CN115449593A - 基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法 - Google Patents

基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，涉及冶金领域。基于生物质喷吹的电弧炉炼钢的方法，包括：渗碳助熔阶段、高效脱磷阶段和深度脱氮阶段；渗碳助熔阶段以空气或氮气为载气埋入式喷吹生物炭A，高效脱磷阶段以二氧化碳和氧气的混合气体为载气埋入式喷吹生物炭B和生石灰的混合物，深度脱氮阶段以二氧化碳为载气埋入式喷吹生物炭C，并同时使用炉壁或顶吹氧枪向熔池内供氧。该方法根据不同热解条件制得的生物炭的差异，在不同冶炼过程中进行动态的埋入式喷吹，缩短冶炼时间，稳定泡沫渣形成以及提高冶炼效率。使用生物质替代传统化石能源，显著的减少了碳排放，有助于推动电弧炉冶炼近零排放目标的实现。

Description

基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法
技术领域
本申请涉及冶金领域，尤其涉及一种基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法。
背景技术
电弧炉炼钢短流程相比于高炉—转炉长流程炼钢，其具有突出的低碳节能效果。电弧炉炼钢一般采用铁水热装工艺，但使用铁水热装工艺虽然能够提高电弧炉的冶炼效率，却无法发挥电弧炉炼钢碳排放低的优势。而采用全废钢冶炼工艺的电炉短流程能够达到吨钢节约1.3t铁矿石，降低能耗350kgce，减排二氧化碳1.4t与减排废渣600kg的效果。
生物质资源具有可再生、污染低和分布广泛的特点。将通过热解工艺制得的生物炭替代电弧炉炼钢中使用的煤炭资源，能够进一步地降低电弧炉冶炼碳排放，以及能源消耗。此外由于不同热解条件下制得的不同种类的生物炭在理化特性上各有差异，充分利用其特点也能够达到提高电弧炉炼钢冶炼效率和缩短冶炼时间的效果。
专利申请号为CN200880000709.4公开了一种电弧炉炼钢使用棕榈壳木炭的方法。该方法是根据挥发分含量的不同，将不同炭化条件制得的棕榈壳木炭用作熔化期、升温期和精炼期的渗碳剂、发泡剂和辅助燃料。但该方法仅仅考虑了单种生物炭在电弧炉中的应用，并未能将不同理化性质的生物炭应用到钢液脱氮等冶炼任务中。专利申请号为CN201610756797.7公开了一种利用废塑料和废橡胶在电弧炉炼钢中造泡沫渣的方法。该方法是在炉渣温度到达1600℃后，向渣中喷吹废塑料、废橡胶和冶金焦三元混合物，混合物通过还原渣中氧化铁产生大量CO气体，最终形成泡沫渣。但该方法虽然有效利用了废塑料和橡胶资源，却未能完全替代冶金焦的使用。
因此，当前依旧缺乏电弧炉炼钢过程使用生物质完全替代煤炭资源的技术，以及利用不同理化性质的生物质完成脱氮等洁净化冶炼任务的技术。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于生物质喷吹的电弧炉冶炼废钢的方法，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，包括：渗碳助熔阶段、高效脱磷阶段和深度脱氮阶段；所述渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为75wt%~85wt%的阶段，所述高效脱磷阶段为所述渗碳助熔阶段结束到所述深度脱氮阶段开始的阶段，所述深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；
所述渗碳助熔阶段以空气和/或氮气为载气埋入式喷吹生物炭A，所述高效脱磷阶段以二氧化碳和氧气的混合气体为载气埋入式喷吹生物炭B和生石灰的混合物，所述深度脱氮阶段以二氧化碳为载气埋入式喷吹生物炭C，并同时使用炉壁或顶吹氧枪向熔池内供氧；
所述生物炭A的原料选自林业生物质，所述生物炭B和所述生物炭C的原料各自独立的选自农业生物质；所述生物炭A的固定碳含量为80%~95%，挥发分含量小于等于3%；所述生物炭B的固定碳含量为50%~60%，挥发分含量为5%~20%；所述生物炭C的固定碳含量为15%~30%，挥发分含量为50%~70%。
优选地，所述林业生物质包括木本生物质和竹子，所述农业生物质包括农作物秸秆。
