偏心底出鋼(EBT)電弧爐(EAF)冶煉工藝.doc

1前言 傳統(tǒng)電爐煉鋼“老三期”工藝操作:裝料熔化、氧化扒渣、造渣還原、帶渣出鋼，帶入鋼包中的是還原性爐渣，帶渣出鋼對進一步脫硫、脫氧、吸附夾雜等是有益無害的。而當(dāng)電爐功能分化后，超高功率電爐與爐外精煉相配合，電爐出鋼時的爐渣是氧化性爐渣。理論與實踐證明，這種氧化性爐渣帶入鋼包精煉過程將會給精煉帶來極為不利的影響。于是，圍繞避免氧化渣進入鋼包精煉過程，出現(xiàn)了一系列渣鋼分離方法。其中，效果最好、應(yīng)用最廣泛的是EBT法(Eccentric Bottom Tapping) ,即偏心底出鋼法，簡稱“EBT” 。 本文概述偏心底出鋼電爐的結(jié)構(gòu)特點及其優(yōu)越性，重點介紹偏心底出鋼電爐的冶煉工藝，以及偏心底出鋼電爐的出鋼口填料及其操作。2EBT電弧爐的特點 EBT電爐結(jié)構(gòu)是將傳統(tǒng)電爐的出鋼槽改成出鋼箱，出鋼口在出鋼箱底部垂直向下。出鋼口下部設(shè)有出鋼口開閉機構(gòu)，開閉出鋼口，出鋼箱頂部中央設(shè)有操作口，以便出鋼口的填料操作與維護。 EBT電爐主要優(yōu)越性在于，它實現(xiàn)了無渣出鋼和增加了水冷爐壁使用面積。優(yōu)點如下: (1)出鋼傾動角度的減少。簡化電爐傾動結(jié)構(gòu):降低短網(wǎng)阻抗:增加水冷爐壁使用面積，提高爐體壽命。 (2)留鋼留渣操作。無渣出鋼，改善鋼質(zhì)量，有利于精煉操作:留鋼留渣，有利電爐冶煉、節(jié)約能源。 (3)爐底部出鋼。降低出鋼溫度，節(jié)約電耗:減少二次氧化，提高鋼的質(zhì)量:提高鋼包壽命。 由于EBT電爐諸多優(yōu)點，在世界范圍迅速得到普及?，F(xiàn)在建設(shè)電爐，尤其與爐外精煉配合的電爐，一定要求無渣出鋼，而EBT是首選。 EBT電爐的出鋼操作。出鋼時，向出鋼側(cè)傾動約5后，開啟出鋼機構(gòu)，出鋼口填料在鋼水靜壓力作用下自動下落，鋼水流入鋼包，實現(xiàn)自動開澆出鋼。當(dāng)鋼水出至要求的約95%時迅速回傾以防止下渣，回傾過程還有約5%的鋼水和少許爐渣流入鋼包中，爐搖正后(爐中留鋼10%15%,留渣95%)檢杳維護出鋼口，關(guān)閉出鋼口，加填料，裝廢鋼，重新起弧熔煉。3EBT電爐的冶煉工藝3.1冶煉工藝操作 EBT電爐冶煉己從過去包括熔化、氧化、還原精煉、溫度、成分控制和質(zhì)量控制的煉鋼設(shè)備，變成僅保留熔化、升溫和必要精煉功能(脫磷、脫碳)的化鋼設(shè)備。而把那些只需要較低功率的工藝操作轉(zhuǎn)移到鋼包精煉爐內(nèi)進行。鋼包精煉爐完全可以為初煉鋼液提供各種最佳精煉條件，可對鋼液進行成分、溫度、夾雜物、氣體含量等的嚴(yán)格控制，以滿足用戶對鋼材質(zhì)量越來越嚴(yán)格的要求。盡可能把脫磷，甚至部分脫碳提前到熔化期進行，而熔化后的氧化精煉和升溫期只進行碳的控制和不適宜在加料期加入的較易氧化而加入量又較大的鐵合金的熔化，對縮短冶煉周期，降低消耗，提高生產(chǎn)率特別有利。 EBT電爐采用留鋼留渣操作，熔化一開始就有現(xiàn)成的熔池，輔之以強化吹氧和底吹攪拌，為提前進行冶金反應(yīng)提供良好的條件。從提高生產(chǎn)率和降低消耗方面考慮，要求電爐具有最短的熔化時間和最快的升溫速度以及最少的輔助時間(如補爐、加料、更換電極、出鋼等)，以期達到最佳經(jīng)濟效益。 (1)快速熔化與升溫操作 快速熔化和升溫是當(dāng)今電弧爐最重要的功能，將第一籃廢鋼加入爐內(nèi)后，這一過程即開始進行。