CN115786639A - 一种热态冶金固废二次利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热态冶金固废二次利用的方法，属于钢铁冶金技术领域，其技术方案要点是所述方法包括在电炉出钢并留钢后开始送电，在熔炼前期向电炉内加入铁水、热态钢渣、造渣料和第一批废钢进行熔化，待熔炼前期的热态钢渣、造渣料和第一批废钢熔化后启动水冷碳氧枪向电炉内吹氧喷碳形成泡沫渣，再继续加入废钢进行正常的熔化期、氧化期冶炼，达到提高钢渣的利用率，降低冶炼成本的效果。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其是涉及一种热态冶金固废二次利用的方法。
背景技术
目前，炼钢后得到的钢渣主要有以下利用方式：第一作为水泥生料和水泥熟料替代用混合材料、作为炼铁烧结溶剂以及代替混凝土用粉煤灰，而在钢渣的应用中主要是将出炉钢渣冷却后磨细成钢渣粉末，然后经过磁选、铁选等制成建筑材料进行回收利用，同时在冷却的过程中通过炉渣回收利用设备回收钢渣的热量。第二种是在电炉中兑入液态钢渣，即在电炉出钢后首先兑加转炉的液态钢渣，然后加入废钢等进行电炉冶炼。上述两种方法中第一种方法对于钢渣的处理成本比较高，第二种虽然实现了钢渣的重复利用，节约了钢渣处理时的成本，但是由于加入的是液态钢渣，需要尽快兑入电炉中，而电炉生产周期比转炉长，因此无法很好实现电炉和转炉的及时对接，且电炉使用钢渣量远远小于转炉倒渣量，所以液态钢渣的利用率并不高。
发明内容
为了提高钢渣的利用率，降低冶炼成本，本发明提供一种热态冶金固废二次利用的方法。
本发明提供的一种热态冶金固废二次利用的方法采用如下的技术方案：
一种热态冶金固废二次利用的方法，所述方法包括在电炉出钢并留钢后开始送电，在熔炼前期向电炉内加入铁水、热态钢渣、造渣料和第一批废钢进行熔化，待熔炼前期的热态钢渣、造渣料和第一批废钢熔化后启动水冷碳氧枪向电炉内吹氧喷碳形成泡沫渣，再继续加入废钢进行正常的熔化期、氧化期冶炼。
通过采用上述技术方案，将出炉后的钢渣经过自然冷却后加入康斯迪电炉中进行二次利用，由于热态钢渣是以固态形式存在的熟渣，虽然热态钢渣表面的温度在300-500℃之间，但是热态钢渣的内部温度远远大于表面温度，所以热态钢渣带有一部分的物理热，当用热态钢渣代替部分造渣料后，能够被电炉内留下的炉渣进行快速的熔化，从而在吹氧喷碳的条件下容易形成泡沫渣，成渣速度快，从而缩短了造渣的时间，通过大量的试验发现造渣时间缩短了2-8分钟，也减少了热能的投入；除此之外，由于泡沫渣形成速度快使得电炉前期埋弧效果好，从而降低了电耗以及电极的消耗，也提高了废钢的回收率。
再者，用热态钢渣代替部分造渣料后，有效降低了造渣料的使用量，降低了电炉冶炼的生产成本，同时由于本申请中热态钢渣是固态钢渣，所以在康斯迪电炉中加入时可随废钢一起加入电炉中，所以加入时机更加灵活，使用更加方便。
优选的，所述电炉熔炼中期时加入第二批热态钢渣和造渣料。
优选的，所述热态钢渣与造渣料的加入总量是3000-4000kg。
通过采用上述技术方案，本申请中热态钢渣与造渣料分两批加入电炉中时，可有效保证熔炼前期的埋弧效果，若将热态钢渣和造渣料一次性加入时，容易导致热态钢渣、造渣料在钢水中结坨，反而不容易与电炉中原有的炉渣进行充分的熔化，从而会影响成渣时间，因此热态钢渣与造渣料总量控制在3000-4000kg，并在熔炼前期和熔炼中期加入时，可缩短前期的成渣时间，同时也能够降低钢水冶炼的成本。
优选的，所述热态钢渣与造渣料的重量比为(1-2)：(2：0)。
通过采用上述技术方案，热态钢渣与造渣料的重量比在此范围内后，缩短泡沫渣成渣的时间，也能够有效提升泡沫渣的厚度，使得熔炼前期的埋弧效果更好，可有效降低在吹氧的过程中氧气与钢水接触的概率，进而有效降低废钢的吹损率，提高废钢的回收率。除此之外，由于泡沫渣厚度比较高，所以吹氧喷碳的流量也相对降低，从而使得电炉冶炼的总电耗也会降低。本发明人通过大量实验证明当在铁水含量相同的情况下，熔炼前期用热态钢渣完全代替造渣料后废钢回收率提升了4.62-4.95％。
