短流程炼钢技术发展概论Word文档格式.docx

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电炉短流程的发展是第二次世界大战以后钢铁技木的第三个重大变化。

该流程的典型示意图如图1-1所示。

1.1.3当代电炉技木的发展

近20年来电炉炼钢技术迅速发展，主要表现在以下两个方面：

其一，电炉生产技术本身逐步发展完善，以电炉强化冶炼为中心，提高熔池能量输人密度T缩短冶炼周期，先后开发出超髙功率供电、水冷炉壁（盖）、偏心炉底出钢、直流或髙阻抗供电以及导电横臂等先进技术。

其二，现代电炉技木大量借鉴、吸收和融合了各项转炉强化冶炼技术,如炉内氧气-燃料助熔、熔池喷炭增加热源、炉气二次燃烧和废钢在线预热等。

如著名的Danarc电炉是以高阻

抗供电技术与K-ES喷炭、二次燃烧技术结合的产物。

竖炉电炉的开发则借鉴了kV•A和EOF炉等工艺技术经验。

近代电炉炼钢技术的特点是：

（1）冶炼强度提高，冶炼时间缩短。

电炉经过了30年的发展，熔化功率从300kV•AA提高到IOOOkV•A八，冶炼强度提高了2倍以上，冶炼周期从180min缩短到53min，使电炉的生产能力相应提高了3.4倍。

（2）热、电效率提高，能置消耗降低。

由于冶炼时间大幅度缩短，电炉的热效率明显提高（从54,3%提高到71.7%），使电炉冶炼总能耗从700kW·

h/t下降到530kW•h/t，下降了24.3%。

（3）化学能输入比例提高，电耗降低。

在标准状态下，电炉冶炼的氧气消耗从8m3/t增加到40m3/t，化学能的输入比例从5.1%提高到35.8%，而冶炼电耗从630kW•h/t下降到340kW·

h/t。

随着化学能输入比例的提高，电炉的利用系数明显提高，达到I.51t/MV·

A·

h国外电炉近30年生产技术的发展见表I-2。

表1-2国外电炉生产技术的发展

1.2电炉生产技术发展趋势

1.2.1电炉强化冶炼技术

电炉强化冶炼技术是电炉生产技术发展的核心，也是今后电炉技术进步的关键。

分析世界上最先进的电炉技术参数和经济指标，见表1-3，可见电炉强化治炼技术发展趋势有以下特点：

（1）生产高效化。

通过采取扩大炉容，采用超高功率缩短冶炼时间等措施。

目前.世界上最大的直流电炉为日本东京钢铁公司冈山厂200tDC炉，平均出钢量为220t大型现代化电炉的冶炼时间一般少于60min，最短的冶炼周期为Danarc电炉，达到45min。

该电炉的日产炉数平均可达到32炉。

根据德围BWS厂的生产数据计算，电炉的作业率可达到86.7%。

据国际先进指标计算，当代电炉最大生产能力可达到267t/h。

电炉利用系数达到I.78t/MV•A·

h；

单台电炉最大年产量可达到176.8万t/a（即年产8841炉钢）。

表1-390年代世界最先进电炉的技术参数和经济指标

（2）供电直流化。

20世纪90年代，世界上总计建设大型直流电炉80余座，占同期新建电炉总数的70%〜直流电炉的迅速发展充分显示出其技术优点。

电炉供电方式比较见表l-4。

l

分析表1-4，可见：

1）DC电炉的供电效率与超髙功率AC电炉相当，略低于高阻抗AC电炉；

2）DC电炉的热效率高于AC电炉与高阻抗AC电炉；

3）DC电炉的电极消耗明显低于AC电炉；

4）DC电炉和AC电炉相比，减轻了环境污染。

此外，对于发展中国家，由于电网容量小，更适合采用大型直流电炉。

（3）熔炼转炉化。

从能量输入的观点出发，电炉强化冶炼的技术途径为：

表1-4电炉供电方式的比较

1）超髙功率供电，受到耐火材料的限制，输入熔池的电能密度一般不超过IOOOkV·

A/t。

当大于700KV·

A/t时，随着电能密度的提高，电弧热效率降低，电炉利用系数下降。

2）提髙供氧强度，增加化学能的输入比例。

通常采用以下两种方式：

吹氧脱碳，在标准状态下，控制熔池供氧强度小于0.53m/t•min；

燃料助熔，对于容量大小不同的电炉，输入比功率基本相同为0.14MW/t。

3）回收烟气能量:

根据电炉熔池脱碳童的大小，电炉烟气带走的热量每吨钢波动在105〜165kW·

h。

其中烟气的物理热每吨钢约为45〜65kW·

h，烟气的化学潜热每吨铜（CO和H2气）约为60〜IOOkW.h。

可以采用两种途径固收烟气能量：

a废铜预热。

热效率波动在53%（consteel法）〜68%（竖炉法），但同时增加了炉壁水冷件的散热损失5%〜10%。

设备复杂，投资大.

B炉气二次燃烧。

热效率决定于炉气的二次燃烧率（PCR）和二次燃烧的传热效率（HTR）的乘积，可达到60%左右。

（4）操作智能化。

长期以来，电炉依靠调节每根电极的单位阻抗进行控制。

由于电炉熔池内情况复杂，反应剧烈，很难准确预报熔池阻抗&

只能长期沿用电极定位控制的假设对电极进行自适应控制。

因而造成电弧不稳定，三相不平衡，降低了电，热效率。

最近,美国神经网络控制应用工程公司，利用人工神经网络技术，开发出“智能电炉”控制系统。

诙系统具备以下3神基本功能：

1）预报功能：

对基于电炉操作条件分析，提前100〜300ms预报控制误差值，送出控制信号，实行超前补偿,保证电弧稳定。

2）识别功能；

了解三相供电的复杂关系和各种信咢对电极运动的影响，正确识别和选择满足所需条件的输出信号。

3）优化功能:

监视电极的不稳定性，调节电极进行优化补偿。

目前，世界上已经有30多座电炉采用智能控制技术，见表1-5。

采用该项控制技术，冶金效果明显优于普通计算机模型控制&

美国北极星钢厂采用该项控制技术后，每年可获得纯经济效益122.28万美元。

表I-5智能电炉的实际效果

（5）钢水纯净化。

提高钢水的纯净度，进一步改善产品的各项特性，是20世纪90年代国际钢铁生产技术的发展重点。

对于电炉流程也不例外，当代大型超高功率电炉配备各种炉外精炼设施可以生产出纯净度很高的各种钢材

1.2.2现代电炉炼钢技术

世界电炉炼钢技术发展很快，从电炉吹氧助熔到油氧喷枪，从低功率（LP），超高功率（UHP），偏心底出钢（EBT），水冷炉壁（盖），碳氧枪强化冶炼和泡沬渣工艺，二次冶炼，炉底搅拌技术，到20世纪80年代的直流电炉，90年代的双炉壳电炉和竖式电炉。

