1、1,原料 (Resources) 和 电炉 (Electric Arc Furnace),2,Steel Making Plant EAF Dep.,. 电炉炼钢的概要,在电炉中， 电能按照电极 炉渣(slag) 熔钢 Slag 电极的顺序传送，在这里，利用发生的 Arc列，熔化 Scrap和 合金铁等炼钢装入原料。 Arc列的温度大约在 2,5003,000 ， 加上高电压时，绝缘的空气 被电离，Arc列发生。 就电炉的开发公司而言，最早， H.Davy 利用碳 Arc 的原理来发热， 1878年 W.Siemens 利用电炉炼钢。 实际上，最早成功使用 Arc来电气炼钢的是 法国的 Pou
2、l Louis Hearoult炉在 1899年 Crouzot的 Schneider公司 La Porz 工厂试运转成功。在1906年， 美国 Holeomt 钢铁公司 成功将Hearoult炉工业化。 1927年时，电炉炼钢占钢铁总产量的 1%。在1980年代, 随着水冷面板（Panel）的开发，大电流化，最优电流控制装置等发展，生产扩大化， 电炉钢的比例激增到 1418%。 下面将继续介绍电炉的优点和今后的发展方向。,3,Steel Making Plant EAF Dep.,熔钢温度调整简单. 热效率高. 原料使用限制小 合金可以直接投入，收得率高. 建设费用和场地需要较少. 电炉的种
3、类,电炉炼钢的特点与种类,4,Steel Making Plant EAF Dep.,电炉的炉体由炉底(Heath)，炉盖(Roof)，炉壁(Wall)构成， 附属设备由 电炉用变压器, 电极及升降机，炉体移送装置，Roof 升降机，主，辅原料投入装置，隔音装置 (Enclosure) 构成。 炉壁炉体由 水冷装置 (WCP : Water Cooling Panel)和 耐火材料构成， 按照高温时变形和过热区 （Hot Spot）的融损防止，构筑而成的。炉底炉底就是 警戒线 (Slag Line) 的下部，也就是炉的底部用来存放熔钢的部分。 炉盖炉盖主要上部用铁板焊接而成，中下部用 Hi-A
4、l质的耐火材料 构造而成， 此外其他部分都是由 WCP组成的。,电炉设备组成,5,Steel Making Plant EAF Dep.,电炉用变压器电炉用变压器是， 一般的电流变压器和 其他内置大容量的 reactors 并用的， 在炉内大电流通过时， 对外部的输电线没有大电流的冲击。作业时，使用的熔化电压是 350800V，这样可以使用大的作业电流。 液压装置电炉用液压装置在炉体移送，电极升降， 炉盖升降和 回转等处使用。,电炉设备组成,6,Steel Making Plant EAF Dep.,电炉Lay Out,7,Steel Making Plant EAF Dep.,电炉Lay O
5、ut,8,Steel Making Plant EAF Dep.,原料装入根据后工程所需要的成分， STS Scrap, Ch-Cr, Fe-Ni 等原料分第1次和 第2次， Basket按 60:40的比例往电炉装入。 1次熔化第1次按照 80% 的熔化投入。 2次熔化2次 Basket 装入后， 熔化时，为了熔化辅助， 熔钢搅拌 和 脱C, 脱Si ， 氧气 吹入（Blowing）实施。氧气 Blowing 量计算法：O2 Blowing 量 = 装入 Si量 (kg) 0.8N/,电炉操业,9,Steel Making Plant EAF Dep.,辅助原料投入CaO是为了 Slag 制
6、造和炉壁的保护 ，而从Basket或 Hopper 投入的造渣原料。Fe-Si是在熔化末期， 出钢之前， 从高位料仓按照1.5/T 来投入。它是 为了还原在熔化过程中被氧化的贵重金属而投入的辅助原料。（另，CInjection从O2Lance喷入Slag中也可达到还原在熔化过程中被氧化的贵重金属的作用）Dolimite是在出钢作业时为防止Slag Over Floaming而投入在钢包中的辅助原料 出钢出钢时， 为了回收Slag 中 Cr2O3，采用With Slagging法。,电炉操业,10,Steel Making Plant EAF Dep.,. 原料装入和电炉作业,作业概要在 不锈钢
7、炼钢作业中，电炉熔化作业是 三相交流能源按照 电极 Scrap 熔钢 电极 的顺序传送， 同时也利用了金属元素的氧化热，将主辅原料熔化的工程。电炉中使用的主原料是 Stainless Steel Scrap, 一般 Scrap，Ch-Cr， Fe-Ni 和 回收的地金 等， 辅助原料是 CaO， CaF2，Dolomite 等原料。原料的装入和 电炉的作业 流程（Flow）如下所示，,11,Steel Making Plant EAF Dep.,原料装入和电炉作业 Flow,12,Steel Making Plant EAF Dep.,概要根据钢种的生产目标，为了将计算好的 Scrap 和 合
8、金铁向电炉装入，必须按照原料的顺序，由 Scrap Basket装入。一般情况下， 原料适入按2次 Basket作业， 只有在非常作业的情况下按3次 Basket作业。2次 Basket作业时，1、2次作业分别 按照 60:40的原料比装入。装入作业时， 在将Basket放置的移送车 (Transfer Car) 上，并通过Crane装入至EAF炉体内。 装入时 注意事项 装入中， 为了防止Basket Volume 上升， 在原料的在库量和状态掌握后，装入。 绝缘体 如Fe-Ni，木材，Plate 包装，地金， Mo-Oxide等原料 最大限度在 Basket的下部装入。,原料装入,13,S
9、teel Making Plant EAF Dep.,重量原料，Crop，热轧Coil， Side Trimming等， 为了防止电极的损坏， 在Basket的下 部装入。 Ch-Cr在炉内不易熔化， 而从 Slag Door 出钢口流出， 考虑到这个情况，必须适当的装 入。 作业时，较长的 Scrap 原料(STS 国内, 进口, 回收)，对 Transfer Car 运送车的 Cable有 撞断的可能性，因而，在作业的时候 必须注意。 为了防止P、Mo、Cu等成分超标的可能发生，测量出钢成分后，装入作业。,原料装入,14,Steel Making Plant EAF Dep.,装入原料成分
10、管理 C 成分 C的成分按照出钢要求的成分计算，同时， 利用收得率来计算C。 即, 根据后工程 (电炉, 精炼炉) 的差异和熔钢量 ， 调整装入C 。确保T-T Time 缩短和作业的灵 活性 。 C 装入的成分，300系和 400系很多差异，300系一般来说，在 2.32.7%的范围内。 Si 成分Si 成分由于原料成分，精确作业不能确保。即，装入含Si的原料中很多 ，由于 Si 联系到很多原料， 装入的 Si 偏差就难免了.Si 的成分， 根据大部分 Ch-Cr含有的状态， Si 较低时大量的 Ch-Cr使用， 装入 Si 的成分得到调整。那么， 原料入库时， Ch-Cr的 Si 含有状态
11、必须掌握， 当入库Ch-Cr Si 没有达到满意值时，相对较高， 使用电气钢板 Scrap或Fe-Ni (SLN) 等原料来调整。装入 Si 成分范围 在 0.901.30%维持，对电炉 Slag 制造和 熔化有利。,原料装入,15,Steel Making Plant EAF Dep.,Cr 成分Cr 成分是 不锈钢的主要成分， 在原料工程中最大限度的调节对作业有利。装入成分和成品成分约有1%的差别，采用大于成品成分装入。因为 在AOD，熔钢投入合金铁和 一般 Coolant ， Cr 成份自然达到要求。 考虑到这样，要比成品成分高1%投入。另外， Cr未熔化的原因很多，为了使得电炉的未熔化
12、不发生，必须选定Basket 适当的装入位置。如果未熔化发生，引起成份的偏差连续发生，那么比较分析装入成分和出钢成分，把握原料的状态，可以实现要求成分。 Ni 成分Ni装入的成分需要比成品的成分要低大约34%。 这里有很多复杂的原因，在AOD中Ni 原料的精炼 比在EAF中，Ni 收得率 提高， 同时也有对冷却材投入和 Ni 原料的调节的作用。即，成品的成分8% 中，原料工程中， 5%加入，剩下的3%在 AOD 工程 投入完成。,原料装入,16,Steel Making Plant EAF Dep.,P 成分P 的成分是 原料工程中必须注意控制的成分。P 成分在后工程时， 脱P 不可能， 由于
13、这样情况，那么 从入库就要确保不含P成分的原料。成分异常时， P 上升原因， 从什么原料诱发， 什么原料应该减少使用等方面分析， 使得后续 Charge的 P 成分最大限度的降低.一般， P 的管理范围在 0.035%以下， 特殊钢种 在0.02%以下，在这样的情况下，通过降低STS Scrap比 来实现对P 成分的Control。 Mo 成分一般是特殊钢含有Mo 成分，通常 在2.02.5%， 因为含量很小，需要正确的Basket投入， 在后工程(AOD)时，也需要再次投入。Mo 出钢成分较高时， 在AOD，可以采用稀释作业，相反的情况， AOD中，因为过多的投入， 温度下降 ， 为了达到适
14、当的温度，作业者必须引起重视。,原料装入,17,Steel Making Plant EAF Dep.,Cu 成分对添加Cu的钢而言，尽管和 Mo 添加钢的作业几乎相同，但是 根据装入的计算式，称量好的成分在 Ladle中的投入点不同。空 Ladle中先投入 Cu 后，电炉出钢， Cu 添加的熔钢制作成功。没有氧气吹入的搅拌， 出钢时， 只利用Ladle的搅拌，实现成分扩散， 达成成份的均一化。Cu的 熔钢成分，大部分钢种在 3.2% 以下。,原料装入,18,Steel Making Plant EAF Dep.,装入量的计算 目 的在不锈钢的生产过程中，为了调整钢中的成分，电炉装入的主原料成
15、分和收得率必须正确的计算，同时电炉的装入量按照钢种装入，钢种也就可以按计划生产。因此， 供给的原料按照成分彻底的区分， 同时计算时，必须毫无误差。 不同原料的收得率,原料装入,19,Steel Making Plant EAF Dep.,装入量计算公式 总 装入量 = 熔钢要求量 电炉收得率 总熔钢量 = 总 装入量 电炉收得率 装入目标 成分,原料装入,20,Steel Making Plant EAF Dep.,计算方法 (参照 Loading Schedule 表 ),原料装入,21,Steel Making Plant EAF Dep.,原料装入,22,Steel Making Pla
16、nt EAF Dep.,原料装入,23,Steel Making Plant EAF Dep.,电炉炼钢理论,24,Steel Making Plant EAF Dep.,AC Arc的基础知识 Arc的定义 指在有阴极和阳极的电回路里加一定水准以上的电压时，阴极的电子热电化后向阳极移动的过程中与气体（空气）分子冲突而形成的电离气体叫电弧，而且通过Arc转换为热能（以对流、辐射、电子冲突、Flare形态，其最高温度3000-6000度）后熔化Scrap及铁合金。,电炉炼钢理论,25,Steel Making Plant EAF Dep.,从阴极Spot放出的热电子在阴极棒下部加速热化，之后被P
17、lasma Arc电压加速后与气体分子反复激烈冲突的过程中向阳极移动Arc柱的Pinch力吸收周围的Gas继续扩大直径,热电子流向,Arc Plasma(Plasma jet),Arc flare,电流 方向,电弧柱的Profile6000C Line,阳极底部,阴极棒底部,Arc柱,电炉炼钢理论,26,Steel Making Plant EAF Dep.,电弧的形态Long ArcShort Arc 作为电弧形态的表现通常使用Long Arc或Short Arc的用词，但表现没有定量的根据如果电弧是个纯阻抗体，其发热量是用电弧电压Va,电弧电流Ia来表示的话Va*Ia。 宏观的说法是Va是
18、电弧长度的系数，Ia是电弧粗度的系数所以定性的讲， Long Arc是高电压低电流，即长细的电弧 Short Arc是低电压大电流，即短粗的电弧。长细的电弧：电弧长度加大的时电压是反复与气体分子的冲突过程中延伸长度，所以需要高的电压。短粗的电弧；随着电流的增加电弧柱子变粗是因为电弧单位长度吸热增加，而且加粗电弧柱子与周围的气体增加热交换，维持热平衡这样的电弧是为了对应吸热或放热维持平衡，而大量变化电弧柱子的形象来持续。AC电弧相对DC电弧本质上稳定性下降，特别是在LongArc上容易断。,电炉炼钢理论,27,Steel Making Plant EAF Dep.,电炉炼钢的熔解过程 A、点火期
19、 为了防止Roof的损伤采用抵挡位。(short arc) B、初始形孔期(Hole形成期) 为了防止Arc对Roof及炉壁的伤害，而使用中间程度的电力使装入的Scrap形成Hole，而这个 时期叫初始形孔期，但是如果其原料体积低，原料间密度相差大，就随着原料的熔化有可能 发生电极的折损，所以加大初始形成孔径 。 C、主熔解期 Hot Spot 部位由CaO和 Scrap保护炉壁，而且是在炉膛里正形成钢水时期，缩短熔化时间所 以采用高档位 D、熔落期 Cold Spot部位有未熔解Scrap，但是Hot Spot部位及没有CaO 和Scrap，因此Arc对炉壁有伤 害，所以适当降低电力投入 E
