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1、 第二节第二节 炼钢工艺和炉外精炼炼钢工艺和炉外精炼炼炼 钢钢 方方 法法1最早出现的炼钢方法是最早出现的炼钢方法是17401740年出现的坩年出现的坩埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨和埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法几乎无杂质元素的氧化反响。几乎无杂质元素的氧化反响。炼钢的开展历程炼钢的开展历程炼炼 钢钢 方方 法法218561856年英国人亨利年英国人亨利贝塞麦创造了酸性贝塞麦创造了酸性空气底吹转炉炼钢法，也称为贝塞麦法，空气底吹转炉炼钢法，也称为贝塞麦
2、法，第一次解决了用铁水直接冶炼钢水的难第一次解决了用铁水直接冶炼钢水的难题，从而使炼钢的质量得到提高，但此题，从而使炼钢的质量得到提高，但此法要求铁水的硅含量大于法要求铁水的硅含量大于0.8%0.8%，而且不，而且不能脱硫。目前已淘汰。能脱硫。目前已淘汰。炼炼 钢钢 方方 法法318651865年德国人马丁利用蓄热室原理创造年德国人马丁利用蓄热室原理创造了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢法，即马丁炉法。法，即马丁炉法。18801880年出现了第一座年出现了第一座碱性平炉。由于其成本低、炉容大，钢碱性平炉。由于其成本低、炉容大，钢水质量优于转炉，同时原料的适应性
3、强，水质量优于转炉，同时原料的适应性强，平炉炼钢法仍一时成为的主要的炼钢法。平炉炼钢法仍一时成为的主要的炼钢法。炼炼 钢钢 方方 法法418781878年英国人托马斯创造了碱性炉衬的年英国人托马斯创造了碱性炉衬的底吹转炉炼钢法，即托马斯法。他是在底吹转炉炼钢法，即托马斯法。他是在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解决吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解决了高磷铁水的脱磷问题。当时，对西欧了高磷铁水的脱磷问题。当时，对西欧的一些国家特别适用，因为西欧的矿石的一些国家特别适用，因为西欧的矿石普遍磷含量高。但托马斯法的缺点是炉普遍磷含量高。但托马斯法的缺点是炉子寿命低，钢水中氮的含量高。子寿命低，钢水中氮的
4、含量高。炼炼 钢钢 方方 法法518991899年年出出现现了了完完全全依依靠靠废废钢钢为为原原料料的的电电弧弧炉炉炼炼钢钢法法EAFEAF，解解决决了了充充分分利利用用废废钢钢炼炼钢钢的的问问题题，此此炼炼钢钢法法自自问问世世以以来来，一一直直在在不不断断开开展展，是是当当前前主主要要的的炼炼钢钢法法之之一一，由由电电炉炉冶冶炼炼的的钢钢目目前前占占世世界界总总的的钢的产量的钢的产量的30-40%30-40%。炼炼 钢钢 方方 法法6瑞典人罗伯特瑞典人罗伯特杜勒首先进行了氧气顶杜勒首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。19521952年奥地利的林茨城
5、年奥地利的林茨城LinzLinz和多纳和多纳维兹城维兹城DonawitzDonawitz先后建成了先后建成了3030吨的吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也称为法也称为LDLD法。法。称为称为BOFBOF法法Basic Basic Oxygen FurnaceOxygen Furnace或或BOPBOP法。法。LD/BOF/BOP炼炼 钢钢 方方 法法719651965年加拿大液化气公司研制成双层管氧气年加拿大液化气公司研制成双层管氧气喷嘴，喷嘴，19671967年西德马克西米利安钢铁公司引年西德马克西米利安钢铁公司引进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢法
6、，进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢法，即即OBMOBM法法Oxygen Bottom MaxhuetteOxygen Bottom Maxhuette。19711971年年 钢铁公司引进钢铁公司引进OBMOBM法，法，19721972年建设年建设了了3 3座座200200吨底吹转炉，命名为吨底吹转炉，命名为Q-BOP Q-BOP Quiet BOPQuiet BOP。炼炼 钢钢 方方 法法8在顶吹氧气转炉炼钢开展的同时，在顶吹氧气转炉炼钢开展的同时，1978-1978-19791979年成功开发了转炉顶底复合吹炼工艺，年成功开发了转炉顶底复合吹炼工艺，即从转炉上方供给氧气顶吹氧，从转即从转炉
