能耗构成的预测值，年能耗构成的预测值，矿石矿石经高炉经高炉/转炉流程而成粗钢的单位能耗高于转炉流程而成粗钢的单位能耗高于600kgce/t600kgce/t，其中氧气转炉炼钢工序能耗仅为，其中氧气转炉炼钢工序能耗仅为10kgce/t10kgce/t，主要能耗是高炉和炼焦工序。，主要能耗是高炉和炼焦工序。铁铁前前系系统统烧烧结结、炼炼焦焦和和高高炉炉炼炼铁铁是是能能耗耗大大户户，也是污染环境的大户。也是污染环境的大户。相相比比之之下下，废废钢钢经经电电炉炉熔熔炼炼所所生生产产的的粗粗钢钢吨吨钢钢能能耗耗仅仅为为270kgce/t270kgce
4、/t，而而污污染染的的产产生生及及其其治治理理更更远远优于高炉优于高炉/转炉流程。转炉流程。电炉炼钢的其它优势电炉炼钢的其它优势世界粗钢产量增长情况世界粗钢产量增长情况世界钢产量预测世界钢产量预测电弧炉技术的发展电弧炉技术的发展2电炉炼钢主体设备介绍电炉炼钢主体设备介绍机械设备机械设备 炉壳、炉门、出钢槽或偏心炉底出钢、炉盖，炉壳、炉门、出钢槽或偏心炉底出钢、炉盖，分水冷和耐材分水冷和耐材电极夹持器、电极升降装置电极夹持器、电极升降装置炉盖提升旋转机构、炉体旋转或开出炉盖提升旋转机构、炉体旋转或开出排烟除尘装置排烟除尘装置炉顶加料装置炉顶加料装置电气设备电气设备变压器变压器电抗器电抗器短网短网
5、隔离开关及高压断路器隔离开关及高压断路器电极升降自动调节装置电极升降自动调节装置3电炉炼钢的能量来源电炉炼钢的能量来源电能电能化学能。包括炉料带来的化学能。包括炉料带来的物理热及氧化带来的化学热、物理热及氧化带来的化学热、外来输入的燃料。外来输入的燃料。传统电炉总能量平衡现代电炉总能量平衡(装铁水)3.1供供电电供电技术发展供电技术发展直流电弧炉消除炉衬热点问题，减少电极消耗，搅拌熔池消除偏弧；减少对电网冲击高阻抗电弧炉利用泡沫渣埋弧操作、提高变压器水平，降低电极消耗提高功率因数，减轻对电网干扰无功功率静止式动态补偿消除或减弱电弧炉冶炼冶炼中电负荷造成的电压波动与谐波对电网的危害降低闪烁和谐波
6、冶炼过程计算机自动化控制按冶金模型、热模型进行最佳配料、电热平衡、最佳控制功率等计算，实现控制、管理、决策合理电气工作点动态选择、保证合理供电制度执行智能电弧炉利用人工智能，具有三相意识，也可进行电弧炉综合控制解决电弧炉供电三相不平衡问题，减少对电网冲击普通功率与超高功率电弧炉工作点普通功率与超高功率电弧炉工作点 配电操作配电操作冶炼阶段根据工艺要求输入的功率是不相同的，冶炼阶段根据工艺要求输入的功率是不相同的，在各个阶段调节输入功率大小，电功率的调节在各个阶段调节输入功率大小，电功率的调节称为配电操作。称为配电操作。配电操作分：送电、停电、调换电压、调节电配电操作分：送电、停电、调换电压、调
7、节电流及电气设备的监护。流及电气设备的监护。配电分手动及自动调节，好的配电制度对缩短配电分手动及自动调节，好的配电制度对缩短冶炼时间及降低电耗是非常重要的。冶炼时间及降低电耗是非常重要的。供电时间确定供电时间确定1.1.C C 吨钢电耗，吨钢电耗，kWh/tkWh/t2.2.W W 钢水总重，钢水总重，t t3.3.P P电炉变压器容量，电炉变压器容量，kV.AkV.A4.4.变压器利用率，变压器利用率，5.5.非通电时间，非通电时间，minmin3.2供供氧氧炉门人工吹氧炉门人工吹氧 从从1 1根氧管到根氧管到3 3根氧管；根氧管；炉门吹氧机械手炉门吹氧机械手强化供氧及安全生产；强化供氧及安
8、全生产；炉壁氧燃枪炉壁氧燃枪(可加二次燃烧可加二次燃烧)辅助能量;EBT氧枪氧枪解决偏心炉的冷区及成分均匀解决偏心炉的冷区及成分均匀；炉壁氧气碳粉喷吹模块炉壁氧气碳粉喷吹模块可伸入式及固定式；可伸入式及固定式；炉壁及烟道的二次燃烧氧枪炉壁及烟道的二次燃烧氧枪利用余热、能量极限利用利用余热、能量极限利用电炉供氧示意图电炉供氧示意图北京科大电炉炼钢用氧专利技术内容电炉炉门多功能吹氧装置电炉炉壁氧燃助熔及二次燃烧氧枪电炉炉壁及EBT氧枪电炉炉顶氧枪电炉炉壁氧气及碳粉喷吹模块（集束氧枪）电炉泡沫渣技术电炉用氧诊断电炉用氧模块化控制技术在吹氧条件下，熔池中 各元素氧化1kg时所产生的理论热值 在电炉采用