优选地，所述木本生物质包括柳树和/或松树；
所述农作物秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆中的一种或多种。
优选地，所述生物炭A的制备方法包括：
热解温度为800~1100℃，升温速率小于等于15℃/min，保温时间为0.5~2h。
优选地，所述生物炭B的制备方法包括：
热解温度为400~600℃，升温速率小于等于15℃/min，保温时间为0.5~2h。
优选地，所述生物炭C的制备方法包括：
热解温度为200~300℃，升温速率小于等于15℃/min，保温时间为0.5~2h。
优选地，所述生物炭A、所述生物炭B、所述生物炭C和所述生石灰的粒度小于等于10目。
优选地，所述生物炭A的初始喷吹速率为10~25kg/min，载气流量为200~500Nm3/h；
所述生石灰的初始喷吹比例为40%~70%，喷吹速率为40~80kg/min， CO2占载气总量的比例为70%~90%，气体总流量为500~1000Nm3/h；在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例大于50%；
所述生物炭C的喷吹速率为40~100kg/min，载气的气体流量为500 ~1200Nm3/h，炉壁或顶吹氧枪的氧气流量为 2000~ 4000Nm3/h。
优选地，所述埋入式喷吹使用的喷枪数量为1~6支，所述深度脱氮阶段的氧气供给采用1~3支炉壁氧枪，对于量子电弧炉使用一支顶吹氧枪供氧。
优选地，使用的电弧炉为50~300t电弧炉。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，使用三种不同的生物炭A、B、C替代化石燃料，采用埋入式喷吹的方法，并结合不同生物炭的理化性质特点，在电弧炉冶炼过程中根据不同阶段的冶炼任务进行动态喷吹。将全废钢冶炼过程分为三大阶段，分别为渗碳助熔阶段、高效脱磷阶段以及深度脱氮阶段。在渗碳助熔阶段埋入式喷吹生物炭A，载气为氮气或空气。在高效脱磷阶段埋入式喷吹生物炭B与生石灰的混合物，载气为CO2和O2的混合气体；生石灰能够不仅能够作为脱磷剂达到快速脱磷的目的，而且其脱磷产物上浮到炉渣内，能够有效的改善炉渣的物理性质，有利于泡沫渣的稳定存在。深度脱氮阶段以CO2为载气埋入式喷吹生物炭C，并同时使用炉壁或顶吹氧枪向熔池内大量供氧。
根据不同热解条件制得的生物炭的理化性质的差异，充分利用其特点，在不同冶炼过程中进行动态的埋入式喷吹，从而实现缩短冶炼时间，稳定泡沫渣形成以及提高冶炼效率的目标。与常规的埋入式喷吹碳粉或无烟煤粉等工艺相比，使用生物质替代传统化石能源用于全废钢电弧炉冶炼，显著的减少了碳排放，有助于推动电弧炉冶炼近零排放目标的实现。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为实施例所用冶炼设备的示意图。
附图标记为：
1-生物炭A储料罐；2-生物炭C储料罐；3-生物炭B储料罐；4-生石灰储料罐；5-生物炭A粉剂喷射罐；6-生物炭C粉剂喷射罐；7-生物炭B粉剂喷射罐；8-生石灰粉剂喷射罐；9-预混料仓；10-冶炼喷射罐；11-电弧炉；12-埋入式喷枪；13-喷吹气源。
具体实施方式
本文所用之术语：
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。
当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种基于生物质喷吹的电弧炉冶炼废钢的方法，包括：渗碳助熔阶段、高效脱磷阶段和深度脱氮阶段；所述渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为75wt%~85wt%的阶段，所述高效脱磷阶段为所述渗碳助熔阶段结束到所述深度脱氮阶段开始的阶段，所述深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；
所述渗碳助熔阶段以空气和/或氮气为载气埋入式喷吹生物炭A，所述高效脱磷阶段以二氧化碳和氧气的混合气体为载气埋入式喷吹生物炭B和生石灰的混合物，所述深度脱氮阶段以二氧化碳为载气埋入式喷吹生物炭C，并同时使用炉壁或顶吹氧枪向熔池内供氧；
所述生物炭A的原料选自林业生物质，所述生物炭B和所述生物炭C的原料各自独立的选自农业生物质；所述生物炭A的固定碳含量为80%~95%，挥发分含量小于等于3%；所述生物炭B的固定碳含量为50%~60%，挥发分含量为5%~20%；所述生物炭C的固定碳含量为15%~30%，挥发分含量为50%~70%。
可选的，所述渗碳助熔阶段可以为熔池形成到废钢熔化比例75wt%、80wt%、85wt%或者75wt%~85wt%之间任意值的阶段。所述生物炭A的固定碳含量可以为80%、85%、90%、95%或者80%~95%之间任意值，挥发分含量可以为1%、2%、3%或者小于等于3%之间任意值；所述生物炭B的固定碳含量可以为50%、55%、60%或者50%~60%之间任意值，挥发分含量可以为5%、10%、15%、20%或者5%~20%之间任意值；所述生物炭C的固定碳含量可以为15%、20%、25%、30%或者15%~30%之间任意值，挥发分含量可以为50%、55%、60%、65%、70%或者50%~70%之间任意值。
在一个可选的实施方式中，所述林业生物质包括木本生物质和竹子，所述农业生物质包括农作物秸秆。
在一个可选的实施方式中，所述木本生物质包括柳树和/或松树；
所述农作物秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆中的一种或多种。
生物炭A应当选取林业剩余物，例如柳树、松树、竹子等林业生物质热解制备，因为林业生物质与农业生物质相比，其灰分含量更低，制得生物炭的渗碳能力更强。而生物炭B和C优先选取玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆等农作物资源热解制备，这是由于灰分中的氧化物有助于提高生物炭的反应性。
在一个可选的实施方式中，所述生物炭A的制备方法包括：
热解温度为800~1100℃，升温速率小于等于15℃/min，保温时间为0.5~2h。
由于生物炭A由木本植物或竹子制得，相比于草本植物其具有更低的灰分含量，并且在该温度区间下制得的生物炭A具有更高的石墨化程度以及固定碳含量。因此不但具有更强的渗碳能力，而且具有更高的热值，有利于冶炼前期的熔池升温。
可选的，所述生物炭A的制备方法中，热解温度可以为800℃、900℃、1000℃、1100℃或者800~1100℃之间的任意值，升温速率可以为1℃/min、5℃/min、10℃/min、15℃/min或者小于等于15℃/min的任意值，保温时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h或者0.5~2h之间的任意值。
在一个可选的实施方式中，所述生物炭B的制备方法包括：
热解温度为400~600℃，升温速率小于等于15℃/min，保温时间为0.5~2h。
在该温度区间下制得的生物炭B具有更稳定的燃烧性能，能够在熔池中持续发生剧烈的碳氧反应，不仅能够加强熔池搅拌，而且能够稳定泡沫渣的存在。
可选的，所述生物炭B的制备方法中，热解温度可以为400℃、500℃、600℃或者400~600℃之间的任意值，升温速率可以为1℃/min、5℃/min、10℃/min、15℃/min或者小于等于15℃/min的任意值，保温时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h或者0.5~2h之间的任意值。
在一个可选的实施方式中，所述生物炭C的制备方法包括：
热解温度为200~300℃，升温速率小于等于15℃/min，保温时间为0.5~2h。
在该温度区间下制得的生物炭C具有较高的挥发分含量，与氧气反应后能够在熔池内快速形成大量气泡，有利于熔池的快速脱氮。
可选的，所述生物炭C的制备方法中，热解温度可以为200℃、250℃、300℃或者200~300℃之间的任意值，升温速率可以为1℃/min、5℃/min、10℃/min、15℃/min或者小于等于15℃/min的任意值，保温时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h或者0.5~2h之间的任意值。
在一个可选的实施方式中，所述生物炭A、所述生物炭B、所述生物炭C和所述生石灰的粒度小于等于10目。
在一个可选的实施方式中，所述生物炭A的初始喷吹速率为10~25kg/min，载气流量为200~500Nm3/h；
