铸造合金熔炼技术.ppt

4.2 高功率、超高功率电弧炉炼钢技术 从20世纪60年代起，高功率和超高功率大型电弧炉已在全世界范围内得到广泛普及。超高功率技术给电弧炉炼钢带来了一系列变化，例如采用水冷炉壁和水冷炉盖、泡沫渣、氧燃烧嘴、炉底出钢等技术，超高功率技术本身也由原来的大电流低电压的粗短弧操作改变成大电流高电压的长弧操作。 4.2.1 水冷炉壁和水冷炉盖技术 水冷炉壁和水冷炉盖技术解决了在高功率操作时，电弧对炉壁和炉盖强烈辐射引起的耐火材料熔炼损耗问题。 现代电弧炉的平均水冷炉壁面积已达70%，水冷炉盖的面积已达85%。采用水冷炉壁后，炉壁的使用寿命已超过1000炉次。将管式水冷件用于水冷炉盖，可使炉盖寿命达到4000炉次。尽管水冷技术的使用，使电弧炉的热量损失增加了5%～10%，但使耐火材料的成本和喷补成本节约了50%～70%，由于取消了渣线上部的耐火材料修补作业，大大减轻了操作人员的劳动强度。同时，由于停炉时间大幅度减少，使生产率提高8%～10%，每吨钢液电极消耗量降低0.5kg，生产成本下降5%～10%.因此，总体效益非常显著。 4.2.2 泡沫渣埋弧技术 超高功率电弧炉的输入电流过大会引起电量消耗及电极消耗量的增加。使用工作电流的选择成为关键问题。因此，输入高功率依靠长弧的高电压来实现。长弧操作不仅提高功率因数，但也增大电弧热辐射损失和炉壁的热负荷。泡沫渣技术就是在不增加渣量的前提下使炉渣厚度增加，由于向渣中喷入碳粉和氧气而产生CO气体，在熔池表面形成泡沫渣，使电弧埋入渣层。泡沫渣技术的采用取得明显效果：功率因数由0.63提高到0.88，热效率提高30%～70%,电压和电流波动明显减小，并加快了电弧热量向熔池传递。 4.2.3 氧-燃烧嘴 超高功率电弧炉熔化时靠近炉壁处的两根电极之间的冷区炉料熔化困难，为了加快熔化，开发的氧-燃烧嘴技术解决了上述难题。现代大型电弧炉均配备氧-燃烧嘴，起到了消除“冷区”和辅助熔化的作用。因此，电弧炉的综合熔化功率达到每吨钢液1000kw以上。对于大型电弧炉，氧-燃烧嘴每吨钢消耗1m3氧气相当于每吨钢节省3～5kw.h的电能，并且缩短熔化时间2min。 4.2.4 无渣出钢技术 电弧炉实现超高功率化后，如果还原期继续仍在电弧炉中进行，会造成变压器功率的浪费。若将还原期转移到精炼炉中进行，氧化渣就不能进入精炼炉。因此，采用无渣出钢技术非常必要。目前，常使用的无渣出钢技术为偏心炉底出钢(EBT),从而导致留钢留渣操作。 无渣出钢避免了电弧炉内的氧化性炉渣随着钢水进入钢包内，为下一步进行炉外精炼进行脱硫、脱氧及合金化创造非氧化性条件，从而提高精炼炉内的脱硫、脱氧效果，提高合金收得率，利于钢中化学成分的稳定；无渣出钢杜绝了炉内氧化性炉渣进入钢包内，从而避免了氧化渣对钢包衬的侵蚀，提高了包衬的寿命；无渣出钢杜绝了炉内氧化性炉渣进入钢包内减少了精炼时加入的造渣量，从而有利于钢包吹氩或搅拌强度的提高。无渣出钢为冶炼超低磷钢提供了有利条件，并利于熔化时热量的传递和熔池的快速形成。 4.3感应电炉炼钢设备及工艺简介 4.3.1 炼钢用感应电炉的主要技术性能 通常用于炼钢的感应电炉为无芯感应电炉。电流频率根据电炉容量选用高频感应电炉、中频感应电炉与工频感应电炉。 4.3.1.1 高频感应电炉 高频感应电炉使用的电流频率一般在200～300kHz,电炉容量一般在10～60kg。这类电炉常用于科学实验的少量合金熔炼。 4.3感应电炉炼钢设备及工艺简介 4.3.1.2 中频感应电炉 中频感应电炉使用工业用电流频率为1000～2500Hz。中频感应电炉的容量一般为50～1000kg。其主要技术性能可参考有关手册。 4.3.1.3 工频感应电炉 工频感应电炉使用工业用电的电流频率（我国为50Hz,有些国家为60Hz）的电源。使用的电流容量为100～10000kg,其主要技术性能可参考有关手册。 4.3.2 感应电炉炼钢工艺4.3.2.1 坩埚的打结 坩埚材料一般分为酸性坩埚材料和碱性坩埚材料。 酸性坩埚材料以硅砂作为耐火材料，对化学成分的要求为ω（SiO2）=90%～99.5%；杂质含量：ω（Fe2O3）≤0.5%,ω（CaO）≤0.25%,ω（Al2O3）≤0.2%,ω（水）≤0.5%。对粒度的要求见表1-30。 表1-30 感应电炉酸性坩埚材料组成 4.3.2.1 坩埚的打结 打结炉衬用的材料可使用质量分数1.7～2.0%的硼酸做粘结剂。对硼酸化学成分的要求是：ω（B2O3）≥98%；ω（水分）≤0.6%。硼酸的粒度应小于5㎜。将硅砂与硼酸干混，不加湿润剂来配制炉衬材料。打结坩埚时，采用干法打结，以便保证炉衬质量。在感应圈以上的炉领（坩埚上口）部分采用强度较高的炉领材料打结，使用粒度较细的硅砂或硅石粉。另外