CN108624740A - 一种用废钢炼钢的炼钢设备和冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用废钢炼钢的炼钢设备和冶炼方法，该用废钢炼钢的炼钢设备包括感应升温竖井(2)、电弧炉(1)和废钢预热室(5)：感应升温竖井(2)为上下两端均开放的筒形结构，感应升温竖井(2)能够对感应升温竖井(2)内的炉料进行电磁感应加热；感应升温竖井(2)的下部与电弧炉(1)密封连接；废钢预热室(5)的出口与感应升温竖井(2)的入口对应连接。该用废钢炼钢的炼钢设备和冶炼方法将高效废钢预热、感应升温、电弧熔炼、一次能源熔炼和二次燃烧相结合，改变了传统电弧炉仅依靠电极供电的单一的供能模式，从而有效的解决了传统废钢炼钢工艺和装置热效率低、钢铁料消耗高、烟尘量大和对电网冲击大的问题。

Description

一种用废钢炼钢的炼钢设备和冶炼方法

技术领域

本发明涉及冶炼领域，具体的是一种用废钢炼钢的炼钢设备，还是一种用废钢炼钢的冶炼方法。

背景技术

目前用废钢炼钢的工艺和装置主要包括中频感应炉和电弧炉两种。其中，中频感应炉由于不能吹氧造渣调整钢水成分而不能用于大规模炼钢，仅允许用于原料来源于内部循环的小批量多品种的特种冶金企业。另一方面，传统电弧炉主要依靠高温电弧熔化废钢和加热钢水，电弧对废钢烧损大，熔化噪音大，需要大量吹氧喷碳和加入大量造渣料造好泡沫渣实现埋弧冶炼才能提高电弧加热效率，炉内产生大量的高温烟尘和烟气。同时，每次加废钢需要旋开炉盖，会造成环境污染和能量损失(约增加电耗1.5kWh/t)。所以，后来人们逐渐开发了以回收高温烟气余热为目的的废钢预热型电弧炉。目前，废钢预热型电炉主要包括水平连续预热的Consteel(康斯迪)电炉和带手指阀的竖井式电炉，均可以实现不开盖加料，实现电弧加热钢水的平熔池冶炼。这两种废钢预热型电炉都有各自的优缺点。其中Consteel(康斯迪)电炉设备技术成熟、故障率低，但由于烟气仅由废钢的顶部通过因此预热效果差，吨钢电耗最多节约30kWh。而带手指阀的竖井式电炉，由于烟气是从废钢料柱的底部向其顶部扩散，对流换热充分，吨钢电耗可降低约100kWh，但由于竖井和手指阀采用水冷钢结构，废钢预热温度高，因此竖井和手指阀经常发生漏水和粘钢的故障，给正常生产带来了安全隐患。

发明内容

为了解决传统废钢炼钢工艺热效率低的问题。本发明提供了一种用废钢炼钢的炼钢设备和冶炼方法，该用废钢炼钢的炼钢设备和冶炼方法将高效废钢预热、感应升温、电弧熔炼、一次能源熔炼和二次燃烧相结合，改变了传统电弧炉仅依靠电极供电的单一的供能模式，从而有效的解决了传统废钢炼钢工艺和装置热效率低、钢铁料消耗高、烟尘量大和对电网冲击大的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术发明是：一种用废钢炼钢的炼钢设备，包括：

感应升温竖井，为上下两端均开放的筒形结构，感应升温竖井能够对感应升温竖井内的炉料进行电磁感应加热；

电弧炉，含有上下设置的炉盖和炉身，该炉身含有上下设置的上炉壳和下炉壳，该炉身上设有多功能炉壁枪，感应升温竖井的下部与电弧炉密封连接，感应升温竖井的出口位于电弧炉内；

废钢预热室，位于感应升温竖井的上方，废钢预热室的出口与感应升温竖井的入口对应连接，废钢预热室的侧壁上设有能够向废钢预热室内喷吹氧气和燃气的二次燃烧枪。

感应升温竖井含有电磁感应加热装置、水冷壁和内衬，感应升温竖井的下端位于电弧炉内，炉料能够同时在感应升温竖井和电弧炉内堆积。

废钢预热室的出口与感应升温竖井的入口之间设有插棍阀，废钢预热室的入口位于废钢预热室的上部，废钢预热室的入口处设有能够升降的加料门。

废钢预热室的上方设有用于捕集烟尘的除尘罩，除尘罩内设有废气监测装置，感应升温竖井的下部设有多功能炉壁枪。

感应升温竖井外设有用于向废钢预热室内加入炉料的废钢加料系统，所述废钢加料系统含有加料斗、加料小车、加料斗倾翻液压缸和加料小车导轨，加料斗的底部设有加料斗称量装置。

感应升温竖井连接有感应升温供电系统，电弧炉连接有电弧供电系统。

所述感应升温供电系统含有感应供电变压器、平滑滤波电抗器、变频器、供电冷却系统、感应升温冷却系统、电容柜和水冷电缆；所述电弧供电系统含有短网和电弧供电变压器。

电弧炉的下方设有依次设有升降平台和倾动摇架，炉盖连接有电极，电极的上端位于电弧炉外，电极的下端位于电弧炉内。

电极依次通过导电横臂和导电横臂升降装置与导电横臂及炉盖旋开装置连接，炉盖通过依次炉盖支撑框架和炉盖升降装置与导电横臂及炉盖旋开装置连接，导电横臂及炉盖旋开装置与升降平台连接。

一种用废钢炼钢的冶炼方法，所述用废钢炼钢的冶炼方法采用了上述的炼钢设备，所述用废钢炼钢的冶炼方法包括以下步骤：

步骤1、通电熔化；

电弧炉通电熔化电弧炉内的炉料；

步骤2、废钢预热；

电弧炉内的烟气预热感应升温竖井内的炉料；

步骤3、感应升温；

感应升温竖井加热感应升温竖井内的炉料；

步骤4、氧燃助熔、吹氧喷碳以及烟气的二次燃烧；

通过多功能炉壁枪向电弧炉内喷吹氧气和燃气；通过多功能炉壁枪向电弧炉内吹氧喷碳；通过二次燃烧枪向废钢预热室内吹入氧气；

步骤5、排渣；

步骤6、出钢。

本发明的有益效果是：感应升温比电弧熔化更加稳定，功率因数(0.9vs0.8)和热效率(73％vs63％)更高，对电网冲击更小；吨钢电极消耗0.6kg/t(国际领先水平0.8kg/t)；废钢预热+感应升温，不仅可以节约吨钢电耗(100kWh/t),还可以提高金属收得率5％，加速废钢熔化，可以提高烟尘中氧化锌含量，为本装置的除尘灰提锌奠定基础；氧燃烧嘴可以利用厂区内回收的煤气或天然气+氧气助燃以加速废钢熔化，同时还可以喷吹氧气与喷吹的碳粉反应生产CO，CO在废钢预热室进行二次燃烧可进一步预热废钢，实现一次能源+二次能源的有效结合，提升能源效率的同时兼顾生产效率。可充分利用烟气的化学热，提高废钢温度的同时，提升烟气温度(850℃以上),消除二噁英。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述用废钢炼钢的炼钢设备的主视图。

