24 炉外精炼的理论基础(加热)

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1、钢铁冶金研究所第二章炉外精炼的理论基础2.4加热主要内容加热方法分类典型加热方法◆燃料燃烧加热◆电阻加热◆电弧加热◆化学热法◆其它加热方法3东北大学/战东平2.4.1加热方法分类加热方法分类：1）燃料燃烧加热2）电阻加热3）电弧加热/直流电弧加热4）化学热法加热5）电渣加热6）感应加热7）等离子弧加热8）电子轰击加热4东北大学/战东平利用矿物燃料，例如较常用的是煤气、天然气、重油等，燃烧发热作为热源。优点：设备简单，很容易与冶炼车间现有设备配套使用；投资省、技术成熟容易被引用和掌握，运行费用也较低。应用：在冶金生产中的应用极为普

2、遍，在炉外精炼的整个生产过程中某些工序也应用着这种加热方法，如真空室或钢包炉的预热烘烤。缺点：(1)由于燃烧的火焰是氧化性的，而炉外精炼时总是希望钢液处在还原性气氛下，这样钢液加热时，必然会使钢液和覆盖在钢液面上的精炼渣的氧势提高，不利于脱硫、脱氧这样一些精炼反应的进行；2.4.2.1燃料燃烧加热2.4.2典型加热方法5东北大学/战东平(2)用氧化性火焰预热真空室或钢包炉时，会使其内衬耐火材料处于氧化、还原的反复交替作用下，从而使内衬的寿命降低；(3)真空室或钢包炉内衬上不可避免会粘上一些残钢，当使用氧化性火焰预热时，这些残钢的

3、表面会被氧化，而在下一炉精炼时，这些被氧化的残钢就成为被精炼钢液二次氧化氧的来源之一；(4)火焰中的水蒸气分压将会高于正常情况下的水蒸气分压，特别是燃烧含有碳氢化合物的燃料时，这样将增大被精炼钢液增氢的可能性；(5)燃料燃烧之后的大量烟气(燃烧产物)，使得这种加热方法不便于与其他精炼手段(特别是真空)配合使用。6东北大学/战东平开发：瑞典一家钢厂开发加热原理：当燃料油与纯氧发生燃烧反应时，所获得的火焰温度，其理论最高值可达3023K，实际火焰温度仍可达2773K。而被加热的钢液一般是1873K左右，这个温差可以使火焰与钢液之间实

4、现有效的热传递。当用两支功率备为5MW的氧—燃烧嘴加热50t的钢液时，平均升温速率可达1K/min，而平均热效率可达35％。与电弧加热一样，加热速率是随时间递增的。氧—燃加热法（例）7东北大学/战东平加热初期：由于钢包系统相对较冷，要吸收较多的热量，所以钢液升温速率较慢。加热一定时间之后：钢包系统的吸热逐渐减少而使加热速率加快。加热12min：热效率可提高到45％以上。这样就与电弧加热的热效率大致相等。这种加热方法对普碳钢的钢质量尚未发现有太大的危害。这种加热方法的基建和设备投资只有电弧加热的六分之一。其远行费用也低，只有电弧加

5、热的二分之一。8东北大学/战东平★加热原理：利用石墨电阻棒作为发热元件，通以电流，靠石墨棒的电阻热来加热钢液或精炼容器的内衬。★缺点：电阻加热除带备有一套专用的供电设备外，其加热效率也较低，这是因为这种加热方法是靠辐射传热。★应用：DH法及少部分的RH法就是采用这种加热方法。石墨电阻棒通常水平地安置在真空室的上方，由一套专用的供电系统供电。DH法使用电阻加热后，可减缓或阻止精炼过程中钢液的降温，希望通过这种加热方法能获得有实用价值的提温速率是极为困难的。在炉外精炼方法中，应用电阻加热已有三十多年的历史，这种加热方法基本上没有得到

6、发展和推广，没有竞争能力。2.4.2.2电阻加热9东北大学/战东平由专用的三相变压器供电。整套供电系统、控制系统、检测和保护系统，以及燃弧的方式相同于一般的电弧炉，所不同的是配用的变压器单位容量(平均每吨被精炼钢液的变压器容量)较小，二次电压分级较多，电极直径较细，电流密度大，对电极的质量要求高。精炼方法：SKF、LF、LFV、VAD等要求：加热时间应尽量缩短，以减少钢液二次吸气的时间。应该在耐火材料允许的情况下，使精炼具有最大的升温速率。2.4.2.3电弧加热10东北大学/战东平炉壁的烧损系数RE与电弧功率Ph存在以下关系：式

7、中：Ph——一相的电弧功率，MW，Uh——该相的电弧电压，V；a——电弧与炉壁间的距离，m。据认为RE的安全值大约为450MW·V/m2，超过该值，炉衬将急剧损坏。11东北大学/战东平由表可见，当用最高一级电压和变压器额定功率运行时，距电弧最近处炉衬的RE值，已超过了其安全值。12东北大学/战东平加热功率可用下列经验公式来估算，然后用钢包炉的热平衡计算与实测的钢液升温速率来校验。式中：W’——精炼一吨钢液，理论上所需补偿的能量，kWh/t；Cm——每吨钢液升温1℃所需要的能量，kWh/(t·℃)；△tWSA%WA13东北大学/战

8、东平精炼炉的热效率η一般为30~45％。因此，实际需要的能量为：W=W’/η选取加热变压器容量时，还应考虑到电效率。当前所配变压器的额定单位容量一般是130kVA/t左右。14东北大学/战东平15东北大学/战东平电弧加热方法缺点尽管当前有加热手段的炉外精炼装置，