电炉炼钢冶炼工艺教材.ppt

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1、第五章第五章 电炉炼钢冶炼工艺电炉炼钢冶炼工艺电炉炼钢电炉炼钢冶炼工艺冶炼工艺钢液钢液的的合合金金化化第五章第五章 电炉炼钢冶炼工艺电炉炼钢冶炼工艺电炉冶炼操作方法电炉冶炼操作方法电炉炼钢冶炼工艺电炉炼钢冶炼工艺钢液钢液的的合合金金化化5.1电炉电炉冶炼操作方法冶炼操作方法 一般是按造渣工艺特点来划分的，有单渣氧化法、一般是按造渣工艺特点来划分的，有单渣氧化法、单渣还原法、双渣还原法与双渣氧化法，目前普遍采用后单渣还原法、双渣还原法与双渣氧化法，目前普遍采用后两种。两种。1）双渣还原法）双渣还原法又称返回吹氧法，其特点是冶炼过程中有较短的氧化又称返回吹氧法，其特点是冶炼过程中有较短的氧化期（期

2、（10min），），造氧化渣，又造还原渣，能吹氧脱碳，去造氧化渣，又造还原渣，能吹氧脱碳，去气、夹杂。但由于该种方法脱磷较难，故要求气、夹杂。但由于该种方法脱磷较难，故要求炉料应由含炉料应由含低磷的返回废钢组成低磷的返回废钢组成。由于它采取了小脱碳量、短氧化期，不但能去除有害由于它采取了小脱碳量、短氧化期，不但能去除有害元素，还可以回收返回废钢中大量的合金元素。因此，此元素，还可以回收返回废钢中大量的合金元素。因此，此法适合冶炼不锈钢、高速钢等含法适合冶炼不锈钢、高速钢等含Cr、W高的钢种。高的钢种。1/9/20233东北大学/阎立懿 2）双渣氧化法）双渣氧化法 又称氧化法，它的特点是冶炼过程

3、有正常的又称氧化法，它的特点是冶炼过程有正常的氧化期，能脱碳、脱磷，去气、夹杂，对炉料也氧化期，能脱碳、脱磷，去气、夹杂，对炉料也无特殊要求；还有还原期，可以冶炼高质量钢。无特殊要求；还有还原期，可以冶炼高质量钢。目前，几乎所有的钢种都可以用氧化法冶目前，几乎所有的钢种都可以用氧化法冶炼，以下炼，以下主要介绍氧化法冶炼工艺主要介绍氧化法冶炼工艺。5.2电炉电炉传统冶炼工艺传统冶炼工艺 传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。其操作过程分为：补炉、装料、熔化、氧化、其操作过程分为：补炉、装料、熔化、氧化、还原与出钢六个阶段。因主要由熔化、氧化、还还原与出钢六个阶

4、段。因主要由熔化、氧化、还原期组成，俗称老三期。原期组成，俗称老三期。5.2.1补炉补炉1）影响炉衬寿命的）影响炉衬寿命的“三要素三要素”炉衬的种类、性质和质量；炉衬的种类、性质和质量；高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀；高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀；吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。2）补炉部位）补炉部位炉衬各部位的工作条件不同（炉衬各部位的工作条件不同（图图4-1、图图4-2）损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部位如下：损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部位如下：炉壁渣线炉壁渣线受到高温电弧的辐射，渣、钢的化学侵受到高温电弧的辐射，渣、钢的化学侵蚀与

5、机械冲刷，以及吹氧操作等损坏严重；蚀与机械冲刷，以及吹氧操作等损坏严重；渣线热点区渣线热点区尤其尤其2热点区还受到电弧功率大、热点区还受到电弧功率大、偏弧等影响侵蚀严重，该点的损坏程度常常成为换偏弧等影响侵蚀严重，该点的损坏程度常常成为换炉的依据；炉的依据；出钢口附近出钢口附近因受渣钢的冲刷也极易减薄；因受渣钢的冲刷也极易减薄；炉门两侧炉门两侧常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操作与工具的碰撞等损坏也比较严重。作与工具的碰撞等损坏也比较严重。图图5-1槽出钢槽出钢电炉炉衬情况电炉炉衬情况图图5-2 EBT电炉炉衬情况炉衬情况 3）补炉方法）补炉方法补炉方法分为人

6、工投补和机械喷补，根据补炉方法分为人工投补和机械喷补，根据选用材料的混合方式不同，又分为干补和湿补两选用材料的混合方式不同，又分为干补和湿补两种。种。目前，在大型电炉上多采用机械喷补，机目前，在大型电炉上多采用机械喷补，机械喷补设备有炉门喷补机、炉内旋转补炉机，机械喷补设备有炉门喷补机、炉内旋转补炉机，机械喷补补炉速度快、效果好。械喷补补炉速度快、效果好。补炉的原则是：高温、快补、薄补。补炉的原则是：高温、快补、薄补。4）补炉材料）补炉材料机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。结剂。5.

