电弧炉炼钢技术讲座(终稿).ppt

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1、北京科技大学 冶金与生态工程学院 2008.03.20,电弧炉炼钢技术讲座,目 录,1. 总论 2. 电弧炉炼钢工艺及技术分析 3. 供电 4. 供氧 5. 能量集成 6. 炼钢电弧炉炉型 7. 资源 8. 环境,1 总论,1.1 产量的增长 1.2 过程工业与过程系统 1.3 炼钢生产的高效化和洁净化 1.4 两类钢铁生产流程,世界钢产量增长情况,1.1 产量的增长,世界钢产量预测,我国钢产量增长情况,各国电炉钢产量比例,钢铁生产属于过程工业原料经一系列的单元工序被 加工成合格产品的工业，其中包括能量的转换。 过程系统处理物流或能量流的人造目的系统，即实现物质或能量转换的工业系统。另一种说法

2、可以是：由被加工的物流或能量流经过的诸单元工序所构成的系统称为过程系统，与之相应的是过程工业。,1.2 过程工业与过程系统,系统与环境一起构成更大系统，因此系统的优化取决于更大系统所确定的目标和约束，即资源、产品、市场和环境。,冶金工程系统构成 物质流 能量（流） 信息流 风、水、电、气、汽 财务（资金流）,冶金工程的过程系统特征 过程工业和制造工业 工业：大规模制造、可重复、稳定的进行（不希望变异） 过程工业：Process Industry 化工、石油、冶金、电力、建材、核能等行业。 制造工业：Products Industry 汽车、家电、电子 国民经济中的前几名一般都是过程工业行业。,

3、过程工业 制造工业 （1）原料：自然资源 过程工业的产品 （2）产品：供给制造工业 人类使用、市场 （3）生产过程：连续、半连续 分散、单件 （4）物理、化学变化 机械加工，外形物理变化 （5）放大规模生产Scale-up 生产线 （6）污染重、能耗大、负荷大 环境、负荷轻,过程工业和制造工业的特点,过程系统 过程系统工程定义： 处理物质流/能量流的系统。 过程工业： 原料经过一系列单元工序转化为产品的工业。,现代炼钢技术处于理性发展，氧气转炉炼钢和电弧炉炼钢是两种最主要的炼钢方法，技术进步的共同趋势是高效化和洁净化。,1.3 炼钢生产的高效化和洁净化,高的生产率 高的生产速率 高的能量利用效

4、率,炼钢生产的高效化,高的生产率,生产率指标是单位时间内的产钢量万吨/年、吨/日或吨/时。 实现全连铸、特别是连铸连轧生产流程后，钢铁企业内部结构趋于单通道串联结构，炼钢工序的生产率与炼钢装备的生产率的关系简单化。, 炼钢工序的生产率取决于后步工序的需求 目前 宽带热连轧 200400104t/a 薄板坯连铸连轧 100250104t/a 长型材连轧 50100104t/a 炼钢装备的合理大型化 大型化有利于提高装备水平和技经指标 大型化与生产率之间关系需参考生产速率指标 大型化的合理性应符合物流通量的平衡,生产速率指标是每吨公称炉容量在单位时间内的钢产量万吨/吨位年，吨/吨位日，吨/吨位时。

5、 在当前，炼钢生产是一种间歇式操作或周期性操作，生产速率的特征表现为生产节奏炉次/小时或冶炼周期分钟/炉次，整个炼钢工序应处于相对稳定的节奏中。 生产速率是一种强度指标，更直接地反映出炼钢生产的装备、操作、工艺的综合水平。,高的生产速率, 影响生产速率的因素冶炼周期构成 有效冶炼时间提高冶炼强度 辅助操作时间机械化、自动化 非操作时间作业率，炉衬、维修、管理等 建议的指标是 氧气转炉炼钢：1.5万炉次/年 和 30分钟/炉次 电弧炉炼钢：7000炉次/年 和 60分钟/炉次,目标：建立一座转炉吹炼制，使一座转炉的产量达到传统2座 转炉的生产能力。 冶炼周期2025min，年产炉数15000炉

6、转炉炉龄15000炉,技术措施,100%铁水三脱预处理，铁水P、S0.01% 转炉少渣冶炼，渣量30kg/t 快速吹炼，供O2强度从3.5Nm3/t.min提高到 5.0Nm3/t.min 全自动吹炼，控制喷溅率1% 快速出钢，从终点到出钢结束的时间缩短到5min以内 提高炉龄到15000炉以上 消除补炉操作,转炉高速吹炼工艺技术,电弧炉快速冶炼工艺,目标：供电时间缩短到2025min，冶炼周期45 min，冶炼 电耗（全废钢）350kWh/t，电极消耗1kg/t。,超高功率供电，比功率达到1000kVA/t 强化冶炼，供O2强度达到0.81.0Nm3/t.min, 提高化学能输入比例 废钢预

7、热，平均废钢预热温度600 连续加料，缩短加料时间 提高炉龄，减少补炉时间,技术措施,高的能量利用效率,从某种意义讲，冶炼是一种以能量换取合格钢生产量的过程。 冶炼能耗用于 合格钢水的物理热有用能量380kwh/tsteel 或1368MJ/tsteel 合格钢水与杂质的分离冶炼操作耗能 可利用的余热物理余热和化学余热 热损失 对于电弧炉炼钢，电能利用效率的指标是变压器利用系数：t/kVAd或t/MVAa。国内重点企业原平均指标是1315t/kVAd，相当于5000t/MVAa，而国际水平是1.2104t/MVAa。,吨钢电耗与变压器日利用系数关系,两种原料和能源, 铁水/纯氧气 输入的物理热

8、+化学热远大于合格钢水带走的物理热。故主要的任务在于氧气的供应，同时改善能量的有效利用。 废钢/电能 过程所需的能量依赖于电能只有电弧才能保证足够的能量密度达到3080MW，而一般油氧的功率只有23MW。,炼钢生产的洁净化, 钢质的洁净化（内在洁净化） 钢的洁净化生产（外部洁净化）,洁净钢冶炼,目标：钢水纯净度对大规模生产可达到： S+P+T.O+N+H10010-6 成分控制精度：C（0.01%）; Si、Mn（0.02%）; Ti, V, Nb （0.01%）。 夹杂物：dS 10（），无脆性夹杂物。, 100%铁水“三脱”预处理工艺 低氧冶炼，控制终点钢水O450ppm 挡渣出钢与炉渣改

9、质 洁净钢精炼工艺 钢水保护浇注 电磁制动与大型夹杂控制技术,技术措施,节能与环境保护, 采用脱Si工艺，减少渣量 推广煤气回收工艺技术 开发电炉废钢预热技术 精炼渣炼钢返回利用技术 粉尘回收处理技术,目标： 转炉炼钢工序通过余热利用，工序能耗接近或低于 0kgce/t-steel； 电炉炼钢采用废气预热废钢，节电100kWh/t； 减少炼钢渣量50%； 全部粉尘回收利用。,技术措施,当前主要的两类钢铁生产流程及其单元工序,1.4 两类钢铁生产流程,电炉流程与转炉流程在钢铁循环以及社会中的地位与功能,两种炼钢方法共同点 （1）工序产品合格钢水 （2）工序功能以给定的生产率和节奏提供成分和温 度

10、合格的钢水 （3）工序指标三高两洁净 高 效 化高的生产率、高的生产节奏、高的 能量利用 洁 净 化钢液的洁净化（低的内在污染） 环境的洁净化（低的外部污染） （4）操作要求：精料、稳定、精确 （5）智能控制技术,目标：提高全员劳动生产率50%以上； 提高生产效率10%。, 炼钢过程智能控制技术 全自动转炉吹炼技术 全自动电炉冶炼技术 在线检测技术 生产调度管理计算机控制技术 设备运行在线监控与诊断技术 质量跟踪与产品性能预报技术 能源、动力综合管理计算机控制技术 原料、备件管理计算机控制技术,技术措施,两种炼钢方法不同点, 原料不同是根本 矿石铁水氧气转炉炼钢 废钢电弧炉炼钢 能源 转炉法主

11、要是铁水的物理热和化学热 电炉法主要是电弧的物理热, 主要操作目标 转炉法在给定的时间内完成冶金操作：脱碳、脱磷、脱硫等 电炉法在给定的时间内完成废钢的升温、熔化和过热等 技术进步方向 转炉法强化冶金操作（供氧、复吹），减轻转炉的冶金负荷（炉外处理和铁水预处理） 电炉法强化供能（强化供电和辅助能源），减轻电炉的热负荷（废钢预热、热铁水） 终点控制目标 转炉法成分温度双命中 电炉法温度和成分可分别控制,在吹氧条件下，熔池中各元素 氧化1kg所产生的理论热值,铁水/氧气法的物料衡算,铁水/氧气法的能量衡算,废钢/电能法的物料衡算,废钢/电能法的能量衡算,2 电弧炉炼钢工艺及能量分析,2.1 炼钢电

12、弧炉的构造 2.2 电弧炉炼钢工艺 2.3 能量分析 2.4 电弧炉炼钢技术,2.1 炼钢电弧炉的构造,（1）电弧炉的电气设备 高压电源 隔离开关 断路器 电抗器 电炉变压器：高电压、低电流；大电流、低电压 单位：KVA 、 MVA 单位功率：KVA/t RP(Regular Power)EAF，HP(High Power)EAF，UHP(Ultra High Power)EAF 短网、电极：石墨电极导电性能好、耐高温氧化,（2）电弧炉炉体 炉壳 炉门、出钢槽（口） 炉顶圈、炉盖、电极密封圈 电弧炉炉衬 （3）电弧炉的机械设备 电极夹持器 电极升降装置 炉体倾动和炉盖开启机械,偏心炉底出钢电弧

13、炉炉衬图,2.2电弧炉炼钢工艺,碱性电弧炉氧化法炼钢工艺 氧化法：去除杂质、炉料适应性强 不氧化法：回收废钢中的合金元素，要求炉料好 补炉装料熔化期氧化期还原期出钢 （1）补 炉 （2）装 料 配料生铁、废钢等；装料 （3）熔化期 50时间、电耗6070 任 务：快速熔化炉料、提前造渣脱磷 炉料熔化过程：起弧、穿井、主熔化、熔清,碱性电弧炉氧化法炼钢工艺,熔化期熔化时间(小时) t = (W1Q1 + W2Q2)/ (PC-P1) Q1 熔化单位炉料所需的电能 340 kwh Q2 熔化单位炉渣所需的电能 540 kwh W1、W2 炉料和炉渣的质量 P 变压器功率 P1 单位时间热损失 C功

14、率因数Cos和电效率的乘积，表示变压器 实际的功率输出，一般取0.770.86 缩短熔化期措施： 提高变压器功率水平 强化用氧、提高化学热输入 废钢预热、减少热损失,（4）氧化期 任 务： 继续氧化脱磷 脱碳反应CO 去气、去夹杂 调整熔池温度 脱磷反应： 2P + 5(FeO) = (P2O5) + 5Fe 2P + 5(FeO) + 4(CaO) = (4CaO.P2O5) + 5Fe 脱磷条件：氧化渣（FeO）含量,（5）还原期 任 务： 脱氧 脱硫 合金化、调整熔池温度 脱 氧：加入合金元素与氧的亲和力大于铁与氧的亲 和力，实现钢水脱氧 脱氧方式：沉淀脱氧和扩散脱氧 脱 硫：FeS +

15、 (CaO) = (FeO) + (CaS) 脱硫条件：还原渣(FeO) （6）出钢 温度、成分合格,传统的电弧炉炼钢操作集炉料熔化、精炼和合金化于一炉，包括熔化期、氧化期和还原期，在电弧炉内即要完成熔化、脱磷、脱碳、升温，又要进行脱氧、脱硫、去气、去除夹杂物、合金化以及钢液温度、成分的调整，因而冶炼周期长。这即难以保证对钢材越来越严格的质量要求，又限制了电弧炉生产率的提高。,现代电弧炉炼钢工艺只在电弧炉中保留了熔化、升温和必要的精炼，如脱磷、脱碳，而把其余的精炼过程均移到二次精炼工序中进行。工艺上的这种变化，大大提高了电弧炉设备能力，使其能够以尽可能大的功率进行熔化、升温操作，而把那些只需要

16、较低功率的操作转移到钢包精炼炉内进行。并且越来越完善的精炼技术能进一步满足钢液清洁度和严格的成分、温度控制的要求。,现代电弧炉炼钢工艺的基本指导思想是高效、节能、低消耗和环保。应用于现代电弧炉炼钢的各项技术，如超高功率供电、吹氧和氧燃助熔、水冷炉壁和炉盖、低吹搅拌、长弧泡沫渣操作、无渣出钢、废钢预热等都是在这种思想指导下开发出来的。综合应用这些技术，与计算机控制、管理和炉外精炼相配合，已经使现代电弧炉炼钢达到冶炼周期（出钢出钢时间）小于50min，冶炼电耗低于300Kwh/t，电极消耗低于2.2Kg/t的高水平。,现代电弧炉炼钢工艺,典型60分钟冶炼周期 第一次装料 3 min 第一次料熔化

17、20 min 第二次装料 3 min 第二次料熔化 14 min 精炼 10 min 出钢 3 min 修补炉 7 min 总计 60 min,2.3 能量分析,从能量利用的角度，可以认为电弧炉炼钢（以至整个冶金过程）是以能量换取钢（合格产品）产量，或者是说以功率换取生产速率。理论计算指出：1560 -1570的普通钢液具有热焓约为380kWh/t。,典型炉料结构下的能量状况（以每吨钢液为基准的理论计算结果）,实际的炼钢过程使用的炉料结构，可以认为是上述理想状况的不同搭配。炉料中使用其他含铁原料取代1的冷废钢引起能量收支的变化，理论数值约为： 配加1的冷生铁 冶炼电耗减少1.18kWh/t 配

18、加1的热铁水 冶炼电耗减少4.66kWh/t 配加1的直还铁 冶炼电耗增加1.24kWh/t,电弧炉炼钢技术发展的指导思想 提高生产率和钢水质量、降低成本、扩大冶炼品种、改善环境 电炉炼钢技术发展的条件 废钢积累 流程进步 EAF大型化、超高功率化、工艺合理、竞争力强 钢水成分控制、品种适应性 投资、基建,2.4 电弧炉炼钢技术,（1）电弧炉炼钢大型化、超高功率化 （2）炼钢流程合理化：EAFRFCCM （3）强化用氧、增加辅助能源 （4）原料多样化：DRI，HBI，Fe3C，铁水 改善炉料结构，提高钢水洁净度，降低有害元素的浓度（铅、锡、砷、锑、铋、铜）,电弧炉炼钢新技术,提 高 电 弧 炉

19、 炼 钢 生 产 率 的 技 术 的 进 步,3 供电,3.1 等效电路 3.2 电工学原理 3.3 电抗模型 3.4 电气运行特性 3.5 工作点总表 3.6 供电曲线 3.7 高阻抗电弧炉 3.8 直流炼钢电弧炉,超高功率供电,电弧炉的电气运行理论和操作技术的不断进步：近期采用“高电压、长电弧、高功率系数”的操作制度； 炉衬的热负荷大幅度增加，相应的技术发展有：提高耐材质量、水冷炉壁、泡沫渣等； 二次回路的电流强度大大增加，降低回路阻抗和进一步改善三相平衡成了重要问题； 熔炼工艺的变化：为了充分利用变压器的能力，传统的电弧炉三期操作消亡，电弧炉变成了一台高效的熔化炉； 电弧炉机械结构、自动

20、化系统不断进步，促进了高效、优质、低成本三方面综合发展，如底出钢技术，过程计算机控制； 熔炼周期缩短，物料输送和试样化验等负担大大增加。,电弧炉供电电路,主回路 （进线隔离开关 高压断路器 电抗器 电炉变压器 短网 电弧）,三相交流电弧炉等效电路,（a）三相等效电路图 （b）单线等效电路图,电弧稳定燃烧条件 (1)按电源性质可将电弧分为直流电弧和交流电弧两大类，工业应用的电弧大多数是交流电弧。理想的交流电弧的电压和电流为正弦波形，其电压、电流和极性随时间周期性地改变。为了保证电弧的燃烧，两电极端面之间，应有一定数量的带电质点，并要求有一定强度的电场，也就是应有一定大小的电弧电压。电弧开始燃烧的

21、电压称为起弧电压或燃弧电压。 为了不灭弧，要求电路有一定的感性，使电弧电流和电源电压之间有一相位差，在炼钢情况下，要求的理论值是功率因数cos 0866。 (2)交流电弧的极性在燃烧过程中快速地变化。在熔化期，由于冷钢的存在，电弧不断地从一块炉料跳向另一块炉料，电弧电压和电流波形无规则地剧烈变动。这些情况更导致了电弧在工作条件下的不稳定性。交流电弧在工作中的剧烈变化使得电弧电流和电弧电压的波形严重畸变，产生一系列的高次谐波，降低了供电电网的质量。,电流波形,各次谐波电流占基波百分比,三相交流电路,交流电弧炉三相电弧功率平衡对于冶炼过程极为重要，工程技术要求交流电弧炉炼钢过程的三相不平衡均值小于

22、5。,南钢100t/60MVA高阻抗电弧炉三相不平衡实测结果（468组）,3.2 电工学原理,（a）阻抗三角形 （b）电压三角形 （c）功率三角形,3.3 非线性电抗模型,以实测数据为基础，以电极电流为自变量，工作电抗为因变量，采用曲线y=aexp（b/x）类型的函数形式建立电弧炉任何级电压的工作电抗模型。,150t超高功率电弧炉操作电抗和工作电流的关系图,3.4 电气运行特性,电气运行特性曲线或理论工作特性曲线，系指在无限容量电网的理想情况下，对给定的次级相间电压、线路电阻和电抗所得到的各项功率及重要的运行参数随电极电流变化的曲线图。,电弧炉电气特性曲线,超高功率电弧炉与小电炉电气运行的比较

23、,3.5 工作点总表,工作点总表给出了在每个电压级别下各个工作点处的功率情况和电弧稳定性。制定工作点总表在优化电弧炉供电系统中是承前启后的工作。是研制供电曲线的直接依据。 按两方面指标，对工作点总表予以判别：功率因数是否过高，不能稳定运行；变压器容量或工作电流是否过载，不宜长期使用。从而得到许用工作点总表的评价。,注：表示功率因数过高，电弧不稳定不可用； 表示变压器过载严重，不易长期使用； 表示可以安全、稳定运行。,许用工作点总表的评价,3.6 供电曲线,制定合理供电曲线的工作原则主要是安全、稳定运行，同时兼顾生产节奏许可的范围，即：保证电炉变压器承受的视在功率不过载；电弧稳定高效燃烧，即0.

24、75cos0.86；电压有载切换次数尽可能少。,一篮料典型的供电曲线,3.7 高阻抗电弧炉,为了抑制大型现代电弧炉炼钢对电网产生的冲击，20世纪80年代出现了高阻抗电弧炉技术在主电路中串联电抗器并采用较高的二次侧电压，其优点是电炉工作电流降低1/3左右，相应的二次电路和石墨电极的几何尺寸减小，设备投资和运行中电损失减小，炉子运行对电网冲击减轻。 高阻抗电弧炉技术在主变压器容量为3060MVA范围内收到欢迎。,高阻抗电弧炉主电路,3.8 直流炼钢电弧炉,直流电弧炉构造,交流电弧炉炼钢过程中种种问题源于交流电每秒100次（采用50Hz的电源）通过零点，阴极和阳极频繁互换。显然，直流电弧炉的稳定性要

25、优越得多；此外，直流电穿透熔池并引起熔池强烈搅拌，使熔池传热效率提高；再者，直流电弧的电压、电流、功率的可控性较好等，都是直流电弧炉的明显优点。 直流电弧炉的主要缺点是大型整流装置投资较高；运行中产生的偏弧和谐波对策亦需较多装备；另外，大功率直流电弧炉石墨电极的制造和底电极装备也是重要的技术限制。,DC炉的有效功率,4 供氧,4.1 集束氧气射流特性 4.2 氧枪安装位置 4.3 集束射流的助熔效果 4.4 Cojet喷枪,二十年前，我国电弧炉炼钢的技术水平相对比较落后，大多数电弧炉的公称容量不足30t，对于供氧强度的要求不高，目前我国的电弧炉公称容量已经发展到了150t，那么供氧强度必然会随

26、之提高。 对于公称容量为30t的电炉，假定未兑铁水，原料平均碳含量为0.50，目标碳含量为0.10，用氧时间为40min，那么脱碳速度为0.01/min，所需氧气流量336Nm3/h，供氧强度为0.19 Nm3/mint。 对于公称容量为150t的电炉，假定按原料比例兑30的铁水，原料平均碳含量为1.5，目标碳含量为0.10，用氧时间为25min，那么脱碳速度为0.056/min，所需氧气流量9408Nm3/h，供氧强度为1.05 Nm3/mint。 可以看出，随着电弧炉公称容量大型化的发展趋势，同时要想达到生产高效化、缩短冶炼时间的目的，供氧强度势必随之提高。,4.1 集束氧气射流特性,应用

27、可压缩流体的原理，在氧气超音速射流外部增设伴随流。伴随流对主氧气流股起着“封套”的作用，隔绝了环境气体的影响，使主氧气流股处于类真空状态，形成在一定距离内不衰减（类似于激光）的集束射流。,采用CFX计算软件，在不同流量及压力下，伴随氧对超音速射流的影响规律。模拟结果显示：当超音速氧流量为2500Nm3/h、压力为0.8MPa，伴随氧为500Nm3/h时，射流的有效射程最长。,采用CFX软件模拟伴随流对超音速射流长度的影响,氧气主射流位于喷嘴中央，直接射向熔池； 氧气辅助射流燃烧煤气流包裹主射流，保证主射流的聚合长度； 主射流的流量参数一般选择在8502400Nm3/h； 采用水冷结构保护。,4

28、.2 氧枪安装位置,安装位置主要考虑氧枪安装高度、与熔池的夹角及在炉壁上的布置。 氧枪的安装高度主要考虑氧气的穿透深度及水冷条件，氧气穿透深度的确定主要考虑溶池的深度、垂直穿透深度。,（a）俯视图 （b）单支氧枪侧视图 100t电弧炉炉内的4支氧枪1支碳枪布置图,集束射流在炉内的行为,4.3 集束射流的助熔效果,Cojet喷枪三种操作模式,(1)烧嘴模式 快速加热与熔化废钢 (2)碳氧枪模式 熔清后可转换成氧枪脱碳方式 (3)二次燃烧模式 可独立向熔池上方喷吹二次燃烧氧气,4.4 Cojet喷枪,应用效果,美国伯明翰厂125tAC电炉应用效果： 电耗节省29kwh/t坯 电极消耗下降15%，即

29、节省0.3kg/t 炉盖寿命平均提高150次 钢产量从105t/h提高到117t/h 渣中FeO含量降低，金属收得率提高0.5%，钢中N下降(1015)106。,（1）辅助软件工具,电弧炉炼钢的冶金模型和热模型的理论基础是物质守恒定律、能量守恒定律以及电弧炉炼钢的工艺状况。通过系统分析，将电弧炉炼钢系统所涉及的变量和参数分为三类，工艺变量、输入变量或参数（分为物料输入变量和能量输入参数）和输出变量或参数（分为物料输出变量和能量输出参数）。热模型是在冶金模型的基础上建立起来的，冶金模型共有80个变量，热模型有49个变量。,5 能量集成,根据系统分析理论，建立描述现代电弧炉炼钢过程物料衡算和能量衡

30、算的热化学计量模型。该模型中，共有变量129个，代数式近500个。在此基础上，使用Excel电子数据表建立电弧炉炼钢热化学计量模型的模拟计算用软件，将其命名为M&H EAF。,（2）能量集成,按照冶金操作过程，利用辅助软件工具将供电和供氧输入的能量在电弧炉工位按节电目标进行有效集成。,电弧炉炼钢能量集成技术构成,电 弧 炉 炼 钢 过 程 冶 金 操 作 与 能 量 变 化 状 况,工位级节电集成过程就是依据原材料结构将有关的操作按时间顺序展开，把一次冶金操作定为一个时刻，利用辅助软件工具计算出每一时刻与冶炼终点之间的缺能情况，决定了各元素氧化所需的耗氧量，产生的反应化学热与总能之间的差值由电

31、能来补充，直至达到冶炼终点的要求。,出钢出钢时间内典型的供电和供氧曲线,6 炼钢电弧炉其他炉型,竖炉电弧炉 双炉壳电弧炉 CONSTEEL 智能电弧炉 ECOARC 节能环保电弧炉,竖炉电弧炉,1992年由 Fuchs System 推出，竖炉有一个废钢预热系统，可以是单竖炉或双竖炉，可以是直流或交流的。它用废气的物理热和化学热、以及在竖炉底部的氧-燃烧嘴来加热装在水冷竖炉内的废钢料柱。国内张家港沙钢润忠的90t/65MVA竖炉就是成功的一例。,带指托的竖炉电弧炉操作示意图,多级竖炉电弧炉,连续加料竖炉电弧炉,废钢预热与余热利用,电弧炉炼钢的能量平衡,双炉壳电弧炉,双炉壳电弧炉的结构特点是两个

32、炉壳共用一套电源，其技术特点是将废钢预热与节省非通电时间相结合。,准连续化生产（减少非通电时间 ）,提高EAF生产率的技术措施,Consteel,废钢由传送带通过动态密封送入该系统的预热器，废钢通过预热器，靠炉气的化学能和物理热加热至550600，然后进入熔池，炉内总有一定的剩余钢水，有助于熔化加热的废钢。可用的炉料是：废钢、生铁和热压块、热的和冷的直接还原铁。,Consteel,Consteel,consteel冶炼过程示意图,Consteel,其他方案 （1）,其他方案 （2）,其他方案 （3）,智能电弧炉,神经元,神经网络,智能电弧炉控制特征,智能电弧炉的效果,美国依阿华（Iowa）州的

33、北星（North Star）钢厂与米尔切克（MilltechHOH）公司合作研究用神经网络技术改善电弧炉的电极控制，1991年9月在一台80吨交流电弧炉炼钢生产中投入运行，所取得的成绩是： 生产率提高 1020 % 电极消耗量降低 0.40.6 kg/t 电能消耗减少 1820 kwh/t 年效益 216 万美元,ECOARC炉,ECOARC的操作模式,废钢运送系统的示意图,ECOARC的废气清洁系统,ECOARCEcological Friendly and Economical ARC Furnace的缩写，目的：一是进一步降低电耗，二是减少电弧炉过程对环境的污染。试验炉电耗可低于200k

34、Wh/t，最低达150 kWh/t。,ECOARC 节能环保电弧炉,7 资源,电弧炉炼钢的含铁原料,废钢 冷生铁 直还铁和热压块 热铁水 碳化铁 脱碳粒铁,废钢铁来源,世界粗钢产量和废钢消耗量,欧洲废钢分类系统,直接还原铁 直接还原铁是指铁矿石在低于熔化温度下进行还原得到的海绵状金属铁，通常又称海绵铁、预还原铁，简称直接还原铁（DRIDirect Reduction Iron）。 直接还原过程一般是在回转窑或竖炉内进行，所用还原剂有煤基和气基两类。 根据工艺不同，主要有三类产品：海绵铁；金属化球团；热压块铁（HBIHot Briquetted Iron）,HBI的使用价值,0,100,100%

35、 优质原料,100% 劣质原料,冶炼成本,% 劣质废钢,总成本高,-由于原料成本高,最低冶炼成本,-最优点,总成本高,-由于加工成本高,非经济区,92% Met HBI Improves Yield at Casima,Pellet Based Briquettes (T=96.3),HBI,Fines Based Briquettes (T=98.2),-25 + 6.3mm,-25 + 6.3mm,-6.3mm,-6.3mm,热铁水 铁水具有无Sn 、Pb、 As、 Sb、Bi等有害元素，无Cr、Ni 、Mo 、Cu等残余元素的特点。电炉热装铁水可大大改善电炉冶炼条件，提高钢材质量。兑入铁

36、水后，铁水与炉内的留钢留渣迅速形成溶池，这时，炉壁氧气射流吹入的氧气射流与铁水中的碳、硅、锰等元素快速反应，在炉内冷区放出大量的化学热，使炉内温度和成份均匀，同时铁水的兑入使泡沫渣的形成时间提前，提高了电能的效率。,碳化铁 碳化铁生产过程比较简单，通过气固反应一步生成。化学反应式为： 3Fe2O3+5H2+2CH4=2Fe3C+9H2O,从使用角度看，碳化铁产品稳定、强度好、不易碎、不自燃、不易二次氧化、不粘结、流动性好，且便于运输、贮存、加料。 和高炉炼铁相比：碳化铁生产减少了矿粉破碎、造块、烧结、焦化等过程的投资和环境污染，不依赖日益枯竭的焦煤资源。 同废钢相比：碳化铁价格便宜，杂质元素含

37、量极少，不含硫，供应稳定。 与DRI相比：碳化铁具有DRI的大部分优点，却很少有其他缺点，且价格便宜。,脱碳粒铁 脱碳粒铁生产工艺为高炉出铁时，铁水经高压水淬火，得到不同粒度的生铁（3-10mm），然后将粒化生铁装入回转窑，加热至一定温度，在回转窑旋转过程中通入一定量的混合气体，使粒铁脱碳，得到可供电弧炉炼钢使用的原料。,配料计算方法,确定某炉 基本需要,原料品种、品质 原料来源 原料有害物含量,碳平衡? 加入生铁 架碳 调整供氧率,溶剂添加 合金添加,取得最低 产品成本,废品率-量钢,炼钢产钢率 轧钢成材率,出钢-出钢时间 与热效率 电耗,铁含量 脉式含量,原料成本,N2,装料方法,操作调整

38、,钢种对废钢中残余元素含量的限制,HBI加入量对钢中残余元素的影响,原料中残余元素,DRI：Cu、Sn平均在0.005%以下； 02%、Sn为0.0050.01%； 废钢：Cu平均含量达0.35%以上，是钢中残余有害金属元素的最主要来源。,世界资源情况,8. 环境,1996年美国环保署关于温室效应气体(CO2)排放量的数据 1922 kg/t-steel BOF/LD 642 kg/t-steel EAF（含发电） 转炉流程的排放量大约是电炉流程的4倍,输入物料(1t粗钢),矿石钢铁联合企业 废钢小钢厂 铁矿石 1500kg 炼焦煤 610kg 熔剂 40kg 燃料煤 60kg 合金 10kg