7、上方供给氧气顶吹氧，从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的质量，降低了消耗和吨钢成本，更适钢的质量，降低了消耗和吨钢成本，更适合供给连铸优质钢水。合供给连铸优质钢水。炼炼 钢钢 方方 法法9我我 国国 首首 先先 在在1972-19731972-1973年年 在在沈沈阳阳第第一一炼炼钢钢厂厂成成功功开开发发了了全全氧氧侧侧吹吹转转炉炉炼炼钢钢工工艺艺。并并在在唐唐钢钢等等企业推广应用。企业推广应用。总之，炼钢技术经过总之，炼钢技术经过200200多年多年的开展，技术水平、自动化程度的开展，技术水平、自动化程度得到了很大的提高，得到了很大的提高，2121
8、世纪炼钢世纪炼钢技术会面临更大的挑战，相信会技术会面临更大的挑战，相信会有不断的新技术涌现。有不断的新技术涌现。主要炼钢工艺：平炉 转炉 电炉 平炉平炉 Open Hearth碱性平炉炼钢：以液态生铁或废钢为原料；利用炉气碱性平炉炼钢：以液态生铁或废钢为原料；利用炉气和矿石供氧；以气体或液体燃料供热。和矿石供氧；以气体或液体燃料供热。氧气顶吹转炉 Basic Oxygen Furnace电弧炉 Electric-arc Furnace2.1 氧气顶吹转炉炼钢工艺：氧气顶吹转炉炼钢工艺：2.1.1 设备炉体与倾动机构吹氧设备废气处理设备供料设备吹氧压力吹氧压力氧枪的位置 2.1.2 氧气顶吹转炉
9、炼钢工艺：装料 铁水、废钢下降氧枪加造渣料 吹炼 前期 温度低于温度低于1400-1500，Si,Mn,Fe,C开始氧化。中期 温度高于温度高于1500，碳氧化速度高。碳氧化速度高。后期 超过超过1600，碳氧化速度比中期低。碳氧化速度比中期低。测温、取样化验 脱氧出钢与合金化 溅渣护炉氧枪位置确实定 开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣，开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣，多去磷，保护炉衬；多去磷，保护炉衬；在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不“返干，返干，不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则；不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则
10、；在吹炼末期要降枪，主要目的是熔池钢水成分和温在吹炼末期要降枪，主要目的是熔池钢水成分和温度均匀，加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点，度均匀，加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点，同时使降低渣中同时使降低渣中FeFe含量，减少铁损，到达溅渣的要求。含量，减少铁损，到达溅渣的要求。吹炼一炉钢过程中金属、炉渣成分的变化吹炼一炉钢过程中金属、炉渣成分的变化因素因素时期时期熔池温度熔池温度%S SFeO 炉渣碱度炉渣碱度降碳速度降碳速度顶吹转炉吹炼各期的特点顶吹转炉吹炼各期的特点 较低较低 较高较高高高 较高较高 较低较低高高低低 较高较高高高低于中期低于中期 高于初期高于初期 低于中期低于中期 前
11、期前期中期中期 后期后期思考：分析顶吹转炉吹炼各期思考：分析顶吹转炉吹炼各期脱P、S的特的特点？点？磷的变化规律磷的变化规律前期不利于脱磷的因素是炉渣碱度比较低，前期不利于脱磷的因素是炉渣碱度比较低，因此，为及早形成碱度较高的炉渣，是前期脱因此，为及早形成碱度较高的炉渣，是前期脱磷的关键。磷的关键。中期不利于脱磷的因素是中期不利于脱磷的因素是FeOFeO较低，较低，因此，如何控制渣中因此，如何控制渣中FeOFeO达达10%-20%10%-20%，防，防止炉渣止炉渣“返干是中期脱磷的关键。返干是中期脱磷的关键。后期不利于脱磷的热力学因素是熔池温度高。后期不利于脱磷的热力学因素是熔池温度高。硫的变
12、化规律硫的变化规律吹炼前期，由于温度和碱度较低，吹炼前期，由于温度和碱度较低，FeOFeO较高，较高，渣的流动性差，因此脱硫能力较低，脱硫速度很渣的流动性差，因此脱硫能力较低，脱硫速度很慢；慢；吹炼中期，熔池温度逐渐升高，吹炼中期，熔池温度逐渐升高，FeOFeO比前期比前期有所降低，碱度因大量石灰熔化而增大，熔池乳有所降低，碱度因大量石灰熔化而增大，熔池乳化比较好，是脱硫的最好时期；化比较好，是脱硫的最好时期；吹炼后期，熔池温度已升至出钢温度，吹炼后期，熔池温度已升至出钢温度，FeOFeO上升，比中期高，碱度高熔池搅拌不如中期，因上升，比中期高，碱度高熔池搅拌不如中期，因此，脱硫速度低于或稍低