9、多种供氧方式以后，如何做到炉内均衡供氧是非常重要的。目的：1、控制吨钢耗氧；2、提高金属收得率；3、解决除尘冷却装置及电极等氧化。控制方式：1、结合热平衡及物料平衡；2、结合原有炉次的供氧曲线；3、根据冶炼状况，分解不同供氧方式的供氧量；4、检测冶炼过程炉气成分的变化，调整供氧量。电炉用氧模块化控制技术4电炉炼钢的原料电炉炼钢的原料 传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺以冷废钢为主，传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺以冷废钢为主，配加配加1010左右的生铁块；左右的生铁块；现代电弧炉炼钢使用的其它原料还有：除冷生现代电弧炉炼钢使用的其它原料还有：除冷生铁外，直接还原铁（铁外，直接还原铁（DRIDRI，HBI
10、HBI）、热铁水、碳化）、热铁水、碳化铁等；铁等；电弧炉炼钢的原料构成对其工艺、装备、指标电弧炉炼钢的原料构成对其工艺、装备、指标等有决定性影响；等有决定性影响；不同原料结构下的生产过程是不可比的。或者不同原料结构下的生产过程是不可比的。或者说只有原料结构相当的情况下才是可比较的。说只有原料结构相当的情况下才是可比较的。废废钢钢 电炉炼钢是一种铁资源回收再利用过程，也是一种处理电炉炼钢是一种铁资源回收再利用过程，也是一种处理污染的环保技术污染的环保技术 。仅就电炉炼钢工序而言，废钢是基本原料，废钢原料需进仅就电炉炼钢工序而言，废钢是基本原料，废钢原料需进行鉴别、分类管理和打包、剪切等预处理。行
11、鉴别、分类管理和打包、剪切等预处理。当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残留元素，当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残留元素，主要是残留的主要是残留的NiNi，CrCr，MoMo等合金元素和等合金元素和CuCu，SnSn，BiBi，SdSd，PbPb等有害元素。它们在电炉炼钢过程中尚无有效方法去除，等有害元素。它们在电炉炼钢过程中尚无有效方法去除，残留在钢材中造成种种危害，并在废钢循环再利用过程中残留在钢材中造成种种危害，并在废钢循环再利用过程中不断积累。不断积累。目前采用的对策主要有：目前采用的对策主要有：加强废钢管理；加强废钢管理；在废钢预加在废钢预加工过程中挑选或分离；工过程中
12、挑选或分离；冶炼过程配加其他铁源，稀释残冶炼过程配加其他铁源，稀释残留元素的浓度。留元素的浓度。其它金属料其它金属料冷生铁：配碳、稀释残留元素、渣量增加冷生铁：配碳、稀释残留元素、渣量增加直接还原铁：粒状直接还原铁（直接还原铁：粒状直接还原铁（DRIDRI）和块状热）和块状热压块（压块（HBIHBI）铁水：配加铁水：配加1010的热铁水，带入的物理热约为的热铁水，带入的物理热约为25kwh/t-steel25kwh/t-steel，化学热约，化学热约25kwh/t-steel25kwh/t-steel，（而，（而氧耗氧耗6 67m7m3 3/t-steel/t-steel）碳化铁碳化铁(Fe(
13、Fe3 3C)C)：技术问题，不能大量生产：技术问题，不能大量生产5电炉冶炼工艺电炉冶炼工艺n 传统冶炼工艺传统冶炼工艺(三段工艺三段工艺)熔化期、氧化期、还原期熔化期、氧化期、还原期n 现代冶炼工艺现代冶炼工艺(二段工艺二段工艺)熔化期、氧化期、加炉外处理；熔化期、氧化期、加炉外处理；或称熔氧脱磷期、脱碳升温期或称熔氧脱磷期、脱碳升温期n操操作作步步骤骤：补补炉炉、装装料料（配配料料）、熔熔化化期期、氧氧化期、精炼化期、精炼(或还原期或还原期)、出钢、出钢5.1补补炉炉 电炉补炉工作量是很大的，补炉的重点是：电炉补炉工作量是很大的，补炉的重点是：渣线渣线(渣的浸蚀渣的浸蚀)；靠电极靠电极(最
14、容易跑钢的地方最容易跑钢的地方)；电弧的辐射；电弧的辐射；补炉用大铲或喷枪。补炉用大铲或喷枪。5.25.2装料装料(配料配料)对废钢的要求对废钢的要求 （1 1）不允许有有色金属。）不允许有有色金属。（2 2）不允许有封闭器皿、易爆炸物。）不允许有封闭器皿、易爆炸物。（3 3）入炉的钢铁料块度要合适，不能太大。）入炉的钢铁料块度要合适，不能太大。装料量要求装料量要求 二次进料：第二次进料：第1 1次，次，6060；第；第2 2次，次，4040；三次进料：第三次进料：第1 1次，次，4040；第；第2 2、3 3次，次，3030；四次进料：第四次进料：第1 1、2 2次，次，3030；第；第3
15、3、4 4次，次，2020。配碳的重要性配碳的重要性 重重要要性性：废废钢钢铁铁氧氧化化、氧氧化化期期去去气气(N(N、H)H)、去去夹杂；夹杂；最低配最低配C C计算：计算：配配C C量量%=0.50%(%=0.50%(熔熔化化期期损损失失)+0.2-0.3%()+0.2-0.3%(氧氧化需要化需要)+)+氧化终了碳含量。氧化终了碳含量。装料原则：装料原则：大、中、小料配合；大、中、小料配合；重料在下、轻料在上；重料在下、轻料在上；大块在中、轻料在边大块在中、轻料在边。5.3废钢熔化阶段操作废钢熔化阶段操作 熔熔化化期期是是电电炉炉工工艺艺中中能能源源消消耗耗的的大大头头，冶冶炼炼时时间间的
