CN104131134B

CN104131134B - 一种电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺

Info

Publication number: CN104131134B
Application number: CN201410323122.4A
Authority: CN
Inventors: 周艳丽; 吴兵; 倪友来; 武文健; 孟宪华; 石军强
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: CN104131134A

Abstract

本发明一种电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺，包括使用喷粉罐、喷粉罐输送管道向电弧炉内喷吹造泡沫渣用含碳粉状材料，控制炉渣碱度、FeO含量和熔池温度，造泡沫渣用含碳粉状材料是类石墨，固定碳含量≥80％，水分≤0.5％，粒度小于3mm，在电弧炉熔池温度达到1550～1600℃时，向电炉渣面连续均匀的喷吹所述类石墨造泡沫渣，类石墨喷吹时的载气压力为0.3～0.5MPa；类石墨喷吹强度为15～25kg/min，类石墨喷吹量为6～7kg/t。本发明采用类石墨粉状材料可避免喷粉罐输送管道磨损，在30-75％铁水比例条件下，实现全程泡沫渣操作，类石墨用量比碳粉减少20％以上。比使用焦炭更安全，延长输送管道使用时间。

Description

一种电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺

技术领域

本发明涉及一种电弧炉熔池内造泡沫渣工艺，属于电弧炉冶炼技术领域。

背景技术

UHP电弧炉冶炼过程中，在熔池内造良好的泡沫渣是最重要工艺技术之一。泡沫渣技术是在电弧炉冶炼过程中，在吹氧的同时向熔池内喷碳粉，形成强烈的碳氧反应，在渣层内形成大量的CO气体泡沫。泡沫渣可以有效地屏蔽和吸收电弧辐射能，并传递给熔池，提高传热效率，减少了辐射到炉衬、炉盖的热损失，钢液升温速度快，降低耐火材料消耗和冶炼电耗，提高冶金反应速度，缩短冶炼周期。泡沫渣的效果与合理的碳氧喷吹强度，碳粉质量，炉渣成分，碱度，FeO含量等因素有关。目前，电弧炉造泡沫渣主要是通过向熔池渣面喷吹焦炭粉，发生以下化学反应(FeO)+C＝Fe+{CO}、(FeO)+{CO}＝[Fe]+{CO₂}，同时钢中碳与钢中氧和渣中氧化铁发生以下反应：[C]+[O]＝{CO}、(FeO)+[C]＝Fe+{CO}，也是发泡气源。冶炼过程根据炉中泡沫渣的高度，连续或间断向熔池渣面喷吹焦炭粉，实现全程泡沫渣操作。另外，泡沫渣还与炉渣碱度、粘度、(FeO)含氧量、熔池温度有密切关系。控制炉渣碱度在1.8～2.2左右，使渣中含有适量的2CaO.SiO₂固态颗粒，可起到气泡形核和降低表面张力增大黏度的作用，有利于炉渣发泡。保持FeO含量20％左右，有利于炉渣发泡，FeO过高炉渣黏度下降不利于发泡。保持适当的温度，温度过高炉渣变稀，泡沫渣保持时间短，一般温度升高100℃，泡沫渣寿命下降70％。

目前，造泡沫渣的最重要的工艺条件之一是利用喷粉罐向炉内喷吹焦炭粉，经喷粉罐流化的焦炭粉，由输送管道和喷枪直接射入炉中熔池渣面与渣中(FeO)反应产生CO气泡形成泡沫渣。目前存在的问题一是流化后的焦炭粉对输送管道产生巨大的冲击力和摩擦力，焦炭粉硬度大，从而造成输送管道磨损严重，以至于经常更换输送管道备件。二是焦炭粉粒度不均匀，经常有大颗粒焦炭堵塞输送管道，影响正常造泡沫渣。三是焦炭粉粒度和成分不均匀，发泡速度慢，效果不稳定，烟尘大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺。

本发明的技术方案如下：

一种电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺，包括使用喷粉罐、喷粉罐输送管道向电弧炉内喷吹造泡沫渣用含碳粉状材料，控制炉渣碱度、FeO含量和熔池温度，其特征在于，造泡沫渣用含碳粉状材料是类石墨，固定碳含量≥80％，水分≤0.5％，粒度小于3mm；

步骤如下：

(1)电弧炉金属料采用热装铁水比率30-75％，电弧炉采用留钢留渣操作，加废钢时，提前在料罐底部或中部加入活性石灰30～40kg/t钢和轻烧镁块5～6kg/t钢。

(2)喷吹类石墨造泡沫渣

在电弧炉熔池温度达到1550～1600℃时，向电炉渣面连续均匀的喷吹类石墨造泡沫渣，类石墨喷吹时的载气压力为0.3～0.5MPa；类石墨喷吹强度为15～25kg/min，类石墨喷吹量为6～7kg/t；

同时，控制炉渣碱度R＝1.5～3.0，FeO含量10～25％；

(3)在造泡沫渣过程中，全程供氧，供氧方式为：冶炼前期采用炉壁集束氧枪、炉门水冷氧枪、凸腔区(EBT)氧枪同时供氧助熔。冶炼前期炉壁集束氧枪氧气压力控制在0.9MPa～1.2MPa，炉壁集束氧枪氧气流量800～1000m³/h，炉门氧枪氧气压力0.8MPa～1.0MPa，流量1000～1200m³/h，凸腔区(EBT)氧枪氧气压力控制在0.6MPa～0.8MPa，氧气总流量800～1000m³/h。熔清后，主要用炉壁集束氧枪供氧脱碳，同时用炉门氧枪向渣钢界面吹氧快速脱磷。熔清至冶炼后期炉壁集束氧枪氧气压力控制在1.2MPa～1.6MPa，炉壁集束氧枪氧气流量1000～1500m³/h，炉门氧枪、凸腔区(EBT)氧枪氧气压力及流量范围与冶炼前期相同。

根据本发明优选的，所述类石墨的粒度为1～3mm。

根据本发明优选的，步骤(2)喷吹类石墨造泡沫渣的喷口距钢液面30～40mm，喷管与钢液面的夹角为15～30°；采取炉门口喷吹类石墨造泡沫渣的方式；另一种优选方案是，采取炉门口和电炉后侧炉壁两点喷吹类石墨造泡沫渣。

根据本发明优选的，步骤(2)中，熔化前期类石墨喷吹强度15～18kg/min，熔淸后类石墨喷吹强度20～25kg/min，维持泡沫渣厚度在500mm左右，保证埋弧冶炼。

根据本发明优选的，步骤(2)中，造泡沫渣的最佳工艺条件是：熔池温度1560～1580℃，炉渣碱度R＝1.8～2.3，FeO含量15～25wt％。发泡高度不低于500mm，可使冶炼周期缩短2～4min。

根据本发明优选的，步骤(3)中，炉壁集束氧枪安装角度与熔池钢液面成42～45°，氧枪喷口距钢液面400～450mm。如图1所示。

根据不同铁水配比，通过流量控制和开启时间控制供氧强度，保证渣中(FeO)在泡沫渣工艺要求范围内。炉壁集束氧枪具有主氧和环氧两种燃烧模式，主氧分为低氧、中氧、高氧三个档位，根据熔化不同阶段，合理调整选择供氧档位和时间，始终保持最佳供氧量，炉壁集束氧枪系统具有二次燃烧功能，将熔池内的燃烧与熔池上方CO的燃烧有机结合起来，大大提高了热效率。炉壁集束氧枪为现有技术，市购产品。

根据本发明优选的，步骤(3)中，吹氧助熔：冶炼前期炉壁集束氧枪氧气压力控制在0.9～1.2MPa，流量800～1000m³/h，炉门水冷氧枪流量1000～1200m³/h，氧气压力0.8～1.0MPa，凸腔区(EBT)氧枪流量800～1000m³/h，氧气压力0.6～0.8MPa。熔清至冶炼后期炉壁集束氧枪氧气压力控制在1.2～1.6MPa，流量1000～1500m³/h。

