電爐鍊鋼

具有脫磷、脫硫功能的鍊鋼過程

電爐鍊鋼主要利用電弧熱,在電弧作用區,溫度高達4000℃。冶鍊過程一般分為熔化期、氧化期和還原期,在爐內不僅能造成氧化氣氛,還能造成還原氣氛,因此脫磷、脫硫的效率很高。

簡介


電爐鍊鋼
電爐鍊鋼
electric furnace steelmaking
以電為能源的鍊鋼過程。
此類鍊鋼爐即電爐種類有電弧爐感應電爐電渣爐、電子束爐、自耗電弧爐等。通常說的電爐鋼是用鹼性電弧爐生產的鋼。
電爐鋼多用來生產優質碳素結構鋼工具鋼合金鋼。這類鋼質量優良、性能均勻。在相同含碳量時,電爐鋼的強度和塑性優於平爐鋼。電爐鋼用相近鋼種廢鋼為主要原料,也有用海綿鐵代替部分廢鋼。通過加入鐵合金來調整化學成分、合金元素含量。
以廢鋼為原料的電爐鍊鋼,比之高爐轉爐法基建投資少,同時由於直接還原的發展,為電爐提供金屬化球團代替大部分廢鋼,因此就大大地推動了電爐鍊鋼。世界上現有較大型的電爐約1400座,電爐正在向大型、超高功率以及電子計算機自動控制等方面發展,最大電爐容量為400噸。
電爐鍊鋼
電爐鍊鋼
國外150噸以上的電爐幾乎都用於冶鍊普通鋼,許多國家電爐鋼產量的60~80%均為低碳鋼。我國由於電力和廢鋼不足,主要用於冶鍊優質鋼和合金鋼。

容量


電爐鍊鋼
電爐鍊鋼
由於大容量的爐子熱效率高,可使每噸鋼的電耗減少,同時,也使噸 鋼的平均設備投資也大大降低,鋼的成本下降,勞動生產率提高。如一個容量為320t的爐子與一個l.5t的小爐子相比,生產率相差l00倍以上。在某些特殊情況下,要求大量優質鋼水時,只有採用大容量電弧爐才能滿足要求。所以世界上許多國家採用大容量電弧爐。l80t以上的電弧爐有30座以上,其中最大的為400t。我國寶鋼的電弧爐容量最大,為150t。

短流程


短流程工藝是相對於傳統的長流程(學術上稱為傳統流程)而言的。傳統的長流程是指高爐—轉爐—連鑄(或模鑄)流程。
電爐短流程以20世紀90年代初美國的電爐—薄板坯連鑄流程為代表。自該流程投產以來,引起了世界鋼鐵界的重視。緊湊式電爐短流程是電爐短流程的典型代表。
與傳統流程相比,電爐短流程具有以下特點:
電爐鍊鋼
電爐鍊鋼
1)投資比高爐—轉爐流程減少l/2以上。如美國、日本等國的 薄板坯電爐短流程,實際費用約為傳統流程的l/4。
2)生產成本低,勞動生產率高。鋼鐵聯合企業從鐵—焦—燒開始到熱軋板卷為止,噸鋼能耗一般為23GJ/t,而以廢鋼為原料的電爐鋼廠短流程工藝生產的產品能耗接近10GJ/t,能耗降低60%左右。
3)在世界每年廢鋼產量為3億多噸的情況下,電爐短流程的發展對於促進環保,消化廢鋼,凈化冶金工廠的環境起到了良好的推動作用。因此,發達國家把發展緊湊式電爐短流程作為重點。
近些年,我國電爐流程的發展雖然受到重視,但發展電爐短流程應慎重一些,可以適當發展,不可盲目。因為在當前條件下,我國不具備電能和廢鋼方面的優勢,即不具備成本優勢。在江陰興澄鋼鐵有限公司,已建成我國第一條四位一體的特殊鋼短流程生產線,工藝流程為:100t直流電弧爐冶鍊—LF、VD精鍊—R=12m大方坯連鑄—熱送全連軋,全套全新設備從德國引進,能夠開發生產合金結構鋼彈簧鋼齒輪鋼易切削鋼軸承鋼高壓鍋爐管坯鋼等品種,將成為全國優質鋼、特殊鋼裝備水平領先、能力超百萬噸的企業。

電弧爐


超高功率電弧爐是指單位時間輸入到電爐中的能量比普通電弧爐大2~3倍。主要優點是:大大縮短了熔化時間,提高了勞動生產率;改善了熱效率,進一步降低了電耗;使用大電流短電弧,熱量集中,電弧穩定,對電網的影響小等。配套設備和相關技術有:採用大容量變壓器,可在有載情況下變換電壓;在爐體上大面積使用水冷爐壁和水冷爐蓋;採用油一氧噴槍助熔死角冷區;使用計算機控制等。
電弧爐偏心爐底出鋼
電爐鍊鋼
電爐鍊鋼
1979年德國首先將傳統的50t超高功率電弧爐改為中心爐底出鋼,后又將其 改為更完善的偏心爐底出鋼。偏心爐底出鋼的最大特點是將出鋼口移到爐殼外邊,便於維修與檢修。偏心爐底出鋼與超高功率相匹配,在發達國家發展及推廣很快,特別是對於無渣操作的大型電弧爐,其優越性尤其明顯,主要為:
(1)熔池中可以保留98%以上的熔渣;
(2)耐火材料消耗可降低25%左右;
(3)出鋼時鋼水溫度一般只下降25℃左右;
(4)出鋼時間短,60t電弧爐的出鋼時間僅80s左右;
(5)每噸鋼電耗可下降20kW·h左右;
(6)每噸鋼電極消耗可降低0.5kg左右;
(7)出鋼口耐火材料內襯壽命可達250次左右。
偏心爐底出鋼的一個最大缺點是要求電弧爐為高架式結構。我國電弧爐結構多為地坑式,高架式較少,再加上爐容量較小、車間設備老化,改造困難,發展和推廣偏心爐底出鋼還將有一個長期的過程。
1982年,世界上第一台用於實際生產的直流電弧爐在德國製造,其中心石墨電極作為陰極接入電路,底電極是陽極,由兩塊水平金屬組成,金屬板上裝有導氣冷卻片,許多觸針附在金屬板上,觸針之間注入鎂砂填充。電流經爐底水平金屬板導入觸針,然後通入熔池。直流電弧爐的操作與交流電弧爐差別不大,只是為保證爐料與底電極之間保持良好接觸,出鋼時要保留一部分鋼水。若要更換鋼種,必須將爐內鋼水除凈。
對於直流電弧爐來說,偏心爐底出鋼、水冷爐壁、水冷爐蓋、氧-燃燒嘴、廢鋼預熱等新技術,均比較合適,且效果較好。
直流電弧爐主要優點是:電極消耗較低,只有三相交流電弧爐的一半左右;生產成本較低。但因其仍處於不斷完善過程中,也存在不少問題:底電極與爐料接觸不良;鋼棒式底電極產生氧化和產生沸騰;鋼銷式(針狀)底電極維修困難;石墨—鎂磚易增碳;爐內溫度不均勻;底電極散熱不良等。其缺點是電價較高時,地方成本較高。

舉例


我國超大型直流電弧爐鍊鋼生產線於l996年9月在上海浦東鋼鐵(集團)公司建成並投產。該生產線由兩台l00t超高功率電弧爐、兩台LF在線鋼包精鍊爐、一台雙工位真空冶鍊爐和一台300mm×2000mm大板坯連鑄機組成。並與該公司4200mm×3300mm雙機架寬厚鋼板生產線相匹配,組成一條國內外一流水平的電弧爐生產寬厚板短流程生產線,年生產能力80×104t。