CN109022675B - 一种全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电炉炼钢领域，尤其涉及一种全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法。具体的，本发明的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法包括以下步骤：(1)在送电起弧阶段，以1000‑3000m3/h的氧气流量供氧；(2)冶炼进入熔化期时，以4000‑5000m3/h的氧气流量供氧；(3)冶炼进入氧化期时，以5000‑7000m3/h的氧气流量供氧。本发明通过合理控制吹氧的强度和节奏，降低了冶炼电能消耗，减少了电极和耐材的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及电炉炼钢领域，尤其涉及一种全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法。
背景技术
废钢作为一种可无限循环使用的节能再生资源，应用潜力巨大。我国炼钢废钢比仅为11％，废钢循环利用水平与世界平均水平相差甚远。废钢循环应用是钢铁产业发展的必然趋势，我国未来发展空间巨大，废钢储量增长、“地条钢”出清叠加环保形势趋严使短流程优势明显。
电弧炉炼钢是以电能作为热源，以废钢为主要原料的炼钢方法，其通过电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，加热并熔化金属炉料和炉渣，冶炼出各种成分合格的钢和合金一种炼钢方法。
在冶炼熔化期，为了加速废钢熔化，降低电耗，一般都会配置氧气-燃料助熔系统与电弧同时熔化废钢。电弧炉炼钢吹氧有两个目的：一是助熔，以节约电能；二是脱碳，以缩短冶炼周期。吹氧不仅影响到电极和耐火材料的消耗，而且在冶炼后期还会影响到钢液化学成分和温度预测的准确性，因此必须进行有效控制。
传统的电弧炉冶炼过程中，除了喷吹氧气及碳粉外，还需喷吹二氧化碳、天然气、氮气或氩气等保护气体。在冶炼的不同阶段，为了保证吹氧脱碳工艺正常进行，需综合控制电弧炉喷嘴喷出各种气体及碳粉的比例。因此，传统电弧炉冶炼具有冶炼成本高、冶炼工序复杂的缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法。
具体的，本发明的一种全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，包括以下步骤：
(1)在送电起弧阶段，以1000-3000m3/h的氧气流量供氧；
(2)冶炼进入熔化期时，以4000-5000m3/h的氧气流量供氧；
(3)冶炼进入氧化期时，以5000-7000m3/h的氧气流量供氧。
上述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，包括以下步骤：
(1)在送电起弧阶段，以1500-2000m3/h的氧气流量供氧；
(2)冶炼进入熔化期时，以4000-5000m3/h的氧气流量供氧；
(3)冶炼进入氧化期时，以5000-6000m3/h的氧气流量供氧。
上述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，在进行供氧时，所述氧气的压力为1.0-1.6MPa。
上述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，在进行供氧时，所述氧气的压力为1.2-1.6MPa。
上述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，所述全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法还包括喷吹碳粉步骤。
上述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，所述喷吹碳粉的流量为25-30kg/min。
上述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，所述喷吹碳粉的流量为28-30kg/min。
上述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，所述喷吹碳粉的量为15-20kg/t钢。
上述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，所述喷吹碳粉的量为17-19kg/t钢。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明通过合理控制吹氧的强度和节奏，可以降低冶炼电能消耗，减少电极和耐材的消耗，降低了生产成本；
