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电炉炼钢基础1

1 电炉炼钢技术与电炉冶炼钢种1

1.1 电炉炼钢技术的发展1

1.2 中国大型电炉炼钢技术的发展概况2

1.3 电炉冶炼钢种基础4

1.3.1 钢与生铁的区别5

1.3.2 钢的分类5

1.3.3 钢的编号7

2 电炉炼钢过程中的物理化学基础与钢渣性质10

2.1 炼钢过程中的物理化学基础知识10

2.1.1 热力学基础10

2.1.2 化学反应速度的概念15

2.1.3 化学平衡16

2.1.4 溶液17

2.2 金属熔体的物理性质20

2.2.1 元素在铁液中的溶解20

2.2.2 扩散系数22

2.2.3 钢的熔点22

2.2.4 钢液的黏度24

2.2.5 钢液的表面张力25

2.2.6 钢液的密度27

2.2.7 钢液的热导率28

2.2.8 金属熔体的吸气特性29

2.3 炉渣熔体的物理化学性质32

2.3.1 炼钢炉渣概述32

2.3.2 熔渣结构理论模型33

2.3.3 熔渣的物理性质35

2.3.4 炉渣的化学性质42

3 电炉炼钢过程中的基本反应49

3.1 熔化、氧化过程金属元素的氧化反应49

3.1.1 铁的氧化49

3.1.2 硅的氧化51

3.1.3 锰的氧化52

3.1.4 铬的氧化及铬与碳的选择氧化53

3.1.5 钒、铌的氧化56

3.1.6 钨、钼、镍、钴、铜等元素的氧化56

3.2 硫的氧化和脱硫反应57

3.2.1 硫的氧化57

3.2.2 气化脱硫57

3.2.3 电炉炼钢的还原性脱硫58

3.2.4 电炉生产线的特殊脱硫方法61

3.3 磷的氧化和脱磷反应68

3.3.1 脱磷反应机理68

3.3.2 还原脱磷70

3.3.3 炉渣组成对脱磷的影响70

3.3.4 生产中影响脱磷反应的因素72

3.3.5 不锈钢的脱磷73

3.4 碳的氧化和脱碳反应76

3.4.1 碳氧反应热力学76

3.4.2 碳氧反应动力学79

3.4.3 电炉冶炼过程中的脱碳反应81

3.5 出钢过程钢液的脱氧反应83

3.5.1 脱氧反应热力学83

3.5.2 脱氧反应动力学86

3.5.3 单一元素脱氧反应87

3.5.4 复合脱氧反应90

3.5.5 扩散脱氧过程中的还原反应93

3.6 电炉冶炼过程中熔池终点碳的控制95

4 电炉热工基础和电炉设备96

4.1 电炉热工基础96

4.2 电弧结构和起弧原理97

4.3 冶炼过程的能量供给与热交换98

4.3.1 电炉炼钢过程中的能量供给制度98

4.3.2 冶炼过程中的热交换100

4.4 电炉炉型101

4.4.1 直流电炉和交流电炉的分析对比101

4.4.2 直流电炉底电极104

4.5 电炉本体结构106

4.5.1 炉缸107

4.5.2 炉膛107

4.5.3 电极位置107

4.5.4 炉顶拱度108

4.5.5 炉墙与炉门108

4.5.6 炉衬108

4.6 电炉机械设备109

4.6.1 电极夹持器109

4.6.2 电极升降机构111

4.6.3 炉体倾动机构111

4.6.4 炉盖旋出或开出机构112

4.6.5 废钢预热装置112

4.6.6 水冷装置113

4.6.7 偏心炉底出钢机构113

4.6.8 除尘系统113

4.6.9 底吹系统114

4.7 电炉主要电气设备114

4.7.1 变压器115

4.7.2 隔离开关116

4.7.3 短路器117

4.7.4 电抗器117

4.7.5 电极升降调节器117

4.7.6 短网118

4.7.7 电磁搅拌器118