16、的50-80%50-80%，因因此此，电电炉炉的的节节能能降降耗耗主主要要在在熔熔化化期。期。废废钢钢熔熔化化过过程程：从从中中心心向向四四周周、从从热热区区向向冷冷区区、从下向上。从下向上。熔熔化化期期操操作作原原则则：合合理理供供电电、合合适适吹吹氧氧、提提前前造渣。造渣。吹氧方式：自耗式：可切割、可吹渣钢界面；吹氧方式：自耗式：可切割、可吹渣钢界面；水冷式：只能吹渣钢界面。水冷式：只能吹渣钢界面。优化的供电曲线优化的供电曲线5.4 5.4 电炉氧化期操作电炉氧化期操作 氧化期的任务：氧化期的任务：继续脱继续脱P P、脱、脱C C 去气去气(N(N、H)H)、去夹杂、去夹杂 钢液升温钢液升
17、温电炉熔氧期操作：电炉熔氧期操作：熔化废钢与氧化期脱碳结合，提前造渣脱磷。熔化废钢与氧化期脱碳结合，提前造渣脱磷。元素氧化方式元素氧化方式铁矿石氧化：铁矿石氧化：吸热、有利于脱磷、增加金属量吸热、有利于脱磷、增加金属量Fe2O3+3C=2Fe+3CO吹氧气氧化：吹氧气氧化：放热、对脱磷不利、但可部分脱硫，渣中放热、对脱磷不利、但可部分脱硫，渣中氧化铁增加。氧化铁增加。矿石加吹氧矿石加吹氧氧化期操作氧化期操作熔熔清清、取取样样分分析析(全全分分析析)、加加石石灰灰、吹吹氧氧化化渣渣、流渣脱流渣脱P P、加石灰、测温、加石灰、测温,视钢中含碳量吹氧脱碳；视钢中含碳量吹氧脱碳；看看P P：取取样样分
18、分析析、看看渣渣子子的的颜颜色色（黑黑亮亮P P高高、灰灰黑黑P P低低）、看渣子的泡沫化；看渣子的泡沫化；看看C C：取样分析、看火花、砂轮对比、副枪；：取样分析、看火花、砂轮对比、副枪；看温度：蓝白亮、浅蓝、深蓝、浅红、深红看温度：蓝白亮、浅蓝、深蓝、浅红、深红；取样全分析、测温，静沸腾等待出钢取样全分析、测温，静沸腾等待出钢；传统工艺：扒除氧化渣，为还原期造渣做准备。氧化期的造渣氧化期的造渣氧化期的造渣要根据脱磷及脱碳的要求、氧化期的造渣要根据脱磷及脱碳的要求、具有合适的炉渣成分及流动性具有合适的炉渣成分及流动性 渣中渣中FeOFeO含量一般控制在含量一般控制在10102020，碱，碱度
19、控制在度控制在2.5-3.02.5-3.0，总渣量在，总渣量在2 24 4。磷的控制磷的控制3 3个关键因素：炉渣氧化性、石灰含量、温度。个关键因素：炉渣氧化性、石灰含量、温度。Healy Healy经验式：经验式：lg(%P)/%P=22350/T-lg(%P)/%P=22350/T-16.0+0.08%(CaO)+2.5lg%(TFeO)16.0+0.08%(CaO)+2.5lg%(TFeO)常规工艺常规工艺%P0.030%P0.030以下以下脱磷的主要工艺：脱磷的主要工艺：强化吹氧提高初渣氧化性强化吹氧提高初渣氧化性 提前造高碱度渣提前造高碱度渣 流渣造新渣流渣造新渣 喷粉技术的应用喷粉
20、技术的应用氧化期喷粉脱磷氧化期喷粉脱磷碳的控制碳的控制作用：减少金属烧损、作用：减少金属烧损、降低熔池温度、促进降低熔池温度、促进钢渣反应、促进脱磷、钢渣反应、促进脱磷、促进泡沫渣形成、去促进泡沫渣形成、去气去夹杂。气去夹杂。温度控制温度控制T出钢出钢=t1+t过程过程t加热加热t浇铸浇铸t1液相线温度液相线温度t过程过程过程降温过程降温t加热加热钢包温度补偿钢包温度补偿t浇铸浇铸浇铸降温浇铸降温氧化终点特别情况处理氧化终点特别情况处理（1 1）碳碳高高磷磷低低，温温度度低低，吹吹氧氧；温温度度高高，低低功功率率操作；操作；（2 2）碳高）碳高磷磷高，先脱高，先脱P P后脱后脱C(C(可加部分
21、矿石可加部分矿石)；（3 3）碳碳低低磷磷高高，温温度度合合适适，造造FeOFeO渣渣；温温度度高高(加加矿石矿石)，停电；，停电；(4)(4)低低磷磷低低温温，性性碳碳低低，加加大大电电功功率率,造造泡泡沫沫渣渣；碳高，吹氧，一般功率。碳高，吹氧，一般功率。5.5冶炼过程造泡沫渣冶炼过程造泡沫渣泡沫渣是指在不增大渣量的情况下，使炉渣呈泡沫渣是指在不增大渣量的情况下，使炉渣呈很厚的泡沫状很厚的泡沫状泡沫渣的作用泡沫渣的作用1.1.采用长弧泡沫渣操作可以增加电炉输入功率，采用长弧泡沫渣操作可以增加电炉输入功率，提高功率因数及热效率；提高功率因数及热效率；2.2.降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间；
22、降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间；3.3.减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失；减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失；4.4.泡沫渣有利于炉内化学反应，特别有利于脱泡沫渣有利于炉内化学反应，特别有利于脱P P、C C及去气（及去气（N N、H H）泡沫渣对电能输入的影响泡沫渣对电能输入的影响对炉渣泡沫渣高度的影响对炉渣泡沫渣高度的影响泡沫渣新工艺泡沫渣新工艺1、设备要求、设备要求性能稳定及易操作的喷粉设备性能稳定及易操作的喷粉设备 碳粉喷吹量、粒度及喷粉速度控制碳粉喷吹量、粒度及喷粉速度控制稳定干燥的喷吹气源及定期的设备检查稳定干燥的喷吹气源及定期的设备检查泡沫渣技术泡沫渣技术2、造泡沫渣的新
23、思路、造泡沫渣的新思路-解决喷吹区域解决喷吹区域炉门区及炉后区域同时喷碳，全熔池区域泡沫炉门区及炉后区域同时喷碳，全熔池区域泡沫化及全程泡沫渣冶炼。化及全程泡沫渣冶炼。3、热装铁水后的泡沫渣、热装铁水后的泡沫渣有丰富的碳源，喷碳任务减轻，但喷碳粉有丰富的碳源，喷碳任务减轻，但喷碳粉在冶炼前期及后期作用是很大的。在冶炼前期及后期作用是很大的。铁水热装的终渣铁水热装的终渣FeO高达高达30。5.6电炉还原期电炉还原期还原期是转炉炼钢没有的。还原期是转炉炼钢没有的。还原期的主要任务是：还原期的主要任务是：1 1 去除钢液中的氧去除钢液中的氧 2 2 去除钢液中的硫去除钢液中的硫 3 3 调整钢液的温
24、度，成份到规定成分；调整钢液的温度，成份到规定成分；4 4 合金化合金化 这这四四点点是是相相互互联联系系及及同同时时进进行行的的。脱脱O O与与脱脱S S的的关关系系，合合金金化化与与脱脱O O、S S，脱脱O O、S S时时加加入入的合金的合金MnMn，就是成品需要的合金。，就是成品需要的合金。进入还原或采用炉外精炼的条件是无渣出钢。进入还原或采用炉外精炼的条件是无渣出钢。无渣出钢无渣出钢残余氧化渣的危害：残余氧化渣的危害：降低脱硫脱氧能力；降低脱硫脱氧能力；降低合金收得率；降低钢包搅拌强度；降低合金收得率；降低钢包搅拌强度；降低包衬寿命。降低包衬寿命。偏心炉底出钢彻底解决了这一问题。传统
25、偏心炉底出钢彻底解决了这一问题。传统电炉需扒渣。电炉需扒渣。传统出钢虹吸出钢传统出钢虹吸出钢还原期操作还原期操作 扒除氧化渣后加石灰和莹石扒除氧化渣后加石灰和莹石 化渣、加碳粉造白渣或电石渣化渣、加碳粉造白渣或电石渣 还原还原5-105-10分钟推渣，取样全分析、测温分钟推渣，取样全分析、测温 补加渣料加补加渣料加C C粉粉 成份温度合格、加合金测温度、看脱氧、出钢。成份温度合格、加合金测温度、看脱氧、出钢。还原白渣及电石渣还原白渣及电石渣白白渣渣：是是用用C C粉粉和和SiSi粉粉还还原原的的炉炉渣渣，冷冷却却后后呈呈白白色，过一会儿会粉化；色，过一会儿会粉化；电电石石渣渣：过过量量的的C
26、C粉粉（或或加加CaCCaC2 2），在在渣渣中中有有大大量存在，冷却后呈灰色；量存在，冷却后呈灰色；白白渣渣与与电电石石渣渣的的比比较较：电电石石渣渣的的脱脱氧氧、脱脱S S能能力力强强（在在S S、O O高高时时，采采用用）电电石石渣渣增增C C。增增Si Si 电电石石渣渣和和钢钢液液性性湿湿润润性性较较好好，钢钢水水，中中易易产产生夹杂，所以，不能电石渣出钢，生夹杂，所以，不能电石渣出钢，如何破电石渣：如何破电石渣：加渣料加渣料炉盖留一条线炉盖留一条线 6近年主要电炉炼钢新工艺近年主要电炉炼钢新工艺竖式电炉竖式电炉双壳电炉双壳电炉consteel电炉电炉铁水热装及强化供氧铁水热装及强化
27、供氧竖炉电弧炉竖炉电弧炉 竖炉电弧炉是竖炉电弧炉是Fuchs System Fuchs System 在在19921992年推年推出的。它有一个废钢预热系统，竖炉电弧炉出的。它有一个废钢预热系统，竖炉电弧炉可以是单竖炉或双竖炉，也可以是直流的或可以是单竖炉或双竖炉，也可以是直流的或交流的。交流的。它它用用废废气气（10001000以以上上）的的潜潜热热和和化化学学热热，加加上上在在竖竖炉炉底底部部的的氧氧燃燃烧烧嘴嘴预预热热装装在在水水冷冷竖竖炉炉内内的的废废钢钢料料柱柱。与与普普通通的的炉炉子子比比较较，其其氧氧燃燃烧烧嘴嘴的的热热效效更更高高。竖竖炉炉里里至至少少可可装装全全炉炉废废钢钢的
28、的40%40%，剩下的废钢在开始熔化前直接加入炉内。剩下的废钢在开始熔化前直接加入炉内。双壳电弧炉双壳电弧炉双壳炉内有两个炉壳，共用一套电源。双壳炉内有两个炉壳，共用一套电源。双双壳壳炉炉的的技技术术特特点点是是将将废废钢钢预预热热和和节节省省非非通通电电时时间间相相结结合合：当当一一个个炉炉壳壳内内在在熔熔化化炉炉料料时时，另另一一炉炉壳壳就就加加入入第第一一篮篮炉炉料料。当当第第一一个个炉炉壳壳要要出出钢钢时时电电极极就就转转向向另另一一个个炉炉壳壳，开开始始送送电电。这这样样停停电电时时间间可可缩缩短短610分分钟钟，生生产产率率大大大提高。大提高。有有些些设设计计中中，当当一一个个炉炉
29、壳壳在在熔熔炼炼时时将将排排出出的的热热废废气气通通入入第二个炉壳，以预热废钢。第二个炉壳，以预热废钢。预预热热炉炉料料的的优优点点是是缩缩短短给给电电时时间间和和节节电电，日日本本NipponSteel估计预热估计预热25分钟可节电分钟可节电35KWh/t。Consteel电炉电炉 废废钢钢原原料料预预热热和和加加料料过过程程的的连连续续化化，显显然然对电弧炉炼钢过程是非常有利的：对电弧炉炼钢过程是非常有利的：n电弧非常平稳，闪烁、谐波和噪音很低电弧非常平稳，闪烁、谐波和噪音很低n过程连续进行，非通电操作时间减至最少过程连续进行，非通电操作时间减至最少n不必周期性加料，热损失和排放大大减少不
30、必周期性加料，热损失和排放大大减少n便于稳定控制生产过程和产品质量便于稳定控制生产过程和产品质量冶金学院冶金学院 朱朱 荣荣炉外精炼1炉外精炼的产生炉外精炼的产生半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；提高生产率的需要；提高生产率的需要；提高钢质量的需要；提高钢质量的需要；满足不同钢种的特殊要求。满足不同钢种的特殊要求。炉外精炼发展历程炉外精炼发展历程2020世纪世纪30304040年代，合成渣洗、真空模铸年代，合成渣洗、真空模铸5050年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法了钢包提升脱气法(DH)(DH
31、)及循环脱气法及循环脱气法(RH)(RH)60607070年代，高质量钢种的要求，产生了各种年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法精炼方法80809090年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接求及炼钢炉与连铸的衔接2121世纪，更高节奏及超级钢的生产。世纪，更高节奏及超级钢的生产。炉外精炼的内容炉外精炼的内容脱氧、脱硫脱氧、脱硫去气、去除夹杂去气、去除夹杂调整钢液成分及温度调整钢液成分及温度2炉外精炼的手段炉外精炼的手段渣洗渣洗 最简单的精炼手段；最简单的精炼手段；真空真空 目前应用的高质量钢的精炼手段；目前应用的高质量钢的精炼手段；搅拌
32、搅拌 最基本的精炼手段；最基本的精炼手段；喷吹喷吹 将反应剂直接加入熔体的手段；将反应剂直接加入熔体的手段；调温调温 加热是调节温度的一项常用手段。加热是调节温度的一项常用手段。合成渣洗合成渣洗根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣；的合成炉渣；通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；不能去除钢中气体；不能去除钢中气体；必须将原炉渣去除；必须将原炉渣去除；同炉渣洗、异炉渣洗。同炉渣洗、异炉渣洗。真空处理真空处理脱气的主要方法脱气的主要方
33、法 提高真空度可将钢中提高真空度可将钢中C C、H H、O O降低；降低；日本真空技术，真空度到日本真空技术，真空度到1 torr1 torr；C10ppm,H1ppm,O5ppmC10ppm,H1ppm,O5ppm中国真空技术，真空度到中国真空技术，真空度到3 torr3 torr；C20ppm,H2ppmC20ppm,H2ppm，O15ppmO15ppm。新开发了脱硫功能：新开发了脱硫功能：KTBKTB 代表性装置：代表性装置：RHRH、VDVD、VODVOD。喷吹技术喷吹技术喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物形态；夹杂物形态；单一气体喷吹单