(2)本发明未使用保护气体，简化了冶炼设备及冶炼工序，进一步降低了生产成本，因此，本发明具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
电弧炉冶炼过程所需的能源主要为电能和化学能。在冶炼相同量的同种废钢的情况下，提高化学能的输入有利于缩短冶炼周期。
其中，化学能主要是来自于钢中元素氧化的化学热以及氧燃烧嘴提供的化学热。在电炉条件下，冶炼过程中发生的化学反应如下所示：
Si+O2＝SiO2
C+1/2O2＝CO
2Fe+O2＝2FeO
FeO+C＝Fe+CO
基于此，为了降低冶炼生产成本，本发明提供了一种全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，包括以下步骤：
(1)在送电起弧阶段，以1000-3000m3/h的氧气流量供氧；
(2)冶炼进入熔化期时，以4000-5000m3/h的氧气流量供氧；
(3)冶炼进入氧化期时，以5000-7000m3/h的氧气流量供氧。
其中，在吹氧过程中，应根据炉内化学反应情况对氧气流量进行控制。熔化前期(送电起弧阶段)，由于温度低，废钢未完全熔化，熔池没有足够的碳氧反应，如果采用过大的供氧强度会导致氧气利用率低，并且对提高生产率、降低钢中的氮含量没什么作用。因此，在熔化前期，应采用较低的供氧强度，随着冶炼进行的进行，熔池变大，未熔化的废钢占比较少，熔池内可以有足够的碳氧反应，因而可以逐渐加大吹氧强度。
在一些优选的实施方式中，所述全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，包括以下步骤：
(1)在送电起弧阶段，以1500-2000m3/h的氧气流量供氧；
(2)冶炼进入熔化期时，以4000-5000m3/h的氧气流量供氧；
(3)冶炼进入氧化期时，以5000-6000m3/h的氧气流量供氧。
在电弧炉冶炼废钢时，按照上述氧气流量对电弧炉进行供氧，一方面提高了氧气利用率，另一方面可有效降低吨钢电耗。
其中，所述吹氧操作中，氧气压力要求为1.0-1.6MPa，优选为1.2-1.6MPa。
本发明在大压力和大流量下进行吹氧操作，使得氧气的射程更远，有利于提高氧气的穿透力。氧气透过泡沫渣进入钢液里面，增强了对钢液熔池的搅拌效果，保证了钢液温度均匀化，从而增强了吹氧的物理效果和化学能效果。
进一步地，熔池初步形成，吹氧开始后，为了防止钢液过氧化可以根据炉渣情况喷吹碳粉。为了达到上述工艺要求，本发明中所述喷吹碳粉流量控制在25-30kg/min，优选为28-30kg/min。
由于全废钢压块熔化后钢水含碳量低，达不到冶炼氧化反应去气体去杂质的目的，因而需要增加额外的碳素材料来保证工艺要求。为了达到上述工艺要求，本发明中所述喷吹碳粉的量为15-20kg/t钢。
在一些优选的实施方式中，所述喷吹碳粉的量为17-19kg/t钢，在保证冶炼氧化反应去气体去杂质的前提下，还能防止碳粉过量加入，进一步降低生产成本。
进一步地，熔化前期碳粉喷吹强度应大一些，有利于冶炼过程泡沫渣的形成。
本发明在冶炼过程中通过在钢液中吹入氧气及喷吹碳粉，降低了电弧炉的冶炼时间及电耗，降低了电极及耐火砖等耐材的消耗。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。下列实施例中使用的原料均为常规市购获得。
实施例1
采用某220吨(公称容量NC＝320吨)连续加料电弧炉对全废钢进行熔炼。
电弧炉各冶炼阶段供电制度如表1所示：
表1实施例1中各冶炼阶段供电制度
| 冶炼阶段 | 送电起弧 | 熔化期 | 氧化期 |
| 电压等级 | 8-11 | 12-16 | 8-11 |
| 电流kA | 68-69 | 60-68 | 68-69 |
| 电压V | 1020-1110 | 1140-1260 | 1020-1110 |
| 熔池温度℃ | 1540-1550 | 1540-1550 | 1590-1610 |
其中，送电起弧阶段持续供电2-3min，熔化期供电25-35min，氧化期供电至冶炼结束。
在送电起弧后的1-2分钟，开始在冶炼过程中以表2所示的吹氧强度进行吹氧操作；氧气压力要求1.2-1.6MPa，吹氧过程加强观察炉内化学反应情况，根据反应程度对氧气流量进行控制。供氧制度见表2：
表2实施例1中各冶炼阶段供氧制度
| 冶炼阶段 | 送电起弧 | 熔化期 | 氧化期 |
| 吹氧强度 | 低氧 | 低、中氧 | 中、高氧 |
| 氧气流量(m<sup>3</sup>/h) | 1500-2000 | 4000-5000 | 5000-6000 |
熔池初步形成，吹氧开始后，根据炉渣情况开始喷吹碳粉，流量控制在25-30kg/min范围。熔化前期碳粉喷吹强度应大一些，有利于冶炼过程泡沫渣的形成。
冶炼结束后，经计算吨钢的电耗为415kWh/t钢，氧耗为36Nm3/t钢，喷吹碳粉的量为15.8kg/t钢。
实施例2
采用某220吨(公称容量NC＝320吨)连续加料电弧炉对全废钢进行熔炼。其中，电弧炉各冶炼阶段供电制度与实施例1的相同。
在送电起弧后的1-2分钟，开始在冶炼过程中以表3所示的吹氧强度进行吹氧操作；氧气压力要求1.0-1.5MPa，吹氧过程加强观察炉内化学反应情况，根据反应程度对氧气流量进行控制。供氧制度见表3：
表3实施例2中各冶炼阶段供氧制度
| 冶炼阶段 | 送电起弧 | 熔化期 | 氧化期 |
| 吹氧强度 | 低氧 | 低、中氧 | 中、高氧 |
| 氧气流量(m<sup>3</sup>/h) | 1000-1500 | 4000-5000 | 5000-7000 |
熔池初步形成，吹氧开始后，根据炉渣情况开始喷吹碳粉，流量控制在28-30kg/min范围。熔化前期碳粉喷吹强度应大一些，有利于冶炼过程泡沫渣的形成。
冶炼结束后，经计算吨钢的电耗为393kWh/t钢，氧耗为41Nm3/t钢，喷吹碳粉的量为16.5kg/t钢。
实施例3
采用某220吨(公称容量NC＝320吨)连续加料电弧炉对全废钢进行熔炼。其中，电弧炉各冶炼阶段供电制度与实施例1的相同。
在送电起弧后的1-2分钟，开始在冶炼过程中以表4所示的吹氧强度进行吹氧操作；氧气压力要求1.3-1.6MPa，吹氧过程加强观察炉内化学反应情况，根据反应程度对氧气流量进行控制。供氧制度见表4：
表4实施例3中各冶炼阶段供氧制度
| 冶炼阶段 | 送电起弧 | 熔化期 | 氧化期 |
| 吹氧强度 | 低氧 | 低、中氧 | 中、高氧 |
| 氧气流量(m<sup>3</sup>/h) | 1500-2000 | 4200-5000 | 5500-7000 |
熔池初步形成，吹氧开始后，根据炉渣情况开始喷吹碳粉，流量控制在27-29kg/min范围。熔化前期碳粉喷吹强度应大一些，有利于冶炼过程泡沫渣的形成。
冶炼结束后，经计算吨钢的电耗为382kWh/t钢，氧耗为45Nm3/t钢。喷吹碳粉的量为18.7kg/t钢。
采用本发明的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法对全废钢进行冶炼时，电耗≤415kWh/t钢，氧耗≤45Nm3/t钢，喷吹碳粉的量≤20kg/t钢。综合生产成本远小于现有的全废钢电弧炉冶炼成本，因此，本发明在电炉炼钢领域具有广阔的应用前景。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。
Claims (5)
1.一种全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在送电起弧阶段，以1000-3000m3/h的氧气流量供氧，电压为1020-1110V；
(2)冶炼进入熔化期时，以4000-5000m3/h的氧气流量供氧，电压为1140-1260V；
(3)冶炼进入氧化期时，以5500-7000m3/h的氧气流量供氧，电压为1020-1110V；
其中，所述全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法还包括喷吹碳粉步骤，所述喷吹碳粉的流量为28-30kg/min，所述喷吹碳粉的量为15-20kg/t钢。
2.根据权利要求1所述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在送电起弧阶段，以1500-2000m3/h的氧气流量供氧；
(2)冶炼进入熔化期时，以4000-5000m3/h的氧气流量供氧；
(3)冶炼进入氧化期时，以5500-6000m3/h的氧气流量供氧。
3.根据权利要求1或2所述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，其特征在于，在进行供氧时，所述氧气的压力为1.0-1.6MPa。
4.根据权利要求3所述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，其特征在于，在进行供氧时，所述氧气的压力为1.2-1.6MPa。
5.根据权利要求1所述的全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，其特征在于，所述喷吹碳粉的量为17-19kg/t钢。
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