本发明的电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺，利用类石墨粉作为电弧炉熔池内造泡沫渣材料，可避免电弧炉喷射冶金用喷粉罐输送管道磨损；在30-75％铁水比例条件下，可实现全程泡沫渣操作，用量可比碳粉减少20％以上。50吨电弧炉在冶炼中全程使用5级恒功率(35MVA)供电，二次电压513V，二次电流39.39KA，可保持最高的有功输入功率。

工艺原理：

本发明的工艺在冶炼过程中，向电弧炉熔池渣面喷入类石墨还原渣中氧化铁产生CO，在熔池高温条件下(1550-1600℃)进行还原反应，反应机理是：1.类石墨喷入电炉渣子表面受高温逸出挥发分；2.类石墨中的固定碳向碳不饱和的钢渣中溶解并与渣中(FeO)反应；3.(FeO)与钢水中逸出的一氧化碳反应；4.渣中氧化铁与钢水中的碳及钢水中的碳和钢水中的氧反应逸出的一氧化碳；形成泡沫渣主要由以下反应决定：

(FeO)+C＝Fe+{CO}(1)

(FeO)+{CO}＝[Fe]+{CO2}(2)

(FeO)+[C]→Fe+{CO}(3)

[C]+[O]＝{CO}(4)

反应式(1)在熔渣中进行，描述的是氧化铁与加入渣中的固态碳间的反应。反应式(2)描述的是渣中氧化铁与钢水中逸出的一氧化碳的反应。反应式(3)和(4)描述的是渣中氧化铁与钢水中的碳及钢水中的碳和钢水中的氧反应。本发明通过向电弧炉内渣面连续均匀的喷吹类石墨粉，达到炉渣发泡即形成泡沫渣的目的。

在电弧炉冶炼过程中，喷粉罐是造泡沫渣工艺的常规设备，可以市场购买。本发明没有详尽说明的均可参照现有技术或焦炭粉电弧炉造泡沫渣工艺。

优良效果：

本发明的工艺，用类石墨代替焦炭粉，可避免电弧炉喷射冶金用喷粉罐输送管道磨损。类石墨与焦炭粉的主要理化指标见表1：

表1类石墨与焦炭粉的主要理化指标

材料

C

S

水分

灰分

挥发分

莫氏硬度

类石墨

>80％

≤0.30

≤0.5％

≤15

≤2.7

1～2

焦炭粉

>80％

≤1

≤0.5％

≤15

≤3.5

3～5

类石墨与焦炭粉的主要成分都是碳，但焦炭粉的硬度比类石墨高。经喷粉罐流化器流化后的焦炭粉经充压后，在气流作用下运动对输送管道内壁产生巨大的摩擦力，同时由于焦炭硬度大，在连续使用过程中，输送管道内壁逐渐变薄，以致破裂。破裂使充压后的焦炭粉从破裂处溅出，对操作人员造成安全威胁，所以需频繁更换管道。本发明使用了质地柔软的类石墨代替焦炭粉造泡沫渣，可以避免喷粉罐管道磨损，延长输送管道使用时间，减少备件消耗；确保操作人员人身安全，同时对电炉冶炼过程无任何不利影响。

本发明工艺，采用类石墨作为电弧炉熔池内造泡沫渣材料，化学成分稳定、颗粒均匀，发泡速度快，能有效避免流化后的炭粉对输送管道产生巨大的冲击力和摩擦力。泡沫渣的发泡高度超过500mm，较厚的泡沫渣有效地屏蔽和吸收了电弧辐射能并传递给熔池，提高了传热效率，减少了辐射到炉壁、炉盖的热损失，钢液升温速率加快，减轻了钢渣对炉壁耐火材料的侵蚀，降低了冶炼电耗和电极消耗，缩短了电弧炉冶炼周期，同时减轻了冶炼过程中的电弧炉噪音。

