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