為了在盡可能短的時間內(nèi)把廢鋼熔化并使鋼液溫度達到出鋼溫度，在EBT電爐中一般采用以下操作來完成:以最大可能的功率供電，氧一燃燒嘴助熔，吹氧助熔和攪拌，底吹攪拌，泡沫渣以及其它強化冶煉和升溫等技術(shù)。這些都是為了實現(xiàn)最終冶金目標(biāo)，即為爐外精煉提供成分、溫度都符合要求的初煉鋼液為前提，因此還應(yīng)有良好的冶金操作相配合。 (2)脫磷操作 脫磷操作的三要素，即磷在渣一鋼間分配的關(guān)鍵因素有:爐渣的氧化性、石灰含量和溫度。隨著渣中FeO,CaO的升高和溫度的降低，渣一鋼間磷的分配系數(shù)明顯提高。因此在電弧爐中脫磷主要就是通過控制上面三個因素來進行的。所采取的主要工藝有： 強化吹氧和氧一燃助熔，提高初渣的氧化性; 提前造成氧化性強、堿度較高的泡沫渣，并充分利用熔化期溫度較低的有利條件，提高爐渣脫磷的能力: 及時放掉磷含量高的初渣，并補充新渣，防止溫度升高后和出鋼時下渣回磷; 采用噴吹操作強化脫磷，即用氧氣將石灰與螢石粉直接吹入熔池，脫磷率一般可達80%，并能同時進行脫硫，脫硫率接近50%; 采用無渣出鋼技術(shù)，嚴(yán)格控制下渣量，把出鋼后磷降至最低。一般下渣量可控制在2 kg/t，對于(P2O5)=1%的爐渣，其回磷量0.001%。 出鋼磷含量控制應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格、合金化等情況來綜合考慮，一般應(yīng)1550):為使?fàn)t后處理和澆注正常進行，根據(jù)所采用的工藝不同要求電爐初煉鋼水有一定的過熱度，以補償出鋼過程、爐外精煉以及鋼液的輸送等過程中的溫度損失。 出鋼溫度應(yīng)根據(jù)不同鋼種，充分考慮以上各因素來確定。出鋼溫度過低，鋼水流動性差，澆注后造成短尺或包中凝鋼:出鋼溫度過高，使鋼清潔度變壞，鑄坯(或錠)缺陷增加，消耗量增大。總之，出鋼溫度應(yīng)在能順利完成澆注的前提下盡量控制低些。 EBT電爐的出鋼溫度低(出鋼溫降小)節(jié)約能源、減少回磷。3.2泡沫渣操作 (1)泡沫渣及其優(yōu)點 采用水冷爐壁、爐蓋技術(shù)，能提高爐體壽命，可它對400 mm高的耐火材料渣線來說作用是有限的。當(dāng)電爐泡沫渣技術(shù)的出現(xiàn)，其爐渣發(fā)泡厚度可達300500 mm,是電弧長度的2倍以上，電爐可以實現(xiàn)埋弧操作。電爐埋弧操作，可解決兩個方面問題:一方面，埋弧操作真正發(fā)揮了水冷爐壁的作用，提高爐體壽命:另一重要方面，埋弧操作使長弧供電成為可能，即大電壓、低電流。它的優(yōu)越性在于彌補了早期“超高功率供電”的不足,帶來了以下優(yōu)點: 提高爐襯壽命，降低耐火材料消耗; 電損失功率降低，電耗減少: 電極消耗減少: 三相電弧功率平衡改善; 功率因數(shù)提高。 EBT電爐因熔池形成的早，采取適當(dāng)高配碳、提前吹氧使?fàn)t渣發(fā)泡。電爐泡沫渣操作主要在熔末電弧暴露氧化末期間進行，它是利用向渣中噴碳粉和吹入氧氣產(chǎn)生的一氧化碳?xì)馀荩ㄟ^渣層而使?fàn)t渣泡沫化。良好的泡沫渣要求長時間將電弧埋住，這即要求渣中要有氣泡生成，還要求氣泡要有一定壽命。 (2)影響泡沫渣的因素 吹氧量。泡沫渣主要是碳、氧反應(yīng)生成大量的CO所致，因此提高供氧強度既增加了氧氣含量又提高了攪拌強度，促進碳-氧反應(yīng)激烈進行，使單位時間內(nèi)的CO氣泡發(fā)生量增加，在通過渣層排出時，使渣面上漲、渣層加厚。 熔池含碳量。含碳量是產(chǎn)生CO氣泡的必要條件，如果碳不足將使碳-氧反應(yīng)乏力，影響泡沫渣生成，這時應(yīng)及時補碳，以促進CO氣泡的生成。 爐渣的物理性質(zhì)。增加爐渣的粘度、降低表面張力和增加爐渣中懸浮質(zhì)點數(shù)量，將提高爐渣的發(fā)泡性能和泡沫渣的穩(wěn)定性。 爐渣化學(xué)成分。在堿性煉鋼爐渣中，F(xiàn)eO含量和堿度對泡沫渣高度的影響很大。一般來說，隨FeO含量升高，爐渣的發(fā)泡性能變差，這可能是FeO使?fàn)t渣中懸浮質(zhì)點溶解，爐渣粘度降低所致。堿度在指數(shù)2附近有一峰值，此時泡沫值高度達最大。 溫度。在煉鋼溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，爐渣粘度下降，熔池溫度越高，生成泡沫渣的條件越差。 (3)泡沫渣的控制 良好的泡沫渣是通過控制CO氣體發(fā)生量、渣中FeO含量和爐渣堿度來實現(xiàn)的。足夠的CO氣體量是形成一定高度泡沫渣的首要條件。形成泡沫渣的氣體不僅可以在金屬熔池中產(chǎn)生，也可以在爐渣中產(chǎn)生。熔池中產(chǎn)生的氣泡主要來自溶解碳和氣體氧、溶解氧的反應(yīng)，其前提是熔池中有足夠的碳含量。渣中CO主要是由碳和氣體氧、氧化鐵等一系列反應(yīng)產(chǎn)生的，其中碳可以以顆粒形式加入，也可以粉狀形式直接噴入。事實證明，噴入細(xì)粉可以更快更有效地形成泡沫渣，產(chǎn)生泡沫渣的氣體80%來自渣中，20%來自熔池。熔池產(chǎn)生的細(xì)小分散氣泡既有利于熔池金屬流動，促進冶金反應(yīng)，又有利于泡沫渣形成，而渣中產(chǎn)生的氣體則不會造成熔池金屬流動。 電爐煉鋼過程中泡沫渣操作是在熔末電弧暴露-氧化末期進行，它是利用向渣中噴碳粉和吹入氧氣產(chǎn)生的一氧化碳?xì)馀荩ㄟ^渣層而使?fàn)t渣泡沫化。良好的泡沫渣要求長時間將電弧埋住，這既要求渣中要有氣泡生成，還要求氣泡要有一定壽命。研究表明:增加爐渣的粘度，降低表面張力，使?fàn)t渣的堿度為2.02.5, (FeO)=15%20%等均有利爐渣的泡沫化。 美、德國等開發(fā)的水冷碳-氧槍，專門用于由電爐爐門操作造泡沫渣，效果特別好。國內(nèi)現(xiàn)己大量采用。最近，德國、意大利開發(fā)的碳-氧-燃復(fù)合式爐壁噴槍，可據(jù)爐內(nèi)不同階段，進行氧-燃助熔、碳-氧造渣、吹氧去碳及二次燃燒等強化用氧操作。這種復(fù)合式爐壁噴槍實現(xiàn)了關(guān)爐門操作，其效果是:消除冷點、造渣埋弧、加速反應(yīng)及回收能量。3.3EBT電爐的出鋼過程及留鋼留渣操作 (1)EBT電爐的出鋼過程 當(dāng)鋼水溫度、成分達到出鋼要求時，即可準(zhǔn)備出鋼。出鋼過程為:先將鋼包運到電爐出鋼箱下面，打開出鋼口之前，使?fàn)t子向出鋼口側(cè)傾斜約35，形成足夠的鋼水靜壓力，防止?fàn)t渣從鋼水產(chǎn)生的旋渦中流入鋼包。打開出鋼口托板，開始出鋼。出鋼過程中，爐子逐漸地傾斜到約12，保證出鋼口上面的鋼水深度基本不變。當(dāng)鋼水出至約95%時，爐體以較快的速度(3/s)回傾至水平位置，以避免或減少爐渣從出鋼口流進鋼包，實現(xiàn)無渣出鋼。 出鋼過程中要注意兩個問題:爐子出鋼傾動過程中，不要傾動過快，以防出鋼箱中的鋼水接觸到其上部的水冷蓋板，而造成燒損:要保證出鋼箱中的鋼水有足夠的高度，防止?fàn)t渣因旋渦效應(yīng)被帶進鋼包。 (2)EBT電爐留鋼留渣操作 EBT電爐通過偏心爐底出鋼實現(xiàn)留鋼10%15%,留渣95%以上。EBT電爐通過留鋼10%15%，出鋼傾爐過程保持出鋼箱內(nèi)有足夠的鋼水以及爐體快速回傾（3/s）來實現(xiàn)無渣出鋼。 這種留鋼留渣操作對擺脫傳統(tǒng)的“老三期”冶煉工藝，為實現(xiàn)超高功率電弧爐冶煉-爐外精煉-連鑄的現(xiàn)代煉鋼工藝流程提供良好的冶煉條件。由于實現(xiàn)留鋼、留渣操作，冶煉熔化期電弧穩(wěn)定，熔池形成提前1015 min,可提前強化吹氧，同時也改善了鋼水脫磷條件。 采用留鋼留渣操作時應(yīng)注意以下幾點:更換鋼種時要考慮爐中鋼水對所煉鋼種的成分是否造成影響:裝料前不加石灰，裝料時料籃的高度要適當(dāng)，以免燒壞料籃 .冶煉中注意提前吹氧助熔:定期出凈爐渣與鋼水觀察爐底的侵蝕情況。3.4EBT電爐的出鋼口填料及其操作 (1)EBT電爐的出鋼口填料與自動開澆技術(shù) EBT電爐是通過出鋼口開閉機構(gòu)來實現(xiàn)水口的開閉，而堵寨出鋼口和自動開澆則是通過填料來實現(xiàn)，填料及其操作是自動開澆的關(guān)鍵。一般EBT電爐的自動開澆率(即出鋼口打開，鋼水自動流出)可達95%以上。在非正常情況下，如鋼水不能自動流出，可用鋼釬輕輕撞擊或燒氧的辦法出鋼。燒氧時，用專用的吹氧彎管對準(zhǔn)出鋼口吹氧，一般燒氧僅需幾秒鐘就可燒開被燒結(jié)的出鋼口填料，使鋼水流出。 對填料要求其熔點較高，熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱性差，流動性好:在煉鋼溫度下，接觸鋼水時表面輕微燒結(jié)，下部仍為散狀:這種薄燒結(jié)層能保護下面填料不上浮，又能防止鋼液下滲，且燒結(jié)層強度小。當(dāng)出鋼口開啟時下部松散料下落，燒結(jié)層在鋼水靜壓力作用下自動破裂，鋼水流入鋼包中，實現(xiàn)自動出鋼。 根據(jù)EBT電爐填料的使用特點，用作填料的材料有橄欖石(平爐用出鋼口砂)、河砂及人工合成砂，主要以MgO (40%50 % ), SiO2 (40%45%)為主，并含有少量Fe2O3(約10%),要求粒度為0.55.0 mm ,且不含水分。 (2) EBT電爐出鋼口的維護 出鋼結(jié)束后，鋼水包移到下一工序，將出鋼口維護平臺移到出鋼口下面，用鏟狀工具出鋼口端部上的渣、鋼結(jié)殼清除(注意必須在出鋼后立即清除，否則溫度過低造成清理工作困難)，嚴(yán)重時可采取吹氧清理。清理工作結(jié)束后，關(guān)閉出鋼口托板，將加料漏斗通過出鋼箱操作口對準(zhǔn)出鋼口，將填充料加入出鋼口內(nèi)。 出鋼口的更換周期應(yīng)該與定期停爐相匹配，因此最好使用與定期停爐周期相匹配的耐火材料，尤其出鋼口座磚更應(yīng)如此。當(dāng)出鋼口破損嚴(yán)重或出鋼口過大需要更換時，可采用以下操作: 只換出鋼口端磚。松開支撐出鋼口端磚托環(huán)，拆下破損的端磚，清除配合面雜物，保證端磚與管磚的配合，安裝端磚及支撐托環(huán)，關(guān)閉出鋼口機構(gòu)并用填料填充出鋼口通道。 更換整個出鋼口管磚。此時的出鋼口管磚與出鋼口端磚需要一起更換。先松開支撐出鋼口端磚托環(huán)，拆下破損的端磚、管磚，清除配合而雜物，保證管磚與出鋼口座磚的配合:將支撐托環(huán)、端磚及管磚按順序穿在一特制的安裝托架上，由出鋼箱上操作孔穿過出鋼口放下一鋼絲繩，將安裝托架等一起吊起:固定支撐托環(huán)，并填充可塑料:關(guān)閉出鋼口機構(gòu)，并用填料填充出鋼口通道。4結(jié)語 (1)以上工藝應(yīng)根據(jù)