可选的，所述生物炭A的初始喷吹速率可以为10kg/min、15kg/min、20kg/min、25kg/min或者10~25kg/min之间的任意值，载气流量可以为200Nm3/h、300Nm3/h、400Nm3/h、500Nm3/h或者200~500Nm3/h之间的任意值；
所述生石灰的初始喷吹比例为40%~70%，喷吹速率为40~80kg/min， CO2占载气总量的比例为70%~90%，气体总流量为500~1000Nm3/h；在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例大于50%；
需要说明的是，“生石灰的初始喷吹比例为40%~70%”指的是生石灰在喷吹粉剂中所占的质量比例。
可选的，所述生石灰的初始喷吹比例可以为40%、50%、60%、70%或者40%~70%之间的任意值，喷吹速率可以为40kg/min、50kg/min、60kg/min、70kg/min、80kg/min或者40~80kg/min之间的任意值， CO2占载气总量的比例可以为70%、80%、90%或者70%~90%之间的任意值，气体总流量可以为500Nm3/h、600Nm3/h、700Nm3/h、800Nm3/h、900Nm3/h、1000Nm3/h或者500~1000Nm3/h之间的任意值；
所述生物炭C的喷吹速率为40~100kg/min，载气的气体流量为500 ~1200Nm3/h，炉壁或顶吹氧枪的氧气流量为 2000~ 4000Nm3/h。
可选的，所述生物炭C的喷吹速率可以为40kg/min、50kg/min、60kg/min、70kg/min、80kg/min、90kg/min、100kg/min或者40~100kg/min之间的任意值，载气的气体流量可以为500Nm3/h、600Nm3/h、700Nm3/h、800Nm3/h、900Nm3/h、1000Nm3/h、1100Nm3/h、1200Nm3/h或者500 ~1200Nm3/h之间的任意值，炉壁或顶吹氧枪的氧气流量可以为2000Nm3/h、2500Nm3/h、3000Nm3/h、3500Nm3/h、4000Nm3/h或者 2000~ 4000Nm3/h之间的任意值。
在一个可选的实施方式中，所述埋入式喷吹使用的喷枪数量为1~6支，所述深度脱氮阶段的氧气供给采用1~3支炉壁氧枪，对于量子电弧炉可以使用一支顶吹氧枪供氧。
在一个可选的实施方式中，使用的电弧炉为50~300t电弧炉。
该方法适合50~300t级别的电弧炉炼钢冶炼。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
首先对本申请使用的装置进行介绍，具体如下：
如图1所示，该装置包括生物炭A储料罐1、生物炭C储料罐2、生物炭B储料罐3、生石灰储料罐4、生物炭A粉剂喷射罐5、生物炭C粉剂喷射罐6、生物炭B粉剂喷射罐7、生石灰粉剂喷射罐8、预混料仓9、冶炼喷射罐10、电弧炉11、埋入式喷枪12、喷吹气源13。其中，生物炭A储料罐1与生物炭A粉剂喷射罐5连通，生物炭C储料罐2与生物炭C粉剂喷射罐6连通，生物炭B储料罐3与生物炭B粉剂喷射罐7连通，生石灰储料罐4与生石灰粉剂喷射罐8连通，生物炭A粉剂喷射罐5、生物炭C粉剂喷射罐6、生物炭B粉剂喷射罐7、生石灰粉剂喷射罐8均与预混料仓9连通，预混料仓9的出口与冶炼喷射罐10连通，冶炼喷射罐10的出口与设置在电弧炉11上的埋入式喷枪12连通。喷吹气源13用于向各管路和埋入式喷枪12供气。
本申请实施例和对比例使用的废钢的成分如下表所示：
表1 废钢成分表
Figure 741985DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例1
本实施例提供一种100t电弧炉全废钢冶炼工艺，埋入式喷枪2支，炉壁氧枪1支，生物炭A为柳树炭，生物炭B和C均为玉米秸秆炭，生物炭及生石灰粉剂的粒度小于10目。
三种生物炭的制备条件如下：
生物炭A通过热解工艺制备，热解温度为900℃，升温速率为10℃/min，保温时间90min。生物炭A的固定碳含量为85%，挥发分含量为2%。
生物炭B通过热解工艺制备，热解温度为500℃，升温速率为5℃/min，保温时间60min。生物炭B的固定碳含量为55%，挥发分含量为15%。