4.7.8 整流装置119

4.7.9 功率补偿装置119

4.8 基本电参数和电热特性的计算120

4.9 电气设备的维护和相关常识121

4.9.1 供电曲线的制定121

4.9.2 变压器的正常使用122

5 电炉炼钢流程和传统电炉基本操作工艺123

5.1 传统电炉炼钢的特点123

5.2 传统电炉炼钢工艺流程配置124

5.3 传统电炉三期冶炼工艺和基本操作125

5.3.1 配料要求125

5.3.2 出钢口的堵塞操作128

5.3.3 加料和布料原则128

5.3.4 熔化期操作129

5.3.5 氧化期操作132

5.3.6 还原期操作137

5.3.7 出钢操作145

5.4 传统电炉渣线与炉门的维护145

5.4.1 渣线部位的维护146

5.4.2 炉门损坏的修补146

5.5 传统电炉的技术改造146

现代电炉炼钢操作149

6 现代电炉炼钢的特点与基本工艺操作149

6.1 现代超高功率电炉炼钢的特点149

6.1.1 超高功率电炉炼钢的优势149

6.1.2 超高功率电炉炼钢生产线的主要特点150

6.2 现代电炉炼钢先进技术151

6.2.1 废钢预热技术151

6.2.2 强化用氧技术155

6.2.3 电炉底吹气技术156

6.2.4 密封罩技术和高效除尘技术157

6.3 现代电炉炼钢的基本工艺操作过程157

6.3.1 工艺准备157

6.3.2 进料操作161

6.3.3 冶炼操作161

6.3.4 出钢操作162

6.3.5 现代电炉炼钢操作实例162

6.4 直流电炉冶炼工艺操作要点165

6.4.1 直流电炉的冶炼启动165

6.4.2 直流电炉冶炼对留钢的要求165

6.4.3 直流电炉对渣料加入的要求165

6.4.4 直流电炉不导电事故的典型处理165

7 现代电炉炼钢用废钢铁料167

7.1 直接还原铁167

7.1.1 直接还原铁的理化指标167

7.1.2 电炉炼钢对直接还原铁的性能要求168

7.1.3 直接还原铁的加入方式168

7.1.4 直接还原铁配加铁水冶炼的操作要点分析169

7.1.5 直接还原铁配加生铁冶炼的操作要点分析170

7.1.6 使用直接还原铁后金属收得率的基本分析方法170

7.1.7 直接还原铁的使用效果171

7.2 冷生铁172

7.2.1 加入冷生铁的电炉冶炼特点172

7.2.2 高比例配加冷生铁冶炼操作的关键技术173

7.3 碳化铁176

7.3.1 碳化铁的加入方式176

7.3.2 碳化铁的加入量或喷吹量的控制177

7.3.3 电炉炼钢用碳化铁的冶金效果177

7.4 脱碳粒铁和Corex铁178

7.4.1 脱碳粒铁178

7.4.2 Corex铁179

7.5 热装铁水技术179

7.5.1 热装铁水的优缺点179

7.5.2 热装铁水的方式181

7.5.3 热装铁水的时间控制183

7.5.4 热装铁水对渣料的要求184

7.5.5 热装铁水对冶炼电耗的影响184

7.5.6 提高热装铁水比例的主要方法185

7.6 废钢188

7.6.1 对于废钢质量的要求188

7.6.2 对于废钢尺寸的要求191

7.6.3 一些特殊废钢的消化和处理方法191

7.6.4 料篮配料操作193

7.7 现代电炉冶炼加料操作的主要注意事项194

7.8 原料原因引起电炉炉门下钢水的应对措施195

8 现代电炉冶炼的泡沫渣控制技术197

8.1 石灰的溶解机理197

8.1.1 石灰的溶解过程197

8.1.2 影响石灰溶解的因素198

8.2 现代电炉炼钢对熔渣的要求与泡沫渣的功能199