7、2.2装料装料 目前，广泛采用炉顶料罐（或叫料篮、料目前，广泛采用炉顶料罐（或叫料篮、料筐）筐）装料装料（图图5-3），每炉钢的炉料分），每炉钢的炉料分13次加入。次加入。装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电极消耗以及合金元素的烧损等。因此，要求合理极消耗以及合金元素的烧损等。因此，要求合理装料，这主要取决于炉料在料罐中的布料合理与装料，这主要取决于炉料在料罐中的布料合理与否。否。现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭中间高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭桥，熔化

8、快、效率高。桥，熔化快、效率高。图图4-3电炉装料情况电炉装料情况5.2.3熔化期熔化期 传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的50%70%，电耗占，电耗占70%80%。因此熔化期的长短影。因此熔化期的长短影响生产率和电耗，熔化期的操作影响氧化期、还原响生产率和电耗，熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与否。期的顺利与否。（1）熔化期的主要任务）熔化期的主要任务将块状的固体炉料快速熔化，并加热到氧化温度；将块状的固体炉料快速熔化，并加热到氧化温度；提前造渣，早期去磷，减少钢液吸气与挥发。提前造渣，早期去磷，减少钢液吸气与挥发。（2）熔化期的操作）熔化期的操作合

9、理供电，及时吹氧，提前造渣。合理供电，及时吹氧，提前造渣。1）炉料熔化过程及供电）炉料熔化过程及供电装料完毕即可通电熔化。装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程见炉料熔化过程见图图5-4，基本可分为四个阶段，基本可分为四个阶段（期），即点弧、穿井、主熔化及熔（期），即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。末升温。点（起）弧期点（起）弧期 从送电起弧至电极端部下降到深度为从送电起弧至电极端部下降到深度为d电极电极为为点弧期。点弧期。此期电流不稳定，电弧在炉顶附近燃烧辐射，此期电流不稳定，电弧在炉顶附近燃烧辐射，二次电压越高，电弧越长，对炉顶辐射越厉害，二次电压越高，电弧越长，对炉顶辐射越厉害，并且热量损失也

10、越多。并且热量损失也越多。为保护炉顶，在炉上部布一些轻薄料，以便为保护炉顶，在炉上部布一些轻薄料，以便让电极快速进入料中，减少电弧对炉顶的辐射。让电极快速进入料中，减少电弧对炉顶的辐射。供电上采用较低电压、较低电流。供电上采用较低电压、较低电流。穿井穿井期期 点弧结束至电极端部下降到炉底为穿井期。点弧结束至电极端部下降到炉底为穿井期。此期虽然电弧被炉料所遮蔽，但因不断出现此期虽然电弧被炉料所遮蔽，但因不断出现塌料现象，电弧燃烧不稳定。塌料现象，电弧燃烧不稳定。注意保护炉底，办法是：加料前采取外加石注意保护炉底，办法是：加料前采取外加石灰垫底，炉中部布置大、重废钢以及合理的炉型。灰垫底，炉中部布

11、置大、重废钢以及合理的炉型。供电上采取较大的二次电压、较大电流，以供电上采取较大的二次电压、较大电流，以增加穿井的直径与穿井的速度。增加穿井的直径与穿井的速度。主熔化期主熔化期 电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始（图（图5-4）。）。随着炉料不断的熔化，电极渐渐上升，随着炉料不断的熔化，电极渐渐上升，至炉料基本熔化，仅炉坡、渣线附近存在少量炉料，至炉料基本熔化，仅炉坡、渣线附近存在少量炉料，电弧开始暴露时主熔化期结束。电弧开始暴露时主熔化期结束。主熔化期由于电弧埋入炉料中，电弧稳定、热主熔化期由于电弧埋入炉料中，电弧稳定、热效率高、传热条件好，故应

12、以最大功率供电，即采效率高、传热条件好，故应以最大功率供电，即采用最高电压、最大电流供电。用最高电压、最大电流供电。主熔化期时间占整个熔化期的主熔化期时间占整个熔化期的70以上。以上。熔末升温期熔末升温期 电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末升温期。升温期。此阶段因炉壁暴露，尤其是炉壁热点区的暴此阶段因炉壁暴露，尤其是炉壁热点区的暴露受到电弧的强烈辐射露受到电弧的强烈辐射（图（图5-4）。应注意保护炉壁，即提前造好泡沫渣进行埋应注意保护炉壁，即提前造好泡沫渣进行埋弧操作，否则应采取低电压、大电流供电。弧操作，否则应采取低电压、大电流供电。各阶段熔化与供电

13、情况见表各阶段熔化与供电情况见表5-1。典型的供电曲线如图典型的供电曲线如图5-5。表表5-1炉料熔化过程与操作炉料熔化过程与操作熔化过程熔化过程电极位置电极位置必要必要条件条件办办法法点弧期点弧期送电送电d极极保护保护炉顶炉顶较低电压较低电压较低电流较低电流炉顶布炉顶布轻废钢轻废钢穿井期穿井期d极极炉底炉底保护保护炉底炉底较大电压较大电压较大电流较大电流石灰垫底石灰垫底主熔化期主熔化期炉底炉底电弧电弧暴露暴露快速快速熔化熔化最高电压最高电压最大电流最大电流熔末升温熔末升温期期电弧暴露电弧暴露全熔全熔保护保护炉壁炉壁低电压、低电压、大电流大电流水冷水冷+泡沫渣泡沫渣图图5-5典型的供电曲线典型