生物炭C通过热解工艺制备，热解温度为300℃，升温速率为10℃/min，保温时间90min。生物炭C的固定碳含量为20%，挥发分含量为62%。
全废钢冶炼工艺分为以下三个阶段：
渗碳助熔阶段：渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为80%的阶段；生物炭A的初始喷吹速率为20kg/min，载气为空气，气体流量为300Nm3/h。喷吹速率应随着废钢熔化比例的增加而增加。
高效脱磷阶段：高效脱磷阶段为渗碳助熔阶段结束到深度脱氮阶段开始的阶段；生物炭B与生石灰按比例混合，生石灰的初始喷吹比例为40%。喷吹速率为60kg/min，载气为CO2+O2，CO2所占比例为70%，气体流量为800Nm3/h。在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例为60%。
深度脱氮阶段：深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；生物炭C的喷吹速率为60kg/min，载气为CO2，气体流量为800Nm3/h，同时使用炉壁氧枪给熔池内强化供氧，氧气流量为3000 Nm3/h。
采用本发明所述方法后，能够增加氧化期泡沫渣高度80~160mm，减少碳粉使用6~10kg/吨钢，冶炼吨钢成本降低5~10元。
实施例2
本实施例提供一种180t电弧炉全废钢冶炼工艺，埋入式喷枪3支，炉壁氧枪2支，生物炭A为松木炭，生物炭B和C均为小麦秸秆炭，生物炭及生石灰粉剂的粒度小于10目。
三种生物炭的制备条件如下：
生物炭A通过热解工艺制备，热解温度为1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间90min。生物炭A的固定碳含量为87%，挥发分含量为3%。
生物炭B通过热解工艺制备，热解温度为600℃，升温速率为10℃/min，保温时间120min。生物炭B的固定碳含量为60%，挥发分含量为10%。
生物炭C通过热解工艺制备，热解温度为250℃，升温速率为10℃/min，保温时间60min。生物炭C的固定碳含量为17%，挥发分含量为68%。
全废钢冶炼工艺分为以下三个阶段：
渗碳助熔阶段：渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为75%的阶段；生物炭A的初始喷吹速率为25kg/min，载气为氮气，气体流量为400Nm3/h。喷吹速率应随着废钢熔化比例的增加而增加。
高效脱磷阶段：高效脱磷阶段为渗碳助熔阶段结束到深度脱氮阶段开始的阶段；生物炭B与生石灰按比例混合，生石灰的初始喷吹比例为50%。喷吹速率为50kg/min，载气为CO2+O2，CO2所占比例为80%，气体流量为700Nm3/h。在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例为65%。
深度脱氮阶段：深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；生物炭C的喷吹速率为80kg/min，载气为CO2，气体流量为900Nm3/h，同时使用炉壁氧枪给熔池内强化供氧，氧气流量为2500 Nm3/h。
采用本发明所述方法后，能够增加氧化期泡沫渣高度100~200mm，减少碳粉使用8~12kg/吨钢，冶炼吨钢成本降低6~12元。
实施例3
本实施例提供一种250t的量子电弧炉全废钢冶炼工艺，埋入式喷枪4支，顶吹氧枪1支，生物炭A为松木炭，生物炭B和C均为水稻秸秆炭，生物炭及生石灰粉剂的粒度小于10目。
三种生物炭的制备条件如下：
生物炭A通过热解工艺制备，热解温度为800℃，升温速率为15℃/min，保温时间150min。生物炭A的固定碳含量为90%，挥发分含量为2%。
生物炭B通过热解工艺制备，热解温度为400℃，升温速率为15℃/min，保温时间90min。生物炭B的固定碳含量为65%，挥发分含量为13%。
生物炭C通过热解工艺制备，热解温度为200℃，升温速率为5℃/min，保温时间120min。生物炭C的固定碳含量为14%，挥发分含量为73%。
全废钢冶炼工艺分为以下三个阶段：
