《炉外精炼》PPT课件.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(No11)2/6/20231东北大学/阎立懿主要内容主要内容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炉外处理炉外处理炉外精炼炉外精炼n中国钢铁与大型电炉现状中国钢铁与大型电炉现状2/6/20232东北大学/阎立懿上次介绍第五章上次介绍第五章“电炉废钢预热技术电炉废钢预热技术”的内容:的内容:废废钢钢预预
2、热热技技术术:利利用用电电炉炉排排出出的的高高温温废废气气预预热热进进行行废废钢钢预预热热,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法、双双壳壳电电炉炉法法、竖窑电炉法以及炉料连续预热法等等。竖窑电炉法以及炉料连续预热法等等。工工作作原原理理及及节节能能效效果果:其其中中效效果果最最好好、最最有有发发展展前前途途的的是是炉炉料料连连续续连连续续预预热热式式电电炉炉,实实现现了了废废钢钢连连续续加加料料、连连续续预预热热及及连连续续熔熔化化“三连续三连续”,电弧加热熔池、熔池熔化废钢。,电弧加热熔池、熔池熔化废钢。操操作作特特点点:这这种种炉炉
3、料料连连续续预预热热式式电电炉炉,正正常常冶冶炼炼过过程程给给电电的的一一开开始始就就是是“平平熔熔池池期期”,所所以以平平熔熔池池持持续续时时间间长长、渣渣线线由由下下至至上上范范围围变变化化大大为为“变变渣渣线线”,这这就就使使得得电电弧弧始始终终威威胁胁大大部部分分炉炉墙墙,2#区区域损坏最为严重域损坏最为严重,这将大大减少了炉衬寿命。,这将大大减少了炉衬寿命。因因此此,这这种种电电炉炉炉炉衬衬砌砌筑筑、造造渣渣、吹吹氧氧及及供供电电等等均均与与普普通通电电炉炉有着很大的区别,必须予以重视!有着很大的区别,必须予以重视!2/6/20233东北大学/阎立懿第六章第六章炉外精炼炉外精炼炉外精
4、炼概况炉外精炼概况炉外精炼的基本手段炉外精炼的基本手段炉外精炼方法炉外精炼方法2/6/20234东北大学/阎立懿6.1炉外精炼的概况炉外精炼的概况6.1.1在现代炼钢流程中的位置在现代炼钢流程中的位置高炉高炉铁水预处理铁水预处理转炉转炉钢水二次精炼钢水二次精炼连铸连铸电炉电炉钢水二次精炼钢水二次精炼连铸连铸其中铁水预处理与钢水二次精炼可统称为其中铁水预处理与钢水二次精炼可统称为炉外处理或炉外精炼炉外处理或炉外精炼2/6/20235东北大学/阎立懿6.1.2炉外精炼技术与目的炉外精炼技术与目的炉炉外外精精炼炼技技术术是是在在初初炼炼炉炉(转转炉炉、电电炉炉)以以外外的的钢钢包或专用容器中,对钢液
5、进行炉外处理的精炼方法。包或专用容器中,对钢液进行炉外处理的精炼方法。炉外精炼的主要目的:炉外精炼的主要目的:脱脱碳碳、脱脱气气(H、N、CO)、脱脱氧氧、脱脱硫硫、去去除除夹夹杂杂物物、控制夹杂物的形态、调整成分及温度等等。控制夹杂物的形态、调整成分及温度等等。2/6/20236东北大学/阎立懿6.1.3传统炼钢存在的问题传统炼钢存在的问题1)电炉的还原期钢液吸气严重)电炉的还原期钢液吸气严重电电炉炉的的还还原原期期为为吸吸气气过过程程,使使钢钢中中气气体体增增加加,影影响响钢钢的的质质量量。对对于于防防止止大大断断面面合合金金结结构构钢钢和和大大锻锻件件钢钢最最敏敏感感的的缺缺陷陷白白点点
6、来来说说,要要求求把把钢钢中中的的氢氢降低到降低到2.53.0ppm以下。以下。这这在在电电炉炉冶冶炼炼的的氧氧化化期期,经经过过激激烈烈而而均均匀匀的的碳碳-氧氧沸沸腾腾是是完完全全可可以以达达到到的的。但但是是,紧紧接接着着的的还还原原期期,却却又又使使钢钢中中的的氢氢回回升升到到57ppm,而而出出钢钢、浇浇注注后后则则几几乎乎回回复复到到熔熔清清时时的的水水平平。以以往往采采取取还还原原期期密密封封电电炉炉,保保护护出出钢钢及及浇浇注注,但效果也不明显。但效果也不明显。2)出钢、浇注过程钢液二次氧化严重)出钢、浇注过程钢液二次氧化严重电电炉炉氧氧化化期期脱脱碳碳过过程程夹夹杂杂物物的的
7、去去除除,还还原原期期的的脱脱氧氧及及其其夹夹杂杂物物的的上上浮浮均均比比较较彻彻底底。但但在在出出钢钢、浇浇注注过过程程中中,由由于于钢钢液液与与大大气气接接触触,气气体体及及O急急剧剧升升高高,影影响响钢钢的的质质量量。在在出出钢钢过过程程中中,如如果果钢钢液液与与大大气气接接触触达达到到平平衡衡的的话话,O就会回复到脱氧前的水平(就会回复到脱氧前的水平(100200ppm),给浇注带来恶劣的后果。),给浇注带来恶劣的后果。2/6/20237东北大学/阎立懿3)电炉还原期的变压器利用率非常低)电炉还原期的变压器利用率非常低电电炉炉的的还还原原期期钢钢液液基基本本上上处处于于保保温温与与调调
8、温温的的状状态态,因因而而电电炉炉的的还还原原过过程程需需要要的的电电功功率率很很低低(仅仅为为变变压压器器额额定定功功率率的的1/31/6),而而且时间很长(约且时间很长(约1/3),使变压器利用率非常低、生产率低、成本高。),使变压器利用率非常低、生产率低、成本高。尤尤其其超超高高功功率率电电炉炉技技术术的的出出现现,高高功功率率、强强化化用用氧氧使使废废钢钢迅迅速速熔熔化化、氧氧化化,但但钢钢液液的的还还原原仍仍然然要要在在低低功功率率、长长时时间间下下运运行行,这这大大大大降低了超高功率电炉的功率利用率,显然这是不合理的。降低了超高功率电炉的功率利用率,显然这是不合理的。2/6/202
9、38东北大学/阎立懿4)电炉炼钢的品种受限制)电炉炼钢的品种受限制科科技技对对钢钢材材质质量量日日益益苛苛刻刻的的要要求求:如如纯纯净净度度高高,各各向向异异性性小小,合合金金成成分分范范围围窄窄等等方方面面。其其中中对对钢钢的的纯纯净净度度要要求求,即即钢钢中中C、S、P、T.O、N、H杂杂质质总总量量达达到到l00ppm。如如此此低低的的杂杂质质含含量量,用用传传统统电电炉炉炼炼钢钢方方法法根根本本达不到的。对于有些超低达不到的。对于有些超低C、S、N等纯净钢种也不能冶炼。等纯净钢种也不能冶炼。另另外外,生生产产低低碳碳高高铬铬不不锈锈钢钢时时,铬铬的的烧烧损损严严重重、炉炉体体寿寿命命低
10、低等等,使使得炼钢成本大为提高。得炼钢成本大为提高。5)转炉炼钢法去硫困难)转炉炼钢法去硫困难传传统统的的炼炼钢钢方方法法中中,转转炉炉炼炼钢钢法法钢钢中中的的气气体体含含量量低低,但但存存在在炼炼钢钢过过程程去去硫硫困困难难,对对铁铁水水中中的的硫硫等等要要求求特特别别严严格格(常常要要求求铁铁水水炉炉外外处处理理),以及出钢沉淀脱氧,钢中夹杂物多,使得所炼钢种受到限制。以及出钢沉淀脱氧,钢中夹杂物多,使得所炼钢种受到限制。当当UHP电电炉炉出出现现发发挥挥了了炉炉外外精精炼炼的的作作用用,就就UHP电电炉炉本本身身来来说说也也只只有与炉外精炼相配合,才能获得高效、节能,创造更大的利润。有与
11、炉外精炼相配合,才能获得高效、节能,创造更大的利润。2/6/20239东北大学/阎立懿6.1.4钢水炉外精炼的优越性钢水炉外精炼的优越性正正是是由由于于以以上上诸诸多多原原因因,使使得得传传统统的的炼炼钢钢法法受受到到挑挑战战,也也促促使使电电炉炉功功能能分分化化。尤尤其其是是超超高高功功率率电电炉炉很很“自自然然地地”与与炉炉外外精精炼炼相相配配合合。炼钢炉(初炼炉)配炉外精炼的优越性如下:炼钢炉(初炼炉)配炉外精炼的优越性如下:1)缩短冶炼时间,提高生产率)缩短冶炼时间,提高生产率电电炉炉为为初初炼炼炉炉时时,提提高高生生产产率率的的效效果果最最显显著著,因因取取消消电电炉炉的的还还原原期
12、,甚至部分氧化期,故提高电炉的生产率。期,甚至部分氧化期,故提高电炉的生产率。一一般般可可以以提提高高电电炉炉生生产产率率25左左右右。若若与与超超高高功功率率电电炉炉相相配配合合,则可提高超高功率电炉生产率则可提高超高功率电炉生产率50%100%。2)改善钢质量、扩大品种)改善钢质量、扩大品种炼炼钢钢炉炉与与炉炉外外精精炼炼配配合合能能生生产产出出气气体体含含量量低低、夹夹杂杂物物含含量量少少的的纯纯净钢,扩大生产的钢种,尤其是转炉生产的钢种可以与电炉竞争。净钢,扩大生产的钢种,尤其是转炉生产的钢种可以与电炉竞争。2/6/202310东北大学/阎立懿3)调节炼)调节炼-浇节奏,实现多炉连浇浇
13、节奏,实现多炉连浇在在初初炼炼炉炉与与连连铸铸机机之之间间设设置置的的具具有有保保持持和和调调温温的的缓缓冲冲设设备备炉炉外外精精炼炼炉炉,则则可可显显著著地地改改善善初初炼炼炉炉和和连连铸铸机机的的配配合合,实实现现多多炉炉连连浇浇,降降低生产成本。低生产成本。4)降低生产成本)降低生产成本提提高高生生产产率率、改改善善钢钢的的质质量量、扩扩大大品品种种及及实实现现多多炉炉连连浇浇都都可可以以降降低产品成本。低产品成本。此此外外,某某些些炉炉外外精精炼炼法法允允许许初初炼炼炉炉使使用用一一些些质质量量较较差差,或或价价格格便便宜宜的的原原材材料料。如如采采用用VOD或或AOD生生产产超超低低
14、碳碳不不锈锈钢钢,就就允允许许初初炼炼炉炉的的炉炉料料中中配配用用高高比比例例的的同同类类钢钢种种的的返返回回钢钢或或碳碳素素铬铬铁铁,从从而而显显著著地地降降低低原材料的费用。原材料的费用。2/6/202311东北大学/阎立懿6.2炉外精炼的基本手段炉外精炼的基本手段为为创创造造最最佳佳的的冶冶金金反反应应条条件件,炉炉外外精精炼炼所所采采用用的的基基本本手手段段:搅搅拌拌,真真空空,加加热热,及及渣渣洗洗、喷喷吹吹与与喂喂丝丝等等几几种种,以以及及这这些些基基本本手手段段的的不不同同组合。组合。6.2.1搅拌搅拌对对反反应应容容器器中中的的金金属属液液进进行行搅搅拌拌,是是炉炉外外精精炼炼
15、的的最最基基本本、最最重重要要的的手手段段。它它是是采采取取某某种种措措施施给给金金属属液液提提供供动动能能,促促使使它它在在精精炼炼反反应应器器中对流运动。中对流运动。搅搅拌拌可可改改善善冶冶金金反反应应动动力力学学条条件件,强强化化反反应应体体系系的的传传质质和和传传热热,加加速速冶冶金金反反应应,均均匀匀钢钢液液成成分分和和温温度度,有有利利于于夹夹杂杂物物聚聚合合长长大大和和上上浮浮排除。排除。2/6/202312东北大学/阎立懿反反应应器器的的搅搅拌拌强强度度可可以以用用单单位位金金属属液液所所得得到到的的搅搅拌拌能能密密度度衡衡量量,搅搅拌拌的的效效果果通通常常用用反反应应容容器器
16、内内的的均均匀匀混混合合时间时间来反映。来反映。事事实实上上,反反应应容容器器内内的的均均匀匀混混合合时时间间除除了了与与搅搅拌拌能能密度有关外,还与搅拌方式、熔池的几何形状等有关。密度有关外,还与搅拌方式、熔池的几何形状等有关。2/6/202313东北大学/阎立懿对对钢钢水水施施加加一一个个交交变变磁磁场场,当当磁磁场场以以一一定定速速度度切切割割钢钢液液时时,会会产产生生感感应应电电势势,这这个个电电势势可可在在钢钢液液中中产产生生感感应应电电流流J,载载流流钢钢液液与与磁磁场场的的相相互互作用产生电磁力作用产生电磁力f,从而驱动钢液运动,达到搅拌钢液的目的。,从而驱动钢液运动,达到搅拌钢
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