本发明采用炉门喷吹类石墨造泡沫渣，电炉可实现全程泡沫渣操作和恒功率供电，中间不用换挡位(变电压)，可全程保持最大输入功率。而其它工艺的电炉均需中间换挡位操作，影响输入功率。

使用类石墨替代焦炭粉造泡沫渣，泡沫渣形成速度快，泡沫渣稳定维持时间长，相同工艺条件下喷吹用量比焦炭粉减少20％。同时减轻了输送管道磨损速度，避免了频繁更换输送管道，降低了工人劳动强度和材料消耗。输送管道使用寿命延长30～40％。

采用本发明工艺，可使冶炼周期缩短2～4min。冶炼电耗降低8～10kWh/t钢，电极消耗降低0.03～0.05kg/t钢，炉衬寿命平均提高10～20次。

附图说明

图1是炉壁氧枪安装位置示意图。图中，1、熔池，2、炉壁，3、氧枪，4、氧枪喷口，5、钢液面。

图2炉门口吹喷类石墨示意图，6、炉体，7、炉门，8、类石墨输送管道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：50吨电弧炉造泡沫渣

(1)电弧炉金属料采用热装铁水比率65％，为提前造泡沫渣，电弧炉采用留钢留渣操作，为获得良好的泡沫渣效果，加废钢时，提前在料罐底部或中部加入活性石灰35kg/t钢和轻烧镁块6kg/t钢。加一次料(废钢)，兑铁水。

(2)采取炉门口和电炉后侧炉壁两点喷吹类石墨造泡沫渣；在电弧炉熔池温度达到1580℃时，向电炉渣面连续均匀的喷吹类石墨造泡沫渣，熔化前期类石墨喷吹强度15～18kg/min，熔淸后类石墨喷吹强度20～25kg/min。类石墨喷吹量6.5kg/t钢。喷吹类石墨造泡沫渣的喷口距钢液面35-40mm，喷管与钢液面的夹角为20～25°。

其他工艺条件：类石墨喷吹时的载气压力为0.4MPa；控制炉渣碱度R＝2.0～2.2，FeO含量18～20％；造泡沫渣的发泡高度约510mm。

(3)在造泡沫渣过程中，全程供氧，供氧方式：冶炼前期采用炉壁集束氧枪、炉门水冷氧枪、凸腔区(EBT)氧枪同时供氧助熔。冶炼前期炉壁集束氧枪氧气压力控制在1.0～1.1MPa，流量900～960m³/h；溶清至冶炼后期炉壁集束氧枪氧气压力控制在1.4～1.5MPa，流量1200～1300m³/h。

熔清取样分析碳、锰、磷、硫、铬、镍、铜，测温；吹氧脱磷、脱碳、提温。取样分析：碳、锰、磷、硫、铬、镍、铜，测温，终点化学成分和温度符合工艺要求后出钢(预脱氧、合金化、加渣料)。

应用例：50吨电炉泡沫渣工艺

下面结合一个生产应用例对本发明进一步说明。

1)配料：铁水34吨、废钢23吨、活性石灰1.8吨、轻烧镁块0.3吨、熔池余钢6吨；

2)加一次料，兑铁水；

3)送电：二次电压513V，二次电流39.39KA；

4)吹氧助熔：冶炼前期炉壁集束氧枪氧气压力控制在0.9～1.2MPa，流量800～1000m3/h；炉门氧枪氧气压力0.8MPa～1.0MPa，流量1000～1200m³/h，凸腔区(EBT)氧枪氧气压力控制在0.6MPa～0.8MPa，氧气流量800～1000m³/h。熔清至冶炼后期炉壁集束氧枪氧气压力控制在1.2～1.6MPa，流量1000～1500m³/h，用炉门氧枪向渣钢界面吹氧快速脱磷。