34、一气体喷吹 VOD VOD；混合气体喷吹混合气体喷吹 AOD AOD；粉气流的喷吹粉气流的喷吹 TN TN；固体物加入固体物加入 喂线。喂线。升温工艺升温工艺提高生产率的需要；提高生产率的需要；升温装置：升温装置：LF LF加热加热 CAS CAS化学加热。化学加热。3主要的精炼工艺主要的精炼工艺LF(LadleFurnaceprocess)；AOD(Argon-oxygendecaburizitionprocess);VOD(Vacuumoxygendecreaseprocess);RH(RuhrstahlHeraeusprocess);CAS-OB(Compositionadjustmen
35、tsbysealedargon-oxygenblowingprocess)；喂线喂线(Insertthread)；钢包吹氩搅拌钢包吹氩搅拌(Ladleargonstirring)；喷粉喷粉(powderinjection)。3.1 LF3.1 LF炉炉最常用的精炼方法最常用的精炼方法取代电炉还原期取代电炉还原期解决了转炉冶炼优钢问题解决了转炉冶炼优钢问题具有加热及搅拌功能具有加热及搅拌功能脱氧、脱硫、合金化脱氧、脱硫、合金化LF炉精炼原理1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口l精精炼炼功功能能强强，适适宜宜生生产产超超低硫、超低氧钢；低
36、硫、超低氧钢；l具具备备电电弧弧加加热热功功能能，热热效效率率高高，升升温温幅幅度度大大，温温度度控制精度高；控制精度高；l 具具备备搅搅拌拌和和合合金金化化功功能能，易易于于实实现现窄窄成成分分控控制制，提提高产品的稳定性；高产品的稳定性；l 采采用用渣渣钢钢精精炼炼工工艺艺，精精炼成本较低；炼成本较低；l设备简单，投资较少。设备简单，投资较少。工艺优点工艺优点常规常规 LF LF炉工艺操作炉工艺操作电炉电炉EBTEBT出钢，出钢过程加合金、加渣料出钢，出钢过程加合金、加渣料(石灰、石灰、萤石等萤石等2%)2%)，底吹氩、通电升温、化渣，底吹氩、通电升温、化渣，1010分分钟取样分析，加渣料
37、钟取样分析，加渣料(1(1)，测温取样，加合，测温取样，加合金看脱氧，准备出钢。金看脱氧，准备出钢。一般一般30305050分钟，电耗分钟，电耗505080kwh/t80kwh/t；现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。3.2 AOD 3.2 AOD 炉炉目的：目的：主要是冶炼高质量的不锈钢主要是冶炼高质量的不锈钢(C20ppm,S,P50ppm)(C20ppm,S,P50ppm)使用更廉价的原料使用更廉价的原料(采用高碳铬代低碳铬采用高碳铬代低碳铬)；使用情况：使用情况：60607070的不锈钢产量；的不锈钢产量；我国太钢有国内第一台我国太钢有国内第一台AOD;AO
38、D;不锈钢的冶炼方法不锈钢的冶炼方法 电炉；电炉或转炉电炉；电炉或转炉AODAOD；电炉或转炉；电炉或转炉VOD.VOD.AODAOD工艺过程工艺过程炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍铁铁吹炼过程温度及氩氧比的控制吹炼过程温度及氩氧比的控制分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比:O O2 2：Ar=4:1(3:1)Ar=4:1(3:1)，C C下降为下降为0.2%0.2%、T T16801680；O O2 2：Ar=2:1Ar=2:1，C C下降为下降为0.1%0.1%、T T17001700；O O2 2：Ar=1:
39、2Ar=1:2，C C下降为下降为0.02%0.02%、T T17301730；O O2 2：Ar=1:3Ar=1:3，C C下降为下降为0.01%0.01%、T T17501750；3.3 VD/VOD3.3 VD/VOD炉炉VD VD 的功能仅是真空加搅拌，的功能仅是真空加搅拌，VOD VOD 是是Vacuum and stir and injection oxygenVacuum and stir and injection oxygen；VDVD主要应用于轴承钢脱氧；主要应用于轴承钢脱氧；VOD VOD 主要用于不锈钢冶炼；主要用于不锈钢冶炼；VD工艺工艺轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿
40、命。轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢中中OO控制在控制在10ppm10ppm为好。为好。最好水平最好水平O O 3 35ppm5ppm。国内。国内10ppm10ppm左右。左右。控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。GCr15GCr15是最常用轴承钢：是最常用轴承钢：%C%C：0.95-1.05%Mn:0.9-1.20 0.95-1.05%Mn:0.9-1.20%Si:0.40-0.65%Si:0.40-0.65%Cr:1.30-1.65 S,P0.020%Cr:1.30-1.65
41、S,P0.020以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例冶炼工艺：冶炼工艺：UHPUHPLF+VDLF+VD（或（或RHRH）+CC+CC：LFLF出钢后，扒渣（倒渣）出钢后，扒渣（倒渣）2/32/3，渣层厚度应保，渣层厚度应保持持404070mm70mm，扒渣时间，扒渣时间3min3min。扒扒渣渣完完毕毕LFLF钢钢包包入入VDVD处处理理工工位位，接接通通氩氩气气，调调节节流流量量505080NL/min80NL/min，同同时时测测温温、取取样样，加加入硅石入硅石2 kg/mm2 kg/mm，调整炉渣碱度，调整炉渣碱度R=1.2R=1.21.51.5。测温、取样后测温、取样后VDVD加盖密封，
42、抽真空。加盖密封，抽真空。真真空空泵泵启启动动期期间间，调调整整氩氩气气流流量量保保持持30 30 40NL/min40NL/min。VD工艺工艺以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例真真空空保保持持时时间间：真真空空启启动动后后，工工作作压压力力达达到到67 67 PaPa时，保持时间时，保持时间15min15min。真真空空保保持持期期间间调调整整氩氩气气流流量量 70NL/min70NL/min左左右右，并并通通过过观观察察孔孔观观察察钢钢水水沸沸腾腾情情况况，及及时时调调整整，保保持持均匀沸腾。均匀沸腾。终终脱脱氧氧后后解解除除真真空空、开开盖盖、测测温温，软软吹吹151525min25mi
43、n，氩氩气气流流量量 70-100NL/min70-100NL/min左左右右，控控制制渣渣面面微动为宜。微动为宜。软软吹吹结结束束后后，测测温温、取取样样，加加保保温温剂剂出出钢钢，出出钢钢温度温度1530153015401540。以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例VD工艺VOD VOD 工艺工艺初炼炉将碳控制在初炼炉将碳控制在0.20.20.50.5，P0.03%P0.03%以下；以下；钢液温度为钢液温度为16301630；初炼炉除渣后，将初炼炉除渣后，将VODVOD钢包吊入真空室，接底吹氩，开始钢包吊入真空室，接底吹氩，开始抽真空，此时温度抽真空，此时温度1550-1580;1550-15
44、80;当真空度达到当真空度达到131320kpa20kpa时，开始吹氧脱碳；时，开始吹氧脱碳；碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；当碳合格时，停止吹氧，加大真空到当碳合格时，停止吹氧，加大真空到100Pa100Pa以下，并加大以下，并加大搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到1670167017501750；加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空浇铸。加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空浇铸。以冶炼超低碳不锈钢为例以冶炼超低碳不锈钢为例3.4 RH3.4 RH真空精炼真空精炼 Ruhrstahl Ruhrs
45、tahl 公司和公司和HeraeusHeraeus公司公司19571957年开发的。年开发的。也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。理。主要冶炼高质量产品，如轴承钢、主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LFLF钢、硅钢、钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。不锈钢、齿轮钢等。国内国内RHRH设备主要依靠进口。设备主要依靠进口。RHRH工艺特点工艺特点反反应应速速度度快快，表表观观脱脱碳碳速速度度常常数数k kC C可可达达到到3.5min3.5min-1-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。反反应应效效率率高