优选的，所述造渣料包括但不限于石灰石、萤石、镁球。
优选的，所述碳氧枪步骤中氧气流量为2000-2500Nm3/h、碳粉喷入量为20-30kg/min，使形成的泡沫渣厚度为电弧长度的1.5-2.0倍。
优选的，所述电炉留钢量为冶炼钢水重量的25-35％。
优选的，所述铁水的加入量为电炉钢水冶炼总量的40％-60％。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
相比于现有全部用造渣料来造渣的情况，本申请采用热态钢渣代替部分造渣料后，首先能够减少造渣料的使用，降低电炉炼钢的成本；其次热态钢渣是以固态形式存在的熟渣，与钢水反应能力强，熔化速度快，所以在熔化前期使用水冷碳氧枪后能够使得熔化后的渣迅速产生气泡，形成足够厚的泡沫渣，缩短成渣时间，起到埋弧和热传递的效果，同时也能够使得水冷碳氧枪操作中的氧气流量降低，喷碳量也降低，进而进一步降低了冶炼成本；最后由于热态钢渣中(FeO％)含量在15％左右，可有效降低吹氧过程中液态废钢的吹损率，从而提高废钢回收率。
除此之外，本申请钢渣的利用方法在康斯迪电炉中应用后，钢渣可随废钢直接加入电炉中，操作更加方便，加入时机也更加灵活，可随时随废钢一起加入，且在加料过程由于不需要打开炉盖来操作，从而也不会对环境造成污染，同时由于对出炉后的钢渣不需要做额外的处理，生产成本比较低，除此之外，减少了炼钢工序中的冶金固废的产生，也减少了对环境的污染，有效达到环保要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本专利是针对现有钢渣利用率不高的问题提出的一种能够二次利用的方法，现有公告号为CN103031405B的专利公开了将转炉液态钢渣热兑入电炉中进行冶炼，但是该专利中的电炉为顶加料式电炉，加料时需要将炉盖以及炉盖上方的除尘罩均打开，此时炉内的热气会向上扩散，同时由于冷热交替产生的大量浓烟不仅会造成空气污染同时有可能会产生爆炸，所以转炉液态渣的使用不仅危险程度比较高，同时对于液态渣的温度也存在一定的要求，可以短时间内使用，不能大批量使用。
本发明人经大量实验，将转炉炉渣或电炉炉渣通过渣罐运输至钢渣存放区，待钢渣自然冷却后，采用专用设备将钢渣、废钢倒入康斯迪电炉的水平加料机上，此时钢渣的表面温度为300-500℃，由于热态钢渣为熟渣，将钢渣加入电炉中后，成渣速度快，同时由于钢渣内部温度大于外部温度，所以自带部分物理热，使得电炉成渣时间缩短了2-8min，除此之外，由于热态钢渣中(FeO％)含量在15％左右，所以在熔化前期采用水冷碳氧枪后能够迅速形成气泡，从而形成足够厚的泡沫渣，起到埋弧和热传递的效果，同时由于在熔炼初期形成了足够厚的泡沫渣，从而有效降低了后续吹氧过程中的液态废钢的吹损率，从而提高废钢回收率。
本申请中通过大量的实验记录和测量钢渣的表面温度，钢渣从炉内倒出后开始降温，钢渣表面的降温速率大于内部降温速率，具体为钢渣从炉内倒出后的表面温度平均在809℃左右，将钢渣通过渣盆运输至存放区的平均表面温度在670℃左右，将钢渣倒入康斯迪电炉水平加料机上进入预热段前的平均表面温度在450℃左右，通过预热段入炉时钢渣平均温度提升60℃，入炉时钢渣内部温度远大于钢渣表面温度。
本申请以70吨康斯迪电炉为例，康斯迪电炉水平加料及的加热段长度为58m，预热段长度为28m，每分钟进料速度为4-6m，因此热态钢渣从水平加料机运送至炉内的时间是14-21分钟；热态钢渣在康斯迪电炉中的具体使用如下：
实施例1
一种热态冶金固废二次利用的方法，包括如下生产步骤：
