CN115449592A - 熔融废钢铁水lf炉高效加热升温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法，通过熔融废钢铁水在铁水包中的LF炉电加热的转炉尾渣造渣、通过造渣料投加量的控制、通过铁水包LF炉加热升温过程中三个阶段控制、通过弱底吹搅拌气体流量调节与液面亮圈直径的控制，达到提高铁水包LF炉熔融废钢铁水加热升温速度与热效率、改善铁水包熔池温度均匀性与废钢升温熔化传热条件、降低电力消耗与耐火材料消耗、延长石墨电极寿命等综合目的。

Description

熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法
技术领域
本发明属于熔融金属电极炉加热升温技术领域，具体涉及一种熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法。
背景技术
随着我国钢铁业的快速发展，铁矿石消耗急剧上升，导致国内铁矿石资源日益紧张与大量铁矿石进口，矿石价格节节攀升，严重制约了钢铁联合企业的生产经营效益；同时，高污染、高能耗的高炉炼铁也不利于国家低碳绿色发展战略，制约了高炉炼铁产能的释放与进一步提升。对于钢铁联合企业，如何降低转炉铁水比、提高废钢比成为企业低碳绿色发展的迫切需求。由于转炉单工序废钢加入量受废钢槽容积的限制以及转炉热平衡和生产节奏的制约，导致转炉单一工序废钢加入量受限，阻碍了转炉冶炼废钢比的有效提升，为此，铁水加废钢技术应运而生，并成为钢铁企业提高转炉炼钢废钢比和生产经营效益的重要途径，通过向倒罐后铁水包或鱼雷罐空罐加入废钢，利用空罐余热或废钢烘烤装置进行废钢预热，通过高炉受铁后的铁水加热与渗碳熔化，实现废钢在铁水中的熔化，减少铁水传搁热损失，降低废钢熔化吸热引起的铁水温降。然而，由于铁水传搁传搁时间长、温降大，废钢熔化吸热进一步加剧了铁水传搁温降，导致熔融废钢铁水温度低、废钢渗碳熔化速度慢，制约了铁水废钢量和规格大小，虽然废钢烘烤预热提高了受铁时废钢温度、缩短了废钢铁水加热和渗碳熔化时间，但实际生产中稍大规格废钢熔化不彻底现象时常发生，严重影响了铁水后续脱硫预处理的正常生产运行，为此，细小规格废钢破碎料和加入量控制成为铁水加废钢的主要方式。但大量实际生产事实表明，铁水包或鱼雷罐空罐加废钢破碎料后，虽然实现了废钢的充分熔化，但存在严重的熔融废钢铁水温降大、氧化性高、发热合金元素含量降低等问题，不仅使顶渣碱度低、顶渣粘稠、扒渣困难、铁水脱硫热力学条件劣化，而且还降低了转炉入炉铁水物理热与化学热，导致转炉冶炼热量不足、有害元素控制困难、出钢温度偏低等不足，严重影响了转炉品种钢冶炼生产计划的实施和全流程生产节奏的有序控制。为此，提高熔融废钢铁水入炉物理热、改善熔融废钢铁水脱硫扒渣效果成为当下铁水包、鱼雷罐空罐加废钢受铁条件下转炉大废钢比优质高效冶炼的技术难点。基于钢水精炼LF炉快速加热升温的技术特点，特提出了采用LF炉进行熔融废钢铁水加热升温技术方案。然而，在熔融废钢铁水LF炉加热升温的实际生产中，不仅存在熔融废钢铁水LF炉加热升温速度慢，而且还存在电极剧烈抖动与频繁断裂的问题，无法保障熔融废钢铁水LF炉加热升温工艺的顺利稳定实施。分析认为，由于熔融废钢铁水与钢水热物性参数、化学成分的不同以及顶渣成分、性能的显著差异，导致钢包LF炉精炼加热升温技术无法直接移植到熔融废钢铁水的LF炉加热升温。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法，具有升温速度快、电极寿命长、加热效率高等优点，达到熔融废钢铁水高效快速升温、废钢熔化彻底、LF炉低成本高效稳定安全运行、提高转炉入炉铁水温度、延长电极与铁水包寿命等综合目的。。
为实现上述目的，本发明所涉及的熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法，包括如下步骤：
1)铁水包倒罐站接受鱼雷罐或铁水包运输的熔融废钢铁水，再吊转运至铁水包LF炉升温工位上方，落包至就位的铁水包LF炉罐车坐包；
2)铁水包LF炉罐车启动运行至LF炉加热升温工位，接通铁水包底吹气体管路，降落LF炉炉盖至加热升温工位；
3)打开底吹气体阀门，控制阀门开度为弱底吹搅拌气体流量，使液面亮圈直径范围为100～200mm，并进行熔融废钢铁水测温取样，投加造渣料，根据加热过程电极弧长和铁水包残渣量，确定具体造渣料投加量，保证渣层厚度不小于电极弧长的2倍；
4)下降电极至正常加热升温工位，接通电极电源，保持底吹持续透气，并控制液面亮圈直径范围为100～200mm，进行熔融废钢铁水的LF炉加热升温，其中，加热升温过程分三个阶段进行控制，直至设定的加热升温时间后断电，提升电极至正常等待工位；
5)对加热升温后熔融废钢铁水进行测温取样，提升炉盖至正常等待工位，关闭透气气体阀门，拆卸透气气体管路；
6)铁水包LF炉罐车开出至铁水包吊包工位，并根据生产计划与钢种要求，分别吊运至脱硫扒渣工位或至转炉兑铁；铁水包LF炉罐车等待下一包熔融废钢铁水LF炉加热升温坐包，完成一包熔融废钢铁水的LF炉加热升温处理。
进一步地，所述步骤3)中投加的造渣料为转炉尾渣冷料，二元碱度为2.0～2.8。
进一步地，所述步骤3)中的电极弧长按照如下公式，根据具体LF炉设计参数以及加热升温过程中的工艺参数进行计算
Figure BDA0003849244500000031
式中：Larc为弧长；Uψ为相电压；I为相电流；xe为LF电抗器、短网的电抗之和；re为LF短网电阻。
进一步地，所述步骤4)中加热升温过程的三个阶段控制方法为：在加热升温前期1/3阶段，按照中等电压与弧长加热进行控制，强化顶渣加热，防止铁水包耐火材料快速损毁，降低电极消耗，促进顶渣化渣与泡沫化进程；加热升温中期1/3阶段，按照高电压长弧长加热进行控制，在保证顶渣埋弧稳定条件下，提高熔融废钢铁水加热强度与升温速度，缩短加热时间；加热升温后期1/3阶段，按照中等电压短弧长加热进行控制，稳定熔渣埋弧，提高加热升温热效率，抑制铁水包耐火材料损毁进程，降低电力消耗与电极消耗。
本发明针对熔融废钢铁水温降大、氧化性高、发热合金元素含量降低等引发的铁水脱硫扒渣困难、转炉冶炼热量不足的问题，制定了采用铁水包LF炉进行熔融废钢铁水的电弧炉加热升温技术方案；通过熔融废钢铁水在铁水包中的LF炉电加热的转炉尾渣造渣，利用转炉尾渣的高碱度，实现熔融废钢铁水酸性顶渣的碱化改性，降低顶渣粘度，便利熔融废钢铁水的扒渣，通过熔融废钢铁水的加热升温与熔融废钢铁水粘度的降低，改善铁水KR搅拌脱硫热力学、动力学条件，提高脱硫效率，同时提高熔融废钢铁水转炉入炉温度与物理热，稳定转炉冶炼热平衡条件与钢水冶炼质量，克服常规转炉补热带来的渣量大、有害元素控制困难、成本高以及碳质补热污染大、碳排放高等不足。通过造渣料投加量的控制，保证渣层厚度不小于电极弧长的2倍，保证加热过程中电弧埋弧充分，降低电力消耗，避免电极抖动与电弧放电噪声，提高电弧加热热效率，抑制石墨电极氧化与熔损，延长电极寿命，降低电极消耗；通过铁水包LF炉加热升温过程中三个阶段的电压、电流调节，控制电极电弧长度，实现加热速度、加热热效率与耐火材料侵蚀速度的协同控制，降低电弧加热成本，延长铁水包寿命，提高生产效率；通过弱底吹搅拌气体流量调节与液面亮圈直径的控制，保持铁水包熔池搅拌强度，提高熔池混合均匀性，降低液面亮圈表面辐射散热损失，强化埋弧渣保温效果与熔池传热条件，促进未彻底熔化废钢加热升温熔化，改善熔池温度均匀性，提高LF炉热效率，降低铁水包耐火材料的冲刷磨损；通过上述措施的实施与相关工艺参数的协同控制，达到提高铁水包LF炉熔融废钢铁水加热升温速度与热效率、改善铁水包熔池温度均匀性与废钢升温熔化传热条件、降低电力消耗与耐火材料消耗、延长石墨电极寿命等综合目的。
本发明在200t铁水包LF炉进行了熔融废钢铁水加热升温工业性试验，取得了如下试验效果：熔融废钢铁水LF炉升温速度可达7℃/min，LF炉加热工艺前后熔融废钢铁水顶渣碱度由0.5提升到2.0，扒渣铁损降低2Kg/t铁，脱硫剂消耗降低0.5Kg/t铁，铁水包寿命达到600炉以上，铁水包渣线寿命达80炉以上，石墨电极消耗达0.3Kg/t铁以下；在铁水包LF炉30min的生产周期条件下，转炉熔融废钢铁水入炉温度平均由1310℃提高至1380℃，满足了熔融废钢铁水高效扒渣与KR脱硫预处理以及转炉优质高效低成本冶炼的生产需求，达到熔融废钢铁水高效快速升温、废钢熔化彻底、LF炉低成本高效稳定安全运行、提高转炉入炉铁水温度、延长电极与铁水包寿命等预期综合目的。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明技术不仅能够解决熔融废钢铁水顶渣碱度低、顶渣粘稠引起的扒渣铁损大、扒渣时间长的问题以及铁水温度低、合金元素氧化蚀损引起的KR搅拌脱硫困难问题，而且还显著提高了熔融废钢铁水的入炉温度，克服转炉冶炼热量不足带来的转炉冶炼困难、钢水质量波动以及补热带来的环保与高成本问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
200t铁水包熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法，具体熔融废钢铁水加热升温工艺步骤如下：
1)200t铁水包在倒罐站接受鱼雷罐或铁水包运输的熔融废钢铁水，再吊转运至200t铁水包LF炉升温工位上方，用时约4分钟，落包至就位的200t铁水包LF炉罐车坐包，用时约1分钟；
2)200t铁水包LF炉罐车启动运行至LF炉加热升温工位，用时约1分钟，接通铁水包底吹气体管路，用时约1分钟，降落LF炉炉盖至加热升温工位，用时约0.5分钟；
3)打开底吹气体阀门，用时约0.5分钟，控制阀门开度为弱底吹搅拌气体流量，两块透气砖底吹气体总流量100～200NL/min，各块透气砖流量控制为50～100NL/min,使液面亮圈直径范围为100～200mm，并进行熔融废钢铁水测温取样，投加造渣料，投加的造渣料为转炉尾渣冷料，二元碱度为2.0～2.8，根据加热过程最长弧长和铁水包残渣量，确定具体造渣料投加量，保证渣层厚度不小于最长弧长的2倍，实现充分埋弧加热，渣料投加量约为1.5～2吨，用时约2分钟；其中，电极弧长按照如下公式，根据具体LF炉设计参数以及加热升温过程中的工艺参数进行计算
Figure BDA0003849244500000061
式中：Larc为弧长，mm；Uψ为相电压，V；I为相电流，kA；xe为LF电抗器、短网的电抗之和，mΩ；re为LF短网电阻，mΩ。
4)下降电极至正常加热升温工位，用时约2分钟，接通电极电源，保持底吹持续透气，并控制液面亮圈直径范围为100—200mm，进行熔融废钢铁水的LF炉加热升温，加热升温过程分三个阶段进行控制，直至设定的加热升温时间后断电，提升电极至正常等待工位，整个加热升温用时约10分钟；其中，在加热升温前期1/3阶段，电极加热功率为42～44KVA，其中，一次侧电压34000～36000V，电流680～730A，二次侧电压440～490V，电流52000～54000A，强化顶渣加热，防止铁水包耐火材料快速损毁，降低电极消耗，促进顶渣化渣与泡沫化进程；加热升温中期1/3阶段，电极加热功率为43～45KVA，其中，一次侧电压34000～36000V，电流700～750A，二次侧电压450～510V，电流52000～54000A，在保证顶渣埋弧稳定条件下，提高熔融废钢铁水加热强度与升温速度，缩短加热时间；加热升温后期1/3阶段，电极加热功率为41～43KVA，其中，一次侧电压34000～36000V，电流670～710A，二次侧电压430～480V，电流52000～54000A，稳定熔渣埋弧，提高加热升温热效率，抑制铁水包耐火材料损毁进程，降低电力消耗与电极消耗。
5)对加热升温后熔融废钢铁水进行测温取样，用时约2分钟，提升炉盖至正常等待工位，用时约0.5分钟，关闭透气气体阀门，用时约0.5分钟，拆卸透气气体管路，用时约1分钟；
6)铁水包LF炉罐车开出至铁水包吊包工位，用时约1分钟，并根据生产计划与钢种要求，分别吊运至脱硫扒渣工位或至转炉兑铁。铁水包LF炉罐车等待下一包熔融废钢铁水LF炉加热升温坐包。完成一包熔融废钢铁水的LF炉加热升温处理。
通过上述步骤的实施，200t铁水罐熔融废钢铁水LF炉升温速度可达7℃/min，LF炉加热工艺前后熔融废钢铁水顶渣碱度由0.5提升到2.0，扒渣铁损降低2Kg/t铁，脱硫剂消耗降低0.5Kg/t铁，铁水包寿命达到600炉以上，铁水包渣线寿命达80炉以上，石墨电极消耗达0.3Kg/t铁以下；在铁水包LF炉30min的生产周期条件下，转炉熔融废钢铁水入炉温度平均由1310℃提高至1380℃，实现了200t铁水罐熔融废钢铁水LF炉的高效快速升温，达到了废钢熔化彻底、加热升温成本低、运行安全稳定、转炉入炉铁水温度高、电极消耗少与铁水包寿命长等预期综合目的。
实施例2
300t铁水包熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法，具体熔融废钢铁水加热升温工艺步骤与实施例1相同，区别在于：铁水包容量为300t；步骤3中，两块透气砖底吹气体总流量150～250NL/min，各块透气砖流量控制为75～125NL/min,使液面亮圈直径范围为150～250mm，转炉尾渣冷料的造渣料投加量为2～2.5t；步骤4中加热升温过程中前、中、后三个阶段的电极加热功率、电流、电压参数控制范围不同，其中，加热升温前期1/3阶段，电极加热功率为60～65KVA，其中，一次侧电压34000～36000V，电流1000～1100A，二次侧电压440～490V，电流75000～78000A，强化顶渣加热，防止铁水包耐火材料快速损毁，降低电极消耗，促进顶渣化渣与泡沫化进程；加热升温中期1/3阶段，电极加热功率为62～68KVA，其中，一次侧电压34000～36000V，电流1050～1125A，二次侧电压450～510V，电流77000～80000A，在保证顶渣埋弧稳定条件下，提高熔融废钢铁水加热强度与升温速度，缩短加热时间；加热升温后期1/3阶段，电极加热功率为58～63KVA，其中，一次侧电压34000～36000V，电流1000～1070A，二次侧电压430～480V，电流75000～78000A，稳定熔渣埋弧，提高加热升温热效率，抑制铁水包耐火材料损毁进程，降低电力消耗与电极消耗。
