電爐新技術頁BD課件

1、冶金學煉鋼篇電爐煉鋼及爐外精煉閻立懿東北大學鋼鐵冶金研究所2008年10月2911月24日沈陽（No7）7/28/20221東北大學/閻立懿主要內容電爐煉鋼及其發(fā)展電爐煉鋼設備及其電熱特性電爐煉鋼原料及冶煉工藝電爐新技術、新工藝爐外處理中國鋼鐵與大型電爐現(xiàn)狀7/28/20222東北大學/閻立懿 上次介紹第五章“現(xiàn)代電爐煉鋼新技術”的內容現(xiàn)代電爐冶煉工藝要點：快速熔化與升溫，脫磷及脫碳操作等要點。鋼液的合金化：合金的用途、種類以及合金加入時間的原則，給出“n元合金計算公式”。UHP電爐的發(fā)展背景，采用UHP電爐的目的及其主要優(yōu)點。UHP電爐的主要技術特征：功率水平要高、功率利用率要高、流程要優(yōu)化

2、，以及公害要進行抑制。7/28/20223東北大學/閻立懿 5.1.3.4 電爐產生的公害要進行抑制 （1）煙塵與噪音 UHP電爐在煉鋼過程中產生煙塵20000mgm3，而國家對排放粉塵含量的現(xiàn)行標準GB9078-1996為100150mgNm3 。因此，電爐必須配備排煙除塵裝置，使排放粉塵含量達到標準要求。 目前，較合理的辦法是采用爐頂?shù)谒目?封閉罩和屋頂大罩結合排煙法的三級排煙，除塵采用布袋除塵。以滿足即將出臺的新標準更高的要求。 5.1.3 超高功率電爐技術特征7/28/20224東北大學/閻立懿 2007.9寶鋼負責起草的“鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標準”（征求意見稿）：其中就煙塵排放濃度

3、限值，對不同設備提出不同的要求，意見稿建議：轉爐、電爐及精煉爐煙塵排放濃度限值分為：“現(xiàn)源”規(guī)定35mgm3 ，“新源”規(guī)定20mgm3 ；美國電爐（鑄造）分別為：11.45mg m3 ，4.58mgm3 ；歐盟、英國、德國電爐煉鋼控制水平均在15mgm3 。 對二惡英PCDD/Fs排放限值為：0.2ng-TEQ/ m3 ，歐盟排放限值為：0.1ng-TEQ/ m3 ；其他國家多為：0.20.4ng-TEQ/ m3 。7/28/20225東北大學/閻立懿 UHP電爐產生噪音高達110dB，要求設法降低。噪音對環(huán)境的影響，據(jù)科學家證明如表5-3。 為此，許多國家都制訂標準，如德國標準要求，距噪聲

4、源300m處的噪音強度為.30060dB（白天），45dB（夜晚）。 GB12348-90規(guī)定為4570dB。 采用電爐封閉罩可以滿足，罩外的噪音強度能達8090dB。噪音/ dB507090150影響程度影響睡眠與休息干擾談話影響工作影響聽力，引起神經衰弱、頭疼、血壓升高鼓膜出血，失去聽力7/28/20226東北大學/閻立懿（2）電網(wǎng)公害 電爐產生的電網(wǎng)公害主要包括電壓閃爍與高次諧波。 1）電壓閃爍（或電壓波動） 電壓閃爍實質上是一種快速的電壓波動。它是由較大的交變電流沖擊而引起的電網(wǎng)擾動。電壓波動可使白熾燈光和電視機螢屏高度閃爍，電壓閃爍由此得名。 UHP電爐加劇了閃爍的發(fā)生。當閃爍超過一

5、定值（限度）時，如0.130Hz，特別是110Hz閃爍，會使人感到煩躁，這屬于一種公害，要加以抑制。 7/28/20227東北大學/閻立懿 解決的辦法有兩種：一是要有足夠大的電網(wǎng)，即電爐變壓器要與足夠大的電壓、短路容量的電網(wǎng)相聯(lián)，德國規(guī)定： 一般認為，若供電電網(wǎng)公共連接點（PCC）的短路容量是變壓器額定容量的80倍，就可視為足夠大。二是采取無功補償裝置進行抑制， 如采用晶體管控制的電抗器（TCR）。（國家標準GB12326-2000規(guī)定， 35kV時，電壓波動限值2%）7/28/20228東北大學/閻立懿 兩種途徑相比，途徑一是治標的方法，因為電爐對電網(wǎng)和自身影響的各種量值并未消除，而是送到更

6、高電壓級的電網(wǎng)去擴散。 隨著電爐及大容量用電設備的不斷建設發(fā)展，這些量值在電網(wǎng)中增加積累、泛濫成災，將會形成電網(wǎng)所不能接受的程度，而增加了對廣大用戶的影響，因此，使用范圍越來越小。 途徑二是治本的辦法，它使電爐對電網(wǎng)和自身影響的各種量值大部分就地消除了，故其使用范圍越來越大，前途廣闊。7/28/20229東北大學/閻立懿 2）高次諧波（或諧波電流） 由于電弧電阻的非線性特性等原因，使得電弧電流波形產生嚴重畸變，除基波電流外，還包含各高次諧波。 諧波電流注入電網(wǎng)，將危害共網(wǎng)電氣設備的正常運行，如使發(fā)電機過熱，使儀器、儀表、電器誤操作等。 抑制的措施是：采取并聯(lián)諧波濾波器，即采取、串聯(lián)電路。 實際

7、上，電網(wǎng)公害的抑制常采取閃爍、諧波綜合抑制，即靜止式動態(tài)無功補償裝置SVC裝置，見圖5-2。但SVC裝置價格很貴，使得電爐投資成本大為提高。7/28/202210東北大學/閻立懿圖5-2 靜止式動態(tài)無功補償裝置7/28/202211東北大學/閻立懿5.1.4 超高功率電爐技術效果 UHP電爐冶煉工藝的基本指導思想是高效、節(jié)能、低消耗。而應用于UHP電爐的各項技術，如UHP供電，強化吹氧（含氧-燃助熔），水冷爐壁與水冷爐蓋，底吹攪拌，長弧泡沫渣，無渣出鋼及廢鋼預熱等都是在這種思想指導下開發(fā)出來的。 綜合應用這些技術，與計算機控制、管理和爐外精煉相配合，已經使得電爐的平均冶煉周期達到60min，電

8、耗達到400kWh/t，電極消耗達到2kgt的高水平，即“642”，有的看見“531”的高水平。 直流電弧爐、新式廢鋼預熱及二次燃燒等技術的實施又使電爐技術水平達到了一個新的高度，進一步縮短了冶煉周期，降低了電耗和電極消耗，見圖5-3，而且閃爍、噪聲、耐材消耗都明顯得到改善。7/28/202212東北大學/閻立懿圖5-3 電爐煉鋼技術的發(fā)展7/28/202213東北大學/閻立懿5.1.5 結語 UHP電爐不僅變壓器額定功率要高，功率水平要高，而且功率利用率要高，工藝及工藝流程要優(yōu)化，電爐產生的公害要得到有效的抑制。 UHP電爐工藝突出一個“快”字，即快速熔化、提前脫磷以及強化脫碳，而不是簡單地

9、將原有工藝一分為二。 從提高生產率和降低消耗方面考慮，要求UHP電爐具有最短的熔化時間和最快的升溫速度以及最少的輔助時間，以期達到最佳經濟效益。7/28/202214東北大學/閻立懿5.2 超高功率電爐相關技術 5.2.1 概述 UHP電爐的出現(xiàn)和發(fā)展伴隨著新技術的廣泛采用。 這些新技術包括UHP電爐生產必須解決的問題，否則將限制生產的關鍵技術，如電極、耐火材料等，又包括高效、節(jié)能進一步降低成本的深化技術。 5.2.2 相關名詞術語 1）電爐的熱點與冷點（圖5-4） 在渣線水平面上，距電極最近點叫熱點（區(qū)），而距電極最遠點叫冷點（區(qū)）。其中2#熱點區(qū)爐襯的損壞最嚴重，爐體的更換也常常以2#熱點

10、區(qū)爐襯的損壞程度作為依據(jù)的。電爐爐襯的侵蝕狀況與主要原因見表5-4。7/28/202215東北大學/閻立懿圖5-4 熱點及冷點侵蝕程度侵蝕部位渣線熱點2#熱點主要原因鋼、渣、弧的作用與操作的影響左同，且距電弧近左同，且為熱區(qū)、功率大及偏弧嚴重7/28/202216東北大學/閻立懿 2）耐火材料侵蝕（磨損）指數(shù) 是描述由于電弧輻射引起耐火材料損壞的指標，并以它的大小來反映耐火材料損壞的外部條件。 當電弧暴露后RE應加以限制，一般認為它安全值在400450 MWV/m2。 UHP電爐因電弧功率Parc成倍增加，而使RE達到8001000 以上，此時必須采取措施。 3）粗短弧與細長弧 電位梯度在熔化

11、期大于25，而在平熔池期約為1。 當功率一定時，低電壓、大電流，電弧的狀態(tài)粗而短；反之電弧細而長。（ParcUarcI ，LarcUarc40 及 DarcI）7/28/202217東北大學/閻立懿4）三相電弧功率不平衡度 當功率一定時，低電壓、大電流，將使三相電弧功率不平衡度增大，反之減小。（即有關系：KI/U） 5）電抗百分數(shù)與功率因數(shù) 電抗百分數(shù)，即電爐裝置電抗的相對值，當x一定時，低電壓，大電流，使X%增加，cos降低，反之cos提高。7/28/202218東北大學/閻立懿5.2.3 超高功率電爐相關技術電爐合理供電技術降低電極消耗技術電爐短網(wǎng)改造技術水冷爐壁爐蓋技術氧氣燃料助熔技術細

