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冶金概论 ------电炉炼钢 主讲:冶金工程系 吴国玺(教授) 主要内容 一 电弧炉发展概况 二 电弧炉车间生产模拟 三 电弧炉生产工艺 冶炼基本原理 电炉炼钢设备 一 电弧炉发展概况 1.电炉发展概况 1.电炉发展概况 电弧炉炼钢至今有百年历史，最先使用的电弧炉为直流电弧炉，由于炉容的扩大，当时很难提供大功率整流电源，因此出现了三相交流电弧炉，并长期占据主导地位。主要用于高合金钢和特殊钢，由于速度慢、能耗低，上世纪60年代后，首先采用吹氧代替矿石，使之可以利用废钢较低成本的生产线材、棒材用钢。 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。 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。 二 电弧炉车间生产模拟（设备巡视） 电弧炉车间生产模拟（生产模拟） 三 电弧炉生产工艺 装 料 制 度 炉料种类 返回料、废钢、生铁、直接还原铁、造渣材料等。 废钢准备 分类管理,化学成分为已知,大块需切割。 布料顺序 轻料→重废钢→中型废钢→轻型废钢,另需配入一定的增碳剂(炉料的最下部),防止碳在熔化中氧化。 装料次数与方式 以废钢队比重确定装料次数,由炉顶装入。 供 电 制 度 目的: 获得高的熔化速率、低物耗、低能耗。 供电方式： 低档供电—对应起弧阶段，采用低档位电压； 高档供电—对应“穿井”，采用长电弧大电流； 中档供电—对应熔清，用中级电压，减少输入功率至出钢。 造 渣 制 度 造渣材料： 石灰、萤石、白云石、火砖块、氧化铁皮； 造渣制度： 为保护炉衬和去P，采用提前造渣，起弧后加石灰，形成熔池后调整； 泡沫渣操作： 通过吹O2喷C生成大量CO2实现，可降低噪音，减轻侵蚀，降低电极消耗； 流渣操作： 为最大限度脱P，将富P氧化渣排出，炉子向出渣方向倾动。 供 氧 制 度 目的: 熔化期供氧切割炉料、助熔、化渣，氧化精炼期脱C、升温、搅拌熔池； 方式： 自耗氧枪、水冷C-O喷枪、炉门供氧； 制度： 自耗氧枪流量4000~5000Nm3/h，压力10-12bar，C-O喷枪流量6000~8000Nm3/h，压力12bar 偏 心 底 出 钢 目的： 实现无渣出钢，加速下炉料熔化，为早期脱P创造条件，保护耐材； 操作： 留钢10~15%和全部氧化渣； 合金化： 出钢时钢包中预合金化，精调在LF内完成。 四 冶炼基本原理 脱碳 矿石脱C： 在钢液温度高于1480~1520℃时利用矿石脱C的反应为 （Fe2O3）+[Fe]=3（FeO） （FeO）+[C]=[Fe]+{CO} 吹氧脱C： 直接脱C反应 2[C]+{O2}=2{CO} 间接脱C反应 2Fe+{O2}=2（FeO） （FeO）=[O]+Fe [C]+[O]={CO} 脱磷 碱性渣脱P反应： 2[P]+5[O]+3（CaO）= （3CaO.P2O5） 脱P条件： 高碱度、高氧化性、低温和大渣量。 二次燃烧 概念: 炉气中含有CO、H2、CH4等气体，通过熔池上方氧枪向炉气中提供过量的氧，CO在炉内燃烧成CO2，将化学能转变为热能； 机理： 2CO+O2=2CO2 方式： 使用水冷PC枪完成； 影响因素： 充足的O2供应、低炉气温度、一定限度燃烧，防止电极过氧化，可通过O2流量在线控制实现。 五 电炉炼钢设备 1.供电系统 ⑴整流变压器 结构： 芯式和壳式两种； 特点： 二次电流大，较宽的二次电压调节范围，连续的满负荷电流； 电压调节： 变压器二次电流大幅度调节时需借助感应器完成。 ⑵ 整 流 器 结构： 大型直流炉采用12脉动的双桥式整流电路，整流元件为晶闸管； 要求： 足够的高温机械强度；满足高速、大范围控制；晶闸管与电极升降协调性好；对高电压有保护与绝缘。 ⑶ 电 抗 器 作用：