14、的供电曲线2）及时吹氧与元素氧化）及时吹氧与元素氧化熔化期吹氧助熔，初期以切割为主，当炉料熔化期吹氧助熔，初期以切割为主，当炉料基本熔化形成熔池时，则以向钢液中吹氧为主。基本熔化形成熔池时，则以向钢液中吹氧为主。吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固体料发红（体料发红（900）开始吹氧最为合适，吹氧过）开始吹氧最为合适，吹氧过早浪费氧气，过迟延长熔化时间。早浪费氧气，过迟延长熔化时间。一般情况下，熔化期钢中的一般情况下，熔化期钢中的Si、Al、Ti、V等等几乎全部氧化几乎全部氧化，Mn、氧化氧化40%50%，这与渣，这与渣的碱度和氧化性等有关；而在吹氧时氧

15、化的碱度和氧化性等有关；而在吹氧时氧化10%30%、Fe氧化氧化2%3%。3）提前造渣）提前造渣用用2%3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、渣，实现提前造渣。这样在熔池形成的同时就有炉渣，实现提前造渣。这样在熔池形成的同时就有炉渣覆盖，使电弧稳定，有利于炉料的熔化与升温，渣覆盖，使电弧稳定，有利于炉料的熔化与升温，并可减少热损失，防止吸气和金属的挥发。并可减少热损失，防止吸气和金属的挥发。由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度，由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度，可脱除一部分磷；当磷高时，可采取自动流渣、换可脱除一部分磷；当磷高时，可采取自动流渣、换新渣操作，脱

16、磷效果更好，这样为氧化期创造条件。新渣操作，脱磷效果更好，这样为氧化期创造条件。为什么？脱磷反应与脱磷条件：为什么？脱磷反应与脱磷条件：脱磷反应与脱磷条件：脱磷反应与脱磷条件：脱磷反应：脱磷反应：2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe,H0分析：反应是在渣分析：反应是在渣-钢界面上进行，是放热反应。钢界面上进行，是放热反应。脱磷反应的条件：脱磷反应的条件：高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；高氧化性，造高氧化性渣，增加渣中氧化铁；高氧化性，造高氧化性渣，增加渣中氧化铁；低温，抓紧在熔化期进行；低温，抓紧在熔化期进行；大渣量（适当大），采取流渣

17、造新渣。大渣量（适当大），采取流渣造新渣。电炉脱磷操作：电炉脱磷操作：实际电炉脱磷操作正是通过提前造高实际电炉脱磷操作正是通过提前造高碱度、高氧化性炉渣，并采用流渣、造新渣碱度、高氧化性炉渣，并采用流渣、造新渣的操作等，抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。的操作等，抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。（3）缩短熔化期的措施）缩短熔化期的措施减少热停工时间，如提高机械化、自动化程度，减少热停工时间，如提高机械化、自动化程度，减少装料次数与时间等；减少装料次数与时间等；强化用氧，如吹氧助熔、氧强化用氧，如吹氧助熔、氧-燃助熔，实现废钢燃助熔，实现废钢同步熔化，提高废钢熔化速度同步熔化，提高废钢熔化速度；提高变

18、压器输入功率，加快废钢熔化速度提高变压器输入功率，加快废钢熔化速度；废钢预热，利用电炉冶炼过程产生的高温废气进废钢预热，利用电炉冶炼过程产生的高温废气进行废钢预热等。行废钢预热等。5.2.4氧化期氧化期氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。气体和夹杂物。当废钢料完全熔化，并达到氧化温度，磷脱除当废钢料完全熔化，并达到氧化温度，磷脱除7080%以上进入氧化期。为保证冶金反应的进行，氧化开始以上进入氧化期。为保证冶金反应的进行，氧化开始温度高于钢液熔点温度高于钢液熔点5080。（1）氧化期的主要任务）氧化期的主要任务继续脱磷到

19、要求继续脱磷到要求脱磷；脱磷；脱碳至规格下限脱碳至规格下限脱碳；脱碳；去除气、去夹杂去除气、去夹杂二去；二去；提提高高钢钢液液温度温度升温。升温。（2）氧化期操作）氧化期操作 1）造渣与脱磷）造渣与脱磷传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷，由传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷，由脱脱磷反应式可以看出：在氧化前期（低温），造磷反应式可以看出：在氧化前期（低温），造好好高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣，并及时高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣，并及时流渣、换新渣，实现快速脱磷是可行的。流渣、换新渣，实现快速脱磷是可行的。2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5FeH02）氧化与脱碳）氧化与脱

20、碳近些年，强化用氧实践表明：除非钢中磷含近些年，强化用氧实践表明：除非钢中磷含量特别高需要采用碎矿（或氧化铁皮）造高氧化性量特别高需要采用碎矿（或氧化铁皮）造高氧化性炉渣外，均采用吹氧氧化，尤其当脱磷任务不重时，炉渣外，均采用吹氧氧化，尤其当脱磷任务不重时，通过强化吹氧氧化钢液降低钢中碳含量。通过强化吹氧氧化钢液降低钢中碳含量。降（脱）碳是电炉炼钢重要任务之一，然而降（脱）碳是电炉炼钢重要任务之一，然而脱碳反应的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反应的作脱碳反应的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反应的作用？用？脱碳反应的作用如下：脱碳反应的作用如下：降降低低钢钢中中的的碳碳，利利用用碳碳-氧氧反反应应（2C

21、O）这个手段，来达到以下目的；这个手段，来达到以下目的；搅动熔池，加速反应，均匀成分、温度；搅动熔池，加速反应，均匀成分、温度；去除钢中气体与夹杂。去除钢中气体与夹杂。实实际际上上，电电炉炉就就是是通通过过高高配配碳碳，利利用用吹吹氧氧脱脱碳碳这这一一手手段段，来来达达到到加加速速反反应应，均均匀匀成成分分、温温度度，去除气体和夹杂的目的。去除气体和夹杂的目的。脱碳反应与脱碳条件：脱碳反应与脱碳条件：CO=CO,HCO0.24kcal=22kJ0分析：该反应是在钢中进行，是放热反应。分析：该反应是在钢中进行，是放热反应。高氧化性，加强供氧，使高氧化性，加强供氧，使O实际实际平衡平衡。高温，加速

22、高温，加速-间的扩散（由于脱碳反应是间的扩散（由于脱碳反应是“弱弱”放热反放热反应，温度影响不大（热力学温度），但从动力学角度，温度应，温度影响不大（热力学温度），但从动力学角度，温度升高改善动力学条件，加速升高改善动力学条件，加速-间的扩散，故高温有利脱间的扩散，故高温有利脱碳的进行）。碳的进行）。降低降低PCO，如充惰性气体（如充惰性气体（AOD），），抽气与真空处理（抽气与真空处理（VD、VOD）等均有利于脱碳反应。等均有利于脱碳反应。3）气体与夹杂物的去除）气体与夹杂物的去除电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶段，怎么进行的？段，怎么进行的？去气

23、、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。它是借助碳行的。它是借助碳-氧反应、一氧化碳气泡的上浮，氧反应、一氧化碳气泡的上浮，使熔池产生激烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、使熔池产生激烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度。均匀成分与温度。去气、去夹杂的机理？去气、去夹杂的机理？去气、去夹杂的机理：去气、去夹杂的机理：-反应生成反应生成CO使熔池沸腾；使熔池沸腾；CO气泡气泡对对N2、H2等来说，等来说，PN2、PH2分压为零，分压为零，N2、H2极极易并到易并到CO气泡中，长大排除；气泡中，长大排除；-反应，易使反应，易使2FeOSiO2、2FeOAl2

24、O3及及2FeOTiO2等等氧化物夹杂聚合长大而上浮；氧化物夹杂聚合长大而上浮；CO上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。为此，一定要控制好脱碳反应速度，保证熔池有一定为此，一定要控制好脱碳反应速度，保证熔池有一定的激烈沸腾时间。的激烈沸腾时间。4）氧化期的温度控制）氧化期的温度控制氧化期的温度控制要兼顾脱磷与脱碳二者氧化期的温度控制要兼顾脱磷与脱碳二者的需要，并优先的需要，并优先去磷。去磷。在氧化前期应适当控制升在氧化前期应适当控制升温速度，待磷达到要求后再放手提温。温速度，待磷达到要求后再放手提温。一般要求氧化末期的温度略高于出钢温度一般要求氧化末期的温度略高于出

25、钢温度2030，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的钢液降温，见钢液降温，见图图5-6。当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化渣、造稀薄渣进入还原期。化渣、造稀薄渣进入还原期。图图5-6金属料（固金属料（固/液体）升温曲线液体）升温曲线5.2.5还原还原期期 传统电炉冶炼工艺中，还原期的存在显示了电炉炼传统电炉冶炼工艺中，还原期的存在显示了电炉炼钢的特点。而现代电炉冶炼工艺的主要差别是将还原期钢的特点。而现代电炉冶炼工艺的主要差别是将还原期移至炉外进行。移至炉外进行。（1）还原期的主要任务）还原期的主要任务脱脱氧氧至至要

26、要求求脱氧脱氧；脱硫至一定值脱硫至一定值脱硫；脱硫；调调整整成成分分合金化；合金化；调调整整温温度度调温。调温。其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。1）脱氧方法）脱氧方法有沉淀脱氧、扩散脱氧及综合脱氧法。有沉淀脱氧、扩散脱氧及综合脱氧法。电炉炼钢采用沉淀脱氧法与扩散脱氧法交替进行的综合电炉炼钢采用沉淀脱氧法与扩散脱氧法交替进行的综合脱氧法，即氧化末、还原前用沉淀脱氧脱氧法，即氧化末、还原前用沉淀脱氧预脱氧，还原期用预脱氧，还原期用扩散脱氧，出钢前用沉淀脱氧扩散脱氧，出钢前用沉淀脱氧终脱氧。终脱氧。其中沉淀脱氧反应式：其中沉淀脱氧反应式：xM块块yO

