電爐煉鋼的特點:
電爐煉鋼主要利用電弧熱,在電弧作用區(qū),溫度高達4000℃。冶煉過程一般分為熔化期、氧化期和還原期,在爐內(nèi)不僅能造成氧化氣氛,還能造成還原氣氛,因此脫磷、脫硫的效率很高。
所用含鐵原料主要為廢鋼,約占70%以上,另外可以加入鐵水、生鐵、直接還原鐵、熱壓塊等。冶煉時間較長,一般至少是轉(zhuǎn)爐冶煉時間的兩倍。電爐熔煉溫度高且容易控制調(diào)節(jié),電弧爐弧光區(qū)溫度高達3000-6000℃,爐溫高達2000℃以上,遠高于冶煉一般鋼種所需的溫度,可以用于冶煉轉(zhuǎn)爐不能冶煉的合金鋼和不銹鋼。
爐內(nèi)氣氛易于控制調(diào)節(jié)。在冶煉的不同階段,爐內(nèi)不僅能造成氧化性氣氛,還能造成還原性氣氛,前者有利于脫碳和去磷,后者有利于脫氧、去硫、易氧化合金的加入、回收金屬元素和控制鋼液成分。電爐設(shè)備比簡單,投資少,建廠快,占地少,且容易控制污染。
但由于所需能源由電極在短路時產(chǎn)生的高溫來提供,耗電量較大,冶煉1噸鋼所消耗的電能約350-600kwh;成品鋼中氫、氮含量偏高。因為在電弧作用下,爐內(nèi)空氣的水汽大量離解,生成的氫和氮,如進入鋼水,將影響鋼的質(zhì)量。電弧是“點”熱源,爐內(nèi)溫度分布不均勻,熔池平靜時,各部分鋼水溫度相差較大。碳質(zhì)電極的存在會使鋼液增碳,給冶煉低碳鋼帶來困難。
廢鋼鐵是一種載能資源,用廢鋼鐵煉鋼可以節(jié)約大量能源。在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè),從采礦、選礦、燒結(jié)、焦化、煉鐵到煉鋼、軋鋼,能源消耗和污染排放主要集中在煉鋼工序之前。研究表明,用廢鋼直接煉鋼和用礦石煉鐵后再煉鋼相比,可節(jié)約能源60%,節(jié)水40%。
廢鋼鐵是一種環(huán)保資源,用廢鋼直接煉鋼和用礦石煉鐵后再煉鋼相比,可減少廢氣86%、廢水76%和廢渣97%,有利于清潔生產(chǎn)和排廢減量化。
電爐煉鋼的步驟:
一、加料
向電爐加入鐵水或廢鋼等原材料的操作,是電爐煉鋼操作的第一步。
二、造渣
調(diào)整鋼、鐵生產(chǎn)中熔渣成分、堿度和粘度及其反應(yīng)能力的操作。例如吹氧操作是為了生成有足夠流動性和堿度的熔渣,能夠向金屬液面中傳遞足夠的氧,以便把硫、磷降到計劃鋼種的上限以下,并使吹氧時噴濺和溢渣的量減至最小。
三、出渣
電弧爐煉鋼時根據(jù)不同冶煉條件和目的在冶煉過程中所采取的放渣或扒渣操作。如用單渣法冶煉時,氧化末期須扒氧化渣;用雙渣法造還原渣時,原來的氧化渣。必須徹底放出,以防回磷等。
四、熔池攪拌
向金屬熔池供應(yīng)能量,使金屬液和熔渣產(chǎn)生運動,以改善冶金反應(yīng)的動力學(xué)條件。熔池攪拌可借助于氣體、機械、電磁感應(yīng)等方法來實現(xiàn),
五、脫磷
減少鋼液中含磷量的化學(xué)反應(yīng)。磷是鋼中有害雜質(zhì)之一。含磷較多的鋼,在室溫或更低的溫度下使用時,容易脆裂,稱為"冷脆"。鋼中含碳越高,磷引起的脆性越嚴重。一般普通鋼中規(guī)定含磷量不超過 0.045%,優(yōu)質(zhì)鋼要求含磷更少。
六、電爐底吹電爐底吹
