1、电弧炉炼钢工艺研究材 料 与 冶 金 学 院 冶 金072 班赵 慧 杰0703102223摘 要 : 本 文 对 电 弧 炉 的 基 本 概 念 和 结 构 进 行 了 介 绍 , 详 细 地 讲 解 了 电弧 炉 炼 钢 的 基 本 流 程 , 最 后 说 明 了 电 弧 炉 炼 钢 生 产 时 应 注 意 的问 题 .Abstract: The basic concept and structure of the electric arc furnace was introduced in detail to explain the basic process of electric a
2、rc furnace steelmaking, electric arc furnace steel production last show should pay attention to the problem.关 键 词 : 电 弧 炉 炼 钢 流 程 生 产 安 全电 弧 炉 的 介 绍 电 弧 炉 是 利 用 电 极 电 弧 产 生 的 高 温 熔 炼 矿 石 和 金 属 的 电 炉 。气 体 放 电 形 成 电 弧 时 能 量 很 集 中 , 弧 区 温 度 在 3000 以 上 。 对 于熔 炼 金 属 , 电 弧 炉 比 其 他 炼 钢 炉 工 艺 灵 活 性 大 , 能 有
3、效 地 除 去 硫 、 磷等 杂 质 , 炉 温 容 易 控 制 , 设 备 占 地 面 积 小 , 适 于 优 质 合 金 钢 的 熔 炼 。电 弧 炉 按 电 弧 形 式 可 分 为 三 相 电 弧 炉 、 自 耗 电 弧 炉 、 单 相 电 弧 炉 和 电阻 电 弧 炉 等 类 型 。 电 弧 炼 钢 炉 的 炉 体 由 炉 盖 、 炉 门 、 出 钢 槽 和 炉 身 组成 , 炉 底 和 炉 壁 用 碱 性 耐 火 材 料 或 酸 性 耐 火 材 料 砌 筑 。 电 弧 炼 钢 炉 按每 吨 炉 容 量 所 配 变 压 器 容 量 的 多 少 分 为 普 通 功 率 电 弧 炉 、 高
4、 功 率 电 弧炉 和 超 高 功 率 电 弧 炉 。 电 弧 炉 炼 钢 是 通 过 石 墨 电 极 向 电 弧 炼 钢 炉内 输 入 电 能 , 以 电 极 端 部 和 炉 料 之 间 发 生 的 电 弧 为 热 源 进 行 炼 钢 。 电弧 炉 以 电 能 为 热 源 , 可 调 整 炉 内 气 氛 , 对 熔 炼 含 有 易 氧 化 元 素 较 多 的钢 种 极 为 有 利 。 电 弧 炉 炼 钢 发 明 后 不 久 , 就 用 于 冶 炼 合 金 钢 , 并得 到 较 大 的 发 展 。随 着 电 弧 炉 设 备 的 改 进 以 及 冶 炼 技 术 的 提 高 , 电 力 工 业 的
5、 发 展 ,电 弧 炉 炼 钢 的 成 本 不 断 下 降 , 现 在 电 弧 炉 炼 钢 不 但 用 于 生 产 合 金 钢 ,而 且 大 量 用 来 生 产 普 通 碳 素 钢 , 其 产 量 在 主 要 工 业 国 家 钢 总 产 量 中 的比 重 , 不 断 上 升 。电 弧 炉 炼 钢 流 程电 弧 炉 炼 钢 从 整 体 可 分 为 原 材 料 的 收 集 、 冶 炼 前 的 准 备 工 作 、 熔化 期 、 氧 化 期 和 还 原 期 五 大 阶 段 。原 材 料 的 收 集废 钢 是 电 弧 炉 炼 钢 的 主 要 材 料 , 废 钢 质 量 的 好 坏 直 接 影 响 钢 的
6、 质量 、 成 本 和 电 炉 生 产 率 , 因 此 , 对 废 钢 有 如 下 几 点 要 求 :(1)废 钢 表 面 应 清 洁 少 锈 , 因 废 钢 中 沾 有 的 泥 沙 等 杂 物 会 降 低 炉料 的 导 电 性 能 , 延 长 熔 化 时 间 , 还 会 影 响 氧 化 期 去 磷 效 果 以 及 侵 蚀 炉衬 。 废 钢 锈 蚀 严 重 或 沾 有 油 污 时 会 降 低 钢 和 合 金 元 素 的 收 得 率 , 增 加钢 中 的 含 氢 量 。(2)废 钢 中 不 得 混 有 铅 、 锡 、 砷 、 锌 、 铜 等 有 色 金 属 。 铅 的 密 度大 , 熔 点 低
7、, 不 溶 于 钢 液 , 易 沉 积 在 炉 底 缝 隙 中 造 成 漏 钢 事 故 。 锡 、砷 和 铜 易 引 起 钢 的 热 脆 。(3)废 钢 中 不 得 混 有 密 封 容 器 , 易 燃 、 易 爆 物 和 有 毒 物 , 以 保 证安 全 生 产 。(4)废 钢 化 学 成 分 应 明 确 , 硫 、 磷 含 量 不 宜 过 高 。(5)废 钢 外 形 尺 寸 不 能 过 大 (截 面 积 不 宜 超 过150mm150mm, 最 大 长 度 不 宜 超 过 350mm)。 生 铁 在 电 弧 炉 炼 钢 中 ,一 般 被 用 来 提 高 炉 料 的 配 碳 量 , 通 常 配
8、 入 量 不 超 过 炉 料 的30%。冶 炼 前 的 准 备 工 作配 料 是 电 炉 炼 钢 工 艺 中 不 可 缺 少 的 组 成 部 分 , 配 料 是 否 合 理关 系 到 炼 钢 工 能 否 按 照 工 艺 要 求 正 常 地 进 行 冶 炼 操 作 。 合 理 的 配 料 能缩 短 冶 炼 时 间 。 配 料 时 应 注 意 : 一 是 必 须 正 确 地 进 行 配 料 计 算 和 准 确地 称 量 炉 料 装 入 量 。 二 是 炉 料 的 大 小 要 按 比 例 搭 配 , 以 达 到 好 装 、 快化 的 目 的 。 三 是 各 类 炉 料 应 根 据 钢 的 质 量 要
9、 求 和 冶 炼 方 法 搭 配 使 用 。四 是 配 料 成 分 必 须 符 合 工 艺 要 求 。一 般 冶 炼 方 法 对 炉 料 中 的 主 要 元 素 含 量 要 求 如 下 :(1)碳 含 量 。 炉 料 中 含 碳 量 应 保 证 氧 化 期 有 足 够 量 的 碳 进 行 碳氧 反 应 , 达 到 去 气 、 去 夹 杂 物 的 目 的 。 配 碳 量 根 据 熔 化 期 碳 的 烧 损 、氧 化 期 的 脱 碳 量 和 还 原 期 增 碳 量 这 3 个 因 素 来 确 定 , 要 求 炉 料 熔清 时 , 钢 中 碳 量 高 出 成 品 规 格 下 限 0.3% 0.4%;
10、 但 配 碳 量 也 不 能过 高 , 否 则 会 延 长 氧 化 时 间 并 使 钢 液 过 热 。(2)硅 含 量 。 含 硅 量 一 般 不 大 于 炉 料 的 0.8%, 过 高 会 延 缓钢 液 的 沸 腾 。(3)锰 含 量 。 一 般 钢 种 配 料 时 对 锰 可 不 考 虑 , 通 常 熔 清 后 锰 含量 小 于 0.3%, 否 则 也 会 延 缓 熔 池 沸 腾 。磷 和 硫 含 量 原 则 上 是 越 低 越 好 。 通 常 熔 清 后 , 磷 的 含 量 应 小 于0.05%。为 使 炉 内 炉 料 密 实 , 装 料 时 必 须 把 大 、 中 、 小 料 合 理
11、搭 配 , 一 般小 料 占 15% 20%, 中 料 占 40% 50%, 大 料 占 40%。进 料 前 炉 底 应 先 铺 占 料 重 1.5%左 右 的 石 灰 , 以 便 提 前 造 好 熔化 渣 , 有 利 于 早 期 去 磷 , 减 少 钢 液 的 吸 气 和 加 速 升 温 。装 料 时 应 将 小 料 的 一 半 放 入 底 部 , 小 料 的 上 部 、 炉 子 中 心 区 放 入全 部 大 料 、 低 碳 废 钢 和 难 熔 炉 料 , 大 料 之 间 放 入 小 料 , 中 型 料 装 在 大料 的 上 面 及 四 周 , 大 料 的 最 上 面 放 入 小 料 。 凡
12、 在 配 料 中 使 用 的 电 极 块 ,应 砸 成 50mm 100mm 左 右 , 装 在 炉 料 下 层 。总 之 , 布 料 应 做 到 : 下 致 密 、 上 疏 松 , 中 间 高 , 四 周 低 , 炉 门 口无 大 料 ; 使 得 穿 井 快 , 不 搭 桥 。熔 化 期在 电 弧 炉 炼 钢 工 艺 中 , 从 通 电 开 始 到 炉 料 全 部 熔 清 为 止 称 为熔 化 期 。 熔 化 期 约 占 整 个 冶 炼 时 间 的 一 半 左 右 , 耗 电 量 占 电 耗 总 数 的2/3 左 右 。熔 化 期 的 任 务 是 在 保 证 炉 体 寿 命 的 前 提 下
13、, 用 最 少 的 电 耗 快 速 地将 炉 料 熔 化 升 温 , 并 造 好 烧 化 期 的 炉 渣 , 以 便 稳 定 电 弧 , 防 止 吸 气 和提 前 去 磷 。(1)启 弧 阶 段 。 通 电 启 弧 时 炉 膛 内 充 满 炉 料 , 电 弧 与 炉 顶 距 离很 近 , 如 果 输 入 功 率 过 大 , 电 压 过 高 炉 顶 容 易 被 烧 坏 , 所 以 一 般 选 用中 级 电 压 和 输 入 变 压 器 额 定 功 率 的 2/3 左 右 。(2)穿 井 阶 段 。 这 个 阶 段 电 弧 完 全 被 炉 料 包 围 起 来 , 热 量 几 乎全 部 被 炉 料 所
14、 吸 收 , 不 会 烧 坏 炉 衬 , 所 以 使 用 最 大 功 率 , 一 般 穿 井 时间 为 20min 左 右 , 约 占 总 熔 化 时 间 的 1/4。(3)电 极 上 升 阶 段 。 电 极 “穿 井 ”到 底 后 , 炉 底 已 形 成 熔 池 ,炉 底 石 灰 及 部 分 元 素 氧 化 , 使 得 在 钢 液 面 上 形 成 一 层 熔 渣 , 四 周 的 炉料 继 续 受 辐 射 热 而 熔 化 , 钢 液 增 加 使 液 面 升 高 , 电 极 逐 渐 上 升 。 这 阶段 仍 采 用 最 大 功 率 输 送 电 能 , 所 占 时 间 为 总 熔 化 时 间 的
15、1/2 左右 。(4)熔 化 末 了 阶 级 。 炉 料 被 熔 化 3/4 以 上 后 , 电 弧 已 不 能 被炉 料 遮 蔽 , 3 个 电 极 下 的 高 温 区 已 连 成 一 片 , 此 时 如 长 时 间 采 用 最 大功 率 供 电 , 电 弧 会 强 烈 损 坏 炉 盖 和 炉 墙 。熔 化 期 的 主 要 任 务 是 熔 化 炉 料 , 但 是 在 熔 化 期 既 是 造 好 炉 渣 , 也是 熔 化 期 的 重 要 操 作 内 容 , 如 果 仅 为 满 足 覆 盖 钢 液 及 稳 定 电 弧 的 要 求 ,只 需 1% 1.5%的 渣 量 就 已 足 够 了 , 但 从
16、 脱 磷 的 要 求 考 虑 , 熔 化 渣 必须 具 有 一 定 的 氧 化 性 、 碱 度 和 渣 量 。氧 化 期1 氧化期的主要任务氧化期的主要任务如下:(1)继续氧化钢液中的磷。一般钢种要求氧化期结束时钢中磷含量不高于0.015%0.010%,炼高锰钢时由于锰铁中磷含量较高,应控制得更低些。(2)去除气体及夹杂物。氧化期结束时,钢中氮气量降低到0.004%0.01%,钢中氢含量降到 0.00035%左右,夹杂总量不高于 0.001%。(3)使钢液均匀加热升温,氧化末期达到高于出钢温度 1020。矿石氧化法是利用铁矿石中含有 80%90%的高价氧化铁加入到熔池中后,转变成低价氧化铁(F
17、e2O3+Fe=3FeO,Fe3O4+Fe=4FeO 或 Fe3O4=Fe2O3+FeO)。低价氧化铁一部分留在渣中,大部分用于钢液中碳和磷的氧化。为达到良好的去磷效果:炉渣中 FeO 含量为 12%20%,R 为 23,流动性良好;适当偏低的温度,加强钢渣的搅拌。碳的氧化:炼钢过程中碳的氧化反应是一个非常重要的反应,并有利于整个熔池的迅速加热,有利于钢液成分的均匀化。具体步骤如下:FeO=Fe+O,O+C=CO,总的反应 FeO+C=Fe+CO。所以矿石法的氧化过程为:矿石加入炉内,在渣中转变为 FeO,然后扩散到钢液中去,并分布于整个熔池中。碳和氧在气泡容易生成的地方进行反应,生成 CO
18、气泡,CO 脱离反应区上浮,在上升过程中逐渐长大,并进入炉气,造成熔池的激烈沸腾。为加快脱碳速度,氧化期加矿温度应大于 1550。总之,矿石脱碳操作应该是:高温、薄渣、分批加矿、均匀激烈的沸腾。2.氧化期操作要点(1)熔清后取样及测温(温度不低于 1550)。(2)氧化、测温符合要求,渣况良好即可分批加矿,每批加矿石量不得超过料重的 1.0%2.0%,每批间隔时间需大于 5min。(3)脱碳速度(V)每小时大于或等于 0.06%;脱碳量为 C0.30%。(4)调整渣况。当氧化沸腾开始,采用流渣要求炉渣 R=23,炉内渣量控制在 3%4%。氧化期后阶段,应使炉渣流动性好,渣层要薄、渣量控制在2%
19、3%左右。(5)期中取样分析及控制终点碳。为了掌握磷、碳氧化程度,在沸腾开始流渣两批后,应及时取样分析碳和磷的含量,以便决定下步操作。(6)温度控制。氧化期总的来讲是一个升温阶段,升温速度的快慢根据钢液磷的情况而定。到氧化期时必须使钢液温度升高到大于该钢种出钢温度的1020。(7)净沸腾。当温度、化学成分合适,就停止加矿,调整好炉渣,让熔池进入自然沸腾(5min10min),使钢液中的残余含氧量降低,并使气体及夹杂物充分上浮,以利于还原期的顺利进行。(8)扒渣。氧化期,炉渣中 FeO 含量很高,又含有 P2O5 为了还原期脱氧及防止回磷必须扒渣,扒渣的条件是扒渣温度高于出钢温度 1020;扒渣
20、前碳、磷及其他限制性成分应符合要求。(9)增碳。如果氧化末期碳含量过低需增碳,可在扒渣后裸露的钢液面上撒加纯净、干燥的碳粉,进行增碳。还 原 期氧化期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。主要任务是脱氧、脱硫、控制化学成分、调整温度。还原期的操作工艺如下:(1)扒渣后迅速加入薄渣料以覆盖钢液,防止吸气和降温。造稀薄渣m(CaO)m(CaF2)=31。(2)薄渣形成后进行预脱氧,往渣面上加入碳粉 2.5kg/t4kg/t,加入后紧闭炉门,输入较大功率,使碳粉在电弧区同氧化钙反应生成碳化钙。(3)电石渣形成后保持 20min30min,渣子变白,同时注意钢液的增碳。电弧炉炼钢的安全问题电 炉 冶 炼
21、的 主 要 材 料 是 废 钢 、 生 铁 、 铁 合 金 、 造 渣 材 料 、 石 灰 、萤 石 、 火 砖 以 及 脱 氧 剂 等 , 其 特 点 是 炉 温 特 别 高 , 电 弧 温 度 高 达3000 以 上 。 电 炉 炼 钢 的 主 要 安 全 问 题 是 电 、 水 、 氧 三 方 面 的 问 题 。(1)变 压 器 室 是 电 炉 的 心 脏 , 室 内 必 须 保 持 清 洁 干 燥 , 不 准 堆 放杂 物 并 不 得 带 入 火 种 , 室 内 应 设 置 符 合 要 求 的 消 防 器 材 。 工 作人 员 应 经 常 检 查 设 备 情 况 , 发 现 油 温 、
22、 水 温 过 高 时 , 须 立 即 检 查 , 采取 措 施 , 防 止 发 生 事 故 。 严 禁 带 负 荷 进 行 调 压 操 作 。 炉 前 需 供 电 或 停电 时 , 必 须 和 配 电 工 交 换 红 绿 牌 , 不 得 用 口 头 通 知 ; 以 免 发 生 误 操 作 ;不 得 带 电 上 炉 顶 , 不 得 带 电 作 临 时 小 修 或 接 、 松 电 极 , 不 得 带 电 摇 炉出 钢 , 以 免 发 生 事 故 。 (2)对 于 漏 水 , 要 采 取 有 力 的 弥 补 措 施 。 在 炼 钢 过 程 中 , 如 果发 生 总 水 管 断 水 , 炉 前 应 立
23、 即 停 电 , 升 高 电 极 , 打 开 炉 门 , 提 升 炉 盖 ,快 速 降 温 , 以 免 发 生 爆 炸 事 故 。 在 这 种 情 况 下 , 应 关 闭 总 阀 门 , 来 水后 再 逐 步 放 入 水 箱 , 防 止 进 水 太 快 , 箱 内 气 体 来 不 及 排 除 而 引 起 爆 炸 。等 进 、 出 水 正 常 后 , 再 恢 复 生 产 。 出 钢 坑 和 机 械 坑 内 如有 积 水 , 应 及 时 排 除 , 未 经 处 理 , 不 得 冒 险 出 钢 。 (3)氧 气 能 加 速 炉 料 熔 化 、 脱 碳 、 升 温 , 大 大 缩 短 熔 炼 时 间
24、, 提高 钢 的 质 量 。 但 应 严 防 氧 气 泄 漏 。 氧 气 开 关 应 有 专 人 操 作 , 不 能 戴 有油 污 的 手 套 操 纵 氧 气 开 关 。 电 炉 炼 钢 生 产 是 高 温 多 相 的 物 理 化 学 反 应 , 可 变 因 素 较 多 , 如 果钢 液 与 炉 渣 中 含 O 及 氧 化 铁 浓 度 过 高 , 钢 液 中 有 突 然 增 加 的 大 面积 的 反 应 界 面 和 低 温 加 矿 石 氧 化 , 就 可 能 产 生 钢 液 大 喷 溅 甚 至 崩 塌 炉盖 的 事 故 , 防 止 措 施 : 合 理 供 氧 , 吹 氧 助 溶 不 宜 过 早
25、 , 以 炉 料 熔化 60 以 上 时 为 宜 , 以 减 少 铁 的 大 量 氧 化 ; 回 炉 料 应 好 坏 搭 配 ,并 按 不 同 钢 种 适 当 控 制 含 碳 量 , 如 铁 料 质 量 太 差 , 全 熔 前 应 适 当 换 渣 ,提 高 渣 的 碱 度 , 降 低 氧 化 铁 的 浓 度 。 炉 料 熔 清 后 , 钢 液 温 度 达到 开 始 氧 化 温 度 时 方 准 氧 化 , 消 灭 低 温 氧 化 。 矿 石 分 批 分 区 加 入 , 保持 熔 池 均 匀 沸 腾 ; 当 氧 气 压 力 大 于 600kPa 时 , 不 宜 矿 、 氧 联 合氧 化 , 吹 氧 时 应 不 断 移 动 氧 管 位 置 , 防 止 局 部 过 氧 化 , 减 少 大 沸 腾 ,产 生 大 沸 腾 时 , 不 能 倾 炉 。参考文献1.电弧炉炼钢工艺与设备 冶金工业出版社出版 沈才芳等编著2.电弧炉炼钢生产技术 化学工业出版社 赵文广著3.炼钢安全规程与事故预防实用全书 冶金工业出版社 陈永来 周惠来著4. 三相电弧炉的电气设备冶金工业出版社 . 著