13、于中期此，脱硫速度低于或稍低于中期。LD/BOF/BOPOBM/Q-BOPLD-Q-BOP2.2 电炉炼钢及其开展电炉炼钢及其开展 电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。的统称。按电能转换热能方式的差异，电炉可按电能转换热能方式的差异，电炉可分为：分为：电渣重熔炉电渣重熔炉利用电阻热；利用电阻热；感应熔炼炉感应熔炼炉利用电磁感应；利用电磁感应；电电 子子 束束 炉炉依靠电子碰撞；依靠电子碰撞；等等 离离 子子 炉炉利用等离子弧；利用等离子弧；电电 弧弧 炉炉利用高温电弧，不包括加热炉、利用高温电弧，不包括加热炉、热处理炉等。热处理炉等。2.2.1 前言
14、前言钢的品种结构钢的品种结构实现实现“全方位竞争全方位竞争 电炉钢不但在传统的特殊钢和高合金钢领域电炉钢不但在传统的特殊钢和高合金钢领域继续保持其相对优势，而且继续保持其相对优势，而且正在普钢领域表现出正在普钢领域表现出强劲的竞争态势强劲的竞争态势。在产品结构上，电炉钢几乎覆盖了整个长材在产品结构上，电炉钢几乎覆盖了整个长材生产领域，诸如圆钢、钢筋、线材、小型钢、无生产领域，诸如圆钢、钢筋、线材、小型钢、无缝管，甚至局部中型钢材等。并且正在与转炉钢缝管，甚至局部中型钢材等。并且正在与转炉钢争夺板材热轧板市场。争夺板材热轧板市场。总之，电炉的开展使得平炉完成它的使命，并总之，电炉的开展使得平炉完
15、成它的使命，并与转炉形成竞争，此格局将在较长时期内存在。与转炉形成竞争，此格局将在较长时期内存在。电炉生产流程电炉生产流程 当今钢铁工业所采用的炼钢流程，经当今钢铁工业所采用的炼钢流程，经150年来年来的开展竞争，目前基本形成了两类流程：的开展竞争，目前基本形成了两类流程：以铁矿石、煤炭为源头的以铁矿石、煤炭为源头的“高炉高炉转炉炼钢流程；转炉炼钢流程；以废钢、电力为源头的以废钢、电力为源头的“废钢废钢电炉炼钢流程。电炉炼钢流程。废钢废钢电炉炼钢流程，电炉炼钢流程，具有流程短，设备布具有流程短，设备布置、工艺衔接紧凑，投入产出快，故称其为置、工艺衔接紧凑，投入产出快，故称其为“短流短流程程。“
16、短流程的特征：该流程必须是高效、节能，短流程的特征：该流程必须是高效、节能，是世界上流行的是世界上流行的“三位一体或者三位一体或者“四个一。也四个一。也正是由于这种高效、节能的短流程才赋予给电炉炼正是由于这种高效、节能的短流程才赋予给电炉炼钢强大的生命力。钢强大的生命力。“短流程的优越性：短流程的优越性：投资省投资省1/31/2：每吨钢的投资长流程为：每吨钢的投资长流程为10001500美元美元/t，短流程为，短流程为500800美美元元/t；建设周期短建设周期短1/2：长流程为：长流程为24年，短流年，短流程为程为12年；年；生产能耗低生产能耗低1/2；操作成本低操作成本低1/4；“短流程的
17、优越性：短流程的优越性：劳动生产率高劳动生产率高13倍：长流程为倍：长流程为500900t/a.p，短流程为，短流程为10003000 t/a.p；占地面积小占地面积小1/23/5；环境污染少：环境污染少：可减少冶金渣可减少冶金渣40%、减少废弃物、减少废弃物97%、减少废气减少废气86%、减轻水污染、减轻水污染76%，在人类在人类生存环境日益恶化的今天，使用废钢炼钢生存环境日益恶化的今天，使用废钢炼钢意义深远。意义深远。JJ表表1-8 流程物质、能源及环境负荷情况比较流程物质、能源及环境负荷情况比较吨钢消吨钢消耗耗主要物质消耗主要物质消耗/kg/kg能源消耗能源消耗/GJ/GJ环境负荷环境负
18、荷/有害气体有害气体/CO/CO2 2/kg/kg长流程长流程铁矿铁矿石石1500150019.30019.3001369.3/1343.71369.3/1343.7短流程短流程废钢废钢1122112210.47510.475155.6/152.5155.6/152.5后语后语 综上分析可见，充足的废钢资源与环综上分析可见，充足的废钢资源与环保意识的加强，以及能源与流程的优势，有保意识的加强，以及能源与流程的优势，有利于钢铁工业的可持续开展，使得以废钢为利于钢铁工业的可持续开展，使得以废钢为主要原料的电炉炼钢前途光明。主要原料的电炉炼钢前途光明。近年电炉短流程的开展及电炉钢产量近年电炉短流程的
19、开展及电炉钢产量的高速增长，也正是由于电炉短流程的经济的高速增长，也正是由于电炉短流程的经济效益与环境优势。效益与环境优势。之一废钢暂时短缺，北科大黄务涤指出：印度、之一废钢暂时短缺，北科大黄务涤指出：印度、韩国废钢存储量远不如中国，他们采取局部进口韩国废钢存储量远不如中国，他们采取局部进口弥补缺乏，以开展电炉，即废钢缺乏不是理由；弥补缺乏，以开展电炉，即废钢缺乏不是理由；之二是中国电价高的不合理，宝钢周渝生指出：之二是中国电价高的不合理，宝钢周渝生指出：电炉用电价格合电炉用电价格合0.25元元/kWh，韩国从中国内地运煤韩国从中国内地运煤去发电，电炉用电价格却比我们低，这才是问题去发电，电炉