12、長弧泡沫渣技術二 次 燃 燒 技術偏心爐底出鋼技術電爐底吹攪拌技術7/28/202219東北大學/閻立懿 5.2.3.1 合理供電技術 UHP電爐投入初期，由于輸入功率成倍提高，RE增加許多，爐襯熱點區(qū)損壞嚴重，爐襯壽命大幅度降低。為此，首先在供電上采用低電壓、大電流的粗短弧供電。 粗短弧供電的優(yōu)點：減少電弧對爐襯輻射，降低RE值，保證爐襯壽命；增加熔池的攪拌與傳熱效率；穩(wěn)定電弧，提高實際輸入功率。 當時把這種供電叫作“UHP供電”、“合理供電”。 7/28/202220東北大學/閻立懿 但這種早期“UHP供電”，相當于犧牲電氣方面的利益，換取熱工方面的改善。 它存在諸多不足：超高功率、大電流

13、，使電極消耗大為增加，Wdj I2 ；大電流，使電損失功率增加， Pr I2r ；低電壓、大電流，使X%增加，cos大為降低；低電壓、大電流，使三相電弧功率不平衡嚴重， KI/U 。7/28/202221東北大學/閻立懿5.2.3.2 降低電極消耗技術 電極消耗主要分為端部和側部消耗：端部消耗主要高溫升華與剝落；側部消耗主要高溫氧化。 扣除折損消耗后，端部與側部消耗比例大體上如表5-5。影響因素端部側部折損RP/%UHP/%35 4060 6560 6535 407/28/202222東北大學/閻立懿 為了降低電極消耗，先后開發(fā)出涂層電極、浸漬電極及水冷電極，其中1987年德國的噴淋水冷電極效

14、果最佳（圖5-5）。 這些技術效果明顯，均可以降低電極消耗5%10%以上，但這些措施只能減少占電極總消耗的35%40%的側部氧化消耗，而對端部消耗的降低則無能為力。7/28/202223東北大學/閻立懿圖5-5 噴淋水冷電極7/28/202224東北大學/閻立懿5.2.3.3 短網(wǎng)改造技術降低電阻，減少損失功率，提高輸入功率，如增加導體截面，減少長度，改善接觸等；降低電抗，增加功率因數(shù)，提高功率輸入，如增加導體截面，減少長度，合理布線（圖5-6）等；改進短網(wǎng)布線，平衡三相電弧功率，如三相導體采取空間三角形布置（圖5-7）或修正平面法等。7/28/202225東北大學/閻立懿圖5-6 短網(wǎng)的幾種

15、布線方式7/28/202226東北大學/閻立懿圖5-7 短網(wǎng)三角型布線方式7/28/202227東北大學/閻立懿5.2.3.4 水冷爐壁、水冷爐蓋技術 超高功率使爐襯壽命大為降低，為了從根本上解決爐襯壽命，必須尋求新的耐火爐襯，接著水冷爐壁、爐蓋應運而生，見圖5-7。 1972年日本開發(fā)的水冷掛渣爐壁（耐久爐壁），率先在日本采用，后推廣到美國、西歐等，發(fā)展非常迅速。 目前，UHP電爐普遍采用 ：爐壁水冷面積可達7080%，塊壽命達6000次；爐蓋水冷面積可達80 85%，塊壽命達4000次以上。 爐壁采用水冷后，熱點區(qū)問題得到基本解決，爐襯壽命得到一定的提高。雖然冷卻水帶走一些熱量5%10%，

16、但由于提高爐襯壽命，減少冶煉時間等綜合效果明顯。 END！7/28/202228東北大學/閻立懿5.2.3.5 電爐底吹攪拌技術 1）問題的提出 電爐熔池的加熱方式與感應爐不同，更比不上轉爐。它屬于傳導傳熱，即由爐渣傳給表層金屬，再傳給深層金屬，它的攪拌作用極其微弱，僅限于電弧附近的鏡面層內，這就造成熔池內的溫度差和濃度差大。這也是將電爐熔池設計成淺碟型，而且操作上要求加強攪拌的原因。 為解決上述問題，受底吹轉爐的啟發(fā)，在二十世紀80年代日本、美國等先后研究出電爐底吹氣攪拌工藝，由于經濟效果顯著，發(fā)展很快。 電爐底吹氣體加強了熔池的攪拌，這對電爐爐型來說將是一場革命，使電爐爐型由淺碟形變成桶形，近似成轉爐爐型。7/28/202229東北大學/閻立懿2）底吹攪拌系統(tǒng)及冶金效果 電爐底吹攪拌工藝，即在電爐爐底安裝供氣元件，向爐內熔池中吹Ar、N2、CH4及CO2攪