电炉新技术-32页-B.ppt

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1、冶金学冶金学炼钢篇炼钢篇电炉炼钢及炉外精炼电炉炼钢及炉外精炼阎立懿阎立懿东北大学钢铁冶金研究所东北大学钢铁冶金研究所2008年年10月月2911月月24日沈阳日沈阳（No7）主要内容主要内容n电炉炼钢及其发展电炉炼钢及其发展n电炉炼钢设备及其电热特性电炉炼钢设备及其电热特性n电炉炼钢原料及冶炼工艺电炉炼钢原料及冶炼工艺n电炉新技术、新工艺电炉新技术、新工艺n炉外处理炉外处理n中国钢铁与大型电炉现状中国钢铁与大型电炉现状12/29/20222东北大学/阎立懿上次介绍第五章上次介绍第五章“现代电炉炼钢新技术现代电炉炼钢新技术”的内容的内容n现代电炉冶炼工艺要点：快速熔化与升温，脱磷及脱碳操作等要点

2、。现代电炉冶炼工艺要点：快速熔化与升温，脱磷及脱碳操作等要点。n钢钢液液的的合合金金化化：合合金金的的用用途途、种种类类以以及及合合金金加加入入时时间间的的原原则则，给给出出“n元合金计算公式元合金计算公式”。nUHP电炉的发展背景，采用电炉的发展背景，采用UHP电炉的目的及其主要优点。电炉的目的及其主要优点。nUHP电电炉炉的的主主要要技技术术特特征征：功功率率水水平平要要高高、功功率率利利用用率率要要高高、流流程程要优化，以及要优化，以及公害要进行抑制公害要进行抑制。12/29/20223东北大学/阎立懿 5.1.3.4电炉产生的公害要进行抑制电炉产生的公害要进行抑制（1）烟尘与噪音）烟尘

3、与噪音UHP电电炉炉在在炼炼钢钢过过程程中中产产生生烟烟尘尘20000mgm3，而而国国家家对对排排放放粉粉尘尘含含量量的的现现行行标标准准GB9078-1996为为100150mgNm3。因因此此，电电炉炉必必须须配配备备排排烟烟除除尘尘装装置置，使排放粉尘含量达到标准要求。使排放粉尘含量达到标准要求。目目前前，较较合合理理的的办办法法是是采采用用炉炉顶顶第第四四孔孔+封封闭闭罩罩和和屋屋顶顶大大罩罩结结合合排排烟烟法法的的三三级级排排烟烟，除除尘尘采采用用布布袋袋除除尘尘。以以满足即将出台的满足即将出台的新标准新标准更高的要求。更高的要求。5.1.3超高功率电炉技术特征超高功率电炉技术特征

4、12/29/20224东北大学/阎立懿2007.9宝宝钢钢负负责责起起草草的的“钢钢铁铁工工业业大大气气污污染染物物排排放放标标准准”（征征求求意意见见稿稿）：其其中中就就烟烟尘尘排排放放浓浓度度限限值值，对对不不同同设设备备提提出出不不同同的的要要求求，意意见见稿稿建建议议：转转炉炉、电电炉炉及及精精炼炼炉炉烟烟尘尘排排放放浓浓度度限限值值分分为为：“现现源源”规规定定35mgm3，“新新源源”规规定定20mgm3；美美国国电电炉炉（铸铸造造）分分别别为为：11.45mgm3，4.58mgm3；欧欧盟盟、英英国国、德德国国电电炉炉炼炼钢钢控控制制水水平平均在均在15mgm3。对对二二恶恶英英

5、PCDD/Fs排排放放限限值值为为：0.2ng-TEQ/m3，欧欧盟盟排排放放限限值值为为：0.1ng-TEQ/m3；其其他他国国家家多多为为：0.20.4ng-TEQ/m3。12/29/20225东北大学/阎立懿UHP电电炉炉产产生生噪噪音音高高达达110dB，要要求求设设法法降降低低。噪噪音音对环境的影响，据科学家证明如表对环境的影响，据科学家证明如表5-3。为为此此，许许多多国国家家都都制制订订标标准准，如如德德国国标标准准要要求求，距距噪噪声声源源300m处处的的噪噪音音强强度度为为.30060dB（白白天天），45dB（夜晚）。夜晚）。GB12348-90规定为规定为4570dB。采