20、用电价格却比我们低，这才是问题的症结所在。还有不少国家对电炉用电出于环保的症结所在。还有不少国家对电炉用电出于环保原因，还有优惠政策等。原因，还有优惠政策等。之三废钢铁价格高，国家税收政策有待改进，之三废钢铁价格高，国家税收政策有待改进，如大力开发国外资源，废钢铁进口实现零税制。如大力开发国外资源，废钢铁进口实现零税制。我国电炉钢成本高的原因：我国电炉钢成本高的原因：2.2 2.2 电炉炼钢设备电炉炼钢设备电弧炉主要包括机械结构和电气设备两局部主要包括机械结构和电气设备两局部电炉大小与分类电炉大小与分类电炉的机械结构电炉的机械结构电炉排烟与除尘电炉排烟与除尘电炉的电气设备电炉的电气设备电炉电气
21、特性与供电制度电炉电气特性与供电制度2.2.1 2.2.1 电炉的大小电炉的大小 电炉的大小可以用其熔池的额定容钢量来表电炉的大小可以用其熔池的额定容钢量来表示常称为额定容量、公称容量或标准容量，也常示常称为额定容量、公称容量或标准容量，也常用炉壳直径表示。电炉的公称容量用炉壳直径表示。电炉的公称容量/炉壳直径一炉壳直径一般在般在1.6t/1.8m350t/9.0m范围。范围。随着电炉超高功率化、大型化的开展，炉随着电炉超高功率化、大型化的开展，炉子大与小的区分界限也在改变，通常把子大与小的区分界限也在改变，通常把40t4.6m以下的电炉看作小炉子，把以下的电炉看作小炉子，把50t5.2m以上
22、以上的电炉看作大炉子。的电炉看作大炉子。电炉生产技术经济指标大幅度提高电炉生产技术经济指标大幅度提高 我国不少钢厂在冶炼周期、电耗及电炉利我国不少钢厂在冶炼周期、电耗及电炉利用系数等方面已进入国际先进，甚至国际领用系数等方面已进入国际先进，甚至国际领先行列，先行列，50%以上的以上的大型超高功率电炉的大型超高功率电炉的生生产率超过产率超过6000吨吨/t.a，有的甚至超过，有的甚至超过8000吨吨/t.a。大多数电炉的冶炼周期、电耗及电极消耗大多数电炉的冶炼周期、电耗及电极消耗均突破均突破642，即冶炼周期，即冶炼周期60min，电耗，电耗400kWh/t，电极消耗，电极消耗2kg/t的水平；
23、或看见的水平；或看见531的高水平。的高水平。2.2.2 电炉的机械结构电炉的机械结构 主要由四局部组成：主要由四局部组成：炉炉 体体 装装 置；置；炉子倾动机构；炉子倾动机构；电极升降机构；电极升降机构；炉盖升转机构。炉盖升转机构。水冷炉壁与水冷炉盖的形式水冷炉壁与水冷炉盖的形式 大型电炉高功率电炉要采用水冷炉壁与水冷大型电炉高功率电炉要采用水冷炉壁与水冷炉盖，其形式有板式、管式及喷淋式等，但比较炉盖，其形式有板式、管式及喷淋式等，但比较普遍的是管式。普遍的是管式。水冷炉壁的材质主要为钢质的，也有将水冷水冷炉壁的材质主要为钢质的，也有将水冷炉壁下面靠近渣线附近水冷块换成铜质的，以增炉壁下面靠
24、近渣线附近水冷块换成铜质的，以增加冷却强度。整个水冷炉壁由加冷却强度。整个水冷炉壁由 6 12个水冷构个水冷构件组成，布置在距渣线件组成，布置在距渣线350mm 以上的炉壁上，以上的炉壁上，占炉壁面积的占炉壁面积的80%以上，见图以上，见图2-4。采用水冷炉。采用水冷炉壁后炉容积扩大，增加了废钢一次装入量，提高壁后炉容积扩大，增加了废钢一次装入量，提高炉衬寿命。炉衬寿命。水冷炉盖的材质均为钢质的。整个炉盖可由水冷炉盖的材质均为钢质的。整个炉盖可由一个或一个或5 6个水冷构件组成，个水冷构件组成，2.2.3 排烟与除尘排烟与除尘排烟方法：排烟方法：目前，世界范围电炉采用的排烟方法有：目前，世界范
25、围电炉采用的排烟方法有：炉顶开孔排烟法第四孔或第二孔、车间屋炉顶开孔排烟法第四孔或第二孔、车间屋顶大罩法、电炉封闭罩法，以及它们之间的结顶大罩法、电炉封闭罩法，以及它们之间的结合法等，电炉排烟除尘方法见图合法等，电炉排烟除尘方法见图2-8。宝山钢铁公司宝山钢铁公司150t双壳电炉则采取三级排双壳电炉则采取三级排烟，即炉顶第二孔排烟为单电极直流电炉烟，即炉顶第二孔排烟为单电极直流电炉电炉封闭罩车间屋顶大罩，使之成为电炉封闭罩车间屋顶大罩，使之成为“无无烟车间，并采用炉顶第二孔排出的高温废气烟车间，并采用炉顶第二孔排出的高温废气进行废钢预热。四孔排烟与封闭罩结合法见进行废钢预热。四孔排烟与封闭罩结
26、合法见图图2-8 电炉排烟除尘方法电炉排烟除尘方法1除尘方法与特点除尘方法与特点 大多数电炉的除尘均采用布袋除尘法。它大多数电炉的除尘均采用布袋除尘法。它是用多孔编织物制成的过滤布袋，有玻璃纤维的，是用多孔编织物制成的过滤布袋，有玻璃纤维的，工作温度工作温度260，但寿命低为，但寿命低为12年；大多数用年；大多数用聚脂纤维，即涤纶的，工作温度低聚脂纤维，即涤纶的，工作温度低135，但涤，但涤纶耐化学腐蚀性能好、耐磨，其寿命高为纶耐化学腐蚀性能好、耐磨，其寿命高为35年。年。近年也有一些新材料的出现。其特点是：近年也有一些新材料的出现。其特点是：价格廉价、设备简单、运行可靠、操作容易价格廉价、设
27、备简单、运行可靠、操作容易以及便于增容；以及便于增容；布袋工作温度低和除尘系统占空间较大。布袋工作温度低和除尘系统占空间较大。2布袋除尘器结构与工作原理布袋除尘器结构与工作原理 假设干条数米长的布袋布置在除尘室中，假设干条数米长的布袋布置在除尘室中，当烟尘经冷却后当烟尘经冷却后135进入除尘室中，经进入除尘室中，经布袋过滤后的净气离开除尘室进入排气筒烟布袋过滤后的净气离开除尘室进入排气筒烟囱排空；囱排空；当布袋中灰尘外壁或内壁聚积至一定当布袋中灰尘外壁或内壁聚积至一定厚度时，对气流的阻力加大，布袋的内外压差厚度时，对气流的阻力加大，布袋的内外压差增大，将触发一个信号，启动空气反吹或振打增大，将
28、触发一个信号，启动空气反吹或振打装置，使灰尘由布袋外壁或内壁下落，进装置，使灰尘由布袋外壁或内壁下落，进入到布袋除尘器下部的灰仓中，再经铰笼运送入到布袋除尘器下部的灰仓中，再经铰笼运送至储灰室，灰尘定期进行清理。至储灰室，灰尘定期进行清理。电弧电弧 电炉是利用电弧产生的高温其温度高达电炉是利用电弧产生的高温其温度高达30008000进行熔炼金属的。进行熔炼金属的。电弧是气体放电导电现象的一种形态。电弧是气体放电导电现象的一种形态。气体放电的形式：按气体放电时产生的光辉亮气体放电的形式：按气体放电时产生的光辉亮度不同可分为：无声放电度不同可分为：无声放电弱，辉光放电弱，辉光放电明亮，明亮，电弧放
29、电电弧放电炫目三种炫目三种。电弧产生过程：按直流讨论交流的瞬间。从电电弧产生过程：按直流讨论交流的瞬间。从电炉操作的外表现象看，合闸后，首先使电极与钢铁炉操作的外表现象看，合闸后，首先使电极与钢铁料做瞬间接触，而后拉开一定距离，电弧便开始燃料做瞬间接触，而后拉开一定距离，电弧便开始燃烧烧起弧。起弧。电弧产生过程：电弧产生过程：实质上，当两极接触时，产生非常大的短路电实质上，当两极接触时，产生非常大的短路电流，在接触处，由于焦耳热而产生赤热点，于是在流，在接触处，由于焦耳热而产生赤热点，于是在阴极将有电子逸出。阴极将有电子逸出。当两极拉开一定距离后形成气隙，极间就当两极拉开一定距离后形成气隙，极
30、间就是一个电场。是一个电场。在电场作用下，电子向阳极加速运动，在运动在电场作用下，电子向阳极加速运动，在运动过程中与气体分子、原子碰撞，使气体发生电离。过程中与气体分子、原子碰撞，使气体发生电离。这些电子与新产生的离子、电子在电场中做定向加这些电子与新产生的离子、电子在电场中做定向加速运动的过程，又使另外的气体电离。速运动的过程，又使另外的气体电离。这样电极间隙中的带电质点数目会突然增加，这样电极间隙中的带电质点数目会突然增加，并快速向两极移动，气体导电形成电弧。并快速向两极移动，气体导电形成电弧。电流方向由阳极向阴极。电流方向由阳极向阴极。由此可见，电弧产生过程大致分四步：由此可见，电弧产生
31、过程大致分四步：短路热电子放出；短路热电子放出；两极分开形成气隙；两极分开形成气隙；电子加速运动气体电离；电子加速运动气体电离；带电质点定向运动，气体导电，形成电弧。带电质点定向运动，气体导电，形成电弧。这一过程是在一瞬间完成的，电极与钢料交这一过程是在一瞬间完成的，电极与钢料交换极性，电流方向以换极性，电流方向以50次次s改变方向。改变方向。2.3 电炉炼钢原材料电炉炼钢原材料2.3.1 金属材料金属材料2.3.2 辅助材料辅助材料电炉炼钢原材料电炉炼钢原材料：分为金属材料：分为金属材料和辅助材料两大类。和辅助材料两大类。2.3.1 金属材料金属材料 ：包括废钢铁料、废钢代用：包括废钢铁料、
32、废钢代用品以及铁合金等。品以及铁合金等。2.3.2 辅助材料辅助材料 1氧化剂氧化剂 氧气、铁矿石及氧化铁皮等。氧气作为主要氧气、铁矿石及氧化铁皮等。氧气作为主要的氧源，铁矿石已被氧气所取代，氧化铁皮脱磷的氧源，铁矿石已被氧气所取代，氧化铁皮脱磷效果好。效果好。2造渣剂造渣剂 石石 灰灰CaO是主要的造渣剂，用来提高炉渣是主要的造渣剂，用来提高炉渣的碱度，石灰在造渣剂中的用量最大、效果最好；的碱度，石灰在造渣剂中的用量最大、效果最好；萤萤 石石 CaF2用于化渣，降低氧化钙的熔点、用于化渣，降低氧化钙的熔点、改善炉渣的流动性；改善炉渣的流动性；火砖块火砖块 Al2O 3+SiO2，是浇铸系统用
33、的废旧，是浇铸系统用的废旧耐火砖，用于改善炉渣的流动性。耐火砖，用于改善炉渣的流动性。3增碳剂增碳剂 焦炭粉、石墨电极块及生铁等。焦炭粉、石墨电极块及生铁等。焦炭粉焦炭粉 是主要的、也是最普通的增碳剂；是主要的、也是最普通的增碳剂；石墨电极块石墨电极块 增碳效果最好，但价格贵；增碳效果最好，但价格贵；生铁生铁 配料时常用来配碳，精炼期增碳要求用优配料时常用来配碳，精炼期增碳要求用优质生铁；国内钢厂也曾使用过煤来代替生铁增碳，质生铁；国内钢厂也曾使用过煤来代替生铁增碳，以补充生铁的缺乏。以补充生铁的缺乏。2.4 电炉电炉传统冶炼工艺传统冶炼工艺 其操作过程分为六个阶段：其操作过程分为六个阶段：补
