CN117887920A - 一种高废钢比高效低碳炼钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高废钢比高效低碳炼钢的方法，包括：步骤S1、采用多座大容量、大功率、低中频感应炉进行废钢预处理，实现废钢液的加热、均质化及增碳处理；步骤S2、感应炉中废钢熔清后，测定废钢液成分；继续升温至1500‑1700℃；然后将废钢液倒入钢包中，并进一步兑入转炉，或将废钢液倒入铁水罐中，与罐中铁水混合后，直接兑入转炉或进行铁水预处理后再兑入转炉；转炉中废钢比为25％‑100％；步骤S3、在转炉中进行炼钢，在吹炼前首先检测转炉中初始混合铁液的温度，取样分析初始混合铁液的成分，并确定转炉冶炼过程造渣剂和冷却剂加入量、顶吹吹氧量及二氧化碳量。本发明的方法能够解决传统长流程钢铁生产废钢比低、碳排放高、终点命中率不高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种高废钢比低碳炼钢的方法。
背景技术
传统转炉炼钢，由于热平衡的限制，废钢比一直低于20％，需要大量采用铁水炼钢，钢铁生产综合碳排放一直居高不下。
传统转炉炼钢生产，由于加入的固态废钢性状、成分波动较大，没法对开始吹炼前炉内铁液及废钢组成进行在线快速准确检测，对转炉生产智能控制及自动控制影响较大，转炉终点命中率低，熔炼钢液中氧、磷波动较大，对后续精炼、脱氧剂和合金收得率、精炼智能控制和精准控制影响也较大。
随着人类社会的发展，社会废钢累积量越来越大，虽然采用电炉炼钢可消纳这些废钢，但电炉炼钢钢中氮含量高，部分低氮和超低氮高品质钢难以生产；同时，社会废钢中铜、铅等杂质元素含量高，生产的钢材性能难以达到部分钢种使用要求。
因此亟需寻找一种先进的方法，既能有效利用废钢、提高冶炼过程中废钢占比，同时还需要在冶炼过中有效控制有害元素含量，提高钢铁品质，并且降低钢材生产过程的碳排放强度。
发明内容
本发明提出，通过多座大容量、大功率密度及低中频感应炉采用绿电对废钢进行加热和熔化及增碳预处理，显著提高高炉-转炉长流程钢铁生产废钢比，废钢比可达25-100％，实现了已有技术在转炉冶炼废钢比方面的突破；采用2座或多座感应炉熔炼的废钢液兑入同一座转炉进行炼钢，以提高转炉炼钢废钢比，采用2座及多座感应炉配合1座转炉进行废钢预处理，以保障感应炉废钢预处理节奏与转炉容量节奏的匹配；同时采用绿电或碳排放强度较低的电进行废钢加热和熔化预处理，大幅降低钢材生产碳排放；通过高炉+感应炉进行废钢预处理+转炉大废钢比冶炼，能稀释废钢中铜、铅等难去除组元的含量，控制炼钢过程中的氮含量，提高钢材质量；增碳可进一步提高废钢比，同时提升转炉冶炼过程中的脱氮能力；通过废钢熔化预处理，得到成分较均匀的废钢液，并通过在感应炉中对熔化废钢取样，实现废钢成分的在线快速准确分析，提升后续转炉炼钢及精炼生产的稳定性、精准性、自动化及智能化控制水平；废钢液与铁水一起进行铁水预处理，提升了转炉内钢液的纯净度；转炉冶炼和精炼生产采用绿电及碳排放强度较低的电生产的氧气、氮气、氩气等，进一步降低钢铁生产过程的碳排放；转炉采用大废钢比冶炼，显著降低转炉吹炼时间；转炉吹炼前对转炉内初始混合铁液的温度和成分进行测定，提升了转炉炼钢的精准智能控制；感应炉加热废钢，显著提升了转炉炼钢的热量，吹炼时可以吹入更多二氧化碳，进一步降低碳排放，提升脱磷和脱氮效果；转炉采用二氧化碳炼钢可生成更多煤气、转炉冶炼生成的转炉煤气用于高炉炼铁或竖炉生产金属球团，代替碳及含碳材料，进一步降低碳排放。具体来说：
一种高废钢比高效低碳炼钢的方法，包括：
步骤S1、采用多座大容量、大功率、低中频感应炉进行废钢预处理，实现废钢液的加热、均质化及增碳处理；
步骤S2、感应炉中废钢熔清后，优选地对熔清废钢液进行取样检测，测定废钢液成分，该成分为废钢的平均成分，为后续精准炼钢提供了良好基础；继续升温至1500-1700℃；然后将废钢液倒入钢包中，并进一步兑入转炉，或将废钢水倒入铁水罐中，与罐中铁水一起，直接兑入转炉或进行铁水预处理后再兑入转炉，如进行铁水预处理，取样测量分析铁水预处理后混合铁液成分；转炉中废钢比为25％-100％；
步骤S3、在转炉中进行炼钢，在吹炼前首先检测转炉中初始混合铁液的温度，取样分析初始混合铁液的成分，初始混合铁液成分和温度的确定，解决了传统转炉生产由于转炉内添加固态废钢、固态废钢熔化需要时间、无法在转炉冶炼开始对初始金属成分和温度准确测量的难题；如不能取样检测可通过铁水预处理后的混合铁液成分、或废钢液的平均成分和质量与铁水成分和质量计算转炉中初始混合铁液的成分；根据转炉内混合铁液的温度与质量、转炉终点目标成分进行物料平衡计算和能量平衡计算，或采用大数据人工智能算法进行计算，确定转炉冶炼过程造渣剂和冷却剂加入量、顶吹吹氧量及二氧化碳量；如转炉中加入了固态废钢，吹炼前根据转炉内兑入的铁水、废钢液或混合铁液的成分和温度与质量、固态废钢的质量和预估成分、转炉终点目标成分要求进行物料平衡计算和能量平衡计算，或采用大数据人工智能算法进行计算，确定转炉冶炼过程造渣剂和冷却剂加入量、顶吹吹氧量及二氧化碳量；转炉炼钢顶枪吹入氧气、或氧气(98％-55％)和二氧化碳(2％-55％)混合气体，氧气和二氧化碳气体的压力为0.8MPa-2.0MPa，喷吹强度为3.0-5.0m3/t(钢)·min；底吹氩气、二氧化碳、或氩气(5％-95％)与二氧化碳(95％-5％)的混合气体，喷吹压力为0.6MPa-2.0MPa，喷吹强度为0.1-0.5m3/t(钢)·min；优选吹入采用绿电或碳排放较低的电生产的氧气、氩气以降低碳排放；优先地转炉不加入固态废钢，采用二氧化碳吹炼实现转炉内富裕能量的消纳，消耗更多的二氧化碳，产生更多的煤气，强化转炉炼钢过程脱氮和脱磷，添加固态废钢后，将无法精准检测转炉吹炼前炉内金属的成分和温度。
通过使用大容量、高功率密度及低中频感应炉加热熔化废钢，并且感应炉采用绿电或绿电份额较高的电(即碳排放强度较低的电)进行加热熔化，不仅提高了废钢的温度，解决了废钢熔化潜热对后续转炉高废钢比炼钢过程热平衡的巨大影响，能显著提高炼钢生产中废钢比，可大幅降低炼钢生产碳排放。而采用绿电或碳排放较低的电生产氧气、氩气和氮气，也能进一步降低炼钢碳排放。通过二氧化碳在转炉炼钢的应用、转炉生产煤气在高炉炼铁及竖炉生产金属球团及转底炉预处理含氧化铁原料中应用等也进一步降低钢铁生产碳排放。同时，通过大容量、高功率密度及低中频感应炉高效加热废钢，多座感应炉配合转炉炼钢，进一步提高废钢比，废钢液与铁水一起进行铁水预处理，大废钢比降低转炉内混合铁液的碳含量，转炉吹炼前测定混合铁液的成分和温度显著提升了转炉冶炼效率和转炉冶炼机制控制。
本发明的方法可根据是否需要进一步提高转炉废钢比，而选择多座感应炉配合转炉炼钢，优选地转炉冶炼废钢比为40-80％；是否需要提高废钢的碳含量，而选择在感应炉内配加增碳材料，添加增碳材料可以进一步提高废钢比(最高可达100％)、降低转炉冶炼氮含量、并促进感应炉内废钢的熔化；是否需要提升转炉冶炼钢液洁净度，而选择废钢液与铁液一起进行铁水预处理。
可选的，步骤S1中，采用容量大于等于20吨的中频感应炉进行废钢预处理，感应炉变频电源的额定功率强度大于500kW/t(钢)，感应炉的标称频率处于150-300Hz范围；感应炉采用碱性坩埚或碱性内衬耐火材料；感应炉中废钢加入采用分批加入方式，炉内金属料达到感应炉容量10％以上打开电源加热；感应炉采用电加热，优选采用绿电或碳排放较低的电加热以降低碳排放。
可选的，步骤S1中，增碳材料选自生物质炭、增碳剂、焦粒、焦粉中的至少一种，优选采用生物质炭；增碳材料的添加量为废钢质量的0.5％-5％；增碳剂在感应炉中出现熔化废钢液后开始加入，可分批加入，增碳剂的收得率为40％-90％；废钢比低于60％，优选地不采用增碳材料；废钢比大于80％，优选地采用增碳材料增碳。
可选的，步骤S2中，优先地，感应炉预处理后的废钢液兑入铁水罐铁水中，与铁水一起进行铁水脱硫预处理，处理后混合铁水硫含量小于等于3.0×10-5，混合铁水兑入转炉炼钢后，终点硫含量小于等于5.0×10-5；这解决了固态废钢直接兑入转炉引起的钢中硫含量较高问题。
可选的，步骤S2中，废钢水倒入铁水罐前，预先在铁水罐的铁水中加入含有石灰的脱硫剂，预先加入的脱硫剂量为铁水与废钢水总量的0.5％-5％。
可选的，步骤3中，转炉炼钢采用大废钢比炼钢，优选地，废钢比为40％-80％；优选地，采用2座或多座感应炉熔炼的废钢液兑入同一座转炉进行炼钢，以提高转炉炼钢废钢比；采用2座及多座感应炉配合1座转炉进行废钢预处理，以保障感应炉废钢预处理节奏与转炉容量节奏的匹配；转炉炼钢废钢量增加1吨，减少铁水用量1吨，降低碳排放0.8-1.7吨；提高转炉冶炼的废钢比，显著缩短转炉吹炼时间，废钢比每提升10％，转炉吹炼时间缩短1-2min。
可选的，步骤3中，转炉中不加入固态废钢，避免固态废钢成分的不确定性对转炉辅料精准加入和精准吹炼的影响，避免废钢熔化对转炉脱磷和升温的影响，避免固态废钢中硫对转炉钢液洁净度的影响，显著提高转炉冶炼终点命中率和钢水质量；如果添加废钢，优选地，添加成分已知的钢厂内部自产优质废钢，以便对转炉开始吹炼前转炉内金属物料组成进行计算。
可选的，步骤S3中，转炉炼钢顶吹和底吹采用二氧化碳及其与氧气或氩气混合气体时，当转炉内钢液碳含量低于0.5％-1.0％时，不再采用二氧化碳气体，改为采用纯氧气或氩气吹炼。
可选的，步骤S3中，废钢比低于50-60％时，全部废钢在感应炉加热熔化容易引起转炉热量富裕，可通过在转炉添加烧结矿、矿石、石灰石等造渣剂和冷却剂及采用大流量二氧化碳代替氩气底吹或顶枪采用二氧化碳与氧气混合吹炼实现转炉炼钢的热量平衡；本发明方法通过感应炉加热废钢并优选地不在转炉内添加固态废钢，为转炉喷吹更多二氧化碳提供了保障，可进一步提升降碳效果及脱磷、脱氮效果；当考虑充分利用富裕热量、提高废钢比时，也可将废钢分为两部分，挑选部分大块废钢采用感应炉加热，部分无油污、无铁锈轻薄料废钢加入铁水罐，铁水罐中加入固态废钢量为铁水质量的1％-10％；废钢比大于80％，优选地不采用二氧化碳吹炼。
可选的，转炉冶炼产生的煤气喷吹入高炉进行炼铁或竖炉进行金属球团制备等生产及转底炉处理含铁氧化物物料生产，每标立方煤气应用降低碳用量80-106g。
本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明提出了一种通过感应炉应用绿电进行废钢加热与熔化及增碳预处理、转炉大废钢比冶炼、转炉采用绿电生产的氧气、氩气炼钢及工业回收的二氧化碳气体进行炼钢、转炉煤气应用于高炉制铁或竖炉金属球团生产，大幅降低传统高炉-转炉炼钢碳排放高的难题；同时通过大容量、高功率密度、低中频感应炉高效加热废钢、多座感应炉配合一座转炉炼钢、高废钢比降低转炉内混合铁液碳含量、熔化废钢液与高炉铁水一起进行铁水预处理、转炉吹炼前测定转炉内混合铁液成分与温度等技术，解决转炉炼钢精准控制难、转炉钢液硫含量高等难题，形成了一种高炉+感应炉预处理废钢+转炉高废钢比炼钢的高效低碳钢铁生产新工艺，可大规模消纳社会废钢，提高转炉智能及自动控制水平，可生产低氮硫铜铅等杂质含量的优质钢材。相对于其他传统方法，能够大幅降低传统长流程钢铁生产废钢比低、碳排放高的问题，并可提升转炉生产的智能及自动控制水平，生产低氮硫铜铅等杂质含量的优质钢材，高效和降碳效果明显，利于工业大规模生产和推广使用。
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为本发明的制备流程图；
其中：1-高炉，2-铁水罐，3-废钢液，4-增碳剂，5-铁水预处理，6-转炉，7-钢包，8-感应炉，9-固态废钢，10-煤气罐；
图2为本发明方法废钢比提高对钢液生产二氧化碳排放的影响。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细的描述。
本发明的制备工艺如图1所示。
实施例1
某钢厂采用210t转炉炼钢，采用高炉铁水为主原料，铁水占入炉金属料比例为88.6％，铁水装入量为186.06吨，废钢比为11.4％，废钢装入量为23.94吨。铁水碳含量为4.3％，温度为1310℃；废钢温度为常温。转炉炼钢中吹入的氧气、氮气和氩气均为火力发电生产的电力，冶炼吨钢吹入氧气58m3、氩气1.7m3，氧气和氩气采用火力发电生产。转炉出钢钢液碳含量为0.06％、铜含量为0.001％、铅含量为0.001％、氮含量为0.0012％，钢液质量为195吨。
该厂改为采用感应炉进行废钢预处理，采用4座60吨感应炉对废钢进行预处理，感应炉的额定功率均为3.2万kW，标称频率为200Hz，每座感应炉的废钢加入量52.5吨，废钢分4批加入，第一批15吨废钢加入后打开电源加热；4座感应炉分2组交替处理废钢，时间间隔为30分钟，采用绿电加热熔化废钢；废钢熔化后取样分析，碳含量为0.1％，硅0.25％，锰0.37％，磷0.025％，硫0.02％，铝0.01％；继续加热到1600℃，出钢，将其中2座感应炉的熔化废钢液兑入铁水罐铁水中，铁水中装有105吨铁水，兑入前在铁水罐铁水中加入石灰2.1吨，感应炉出钢过程中钢液和铁水及铁水罐中石灰混冲搅拌；铁水罐将废钢液和铁水混合物(混合铁水)运至铁水预处理位通过KR法进行脱硫预处理，然后扒渣，测量混合铁液成分，其中硫含量为0.0020％；将混合铁水兑入转炉进行炼钢，炼钢过程不再加入冷废钢，转炉中混合铁液的总质量为210吨，其中废钢比为50％；取样分析混合铁液的成分，并采用副枪测温，根据混合铁液的成分和温度、转炉冶炼目标成分与温度进行物料平衡计算，确定转炉冶炼过程造渣剂和冷却剂加入量、顶吹吹氧量及二氧化碳量；转炉炼钢中吹入的氧气和氩气均为绿电生产，转炉中金属液碳含量大于1.0％时，顶吹(60％O2+40％CO2)混合气体，流量为3.5Nm3//t(钢)·min，底吹CO2气体，流量为0.2Nm3//t(钢)·min，转炉中金属液碳含量小于1.0％时，顶吹氧气，流量为3.5Nm3//t(钢)·min，底吹氩气，流量为0.2Nm3//t(钢)·min，氧气、二氧化碳、氩气的压力均为1.8MPa；转炉每吨钢共吹入12.5Nm3CO2，每吨钢生产二氧化碳排放降低35kg；转炉吹炼12分钟，较原工艺缩短5分钟。转炉出钢钢液碳含量为0.06％C、硫含量为0.0037％、铜含量为0.004％、铅含量为0.004％、氮含量为0.0020％，钢液质量为195吨，转炉炼钢终点碳、磷和温度一次命中；共产生17200Nm3转炉煤气，转炉产生煤气经过煤气罐收集后用于高炉炼铁，降低高炉炼铁喷煤1.7吨。吨钢二氧化碳排放较原工艺降低0.80吨二氧化碳。
实施例2
国内某钢厂采用200t转炉炼钢，采用高炉铁水为主原料，铁水占入炉金属料比例为88％，铁水装入量为176吨，废钢比为12％，废钢装入量为24吨。铁水碳含量为4.2％，温度为1280℃；废钢温度为常温。转炉炼钢中吹入的氧气、氮气和氩气均为火力发电生产的电力，冶炼吨钢吹入氧气57m3、氩气1.8m3，氧气和氩气采用火力发电生产。转炉出钢钢液碳含量为0.06％、铜含量为0.001％、铅含量为0.001％、氮含量为0.0011％，钢液质量为186吨。
该厂改为采用感应炉进行废钢预处理，采用2座60吨感应炉对废钢进行预处理，感应炉的额定功率均为3.5万kW，标称频率为200Hz，每座感应炉的废钢加入量60吨，废钢分4批加入，第一批15吨废钢加入后打开电源加热；2座感应炉交替处理废钢，时间间隔为30分钟，采用绿电加热熔化废钢；废钢熔化后取样分析，碳含量为0.1％，硅0.25％，锰0.37％，磷0.023％，硫0.018％，铝0.01％；继续加热到1590℃，出钢，将其中1座感应炉的熔化废钢液兑入铁水罐铁水中，铁水中装有140吨铁水，兑入前在铁水罐铁水中加入石灰2.0吨，感应炉出钢过程中钢液和铁水及铁水罐中石灰混冲搅拌；铁水罐将废钢液和铁水混合物(混合铁水)运至铁水预处理位通过KR法进行脱硫预处理，然后扒渣，测量混合铁液成分，其中硫含量为0.0018％；将混合铁水兑入转炉进行炼钢，炼钢过程不再加入冷废钢，转炉中混合铁液的总质量为200吨，其中废钢比为30％；取样分析混合铁液的成分，并采用副枪测温，根据混合铁液的成分和温度、转炉冶炼目标成分与温度进行物料平衡计算，确定转炉冶炼过程造渣剂和冷却剂加入量、顶吹吹氧量及二氧化碳量；转炉炼钢中吹入的氧气和氩气均为绿电生产，转炉中金属液碳含量大于0.9％时，顶吹(52％O2+48％CO2)混合气体，流量为3.8Nm3//t(钢)·min，底吹CO2气体，流量为0.25Nm3//t(钢)·min，转炉中金属液碳含量小于0.9％时，顶吹氧气，流量为3.8Nm3//t(钢)·min，底吹氩气，流量为0.4Nm3//t(钢)·min，氧气、二氧化碳、氩气的压力均为1.7MPa；转炉每吨钢共吹入18.5Nm3CO2，每吨钢生产二氧化碳排放降低54kg；转炉吹炼14分钟，较原工艺缩短3分钟。转炉出钢钢液碳含量为0.06％C、硫含量为0.0032％、铜含量为0.004％、铅含量为0.004％、氮含量为0.0020％，钢液质量为186吨，转炉炼钢终点碳、磷和温度一次命中；共产生22400Nm3转炉煤气，转炉产生竖炉还原生产金属铁球，降低煤粉用量2.0吨。合计吨钢二氧化碳排放较原工艺降低0.39吨二氧化碳。
实施例3
国内某钢厂采用180t转炉炼钢，采用高炉铁水为主原料，铁水占入炉金属料比例为89％，铁水装入量为160.2吨，废钢比为11％，废钢装入量为19.8吨。铁水碳含量为4.3％，温度为1315℃；废钢温度为常温。转炉炼钢中吹入的氧气、氮气和氩气均为火力发电生产的电力，冶炼吨钢吹入氧气59m3、氩气1.7m3，氧气和氩气采用火力发电生产，转炉冶炼终点二次命中。转炉出钢钢液碳含量为0.06％、铜含量为0.001％、铅含量为0.001％、氮含量为0.0013％，钢液质量为167吨。
该厂改为采用感应炉进行废钢预处理，采用4座60吨感应炉对废钢进行预处理，感应炉的额定功率均为3.2万kW，标称频率为200Hz，每座感应炉的废钢加入量63吨，废钢分4批加入，第一批15吨废钢加入后打开电源加热；4座感应炉交替处理废钢，时间间隔为30分钟，采用绿电加热熔化废钢；废钢熔化后取样分析，碳含量为0.1％，硅0.25％，锰0.37％，磷0.025％，硫0.02％，铝0.03％；继续加热到1585℃，出钢，将其中2座感应炉的熔化废钢液兑入铁水罐铁水中，铁水中装有54吨铁水，兑入前在铁水罐铁水中加入石灰1.8吨，感应炉出钢过程中钢液和铁水及铁水罐中石灰混冲搅拌；铁水罐将废钢液和铁水混合物(混合铁水)运至铁水预处理位通过KR法进行脱硫预处理，然后扒渣，测量混合铁液成分，其中硫含量为0.0021％；将混合铁水兑入转炉进行炼钢，炼钢过程不再加入冷废钢，转炉中混合铁液的总质量为180吨，其中废钢比为70％；取样分析混合铁液的成分，并采用副枪测温，根据混合铁液的成分和温度、转炉冶炼目标成分与温度进行物料平衡计算，确定转炉冶炼过程造渣剂和冷却剂加入量、顶吹吹氧量及二氧化碳量；转炉炼钢中吹入的氧气和氩气均为绿电生产，转炉中金属液碳含量大于0.8％时，顶吹(80％O2+20％CO2)混合气体，流量为3.2Nm3//t(钢)·min，底吹CO2气体，流量为0.28Nm3//t(钢)·min，转炉中金属液碳含量小于0.7％时，顶吹氧气，流量为3.2Nm3//t(钢)·min，底吹氩气，流量为0.3Nm3//t(钢)·min，氧气、二氧化碳、氩气的压力均为1.7MPa；转炉每吨钢共吹入3.6Nm3CO2，每吨钢生产二氧化碳排放降低9kg；转炉吹炼9分钟，较原工艺缩短8分钟。转炉出钢钢液碳含量为0.05％C、硫含量为0.0035％、铜含量为0.006％、铅含量为0.005％、氮含量为0.0023％，钢液质量为167吨，转炉炼钢终点碳、磷和温度一次命中；共产生8669Nm3转炉煤气，转炉产生竖炉还原生产金属铁球，降低煤粉用量0.78吨。合计吨钢二氧化碳排放较原工艺降低1.17吨二氧化碳。
实施例4
国内某钢厂采用150t转炉炼钢，采用高炉铁水为主原料，铁水占入炉金属料比例为88％，铁水装入量为132吨，废钢比为12％，废钢装入量为18吨。铁水碳含量为4.5％，温度为1335℃；废钢温度为常温。转炉炼钢中吹入的氧气、氮气和氩气均为火力发电生产的电力，冶炼吨钢吹入氧气60m3、氩气1.7m3，氧气和氩气采用火力发电生产。转炉出钢钢液碳含量为0.05％、铜含量为0.001％、铅含量为0.001％、氮含量为0.0014％，钢液质量为140吨。
该厂改为采用感应炉进行废钢预处理，采用4座60吨感应炉对废钢进行预处理，感应炉的额定功率均为3.5万kW，标称频率为200Hz，每座感应炉的废钢加入量60吨，废钢分4批加入，第一批15吨废钢加入后打开电源加热；4座感应炉分两组交替处理废钢，时间间隔为30分钟，采用绿电加热熔化废钢；废钢熔化后取样分析，碳含量为0.1％，硅0.25％，锰0.37％，磷0.028％，硫0.012％，铝0.03％；继续加热到1650℃，出钢，将其中2座感应炉的熔化废钢液兑入铁水罐铁水中，铁水中装有30吨铁水，兑入前在铁水罐铁水中加入石灰1.6吨，感应炉出钢过程中钢液和铁水及铁水罐中石灰混冲搅拌；铁水罐将废钢液和铁水混合物(混合铁水)运至铁水预处理位通过KR法进行脱硫预处理，然后扒渣，测量混合铁液成分，其中硫含量为0.0022％；将混合铁水兑入转炉进行炼钢，炼钢过程不再加入冷废钢，转炉中混合铁液的总质量为150吨，其中废钢比为80％；取样分析混合铁液的成分，并采用副枪测温，根据混合铁液的成分和温度、转炉冶炼目标成分与温度进行物料平衡计算，确定转炉冶炼过程造渣剂和冷却剂加入量、顶吹吹氧量及二氧化碳量；转炉炼钢中吹入的氧气和氩气均为绿电生产，转炉顶吹氧气，流量为3.8Nm3//t(钢)·min，底吹，底吹氩气，流量为0.3Nm3//t(钢)·min，氧气、氩气的压力均为1.8MPa。转炉吹炼8分钟，较原工艺缩短9分钟。转炉出钢钢液碳含量为0.03％C、硫含量为0.0035％、铜含量为0.007％、铅含量为0.005％、氮含量为0.0025％，钢液质量为140吨，转炉炼钢终点碳、磷和温度一次命中；共产生4816Nm3转炉煤气，转炉产生煤气经过煤气罐收集后用于高炉炼铁，降低高炉炼铁喷煤0.43吨。合计吨钢二氧化碳排放较原工艺降低1.32吨二氧化碳。
实施例5
某钢厂采用100t转炉炼钢，采用高炉铁水为主原料，铁水占入炉金属料比例为88％，铁水装入量为88吨，废钢比为12％，废钢装入量为12吨。铁水碳含量为4.5％，温度为1335℃；废钢温度为常温。转炉炼钢中吹入的氧气、氮气和氩气均为火力发电生产的电力，冶炼吨钢吹入氧气60m3、氩气1.7m3，氧气和氩气采用火力发电生产。转炉出钢钢液碳含量为0.05％、铜含量为0.001％、铅含量为0.001％、氮含量为0.0014％，钢液质量为93吨。
该厂改为采用感应炉进行废钢预处理，采用4座45吨感应炉对废钢进行预处理，感应炉的额定功率均为2.5万kW，标称频率为250Hz，每座感应炉的废钢加入量45吨，废钢分3批加入，第一批15吨废钢加入后打开电源加热，在第二批废钢加入前装入1吨生物质碳；4座感应炉分两组交替处理废钢，时间间隔为30分钟，采用绿电加热熔化废钢；废钢熔化后取样分析，碳含量为0.65％，硅0.25％，锰0.37％，磷0.025％，硫0.02％，铝0.03％；继续加热到1650℃，出钢，将其中2座感应炉的熔化废钢液兑入铁水罐铁水中，铁水中装有10吨铁水，兑入前在铁水罐铁水中加入石灰1.0吨，感应炉出钢过程中钢液和铁水及铁水罐中石灰混冲搅拌；铁水罐将废钢液和铁水混合物(混合铁水)运至铁水预处理位通过KR法进行脱硫预处理，然后扒渣，测量混合铁液成分，其中硫含量为0.0020％；将混合铁水兑入转炉进行炼钢，炼钢过程不再加入冷废钢，转炉中混合铁液的总质量为100吨，其中废钢比为90％；取样分析混合铁液的成分，并采用副枪测温，根据混合铁液的成分和温度、转炉冶炼目标成分与温度进行物料平衡计算，确定转炉冶炼过程造渣剂和冷却剂加入量、顶吹吹氧量及二氧化碳量；转炉炼钢中吹入的氧气和氩气均为绿电生产，转炉顶吹氧气，流量为3.9Nm3//t(钢)·min，底吹，底吹氩气，流量为0.3Nm3//t(钢)·min，氧气、氩气的压力均为1.7MPa。转炉吹炼9分钟，较原工艺缩短8分钟。转炉出钢钢液碳含量为0.03％C、硫含量为0.0035％、铜含量为0.008％、铅含量为0.006％、氮含量为0.0022％，钢液质量为93吨，转炉炼钢终点碳、磷和温度一次命中；共产生2240Nm3转炉煤气，转炉产生煤气经过煤气罐收集后用于高炉炼铁，降低高炉炼铁喷煤0.2吨。合计吨钢二氧化碳排放较原工艺降低1.51吨二氧化碳。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高废钢比高效低碳炼钢的方法，其特征在于，包括：
步骤S1、采用多座大容量、大功率、低中频感应炉进行废钢预处理，实现废钢液的加热、均质化及增碳处理；
步骤S2、感应炉中废钢熔清后，优选地对熔清废钢液进行取样检测，测定废钢液成分；继续升温至1500-1700℃；然后将废钢液倒入钢包中，并进一步兑入转炉，或将废钢液倒入铁水罐中，与罐中铁水混合后，直接兑入转炉或进行铁水预处理后再兑入转炉；转炉中废钢比为25％-100％；
铁水预处理后，兑入转炉前取样测量分析铁水预处理后混合铁液成分；
步骤S3、在转炉中进行炼钢，在吹炼前首先检测转炉中初始混合铁液的温度，取样分析初始混合铁液的成分，并确定转炉冶炼过程造渣剂和冷却剂加入量、顶吹吹氧量及二氧化碳量；