6、采用用电电炉炉封封闭闭罩罩可可以以满满足足，罩罩外外的的噪噪音音强强度度能能达达8090dB。噪音噪音/dB507090150影响影响程度程度影响睡眠影响睡眠与休息与休息干扰谈话干扰谈话影响工作影响工作影响听力，引起神经衰影响听力，引起神经衰弱、头疼、血压升高弱、头疼、血压升高鼓膜出血，鼓膜出血，失去听力失去听力12/29/20226东北大学/阎立懿（2）电网公害）电网公害电炉产生的电网公害主要包括电压闪烁与高次谐波。电炉产生的电网公害主要包括电压闪烁与高次谐波。1）电压闪烁（或电压波动）电压闪烁（或电压波动）电电压压闪闪烁烁实实质质上上是是一一种种快快速速的的电电压压波波动动。它它是是由由较

7、较大大的的交交变变电电流流冲冲击击而而引引起起的的电电网网扰扰动动。电电压压波波动动可可使使白白炽炽灯灯光光和电视机萤屏高度闪烁，电压闪烁由此得名。和电视机萤屏高度闪烁，电压闪烁由此得名。UHP电电炉炉加加剧剧了了闪闪烁烁的的发发生生。当当闪闪烁烁超超过过一一定定值值（限限度度）时时，如如0.130Hz，特特别别是是110Hz闪闪烁烁，会会使使人人感感到到烦躁，这属于一种公害，要加以抑制。烦躁，这属于一种公害，要加以抑制。12/29/20227东北大学/阎立懿解决的办法有两种：解决的办法有两种：n一一是是要要有有足足够够大大的的电电网网，即即电电炉炉变变压压器器要要与与足足够够大大的的电电压、

8、短路容量的电网相联，德国规定：压、短路容量的电网相联，德国规定：一一般般认认为为，若若供供电电电电网网公公共共连连接接点点（PCC）的的短短路路容量是变压器额定容量的容量是变压器额定容量的80倍，就可视为足够大。倍，就可视为足够大。n二二是是采采取取无无功功补补偿偿装装置置进进行行抑抑制制，如如采采用用晶晶体体管管控控制制的的电电抗抗器器（TCR）。（国国家家标标准准GB12326-2000规规定定，35kV时，电压波动限值时，电压波动限值2%）12/29/20228东北大学/阎立懿两两种种途途径径相相比比，途途径径一一是是治治标标的的方方法法，因因为为电电炉炉对对电电网网和和自自身身影影响响

9、的的各各种种量量值值并并未未消消除除，而而是是送送到到更更高高电电压压级级的电网去扩散。的电网去扩散。随随着着电电炉炉及及大大容容量量用用电电设设备备的的不不断断建建设设发发展展，这这些些量量值值在在电电网网中中增增加加积积累累、泛泛滥滥成成灾灾，将将会会形形成成电电网网所所不不能能接接受受的的程程度度，而而增增加加了了对对广广大大用用户户的的影影响响，因因此此，使使用用范范围围越来越小。越来越小。途途径径二二是是治治本本的的办办法法，它它使使电电炉炉对对电电网网和和自自身身影影响响的的各各种种量量值值大大部部分分就就地地消消除除了了，故故其其使使用用范范围围越越来来越越大大，前前途广阔。途广

10、阔。12/29/20229东北大学/阎立懿2）高次谐波（或谐波电流）高次谐波（或谐波电流）由由于于电电弧弧电电阻阻的的非非线线性性特特性性等等原原因因，使使得得电电弧弧电电流流波波形产生严重畸变形产生严重畸变，除基波电流外，还包含各高次谐波。，除基波电流外，还包含各高次谐波。谐谐波波电电流流注注入入电电网网，将将危危害害共共网网电电气气设设备备的的正正常常运运行行，如如使使发发电电机机过过热热，使使仪仪器器、仪仪表表、电电器器误误操操作作等等。抑抑制制的的措措施施是是：采采取取并并联联谐谐波波滤滤波波器器，即即采采取取、串联电路。串联电路。实实际际上上，电电网网公公害害的的抑抑制制常常采采取取

