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转炉和电炉的区别知识点分析
   
     在过去的40年里,高炉-转炉联合流程是钢铁生产的中流砥柱。伴随着二次炼钢、连铸、轧钢等领域的技术进步,它已经发展成一种高产能、成熟的、复杂的、资本密集的、高固定成本的生产流程,可生产众多的基准质量的钢。
 
    电弧炉最初在20年代开发成功,用来熔炼废钢,生产一般应用级别的钢材,如钢筋等。与联合钢铁厂相比,常规的立足于电炉的短流程钢厂的生产要简单得多,灵活得多。它能生产正常质量的且在价格上比联合钢铁企业要廉价的钢材,所需要的就是废钢与电能的充足供应。直到几年前,制约着短流程钢厂发展的最大的因素仍是没有能力正常地生产某些优质低碳钢。然而,尤其是近20年,技术的全面发展和两种流程间的激烈竞争,明显改变了生产效率。其结果它们很早以前就顶替了成本更高的联合企业,成为诸如大型材、钢梁、SBQ等大部分优质碳钢的供应者。对于厚板的生产,那些基于电炉的钢厂的重要性愈发突出。
 
    因为绝大部分扁平材要求极好的表面质量和很高的钢纯净度,联合生产企业拥有充足的资金和高度完善的加工能力,继续在这一领域占据着优势。然而,在最近的10—15年间,得益于电炉设计、生产与原料供应、中厚板坯连铸技术和直接轧制的发展,某些电炉钢企业,尤其是美国的电炉钢企业,已经跻身于扁平材市场,生产标准的带钢。但是,绝大多数小钢厂的生产仍集中在长材领域。
 
    残留物控制
 
    基于废钢的电炉炼钢有它的优势,也存在劣势。它极度依鞍于废钢的价格和供应能力,且有些地方的电价昂贵。虽然电炉的产量能比联合流程更好的追随市场需求,但废钢价格走向却随着经济活动而变。因为基于电炉的小钢厂要占据更大的钢产量比重,它们要想保持竞争力,则必须确保废钢市场具有充足的供应能力。这就要求更高的废钢回收率,然而,从地区角度看,发达地区和发展中地区的废钢回收率存在巨大的差异。另一个可用方案是,额外的原料来自纯净的铁源,如生铁,还可根据当地具体情况、价格等因素选择直接还原铁或者铁水,这些都是低残留物的金属炉料。
 
    联合钢铁厂以铁矿石为基础原料,钢中残留金属量比电炉流程低,且远低于目标规范。对于相当数量的长材,残留金属量的公差范围较宽,在不损害产品性质的时候是可以接受的,甚至残留金属量还相当高。另一方面,最终用户对扁平材的要求非常严格,如深冲性能、高耐冲击性能和表面光洁度等,因此,残留金属量必须低,以实现所要求的产品性能。
 
    氮量控制
 
    钢水中氮含量的控制主要与工艺参数有关。在电炉上控制氮含量是非常困难的,这是用电炉流程生产优质钢最大的限制条件。氮含量控制与低碳铝镇静钢有特殊的关系,钢中氮含量高会引起应变时效;使钢的延展性下降。这些钢一般用于深冲加工制品,要求氮含量小于50ppm。在更严格的应用中,如超低碳Ⅳ钢,氮含量要求小于30ppm,经常要接近20ppm。虽然这些专用的高附加值产品在联合钢厂的产品结构中只占很小的比重,但他们表达了最严格的生产极限。通常,转炉出钢时的氮含量不到电炉的1/3,转炉为15—40ppm,电炉为60~100ppm。传统的电炉操作是在敞开渣门的情况下完成大部分的精炼工作,这就导致大量的空气进入电炉,促进了炉内的高氮气氛。通常,普通电炉是不密封的,在炉壳和炉顶区域有很多开口,空气可自由穿越这些开口。因此,普通的以冶炼废钢为主的电炉炼钢工艺的显著特点是炉内气氛中的氮会被暴露的钢水吸收。在电弧等离子区尤为如此,高温将氮气分解成原子或离子状态的氮,进一步促进了氮的吸收。在电炉工艺中,通过有效的消除气源与钢液的接触可降低吸氮量。在生产操作中,可以通过在电孤四周形成大量的保护性泡沫渣、增强熔池上方一氧化碳气氛和降低喷吹气体的氮含量等手段来实现这个目的。“密封”电炉,即关闭渣门有助于削减空气的渗入量。
 
    欧洲煤钢共同体最近的研究显示,电炉出钢时钢水中的氮含量随着炉料中预还原铁的数量、生铁的添加量或者在脱碳时喷碳量而变化。与全废钢装料相比,利用脱碳期增加一氧化碳发生量的操作可以实现较低的氮含量。然而,除去少数个案外,现代电炉的设计、操作、入炉原料、产品规范等对实现最低氮出钢并不乐观。因此,电炉流程低氮含量的实现强烈地依赖于当地直接还原铁的可用性和价格,或者铁水的供应情况,以及特定电炉的设计细节和具体操作。国际钢协最近在世界范围的调查表明,对于在53座电炉上生产的众多的钢铁产品,出钢目标氮没有低于40ppm的,而且,虽然40ppm在基本原理上看似是可实现的,且也可搜集到20-30ppm的引述,但是可实现的最低氮量水平还没有建立。电炉低氮含量有几个突出的例子,如下低氮水平是在连续加入含碳的 2.3%直接还原铁时实现的:
 
    ·45%DRI:平均50ppm,最大70ppm;   ·70%DRI:20~30ppm;
 
    ·70%DRI:如果喷碳载体由空气改换成CO2,氮含量<20ppm。
 
    这些值与转炉氮含量相当。低氮炼钢是生产优质扁平材最大的要求,因此,为保证这些钢是成功的,电炉操作人员须关闭渣门并采用低氮操作制度。
 
    其它质量因素
 
    近20年来,大部分重要的炼钢工艺进步集中在二次炼钢、连铸和控轧等技术的普遍应用上,结果是拓展了钢种范围,产品形状和表面质量得到不断改进以满足市场和产品应用的要求。汽车车身用焙烘硬化钢要求有完美的表面质量,因此为确保得到最高质量的产品,大板坯连铸机有严格的降级规范。这种质量等级的产品通常只有70%-80%是连铸生产。目前的薄板坯连铸机还不能达到这种质量要求,其原因在于它的高拉速使得钢水弯月面不稳定,影响渣的上浮。因此,它只具有浇铸普通质量带钢的能力。中厚板坯连铸机的拉坯速度较低,铸坯质量较好。但是,他们还不能表现出稳定的浇铸质量,在连铸机设计、连铸技术上还有待改进,未来可能会实现这种潜力。
 
    当使用隧道炉直接连接到热带轧机上以后,他们成为使用传统的、顺序批加热和热轧生产的大板坯连铸机的强有力的竞争对手。
 
    联合型对决市场型
 
    炼钢的历史充满了革新,已建立的冶金理论、生产效率或者成本基础被废弃时,更新的技术取代了传统的生产方法,这个过程不断重复。然而,因为高昂的投资成本、低增长、低利润率、低现金生成量、政治干扰和工业惯性等原因,新技术从变革到推广应用要经历数十年的时间。50年代的大规模氧气供应的开发是个革命性的例外。然而,即便如此,这个技术也花费了20多年的时间才彻底取代了生产低效的平炉工艺。
 
    在近20年里,电炉炼钢的发展明显快于高炉一转炉流程。特别是参与扁平材生产的电炉钢厂的数量在不断增加,尤其是投资成本低且以直接还原铁为原料的新厂不断出现,或者建在能获得铁水的原有厂址的工厂。现代电炉在设计上与薄板坯、中厚板坯技术直接产生联系,在加上直接轧制技术,其成本要比传统的顺序批处理工艺低得多。这是因为与传统流程相比,它操作步骤简化、工艺装备少、生产时间短和能耗低的结果。最近,已经有一些高炉一转炉企业开始采用薄板坯连铸技术,利用他们固有的低金属残留和低氮含量的优势,使用薄板坯连铸的高效率来生产优质钢。可以预见,随着熔融还原炼铁新技术开始替换高炉、烧结厂和焦炉,传统的联合流程会适时减少。
 
    对于扁平材,现代电炉和技术先进的传统炼钢流程间的竞争才刚刚开始,这种竞争强烈的依赖于当地的原料、能源和市场条件。然而,发展趋势更多的体现在产品结构上,带有地域性或者生产集中,更小、自动化水平更高、更专业化,即生产一定范围内的普通或高附加值钢材,拥有自己的消费点,能灵活迅速的应对客户或市场的变化。因这种布局与客户的距离更近,通过优化产品的分配降低生产和运输成本,并加快了产品的开发速度。这些小规模的资本密集度低的工厂的成本竞争力已经确保了在选定地区建立新炼钢产能的行动,并根据那里的能源、原料、劳力、市场结构、运输成本、市场需求等条件开发市场。
 
    结语
 
    对于联合型钢铁公司,巨大的历史资产和长久的资产寿命严重制约了他们对“市场型工厂“生产模式的响应。因为新竞争者为提高钢的质量在技术上持续改进,热切期望至少要达到联合钢铁企业的质量标准,因此,从长远看,联合型钢铁企业的不利形势在加剧。因为市场型企业的最忧配置,使得它相对于传统的、集中的、联合的工艺能更迅捷、更廉价、更能响应市场。联合型钢铁企业只有精简生产环节、降低能耗,以此来提高生产效率,同时还要不断开发更高级的质量标准,只有通过这些才能保持竞争力。在扁平材领域,现代电炉炼钢与高炉一转炉联合流程的竞争才刚刚开始。
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