鋼鐵知識 2008-05-17 21:32
-----電弧爐煉鋼的時代特點及爐外精煉
主講人: 王國宣
2023年7月
一、 電弧爐煉鋼的時代特點
1、變為初煉爐
進入20 世紀80年代後，隨著爐外精煉技術、工藝、裝備的快速發展，原冶煉工藝中在電弧爐內完成的合金鋼、特殊鋼的脫氧、合金化、除氣、去夾雜的電爐「重頭戲」移到爐外精煉爐去進行了。 電弧爐及轉爐皆變為只須向爐外精煉爐提供含碳、硫、磷、溫度、合金化合格或基本合格的鋼水就算完成任務的煉鋼初煉爐。 改變和結束了原電弧爐的熔時長（三個多小時）、老三期操作（熔化期、氧化期、還原期）以及產量低、渣量大、爐容小、成本高的狀況。
2、爐容大型化
隨著電爐—爐外精煉—連鑄—直接軋材工藝的發展，這種短流程（相對於焦化、燒結—高爐—轉爐—爐外精煉爐—連鑄—)軋材工藝而言的軋機產量要求電爐與之相匹配，例如長材年產50-80 萬t、板材100-200 萬t 、熱軋卷年產200萬t以上,因此單一匹配電爐的爐容量和生產率,生產速率必須與軋機相銜接.
目前, 較多採用公稱爐容量80-120萬t 左右的電弧爐，從趨勢看爐容量仍在提高。變壓器向超高功率發展（1000kva/t)。
3 、 電爐轉爐化
氧氣頂吹轉爐依靠鐵水為原料，吹氧冶煉故冶煉周期短（20min左右） ，產量高，即獲得了比電爐高的多的生產率和生產速率( 科技工作者在20 世紀50年代在電弧爐上吹氧（爐門和爐頂）兌入約30%~50%的鐵水（eof 爐），把轉爐的工藝優勢移植過來，電爐的冶煉週期大大縮短，目前均在45min 左右( 故電爐頂吹氧、熱裝鐵水、電爐雙爐殼很快得到推廣。
4、 電弧爐鋼產量大幅增長
在上述三項電爐自身工藝變化的同時，隨著社會發電技術，能力的增長（核電站、水力發電等）及社會廢鋼量的增加， 直接還原鐵dri、hbi、fe3c 技術工藝的發展,都為電弧爐快速發展提供了條件. 因此,世界各國電弧爐鋼產量由1950 年佔世界總產鋼量的6.5%增至1990 年的27.
5% , 2003 年的36%.
5、提質、降耗、防汙染使電弧爐獲得新的活力
電弧爐使用廢鋼為原料與使用高爐鐵水的轉爐相比，總能耗是高爐-轉爐工藝的1/2～1/3。 從兩種工藝排放出的co2氣體汙染源的數量看， 電弧爐為641kg/t鋼, 高爐-轉爐工藝為1922kg/t鋼,是高爐-轉爐工藝的1/3.
電弧爐在上述優勢的基礎上,近幾年加之採用的鋼水攪拌(電磁攪拌、底吹ar 氣、直流爐等）、爐底出鋼（ebt和rbt）等新技術，使電弧爐終點鋼水的氣體含量（非金屬夾雜物含量也大幅下降，無疑提高了鋼水的質量。新的電弧爐廢鋼預熱技術（ssf 堅式電爐、con-steel 康鋼電爐、 danieei丹尼利電爐)降低電爐電極消耗的直流爐、高阻抗交流爐及泡沫渣等技術、氧焰燒嘴技術、超高功率等技術的投入使電弧爐冶煉電耗一般降至400kh/t 左右, 電極消耗從原4-5kg/t 降至1-2kg/t、冶煉週期一般在50min 以下.隨著環保治理從控制汙染排放總量和末端治理階段已進入實施清潔生產階段，要求電弧爐採取措施使廢氣、煙塵、燥聲達標之外，還應減少汙染源及對co、nox、二噁英、so2的治理措施( 在採用直流電弧爐和高阻抗低電流的技術後使電弧爐閃爍、高次諧波的電網汙染也大大減少。
二、電弧爐近期目標及技術措施
1、 目標：生產率達7000 爐次/年，通電時間縮短到20～25min,冶煉週期≤45min ,冶煉電耗(全廢鋼) ≤350kwh/t, 電極消耗≤1kg/t.
2、措施：超高功率供電，比功率達到1000kva/t,強化冶煉,供o2強度達到0.8-1.0nm3/提高化學能輸入。
廢鋼預熱，平均預熱溫度≥600℃。連續加料，縮短加料時間。提高爐齡，縮短補爐時間。
爐外精煉
爐外精煉概述
爐外精煉是指在電弧爐、轉爐之外的鋼包內完成對鋼水的精煉提純任務(aod 爐不是在鋼包內進行) ,故又可將電弧爐、轉爐成為初煉爐。精煉爐始於電弧爐外的鋼包精煉爐, 20 世紀90 年代推廣於氧氣頂吹轉爐的鋼包精煉爐。
近20 年工業發達國家要求提高鋼材的純淨度改善鋼材的效能, 例如: 為提高軸承鋼的疲勞壽命, 要求控制鋼中t[o]≤10×10- 6;為保證深衝鋼的深衝性,要求控制鋼中c+n≤50×10- 6; 為提高輸油管抗h2s腐蝕能力, 要求控制鋼中[s]≤5×10- 6 等。大量生產這些高附加值純淨鋼僅依靠電弧爐、轉爐是非常困難的。
因此, 爐外精煉工藝與裝備迅速普及推廣。在日本、歐洲先進的鋼鐵生產國家, 爐外精煉比超過90%，其中真空精煉比超過50%, 有些鋼廠已達到100%。近十多年我國的鋼鐵企業已基本裝備了各種不同型別的精煉爐。
一、爐外精煉的冶金功能及精煉技術
1 、冶金功能
(1) 熔池攪拌功能, 均勻鋼水成分和溫度, 保證鋼材質量均勻。可通過惰性氣體、電磁、機械等方法攪拌。
(2) 提純精**能, 通過鋼渣反應, 真空冶煉以及噴射冶金等方法, 去除鋼中s、p、c、n、h、o 等雜質和夾雜物, 提高鋼水純淨度。
(3) 鋼水公升溫和控溫功能, 精確控制鋼水溫度。
（4) 合金化功能, 對鋼水實現窄成分控制。
(5) 生產調節功能, 均衡、銜接煉鋼———連鑄的節奏。
見表1。
2 、精煉技術
(1) 渣洗精煉: 精確控制爐渣成分, 通過渣—鋼反應實現對鋼水的提純精煉。主要用於鋼水脫氧、脫硫和去除鋼中夾雜物。
渣洗精煉可分為爐渣改質( 加入爐渣改質劑, 如cao- al 系或cao- cac2- al 系) 及合成渣洗。可使鋼水[s]%控制在10×10- 6 以下。
(2) 真空精煉, 在真空條件下實現鋼水的提純精煉。通常工作壓力≥50 pa, 適用於對鋼液脫氣、脫碳和用碳脫氧等反應過程。
(3) 噴射冶金, 通過載氣將固體顆粒反應物噴入熔池深處, 造成熔池的強烈攪拌並增大反應面積。固體顆粒上浮過程中發生熔化、熔解, 完成固—液反應, 提高精煉效果。當渣中fe<0.
5%, 爐渣鹼度r≥8 時,鋼—渣間硫的分配比可達500, 脫硫率達80%以上, 處理終點硫可<10×10- 6。
二、爐外精煉裝置的選型及配置條件
1 選型原則
1.1 以鋼種為中心, 正確選擇精煉裝置
cas- ob 是最簡單的非真空精煉裝置, 多適用於普碳鋼、低合金鋼等以化學成分交貨的鋼種。
lf有很強的清洗精煉和加熱功能, 適宜冶煉低氧鋼、低硫鋼和高合金鋼。
vd脫碳能力弱( 受鋼包淨高度的限制) , 具備一定的鋼渣精**能, 適宜生產重軌、軸承、齒輪等氣體含量和夾雜物要求嚴格的優質鋼種。
rh脫碳能力強, 適宜大量生產超低碳鋼、if 鋼( 低n 無間隙鋼) 。
vod、aod 等門用於生產不鏽鋼。
此外, 經常採用不同功能的精煉爐組合使用, 如cas- rh lf- rh lf- vd aod- vod。
1.2 初煉爐———精煉爐———連鑄生產能力匹配
轉爐因生產周期短、節奏快、適宜選用cas 或rh
電爐冶煉, 週期一般60 min, 可選用lf 或vd。
1.3 提高爐外精煉比
針對目前多數鋼廠增設了爐外精煉裝置後使用率不高的問題, 因此對非真空精煉的lf 爐、cas- ob爐裝置日曆作業率應》90%, 真空精煉裝置的rh、vd等裝置作業率應》60%。而整個煉鋼廠爐外精煉比應》95%, 當然應注意鋼種適路、生產節奏匹配, 裝置維修和生產成本。
2 爐外精煉裝置的配套條件
2.1 出鋼擋渣工藝, 要求鋼包下渣量<30 mm 厚。
2.2 出鋼時鋼包渣改質技術, 要求爐渣改質後包渣鹼度r≥2.5, ( feo+mno) ≤3%, 注意al2o3 夾雜物的數量、顆粒度。
2.3 鋼包全程保護澆注技術, 防止鋼水二次氧化、吸n2。
2.4 鋼水保溫技術, 大包、中包高溫烘烤, 加蓋加保溫劑。
2.5 大包自動開澆, 一次開澆率≥90%, 底吹ar 開吹率≥95%。
2.6 耐火材料、保護渣配套, 防止鋼水吸o2, 吸n2 和增碳。
三、潔淨鋼精煉
1 低氧鋼精煉
1.1 硬線鋼絲、鋼軌、軸承鋼、彈簧鋼等中、高碳合金鋼、優質鋼, 對鋼中夾雜物有嚴格的要求, 為保證鋼材質量, 必須採用低氧鋼精煉工藝, 要求;
(1) 嚴格控制鋼中總氧含量t[o]≤25×10- 6, 對軸承鋼為提高鋼材的疲勞壽命, 要求t[o]≤10×10- 6。
(2) 嚴格控制夾雜物形態, 避免出現脆性al2o3 夾雜物。如, 硬線鋼要求控制鋼中al2o3≤25%, 為此需控制鋼水含al 量≤4×10- 6, 即採用無鋁脫氧工藝。
(3) 嚴格控制夾雜物的粒度, 避免大型夾雜物出現。
1.2 低氧鋼精煉工藝。
(1) 精確控制煉鋼終點, 實現高碳出鋼, 防止鋼水過氧化。
(2) 嚴格控制出鋼下渣量, 鹼度r≥3.5, 渣中al2o3為25%～30%, ( feo+mno) ≤1.0%( 最好<0.
5%) , 實現爐渣對鋼水的擴散脫氧, 同時完成脫硫任務。
(3) 白渣精煉後, 餵入si- ca 線。
(4) 冶煉軸承鋼等超低氧鋼( t[o]<10×10-6) 時, lf 爐白渣精煉後應採用vd爐真空脫氣, 脫硫之後加al 深脫氧, 喂si-ca線變性處理。
(5) 連鑄鋼水過熱度≤20℃, 波動在≤±10℃, 防止中心疏鬆和成分偏析。
(6) 連鑄全程保護澆注, 使用低粘度保溫效能好的速溶保護渣, 控制液面高度, 防止卷渣。
2 超低氮鋼精煉
氮在鋼中的作用具有二重性: 做為固溶強化元素提高鋼材的強度; 做為間隙原子顯著降低鋼的塑性。
對於深衝鋼, 一般要求控制[n]≤25×10- 6。冶煉超低n 鋼主要依靠真空脫氣, 但真空脫n 效率不高。對於rh 生產[n]≤30×10- 6 的超低n 鋼有很大困難, 採用以下措施有利於提高真空脫n 效率;
(1) 提高鋼水純淨度, 降低鋼中s、o 含量, 因表面活性元素s、o 的存在會明顯降低脫n 效率。
(2) 改善rh 真空密封結構, 防止大氣中n2 向鋼中滲透、擴散。
(3) 噴吹還原氣體如h2, 有利於提高脫n 速度。
(4) 噴吹細小fe2o3 粉末, 有利於真空脫n。
鋼鐵冶煉過程詳解
生鐵噸製造成本 1.6 鐵礦石 0.45 焦炭 0.9 根據高爐冶煉原理，生產1噸生鐵，需要1.5 2.0噸鐵礦石 0.4 0.6噸焦炭以及0.2 0.4噸熔劑，煉鐵工藝中影響總成本的主要因素是原料 鐵礦石 焦炭 成本，而包括輔料 燃料 人工費用在內的其他費用與副產品 進行沖抵後僅佔總成本的10 左...
鋼鐵冶煉過程詳解
鐵以化合物的狀態存在於自然界中，尤其是以氧化鐵的狀態存在量特別多。在理論上來說，凡是含有鐵元素或鐵化合物的礦石都可以叫做鐵礦石 高爐煉鐵是將鐵礦石在高爐中還原，熔化煉成生鐵。基本生產過程是在煉鐵爐內把鐵礦石煉成生鐵，再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼，再鑄成鋼錠或連鑄坯鐵根據含碳量分為生鐵 含碳量2 ...
鋼鐵的冶煉原理及生產工藝流程
煉鐵過程實質上是將鐵從其自然形態 礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。煉鐵方法主要有高爐法 直接還原法 熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中 還原物質co h2 c 適宜溫度等 通過物化反應獲取還原後的生鐵。生鐵除了少部分用於鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。1 高爐煉鐵的冶煉原理 應用最多的 一 ...