8.3 泡沫渣原理200

8.4 衡量泡沫渣的指标202

8.5 影响泡沫渣质量的因素203

8.5.1 碱度对泡沫渣质量的影响203

8.5.2 渣中氧化铁含量与泡沫渣质量的关系204

8.5.3 渣中氧化镁含量对泡沫渣质量的影响204

8.5.4 吹氧量对泡沫渣质量的影响205

8.5.5 温度对泡沫渣质量的影响205

8.5.6 喷吹炭粉对泡沫渣质量的影响205

8.6 自耗式氧枪吹炼条件下的泡沫渣操作205

8.6.1 配碳量较低的全废钢冶炼206

8.6.2 配碳量较大的全废钢冶炼206

8.6.3 热装铁水的泡沫渣操作207

8.6.4 自耗式氧枪吹炼时炉渣乳化现象出现以后的消除207

8.6.5 碳高脱碳时的泡沫渣操作208

8.7 超声速氧枪控制下的泡沫渣实用技术208

8.7.1 超声速氧枪吹炼条件下泡沫渣控制的特点208

8.7.2 全废钢冶炼时泡沫渣的控制209

8.7.3 热装铁水冶炼时泡沫渣的控制210

8.7.4 超声速氧枪吹炼条件下炉渣乳化以后的操作211

8.7.5 渣中氧化铁过高引起的相间起弧211

8.8 超声速集束氧枪吹炼条件下的泡沫渣控制212

8.9 不同类型泡沫渣的冶炼效果分析213

8.9.1 理想的泡沫渣213

8.9.2 低碱度泡沫渣213

8.9.3 高氧化铁含量的泡沫渣214

8.9.4 高氧化镁含量的泡沫渣214

8.9.5 泡沫渣乳化以后的冶炼效果214

8.10 破碎镁炭砖、氧化铁皮、电炉除尘灰、泡沫渣改进剂在泡沫渣工艺中的应用215

8.10.1 破碎镁炭砖在泡沫渣操作中的应用215

8.10.2 氧化铁皮在泡沫渣操作中的应用216

8.10.3 电炉除尘灰在泡沫渣操作中的应用216

8.10.4 泡沫渣改进剂的使用217

9 现代电炉用氧技术和辅助燃烧技术218

9.1 现代电炉用氧技术218

9.1.1 炉门自耗式氧枪及其操作218

9.1.2 水冷超声速氧枪及其操作220

9.1.3 超声速集束射流氧枪及其操作223

9.2 辅助能源输入技术228

9.2.1 烧嘴的用途228

9.2.2 烧嘴的结构229

9.2.3 烧嘴的布置231

9.2.4 烧嘴使用实例232

9.2.5 烧嘴使用中出现的问题及其解决方法235

9.2.6 炉壁氧燃烧嘴自动控制实例236

9.3 二次燃烧技术239

9.3.1 二次燃烧技术概述239

9.3.2 二次燃烧喷枪的布置240

9.3.3 二次燃烧喷枪的使用240

9.3.4 二次燃烧技术的操作工艺要点241

9.4 超声速集束氧枪使用实例241

9.4.1 电炉工艺技术参数241

9.4.2 多功能氧枪的主要结构及规格242

9.4.3 多功能氧枪的基本设定点及常用设定点菜单244

9.5 电炉用氧安全基础248

9.5.1 氧气的特性与氧气安全常识248

9.5.2 超声速集束氧枪使用和维护的安全事项249

9.5.3 焦炉煤气管线的安全事项250

9.5.4 超声速集束氧枪的启动条件250

9.5.5 超声速集束氧枪使用中的注意事项250

9.5.6 氧枪使用过程中的注意事项251

9.5.7 阀站的维护251

9.5.8 水冷铜块及水冷燃烧室的维护251

10 现代电炉冶炼过程脱碳留碳操作技术253

10.1 脱碳反应的作用和配碳量的确定253

10.2 配碳方式分析254

10.3 工艺条件对脱碳反应的影响255

10.3.1 熔池成分对脱碳反应速度的影响255

10.3.2 温度对脱碳速度的影响256

10.3.3 炉渣性质对脱碳反应的影响256

10.3.4 吹炼方式对脱碳反应的影响256

10.3.5 供氧压力对脱碳的影响257

