偏心底出钢(EBT)电弧炉(EAF)冶炼工艺.doc

1前言 传统电炉炼钢“老三期”工艺操作:装料熔化、氧化扒渣、造渣还原、带渣出钢，带入钢包中的是还原性炉渣，带渣出钢对进一步脱硫、脱氧、吸附夹杂等是有益无害的。而当电炉功能分化后，超高功率电炉与炉外精炼相配合，电炉出钢时的炉渣是氧化性炉渣。理论与实践证明，这种氧化性炉渣带入钢包精炼过程将会给精炼带来极为不利的影响。于是，围绕避免氧化渣进入钢包精炼过程，出现了一系列渣钢分离方法。其中，效果最好、应用最广泛的是EBT法(Eccentric Bottom Tapping) ,即偏心底出钢法，简称“EBT” 。 本文概述偏心底出钢电炉的结构特点及其优越性，重点介绍偏心底出钢电炉的冶炼工艺，以及偏心底出钢电炉的出钢口填料及其操作。2EBT电弧炉的特点 EBT电炉结构是将传统电炉的出钢槽改成出钢箱，出钢口在出钢箱底部垂直向下。出钢口下部设有出钢口开闭机构，开闭出钢口，出钢箱顶部中央设有操作口，以便出钢口的填料操作与维护。 EBT电炉主要优越性在于，它实现了无渣出钢和增加了水冷炉壁使用面积。优点如下: (1)出钢倾动角度的减少。简化电炉倾动结构:降低短网阻抗:增加水冷炉壁使用面积，提高炉体寿命。 (2)留钢留渣操作。无渣出钢，改善钢质量，有利于精炼操作:留钢留渣，有利电炉冶炼、节约能源。 (3)炉底部出钢。降低出钢温度，节约电耗:减少二次氧化，提高钢的质量:提高钢包寿命。 由于EBT电炉诸多优点，在世界范围迅速得到普及。现在建设电炉，尤其与炉外精炼配合的电炉，一定要求无渣出钢，而EBT是首选。 EBT电炉的出钢操作。出钢时，向出钢侧倾动约5后，开启出钢机构，出钢口填料在钢水静压力作用下自动下落，钢水流入钢包，实现自动开浇出钢。当钢水出至要求的约95%时迅速回倾以防止下渣，回倾过程还有约5%的钢水和少许炉渣流入钢包中，炉摇正后(炉中留钢10%15%,留渣95%)检杳维护出钢口，关闭出钢口，加填料，装废钢，重新起弧熔炼。3EBT电炉的冶炼工艺3.1冶炼工艺操作 EBT电炉冶炼己从过去包括熔化、氧化、还原精炼、温度、成分控制和质量控制的炼钢设备，变成仅保留熔化、升温和必要精炼功能(脱磷、脱碳)的化钢设备。而把那些只需要较低功率的工艺操作转移到钢包精炼炉内进行。钢包精炼炉完全可以为初炼钢液提供各种最佳精炼条件，可对钢液进行成分、温度、夹杂物、气体含量等的严格控制，以满足用户对钢材质量越来越严格的要求。尽可能把脱磷，甚至部分脱碳提前到熔化期进行，而熔化后的氧化精炼和升温期只进行碳的控制和不适宜在加料期加入的较易氧化而加入量又较大的铁合金的熔化，对缩短冶炼周期，降低消耗，提高生产率特别有利。 EBT电炉采用留钢留渣操作，熔化一开始就有现成的熔池，辅之以强化吹氧和底吹搅拌，为提前进行冶金反应提供良好的条件。从提高生产率和降低消耗方面考虑，要求电炉具有最短的熔化时间和最快的升温速度以及最少的辅助时间(如补炉、加料、更换电极、出钢等)，以期达到最佳经济效益。 (1)快速熔化与升温操作 快速熔化和升温是当今电弧炉最重要的功能，将第一篮废钢加入炉内后，这一过程即开始进行。为了在尽可能短的时间内把废钢熔化并使钢液温度达到出钢温度，在EBT电炉中一般采用以下操作来完成:以最大可能的功率供电，氧一燃烧嘴助熔，吹氧助熔和搅拌，底吹搅拌，泡沫渣以及其它强化冶炼和升温等技术。这些都是为了实现最终冶金目标，即为炉外精炼提供成分、温度都符合要求的初炼钢液为前提，因此还应有良好的冶金操作相配合。 (2)脱磷操作 脱磷操作的三要素，即磷在渣一钢间分配的关键因素有:炉渣的氧化性、石灰含量和温度。随着渣中FeO,CaO的升高和温度的降低，渣一钢间磷的分配系数明显提高。因此在电弧炉中脱磷主要就是通过控制上面三个因素来进行的。所采取的主要工艺有： 强化吹氧和氧一燃助熔，提高初渣的氧化性; 提前造成氧化性强、碱度较高的泡沫渣，并充分利用熔化期温度较低的有利条件，提高炉渣脱磷的能力: 及时放掉磷含量高的初渣，并补充新渣，防止温度升高后和出钢时下渣回磷; 采用喷吹操作强化脱磷，即用氧气将石灰与萤石粉直接吹入熔池，脱磷率一般可达80%，并能同时进行脱硫，脱硫率接近50%; 采用无渣出钢技术，严格控制下渣量，把出钢后磷降至最低。