煉鋼設計基礎第六章資料課件.ppt

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1、1 煉 鋼 設 計 原 理煉 鋼 設 計 基 礎第 六 章 電 爐 設 計 2 第 六 章 電 爐 鋼 廠 設 計轉 爐 、 電 爐 兩 種 煉 鋼 方 法兩 種 煉 鋼 方 法 共 同 點（ 1） 工 序 產 品 合 格 鋼 水（ 2） 工 序 功 能 以 給 定 的 生 產 率 和 節(jié) 奏 提 供 成 分 和 溫 度合 格 的 鋼 水（ 3） 工 序 指 標 三 高 兩 潔 凈 高 效 化 高 的 生 產 率 、 高 的 生 產 節(jié) 奏 、 高 的 能 量 利 用 潔 凈 化 鋼 液 的 潔 凈 化 （ 低 的 內 在 污 染 ） 環(huán) 境 的 潔 凈 化 （ 低 的 外 部 污 染 ）（

2、4） 操 作 要 求 ： 精 料 、 穩(wěn) 定 、 精 確 3 兩 種 煉 鋼 方 法 不 同 點n 原 料 不 同 是 根 本 礦 石 鐵 水 氧 氣 轉 爐 煉 鋼 廢 鋼 電 弧 爐 煉 鋼n 能 源 轉 爐 法 主 要 是 鐵 水 的 物 理 熱 和 化 學 熱 電 爐 法 主 要 是 電 弧 的 物 理 熱 4 6.1 電 弧 爐 煉 鋼 的 發(fā) 展n 世 界 上 第 一 座 工 業(yè) 生 產 的 電 弧 爐 是 由 赫 勞 特 （ Paul Heroult)博 士 于 1899年 建 于 法 國 并 獲 得 專 利 ,主 要 用 于 熔煉 鐵 合 金 。n 二 十 世 紀 初 ， 美

3、國 鋼 鐵 公 司 獲 得 了 艾 略 特 的 專 利 權 ， 并 開始 設 計 制 造 艾 略 特 商 標 的 電 爐 。 1909年 一 座 15噸 的 三 相電 弧 爐 在 美 國 鋼 鐵 公 司 的 南 方 煉 鋼 廠 （ 芝 加 哥 ） 投 產 ， 這是 當 時 最 大 的 電 弧 爐 。n 最 初 ， 供 電 設 備 技 術 水 平 不 高 ， 電 能 價 格 較 高 ， 電 爐 用 來生 產 特 殊 鋼 ， 電 爐 以 熱 金 屬 為 原 料 ， 以 平 爐 與 之 相 配 。 隨著 轉 爐 煉 鋼 的 發(fā) 展 ， 廢 鋼 消 耗 量 降 低 ， 如 何 利 用 剩 余 廢 鋼

4、，更 促 進 了 電 爐 煉 鋼 的 發(fā) 展 。 工 業(yè) 化 國 家 ， 10年 一 個 廢 鋼周 期 ， 發(fā) 展 中 國 家 建 筑 用 鋼 占 很 大 比 例 ， 廢 鋼 周 期 約 為3035年 ， 目 前 ， 社 會 廢 鋼 積 累 在 1億 噸 以 上 。 5 n 近 年 來 ， 電 爐 煉 鋼 發(fā) 展 迅 速 ， 尤 其 是 工 業(yè) 化 國 家逐 漸 擴 大 電 弧 爐 的 應 用 范 圍 和 產 量 ， 電 爐 煉 鋼 技術 更 加 完 善 ， 已 能 夠 生 產 全 部 鋼 種 甚 至 以 生 產 普碳 鋼 為 主 ， 隨 著 二 次 精 煉 技 術 的 不 斷 發(fā) 展 和 完

5、 善 ，電 爐 冶 煉 由 原 來 的 三 期 冶 煉 演 變 成 僅 作 為 熔 化 設備 ， 并 與 二 次 精 煉 和 連 鑄 配 套 ， 形 成 自 動 化 、 機械 化 水 平 高 ， 功 率 高 、 能 耗 低 的 “ 電 弧 爐 爐 外精 煉 連 鑄 ” 生 產 系 統(tǒng) ， 即 短 流 程 生 產 工 藝 。 電弧 爐 已 經 成 為 一 個 低 成 本 的 廢 鋼 快 速 熔 煉 設 備 。 6 典 型 60分 鐘 冶 煉 周 期 包 括 ： 第 一 次 裝 料 3 minutes 第 一 次 料 熔 化 20 minutes 第 二 次 裝 料 3 minutes 第 二 次

6、 料 熔 化 14 minutes 精 煉 10 minutes 出 鋼 3 minutes 修 補 爐 7 minutes 總 計 60 minutes 7 電 爐 煉 鋼 ， 主 要 是 指 電 弧 爐 煉 鋼 ， 95 的 電 爐 鋼 是由 電 弧 爐 生 產 的 ， 其 余 的 由 感 應 爐 、 電 渣 爐 等 生 產 。EAF Electric Arc Furnace 促 進 世 界 電 爐 生 產 技 術 迅 速 發(fā) 展 的 動 力 有 以 下 三 點 ： (1) 社 會 廢 鋼 的 積 累 和 增 長 ， (2) 降 低 生 產 成 本 ， (3) 提 高 勞 動 生 產 率

7、， 短 流 程 的 勞 動 生 產 率 可達 2500t/人 年 。 8 6.2 現(xiàn) 代 電 爐 煉 鋼 技 術 本 世 紀 70年 代 以 前 ， 電 爐 僅 是 生 產 少 量 優(yōu) 質 合 金 鋼 的冶 煉 工 藝 ， 隨 著 平 爐 的 迅 速 淘 汰 和 由 于 轉 爐 熔 煉 廢 鋼能 力 的 不 足 ， 造 成 社 會 廢 鋼 積 累 增 加 ， 引 起 對 廢 鋼 熔煉 技 術 的 開 發(fā) 熱 情 。 經 過 20余 年 的 發(fā) 展 ， 奠 定 了 現(xiàn) 代電 爐 技 術 的 基 礎 。 (1) 改 善 供 電 工 藝 ： UHP、 DC、 導 電 橫 臂 等 。 (2) 引 入

8、吹 氧 強 化 技 術 ： 爐 門 碳 氧 槍 、 助 燃 燒 嘴 、 泡沫 渣 冶 煉 工 藝 、 偏 心 爐 底 出 鋼 以 及 吹 氬 攪 拌 等 新 工 藝技 術 。 (3) 廢 鋼 預 熱 技 術 ： 豎 爐 電 爐 、 雙 殼 電 爐 和 Consteel連 續(xù) 加 料 電 爐 等 。 9 以 上 新 工 藝 、 新 技 術 的 采 用 ，n 電 爐 的 冶 煉 電 耗 從 700 Kwh/t下 降 到 340Kwh/t，n 電 極 消 耗 從 6.5kg/t下 降 到 1.0kg/t，n 冶 煉 周 期 從 210min縮 短 到 55-60min， 使 電 爐 的 生 產周 期

9、 能 夠 與 連 鑄 相 匹 配 ， 形 成 了 短 流 程 生 產 工 藝 。n 鋼 材 生 產 的 整 個 周 期 縮 短 到 3.5-4.0h，n 全 員 勞 動 生 產 率 達 到 2500t/人 .年 ， 是 高 爐 轉 爐 流 程的 3倍 ， 而 投 資 僅 為 后 者 的 50%， 成 本 比 BF-BOF降低 約 20美 元 。 10 6.3 電 爐 煉 鋼 技 術 發(fā) 展 重 點 21世 紀 電 爐 短 流 程 工 藝 技 術 將 會 進 一 步 發(fā) 展 ， 電 爐 鋼的 生 產 比 例 可 望 達 到 40%。 目 前 ， 電 爐 鋼 產 量 約 占 總鋼 產 量 的 35

10、%。 今 后 電 爐 煉 鋼 技 術 發(fā) 展 的 重 點 是 ： (1) 電 爐 能 源 結 構 的 優(yōu) 化 和 強 化 冶 煉 ： UHP， 氧 燃 助 熔 ，熔 池 脫 碳 ， 二 次 燃 燒 ， 廢 鋼 預 熱 。 以 上 技 術 可 使 冶 煉周 期 縮 短 到 50min以 內 。 (2) 無 污 染 的 廢 鋼 預 熱 技 術 和 連 續(xù) 加 熱 技 術 。 (3) 短 流 程 鋼 廠 的 計 算 機 綜 合 管 理 技 術 ： 操 作 智 能 化（ 預 報 、 識 別 、 優(yōu) 化 功 能 ） ， 提 高 生 產 效 率 ， 降 低 生產 消 耗 。 (4) 提 高 電 爐 鋼 水

11、 潔 凈 度 的 工 藝 技 術 。 11 爐 底 陽 極 :l 導 電 爐 底 型 (ABB型 )： 導 電 耐 火 材 料 做 爐 底 ， 常 用 鎂 質石 墨 磚 (含 碳 20%)。l 金 屬 觸 針 式 (德 國 MAN-GHH)： 根 據 爐 子 容 量 在 爐 底 中心 區(qū) 安 置 80-200根 直 徑 30mm的 低 碳 鋼 觸 針 ， 觸 針 連 接在 爐 底 集 電 板 上 ， 爐 底 用 鎂 砂 打 結 。 爐 子 工 作 層 厚 度600-700m m ， 消 耗 速 度 1m m /爐 。l 水 冷 金 屬 棒 (法 國 鋼 鐵 研 究 院 )： 圓 形 的 金 屬

12、 水 冷 電 極 ，低 碳 鋼 芯 棒 穿 過 鋼 水 直 接 與 鋼 水 接 觸 ， 鋼 芯 下 部 裝 有 銅質 水 套 充 分 冷 卻 鋼 芯 。 依 電 流 大 小 每 座 爐 子 可 裝 14根底 陽 極 。 12 電 弧 爐 煉 鋼主 原 料 ： 廢 鋼 、 DRI輔 助 原 料 ： 石 灰 、 螢 石 、 鐵 礦 石 等噸 位 ： 25 150t功 率 ： 500 1500kVA/t冶 煉 時 間 ： 45min 1.5h供 熱 ： 電 弧 加 熱類 型 ： 交 流 、 直 流 13 雙 爐 殼 電 弧 爐n 雙 殼 電 弧 爐 具 有 一 套 供 電 系 統(tǒng) 和 兩 個 爐 殼

13、 ， 一套 電 極 升 降 /旋 轉 裝 置 交 替 對 兩 個 爐 殼 供 熱 熔 化廢 鋼 。n 雙 殼 電 弧 爐 的 發(fā) 展 一 是 為 了 提 高 電 弧 爐 的 生 產能 力 ； 二 是 為 了 利 用 廢 熱 節(jié) 能 ， 預 熱 60%的 廢鋼 可 節(jié) 約 2530%kWh/t的 電 能 。 預 熱 100%的廢 鋼 （ 高 爐 身 ） 可 節(jié) 約 6090%kWh/t的 電 能 。 14 雙 爐 殼 電 弧 爐 的 煙 氣 和 廢 鋼 預 熱 系 統(tǒng) 15 雙 殼 電 弧 爐 廢 鋼 預 熱 系 統(tǒng) 16 中 國 寶 山 鋼 鐵 公 司 1996年 投 產 的 150噸 DC爐

14、 即 為 雙 殼 電弧 爐 ， 其 爐 殼 直 徑 7.3m。 雙 殼 電 弧 爐 的 主 要 優(yōu) 點 ：（ 1） 減 少 輔 助 操 作 時 間 及 斷 電 時 間 ， 提 高 生 產 率 20%以上 ， 通 電 時 間 比 由 常 規(guī) 的 6570%提 高 到 8595%。（ 2） 在 相 同 產 量 下 ， 可 減 少 變 壓 器 容 量 ， 減 少 供 電 系 統(tǒng)的 投 資 。（ 3） 廢 鋼 預 熱 ,可 提 高 能 源 利 用 率 ， 降 低 能 耗 、 減 少 煙 氣回 收 系 統(tǒng) 的 規(guī) 模 。 目 前 ， 已 投 產 和 建 設 中 的 雙 殼 電 弧 爐 主 要 分 布 于

15、日 本 ， 美 國 ， 韓 國 ， 盧 森 堡 ， 中 國 等 國 家 ， 爐 容 量 從40噸 到 170噸 。 17 18 Fuchs豎 爐 電 弧 爐n 1992年 由 Fuchs System推 出 ， 單 、 雙 殼 豎 窯 電 弧 爐以 及 又 發(fā) 展 的 帶 手 指 伐 的 豎 窯 電 弧 爐 見 圖 7。n Fuchs豎 窯 式 電 弧 爐 的 特 點 ： 在 爐 蓋 的 一 側 設 置 一 個 廢 鋼 預 熱 的 豎 窯 ， 豎 窯 有 兩 種 不同 的 形 式 。n 一 是 豎 窯 與 電 弧 爐 熔 池 連 通 ， 第 1籃 料 直 接 加 入 電 爐（ 約 占 廢 鋼

16、加 入 量 的 60 ） ， 余 下 40%的 廢 鋼 分 兩 次 由豎 窯 加 入 ， 實 際 堆 在 爐 內 廢 鋼 之 上 ， 被 高 溫 廢 氣 預 熱 ；n 另 一 種 是 豎 窯 與 電 爐 熔 池 被 一 托 架 （ 又 稱 指 形 伐 ） 隔 開 ，除 冷 爐 的 第 1籃 料 仍 需 直 接 加 入 電 爐 外 ， 連 續(xù) 生 產 期 間的 廢 鋼 均 加 入 豎 窯 ， 廢 鋼 經 預 熱 后 打 開 托 架 加 入 爐 內 ，100 的 廢 鋼 可 預 熱 。 19 豎 式 電 弧 爐 結 構 20 n 預 熱 廢 鋼 ， 節(jié) 能 效 果 好 ， 可 節(jié) 電 70-120

17、kWh/t。n 裝 料 不 影 響 正 常 操 作 ， 冶 煉 時 通 電 時 間 短 ， 生 產 率 提 高15%， 電 極 消 耗 降 低 20%。n 豎 爐 內 廢 鋼 象 一 個 過 濾 器 ， 煉 鋼 過 程 中 50%的 灰 塵 留 在廢 鋼 中 或 進 入 爐 渣 節(jié) 省 了 除 塵 費 用 ， 提 高 了 鋼 水 收 得 率 。n 大 功 率 煤 氧 槍 的 使 用 ， 進 一 步 縮 短 熔 化 時 間 ， 降 低 了 電耗 和 電 極 消 耗 ， 提 高 了 生 產 率 。國 內 張 家 港 沙 鋼 潤 忠 的 90t/65MVA豎 爐 就 是 成 功 的 一 例 。 優(yōu)

18、點 ： 21 Consteel 廢 鋼 由 傳 送 帶 通 過 動 態(tài) 密 封 送 入 該 系 統(tǒng)的 預 熱 器 ， 廢 鋼 通 過 預 熱 器 ， 靠 爐 氣 的化 學 能 和 物 理 熱 加 熱 至 550 600 ， 然后 進 入 熔 池 ， 爐 內 總 有 一 定 的 剩 余 鋼 水 ，有 助 于 熔 化 加 熱 的 廢 鋼 。 可 用 的 爐 料 是 ：廢 鋼 、 生 鐵 和 熱 壓 塊 、 熱 的 和 冷 的 直 接還 原 鐵 。 22 23 Consteel電 弧 爐 原 理 圖n 廢 鋼 和 熔 劑 由 傳 送 帶 加 入 預 熱 室 ， 由 電 弧 爐 尾氣 加 熱 到 50

19、0600 ， 然 后 連 續(xù) 的 輸 入 到 電 弧爐 。 24 Consteel電 弧 爐 短 流 程 工 藝 25 貴 陽 鋼 鐵 公 司 為 60t的 Consteel交 流 電 弧爐 ， 變 壓 器 容 量 為 36MVA， 單 位 功 率 水平 為 600kVA/t， 平 均 冶 煉 周 期 6065min。其 供 料 方 式 是 通 過 在 線 運 輸 機 ， 將 經 過預 熱 的 廢 鋼 連 續(xù) 的 加 入 電 爐 ， 爐 內 留 鋼操 作 以 熔 化 廢 鋼 ， 熔 煉 全 程 造 泡 沫 渣 節(jié)能 降 耗 。 該 電 爐 配 備 管 式 水 冷 爐 壁 ， 偏心 爐 底 出

20、鋼 、 爐 門 氧 碳 槍 等 裝 置 。 26 我 國 主 要 電 爐 鋼 廠 廠 名 變 壓 器 容 量 (MVA) 電 爐 容 量 (t) 電 爐 數 量（ 臺 ） 備 注天 津 鋼 管 公 司 100（ 交 流 ） 150 1 4流 圓 坯上 海 浦 東 鋼 鐵 公 司 76（ DC） 100 2 單 流 板 坯寶 山 鋼 鐵 公 司 100（ DC） 150 1 六 流 圓 坯蘇 州 蘇 興 特 鋼 公 司 100（ DC） 100 1 五 流 方 坯江 陰 興 澄 鋼 鐵 公 司 100（ DC） 100 1 五 流 方 坯 珠 江 鋼 鐵 公 司 120（ DC） 150 1 單

21、 流 薄 板 坯上 海 五 鋼 76（ DC） 100 2 27 11號 電 極22號 電 極33號 電 極4電 極 夾 持 器5電 極 支 承 橫 臂6升 降 電 極 立 柱7升 降 電 極 液 壓 缸8爐 蓋9提 升 爐 蓋 鏈 條10滑 輪11拉 桿12提 升 爐 蓋 液 壓 缸13提 升 爐 蓋 支 承 臂14轉 動 爐 蓋 機 構15爐 體 16搖 架17支 承 軌 道18傾 爐 液 壓 缸19出 鋼 槽20電 纜 電 弧 爐 結 構 簡 圖 28 DC電 弧 爐 技 術 經 濟 指 標 29 AC電 弧 爐 技 術 經 濟 指 標 30 電 弧 爐 煉 鋼 主 要 技 術 經 濟

22、指 標（ 1） 冶 煉 電 耗 =(冶 煉 用 電 量 kwh） /(合 格 鋼 坯 、 錠 量 t)kwh/t（ 2） 電 極 消 耗 =(冶 煉 電 極 消 耗 量 Kg） /(合 格 鋼 坯 、 錠 量 t)Kg/t（ 3） 鋼 坯 (錠 )合 格 率 =(合 格 鋼 坯 、 錠 量 t） /(全 部 鋼 坯 、 錠 量 t） %（ 4） 合 金 比 =(全 部 合 金 鋼 鋼 坯 、 錠 量 t)/(全 部 合 格 鋼 坯 、 錠 量 t)% 鋼 中 合 金 元 素 總 量 10% 高 合 金 鋼 鋼 中 合 金 元 素 總 量 2.5 10% 中 合 金 鋼 鋼 中 合 金 元 素 總 量 1000mm， 工作 平 臺 下 部 加 防 熱 裝 置 以 防 停 電 時 烘 烤 平 臺 ，溫 度 不 大 于 400 ; h4平 臺 厚 度 ， 按 平 臺 結 構 定 一 般 600mm。 H=H 1+H2n 車 間 長 度 按 照 標 準 車 間 選 擇 。 75 橫 向 布 置 爐 子 定 位 尺 寸