通过上述步骤的实施，300t铁水罐熔融废钢铁水LF炉升温速度可达6℃/min，LF炉加热工艺前后熔融废钢铁水顶渣碱度由0.5提升到2.0，扒渣铁损降低2Kg/t铁，脱硫剂消耗降低0.5Kg/t铁，铁水包寿命达到600炉以上，铁水包渣线寿命达80炉以上，石墨电极消耗达0.35Kg/t铁以下；在铁水包LF炉30min的生产周期条件下，转炉熔融废钢铁水入炉温度平均由1320℃提高至1380℃，实现了300t铁水罐熔融废钢铁水LF炉的高效快速升温，达到了废钢熔化彻底、加热升温成本低、运行安全稳定、转炉入炉铁水温度高、电极消耗少与铁水包寿命长等预期综合目的。
综合上述实施例可见，本发明技术不仅能够解决熔融废钢铁水顶渣碱度低、顶渣粘稠引起的扒渣铁损大、扒渣时间长的问题以及铁水温度低、合金元素氧化蚀损引起的KR搅拌脱硫困难问题，而且还显著提高了熔融废钢铁水的入炉温度，克服转炉冶炼热量不足带来的转炉冶炼困难、钢水质量波动以及补热带来的环保与高成本问题。

Claims (4)

1.一种熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)铁水包倒罐站接受鱼雷罐或铁水包运输的熔融废钢铁水，再吊转运至铁水包LF炉升温工位上方，落包至就位的铁水包LF炉罐车坐包；
2)铁水包LF炉罐车启动运行至LF炉加热升温工位，接通铁水包底吹气体管路，降落LF炉炉盖至加热升温工位；
3)打开底吹气体阀门，控制阀门开度为弱底吹搅拌气体流量，使液面亮圈直径范围为100～200mm，并进行熔融废钢铁水测温取样，投加造渣料，根据加热过程电极弧长和铁水包残渣量，确定具体造渣料投加量，保证渣层厚度不小于电极弧长的2倍；
4)下降电极至正常加热升温工位，接通电极电源，保持底吹持续透气，并控制液面亮圈直径范围为100～200mm，进行熔融废钢铁水的LF炉加热升温，其中，加热升温过程分三个阶段进行控制，直至设定的加热升温时间后断电，提升电极至正常等待工位；
5)对加热升温后熔融废钢铁水进行测温取样，提升炉盖至正常等待工位，关闭透气气体阀门，拆卸透气气体管路；
6)铁水包LF炉罐车开出至铁水包吊包工位，并根据生产计划与钢种要求，分别吊运至脱硫扒渣工位或至转炉兑铁；铁水包LF炉罐车等待下一包熔融废钢铁水LF炉加热升温坐包，完成一包熔融废钢铁水的LF炉加热升温处理。
2.根据权利要求1所述熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法，其特征在于：所述步骤3)中投加的造渣料为转炉尾渣冷料，二元碱度为2.0～2.8。
3.根据权利要求1所述熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法，其特征在于：所述步骤3)中的电极弧长按照如下公式，根据具体LF炉设计参数以及加热升温过程中的工艺参数进行计算
Figure FDA0003849244490000011
式中：Larc为弧长；Uψ为相电压；I为相电流；xe为LF电抗器、短网的电抗之和；re为LF短网电阻。
4.根据权利要求1所述熔融废钢铁水LF炉高效加热升温方法，其特征在于：所述步骤4)中加热升温过程的三个阶段控制方法为：在加热升温前期1/3阶段，按照中等电压与弧长加热进行控制，强化顶渣加热，防止铁水包耐火材料快速损毁，降低电极消耗，促进顶渣化渣与泡沫化进程；加热升温中期1/3阶段，按照高电压长弧长加热进行控制，在保证顶渣埋弧稳定条件下，提高熔融废钢铁水加热强度与升温速度，缩短加热时间；加热升温后期1/3阶段，按照中等电压短弧长加热进行控制，稳定熔渣埋弧，提高加热升温热效率，抑制铁水包耐火材料损毁进程，降低电力消耗与电极消耗。
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