CN108842032A - 一种还原处理废钢的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种还原处理废钢的装置及方法，装置包括上料系统、还原炉、主推钢机，所述上料系统的上料管道连接在还原炉入口的下部，主推钢机设置在还原炉入口端部，在还原炉入口的上部设置有还原气体入口，所述还原炉的出口连接电弧炉，在所述还原炉与电弧炉之间设有挡风板，在所述上料管道上设有惰性气体入口。利用本发明的方法及其装置可以将进入电弧炉或转炉前的废钢进行预热，并将废钢表面的氧化铁皮彻底还原，消除氧化铁皮对熔炼钢水的不利影响。

Description

一种还原处理废钢的装置及方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种还原处理废钢的装置及方法。

背景技术

废钢是钢铁生产和消费过程中产生的可再生的原料资源，使用废钢炼钢可提高资源利用率，节能减排，减少原生铁矿的开采，提高钢铁生产潜能，实现绿色生产。统计资料表明，多利用一吨废钢可节约0.4吨焦炭或1吨原煤，减少1.7吨精矿粉的消耗，减少4.3吨原矿开采，减少1.6吨二氧化碳的排放(降低CO₂排放58％)。目前，全球每年炼钢消耗废钢约5亿吨，其中，发达国家的利用率高达30％～50％，我国消耗约8000万吨，废钢利用率仅有11％左右。废钢利用率较低的原因之一是以废钢为原料的电炉钢难以生产高品质钢。废钢中含有Al、Sn、As、Zn、Pb、Cu、Ni、Cr、Se、S、P等各种元素，成分比较复杂，增加了冶炼难度。此外，废钢中含有大量的氧化铁皮、油脂和水分等脏物，特别是废钢屑和废铁皮中的脏物含量更高，严重增加了冶炼过程中钢水内部的氢氧含量，提高了钢水处理成本，降低了钢水的洁净度，降低了钢的品质。

对废钢进行处理可以提高钢水质量，提高电炉的产量，减少污染，节约电耗和电极消耗，从而降低生产成本。废钢预热是一种典型的废钢处理方式，与现有的Consteel连续加料废钢预热装置相似，专利文献US5400358、US2001055739、US2012104668A1、US2015153107、WO2007006558、WO2014127597、JPH0727489、JP2015525866、JP2008002736A、US19920959733、EP2112449、EP0744585等均公开了一种水平式连续加料废钢预热装置，利用高温废气通过水平布置的隧道与废钢进行热交换，将废钢预热到400-600℃，实现废热回收利用。但该种工艺存在废钢温度不均、通道漏风严重、作业线过长、占地面积过大等问题。与Fuchs竖炉预热装置相似，JP2014503780、JP2014502717等公开了一种典型的竖炉式废钢预热装置，废钢从顶部装入竖炉，与电炉中上升的炽热烟气相向而行，随着废钢的不断熔化，料柱中被预热的废钢不断下移，热效率较高，但该种炉型对废钢的块度要求较高，实际运行中易发生堵料现象，事故处理十分复杂。

中国专利201310131182.1、201310056573.1、201711022403.6、201010270535.2、201010172304.8、201710643359.4等都公开了一种卧式废钢预热装置，该类装置均利用电炉排出的高温烟气对废钢进行预热，中国专利201110354275.1公开了一种电炉炼钢废钢预热的杂质金属元素提取装置及方法，利用该装置及方法可以回收废钢中的各种金属，并对废钢进行预热，且在预热过程中向废钢料内喷吹煤粉，提高了废钢的预热温度。中国专利201510572343.X采用卧式废钢预热装置，利用煤气对废钢加热，可将废钢加热较高温度，但预热装置结构比较复杂。

无论是现有的Consteel水平式连续加料废钢预热装置，还是以Fuchs为代表的竖炉预热装置，均以炼钢废气或外加热源的形式对废钢进行预热，当废钢预热到较高的温度时，废钢氧化比较严重，加进电炉后，炉渣生成量大，钢水含气量增加，金属利用率下降。在废钢处理过程中，如果能够在预热废钢的同时，减轻或消除废钢表面的氧化铁皮带来的不利影响，将为冶炼纯净的电炉钢提供基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种还原处理废钢的装置及方法，利用该方法及其装置可以将进入电弧炉或转炉前的废钢进行预热，并将废钢表面的氧化铁皮彻底还原，消除氧化铁皮对熔炼钢水的不利影响。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种还原处理废钢的装置，包括上料系统、还原炉、主推钢机，所述上料系统的上料管道连接在还原炉入口的下部，主推钢机设置在还原炉入口端部，在还原炉入口的上部设置有还原气体入口，所述还原炉的出口连接电弧炉，在所述还原炉与电弧炉之间设有挡风板，在所述上料管道上设有惰性气体入口。

所述还原炉包括炉壳、煤气管道、烧嘴、还原炉体，所述炉壳包围在还原炉体的外部，在炉壳和还原炉体之间形成炉膛，烧嘴与煤气管道相连，烧嘴穿过炉壳深入炉膛内。

所述的还原炉体由耐热钢焊接制成，截面成矩形或圆形，还原炉体倾斜放置，出口端对准电弧炉的上口，或从电弧炉侧面伸入电弧炉。

所述的上料系统包括进料推钢机、横向设置的进料管道、上料漏斗、上料推钢机、竖向设置的上料管道，所述进料管道的一端与上料管道连通，进料管道的另一端设置进料推钢机，在进料管道的上端设置落料管道，上料漏斗安装在落料管道的上端，在上料漏斗与落料管道之间设置有落料挡板，所述上料推钢机设置在上料管道的底端，所述惰性气体入口设置在上料管道下部的一侧。

一种还原处理废钢的方法，该方法包括以下步骤：

1)炉体预热：利用煤气将还原炉体加热到200℃-1250℃，通过惰性气体入口向上料管道、落料管道、进料管道和还原炉体内充入惰性气体或氮气，排出管道内的空气；通过关闭落料挡板将上料漏斗密封，防止空气从上料漏斗进入上料系统；

2)上料：将废钢吊放到上料漏斗中，废钢通过落料管道下落到进料管道中，启动进料推钢机，将废钢推进上料管道中，再启动上料推钢机，将废钢向上推进还原炉体内；此时，启动主推钢机，将还原炉体内的废钢向前推进一段距离；之后，主推钢机、上料推钢机、进料推钢机依次后退到启动位置，进行下一次推钢操作；

3)废钢加热还原：被推进还原炉体中的废钢在还原炉体内从入口逐渐向出口运动，当废钢运动到还原炉体的加热段时，废钢被加热到200℃-1250℃，同时，从还原气体入口将还原性气体通入还原炉体中，还原废钢表面的氧化铁皮；

4)废钢落入电弧炉：重复步骤2)，废钢被一步一步地从还原炉体的入口端推送到出口端，顶开挡风板后落入电弧炉中；此时，废气从还原炉体的出口排出，被点燃之后燃烧。

所述还原性气体为氢气或一氧化碳或氢气与一氧化碳的混合气体。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用还原性气体将废钢表面的氧化铁皮还原成金属铁，可消除废钢表面氧化铁皮中含有的氧、水汽以及结晶水等对钢水的有害影响，特别是对比表面积较大、氧化铁皮含量较高的废钢屑、废铁皮等可彻底消除表面氧化铁皮对钢水的不利影响，降低冶炼过程中的渣量和钢中的气体含量，可向电弧炉提供干净无氧化的废钢，从而提高熔炼钢水的洁净度；

(2)本发明在还原废钢表面氧化铁皮的同时，将废钢加热到高温，可提高入炉废钢的温度，提高电弧炉的生产效率和产量，可向电弧炉提供温度恒定的废钢，降低废钢温度变化对电弧炉的冲击，节约电极；

(3)本发明提供的废钢还原处理装置结构简单，设备投入成本低，可连续向电弧炉提供干净的废钢。

附图说明

图1为一种还原处理废钢的装置的主剖视图；

图2为落料管道的组成图。

图中：1、炉壳，2、煤气管道，3、烧嘴，4、还原炉体，5、还原气体入口，6、主推钢机，7、上料管道，8、上料漏斗，9、落料管道，9-1落料转轴，9-2落料挡板，10、进料推钢机，11、进料管道，12、上料推钢机，13、惰性气体进口，14、烟道，15、支撑横梁，16、挡风板，17、电弧炉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明，但本发明的实施范围不仅仅限于下述的实施方式。

一种还原处理废钢的装置，包括上料系统、还原炉、主推钢机6，所述上料系统的上料管道7连接在还原炉入口的下部，主推钢机6设置在还原炉入口端部，在还原炉入口的上部设置有还原气体入口5，所述还原炉的出口连接电弧炉17，在所述还原炉与电弧炉17之间设有挡风板16，挡风板16通过铰接轴安装在还原炉上，通过重力自然下垂，挡住还原炉中的气体，在所述上料管道7上设有惰性气体入口13。

所述还原炉包括炉壳1、煤气管道2、烧嘴3、还原炉体4，所述炉壳1包围在还原炉体4的外部，在炉壳1和还原炉体4之间形成炉膛，烧嘴3与煤气管道2相连，烧嘴3穿过炉壳1深入炉膛内。