11、闪闪烁烁、谐谐波波综综合合抑抑制制，即即静静止止式式动动态态无无功功补补偿偿装装置置SVC装装置置，见见图图5-2。但但SVC装置价格很贵，使得电炉投资成本大为提高装置价格很贵，使得电炉投资成本大为提高。12/29/202210东北大学/阎立懿图图5-2静止式动态无功补偿装置静止式动态无功补偿装置12/29/202211东北大学/阎立懿5.1.4超高功率电炉技术效果超高功率电炉技术效果UHP电电炉炉冶冶炼炼工工艺艺的的基基本本指指导导思思想想是是高高效效、节节能能、低低消消耗耗。而而应应用用于于UHP电电炉炉的的各各项项技技术术，如如UHP供供电电，强强化化吹吹氧氧（含含氧氧-燃燃助助熔熔），

12、水水冷冷炉炉壁壁与与水水冷冷炉炉盖盖，底底吹吹搅搅拌拌，长长弧弧泡泡沫沫渣渣，无无渣渣出出钢钢及及废废钢钢预预热热等都是在这种思想指导下开发出来的。等都是在这种思想指导下开发出来的。综综合合应应用用这这些些技技术术，与与计计算算机机控控制制、管管理理和和炉炉外外精精炼炼相相配配合合，已已经经使使得得电电炉炉的的平平均均冶冶炼炼周周期期达达到到60min，电电耗耗达达到到400kWh/t，电电极极消消耗达到耗达到2kgt的高水平，即的高水平，即“642”，有的看见，有的看见“531”的高水平。的高水平。直直流流电电弧弧炉炉、新新式式废废钢钢预预热热及及二二次次燃燃烧烧等等技技术术的的实实施施又又

13、使使电电炉炉技技术术水水平平达达到到了了一一个个新新的的高高度度，进进一一步步缩缩短短了了冶冶炼炼周周期期，降降低低了了电电耗耗和和电极消耗，见图电极消耗，见图5-3，而且闪烁、噪声、耐材消耗都明显得到改善。，而且闪烁、噪声、耐材消耗都明显得到改善。12/29/202212东北大学/阎立懿图5-3 电炉炼钢技术的发展12/29/202213东北大学/阎立懿5.1.5结语结语UHP电电炉炉不不仅仅变变压压器器额额定定功功率率要要高高，功功率率水水平平要要高高，而而且且功功率率利利用用率率要要高高，工工艺艺及及工工艺艺流流程程要要优优化化，电电炉炉产产生生的公害要得到有效的抑制。的公害要得到有效的

14、抑制。UHP电电炉炉工工艺艺突突出出一一个个“快快”字字，即即快快速速熔熔化化、提提前前脱磷以及强化脱碳，而不是简单地将原有工艺一分为二。脱磷以及强化脱碳，而不是简单地将原有工艺一分为二。从从提提高高生生产产率率和和降降低低消消耗耗方方面面考考虑虑，要要求求UHP电电炉炉具具有有最最短短的的熔熔化化时时间间和和最最快快的的升升温温速速度度以以及及最最少少的的辅辅助助时时间，以期达到最佳经济效益。间，以期达到最佳经济效益。12/29/202214东北大学/阎立懿5.2超高功率电炉相关技术超高功率电炉相关技术5.2.1概述概述UHP电炉的出现和发展伴随着新技术的广泛采用。电炉的出现和发展伴随着新技

