畢業(yè)論文---電弧爐煉鋼工藝的現狀及發(fā)展趨勢

1、<p>　　電弧爐煉鋼工藝的現狀及發(fā)展趨勢</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　改革開放以來，我國電弧爐煉鋼技術緊跟世界電爐煉鋼工業(yè)的發(fā)展趨勢，得到了快速發(fā)展。特別是冶金工藝流程的革命性變換，如電爐從三期操作發(fā)展到只提供初煉鋼水的兩期操作，從模鑄到連鑄，從出鋼槽到偏心底出鋼，以及為了滿足連鑄生產的快節(jié)奏提高爐子生產率而采用多能源的

2、綜合利用等等，所有這些改變都是促使為冶金工藝服務的電爐裝備也取得了突破性的發(fā)展。近十年，我國從國外先后引進了交流超高功率電弧爐、直流電弧爐、高阻抗電弧爐、雙殼爐和豎爐。通過這些設備的調試、操作、維護以及備品的制造，提高了我國電爐制造的設計制造水平。在消化吸收與創(chuàng)新的基礎上，我國大容量電弧爐的國產化奠定了基礎。當前電弧爐正朝著大型電弧爐、超高功率供電技術、采用各種爐外精煉、發(fā)展直接還原法煉鋼、逐步擴大機械化自動化及用電子計算機進行過程控制

3、等的發(fā)展，所以我們進行了電爐煉鋼的設計，以適應潮流的發(fā)展。</p><p>　　本設計機密結合實際，包括八個部分，配料計算，爐型設計，電氣設備選擇，爐外精煉，連鑄設計，煙氣凈化系統(tǒng)設計，車間布局設計。</p><p>　　本設計由內蒙古科技大學高等職業(yè)技術學院武哲毅設計。在編寫的過程中得到了張芳老師的指導，在此特別表示感謝。</p><p><b>　　摘

4、 要</b></p><p>　　當前電弧爐正朝著大型電弧爐、超高功率供電技術、采用各種爐外精煉、發(fā)展直接還原法煉鋼、逐步擴大機械化自動化及用電子計算機進行過程控制等的發(fā)展，所以我們進行了電爐煉鋼的設計，以適應潮流的發(fā)展。電爐的主要產品是鋼材，而鋼的質量取決于電爐冶煉技術和工藝，目前我國鋼鐵產業(yè)大量整合趨向于集中，整合資源優(yōu)化升級。本設計根據指導老師的課題范圍，查閱相關資料，結合南京地區(qū)實際條件，優(yōu)

5、化設計150t直流電弧爐煉鋼車間。</p><p>　　本次設計查閱國內大型電爐車間設計的相關內容和文獻資料，明確本次設計的目的、方法，并向老師請教可行性方案。結合《煉鋼設備及車間設計.》、《煉鋼設計原理》、《煉鋼設計原理》等資料進行設計提綱的書寫。對電爐進行配料計算，計算出電爐煉鋼的原料配比。對電爐電氣設備、爐外精煉、連鑄系統(tǒng)、車間煙氣凈化系統(tǒng)、煉鋼車間布局，結合國內大型電爐進行設定并向蘇老師探討可行的方法和數

6、據。繪制電爐煉鋼車間平面布置圖。</p><p>　　關鍵字：電弧爐，車間設計，連鑄，爐外精煉</p><p><b>　　目　　錄</b></p><p>　　摘　　要- 1 -</p><p>　　第一章、文獻綜述1</p><p><b>　　1.1 前言1</b>

7、;</p><p>　　1.2 國內外煉鋼短流程現狀1</p><p>　　1.2.1 電爐鋼比重1</p><p>　　1.2.2生產情況1</p><p>　　1.2.2 短流程電爐煉鋼新技術4</p><p>　　1.3 我國電爐煉鋼現階段存在的主要問題10</p><p>　　

8、1.3.1 廢鋼資源現狀10</p><p>　　1.3.2 電能電價現狀10</p><p>　　1.3.3 有害元素的困擾10</p><p>　　1.3.4 環(huán)保問題10</p><p>　　1.4 電弧爐短流程發(fā)展趨勢11</p><p>　　1.4.1 短流程生產工藝體系的優(yōu)化11</p&g

9、t;<p>　　1.4.2 電爐冶煉高效化11</p><p>　　1.4.3 低生產成本的過程管理與控制11</p><p>　　1.4.4 控制生產成本的技術12</p><p>　　1.4.5 節(jié)能環(huán)保12</p><p>　　1.5 電弧爐短流程展望13</p><p>　　第二章、設計

10、總體規(guī)劃14</p><p>　　2.1設計概述14</p><p>　　2.1.1 設計的基本原則及內容14</p><p>　　2.2電爐煉鋼生產技術經濟指標和車間生產能力計算14</p><p>　　2.2.1電爐生產作業(yè)效率指標14</p><p>　　2.2.2 材料消耗指標的計算15</p

11、><p>　　2.2.3電弧爐車間生產能力計算16</p><p>　　2.2.4 電弧爐車間組成、爐子的容量及座數的確定16</p><p>　　2.3適合冶煉的鋼種16</p><p>　　2.3.1鋼種簡介16</p><p>　　2.4電弧爐預熱方式17</p><p>　　第三章

12、、現代電弧爐爐型及其爐體結構設計20</p><p>　　3.1電弧爐爐型設計20</p><p>　　3.1.1電弧爐爐型20</p><p>　　3.1.2熔池的形狀和尺寸20</p><p>　　3.1.3 熔煉室尺寸計算22</p><p>　　3.1.4爐襯及厚度（δ）的確定23</p>