渗碳助熔阶段：渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为80%的阶段；生物炭A的初始喷吹速率为25kg/min，载气为氮气，气体流量为500Nm3/h。喷吹速率应随着废钢熔化比例的增加而增加。
高效脱磷阶段：高效脱磷阶段为渗碳助熔阶段结束到深度脱氮阶段开始的阶段；生物炭B与生石灰按比例混合，生石灰的初始喷吹比例为55%。喷吹速率为45kg/min，载气为CO2+O2，CO2所占比例为80%，气体流量为600Nm3/h。在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例为70%。
深度脱氮阶段：深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；生物炭C的喷吹速率为90kg/min，载气为CO2，气体流量为1000Nm3/h，同时使用顶吹氧枪给熔池内强化供氧，氧气流量为3000 Nm3/h。
采用本发明所述方法后，能够增加氧化期泡沫渣高度70~180mm，减少碳粉使用10~15kg/吨钢，冶炼吨钢成本降低6~13元。
对比例1
本对比例提供一种180t电弧炉全废钢冶炼工艺，埋入式喷枪3支，炉壁氧枪2支，生物炭A、生物炭B和C均为松木炭，生物炭及生石灰粉剂的粒度小于10目。
三种生物炭的制备条件如下：
生物炭A通过热解工艺制备，热解温度为1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间90min。生物炭A的固定碳含量为87%，挥发分含量为3%。
生物炭B通过热解工艺制备，热解温度为600℃，升温速率为10℃/min，保温时间120min。生物炭B的固定碳含量为80%，挥发分含量为10%。
生物炭C通过热解工艺制备，热解温度为250℃，升温速率为10℃/min，保温时间60min。生物炭C的固定碳含量为37%，挥发分含量为52%。
全废钢冶炼工艺分为以下三个阶段：
渗碳助熔阶段：渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为75%的阶段；生物炭A的初始喷吹速率为25kg/min，载气为氮气，气体流量为400Nm3/h。喷吹速率应随着废钢熔化比例的增加而增加。
高效脱磷阶段：高效脱磷阶段为渗碳助熔阶段结束到深度脱氮阶段开始的阶段；生物炭B与生石灰按比例混合，生石灰的初始喷吹比例为50%。喷吹速率为50kg/min，载气为CO2+O2，CO2所占比例为80%，气体流量为700Nm3/h。在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例为65%。
深度脱氮阶段：深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；生物炭C的喷吹速率为80kg/min，载气为CO2，气体流量为900Nm3/h，同时使用炉壁氧枪给熔池内强化供氧，氧气流量为2500 Nm3/h。
采用上述方法后，氧化期泡沫渣的高度较实施例2减少200~300mm，出钢钢液氮含量和磷含量较实施例2分别平均增加了30~50ppm，35~50ppm。
对比例2
本对比例提供一种180t电弧炉全废钢冶炼工艺，埋入式喷枪3支，炉壁氧枪2支，生物炭A、生物炭B和C均为玉米秸秆炭，生物炭及生石灰粉剂的粒度小于10目。
三种生物炭的制备条件如下：
生物炭A通过热解工艺制备，热解温度为1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间90min。生物炭A的固定碳含量为65%，挥发分含量为3%。
生物炭B通过热解工艺制备，热解温度为600℃，升温速率为10℃/min，保温时间120min。生物炭B的固定碳含量为80%，挥发分含量为10%。
生物炭C通过热解工艺制备，热解温度为250℃，升温速率为10℃/min，保温时间60min。生物炭C的固定碳含量为37%，挥发分含量为49%。
全废钢冶炼工艺分为以下三个阶段：
渗碳助熔阶段：渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为75%的阶段；生物炭A的初始喷吹速率为25kg/min，载气为氮气，气体流量为400Nm3/h。喷吹速率应随着废钢熔化比例的增加而增加。