15、术的广泛采用。这这些些新新技技术术包包括括UHP电电炉炉生生产产必必须须解解决决的的问问题题，否否则则将将限限制制生生产产的的关关键键技技术术，如如电电极极、耐耐火火材材料料等等，又又包包括括高高效效、节节能能进进一一步步降降低低成成本的本的深化技术深化技术。5.2.2相关名词术语相关名词术语1）电炉的热点与冷点（）电炉的热点与冷点（图图5-4）在在渣渣线线水水平平面面上上，距距电电极极最最近近点点叫叫热热点点（区区），而而距距电电极极最最远远点点叫叫冷冷点点（区区）。其其中中2#热热点点区区炉炉衬衬的的损损坏坏最最严严重重，炉炉体体的的更更换换也也常常常常以以2#热热点点区区炉炉衬衬的的损损

16、坏坏程程度度作作为为依依据据的的。电电炉炉炉炉衬衬的的侵侵蚀蚀状状况况与与主主要要原因见表原因见表5-4。12/29/202215东北大学/阎立懿图图5-4热点及冷点热点及冷点侵蚀程度侵蚀程度侵蚀部位侵蚀部位渣线渣线热点热点2#热点热点主要原因主要原因钢、渣、弧的钢、渣、弧的作用作用与操作的影响与操作的影响左同，左同，且距电弧近且距电弧近左同，左同，且为热区、功率且为热区、功率大及偏弧严重大及偏弧严重12/29/202216东北大学/阎立懿2）耐火材料侵蚀（磨损）指数）耐火材料侵蚀（磨损）指数是是描描述述由由于于电电弧弧辐辐射射引引起起耐耐火火材材料料损损坏坏的的指指标标，并并以以它它的的大大

17、小小来反映耐火材料损坏的外部条件。来反映耐火材料损坏的外部条件。当当电电弧弧暴暴露露后后RE应应加加以以限限制制，一一般般认认为为它它安安全全值值在在400450MWV/m2。UHP电电炉炉因因电电弧弧功功率率Parc成成倍倍增增加加，而而使使RE达达到到8001000以上，此时必须采取措施。以上，此时必须采取措施。3）粗短弧与细长弧）粗短弧与细长弧电位梯度在熔化期大于电位梯度在熔化期大于25，而在平熔池期约为，而在平熔池期约为1。当当功功率率一一定定时时，低低电电压压、大大电电流流，电电弧弧的的状状态态粗粗而而短短；反反之之电电弧弧细而长。（细而长。（ParcUarcI，LarcUarc40

18、及及DarcI）12/29/202217东北大学/阎立懿4）三相电弧功率不平衡度）三相电弧功率不平衡度当当功功率率一一定定时时，低低电电压压、大大电电流流，将将使使三三相相电电弧弧功功率率不不平平衡衡度度增增大大，反之减小。（即有关系：反之减小。（即有关系：KI/U）5）电抗百分数与功率因数）电抗百分数与功率因数电电抗抗百百分分数数，即即电电炉炉装装置置电电抗抗的的相相对对值值，当当x一一定定时时，低低电电压压，大大电流，使电流，使X%增加，增加，cos降低，反之降低，反之cos提高。提高。12/29/202218东北大学/阎立懿5.2.3超高功率电炉相关技术超高功率电炉相关技术n电炉合理供电

19、技术电炉合理供电技术n降低电极消耗技术降低电极消耗技术n电炉短网改造技术电炉短网改造技术n水冷炉壁炉盖技术水冷炉壁炉盖技术n氧气燃料助熔技术氧气燃料助熔技术n细长弧泡沫渣技术细长弧泡沫渣技术n二二次次燃燃烧烧技术技术n偏心炉底出钢技术偏心炉底出钢技术n电炉底吹搅拌技术电炉底吹搅拌技术12/29/202219东北大学/阎立懿5.2.3.1合理供电技术合理供电技术UHP电电炉炉投投入入初初期期，由由于于输输入入功功率率成成倍倍提提高高，RE增增加加许许多多，炉炉衬衬热热点点区区损损坏坏严严重重，炉炉衬衬寿寿命命大大幅幅度度降降低低。为为此此，首先在供电上采用低电压、大电流的粗短弧供电。首先在供电上