10.3.6 复合吹炼对脱碳的影响257

10.4 现代电炉生产中提高脱碳速度的方法258

10.5 脱碳过程中大沸腾现象的原因和预防259

10.5.1 自耗式炭氧枪和超声速氧枪脱碳过程中大沸腾现象的原因和预防259

10.5.2 超声速集束氧枪吹炼时大沸腾事故的预防261

10.6 冶炼过程中碳高的原因和常见处理方法262

10.6.1 出现碳高现象的基本特征262

10.6.2 硅含量较高引起的碳高和处理方法263

10.6.3 锰含量过高引起的碳高264

10.6.4 炉渣乳化后引起的碳高265

10.6.5 熔池尺寸变化引起的脱碳反应受抑制265

10.7 现代电炉冶炼过程的留碳操作技术265

10.7.1 冶炼中高碳钢的留碳操作266

10.7.2 冶炼低碳钢的留碳操作269

10.8 超声速集束氧枪和炉门自耗式氧枪吹炼条件下的留碳操作271

10.8.1 工艺技术参数271

10.8.2 留碳操作的关键技术271

10.8.3 留碳冶炼的操作步骤274

10.8.4 实践结果275

10.9 喷炭系统自动控制实例276

10.9.1 参数设定277

10.9.2 各阀之间动作逻辑关系277

10.9.3 就地操作箱操作说明278

10.9.4 主控室电脑上人机界面的操作说明280

11 现代电炉冶炼过程脱除有害杂质操作技术281

11.1 脱磷操作技术281

11.1.1 磷在钢中的作用281

11.1.2 电炉冶炼过程的脱磷281

11.1.3 影响脱磷进行的因素282

11.1.4 提高电炉脱磷操作的主要方法285

11.1.5 超声速氧枪吹炼条件下的脱磷285

11.1.6 磷高以后的特征和处理287

11.1.7 钢液的回磷及其预防289

11.2 脱硫分析和操作要点290

11.2.1 硫在钢中的作用290

11.2.2 电炉冶炼过程的脱硫290

11.2.3 冶炼合金钢出钢过程的脱硫操作291

11.2.4 冶炼低碳铝镇静钢的脱硫操作292

11.3 脱氮分析和操作要点293

11.3.1 氮在钢中的作用293

11.3.2 钢中氮的来源和存在形式294

11.3.3 电炉冶炼过程的脱氮294

11.3.4 生产较高氮含量钢种的操作295

11.4 脱氢操作要点296

11.5 脱铅、脱锌分析296

12 现代电炉出钢技术298

12.1 留钢留渣分析与操作298

12.1.1 留钢留渣的意义和作用298

12.1.2 留钢留渣的负面影响299

12.1.3 合理留钢量的确定299

12.1.4 实现留钢留渣的操作方法300

12.1.5 全废钢冶炼时留钢留渣操作的关键环节技术300

12.1.6 热装铁水的留钢留渣操作301

12.2 偏心炉底出钢技术——EBT技术302

12.2.1 EBT技术简介302

12.2.2 EBT出钢的关键操作和控制303

12.2.3 EBT常见事故及其处理304

12.2.4 EBT出钢口的修补和更换307

12.2.5 EBT出钢的操作308

12.2.6 EBT典型事故案例309

12.2.7 EBT填料操作312

13 现代电炉炼钢过程中热平衡与物料平衡的应用314

13.1 电炉炼钢过程中的基础计算314

13.1.1 氧耗的计算314

13.1.2 渣量的确定和计算315

13.1.3 消化高硅铁水时候的计算316

13.2 现代电炉炼钢的一些基本数据的应用318

13.2.1 70t直流电炉热平衡的分析与应用319

13.2.2 110t交流电炉的热平衡和物料平衡的计算与实践321

13.3 送电升温的控制基本方法324