烧嘴3燃烧煤气，将还原炉体4加热到高温，在炉壳1的下方设置有烟道14，用于从炉膛排出燃烧后的废气；在还原炉体4的高温段采用支撑横梁15支撑，支撑横梁15的两端穿过炉壳1架设在钢桁架上；还原炉体4的入口端封闭，主推钢机6穿过还原炉体4的入口端，由常用的液压缸推动，或由电机传动螺杆推动，沿还原炉体4轴向往复运动；还原性气体经过还原气体入口5进入还原炉体4，对废钢表面的氧化铁皮进行还原；在还原炉体4的入口端下部设置一根上料管道7，用于向还原炉体4内传送废钢，上料管道7与还原炉体4之间采用螺栓连接。

所述的还原炉体4由耐热钢焊接制成，截面成矩形或圆形，还原炉体4倾斜放置，出口端对准电弧炉17的上口，或从电弧炉17侧面伸入电弧炉17。支撑横梁15也采用耐热钢制成。

所述的上料系统包括进料推钢机10、横向设置的进料管道11、上料漏斗8、上料推钢机12、竖向设置的上料管道7，所述进料管道11的一端与上料管道7连通，进料管道11的另一端设置进料推钢机10，在进料管道11的上端设置落料管道9，上料漏斗8安装在落料管道9的上端，在上料漏斗8与落料管道9之间设置有落料挡板9-2，所述上料推钢机12设置在上料管道7的底端，所述惰性气体入口13设置在上料管道7下部的一侧。

上料管道7的下端封闭，上料推钢机12穿过上料管道7的下端，由常用的液压缸推动，或由电机传动螺杆推动，沿上料管道7的轴向往复运动。在上料管道7下部的一侧开设一个惰性气体进口13，用于向上料管道7内通入惰性气体或氮气。在上料管道7下部的四周连接有1-4个进料管道11，用于向上料管道7内传送废钢，进料管道11与上料管道7之间采用螺栓连接。进料管道11的入口端封闭，进料推钢机10穿过进料管道11的入口端，由常用的液压缸推动，或由电机传动螺杆推动，沿进料管道11的轴向往复运动。在进料管道11入口的上端安装一个落料管道9，落料管道9与进料管道11之间采用螺栓连接，落料管道9的上口再与上料漏斗8螺栓连接，用于承接磁盘吊运送过来的废钢。落料管道9内还装设有落料转轴9-1和落料挡板9-2，落料挡板9-2绕落料转轴9-1转动，当落料挡板9-2抬起时能密封落料管道9，当落料挡板9-2下降时能将废钢落在进料管道11中。

上料管道7、进料管道11和落料管道9的截面形状与还原炉体的截面形状相同，采用普通合金结构钢焊接制成。

本发明一种还原处理废钢的装置还设有炉温测量仪器、测压仪器、气体成分测量仪器以及支撑炉体的桁架结构。

一种还原处理废钢的方法，该方法包括以下步骤：

原料废钢准备：将回收来的原料废钢进行分选，对单体尺寸超过炉体尺寸的废钢进行分割，便于废钢进入炉体，对切削类废钢进行筛分，去除钢屑中的泥土。

1)炉体预热：利用煤气将还原炉体加热到200℃-1250℃，通过惰性气体入口13向上料管道7、落料管道9、进料管道11和还原炉体4内充入惰性气体或氮气，排出管道内的空气；通过关闭落料挡板9-2将上料漏斗8密封，防止空气从上料漏斗8进入上料系统；

2)上料：利用磁盘吊将废钢吊放到上料漏斗8中，打开落料挡板9-2，废钢通过落料管道7下落到进料管道11中，关闭落料挡板9-2；启动进料推钢机10，将废钢推进上料管道7中，再启动上料推钢机12，将废钢向上推进还原炉体4内；此时，启动主推钢机6，将还原炉体4内的废钢向前推进一段距离；之后，主推钢机6、上料推钢机12、进料推钢机10依次后退到启动位置，进行下一次推钢操作；

3)废钢加热还原：被推进还原炉体4中的废钢在还原炉体4内从入口逐渐向出口运动，当废钢运动到还原炉体4的加热段时，废钢被加热到200℃-1250℃，同时，从还原气体入口5将还原性气体通入还原炉体4中，还原废钢表面的氧化铁皮；

4)废钢落入电弧炉17：重复步骤2)，利用磁盘吊将废钢吊放到上料漏斗8中，然后打开落料挡板9-2，废钢下落到进料管道11中，启动进料推钢机10，废钢被推进上料管道7中，启动上料推钢机12，废钢被推进还原炉体4内，再启动主推钢机6，废钢被一步一步地从还原炉体4的入口端推送到出口端，顶开挡风板16后落入电弧炉17中；此时，废气从还原炉体4的出口排出，被点燃之后燃烧，余热随着电弧炉17烟气一起被回收利用。

所述还原性气体为氢气或一氧化碳或氢气与一氧化碳的混合气体。

实施例1：

利用本发明的方法和装置将表面含有氧化铁皮的废钢片还原成干净的钢片，具体实施过程如下：

先将废钢片冲洗，去除钢片表面的泥土；利用煤气将还原炉体4加热到950℃，向还原炉体4内充入工业氮气，排出整个管道内的空气；打开落料挡板9-2，将废钢片投入进料管道11中，转动落料转轴9-1，关闭落料挡板9-2；启动进料推钢机10，将废钢片推进上料管道7中，启动上料推钢机12，将废钢片向上推进还原炉体4内；此时，再启动主推钢机6，将还原炉体4内的废钢片向前推进到加热区；废钢片被加热到950℃，通过还原气体入口5将工业氢气通入还原炉体4中，经过2-5分钟的还原，废钢片表面的氧化铁皮被氢还原成金属铁，再次启动主推钢机6，将废钢片推送到出口端，顶开挡风板16后落进电弧炉17中，反应后的气体从还原炉体4的入口流向出口并被烧掉。

上述具体实施例表明，采用本发明的方法及装置可以将废钢表面的氧化铁皮还原成金属铁，提高废钢加入电弧炉前的温度，从而提高钢水的洁净度，降低电弧炉炼钢成本。本发明的方法及装置具有工艺及设备结构简单、废钢处理质量好、节能减排等优点。需要说明的是，这些例子仅是本发明的方法及装置提供的一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (6)

1.一种还原处理废钢的装置，其特征在于，包括上料系统、还原炉、主推钢机，所述上料系统的上料管道连接在还原炉入口的下部，主推钢机设置在还原炉入口端部，在还原炉入口的上部设置有还原气体入口，所述还原炉的出口连接电弧炉，在所述还原炉与电弧炉之间设有挡风板，在所述上料管道上设有惰性气体入口。

2.根据权利要求1所述的一种还原处理废钢的装置，其特征在于，所述还原炉包括炉壳、煤气管道、烧嘴、还原炉体，所述炉壳包围在还原炉体的外部，在炉壳和还原炉体之间形成炉膛，烧嘴与煤气管道相连，烧嘴穿过炉壳深入炉膛内。

3.根据权利要求2所述的一种还原处理废钢的装置，其特征在于，所述的还原炉体由耐热钢焊接制成，截面成矩形或圆形，还原炉体倾斜放置，出口端对准电弧炉的上口，或从电弧炉侧面伸入电弧炉。

4.根据权利要求1所述的一种还原处理废钢的装置，其特征在于，所述的上料系统包括进料推钢机、横向设置的进料管道、上料漏斗、上料推钢机、竖向设置的上料管道，所述进料管道的一端与上料管道连通，进料管道的另一端设置进料推钢机，在进料管道的上端设置落料管道，上料漏斗安装在落料管道的上端，在上料漏斗与落料管道之间设置有落料挡板，所述上料推钢机设置在上料管道的底端，所述惰性气体入口设置在上料管道下部的一侧。

5.一种采用如权利要求1-4其中任意一项所述的装置还原处理废钢的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)炉体预热：利用煤气将还原炉体加热到200℃-1250℃，通过惰性气体入口向上料管道、落料管道、进料管道和还原炉体内充入惰性气体或氮气，排出管道内的空气；通过关闭落料挡板将上料漏斗密封，防止空气从上料漏斗进入上料系统；

2)上料：将废钢吊放到上料漏斗中，废钢通过落料管道下落到进料管道中，启动进料推钢机，将废钢推进上料管道中，再启动上料推钢机，将废钢向上推进还原炉体内；此时，启动主推钢机，将还原炉体内的废钢向前推进一段距离；之后，主推钢机、上料推钢机、进料推钢机依次后退到启动位置，进行下一次推钢操作；

3)废钢加热还原：被推进还原炉体中的废钢在还原炉体内从入口逐渐向出口运动，当废钢运动到还原炉体的加热段时，废钢被加热到200℃-1250℃，同时，从还原气体入口将还原性气体通入还原炉体中，还原废钢表面的氧化铁皮；

4)废钢落入电弧炉：重复步骤2)，废钢被一步一步地从还原炉体的入口端推送到出口端，顶开挡风板后落入电弧炉中；此时，废气从还原炉体的出口排出，被点燃之后燃烧。

6.根据权利要求5所述的一种还原处理废钢的方法，其特征在于，所述还原性气体为氢气或一氧化碳或氢气与一氧化碳的混合气体。