13、;<p>　　3.1.5爐殼的厚度確定23</p><p>　　3.1.6爐門尺寸的確定24</p><p>　　3.2水冷爐壁與水冷爐蓋24</p><p>　　3.2.1水冷爐壁24</p><p>　　3.2.2水冷爐蓋24</p><p>　　3.2.3水冷爐壁、水冷爐蓋的安裝25&l

14、t;/p><p>　　3.3偏心爐底出鋼（EBT）設計25</p><p>　　3.3.1出鋼箱設計26</p><p>　　3.3.2出鋼口偏心距E的確定27</p><p>　　3.4電弧爐電氣設備的計算和選擇27</p><p>　　3.4.1變壓器容量的計算28</p><p>　

15、　3.4.2電壓級數28</p><p>　　3.4.3電極直徑的確定29</p><p>　　3.4.4電極心圓直徑（d三極心）29</p><p>　　3.4.5短網的設計30</p><p>　　3.5電弧爐耐火材料的損毀機理及選擇31</p><p>　　3.5.1電弧爐耐火材料概述31</p

16、><p>　　3.5.2爐頂用耐火材料32</p><p>　　3.5.3爐墻用耐火材料33</p><p>　　3.5.4爐底和出鋼槽用耐火材料34</p><p>　　第四章、電弧爐煉鋼車間設計35</p><p>　　4.1車間總體布局36</p><p>　　4.1.1車間布置類型

17、36</p><p>　　4.2電弧爐車間各跨間工藝布置36</p><p>　　4.2.1原料跨工藝布置36</p><p>　　4.2.2爐子跨工藝布置40</p><p>　　第五章、電弧爐煙氣凈化系統(tǒng)43</p><p>　　5.1電弧爐煙氣凈化系統(tǒng)概述43</p><p>

18、　　5.2煙氣特征44</p><p>　　5.2.1煙氣成分44</p><p>　　5.2.2煙氣溫度44</p><p>　　5.2.3煙氣量44</p><p>　　5.3煙塵特征44</p><p>　　5.3.1煙塵的來源44</p><p>　　5.3.2煙塵成分44

19、</p><p>　　5.3.3煙塵粒度44</p><p>　　5.4煙氣凈化方法的選擇44</p><p>　　5.5煙塵凈化系統(tǒng)的設計44</p><p>　　5.6煙塵凈化系統(tǒng)的主要設備48</p><p>　　5.6.1煙氣收集設備——煙罩48</p><p>　　5.6.2

20、煙氣冷卻設備48</p><p>　　5.6.3煙氣凈化設備48</p><p>　　5.6.4抽氣設備48</p><p><b>　　結 論49</b></p><p>　　參 考 文 獻50</p><p><b>　　致　　謝51</b></p

21、><p><b>　　第一章、文獻綜述</b></p><p>　　電弧爐煉鋼工藝的現狀及發(fā)展趨勢</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　簡史 1888～1892法國埃魯(P．L．T．He’roult)創(chuàng)建工業(yè)電爐，1900～1910年應用于煉鋼，其后電爐容量和單位容量功率不斷擴

22、大，20世紀60年代初，又成功地發(fā)展成高功率、超高功率電爐，單位爐容量的變壓器功率逐步由300～400kV?A加大至700～1000kV?A。加上相關技術的應用，從而大幅度地提高電爐煉鋼的產量和質量，降低了生產成本，20世紀80年代后，直流電弧爐逐步得到推廣采用。</p><p>　　20世紀70年代前，中國的電爐一般都是30t以下的普通功率電爐。80年代開始建設50～。75t普通功率和高功率電爐，同時引進建設了

23、40～150t高功率和超高功率電爐，配備不同型式的爐外精煉設施，煉鋼工藝由傳統(tǒng)的電爐一步煉鋼法轉變?yōu)殡姞t與爐外精煉配合的二步煉鋼法，電爐承擔熔化任務，還原精煉移到爐外精煉裝置中進行。</p><p>　　工藝流程選擇 傳統(tǒng)的電爐煉鋼車間采用電爐一模鑄的生產流程。新建的電爐煉鋼車間普遍采用高功率或超高功率電爐一爐外精煉一連續(xù)鑄鋼(簡稱連鑄)的新流程(圖1)。這種流程的最大特點是電爐主要作為爐料的熔化設備，而精煉任務

24、移至爐外進行，不僅可以提高電爐的生產率，而且也保證了鋼水質量，解決了電爐與連鑄配合上的矛盾，有利于車間全連鑄的實現。電爐煉鋼車間的產品要考慮專業(yè)化生產，盡量避免品種多而全。車間的電爐座數應根據車間產量和品種的要求選用1～2座電爐為宜。</p><p><b>　　電爐鋼比重</b></p><p>　　近年來，世界電爐鋼產量占鋼總產量的比重為32%一35%歐盟電爐鋼的

25、比重已達到50%。由于電力資源不足以及廢鋼資源的短缺，我國電爐鋼所占比重仍較低。從1993年至今，我國電爐鋼生產的發(fā)展可分為3個階段，近幾年我國電爐鋼占鋼總產量比重總體呈下降趨勢。</p><p>　　我國電弧爐座數逐年減少，爐容趨向大型化。據不完全統(tǒng)計，2007年>=50t電弧爐產能約占電爐鋼總產能的83.5%，成為我國電爐鋼生產的主體設備，但是多l(xiāng)oot電弧爐產能占電爐鋼總產能的比例不及45%，與發(fā)達工