控制炉渣碱度R＝1.5～2.5，FeO含量15～20％；

5)喷吹类石墨：熔化前期类石墨喷吹强度15～18kg/min，熔淸后类石墨喷吹强度20～25kg/min。类石墨喷吹量6～7kg/t钢。

6)熔清取样分析碳、锰、磷、硫、铬、镍、铜，测温；

7)吹氧脱磷、脱碳、提温。

8)取样分析：碳、锰、磷、硫、铬、镍、铜，测温；

9)出钢(预脱氧、合金化、加渣料)。

以上述50吨电炉泡沫渣生产工艺为例喷吹类石墨与喷吹焦炭粉效果对比列于下表2中。

表2喷吹类石墨与喷吹焦炭粉效果对比

项目	喷吹类石墨	喷吹焦炭粉	差值
				冶炼周期	42	44	-2
平均冶炼电耗Kwh/t	175	187	-12
				平均综合氧耗m³/t	52.4	56.36	-3.96
电极消耗kg/t	0.89	0.93	-0.04
				石灰消耗kg/t	31.5	32	-0.5
含碳材料喷吹量kg/t	6.1	7.8	-1.7
				泡沫渣高度/mm	510	400	110
输送管道寿命/小时	144	72	24

Claims

1.一种电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺，包括使用喷粉罐、喷粉罐输送管道向电弧炉内喷吹造泡沫渣用含碳粉状材料，控制炉渣碱度、FeO含量和熔池温度，其特征在于，造泡沫渣用含碳粉状材料是类石墨，固定碳含量≥80％，水分≤0.5％，粒度小于3mm；

步骤如下：

（1）电弧炉金属料采用热装铁水比率30-75％，电弧炉采用留钢留渣操作，加废钢时，提前在料罐底部或中部加入活性石灰30～40kg/t钢和轻烧镁块5～6kg/t钢；

（2）喷吹类石墨造泡沫渣

在电弧炉熔池温度达到1550～1600℃时，向电炉渣面连续均匀的喷吹类石墨造泡沫渣，类石墨喷吹时的载气压力为0.3～0.5MPa；类石墨喷吹强度为15～25kg/min，类石墨喷吹量为6～7kg/t；同时，控制炉渣碱度R=1.5～3.0，FeO含量10～25％；

喷吹类石墨造泡沫渣是采取炉门口喷吹类石墨造泡沫渣，喷口距钢液面30～40mm，喷管与钢液面的的夹角为15～30°；

熔化前期类石墨喷吹强度15～18kg/min，熔清后类石墨喷吹强度20～25kg/min，维持泡沫渣厚度在500mm；

（3）在造泡沫渣过程中，全程供氧，供氧方式为：冶炼前期采用炉壁集束氧枪、炉门水冷氧枪、凸腔区氧枪同时供氧助熔；冶炼前期，炉壁集束氧枪氧气压力控制在0.9MPa～1.2MPa、氧气流量800～1000m³/h，炉门水冷氧枪氧气压力0.8MPa～1.0MPa、流量1000～1200m³/h，凸腔区氧枪氧气压力控制在0.6MPa～0.8MPa、氧气总流量800～1000m³/h；熔清后，主要用炉壁集束氧枪供氧脱碳，同时用炉门水冷氧枪向渣钢界面吹氧快速脱磷；熔清后炉壁集束氧枪氧气压力控制在1.2MPa～1.6MPa，氧气流量1000～1500m³/h，炉门水冷氧枪、凸腔区氧枪氧气压力及流量范围与冶炼前期相同。

2.如权利要求1所述的电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺，其特征在于，步骤（2）中，造泡沫渣的条件是：熔池温度1560～1580℃，炉渣碱度R=1.8～2.3，FeO含量15～25wt％；发泡高度不低于500mm；使冶炼周期缩短2～4min。

3.如权利要求1所述的电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺，其特征在于，步骤（3）中，炉壁集束氧枪安装角度与熔池钢液面成42～45°，氧枪喷口距钢液面400～450mm。

4.如权利要求1所述的电弧炉熔池内造泡沫渣的工艺，其特征在于，在30-75％铁水比例条件下，实现全程泡沫渣操作，类石墨用量比碳粉减少20%以上；50吨电弧炉在冶炼中全程使用5级恒功率35MVA供电，二次电压513V，二次电流39.39KA。