电炉炼钢典型钢种冶炼共41页文档
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电炉炼钢
炉料熔化过程及供电
装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程图， 基本可分为四个阶段（期），即点弧、穿井、主 熔化及熔末升温。
点（起）弧期
从送电起弧至电极端部下降到深度为d电极为点 弧期。 此期电流不稳定，电弧在炉顶附近燃烧辐射，二 次电压越高，电弧越长，对炉顶辐射越厉害，并且热 量损失也越多。 为保护炉顶，在炉上部布一些轻薄料，以便让电 极快速进入料中，减少电弧对炉顶的辐射。 供电上采用较低电压、较低电流。
近些年，我国电炉流程的发展虽然受到重视， 但发展电炉短流程应慎重一些，可以适当发展， 不可盲目。因为在当前条件下，我国不具备电 能和废钢方面的优势，即不具备成本优势。在 江阴兴澄钢铁有限公司，已建成我国第一条四 位一体的特殊钢短流程生产线，工艺流程 为:100t直流电弧炉冶炼-LF、VD精炼-R=12m 大方坯连铸-热送全连轧，全套全新设备从德国 引进，能够开发生产合金结构钢、弹簧钢、齿 轮钢、易切削钢、轴承钢、高压锅炉管坯钢等 品种，将成为全国优质钢、特殊钢装备水平领 先、能力超百万吨的企业
2）双渣氧化法
又称氧化法，它的特点是冶炼过程有正常的氧 化期，能脱碳、脱磷，去气、夹杂，对炉料也无特殊要
求；还有还原期，可以冶炼高质量钢。
目前，几乎所有的钢种都可以用氧化法冶炼， 以下主要介绍氧化法冶炼工艺。
冶炼工艺
传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。 其操作过程分为：补炉、装料、熔化、 氧化、还原与出钢六个阶段。因主要由熔化、氧 化、还原期组成，俗称老三期。 一、补炉 1）影响炉衬寿命的“三要素” • 炉衬的种类、性质和质量； • 高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀； • 吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。
脱磷反应与脱磷条件：
脱磷反应：
2［P］＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO· P2O5)＋5 ［Fe］, △ H＜0 分析：反应是在渣-钢界面上进行，是放 热反应。
电炉炼钢资料课件
优化三
加强生产过程中的能源管 理和资源回收利用，降低 能耗和资源消耗，实现绿 色生产。
01
电炉炼钢的未来展 望
新技术的研究与应用
总结词
随着科技的不断发展，电炉炼钢新技术的研究与应用将为行业带来更多创新和突破。
详细描述
目前，新型电炉炼钢技术的研究正在不断深入，如高效电弧炉炼钢技术、真空炼钢技术等。这些技术 的应用将有助于提高电炉炼钢的效率和产品质量，降低能耗和污染物排放，推动行业可持续发展。
问题三
电炉炼钢过程中出现成分控制不准确，导致产品 质量不稳定。
对策三
加强原材料质量控制，优化配料方案和冶炼工艺参数， 提高成分控制精度。
实际生产中的优化与改进
优化一
采用先进的自动化控制系 统，实现电炉炼钢过程的 智能化控制，提高生产效 率和产品质量。
优化二
研发新型耐火材料和电极 材料，提高电炉设备的耐 久性和稳定性，降低生产 成本。
处理，减少对大气的污染收集和处理，确保废水达到排 放标准，避免对水体造成污染。
固体废弃物处理
对电炉炼钢过程中产生的固体废 弃物进行分类处理，可回收的废 弃物进行回收再利用，不可回收
的废弃物进行安全处置。
节能技术
高效电炉
智能控制
采用先进的电炉技术和材料，提高电 炉的热效率和能源利用率，降低能源 消耗。
详细描述
还原与精炼是电炉炼钢的关键环节，通过向钢液中加入还原 剂和精炼剂，如硅铁、锰铁、铝等，可对钢液进行脱氧、脱 硫、去除非金属夹杂物等处理。这些处理有助于提高钢液的 纯净度和质量稳定性。
出钢与浇注
总结词
将精炼后的钢液浇注入钢锭模或连铸机中，形成钢锭或连铸坯，并进行后续加工。
详细描述
冶金概论 电炉炼钢
第五章 电炉炼钢
主要内容
5.1 电炉炼钢概述 5.2 现代炼钢电弧炉的构造 5.3 电弧炉的电气设备 5.4 电炉氧化法冶炼工艺
2020/2/1/11:50:26
2
5.1 电炉炼钢概述
电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。
传统电弧炉是以废钢为主要原料，以三相交流电作 电源，利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电 弧的高温来加热、熔化炉料，是用来产生特殊钢和 高合金钢的主要方法。
当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化 渣、造稀薄渣进入还原期。
2020/2/1/11:50:26
22
5.4.5 还原
还原期的主要任务
脱氧至要求（wO为0.003-0.008%）；
脱硫至一定值； 调整钢液成分，进行合金化； 调整钢液温度。
其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。
2020/2/1/11:50:26
11
5.3 电弧炉的电气设备
高压电源与 隔离开关；
高压短路器； 电抗器； 变压器； 短网； 电极
2020/2/1/11:50:26
12
电气设备的作用
高压电源与隔离开关：高压电源一般为10~110KV； 隔离开关主要用于电炉设备检修时，断开高压电源， 有时也用来进行切换操作。
目前，广泛采用炉顶料篮装料，每炉钢的炉料分 1～3次加入。
装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电 极消耗以及合金元素的烧损等。因此要求合理装 料，这主要取决于炉料在料筐中的布料合理与否。
现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、中间 高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭桥， 提前助熔效果好。
电炉钢除了将在传统的特殊钢和高合金钢领域继续 保持其相对优势外，正在普钢领域表现出强劲的竞 争态势。
主要内容
5.1 电炉炼钢概述 5.2 现代炼钢电弧炉的构造 5.3 电弧炉的电气设备 5.4 电炉氧化法冶炼工艺
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5.1 电炉炼钢概述
电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。
传统电弧炉是以废钢为主要原料，以三相交流电作 电源，利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电 弧的高温来加热、熔化炉料，是用来产生特殊钢和 高合金钢的主要方法。
当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化 渣、造稀薄渣进入还原期。
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5.4.5 还原
还原期的主要任务
脱氧至要求（wO为0.003-0.008%）；
脱硫至一定值； 调整钢液成分，进行合金化； 调整钢液温度。
其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。
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5.3 电弧炉的电气设备
高压电源与 隔离开关；
高压短路器； 电抗器； 变压器； 短网； 电极
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电气设备的作用
高压电源与隔离开关：高压电源一般为10~110KV； 隔离开关主要用于电炉设备检修时，断开高压电源， 有时也用来进行切换操作。
目前，广泛采用炉顶料篮装料，每炉钢的炉料分 1～3次加入。
装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电 极消耗以及合金元素的烧损等。因此要求合理装 料，这主要取决于炉料在料筐中的布料合理与否。
现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、中间 高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭桥， 提前助熔效果好。
电炉钢除了将在传统的特殊钢和高合金钢领域继续 保持其相对优势外，正在普钢领域表现出强劲的竞 争态势。
电炉炼钢
炉壁及水冷炉盖，效果都非常好。它能最大限度地用水冷件
取代耐火材料，水冷件用得多，耐火材料费用节约就愈多。 为了安全，水冷件仅用于那些在熔融、精炼和出钢时不与钢
水接触的部位。
自20世纪90年代中期以来，我国由于进行产业结构的优 化与调整，淘汰了大量落后的小电炉(1994年我国小电炉有 1403座，2000年仅有179座)，一批现代电炉迅速投产、达产、 超产，我国电炉炼钢工作者在消化引进国外先进技术的基础 上自主创新，在开发具有中国特色的现代电炉炼钢技术方面 取得了长足的进步，电炉水冷件也得到了很好的应用。
二、装料
目前，广泛采用炉顶料罐（或叫料篮、料 筐）装料，每炉钢的炉料分1～3次加入。装料的 好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电极消耗 以及合金元素的烧损等。因此，要求合理装料， 这主要取决于炉料在料罐中的布料合理与否。 现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、 中间高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭 桥，熔化快、效率高。
熔末升温 期
电弧暴露 → 全熔
保护 炉壁
低电压、 大电流
水冷+ 泡沫渣
2）及时吹氧与元素氧化
熔化期吹氧助熔，初期以切割为主，当炉料
基本熔化形成熔池时，则以向钢液中吹氧为主。 吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固 体料发红（～900℃）开始吹氧最为合适，吹氧过 早浪费氧气，过迟延长熔化时间。 一般情况下，熔化期钢中的Si、Al、Ti、V等 几乎全部氧化，Mn、Ｐ氧化40%～50%，这与渣的
• 熔末升温期
电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末 升温期。 此阶段因炉壁暴露，尤其是炉壁热点区的暴 露受到电弧的强烈辐射。 应注意保护炉壁，即提前造好泡沫渣进行埋 弧操作，否则应采取低电压、大电流供电。 各阶段熔化与供电情况见下表。 典型的供电曲线如下图。
电炉炼钢简介
LZ主要以EAF →AOD法炼钢，当生产极底C+N钢种时采用EAF →AOD→ VOD法 EAF后制程AOD具高脱碳能力，因此三段式炼钢之配料模式可采较低废 不锈钢比例，降低物料成本。 EAF出钢C%一般是1.0%~2.5%.
EAF → VOD法炼钢 (如转炉维修) 需分担后制程VOD脱碳效率及处理时间，故二段式炼钢之配料模式采高 废不锈钢比例。EAF出钢C%一般是0.4%~0.6%.
304 1.4-1.9 0.15- 0.3-0.6 ＜ 0.03 17.6-18 7.6-
0.25
7.9
316L 1.4-1.9 0.2-0.3 <0.4
430 1.4-1.9 0.15- 0.43 0.23
＜ 0.025
＜ 0.025
15.816.2
13.514.5
9-10
0-0.15
流 程
物料平衡和热量平衡
电炉炼钢简介
大纲
不锈钢冶炼制程 电炉的原理 不锈钢冶炼中的电炉流程 电炉中的物料平衡和热量平衡
不锈钢冶炼制程
由于不锈钢中比较底的碳含量和含有大量比 铁还容易氧化的元素铬（Cr），而在一般热力
学平衡条件下，Cr 优先于C氧化而溶于渣中，使得
降低高Cr铁水的碳含量十分困难，所以不锈钢和 碳素钢或低合金钢的冶炼有显著差别。
电炉主要的化学反应
Si+O2=SiO2 Mn+1/2O2=MnO2 2Cr+3/2O2=Cr2O3 S+O2=SO2 2Fe+3/2O2=Fe2O3 Fe+1/2O2=FeO C+O2=CO2 C+1/2O2=CO CO+1/2O2=CO2
电弧炉热平衡模式图
能量平衡计算的结果示例
EAF → VOD法炼钢 (如转炉维修) 需分担后制程VOD脱碳效率及处理时间，故二段式炼钢之配料模式采高 废不锈钢比例。EAF出钢C%一般是0.4%~0.6%.
304 1.4-1.9 0.15- 0.3-0.6 ＜ 0.03 17.6-18 7.6-
0.25
7.9
316L 1.4-1.9 0.2-0.3 <0.4
430 1.4-1.9 0.15- 0.43 0.23
＜ 0.025
＜ 0.025
15.816.2
13.514.5
9-10
0-0.15
流 程
物料平衡和热量平衡
电炉炼钢简介
大纲
不锈钢冶炼制程 电炉的原理 不锈钢冶炼中的电炉流程 电炉中的物料平衡和热量平衡
不锈钢冶炼制程
由于不锈钢中比较底的碳含量和含有大量比 铁还容易氧化的元素铬（Cr），而在一般热力
学平衡条件下，Cr 优先于C氧化而溶于渣中，使得
降低高Cr铁水的碳含量十分困难，所以不锈钢和 碳素钢或低合金钢的冶炼有显著差别。
电炉主要的化学反应
Si+O2=SiO2 Mn+1/2O2=MnO2 2Cr+3/2O2=Cr2O3 S+O2=SO2 2Fe+3/2O2=Fe2O3 Fe+1/2O2=FeO C+O2=CO2 C+1/2O2=CO CO+1/2O2=CO2
电弧炉热平衡模式图
能量平衡计算的结果示例
电炉炼钢最终资料全
1、穿井：电极随着炉料的熔化而不断下降。
在炉料中形成三个比电极直径大30～40％的深坑，称为电极“穿井”。
2、短网：从电弧炉变压器低压侧出线开始到炉中电弧为止，传导低电压的大电流的导体在我国和苏联称为短网。
3、炉外精炼：把一般炼钢炉（转炉，平炉，电弧炉）中要完成的精炼任如脱S，O，P去气去夹杂，调整钢的成分和钢液温度等移到炉外的钢包中或专用容器中进行。
4、碱度：炉渣中碱性氧化物与酸性氧化物的百分含量之比。
其表示方法有：当炉渣含P较低表示为CaO／SiO2，当炉渣含P较高时CaO／(SiO2 +P2O5 )，当炉渣含Mg较高时（CaO+MgO）／SiO2。
5、双渣氧化法：又称氧化法，氧化熔化后期先扒渣后炉渣脱氧的熔炼方法。
特点有正常的氧化期，能脱S、O、P、去气去夹杂，对炉料无特殊要求，还原期可冶炼高质量钢6、双渣还原法：又称返回吹氧法。
特点是冶炼过程中有较短的氧化期，（t≤10min）造渣化渣，又造还原渣，能吹氧脱C去气去夹杂，但由于该种方法脱P较难，故要求炉料要由含P低的返回废钢组成。
7、白渣法：以碳粉，硅铁粉作还原剂，还原的炉渣冷却后呈白色，所以叫白渣操作。
1、炉衬由炉壁，炉底和炉顶组成。
寿命最短的是炉壁，它的工作条件最差，距电弧近，温度高，又受炉渣的浸蚀。
2、RH法：真空循环脱气法，DH法：提升脱气法，VOD法是真空吹氧脱碳法，AOD 法：氩氧脱C法3、GCr15指滚动轴承钢含Cr 1.5％，20CrMnTi指合金结构钢含Ti 0.1％.4、传统氧化法冶炼工艺的六个阶段是：补炉，装料，熔化期，氧化期，还原期，出钢。
5、碱性电炉炼钢的两类方法是：氧化法和不氧化法。
6、炉外精炼方法分为：真空精炼法，非真空精炼法，喷射冶金及合金元素特殊添加法。
7、碱性电弧炉冶炼钢种有结构钢,高速钢,不锈钢,轴承钢8、碱性电弧炉冶炼氧化法分为矿石氧化法，吹氧氧化法，综合氧化法。
9、脱氧的方法有：沉淀脱氧，扩散脱氧，综合脱氧。
钢铁冶金概论(之五)电炉炼钢.pptx
4
2.直流电炉的发展
交流电弧炉的缺点： 1）稳定性差、噪音大、功率因素低、引起电
网闪烁； 2）三相负荷不均匀，形成热点，造成耐火材
料损失严重。 因此，随着大功率闸管技术发展，重新
开始直流电弧炉的研究。
5
2.直流电炉的发展
••第交直一流流阶电电段弧弧：炉炉的的缺优点点：： •• 11））稳实对定验电性直网差流冲、电击噪弧小音炉，大的无、建需功造动率（态因7补0素~充8低0装年、置代引；）起； •第电2二）网阶石闪段墨烁：电；极消耗低，是交流的1/2； ••••第2材 新3耗 4回）三））料开低收大三中阶耐冶损始5周型相小段因0材炼失直期工%负型：此与严流周；短业荷电，金重电期。支不弧随。弧属短流均炉着炉消，电匀的大的耗熔弧，建功研低化炉形造率究，时的成（闸。环间建热8管境0短造点年技污1（，代术0染9~造中发02小年成0期展，%代耐），，投）火；重电资
结构与操作：
钢板焊接成圆桶形， 以蛤式最广泛。料罐无料 和开门钢绳放松时底门自 行关闭。料罐靠炉料重量 将底门自动关闭，开门钢 绳拉动后底门打开。
36
⑵高位料仓
电炉及其炉后处 理的辅助材料主要由 地下受料仓、皮带运 输机、炉顶料仓及其 振动给料机、称量斗、 投料斗组成。
炉顶料仓20~25 个,装入CaO、CaF2、 C等。上料通过液位计 发出指令由地下料仓 输送。
加料冶炼时靠机 械设备维持炉子在水 平位置；
出钢和流渣时实现 炉体倾动。
28
⑶炉 盖
水冷炉盖：
用于关闭电炉， 由钢结构框架和管式 冷却盘组成；
炉盖提升：
通过四点连接件 与提升炉盖的悬臂梁 相连，通过电动卷扬 或液压缸带动连杆机 构提升卢盖。
29
⑷电极升降装置
2.直流电炉的发展
交流电弧炉的缺点： 1）稳定性差、噪音大、功率因素低、引起电
网闪烁； 2）三相负荷不均匀，形成热点，造成耐火材
料损失严重。 因此，随着大功率闸管技术发展，重新
开始直流电弧炉的研究。
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2.直流电炉的发展
••第交直一流流阶电电段弧弧：炉炉的的缺优点点：： •• 11））稳实对定验电性直网差流冲、电击噪弧小音炉，大的无、建需功造动率（态因7补0素~充8低0装年、置代引；）起； •第电2二）网阶石闪段墨烁：电；极消耗低，是交流的1/2； ••••第2材 新3耗 4回）三））料开低收大三中阶耐冶损始5周型相小段因0材炼失直期工%负型：此与严流周；短业荷电，金重电期。支不弧随。弧属短流均炉着炉消，电匀的大的耗熔弧，建功研低化炉形造率究，时的成（闸。环间建热8管境0短造点年技污1（，代术0染9~造中发02小年成0期展，%代耐），，投）火；重电资
结构与操作：
钢板焊接成圆桶形， 以蛤式最广泛。料罐无料 和开门钢绳放松时底门自 行关闭。料罐靠炉料重量 将底门自动关闭，开门钢 绳拉动后底门打开。
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⑵高位料仓
电炉及其炉后处 理的辅助材料主要由 地下受料仓、皮带运 输机、炉顶料仓及其 振动给料机、称量斗、 投料斗组成。
炉顶料仓20~25 个,装入CaO、CaF2、 C等。上料通过液位计 发出指令由地下料仓 输送。
加料冶炼时靠机 械设备维持炉子在水 平位置；
出钢和流渣时实现 炉体倾动。
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⑶炉 盖
水冷炉盖：
用于关闭电炉， 由钢结构框架和管式 冷却盘组成；
炉盖提升：
通过四点连接件 与提升炉盖的悬臂梁 相连，通过电动卷扬 或液压缸带动连杆机 构提升卢盖。
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⑷电极升降装置
电炉炼钢
5 短网
是指从变压器低压侧的引出线至电极这 一段线路，约有10～20m长，截面积较大， 通过的电流大。短网主要由硬铜线(即铜排)、 软电缆和炉顶水冷铜管组成，电极也可算作 短网的一部分，如图12-8所示。电炉短网布 置应进一步完善其等腰三角形布线，尽可能 缩短其长度，增大导线截面积，各连接点上 均应涂上导电膏等，以获得更好效果。
11.2 现代炼钢电弧炉的构造
电弧炉的炉体由金属构件和耐火材料砌成的炉衬两部 分组成。炉体的金属构件又包括炉壳、炉门、出钢槽、炉 顶圈和电极密封圈等组成。
1.炉壳 炉壳包括圆形炉身、炉壳底和上部加固圈三部分。
2.炉门 炉门包括炉门盖、炉门框、炉门坎和炉门升降机构等部分。
3.出钢槽
未经改造过的旧电炉大部分还有出钢槽。出钢槽由钢板和 角钢焊成，固定在炉壳上，槽内砌有大块耐火砖，而现代 新型电弧炉上已没有出钢槽了，用偏心炉底无渣出钢来代 替。
高压电源一般为10000～110000V。隔离开关主要用于电 炉检修时，断开高压电源，有时也用来进行切换操作。
2 高压断路器
它的作用是使高压电路在负载下接通或断开，并作为保护 开关在电气设备发生故障时，自动切断高压电路。电弧炉 使用的断路器有油开关、空气断路器和真空断路器。
3 电抗器 串联在变压器的高压侧。其作用是使电路中感 抗增加，以达到稳定电弧和限制短路电流的目的。
11.5 碱性电弧炉的熔炼工艺
碱性电弧炉的工艺操作可分为两种：氧化法和不 氧化法。不氧化法也称为返回冶炼法，都是用 较好的合金废钢作原料，废钢成分与冶炼钢种 的成分基本相近似，冶炼过程中只造还原渣， 可回收大部分合金元素和提高生产率，但在我 国用得不多。而氧化法是以一般废钢为原料， 冶炼过程中用矿石或氧气来氧化炉料中的杂质， 同时通过氧化沸腾过程去除钢水中大部分气体。 此法不能回收废钢中的大部分合金元素，但它 是电炉冶炼的基本方法，在我国应用最为广泛。