(1)电炉出钢后使电炉摆水平时向电炉内开始送电，此时向电炉内开始加入废钢、铁水和第一批热态钢渣、造渣料，其中铁水加入量为电炉钢水冶炼总量的40％，第一批钢渣与造渣料的总加入量为1500kg，且钢渣与造渣料的重量比为1:2，待第一批热态钢渣、造渣料与废钢熔化后；
(2)启动水冷碳氧枪，向电炉内吹氧喷碳形成一定厚度的泡沫渣后，继续加废钢进行正常的熔炼，在熔化中期加入第二批热态钢渣和造渣料继续进行正常的熔炼，第二批钢渣与造渣料的总加入量为1500kg，且钢渣与造渣料的重量比为1:2，当熔化期结束后倒渣，进行正常的冶炼操作；热态钢渣、造渣料、喷氧量、喷碳量、成渣时间、泡沫渣厚度、总电耗、废钢回收率等具体如表1所示。
实施例2
一种热态冶金固废二次利用的方法，与实施例1的不同之处在于，钢渣与造渣料的总加入量不变，但比例发生变化，具体为钢渣与造渣料的总加入量为1:1，观察碳氧枪的参数、成渣时间、泡沫渣厚度、总电耗以及废钢回收情况，具体如表1所示。
实施例3
一种热态冶金固废二次利用的方法，与实施例1的不同之处在于，钢渣与造渣料的总加入量不变，但比例发生变化，具体为钢渣与造渣料的总加入量为2:1，观察碳氧枪的参数、成渣时间、泡沫渣厚度、总电耗以及废钢回收情况，具体如表1所示。
实施例4
一种热态冶金固废二次利用的方法，与实施例1的不同之处在于，钢渣与造渣料的总加入量不变，但比例发生变化，具体为钢渣与造渣料的总加入量为1:0，观察碳氧枪的参数、成渣时间、泡沫渣厚度、总电耗以及废钢回收情况，具体如表1所示。
实施例5
一种热态冶金固废二次利用的方法，与实施例4的不同之处在于，步骤(1)和步骤(2)中钢渣、造渣料的加入量总量为4000kg，其余均不变，观察碳氧枪的参数、成渣时间、泡沫渣厚度、总电耗以及废钢回收情况，具体如表1所示。
实施例6
一种热态冶金固废二次利用的方法，与实施例4的不同之处在于，铁水加入量为电炉钢水冶炼总量的60％，其余均不变，观察碳氧枪的参数、成渣时间、泡沫渣厚度、总电耗以及废钢回收情况，具体如表1所示。
实施例7
一种热态冶金固废二次利用的方法，与实施例5的不同之处在于，铁水加入量为电炉钢水冶炼总量的60％，其余均不变，观察碳氧枪的参数、成渣时间、泡沫渣厚度、总电耗以及废钢回收情况，具体如表1所示。
实施例8
一种热态冶金固废二次利用的方法，与实施例4的不同之处在于，铁水加入量为电炉钢水冶炼总量的0％，其余均不变，观察碳氧枪的参数、成渣时间、泡沫渣厚度、总电耗以及废钢回收情况，具体如表1所示。
实施例9
一种热态冶金固废二次利用的方法，与实施例5的不同之处在于，铁水加入量为电炉钢水冶炼总量的0％，其余均不变，观察碳氧枪的参数、成渣时间、泡沫渣厚度、总电耗以及废钢回收情况，具体如表1所示。
对比例1
与实施例4的不同之处在于，钢渣加入量为0，造渣料加入总量为3000kg，其中造渣料中石灰、萤石和镁球的加入量如表1所示。
对比例2
与实施例6的不同之处在于，钢渣加入量为0，造渣料加入总量为3000kg，其中造渣料中石灰、萤石和镁球的加入量如表1所示。
对比例3
与实施例8的不同之处在于，钢渣加入量为0，造渣料加入总量为3000kg，其中造渣料中石灰、萤石和镁球的加入量如表1所示。
表1康斯迪电炉冶炼数据统计
从表1中可以看出：
在电炉冶炼加入铁水量相同的情况下，实施例1-4中随着热态钢渣加入量的增加，泡沫渣的成渣时间逐渐缩短，泡沫渣的厚度也随钢渣量的加入呈逐渐上升的趋势，尤其当热态钢渣完全代替石灰、萤石和镁球组成的造渣料后，实施例4的成渣时间立马降低，且泡沫渣的厚度有了显著的上升，说明当用钢渣完全代替石灰、萤石和镁球组成的造渣料时，成渣时间更快、泡沫渣的厚度大大增加，主要原因有：热态钢渣中含有的FeO与氧气、碳粉迅速反应生成一氧化碳和二氧化碳，从而能够在短时间内生成有一定厚度的泡沫渣，提高了钢渣利用率，同时由于泡沫渣具有一定的厚度，能够有效降低在氧气与钢水接触的概率，从而降低废钢的吹损率，进而提高了废钢的回收率。