34、炉；补炉；装料装料；熔化；熔化；氧化；氧化；复原；复原；出钢。出钢。1补炉方法补炉方法补炉方法分为人工投补和机械喷补，根据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选用材料的混合方式不同，又分为干补和湿补两种。种。目前，在大型电炉上多采用机械喷补，机目前，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。械喷补补炉速度快、效果好。补炉的原则是：高温、快补、薄补。补炉的原则是：高温、快补、薄补。2补炉材料补炉材料 机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者机械喷补材料主要用镁砂
35、、白云石或两者的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。2.4.1 2.4.1 补炉补炉2.4.2 2.4.2 装料装料快装、紧密、布料合理 2.4.3 2.4.3 熔化期熔化期装料完毕即可通电熔化。装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程如下图，基本可分为四个阶段炉料熔化过程如下图，基本可分为四个阶段期，即点弧、穿井、主熔化电极上升及熔清。期，即点弧、穿井、主熔化电极上升及熔清。及时吹氧与元素氧化及时吹氧与元素氧化 吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固体料发红化。当固体料发红900开始吹开始吹氧最为适宜，吹氧过早浪费氧气，过迟氧
36、最为适宜，吹氧过早浪费氧气，过迟延长熔化时间。延长熔化时间。一般情况下，熔化期钢中的一般情况下，熔化期钢中的Si氧化氧化50%70%，氧化，氧化30%50%，这与，这与渣的碱度和氧化性等有关；而在吹氧时渣的碱度和氧化性等有关；而在吹氧时氧化氧化10%30%、Fe氧化氧化2%3%。提前造渣提前造渣 用用2%3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、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，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，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。并可减少热损失，
37、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，由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度，可脱除一局部磷；当磷高时，可采取自动流渣、换可脱除一局部磷；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。新渣操作，脱磷效果更好，这样为氧化期创造条件。为什么？脱磷反响与脱磷条件为什么？脱磷反响与脱磷条件略略4.2.4 氧化期氧化期 氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除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。钢中的磷、气体和夹杂物。当废钢料完全熔化，并到达氧化温度，磷脱当废钢料完全熔化，并到达氧化温度，磷脱除除7080%以上进入氧化期。为保证
38、冶金反响的以上进入氧化期。为保证冶金反响的进行，氧化开始温度高于钢液熔点进行，氧化开始温度高于钢液熔点5080。1氧化期的主要任务氧化期的主要任务 继续脱磷到要求继续脱磷到要求脱磷；脱磷；脱碳至规格下限脱碳至规格下限脱碳；脱碳；去除气、去夹杂去除气、去夹杂二去；二去；提提 高高 钢钢 液液 温度温度升温。升温。2氧化期操作氧化期操作 1造渣与脱磷造渣与脱磷 传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷，由脱传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷，由脱磷反响式可以看出：在氧化前期低温，造好磷反响式可以看出：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，并及时高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣，并及时流渣
