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电弧炉炼钢企业认领

电弧炉炼钢通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能,以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢的方法。电炉钢以废钢为主要原料,有些电弧炉采用直接还原的海绵铁来代替部分(30~70%)废钢。

编辑摘要

目录

1简介

2原料

3冶炼工序

补炉

装料

吹氧助熔

熔化期的氧化

精炼

4炼法分类

氧化精炼

还原精炼

5产物成分

6参考书目

简介/电弧炉炼钢 编辑

电弧炉炼钢通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能,以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢的方法。电弧炉以电能为热源,可调整炉内气氛,对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利,发明后不久,就用于冶炼合金钢。并得到较大的发展。随着电弧炉设备的改进以及冶炼技术的提高,电力工业的发展,电炉钢的成本不断降低,现在电炉不但用于生产合金钢,而且大量用来生产普通碳素钢,其产量在主要工业国家钢总产量中的比重,不断上升(见表)。 [1]

电弧炉炼钢

电弧炉炼钢图册

中国在20年代以后,一些主要工业城市陆续建了一些小电炉,直到1950年后才有较快的发展,主要用于生产优质钢和合金钢。1980年产量约占钢总产量的20%,最大的电弧炉容量为50吨。

原料/电弧炉炼钢 编辑

电炉钢以废钢为主要原料,有些电弧炉采用直接还原的海绵铁来代替部分(30~70%)废钢。废钢经多次循环冶炼,会使某些对钢质有害而又不能在冶炼过程中除去的元素(如铜、铅等)富集。海绵铁比废钢纯净得多,掺和使用就可起“净化”的作用。冶炼合金钢时,大多数采用成分相近或相应的合金废钢为炉料,以节约昂贵的铁合金,不足之数在冶炼过程中再用铁合金补充。

冶炼工序/电弧炉炼钢 编辑

补炉

上一炉的钢水和渣出净以后,立即把被侵蚀的炉衬补好。补炉动作要快,以便利用炉内的残余高温,将补炉料和原炉衬烧结在一起,并可减少热损失,节约电能。

装料

补炉完毕后,移开炉盖,用料筐从炉子顶部把炉料装入炉内。不易氧化和难熔的合金料如镍、钼等可与废钢同时装入。炉料的块度应适当搭配,堆密度以1.6~2.0吨/米3为宜。

炉料的熔化和供电制度  装好炉料,合上炉盖后,即降下电极到炉料面近处,接通主电路开关,将电极调节系统的转换开关放到自动控制位置,以次高级电压通电起弧。约5~10分钟,电弧伸入炉料熔成的“小井”后,改用最高电压,达到输入变压器的最大有效功率,加速熔化炉料。电极随“小井”底部的熔化而逐渐下降,直到电弧触到钢液,然后电极又随钢液面的升高而上提。当大部分炉料熔化,电弧就完全暴露在熔池面上,这时,为减少电弧对炉顶的强烈辐射,要改用较低电压,直到炉料完全熔化。炉子输入能量的制度,随炉子的容量、冶炼钢种和冶炼工艺而不同。附图是一座电弧炉冶炼的能量供给和温度制度示例。

电弧炉炼钢

电弧炉炼钢图册

吹氧助熔

电弧暴露在熔池面上并降低输入功率后,可即向熔池吹入氧气,以加速废钢的熔化。氧气压力为6~10公斤力/厘米2。吹氧不宜过早,否则所生成的氧化铁将积聚在温度尚低的熔池中,待温度上升时会发生急剧的氧化反应,引起爆炸式的大沸腾,导致恶性事故。

熔化期的氧化

在炉料将近全部熔化,而被炉渣覆盖时,取样分析并根据分析结果调整钢和渣的成分。此时,炉内是氧化性气氛,加上熔池中有来自锈蚀废钢和在熔化过程中废钢氧化产生的氧化铁,或者来自炉料铁矿石的氧化铁,钢液中的硅、磷、锰等元素会大量氧化。如果熔池有足够高的温度尤其是在吹氧时,氧炬附近的钢水就可引起碳的氧化。

在熔化期,合金废钢中除了硅、磷、锰、碳等元素氧化外,铬、钒、钛、铝、硼等元素也会氧化,硫、铅有少量氧化,只有镍、钼、铜、锡不氧化。

精炼

精炼过程通过对各阶段钢样和渣样的分析、温度的测定来调整和控制。在精炼期,除碳的氧化物成为气态逸出外,其他元素的化合物为固态或液态,分别浮入渣中,或留在钢液内。精炼就是把对钢质有害的一些元素和化合物,尽可能地从钢液中排除掉。

炼法分类/电弧炉炼钢 编辑

电弧炉冶炼分为单渣法和双渣法。一般如废钢含磷高,则采用双渣法,先加入氧化剂或向钢液中吹氧气,进行氧化,除去一部分碳、磷和其他杂质,扒去氧化渣再进行还原精炼。对含磷要求不高的钢种可采用不扒去氧化渣、直接用脱氧剂进行还原精炼的单渣法。冶炼高合金钢时,为避免炉料中合金元素的氧化损失,多采用以纯净废钢装料的单渣法。普碳钢和一般低合金钢可采用只造氧化渣的单渣法冶炼,许多生产普碳钢的大型电弧炉即采用此法;在氧化精炼末期,钢液成分和温度达到规定要求时出钢,同时加入铁合金到盛钢桶脱氧。为了充分利用变压器的容量,提高钢的质量和产量,降低电耗,近年采用炉外精炼,把电弧炉的双渣法中的还原期工作移到钢包或精炼炉中进行。

氧化精炼

氧化精炼的主要目的是去磷、去气、去非金属夹杂物,并将温度均匀地提高到高于出钢温度。碳的氧化,使熔池沸腾,起强烈搅拌作用,增加钢液和渣液的接触面,促进渣中的氧向钢液传输,以氧化杂质,提高熔池温度并使非金属夹杂上浮,进入炉渣。钢液中的氢、氮等气体扩散到一氧化碳气泡中,一起逸入炉气。钢液经过氧化精炼,如果仍含较高的磷,则需除去部分炉渣,再造新渣去磷。

炼钢电弧炉

炼钢电弧炉图册

还原精炼

操作过程是在氧化期结束除净氧化渣后,加入铝等进行预脱氧。随后立即加石灰、火砖块(或砂子)、萤石等先造稀薄渣,然后按照冶炼钢种的要求再加还原渣料进行还原精炼。常用的还原渣有电石渣和白渣等几种,它们都是还原性强的强碱性渣(碱度CaO:SiO2=3~4)。与其他炼钢渣相比,它们可以更多更快地脱去钢液中的氧和硫。由于炉气也是还原性的,钢液不易氧化,所加入的易氧化元素损失也很少。

产物成分/电弧炉炼钢 编辑

电石渣的大致成分为:CaO55~65%,SiO210~15%,MgO8~10%,Al2O32~3%,MnO<1%,CaC21~4%,FeO<0.5%。电石渣分强电石渣和弱电石渣两种。强电石渣含碳化钙(CaC2)2~4%,冷后呈黑色并夹有白色条纹,无光泽。弱电石渣含CaC21~2%,冷后呈灰色。制造电石渣的方法是向炉内的稀薄渣上加较多的炭粉、硅铁粉,密封炉子不使空气进入,使碳与钙在高温下生成碳化钙。这种炉渣脱氧能力强,碳化钙与渣中氧化物反应生成CO逸出,而氧化物被还原成金属进入钢液:

(CaO)+3C─→(CaC2)+CO↑


(CaC2)+3(FeO)─→3【Fe】+(CaO)+2CO↑


为保持渣中有一定量的CaC2,需周期性地加入炭粉和石灰。由于形成CaC2所需的温度较高,所以造渣时间较长。这种渣易使钢液增碳,宜用于冶炼高碳钢种。还因它不易与钢液分离,会形成钢中的夹杂物,所以在出钢前要破坏电石渣,使它变成白渣。因为白渣与钢液之间界面张力大,不致污染钢液。

白渣的大致成分为:CaO60%, SiO220%,MgO8%,Al2O35%,MnO1%,FeO<0.5%。造渣方法是向稀薄渣上加硅铁粉和适量的炭粉,使渣中 FeO还原成铁进入钢液,并形成SiO2,因此需追加石灰以保持渣液的碱度。

电弧炉炼钢工艺与设备

电弧炉炼钢工艺与设备图册

2(FeO)+Si─→2【Fe】+(SiO2)


(FeO)+C─→【Fe】+CO↑


这种炉渣的形成时间较短,脱硫能力强。炉渣呈白色,冷却后自行碎裂成白色粉末,以此得名。有时为了提高脱氧能力,在还原开始时,先造一个短时间的弱电石渣,随即使之转变为白渣。

另有火砖渣,用石灰、萤石和废耐火砖块造成,是中性渣,主要用于冶炼不锈钢;特点是加热快,不易增碳,渣、钢容易分离,但脱硫能力低。