27、(MxOy)沉淀脱氧是将块状脱氧剂加入钢液中，直接进行钢液脱氧。沉淀脱氧是将块状脱氧剂加入钢液中，直接进行钢液脱氧。常用的脱氧剂有：常用的脱氧剂有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、V和复合脱氧剂和复合脱氧剂Mn-Si、Ca-Si等，脱氧能力依次增加。等，脱氧能力依次增加。该法的特点：操作简单，脱氧迅速；脱氧产物易留在钢中该法的特点：操作简单，脱氧迅速；脱氧产物易留在钢中（当上浮时间短时）。（当上浮时间短时）。扩散脱氧反应式：扩散脱氧反应式：x(M)粉粉+y(FeO)(MxOy)+yFeFeO(FeO)扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，钢中氧再

28、向渣中扩散，间接脱出钢中氧。钢中氧再向渣中扩散，间接脱出钢中氧。粉状脱氧剂有：粉状脱氧剂有：C、Fe-Si、Ca-Si、CaC、Al粉等。粉等。与沉淀脱氧法比较，扩散脱氧法的特点：反应在渣与沉淀脱氧法比较，扩散脱氧法的特点：反应在渣中进行，产物不进入钢中，钢质好；脱氧速度慢，中进行，产物不进入钢中，钢质好；脱氧速度慢，时间长。此法常用在电炉还原期稀薄渣形成后。时间长。此法常用在电炉还原期稀薄渣形成后。2）脱硫反应及脱硫条件）脱硫反应及脱硫条件FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO），），H0分析：该反应是在渣分析：该反应是在渣-钢界面上进行的，为一吸热反应。钢界面上进行的，为一吸热反应。高碱

29、度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；强还原气分（或低氧化性），造还原性渣，减少渣中的氧强还原气分（或低氧化性），造还原性渣，减少渣中的氧化铁；化铁；高温，同时高温改善渣的流动性；高温，同时高温改善渣的流动性；大渣量（适当大），充分搅拌增加渣大渣量（适当大），充分搅拌增加渣-钢接触。钢接触。由于电炉还原期或精炼炉精炼期的还原气分强烈，由于电炉还原期或精炼炉精炼期的还原气分强烈，(FeO)0.5%1.0%，对脱硫特别有利，对脱硫特别有利。（2）还原操作）还原操作脱氧操作脱氧操作 电炉常用综合脱氧法，其还原操作以脱氧为核心电炉常用综合脱氧法，其还原操作以脱氧为核心.1

30、）当钢液的）当钢液的T、P、C符合要求，扒渣符合要求，扒渣95；2）加）加Fe-Mn、Fe-Si块等预脱氧（沉淀脱氧）；块等预脱氧（沉淀脱氧）；3）加石灰、萤石、火砖块，造稀薄渣；）加石灰、萤石、火砖块，造稀薄渣；4）还原，加）还原，加C粉、粉、Fe-Si粉等脱氧（扩散脱氧），分粉等脱氧（扩散脱氧），分35批，批，710min批；批；5）搅拌，取样、测温；）搅拌，取样、测温；6）调整成分）调整成分合金化；合金化；7）加）加Al或或Ca-Si块等终脱氧（沉淀脱氧）；块等终脱氧（沉淀脱氧）；8）出钢）出钢（3）温度的控制）温度的控制 考虑到出钢到浇注过程中的温度损失，出钢温考虑到出钢到浇注过程中的

31、温度损失，出钢温度应比钢的熔点高出度应比钢的熔点高出100140。由于氧化期末控。由于氧化期末控制钢液温度大于出钢温度制钢液温度大于出钢温度2030以上，所以扒渣以上，所以扒渣后还原期的温度控制，总的来说是保温过程后还原期的温度控制，总的来说是保温过程（图图5-6）。）。若还原期大幅度升温，则造成：钢液吸气严重、若还原期大幅度升温，则造成：钢液吸气严重、高温电弧加重对炉衬的侵蚀及局部钢水过热。为此，高温电弧加重对炉衬的侵蚀及局部钢水过热。为此，应避免还原期应避免还原期“后升温后升温”操作。操作。5.2.6出钢出钢 传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原后，当化学成

32、分合格，温度符合要求，钢液后，当化学成分合格，温度符合要求，钢液脱氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出脱氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出钢。钢。因出钢过程的渣因出钢过程的渣-钢接触可进一步脱氧钢接触可进一步脱氧与脱硫，故要求采取与脱硫，故要求采取“大口、深冲、渣大口、深冲、渣-钢混钢混合合”的出钢方式。的出钢方式。传统电炉老三期冶炼工艺操作集熔化、精传统电炉老三期冶炼工艺操作集熔化、精炼和合金化于一炉，包括熔化期、氧化期和还炼和合金化于一炉，包括熔化期、氧化期和还原期，在炉内既要完成废钢的熔化，钢液的升原期，在炉内既要完成废钢的熔化，钢液的升温，钢液的脱磷、脱碳、去气、去除夹杂物，温，钢液

33、的脱磷、脱碳、去气、去除夹杂物，又要进行钢液的脱氧、脱硫，以及温度、成分又要进行钢液的脱氧、脱硫，以及温度、成分的调整，因而冶炼周期很长。的调整，因而冶炼周期很长。这既难以保证对钢材越来越严格的质量要这既难以保证对钢材越来越严格的质量要求，又限制了电炉生产率的提高。求，又限制了电炉生产率的提高。5.3钢液的合金化钢液的合金化 炼钢过程中调整钢液合金成分的操作称为合金炼钢过程中调整钢液合金成分的操作称为合金化，它包括电炉过程钢液的合金化及化，它包括电炉过程钢液的合金化及精炼精炼过程后期过程后期钢液的合金成分微调。钢液的合金成分微调。传统电炉冶炼工艺的合金化一般是在氧化末、传统电炉冶炼工艺的合金化

34、一般是在氧化末、还原初进行预合金化，在还原末、出钢前或出钢过还原初进行预合金化，在还原末、出钢前或出钢过程进行合金成分微调。程进行合金成分微调。而现代电炉炼钢合金化一般是在出钢过程中在而现代电炉炼钢合金化一般是在出钢过程中在钢包内完成，出钢时钢包中合金化为预合金化，精钢包内完成，出钢时钢包中合金化为预合金化，精确的合金成分调整最终是在精炼炉内完成的。确的合金成分调整最终是在精炼炉内完成的。5.3.合金化操作合金化操作主要指合金加入的时间、加入的数量及主要指合金加入的时间、加入的数量及加入的方式。加入的方式。1）合金加入时间）合金加入时间总的原则是：熔点高，不易氧化的元素可总的原则是：熔点高，不

35、易氧化的元素可早加；熔点低，易氧化的元素晚加。早加；熔点低，易氧化的元素晚加。合金化操作具体原则合金化操作具体原则：A）易氧化的元素后加原则：易氧化的元素后加原则：不易氧化的元素，可在装料时、氧化期或还原期加入，如不易氧化的元素，可在装料时、氧化期或还原期加入，如Ni、Co、Mo，W等；等；较易氧化的元素，一般在还原初期加入，如较易氧化的元素，一般在还原初期加入，如P、Cr、Mn等；等；n容易氧化的元素一般在还原末期加入，即在钢液和炉渣脱氧良好的容易氧化的元素一般在还原末期加入，即在钢液和炉渣脱氧良好的情况下加入情况下加入，如，如V、Nb、Si、Ti、Al、B、稀土元素稀土元素（La、Ce等）

36、。等）。为提高易氧化元素的收得率，许多工厂在出钢过程中为提高易氧化元素的收得率，许多工厂在出钢过程中加入稀土元素、钛铁等，有时稀土元素还在浇注的过程中加入稀土元素、钛铁等，有时稀土元素还在浇注的过程中加入。加入。B）比重大的加强搅拌原则：比重大的加强搅拌原则：熔点高的、比重大的铁合金，加入后应加强搅拌。如钨铁的密度大、熔点高的、比重大的铁合金，加入后应加强搅拌。如钨铁的密度大、熔点高，沉于炉底，其块度应小些。熔点高，沉于炉底，其块度应小些。C）便宜的先加原则：便宜的先加原则：在许可的条件下，优先使用便宜的高碳铁合金，然后再考虑使用中在许可的条件下，优先使用便宜的高碳铁合金，然后再考虑使用中碳铁

37、合金或低碳铁合金。碳铁合金或低碳铁合金。D）贵重的控制下限原则：贵重的控制下限原则：贵重的铁合金应尽量控制在中下限，以降低钢的成本。如冶炼贵重的铁合金应尽量控制在中下限，以降低钢的成本。如冶炼W18Cr4V时（时（W17%19%），），每少加每少加1%的的W，可节约可节约15kg/t钨铁。钨铁。此外，脱氧操作和合金化操作也不能截此外，脱氧操作和合金化操作也不能截然分开。一般说来，作为脱氧的元素先加，然分开。一般说来，作为脱氧的元素先加，合金化元素后加；脱氧能力比较强的，而且合金化元素后加；脱氧能力比较强的，而且比较贵重的合金元素，应在钢液脱氧良好的比较贵重的合金元素，应在钢液脱氧良好的情况下加

38、入。情况下加入。5.4废钢预热节能技术废钢预热节能技术概述概述废钢预热法的分类废钢预热法的分类料罐式废钢预热法料罐式废钢预热法双壳电弧炉预热法双壳电弧炉预热法竖窑式电炉预热法竖窑式电炉预热法炉炉料料连续连续预热预热法法1）概述）概述 当当电电炉炉采采用用超超高高功功率率化化与与强强化化用用氧氧技技术术，使使废废气气量量大大大大增增加加，废废气气温温度度高高达达1200以以上上，废废气气带带走走的的热热量量占占总总热热量支出的量支出的15%20%，折合成电能相当于，折合成电能相当于80120kWh/t。为为了了降降低低能能耗耗、回回收收能能量量，在在废废钢钢熔熔炼炼前前，利利用用电电炉炉产生的高