39、 块矿 150kg 热/冷生铁 熔剂 200kg DRI 1130kg 废钢 175kg 废钢 2695kg = 1180kg 水 5m3 (水) 3m3,输出物料(1t粗钢),矿石钢铁联合企业 废钢小钢厂 渣 445kg 渣 148.5kg 粉尘/泥渣 56kg 炉尘/泥渣 19kg/2.5kg 氧化铁皮 16kg 氧化铁皮 16kg 废耐火材料 4kg 废钢材 17kg 废油 0.8kg 废油 0.8kg 其他 54kg 其他 3kg = 575.8kg = 204.3kg,排放物(1t粗钢),矿石钢铁联合企业 废钢小钢厂 废水(ss,油,NH3) 3 m3 固体悬浮物(ss) 1.6 k

40、g 油 150 kg 氨态氮 110 kg 酚,甲基类,氰化物 8 kg CO 28 kg CO 2.5 kg CO2 2.3 t CO2 120 kg SO2 2.2 kg SO2 60 g VOC 0.3 kg NOX 0.5 kg NOX 2.3 kg 颗粒物 16 kg 颗粒物 1.1 kg 其他(金属,H2S) 65 kg,输入能源(1t粗钢),矿石钢铁联合企业 废钢小钢厂 煤 19.2GJ(655.5kgce) 煤/焦0.45GJ(15.4kgce) 蒸汽 5.2GJ(177.5 kgce) 电 3.5GJ(119.5kgce) 电 5.5GJ(188.0kgce) 氧气 0.3G

41、J(10.2kgce) 氧气 0.205GJ(7.0kgce) 天然气0.04GJ(1.4kgce) 天然气1.3GJ(44.4kgce) 电极0.12GJ(4.1kgce) =28.24GJ(964.1kgce) =7.575GJ(258.6kgce),输出能源(1t粗钢),矿石钢铁联合企业 废钢小钢厂 蒸汽 5.2GJ(177.5kgce) 电 3.4GJ(116.1kgce) 煤焦油 0.9GJ(30.7kgce) 苯 0.3GJ(10.2kgce) = 9.8GJ(334.6kgce) 净能耗 BF/BOF是EAF的2.4倍 总能耗 BF/BOF是EAF的3.4倍,2010年钢铁工业能

42、耗值预测,全世界的铁水和粗钢产量与铁钢比,资料来源：RAND, Chinas Continued Economic Progress: Possible Adversities and Obstacles, 5th Annual CRFRAND Conference, Beijing, October 31Novermber 1, 2002。,美国兰德公司对中国不确定因素影响经济增长率的估计 （2005年2015年）单位：,1月24日，总部位于布鲁塞尔的国际钢铁协会(IISI)公布：2007年中国以4.89亿吨再次成为全球第一大粗钢产量生产国。 2007年全球67个主要产钢国家和地区粗钢总产量

43、13.435亿吨，同比增长7.5%，这是连续第五年增速在7%以上。其中，我国产量为4.89亿吨，同比增长15.7%，我国仍为全球第一大粗钢产量生产国；第二为日本，为1.2亿吨；随后是美国的9720万吨；此外还有俄罗斯、印度、韩国、德国、乌克兰、巴西和意大利。,我国粗钢产量不仅全球第一，且产量超过第二到第八的总和，占全球总产量的36.4%，2006年这一比例为33.8%，2005年为31%，2004年为26.2%，呈现逐年递增趋势。值得关注的是，全球粗钢产量增速开始减缓，全球7.5%的增速低于2006年的8.8%，其中，我国增速15.7%也低于2006年的18.8%以及2005年的26.8%。对此，国际钢铁协会发言人NicholasWalters表示，世界最大的钢铁生产国中国2007年下半年的钢铁产量增长较上半年趋缓。中国的钢产量增长仍是健康的。,展望21世纪，炼钢生产技术的发展将出现以下发展趋势： 合理优化工艺流程，形成紧凑式连续化的专 业生产线 实现高效率、快节奏的生产工艺 进一步提高钢水的洁净度 生产及管理实现智能化 降低消耗和污染,炼钢技术的发展趋势,谢 谢,