26、業(yè)國家仍存在較大差距[2]。因此，新建電弧爐應嚴格按照《鋼鐵產業(yè)發(fā)展政策》規(guī)定，公稱容量不小于70t。</p><p><b>　　生產情況</b></p><p><b>　　1）生產鋼種</b></p><p>　　目前國外150t以上的電弧爐幾乎都用于冶煉普通鋼，許多國家電爐鋼產量的60%一80%均為低碳鋼。而我國受

27、廢鋼和電力資源不足的限制，電弧爐主要用于冶煉高合金鋼、大型鑄鍛件用鋼、不銹鋼等鋼種。隨著技術開發(fā)力度的繼續(xù)加大，我國電爐鋼質量有較大提高，一些企業(yè)成功開發(fā)出氮含量小于等于80*10的(-6)次方鋼種，最低的氮含量可控制在30*10的(-6)次方，達到了轉爐鋼的水平，但目前電弧爐普遍生產轉爐鋼種不具備成本優(yōu)勢[4]。</p><p><b>　　2）爐料結構</b></p>&l

28、t;p>　　我國電弧爐消耗鋼鐵料結構發(fā)生變化，噸鋼廢鋼消耗逐年減少，而噸鋼生鐵消耗逐年增加。為降低生產成本，多數鋼鐵企業(yè)電弧爐煉鋼采用配加高爐鐵水工藝。根據實踐經驗，我國電弧爐煉鋼采用熱裝30%一35%的高爐鐵水效果最佳，也有少數鋼鐵企業(yè)選擇配加40%一50%的熱鐵水。目前國外還有電弧爐配加Corex鐵水的冶煉工藝，與高爐鐵水相比，鐵水質量無明顯優(yōu)勢，但是生產和運行成本較高，進一步推廣還有較大難度。</p><

29、;p><b>　　3）工藝措施</b></p><p>　　目前電弧爐技術開發(fā)主要以提高能量輸人、縮短冶煉周期、提高生產效率為主。隨著國內外電弧爐煉鋼向大型化、超高功率以及計算機自動控制等方向發(fā)展，生產企業(yè)為縮短冶煉周期、提高生產效率、降低電耗，研究了多種冶煉方式，并采用了不同的強化冶煉工藝技術和裝備。近年來出現的主要新型電弧爐有雙殼電弧爐、Consteel電弧爐、帶廢鋼預熱裝置的豎式

30、電弧爐等，甚至出現了雙爐殼、同時帶有電極和氧槍，能根據爐料變化以電弧爐和轉爐兩種工藝操作的</p><p>　　CONARC爐，稱為電轉爐。電弧爐冶煉工藝不斷改進，總體目標是縮短冶煉周期，工藝措施分類總結如下[3]:</p><p>　　(l)提高噸鋼輸人電功率，如超高功率電弧爐、直流電弧爐、高阻抗或變阻抗交流電弧爐;</p><p>　　(2)提高電效率、功率因數

31、，如優(yōu)化電弧爐供電制度和短網結構、采用導電橫臂、長弧操作、吹氨攪拌等;</p><p>　　(3)提供化學熱源，如二次燃燒、氧燃燒嘴、碳-氧噴槍、底吹氧、外加熱鐵水技術等;</p><p>　　(4)提供物理熱源，如廢鋼預熱、加適量的熱鐵水顯熱等;</p><p>　　(5)優(yōu)化工藝，如偏心底出鋼、機械化加料系統(tǒng)和連續(xù)加料方式、快速測溫取樣分析等。</p>

32、;<p>　　短流程電爐煉鋼新技術</p><p><b>　　1）廢鋼預熱[3]</b></p><p>　　目前工為應用較為普遍的新型廢鋼預熱的方式大約有以下三種:</p><p>　　(1)豎爐法。豎爐法是德國?？怂?Fcrh)s公司開發(fā)的技術，該方法產生于20世紀80年代末期，其特點是在爐蓋一側直接裝有廢鋼預熱豎井，使排出

33、爐外的電爐煙氣直接穿過待預熱廢鋼，高溫煙氣與豎井內廢鋼進行充分的熱交換，然后進</p><p>　　入除塵系統(tǒng)。與常規(guī)電爐比較，節(jié)電與節(jié)能效果可達lokow·隊，金屬收得率可增加2%.</p><p>　　(2)雙爐殼法。20世紀60年代，瑞典第一次將雙爐殼電爐用于生產中，即用兩個尺寸完全相同的爐殼，共用一套供電系統(tǒng)，兩個爐子輪流進行裝料、熔化、精煉出鋼操作，近年來在日本、德國也

34、出現采用這種工藝操作的電爐，使電爐煉鋼的非通電時間大大縮短時可達到2一4分鐘(比常規(guī)電爐可縮短10~15分鐘)。雙爐殼電爐的主要特點是縮短冶煉時間，提高生產率(比如單電爐不易掌握，操作難度大，且與后步工序配合困難。此處，還多出一套爐殼的投資費用，占地面積也相應加大，因此建投資增加很多[5].</p><p>　　(3)水平式廢鋼預熱一Cnoestel法水平熱煙道下部的傳送料車連續(xù)地送入爐內，外排的爐內煙氣與廢鋼逆

35、向運動進行熱交換。在水平煙道中的不二次燃燒，出口煙溫度可達到1000℃。這種預熱方式可以最大限度地利用與減少煙氣中的物</p><p>　　理熱與化學熱，同時煙氣中的氧化鐵塵粒同樣可由廢鋼吸附帶回爐內，提高金屬收得率。水平、連續(xù)地預熱廢鋼，預熱后的廢鋼連續(xù)加入爐內，帶來的好處不僅是煙氣余熱利用與減少煙塵排放，而且這種獨特的操作方式對穩(wěn)定供電很有好處。爐內總能保持相當部分的液態(tài)鋼水熔池，這非常有利于電極電弧穩(wěn)定，消

36、除電網閃爍，保持較高的輸入功率[6]。</p><p>　　廢鋼預熱方式可以給電爐冶煉帶來以下幾個好處:</p><p>　　節(jié)約能量;節(jié)約時間;收得率提高;減弱電網閃爍。</p><p>　　2）水冷爐壁和水冷爐頂</p><p>　　現代電爐的平均水冷爐壁面積已達到70%，水冷爐頂面積已達到8%。該技術的采用使電爐的熱損失增加5%~10%

37、，但由于節(jié)省了50%~75%的耐火材料成本和噴補料成本，并使爐頂壽命提高了50%。渣線上部耐火材料的維護作業(yè)被取消，使工人勞動強度大大降低。同時，由于電爐改用長弧操作，冶煉時間縮短5~10min，總體效益顯著[10]。</p><p>　　3）氧一燃燒嘴與爐門碳氧槍</p><p>　　(1)爐煉鋼化學能供應</p><p>　　現代電爐煉鋼化學能輸入有以下途徑:&

38、lt;/p><p><b>　　氧氣;</b></p><p>　　碳粉、煤粉、石油焦等，主要是固體碳顆粒;</p><p>　　天然氣、丙烷等可燃氣體;</p><p>　　輕油、重油等液體燃料。</p><p>　　除氧氣外，其余三種也稱為石化燃料(ofsseliufel)或礦物燃料(而nearl

39、uefl)。通過氧燃燒嘴將這些礦物燃料輸入爐內。輸入化學能的目的是增加輔助能量，但這不僅僅是起一個能量補充的作用，對于電爐煉鋼來說，采用輔助能源輸入還有以下幾個原因:</p><p>　　電能及電極費用的普遍增長，提高了電爐熔化廢鋼等金屬料的成本。</p><p>　　對超高功率電爐來說既存在著電極附近的熱區(qū)，也存在著遠離電極的冷區(qū)，為減少爐內爐料的不均勻性，以氧一燃燒嘴作為輔助能源手段，

40、對冷區(qū)進行熱量補償。</p><p>　　氧一燃燒嘴安裝在水冷爐壁上，與從爐門輸入化學能相比，操作簡單，維護方便。輔助能源輸入以比較少的設備投資，換出縮短熔煉時間，提高生產率，節(jié)電、節(jié)省電極的效果顯著。一般可節(jié)電100/0015%，增加生產率6-0/010%，安裝后-68個月即可回收投資,氧一燃燒嘴安裝是輔助能源輸入方式的一種，另外一種輔助能源輸入方式是爐門碳氧槍。</p><p><

41、;b>　　氧燃燒嘴</b></p><p>　　純氧助燃的優(yōu)越性[8]</p><p>　　使用純氧代替空氣助燃，亦即避免惰性氣體NZ進入燃燒區(qū)。它有兩個優(yōu)點，一是能提高火焰溫度(因為避免了無助燃作用，并且吸熱的氮氣混入);而是能提高燃燒率(即燃料完全燃燒的程度)。從圖3可以看出使用空氣助燃天然氣，火焰溫度可達1800℃，隨著助燃氣體中氧含量的增加，當達到100%純氧時，

42、火焰溫 度可以提高1000度，達2800℃。</p><p>　　圖4煙氣溫度上升對天然氣完全燃燒不利，但使用純氧助燃與使用空氣助燃，二者燃燒率下降幅度不同，使用氧氣助燃時，燃燒率下降幅度小。同是1600℃的煙氣溫度，使用純氧助燃，燃燒率在70%以上，而使用10%過量空氣助燃，天然氣燃燒效率只有20%。因此，現代電爐使用的氧一燃燒嘴全部都是使用純氧助燃。</p><p>　　圖1-3 火焰

43、溫度與助燃物氧氣含量的關系</p><p>　　圖1-4 燃燒率與煙氣溫度的關系</p><p>　　氧一燃燒嘴結構以及在電爐內的布置</p><p>　　依使用燃料種類不同，氧一燃燒嘴結構也會不同，但基本結構還是一致的。最外層一般都是冷卻水保護，使燒嘴免受高溫輻射以及濺渣等侵蝕。里面依次是氧氣和燃料的噴嘴，假如使用液體或粉狀材料，則燃料噴嘴內還要考慮有載氣輸送。燒

44、嘴的大小和多少依據電弧爐容量(也即電爐爐殼尺寸)以及電爐冶煉工藝條件(如廢鋼種類、DRI使用數量、是否有廢鋼預熱或熱裝鐵水等)而定。一般來說，使用廢鋼預熱或有鐵水熱裝的電爐，氧一燃燒嘴的個數與功率都可適當減少小，而使用重型廢鋼或。DRI比例大的電爐，燒嘴配置應適當多些或功率需適當大些。氧-燃燒嘴一般是安裝在電爐水冷壁上，個數3一6只，大部分電弧爐燒嘴在爐壁上安裝的位置先靠近爐內的冷區(qū)(如交流電弧爐，在電極之間共有3個冷區(qū)，ETB底出鋼電

45、爐的留鋼區(qū)域也是冷區(qū))，便于加速廢鋼熔化。較小的電爐可以在爐門上安裝燒嘴，單個燒嘴安裝在一支撐小車上可使燒嘴靈活對準爐內某個區(qū)域，使燒嘴火焰有效地達到爐內冷區(qū)。也有個別的電弧爐，氧一燃燒嘴被設計安裝在爐蓋之上，這對于爐蓋旋轉或平移的操作很不方便，但對于使用大量泡沫渣的電爐，爐蓋燒嘴可以避免爐壁燒嘴出現灌渣現象</p><p><b>　　(3)爐門碳氧槍</b></p><

46、;p>　　為加速爐內廢鋼熔化，傳統(tǒng)電爐操作是采用人工吹氧的辦法，即操作工手持吹氧管從爐門從爐門切割廢鋼，或將吹氧管插入熔池加速廢鋼熔化，并可加速脫碳?，F代電弧爐煉鋼取消人工操作而代之以氧槍機械手，在電爐主控室內遙控吹氧。近年來，由于造泡沫渣的需要，在向爐內吹氧的同時，用另一只噴槍向爐內噴槍向爐內噴入碳粉。</p><p>　　爐門碳氧槍可分為兩大類，一類是水冷碳氧槍，一類是消耗式碳氧槍。碳氧槍系多層無縫鋼管

47、制造，端頭為紫銅噴頭，類似于氧氣頂吹轉爐的水冷氧槍，電爐用水冷碳氧槍是在爐門前(渣門)水平放置，長度比頂吹轉爐所用氧槍短得多。另</p><p>　　外，銅噴頭吹氧口下方放置噴碳粉出口，或另外附加水冷碳粉噴槍。碳粉可用壓縮空氣或氮氣做載氣噴入爐內。</p><p>　　水冷碳氧槍在爐內工作時，水平角度與堅直角度均可調整以便靈活地實現助熔廢鋼與造泡沫渣的功能。</p><

48、p>　　由于噴槍是用套管水冷的，因此，水冷碳氧槍伸入爐內時不可插入鋼水熔池，也不能與爐內廢鋼接觸，否則會影響噴槍的壽命，噴槍浸入鋼水熔池，會發(fā)生爆炸事故。為了保證氧氣流股吹入熔池水冷氧槍噴嘴設計成拉瓦爾式，氣體出口速度超過音速。水冷碳氧槍使用時槍頭距熔池液面距離應在100mm以上。</p><p>　　消耗式氧槍是用機械手驅動的三根外層涂料(AIN)的鋼管鋼水熔池，也可直接用于切割廢鋼助熔，噴槍一邊工作一邊

49、消耗。噴槍機械手由電爐主控室遙控，將噴槍頭部對準爐內需要的位置，水平角度與豎直角度均可調整，且比水冷噴槍在爐內活動范圍大。</p><p>　　兩種碳氧槍各有特點，各有利弊。水冷氧槍一次性投資大些，且操作中不能接觸鋼水與紅熱廢鋼，有一定的局限性，但操作成本低，且操作工無需更換噴管。消耗式氧槍在爐內可更早地開始切割廢鋼，在爐內活動空間大，且不用擔心水冷碳氧槍會發(fā)生的漏水事故，但操作過程中隔一段時間需要接吹氧管，增加

50、一些麻煩。</p><p>　　4）電爐爐底出鋼(留鋼留渣操作)</p><p>　　傳統(tǒng)電弧爐煉鋼一般采用三期冶煉工藝，即熔化期、氧化期、還原期。出鋼時，隨鋼水從出鋼槽流入鋼包的爐渣，對鋼水質量沒什么不利影響。相反，由于還原渣洗的作用，鋼水還會進一步脫硫，夾雜物在某種程度上被還原渣吸收，還原渣對鋼水有一定凈化作用。</p><p>　　現代高功率電爐與爐外精煉技術

51、應用以后，取消初煉爐電爐的還原期操作。電弧爐出鋼前的爐渣是氧化性的。出鋼過程中，假如這種氧化性爐渣流入鋼包，會對爐外精煉效果以及鋼水質量造成不利影響:</p><p>　　(1)降低鋼包精煉渣的脫氧脫硫能力;</p><p>　　(2)降低合金回收率，特別是會增加脫氧用鋁的消耗;</p><p>　　(3)增加對鋼包包襯的侵蝕，特別是渣線部位。</p>

52、<p>　　因此，自20世紀70年代以后，電弧爐無渣出鋼(留鋼留渣操作)技術研究成為現代電弧爐冶煉技術研究的一個熱門課題。</p><p>　　5）ETB出鋼法[13]</p><p>　　1989，蒂森特鋼公司與曼內斯·德馬克冶金技術公司及丹麥特殊鋼廠合作，開發(fā)出世界上第一座偏心爐底出鋼電爐，也叫EBT(EeentrieBottomTapping)電爐。這種電爐吸取

53、了中心爐底出鋼的經驗，把底出鋼口移至爐殼的一個向外突出部份。</p><p>　　偏心爐底出鋼電弧爐的爐殼上半部仍為圓形，下半部帶有突出的圓弧形出鋼箱。傳統(tǒng)的電弧爐出鋼時，一般需要把爐子傾動450左右，才能把鋼水出完。為使鋼水不接觸水冷爐壁，在出鋼槽鍘鋼水面以上400mm這一部分，仍是用耐火材料砌筑的，這是影響爐襯壽命的薄弱環(huán)節(jié)，對超高功率的電爐來講，這個問題更為嚴重。采用偏心爐底出鋼技術后，出鋼時爐子傾動最多僅

54、需150左右，可以避免鋼水與水冷爐壁的接觸。這樣爐襯可以大面積采用水冷爐壁，從而提高爐襯壽命。一般采用偏心爐底出鋼法，可以使電弧爐水冷壁面積從整個面積的70%~80%擴大到80%~90%。偏心爐底出鋼電弧爐爐底設計成淺盤狀，以確保無渣出鋼。ETB電爐出鋼口底部的開啟與關閉機構有兩種形式。</p><p>　　將密封蓋固定在一個空心軸上，軸內通水冷卻，軸安裝在電弧爐搖架下部，用液壓缸或氣缸將軸快速轉動到一定角度，即

55、可實現出鋼口開啟和關閉。此種機構無相對磨擦，應用較多。</p><p>　　以一種類似鋼包底部的滑動水口底板，用液壓缸將底板平移。從而實現鋼口的開啟和關閉。</p><p>　　為確保順利出鋼，在上一爐鋼水出鋼完畢后，出鋼口中要填入引流砂，引流砂是一種含Fe03大約10%(質量分數)的MgO與SiO2混合填料。開啟出鋼口以后，先是引流砂自動流出，然后才是鋼水出來。當鋼水溫度、成分達到出鋼要

56、求時，即可準備出鋼。出鋼過程為:先將鋼包車開到出鋼箱下面;打開出鋼口之前，使爐子向出鋼口側傾斜約5度，形成足夠的靜壓力，防止爐渣從鋼水產生的漩渦中流入鋼包;打開出鋼口蓋板，開始出鋼，出鋼過程中，爐子漸漸地傾斜到12度，以保證出鋼口上面的鋼水深度基本不變。大約排出90%鋼水后，爐子就以3度/s的速度回傾到原位置，以避免或減少漂在剩余鋼水上的爐渣從出鋼口流進鋼包。</p><p>　?。?）SSF豎式電爐RBT出鋼&

57、lt;/p><p>　　SSF電爐出鋼在爐底位置。這種圓形出鋼方式的優(yōu)點是出鋼時爐子傾動角度可以更小，出鋼時間可以控制在3min以內。除此之外，與ETB相比，最大的優(yōu)點是在冶煉熔化期避免偏心留鋼部分的爐內冷區(qū)，防止出鋼時出鋼口區(qū)由凝結冷鋼，再有就是這種出鋼方式也有利于實現出鋼口自動填砂。減輕工人勞動強度。</p><p>　?。?）采用ETB或RTB出鋼的冶煉工藝效果</p>&

58、lt;p>　　采用ETB或RTB出鋼電弧爐冶煉，可以擺脫傳統(tǒng)的“老三期”冶煉工藝，為實現超高(或高)功率電弧爐冶煉咔爐外精煉十連鑄的現代化煉鋼工藝提供良好的冶煉條件。由于實現留鋼、留渣操作、冶煉熔化期電弧穩(wěn)定，熔池形成可提前10~15min，可提前和強化吹氧，同時也改善了鋼水脫磷條件。與傳統(tǒng)的電弧爐相比，底出鋼電弧爐冶煉的生產率及各項技術經濟指標都有明顯的改進，如表2所示。</p><p>　　表1-2傳統(tǒng)

59、電爐和EBT電爐各指標比較</p><p>　　在冶煉工藝方面可以獲得以下幾方面的效果[11]:</p><p>　　A減少出鋼過程溫降。偏心爐底出鋼電弧爐出鋼時，鋼流垂直流下，較為集中呈柱狀，流程縮短，出鋼速度遠高于傳統(tǒng)電弧爐，使出鋼過程鋼液溫度降減少。表3一2是爐容量為50t的偏心爐底出鋼電弧爐出鋼時間和出鋼溫降與普通電弧</p><p>　　爐的比較。對EBT

60、電弧爐，出鋼時間僅為2min，而普通電弧爐需要5min，出鋼時間縮短60%，而出鋼溫降從40.6’C下降到34.8’C。</p><p>　　B.減少出鋼過程下渣量。在熔化、氧化操作結束后，此時的爐渣是氧化性的，如果爐渣進入鋼包，則會增加合金的消耗量，影響鋼水的精煉效果。采用偏心爐底出鋼，可以減少或避免氧化渣進入鋼包。采用EBT工藝使鋼包內渣層厚度由240減少到80rnrn，因而使鋼水回磷少0.004%。這樣采用

61、EBT工藝可不通過鋼包扒渣而生產低磷鋼。</p><p>　　表1-3 出鋼時間和出鋼溫降</p><p>　　C.提高鋼包壽命。采用EBT工藝，出鋼時鋼包底部加入的合金料或新的渣料，可以防止鋼流對包底的沖刷。同時，垂直密實的鋼流，不會沖刷包壁及使鋼包周圍結瘤，這樣可提高鋼包壽命20%~40%。</p><p>　　D.提高生產率。EBT或RBT電弧爐由于在出鋼時爐

62、子傾角小，鋼水不會浸沒水冷爐壁，因此可使水冷爐壁面積加大，從占整個面積70%一80%擴大到80%一90%，從而大大提高爐襯壽命，大面積用水冷爐壁，允許電弧爐采用最大功率供電，每爐鋼熔化時間可縮短3一5min左右，與此同時冶煉電耗也可以得到降低[7]。</p><p>　　我國電爐煉鋼現階段存在的主要問題</p><p><b>　　廢鋼資源現狀</b></p&g

63、t;<p>　　廢鋼資源的短缺：我國工業(yè)化進程短，社會廢鋼資源不足，而且鋼鐵制造過程技術進步使自產廢鋼不斷減少，同時廢鋼進口量也相應下降，所以我國廢鋼資源短缺、價格居高不下[9]。</p><p><b>　　電能電價現狀</b></p><p>　　電能短缺與電價成本：我國電力緊缺，短時期內仍難滿足國內電爐鋼生產用電需求，缺電和限電導致電爐間歇式生產，

64、生產成本更趨升高[14]。</p><p><b>　　有害元素的困擾</b></p><p>　　廢鋼循環(huán)過程中有害元素的富集：廢鋼作為短流程的主要原料，其質量在不斷惡化。一方面隨著廢鋼循環(huán)次數的增加，有害元素不斷富集；另一方面鋼材表面涂層技術和復合材料的廣泛應用使回收的廢鋼帶有 C u 、Z n 、P b 、S n 、M o 、N i 等元素，這會不同程度地對鋼材

65、質量造成影響。大部分短流程沒有實現全線優(yōu)化，生產效率不理想。因此應以循環(huán)經濟的要求來衡量，保證生產順行，減少設備故障和生產事故，合理調度，提高作業(yè)率[14]。</p><p><b>　　環(huán)保問題</b></p><p>　　在節(jié)能環(huán)保方面存在較大差距：由于認識不足、生產管理不善以及缺乏技術和投資等原因，造成大量的能源浪費及環(huán)境污染。</p><p

66、>　　電弧爐短流程發(fā)展趨勢</p><p>　　短流程生產工藝體系的優(yōu)化</p><p>　　電爐短流程煉鋼工藝是集中了當今先進的煉鋼生產技術于一身的先進生產工藝，其關鍵技術將是整體工藝的優(yōu)化設計、物流參數的合理匹配以及總體裝備水平的最佳配置。短流程生產工藝體系的整體優(yōu)化不僅包括了大型電爐及其相關配套技術、精煉技術、近終型連鑄技術等單項的技術優(yōu)化進步，更需要注意建設過程中的生產布局優(yōu)

67、化和生產過程中的生產物流優(yōu)化和工序持續(xù)優(yōu)化。傳統(tǒng)的工程初步設計往往采用類似工程的簡單套用和基于設計者經驗的主觀判斷法，并不能體現全局綜合物流優(yōu)化效果，而采用仿真技術將會成為未來的發(fā)展趨勢，其能夠對多種方案進行分析比較，將復雜動態(tài)的鋼鐵運行過程通過模型得以再現，可定量對多方案進行技術經濟比選，優(yōu)化短流程生產工藝中的時間節(jié)奏和物流流量的匹配銜接，從而發(fā)揮短流程優(yōu)勢，為鋼鐵工業(yè)的資源優(yōu)化、能源優(yōu)化、產品結構優(yōu)化、經濟效益優(yōu)化提供了一條最優(yōu)化的

68、工藝布局和路線。</p><p><b>　　電爐冶煉高效化</b></p><p>　　電爐作為短流程工序的生產核心，其生產的高效化直接影響著該生產流程效益的發(fā)揮。電爐冶煉高效化追求的目標是冶煉周期、通電時間盡可能縮短，冶煉電耗盡量降低。隨著電爐轉爐化的趨勢越來越明顯，電爐的熔化周期成為短流程煉鋼的研究熱點，已有學者以能量平衡為基礎分析了影響電爐熔化周期的因素指出進

69、一步強化電弧爐煉鋼、提高生產率的手段主要在于提高能量供應量和供應強度，表現在技術層面上就是裝備的大型化、更高功率、提高化學能輸入強度以及減少非通電操作時間或輔助操作時間等[15]。</p><p>　　值得一提的是，讓電爐具有高爐連續(xù)生產特征的CRISP連續(xù)電弧爐煉鋼工藝已成功完成中試實驗，以DRI 為原料的CRISP 爐，完全可以實現連續(xù)加料、連續(xù)冶煉和周期出鋼：像高爐煉鐵一樣的連續(xù)煉鋼，該工藝在未來短流程的成

70、果應用將有效提高整個生產流程的生產效率。</p><p>　　低生產成本的過程管理與控制</p><p>　　成本是制約短流程發(fā)展的關鍵因素。在短流程煉鋼工藝中，成本構成包括原料成本、能源成本以及生產管理成本等。未來競爭的勝利者將是那些所有擁有的技術能夠控制成本的廠家，因此任何降低成本的技術均能促進短流程的發(fā)展[16]。</p><p>　　1）減少原料成本的技術：

71、如加強對廢鋼的分類加工和管理。</p><p>　　2）降低能源消耗的技術：展開電爐供電技術優(yōu)化的研究加強爐氣物理熱和化學熱的回收，如采用電爐熱裝海綿鐵以及廢鋼預熱技術以及連續(xù)上料裝置的實現。據報道德國奧蒙德輸送技術有限公司（Aumund fordertechnik公司）開發(fā)出一種新的直接還原鐵輸送系統(tǒng)，可以將熱直接還原鐵密封輸送，該技術的應用可使電能消耗最多降20%，另外，在缺電地區(qū)，可發(fā)展EOF(Energy

72、 Optimizing Furnace)的短流程煉鋼工藝。</p><p><b>　　控制生產成本的技術</b></p><p>　　操作過程的連續(xù)化和自動化，縮短熱停工時間，以及圍繞縮短電爐冶煉周期的新技術和新裝備的研發(fā)，從而起到強化電爐冶煉，降低能耗提高勞動生產率，以使噸鋼能耗、耐材和電極等輔助材料消耗及勞動成本大幅度降低。</p><p&g