1、电弧炉；2、感应升温竖井；3、内衬；4、插棍阀；5、废钢预热室；6、加料门；7、二次燃烧枪；8、除尘罩；9、加料斗；10、加料小车；11、加料斗倾翻液压缸；12、加料小车导轨；13、感应供电变压器；14、平滑滤波电抗器；15、变频器；16、供电冷却系统；17、感应升温冷却系统；18、电容柜；19、电极；20、炉盖升降装置；21、导电横臂升降装置；22、导电横臂及炉盖旋开装置；23、导电横臂；24、短网；25、变压器；26、炉盖；27、上炉壳；28、多功能炉壁枪；29、炉渣及钢液温度监测装置；30、倾动摇架；31、水冷电缆；32、升降平台；33、废气监测装置；34、加料斗称量装置；35、下炉壳。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种用废钢炼钢的炼钢设备，包括感应升温竖井2、电弧炉1和废钢预热室5；感应升温竖井2为上下两端均开放的筒形结构，感应升温竖井2的上端为感应升温竖井2的入口，感应升温竖井2的下端为感应升温竖井2的出口，感应升温竖井2能够对感应升温竖井2内的炉料进行电磁感应加热；电弧炉1含有上下设置的炉盖26和炉身，该炉身含有上下设置的上炉壳27和下炉壳35，该炉身上设有多功能炉壁枪28，感应升温竖井2的下部与电弧炉1密封连接，感应升温竖井2的出口位于电弧炉1内；废钢预热室5位于感应升温竖井2的上方，废钢预热室5的出口与感应升温竖井2的入口对应密封连接，废钢预热室5的侧壁上设有能够向废钢预热室5内喷吹氧气和燃气的二次燃烧枪7，如图1所示。

本发明所述用废钢炼钢的炼钢设备在全密闭的状态下，采用留钢留渣操作，通过感应升温、电弧加热、吹氧喷碳、氧气和燃气燃烧助熔相结合的能量供应方式，同时对废钢进行多方位多角度的加热并至熔化，在被感应升温的废钢同时还被来自氧气与燃气助熔、电弧熔炼及吹氧喷碳产生的烟尘和废气进行预热，待废钢熔化达到一定比例后，再利用多功能炉壁枪或埋入式氧枪高效吹氧进行脱磷脱碳以调整钢水成分，同时电弧加热可继续对钢水升温至合格出钢温度，整个冶炼过程产生的烟气全程导入专用的废钢预热室进行二次燃烧提升烟气自身温度并对下一炉的废钢和进行预热，其中烟气要升温至850℃以上促进二噁英裂解。

在本实施例中，感应升温竖井2含有电磁感应加热装置、水冷壁和内衬3，该电磁感应加热装置能够产生交变的磁场以加热感应升温竖井2内的炉料(如废钢、碳块、生铁、铁水、DRI、或混合料)，感应升温竖井2的下端位于电弧炉1内，感应升温竖井2的下端的位置应该能够满足使炉料同时在感应升温竖井2和电弧炉1内堆积。

内衬3为非水冷的内衬；感应升温竖井2的下端与电弧炉1内连通，由于炉料能够同时在感应升温竖井2和电弧炉1内堆积，炉内的钢液可以与感应升温竖井2内废钢接触，对感应升温竖井2内废钢进行传热熔化。感应升温竖井2的下部设有多功能炉壁枪28，多功能炉壁枪28可以喷吹氧气和燃气，加速废钢熔化。

在本实施例中，废钢预热室5的出口与感应升温竖井2的入口之间设有插棍阀4，废钢预热室5的入口位于废钢预热室5的上部，废钢预热室5的入口处设有能够升降的加料门6。废钢预热室5的上方设有用于捕集烟尘的除尘罩8，除尘罩8内设有废气监测装置33。

电弧炉1炉内的烟气会被导入至废钢预热室5进行废钢预热和二次燃烧；废钢预热室5采用非水冷结构，废钢预热室5内的二次燃烧枪7可以喷吹氧气和燃气，用于烟气中一氧化碳的二次燃烧，一方面对废钢进行预热，另一方面对烟气进行升温。插棍阀4一方面用于拖住被预热的废钢，另一方面在废钢被预热后，插棍阀4被打开，预热后的废钢进入感应升温竖井2的内部继续被感应线圈加热升温。

除尘罩8用于捕集废钢预热室内溢出的烟尘和加料时产生烟尘，同时对烟气进行动态监测和分析，如除尘罩侧壁上设有废气监测装置33，实时对烟气温度和成分进行监测分析。可升降的加料门6，在需要加料时加料门下降打开，当加料完毕后加料门上升关闭。

在本实施例中，感应升温竖井2外设有用于向废钢预热室5内加入炉料的废钢加料系统，所述废钢加料系统含有加料斗9、加料小车10、加料斗倾翻液压缸11和加料小车导轨12，加料斗9的底部设有加料斗称量装置34。

加料小车10可沿着加料小车导轨12将装满废钢的加料斗9由底部运输至废钢预热室5的顶部然后锁定小车，接着由加料斗倾翻液压缸11倾翻加料斗进行加料。加料小车10上设置了加料斗倾翻液压缸11，用于驱动加料斗倾翻，把加料斗内的废钢加入到废钢预热室5内。

在本实施例中，感应升温竖井2连接有感应升温供电系统，电弧炉1连接有电弧供电系统。所述感应升温供电系统含有感应供电变压器13、平滑滤波电抗器14、变频器15、供电冷却系统16、感应升温冷却系统17、电容柜18和水冷电缆31。所述电弧供电系统含有短网24和电弧供电变压器25。

在本实施例中，电弧炉1的下方设有依次设有升降平台32和倾动摇架30，炉盖26连接有电极19，电极19的上端位于电弧炉1外，电极19的下端位于电弧炉1内。电极19依次通过导电横臂23和导电横臂升降装置21与导电横臂及炉盖旋开装置22连接，炉盖26通过依次炉盖支撑框架和炉盖升降装置20与导电横臂及炉盖旋开装置22连接，导电横臂及炉盖旋开装置22与升降平台32连接。

下面介绍一种用废钢炼钢的冶炼方法，该用废钢炼钢的冶炼方法采用了上述的炼钢设备，所述用废钢炼钢的冶炼方法包括以下步骤：

步骤1、通电熔化；

电弧炉1通电熔化电弧炉1内的炉料；变压器25开始通过短网24和导电横臂23向电极19送电，然后电极19通过电极调节系统控制导电横臂升降装置21对电弧炉1内的炉料进行熔化，整个熔化过程是在密闭的炉体内进行；同时，由加料小车10把装满废钢的加料斗9提运至废钢预热室5的顶部，打开加料门6后由加料斗倾翻液压缸11驱动加料斗倾翻把废钢加入废钢预热室内，然后再关闭加料门6。

如果是第一次新炉衬的第一次冶炼，在步骤1之前还包括开炉盖装料的步骤。具体是：首先利用导电横臂升降装置21将导电横臂及电极底端提升至上炉壳上方200mm处，然后再炉盖升降装置20将炉盖26顶升500mm后，再利用导电横臂及炉盖旋开装置22将电极19和炉盖26旋开72°以上的角度后，把冶炼用的30％～40％炉料(废钢、碳块、生铁、铁水、DRI、或混合料)从上炉壳上方加入炉内，然后导电横臂及电极旋转装置将炉盖和导电横臂及电极旋回至炉壳上方，炉盖升降装置20将炉盖下降500mm与上炉壳的闭合后，炉盖的升降液压缸将继续下降200mm与炉盖完全脱开，炉盖依靠重力落在了上炉壳上，为了防止炉盖滑落，上炉壳上部还设有导向固定装置。该开炉盖装料的步骤，用于产生炉内留钢，当炉内已有留钢时，则不含有本步骤而由直接从步骤1开始。

步骤2、废钢预热；

电弧炉1内的烟气预热感应升温竖井2内的炉料；如果感应升温竖井2内没有废钢堆积，则打开插棍阀4，让废钢直接落入到竖井内同时进行升温和预热；完成步骤1后如果感应升温竖井2内存在废钢堆积，则不打开插棍阀4，让废钢在预热室内进行预热。当感应升温竖井2内的废钢熔化50％以上时，打开插棍阀4，让废钢预热室5的废钢落入感应升温竖井2内进一步升温和预热。

步骤3、感应升温；

感应升温竖井2加热感应升温竖井2内的炉料。即感应供电变压器13开始通过平滑滤波电抗器14、变频器15、电容柜18和水冷电缆31向感应升温竖井2供电，使感应升温竖井2内进行非接触式升温。

步骤4、氧燃助熔、吹氧喷碳以及烟气的二次燃烧；

通过多功能炉壁枪28向电弧炉1内喷吹氧气和燃气；通过多功能炉壁枪28向电弧炉1内吹氧喷碳；通过二次燃烧枪7向废钢预热室5内吹入氧气。

具体的，当炉内装好废钢后，并可以利用安装在炉壁上的多功能炉壁枪28，按一定的比例吹入燃气和氧气，发挥烧嘴助熔功能，加速废钢的熔化。当炉内有留钢或熔池已经形成时，便可以同步进行吹氧喷碳操作，利用装在炉壁上的多功能炉壁枪28对熔池按设定的流量和比例进行吹氧和喷碳，通过调整喷枪的角度把氧气喷入金属熔池中，而把碳粉喷入到炉渣中，同时根据炉渣及钢液温度监测装置29的监测结果，调整吹氧喷碳的时间和流量，以保证合理的泡沫渣温度和升温速度。在冶炼过程中，产生的烟气通过竖井进入废钢预热室5，当废气监测装置33监测到烟气中CO浓度达到一定浓度时，安装在燃烧沉降室侧壁的二次燃烧枪7向燃烧沉降室内的烟气吹入氧气以促进烟气中CO的充分燃烧并降至安全范围内。

步骤5、排渣；从步骤3开始，电弧炉1内将不断产生炉渣，这些炉渣在积聚到一定程度后可通过炉门持续排除，炉门可实现在排渣的同时阻止外部空气进入炉内。

步骤6、出钢。当炉内的熔池温度及碳含量达到既定目标后，可以通过液压缸驱动倾动摇架30进行倾炉出钢，当出钢量达到设定值后，炉体快速回倾到水平位置，露出出钢口并保证炉内有合适的留钢量。

步骤7：灌砂及修补炉衬。当出钢完成之后，需要对出钢口进行清理并灌砂。同时对炉内的耐材进行检查并及时修补，准备好下一炉的冶炼。

在本发明中，增加了废钢不开炉盖加料、废钢预热和感应升温；在感应升温的同时可以进行电弧升温+吹氧+喷碳的冶炼工艺。在废钢预热的环节设置氧燃烧嘴和二次燃烧功能。多功能炉壁枪可应用厂区内低热值的煤气进行废钢熔炼。

本发明提出了整个炼钢过程是在全密闭的状态下进行的，不开盖加料，减少炼钢过程的烟尘排放。本发明提出了采用了留钢留渣操作，用留钢传递能量以加速熔化废钢，电弧只对钢水进行加热，实现平熔池冶炼，电弧加热更加平稳，噪音更低，对电网冲击更小。

本发明提出了通过感应升温、电弧加热、吹氧喷碳、氧气和燃气燃烧助熔相结合的能量供应方式同时对废钢进行加热和熔化，尤其是提出了将感应升温与电弧加热相结合，或是将感应升温与吹氧喷碳、氧气和燃气燃烧助熔的一种相结合对废钢进行加热和熔化。

本发明提出了将高温烟气预热废钢与感应升温、电弧加热、一次能源助熔结合起来共同加速废钢熔化。本发明提出了将高温烟气的二次燃烧与预热废钢、二噁英裂解结合起来的工艺理念。本发明提出了一种将一次能源、二次能源的感应和电弧供应方式、及烟气余热回收相结合以提高用废钢炼钢过程热效率的工艺思路。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种用废钢炼钢的炼钢设备，其特征在于，该用废钢炼钢的炼钢设备包括：

感应升温竖井(2)，为上下两端均开放的筒形结构，感应升温竖井(2)能够对感应升温竖井(2)内的炉料进行电磁感应加热；

电弧炉(1)，含有上下设置的炉盖(26)和炉身，该炉身含有上下设置的上炉壳(27)和下炉壳(35)，该炉身上设有多功能炉壁枪(28)，感应升温竖井(2)的下部与电弧炉(1)密封连接，感应升温竖井(2)的出口位于电弧炉(1)内；

废钢预热室(5)，位于感应升温竖井(2)的上方，废钢预热室(5)的出口与感应升温竖井(2)的入口对应连接，废钢预热室(5)的侧壁上设有能够向废钢预热室(5)内喷吹氧气和燃气的二次燃烧枪(7)。

2.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备，其特征在于，感应升温竖井(2)含有电磁感应加热装置、水冷壁和内衬(3)，感应升温竖井(2)的下端位于电弧炉(1)内，炉料能够同时在感应升温竖井(2)和电弧炉(1)内堆积。

3.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备，其特征在于，废钢预热室(5)的出口与感应升温竖井(2)的入口之间设有插棍阀(4)，废钢预热室(5)的入口位于废钢预热室(5)的上部，废钢预热室(5)的入口处设有能够升降的加料门(6)。

4.根据权利要求3所述的用废钢炼钢的炼钢设备，其特征在于，废钢预热室(5)的上方设有用于捕集烟尘的除尘罩(8)，除尘罩(8)内设有废气监测装置(33)，感应升温竖井(2)的下部设有多功能炉壁枪(28)。

5.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备，其特征在于，感应升温竖井(2)外设有用于向废钢预热室(5)内加入炉料的废钢加料系统，所述废钢加料系统含有加料斗(9)、加料小车(10)、加料斗倾翻液压缸(11)和加料小车导轨(12)，加料斗(9)的底部设有加料斗称量装置(34)。

6.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备，其特征在于，感应升温竖井(2)连接有感应升温供电系统，电弧炉(1)连接有电弧供电系统。

7.根据权利要求6所述的用废钢炼钢的炼钢设备，其特征在于，所述感应升温供电系统含有感应供电变压器(13)、平滑滤波电抗器(14)、变频器(15)、供电冷却系统(16)、感应升温冷却系统(17)、电容柜(18)和水冷电缆(31)；所述电弧供电系统含有短网(24)和电弧供电变压器(25)。

8.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备，其特征在于，电弧炉(1)的下方设有依次设有升降平台(32)和倾动摇架(30)，炉盖(26)连接有电极(19)，电极(19)的上端位于电弧炉(1)外，电极(19)的下端位于电弧炉(1)内。

9.根据权利要求8所述的用废钢炼钢的炼钢设备，其特征在于，电极(19)依次通过导电横臂(23)和导电横臂升降装置(21)与导电横臂及炉盖旋开装置(22)连接，炉盖(26)通过依次炉盖支撑框架和炉盖升降装置(20)与导电横臂及炉盖旋开装置(22)连接，导电横臂及炉盖旋开装置(22)与升降平台(32)连接。

10.一种用废钢炼钢的冶炼方法，其特征在于，所述用废钢炼钢的冶炼方法采用了权利要求1所述的炼钢设备，所述用废钢炼钢的冶炼方法包括以下步骤：

步骤1、通电熔化；

电弧炉(1)通电熔化电弧炉(1)内的炉料；

步骤2、废钢预热；

电弧炉(1)内的烟气预热感应升温竖井(2)内的炉料；

步骤3、感应升温；

感应升温竖井(2)加热感应升温竖井(2)内的炉料；

步骤4、氧燃助熔、吹氧喷碳以及烟气的二次燃烧；

通过多功能炉壁枪(28)向电弧炉(1)内喷吹氧气和燃气；通过多功能炉壁枪(28)向电弧炉(1)内吹氧喷碳；通过二次燃烧枪(7)向废钢预热室(5)内吹入氧气；

步骤5、排渣；

步骤6、出钢。