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电弧炉干净化冶炼关键技术的开展
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电弧炉干净化冶炼关键技术的开展

朱荣 魏光升 陈凤武

       与外洋电弧炉炼钢比拟,我国电弧炉不断是特别钢的消费主力。跟着海内制造业对特别钢质量要求的日趋提高,完美我国电弧炉炼钢流程工艺及配备程度成为今朝提拔电炉钢产品质量的枢纽。一方面,因为特别的炉型构造,电弧炉炼钢熔池搅拌强度不敷,氧气利用率低、终渣(FeO)含量高、钢水过氧化严峻;另一方面,电弧炉炼钢历程包罗残存元素、PSNH及搀杂物等的去除,触及全部工艺流程的婚配与优化,是对电弧炉炼钢流程冶炼高品格钢手艺的应战。从近年电弧炉炼钢手艺的开展不难发明,电弧炉炼钢在原有高效节能冶炼的基础上,在干净化冶炼方面取得了长足的进步,产品质量明显提拔,这对促进我国电弧炉炼钢流程干净化生产平台构建意义严重。

电弧炉炼钢干净化冶炼 枢纽成绩

1.冶炼用原材料。

电弧炉炼钢以废钢为主要原料,石灰、增碳剂等为帮助质料。一方面,跟着汽车、家电等报废数目的增长,社会废钢身分愈加稠浊;废钢中CuZnPbSn等有害杂质元素,随废钢轮回次数的增长不竭富集。另一方面,辅料的利用一样会带来有害元素,影响钢液干净度。为只管低落原材料的影响,需按照钢种对原材料利用制定差别的尺度,分钢种分级别停止原辅料的定制化挑选。如冶炼优良合金棒材时,接纳铁水加废钢、优良废钢或优良废钢加间接复原铁为质料;冶炼低硫钢时,只管利用低硫石灰;冶炼低碳钢时,挑选低碳帮助质料。

2.脱磷操纵。

磷在绝大多数钢种中是有害元素,脱磷是电弧炉冶炼的主要使命之一。近年来,跟着国民经济的开展,市场对低磷及超低磷高品格特别钢需求增长,现有电弧炉炼钢工艺很难满意快速低成本脱磷的冶炼要求。其主要原因在于电弧炉炼钢质料构造庞大,熔清磷含量颠簸大;全废钢冶炼熔清后碳含量低、钢液粘稠度高,且受电弧炉炉型构造限定,熔池流动速度慢,脱磷动力学条件差,冶炼历程脱磷艰难。传统电弧炉冶炼低磷钢凡是接纳屡次造渣、流渣操纵,冶炼周期长,渣量大,终渣(FeO)含量高,钢水过氧化严峻,冶炼本钱难以掌握。 

3.钢中氧及搀杂物的掌握

电弧炉冶炼起点钢液氧含量的不变掌握,是低落钢中搀杂物的枢纽。电弧炉炼钢遍及接纳强化供氧操纵以放慢冶炼节拍、提高消费服从,但电弧炉炼钢起点掌握不精准,钢液过氧化较为严峻。这不仅招致前期精辟历程脱氧剂的过分耗损,并且使得精辟期搀杂物的发生量明显增长。为低落起点钢液氧含量,电弧炉炼钢次要采纳以下步伐:掌握出钢前吹氧量,同时喷吹惰性气体强化搅拌;出钢时接纳偏疼炉底出钢掌握下渣量;出钢前参加铁碳镁球,低落钢液氧含量。

4.钢中[N][H]的掌握

电弧炉接纳大功率供电强化废钢融化,电极放电发生的高温电弧会电离四周氛围中N2,以致钢液易吸氮;N2偶然会作为底吹气体或粉剂喷吹载气浸入熔池,形成钢液进一步吸氮。同时,电弧炉冶炼质料中含有水份并打仗氛围,会形成钢液中氢含量偏高。但是,电弧炉炼钢熔清后熔池碳含量偏低,供氧强度不敷,冶炼前期脱碳时期熔池内发生的CO气泡数目少,以是不能有用脱除[N][H]。处理此类成绩的办法次要是经由过程废钢预热的方法脱除水份,削减氢元素入炉;调解炉料构造,经由过程参加DRI、提高铁水比等方法提高熔池碳含量,在电弧炉冶炼前期停止高强度脱碳沸腾操纵,以脱除钢液内[N][H],再在后续精辟及浇铸历程中加以庇护,掌握钢中[N][H]的含量。

电弧炉干净化冶炼技术创新

1.废钢破裂分选手艺

废钢是钢铁轮回操纵的优势再生资源。废钢的资本化操纵在钢铁工业节能减排、转型晋级方面饰演主要脚色。废钢的高效破裂与分选是包管电弧炉炼钢质料质量的前提与枢纽,对电弧炉炼钢实现干净化冶炼至关重要。

废钢破裂机主要有两种:碎屑机和破裂机。碎屑机用于破裂钢屑,破裂机用于破裂大型废钢。破裂机有锤击式、轧辊式和刀刃式几种。经破裂处置后的废钢铁能够很容易地操纵干式、湿式或半湿式分选体系将金属、非金属,有色金属、黑色金属停止分选收受接管处置,废钢外表的油漆和镀层都可肃清或部门肃清。经破裂分选后的废钢可大大提高质料的干净度,为电弧炉炼钢供给了干净可靠的质料保障。

2.电弧炉炼钢复合吹炼手艺。

传统电弧炉炼钢熔池搅拌强度弱,抑止了炉内物资和能量的通报;凡是接纳超高功率供电、高强度化学能输入等手艺,但没有从根本上处理熔池搅拌强度不敷和物资能量通报速度慢等成绩。当代电弧炉炼钢普遍接纳吹氧工艺以放慢冶炼节拍、低落生产成本,接踵开辟出诸如炉壁供氧、炉门供氧、集束射流等强化供氧手艺。为了处理熔池搅拌强度不敷和物资能量通报速度慢等成绩,业内开辟了如底吹搅拌、电弧炉炼钢复合吹炼等关键技术。

以高效、低耗、节能、优良消费为目的,北科大研讨团队初次提出并研发的新一代电弧炉冶炼手艺———电弧炉炼钢复合吹炼手艺(见附图),以集束供氧、同步长命底吹搅拌等新技术为焦点,实现了电弧炉炼钢供电、供氧及底吹等单位的操纵集成,满意多元炉料条件下的电弧炉炼钢复合吹炼的手艺要求。

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3.集束模块化供能手艺

电弧炉集束模块化供能手艺,包罗炉壁及炉顶集束供氧方法。炉壁集束供氧方法将吹氧和喷粉单位共轴安装在炉壁的一体化水冷模块上,具有助熔、脱碳等模式,实现气—固混淆放射、气体粉剂(碳粉、脱磷剂等)喷吹的静态切换,满意泡沫渣、脱磷及掌握钢水过氧化等要求,加强了颗粒的动能,使氧气、粉剂高效运送到渣—钢反响界面,不变泡沫渣,低落冶炼电耗,提高金属收得率。针对高铁水比的多元炉料构造冶炼,该团队开辟出电弧炉炉顶供氧喷吹手艺,以加大炉内供氧强度,强化熔池搅拌。该手艺可停止供电与供氧切换,完成脱碳和脱磷等冶炼使命,提高供氧服从,收缩冶炼工夫,低落冶炼电耗。

埋入式供氧喷吹手艺。近年来,在开辟多功能集束模块化供能手艺的基础上,为进一步提高氧气操纵服从,改进电弧炉熔池冶金反响动力学条件,该团队研发了电弧炉炼钢埋入式供氧喷吹手艺。该手艺将供氧方法从熔池上方移至钢液面以下,操纵喷枪将氧气间接输入熔池,放慢了冶金反应速度,使氧气利用率提高到98%。针对埋入式喷枪易烧损、氧气流股冲洗腐蚀炉壁耐材的成绩,研究者接纳环状气旋庇护手艺,并经由过程中心主射流“庇护—冶炼—出钢”掌握模式,掌握腐蚀速度,实现喷枪期限与炉龄同步。该手艺明显提高了钢液流动及化学反应速度,有用掌握了钢液过氧化,改进了熔池脱磷服从。

4.电弧炉炼钢安全长命底吹手艺。

电弧炉炼钢熔池冶金反响动力学条件差,熔池钢液身分、温度不均匀,起点氧含量和渣中氧化铁含量偏高,终极影响冶炼目标和钢液质量。该团队开辟的电弧炉炼钢安全长命底吹手艺,强化了电弧炉熔池搅拌,吨钢氧耗、钢铁料耗损和终渣氧化铁含量较着低落,脱磷服从进一步提高,冶炼起点钢液质量较着改进。开辟的具有定向多微孔型构造的长期限底吹元件,具有优秀的透气、耐高温、抗热震、抗打击等机能。该手艺接纳基于电弧炉冶炼“融化—脱磷—脱碳—升温—起点掌握”的分段静态底吹工艺模子,既提高了气体搅拌服从,又削减了气液混淆脉动流体对底吹元件的机器冲洗和化学腐蚀。具有冗余功用的电弧炉底吹全程安全预警手艺,经由过程监控底吹流量、压力及温度,实现了多点、门路、分段的全程报警;接纳弓形防浸透结构设计,包管了电弧炉炉底构造安全。产业理论显现,电弧炉底吹期限超800炉次,实现了与炉龄同步。

