现代电弧炉强化用氧技术doc.docx
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现代电弧炉强化用氧技术doc
YJ0506-现代电弧炉强化用氧技术
案例简要说明:
依据国家职业标准和冶金技术专业教学要求,归纳提炼出所包含的知识和技能点,弱化与教学目标无关的内容,使之与课程学习目标、学习内容一致,成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
该案例是现代电弧炉强化用氧新技术案例,体现了吹氧脱碳、吹氧助熔、泡沫渣等知识点和岗位技能,与本专业电弧炉炼钢生产课程偏心底出钢电弧炉冶炼建筑用钢单元的教学目标相对应。
案例名称
现代电弧炉强化用氧技术
适用说明
本案例适合中职、高职、职业本科等院校冶金技术专业,在电炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢或相似的综合性课程教学中使用,更适合在电炉炼钢工、炉外精炼工、连续铸钢工等工种的职工培训中使用。
案例背景
鉴于电弧炉短流程生产工艺能够充分消化社会废钢、对炉料适用性强,设备简单,热效率高等优点,工业化国家的电弧炉炼钢技术在过去得到了长足的进步。
现代电弧炉炼钢工艺的发展都是围绕着缩短冶炼周期和降低电耗进行的,基本思路是充分利用冶炼过程的物理热和化学热。
为此,电弧炉炼钢的热装铁水比不断增加,冶炼用氧量也随之大幅度提高。
案例所涉及的知识点
吹氧脱碳、吹氧助熔、泡沫渣 。
案例所涉及的技能点
能够进行吹氧操作;能进行造泡沫渣操作 。
案例工作任务的分解
工艺路线选择,配料、装料、熔化、氧化、出钢。
教学目标
(1)了解电弧炉强化用氧的进展;
(2)掌握电弧炉强化用氧的作用,氧气参与的元素反应;
(3)学习氧枪熔池吹氧技术,碳氧喷吹系统,泡沫渣技术。
(4)全面复习所学知识,并将知识转化为能力。
案例建议的教学时间
4~6学时
案例的操作演示
现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业。
案例点评
案例教学可实现现场案例与所学理论知识的有机结合,将书本知识转化为现实工作能力,培养了学生的分析问题、解决问题的能力。
本案例可迁移为氧枪熔池吹氧技术,碳氧喷吹系统,泡沫渣技术教学,学生通过本案例学习,具有应用强化用氧技术的能力。
现代电弧炉强化用氧技术
1.背景介绍
鉴于电弧炉短流程生产工艺能够充分消化社会废钢、对炉料适用性强,设备简单,热效率高等优点,工业化国家的电弧炉炼钢技术在过去得到了长足的进步。
现代电弧炉炼钢工艺的发展都是围绕着缩短冶炼周期和降低电耗进行的,基本思路是充分利用冶炼过程的物理热和化学热。
为此,电弧炉炼钢的热装铁水比不断增加,冶炼用氧量也随之大幅度提高。
2.主要内容
2.1.电弧炉强化用氧的目的、意义、优势
强化用氧技术的发展和应用对电弧炉炼钢经济指标的改善起到了重要的作用,改善了熔池搅拌效果,促进冶金反应的进行,使电弧炉冶炼周期缩短了60%,电耗降低30%,电极消耗减少60%,氧气产生的化学能在电弧炉能量输入中的比例达到20%~30%,特别是电弧炉采用热装铁水后,化学能的比例可以达到总能量的40%以上,相当于电弧炉增加了近一倍的能量输入,大量输入氧气已成为现代电弧炉炼钢工艺的一个重要特点。
电弧炉引入大量氧气的同时也带来一些问题,如:
金属收得率下降、电弧炉导电横臂等设备氧化严重等,有些钢厂未能根据本厂的生产条件制定合理的炼钢用氧制度,供氧规程不合理,技术经济指标差;有的电炉钢厂仅熔池吹氧的耗氧量就达到60m3/t,氧气的利用率低,造成不必要的经济损失;有些钢厂供氧设备落后,氧枪龄短,操作不合理,造成安全用氧情况差等。
2.2.电弧炉强化用氧的发展情况
早在第一次世界大战期间,氧气就开始用于电弧炉脱碳,只是由于当时氧气供应短缺以及制氧成本很高,所以电弧炉炼钢很少使用氧气。