各种新型电弧炉的开发应用状况见表1-6。

表1-6各种斩型电炉的开发应用状况

通过电炉技术发展，电炉几个主要参数发生了变化：

（1）出钢至出钢时间和电极消耗量从20世纪（30年代的ieOmiri和每吨钢6.Skg，降至90年代的55min和每吨钢1,5〜2.5kg；

（2）电耗从60年代的每吨钢630kW•h，降至90年代的每吨钢300〜35OkW•h；

（3）每年出钢炉数从约2500炉增加到8000炉，双炉壳电炉接近10000炉，

部分新型电炉及技术如下：

（1）竖式电炉。

英国希尔列斯钢厂是世界第一台工业化生产的90t竖式电炉（Fuchs）。

经过多年来的不断完善和改进，在全废钢操作时，电耗可低达264kW•h/t。

第一台竖式电炉的成功，使该项技术逐步被世界各国电炉炼钢界所接受，至今竖式电炉已公认是利用电炉废气热量预热废钢的最实用系统。

德国福克斯公钶的竖式电炉的设计充分考虑了尽可能适应各厂不同的条件：

1）在原料方面，有用全废钢的竖式电炉，有用55%的海绵铁的，也有用35%热铁水的。

2）在竖炉结构上，有带托料机构的，也有让废钢自然落下的。

3）有竖炉旋开式，也有竖炉壳开出式。

4）竖炉供电方面有直流的，也有交流的当采用直流供电时，其底电极结构上，有采用水冷底电极的，也有底电极采用导电耐火材料的。

由于在回收电炉废气热量的技术中，竖式电炉效率最高，近年来世界各国均在大力开发该顼技术。

其中有：

曰本石川邱播重工公司为东京制钢提供的炉容为240t的竖式双电极直流电炉，如图1-2所示。

奥钢联推荐的竖式（Comelt）4电极直流电炉如图I-3所示。

这些新的尝试、设想和概念,说明竖式电炉的技术将成为现代电炉的重要构成部分。

（2）双竖炉电炉。

法国SAM蒙特罗公司于199年投产一座90t双竖炉电炉，配备一台96MV·

A交流变压器;

其最大二次电压900V，设有5个位置的电抗器，装有12个3MW加热能力的烧嘴，直径6.3m的炉子为椭圆形，设计采用6支氧燃烧嘴。

在竖炉出口处利用废气系统的能力，在标准状态下为9-10m3/h，便于炉于区域内的氧气收集。

该双竖炉所用耐火材料为，渣线及水冷板下方的侧壁为镁碳砖，炉底为干式捣打料，在氮气搅拌器上放置一种特殊的多孔材料。

为保证软气泡操作，在标准状态下，采用4mVh氮气进行搅拌，炉龄已达3000炉以上。

（3）双炉壳电炉。

采用双炉壳布置方法的电炉，可以充分利用变压器的能力，提高电炉生产率，同时将电炉的不通电时间降低到最短时间，保证了电炉出钢节奏稳定，易与连铸相匹配，双炉壳布置的电炉有以下类型;

法国SAM钢厂：

90t，双炉壳，交流，带有竖式预热器。

卢森堡ARBED铜厂:

95t，双炉壳，交流，带有竖式预热器。

美国STEELDYNAMICS钢厂150t，双炉壳，交流，供板坯连铸机。

美国NORTHSTAR-BHP钢厂:

165t，双炉壳，交流，带有竖式预热器，供薄板臟铸机。

加拿大DOFESCO钢厂:

150t，双炉壳，交流，用热装铁水技术，供板坯连铸机。

双炉壳电炉的操作特点：

采用一个电源两个炉壳，交替反复地进行预热的熔化方法。

即一个电炉进行熔化，另一个电炉在装入的炉料中开一个垂直孔，把加热器装在炉顶，把燃烧气体导入该垂直孔，对炉料进行预热。

由图1-4看出，双炉壳电炉有A、B两个炉子A炉在通电熔化期间，B炉处于预热状态，电极供电装置5和预热用炉盖2，是两炉共用，采用互相交换的方式，交替反复地进行预热熔化。

采用双炉壳可以使用髙温气体预热以提高预热效率，还可达到如下效果:

1）预热时间35〜50min。

2）平均温度约700℃。

3）预热效率50%。

4）单位电耗降低30%。

5）电极单耗降低15%。

6）耐火材料单位电耗降低15%。

7）熔化时间缩短15%。

8）熔化能力（t/月）提高30%。

（4）康斯迪（consteel）连续炼钢新技术。

该技术由美国莫特尔铜铁技术公司开发。

其主要特点是髙生产率、低耗、低成本，适于新厂建设也可用于老厂改造，既可与交流（AC）电炉也可与直流（DC）电炉配套，完全符合未来对环保的要求。

康斯迪技术与双炉壳、单炉壳电炉生产成本比较见表1-7。

康斯迪技术将来自电炉炉膛的130C℃废气连续预热废钢至400〜600℃，每次出钢时均留下总钢液量的40%〜45%，热废钢进入熔池中被1580〜1590℃的钢液迅速熔化，喷吹氧气和碳粉形成的泡沬渣强化了电弧向熔池的传热，持续不断的碳沸腾促进了钢液中的传热传质和排除气体、夹杂物。

