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电弧炉炼钢工艺过程简述

【摘要】:
电弧炉炼钢从整体可分为原材料的收集、冶炼前的准备工作、熔化期、氧化期和还原期五大阶段。   原材料的收集  废钢是电弧炉炼钢的主要材料,废钢质量的好坏直接影响钢的质量、成本和电炉生产率,因此,对废钢有如下几点要求:  (1)废钢表面应清洁少锈,因废钢中沾有的泥沙等杂物会降低炉料的导电性能,延长熔化时间,还会影响氧化期去磷效果以及侵蚀炉衬。废钢锈蚀严重或沾有油污时会降低钢和合金元素的收得率,增加钢中

 

电弧炉炼钢从整体可分为原材料的收集、冶炼前的准备工作、熔化期、氧化期和还原期五大阶段。 
  原材料的收集
  废钢是电弧炉炼钢的主要材料,废钢质量的好坏直接影响钢的质量、成本和电炉生产率,因此,对废钢有如下几点要求:
  (1)废钢表面应清洁少锈,因废钢中沾有的泥沙等杂物会降低炉料的导电性能,延长熔化时间,还会影响氧化期去磷效果以及侵蚀炉衬。废钢锈蚀严重或沾有油污时会降低钢和合金元素的收得率,增加钢中的含氢量。
  (2)废钢中不得混有铅、锡、砷、锌、铜等有色金属。铅的密度大,熔点低,不溶于钢液,易沉积在炉底缝隙中造成漏钢事故。锡、砷和铜,易引起钢的热脆。
  (3)废钢中不得混有密封容器,易燃、易爆物和有毒物,以保证安全生产。
  (4)废钢化学成分应明确,硫、磷含量不宜过高。
  (5)废钢外形尺寸不能过大(截面积不宜超过150mm×150mm,最大长度不宜超过350mm)。生铁在电弧炉炼钢中,一般被用来提高炉料的配碳量,通常配入量不超过炉料的30%。
  冶炼前的准备工作
  配料是电炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分,配料是否合理关系到炼钢工能否按照工艺要求正常地进行冶炼操作。合理的配料能缩短冶炼时间。配料时应注意:一是必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量。二是炉料的大小要按比例搭配,以达到好装、快化的目的。三是各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用。四是配料成分必须符合工艺要求。
  一般冶炼方法对炉料中的主要元素含量要求如下:
  (1)碳含量。炉料中含碳量应保证氧化期有足够量的碳进行碳氧反应,达到去气、去夹杂物的目的。配碳量根据熔化期碳的烧损、氧化期的脱碳量和还原期增碳量这3个因素来确定,要求炉料熔清时,钢中碳量高出成品规格下限0.3%~0.4%;但配碳量也不能过高,否则会延长氧化时间并使钢液过热。
  (2)硅含量。含硅量一般不大于炉料的0.8%,过高会延缓钢液的沸腾。
  (3)锰含量。一般钢种配料时对锰可不考虑,通常熔清后锰含量小于0.3%,否则也会延缓熔池沸腾。
  磷和硫含量原则上是越低越好。通常熔清后,磷的含量应小于0.05%。
  为使炉内炉料密实,装料时必须把大、中、小料合理搭配,一般小料占15%~20%,中料占40%~50%,大料占40%。
  进料前炉底应先铺占料重1.5%左右的石灰,以便提前造好熔化渣,有利于早期去磷,减少钢液的吸气和加速升温。
  装料时应将小料的一半放入底部,小料的上部、炉子中心区放入全部大料、低碳废钢和难熔炉料,大料之间放入小料,中型料装在大料的上面及四周,大料的最上面放入小料。凡在配料中使用的电极块,应砸成50mm~100mm左右,装在炉料下层。
  总之,布料应做到:下致密、上疏松,中间高,四周低,炉门口无大料;使得穿井快,不搭桥。
  熔化期
  在电弧炉炼钢工艺中,从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。熔化期约占整个冶炼时间的一半左右,耗电量占电耗总数的2/3左右。
  熔化期的任务是在保证炉体寿命的前提下,用最少的电耗快速地将炉料熔化升温,并造好烧化期的炉渣,以便稳定电弧,防止吸气和提前去磷。
  (1)启弧阶段。通电启弧时炉膛内充满炉料,电弧与炉顶距离很近,如果输入功率过大,电压过高炉顶容易被烧坏,所以一般选用中级电压和输入变压器额定功率的2/3左右。
  (2)穿井阶段。这个阶段电弧完全被炉料包围起来,热量几乎全部被炉料所吸收,不会烧坏炉衬,所以使用最大功率,一般穿井时间为20min左右,约占总熔化时间的1/4。
  (3)电极上升阶段。电极“穿井”到底后,炉底已形成熔池,炉底石灰及部分元素氧化,使得在钢液面上形成一层熔渣,四周的炉料继续受辐射热而熔化,钢液增加使液面升高,电极逐渐上升。这阶段仍采用最大功率输送电能,所占时间为总熔化时间的1/2左右。

(4)熔化末了阶级。炉料被熔化3/4以上后,电弧已不能被炉料遮蔽,3个电极下的高温区已连成一片,此时如长时间采用最大功率供电,电弧会强烈损坏炉盖和炉墙。
  熔化期的主要任务是熔化炉料,但是在熔化期既是造好炉渣,也是熔化期的重要操作内容,如果仅为满足覆盖钢液及稳定电弧的要求,只需1%~1.5%的渣量就已足够了,但从脱磷的要求考虑,熔化渣必须具有一定的氧化性、碱度和渣量。
  氧化期
1 氧化期的主要任务
  氧化期的主要任务如下:
(1)继续氧化钢液中的磷。一般钢种要求氧化期结束时钢中磷含量不高于0.015%~0.010%,炼高锰钢时由于锰铁中磷含量较高,应控制得更低些。
(2)去除气体及夹杂物。氧化期结束时,钢中氮气量降低到0.004%~0.01%,钢中氢含量降到0.00035%左右,夹杂总量不高于0.001%。
(3)使钢液均匀加热升温,氧化末期达到高于出钢温度10℃~20℃。
  矿石氧化法是利用铁矿石中含有80%~90%的高价氧化铁加入到熔池中后,转变成低价氧化铁(Fe2O3 Fe=3FeO,Fe3O4 Fe=4FeO或Fe3O4=Fe2O3FeO)。低价氧化铁一部分留在渣中,大部分用于钢液中碳和磷的氧化。
  为达到良好的去磷效果:炉渣中FeO含量为12%~20%,R为2~3,流动性良好;适当偏低的温度,加强钢渣的搅拌。
碳的氧化:炼钢过程中碳的氧化反应是一个非常重要的反应,并有利于整个熔池的迅速加热,有利于钢液成分的均匀化。具体步骤如下:
FeO=Fe O,O C=CO,
  总的反应FeO C=Fe CO。
  所以矿石法的氧化过程为:矿石加入炉内,在渣中转变为FeO,然后扩散到钢液中去,并分布于整个熔池中。碳和氧在气泡容易生成的地方进行反应,生成CO气泡,CO脱离反应区上浮,在上升过程中逐渐长大,并进入炉气,造成熔池的激烈沸腾。为加快脱碳速度,氧化期加矿温度应大于1550℃。
  总之,矿石脱碳操作应该是:高温、薄渣、分批加矿、均匀激烈的沸腾。
2 氧化期操作要点
(1)熔清后取样及测温(温度不低于1550℃)。
(2)氧化、测温符合要求,渣况良好即可分批加矿,每批加矿石量不得超过料重的1.0%~2.0%,每批间隔时间需大于5min。
(3)脱碳速度(V)每小时大于或等于0.06%;脱碳量为ΔC≥0.30%。
(4)调整渣况。当氧化沸腾开始,采用流渣要求炉渣R=2~3,炉内渣量控制在3%~4%。氧化期后阶段,应使炉渣流动性好,渣层要薄、渣量控制在2%~3%左右。
(5)期中取样分析及控制终点碳。为了掌握磷、碳氧化程度,在沸腾开始流渣两批后,应及时取样分析碳和磷的含量,以便决定下步操作。
(6)温度控制。氧化期总的来讲是一个升温阶段,升温速度的快慢根据钢液磷的情况而定。到氧化期时必须使钢液温度升高到大于该钢种出钢温度的10℃~20℃。
(7)净沸腾。当温度、化学成分合适,就停止加矿,调整好炉渣,让熔池进入自然沸腾(5min~10min),使钢液中的残余含氧量降低,并使气体及夹杂物充分上浮,以利于还原期的顺利进行。
(8)扒渣。氧化期,炉渣中FeO含量很高,又含有P2O5为了还原期脱氧及防止回磷必须扒渣,扒渣的条件是扒渣温度高于出钢温度10℃~20℃;扒渣前碳、磷及其他限制性成分应符合要求。
(9)增碳。如果氧化末期碳含量过低需增碳,可在扒渣后裸露的钢液面上撒加纯净、干燥的碳粉,进行增碳。
  还原期
  氧化期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。主要任务是脱氧、脱硫、控制化学成分、调整温度。还原期的操作工艺如下:
(1)扒渣后迅速加入薄渣料以覆盖钢液,防止吸气和降温。造稀薄渣m(CaO)∶m(CaF2)=3∶1。
(2)薄渣形成后进行预脱氧,往渣面上加入碳粉2.5kg/t~4kg/t,加入后紧闭炉门,输入较大功率,使碳粉在电弧区同氧化钙反应生成碳化钙。

(3)电石渣形成后保持20min~30min,渣子变白,同时注意钢液的增碳。