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耐火材料行业知识

偏心底出钢电炉的结构特点及其优越性

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1前言出钢对进一步脱硫、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(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。

1、EBT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。    

2、EBT电弧炉的优点

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。

主要操作工艺:

 (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<0.02%     

(3)脱碳操作    

电炉配料采取高配碳,其目的主要是:    

熔化期吹氧助熔时,碳先于铁氧化,从而减少了铁的烧损:

渗碳作用可使废钢熔点降低,加速熔化;

-氧反应造成熔池搅动,促进了渣-钢反应,有利于早期脱磷:

在精炼升温期,活跃的碳-氧反应,扩大了渣-钢界面,有利于进一步脱磷,有利于钢液成分和温度的均匀化和气体、夹杂物的上浮:

活跃的碳-氧反应有助于泡沫渣的形成,提高传热效率,加速升温过程。

配碳量和碳的加入形式,吹氧方式,供氧强度及炉子配备的功率关系很大,需根据实际情况确定。    

(4)合金化           

EBT电炉合金化一般是在出钢过程中在钢包内完成,那些不易氧化、熔点又较高的合金,如Ni, W, Mo等铁合金可在熔化后加入炉内,但采用留钢操作时应充分考虑前炉留钢对下一炉钢水所造成的成分影响。出钢时要根据所加合金量的多少来适当调整出钢温度,再加上良好的钢包烘烤和钢包中热补偿,可以做到既提高了合金收得率,又不造成低温。    

出钢时钢包中合金化为预合金化,精确的合金成分调整最终是在精炼炉内完成的。为使精炼过程中成分调整顺利进行,要求预合金化应使被调成分不超过规格中限。    

(5)温度控制    

良好的温度控制是顺利完成冶金过程的保证,如脱磷不但需要高氧化性和高碱度的炉渣,也需要有良好的温度相配合,这就是强调应在早期脱磷的原因。因为那时温度较低有利于脱磷:而在氧化精炼期,为造成活跃的碳氧沸腾,要求有较高的温度(>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。

3.2EBT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3,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.EBT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(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)以上工艺应根据现场条件,如设备形式、所炼钢种、工艺流程等进行调整,并逐步完善。

(2)现代电炉炼钢,尤其超高功率电炉炼钢,一定要采用熔氧合一、氧化性钢水出钢的快速炼钢工艺。采用快速炼钢工艺要求电炉的出钢方式,可以是槽出钢方式,也可以是偏心底出钢方式,最好是后者。但是,如果电炉采用偏心底出钢方式,一定要求采用快速炼钢工艺,才能发挥偏心底出钢的优越性。

  (3)传统槽出钢电炉改造成偏心底出钢电炉,其熔池钢水量增加约10%15%:新建偏心底出钢电炉,其熔池钢水量比槽出钢电炉钢水量增加同样为10%15%。因此,设计电炉炉型熔池结构以及炉壳直径时预以考虑。


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