1、2011届毕业设计（论文）课题任务书学院(部)： 冶金工程学院 专业： 冶金技术 指导教师苏振江学生姓名聂星星课题名称根据南京地区设计年产量250万吨的电炉炼钢车间（横向布置）内容及任务采用电能作为热源进行炼钢的炉子，统称为电路。常用炼钢电炉可分为： 电弧炉、感应熔炼炉、电渣重熔炉、电子束炉、自耗电弧炉等。目前，世界上电炉钢产量的95%以上都是由电弧炉生产的，因此电炉炼钢主要指电弧炉炼钢。钢铁冶金的技术本质是高温化学反应，因此传统冶炼工艺的主要能源是基于C-O反应的化学能。电弧炉炼钢与此不同，它以电能为主要能源。电弧炉炼钢技术的发展，始终与电力资源和废钢资源密切相关，当然电炉炼钢也有其发展的必
2、要条件。早在19世纪初，在钢铁冶金领域内，人们就开始寻求应用电能进行冶炼的技术途径，此后一百多年间各种大规模实现电-热转换的冶炼装置相继出现。1800年，汉符.大卫先生受碳弧的启发最早提出了电弧炉的设想。然而，直到1829年威廉.西门子才真正利用直接起弧和间接起弧的原理试用电弧炉并申请了专利。1899年法国人赫奥特设计的第一台炼钢电弧炉投入生产。这一时期电弧炉技术的发展受电能及电极的制约且进程缓慢。从1910年到1980年的70年间，几乎所有的电弧炉都是交流电弧炉，从上世纪80年开始，直流电弧炉开始显示出一些优越性，例如节省电极、噪音低等。在过去的15年，相当部分新电炉都采用直流供电方式，其容
3、量从10t到300t。现代电炉一般都装备有天燃气咀，大量使用氧气，偏心炉底出钢及废钢预热系统。在过去的20年内，电弧炉炼钢发展迅速。由于氧气顶吹转炉取代平炉而成为主要的炼钢方法后，废钢资源开始变得丰富而低廉了，与钢水相比，其价格具有强大的竞争力。廉价而资源丰富的废钢以及投资低的优势使采用电弧炉炼钢的一些电炉钢厂得以迅速发展。起初，这些电炉钢厂只能生产一些对质量要求不高的长材产品，如棒材、钢筋等建筑材料，但是随着电炉炼钢技术发生了重大变化，特别是超高功率电弧炉技术，明确了提高电炉生产效率的技术方向。从上个世纪60年代至80年代中期，电炉冶炼周期从3个小时缩短到60分钟，基本上满足了连铸节奏的要求
4、。上世纪80年代末期到90年代，由于小方坯连铸单流产量的提高以及一机多流技术的发展，1989年第一条电弧炉薄板坯（厚50mm）连铸连轧生产线在美国的纽科公司投产，其迅速发展进一步促进了电炉炼钢生产效率的提高，即增大了电炉容量、增加了单位时间输入电炉的能量、缩短了电炉冶炼周期。在超高功率供电的基础上，国际上重点发展了强化供氧、废钢预热和加铁水冶炼等增加化学热和物理热的现代电炉冶炼技术。这些技术的发展，大大缩短了电炉冶炼周期，降低了电耗及电极，使电炉的生产效率和产品质量发生了翻天覆地的变化。电弧炉冶炼工艺：电弧炉炼钢的特点：温度高而且容易控制；可以制造还原性气氛，有利于去硫和脱氧；冶炼设备简单，投
5、资少。由于碱性电弧炉炼钢法具有上述的优点，能够生产出很多当前转录不可能生产的高质量合金钢，特别是高合金钢。所以近年来电炉炼钢在世界全部钢产量中所占的比重逐年上升。同时电弧炉炼钢法也有一定的缺陷：耗电量大 ；成品钢中H、N含量偏高；炭质电极可能使钢液增碳，给低碳钢冶炼带来困难。电弧炉冶炼工艺可分为氧化法、返回吹氧法和不氧法三种类型。而目前主要的方法为氧化法，氧化法的主要特点是冶炼过程有氧化期，能去碳、去磷、去气、去夹杂，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。碱性电炉炼钢工艺流程概述：装料融化期氧化期还原期出钢 装料： 电弧炉冶炼的基本原料：废钢、返回料和增碳剂（电