20、、升热期 为了最少化Arc热放散，防止Hot Spot部耐火物的损伤, 缩短升热时间实施高效率电力的Short Arc作业,电炉炼钢理论,28,Steel Making Plant EAF Dep.,电炉炼钢的通电Pattern,电炉炼钢理论,29,Steel Making Plant EAF Dep.,电炉 通电 Pattern的时间分配,7,11,16,5,3,8,3,5,4,12,7,总62,时间 3,9,7,11,16,7,11,3,电炉炼钢理论,30,Steel Making Plant EAF Dep.,电炉 通电 Pattern的选择说明 .正常作业时，一开始不用高档位是因为：
21、保护炉盖.刚开始料松，起弧不稳定.节约能源 .Remelting作业时，2次加料,1次加STS未知成分的scrap, 1次熔清后取样（4个）测NI. Remelting作业前一炉配NI时7.50.3%. .cleaning作业升温tap要比正常高，因为需要熔清炉内，四周的地金 .新炉第炉tap要慢慢升，起到烘炉作用升温结束时tap低一点，时间长一点，可以让耐材烧结好,电炉炼钢理论,31,Steel Making Plant EAF Dep.,氧气 吹入量的计算 原料 装入 标准 氧气 吹入量计算 C 氧化时，所需要的氧气的量 (92.55T 0.023) (86.997T 0.018) = 5
22、62.7kg 562.7kg 0.6 = 337.6kg-C (40%的自然氧化率) 337.6kg 0.932N/kg = 314.6N-O2,电炉炼钢理论,32,Steel Making Plant EAF Dep.,Si 氧化时所需要的氧气的量 (92.55T 0.011) (86.997T 0.0015) = 888kg 888kg 0.4 = 355.2kg-Si (考虑到60%的自然氧化) 355.2kg 0.797N/kg = 283.1N-O2 根据Mn, Cr的氧化， 额外投入20%的氧气量 来保证) (314.6N + 283.1N) 0.2 = 597.7N 0.2 =
23、119.5N 总的氧气投入量 597.2N 1.2 = 717N 氧气 吹炼时间 717.2N 60N/min = 11.95min,电炉炼钢理论,33,Steel Making Plant EAF Dep.,还原用 C-Injection量 和 Fe-Si量 计算 计算式C-Injection量= (Cr 氧化量 0.31 0.7 1.07) (品位 (95%) 收得率 (25%) 0.31 = Cr2O3 中 氧含量 (48/154 = 0.3157) 0.7 = 用气体来换算氧气的量 (22.4/32 = 0.71) 1.07 = C和 氧气的反应比 (12/11.2 = 1.07) 氧
24、化量的计算Cr 氧化量 = (装入量 Cr 装入成分) (出钢量 Cr 出钢成分) = (92,556kg 0.192) (87,000kg 0.196) = 17,769 17,052 = 717kg Cr2O3 Cr2O3有 717kg时， C-Injection的计算 C-Injection量 = (717 0.31 0.7 1.07) (0.95 0.25) = 700.9kg C C-Injection 时间 700.9kg 40kg/min = 17.5min,电炉炼钢理论,34,Steel Making Plant EAF Dep.,还原用 Fe-Si 投入量计算Si + O2 (SiO2) 2(Cr2O3) + 3(Si) 4Cr + 3(SiO2)(4 52) (3 28) = 2.47kg 例，Slag 中 Cr2O3 717kg， Fe-Si 投入量计算717kg 2.47 = 290kg-Si290kg 0.75 = 387kg-Fe-Si一般， 304钢中 250kg/heat 投入。(大量发生时， 500kg),电炉炼钢理论,35,Steel Making Plant EAF Dep.,