14 现代电炉炼钢过程缩短冶炼周期与控制冶炼成本的操作326

14.1 现代电炉炼钢缩短冶炼周期的关键操作326

14.1.1 优化装入量326

14.1.2 增加辅助能源的输入327

14.1.3 热装铁水比例的控制327

14.1.4 废钢预热328

14.1.5 减少辅助时间328

14.1.6 冶炼操作中关键环节的控制329

14.2 现代电炉炼钢控制冶炼成本的操作331

14.2.1 降低废钢铁料消耗的操作控制332

14.2.2 降低电极消耗的操作控制333

14.2.3 避免下渣的操作控制337

14.2.4 合理降低合金消耗的途径338

15 现代电炉炼钢用耐火材料和炉衬长寿技术339

15.1 耐火材料的分类339

15.2 电炉耐火材料的主要性能指标340

15.3 炉衬损耗机理341

15.3.1 炉底捣打料的使用和损耗机理341

15.3.2 炉衬镁炭砖烘烤时发生的主要化学反应342

15.3.3 炉衬正常使用时的侵蚀与保护措施343

15.4 炉衬的修砌与烘烤344

15.4.1 一座90～130t超高功率交流电炉的砌筑方案344

15.4.2 一座60～100t超高功率直流电炉的砌筑346

15.4.3 炉衬烘烤工艺的基本思路349

15.4.4 一座100～120t电炉新炉第一炉冶炼操作的技术要点349

15.4.5 一座70～90t直流电炉新炉开炉的操作350

15.5 炉衬的日常维护351

15.5.1 电炉炉衬维护的重点部位351

15.5.2 炉坡、炉底及底电极的维护351

15.5.3 冶炼期间炉衬的安全预防手段352

15.5.4 渣线的维护352

15.5.5 炉门区的维护353

15.5.6 电炉小炉盖的准备与更换353

15.6 炉衬长寿技术353

16 现代电炉冶炼过程的安全生产357

16.1 现代电炉生产过程中的安全生产注意事项357

16.1.1 加料安全生产注意事项357

16.1.2 主控室安全生产注意事项357

16.1.3 测温取样安全生产注意事项358

16.1.4 出钢安全生产注意事项358

16.1.5 EBT填料安全生产注意事项359

16.1.6 更换放长电极安全生产注意事项359

16.1.7 炉门炭氧枪机械手安全生产注意事项359

16.1.8 直流电炉底电极安全生产注意事项360

16.1.9 氧燃烧嘴安全生产注意事项361

16.1.10 冶炼过程中危险区域的安全生产注意事项361

16.2 煤气使用期间突发事故的处理362

16.2.1 工作区域内CO含量与允许作业时间的规定362

16.2.2 发生煤气突发事故的处理362

16.2.3 煤气泄漏、着火事故的处理362

16.3 氧燃烧嘴点火安全试车方案363

16.3.1 点火前的准备363

16.3.2 点火注意事项363

16.3.3 点火程序364

16.3.4 关闭烧嘴364

16.4 电炉恶性事故的预防与处理364

16.4.1 电炉恶性大沸腾事故364

16.4.2 电炉穿炉事故365

16.4.3 电炉出钢口滑板烧穿事故367

16.4.4 钢包包壁烧穿事故368

16.4.5 电炉炉壁、炉盖漏水爆炸事故368

16.5 典型安全事故案例370

16.5.1 出钢漏水爆炸事故370

16.5.2 冶炼过程中的电击事故370

16.5.3 炭氧枪操作事故370

16.5.4 电炉出钢事故370

16.5.5 电炉出钢时钢水沸腾事故371

16.5.6 自耗式炭氧枪起弧烧坏事故371

16.5.7 一批料熔化期大沸腾事故371

16.5.8 煤气中毒事故372

思考题373

参考文献380