康斯迪炼钼系统的功率利用率达93%，远髙于一般电炉的72%和双炉壳电炉的83%。

当吹氧量在标准状态下为35m3/h时，100tDC炉用康斯迪技术的电耗为340kW.h/t，电极消耗为1.75kg/t。

目前，应用康斯迪炼钢技术的共有7座电炉（含在建2座），即：

美国的夏洛特（1989）、达灵顿（I993）、新泽西（1994）、日本的名古屋（1992）、意大利的美维査（1998）和泰国的可泰（19兆）等。

中国的贵阳钢厂和西宁钢厂也分别使用该技术。

1-3我国电炉生产技术的发展

1.3,130t以上电炉运行状况

按20世纪90年代中期统计，我国投入生产的电炉数量很多（计3380座），能力也较大（约3O4O万t/a），但其中约卯%的电炉是公称容量在30t以下的小炉子（不含30t）。

30t及30t以上的电炉约有K座（能力1300万t/a）,分属U个企业，占全国电炉总数2.13%，占全国生产能力43.16%。

1996年，全国电炉钢产童1893.21万t，30t以上电炉铜产量为546.26万t，占全国电炉钢产量2S.85%。

近10年来，电炉钢产量及占总产量的比例见表1-8。

电炉主要经济指标见表1-9。

表1-8电炉钢产量及占总产置的比例

表1-91995年部分钢铁企业电炉主要技术经济指标

1996年，全国电炉钢平均吨钢电耗607kW·

30t以上电炉72座统计，平均电耗560kW·

1997年，1〜10月平均电耗540kW·

与1996年相比，吨钢平均电耗降低20kW•总节电10320万kW•h。

30t以上电炉的基本情况见表1-10。

正建和待建的大电炉见表1-11。

表1-1130t以上正建与待建电炉统计表（按炉子吨位排序）

江苏省30t以上正常生产的电炉较多，占全国同类炉子总数的四分之一。

江苏30t以上电炉1996年冶炼电耗每吨钢501kW•h。

1997年及1998年上半年，33座30t以上电炉的生产技术指标，按全冶炼工序（电炉冶炼+二次精炼）和每座炉子的产钢量求出的加权平均电耗值见表1-12。

表1-1233座电炉加权平均电耗值

1.3.2大型起离功率电炉的发展

电炉大型化和超高功率化是当代电炉发展的两大特征。

扩大炉容，实现大型化，是电炉提髙生产率的有效手段。

近年来，我国通过成套设备引进,建设了许多大型超髙功率电炉，其中许多为直流电炉。

上海地区引进的大型直流电炉的主要技术经济指标（供货者保证值）标志着我国电炉生产技术的发展走向新阶段。

从国内己投产的部分大型电炉的运行指标分析，尚存在如冶炼时间较长和冶炼电耗较髙等问题，因此，应加以重视以下几方面：

（1）加强引进设备半产技术软件的研究开发，尽怏形成“电炉——精炼炉一连铸”三位一体的生产技术和成套软件管理;

（2）加强引进消化吸收工作和外围配套,使引进设备的生产能力得到充分发挥；

（3）重视电炉强化冶炼各项工艺技术的配套。

使电炉输入功率，氧气、燃料助熔工艺，底吹搅拌和强化供氧技术，二次燃烧等技木充分发挥作用。

随着大型电炉的引进投产，相配套的耐火材料通过国家“八五”、“九五”重点科技攻关项目安排，已基本实现了国产化。

由于耐火材料制品的开发、应用成功，也使许多炼钢新技术的发展和革新成为可能。

20世纪80年代后期，引进的十多座国际先进的超高功率（UHP）电炉，投产时的耐火材料基本都由国外引进。

年消耗约660dt优质碱性耐火材料，耗外汇约700万美元。

通过“八五”耐火材料科技攻关，已实现了耐火材料的国产化，如电炉炉壁耐火材料进口价为3192马克/t（当时[马克折合人民币5元），使用寿命230次。

攻关产品仅为人民币6000元/t，平均寿命309次。

现舞阳钢铁公司90t电炉，抚顺钢厂50t电炉，天津钢管公司150t电炉等，所用耐火材料全部实现国产化，使用效果达到引进材料水平，替代了进口。

由于电炉采用新技术，耐火材料单耗显著降低，如旧式水冷板且未采用炉底出钢的电炉，耐火材料单耗每吨钢12kg；

而采用水冷板及炉底出钢的电炉耐火材料单耗每吨钢仅为5〜6kg。

沙钢90t超高功率竖式电炉，由进口耐火材料，改用苏嘉镁砖公司的镁碳砖，1999年EBT出钢口砖寿命180次，炉壁寿命由1997年平均565次，提髙至750次，镁质喷补料每吨钢消耗0.75kg。

