CN102534112A - 电炉全吹炼炼钢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电炉全吹炼炼钢方法，该方法通过调整原料比例及严格控制吹炼过程等工序，达到节能降耗的目的。该方法具体为：铁水比例控制在71％～79％，废钢料通过炉口一次性加入，铁水由兑铁口分两次加入，通过安装在炉壁上的氧-燃3系统烧嘴对炉内的废钢、钢水进行预热、升温和脱碳，吹炼期间，根据需求调节相应的档位，同时辅以炉门氧枪吹炼，使得吹炼效率达到最大，并向电炉内加入石灰等造渣料进行造渣，当钢水达到钢种所需温度和成分，出钢进行钢包预脱氧。与常规电炉炼钢工艺相比，本发明取消了电极加热，大幅降低了电能、电极和废钢消耗，吨钢冶炼成本有很大的降低，减少了污染，同时降低了钢中的有害元素含量，提高了产品质量。

Description

电炉全吹炼炼钢方法
技术领域
本发明特别涉及一种具有节能降耗特点的电炉全吹炼炼钢工艺，属于钢铁冶金领域。
背景技术
传统电弧炉炼钢生产工艺是全部冷装废钢工艺，炉料组分结构以废钢、生铁等原料为主，并辅以氧枪吹炼，加入造渣料，全程流渣操作，当达到所需钢种的成分和温度要求时即可出钢，然后进行炉外精炼。该工艺需要全程通电熔化废钢、升温脱碳，需要消耗大量的电能，冶炼时间较长。
由于优质废钢资源短缺、价格高企，纯废钢电炉冶炼的成本居高不下，同时废钢中有害元素难以去除，增加了生产高附加值产品的难度。为此，业界先后发展出了以直接还原铁、碳化铁、COREX熔融还原海绵铁代替部分废钢，来提高钢水的纯净度的技术，直至发展出如江苏沙钢集团目前所采用的电炉铁水热装技术。
进一步的讲，现有电炉热装铁水技术是利用部分高炉铁水代替部分废钢(30％左右)，既可大幅降低电耗，缩短冶炼周期，又能提高钢水的纯净度。但是熔炼的热源仍以电极供电为主，并需辅以炉壁氧枪和炉门氧枪的吹炼，相对于转炉炼钢工艺，该工艺的吨钢成本要高350元左右，并且，现有热装铁水技术耗能大(230～260KWh/t)、电极损耗严重(2～4Kg/t)，废钢用量大，环境污染较严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有显著节能降耗作用的电炉全吹炼炼钢方法，其对于解决常规电炉炼钢耗能高、环境污染大的现状，具有积极的作用。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电炉全吹炼炼钢方法为：按照铁水占总重量71％～79％和废钢料占总重量21％～29％的比例组配电炉炉料，并将废钢料一次性投入电炉中，其后分两次将铁水加入电炉中，同时，在电炉炉料加料过程中，还通过氧-燃3系统烧嘴对电炉炉料进行预热、升温和脱碳，在电炉炉料加料完毕后，再辅以炉门氧枪吹炼，并且，在一次铁水兑完和二次铁水兑完时，还向电炉中加入造渣料造渣，当电炉中钢水达到钢种所需温度和成分时，出钢进行钢包预脱氧。
优选的，所述废钢料块度＜150kg，且两次加入铁水的时间间隔为3～8分钟。
进一步的，该方法中是在一次铁水兑完后，按5～10kg/t的量向电炉中加入石灰，提前造渣，并在二次铁水兑完后，再次按6～8kg/t的量向电炉中加入石灰。
该方法中，在全吹炼期间是根据炉内泡沫渣形成的情况，分多次向电炉内加入石灰，每次加入的量为3～5kg/t，且全程采用流渣操作。
吹炼期间，当泡沫渣形成情况较差时，通过炉壁碳粉喷枪向电炉内喷入碳粉，碳粉加入量控制在0.5～2kg/t。
该方法中是以分布在炉壁渣线上部的五支炉壁氧-燃3烧嘴系统为主，并辅以炉门氧枪进行吹炼的，其中，超音速氧气射流流量在3500Nm3/h以下，燃烧氧气射流流量在450Nm3/h以下，燃气射流流量在300Nm3/h以下。
具体的讲，所述吹炼过程为：
在上一炉倒完钢后，出电炉钢孔处加引流砂，摇正炉体，同时打开炉壁氧-燃3烧嘴系统，选择点火模式，即档位0；
加完废钢料之后切换至燃烧档位，对废钢料进行预热，同时超音速氧气射流对废钢进行切割，并根据废钢状况选用炉壁氧-燃3烧嘴系统的档位1或2；
在一次铁水兑完时，开启炉壁氧-燃3烧嘴系统的档位3进行加热；
在二次铁水兑完时，根据炉门流渣情况，五支炉壁氧-燃3烧嘴系统选择档位4和/或档位5模式，同时手动控制炉门氧枪，根据炉内泡沫渣及流渣情况，采用超音速射流，氧气流量为0～3600Nm3/h；
出钢前，为均匀钢水成分和温度，达到所需的终点碳含量，选择炉壁氧-燃3烧嘴系统的档位6进行30～80s的短时间吹炼。
在对废钢料进行预热时，优选采用2∶1的氧气和燃气比。
在出钢时还向钢包中添加硅铁、硅锰、铝锭或碳粉的至少一种进行预脱氧，并补加入质量比为1～5∶0～2的石灰和萤石造渣，其中，石灰的加入量为3～6kg/t，出钢过程全部加完。
作为一个优选方案，该方法中是在出钢至1/4时依次加入硅锰和硅铁进行预脱氧，并加入石灰进行造渣。
更具体的讲，本发明的电炉全吹炼炼钢工艺是通过如下制度设计实现的：
(1)炉料配料：铁水比例为71％～79％，废钢量装入以铁水比例来确定；
(2)装入制度：电炉炉料的装料顺序为废钢料、一次铁水、二次铁水；
(3)供氧制度：通过炉壁氧-燃3系统烧嘴的超音速氧射流、燃烧氧射流以及燃气射流对电炉内的废钢预热，同时结合手动操作炉门氧枪，对钢水进行升温和脱碳，达到钢种所需的温度和成分；
(4)造渣制度：兑铁水后向炉内加入石灰造渣；
(5)出钢制度：出钢时向钢包中添加硅铁、硅锰、铝锭或碳粉的一种或多种进行预脱氧，并补加渣料进行造渣。
所述的废钢料块度＜150kg，主要是为了防止废钢块度过大，易冲击损坏炉底，一次铁水和二次铁水之间的间隔在3～8分钟。
所述的造渣制度中，兑完一次铁水后，向电炉中加入5～10kg/t的石灰，兑二次铁水时，注流冲击石灰，促进石灰熔化，提前造渣，兑完二次铁水后，向电炉中加入第二批石灰料，加入量为6～8kg/t，全吹炼期间，根据炉内泡沫渣形成情况以多批少量的原则加入，全程均采用流渣操作。当泡沫渣形成情况较差时(当泡沫渣厚度小于80cm时一般认为较差)，通过炉壁碳粉喷枪适当的喷入碳粉，造泡沫渣，碳粉加入量控制在0.5～2kg/t。
所述的吹炼供氧制度中，采用分布在炉壁渣线上部的五支炉壁氧-燃3烧嘴系统(以下均称炉壁烧嘴)，主要包括超音速氧气射流(流量0～3500Nm3/h)、燃烧氧气射流(流量0～450Nm3/h)和燃气射流(流量0～300Nm3/h)，吹炼过程以炉壁烧嘴吹炼为主，辅以炉门氧枪吹炼，具体的吹炼过程有6种调节模式。
所述的吹炼供氧制度中，具体的调节过程如下所示。
上一炉倒完钢，出钢孔处加引流砂，摇正炉体，打开炉壁烧嘴，选择点火模式，即档位0(超音速氧流量为0～300Nm3/h，燃烧氧流量为0～300Nm3/h，燃气流量为0～200Nm3/h，氧燃比为0.0～1.0)；
加完废钢料之后切换至燃烧档位，燃气和燃烧氧气充分混合燃烧，对废钢进行预热，同时超音速氧气射流对废钢进行切割，此时，炉壁烧嘴与废钢料的温差最大，最好保持理想的氧燃比(约为2∶1)，预热效率最高，根据废钢状况选用档位1或2(超音速氧流量为200～450Nm3/h，燃烧氧流量为200～450Nm3/h，燃气流量为80～200Nm3/h，氧燃比为1.0～3.0)；
兑一次铁水时，开启档位3进行加热，增加炉气二次燃烧的效率，(超音速氧流量为450～1600Nm3/h，燃烧氧流量为0～200Nm3/h，燃气流量为0～150Nm3/h，氧燃比为1.0～1.8)；
兑完二次铁水，进行升温脱碳，根据炉门流渣情况，五支炉壁烧嘴选择档位4或5模式，或者同时选择两种模式，正常吹炼期间为4档或5档吹炼模式(超音速氧流量为1300～2800Nm3/h，燃烧氧流量为0～200Nm3/h，燃气流量为0～150Nm3/h，氧燃比为1.0～3.0)；
出钢前，为均匀钢水成分和温度，达到所需的终点碳含量，选择档位6进行30～80s短时间的吹炼(超音速氧流量为2200～3500Nm3/h，燃烧氧流量为60～150Nm3/h，燃气流量为60～150Nm3/h，氧燃比为1.0～2.0)。
兑完二次铁水，开启炉壁烧嘴档位4或5模式的同时，手动控制炉门氧枪，根据炉内泡沫渣及流渣情况，采用超音速射流，氧气流量为0～3600Nm3/h，氧气压力则相应的调整为0～16.9bar。
所述的出钢预脱氧及造渣制度中，出钢补加3～6kg/t的石灰进行造渣，萤石的加入量按石灰/萤石为(1～5)∶(0～2)进行添加，出钢过程全部加完。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：
(1)提供了一种不使用电能，而利用炉壁氧-燃烧嘴和炉门氧枪模拟转炉全吹炼的冶炼工艺，与常规的电炉热装铁水技术相比具有很大的经济效益，吨钢减少电耗230～260KWh，减少电极损耗2～4Kg/t，减少高成本的废钢消耗30～40吨/炉；
(2)由于大量使用铁水，使得钢水中杂质元素含量大大降低，对于开发和生产高附加值的钢种具有很大的推动作用；
(3)冶炼周期较常规的热装铁水技术有所缩短，利用铁水带来的热量，快速的熔化废钢，较常规冶炼方式时间可缩短3～10分钟；
(4)因为采用全吹炼，减少了电极通电给工人及附近居民带来的噪音和辐射污染，废钢消耗的减少也降低了钢厂附近的粉尘和烟气污染。
综述之，本发明的工艺与常规电炉炼钢工艺相比，吨钢冶炼成本有显著的降低，且更为安全环保。
具体实施方式
以下结合一优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本优选实施例中所涉及的电炉全吹炼炼钢方法采用了如下技术方案：
设备及冶炼钢种：
使用出钢量110吨的CONCAST超高功率电弧炉，冶炼钢种为HRB400，采用小方坯(150mm×150mm)连铸。
配料加入：
电弧炉的出钢量在110吨，加入料在120吨～130吨。废钢加入量为30.8吨，从炉口一次性加入，加入时间不大于1分钟；利用铁水包回转台，分别将一次铁水48.2吨和二次铁水45.7吨通过兑铁口倒入电炉中，两次兑铁时间间隔5分钟，单次兑铁时间为2分钟。
供氧制度：
加废钢之前，五支炉壁氧燃烧嘴全部打开，开至点火模式的0档(超音速氧流量为200Nm3/h，燃烧氧流量为200Nm3/h，燃气流量为100Nm3/h，氧燃比为0)；
加完废钢，切换至燃烧档位2，对废钢进行预热和切割(超音速氧流量为320Nm3/h，燃烧氧流量为320Nm3/h，燃气流量为150Nm3/h，氧燃比为2.0)；
加完废钢，2min后开始兑一次铁水，兑完一次铁水，为增加炉气的二次燃烧效率，开启档位3，利用铁水的热量及化学热熔化废钢(超音速氧流量为1000Nm3/h，燃烧氧流量为100Nm3/h，燃气流量为80Nm3/h，氧燃比为1.4)；
兑完二次铁水，进行进一步的升温脱碳，开启档位4(超音速氧流量为1850Nm3/h，燃烧氧流量为100Nm3/h，燃气流量为80Nm3/h，氧燃比为1.4)，与此同时，手动控制炉门氧枪进行吹炼，开吹氧气流量在1400Nm3/h、压力为2.5bar；
待废钢全部熔化完，将五支氧燃烧嘴中的其中两支2#和4#吹氧强度调整至5档(超音速氧流量为2250Nm3/h，燃烧氧流量为100Nm3/h，燃气流量为80Nm3/h，氧燃比为1.3)，主要是考虑吹炼强度过大容易引起喷溅和沸腾等问题，此时将炉门氧枪调整为超音速射流，氧气流量为2550Nm3/h、压力为12.5bar，对钢水进行升温、脱碳和脱磷处理；出钢前将炉壁氧燃烧嘴强度调至档位6(超音速氧流量为3000Nm3/h，燃烧氧流量为100Nm3/h，燃气流量为100Nm3/h，氧燃比为1.4)，均匀钢水温度和成分，吹炼时间为50s。
造渣制度：
兑完一次铁水后，向炉中加入800kg的石灰，一次铁水和二次铁水的间隔时间内会促使部分石灰熔化提前造渣，兑二次铁水时，注流冲击到石灰料上，进一步促进其熔化造渣，二次铁水兑完，向炉内加入第二批石灰料600kg，前期温度较低，渣料熔化，脱磷效果较好。全吹炼期间，根据炉内泡沫渣形成情况，本着多次加入的原则，每次向炉内加入石灰3～5kg/t，全程采用流渣操作。当泡沫渣厚度较小，利用炉壁碳粉喷枪向炉内喷入65kg的石墨粉。
出钢制度：
出钢前采用6档模式短时间吹炼，当钢水成分中终点碳在＞0.04％，磷含量＜0.02％，出钢温度达1610℃时，即可出钢。出钢至1/4时依次加入硅锰1500kg和硅铁210kg进行预脱氧，并加入石灰300kg进行造渣，出钢量在110吨左右，为防止出钢下渣，炉内留5t左右的钢水。
整个电炉全吹炼冶炼周期为33分钟，较通电冶炼的时间减少了5分钟，将电炉出钢合格的钢水吊运至LF精炼处，进行炉外精炼，最后经小方坯连铸机浇铸为150mm×150mm规格的方坯。
需要说明的是，以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对本发明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。

Claims (10)

1.一种电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，该方法为：按照铁水占总重量的71％～79％和废钢料占总重量21％～29％的比例组配电炉炉料，并将废钢料一次性投入电炉中，其后分两次将铁水加入电炉中，同时，在电炉炉料加料过程中，还通过氧-燃3系统烧嘴对电炉炉料进行预热、升温和脱碳，在电炉炉料加料完毕后，再辅以炉门氧枪吹炼，并且，在一次铁水兑完和二次铁水兑完时，还向电炉中加入造渣料造渣，当电炉中钢水达到钢种所需温度和成分时，出钢进行钢包预脱氧。
2.根据权利要求1所述的电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，所述废钢料块度＜150kg，且两次加入铁水的时间间隔为3～8分钟。
3.根据权利要求1所述的电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，该方法中是在一次铁水兑完后，按5～10kg/t的量向电炉中加入石灰，提前造渣，并在二次铁水兑完后，再次按6～8kg/t的量向电炉中加入石灰。
4.根据权利要求1所述的电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，该方法中，在全吹炼期间是根据炉内泡沫渣形成的情况，分多次向电炉内加入石灰，每次加入的量为3～5kg/t，且全程采用流渣操作。
5.根据权利要求4所述的电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，在吹炼期间，当泡沫渣形成情况较差时，通过炉壁碳粉喷枪向电炉内喷入碳粉，碳粉加入量控制在0.5～2kg/t。
6.根据权利要求1所述的电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，该方法中是以分布在炉壁渣线上部的五支炉壁氧-燃3烧嘴系统为主，并辅以炉门氧枪进行吹炼的，其中，超音速氧气射流流量在3500Nm3/h以下，燃烧氧气射流流量在450Nm3/h以下，燃气射流流量在300Nm3/h以下。
7.根据权利要求6所述的电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，所述吹炼过程具体为：
在上一炉倒完钢后，出电炉钢孔处加引流砂，摇正炉体，同时打开炉壁氧-燃3烧嘴系统，选择点火模式，即档位0；
加完废钢料之后切换至燃烧档位，对废钢料进行预热，同时超音速氧气射流对废钢进行切割，并根据废钢状况选用炉壁氧-燃3烧嘴系统的档位1或2；
在一次铁水兑完时，开启炉壁氧-燃3烧嘴系统的档位3进行加热；
在二次铁水兑完时，根据炉门流渣情况，五支炉壁氧-燃3烧嘴系统选择档位4和/或档位5模式，同时手动控制炉门氧枪，根据炉内泡沫渣及流渣情况，采用超音速射流，氧气流量为0～3600Nm3/h；
出钢前，为均匀钢水成分和温度，达到所需的终点碳含量，选择炉壁氧-燃3烧嘴系统的档位6进行30～80s的短时间吹炼。
8.根据权利要求7所述的电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，在对废钢料进行预热时，优选采用2∶1的氧气和燃气比。
9.根据权利要求1所述的电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，在出钢时还向钢包中添加硅铁、硅锰、铝锭或碳粉的至少一种进行预脱氧，并补加入重量比为1～5∶0～2的石灰和萤石造渣，其中，石灰的加入量为3～6kg/t，出钢过程全部加完。
10.根据权利要求9所述的电炉全吹炼炼钢方法，其特征在于，该方法中是在出钢至1/4时依次加入硅锰和硅铁进行预脱氧，并加入石灰进行造渣。
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Denomination of invention: Electric furnace full blown steelmaking method

Effective date of registration: 20210901

Granted publication date: 20140716

Pledgee: China Construction Bank Zhangjiagang branch

Pledgor: INSTITUTE OF RESEARCH OF IRON & STEEL, JIANGSU PROVINCE/SHA-STEEL, Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980008699