通過置于爐底的噴嘴將N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等氣體根據(jù)工藝要求吹入爐內(nèi)熔池以達到加速熔化。促進冶金反應(yīng)過程的目的。采用底吹工藝可縮短冶煉時間,降低電耗,改善脫磷、脫硫操作,提高鋼中殘錳量,提高金屬和合金收得率。并能使鋼水成分、溫度更均勻,從而改善鋼質(zhì)量,降低成本,提高生產(chǎn)率。
七、熔化期
煉鋼的熔化期主要是對平爐和電爐煉鋼而言。電弧爐煉鋼從通電開始到爐鋼花伴料全部熔清為止、平爐煉鋼從兌完鐵水到爐料全部化完為止都稱熔化期。熔化期的任務(wù)是盡快將爐料熔化及升溫,并造好熔化期的爐渣。
八、氧化期和脫碳期
普通功率電弧爐煉鋼的氧化期,通常指爐料溶清、取樣分析到扒完氧化渣這一工藝階段。也有認為是從吹氧或加礦脫碳開始的。氧化期的主要任務(wù)是氧化鋼液中的碳、磷;去除氣體及夾雜物;使鋼液均勻加熱升溫。脫碳是氧化期的一項重要操作工藝。為了保證鋼的純凈度,要求脫碳量大于0.2%左右。隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展,電弧爐的氧化精煉大多移到鋼包或精煉爐中進行。
九、精煉期
煉鋼過程通過造渣和其他方法把對鋼的質(zhì)量有害的一些元素和化合物,經(jīng)化學(xué)反應(yīng)選入氣相或排、浮入渣中,使之從鋼液中排除的工藝操作期。連鑄機出坯連鑄機出坯。
十、還原期
普通功率電弧爐煉鋼操作中,通常把氧化末期扒渣完畢到出鋼這段時間稱為還原期。其主要任務(wù)是造還原渣進行擴散,脫氧、脫硫,控制化學(xué)成分和調(diào)整溫度。高功率和超功率電弧爐煉鋼操作已取消還原期。
十一、爐外精煉
將煉鋼爐(轉(zhuǎn)爐、電爐等)中初煉過的鋼液移到另一個容器中進行精煉的煉鋼過程,也叫二次冶金。煉鋼過程因此分為初煉和精煉兩步進行。
初煉:爐料在氧化性氣氛的爐內(nèi)進行熔化,脫磷,脫碳和主合金化。
精煉:將初煉的鋼液在真空、惰性氣體或還原性氣氛的容器中進行脫氣、脫氧、脫硫,去除夾雜物和進行成分微調(diào)等。
將煉鋼分兩步進行的好處是:可提高鋼的質(zhì)量,煉鋼車間縮短冶煉時間,簡化工藝過程并降低生產(chǎn)成本。爐外精煉的種類很多,大致可分為常壓下爐外精煉和真空下爐外精煉兩類。按處理方式的不同,又可分為鋼包處理型爐外精煉及鋼包精煉型爐外精煉等。
十二、鋼液攪拌
爐外精煉過程中對鋼液進行的攪拌。它使鋼液成分和溫度均勻化,并能促進冶金反應(yīng)。多數(shù)冶金反應(yīng)過程是相界面反應(yīng),反應(yīng)物和生成物的擴散速度是這些反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。鋼液在靜止?fàn)顟B(tài)下,其冶金反應(yīng)速度很慢,如電爐中靜止的鋼液脫硫需30~60分鐘;而在爐精煉中采取攪拌鋼液的辦法脫硫只需3~5分鐘。鋼液在靜止?fàn)顟B(tài)下,夾雜物上浮除去,排除速度較慢;攪拌鋼液時,夾雜物的除去速度按指數(shù)規(guī)律遞增,并與攪拌強度,類型和夾雜物的特性,濃度有關(guān)。
十三、鋼包喂絲
通過喂絲機向鋼包內(nèi)喂入用鐵皮包裹的脫氧、脫硫及微調(diào)成分的粉劑,如Ca-Si粉、或直接喂入鋁線、碳線等對鋼水進行深脫硫、鈣處理以及微調(diào)鋼中碳和鋁等成分的方法。它還具有清潔鋼水、改善非金屬夾雜物形態(tài)的功能。