1.3.3依靠技术进步促进了国内电炉生产的发展

例1江阴兴澄钢铁公司三炼分厂，有30t偏心电炉3座（出钢量40t，变压器功率15MV•A），40t钢包精炼炉2座，40t真空脱气炉（VD）I座，弧形方坯连铸机2台。

该公司是国内汽车弹簧扁钢生产基地，部分产品出口。

该公司采取了如下措施：

（1）抓好料源清洁工作，做到入炉料合理搭配，为电炉冶炼创造良好的基础条件。

（2）做好入炉料的配碳工怍，强化用氧降低冶炼电耗。

（3）不断优化完善工艺。

（4）加大品种开发力度，优质钢种已达38个品种，1999年取得了较大进步，其变化见表I-13。

表1-13江阴兴S1999年各项指标变化

例2南钢公苛电炉厂利用电炉炉墙氧枪和氧燃烧嘴实现电炉髙节奏生产，提高了出钢量和出钢炉数、炉数及对设备进行改造，1999年达到电炉生产快速高效。

炉盖、电极同步旋转，使冶炼过程中的辅助时间节约3〜15min，平均每炉节约6min，节约非正常电耗损失IOkW.h/t。

实行铁水热装，降低冶炼电耗,提高钢水原始质量。

铁水比为扣30%〜40%，铁水带入物理热，使电炉冶炼过程提前成渣，缩短废钢熔化时间成为可能。

加之铁水中配比较大董的生铁块，使金属料纯净度大幅度提高，成品钢中的有害残余元素Ni、Xu、As、Zn等降低I/3左右。

I999年2月研制出炉墙固定氧枪。

它与炉门双孔枪一起从炉子的不同部位向熔池供氧，废钢熔化速度提高40%〜60%。

熔清后的化学反应提高20%〜50%。

在实践中，将炉墙氧枪和炉H氧枪供氧强度分幵控制，炉内反应速度则更易于控制，炉内冷区滞后熔化现象减少50%以上。

而炉墙氧枪在熔清后的气压调节能力，使其化渣能力充分发挥，促进了石灰成渣，加之炉门氧枪的作用，熔清前后的泡沫渣埋弧效果显著增强。

EBT氧枪研制成功使用，解决了EBT废钢熔化滞后难题，在EBT区域，把氧-燃烧嘴和炉墙（EBT）、炉门氧枪结合使用，以期达到缩短冶炼时间2〜5min，降低电耗20〜30kW·

h/t。

例3沙钢是以电炉炼钢为主体的新兴冶金企业，通过技术改造增加效益。

I999年，沙钢对永新、润忠电炉实施热装铁水工程改造，90tLF炉由单工位改成双工位。

电炉兑30%的铁水，90t电炉除兑铁水30%的同时增设海绵铁加料系统，向电炉添加I5%〜20%的海绵铁成铁钢比达到50%左右，为实现铁水热装，专门新建2座380m3髙炉及相关工程，极大地提高了钢水的纯净度。

沙钢90t竖炉生产线是亚洲第一台短流程生产线，配有超音速碳氧枪和炉底吹氩搅拌系统，可以对粗炼钢水充分地进行去气去杂。

后面配有LF精炼炉和小方坯高质量的连铸机进行增流改造。

7StUHP电炉由槽式出钢改成偏心底出钢，并配LF精炼炉，导电横臂改成整体式。

20t电炉3座，改为偏心炉底出钢，配LF炉。

从技术改造体现的经济效益十分显著，见表1-14。

表1-14产置与电极、电耗的变化

1.4电炉冶炼相关技术

直接还原和衷钢预热技术是当代世界钢铁工业的两大前沿技术，是对传统钢铁冶炼工艺的重大技术革命。

1.4.1直接还原技术

近10年来，美、德、日、澳大利亚以及东南亚、中国等相继开发出直接还原法约三十余种。

按生产工艺可分一段法、二段法、三段法以及电热法等。

按铁矿石用还原剂可分为“气基法”、“煤基法”两类，两种方法简介如下。

气基法：

气体作还原剂的直接还原工艺。

该方法当前在世界上占主导地位。

气基法易于控制，反应后利用率高f能耗低，产品清洁，含硫量低，含碳量较高为1%〜2%，符合炼钢的要求，并且里机生产能力大，可达0.60Mt/a。

其生产能力和实际产量均占直接还原铁总能力和总产量的92%。

“煤基法”：

固体煤作还原剂的直接还原工艺。

煤基法较难控制，反应后利用率低，能耗高，产品中含有少量煤灰和残焦，含碳低为0.2%左右，含硫稍高为0.02%左右，单机生产能力低，劳动条件和环保条件不如气基法。

1994年，世界直接还原各类方法的生产能力为36.4Mt，其中气基法占9I.S%，煤基法占8.2%，气基法1997年占总产量的91.6%，各国直接还原铁产量见表1-1S。

1.4.I,1直接生产洁淨铜的工艺

直接还原技术是直接生产洁净钢的工艺。

铁矿石经直接还原法中的熔融工艺处理得到——还原铁（DRT）。

直接还原技术具有生产成本低为10%〜25%，原料选用灵活性大，环境污染小，应变能力强等优点9近10年来世界直接还原铁产董稳步增长，约19.65Mt，平均每年增长1.765倍。

近两年世界各国（或地区）直接还原铁产量及增减率见表1-16。

国内外部分直接还原技术的特点介绍如下：

（I）DIOS法，如图1-5所示.

表1-15年世界各国（成地区）直接还原铁产置及增减率

表1-16直接还原铁生产地区及其分布（单位/万t）

曰本DKJS法采用二步法，生产流程主要包括预还原炉（流化床）、熔融还原炉（铁浴）和加煤重整还原废气的设备,其优点如下：

1）官接使用煤粉；

2）铁浴炉易于启动或停止操作；

3）设备投资少（与新建高炉、烧结炉、焦炉相比）；

4）降低铁水生产成本（比髙炉法低10%）；

5）减少CO2气体的发生量（比髙炉法低5%〜10%）。

铁浴式熔融还原炉使用的优质耐火材料品种有MgO-C砖，Al3O3-C砖以及MgO-Cr2O3砖等。

（2）C0REX法，如图I-6所示。

南非COREX炉分成两个容器。

上部为预还原竖炉，其功能是将顶部装入的块状矿石、烧结矿或球团矿还原成金属化率90%〜93%的海绵铁。

炉内髙温区温度800〜900℃，—般耐火材料可满足要求，

下部为熔融氧化炉，其功能是将海绵铁和剩余未金属化的矿石熔化，形成液态渣、脱硫，冶炼出炼钢所需的铁水，同时供应上部还原炉所需的煤气，其煤气成分为CO含量75%，H2含量25%，CO2极少量，温度为1000〜1100℃；

所用耐火材料品神一般为优质莫来石砖、Sialcm结合的SiC砖、Sialon结合的Al2O3砖，以及不同类型的碳砖等。

（3）HISMELT法，澳大利亚HKMELT的工艺流程，主要包括流态化预还原炉和铁浴终还原炉。

后者不用氧气，而用高热空气；

煤进入熔融还原炉的位置不在上方，在炉的中部，该炉中的气体直接进入预还原炉，不经集尘器，铁矿粉在喷入卧式熔炼还原池前，在循环流化床内进行预热和预还原该法工艺简单、成本低，有如下特点:

1）广泛使用各种略经加工的铁矿粉作原料；

2）可用各种煤；

3）与髙效高炉有同等的节能效果；

4）操作简单灵活，利用率髙；

5）能满足未来对污染物排放控制的要求。

⑷ROMELT法。

俄罗斯称ROM