6、极粉，焦碳粉，生铁）有的也配加部分的DRI、生铁（或铁水）与合金剂增碳剂主要有电极粉、焦炭粉。电极粉含碳量在95%以上，硫低、灰分低，回收率约60%80%，是理想的增碳剂。焦炭粉含碳量约80%，回收率为40%60%，由于价格低廉是电路普遍采用的增碳剂。装料前的炉料计算：装料前首先应确定出钢量，然后算出各种炉料的配入量，准确估算配料量不但可以保证冶炼过程的 顺利进行，而且还能减少金属料及原料材料消耗，并能合理地利用返回废钢，节约合金元素，缩短冶炼时间。 装料操作：装料操作直接影响到炉料熔化速度，合金元素烧损，电能消耗和炉衬寿命。对装料的要求是速度快，密实，布料合理，尽可能一次装完，或采用先多加后
7、补加的方法装料。电炉一般采用顶装料，炉盖打开后开膛温度以1500左右迅速降到800左右，此时散失的热量将在熔化期由电弧热弥补，是电耗增加，冶炼时间延长，因此必须强调快装。要使炉料装得密实和导电性良好，装料始必须将大、中、小块料合理布料。第一，先在炉底均匀的铺上一层石灰，约为装料量的2%3%;其次，在石灰上面铺小块料，约为小块料的50%；第三，小块料上铺上大块料和难熔料，并布置在电弧高温区，以加速熔化，最后，再最上面铺上小块料。熔化期：装料完毕后，电弧炉从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。在电炉冶炼时熔化期约占全炉也聊的50%70%，冶炼过程的电耗，占全炉也聊总电耗的60%80%。因此加强熔
8、化期操作，提高炉料熔化速度，是缩短全炉也聊时间和降低电耗的重要环节。 熔化期的主要任务：在保证炉体寿命的前提下，合理供点，尽快使固体炉料迅速熔化成为均匀的钢液，提前造好熔化渣，以稳定电弧，并减少钢液的吸气及挥发和氧化损失；造好熔化渣，利用熔化末期炉温不高对磷的有利条件，可去除钢液中50%到70%的磷，以减轻氧化期的去磷任务，尤其应控制好钢液的熔毕碳量，对矿石氧化法使氧化期去碳量为0.3%到0.4%，矿石-吹氧法去碳量0.3%为以后氧化期创造有利条件。熔化期分为四个阶段 1）放下电极，通电起弧，起弧期。 2）电极继续下降，也叫穿井期。 3）主熔化期。 4）熔末升温期。熔化期工艺操作要点；冶炼过程
9、中的吹氧助熔，熔化期的造渣去磷。加速炉料熔化的措施？1）快速补炉和合理装料。2）提高变压器的输出功率。3）吹氧助熔。4）烧嘴助熔。5）废钢预热。6）开发推广二次燃烧技术。7）执行泡沫渣工艺。8）缩短熔化期的其他措施。氧化期： 氧化期通常是指炉料溶清，取样分析到扒完氧化渣这一阶段，也有人认为从炉料溶清，钢液加热到加矿或吹氧脱碳开始到扒完氧化渣为止成为氧化期。氧化期一般需要20分钟到四十分钟的时间。氧化期的主要任务是脱碳和去磷，去除气体及夹杂物，使钢液温度均匀加热升温。氧化期的工艺操作 氧化期的工艺操作基本分为矿石氧化法、吹氧氧化法和综合氧化法两类，现在来也有采用全程吹氧工艺操作的。 矿石氧化法：
10、利用矿石对钢液进行脱碳反应称为矿石氧化法。矿石氧化法是一种间接氧化法。矿石氧化法的基本流程：熔化提温流渣造渣加矿（分2到3批加入，加矿数量占金属料重的3%4%）扒去1/31/2的氧化渣C，0.2%左右清洁（纯）沸腾10min扒除氧化渣。吹氧氧化法：吹氧氧化法是一种直接氧化法，即直接向熔池中吹人氧气，氧化钢中碳等元素。综合氧化法操作：氧化前期加矿石，后期吹氧的氧化工艺，并共同完成氧化期的任务。氧化期的强化冶炼：1）熔，氧结合，提前造渣脱磷 熔氧结合操作。2）电弧加热实行埋弧法操作采用熔，氧结合工艺后，熔池在全熔时，磷就可能进入规格含量，随后的任务就是升温和脱碳。3）以氧代矿，提高用氧水平，小脱碳
11、量高脱碳速度氧化的强化措施。4）喷粉在氧化期的应用，喷粉在氧化期，还原期，钢水罐中都能应用。氧化期喷粉的目的，主要为了强化脱磷，也有的用于喷粉增碳。5）电炉与炉外精炼相结合。还原期：从氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间成为还原期。还原期的任务：1）使钢液脱氧，尽可能地去除钢液中溶解的氧量（0.002%-0.003%）和氧化物夹杂。2）将钢中的硫含量去除到小于钢种规格要求，一般钢种S0.045%，优质钢S为0.02%到0.03%。3）调整钢液合金成分，保证成品钢中所有元素的含量都符合标准要求。4）调整炉渣成分，使炉渣碱度合适，流动性良好，有利于脱氧和去硫。5）调整钢液温度，确保冶炼正常进行有良好的浇
12、注温度。这些任务互相之间有着密切的联系，一般认为脱氧是还原期的主要矛盾，温度是条件，以调整好炉渣作为解决主要矛盾的手段。出钢操作：电炉出钢一般为偏心低出钢，为确保钢的质量和安全操作，出钢前必须具备以下条件。1）钢的化学成分要进入规格范围，防止偏上，下限冒险出钢。2）钢液脱氧良好，取出钢液倒入圆杯试样冷凝时没有火花，凝固后试样表面有良好收缩。3）炉渣为流动性好的白渣，碱度合适。4）钢液温度合适，确保浇注操作顺利进行。5）出钢口应畅通，出钢槽应平整清洁，炉盖要吹扫干净。6）出钢前应停止电极送电，以防触电，并升高电极，特别是3号电极。现代电弧炉的冶炼工艺和发展方向以及现代电弧炉的新技术：现代电弧炉炼
13、钢工艺流程是：废钢预热超高功率电弧炉二次精炼连铸，与传统工艺比较，相当于把熔化期的一部分任务分出去，采用废钢预热，在把还原期的任务移到炉外，采用熔氧合一的快速冶炼工艺，取代“老三期”一统到底的落后冶炼工艺变成高效节能的“短流程”优化流程。 发展大容量电炉和提高电炉自动化控制水平，采用电功率静止式动态补偿技术，用水冷构件代替耐火炉衬，炉盖第四孔直接排烟与电炉周围密封罩相接的一，二烟尘净化系统，炉盖第五孔机械化自动化加料系统，电炉使用还原铁比例卓渐扩大，炉外废钢预热，炉内燃料助熔，强化熔池用氧，开发底气搅拌和泡沫渣覆盖下的冶炼工艺，从冷却水和废气中回收热能，采用全连铸，发展纤维石墨电极和采用优质高效碱性镁-碳炉衬等。在上述新技术的发展下，许多新型电弧炉得到了开发，废钢预热型(康斯迪电弧炉、双壳电炉、竖井式电炉),超高功率电弧炉，高阻抗交流电弧炉等。电炉炼钢过程流程短、能耗低、环境负荷轻，是一种较为清洁的、先进的炼钢方法，应给予重视和发展。我国电炉炼钢的发展应该在引进、借鉴国外先进技术的基础上，围绕缩短冶炼周期这一核心课题，开发具有自主知识产权的现代电炉冶炼技术。面对我国废钢资源短缺、电价较高的现实情况，进一步缩短电炉冶炼周期、提高电炉炼钢生产率，对于我国在新的条件下促进电炉炼钢的发展具有十分重要的意义。 拟达到的要求或技术指标
