CN105648145A - 以废钢为原料进行炼制低杂质钢材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电弧炉炼钢方法，特别涉及一种利用废钢进行电弧炉炼钢的方法。所述方法包括：1)将炼钢原料在电弧炉中炼制成钢水；2)加入净化剂进行除杂精炼；3)出钢，对钢水进行浇铸，得到钢材；所述炼钢原料，按重量份计，为：30-70份钢渣、10-15份豆钢、5-10份轧制废弃钢和30-50份炼钢除尘灰；所述净化剂，按重量份计，包括：0.5-1.4份生石灰、0.9-1.5份轻烧白云石、0.6-1.0份硅钙粉和0.7-1.2份氮化铬。本发明可以在不使用铁水的前提下，大幅降低电弧炉炼钢的生产成本，降幅达15-30％；本发明还使得炼制的钢材杂质含量大大降低，P含量和S含量分别降为0.005％和0.006％；本发明符合国际国内长期环境政策的要求，具有十分广阔的市场前景。

Description

以废钢为原料进行炼制低杂质钢材的方法

技术领域

本发明涉及一种利用废钢进行电弧炉炼钢的方法，属于电弧炉炼钢技术领域。

背景技术

据国际能源总署的公布数据显示，在2010年的碳排放总量中，钢铁相关的生产活动占了8.3％。在国际和国家环境保护力度日益加大的情况下，研究降低能耗和碳排放的方法已成为钢铁行业的发展重点内容之一。其中，由于利用废钢进行二次炼钢的生产能耗显著较低，因此，大力发展二次炼钢规模是今后钢铁行业的必然趋势。

然而，自金融危机之后，中国的钢铁行业面临着国内外需求不足、原材料价格高位波动、钢价持续下降以及库存不断上涨的多重压力，使得利用废钢进行炼钢的企业面临着巨大的经济困难。

一般而言，利用废钢炼钢采用的是“电弧炉-精炼炉-铸造”的生产工艺，其成本主要集中在原料和电力耗费上。目前，对于降低电弧炉炼钢成本的研究主要是从设备的改进入手，其目的是使得热量得以更充分的使用。不过，由于设备的研发难度高、周期长、风险大以及成本高，并不适于所有的企业。

因此，在金融危机爆发后，许多企业采用了向废钢中加入铁水来进行炼钢的方法，通过利用铁水的余温来降低炼钢的电力耗费(PROMISINGTECHNOLOGYFORMAKINGSTEELWITHTHEUSEOFSCRAPANDAMETALLIZEDRAWMATERIAL.Metallurgist,Vol.53,Nos.3–4,2009)。

Blazek和Fosnacht曾运用经济学模型研究了铁水温度对炼钢整体成本的影响，所得结果表明：当加入铁水炼钢时，提高4.5％的废钢的加入量，需将铁水温度提高200℃。为了使得铁水过热，必须提高高炉铁水温度，则必定增加焦比，使得整体能耗上升。

据北京科技大学的傅杰报道，在1993年之后，安钢在国内外首先研究了铁水加入比对电弧炉冶炼周期和电耗的影响。研究结果表明，随着铁水加入比从0％提高到20％左右时，冶炼周期及其电耗呈缓慢下降趋势；当铁水加入比从20％提高到35％时，冶炼周期及其电耗呈快速下降趋势；当铁水加入比高于35％时，冶炼周期及其电耗呈快速上升趋势，由此确定铁水的加入比最好为30-35％。

然而，长期来看，随着中国经济的深度转型，提高废钢的利用率已经迫在眉睫。

但目前对如何提高废钢的利用率却尚未出现特别行之有效的办法，使得大量的废钢被丢弃，不但造成污染，更重要的是使得可用的资源没有得到有效的利用。其原因主要有如下两个方面：(1)现有技术尚未出现能显著降低利用废钢进行电弧炉炼钢的综合生产成本的方法；(2)现阶段国际和国内的行业困难迫使企业转向向废钢中加入铁矿和铁水的方法，以降低生产成本。

因此，如何在不用铁水的情况下，降低炼钢的成本，不仅考验着企业当下的生存能力，更考验着企业的长远发展。

另外，因为废钢中含有的杂质较多，需要在炼钢的过程中对杂质进行去除，如果炼制的钢材杂质含量不达标，将无法满足市场需求，造成企业利润缺失，如何在很好地降低炼钢总成本的前提下，还能降低产品的杂质含量，将是企业渴望急切解决的问题。

因此，如何找到一种不用铁水、可以降低生产成本以及可以保证钢铁质量，降低杂质含量的电弧炉炼钢技术，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种不用铁水、可以降低生产成本以及可以降低杂质含量的电弧炉炼钢方法，该方法包括如下步骤：1)将炼钢原料在电弧炉中炼制成钢水；2)加入净化剂进行除杂精炼；3)出钢，对钢水进行铸造，得到钢材；

其中，步骤1)中，所述炼钢原料，按重量份计，为：30-70份钢渣、10-15份豆钢、5-10份轧制废弃钢和30-50份炼钢除尘灰；所述炼制钢水的过程中，分批加入石灰造渣，石灰的总量为原料重量的3.2-4％，当原料熔化65～70％时进行浅度吹氧助熔，氧气压力为0.30-0.35MPa；步骤2)中，所述净化剂，按重量份计，包括：0.5-1.4份生石灰、0.9-1.5份轻烧白云石、0.6-1.0份硅钙粉和0.7-1.2份氮化铬；所述精炼过程中，当钢水温度升高至1550℃时，进行深度吹氧脱碳，氧气压力为0.85～0.90MPa。

为了降低电弧炉炼钢的电力成本，本发明的发明人最初研究了如何降低铁水的加入量的问题。所得结果如实验例1的图1所示，当以铁水和轧制废弃钢为原料时，铁水加入的重量含量为30％(以下铁水加入量均为重量含量)时，冶炼周期最低。因此，本发明的发明人以铁水加入量为30％的工艺作为对照(以下及实施例中均称为对照例)，考察了铁水加入量对整体成本的影响。结果如实验例1的图2所示，当铁水加入量为高于30％但不超过40％时，成本与对照例相近，但当铁水加入量低于30％时，成本比对照例高。由此可见，从成本角度而言，难以将铁水的加入量进行调低。

经过对原料选配的不断摸索，本发明的发明人意外的发现，当按重量份计，将30-70份钢渣、10-15份豆钢、5-10份轧制废弃钢和30-50份炼钢除尘灰作为原料时(下称本发明方案)，与加入30％铁水的对照例相比，可以显著的降低炼钢生产成本。结果如实验例2所示，本发明方案的整体成本比对照例的低10-15％左右。不过，当上述原料配比不在本发明方案的范围内之时，冶炼周期和整体成本将会大幅上升，如图3中对比实施例1和对比实施例2所示，炼钢成本比对照例高出20％左右。

本发明的发明人在将本发明的原料配比关系不变的前提下，研究了铁水的加入量对成本的影响，如实验例3中对比方案1和对比方案2。结果如图4所示，当铁水的加入量为30-70％时，整体成本均高于本发明方案。本发明的发明人还研究了在不同铁水加入率为情况下，调整本发明原料种类和配比对整体成本的影响，如实验例3中对比方案3和对比方案4。结果如图4所示，整体成本均显著的高于本发明方案。

由于本发明方案对于原料的选择尚未出现记载，对于如何有效的控制杂质的含量，也尚未有切实可行的方案。一般而言，在进行精炼除杂的过程中，净化剂选用石灰石和轻烧白云石。如本发明的实施例4所示，当净化剂为石灰石和轻烧白云石时，杂质P和S的含量分别为0.011％和0.013％，当采用本发明方案时，杂质P和S的含量降低为0.005％和0.006％。而且本发明的实施例中钢材杂质的含量基本保持一致，钢材质量的稳定性得到保障。

因此，本发明对现有技术的贡献在于，找到了一种不用铁水、可以降低生产成本以及可以大幅降低钢材杂质含量的电弧炉炼钢方法，为提高废钢的利用率技术以及今后长期的节能减排领域的发展奠定了一定的基础。

优选的，所述炼钢原料，按重量份计，为：60-68份钢渣、13-14份豆钢、7-9份轧制废弃钢和35-48份炼钢除尘灰。

如实验例2中图3所示，当炼钢原料为上述配比时，整体成本更低。

优选的，所述炼钢原料，按重量份计，为：66份钢渣、13.5份豆钢、8份轧制废弃钢和45份炼钢除尘灰。

如实验例2中图3所示，当炼钢原料为上述配比时，整体成本最低。

优选的，所述净化剂，按重量份计，包括：0.6-1.0份生石灰、1.0-1.4份轻烧白云石、0.7-0.9份硅钙粉和0.8-1.0份氮化铬；当净化剂为上述配比时，杂质含量更低。

优选的，所述净化剂，按重量份计，包括：0.8份生石灰、1.2份轻烧白云石、0.8份硅钙粉和0.9份氮化铬；当净化剂为上述配比时，杂质含量最低。

以上所述钢材的炼制方法，对钢水进行浇筑的过程中采用氩气进行保护。

本发明的有益效果在于：

1、本发明可以在不使用铁水的前提下，大幅降低电弧炉炼钢的生产成本，降幅达15-30％；

2、本发明克服了在降低生产成本的过程中杂质含量较高的技术问题，使得产品中P含量降低为0.005％，S含量降低为0.006％；

3、本发明符合国际国内长期环境政策的要求，具有十分广阔的市场前景。

附图说明

图1为以铁水和轧制废弃钢为原料时，铁水的加入率与冶金周期的关系图；

图2为以铁水的加入率为30％为对照例，铁水加入率的变化对整体成本的影响结果图；

图3为本发明的对照例、各实施例和对比实施例1-2的整体成本的比较结果图；

图4为本发明实施例1与其它技术方案的整体成本对比图；

图5为本发明所得板材的照片。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

按重量份计，将30份钢渣、10份豆钢、5份轧制废弃钢和30份炼钢除尘灰从炉顶加入到电弧炉中，加料前预先在炉底铺一层石灰，石灰的重量为原料重量的1.2％，装料时按如下顺序进行填放：将钢渣放入底部，中间放入轧制废弃钢和豆钢，最上面放入炼钢除尘灰，利用电弧炉的高温将原料全部熔炼成钢水，熔炼钢水的过程中加入石灰造渣，加入石灰的量为原料总重量的2％，当原料熔化65％时进行浅度吹氧助熔，吹氧管插入钢水深度为60mm，氧气压力为0.30MPa，熔化末期采用中级电压和3/4左右功率进行熔化，待原料全部熔炼成钢水后，对钢水进行精炼除杂，精炼过程中加入净化剂，净化剂的加入量按重量份计，包括：0.5份生石灰、0.9份轻烧白云石、0.6份硅钙粉和0.7份氮化铬；对钢水进行精炼除杂，精炼除杂主要是脱磷和脱碳，在钢水温度低于1500℃下进行造渣脱磷，当温度升高至1550℃时，进行深度吹氧脱碳，吹氧管插入钢水深度为150mm，氧气压力为0.85MPa，吹氧时移动吹氧管，以利于整个熔池均匀沸腾，当碳和磷的成分都符合要求，钢水温度升高至高于出钢温度25℃左右，进行一次扒渣，以防止回磷，扒渣完毕后迅速加入薄渣料覆盖钢水，对钢水进行脱氧和脱硫，脱氧、脱硫过程中需分批补充造渣材料，造渣材料为石灰和萤石，二者的质量比为5:1，加入总量为原料重量的4％，每隔10min左右加入一批，确保还原反应的继续进行，待形成白渣后，还原反应持续25min，测定钢水的含氧量和含硫量保证二者均已降到合格程度后，测量钢水温度，当达到出钢温度后，调整好成分后，在5min之内出钢，最后进行钢水的铸造，铸造过程采用氩气保护，最终得到205型钢材。

对炼制的钢材进行元素检测，得到钢材中杂质P的含量为0.006％，杂质S的含量为0.008％。

实施例2

按重量份计，将70份钢渣、15份豆钢、10份轧制废弃钢和50份炼钢除尘灰从炉顶加入到电弧炉中，按实施例1的操作进行电弧炉炼钢，其中，除了加料前预先在炉底铺一层石灰，石灰的重量为原料重量的1.5％，熔炼钢水的过程中加入石灰造渣，加入石灰的量为原料总重量的2.5％，当原料熔化70％时进行浅度吹氧助熔，吹氧管插入钢水深度为65mm，氧气压力为0.35MPa，当温度升高至1550℃时，进行深度吹氧脱碳，吹氧管插入钢水深度为145mm，氧气压力为0.90MPa，精炼过程中净化剂的加入量按重量份计，包括：1.4份生石灰、1.5份轻烧白云石、1.0份硅钙粉和1.2份氮化铬之外，其余与实施例1一致，最终得到201型钢材。

对炼制的钢材进行元素检测，得到钢材中杂质P的含量为0.007％，杂质S的含量为0.007％。

实施例3

按重量份计，将60份钢渣、13份豆钢、9份轧制废弃钢和48份炼钢除尘灰从炉顶加入到电弧炉中，按实施例1的操作进行电弧炉炼钢，其中，除了加料前预先在炉底铺一层石灰，石灰的重量为原料重量的1.3％，熔炼钢水的过程中加入石灰造渣，加入石灰的量为原料总重量的2.2％，当原料熔化67％时进行浅度吹氧助熔，吹氧管插入钢水深度为68mm，氧气压力为0.33MPa，当温度升高至1550℃时，进行深度吹氧脱碳，吹氧管插入钢水深度为151mm，氧气压力为0.88MPa，精炼过程中净化剂的加入量按重量份计，包括：0.6份生石灰、1.0份轻烧白云石、0.7份硅钙粉和0.8份氮化铬之外，其余与实施例1一致，最终得到205型钢材。

对炼制的钢材进行元素检测，得到钢材中杂质P的含量为0.006％，杂质S的含量为0.007％。

实施例4

按重量份计，将66份钢渣、13.5份豆钢、8份轧制废弃钢和45份炼钢除尘灰从炉顶加入到电弧炉中，按实施例1的操作进行电弧炉炼钢，其中，除了加料前预先在炉底铺一层石灰，石灰的重量为原料重量的1.4％，熔炼钢水的过程中加入石灰造渣，加入石灰的量为原料总重量的2.3％，当原料熔化68％时进行浅度吹氧助熔，吹氧管插入钢水深度为62mm，氧气压力为0.34MPa，当温度升高至1550℃时，进行深度吹氧脱碳，吹氧管插入钢水深度为153mm，氧气压力为0.87MPa，精炼过程中净化剂的加入量按重量份计，包括：0.8份生石灰、1.2份轻烧白云石、0.8份硅钙粉和0.9份氮化铬之外，其余与实施例1一致，最终得到201型钢材。

对炼制的钢材进行元素检测，得到钢材中杂质P的含量为0.005％，杂质S的含量为0.006％。

实施例5

按重量份计，将68份钢渣、14份豆钢、7份轧制废弃钢和35份炼钢除尘灰从炉顶加入到电弧炉中，按实施例1的操作进行电弧炉炼钢，其中，除了加料前预先在炉底铺一层石灰，石灰的重量为原料重量的1.3％，熔炼钢水的过程中加入石灰造渣，加入石灰的量为原料总重量的2.5％，当原料熔化70％时进行浅度吹氧助熔，吹氧管插入钢水深度为59mm，氧气压力为0.34MPa，当温度升高至1550℃时，进行深度吹氧脱碳，吹氧管插入钢水深度为153mm，氧气压力为0.89MPa，精炼过程中净化剂的加入量按重量份计，包括：1.0份生石灰、1.4份轻烧白云石、0.9份硅钙粉和1.0份氮化铬之外，其余与实施例1一致，最终得到316型钢材。

对炼制的钢材进行元素检测，得到钢材中杂质P的含量为0.006％，杂质S的含量为0.007％。

对比实施例1

除原料配比为：75份钢渣、8份豆钢、4份轧制废弃钢和25份炼钢除尘灰之外，其余与实施例1一致。

对炼制的钢材进行元素检测，得到钢材中杂质P的含量为0.010％，杂质S的含量为0.012％。

对比实施例2

除原料配比为：25份钢渣、20份豆钢、12份轧制废弃钢和25份炼钢除尘灰之外，其余与实施例1一致。

对炼制的钢材进行元素检测，得到钢材中杂质P的含量为0.011％，杂质S的含量为0.011％。

实验例1

以铁水和轧制废弃钢为原料，研究铁水加入率对冶炼周期和炼钢整体成本的影响，结果如图1和图2所示。

实验例2

以对照例的成本为基数，研究了实施例1-4和对比实施例1-2相对于对照例的整体成本的变化情况，结果如图3所示。结果显示，实施例1-4相对于对照例，整体成本可降低10-15％，而对比实施例1-2的整体成本比对照例的高出15-20％。

实验例3

以本发明的原料和铁水进行互配，研究铁水的加入对整体炼钢工艺的影响，结果如图4所示。其中，以实施例1的炼钢整体成本为基数；对比方案1的原料分为原料A和原料B，原料A按重量份计，为30份钢渣、10份豆钢、5份轧制废弃钢、30份炼钢除尘灰，原料B为铁水，原料A与原料B的质量比为7:3；除原料A与原料B的质量比为3:7之外，对比方案2与对比方案1一致；对比方案3中的原料为：20％轧制废弃钢、45％豆钢、35％铁水；对比方案4中的原料为：10％废弃钢头、20％球铁、70％铁水。结果显示，对比方案1-4的炼钢整体成本比实施例1的高出30％左右。

Claims (6)

1.一种利用废钢进行电弧炉炼钢的方法，包括：1)将炼钢原料在电弧炉中炼制成钢水；2)加入净化剂进行除杂精炼；3)出钢，对钢水进行铸造，得到钢材；

其特征在于，步骤1)中，所述炼钢原料，按重量份计，为：30-70份钢渣、10-15份豆钢、5-10份轧制废弃钢和30-50份炼钢除尘灰；所述炼制钢水的过程中，分批加入石灰造渣，石灰的总量为原料重量的3.2-4％，当原料熔化65～70％时进行浅度吹氧助熔，氧气压力为0.30-0.35MPa；步骤2)中，所述净化剂，按重量份计，包括：0.5-1.4份生石灰、0.9-1.5份轻烧白云石、0.6-1.0份硅钙粉和0.7-1.2份氮化铬；所述精炼过程中，当钢水温度升高至1550℃时，进行深度吹氧脱碳，氧气压力为0.85～0.90MPa。

2.根据权利要求1所述的一种利用废钢进行电弧炉炼钢的方法，其特征在于，所述炼钢原料，按重量份计，为：60-68份钢渣、13-14份豆钢、7-9份轧制废弃钢和35-48份炼钢除尘灰。

3.根据权利要求1所述的一种利用废钢进行电弧炉炼钢的方法，其特征在于，所述炼钢原料，按重量份计，为：66份钢渣、13.5份豆钢、8份轧制废弃钢和45份炼钢除尘灰。

4.根据权利要求1所述的一种利用废钢进行电弧炉炼钢的方法，其特征在于，所述净化剂，按重量份计，包括：0.6-1.0份生石灰、1.0-1.4份轻烧白云石、0.7-0.9份硅钙粉和0.8-1.0份氮化铬。

5.根据权利要求1所述的一种利用废钢进行电弧炉炼钢的方法，其特征在于，所述净化剂，按重量份计，包括：0.8份生石灰、1.2份轻烧白云石、0.8份硅钙粉和0.9份氮化铬。

6.根据权利要求1所述的一种利用废钢进行电弧炉炼钢的方法，其特征在于，所述对钢水进行浇筑的过程中采用氩气进行保护。