39、、换新渣，实现快速脱磷是可行的。流渣、换新渣，实现快速脱磷是可行的。2P5FeO4CaO4CaOP2O55Fe H0 2氧化与脱碳氧化与脱碳 近些年，强化用氧实践说明：除非钢中磷含近些年，强化用氧实践说明：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，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。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，然而降脱碳是电炉炼钢重要任务之一，然而脱碳反响的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反响的作脱碳反响的作用不仅仅是为了
40、降碳，脱碳反响的作用？用？2氧化与脱碳氧化与脱碳 近些年，强化用氧实践说明：除非钢中磷含近些年，强化用氧实践说明：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，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。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，然而降脱碳是电炉炼钢重要任务之一，然而脱碳反响的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反响的作脱碳反响的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反响的作用？用？脱碳反响与脱碳条件：脱碳反响与脱碳条件：CO=CO,HCO0.24
41、kcal=22kJ0 分析：该反响是在钢中进行，是放热反响。分析：该反响是在钢中进行，是放热反响。高氧化性，加强供氧，使高氧化性，加强供氧，使O实际实际 平衡平衡。高温，加速高温，加速-间的扩散由于脱碳反响是间的扩散由于脱碳反响是“弱放热反响，弱放热反响，温度影响不大热力学温度，但从动力学角度，温度升高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，加速改善动力学条件，加速-间的扩散，故高温有利脱碳的进间的扩散，故高温有利脱碳的进行。行。降低降低PCO，如充惰性气体，如充惰性气体AOD，抽气与真空处理，抽气与真空处理VD、VOD等均有利于脱碳反响。等均有利于脱碳反响。3气体与夹
42、杂物的去除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？段，怎么进行的？去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。它是借助碳行的。它是借助碳-氧反响、一氧化碳气泡的上浮，氧反响、一氧化碳气泡的上浮，使熔池产生剧烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、使熔池产生剧烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度。均匀成分与温度。去气、去夹杂的机理？去气、去夹杂的机理？3气体与夹杂物的去除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？段，怎么
43、进行的？去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。它是借助碳行的。它是借助碳-氧反响、一氧化碳气泡的上浮，氧反响、一氧化碳气泡的上浮，使熔池产生剧烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、使熔池产生剧烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度。均匀成分与温度。去气、去夹杂的机理？去气、去夹杂的机理？去气、去夹杂的机理：去气、去夹杂的机理：-反响生成反响生成CO使熔池沸腾；使熔池沸腾；CO气泡对气泡对N2、H2 等来说，等来说，PN2、PH2 分压为零，分压为零，N2、H2极极易并到易并到CO气泡中，长大排除；气泡中，长大排除；-反响，易使反响，易使2FeOSiO2
44、、2FeOAl2O3及及2FeOTiO2等等氧化物夹杂聚合长大而上浮；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。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响速度，保证熔池有一定为此，一定要控制好脱碳反响速度，保证熔池有一定的剧烈沸腾时间。的剧烈沸腾时间。4氧化期的温度控制氧化期的温度控制 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需要，并优先去磷。在氧化前期应适当控制升温速度，待磷到达要求后再放手提温。速度，待磷到达要求后再放手提温。一般要求氧化末期的温度略高于出钢温度一般要求氧化末期