除此之外，实施例1-4中热态钢渣的含量逐渐增大直至完全代替造渣料后，使得泡沫渣厚度比较高，埋弧效果好，能够有效保证冶炼的持续进行，所以整个电炉冶炼过程中吹氧量和喷碳量的流量将会比较低，压力也比较小，总电耗也会逐渐降低。
而当钢渣的加入量为0时，从对比例1中可以看出，泡沫渣的成渣时间增加，主要原因是石灰、萤石和镁球加入后需要先熔化，然后与电炉中剩余的炉渣进行反应才能进一步形成炉渣，导致成渣时间比较长，且由于造渣料与炉渣的反应比较慢，导致泡沫渣的厚度也比较小，同时吹氧量和喷碳量也比较高，从而使得总电耗比较高，生产成本比较大。
相比于对比例1，本申请实施例4采用热态钢渣完全代替造渣料后，造渣成本降低了22.75元/吨，氧气和碳粉成本共降低了19.30元/吨，电耗成本降低了9.02元/吨钢，钢铁料消耗成本降低了104.70元/吨。
实施例5与实施例4相比，当钢渣的总加入量为4000kg时，吹氧量和总电耗会进一步降低，而泡沫渣厚度会进一步上升，同时废钢利用率在实施例4的基础上进一步提升了0.33％，说明用热态钢渣完全代替造渣料后，不仅能够提高钢渣的利用率，同时也能够提高废钢的利用率，降低康斯迪电炉冶炼的成本。
实施例6-7分别与实施例4和实施例5相比，当铁水加入量从40％增加到60％时，实施例6与实施例4相比，吹氧量、喷碳量没有变化，但泡沫渣厚度增加，总电耗大大降低，同时废钢回收率相比于实施例4明显提升了1.1％；实施例7与实施例5相比，吹氧量、喷碳量没有变化，但泡沫渣厚度增加，总电耗大大降低，废钢回收率相比于实施例5提升了1.1％，原因是铁水占比提高时，电炉内高温液态钢水占比增加，物理热较高，所以废钢加入后直接与高温钢水接触后熔化，从而提高废钢回收率，同时炉内高温液态钢水占比提高时吸收热量也减少，从而降低电耗，所以实施例8-9中的总电耗上升。
实施例8与对比例3相比，不加入铁水时，实施例8的造渣成本降低了22.75元/吨，氧气和碳粉成本总降低了19.30元/吨，电耗成本降低了10.73元/吨钢，钢铁料消耗成本降低了70.20元/吨。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热态冶金固废二次利用的方法，其特征在于：所述方法包括在电炉出钢并留钢后开始送电，在熔炼前期向电炉内加入铁水、热态钢渣、造渣料和第一批废钢进行熔化，待熔炼前期的热态钢渣、造渣料和第一批废钢熔化后启动水冷碳氧枪向电炉内吹氧喷碳形成泡沫渣，再继续加入废钢进行正常的熔化期、氧化期冶炼。
2.根据权利要求1所述的一种热态冶金固废二次利用的方法，其特征在于：所述电炉熔炼中期时加入第二批热态钢渣和造渣料。
3.根据权利要求2所述的一种热态冶金固废二次利用的方法，其特征在于：所述熔炼前期、熔炼中期的热态钢渣与造渣料的加入总量是3000-4000kg。
4.根据权利要求1或2所述的一种热态冶金固废二次利用的方法，其特征在于：所述热态钢渣与造渣料的重量比为（1-2）：（2：0）。
5.根据权利要求1或2所述的一种热态冶金固废二次利用的方法，其特征在于：所述造渣料包括但不限于石灰石、萤石、镁球。
6.根据权利要求1所述的一种热态冶金固废二次利用的方法，其特征在于：所述碳氧枪步骤中氧气流量为2000-2500Nm3/h、碳粉喷入量为20-30kg/min，使形成的泡沫渣厚度为电弧长度的1.5-2.0倍。
7.根据权利要求1所述的一种热态冶金固废二次利用的方法，其特征在于：所述电炉留钢量为冶炼钢水重量的25-35%。
8.根据权利要求1所述的一种热态冶金固废二次利用的方法，其特征在于：所述铁水的加入量为电炉钢水冶炼总量的40%-60%。
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