20、采用低电压、大电流的粗短弧供电。粗短弧供电的优点：粗短弧供电的优点：n减少电弧对炉衬辐射，降低减少电弧对炉衬辐射，降低RE值，保证炉衬寿命；值，保证炉衬寿命；n增加熔池的搅拌与传热效率；增加熔池的搅拌与传热效率；n稳定电弧，提高实际输入功率。稳定电弧，提高实际输入功率。当时把这种供电叫作当时把这种供电叫作“UHP供电供电”、“合理供电合理供电”。12/29/202220东北大学/阎立懿但但这这种种早早期期“UHP供供电电”，相相当当于于牺牺牲牲电电气气方方面面的的利利益益，换取热工方面的改善。换取热工方面的改善。它存在诸多不足：它存在诸多不足：n超高功率、大电流，使电极消耗大为增加，超高功率、

21、大电流，使电极消耗大为增加，WdjI2；n大电流，使电损失功率增加，大电流，使电损失功率增加，PrI2r；n低电压、大电流，使低电压、大电流，使X%增加，增加，cos大为降低大为降低；n低低电电压压、大大电电流流，使使三三相相电电弧弧功功率率不不平平衡衡严严重重，KI/U。12/29/202221东北大学/阎立懿5.2.3.2降低电极消耗技术降低电极消耗技术电极消耗主要分为端部和侧部消耗：电极消耗主要分为端部和侧部消耗：n端部消耗主要高温升华与剥落；端部消耗主要高温升华与剥落；n侧部消耗主要高温氧化。侧部消耗主要高温氧化。扣除折损消耗后，端部与侧部消耗比例大体上如表扣除折损消耗后，端部与侧部消

22、耗比例大体上如表5-5。影响因素影响因素端部端部侧部侧部折损折损RP/%UHP/%354060656065354012/29/202222东北大学/阎立懿为为了了降降低低电电极极消消耗耗，先先后后开开发发出出涂涂层层电电极极、浸浸渍渍电电极极及及水水冷冷电电极极，其其中中1987年年德德国国的的喷喷淋淋水水冷冷电电极极效效果果最最佳佳（图（图5-5）。这这些些技技术术效效果果明明显显，均均可可以以降降低低电电极极消消耗耗5%10%以以上上，但但这这些些措措施施只只能能减减少少占占电电极极总总消消耗耗的的35%40%的的侧侧部氧化消耗，而对端部消耗的降低则无能为力。部氧化消耗，而对端部消耗的降低

23、则无能为力。12/29/202223东北大学/阎立懿图图5-5喷淋水冷电极喷淋水冷电极5.2.3.3短网改造技术短网改造技术n降降低低电电阻阻，减减少少损损失失功功率率，提提高高输输入入功功率率，如如增增加加导导体体截截面，减少长度，改善接触等；面，减少长度，改善接触等；n降降低低电电抗抗，增增加加功功率率因因数数，提提高高功功率率输输入入，如如增增加加导导体体截截面，减少长度，合理布线（面，减少长度，合理布线（图图5-6）等；）等；n改改进进短短网网布布线线，平平衡衡三三相相电电弧弧功功率率，如如三三相相导导体体采采取取空空间间三角形布置三角形布置（图图5-7）或修正平面法等。或修正平面法等

24、。12/29/202225东北大学/阎立懿图5-6 短网的几种布线方式12/29/202226东北大学/阎立懿图图5-7短网三角型布线方式短网三角型布线方式12/29/202227东北大学/阎立懿5.2.3.4水冷炉壁、水冷炉盖技术水冷炉壁、水冷炉盖技术超超高高功功率率使使炉炉衬衬寿寿命命大大为为降降低低，为为了了从从根根本本上上解解决决炉炉衬衬寿寿命命，必必须寻求新的耐火炉衬，接着水冷炉壁、炉盖应运而生，须寻求新的耐火炉衬，接着水冷炉壁、炉盖应运而生，见图见图5-7。1972年年日日本本开开发发的的水水冷冷挂挂渣渣炉炉壁壁（耐耐久久炉炉壁壁），率率先先在在日日本本采采用用，后推广到美国、西欧

25、等，发展非常迅速。后推广到美国、西欧等，发展非常迅速。目前，目前，UHP电炉普遍采用电炉普遍采用：n炉壁水冷面积可达炉壁水冷面积可达7080%，块寿命达，块寿命达6000次；次；n炉盖水冷面积可达炉盖水冷面积可达8085%，块寿命达，块寿命达4000次以上。次以上。炉炉壁壁采采用用水水冷冷后后，热热点点区区问问题题得得到到基基本本解解决决，炉炉衬衬寿寿命命得得到到一一定定的的提提高高。虽虽然然冷冷却却水水带带走走一一些些热热量量5%10%，但但由由于于提提高高炉炉衬衬寿寿命命，减少冶炼时间等综合效果明显。减少冶炼时间等综合效果明显。END！12/29/202228东北大学/阎立懿5.2.3.5

26、电炉底吹搅拌技术电炉底吹搅拌技术1）问题的提出）问题的提出电电炉炉熔熔池池的的加加热热方方式式与与感感应应炉炉不不同同，更更比比不不上上转转炉炉。它它属属于于传传导导传传热热，即即由由炉炉渣渣传传给给表表层层金金属属，再再传传给给深深层层金金属属，它它的的搅搅拌拌作作用用极极其其微微弱弱，仅仅限限于于电电弧弧附附近近的的镜镜面面层层内内，这这就就造造成成熔熔池池内内的的温温度度差差和和浓浓度度差差大大。这这也也是是将将电电炉炉熔熔池池设设计计成成浅浅碟碟型型，而而且且操操作作上上要要求求加加强强搅搅拌拌的的原因。原因。为为解解决决上上述述问问题题，受受底底吹吹转转炉炉的的启启发发，在在二二十十

27、世世纪纪80年年代代日日本本、美美国国等等先先后后研研究究出出电电炉炉底底吹吹气气搅搅拌拌工工艺艺，由由于于经经济济效效果果显显著著，发发展展很很快。快。电电炉炉底底吹吹气气体体加加强强了了熔熔池池的的搅搅拌拌，这这对对电电炉炉炉炉型型来来说说将将是是一一场场革革命，使电炉炉型命，使电炉炉型由浅碟形变成桶形由浅碟形变成桶形，近似成转炉炉型。，近似成转炉炉型。12/29/202229东北大学/阎立懿2）底吹搅拌系统及冶金效果）底吹搅拌系统及冶金效果电电炉炉底底吹吹搅搅拌拌工工艺艺，即即在在电电炉炉炉炉底底安安装装供供气气元元件件，向向炉炉内内熔熔池池中吹中吹Ar、N2、CH4及及CO2搅拌钢液。

28、搅拌钢液。底底吹吹系系统统的的关关键键是是供供气气元元件件，供供气气元元件件有有单单孔孔透透气气塞塞（图图5-8）、多孔透气塞及埋入式透气塞多种。多孔透气塞及埋入式透气塞多种。电电炉炉底底吹吹气气体体加加强强熔熔池池的的搅搅拌拌、强强化化冶冶炼炼过过程程，产产生生冶冶金金效效果果如如下：下：n加速废钢与合金熔化，均匀钢液成分及温度；加速废钢与合金熔化，均匀钢液成分及温度；n增加渣增加渣-钢接触，提高脱钢接触，提高脱P、S等效果；等效果；n提高金属与合金的收得率；提高金属与合金的收得率；n缩短冶炼时间，降低电耗。缩短冶炼时间，降低电耗。12/29/202230东北大学/阎立懿图图5-8复合型单孔透气塞复合型单孔透气塞12/29/202231东北大学/阎立懿课后思考题课后思考题719）早期）早期UHP电炉供电存在哪些不足。电炉供电存在哪些不足。20）电炉底吹气体搅拌技术的冶金效果。）电炉底吹气体搅拌技术的冶金效果。12/29/202232东北大学/阎立懿