一般下渣量可控制在2 kg/t，对于(P2O5)=1%的炉渣，其回磷量0.001%。 出钢磷含量控制应根据产品规格、合金化等情况来综合考虑，一般应1550):为使炉后处理和浇注正常进行，根据所采用的工艺不同要求电炉初炼钢水有一定的过热度，以补偿出钢过程、炉外精炼以及钢液的输送等过程中的温度损失。 出钢温度应根据不同钢种，充分考虑以上各因素来确定。出钢温度过低，钢水流动性差，浇注后造成短尺或包中凝钢:出钢温度过高，使钢清洁度变坏，铸坯(或锭)缺陷增加，消耗量增大。总之，出钢温度应在能顺利完成浇注的前提下尽量控制低些。 EBT电炉的出钢温度低(出钢温降小)节约能源、减少回磷。3.2泡沫渣操作 (1)泡沫渣及其优点 采用水冷炉壁、炉盖技术，能提高炉体寿命，可它对400 mm高的耐火材料渣线来说作用是有限的。当电炉泡沫渣技术的出现，其炉渣发泡厚度可达300500 mm,是电弧长度的2倍以上，电炉可以实现埋弧操作。电炉埋弧操作，可解决两个方面问题:一方面，埋弧操作真正发挥了水冷炉壁的作用，提高炉体寿命:另一重要方面，埋弧操作使长弧供电成为可能，即大电压、低电流。它的优越性在于弥补了早期“超高功率供电”的不足,带来了以下优点: 提高炉衬寿命，降低耐火材料消耗; 电损失功率降低，电耗减少: 电极消耗减少: 三相电弧功率平衡改善; 功率因数提高。 EBT电炉因熔池形成的早，采取适当高配碳、提前吹氧使炉渣发泡。电炉泡沫渣操作主要在熔末电弧暴露氧化末期间进行，它是利用向渣中喷碳粉和吹入氧气产生的一氧化碳气泡，通过渣层而使炉渣泡沫化。良好的泡沫渣要求长时间将电弧埋住，这即要求渣中要有气泡生成，还要求气泡要有一定寿命。 (2)影响泡沫渣的因素 吹氧量。泡沫渣主要是碳、氧反应生成大量的CO所致，因此提高供氧强度既增加了氧气含量又提高了搅拌强度，促进碳-氧反应激烈进行，使单位时间内的CO气泡发生量增加，在通过渣层排出时，使渣面上涨、渣层加厚。 熔池含碳量。含碳量是产生CO气泡的必要条件，如果碳不足将使碳-氧反应乏力，影响泡沫渣生成，这时应及时补碳，以促进CO气泡的生成。 炉渣的物理性质。增加炉渣的粘度、降低表面张力和增加炉渣中悬浮质点数量，将提高炉渣的发泡性能和泡沫渣的稳定性。 炉渣化学成分。在碱性炼钢炉渣中，FeO含量和碱度对泡沫渣高度的影响很大。一般来说，随FeO含量升高，炉渣的发泡性能变差，这可能是FeO使炉渣中悬浮质点溶解，炉渣粘度降低所致。碱度在指数2附近有一峰值，此时泡沫值高度达最大。 温度。在炼钢温度范围内，随温度升高，炉渣粘度下降，熔池温度越高，生成泡沫渣的条件越差。 (3)泡沫渣的控制 良好的泡沫渣是通过控制CO气体发生量、渣中FeO含量和炉渣碱度来实现的。足够的CO气体量是形成一定高度泡沫渣的首要条件。形成泡沫渣的气体不仅可以在金属熔池中产生，也可以在炉渣中产生。熔池中产生的气泡主要来自溶解碳和气体氧、溶解氧的反应，其前提是熔池中有足够的碳含量。渣中CO主要是由碳和气体氧、氧化铁等一系列反应产生的，其中碳可以以颗粒形式加入，也可以粉状形式直接喷入。事实证明，喷入细粉可以更快更有效地形成泡沫渣，产生泡沫渣的气体80%来自渣中，20%来自熔池。熔池产生的细小分散气泡既有利于熔池金属流动，促进冶金反应，又有利于泡沫渣形成，而渣中产生的气体则不会造成熔池金属流动。 电炉炼钢过程中泡沫渣操作是在熔末电弧暴露-氧化末期进行，它是利用向渣中喷碳粉和吹入氧气产生的一氧化碳气泡，通过渣层而使炉渣泡沫化。良好的泡沫渣要求长时间将电弧埋住，这既要求渣中要有气泡生成，还要求气泡要有一定寿命。研究表明:增加炉渣的粘度，降低表面张力，使炉渣的碱度为2.02.5, (FeO)=15%20%等均有利炉渣的泡沫化。 美、德国等开发的水冷碳-氧枪，专门用于由电炉炉门操作造泡沫渣，效果特别好。国内现己大量采用。最近，德国、意大利开发的碳-氧-燃复合式炉壁喷枪，可据炉内不同阶段，进行氧-燃助熔、碳-氧造渣、吹氧去碳及二次燃烧等强化用氧操作。这种复合式炉壁喷枪实现了关炉门操作，其效果是:消除冷点、造渣埋弧、加速反应及回收能量。3.3EBT电炉的出钢过程及留钢留渣操作 (1)EBT电炉的出钢过程 当钢水温度、成分达到出钢要求时，即可准备出钢。出钢过程为:先将钢包运到电炉出钢箱下面，打开出钢口之前，使炉子向出钢口侧倾斜约35，形成足够的钢水静压力，防止炉渣从钢水产生的旋涡中流入钢包。打开出钢口托板，开始出钢。出钢过程中，炉子逐渐地倾斜到约12，保证出钢口上面的钢水深度基本不变。当钢水出至约95%时，炉体以较快的速度(3/s)回倾至水平位置，以避免或减少炉渣从出钢口流进钢包，实现无渣出钢。 出钢过程中要注意两个问题:炉子出钢倾动过程中，不要倾动过快，以防出钢箱中的钢水接触到其上部的水冷盖板，而造成烧损:要保证出钢箱中的钢水有足够的高度，防止炉渣因旋涡效应被带进钢包。 (2)EBT电炉留钢留渣操作 EBT电炉通过偏心炉底出钢实现留钢10%15%,留渣95%以上。EBT电炉通过留钢10%15%，出钢倾炉过程保持出钢箱内有足够的钢水以及炉体快速回倾（3/s）来实现无渣出钢。 这种留钢留渣操作对摆脱传统的“老三期”冶炼工艺，为实现超高功率电弧炉冶炼-炉外精炼-连铸的现代炼钢工艺流程提供良好的冶炼条件。由于实现留钢、留渣操作，冶炼熔化期电弧稳定，熔池形成提前1015 min,可提前强化吹氧，同时也改善了钢水脱磷条件。 采用留钢留渣操作时应注意以下几点:更换钢种时要考虑炉中钢水对所炼钢种的成分是否造成影响:装料前不加石灰，装料时料篮的高度要适当，以免烧坏料篮 .冶炼中注意提前吹氧助熔:定期出净炉渣与钢水观察炉底的侵蚀情况。3.4EBT电炉的出钢口填料及其操作 (1)EBT电炉的出钢口填料与自动开浇技术 EBT电炉是通过出钢口开闭机构来实现水口的开闭，而堵寨出钢口和自动开浇则是通过填料来实现，填料及其操作是自动开浇的关键。一般EBT电炉的自动开浇率(即出钢口打开，钢水自动流出)可达95%以上。在非正常情况下，如钢水不能自动流出，可用钢钎轻轻撞击或烧氧的办法出钢。烧氧时，用专用的吹氧弯管对准出钢口吹氧，一般烧氧仅需几秒钟就可烧开被烧结的出钢口填料，使钢水流出。 对填料要求其熔点较高，热稳定性好，导热性差，流动性好:在炼钢温度下，接触钢水时表面轻微烧结，下部仍为散状:这种薄烧结层能保护下面填料不上浮，又能防止钢液下渗，且烧结层强度小。当出钢口开启时下部松散料下落，烧结层在钢水静压力作用下自动破裂，钢水流入钢包中，实现自动出钢。 根据EBT电炉填料的使用特点，用作填料的材料有橄榄石(平炉用出钢口砂)、河砂及人工合成砂，主要以MgO (40%50 % ), SiO2 (40%45%)为主，并含有少量Fe2O3(约10%),要求粒度为0.55.0 mm ,且不含水分。 (2) EBT电炉出钢口的维护 出钢结束后，钢水包移到下一工序，将出钢口维护平台移到出钢口下面，用铲状工具出钢口端部上的渣、钢结壳清除(注意必须在出钢后立即清除，否则温度过低造成清理工作困难)，严重时可采取吹氧清理。清理工作结束后，关闭出钢口托板，将加料漏斗通过出钢箱操作口对准出钢口，将填充料加入出钢口内。 出钢口的更换周期应该与定期停炉相匹配，因此最好使用与定期停炉周期相匹配的耐火材料，尤其出钢口座砖更应如此。当出钢口破损严重或出钢口过大需要更换时，可采用以下操作: 只换出钢口端砖。松开支撑出钢口端砖托环，拆下破损的端砖，清除配合面杂物，保证端砖与管砖的配合，安装端砖及支撑托环，关闭出钢口机构并用填料填充出钢口通道。 更换整个出钢口管砖。此时的出钢口管砖与出钢口端砖需要一起更换。先松开支撑出钢口端砖托环，拆下破损的端砖、管砖，清除配合而杂物，保证管砖与出钢口座砖的配合:将支撑托环、端砖及管砖按顺序穿在一特制的安装托架上，由出钢箱上操作孔穿过出钢口放下一钢丝绳，将安装托架等一起吊起:固定支撑托环，并填充可塑料:关闭出钢口机构，并用填料填充出钢口通道。4结语 (1)以上工艺应根据