46、高，钢钢水水直直接接在在真真空空室室内内进进行行反反应应，可可生生产产H0.510H0.510-6-6，N2510N2510-6-6，C1010C1010-6-6的的超超纯纯净钢。净钢。可可进进行行吹吹氧氧脱脱碳碳和和二二次次燃燃烧烧进进行行热热补补偿偿，减减少少处处理理温降；温降；可进行喷粉脱硫，生产可进行喷粉脱硫，生产S510S510-6-6的超低硫钢。的超低硫钢。RHRH工艺参数工艺参数处理容量：大炉子比小炉子好处理容量：大炉子比小炉子好(50t(50t以上以上)；处理时间：钢包在真空位的停留时间处理时间：钢包在真空位的停留时间；Tc/Vt TcTc/Vt Tc允许温降，允许温降，Vt
47、Vt平均温降平均温降/min/min；循环因数：循环因数：C C(t/min).t(min)/Q(t/min).t(min)/Q(ton)(ton)循环流量、循环流量、t t脱气时间、脱气时间、Q Q处理容量处理容量循环流量循环流量：主要由上升管与驱动气体流量决定；：主要由上升管与驱动气体流量决定；真空度：真空度：6060100pa100pa；抽气能力。抽气能力。RHRH真空工艺过程真空工艺过程出钢后，钢包测温取样；出钢后，钢包测温取样；下降真空室，插入深度为下降真空室，插入深度为150-150-200mm200mm；起动真空泵，一根插入管输入起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；驱动气体；当真
48、空室的压力降到当真空室的压力降到262610kpa10kpa后，循环加剧；后，循环加剧；钢水上升速度为钢水上升速度为5m/s5m/s、下降速、下降速度为度为1 12m/s2m/s；气泡在钢液中将气体及夹杂带气泡在钢液中将气体及夹杂带出。出。RHRH的发展的发展-OB(OxygenBlowing)，真空室下部吹氧，真空室下部吹氧-KTB(KawasakiTopBlowing)日本川崎，顶日本川崎，顶吹氧吹氧-PB(PowderBlowing)，真空室下部喷粉脱，真空室下部喷粉脱P、S。工艺优点：工艺优点：钢液升温和精确控制钢水温度钢液升温和精确控制钢水温度 促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度促进夹杂
49、物上浮，提高钢水纯净度 精确控制钢液成分，实现窄成分控制精确控制钢液成分，实现窄成分控制 均匀钢水成分和温度均匀钢水成分和温度 与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理 冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。3.5 CAS3.5 CAS、CASCASOBOB精炼工艺精炼工艺CASCASOBOB的冶炼效果的冶炼效果加热；升温速度加热；升温速度5 56/min6/min；钢液成分：吹氧前后变化不大；钢液成分：吹氧前后变化不大；钢水洁净度：钢水洁净度：OO基本不变，可降低基本不变，可降低NN含量。含量。CAS工艺的操作过程CAS-OB工艺的操作过
50、程3.6喷粉工艺喷粉工艺效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的技术；可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性；技术；可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性；工艺参数：工艺参数：喷枪插入深度；喷枪插入深度；h=H(h=H(钢液深钢液深)-hc()-hc(喷入深喷入深)；喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压；喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压；喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力；喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力；供料速度：设备能力及钢液化学反应速度；供料速度：设备能力及钢液化学反应速度；载气能力与粉气比。载气能力与粉气比。4典型精炼设备的功能典型精炼设备的功能冶金效