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电炉炼钢的特点及步骤

近现代炼钢方法主要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电炉炼钢法。平炉炼钢法已基本被淘汰,电炉炼钢法与转炉炼钢法最根本的差别在于,电炉炼钢法是以电能作为热源,而电弧炉炼钢是应用得最为普遍的电炉炼钢方法。我们通常所说的电炉炼钢,主要是指电弧炉炼钢,因为其他类型的电炉如感应电炉、电渣炉等所炼的钢数量较少。

      电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧,使电能在弧光中转变为热能,并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣,冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。

炼钢

电炉炼钢的特点:

    电炉炼钢主要利用电弧热,在电弧作用区,温度高达4000℃。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期,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。

   所用含铁原料主要为废钢,约占70%以上,另外可以加入铁水、生铁、直接还原铁、热压块等。冶炼时间较长,一般至少是转炉冶炼时间的两倍。电炉熔炼温度高且容易控制调节,电弧炉弧光区温度高达3000-6000℃,炉温高达2000℃以上,远高于冶炼一般钢种所需的温度,可以用于冶炼转炉不能冶炼的合金钢和不锈钢。

    炉内气氛易于控制调节。在冶炼的不同阶段,炉内不仅能造成氧化性气氛,还能造成还原性气氛,前者有利于脱碳和去磷,后者有利于脱氧、去硫、易氧化合金的加入、回收金属元素和控制钢液成分。电炉设备比简单,投资少,建厂快,占地少,且容易控制污染。

     但由于所需能源由电极在短路时产生的高温来提供,耗电量较大,冶炼1吨钢所消耗的电能约350-600kwh;成品钢中氢、氮含量偏高。因为在电弧作用下,炉内空气的水汽大量离解,生成的氢和氮,如进入钢水,将影响钢的质量。电弧是“点”热源,炉内温度分布不均匀,熔池平静时,各部分钢水温度相差较大。碳质电极的存在会使钢液增碳,给冶炼低碳钢带来困难。

     废钢铁是一种载能资源,用废钢铁炼钢可以节约大量能源。在大型钢铁联合企业,从采矿、选矿、烧结、焦化、炼铁到炼钢、轧钢,能源消耗和污染排放主要集中在炼钢工序之前。研究表明,用废钢直接炼钢和用矿石炼铁后再炼钢相比,可节约能源60%,节水40%。

     废钢铁是一种环保资源,用废钢直接炼钢和用矿石炼铁后再炼钢相比,可减少废气86%、废水76%和废渣97%,有利于清洁生产和排废减量化。


电炉炼钢的步骤:

   1、加料:向电炉加入铁水或废钢等原材料的操作,是电炉炼钢操作的第一步。

   2、造渣调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。例如吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣,能够向金属液面中传递足够的氧,以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下,并使吹氧时喷溅和溢渣的量减小。

   3、出渣电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。如用单渣法冶炼时,氧化末期须扒氧化渣;用双渣法造还原渣时,原来的氧化渣。必须彻底放出,以防回磷等。

   4、熔池搅拌向金属熔池供应能量,使金属液和熔渣产生运动,以改善冶金反应的动力学条件。熔池搅拌可借助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。

   5、脱磷减少钢液中含磷量的化学反应。磷是钢中有害杂质之一。含磷较多的钢,在室温或更低的温度下使用时,容易脆裂,称为"冷脆"。钢中含碳越高,磷引起的脆性越严重。一般普通钢中规定含磷量不超过 0.045%,优质钢要求含磷更少。

6、电炉底吹电炉底吹

   通过置于炉底的喷嘴将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体根据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化。促进冶金反应过程的目的。采用底吹工艺可缩短冶炼时间,降低电耗,改善脱磷、脱硫操作,提高钢中残锰量,提高金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀,从而改善钢质量,降低成本,提高生产率。

7、熔化期

   炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼钢从通电开始到炉钢花拌料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温,并造好熔化期的炉渣。

 8、氧化期和脱碳期普通功率电弧炉炼钢的氧化期,通常指炉料溶清、取样分析到扒完氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的主要任务是氧化钢液中的碳、磷;去除气体及夹杂物;使钢液均匀加热升温。脱碳是氧化期的一项重要操作工艺。为了保证钢的纯净度,要求脱碳量大于0.2%左右。随着炉外精炼技术的发展,电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行。

   9、精炼期炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合物,经化学反应选入气相或排、浮入渣中,使之从钢液中排除的工艺操作期。连铸机出坯连铸机出坯。

   10、还原期普通功率电弧炉炼钢操作中,通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散,脱氧、脱硫,控制化学成分和调整温度。高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。

   11、炉外精炼将炼钢炉(转炉、电炉等)中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程,也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。

    初炼:炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化,脱磷,脱碳和主合金化。

    精炼:将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫,去除夹杂物和进行成分微调等。

    将炼钢分两步进行的好处是:可提高钢的质量,炼钢车间缩短冶炼时间,简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼的种类很多,大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同,又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。

12、钢液搅拌炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它使钢液成分和温度均匀化,并能促进冶金反应。多数冶金反应过程是相界面反应,反应物和生成物的扩散速度是这些反应的限制性环节。钢液在静止状态下,其冶金反应速度很慢,如电炉中静止的钢液脱硫需30~60分钟;而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需3~5分钟。钢液在静止状态下,夹杂物上浮除去,排除速度较慢;搅拌钢液时,夹杂物的除去速度按指数规律递增,并与搅拌强度,类型和夹杂物的特性,浓度有关。

13、钢包喂丝通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫及微调成分的粉剂,如Ca-Si粉、或直接喂入铝线、碳线等对钢水进行深脱硫、钙处理以及微调钢中碳和铝等成分的方法。它还具有清洁钢水、改善非金属夹杂物形态的功能。


炼钢电炉电弧氧化