5.电弧炉CO2-Ar静态底吹手艺。

该团队在电弧炉安全长命底吹手艺的基础上,基于CO2物理化学特性和高温冶金熔池内CO2反响机理,发清楚明了电弧炉CO2-Ar静态底吹手艺及配备体系。他们探明了金属熔池中CO2-Ar多元介质气泡脱氮机理,发明底吹CO2脱氮是Ar脱氮反响速率的近10倍;成立了电弧炉底吹ArCO2条件下钢液搅拌能量密度数学模型,发明底吹CO2的熔池搅拌才能较着大于底吹Ar,在扁平浅熔池的炉型构造条件下,电弧炉底吹CO2可进一步强化熔池搅拌,平均身分、温度。工业生产数据表白,与底吹Ar比拟,接纳电弧炉CO2-Ar静态底吹手艺后,电弧炉冶炼起点钢液氮含量不变掌握在4510-6以下,钢液干净度进一步提拔。同时,该团队基于CO2与钢液元素反响吸/放热道理,发清楚明了CO2喷吹提高电弧炉底吹透气砖期限的掌握办法,经由过程动态控制底吹ArCO2的比例与流量,进一步低落了底吹元件的腐蚀速度,耽误了底吹期限。

6.电弧炉炼钢气-固喷吹新技术

在传统炉壁喷粉和埋入式供氧喷吹手艺基础上,该团队提出并开辟了电弧炉熔池内气—固喷吹冶炼新技术,包罗熔池内O2-CaO放射快速深脱磷和碳粉放射增碳助熔手艺。该手艺操纵喷枪(埋入钢液面下)向电弧炉熔池内部间接放射石灰粉或碳粉,实现电弧炉炼钢快速干净化冶炼,提拔钢液品格。该手艺将传统熔池上方喷粉方法移到熔池下方,在消费服从、技术指标、钢水质量等方面展示出较着技术优势。

熔池内O2-CaO放射快速深脱磷手艺,操纵O2O2-CO2向熔池内部放射石灰粉,依托熔池内部“气—固—渣—金”多相反响系统实现电弧炉炼钢快速深脱磷。该手艺改动了传统电弧炉炼钢脱磷方法,供给了全新的电弧炉炼钢高效脱磷手腕,操纵熔态渣粒微观系统成渣反响快速深脱磷,提高了脱磷服从,提拔了钢液品格。

熔池内碳粉放射增碳助熔手艺,操纵氛围或CO2-O2向熔池内部放射碳粉,加快钢液渗碳,增进废钢融化,提高熔清碳含量,改进钢液品格。该手艺将碳粉间接喷入钢液内部,制止了碳与炉内高温烟气和熔渣的氧化反响,明显提高了碳粉操纵服从;优良的熔池搅拌加快了碳粉在钢液内平均弥散,熔池渗碳服从提高;较高的熔清碳含量和优良的泡沫渣操纵,明显低落了电能耗损和电极耗损。

7.电弧炉炼钢质量阐发监控及本钱控制系统

跟着电弧炉冶炼手艺的开展,仅仅依托操作者的经历来掌握电弧炉消费曾经无法顺应当代电弧炉炼钢的消费节拍。经由过程数据信息的交换和历程优化掌握,能够使电弧炉炼钢历程的本钱掌握、公道供能等环节最优化,降低成本,提高效率。基于此开辟的电弧炉炼钢质量阐发监控及本钱控制系统具有以下特性:一是经由过程EAF-LF炼钢工序起点身分掌握模子阐发EAF-LF炼钢工序身分数据,静态调解身分掌握关系式参数,对及时氧含量与合金元素收得率停止猜测,指点脱氧工艺与合金加料工艺,实现EAF-LF炼钢工序身分准确掌握。二是成立电弧炉冶炼工艺汗青数据库,按照本钱、能耗最低或冶炼工夫最短原则,挑选与当前冶炼炉料构造、冶炼情况等附近的最优历史数据,然后按照最优炉次的冶炼工艺停止冶炼,以到达最优冶炼结果。三是成立了电弧炉及精辟工序的本钱监控体系,对电弧炉单炉本钱停止猜测与及时计较,并提供差别炉料构造的供电、供氧优化指点曲线及优化;对精炼炉单炉本钱停止猜测与及时计较,并提供优化的合金与渣料组合。今朝,该体系已在国内外多座电弧炉推行使用。

结论及瞻望

在电弧炉炼钢流程中,提高钢液干净度无疑是包管产品质量的枢纽,而包管钢液干净度的关键在于各冶炼工序、单位操纵的不变与和谐有序共同。在完美现有电弧炉炼钢干净化冶炼关键技术基础上,进一步构建电弧炉炼钢流程干净化生产平台,实现消费服从、产品质量和节能环保程度的不竭提拔,将是将来电弧炉炼钢的重点发展方向之一。

放慢电弧炉炼钢流程技术创新,特别是干净化冶炼手艺的完美与打破,构建电弧炉炼钢流程干净化生产平台,提拔电弧炉炼钢流程产品质量和产物竞争力,将对我国钢铁工业结构调整和转型晋级起到主要鞭策感化。

原创: 中国钢铁新闻网

 

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