39、温废气进行废钢预热，节能效果明显。产生的高温废气进行废钢预热，节能效果明显。到到目目前前为为止止，世世界界范范围围废废钢钢预预热热方方法法主主要要有有料料罐罐预预热热法、双壳电炉法、竖窑电炉法以及炉料连续预热法等等。法、双壳电炉法、竖窑电炉法以及炉料连续预热法等等。2）废钢预热法的分类）废钢预热法的分类 按其结构类型分为：按其结构类型分为：分体式与一体式，即预热与熔炼是分还是合；分体式与一体式，即预热与熔炼是分还是合；分批预热式与连续预热式。分批预热式与连续预热式。按使用的热源分为：按使用的热源分为：外加热源预热外加热源预热燃料烧咀预热；燃料烧咀预热；利用电炉排出的高温废气预热。利用电炉排出的

40、高温废气预热。3）料罐式废钢预热）料罐式废钢预热世世界界上上第第一一套套料料罐罐式式废废钢钢预预热热装装置置是是日日本本于于1980年年用用在在50吨吨电电炉炉上上，次次年年又又将将这这种种废废钢钢预预热热装装置置用用在在100吨吨电电炉炉上上。之之后后，在在不不到到10年年的的时时间里，日本就有接近间里，日本就有接近50套废钢预热装置投入运行。套废钢预热装置投入运行。料料罐罐式式废废钢钢预预热热装装置置及及其其工工作作原原理理，见见图图6-22。图图5-22料篮式废钢预热装置示意图料篮式废钢预热装置示意图料罐预热法的工作原理及预热效果：料罐预热法的工作原理及预热效果：电电炉炉产产生生的的高高

41、温温废废气气（1200）由由第第四四孔孔水水冷冷烟烟道道经经燃燃烧烧室室后后进进入入装装有有废废钢钢的的预预热热室室内内进进行行预预热热。废废气气进进入入预预热热室室的的温温度度一一般般为为700800，排排出出时时为为150200，每每罐罐料料预预热热3040min，可可使使废废钢钢预预热热至至200250。每每炉钢的第一篮（约炉钢的第一篮（约60%）废钢可以得到预热。）废钢可以得到预热。料料罐罐预预热热法法能能回回收收废废气气带带走走热热量量的的20%30%，可可节节电电2030kWht，同时，节约电极、提高生产率。同时，节约电极、提高生产率。料罐预热法的问题及改进措施：料罐预热法的问题及

42、改进措施：该种废钢预热存在的主要问题：该种废钢预热存在的主要问题：产生白烟、臭气新的公害；产生白烟、臭气新的公害；高温废气使料篮局部过烧，降低其使用寿命；高温废气使料篮局部过烧，降低其使用寿命；预热温度低，废钢装料过程温降大等。预热温度低，废钢装料过程温降大等。迫迫于于这这些些问问题题采采取取了了再再循循环环方方式式、加加压压方方式式、多多段段预预热热方方式式、喷喷雾雾冷冷却却方方式式以以及及后后燃燃方方式式等等措措施施对对付付白白烟烟与与臭臭气气；采采取取水水冷冷料料罐罐以以及及限限制制预预热热时时间间、温温度度等等措措施施来来提提高高料料罐罐的的寿命。寿命。但但是是，结结果果表表明明不不理

43、理想想，而而且且这这些些措措施施均均使使原原本本废废钢钢预预热热温温度度就就不不高高（废废钢钢入入炉炉前前温温降降大大，降降至至100150）的情况进一步恶化，综合效益甚微。的情况进一步恶化，综合效益甚微。这这些些问问题题的的存存在在，使使得得该该项项技技术术受受到到挑挑战战，一一些些钢钢厂厂干干脆脆停停止止了了使使用用。这这就就促促使使欧欧、美美和和日日本本积积极极开开发发新新的的废废钢钢预预热热工工艺艺，提提高高利利用用电电炉炉产产生生的的高高温温废废气气预预热热废废钢钢的的效效率率，节节约能源、提高生产率、降低成本以及改善环境。约能源、提高生产率、降低成本以及改善环境。4）双壳电炉法）双

44、壳电炉法双双壳壳电电炉炉法法早早在在二二十十世世纪纪70年年代代双双壳壳炉炉就就存存在在，但但它它是是外外加加热热源源（氧氧-燃燃烧烧咀咀）预预热热；而而新新式式双双壳壳炉炉是是利利用用电电炉炉产生的高温废气进行预热的。产生的高温废气进行预热的。新新式式双双壳壳炉炉具具有有一一套套供供电电系系统统、两两个个炉炉体体，即即“一一电电双双炉炉”。一一套套电电极极升升降降装装置置交交替替对对两两个个炉炉体体进进行行供供热热熔熔化化废废钢，双壳炉运行与工作原理钢，双壳炉运行与工作原理图图5-23、5-24。图5-24 双壳炉运行图图5-7双壳炉工作原理双壳炉工作原理图图双壳炉的工作原理：双壳炉的工作原