45、的温度略高于出钢温度2030，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的钢液降温。钢液降温。当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化渣、造稀薄渣进入复原期。化渣、造稀薄渣进入复原期。金属料固金属料固/液体升温曲线液体升温曲线4.2.5 复原期复原期 传统电炉冶炼工艺中，复原期的存在显示了电炉炼传统电炉冶炼工艺中，复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异是将复原期钢的特点。而现代电炉冶炼工艺的主要差异是将复原期移至炉外进行。移至炉外进行。1复原期的主要任务复原期的主要任务脱脱 氧氧 至至 要要 求求脱氧；脱氧
46、；脱硫至一定值脱硫至一定值脱硫；脱硫；调调 整整 成成 分分合金化；合金化；调调 整整 温温 度度调温。调温。其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。1脱氧方法脱氧方法 有沉淀脱氧、扩散脱氧及综合脱氧法。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、复原前用沉淀脱氧脱氧法，即氧化末、复原前用沉淀脱氧预脱氧，复原期用预脱氧，复原期用扩散脱氧，出钢前用沉淀脱氧扩散脱氧，出钢前用沉淀脱氧终脱氧。终脱氧。其中沉淀脱氧反响式：其中沉淀脱氧反响式：xM块块 yO
47、MxOy 沉淀脱氧是将块状脱氧剂参加钢液中，直接进行钢液脱氧。沉淀脱氧是将块状脱氧剂参加钢液中，直接进行钢液脱氧。常用的脱氧剂有：常用的脱氧剂有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、V和复合脱氧剂和复合脱氧剂Mn-Si、Ca-Si等，脱氧能力依次增加。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。当上浮时间短时。扩散脱氧反响式：扩散脱氧反响式：xM粉粉+yFeOMxOy+yFe FeO FeO扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，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
48、中氧。钢中氧再向渣中扩散，间接脱出钢中氧。粉状脱氧剂有：粉状脱氧剂有：C、Fe-Si、Ca-Si、CaC、Al粉等。粉等。与沉淀脱氧法比较，扩散脱氧法的特点：反响在渣与沉淀脱氧法比较，扩散脱氧法的特点：反响在渣中进行，产物不进入钢中，钢质好；脱氧速度慢，中进行，产物不进入钢中，钢质好；脱氧速度慢，时间长。此法常用在电炉复原期稀薄渣形成后。时间长。此法常用在电炉复原期稀薄渣形成后。2脱硫反响及脱硫条件脱硫反响及脱硫条件 FeS+CaO=CaS+FeO，H0 分析：该反响是在渣分析：该反响是在渣-钢界面上进行的，为一吸热反响。钢界面上进行的，为一吸热反响。高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；高碱度
49、，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；强复原气分或低氧化性，造复原性渣，减少渣中的氧强复原气分或低氧化性，造复原性渣，减少渣中的氧化铁；化铁；高温，同时高温改善渣的流动性；高温，同时高温改善渣的流动性；大渣量适当大，充分搅拌增加渣大渣量适当大，充分搅拌增加渣-钢接触。钢接触。由于电炉复原期或精炼炉精炼期的复原气分强烈，由于电炉复原期或精炼炉精炼期的复原气分强烈，FeO0.5%1.0%，对脱硫特别有利，对脱硫特别有利。转炉和电炉的炉渣成分和性质转炉和电炉的炉渣成分和性质类别类别化学成分化学成分转炉中组成转炉中组成%电炉中组成电炉中组成%冶金反响特点冶金反响特点酸性氧化渣酸性氧化渣CaO+FeO+MnOC
50、aO+FeO+MnOSiOSiO2 2P P2 2O O5 5505050501 14 450505050 C,Si,MnC,Si,Mn氧化缓慢氧化缓慢不能脱不能脱P P、脱脱S S；钢水中钢水中 OO较低较低 碱性氧化渣碱性氧化渣CaO/SiOCaO/SiO2 2CaOCaOFeOFeOMnOMnOMgOMgO3.03.04.54.5353555557 730302 28 82 212122.52.53.53.540-5040-5010-2510-255-105-105-105-10 C,Si,MnC,Si,Mn迅速氧化迅速氧化能较好脱能较好脱P P；能脱去能脱去50%50%的的S S；钢水