高效脱磷阶段：高效脱磷阶段为渗碳助熔阶段结束到深度脱氮阶段开始的阶段；生物炭B与生石灰按比例混合，生石灰的初始喷吹比例为50%。喷吹速率为50kg/min，载气为CO2+O2，CO2所占比例为80%，气体流量为700Nm3/h。在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例为65%。
深度脱氮阶段：深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；生物炭C的喷吹速率为80kg/min，载气为CO2，气体流量为900Nm3/h，同时使用炉壁氧枪给熔池内强化供氧，氧气流量为2500 Nm3/h。
采用上述方法后，由于熔化期喷吹生物炭A的渗碳效果不理想，导致废钢熔化速度减慢，从而导致电耗增加，最终导致 熔化期时间较实施例2延长了5~8min，冶炼成本较实施例2增加了3~5元/吨钢。
对比例3
本对比例提供一种180t电弧炉全废钢冶炼工艺，埋入式喷枪3支，炉壁氧枪2支，生物炭A选取玉米秸秆炭、生物炭B和C均为松木炭，生物炭及生石灰粉剂的粒度小于10目。
三种生物炭的制备条件如下：
生物炭A通过热解工艺制备，热解温度为1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间90min。生物炭A的固定碳含量为65%，挥发分含量为3%。
生物炭B通过热解工艺制备，热解温度为600℃，升温速率为10℃/min，保温时间120min。生物炭B的固定碳含量为80%，挥发分含量为10%。
生物炭C通过热解工艺制备，热解温度为250℃，升温速率为10℃/min，保温时间60min。生物炭C的固定碳含量为37%，挥发分含量为52%。
全废钢冶炼工艺分为以下三个阶段：
渗碳助熔阶段：渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为75%的阶段；生物炭A的初始喷吹速率为25kg/min，载气为氮气，气体流量为400Nm3/h。喷吹速率应随着废钢熔化比例的增加而增加。
高效脱磷阶段：高效脱磷阶段为渗碳助熔阶段结束到深度脱氮阶段开始的阶段；生物炭B与生石灰按比例混合，生石灰的初始喷吹比例为50%。喷吹速率为50kg/min，载气为CO2+O2，CO2所占比例为80%，气体流量为700Nm3/h。在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例为65%。
深度脱氮阶段：深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；生物炭C的喷吹速率为80kg/min，载气为CO2，气体流量为900Nm3/h，同时使用炉壁氧枪给熔池内强化供氧，氧气流量为2500 Nm3/h。
采用上述方法后，熔化期时间较实施例2延长了6~10min，冶炼成本较实施例2增加了4~6元/吨钢，氧化期泡沫渣的高度较实施例2减少150~250mm，出钢钢液氮含量和磷含量较实施例2分别平均增加了45~55ppm，50~60ppm。
对比例4
本对比例提供一种180t电弧炉全废钢冶炼工艺，埋入式喷枪3支，炉壁氧枪2支，生物炭A、生物炭B和C均为松木炭，生物炭及生石灰粉剂的粒度小于10目。
三种生物炭的制备条件如下：
生物炭A、B和C均通过热解工艺制备，热解温度为1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间90min。固定碳含量为87%，挥发分含量为3%。
全废钢冶炼工艺分为以下三个阶段：
渗碳助熔阶段：渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为75%的阶段；生物炭A的初始喷吹速率为25kg/min，载气为氮气，气体流量为400Nm3/h。喷吹速率应随着废钢熔化比例的增加而增加。
高效脱磷阶段：高效脱磷阶段为渗碳助熔阶段结束到深度脱氮阶段开始的阶段；生物炭B与生石灰按比例混合，生石灰的初始喷吹比例为50%。喷吹速率为50kg/min，载气为CO2+O2，CO2所占比例为80%，气体流量为700Nm3/h。在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例为65%。