转炉炼钢顶枪吹入氧气、或氧气和二氧化碳混合气体，氧气和二氧化碳气体的压力为0.8MPa-2.0MPa，喷吹强度为3.0-5.0m3/t·min；底吹氩气、二氧化碳、或氩气与二氧化碳的混合气体，喷吹压力为0.6MPa-2.0MPa，喷吹强度为0.1-0.5m3/t·min；
优选吹入采用绿电或碳排放较低的电生产的氧气、氩气；
优选地转炉冶炼废钢比为40-80％，转炉中添加增碳材料能进一步提高废钢比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，采用容量大于等于20吨的中频感应炉进行废钢预处理，感应炉变频电源的额定功率强度大于500kW/t，感应炉的标称频率处于150-300Hz范围；感应炉采用碱性坩埚或碱性内衬耐火材料；感应炉中废钢加入采用分批加入方式，炉内金属料达到感应炉容量10％以上打开电源加热；感应炉采用电加热，优选采用绿电或碳排放较低的电加热以降低碳排放。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，增碳材料选自生物质炭、增碳剂、焦粒、焦粉中的至少一种，优选采用生物质炭；增碳材料的添加量为废钢质量的0.5％-5％；增碳剂在感应炉中出现熔化废钢液后开始加入，可分批加入，增碳剂的收得率为40％-90％；废钢比低于60％，优选地不采用增碳材料；废钢比大于80％，优选地采用增碳材料增碳。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，优先地，感应炉预处理后的废钢液兑入铁水罐铁水中，与铁水一起进行铁水脱硫预处理，处理后混合铁水硫含量小于等于3.0×10-5，混合铁水兑入转炉炼钢后，终点硫含量小于等于5.0×10-5。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，废钢水倒入铁水罐前，预先在铁水罐的铁水中加入含有石灰的脱硫剂，预先加入的脱硫剂量为铁水与废钢水总量的0.5％-5％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优先地，采用2座或多座感应炉熔炼的废钢液兑入同一座转炉进行炼钢，以提高转炉炼钢废钢比，采用2座及多座感应炉配合1座转炉进行废钢预处理，以保障感应炉废钢预处理节奏与转炉容量节奏的匹配。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，转炉中不加入固态废钢。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，转炉炼钢顶吹和底吹采用二氧化碳及其与氧气或氩气混合气体时，当转炉内钢液碳含量低于0.5％-1.0％时，不再采用二氧化碳气体，改为采用纯氧气或氩气吹炼。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，废钢比低于50-60％时，在转炉添加烧结矿、矿石、石灰石等造渣剂和冷却剂，并采用大流量二氧化碳代替氩气底吹或顶枪采用二氧化碳与氧气混合吹炼；
优选的，当充分利用富裕热量、提高废钢比时，将废钢分为两部分，大块废钢采用感应炉加热，无油污、无铁锈轻薄料废钢加入铁水罐，铁水罐中加入固态废钢量为铁水质量的1％-10％；当废钢比大于80％，不采用二氧化碳吹炼。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，转炉冶炼产生的煤气喷吹入高炉进行炼铁或竖炉进行金属球团制备，或用于转底炉处理含铁氧化物物料生产，每标立方煤气应用降低碳用量80-106g。
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