氧气正式用于废钢加工、切割炉料、清理出钢口、控制钢水温度、提高炉渣活性以及脱碳等是从20世纪40年代开始的。
20世纪50年代期间,用氧量稳步增加,氧气开始用于辅助燃料燃烧以帮助炉料熔化;20世纪60年代,电弧炉氧气消耗稳定在6m3/t的水平;20世纪70年代,电弧炉用氧得到了高度的重视,1973年在菲律宾举行的东南亚钢铁会议上,Toshin钢厂报告了氧化炼钢工艺的操作结果:
氧耗42m3/t,冶炼时间缩短了28%,从原来的每炉105min下降到75min,生产率提高35%,从28.2t/h提高到38.2t/h。
从此,全世界的电弧炉开始相继使用氧气强化炼钢工艺。
目前,一个典型电弧炉用氧量是32m3/t,某些电弧炉高达44m3/t,甚至更高。
2.3.现代电弧炉冶炼过程
电弧炉在炼钢的过程中通常要多次加料,每次加料后冶炼进程都要重复起弧和穿井的操作。
也就是说,一次加料后电弧炉冶炼开始,当冶炼进行到上述穿井及电极上升吹氧助熔阶段时第二次加料;然后,电弧炉冶炼进程回到上述穿井及电极上升不吹氧阶段,从头开始。
由于第一次加料与第二次加料之间重复的是完整的四个阶段的一部分,因此以全废钢一次加料过程进行分析电弧炉炼钢的各阶段:
(1)起弧阶段
通电开始,在电弧的作用下,一少部分元素挥发,并被炉气氧化、生成红棕色的烟雾,从炉中逸出。
从送电起弧至电极端部下降1.5d电极深度为起弧阶段(约5~10min)。
通电起弧时炉膛内充满炉料,电弧与炉顶距离很近,为避免炉顶被烧毁,在炉上部布一些轻薄小料,以便让电极快速插入料中,以减少电弧对炉顶的福射;供电上一般选用中级电压,功率为变压器额定功率的2/3左右。
(2)穿井阶段
起弧完了至电极端部下降到炉底为穿井阶段。
送电起弧后,电极下面四周的炉料迅速熔化,电极随着炉料的熔化而不断下降,在炉料中打出三个洞,所以称之为“穿井”。
这一阶段电弧完全被炉料包围起来,热量绝大部分被炉料吸收,不会烧坏炉衬,可用大功率送电,一般以超载20%的方式运行,从而快速熔化炉料。
但应注意保护炉底,办法是:
加料前釆取石灰垫底、炉中部布大、重废钢以及采用合理的炉型。
穿井的时间约占总熔化时间的1/4。
由于起弧和穿井阶段炉料对氧气的阻力较大,氧气很难达到炉底的钢液表面,且温度低,不具备发生剧烈氧化反应的条件,吹氧效果不理想,所以不采取吹氧操作。
(3)电极上升阶段
电极下降至炉底后开始回升时电极上升阶段开始。
其间,炉料不断地熔化、电极渐渐上升,直至炉料基本熔化(>80%),仅炉坡、渣线附近存在少量炉料,电弧开始暴露给炉壁电极上升阶段结束。
电极“穿井”到底后,炉底已经形成熔池,石灰的熔化加上部分元素的氧化,在钢液面上形成一层熔渣。
此时,电弧在熔池上面平稳的燃烧,四周的炉料继续受电弧福射热而熔化,炉底钢液增加使液面升高,电极逐渐上升,由于电弧埋入炉料中,电弧稳定、热效率高、传热条件好,这个阶段仍以最大功率送电。
为加速熔化,在炉料熔化40%~60%时辅以吹氧喷碳粉助熔,吹氧时采用浅吹方式,插入钢水深度小于100mm,角度为30~45°,氧气压力为0.5~0.8MPa。
此阶段时间约占总熔化时间的1/2。
(4)熔化末期阶段
电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末期阶段。
炉料被熔化3/4以上后,电弧已不能被炉料遮蔽,三个电极下的高温区连成一片,只有在远离电弧的低温区有炉料尚未熔化。
此时,如果长时间采用最大功率供电,电弧会强烈损坏炉盖和炉壁,所以要降低功率合理供电,在吹氧过程中配合喷碳粉,使整个冶炼过程始终保持泡沫渣,将电弧全部埋入,以屏蔽电弧,提高热效率。
炉料全部熔清后即开始钢液升温。
此阶段的供电功率取决于钢液中碳、磷元素的含量,如果碳、磷含量已经接近出钢规格,便可以快速熔化和升温,否则,需要根据元素氧化速率放慢熔化和升温速度。
氧气采用深吹方式,氧枪插入钢水深度大于100mm,角度40~60°,氧气压力0.8~1.2MPa。
由于钢液中的气体及杂质含量较高且熔池内部温度不均匀,所以需要保证一定的脱碳量来搅拌熔池,起到均匀温度和去气除杂的作用。
冶炼结束时钢液温度应高于该钢种出钢温度的20~30℃,至少不低于出钢温度的上限。
2.4.电弧炉强化用氧的作用
(1)切割炉料,加速熔炼
在电极上升阶段,炉料堆中料块和间隙越大,加热熔化时热传递的阻力也越大,从而造成熔化缓慢,热量损失大等问题。
氧气有助燃作用,从氧枪和烧嘴中喷出的氧气可使与它接触的炉料更容易熔化。
另外,烧嘴中喷出的燃料还能和氧气发生燃烧反应,产生火焰并放出热量,起到了切割炉料的作用,从而加速炉料熔化。
(2)提高脱碳速度,缩短冶炼周期
向熔池中吹氧可以增加FeO的浓度,使脱碳反应进行的更快,从而缩短了冶炼周期。
(3)与熔池中的元素反应,调整成分的同时放出化学热,节约电能
氧气在电弧炉中一个重要的作用就是与钢液中的C、Si、Mn、P等杂质元素反应使其随炉气排出或进入炉渣,从而调整它们在钢液中的含量,达到冶炼要求。
氧和这些元素的反应大多是放热反应,氧化产生的大量化学热可以辅助熔炼。
(4)搅拌炼池,提高熔池的反应动力学条件
氧枪向熔池喷吹氧气的冲击力可以揽动恪池,使钢渣接触更充分,反应进行的更彻底,同时也使反应物和生成物的传质过程加快,反应进行的动力学条件变得更好,这样各种熔池反应就会进行的更快,从而达到缩短冶炼周期的效果。
(5)与喷吹的碳粉反应造泡沫渣
泡沫渣在电弧炉炼钢中发挥了重要的作用,它不仅保持了电极和熔池的热量,还增加了钢渣反应界面积,对节能和加速反应都起着重要的作用。
泡沫渣是通过向熔池中喷吹碳粉和氧气,使碳氧反应生成大量CO气体,当这些CO从炉渣中逸出时,就会造成炉渣的沸腾,从而实现泡沫化。
2.5.实例介绍
(一)电弧炉参数
表1电弧炉的主要技术参数
项目
平均容量
最大装入量
电极直径
炉膛直径
电极侧面到炉壁最短距离
参数
40t
60t
450mm
5m
1m
(二)电弧炉炉料、渣料、冶炼钢种参数
表2炉料的成分含量(%)
成分
C
P
Si
Mn
S
Fe
比例
废钢
0.18
0.03
0.25
0.55
0.03
98.96
70
生铁
4.20
0.15
0.70
0.65
0.04
95.26
10
铁水
4.20
0.15
0.70
0.65
0.04
95.26
20
表3渣料的成分含量(%)
成分
CaO
P2O5
SiO2
MgO
FeO
其它
石灰
88.00
0.10
2.50
4.10
0.50
4.80
表4出钢成分含量(45#,%)
成分
C
P
Si
Mn
S
阶段
含量
0.10
≤0.02
≤0.01
≤0.02
≤0.04
初炼
0.41-0.49
<0.04
0.17-0.37
0.90-1.20
<0.04
成品
3.分析路径
该案例是现代电弧炉强化用氧新技术案例,本案例体现了吹氧脱碳、吹氧助熔、泡沫渣等知识点和岗位技能,与冶金技术专业电弧炉炼钢生产课程偏心底出钢电弧炉冶炼建筑用钢单元的教学目标相对应。
根据国家职业标准关于电弧炉工种要求,对应教学目标,从此生产案例归纳提炼出所包含的知识和技能点,弱化与教学目标无关的内容,使之与课程学习目标、学习内容一致,成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
采用图片展示等手段,引导学生通过自学、讲授、讨论等方式学习电弧炉强化用氧的作用,氧气参与的元素反应,氧枪熔池吹氧技术,碳氧喷吹系统,泡沫渣技术等知识,掌握应用强化用氧技术技能,达到教学目标要求。
4.教学目标
(1)了解电弧炉强化用氧的进展;
(2)掌握电弧炉强化用氧的作用,氧气参与的元素反应;
(3)学习氧枪熔池吹氧技术,碳氧喷吹系统,泡沫渣技术。
(4)全面复习所学知识,并将知识转化为能力。
