第三章 传统电弧炉炼钢的节能技术文档格式.docx
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(1)废钢日益增多
随着工业不断发展,新老设备替换,造成了废钢资源日益丰富。
若仍旧按照原来平、转炉为主的生产形式,必将导致废钢过剩。
同时随钢铁产量增长,相应增加了加工废钢——切头。
这些因素将会使社会废钢总数增加,若不循环使用,将会造成社会的公害。
(2)钢铁工业迅速增长,造成世界性的优质焦炭供应紧张
世界性的优质焦炭价格上涨,迫使一些高炉停产或减产。
由于发电设备大型化,技术不断改进,使发电可利用部分劣质粉煤,因此电的供应与价格比较稳定,所以电炉炼钢发展有了比较可靠的基础。
(3)电炉炼钢竞争力增强
.电炉炼钢由于向大型化、超高功率化发展,冶炼工艺及强化供能方法比平炉合理,从而增加了与平炉的竞争能力。
(4)电炉具有设备投资少,基建速度快,资金回收迅速,特别适于中小型钢铁企业。
(5)钢液温度、成份控制容易,品种适应性大,可以冶炼各种牌号的钢,同时还能适应间断性生产。
由于以上几方面的原因,电炉炼钢在主要产钢国以及发展中国家中得到广泛采用。
尤其是上世纪70年代以后,电炉炼钢技术飞速发展,电弧炉炼钢逐渐告别传统电弧炉炼钢,步入现代电弧炉炼钢。
53.传统电弧炉炼钢通常分哪几个熔炼阶段?
各有什么任务?
传统电弧炉炼钢熔炼过程,通常分为熔化期、氧化期、还原期三个阶段。
随着冶炼技术的发展,部分还原期任务逐渐由炉外精炼来完成。
从通电开始到炉料全部熔化的阶段称为熔化期。
其主要任务是迅速熔化全部炉料,主要要求去除部分的磷。
为了加速炉料熔化和节约电能,在熔化期一般采用吹氧助熔。
炉料全部熔清后,取样分析,进入氧化期。
这个阶段的任务为:
最大限度地降低钢液中的磷含量,通过碳氧反应去除钢中气体(氮、氢),将钢液温度加热到稍高于出钢温度。
为完成上述任务,必须向炉内加入石灰、矿石,进行吹氧、流渣等项操作。
当氧化期结束时,要将氧化性炉渣去除掉。
随着技术进步,加入矿石的氧化操作方法,由于矿石会大量吸热,增加能耗,基本上已逐渐被淘汰
停电去除氧化渣后,用石灰、萤石造新渣,开始进入还原期。
还原期的主要任务为:
去除钢中的硫含量,脱氧,调整钢液化学成分与温度。
还原期操作时要分批向炉渣面均匀加入碳粉、硅铁粉,设法使炉渣颜色变白并保持白渣。
同时还要向熔池加入锰铁、硅铁以及冶炼钢种所需要的铁合金。
为了最终脱氧,还要向钢液内插铝块。
54.装料对熔炼电耗有什么影响?
料场装好料,保证达到炉前的各种要求,这是对料场装料工提出的要求,也是料场工一直在追求的目的。
根据料源情况合理配比,合理布料,就能保证冶炼过程中电弧稳定,操作顺利,使炉料熔化很快,从而缩短整个冶炼时间,降低每吨钢的耗电量。
反之,则会延长熔化时间,增大耗电量。
在电弧炉炼钢生产中,料场配料工序虽然是一个辅助部门,但装料质量好坏,对电弧炉炼钢节电起着一个关键作用。
因此,面对复杂多变的料源,怎样合理运用,发挥各种料特点,确保电极与金属炉料间的良好导电,熔化过程炉料不搭桥和严重塌料,从而保证炉前的需求,这个问题不能忽视。
55.怎样的配料结构更有利于降低冶炼电耗?
一般配料结构大致是中型块度渣钢20%~30%,生铁或废模6%~10%,统料与切头交叉使用,生铁上面再覆盖冷压块20%。
有观点认为多用切头为好,这种想法是不正确的。
因为大量使用低碳切头,熔化过程中,容易造成大片料粘连区域,给操作带来被动。
有些单位从降低成本单一角度考虑,多使用泡料(或是压块),这也需要综合考虑,因为大量的压块(尤其是热压块)含有较多油污、铁锈等、杂质,熔化过程中,将损耗大量的碳,往往容易造成熔毕碳低。
有时受料源制约,料源中渣钢量太多,切头存量很少,或料质太轻,这就迫使料场装料工多用渣钢。
渣钢含杂质多,块度大小不一,形状千变万化,非常容易造成不导电,不易密装,容易断电极,所以料场在装料过程有三忌——忌多用切头,忌多用渣钢,忌多用压块。
但是在某些客观条件下,综合考虑经济效益,却是不得不多用切头、多用渣钢和多用压块。
显然在装料过程中,要合理搭配,科学布局,才能把不利因素下降到最低限度。
56.怎样做到合理布料?
在料罐中布料要求炉料要密实,因为装得紧密,不仅能减少进料次数,而且能使炉料的导电性能好,电弧稳定,通电不久就能输入最大功率,使熔化期缩短,减少热损和电能消耗。
那么如何做到炉料密实呢?
这就需大、中,小料配比得当,习惯上认为小料是小于10公斤的炉料,中料是指10~50公斤的炉料,大料是指大于50公斤,小于2吨的料。
炉料块的配比见表3-1。
表3-1炉料块的配比表
炉料块度
小料
中料
大料
配比%
15~25
40~50
35~45
一般来说,要使炉料密实,废钢块度不宜太大,因为废钢块度大,存在热传导性差异,熔化时电弧不稳定,会延长熔化时间,从而需要大量的电能。
若使用小块度的废钢则能降低单位电耗,因为进料时小块度的废钢熔化时易落入熔池,熔化过程较为顺利。
装料时对料场的炉料情况,应该做到心中有数,使炉内布料合理,因为如布料不合理,将大块炉料装在炉墙四周,电极虽然容易“穿井”,炉子中部熔化得很快,但四周熔化很慢,又如将废钢锭全装在最上层,电弧燃烧虽然稳定,但“穿井”慢,弧光较长时间暴露在炉料上面,而且离炉顶很近,影响了炉顶的寿命。
一般可先在炉底铺一层石灰,其重量为炉料重量的1.5~2.0%,目的是为了减轻装料时炉料对炉底的冲击,并使炉渣提早形成,以利于去磷。
石灰上铺一层小料,重量为整个小料重量的1/2,作用同样是保护炉底免受冲击。
欲使炉料配入一定量碳,若用焦炭作为增炭剂时,可将焦炭放在这部分小料上面,以提高焦炭的收得率。
小料上铺大料,但要注意将大料放在电弧高温区,以加速熔化。
中块料装在大料四周或大料上部,以填满大料四周的空隙。
最上面铺剩余的小料,为的是使熔化初期电极能很快的“穿井”,弧光热能大部分被炉料吸收,可减少弧光对炉顶的辐射并充分利用热能。
合理布料应做到:
下致密,上疏松,中间高,四周低,“穿井”快,不搭桥,炉门口无大料。
这样的布料,能使炉料较快地熔化,同时也可以减少炉衬的损坏。
对于合金元素烧损问题,要根据合金元素的熔点和易氧化程度来考虑,对有些熔点高而又不易氧化的铁合金如钨铁,钼铁等,布料时应放在电弧高温区(但不要放在电弧下),高温下易挥发的合金如铬铁和镍等,应放在电弧高温区以外,即靠近炉坡的地方以防止挥发损失。
废钢的块度形状与单位电耗之间的关系:
一般废钢块度越小,电弧就越稳定,有利于提高电弧炉的热效率,降低单位电耗。
57.配料的成分和配料的准确性对熔炼电耗有影响吗?
配料要做到准确配料,所谓准确配料是指炉料重量与成分两个方面。
配料不准确会给炉前操作带来许多麻烦。
例如:
氧化法炼钢时,配碳过高,在氧化期势必增加矿石用量或延长吹氧时间;
配碳过低,全熔后扒渣需碳粉或生铁增碳,这样也拖延了冶炼时间,浪费了电能。
又如返回法炼钢时,若装料质量不高,往往容易造成某些元素过高或偏低,为了降低或增加它们的含量,就一定要加入大量的纯铁或合金,造成了注余钢水猛增,既消耗了各种原材料和合金材料又延长冶炼时间,增加电耗。
配料时尤其应重视不氧化元素(Mo、Ni、Cu等)和不易氧化元素等的控制。
有时由于进料质量未把好关,熔清残余元素高,无钢种可改,只能当作原料钢倒掉,白白浪费时间与电能。
有时有些有害元素混入未被发觉(例如Sn),冶炼成成品后,往往造成纵裂而报废。
此外由于配料重量不准(缺料)还会导致成分脱格或产生短锭废品。
58.配料中的碳含量是如何影响冶炼电耗的?
冶炼过程中碳含量对冶炼操作有较大的影响,配料时一定要确保一定的配碳量。
其原因在于为了保证氧化期完成去气、去除非金属夹杂、均匀温度等任务,而这些任务要靠碳-氧反应完成。
若熔清碳过低,甚至比规格要求还低,势必要采取措施增碳。
不论炭粉增炭或生铁增炭,热损失都是很大的,会导致冶炼时间延长,电耗回升,是不符合节电要求的。
此外,钢液含碳量越高,其熔点越低,有足够配碳量能降低钢液熔点。
而熔化吨钢所需热量为:
Q=1000kg×
(0.16KCal/kg℃×
钢熔点+钢熔解热)
所以含碳量高了亦能达到节电目的。
从氧气和碳的反应分析:
[FeO]+1/2O2=[FeO]ΔH0=-28000Cal
[FcO]+[C]=[Fe]+CO↑ΔH0=5350Cal
不论间接氧化碳,还是直接氧化碳,均是放热过程,所以有了足够溶清碳,我们就可以发挥以氧代电作用,达到节电目的。
所以,料中含碳量高低,对整个冶炼电耗及各项经济效益有极其重要影响。
59.为什么要重视配料的化学成分?
因为炉料含有各种合金元素,所以我们对于各种元素亦应有个要求。
碳:
确定配碳量时,通常考虑三个因素,即熔化期的碳损,氧化期的脱碳量,还原期补加合金和炉渣对钢液的增碳。
为了利用脱碳沸腾去除钢液中气体和非金属夹杂物,配碳量应能满足这个要求。
硅,在一般情况下,硅都是由料带来的。
氧化法冶炼时一般不人为配入。
氧化法中熔清钢液含硅量大于0.3%时,会延缓沸腾时间,所以应限制硅废钢的配入量。
返回法中,炉料中配入部分高硅废钢时,可以提高其他合金元素的收得率,但配硅量也不宜超过1.0%。
锰:
用氧化法冶炼的钢种,若锰的规格较宽,配料时一般对其配入量不予以考虑。
若锰的规格较窄或含量较低,如碳素工具钢,部分合金工具钢,铬轴承钢等,配料时应引起注意,熔清钢液的锰含量应低于0.2%。
对于一些重要用途的合金结构钢,为了顺利去除钢中的非金属夹杂物,熔清钢液的锰含量不应低于0.2%,但也不宜过高,以免阻碍熔池沸腾。
用返回法冶炼时,配锰量不得超过钢种规格上限。
铬:
用氧化法冶炼时,炉料中的铬应尽可能的少,即使铬结构钢也是如此,因部分铬在氧化期会被氧化,进入炉渣。
同时,铬的氧化物使炉渣变稠,妨碍脱磷反应顺利进行,使熔炼时间延长。
冶炼高铬钢时的配铬量,装入法时按中下限配,返回吹氧法则低于下限。
镍、钼、钨等元素,钢种要求含量较高时,按规格中下限配入,同炉料一起装入。
工具钢的镍,弹簧钢的钼,对钢的性能特别有害,应严加控制越低越好,不含镍钢种所用炉料中镍不得超过0.20%。
另外,配料时还应考虑到上炉冶炼钢种可能回收的含量。
炉料中硫磷含量越低越好,但应考虑到这样的炉料(废钢,生铁、软铁)难得。
一般说来,氧化法的配硫和配磷量可视料源配,越低越好,而返回法的配磷量则须严格控制在成品磷的0.005%以下。
60.确保配料质量,应该注意哪些问题?
为确保配料质量,应该注意下列几个问题:
(1)加强来料管理,做好光谱鉴定,保证炉料成分基本准确。
(2)根据来料质量,准确掌握炉料的收得率。
(3)配料时必须进行准确过磅。
冶炼方法有返回吹氧法、装入法和氧化法。
对于不同冶炼方法,在装料时亦有不同要求。
氧化法有脱磷去气去夹杂要求,所以应尽量使用普通
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