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电弧炉炼钢课件 pptppt

发布时间:2020-01-26 23:20编辑:使用说明浏览(117)

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      主要内容 电炉炼钢及其发展 电弧炉的电器设备 电弧炉炉体构造与炉衬 电弧炉炼钢原材料 碱性电弧炉冶炼工艺 超高功率电弧炉和直流电弧炉 典型钢种冶炼 电炉新技术、新工艺 绪论:电弧炉炼钢及其发展 一、电弧炉 目前,世界上电炉钢产量的95%以上都是由电弧炉生产的,因此电炉炼钢主要指电弧炉。 电炉炼钢是以废钢为主要原料,以三相交流电作电源,利用电流通过石墨电极与金属料之间产生电弧的高温,来加热、熔化炉料。 电弧炉是用来生产特殊钢和高合金钢的主要方法(现在也用来生产普通钢)。 三、长流程与短流程 长流程: 铁矿石 高炉 铁水 转炉 钢水 浇注 钢坯 轧钢 钢材 短流程: 废钢等 电炉 钢水 浇注 轧钢 钢材 废钢—电炉炼钢流程,具有流程短,设备布置、工艺衔接紧凑,投入产出快。 2.电弧柱中气体电离的原因 ⑴ 阴极斑点的热电子发射。 ⑵ 电场电离。 ⑶ 热电离。 3.消电离的两种形式 ⑴ 扩散。 ⑵ 复合。 二.交流电弧特性 1.交流电弧的不连续性 2.炼钢炉中电弧 ⑴ 在熔化期,电弧长度较小(<10~20mm),电弧不断地从一块炉料跳向另一块炉料,因而电弧电压和电流的波形无规则地剧烈变动。 ⑵ 当有炉渣形成后,电弧增长并变得稳定些,电弧被炉渣包围的部分越大时,电弧电压和电流的波形越接近于正弦形。 ⑶ 实际炼钢炉中电弧的阴极和阳极轮流位于石墨和金属上。 ⑷ 在三相炼钢电弧炉中,每相电弧受到其它两相电弧所建立磁场的作用,于是被地磁力移至电极端靠近炉衬的外侧—电弧外吹。电极末端形状也随之改变。 §1—2 电弧炉的主电路及主电路上的电器设备 一.电弧炉的主电路 由高压电缆线至电极的电路称为电弧炉的主电路。 1.主电路组成 隔离开关、高压断路器、电抗器、电炉变压器、低压短网等。 2.主电路作用 从高压电网取得高压电能,转变为低电压、大电流输送到电极。 二.主电路上的电器设备 1.隔离开关 作用:电炉设备检修时断开高压电源,或进行切换操作。 结构:三相刀闸开关。 特点:无灭弧装置,必须在无负载时接通或切断电路。 开关操作顺序:送电时先合上隔离开关,后合上高压断路器;停电时先断开高压断路器,后断开隔离开关。 操作机构:手动、电动、气动三种。 2.高压断路器 作用:是电弧炉的操作开关,用以切断电炉变压器的空载电流、工作电流和炉中发生短路时的工作短路电流。 工作特点:操作次数频繁,要求操作断路器能经受5000次操作而无需维修。 种类:高压油开关、电磁式空气断路器、线.电抗器 作用:串连在变压器的高压侧,增加电路的电抗,限制短路电流和稳定电弧。 4.电炉变压器 作用:将高电压低电流转变为低电压大电流供给电弧炉。 5.短网 从电弧炉变压器低压侧的出线开始到电极这一段线路。 结构:主要由硬铜母线(铜排)、软电缆和炉顶水冷铜管三部分组成。 影响:电炉电效率;功率因素;三相电功率平衡。 第二章 电弧炉炉体构造与炉衬 §2—1 电弧炉炉体构造 一.炉壳 二.炉门 三.出钢口与流钢槽 四.炉盖圈 五.电极密封圈 §2—2 炉型尺寸与炉衬 一.电弧炉炉型尺寸 1.熔池的形状与尺寸 熔池是指电弧炉渣线以下部分的空间。 池形状:圆台形、圆台加球缺形。 主要尺寸: A.熔池直径:炉门坎水平面的直径,D。 B.熔池深度:炉门坎水平面到炉底中心处的深度。H。 一般推荐:D∕H=4.5~5。 2.熔炼室的形状和尺寸 熔炼室是指熔池上部的空间。主要由炉子的容量决定。内壁表面常砌成上薄下厚的斜形,斜角:6~8°。 3.炉盖的形状和尺寸 关键尺寸:拱高。 二.电弧炉炉衬 由炉底、炉壁和炉盖三部分组成。 1.炉底结构 绝热层:是炉底的最下层,其作用是减少通过炉底的热损失。 保护层:其作用是保证熔池部分的坚固性,防止漏钢。 工作层:直接与钢液和炉渣接触,热负荷高,化学侵蚀严重,机械冲刷激烈。 2.炉壁结构 由外向内第一层以石棉板作绝热层,第二层用硅藻土或粘土砖立砌作保温层,第三层用沥青镁砂砖环砌作工作层。 3.水冷挂渣炉壁 可装置在渣线以上炉壁热点区和易损区局部使用;也可在渣线以上做成全水冷挂渣炉壁。 4.炉盖结构:一般用一、二级高铝砖或铝镁砖砌筑。 5.水冷炉盖 第三章 电弧炉炼钢用原材料 一.钢铁料 1.废钢 A.普通废钢 来源广泛,成分和规格较复杂。 B.返回废钢 来自钢铁厂的冶炼和加工车间。 对废钢的要求 ⑴ 废钢表面清洁少锈。 ⑵ 废钢中不得混有铜、铅、锌、锡、锑、砷等有色金属。 ⑶ 废钢中不得混有爆炸物、易燃物、封闭器皿和毒品。 ⑷ 废钢要有明确的化学成分。 ⑸ 废钢要有合适的块度和外形尺寸。 2.生铁 一般用于提高炉料的配碳量或代替一部分废钢。通常配入量为10~20%。 3.直接还原铁 二.氧化剂 1.铁矿石 要求铁矿石的含铁量高,比重大。 2.氧化铁皮 要求与转炉炼钢相同。 3.氧气 是最主要的氧化剂。要求含O2≥99%,水分≤3g∕m3,熔化期氧压为0.3~0.7MPa,氧化期氧压为0.7~1.2MPa。 三.脱氧剂和铁合金 要求: 1.脱氧剂和铁合金中的有用元素含量要高,以减少熔化时的热能消耗。 2.块度大小应适当,难熔化的块度要小些,易熔的可大些。 3.非金属夹杂物、P、S和气体以及炉渣等杂质含量应尽量低些。 4.在许可范围内尽量先使用高碳铁合金,然后中、低碳铁合金。 5.不易氧化且难熔化的铁合金在使用前应加热。 四.造渣材料 1.石灰 CaO≥85%,SiO2<2%,S<0.5%,宜采用活性石灰。 2.萤石 CaF2=85~95%,应在100~200℃的低温干燥后使用。 3.粘土砖块 SiO2≈60%,Al2O3≈35%,改善炉渣流动性。 五.增碳剂 1.碳粉 2.电极粉(碎电极块) 是最好的增碳材料,其比重大(碎电极块),S、P低,灰分少。 六.电极 1.石墨电极性能 ⑴ 石墨加热后,直接由故态升华为气态,升华温度高达3800℃。 ⑵ 它与大部分材料不同,在温度上升时,其机械强度上升,在2000℃时石墨强度是室温下的1.6倍。 ⑶ 石墨的电阻系数和温度变动的相依关系较复杂。在1400℃下的电阻系数和室温下的相同,而金属的电阻系数却总是随温度升高而增大的。 ⑷ 石墨的导热性能好而热膨胀系数较低,使石墨抗热震性能较好,降低了电极中的热应力。 ⑸ 在石墨表面温度大于400℃后会和氧气结合。氧化量与气体中的氧含量、气体流速和暴露时间有关。在温度大于600℃后,氧化过程激烈。 ⑹ 石墨易于加工,电极两端螺纹接头有较高的加工精度,接头处接触良好,机械应力分布较好,且价格不贵。 2.石墨电极的消耗 原因: ⑴ 电极端面消耗 A.升华。 B.热应力导致剥落。 C.熔解。 ⑵电极侧面消耗 ⑶电极折断—高位断裂 ⑷残端消耗—低位断裂 3.降低电极消耗的措施 ⑴ 减少由机械外力和电磁力引起电极折断和破损。 ⑵ 电极应存放在干燥处,严防受潮。 ⑶ 减少电极接头的电损失。 ⑷ 减少电极周界的氧化消耗。 ⑸ 降低电极端部的消耗。 ⑹ 提高电极调整器自动升降的灵敏度,有利于降低电极消耗。 ⑺ 强化管理,严格执行配电、配料、装料等关键操作制度,以减少非正常消耗。 第四章 碱性电弧炉氧化法冶炼工艺§4—1 补炉和装料 一.炉衬及补炉 1.炉衬 炉衬指炉壁、炉底和炉顶。寿命最低的是炉壁,它的工作条件最差,距电弧近,温度高,又受炉渣的严重侵蚀。 ⑴ 炉衬损坏对冶炼操作的影响 A.炉龄后期渣线处侵蚀严重时,易造成跑钢事故,最易从二号电极对应的炉壁跑钢,烧坏设备。 B.内衬侵蚀严重时由于炉壁薄而热损失大,升温困难,不易控制钢液的温度。 C.炉衬严重损坏或补炉镁砂未烧结而往渣中上浮时,渣中MgO颗粒大量增加,渣的流动性变坏,延缓渣钢间的化学反应,钢中夹杂物增加,钢质量严重降低。 D.炉底有深坑时成分不易稳定,如冶炼含钨的钢加Fe—W时易于沉入坑底,造成W含量偏低。 E.炉顶温度过高时(由于炉渣太稀反射热量大或供电功率太大辐射到炉顶的热量增加),会产生淌炉顶的现象,炉顶表面粘附着氧化渣,熔化滴落后增加了渣中(FeO),影响还原期炉渣的碱度和脱氧、脱硫能力。 ⑵ 影响炉衬寿命的因素 A.炉渣对炉衬的侵蚀 炉渣在冶炼各期均侵蚀炉衬,形成“渣线”带,侵蚀的程度视炉渣的碱度和流动性而定。 B.冶炼温度对炉衬寿命的影响 炉衬温度太高也是降低炉衬寿命的主要原因之一,应该有一合理的供电制度。 C.装料不当损坏炉衬。 2.补炉 ⑴ 补炉材料 镁砂或熟白云石,用沥青或卤水作粘结剂。 ⑵ 补炉的原则 高温、快补、薄补;先外后里;先坏后好。 ⑶ 补炉操作 ⑷ 补炉方法 人工补炉;机械补炉。 二.装料 1.装料前的炉料计算 例题: 2.装料操作 ⑴ 要求:速度快、密实、布料合理,尽可能一次装完,或采用先多加后补加的方法装料。 ⑵ 装料次序和炉料在炉中的分布: §4—2 熔化期 一.熔化期的主要任务 1.合理供电,迅速将固体炉料熔化成为均匀的钢液。 2.尽早造好熔渣以利去P,并减少和防止钢液吸气和金属的挥发和氧化损失。 3.准确控制熔毕结束时钢液的化学成分(特别是熔毕碳)。 2.穿井阶段 主要是电极穿井和熔化电极下面炉料的过程。由于自动功率调节器的作用,电极始终要与炉料保持一定距离,所以电极随着炉料的熔化而不断下降。在炉料中形成三个比电极直径大30~40%的深坑,称为电极“穿井”。 3.电极回升阶段 主要靠电弧热辐射使电极周围的炉料熔化。熔化的金属聚集在炉底,使钢液面不断上升,为维持一定的电弧长度,电极也相应回升,直到炉料熔化80%以上,最后仅剩下远离电弧低温区附近的炉料时,回升阶段即告结束。 三.熔化过程的主要物化反应 1.元素的挥发 电弧柱温度3300~6000℃,导致:直接挥发;间接挥发(氧化物挥发)。 特征:红色烟雾(Fe2O3挥发)。 2.元素的氧化 ⑴ Si:绝大部分被氧化掉。 ⑵ Mn:部分氧化。 ⑶ S:氧化不明显。 ⑷ P:氧化量40~50%,取决于熔化期炉渣成分、温度。 ⑸ Fe:氧化3~5%。 ⑹ C:氧化10~30% 3.钢液的吸气 ⑴ 生锈或吸潮的炉料以及炉气中的水分在电弧的高温作用下被分解为N、O、H原子,随着固体炉料的熔化和钢液温度的升高,N、H、O会直接或间接通过炉渣而溶解于钢液中,使熔化后期钢液中的气体含量逐渐增加。 ⑵ 在熔化期,被熔化的金属液滴自上而下移动时,与炉气接触面积大,时间长,为金属吸气创造了有利条件。 防止吸气的措施: A.尽量造好熔化渣,以覆盖钢液面。 B.及时做好吹氧助熔工作,借助碳氧反应使钢液沸腾,有利于快速降低钢液中的气体含量。 四.熔化期的造渣及去磷 1.熔化期炉渣的来源 ⑴ 炉料带入的泥沙和耐火材料。 ⑵ 炉料中Si、Mn、Al、P、Fe等氧化生成的氧化物。 ⑶ 向熔池加入的石灰。 2.熔化期脱磷 ⑴ 创造去磷的热力学条件: A.碱度:2.0~2.5。 B.∑(FeO):15~20%。 C.温度:1500~1540℃ D.渣量:>3~5%。 ⑵ 创造去磷的动力学条件: 熔化中后期吹氧助熔,使熔池沸腾。 五.熔化期工艺操作 1.合理供电 2.适时吹氧 在炉料熔化60%左右时吹氧为宜。 3.尽快造渣 4.操作 5.取样分析 6.缩短熔化期 加速炉料熔化的措施: ⑴ 提高变压器输出功率。采用强制循环油冷却的方法,以及双水内冷变压器,降低变压器油温度,提高其过负载的能力。 ⑵ 缩短短网长度,有效地减少线路上的电能消耗,提高电效率。 ⑶ 随着输出电流的增大改用大直径和高导电能力的电极。 ⑷ 利用吹氧的化学反应热加速熔化炉料,熔化到炉料的1∕3~1∕2时传氧助熔。 ⑸ 采用炉料预热的方法(应考虑到炉前操作的方便)。 ⑹ 提高电极自动调节器的灵敏度,提高电极的升降速度,减少跳闸次数。 ⑺ 减少热损失,缩短装料时间,及时关闭炉门,提高冷却水的出水温度到30~40℃,注意密封圈的密闭性等。 §4—3 氧化期 氧化期通常是指从炉料熔清、取样分析到扒完氧化渣这一阶段。 一.氧化期的任务 1.去除钢液中的磷到规定的限度 在氧化末期扒除氧化渣时,钢液中的磷含量低于钢种成分规定的含量。 2.去除钢液中的气体(氢、氮) 在氧化末期把溶解在钢液中的氢降到2.5~4ml∕100g,氮降低到0.004~0.006%范围。 3.去除钢液中的氧化物夹杂 氧化期钢液中氧化物夹杂来源: A.在熔化和氧化过程中,炉料中的Mn、Si、Al、Cr、Ti、V等被氧化生成的非金属夹杂物。 B.炉料耐火材料因侵蚀而到钢液中的氧化物夹杂,补炉材料MgO等。 C.炉料中含有和夹带的SiO2、Al2O3等杂质。 氧化期钢液沸腾时大部分夹杂物被炉渣吸收,在氧化期可去除75~90%,很小一部分留到还原期继续脱除。 4.升高钢液温度 在氧化末期把钢液温度升高到高于出钢温度10~20℃,原因是: A.还原期一开始就需要高的温度才能更快地造还原渣,更好地完成还原期的任务。 B.氧化期炉渣因沸腾起泡有包住电弧的趋势,所以钢液的升温快,温度很均匀,炉衬所受辐射热减少,而还原期升温会降低炉龄增加热损失。 5.调整钢液的碳含量 在氧化期去除多余的碳含量,目的是脱碳使钢液沸腾。在氧化末期扒除氧化渣之前,钢液含碳量加上还原期加入铁合金时增加的碳含量和还原期用碳粉还原炉渣时以及电极使钢液增加的碳,总和应达到钢种成分规定的中限为宜。 二.脱碳和各项任务的关系 1.脱磷和脱碳的关系 脱磷和脱碳都是氧化反应,它们之间有共性,都需要氧。它们对氧的需要方面又有矛盾,在强制氧化钢液时可满足二者的要求。加矿石氧化钢液时氧通过炉渣向钢液溶解。在钢、渣界面产生脱磷反应,C—O反应在炉底进行,产生的CO气泡使钢液沸腾并增大了钢渣界面积。加速了脱磷。钢液沸腾的强烈程度和炉渣向钢液溶解氧的速度有直接关系。 2.去气和脱碳的关系 脱碳时在炉底产生的CO气泡和钢液接触,此时溶解在钢液中的氢和氮向CO气泡扩散,并生成分子的H2和N2,随气泡上浮泄于炉气中,其反应式如下: 2[H]=H2 2[N]=N2 由于CO气泡中不含H2和N2,所以上述二反应右边的压力等于零,反应向右自动进行。 当钢液吹氧时气泡中的气氛是氧化性的,气泡中的H2以H2O形式存在,其反应对脱氢有利: 去气速度和去气量直接和脱碳速度、脱碳量有关。一般在氧化期都是去气过程,氧化末期脱碳速度减小,脱气速度变慢。由于氮在钢液中的扩散速度小于氢,其去除效果略差于氢。 3.去除钢液中氧化物夹杂和脱碳的关系 ⑴ 在沸腾的钢液中容易使夹杂物相互碰撞结合成更大的夹杂物,上浮到渣面被炉渣吸收。 ⑵ CO气泡在上浮过程中其表面也会粘附一些氧化物夹杂,在钢液沸腾时上浮去除。 4.钢液升温和脱碳的关系 脱碳沸腾为加热钢液创造了良好的条件。氧化期钢液升温比还原期容易,这是因为: ⑴ 有强烈的沸腾,能迅速将电弧下高温钢液搅拌到熔池底部,使温度均匀。氧化期钢液上部和炉底的温差约5℃,而还原期为50~70℃。 ⑵ 氧化期钢液沸腾时炉渣呈泡沫状,炉渣有包围电弧的趋势,因此炉渣吸收电弧的热能比静止的渣面多。即使供给较大的功率,炉衬吸收电弧的热量也不大,这有利于快速加热钢液。 三.氧化期的主要物化反应 1.钢液的脱碳 ⑴ 加入铁矿石氧化钢液 A.传氧脱碳机理 向炉内加入的铁矿石沉于钢渣界面,矿石中的部分Fe2O3溶于炉渣,增加了渣中氧化铁的含量,部分Fe2O3直接溶于钢液内,进行如下反应: Fe2O3 +[Fe] = 3(FeO) 渣中氧化铁向钢液扩散,进行如下反应: (FeO)=[O]+[Fe] 溶解的氧在炉底的孔隙处反应生成CO气泡: [C]+[O]={CO} 炉底粗糙多孔隙,在未被钢液填充的小孔处产生碳氧反应,生成的气泡长大上浮,在上浮过程中继续在气泡表面上发生碳氧反应,最后穿过渣层部分的CO被氧化成CO2,泄出炉外。在炉底处产生的CO的压力要大于外界的压力以及钢液和炉渣的静压力之和,并克服气泡生成时的压力才能上浮,一般在2大气压左右。 B.加入铁矿石氧化钢液时,炉渣向钢液内扩散氧化的速度是限制碳氧反应的主要环节。 C.使用矿石脱碳时,因钢液中碳含量不同消耗在钢液中脱碳、溶解和进入炉渣中的分配比例也不同。 a 当钢液[C]>0.5%时,矿石的氧基本用于脱碳。 b [C]降低时进入渣中的氧和溶解在钢液中氧的比例逐渐增加。[C]越低矿石用于脱碳的氧显著降低。 D.氧化期用矿石脱碳是吸热的,消耗电能多,钢液升温慢,但也能增大炉渣中(FeO)含量,对脱磷反应是有利的。 ⑴ 吹氧脱碳 吹氧脱碳的特点: A.吹氧的供氧速度大于矿石法炉渣的氧向钢液扩散的速度,并且在吹氧时炉渣中的(FeO)还继续向钢液内扩散,所以吹氧时的脱碳速度大。 B.吹氧时的化学反应均为放热反应。 吹氧脱碳是升温过程,所以吹氧脱碳的反应速度大。 C.脱碳速度的大小很大程度上决定于吹氧时的供氧强度。 2.钢液的脱磷 ⑴ 脱磷的条件 在氧化期造较高碱度的强氧化性炉渣,流动性良好,并控制冶炼温度较低,氧化前期采用自动流渣和扒渣换新渣操作,钢液中的磷能迅速降低。 ⑵ 脱磷反应 碱性氧化渣的脱磷反应是钢渣界面反应,其反应式为: 2[P]+5(FeO)+4(CaO)=5[Fe]+(4CaO·P2O5) △H=-45217 J∕molP A.因为是放热反应,所以在高温下不易进行,即低温下钢—渣间的脱磷反应达到平衡时,在氧化后期温度升高后钢液中的磷反而增加。在生产过程中不注意扒渣或自动流渣操作,易产生回磷现象。 B.脱磷反应中炉渣中(FeO)和(CaO)是脱磷的重要条件,增加渣中(FeO)和(CaO)含量能加速脱磷。在氧化过程中经常不断地加入石灰和铁矿石,以弥补脱碳过程中氧的消耗,保证钢液和炉渣有足够的氧化能力,所以渣中(FeO)含量始终保持较高的水平。 C.渣量对去P有很大的作用:在脱磷的条件下,渣量越大去P越多(但要考虑到操作条件、原材料消耗、电耗和冶炼时间,渣量不能过大。)。 钢液中最终[P]= [P]0—钢液中原始P含量。 QS—渣量。% 取LP = = 55.5 D.氧化期熔池沸腾时钢—渣界面积增大,提高了钢渣界面的反应通量,加速脱磷反应。 四.氧化期的炉渣和温度控制 1.氧化期对炉渣的控制 ⑴ 对氧化期炉渣的要求 具有足够的氧化性、合适的碱度与渣量、良好的流动性,以保证能顺利完成氧化期的任务。 ⑵ 氧化过程的造渣应兼顾去P和脱C的特点。 共性:炉渣的流动性良好,有较高的氧化能力。 异性:去P要求渣量大,不断流渣和造新渣。碱度以2.5~3.5为宜 脱碳要求渣层薄,便于CO气泡穿过渣层逸出。碱度为2左右。 ⑶ 氧化期渣量据脱P任务确定,并考虑稳定电弧燃烧,一般3~5%。 ⑷ 调整好炉渣流动性。 ⑸ 适当的熔池沸腾和泡沫渣 氧化末期炉渣成分: CaO:40~50%;MnO:5~10% SiO2 :10~20%; Al2O3:2~4%; FeO:12~25%;P2O5:0.5~2.0%。 MgO:4~10%; 2.氧化期钢液温度的控制 氧化结束时的温度一般控制在钢的熔点(1470~1520)以上110~130℃。电炉出钢温度应高出钢种熔点90~110℃,即氧化末期出渣温度一般应高于该钢种出钢温度10~20℃。 氧化期总的来说是一个升温过程。升温速度的快慢应根据脱C、去P两个反应的特点适当控制。氧化前期主要任务是去P,温度应稍低些;氧化后期主要任务是脱C,温度应偏高些。因此,在升温的控制上,要前期慢,后期快,使熔池温度逐渐升高。 五.氧化期工艺操作 分类: 矿石氧化法; 吹氧氧化法; 综合氧化法。采用矿石和氧气氧化钢液,先用矿石 将P降到一定的数值后,再用氧气快速脱C。 1.矿石氧化法操作 工艺流程: 熔化→提温→流渣造渣→加矿(分2~3批加入,加矿数量占金属料重的3~4%)→扒去1∕3~1∕2的氧化渣→[C]<0.2%,加[Mn]0.2%左右→清洁(纯)沸腾10min→扒除氧化渣。 2.综合氧化法操作 ⑴ 氧化期脱P和脱C的操作原则: 在氧化顺序上:先P后C; 在温度控制上,先低温后高温; 在造渣上,先大渣量去P,后薄渣层脱C; 在供氧上,先矿后氧。 ⑵ 操作要点 A.当炉料熔清后,充分搅拌熔池,取样分析C、Mn、 P 、S、 Ni、 Cr、 Cu等元素含量,在[P]﹥0.03%时,可向炉渣加入氧化铁皮或小块石灰,并进行换渣操作。 B.当[P]﹤0.03%,脱C量≥0.3%。温度高于钢种氧化期规定温度,就可以加入矿石进行氧化操作。一般矿石加入量占金属料重的1~3% C.在加完矿5min后,搅拌取样分析钢中C、P及有关元素。 D.在[P]≤0.015%时即可进入吹氧操作。 E.当确认钢中[C]已合乎氧化终点脱碳量的规定时(一般低于钢种规格中限以下0.03~0.08%),应立即停止吹氧。 3.氧化期中几种情况的处理 ⑴ 碳高磷低(或一般) 以脱碳为主。如冶炼45钢时得到分析报告后,判断熔清碳﹥1.0%,分析的[P]=0.04%。此时可在熔化期扒除部分的熔化渣,造高氧化性炉渣,在吹氧脱碳和供电升温的过程中磷可大部分进入炉渣,并在自动流渣时去除,吹氧的脱碳量可按吹氧量控制,变压器酯油当碳合适后即可扒除部分氧化渣,进行纯沸腾。 ⑵ 碳高磷高 其操作特点是前期低温脱磷;采用自动流渣和扒渣操作有效地脱磷(注意炉渣的碱度和(FeO)含量),应调整炉渣(FeO)浓度,当温度上升后吹氧快速脱碳,开始吹氧脱碳之前应分析钢液磷含量,磷合适时([P]﹤0.03%)再吹氧脱碳。 ⑶ 碳偏低磷偏高。 如冶炼45钢熔渣[C]﹤0.6%、[P]﹥0.06%时,应在熔化期扒渣脱磷,然后再进行氧化沸腾:加碎矿石和石灰,供电化渣,也可以吹入少量的氧气。当炉渣流动性良好,不足的碳量可在还原期喷粉增碳,最大不宜超过0.15%,也可在不增碳的情况下改钢号。 ⑷ 锰沸腾处理。 当碳含量低时(﹤0.2%),(原始[Mn]﹤0.08%),应加锰铁提高钢液中的锰含量,尤其在冶炼高质量的低碳合金结构钢时经常这样处理。 六.氧化期的强化冶炼 1.熔、氧结合,提前造渣脱磷; 2.电弧加热实行埋弧法操作; 3.以氧代矿,提高用氧水平,小脱碳量高脱碳速度氧化的强化措施; 4.喷粉在氧化期的应用; 5.电炉与炉外精炼相结合。 §4—4 还原期 从氧化末期扒渣完毕这段时间称为还原期。 一.还原期的任务 1.去除钢液中的氧。 因钢种和使用的条件不同,一般钢中溶解氧和氧化物夹杂中的氧﹤0.007%。 2.去除钢液中的硫。 一般钢种﹤0.045%,优质钢﹤0.03%~0.02%。 3.调整钢液成分到规格范围。 4.调整钢液温度到出钢温度。 在还原期脱氧是主要矛盾,迅速造好还原渣和采用合理的脱氧制度是完成还原期任务的关键。 第五章 超高功率电弧炉和直流电弧炉 一.超高功率电弧炉 1.超高电弧炉的主要技术特征 (1)具备较高的功率水平; 电弧炉的功率水平:变压器的额定功率与炉衬公称容量或实际出钢量之比; 超高电弧炉:700-1000kwh/t; (2)高的电弧炉变压器最大功率和时间利用率; (3)较高的电效率和热效率; (4)较低的电弧炉短网电阻和电抗,且短网电抗平衡; 2.超高电弧炉的冶炼工艺 (1)大电流短弧操作与长弧泡沫渣操作; (2)与炉外精炼相结合; (3)留钢留渣操作; 3.超高功率的电弧炉的相关技术 (1)耐火材料 (2)电极 (3)短网 (4)无功功率静止式动态补偿 (5)计算机的应用 二.直流电弧炉 1.直流电弧炉的结构特点 (1)炉体结构 (2)底电级 A 多根风冷底电极(MAN型电极) B 单根水冷底电极(CLECIM型底电极) C 整体炉底电极(ASEA型底电极) (3)直流电弧炉的电源 A 变压器 B 整流设备 C 直流电抗器 (4)直流电弧炉的电弧特征 A 燃烧稳定 B 石墨电极和炉底电极的级性是固定的; 2.直流电弧炉的冶炼特点 (1)熔化特点 (2)出钢 3.直流电弧炉的优越性 (1)电极的消耗明显降低 (2)耐火材料的消耗降低 (3)降低电极消耗和缩短冶炼时间; (4)电压闪烁程度小,对电网干扰小; (5)噪音低; (6)熔池温度均匀; (7)操作费用低; 三.计算机的应用 1.计算机控制 2.可编程序控制器的应用 3.电弧炉自动化的扩展功能 一.滚珠轴承钢的冶炼。 1.滚珠轴承钢用途及分类. (1)滚动轴承用途:主要用来制造滚动轴承的滚珠、滚柱、滚筒、滚针、及内外套圈,少部分用来制造油泵、油嘴及其他工具等。 (2)滚珠轴承钢分类 根据化学成分和特性我们把轴承分为五类(见(表1-1)): 表(1-1) 注:2006年1-12月份我国轴承钢产量207.4万吨,较2005年同期增加10.3万吨,同比增加5.2%,其中60%以上为GCr15和GCr15SiMn这两钢号。 2.轴承钢中的化学成分和主要合金元素的影响 2.1轴承钢中化学成分 表(1-2)(%) 2.2轴承钢中主要元素的作用。 (1)碳(0.90-1.20%) 一般说来,含碳0.50-0.60%的马氏体基体上分布6%-8%过剩碳化物时,轴承的强度、硬度、抗疲劳性、耐磨性都较好;含碳量过少,过剩碳化物少,耐磨性差;含碳量高,增加钢的脆性,引起严重的碳化物偏析,影响轴承使用寿命。 (2)锰 Ⅰ锰加入轴承钢中,可部分溶于铁素体,增加铁素体的强度和硬度。 Ⅱ锰能提高钢的淬透性。 Ⅲ当锰达到1.00-1.20%时,强度提高,塑性不受影响。 (3)硅 Ⅰ钢中含有硅,能提高铝的脱氧能力。 Ⅱ硅在钢中形成碳化物,能提高固溶体的强度。 Ⅲ钢中含有适量的硅能提高弹性极限、屈服强度和疲劳强度。 (4)铬 Ⅰ铬能保证钢的硬度、强度、耐磨度及抗疲劳性能;因为铬是碳化物的形成元素之一,在含碳1%的过共析钢中,形成含铬合金渗碳体(Fe,Cr)3C,他在退火时比较稳定,不易积聚长大,碳化物颗粒比较细小、均匀。 Ⅱ铬的加入,使钢具有较高的淬透性。 Ⅲ能提高轴承钢的抗腐蚀性能。 3.轴承钢冶炼工艺 (以GCr15SiMn为例,总钢水量以32t计) GCr15SiMn钢中化学成分(%) 表(1-3) 3.1 冶炼前准备。 (1)轴承钢安排在EAF中期炉龄的炉内冶炼。 (2)炉体、设备良好,无漏水现象。 (3)出钢槽、钢包、铁合金、辅助材料均必须清洁干燥,炉盖不漏水。 3.2 配料 Ⅰ EAF炉冶炼,配用少锈的碳素钢和低硫磷生铁(不得配用帽口切头); Ⅱ生铁配用量≤30%,配碳量不足可用碎电极补充。 Ⅲ 配料成分要求:碳:1.40-1.60%,磷≤0.035%。 3.3 熔化期 (1) 吹氧助熔:送电≥30分钟,炉料发红,形成熔池,开始合理吹氧助熔,但不准埋吹氧管吹氧 。 (3)目的: 提前造渣,早期去磷,减轻氧化期脱磷负担 。 (3)炉料熔毕,温度大于1560℃,开始取样; 熔清成分(%)表(1-4) 3.4 氧化期 (1)氧化温度在1580℃以上,不准带料氧化; (2)采用氧气、矿石综合脱氧; (3) 保证脱碳量在0.30-0.45%,脱碳速度 ≥0.01%/min; (4)从加矿脱碳到化渣时间不少于30分钟,确保在高温下氧化脱碳沸腾激烈、持续,在熔池各部位均匀进行; (5)纯沸腾时间保持7-10min,并调节锰至0.25%; (6)扒渣条件:[c]在0.80%左右,[p]≤0.010%,温度:1580-1600℃。 3.5 还原期 (1)稀薄渣量2-3%,渣料配比:石灰15-20kg/t,萤石4-5kg/t,硅石3-4kg/t; (2)稀薄渣下插铝1kg/t预脱氧,用SiC粉还原,在满足脱硫的前提下,最终用少量的萤石、硅石将炉渣的碱度调整到R=1.5-2.0左右,出钢前炉渣活跃; (3) 加合金,确保化学成分进入中下限; Si-Mn加入量计算:32*103*(0.95%-0.25%)/(0.95*0.66)=357(kg),同时增硅为:357*7%*0.95/32*103=0.07%; H-Cr加入量计算: 32*103*(1.35%-0.10%)/(0.95*0.67)=628(kg),同时增碳为:628*7%*0.95/32*103=0.13%; (5)采用”EAF+LF+VD“三联式炼钢工艺时,须继续电极加热,当温度在1600-1620℃,即可以吊包至真空位; LF取的第二个成品样 表(1-6) 5.VD线)钢包入真空位,进行抽线分钟线)停泵、破空,软吹氩大于3分钟; (3)停氩,定[H] ≤2.0ppm、[O] ≤10PPm; (4)测温:T>1510℃时进行浇注;否则回LF继续升温; 二.合金结构钢的冶炼 1.合金结构钢的简述 (1)合金结构钢中主要元素:碳、硅、锰、铬、镍、钒、钼、钨、铝、钛、硼等; (2)合金结构钢用途;机械制造用钢和建筑用钢;制造各种机械零件、汽车、拖拉机、航空、造船及建筑部门用来制造承受各种载荷的构件; 2.含钛、铝、硼合金结构钢 2.1 20CrMnTi、50BA、38CrMoAl的化学成分和各种 元素的作用。 20CrMnTi、50BA、38CrMoAl的化学成分(%)表(2-1) 各元素的作用如下: (1)C:合金结构钢含碳量一般小于0.55%; 渗碳钢:含碳在0.25%以下,使用前经渗碳和淬火处理; 调质钢:含碳量0.25-0.55%,使用前经淬火和高温回火处理; (2)Si:硅常以Fe-Si形式加入钢中作为脱氧剂; 当硅大于0.40%,能提高钢的强度和硬度,但降低了钢的韧性; (3)Mn:通常为了脱氧和减弱硫的有害作用; 锰能与铁素体形成固溶体,提高钢的强度 和淬透性;当锰含量大于1.5%,降低钢的塑 性和韧性,增加回火脆性; (4)B:结构钢中含量在0.005%以下,增加钢的淬透性;当钢中[B]0.007%,容易发生热脆; (5)Ti:Ti是良好的d[O]、去气、固N的元素;碳化钛,稳定、细化晶粒,提高钢的强度; (6)Cr:铬能保证钢的硬度、强度、耐磨度及抗疲劳性能;使钢具有较高的淬透性;能提高轴承钢的抗腐蚀性能。 (7)Mo:能提高钢的强度、淬透性、回火 稳定性、高温强度;消除钢的回火脆性; (8)Al:脱氧剂和固N剂,能细化晶粒;在结构钢中,Al1.1%时,含铝钢渗氮后,提高钢的硬度和疲劳强度,改善钢的耐磨性; 3. 合金结构钢的冶炼 (以20CrMnTi、50BA、38CrMoAl为例,假设总钢水量为32t) 3.1 冶炼前准备 (1)炉料必须清洁、干燥; (2)炉体、设备良好,无漏水现象; (3)出钢槽、钢包、锭模、铁合金、辅助材料(矿石、萤石等)均必须清洁干燥; 3.2 配 料 (1)碳成分的配制: 右表(2-3) (2)炉料由少锈废钢、碳素切头及低磷、硫生铁组成。配料中:P、S≤0.80%; 3.3 氧化期 (1)冶炼38CrMoAl,熔化末期,调整Mo成分; 需Fe-Mo量:0.17%*32*103/(58%*95%)=99(kg) (2)炉料全熔,温度大于1580℃,进入氧化期; (3)△ [C] ≥ 0.30%,脱碳速度大于0.01%/min; (4)高温均匀沸腾、自动流渣、能充分脱磷、去气、去除夹杂; (5)氧化末期净沸腾10分钟,执行锰制度[Mn]=0.20%; (6)氧化末期碳、磷、硅控制: 表(2-4) (7)氧化末期,冶炼38CrMoAl,扒渣T≥1600℃; 3.4 还原期 (1)还原期先欲插铝0.5Kg/t; (2)稀薄渣量2-3%,渣料配比:石灰15-20kg/t,萤石4-5kg/t,硅石3-4kg/t; (3)用碳粉、碳硅粉(<4Kg/t)进行扩散脱氧,还原期要保持流动性良好的黄白渣; (4)锰、铬成分调节: 锰、铬合金加入钢中调节钢中所需铬、锰的成分; 要求:20CrMnTi中成分[Cr]中下限、[Mn]中上限; 4MnB中[Mn]成分按中上限调节; (5)待合金全熔,温度T≥1580℃,初炼炉即可出钢; 4.LF、VD精炼 (1)LF工位座包、吹氩、加精炼渣、下电极加热化渣、测温、取样; (2)加小石灰、精炼渣等,继续造渣进行脱硫反应,辅加炭粉、硅粉(<还原,保持炉内的还原气氛,保持白渣。 (3)在出站前5-10进行成分调节: A. 铝、钛、硼成分的调节表(2-5) B. 碳、硅成分调节要求:钢中[Si]成分控制在下限,[C]控制在规格中下限; (4)喂铝线kg/t,喂线)出站吊包温度的控制: 20CrMnTi: T=1600-1630℃ 40MnB、38CrMoAl:T=1580-1600℃ ( 38CrMoAl要求温度走上限) (6)若要经VD抽真空,吊包温度在原来基础上加上80-100℃; (7)经VD钢种,为了提高合金铝、钛、硼的回收率,成分可在抽完真空后,回LF调节,调节要求见表(2-5)。 (4) 通电约10分钟后,合金全熔; (5)出钢温度控制在1580℃左右, 出钢时要求钢渣混充; 4. LF精炼 (1)座包、吹氩、加精炼渣、下电极加热化渣、测温、取样; (2)加小石灰、精炼渣等,继续造渣进行脱硫反应,辅加硅铁粉、炭粉还原,保持炉内的还原气氛,保持白渣。 (3)根据表(1-5)成分,微调合金成分; Fe-Si加入量:32*103*0.40%/(0.75*0.95) =180(Kg); (4)在合金加入后,加热、吹氩5min左右,待成分均匀后,进行测温、取样(见表(1-6)); LF第一个成分样(%) 表(1-5) 0.02 0.03 0.017 0.008 1.35 0.08 0.96 0.94 GCr15SiMn Cu Ni S P Cr Si Mn C 元素 0.02 0.03 0.013 0.008 1.35 0.46 0.96 0.97 GCr15SiMn Cu Ni S P Cr Si Mn C 元素 Cu ﹑Ni Al Mo Cr P ﹑S Mn Si C 项目 Cr﹑ Ni Ti B S P Mn Si C 项目 ≤0.30 Cu ≤0.35 ≤0.05 0.001/0.0035 ≤0.04 ≤0.04 1.10/1.40 0.20/0.40 0.37/0.44 40MnB ≤0.30 0.70/1.10 0.15/0.25 1.35/1.65 ≤0.035 0.30/0.60 0.20/0.42 0.35/0.42 38CrMoAl ≤0.35 0.06/0.12 1.00/1.30 ≤0.040 0.80/1.10 0.20/0.40 0.17/0.25 20CrMnTi Ni Ti Cr S P Mn Si C 项目 0.85-0.95 38CrMoAl 0.85-0.95 40MnB 0.60-0.70 20CrMnTi 配碳量(%) 钢种 ≤0.10 ≤0.10 ≤0.10 [Si](%) ≤0.012 0.25-0.30 38CrMoAl ≤0.020 0.25-0.32 40MnB ≤0.015 0.05-0.12 20CrMnTi [P](%) [C](%) 钢种 加铝锭,回收率70-85%,且用铝粉还原; 38CrMoAl 插铝1.2Kg/t →搅拌→加钛铁0.06-0.08%出→搅拌→加硼铁,按100%回收率配到0.005%; 40MnB [Ti]:先插铝0.8Kg/t,出站前5-10分,T=1600-1620℃,再加钛铁,回收率40-60%; 20CrMnTi 较好的白渣在炉内呈现均匀的小泡沫,用钢棒沾出的钢渣厚约3~5mm,冷却后表面呈白色细泡沫状,而且在675℃时渣中2CaO·SiO2发生晶体转变,体积增大,炉渣自动粉化。 一般电弧炉还原期的白渣成分为: CaO 55%, SiO2 15~20%, Al2O3 2~3%, MgO﹤10%, FeO≤0.5%, MnO﹤0.4%, CaF2 5~3%. ⑹ 看脱氧 白渣操作的白渣保持时间一般为20~30分钟,(FeO)﹤0.5%。此时钢中[O]﹤0.01%,取样看钢液收缩情况。 ⑺ 调整钢液成分 搅拌取样分析钢液成分1~2次,视钢种和经验而定,根据此时分析结果,调整钢液成分。炉渣、钢液脱氧良好时可加入钛铁、钒铁、硼铁等易氧化的铁合金。 ⑻ 调整钢液温度到出钢温度 ⑼ 终脱氧—插铝 出钢前5分钟插铝,并进行搅拌,目的是使铝尽快均匀地溶解在钢液内,将钢液中残存的氧结合成Al2O3,防止钢液凝固时产生CO气泡。 取样 ⑽ 出钢 当满足下列生产条件时方可出钢: A.经分析,化学成分除[V]、[B]、[Ti]、[S]外均需进入规格,接近上限不得出钢,下限需经调整,补加的铁合金必须在熔后方得出钢。 B.炉渣在出钢前(FeO)﹤1~0.5~0.5%,流动性良好,炉渣要白,出钢前5分钟不得向渣中加炭粉、硅粉,以防止出钢过程增碳、增硅。 C.符合该钢种的出钢温度。 D.出钢槽应平整,出钢口畅通,炉盖和出钢槽应吹扫干净。 出钢时应钢渣混出,出钢后,在钢包中取样测温,。 2.电石法操作要点 操作过程和白渣法操作相同,只是用电石渣脱出渣中不稳定的氧化物,炉渣脱氧剂为炭粉。渣中CaC2含量由初始的2~4%(黑色)变到1%以下,呈白色炉渣,直至出钢。这是考虑到含CaC2高的炉渣有使钢中夹杂物增高的缘故。 ⑴ 扒除氧化渣后,加入薄渣料造薄渣,并加入要求的脱氧剂,薄渣形成后,往渣面加入2.5~4.0kg∕t的炭粉(比白渣操作用的炭粉多),为迅速形成电石渣,应紧闭炉门,密封电极孔,使用较大的功率,碳和渣中CaO反应生成CaC2: 3C + CaO = CaC2 + CO (吸热) 在电石渣形成时,炉门冒出大量黑烟。 ⑵ 碳化钙能溶于渣中,比白渣脱氧、脱硫能力强。其反应如下: 3(FeO)+ (CaC2) = 3[Fe] + (CaO) + 2{CO} 因为CaC2还原SiO2而使钢液增硅(约0.05~0.1%),生成电石需加入较多的炭粉,所以增碳较高(约0.03~0.1%)。 ⑶ 出钢前要破坏电石渣(黑色炉渣),使炉渣变白,这和氧化夹杂物评级有密切关系。为了使电石渣能按时变为白渣,除控制合适的炭粉及电石用量外,温度是关键。为准确地控制温度要使用合理的电力制度。为使电石渣中(CaC2)含量减少,应打开炉门,尽量使渣与空气接触,降低温度,向炉内加石灰,莹石并采取推渣操作等 ⑷ 出钢时渣中(CaC2)要低于0.5%,以减少沾污钢渣。 电石渣成分为: CaO 55~65% , SiO2 10~15%, Al2O3 2~3%, MgO 8~10%, FeO﹤0.5%, CaF2 8~10%, CaC2 2~5%, CaS﹤1.5%. 白渣法与电石渣法操作的比较: 电石渣的脱氧、脱硫能力比白渣大,但电石渣容易使钢液增碳、增硅。形成电石渣需要较长的时间,电石渣和钢液润湿性较好。出钢时,破坏电石CaC2不彻底时易产生夹渣,钢渣不易分离,增加了钢中夹杂物。白渣操作法的成渣速度快,渣液活跃,温度易控制,还原时间短,应用钢种多。 §4—5 出钢 由于炉渣有较高的还原能力(脱氧、脱硫),应在出钢过程中挖掘出来。 采用钢渣混出的方法,或先出大部分渣再出钢。钢液冲击破碎了炉渣,甚至达到乳化的程度,这时钢包中渣钢的界面积比炉内处于平静状态时的钢渣界面大许多倍,加速了钢渣间的界面反应,粘附去除了钢中夹杂物,并减少了二次氧化量(由于炉渣的覆盖和炉渣的脱氧)。 出钢 开出钢口 某厂100吨电弧炉演示及录像片段 第六章 电炉典型钢种冶炼 GCrSiWV(中)、Cr4Mo4V、Cr14Mo4V(高) 中高温轴承钢 9Cr18Mo、70Mn15Cr2A、13WMoV 不锈轴承钢 20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2SiMoA 渗碳轴承钢 GSiMnV、GSiMnMoV、GMnMoV 无铬轴承钢 GCr9、GCr15、GCr15SiMn、G8Cr15 高碳铬轴承钢 钢 号 钢 类 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.027 ≤0.02 1.30-1.65 0.45/0.65 0.9/1.20 0.95-1.05 GCr15SiMn ≤0.25 ≤0.30 ≤0.027 ≤0.02 1.30-1.65 0.15/0.35 0.2/0.40 0.95/1.05 GCr15 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.027 ≤0.02 0.90-1.20 0.40/0.70 0.9/1.20 1.00/1.10 GCr9SiMn ≤0.25 ≤0.30 ≤0.027 ≤0.02 0.90-1.20 0.15/0.35 0.2/0.40 1.00/1.10 GCr9 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.027 ≤0.02 0.40-0.70 0.15/0.35 0.20/0.4 1.05/1.15 GCr6 Cu Ni P S Cr Si Mn C 项目 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.027 ≤0.02 1.30/1.65 0.45-0.65 0.90/1.20 0.95/1.05 GCr15SiMn Cu Ni P S Cr Si Mn C 项目 0.02 0.03 0.025 0.03 0.10 0.05 0.15 1.15 GCr15SiMn Cu Ni S P Cr Si Mn C 元素 、 流渣 吹氧脱碳 加渣料 吹氧、流渣 扒渣 插铝 测温 A.脱氧和脱硫的关系: 脱硫的热力学条件:炉渣中(FeO)低、碱度较高(3.5左右)、较大的渣量(﹥5%)和合适的温度。 通常使用石灰脱硫的反应式: [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) 可见,脱氧是脱硫的限制性环节,钢液内[O]和渣中(FeO)降低都会增大脱硫量。为此要强化脱出炉渣中的不稳定氧化物((FeO、Fe2O3),向渣中加入或喷入碳粉、硅铁粉或硅钙粉降低(FeO)含量。其脱硫反应式如下: [FeS]+(CaO)+C固=(CaS)+[Fe]+{CO} 2[FeS]+2(CaO)+Si液=2(CaS) + (SiO2) +2[Fe] 即:加强脱氧、造高碱度的还原渣可保证最大限度的脱硫。 B.脱氧和合金化的关系: 加入的铁合金应满足下述要求: ⑴ 合金元素被氧化得少,收得率高,与氧结合产生的夹杂物少,保证钢液质量。 ⑵ 铁合金带入的气体、夹杂物少,夹杂物能在冶炼中去除,不致影响钢液质量。 ⑶ 铁合金在钢液中熔化、溶解快,使成分容易均匀。 还原期铁合金加入顺序: a不易氧化的铁合金Ni、W铁, Fe—Mo、Fe— Cr、Fe— Mn可早期加入。 b容易氧化的Fe—V、 Fe—Nb在脱氧良好的情况下加入。 c极易氧化的铁合金如Fe—Ti、Al等在出钢前5~8分钟加入。 d Fe—B、稀土金属在钢包中加入。 二.脱氧 1.钢中氧及氧化物对钢质的危害 ⑴ 脱氧不良的钢液在凝固过程中产生CO气泡,使铸坯产生皮下气泡缺陷甚至发生漏钢事故;产生(晶界边界)氧化物夹杂,并形成硫、氧化物,加剧了硫的危害,增大了钢的热脆倾向。 ⑵ 降低钢的机械性能和物理性能。 2.氧化物夹杂的来源 ⑴ 脱氧产物; ⑵ 原材料带入; ⑶ 耐火材料带入; ⑷ 出钢和浇铸过程中的二次氧化; ⑸ 出钢过程混入钢水中未及时上浮的炉渣。 3.脱氧方法 ⑴ 沉淀脱氧 直接向钢液中加入块状脱氧剂 (Fe—Si、Si—Mn—Al、 Ca—Si、Al等)。 ⑵ 扩散脱氧 在一定温度下,氧在钢—渣间的分配服从分配定律:如果设法降低渣中(FeO)含量,使其低于与钢液相平衡的氧量,氧将从钢液向炉渣内转移,即钢液被脱氧。 用于扩散脱氧的熔渣应 (FeO)﹤0.5~1.0%,具体做法是向熔渣内加入炭粉、硅铁粉、铝粉、硅钙粉和电石等脱氧剂,使渣中(FeO)还原。 (FeO)+ Si = (SiO2) + 2[Fe] (FeO)+ Ca = (CaO) + [Fe] 3(FeO)+ Al = (Al2O3) + 3[Fe] (FeO) + C = {CO} + [Fe] 特点:扩散反应在熔渣内进行,脱氧产物不进入钢液,钢中夹杂物含量较少,但反应速度慢,还原时间长。 ⑶ 综合脱氧 在电弧炉炼钢中,主要应用沉淀脱氧对钢液进行预脱氧和终脱氧。预脱氧在氧化末期转入还原期时,加入块状的脱氧剂到钢液中,迅速脱去钢液中的[O](降至[O]=0.01~0.02%)。当稀薄渣形成后,采用粉状脱氧剂扩散脱氧,在扩散脱氧期内,钢液中沉淀脱氧产物还有充分时间上浮。出钢前再用强脱氧剂铝块、硅钙块进行沉淀脱氧,进一步降低钢液中的[O] (降至[O]=0.002~0.005%)。终脱氧产物大部分也能在浇铸之前上浮排出。综合脱氧既可提高钢的质量,又可缩短冶炼时间。 三.钢液的脱硫 1.硫对钢性能的影响 ⑴ 热脆。 ⑵ 对钢的力学性能和物理化学性能均有不良影响。 2.脱硫反应 电炉还原期: 2[FeS] + 2(CaO) + Si液=2(CaS) + (SiO2) + 2[Fe] 3[FeS] + 2(CaO) + CaC2 = 3(CaS) + 3[Fe] + 2{CO} 反应生成物为{CO}气体或形成稳定的2CaO·SiO2—属于不可逆反应。 3.影响脱硫的因素 炉渣碱度;渣中(FeO)含量;渣量;温度。 四.还原期的温度控制 1.温度控制的重要性 ⑴ 影响合金元素的收得率 高温使收得率降低。 ⑵ 影响熔渣性能 温度过高:渣稀薄,使钢中气体增加,易侵蚀炉衬。 温度过低:渣粘度大,影响渣钢反应,对脱氧、脱碳、脱硫及夹杂物上浮不利。 ⑶ 影响钢液成分、浇铸操作与铸坯质量 2.影响还原期温度的主要因素 ⑴ 钢的熔点 T出钢=T熔+(80~120℃) ⑵ 铁合金的种类和用量 ⑶ 钢的特性 3.还原期的温度控制 保持钢液温度或使钢液温度逐渐下降到出钢温度。 五.钢液的合金化 调整钢液成分的过程称为合金化 1.合金元素的加入原则 ⑴ 根据合金元素与氧的结合能力大小,决定在炉内(炉外)加入时间。 A.不易氧化的元素:装料时、氧化期或还原期加入(Cu 、Ni、 Co、 Mo、 W)。 B.较易氧化的元素:还原初期加入 (P 、Cr、 Mn)。 C.易氧化的元素:还原末期加入(V、 Nb、 Si、 Ti、 Al 、B稀土)。(或浇铸过程加入) ⑵ 熔点高、比重大的铁合金,加入后应加强搅拌( W )。 ⑶ 加入量大的、易氧化的元素应充分烘烤后加入,以便快速熔化。 ⑷ 在许可的条件下,优先使用便宜的高碳铁合金(如高碳Fe—Mn、高碳 Fe—Cr),然后再考虑使用中碳铁合金或低碳铁合金。 ⑸ 贵重的铁合金应尽量控制在中下限,以降低钢的成本。 ⑹ 应控制钢中元素含量在更小的规格之内(缩小规格),以利于消除机能波动及废品。 2.合金加入量的计算 ⑴ 碳素钢和低合金钢的计算 实际钢水量=装入量×钢铁量收得率 此种方法只对计算调整元素含量较小时适用。 ⑵ 单元素高合金钢合金元素加入量计算 六.还原期的操作工艺 1.白渣法操作 用炭粉和硅粉还原炉渣(作还原剂),炉渣冷却后呈白色,称为白渣法操作。 操作要点: ⑴ 快速、干净的扒除氧化渣以减少扒渣过程中赤裸的钢液直接从空气中吸收氧。 ⑵ 造稀薄渣 向钢液面上加渣料,加入量为还原期总量的一半以上渣料的配比(石灰∶莹石∶火砖块)为3∶1∶0.5。造稀薄渣的目的是防止钢液吸收气体和降温。要求稀薄渣料组成的炉渣熔点低些,这样成渣快。 加还原剂1 加还原剂2 取样分析 ⑶ 加预脱氧剂 当稀薄渣形成后,根据钢种对Si、 Mn的要求范围加入适量的硅锰合金、硅钙合金、硅锰铝合金或铝进行预脱氧。 ⑷ 补加渣料 在加入预脱氧剂的同时或之后立即补加石灰、莹石或火砖块,最终达到总渣量4~6%的要求。 ⑸ 加入粉状脱氧剂对炉渣进行脱氧 待补加渣料基本成渣以后(约3~5分钟),即可向渣面上均匀的撒入炭粉,还原(FeO)加入炭粉量为1.5~3kg∕t,紧闭炉门并密封电极孔保持还原性气氛。也可同时加入炭粉和硅铁粉,炉渣由褐色逐渐变为黄白色,(FeO)=0.5~0.8%,加入硅铁粉分2~3批加入,每批间隔时间5~7分钟,加入每一小批硅铁粉时应加入石灰以保持炉渣的R=3~4,使炉渣有较高的脱氧、脱硫能力。 加合金 装料 二.炉料的熔化过程 1.起弧阶段 从通电起弧至电极开始插入炉内称为起弧. ⑴ 电极下降接触炉料,产生极大的短路电流,电极与炉料间的空气被电离,当电极与金属炉料分开时形成电弧。 ⑵ 电极下的金属料受到高温而发生爆裂,瞬时短路电流引起炉料之间、短网系统和变压器机械振动产生的声响,造成很大的噪音。 ⑶ 起弧阶段的电压和电流波动大,电弧燃烧不稳定,短路和断弧现象时有发生。为使电弧稳定,通电前应在变压器高压侧串上电抗器进行工作。 4.熔清阶段 主要任务是熔化靠近炉坡、出钢口及炉门两侧等低温区的炉料。炉料全熔后,将金属加热到开始氧化精炼所需的温度。 在整个熔化过程中,穿井和回升阶段占全部熔化时间的70~80%,是缩短熔化时间、降低熔化电耗的重点阶段。 W1—钢铁料质量,t。 W2—渣料质量,t。 Q1—熔化一吨钢铁料的电能消耗,约为340KWh。 Q2—熔化一吨渣料所需热量。约540KWh。 P—变压器功率。即熔化期向炉内输入的平均功率(不小于额定功率)。 c·η—功率因数和电效率之积,称为实际输出系数,约为0.765~0.81。电效率是电能转化为真正用于熔化炉料的热量的分数。 P1—单位时间的热损失,即熔化期内的平均电能损失。 * * * 电弧炉炼钢 二、电弧炉炼钢的特点 1、温度高而且容易控制 2、可以制造还原性气氛,有利于去硫 3、热效率高,可达65%以上 4、冶炼设备简单,投资少 缺陷: 1、耗电量大 500~700kwh/t 2、成品钢中H、N含量偏高 3、炭质电极可能使钢液增碳,给低碳钢冶炼带来困难 四、电炉“短流程”的优势: 充足的废钢资源 能源优势 流程优势 环保意识 可持续发展 1)投资比高炉—转炉流程减少l/2以上。如美国、日本等国的薄板坯电炉短流程,实际费用约为传统流程的l/4 2)生产成本低,劳动生产率高。钢铁联合企业从铁—焦—烧开始到热轧板卷为止,吨钢能耗一般为23kJ/t,而以废钢为原料的电炉钢厂短流程工艺生产的产品能耗接近10kJ/t,能耗降低60%左右。 3)在世界每年废钢产量为3亿多吨的情况下,电炉短流程的发展对于促进环保,消化废钢,净化冶金工厂的环境起到了良好的推动作用。因此,发达国家把发展紧凑式电炉短流程作为重点。 五、电炉工艺流程图 第一章.电弧炉的电器设备 §1—1 电弧概念与交流电弧特性 一.电弧基础 电弧炉热源—电弧:决定炉内热工状况和设备的电器特性。 1.电弧是一种气体放电现象。在两电极间加上一定的电压,就能自行放电。放电时两电极间的气体被电离,出现大量带电质点—自由电子和正离子,电极间出现导电通道,电流密度达KA∕cm2,气体达几千摄氏度。

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