5.教学方式方法
现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业。
具体教学过程设计如下:
5.1.课前计划
(1)学生掌握知识:
氧气的作用、钢中元素的氧化反应、现代电弧炉用氧技术;
(2)学生分组,指定组长;
(3)与现场联系,进行现场教学准备,包括安全教育、劳保用品、行走路线,现场兼职教师,现场教室等;
(4)安全教育,教师带领学生下厂调研,记录10炉电弧炉炼钢的冶炼时间,收集电弧炉炼钢强化用氧的相关资料;
(5)学生根据所学知识和实习、调研中获得的资料,总结强化用氧的重要作用;
(6)与技术人员交流,请技术人员准备讲授合理的电炉炼钢用氧制度。
(7)教室设置成学习岛,准备投影,为每组准备2张0开白纸,大号记号笔1支、作业纸每人2张。
5.2.课中计划
(1)学生按小组就座学习岛周围,选举记录人、发言人。
(2)采用头脑风暴法,每人总结一条强化用氧的作用,按顺时针顺序轮流发言,记录人将操作要点在0开白纸上记录。
要求每人发言,可以轮空,直到所有人员无法补充为止,时间15~20分钟;
(3)整理完成后,小组发言人上台展示0开白纸上的记录,并向全体师生汇报交流;发言学生汇报完成后,同组学生可以补充。
汇报完成,本组自评,其它组进行点评打分,现场技术人员参与对学生汇报结果评价,指出优点和不足,每组时间8~10分钟;
(4)技术人员讲授电弧炉用氧制度及吹氧冶炼效果,时间20分钟;
(5)教师讲授现代电弧炉操作工艺、氧气的作用、氧气参与的反应,炉门吹氧,炉壁吹氧,EBT吹氧,碳氧枪,时间45分钟。
5.3.课后计划
布置作业,见6.3。
6.思考题及考评
6.1.课前思考题
布置课前思考题,保证学生下厂调研知道找什么材料、看什么操作、思考为什么如此操作。
(1)为什么起弧和穿井及电极上升阶段不吹氧?
(2)氧气的作用有哪些?
(3)EBT氧枪的作用有哪些?
(4)碳氧枪与单独吹氧相比较,其优势有哪些?
(5)电炉炼钢十大新技术有哪些?
6.2.课堂练习
课堂提问或者集体回答,目的:
及时复习、巩固知识,检查教学效果。
练习题
1、吹氧氧化比加矿氧化热效率()。
A
A.好B.差C.差不多
2、电炉泡沫渣的形成主要是()的结果。
B
A.电弧冲击钢液B.碳氧反应C.电弧搅拌钢液
3、电弧炉冶炼过程中,吹氧脱碳期间只能脱磷,不能脱硫。
()×
4、熔化期吹氧脱碳,因此熔化期是一去气过程。
()×
5、为加快熔化速度,吹氧越早越好。
()×
6、停止吹氧时要先抽出吹氧管,再关掉氧气。
()√
7、吹氧助容熔过早或深吹会造成粘料。
()√
8、氧气是电弧炉炼钢的重要氧化剂。
()√
9、利用氧枪吹氧助熔时,氧枪的角度和方位并不重要,主要是能将未熔的废钢熔化就行。
()×
10、现代电弧炉一般都是富氧吹炼,因而有些炉子增加了喷吹碳粉的手段。
()√
6.3.课后作业
课后作业,复习巩固知识、提升能力。
(1)每人记录10炉现代电弧炉炼钢的冶炼时间。
(2)每人结合自己调研结果,分析电弧炉合理的用氧制度。
6.4.评价
学生考核评价实施表
评价方式
评价内容
评价结果
得分
过程性
评价
(100%)
学生出勤(10%)
迟到一次及以下
8~10
迟到三次
5~7
缺勤
0
课堂参与
(50%)
小组评价
(20%)
小组合作融洽,讨论能达到预定的目标
16~20
小组合作比较融洽,讨论基本达到预定的目标
10~15
小组合作相对融洽或不融洽,讨论未达到预定的目标
1~9
展示评价
(20%)
展示内容全面,条理清楚、语言流畅
4~20
现场教学
评价
(10%)
遵守现场规章制度,有良好的安全意识。
0~10
完成作业(30%)
思路清晰,格式规范,内容正确
自我评价(10%)
- 配套讲稿:
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