73、t;<b>　　節(jié)能環(huán)保</b></p><p>　　實現短流程工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展電爐短流程本就是有利于循環(huán)經濟和環(huán)境保護的生產流程，據統(tǒng)計在滿足國民經濟需求的鋼產量一定時，生產一噸電爐鋼比生產一噸轉爐鋼可以多循環(huán)利用廢鋼500～600公斤，少消耗鐵礦石1.3噸，降低可比能耗265公斤標煤，減少二氧化碳排放1126.3公斤。生產一噸轉爐鋼約排放二氧化碳1.8噸，生產一噸電爐鋼約排放0.6噸，為

74、轉爐鋼的1/3。從節(jié)能環(huán)保、實現電爐短流程可持續(xù)發(fā)展角度，需研究大量關鍵技術，如控制電弧爐冶煉中二惡英產生和排放的技術；以提高能源與資源利用率為目標的多種能源與多種爐料的匹配與優(yōu)化技術；以降低冷卻水能耗與水耗為目標的氣化冷卻技術；以改善氧氣利用率和降低排放為目標的加壓與密封技術；基于先進連續(xù)檢測、成分與溫度預報模型和智能化控制技術的計算機集成制造技術；實現將材料制造、能源生產和廢物處理等功能相結合的綜合管理和控制技術等，讓短流程成為清潔

75、生產、能量和資源循環(huán)利用的典范[17]。</p><p><b>　　電弧爐短流程展望</b></p><p>　　與轉爐長流程相比，電爐短流程在投資、資源（包括土地）、能源（包括鐵礦石、焦煤等）和節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等方面都具有優(yōu)勢。而短流程必須依靠自主創(chuàng)新來支撐電爐煉鋼工藝，以進一步優(yōu)化工藝過程，降低生產成本。隨著世界范圍內低碳經濟的呼聲越來越高以及國家關于節(jié)能環(huán)

76、保等相關政策的實施，短流程的發(fā)展將會主要圍繞原料和能源兩方面展開。因此，能適應原料以及帶入爐內的能量的變化，同時采用全封閉設計，高溫預熱廢鋼以及連續(xù)加料工藝的連續(xù)電弧爐煉鋼工藝在未來發(fā)展中將會比較有潛力。中國鋼鐵行業(yè)的工程公司和研究機構應致力于加大對煉鋼短流程工藝和設備技術方面的研發(fā)力度，形成擁有自主知識產權的、獨創(chuàng)性的相關技術，逐步追上國際同行的步伐，才能在不久的將來煉鋼短流程迅猛發(fā)展的時代占據一席之地。總之，隨著對煉鋼短流程工藝以及

77、各項關鍵技術的深入研究，中國的電爐煉鋼短流程將會有更大的發(fā)展和提升，也會大大促進我國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[17]。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　1.傅杰 柴毅忠 毛新平·中國電爐煉鋼問題·鋼 鐵.2007.42(12).</p><p>　　2.閻立懿 武振廷 芮樹森.中國大型電

78、弧爐發(fā)展概況·特殊鋼.1999.20(4).</p><p>　　3.馬智明 張責磊 韓兆玲·現代電弧爐煉鋼技術綜述·河南冶金1998. 3.(28).</p><p>　　4.倪俊·現代電弧爐煉鋼技術的發(fā)展·.江蘇冶金·2003.31(1).</p><p>　　5.趙激·短流程煉鋼新技術研究&

79、#183;貴州大學2005屆工程碩士究 生學位論文.</p><p>　　6.徐匡迪,洪新.電爐短流程回顧和發(fā)展中的若干問題·中國冶金·2005.15(7).</p><p>　　7.楊寧川 黃其明 何臘梅 游香米 吳 令·煉鋼短流程工藝國內外現狀及發(fā)展趨勢· 鋼 鐵 論 壇.</p><p>　　8．吳建常·電弧

80、爐煉鋼的發(fā)展與技術進步·2009特鋼年會論文集.</p><p>　　9.史曉容 王承寬·我國50~150 t電弧爐煉鋼技術的發(fā)展·.特殊鋼.2003.24(1).</p><p>　　10.朱榮 何春來 劉潤藻　李京社·電弧爐煉鋼裝備技術的發(fā)展·中國冶金.2010.20(4).</p><p>　　11.王彥彪&#

81、183;電爐短流程工藝的設計優(yōu)化·包頭鋼鐵學院學報·1004-9762(1999)Sup-0331-05.</p><p>　　12.李士琦,李偉立,劉仁剛,等·現代電弧爐煉鋼〔M〕·北京:原子能出版社,1995,6-15·</p><p>　　宋嘉鵬,姜桂連·150 t超高功率電弧爐生產高質鋼的工藝技術·煉鋼,2000

82、,16(5):</p><p>　　傅杰. 現代電弧爐冶煉周期綜合控制理論及應用[J]·北京科技大學學報, 2004, 26(6): 588-595.</p><p>　　李士琦,劉潤藻,李峰,等.電弧爐煉鋼技術現狀及發(fā)[J].中國冶金,2004,(2):12215.</p><p>　　金　琳. 未來

83、電爐煉鋼的技術發(fā)展.冶金管理, 2001, (1)</p><p>　　17. 李士琦,郁健,高金濤,等.電弧爐煉鋼的鐵源問題[J].鋼鐵研究學報,2008,20(增刊):109.</p><p>　　18. .王令福. 煉鋼設備及車間設計.（第二版）.電爐部分·冶金工業(yè)出版社，2007.8 .</p><p>　　19. 劉海彬. 100t直流電弧爐煉鋼