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一、分类方法
一般是按造渣工艺特点来划分的,有单渣氧化法、单渣还原法、双渣
还原法与双渣氧化法,目前普遍采用后两种。1)双渣还原法
又称返回吹氧法,其特点是冶炼过程中有较短的氧化期(≤10min),
造氧化渣,又造还原渣,能吹氧脱碳,去气、夹杂。但由于该种方法脱磷
较难,故要求炉料应由含低磷的返回废钢组成。
由于它采取了小脱碳量、短氧化期,不但能去除有害元素,还可以回
收返回废钢中大量的合金元素。因此,此法适合冶炼不锈钢、高速钢等含
Cr、W高的钢种。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。第二节冶炼工艺
传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。其操过程分作为: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;
吹氧操与渣、钢等作机械冲刷以及装料的冲击。2)补炉部位
炉衬各部位的工作条件不同(图5-1、图5-2)损坏情况也不一样。
炉衬损坏的主要部位如下:
炉壁渣线受到高温电弧的辐射,渣、钢的化学侵蚀与机械冲刷,以及
吹氧操作等损坏严重;
渣线热点区尤其2#热点区还受到电弧功率大、偏弧等影响侵蚀严重,
该点的损坏程度常常成为换炉的依据;
出钢口附近因受渣钢的冲刷也极易减薄;
炉门两侧常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操作与工具的碰撞等损
坏也比较严重。
图5-1槽出钢电炉炉衬情况
图5-2EBT电炉炉衬情况3)补炉方法
补炉方法分为人工投补和机械喷补,根据选用材料的混合方式不同,
又分为干补和湿补两种。目前,在大型电炉上多采用机械喷补,机械喷补
设备有炉门喷补机、炉内旋转补炉机,机械喷补补炉速度快、效果好。
补炉的原则是:高温、快补、薄补。4)补炉材料
机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物,并掺入磷酸盐或
硅酸盐等粘结剂。二、装料
目前,广泛采用炉顶料罐(或叫料篮、料筐)装料(图5-3),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。
图5-3电炉装料情况三、熔化期
传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的50%~70%,电耗占70%~
80%。因此熔化期的长短影响生产率和电耗,熔化期的操作影响氧化期、
还原期的顺利与否。(1)熔化期的主要任务
将块状的固体炉料快速熔化,并加热到氧化温度;提前造渣,早期去
磷,减少钢液吸气与挥发。(2)熔化期的操作
合理供电,及时吹氧,提前造渣。1)炉料熔化过程及供电
装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程见图5-4,基本可分为四个阶
段(期),即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。
图5-4炉料熔化过程◆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。
◆穿井期
点弧结束至电极端部下降到炉底为穿井期。此期虽然电弧被炉料所遮
蔽,但因不断出现塌料现象,电弧燃烧不稳定。注意保护炉底,办法是:
加料前采取外加石灰垫底,炉中部布置大、重废钢以及合理的炉型。供电
上采取较大的二次电压、较大电流,以增加穿井的直径与穿井的速度。◆
主熔化期
电极下降至炉底后开始回升时,主熔化期开始(图5-4)。随着炉料
不断的熔化,电极渐渐上升,至炉料基本熔化,仅炉坡、渣线附近存在少
量炉料,电弧开始暴露时主熔化期结束。
主熔化期由于电弧埋入炉料中,电弧稳定、热效率高、传热条件好,
故应以最大功率供电,即采用最高电压、最大电流供电。主熔化期时间占
整个熔化期的70%以上。◆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
(图5-4)。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表5-1。典型的供电
曲线如图5-5。表5-1炉料熔化过程与操作
图5-5典型的供电曲线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%,这与渣的碱度和氧化性等有关;而在吹氧时C氧化10%~
30%、Fe氧化2%~3%。3)提前造渣
用2%~3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、渣,实现提前造渣。这
样在熔池形成的同时就有炉渣覆盖,使电弧稳定,有利于炉料的熔化与升
温,并可减少热损失,防止吸气和金属的挥发。
由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度,可脱除一部分磷;当磷
高时,可采取自动流渣、换新渣操作,脱磷效果更好,这样为氧化期创造
条件。为什么?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。脱磷反应的条件:
高碱度,造高碱度渣,增加渣中氧化钙;高氧化性,造高氧化性渣,
增加渣中氧化铁;低温,抓紧在熔化期进行;大渣量(适当大),采取流
渣造新渣。电炉脱磷操作:
实际电炉脱磷操作正是通过提前造高碱度、高氧化性炉渣,并采用流
渣、造新渣的操作等,抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。缩短熔化期的措
施:
减少热停工时间,如提高机械化、自动化程度,减少装料次数与时间
等;
强化用氧,如吹氧助熔、氧-燃助熔,实现废钢同步熔化,提高废钢
熔化速度;提高变压器输入功率,加快废钢熔化速度;
废钢预热,利用电炉冶炼过程产生的高温废气进行废钢预热等。三、
氧化期
氧化期是氧化法冶炼的主要过程,能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。
当废钢料完全熔化,并达到氧化温度,磷脱除70%~80%以上进入氧
化期。为保证冶金反应的进行,氧化开始温度高于钢液熔点50~80℃。1)
氧化期的主要任务
继续脱磷到要求——脱磷;脱碳至规格下限——脱碳;去除气、去夹
杂——二去;提高钢液温度——升温。2)氧化期操作
(1)造渣与脱磷
传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷,由脱磷反应式可以看出:在氧
化前期(低温),造好高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣,并及时流
渣、换新渣,实现快速脱磷是可行的。
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]△H<0(2)氧化
与脱碳近些年,强化用氧实践表明:除非钢中磷含量特别高需要采用碎矿
(或氧化铁皮)造高氧化性炉渣外,均采用吹氧氧化,尤其当脱磷任务不
重时,通过强化吹氧氧化钢液降低钢中碳含量。降(脱)碳是电炉炼钢重
要任务之一,然而脱碳反应的作用不仅仅是为了降碳,脱碳反应的作用脱
碳反应的作用如下:
降低钢中的碳,利用碳-氧反应(C+O2→CO)这个手段,来达到以
下目的;搅动熔池,加速反应,均匀成分、温度;
实际上,电炉就是通过高配碳,利用吹氧脱碳这一手段,来达到加速
反应,均匀成分、温度,去除气体和夹杂的目的。脱碳反应与脱碳条件:
[C]+[O]=CO↑,△HCO=-=-22kJ<0分析:该反应是在钢
中进行,是放热反应。高氧化性,加强供氧,使[%O]实际>[%O]平
衡
高温,加速C-O间的扩散(由于脱碳反应是“弱”放热反应,温度
影响不大(热力学温度),但从动力学角度,温度升高改善动力学条件,
加速C-O间的扩散,故高温有利脱碳的进行)。
降低PCO,如充惰性气体(AOD),抽气与真空处理(VD、VOD)等均
有利于脱碳反应。(3)气体与夹杂物的去除
电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶段,怎么进行的?去气、
去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。它是借助碳-氧反应、一氧化
碳气泡的上浮,使熔池产生激烈沸腾,促进气体和夹杂的去除、均匀成分
与温度。去气、去夹杂的机理: