CN116103466A - 一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统 - Google Patents
一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116103466A CN116103466A CN202310170606.9A CN202310170606A CN116103466A CN 116103466 A CN116103466 A CN 116103466A CN 202310170606 A CN202310170606 A CN 202310170606A CN 116103466 A CN116103466 A CN 116103466A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- lime
- gas
- injection
- valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 269
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title claims abstract description 92
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 75
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000005507 spraying Methods 0.000 title claims description 227
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 143
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 143
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 119
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 90
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 90
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 88
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 88
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 88
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims abstract description 83
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 49
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 243
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 239
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 239
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 230
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 216
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 142
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 100
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 98
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 84
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 81
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 75
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 72
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 58
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 56
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 49
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims description 44
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 37
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 claims description 33
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 29
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 27
- 241001640558 Cotoneaster horizontalis Species 0.000 claims description 26
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 15
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 9
- 238000010410 dusting Methods 0.000 claims description 7
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide;molecular oxygen Chemical compound O=O.O=C=O UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 abstract description 13
- 238000009845 electric arc furnace steelmaking Methods 0.000 abstract description 9
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 5
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 46
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 40
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 description 23
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 4
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 4
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 3
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229940098458 powder spray Drugs 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910001149 41xx steel Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002696 manganese Chemical class 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
- C21C5/527—Charging of the electric furnace
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C2300/00—Process aspects
- C21C2300/06—Modeling of the process, e.g. for control purposes; CII
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
本发明公开一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统，属于电弧炉炼钢的技术领域。所述方法根据原料装入制度和钢种冶炼工艺，计算并分配炉顶和炉壁喷吹氧气量、载气介质类型、炉顶喷粉种类和喷粉量，划分喷吹阶段，在冶炼过程粉剂以顶吹的方式喷吹进入电弧炉熔池内，以达到增强熔池搅拌能力，提高反应效率，改善钢水质量的目的。本发明的方法和系统简单，大型电弧炉所利用的喷粉需要计算出各冶炼阶段的炉顶和炉壁喷吹氧气量、载气介质类型、炉顶喷粉种类和喷粉量，通过系统将各粉剂单独或混合喷吹进入电弧炉熔池，进行各阶段的冶炼反应，该过程可通过计算机控制，利于工业大规模生产和推广。
Description
技术领域
本发明属于电弧炉炼钢的技术领域，涉及一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统。
背景技术
电弧炉炼钢是以废钢为金属原料的主要炼钢方法之一，其具有流程短、能耗低、排放少等特点，是钢铁工业实现可持续发展、绿色转型的必要技术手段。近年来，随着废钢积蓄量的增加和产业结构的优化调整，电弧炉炼钢迎来高速发展时期，这在推动着电弧炉容量大型化发展的同时，对电弧炉炼钢新技术的需求也是更加迫切。
目前，常规小型的电弧炉炼钢生产工艺是以石墨电极为加热载体向金属熔池提供热能，同时辅助炉门枪和2-5支炉壁枪以一定倾角向熔池喷吹氧气、天然气、碳粉，以增加化学能输入，从而在升高温度熔化废钢的同时可以造好泡沫渣。
但随着电弧炉炉型的逐步扩大，特别是大型电弧炉的实际应用的逐步增多，使用传统的炉门枪和炉壁枪喷吹氧气、天然气、碳粉在强度和/或角度上无法满足大容量电弧炉生产的技术需求；
其存在技术问题：喷吹气体、粉剂覆盖面较小且有效利用率较低，造成熔池动力学搅拌条件较差，熔池升温速度慢，脱碳效果差，冶炼周期长，炉门流渣操作困难等。
虽然基于上述存在的不足，也有相关专利提出了改进方法，但是这些改进方法针对对象、改进措施和所获得的技术效果都难以满足大型电弧炉的实际应用需求。
例如：中国专利CN1450177公开了电炉炼钢顶氧枪吹炼工艺，虽然也是通过电弧炉炉顶氧枪向熔池液面顶吹氧气，但是其喷吹的只有氧气，并没有喷吹碳粉、石灰等粉剂，针对的也不是大型电弧炉。
中国专利CN201634711U、中国专利CN202755018U、中国专利CN2721649还公开了多种顶吹氧枪及装置，与上述电炉炼钢顶氧枪吹炼工艺相同，都是将氧气通过顶吹方式进入熔池，无法喷吹碳粉、石灰等粉剂，适应性较差。
中国专利CN109694933A、中国专利CN101787412A、中国专利CN113699306B公开了多种电弧炉炼钢底喷粉装置与应用方法，都是将粉剂或气体以底吹的方式喷入电弧炉熔池，显然会存在喷吹元件寿命短，喷粉枪易堵塞问题，需要提前埋入底吹原件，投资成本大。
中国专利CN111471824A公开了一种电炉冶炼的顶吹喷粉方法，其实通过所述任一顶吹喷粉系统中的驱动单元带动升降机构，进而带动可升降螺旋喷枪的螺旋喷管进行旋转和升降，从而实现以恒定螺旋升角向炉内喷吹气粉；显然顶吹喷粉方式的螺旋喷管旋转升降喷粉，其喷粉方式和螺旋喷管的结构显然会加大气体喷粉的难度，即在相同气体流量下，直喷管比螺旋喷管喷粉的速率和效率更高。且同样会存在喷吹元件寿命短、喷粉枪易堵塞等问题。
中国专利CN106086289A公开了一种采用顶吹氧枪喷粉冶炼不锈钢母液的炼钢方法及装置，其利用输粉管以CO2或N2为载气将冶炼不锈钢母液所需要的粉剂高速喷入熔池内部，利用第一氧流道喷孔和第二氧流道喷孔分别向炉内喷吹O2；故而其初炼炉上的顶吹氧枪喷粉针对的是煤粉储罐、石灰粉储罐和铬矿粉储罐中的粉料，并没有对除尘灰的粉料进行有效利用；熔炼阶段的各阶段喷粉方式和对冶炼不锈钢母液的影响与大型电弧炉的实际应用需求并不相同。
中国专利CN112301184A公开了一种电炉喷吹石灰粉脱磷的方法，其是通过利用喷吹系统将石灰粉喷入到电炉炉内进行脱磷，而电炉的喷吹系统一般设置在炉壁，且不能进行升降调节，喷吹方式也适合大型电弧炉的实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何克服现有技术中存在的喷吹气体、粉剂覆盖面较小且有效利用率较低，造成熔池动力学搅拌条件较差，熔池升温速度慢，脱碳效果差，冶炼周期长，炉门流渣操作困难的技术缺陷；以及顶吹喷粉和电炉侧壁喷粉不适合大型电弧炉的实际应用的技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，所述顶喷粉高效炼钢方法具体包括如下步骤：
S1、将除尘灰、石灰和碳粉分别储存在除尘灰料仓、石灰料仓和碳粉料仓中；
S2、将步骤S1的除尘灰和石灰分别进行预处理，之后将预处理后的除尘灰和石灰分别装入除尘灰喷射罐和石灰喷射罐中备用，将碳粉装入碳粉喷射罐中备用；
S3、计算得到理论供氧量、石灰加入量、碳粉喷吹量、除尘灰喷吹量，选择不同阶段炉顶喷吹气体介质类型、气体喷吹速度、气体喷吹时间，以及石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹比例、混合喷吹速度和混合喷吹时间的混合喷吹工艺参数；
S4、根据步骤S3选择的石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹比例，将步骤S2中装入碳粉喷射罐的碳粉、装入石灰喷射罐的石灰、装入除尘灰喷射罐的除尘灰输送到混合分配器进行混合：
S5、电弧炉开始装料，装入完成后，电极下降，开始供电冶炼；之后电弧炉的炉壁喷枪开始喷吹，电弧炉的顶部喷粉枪根据步骤S3中选择的不同阶段炉顶喷吹气体介质类型和石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹工艺参数，开始下降喷吹，直至冶炼结束，顶部喷粉枪提枪；
S6、控制电弧炉关闭石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹，重复步骤S1-S2，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
优选地，步骤S2中的除尘灰和石灰预处理为钝化研磨处理，其是利用粉剂钝化研磨装置添加钝化剂对除尘灰和石灰进行钝化和研磨处理，将除尘灰和石灰分别研磨至50-500目。
优选地，步骤S3中的理论供氧量、石灰加入量、碳粉喷吹量、除尘灰喷吹量，是根据电弧炉原料装入条件和目标钢种冶炼工艺，通过冶金静态计算模型计算得到。
优选地，步骤S3中的冶金静态计算模型包括但不仅限于经验计算、冶金机理计算、机器学习、人工智能算法或任意两种及其以上的组合算法。
优选地，步骤S4中的石灰、碳粉、除尘灰输送到混合分配器均是通过气力输送来完成，输送所涉及的管道全部为密闭输送管道，密闭输送管道的材质为碳钢或不锈钢；密闭输送管道的压力为0.2MPa以上，所使用的压力容器工作压力可承受3MPa以上。
优选地，步骤S5中使用的顶部喷粉枪数量根据电弧炉炉型结构和冶炼工艺确定，数量为1-6支顶部喷粉枪；顶部喷粉枪枪头为拆卸式或整体式，其喷吹角度可调；顶部喷粉枪的材质为碳钢、不锈钢、铜或者铜合金；顶部喷粉枪的使用方式为浸没式或非浸没式。
优选地，步骤S3中选择不同阶段炉顶喷吹的混合喷吹工艺参数的方法包括如下步骤：
S301、冶炼前期，顶部喷粉枪的中心通道喷吹粉剂石灰混入比例为50-80％，碳粉混入比例为0-50％，除尘灰混入比例为0-50％；
S302、冶炼中期，顶部喷粉枪的中心通道喷吹粉剂石灰混入比例为10-50％，碳粉混入比例为0-20％，除尘灰混入比例为50-80％；
S303、冶炼后期，顶部喷粉枪的中心通道喷吹粉剂石灰混入比例为0-10％，碳粉混入比例为70-95％，除尘灰混入比例为0-20％。
优选地，步骤S301、步骤S302和步骤S303中，顶部喷粉枪的中心喷粉通道喷吹载气为二氧化碳、氮气、氩气或任意两种及其以上混合气，载气流量为50-5000Nm3/h；主吹气通道喷吹气体为氧气、二氧化碳、天然气或任意两种及其以上混合气，主吹气流量为50-10000Nm3/h；环缝气通道喷吹气为天然气、二氧化碳、氮气、氩气或任意两种及其以上混合气，环缝气流量为30-3000Nm3/h，喷吹时间为3-25min；冷却水通道的冷却水的流量为50-1200Nm3/h。
优选地，步骤S301、步骤S302和步骤S303中的喷吹时间分别为3-25min、3-20min和1-10min。
优选地，步骤S301、步骤S302和步骤S303中的喷粉速度分别为50-300kg/min、80-250kg/min和100-150kg/min。
优选地，步骤S301、步骤S302和步骤S303中的炉壁喷枪供氧流量分别为1500-3000Nm3/h、1200-3500Nm3/h和800-1200Nm3/h。
优选地，与现有的电弧炉炼钢相比，所述的顶喷粉高效炼钢方法的氧气利用率提高了10％以上，碳粉消耗降低了18％以上，石灰消耗降低了20％以上，冶炼时间缩短5min以上，钢铁料消耗降低2kg/t以上，吨钢CO2排放降低5kg以上，实现吨钢效益15元。
一种所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法的系统，所述系统包括喷粉系统、冶炼系统、气源系统和计算机控制系统，所述喷粉系统通过多根喷粉管道与所述冶炼系统的顶部相连通，所述喷粉系统和冶炼系统通过多根气体管路与所述气源系统相连通，所述喷粉系统、所述冶炼系统、所述气源系统、以及其它电气设备通过数据通讯线缆与所述计算机控制系统电连接。
优选地，所述喷粉系统包括多根喷粉管道、碳粉料仓、石灰料仓、除尘灰料仓、石灰钝化研磨装置、除尘灰钝化研磨装置、碳粉喷射罐、石灰喷射罐、除尘灰喷射罐、混合分配器和流量控制器；
所述碳粉料仓的一端通过一根喷粉管道与所述碳粉喷射罐的一端相连通，所述碳粉喷射罐的另一端通过一根喷粉管道与所述混合分配器的顶部相连通；
所述石灰料仓的一端通过一根喷粉管道与所述石灰钝化研磨装置的一端相连通，所述石灰钝化研磨装置的另一端通过一根喷粉管道与所述石灰喷射罐的一端相连通，所述石灰喷射罐的另一端通过一根喷粉管道与所述混合分配器的顶部相连通；
所述除尘灰料仓的一端通过一根喷粉管道与所述除尘灰钝化研磨装置的一端相连通，所述除尘灰钝化研磨装置的另一端通过一根喷粉管道与所述除尘灰喷射罐的一端相连通，所述除尘灰喷射罐的另一端通过一根喷粉管道与所述混合分配器的顶部相连通；
所述混合分配器的底部通过一根喷粉管道与所述冶炼系统的顶部相连通，所述混合分配器的底部连接有用于控制混合喷吹的流量控制器，所述混合分配器的底部连接有一根带有多根分支管道的顶部喷粉枪；
上述的每根喷粉管道上都设置有一个用于控制喷粉的阀门。
优选地，所述冶炼系统包括电弧炉、多支炉壁喷枪、多个电极、电极夹持装置、顶部喷粉枪和喷粉枪升降夹持装置；
所述多个炉壁喷枪在所述电弧炉的炉壁上倾斜设置，所述炉壁喷枪的底端设置在电弧炉内的熔池上方；
所述多个电极通过所述电极夹持装置进行固定连接；
所述顶部喷粉枪通过喷粉枪升降夹持装置进行固定连接，所述顶部喷粉枪的顶端与所述喷粉系统中的混合分配器的底部相连通，所述顶部喷粉枪的底端穿过电弧炉顶部并伸入到电弧炉内的熔池内部；
所述电极与所述顶部喷粉枪间隔设置。
优选地，所述气源系统包括氮气气源、氧气气源、二氧化碳气源、天然气气源、氩气气源、氮气气源阀组、氧气气源阀组、二氧化碳气源阀组、天然气气源阀组、氩气气源阀组、气体缓冲罐、多根气体管路和气体流量控制阀组；
所述氮气气源、氧气气源、二氧化碳气源、天然气气源和氩气气源分别通过一根气体管路与所述气体缓冲罐的一侧相连通，所述气体缓冲罐的另一侧则是通过一根气体管路与所述气体流量控制阀组相连通，所述气体流量控制阀组通过气体管路分别与顶部喷粉枪相连通；
所述氮气气源连通的气体管路上设置有用于氮气气源控制的氮气气源阀组，所述氧气气源连通的气体管路上设置有用于氧气气源控制的氧气气源阀组，所述二氧化碳气源连通的气体管路上设置有用于二氧化碳气源控制的二氧化碳气源阀组，所述天然气气源连通的气体管路上设置有用于天然气气源控制的天然气气源阀组，所述氩气气源连通的气体管路上设置有用于氩气气源控制的氩气气源阀组；
上述的与各气源连通的五根气体管路共同汇入到一根气体管路中，这一根气体管路同时与连通碳粉料仓和和碳粉喷射罐的喷粉管路、连通石灰料仓和石灰钝化研磨装置的喷粉管路、连通除尘灰料仓和除尘灰钝化研磨装置的喷粉管路、连通碳粉料仓和碳粉喷射罐的喷粉管路、连通石灰钝化研磨装置和石灰喷射罐的喷粉管路、连通除尘灰钝化研磨装置和除尘灰喷射罐的喷粉管路、以及碳粉喷射罐、石灰喷射罐、除尘灰喷射罐和混合分配器进行管路连接；每根管路连接上设置有一个阀门。
优选地，所述计算机控制系统包括计算机和数据通讯线缆，所述计算机与所述喷粉系统、所述冶炼系统、所述气源系统、通过所述数据通讯线缆进行连接，具备信号传输，分析计算和控制功能。
优选地，所述大型电弧炉包括超高功率电弧炉、CONSTEEL电弧炉、竖式电弧炉、直流电弧炉、双炉壳电弧炉和预热式电弧炉。
优选地，所述用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法中的大型电弧炉指的是150t以上的电弧炉。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
上述方案中，本发明根据原料装入制度和钢种冶炼工艺，计算并分配炉顶和炉壁喷吹氧气量、载气介质类型、炉顶喷粉种类和喷粉量，划分喷吹阶段，在冶炼过程粉剂以顶吹的方式喷吹进入电弧炉熔池，达到了增强熔池搅拌能力，提高了喷粉效率，降低了钢铁料消耗，缩短冶炼周期，改善钢水质量。
本发明理论供氧量、石灰加入量、碳粉喷吹量、除尘灰喷吹量，是根据电弧炉原料装入条件和目标钢种冶炼工艺，通过冶金静态计算模型计算得到；冶金静态计算模型包括但不仅限于经验计算、冶金机理计算、机器学习、人工智能算法或任意两种及其以上的组合算法。
本发明的系统包括喷粉系统、冶炼系统、气源系统和计算机控制系统，所述喷粉系统通过多根喷粉管道与所述冶炼系统的顶部相连通，所述喷粉系统和冶炼系统通过多根气体管路与所述气源系统相连通，所述喷粉系统、所述冶炼系统、所述气源系统、以及其它电气设备通过数据通讯线缆与所述计算机控制系统电连接。
与现有技术相比，本发明带来的有益效果是氧气利用率提高幅度能达到10％以上，碳粉消耗降低幅度能达到18％以上，石灰消耗降低幅度能达到20％以上，冶炼时间能够缩短5min以上，钢铁料消耗降低能达到2kg/t以上，吨钢CO2排放降低能达到5kg以上，实现吨钢效益能达到15元以上。
综上，本发明的方法和系统简单，大型电弧炉所利用的喷粉需要计算出各冶炼阶段的炉顶和炉壁喷吹氧气量、载气介质类型、炉顶喷粉种类和喷粉量，通过系统将各粉剂单独或混合喷吹进入电弧炉熔池，进行各阶段的冶炼反应，该过程可通过计算机控制，利于工业大规模生产和推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢系统的结构示意图；
图2为本发明的一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢系统中喷粉系统的结构示意图；
图3为本发明的一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢系统中冶炼系统的结构示意图；
图4为本发明的一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢系统中气源系统的结构示意图；
图5为本发明的一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢系统中计算及控制系统的结构示意图；
图6为本发明的一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢系统中电弧炉的俯视图；
图7为本发明的一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢系统中喷粉枪的剖面图；
附图标记说明如下：
100-计算机；101-数据通讯线缆；102-喷粉管道；103-碳粉料仓；104-碳粉出口第一阀门；105-石灰料仓；106-石灰出口第一阀门；107-除尘灰料仓；108-除尘灰出口第一阀门；109-助吹第一阀门；110-助吹第二阀门；111-除尘灰钝化研磨装置；112-石灰钝化研磨装置；113-碳粉出口第二阀门；114-石灰出口第二阀门；115-除尘灰出口第二阀门；116-助吹第三阀门；117-助吹第四阀门；118-流化第一阀门；119-碳粉喷射罐；120-放散第一阀门；121-流化第二阀门；122-石灰喷射罐；123-放散第二阀门；124-流化第三阀门；125-除尘灰喷射罐；126-放散第三阀门；127-碳粉出口第三阀门；128-石灰出口第三阀门；129-除尘灰出口第三阀门；130-混合分配器；131-气体充压阀门；132-流量控制器；133-喷粉枪升降夹持装置；134-气体流量控制阀组；135-电极；136-顶部喷粉枪；137-炉壁喷枪；138-电弧炉；139-电极夹持装置；140-气体管路；141-气体缓冲罐；142-氮气气源阀组；143-氧气气源阀组；144-二氧化碳气源阀组；145-天然气气源阀组；146-氩气气源阀组；147-助吹第五阀门；148-助吹第六阀门；149-氮气气源；150-氧气气源；151-二氧化碳气源；152-天然气气源；153-氩气气源；1361-中心喷粉通道；1362-冷却水通道；1363-环缝气通道；1364-主吹气通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案和解决的技术问题进行阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利的一部分实施例，而不是全部实施例。
如图1-7所示，一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，所述顶喷粉高效炼钢方法具体包括如下步骤：
S1、将除尘灰、石灰和碳粉分别储存在除尘灰料仓107、石灰料仓105和碳粉料仓103中；
S2、将步骤S1的除尘灰和石灰分别进行预处理，之后将预处理后的除尘灰和石灰分别装入除尘灰喷射罐125和石灰喷射罐122中备用，将碳粉装入碳粉喷射罐119中备用；
S3、计算得到理论供氧量、石灰加入量、碳粉喷吹量、除尘灰喷吹量，选择不同阶段炉顶喷吹气体介质类型、气体喷吹速度、气体喷吹时间，以及石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹比例、混合喷吹速度和混合喷吹时间的混合喷吹工艺参数；
S4、根据步骤S3选择的石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹比例，将步骤S2中装入碳粉喷射罐119的碳粉、装入石灰喷射罐122的石灰、装入除尘灰喷射罐125的除尘灰输送到混合分配器130进行混合：
S5、电弧炉138开始装料，装入完成后，电极135下降，开始供电冶炼；之后电弧炉的炉壁喷枪137开始喷吹，电弧炉的顶部喷粉枪136根据步骤S3中选择的不同阶段炉顶喷吹气体介质类型和石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹工艺参数，开始下降喷吹，直至冶炼结束，顶部喷粉枪136提枪；
S6、控制电弧炉138关闭石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹，重复步骤S1-S2，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
特别地，步骤S2中的除尘灰和石灰预处理为钝化研磨处理，其是利用粉剂钝化研磨装置添加钝化剂对除尘灰和石灰进行钝化和研磨处理，将除尘灰和石灰分别研磨至50-500目。
特别地，步骤S3中的理论供氧量、石灰加入量、碳粉喷吹量、除尘灰喷吹量，是根据电弧炉原料装入条件和目标钢种冶炼工艺，通过冶金静态计算模型计算得到。
特别地，步骤S3中的冶金静态计算模型包括但不仅限于经验计算、冶金机理计算、机器学习、人工智能算法或任意两种及其以上的组合算法。
特别地，步骤S4中的将步骤S2中装入碳粉喷射罐119的碳粉、装入石灰喷射罐122的石灰、装入除尘灰喷射罐125的除尘灰输送到混合分配器130均是通过气力输送来完成，输送所涉及的管道全部为密闭输送管道，密闭输送管道的材质为碳钢或不锈钢；密闭输送管道的压力为0.2MPa以上，所使用的压力容器工作压力可承受3MPa以上。
特别地，步骤S5中使用的顶部喷粉枪136数量根据电弧炉138的炉型结构和冶炼工艺确定，数量为1-6支顶部喷粉枪136；顶部喷粉枪136的枪头为拆卸式或整体式，其喷吹角度可调；顶部喷粉枪136的材质为碳钢、不锈钢、铜或者铜合金；顶部喷粉枪136的使用方式为浸没式或非浸没式。
特别地，，步骤S3中选择不同阶段炉顶喷吹的混合喷吹工艺参数的方法包括如下步骤：
S301、冶炼前期，顶部喷粉枪136的中心通道喷吹粉剂石灰混入比例为50-80％，碳粉混入比例为0-50％，除尘灰混入比例为0-50％；
S302、冶炼中期，顶部喷粉枪136的中心通道喷吹粉剂石灰混入比例为10-50％，碳粉混入比例为0-20％，除尘灰混入比例为50-80％；
S303、冶炼后期，顶部喷粉枪136的中心通道喷吹粉剂石灰混入比例为0-10％，碳粉混入比例为70-95％，除尘灰混入比例为0-20％。
特别地，步骤S301、步骤S302和步骤S303中，顶部喷粉枪136的中心喷粉通道1361喷吹载气为二氧化碳、氮气、氩气或任意两种及其以上混合气，载气流量为50-5000Nm3/h；主吹气通道1364喷吹气体为氧气、二氧化碳、天然气或任意两种及其以上混合气，主吹气流量为50-10000Nm3/h；环缝气通道1363喷吹气为天然气、二氧化碳、氮气、氩气或任意两种及其以上混合气，环缝气流量为30-3000Nm3/h，喷吹时间为3-25min；冷却水通道1362的冷却水的流量为50-1200Nm3/h。
特别地，步骤S301、步骤S302和步骤S303中的喷吹时间分别为3-25min、3-20min和1-10min。
特别地，步骤S301、步骤S302和步骤S303中的喷粉速度分别为50-300kg/min、80-250kg/min和100-150kg/min。
特别地，步骤S301、步骤S302和步骤S303中的炉壁喷枪供氧流量分别为1500-3000Nm3/h、1200-3500Nm3/h和800-1200Nm3/h。
特别地，与现有的电弧炉炼钢相比，所述的顶喷粉高效炼钢方法的氧气利用率提高了10％以上，碳粉消耗降低了18％以上，石灰消耗降低了20％以上，冶炼时间缩短5min以上，钢铁料消耗降低2kg/t以上，吨钢CO2排放降低5kg以上，实现吨钢效益15元。
所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法的系统，所述系统包括喷粉系统P1、冶炼系统P2、气源系统P3和计算机控制系统P4，所述喷粉系统P1通过多根喷粉管道102与所述冶炼系统P2的顶部相连通，所述喷粉系统P1和冶炼系统P2通过多根气体管路140与所述气源系统P3相连通，所述喷粉系统P1、所述冶炼系统P2、所述气源系统P3、以及其它电气设备通过数据通讯线缆101与所述计算机控制系统P4电连接。
特别地，所述喷粉系统包括多根喷粉管道102、碳粉料仓103、石灰料仓105、除尘灰料仓107、石灰钝化研磨装置112、除尘灰钝化研磨装置111、碳粉喷射罐119、石灰喷射罐122、除尘灰喷射罐125、混合分配器130和流量控制器132；
所述碳粉料仓103的一端通过一根喷粉管道102与所述碳粉喷射罐119的一端相连通，所述碳粉喷射罐119的另一端通过一根喷粉管道102与所述混合分配器130的顶部相连通；
所述石灰料仓105的一端通过一根喷粉管道102与所述石灰钝化研磨装置112的一端相连通，所述石灰钝化研磨装置112的另一端通过一根喷粉管道102与所述石灰喷射罐122的一端相连通，所述石灰喷射罐122的另一端通过一根喷粉管道102与所述混合分配器130的顶部相连通；
所述除尘灰料仓107的一端通过一根喷粉管道102与所述除尘灰钝化研磨装置111的一端相连通，所述除尘灰钝化研磨装置111的另一端通过一根喷粉管道102与所述除尘灰喷射罐125的一端相连通，所述除尘灰喷射罐125的另一端通过一根喷粉管道102与所述混合分配器130的顶部相连通；
所述混合分配器130的底部通过一根喷粉管道102与所述冶炼系统P2的顶部相连通，所述混合分配器130的底部连接有用于控制混合喷吹的流量控制器132，所述混合分配器130的底部连接有一根带有多根分支管道的顶部喷粉枪136；
上述的每根喷粉管道102上都设置有一个用于控制喷粉的阀门，包括碳粉出口第一阀门104、石灰出口第一阀门106、除尘灰出口第一阀门108、碳粉出口第二阀门113、石灰出口第二阀门114、除尘灰出口第二阀门115、放散第一阀门120、放散第二阀门123、放散第三阀门126、碳粉出口第三阀门127、石灰出口第三阀门128、除尘灰出口第三阀门129。
特别地，所述冶炼系统P2包括电弧炉138、多支炉壁喷枪137、多个电极135、电极夹持装置139、顶部喷粉枪136和喷粉枪升降夹持装置133；
所述多个炉壁喷枪137在所述电弧炉138的炉壁上倾斜设置，所述炉壁喷枪137的底端设置在电弧炉138内的熔池上方；
所述多个电极135通过所述电极夹持装置139进行固定连接；
所述顶部喷粉枪136通过喷粉枪升降夹持装置133进行固定连接，所述顶部喷粉枪136的顶端与所述喷粉系统P1中的混合分配器130的底部相连通，所述顶部喷粉枪136的底端穿过电弧炉138顶部并伸入到电弧炉138内的熔池内部；
所述电极135与所述顶部喷粉枪136间隔设置。
特别地，所述气源系统P3包括氮气气源149、氧气气源150、二氧化碳气源150、天然气气源152、氩气气源153、氮气气源阀组142、氧气气源阀组143、二氧化碳气源阀组144、天然气气源阀组145、氩气气源阀组146、气体缓冲罐141、多根气体管路140和气体流量控制阀组134；
所述氮气气源149、氧气气源150、二氧化碳气源150、天然气气源152、氩气气源153分别通过一根气体管路140与所述气体缓冲罐141的一侧相连通，所述气体缓冲罐141的另一侧则是通过一根气体管路140与所述气体流量控制阀组134相连通，所述气体流量控制阀组134通过气体管路140分别与顶部喷粉枪136相连通；
所述氮气气源149连通的气体管路140上设置有用于氮气气源控制的氮气气源阀组142，所述氧气气源150连通的气体管路140上设置有用于氧气气源控制的氧气气源阀组143，所述二氧化碳气源150连通的气体管路140上设置有用于二氧化碳气源控制的二氧化碳气源阀组144，所述天然气气源152连通的气体管路140上设置有用于天然气气源控制的天然气气源阀组145，所述氩气气源146连通的气体管路140上设置有用于氩气气源控制的氩气气源阀组146；
上述的与各气源连通的五根气体管路140共同汇入到一根气体管路140中，这一根气体管路140同时与连通碳粉料仓103和和碳粉喷射罐119的喷粉管路102、连通石灰料仓105和石灰钝化研磨装置112的喷粉管路102、连通除尘灰料仓107和除尘灰钝化研磨装置111的喷粉管路102、连通石灰钝化研磨装置112和石灰喷射罐122的喷粉管路、连通除尘灰钝化研磨装置111和除尘灰喷射罐125的喷粉管路、以及碳粉喷射罐119、石灰喷射罐122、除尘灰喷射罐125和混合分配器130进行管路连接；每根管路连接上设置有一个阀门，包括助吹第一阀门109、助吹第二阀门110、助吹第三阀门116、助吹第四阀门117、流化第一阀门118、流化第二阀门121、流化第三阀门124、气体充压阀门131、助吹第五阀门147、助吹第六阀门148。
特别地，所述计算机控制系统P4包括计算机100和数据通讯线缆101，所述计算机与所述喷粉系统P1、所述冶炼系统P2、所述气源系统P3通过所述数据通讯线缆101进行连接，具备信号传输，分析计算和控制功能。
特别地，所述大型电弧炉包括超高功率电弧炉、CONSTEEL电弧炉、竖式电弧炉、直流电弧炉、双炉壳电弧炉和预热式电弧炉。
特别地，所述用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法中的大型电弧炉指的是150t以上的电弧炉。
实施例1
本实例为一种用于220t CONSTEEL电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，所述顶喷粉高效炼钢方法，用于冶炼CrMo系列钢种，炉内留钢量60t，加入180t废钢作为冶炼原料，顶部安装3支供氧喷粉枪，3支炉壁氧枪。废钢平均碳成分1.8％，废钢平均入炉温度取200℃，电弧炉出钢碳成分内控范围0.08～0.12％，出钢温度1650℃；系统所有阀门初始状态均为关闭。
具体包括如下步骤：
S1、计算机控制系统控制气源阀组开启，依次开启碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第五阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；助吹气体使用氮气，调节助吹第六阀门气体流量为300Nm3/h，将除尘灰料仓、石灰料仓中的除尘灰和石灰以氮气输送至除尘灰钝化研磨装置，石灰钝化研磨装置进行钝化研磨处理，将处理好的除尘灰和石灰输送至除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，同时将碳粉输送至碳粉喷射罐，待喷射罐装入量超过其容量的80％时，关闭碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；
S2、将钢种初始碳成分1.8％和目标平均碳成分0.10％，废钢入炉温度200℃，出钢温度1650℃数据带入冶金静态计算模型计算，模型以物料平衡和热平衡为基础，计算得到理论供氧量10200Nm3，石灰加入量9960kg、碳粉喷吹量2870kg和除尘灰喷吹量8900kg；
S3、冶炼前期(0-25min)，电极下降，电弧炉开始供电冶炼，废钢持续加料，3支喷粉枪下枪，开启碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例60％，碳粉混入比例10％，除尘灰混入比例30％，下料至混合分配器；开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度600kg/min，使用氮气为载气，载气流量为300Nm3/h。调节气体流量控制阀组，主吹气通道喷吹氧气，气体流量3000Nm3/h，环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为600Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量2000Nm3/h，喷吹时间为25min；
S4、冶炼中期(26-38min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为20％，碳粉混入比例为0％，除尘灰混入比例为80％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度450kg/min，使用载气为二氧化碳，载气流量为200Nm3/h。主吹气通道喷吹氧气，气体流量为3500Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为400Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量2500Nm3/h，喷吹时间为12min；
S5、冶炼后期(39-47min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为0％，碳粉混入比例为95％，除尘灰混入比例为5％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度180kg/min，以二氧化碳为载气，载气流量为400Nm3/h。主吹气通道喷吹二氧化碳和氧气混合气体，混合比例1:1，二氧化碳气体流量为2000Nm3/h，氧气气体流量为2000Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，气体流量400Nm3/h,炉壁喷枪供氧流量1500Nm3/h，喷吹时间为8min；
S6、满足出钢条件后，控制电极夹持装置提升电极，控制喷粉枪升降夹持装置提升喷粉枪，依次关闭碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，气体充压阀门，流量控制器，气体流量控制阀组，重复步骤S1分别对除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，碳粉喷射罐装料，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
采用本实施例所述系统及方法后，氧气利用率提高了10％，碳粉消耗降低了18％，石灰消耗降低了20％，冶炼时间缩短5min，钢铁料消耗降低2kg/t，吨钢CO2排放降低5kg，实现吨钢效益15元。
实施例2
本实例为一种用于150t的超高功率电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，所述顶喷粉高效炼钢方法，用于冶炼低氮钢种，炉内留钢量30t，加入100t废钢，30t铁水作为冶炼原料，顶部安装3支供氧喷粉枪，4支炉壁氧枪。废钢平均碳成分0.15％，铁水碳成分4.0％，废钢平均入炉温度取30℃，电弧炉出钢碳成分内控范围0.06-0.12％，出钢温度1630℃；系统所有阀门初始状态均为关闭。
具体包括如下步骤：
S1、计算机控制系统控制气源阀组开启，依次开启碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第五阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；助吹气体使用氮气，调节助吹第六阀门气体流量为300Nm3/h，将除尘灰料仓、石灰料仓中的除尘灰和石灰以氮气输送至除尘灰钝化研磨装置，石灰钝化研磨装置进行钝化研磨处理，将处理好的除尘灰和石灰输送至除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，同时将碳粉输送至碳粉喷射罐，待喷射罐装入量超过其容量的80％时，关闭碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；
S2、将钢种初始碳成分1.0％和目标平均碳成分0.09％，废钢入炉温度30℃，出钢温度1630℃数据带入冶金静态计算模型计算，模型以物料平衡和热平衡为基础，计算得到理论供氧量12000Nm3，石灰加入量6576kg、碳粉喷吹量3300kg和除尘灰喷吹量2250kg；
S3、冶炼前期(0-25min)，电极下降，电弧炉开始供电冶炼，废钢持续加料，3支喷粉枪下枪，开启碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例60％，碳粉混入比例40％，除尘灰混入比例0％，下料至混合分配器；开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度500kg/min，使用二氧化碳为载气，载气流量为500Nm3/h。调节气体流量控制阀组，主吹气通道喷吹氧气，气体流量3000Nm3/h，环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为300Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量2200Nm3/h，喷吹时间为15min；
S4、冶炼中期(26-38min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为45％，碳粉混入比例为5％，除尘灰混入比例为50％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度450kg/min，使用载气为二氧化碳，载气流量为200Nm3/h。主吹气通道喷吹氧气，气体流量为2800Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为300Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量2800Nm3/h，喷吹时间为10min；
S5、冶炼后期(39-47min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为0％，碳粉混入比例为100％，除尘灰混入比例为0％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度180kg/min，以氩气为载气，载气流量为300Nm3/h。主吹气通道喷吹二氧化碳气体，气体流量为1000Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，气体流量300Nm3/h,炉壁喷枪供氧流量1200Nm3/h，喷吹时间为15min；
S6、满足出钢条件后，控制电极夹持装置提升电极，控制喷粉枪升降夹持装置提升喷粉枪，依次关闭碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，气体充压阀门，流量控制器，气体流量控制阀组，重复步骤S1分别对除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，碳粉喷射罐装料，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
采用本实施例所述系统及方法后，氧气利用率提高了8％，碳粉消耗降低了13％，石灰消耗降低了17％，冶炼时间缩短3min，钢铁料消耗降低1.8kg/t，吨钢CO2排放降低3kg，实现吨钢效益11元。
实施例3
本实例为一种用于200t的竖式电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，所述顶喷粉高效炼钢方法，用于冶炼高碳铬轴承钢，炉内留钢量22t，连续加入180t废钢作为冶炼原料，顶部安装2支供氧喷粉枪，5支炉壁氧枪。废钢平均碳成分0.15％，废钢平均入炉温度取300℃，电弧炉出钢碳成分内控范围0.06-0.15％，出钢温度1650℃；系统所有阀门初始状态均为关闭。
具体包括如下步骤：
S1、计算机控制系统控制气源阀组开启，依次开启碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第五阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；助吹气体使用氮气，调节助吹第六阀门气体流量为300Nm3/h，将除尘灰料仓、石灰料仓中的除尘灰和石灰以氮气输送至除尘灰钝化研磨装置，石灰钝化研磨装置进行钝化研磨处理，将处理好的除尘灰和石灰输送至除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，同时将碳粉输送至碳粉喷射罐，待喷射罐装入量超过其容量的80％时，关闭碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；
S2、将钢种初始碳成分0.15％和目标平均碳成分0.105％，废钢入炉温度300℃，出钢温度1650℃数据带入冶金静态计算模型计算，模型以物料平衡和热平衡为基础，计算得到理论供氧量8068Nm3，石灰加入量5557kg、碳粉喷吹量2667kg和除尘灰喷吹量6500kg；
S3、冶炼前期(0-25min)，电极下降，电弧炉开始供电冶炼，废钢持续加料，3支喷粉枪下枪，开启碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例10％，碳粉混入比例20％，除尘灰混入比例70％，下料至混合分配器；开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度400kg/min，使用氮气为载气，载气流量为500Nm3/h。调节气体流量控制阀组，主吹气通道喷吹氧气，气体流量1500Nm3/h，环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为300Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量1500Nm3/h，喷吹时间为15min；
S4、冶炼中期(26-38min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为60％，碳粉混入比例为0％，除尘灰混入比例为40％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度500kg/min，使用载气为氮气，载气流量为300Nm3/h。主吹气通道喷吹氧气，气体流量为2200Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为300Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量2200Nm3/h，喷吹时间为11min；
S5、冶炼后期(39-47min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为0％，碳粉混入比例为100％，除尘灰混入比例为0％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度150kg/min，以氩气为载气，载气流量为300Nm3/h。主吹气通道喷吹氩气气体，气体流量为500Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，气体流量300Nm3/h,炉壁喷枪供氧流量800Nm3/h，喷吹时间为10min；
S6、满足出钢条件后，控制电极夹持装置提升电极，控制喷粉枪升降夹持装置提升喷粉枪，依次关闭碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，气体充压阀门，流量控制器，气体流量控制阀组，重复步骤S1分别对除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，碳粉喷射罐装料，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
采用本实施例所述系统及方法后，氧气利用率提高了9％，碳粉消耗降低了5％，石灰消耗降低了11％，冶炼时间缩短2.7min，钢铁料消耗降低1.1kg/t，吨钢CO2排放降低4.1kg，实现吨钢效益12.6元。
实施例4
本实例为一种用于150t的直流电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，所述顶喷粉高效炼钢方法，用于冶炼20锰系列钢种，加入150t废钢作为冶炼原料，顶部安装4支供氧喷粉枪，4支炉壁氧枪。废钢平均碳成分0.15％，废钢平均入炉温度取25℃，电弧炉出钢碳成分内控范围0.05-0.10％，出钢温度1650℃；系统所有阀门初始状态均为关闭。
具体包括如下步骤：
S1、计算机控制系统控制气源阀组开启，依次开启碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第五阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；助吹气体使用氮气，调节助吹第六阀门气体流量为300Nm3/h，将除尘灰料仓、石灰料仓中的除尘灰和石灰以氮气输送至除尘灰钝化研磨装置，石灰钝化研磨装置进行钝化研磨处理，将处理好的除尘灰和石灰输送至除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，同时将碳粉输送至碳粉喷射罐，待喷射罐装入量超过其容量的80％时，关闭碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；
S2、将钢种初始碳成分0.15％和目标平均碳成分0.075％，废钢入炉温度25℃，出钢温度1650℃数据带入冶金静态计算模型计算，模型以物料平衡和热平衡为基础，计算得到理论供氧量7043Nm3，石灰加入量4176kg、碳粉喷吹量2700kg和除尘灰喷吹量3200kg；
S3、冶炼前期(0-25min)，电极下降，电弧炉开始供电冶炼，废钢持续加料，3支喷粉枪下枪，开启碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例60％，碳粉混入比例20％，除尘灰混入比例20％，下料至混合分配器；开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度350kg/min，使用氮气为载气，载气流量为500Nm3/h。调节气体流量控制阀组，主吹气通道喷吹氧气，气体流量1500Nm3/h，环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为300Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量1500Nm3/h，喷吹时间为20min；
S4、冶炼中期(26-38min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为0％，碳粉混入比例为0％，除尘灰混入比例为100％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度150kg/min，使用载气为氮气，载气流量为300Nm3/h。主吹气通道喷吹氧气，气体流量为2200Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为300Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量2200Nm3/h，喷吹时间为12min；
S5、冶炼后期(39-47min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为0％，碳粉混入比例为100％，除尘灰混入比例为0％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度80kg/min，以氩气为载气，载气流量为300Nm3/h。主吹气通道喷吹氩气气体，气体流量为600Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，气体流量300Nm3/h,炉壁喷枪供氧流量800Nm3/h，喷吹时间为16min；
S6、满足出钢条件后，控制电极夹持装置提升电极，控制喷粉枪升降夹持装置提升喷粉枪，依次关闭碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，气体充压阀门，流量控制器，气体流量控制阀组，重复步骤S1分别对除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，碳粉喷射罐装料，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
采用本实施例所述系统及方法后，氧气利用率提高了6.5％，碳粉消耗降低了8.9％，石灰消耗降低了10％，冶炼时间缩短3.2min，钢铁料消耗降低1.4kg/t，吨钢CO2排放降低5.7kg，实现吨钢效益9.5元。
实施例5
本实例为一种用于250t的预热式电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，所述顶喷粉高效炼钢方法，用于冶炼硅钢，炉内留钢量110t，加入140t废钢作为冶炼原料，顶部安装4支供氧喷粉枪，5支炉壁氧枪。废钢平均碳成分0.15％，废钢平均入炉温度取220℃，电弧炉出钢碳成分内控范围≤0.08％，出钢温度1650℃；系统所有阀门初始状态均为关闭。
具体包括如下步骤：
S1、计算机控制系统控制气源阀组开启，依次开启碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第五阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；助吹气体使用氮气，调节助吹第六阀门气体流量为300Nm3/h，将除尘灰料仓、石灰料仓中的除尘灰和石灰以氮气输送至除尘灰钝化研磨装置，石灰钝化研磨装置进行钝化研磨处理，将处理好的除尘灰和石灰输送至除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，同时将碳粉输送至碳粉喷射罐，待喷射罐装入量超过其容量的80％时，关闭碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；
S2、将钢种初始碳成分0.15％和目标平均碳成分0.075％，废钢入炉温度220℃，出钢温度1650℃数据带入冶金静态计算模型计算，模型以物料平衡和热平衡为基础，计算得到理论供氧量11703Nm3，石灰加入量7557kg、碳粉喷吹量2000kg和除尘灰喷吹量3000kg；
S3、冶炼前期(0-25min)，电极下降，电弧炉开始供电冶炼，废钢持续加料，3支喷粉枪下枪，开启碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例70％，碳粉混入比例10％，除尘灰混入比例20％，下料至混合分配器；开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度250kg/min，使用氮气为载气，载气流量为400Nm3/h。调节气体流量控制阀组，主吹气通道喷吹氧气，气体流量1800Nm3/h，环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为300Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量1800Nm3/h，喷吹时间为25min；
S4、冶炼中期(26-38min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为65％，碳粉混入比例为0％，除尘灰混入比例为35％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度200kg/min，使用载气为氮气，载气流量为300Nm3/h。主吹气通道喷吹氧气，气体流量为2600Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为300Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量2500Nm3/h，喷吹时间为24min；
S5、冶炼后期(39-47min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为0％，碳粉混入比例为100％，除尘灰混入比例为0％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度150kg/min，以氩气为载气，载气流量为300Nm3/h。主吹气通道喷吹氩气气体，气体流量为550Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，气体流量300Nm3/h,炉壁喷枪供氧流量1200Nm3/h，喷吹时间为8min；
S6、满足出钢条件后，控制电极夹持装置提升电极，控制喷粉枪升降夹持装置提升喷粉枪，依次关闭碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，气体充压阀门，流量控制器，气体流量控制阀组，重复步骤S1分别对除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，碳粉喷射罐装料，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
采用本实施例所述系统及方法后，氧气利用率提高了8.7％，碳粉消耗降低了6.5％，石灰消耗降低了11.5％，冶炼时间缩短2.2min，钢铁料消耗降低1.5kg/t，吨钢CO2排放降低6.5kg，实现吨钢效益14.1元。
实施例6
本实例为一种用于300t的CONSTEEL电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，所述顶喷粉高效炼钢方法，用于冶炼Q345系列钢种，炉内留钢量80t，连续加入220t废钢作为冶炼原料，顶部安装6供氧喷粉枪，6炉壁氧枪。废钢平均碳成分0.15％，废钢平均入炉温度取180℃，电弧炉出钢碳成分内控范围0.08-0.15％，出钢温度1650℃；系统所有阀门初始状态均为关闭。
具体包括如下步骤：
S1、计算机控制系统控制气源阀组开启，依次开启碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第五阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；助吹气体使用氮气，调节助吹第六阀门气体流量为300Nm3/h，将除尘灰料仓、石灰料仓中的除尘灰和石灰以氮气输送至除尘灰钝化研磨装置，石灰钝化研磨装置进行钝化研磨处理，将处理好的除尘灰和石灰输送至除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，同时将碳粉输送至碳粉喷射罐，待喷射罐装入量超过其容量的80％时，关闭碳粉第一出口阀门，碳粉出口第二阀门，除尘灰出口第一阀门，除尘灰出口第二阀门，石灰出口第一阀门，石灰出口第二阀门，助吹第六阀门，助吹第一阀门，助吹第二阀门，助吹第三阀门，助吹第四阀门，放散第一阀门，放散第二阀门，放散第三阀门；
S2、将钢种初始碳成分0.15％和目标平均碳成分0.115％，废钢入炉温度20℃，出钢温度1650℃数据带入冶金静态计算模型计算，模型以物料平衡和热平衡为基础，计算得到理论供氧量15271Nm3，石灰加入量9846kg、碳粉喷吹量4000kg和除尘灰喷吹量10000kg；
S3、冶炼前期(0-25min)，电极下降，电弧炉开始供电冶炼，废钢持续加料，3支喷粉枪下枪，开启碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例70％，碳粉混入比例30％，除尘灰混入比例0％，下料至混合分配器；开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度400kg/min，使用氮气为载气，载气流量为600Nm3/h。调节气体流量控制阀组，主吹气通道喷吹氧气，气体流量1800Nm3/h，环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为280Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量1800Nm3/h，喷吹时间为25min；
S4、冶炼中期(26-38min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为20％，碳粉混入比例为0％，除尘灰混入比例为80％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度500kg/min，使用载气为氮气，载气流量为300Nm3/h。主吹气通道喷吹氧气，气体流量为2200Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，环缝气流量为300Nm3/h，炉壁喷枪供氧流量2500Nm3/h，喷吹时间为26min；
S5、冶炼后期(39-47min)，调节碳粉、石灰、除尘灰第三出口阀门开度，控制石灰混入比例为0％，碳粉混入比例为100％，除尘灰混入比例为0％。开启气体充压阀门，流量控制器调节喷粉速度100kg/min，以氩气为载气，载气流量为300Nm3/h。主吹气通道喷吹氩气气体，气体流量为500Nm3/h；环缝气通道喷吹天然气，气体流量300Nm3/h,炉壁喷枪供氧流量1000Nm3/h，喷吹时间为10min；
S6、满足出钢条件后，控制电极夹持装置提升电极，控制喷粉枪升降夹持装置提升喷粉枪，依次关闭碳粉出口第三阀门，石灰出口第三阀门，除尘灰出口第三阀门，气体充压阀门，流量控制器，气体流量控制阀组，重复步骤S1分别对除尘灰喷射罐，石灰喷射罐，碳粉喷射罐装料，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
采用本实施例所述系统及方法后，氧气利用率提高了5％，碳粉消耗降低了6.5％，石灰消耗降低了13％，冶炼时间缩短4.3min，钢铁料消耗降低1.5kg/t，吨钢CO2排放降低6.5kg，实现吨钢效益13.5元。
上述方案中，本发明根据原料装入制度和钢种冶炼工艺，计算并分配炉顶和炉壁喷吹氧气量、载气介质类型、炉顶喷粉种类和喷粉量，划分喷吹阶段，在冶炼过程粉剂以顶吹的方式喷吹进入电弧炉熔池，达到了增强熔池搅拌能力，提高了喷粉效率，降低了钢铁料消耗，缩短冶炼周期，改善钢水质量。
本发明理论供氧量、石灰加入量、碳粉喷吹量、除尘灰喷吹量，是根据电弧炉原料装入条件和目标钢种冶炼工艺，通过冶金静态计算模型计算得到；冶金静态计算模型包括但不仅限于经验计算、冶金机理计算、机器学习、人工智能算法或任意两种及其以上的组合算法。
本发明的系统包括喷粉系统、冶炼系统、气源系统和计算机控制系统，所述喷粉系统通过多根喷粉管道与所述冶炼系统的顶部相连通，所述喷粉系统和冶炼系统通过多根气体管路与所述气源系统相连通，所述喷粉系统、所述冶炼系统、所述气源系统、以及其它电气设备通过数据通讯线缆与所述计算机控制系统电连接。
与现有技术相比，本发明带来的有益效果是氧气利用率提高幅度能达到10％以上，碳粉消耗降低幅度能达到18％以上，石灰消耗降低幅度能达到20％以上，冶炼时间能够缩短5min以上，钢铁料消耗降低能达到2kg/t以上，吨钢CO2排放降低能达到5kg以上，实现吨钢效益能达到15元以上。
综上，本发明的方法和系统简单，大型电弧炉所利用的喷粉需要计算出各冶炼阶段的炉顶和炉壁喷吹氧气量、载气介质类型、炉顶喷粉种类和喷粉量，通过系统将各粉剂单独或混合喷吹进入电弧炉熔池，进行各阶段的冶炼反应，该过程可通过计算机控制，利于工业大规模生产和推广。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，其特征在于，所述顶喷粉高效炼钢方法具体包括如下步骤：
S1、将除尘灰、石灰和碳粉分别储存在除尘灰料仓、石灰料仓和碳粉料仓中；
S2、将步骤S1的除尘灰和石灰分别进行预处理，之后将预处理后的除尘灰和石灰分别装入除尘灰喷射罐和石灰喷射罐中备用，将碳粉装入碳粉喷射罐中备用；
S3、计算得到理论供氧量、石灰加入量、碳粉喷吹量、除尘灰喷吹量，选择不同阶段炉顶喷吹气体介质类型、气体喷吹速度、气体喷吹时间，以及石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹比例、混合喷吹速度和混合喷吹时间的混合喷吹工艺参数；
S4、根据步骤S3选择的石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹比例，将步骤S2中装入碳粉喷射罐的碳粉、装入石灰喷射罐的石灰、装入除尘灰喷射罐的除尘灰输送到混合分配器进行混合：
S5、电弧炉开始装料，装入完成后，电极下降，开始供电冶炼；之后电弧炉的炉壁喷枪开始喷吹，电弧炉的顶部喷粉枪根据步骤S3中选择的不同阶段炉顶喷吹气体介质类型和石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹工艺参数，开始下降喷吹，直至冶炼结束，顶部喷粉枪提枪；
S6、控制电弧炉关闭石灰、碳粉、除尘灰的混合喷吹，重复步骤S1-S2，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
2.根据权利要求1所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，其特征在于，步骤S2中的除尘灰和石灰预处理为钝化研磨处理，其是利用粉剂钝化研磨装置添加钝化剂对除尘灰和石灰进行钝化和研磨处理，将除尘灰和石灰分别研磨至50-500目。
3.根据权利要求1所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，其特征在于，步骤S3中的理论供氧量、石灰加入量、碳粉喷吹量、除尘灰喷吹量，是根据电弧炉原料装入条件和目标钢种冶炼工艺，通过冶金静态计算模型计算得到。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，其特征在于，步骤S3中选择不同阶段炉顶喷吹的混合喷吹工艺参数的方法包括如下步骤：
S301、冶炼前期，顶部喷粉枪的中心通道喷吹粉剂石灰混入比例为50-80％，碳粉混入比例为0-50％，除尘灰混入比例为0-50％；
S302、冶炼中期，顶部喷粉枪的中心通道喷吹粉剂石灰混入比例为10-50％，碳粉混入比例为0-20％，除尘灰混入比例为50-80％；
S303、冶炼后期，顶部喷粉枪的中心通道喷吹粉剂石灰混入比例为0-10％，碳粉混入比例为70-95％，除尘灰混入比例为0-20％。
5.根据权利要求4所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法，其特征在于，步骤S301、步骤S302和步骤S303中，顶部喷粉枪的中心喷粉通道喷吹载气为二氧化碳、氮气、氩气或任意两种及其以上混合气，载气流量为50-5000Nm3/h；主吹气通道喷吹气体为氧气、二氧化碳、天然气或任意两种及其以上混合气，主吹气流量为50-10000Nm3/h；环缝气通道喷吹气为天然气、二氧化碳、氮气、氩气或任意两种及其以上混合气，环缝气流量为30-3000Nm3/h，喷吹时间为3-25min；冷却水通道的冷却水的流量为50-1200Nm3/h。
6.根据权利要求4所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法的系统，其特征在于，所述系统包括喷粉系统、冶炼系统、气源系统和计算机控制系统，所述喷粉系统通过多根喷粉管道与所述冶炼系统的顶部相连通，所述喷粉系统和冶炼系统通过多根气体管路与所述气源系统相连通，所述喷粉系统、所述冶炼系统、所述气源系统、以及其它电气设备通过数据通讯线缆与所述计算机控制系统电连接。
7.根据权利要求6所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法的系统，其特征在于，所述喷粉系统包括多根喷粉管道、碳粉料仓、石灰料仓、除尘灰料仓、石灰钝化研磨装置、除尘灰钝化研磨装置、碳粉喷射罐、石灰喷射罐、除尘灰喷射罐、混合分配器和流量控制器；
所述碳粉料仓的一端通过一根喷粉管道与所述碳粉喷射罐的一端相连通，所述碳粉喷射罐的另一端通过一根喷粉管道与所述混合分配器的顶部相连通；
所述石灰料仓的一端通过一根喷粉管道与所述石灰钝化研磨装置的一端相连通，所述石灰钝化研磨装置的另一端通过一根喷粉管道与所述石灰喷射罐的一端相连通，所述石灰喷射罐的另一端通过一根喷粉管道与所述混合分配器的顶部相连通；
所述除尘灰料仓的一端通过一根喷粉管道与所述除尘灰钝化研磨装置的一端相连通，所述除尘灰钝化研磨装置的另一端通过一根喷粉管道与所述除尘灰喷射罐的一端相连通，所述除尘灰喷射罐的另一端通过一根喷粉管道与所述混合分配器的顶部相连通；
所述混合分配器的底部通过一根喷粉管道与所述冶炼系统的顶部相连通，所述混合分配器的底部连接有用于控制混合喷吹的流量控制器，所述混合分配器的底部连接有一根带有多根分支管道的顶部喷粉枪；
上述的每根喷粉管道上都设置有一个用于控制喷粉的阀门。
8.根据权利要求6所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法的系统，其特征在于，所述冶炼系统包括电弧炉、多支炉壁喷枪、多个电极、电极夹持装置、顶部喷粉枪和喷粉枪升降夹持装置；
所述多个炉壁喷枪在所述电弧炉的炉壁上倾斜设置，所述炉壁喷枪的底端设置在电弧炉内的熔池上方；
所述多个电极通过所述电极夹持装置进行固定连接；
所述顶部喷粉枪通过喷粉枪升降夹持装置进行固定连接，所述顶部喷粉枪的顶端与所述喷粉系统中的混合分配器的底部相连通，所述顶部喷粉枪的底端穿过电弧炉顶部并伸入到电弧炉内的熔池内部；
所述电极与所述顶部喷粉枪间隔设置。
9.根据权利要求6所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法的系统，其特征在于，所述气源系统包括氮气气源、氧气气源、二氧化碳气源、天然气气源、氩气气源、氮气气源阀组、氧气气源阀组、二氧化碳气源阀组、天然气气源阀组、氩气气源阀组、气体缓冲罐、多根气体管路和气体流量控制阀组；
所述氮气气源、氧气气源、二氧化碳气源、天然气气源和氩气气源分别通过一根气体管路与所述气体缓冲罐的一侧相连通，所述气体缓冲罐的另一侧则是通过一根气体管路与所述气体流量控制阀组相连通，所述气体流量控制阀组通过气体管路分别与顶部喷粉枪相连通；
所述氮气气源连通的气体管路上设置有用于氮气气源控制的氮气气源阀组，所述氧气气源连通的气体管路上设置有用于氧气气源控制的氧气气源阀组，所述二氧化碳气源连通的气体管路上设置有用于二氧化碳气源控制的二氧化碳气源阀组，所述天然气气源连通的气体管路上设置有用于天然气气源控制的天然气气源阀组，所述氩气气源连通的气体管路上设置有用于氩气气源控制的氩气气源阀组；
上述的与各气源连通的五根气体管路共同汇入到一根气体管路中，这一根气体管路同时与连通碳粉料仓和和碳粉喷射罐的喷粉管路、连通石灰料仓和石灰钝化研磨装置的喷粉管路、连通除尘灰料仓和除尘灰钝化研磨装置的喷粉管路、连通碳粉料仓和碳粉喷射罐的喷粉管路、连通石灰钝化研磨装置和石灰喷射罐的喷粉管路、连通除尘灰钝化研磨装置和除尘灰喷射罐的喷粉管路、以及碳粉喷射罐、石灰喷射罐、除尘灰喷射罐和混合分配器进行管路连接；每根管路连接上设置有一个阀门。
10.根据权利要求6所述的用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法的系统，其特征在于，所述计算机控制系统包括计算机和数据通讯线缆，所述计算机与所述喷粉系统、所述冶炼系统、所述气源系统、通过所述数据通讯线缆进行连接，具备信号传输，分析计算和控制功能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310170606.9A CN116103466B (zh) | 2023-02-27 | 2023-02-27 | 一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310170606.9A CN116103466B (zh) | 2023-02-27 | 2023-02-27 | 一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116103466A true CN116103466A (zh) | 2023-05-12 |
| CN116103466B CN116103466B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=86256160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310170606.9A Active CN116103466B (zh) | 2023-02-27 | 2023-02-27 | 一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116103466B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116926273A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 山西华茂智能新材料有限公司 | 一种喷镁球化站换枪平台 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0726318A (ja) * | 1993-07-09 | 1995-01-27 | Kawasaki Steel Corp | 製鋼用電気炉の操業方法 |
| CN101191171A (zh) * | 2006-11-24 | 2008-06-04 | 宝山钢铁股份有限公司 | 钢包精炼炉处理超纯铁素体不锈钢控制碳氮含量的方法 |
| US20180202012A1 (en) * | 2015-02-20 | 2018-07-19 | Guram Kashakashvili | Method of making steel using a single installation, and installation |
| CN111471824A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-07-31 | 成都亿兆晶创科技有限公司 | 一种电炉冶炼的顶吹喷粉方法 |
| CN112458236A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-03-09 | 北京科技大学 | 一种钢液精炼深脱硫的方法及用于钢液精炼的装置和应用 |
| CN112595093A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-02 | 天津水泥工业设计研究院有限公司 | 一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极工艺及装置 |
| CN113862406A (zh) * | 2021-12-06 | 2021-12-31 | 北京科技大学 | 一种无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法及系统 |
| CN115449593A (zh) * | 2022-11-10 | 2022-12-09 | 北京科技大学 | 基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法 |
-
2023
- 2023-02-27 CN CN202310170606.9A patent/CN116103466B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0726318A (ja) * | 1993-07-09 | 1995-01-27 | Kawasaki Steel Corp | 製鋼用電気炉の操業方法 |
| CN101191171A (zh) * | 2006-11-24 | 2008-06-04 | 宝山钢铁股份有限公司 | 钢包精炼炉处理超纯铁素体不锈钢控制碳氮含量的方法 |
| US20180202012A1 (en) * | 2015-02-20 | 2018-07-19 | Guram Kashakashvili | Method of making steel using a single installation, and installation |
| CN111471824A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-07-31 | 成都亿兆晶创科技有限公司 | 一种电炉冶炼的顶吹喷粉方法 |
| CN112595093A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-02 | 天津水泥工业设计研究院有限公司 | 一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极工艺及装置 |
| CN112458236A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-03-09 | 北京科技大学 | 一种钢液精炼深脱硫的方法及用于钢液精炼的装置和应用 |
| CN113862406A (zh) * | 2021-12-06 | 2021-12-31 | 北京科技大学 | 一种无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法及系统 |
| CN115449593A (zh) * | 2022-11-10 | 2022-12-09 | 北京科技大学 | 基于生物质喷吹的电弧炉炼钢方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116926273A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 山西华茂智能新材料有限公司 | 一种喷镁球化站换枪平台 |
| CN116926273B (zh) * | 2023-09-15 | 2023-11-24 | 山西华茂智能新材料有限公司 | 一种喷镁球化站换枪平台 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116103466B (zh) | 2024-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1044386C (zh) | 强化冶金反应器中反应的方法 | |
| EP2380995A1 (en) | Smelting vessel, steel making plant and steel production method | |
| CN112094980B (zh) | 一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统及冶炼方法 | |
| CN116103466B (zh) | 一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统 | |
| CN107760823B (zh) | 一种全废钢电弧炉准连续炼钢系统及工艺 | |
| CN101638724A (zh) | 一种采用氮气搅拌和富氧气体精炼废杂铜的工艺及其设备 | |
| CN107190122B (zh) | 一种精炼旋转喷吹的脱磷装置及脱磷方法 | |
| CN101348842B (zh) | 一种氧气顶吹熔融还原炼铁方法 | |
| CN107267703A (zh) | 一种旋转喷吹粉剂的铁水脱磷装置及脱磷方法 | |
| CN213778596U (zh) | 用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置 | |
| CN109825665B (zh) | 一种降低转炉终点钢水碳氧积的方法 | |
| CN110923381A (zh) | 短流程高炉炼铁实验方案 | |
| CN1792944A (zh) | 用高炉液态渣生产硅酸盐水泥熟料的方法及其装置 | |
| CN111996331B (zh) | 一种降低电弧炉超高功率石墨电极消耗的冶炼方法 | |
| CN110724785B (zh) | 一种脱磷转炉底喷吹不锈钢除尘灰的系统及方法 | |
| US4740242A (en) | Method for transferring heat to molten metal, and apparatus therefor | |
| CN111690787B (zh) | 一种转炉炉口喷吹煤粉提高煤气回收量的系统与方法 | |
| CN113173689A (zh) | 一种可实现原料在线称量的车间运输装置及其控制系统 | |
| CN103392013B (zh) | 制造铁水和钢的方法和设备 | |
| CN219195024U (zh) | 一种转炉炉后喷粉装置 | |
| AU3946000A (en) | Method and device for melting down finely particulate material containing metal, such as sponge iron | |
| CN108002384A (zh) | 一种电石生产系统和生产方法 | |
| CN211079294U (zh) | 一种富锰渣冶炼炉 | |
| CN217677621U (zh) | 铁水脱硫喷吹系统 | |
| CN2547737Y (zh) | 一种铁水脱硅脱碳装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |