电炉炼钢工艺电炉炼钢工艺朱朱 荣荣Electric Arc Furnace Steelmaking Process2021/3/111授课内容授课内容1 1电炉炼钢工艺的发展历程电炉炼钢工艺的发展历程 2 2电炉炼钢的能量来源及热电炉炼钢的能量来源及热平衡平衡3 3电炉炼钢原料及物料平衡电炉炼钢原料及物料平衡4 4电炉冶炼工艺电炉冶炼工艺5 5电炉冶炼的主辅设备电炉冶炼的主辅设备6 6电炉除尘及炉渣处理电炉除尘及炉渣处理7 7电炉技术进步电炉技术进步2021/3/1121 1 电炉炼钢工艺的发展历程电炉炼钢工艺的发展历程 1905 1905年第一台年第一台5 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.LinbergR.Linberg） 19361936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 19361936年美国建成了当时最大的年美国建成了当时最大的100100吨炼钢电炉吨炼钢电炉 19641964年美国碳化物公司年美国碳化物公司(W.E.Schwabe)(W.E.Schwabe)和西北钢和西北钢铁线材公司铁线材公司(C.G.Robinson)(C.G.Robinson)提出电炉超高功率概提出电炉超高功率概念念(Ultra High Power(Ultra High Power简称简称UHP)UHP)，电炉工业开始走，电炉工业开始走向辉煌。开始与转炉竞争。向辉煌。开始与转炉竞争。 19901990年后，电炉炼钢技术取得了重大进展。炼年后，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。钢技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。2021/3/113世界粗钢产量增长情况世界粗钢产量增长情况2021/3/114 矿石经高炉矿石经高炉/ /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700kgce/t700kgce/t，随氧气转炉炼钢能耗仅为，随氧气转炉炼钢能耗仅为“零零”，但，但高炉和炼焦工序能耗高。同时也是污染环境的大高炉和炼焦工序能耗高。同时也是污染环境的大户。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/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。采采用用废废钢钢作作原原料料的的电电炉炉炼炼钢钢，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4000 4000 t t / /（人人a a），几几乎乎是是高高炉炉/ /转炉流程的转炉流程的3-43-4倍。倍。社会大量废钢的积累，废品的再循环利用。社会大量废钢的积累，废品的再循环利用。 电炉炼钢的优势电炉炼钢的优势2021/3/1152 电炉炼钢的能量来源及热平衡电炉炼钢的能量来源及热平衡 电能。电能。 化学能。包括元素氧化及炉气燃烧带来化学能。包括元素氧化及炉气燃烧带来的化学热、输入燃料带来的外来化学热。的化学热、输入燃料带来的外来化学热。 物理热。铁水或预热废钢带入的。物理热。铁水或预热废钢带入的。2021/3/1162.1 2.1 供电供电 电流从电厂沿架空高压线输入变电所的配电系统；电流从电厂沿架空高压线输入变电所的配电系统；再沿高压电缆经配电装置输入电炉变压器。再沿高压电缆经配电装置输入电炉变压器。 电炉变压器将高压电转化成低压电流通向石墨电电炉变压器将高压电转化成低压电流通向石墨电极，在电极与炉料之间产生电弧。极，在电极与炉料之间产生电弧。 分常规功率供电分常规功率供电(RP(RP，rule)rule)、高功率供电、高功率供电(HP)(HP)、超高功率供电，超高功率供电，700KVA/t700KVA/t以上以上(Ultra High (Ultra High Power ,Power ,简称简称UHP)UHP)。电污染、噪音。电污染、噪音。直流供电：一根顶电极和一根底电极。直流供电：一根顶电极和一根底电极。2021/3/117 供电水平带来的技术进步供电水平带来的技术进步2021/3/118供电技术的发展供电技术的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2021/3/119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 2021/3/1110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.T T0 0 非通电时间，非通电时间，minmin2021/3/1111 化学反应热在电炉能量输入中占化学反应热在电炉能量输入中占了相当大的比例，达到了相当大的比例，达到3030； 特别是电炉使用铁水后，化学热的比例达到特别是电炉使用铁水后，化学热的比例达到40% 40% 以上，这是现代电弧炉炼钢工艺的一个特点；以上，这是现代电弧炉炼钢工艺的一个特点；在变压器确定后，是电炉提高生产节奏及节能降耗在变压器确定后，是电炉提高生产节奏及节能降耗的重要的重要手段。手段。2.2 化学能化学能2021/3/1112在吹氧条件下，熔池中在吹氧条件下，熔池中 各元素氧化各元素氧化1kg1kg时所产生的理论热值时所产生的理论热值2021/3/11133.3 3.3 物理热物理热 主要是电炉加铁水工艺的采用。主要是电炉加铁水工艺的采用。 根据国内电炉的现状，提升电炉与转炉根据国内电炉的现状，提升电炉与转炉的竞争力，节电及提高冶炼节奏。的竞争力，节电及提高冶炼节奏。 电炉钢质量的要求。电炉钢质量的要求。 废钢预热到废钢预热到600600度以上。度以上。2021/3/1114电炉总能量电炉总能量( (热热) ) 平衡平衡（全废钢）（全废钢）2021/3/1115现代电炉总能量现代电炉总能量( (热热) )平衡平衡( (装铁水装铁水30-40%)30-40%)2021/3/11163 3 电炉炼钢的原料及耐材电炉炼钢的原料及耐材 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10103030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，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。或者说只有原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。料结构相当的情况下才是可比较的。2021/3/1117废废 钢钢 scrap scrap 电炉炼钢废钢是基本原料，废钢原料需进行鉴别、电炉炼钢废钢是基本原料，废钢原料需进行鉴别、分类管理和打包、剪切等处理。分类管理和打包、剪切等处理。 当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残留元素，主要是残留的留元素，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不断积累。种种危害，并在废钢循环再利用过程中不断积累。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；废废钢预加工；钢预加工；冶炼过程配加其他铁源，稀释残留冶炼过程配加其他铁源，稀释残留元素的浓度。元素的浓度。 设备及人员安全问题。设备及人员安全问题。2021/3/1118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40-50kwh/t-steel40-50kwh/t-steel，铁水热装工艺。铁水热装工艺。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。2021/3/1119原料中残余元素原料中残余元素 DRIDRI： CuCu、SnSn平均在平均在0.005%0.005%以下；以下； 铁水：铁水：02%02%、SnSn为为0.0050.0050.01%0.01%； 废钢：废钢：CuCu平均含平均含量达量达0.35%0.35%以上，是以上，是钢中残余有害金属钢中残余有害金属元素的最主要来源。元素的最主要来源。2021/3/1120石灰等材料的准备石灰等材料的准备造渣材料质量的优劣直接影响炼钢节奏；造渣材料质量的优劣直接影响炼钢节奏；带入电炉的无用东西越少越好；带入电炉的无用东西越少越好；根据经验：石灰应自给，质量稳定，特别是南方的根据经验：石灰应自给，质量稳定，特别是南方的潮湿；潮湿； 石灰的要求：石灰的要求：CaO90%CaO90%，活性度，活性度380ml380ml，生烧过烧，生烧过烧率率6%6%，块度，块度20-70mm20-70mm。白云石及碳粉等的要求。白云石及碳粉等的要求。2021/3/1121表4.23吨钢物料平衡收入支出项目质量kg项目质量kg废钢80063.87钢水100079.84生铁30023.95炉渣118.69.47石灰554.39炉气(尘)125.19.99白云石8.00.64铁损8.800.70电极0.30.024萤石0.50.040氧气54.74.37氮气32.12.564炉衬1.90.152总计1252.5100.00总计1252.5100.00吨钢物料平衡表吨钢物料平衡表 （常规电炉）（常规电炉）2021/3/1122耐火材料耐火材料对耐材的要求：对耐材的要求： 高耐火度、高荷重软化温度、良好的热稳定高耐火度、高荷重软化温度、良好的热稳定性、抗渣性、高耐压强度、低导热性等。性、抗渣性、高耐压强度、低导热性等。 炉盖：高铝砖为主。炉盖：高铝砖为主。 炉壁：镁碳砖为主。炉壁：镁碳砖为主。 炉底：镁沙打结。炉底：镁沙打结。2021/3/1123 4 4 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、加炉外精炼；熔化期、氧化期、加炉外精炼； 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、氧化期、精炼氧化期、精炼( (或还原期或还原期) )、出钢、出钢2021/3/11244.1 4.1 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) )。 距电极近的地方距电极近的地方( (最容易跑钢的地方最容易跑钢的地方) )，电弧，电弧的辐射。的辐射。 炉门两侧。炉门两侧。 补炉方式：补炉用大铲或喷枪。补炉方式：补炉用大铲或喷枪。 2021/3/1125电炉重点补炉区电炉重点补炉区2021/3/1126耐火材料喷吹耐火材料喷吹镁质材料。镁质材料。喷枪的前部加高压水。喷枪的前部加高压水。2 23 3人操作。人操作。喷吹效果较好。喷吹效果较好。维修不及时或操作不维修不及时或操作不当易堵。当易堵。2021/3/11274.24.2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 3、4 4次，次，2020。2021/3/1128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)、去夹杂；去夹杂； 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。2021/3/11294.3 4.3 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熔化期是电炉工艺中能源消耗 的的70708080，冶炼时间的，冶炼时间的50-80%50-80% 电炉的节能降耗主要在熔化期。电炉的节能降耗主要在熔化期。 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。2021/3/1130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。2021/3/1131优化的供电曲线优化的供电曲线2021/3/11324.4 4.4 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。2021/3/1133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 FeO+C=Fe+COFeO+C=Fe+CO吹氧气氧化：吹氧气氧化： 放热、对脱磷不利、但可部分脱硫，渣放热、对脱磷不利、但可部分脱硫，渣中氧化铁增加。中氧化铁增加。 加矿石已很少采用加矿石已很少采用2021/3/1134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。传统工艺：扒除氧化渣，为还原期造渣做准备。 2021/3/1135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，碱度控制在度控制在2.5-3.02.5-3.0，总渣量在，总渣量在3 38 8。2021/3/1136磷的控制磷的控制 dephosphorization3 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。 HealyHealy经验式：经验式： lg(%P)/%P=22350/T-16.0+0.08%(CaO)+2.5l lg(%P)/%P=22350/T-16.0+0.08%(CaO)+2.5l %(TFeO)%(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技术的应用2021/3/1137氧化期喷粉脱磷氧化期喷粉脱磷2021/3/1138 碳的控制碳的控制 DecarbonizationDecarbonization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。2021/3/1139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2021/3/1140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。 2021/3/1141 4.5 冶炼过程造泡沫渣冶炼过程造泡沫渣 Foaming SlagFoaming Slag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；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）2021/3/1142泡沫渣对电能输入的影响泡沫渣对电能输入的影响2021/3/1143影响泡沫渣的因素影响泡沫渣的因素吹氧量吹氧量熔池含碳量熔池含碳量炉渣的物理性能炉渣的物理性能(粘度、表面张力粘度、表面张力)炉渣的化学性能炉渣的化学性能(FeO、碱度、碱度)熔池温度熔池温度渣量渣量2021/3/1144对炉渣泡沫渣高度的影响对炉渣泡沫渣高度的影响2021/3/1145泡沫渣工艺泡沫渣工艺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2021/3/1146泡沫渣技术泡沫渣技术2、造泡沫渣的新思路、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。 2021/3/11474.6 电炉还原期电炉还原期还原期是转炉炼钢没有的，现在电炉不采用。还原期是转炉炼钢没有的，现在电炉不采用。 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。2021/3/1148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。2021/3/11495 5 电炉炼钢电炉炼钢 主体设备介绍主体设备介绍 电气设备电气设备 机械设备机械设备 辅助设备辅助设备2021/3/11505.1 电气设备电气设备 变压器变压器 电抗器电抗器 短网短网 隔离开关及隔离开关及 高压断路器高压断路器 电极升降电极升降 自动调节装置自动调节装置2021/3/1151变压器变压器电炉变压器是电炉的主要设备，其主要作用是降电炉变压器是电炉的主要设备，其主要作用是降低输入电压，产生大电流，供给电炉。低输入电压，产生大电流，供给电炉。电炉变压器与一般电力变压器相比较，具有以下电炉变压器与一般电力变压器相比较，具有以下特点：特点： 过载能力大；过载能力大； 有较高的机械强度，抗冲击电流有较高的机械强度，抗冲击电流 和短路电流所引起的机械应力。和短路电流所引起的机械应力。 二次侧电压可以调节；二次侧电压可以调节； 变压比大，二次侧电流大。变压比大，二次侧电流大。2021/3/1152电抗器电抗器由铁芯和线圈组成。由铁芯和线圈组成。作用是：电路中感抗作用是：电路中感抗增加，稳定电弧电流增加，稳定电弧电流和限制短路电流。和限制短路电流。 主要是熔化期坍料主要是熔化期坍料及废钢和电极短路等。及废钢和电极短路等。2021/3/1153短网短网是指变压器低压侧的引是指变压器低压侧的引出线至电极这一段出线至电极这一段传导传导低压大电流低压大电流的导体。的导体。由铜排、软电缆由铜排、软电缆（铜辫（铜辫子）子） 、炉顶水冷铜管组、炉顶水冷铜管组成。成。为了减少短网的电阻和为了减少短网的电阻和感抗，要尽量缩短短网感抗，要尽量缩短短网长度。长度。2021/3/1154 隔离开关及高压断路器隔离开关及高压断路器隔离开关用于高压电的切隔离开关用于高压电的切断，隔离开关只能在无负断，隔离开关只能在无负载时使用。否则跳总闸，载时使用。否则跳总闸，出安全事故。出安全事故。高压断路器是高压电路在高压断路器是高压电路在负载时接通或分断，并作负载时接通或分断，并作为保护开关在电气设备发为保护开关在电气设备发生故障时切断高压电路。生故障时切断高压电路。有油开关、空气开关及真有油开关、空气开关及真空开关。空开关。2021/3/11555.2 机械设备机械设备 炉壳、炉门、水冷炉壁、炉盖，出钢槽炉壳、炉门、水冷炉壁、炉盖，出钢槽或偏心炉底出钢。或偏心炉底出钢。 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 炉顶加料装置炉顶加料装置2021/3/1156电极夹持器电极夹持器 夹持电极的装置；夹持电极的装置；气动控制；气动控制；需减小接触电阻；需减小接触电阻；铜钢复合水冷。铜钢复合水冷。2021/3/1157 炉顶加料装置炉顶加料装置加石灰、白云石，合加石灰、白云石，合金等金等简易的加料系统；简易的加料系统；全自动加料系统；全自动加料系统； 自动系统国内普遍自动系统国内普遍问题较多。问题较多。2021/3/1158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烧) ) 辅助能量辅助能量; ;炉壁氧枪炉壁氧枪 可伸入式及固定式；可伸入式及固定式；EBTEBT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；炉壁及烟道炉壁及烟道 的二次燃烧氧枪的二次燃烧氧枪 利用余热、能量极限利用；利用余热、能量极限利用；5.3 辅助供氧及燃烧设备辅助供氧及燃烧设备2021/3/1159电炉供氧示意图（普通电炉）电炉供氧示意图（普通电炉）2021/3/1160应用转炉氧枪的结构及设计原理；应用转炉氧枪的结构及设计原理；超音速的氧气射流，穿入熔池对熔池搅拌及脱碳；超音速的氧气射流，穿入熔池对熔池搅拌及脱碳；废钢熔化形式主要是废钢落入熔池；废钢熔化形式主要是废钢落入熔池；在熔池表面一定距离喷吹；在熔池表面一定距离喷吹；具有二次燃烧的功能；具有二次燃烧的功能；存在问题：用氧安全，进料时氧枪点火困难，炉存在问题：用氧安全，进料时氧枪点火困难，炉内死角内死角。 2021/3/11611985年在巴登钢铁公司开始应用；最早的炉门机械吹氧装置；同时具有喷吹石灰及喷吹碳粉造泡沫渣的功能。与水冷氧枪比 优点：操作安全系数大，喷吹角度大，可直接切割废钢。 缺点：吹氧管成本高，设备投资高。2021/3/1162问题的提出问题的提出 1 1、提高电炉的输入功率，特别是中小型电炉，、提高电炉的输入功率，特别是中小型电炉，缩短冶炼时间，解决电炉连铸问题；缩短冶炼时间，解决电炉连铸问题；2 2 、解决电炉的冷区问题，特别是大中型电炉，、解决电炉的冷区问题，特别是大中型电炉，对铁水炼钢也不例外，起二次燃烧作用；对铁水炼钢也不例外，起二次燃烧作用； 燃料助熔燃料助熔 电炉炉壁氧燃（油、煤、燃气）电炉炉壁氧燃（油、煤、燃气）助助 熔及二次燃烧氧枪熔及二次燃烧氧枪2021/3/1163 炉壁氧燃（油、煤、燃气）助熔效果炉壁氧燃（油、煤、燃气）助熔效果提高电炉的比功率输入，提高生产速率；提高电炉的比功率输入，提高生产速率；利利用用炉炉壁壁模模块块化化控控制制喷喷射射纯纯氧氧，实实现现炉炉气气二二次次燃燃烧。烧。熔化时间缩短熔化时间缩短101030min30min；降低冶炼电耗降低冶炼电耗4040100kwh/t100kwh/t；吨钢降低成本吨钢降低成本10103030元左右；元左右；金属收得率提高金属收得率提高1-21-2；喷嘴寿命大于喷嘴寿命大于10001000炉。炉。2021/3/1164炉壁氧枪炉壁氧枪作用：最主要是熔化废钢，后来发现可以脱碳精炼、二作用：最主要是熔化废钢，后来发现可以脱碳精炼、二次燃烧；次燃烧；如果从效果看：伸缩式效果好；如果从效果看：伸缩式效果好；伸缩式的优点及存在的主要问题是：伸缩式的优点及存在的主要问题是： 氧枪不使用时缩回，故受到保护；氧枪不使用时缩回，故受到保护； 喷枪深入炉内太长，喷枪头结渣钢，喷枪抽不回去。喷枪深入炉内太长，喷枪头结渣钢，喷枪抽不回去。 韶钢韶钢 consteelconsteel电炉使用伸缩式。电炉使用伸缩式。固定式烧嘴的优点及存在的主要问题是：固定式烧嘴的优点及存在的主要问题是： 技术简单，使用方便，维修费用低；技术简单，使用方便，维修费用低； 但脱碳速度受到一定限制。但脱碳速度受到一定限制。2021/3/1165EBT EBT 氧枪氧枪 EBTEBT区是区是UHPUHPEAFEAF的冷区之一，该枪促进此区的冷区之一，该枪促进此区的废钢熔化，并在出现熔池后，提高的废钢熔化，并在出现熔池后，提高EBTEBT区的熔区的熔池温度，均匀熔池成分，实现池温度，均匀熔池成分，实现COCO的再燃烧，采用的再燃烧，采用后冶炼时间可缩短后冶炼时间可缩短5 5分钟。分钟。 实际应用中，采用实际应用中，采用EBTEBT氧枪完全解决了氧枪完全解决了EBTEBT区区域的废钢在出钢时还未熔化及偏心区温度低造成域的废钢在出钢时还未熔化及偏心区温度低造成的出钢口打不开等问题；的出钢口打不开等问题； 出钢时出钢时EBTEBT区域的温度及成分与炉门口区域温区域的温度及成分与炉门口区域温度及成分相差无几。度及成分相差无几。2021/3/1166电炉底吹系统电炉底吹系统 气源使用氩气或氮气，压力气源使用氩气或氮气，压力1.01.01.6Mpa1.6Mpa，流量，流量Qmax=300Nl/minQmax=300Nl/min，气体干燥。，气体干燥。 吹气量随着熔化期、氧化期吹气量随着熔化期、氧化期而变化，流量范围而变化，流量范围10-10-300Nl/min300Nl/min；透气砖寿命在；透气砖寿命在400400500500炉炉/ /块（进口砖）。块（进口砖）。 系统可检测透气砖寿命，可系统可检测透气砖寿命，可采用手动和自动两种工作方式采用手动和自动两种工作方式。2021/3/11676 6 电炉除尘及炉渣处理电炉除尘及炉渣处理 电炉的烟尘以氧化期最大。设计按氧化期考虑。电炉的烟尘以氧化期最大。设计按氧化期考虑。 电炉排出的电炉排出的COCO气体只有气体只有5 5。烟气量大于转炉。烟气量大于转炉。 电炉的烟气不回收。电炉的烟气不回收。 电炉密闭罩电炉密闭罩 第四孔排烟。第四孔排烟。 屋顶排烟。屋顶排烟。 炉渣主要是铺路及部分回用。炉渣主要是铺路及部分回用。2021/3/11687 电弧炉技术进步电弧炉技术进步2021/3/1169 7.1 7.1电炉烟气热量利用技术电炉烟气热量利用技术 竖式电炉竖式电炉 双壳电炉双壳电炉 consteel 电炉电炉2021/3/1170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年推出年推出的。它有一个废钢预热系统，竖炉电弧炉可以的。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，也可以是直流的或交流的。是单竖炉或双竖炉，也可以是直流的或交流的。 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的40%40%，剩剩下的废钢在开始熔化前直接加入炉内。下的废钢在开始熔化前直接加入炉内。2021/3/1171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610610分分钟钟，生生产产率率大大大大提高。提高。有有些些设设计计中中，当当一一个个炉炉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Nippon Nippon SteelSteel估计预热估计预热2525分钟可节电分钟可节电35KWh/t35KWh/t。2021/3/1172Consteel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2021/3/11737.2 电弧炉电弧炉电极电极智能智能控制控制 美国依阿华（美国依阿华（IowaIowa）州的北星（）州的北星（North StarNorth Star）钢厂与米尔切克（钢厂与米尔切克（MilltechMilltechHOHHOH）公司合作研究用）公司合作研究用神经网络技术改善电弧炉的电极控制，神经网络技术改善电弧炉的电极控制，19911991年年9 9月在月在一台一台8080吨交流电弧炉炼钢生产中投入运行，所取得的吨交流电弧炉炼钢生产中投入运行，所取得的成绩是：成绩是： 生产率提高生产率提高10%10%20%20% 电极消耗量降低电极消耗量降低0.40.6kg/t0.40.6kg/t 电能消耗减少电能消耗减少181820kwh/t20kwh/t 年效益年效益216216万美元万美元2021/3/1174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。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。 7.37.3 电炉用氧电炉用氧模块化控制模块化控制技术技术2021/3/11757.4 电炉炼钢碳、温度的终点控制技术电炉炼钢碳、温度的终点控制技术 炉内电能输入与氧输入的平衡；炉内电能输入与氧输入的平衡； 熔池搅拌的设计（电、氧、氩平衡）；熔池搅拌的设计（电、氧、氩平衡）； 钢中氧、氮、氢等的控制；钢中氧、氮、氢等的控制； 静态控制模型；静态控制模型； 动态控制模型。动态控制模型。与转炉控制方式原理一致。与转炉控制方式原理一致。不同是原料的形式多样化，热量来源多样化。不同是原料的形式多样化，热量来源多样化。2021/3/1176