电炉炼钢工艺1课件.pptx
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- 电炉 炼钢 工艺 课件
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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)和西和西北钢铁线材公司北钢铁线材公司(C.GRobinson)提出电炉超高提出电炉超高功率概念功率概念(Ultra High Power简称简称UHP),电炉,电炉工业开始走向辉煌。开始与转炉竞争。工业开始走向辉
2、煌。开始与转炉竞争。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。对提高劳动生产率的追求。采用废钢作原料的电对提高劳动生产率的追求。采用废钢作原料的电弧炉工艺,流程短,生产率高,全员劳动生产率弧炉工艺,流程短,生产率高,全员劳动生产率高达高达27004000 t/(人(人a),几乎是高炉),
3、几乎是高炉转转炉流程的炉流程的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。铁前系统烧结、炼焦和高炉炼铁是能耗大户,铁前系统烧结、炼焦和高炉炼铁是能耗大户,也是污染环境的大户。也是污染环境的大户。相比之下,废钢经电炉熔炼所生产的粗钢吨钢相比之下,废钢经电炉熔炼所生产的粗钢吨钢能耗仅为能耗
4、仅为270kgce/t270kgce/t,而污染的产生及其治理更远,而污染的产生及其治理更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9、要学生做的事,教职员躬亲共做;要学生学的知识,教职员躬亲共学;要学生守的规则,教职员躬亲共守。22.8.1522.8.15Monday,August 15,202210、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。11:08:2111:08:2111:088/15/2022 11:08:21 AM11、一个好的教师,是一个懂得心理学和
5、教育学的人。22.8.1511:08:2111:08Aug-2215-Aug-2212、要记住,你不仅是教课的教师,也是学生的教育者,生活的导师和道德的引路人。11:08:2111:08:2111:08Monday,August 15,202213、He who seize the right moment,is the right man.谁把握机遇,谁就心想事成。22.8.1522.8.1511:08:2111:08:21August 15,202214、谁要是自己还没有发展培养和教育好,他就不能发展培养和教育别人。2022年8月15日星期一上午11时8分21秒11:08:2122.8.1
6、515、一年之计,莫如树谷;十年之计,莫如树木;终身之计,莫如树人。2022年8月上午11时8分22.8.1511:08August 15,202216、提出一个问题往往比解决一个更重要。因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已,而提出新的问题,却需要有创造性的想像力,而且标志着科学的真正进步。2022年8月15日星期一11时08分21秒11:08:2115 August 202217、儿童是中心,教育的措施便围绕他们而组织起来。上午11时8分21秒上午11时8分11:08:2122.8.151、Genius only means hard-working all ones life.
7、(Mendeleyer,Russian Chemist)天才只意味着终身不懈的努力。21.5.265.26.202108:3008:30:57May-2108:302、Our destiny offers not only the cup of despair,but the chalice of opportunity.(Richard Nixon,American President)命运给予我们的不是失望之酒,而是机会之杯。二二一年五月二十六日2021年5月26日星期三3、Patience is bitter,but its fruit is sweet.(Jean Jacques Ro
8、usseau,French thinker)忍耐是痛苦的,但它的果实是甜蜜的。08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.20214、All that you do,do with your might;things done by halves are never done right.-R.H.Stoddard,American poet做一切事都应尽力而为,半途而废永远不行5.26.20215.26.202108:3008:3008:30:5708:30:575、You have to believe in yo
9、urself.Thats the secret of success.-Charles Chaplin人必须相信自己,这是成功的秘诀。-Wednesday,May 26,2021May 21Wednesday,May 26,20215/26/20212 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
10、 变压器变压器 电抗器电抗器 短网短网 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总总能能量量630kWh/t=100%电电能能 4 41 10 0kWh/t(65%)烧烧嘴嘴 4 40 0kWh/t(6%)化化学学反反应应 1 18 80 0kWh/t(29%)废废气气 1 14 40 0kWh/t(22%)钢钢 3 38 80 0kWh/t(60%)损损失
11、失 1 10 0kWh/t(2%)冷冷却却 5 50 0kWh/t(8%)渣渣 5 50 0kWh/t(8%)现代电炉总能量平衡(装铁水)3.1 供供 电电60年代-400kVA/tRP-EAFMC30MVA/特殊钢,合金钢冶炼周期:180min吨钢电耗:630kwh/t电极消耗:6.5kg/t高电压大电流短弧80年代-700kVA/t90年代800kVA/t70年代-500kVA/tUHP1-EAFLFCC(S)BR50MVA/30万吨/棒线材UHP2-EAFLFCCR70MVA/50万吨/扁平材,管材UHP3-EAFLFCCCR100MVA/100万吨/纯净钢,热带冶炼周期:40min吨钢
12、电耗:230kwh/t电极消耗:1.1kg/t低电压大电流更短弧高电压小电流长弧更高电压小电流更长弧烧嘴二次冶金水冷炉壁DRILF/EBT泡沫渣竖炉/用氧双炉壳连续加料年代功率级别-400kVA/t流程变迁变压器容量/产品技术指标进步相关/配套技术电气运行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
13、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、调节配电操作分:送电、停电、调换电压、调节电流及电气设备的监护。电流及电气设备的监护。配电分手动及自
14、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;强化供氧及安全生产;炉壁氧燃枪炉壁氧燃枪(可加二次燃烧可加二次燃
15、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反 应 热元素产 物kJ/kgkwh/kg相对成本*(参考
16、值)AlSiMnFeCCAl2O3SiO2MnOFeOCOCO230.99532.1576.9924.7759.15932.7618.618.931.941.332.549.103.73.26.01.80.50.60.30.6 化学反应中各发热元素的来源首先是炉料废钢和生铁,还有是由碳枪喷入的碳粉或焦粉。对于普通铁水,每吹入1m3的氧气,所含各元素在 1600时反应理论发热值约为4kwh。在电炉采用多种供氧方式以后,如何做到炉在电炉采用多种供氧方式以后,如何做到炉内均衡供氧是非常重要的。内均衡供氧是非常重要的。目的:目的:1 1、控制吨钢耗氧;、控制吨钢耗氧;2 2、提高金属收得率;、提高金属
17、收得率;3 3、解决除尘冷却装置及电极等氧化。、解决除尘冷却装置及电极等氧化。控制方式:控制方式:1 1、结合热平衡及物料平衡;、结合热平衡及物料平衡;2 2、结合原有炉次的供氧曲线;、结合原有炉次的供氧曲线;3 3、根据冶炼状况,分解不同供氧方式的供氧量;、根据冶炼状况,分解不同供氧方式的供氧量;4 4、检测冶炼过程炉气成分的变化,调整供氧量。、检测冶炼过程炉气成分的变化,调整供氧量。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
18、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,HBIHBI)、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,废钢原料需仅
19、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。进行鉴别、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不断积累。过程中不断积累。目前采用的对策主要有:加强废钢
20、管理;在废钢预目前采用的对策主要有:加强废钢管理;在废钢预加工过程中挑选或分离;冶炼过程配加其他铁源,稀加工过程中挑选或分离;冶炼过程配加其他铁源,稀释残留元素的浓度。释残留元素的浓度。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,(
21、而,(而氧耗氧耗6 67m7m3 3/t-steel/t-steel)碳化铁碳化铁(Fe(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 操作步骤:补炉、装料(配料)、熔化期、操作步骤:补炉、装料(配料)、熔化期、氧化期、精炼氧化期、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
22、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,40
23、40;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 3、4 4次,次,2020。配碳的重要性配碳的重要性 重要性:重要性:废钢铁氧化、氧化期去气废钢铁氧化、氧化期去气(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%(熔化期损失熔化期损失)+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
24、废钢熔化阶段操作废钢熔化阶段操作 熔化期是电炉工艺中能源消耗的大头,冶炼时熔化期是电炉工艺中能源消耗的大头,冶炼时间的间的50-80%50-80%,因此,电炉的节能降耗主要在熔化,因此,电炉的节能降耗主要在熔化期。期。废钢熔化过程:从中心向四周、从热区向冷区、废钢熔化过程:从中心向四周、从热区向冷区、从下向上。从下向上。熔化期操作原则:合理供电、合适吹氧、提前熔化期操作原则:合理供电、合适吹氧、提前造渣。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051015202530354
25、0455004812162024288m in4m in3m in5m in2m in5m in2m in5m in2m in19/618/621/615/518/621/615/518/615/5(精炼 )(二 次 料 )(加铁 水)(一 次 料 )供 电 时 间 m in 电压级 别/电流 级 别 V/A 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
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