深度脱氮阶段：深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；生物炭C的喷吹速率为80kg/min，载气为CO2，气体流量为900Nm3/h，同时使用炉壁氧枪给熔池内强化供氧，氧气流量为2500 Nm3/h。
采用上述方法后，氧化期泡沫渣的高度较实施例2减少100~250mm，出钢钢液氮含量和磷含量较实施例2分别平均增加了35~45ppm，40~55ppm。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，包括：渗碳助熔阶段、高效脱磷阶段和深度脱氮阶段；所述渗碳助熔阶段为熔池形成到废钢熔化比例为75wt%~85wt%的阶段，所述高效脱磷阶段为所述渗碳助熔阶段结束到所述深度脱氮阶段开始的阶段，所述深度脱氮阶段为脱磷任务结束到脱氮任务结束的阶段；
所述渗碳助熔阶段以空气和/或氮气为载气埋入式喷吹生物炭A，所述高效脱磷阶段以二氧化碳和氧气的混合气体为载气埋入式喷吹生物炭B和生石灰的混合物，所述深度脱氮阶段以二氧化碳为载气埋入式喷吹生物炭C，并同时使用炉壁或顶吹氧枪向熔池内供氧；
所述生物炭A的原料选自林业生物质，所述生物炭B和所述生物炭C的原料各自独立的选自农业生物质；所述生物炭A的固定碳含量为80%~95%，挥发分含量小于等于3%；所述生物炭B的固定碳含量为50%~60%，挥发分含量为5%~20%；所述生物炭C的固定碳含量为15%~30%，挥发分含量为50%~70%。
2.根据权利要求1所述的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，所述林业生物质包括木本生物质和竹子，所述农业生物质包括农作物秸秆。
3.根据权利要求2所述的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，所述木本生物质包括柳树和/或松树；
所述农作物秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，所述生物炭A的制备方法包括：
热解温度为800~1100℃，升温速率小于等于15℃/min，保温时间为0.5~2h。
5.根据权利要求1所述的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，所述生物炭B的制备方法包括：
热解温度为400~600℃，升温速率小于等于15℃/min，保温时间为0.5~2h。
6.根据权利要求1所述的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，所述生物炭C的制备方法包括：
热解温度为200~300℃，升温速率小于等于15℃/min，保温时间为0.5~2h。
7.根据权利要求1所述的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，所述生物炭A、所述生物炭B、所述生物炭C和所述生石灰的粒度小于等于10目。
8.根据权利要求1所述的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，所述生物炭A的初始喷吹速率为10~25kg/min，载气流量为200~500Nm3/h；
所述生石灰的初始喷吹比例为40%~70%，喷吹速率为40~80kg/min， CO2占载气总量的比例为70%~90%，气体总流量为500~1000Nm3/h；在废钢完全熔化后，生石灰的喷吹比例大于50%；
所述生物炭C的喷吹速率为40~100kg/min，载气的气体流量为500 ~1200Nm3/h，炉壁或顶吹氧枪的氧气流量为 2000~ 4000Nm3/h。
9.根据权利要求1所述的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，所述埋入式喷吹使用的喷枪数量为1~6支，所述深度脱氮阶段的氧气供给采用1~3支炉壁氧枪，对于量子电弧炉使用一支顶吹氧枪供氧。
10.根据权利要求1-9任一项所述的基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法，其特征在于，使用的电弧炉为50~300t电弧炉。
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