45、理：当当熔熔化化炉炉1#进进行行熔熔化化时时，所所产产生生的的高高温温废废气气由由炉炉顶顶排排烟烟孔孔经经燃燃烧烧室室后后进进入入预预热热炉炉2#中中进进行行预预热热废废钢钢，预预热热（热热交交换换）后后的的废废气气由由出出钢钢箱箱顶顶部部排排出出、冷冷却却与与除除尘尘。每每炉炉钢钢的的第一篮（约第一篮（约60%）废钢可以得到预热。）废钢可以得到预热。双壳炉的主要优点：双壳炉的主要优点：提高变压器的时间利用率，由提高变压器的时间利用率，由70%提高到提高到80%以上；以上；缩短冶炼时间，提高生产率缩短冶炼时间，提高生产率10%15%；可回收废气带走热量的可回收废气带走热量的30%以上，节电以上

46、，节电4050kWh/t。新新式式双双壳壳炉炉自自1992年年日日本本首首先先开开发发第第一一座座，到到目目前前世世界范围已有近界范围已有近30座投产，其中大部分为直流双壳炉。座投产，其中大部分为直流双壳炉。为为了了增增加加预预热热废废钢钢的的比比例例，增增加加第第一一次次料料重重量量，如如由由60%增增加加至至70%，日日本本钢钢管管公公司司（NKK）采采取取增增加加电电炉炉熔熔化化室室高高度度，并并采采用用氧氧-燃燃烧烧咀咀预预热热助助熔熔，以以进进一一步步降降低低能能耗耗、提高生产率。提高生产率。5）竖窑式电炉）竖窑式电炉(shaftfurnace)进进入入二二十十世世纪纪90年年代代，

47、德德国国的的Fuchs公公司司研研制制出出新新一一代代电电炉炉竖竖窑窑式式电电炉炉（简简称称竖竖炉炉）。Fuchs公公司司自自1988年年开开始始研研究究竖竖炉炉技技术术，现现在在已已经经显示出其卓越的性能和显著的经济效果。显示出其卓越的性能和显著的经济效果。从从1992年年首首座座竖竖炉炉在在英英国国的的希希尔尔内内斯斯钢钢厂厂（Sheerness）投投产产，到到目目前前为为止止，Fuchs公公司司投投产的竖炉已超过产的竖炉已超过40座。座。竖炉的结构：竖炉的结构：竖竖炉炉炉炉体体为为椭椭圆圆形形，在在炉炉体体相相当当炉炉顶顶第第四四孔孔（直直流流炉炉为为第第二二孔孔）的的位位置置配配置置一

48、一竖竖窑窑烟烟道道，并并与与熔化室连通。熔化室连通。在在竖竖窑窑烟烟道道的的下下部部与与熔熔化化室室之之间间有有一一水水冷冷活活动动托托架架（指指形形阀阀也也叫叫手手指指式式竖竖炉炉），将将竖竖炉炉与与熔熔化化室室隔隔开开，废废钢钢分分批批加加入入竖竖窑窑中中，废废钢钢经经预预热热后后，打打开开托托架架加加入入炉炉中中，可可实实现现100%废废钢钢预预热热，竖竖炉炉运行与工作原理运行与工作原理图图5-8、5-9。图图5-25竖炉的结构示意图竖炉的结构示意图图图5-8竖炉的工作原理竖炉的工作原理竖炉的工作原理竖炉的工作原理（图图5-8）：新新开开炉炉的的第第一一篮篮废废钢钢直直接接加加入入炉炉中

49、中，余余下下的的由由受受料料斗斗加加入入竖竖窑窑中中。送送电电熔熔化化时时，炉炉中中产产生生的的高高温温废废气气12001600，直接对竖窑中废钢料进行预热。，直接对竖窑中废钢料进行预热。当当炉炉膛膛中中的的废废钢钢基基本本熔熔化化后后，竖竖窑窑中中废废钢钢温温度度经经预预热热温温度度高高达达600700时时，打打开开托托架架将将预预热热好好的的废废钢钢加加入入高高温温炉炉膛膛中中。随随后后关关闭闭托托架架，再再由由受受料料斗斗将将废废钢钢加加入入竖竖窑窑中中进进行行预预热热。周周而而复复始始，使使废废钢钢料料分分批批、分分期期地地，100%地地进进行预热。行预热。出出钢钢时时，炉炉盖盖与与竖

50、竖窑窑一一起起提提升升800mm左左右右、炉炉体体倾倾动动，由偏位底出钢口出钢。由偏位底出钢口出钢。竖炉（手指式竖炉）的主要优点：竖炉（手指式竖炉）的主要优点：节节能能效效果果明明显显，可可回回收收废废气气带带走走热热量量的的60%70%，节电，节电6080kWh/t；提高生产率提高生产率15%以上；以上；减少环境污染；减少环境污染；与与其其它它预预热热法法相相比比，还还具具有有占占地地面面积积小小、投投资资省省等优点等优点。竖炉同样有交流、直流，单壳、双壳之分。竖炉同样有交流、直流，单壳、双壳之分。世世界界首首座座双双壳壳竖竖炉炉90t/90MVA，1993年年9月月在在法法国国联联合合金金