CN208917242U - 一种全轻薄料废钢电炉冶炼系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电炉炼钢领域，尤其涉及一种全轻薄料废钢电炉冶炼系统。本实用新型的冶炼系统包括运输机、吊具、电弧炉、沉降室、冷却塔和除尘器；其中，运输机包括连续加料通道和预热传送通道，连续加料通道的长度大于比预热传送通道的长度，连续加料通道与预热传送通道平行且位于其内部；其中，连续加料通道和预热传送通道的一端共同与电弧炉入钢口连接，连续加料通道另一端位于吊具下方；预热传送通道另一端通过管道与沉降室入口连接；沉降室出口与冷却塔的入口通过保温烟道连接，冷却塔的出口与除尘器的入口连接。本实用新型的全轻薄料废钢电炉冶炼方法及冶炼系统具有对环境友好、工序简单、能耗少的优点。

Description

一种全轻薄料废钢电炉冶炼系统

技术领域

本实用新型涉及电炉炼钢领域，尤其涉及一种全轻薄料废钢电炉冶炼系统。

背景技术

废钢作为一种可无限循环使用的节能再生资源，应用潜力巨大。我国炼钢废钢比仅为11％，废钢循环利用水平与世界平均水平相差甚远。废钢循环应用是钢铁产业发展的必然趋势，我国未来发展空间巨大，废钢储量增长、“地条钢”出清叠加环保形势趋严使短流程优势明显。

电弧炉炼钢是以电能作为热源，以废钢为主要原料的炼钢方法，其通过电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，加热并熔化金属炉料和炉渣，冶炼出各种成分合格的钢和合金一种炼钢方法。

然而，传统的电弧炉炼钢方法还存在以下不足：

(1)常规轻薄料废钢冶炼工艺需要经过分拣、破碎等预处理，然后再投放到电炉进行冶炼，这种工艺路径存在加工过程产生大量垃圾需要二次处理的问题，并且破碎加工能源的消耗给环境带来了巨大的压力；

(2)当前电弧炉冶炼多采用废钢兑铁水的模式，从铁水中获取大量的能源，其冶炼效率及能源利用率很低；

(3)电弧炉炼钢多采用萤石为造渣材料，但是，萤石可与渣中的多种氧化物反应，生成含氟气体，严重污染环境、侵蚀设备和损害操作人员的健康，而且，随着含氟气体的挥发，萤石的化渣作用逐渐失效，所以萤石化渣作用时间短，不利于泡沫渣的稳定，影响冶炼顺利进行；

(4)现有电弧炉炼钢工艺电弧炉炼钢原料结构复杂，熔清磷含量波动大，全废钢冶炼熔清后碳含量低、钢液粘稠度高，且受电弧炉炉型结构限制，熔池流动速度慢，脱磷动力学条件差，冶炼过程脱磷困难；

(5)传统的电弧炉冶炼过程中，除了喷吹氧气及碳粉外，还需喷吹二氧化碳、天然气、氮气或氩气等，具有冶炼成本高、冶炼工序复杂的缺点。

(6)冶金工业是二英主要污染源之一，二英性质稳定而且非常容易在生物体内积累，对人体的危害非常大，然而，目前冶金工业还没有提出一种简单有效的消除或预防二英的方法。

因此，本领域亟需一种对环境友好、工序简单、能耗少的废钢冶炼方法和冶炼系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种全轻薄料废钢电炉冶炼方法及冶炼系统。

一方面，本实用新型的一种全轻薄料废钢电炉冶炼方法，包括以下步骤：

(1)将轻薄料废钢打包成废钢压块；

(2)将废钢压块连续送入超高功率电弧炉；

(3)对电弧炉进行送电操作、吹氧操作、喷吹碳粉和造渣操作；

(4)冶炼过程产生的高温烟气对废钢压块预热后，依次输送至沉降室、冷却塔和除尘器，最后排放至外界；

(5)冶炼结束后进行出钢操作。

上述的全轻薄料废钢冶炼方法，所述轻薄料废钢为低等级轻薄料废钢，其中，所述低等级轻薄料废钢包括彩钢瓦、易拉罐和汽车板。

上述的全轻薄料废钢冶炼方法，所述轻薄料废钢无需破碎处理，直接通过打包机打包成废钢压块。

上述的全轻薄料废钢冶炼方法，所述废钢压块的最大长度不超过连续加料通道最小内宽的75％，所述废钢压块的最大高度不超过连续加料通道最小高度的60％。

上述的全轻薄料废钢电炉冶炼方法，所述超高功率电弧炉的功率为 10-20MVA，公称容量为200-450吨。

上述的全轻薄料废钢电炉冶炼方法，所述送电操作在冶炼的送电起弧、熔化期和氧化期的供电电流分别为68-69kA、60-68kA和68-69kA。

上述的全轻薄料废钢电炉冶炼方法，所述吹氧操作的氧气压力为 1.0-1.6MPa，其中，在送电起弧、熔化期和氧化期氧气流量分别为 1000-3000m³/h、4000-5000m³/h和5000-7000m³/h。

上述的全轻薄料废钢电炉冶炼方法，所述喷吹碳粉流量为25-30kg/min，喷吹碳粉的量为15-20kg/t钢。

上述的全轻薄料废钢电炉冶炼方法，所述造渣操作包括以下步骤：

1)装一次料送电，加入石灰重量1.0-2.0％NC，其中NC为电弧炉的公称容量，单位：吨；

2)熔池形成后，每隔3-8min加入500-1000kg的石灰，加入的石灰总量为0.8-1.3％NC；

3)全溶后根据渣况随时向炉内加入石灰、白云石和碳粉，确保泡沫渣厚度达到600-1000mm；

4)氧化期采用大渣量流渣作业；

5)氧化后期根据钢中磷元素的含量控制流渣。上述的全轻薄料废钢电炉冶炼方法，所述出钢操作采用留钢流渣法，其中，在10炉前期留钢量为≥ 24％NC，在11-20炉期间留钢量为24-30％NC，在20炉后期留钢量为≥ 30％NC。

上述的全轻薄料废钢电炉冶炼方法，所述高温烟气对废钢压块预热后温度为700-1000℃，然后经沉降室沉降预除尘后，再通过保温烟道输送至冷却塔以200-400℃/s的速度急冷却至200-250℃。

另一方面，本实用新型公开了一种全轻薄料废钢电炉冶炼系统，包括运输机、吊具、电弧炉、沉降室、冷却塔和除尘器；

其中，运输机包括连续加料通道和预热传送通道，连续加料通道的长度大于预热传送通道的长度，连续加料通道与预热传送通道平行且位于其内部；其中，连续加料通道和预热传送通道的一端共同与电弧炉入钢口连接，连续加料通道另一端位于吊具下方，预热传送通道另一端通过管道与沉降室入口连接；沉降室出口与冷却塔的入口通过保温烟道连接，冷却塔的出口与除尘器的入口连接。

上述的全轻薄料废钢电炉冶炼系统，所述电弧炉为超高功率电弧炉，所述冷却塔为喷淋式冷却塔。

上述的全轻薄料废钢电炉冶炼系统，所述除尘器为低压脉冲袋式除尘器。

本实用新型的技术方案具有如下的有益效果：

(1)本实用新型通过将未经过分拣、破碎等预处理的轻薄料废钢直接打包成压块进行冶炼，不仅节省了工序、减少了设备和人员投入、提高了效率，还减少了废钢破碎分拣过程产生的二次垃圾污染；

(2)本实用新型将冶炼过程产生的高温烟气对废钢压块进行预热，提高了能源的利用率，减少了冶炼过程中电弧炉的电量消耗；

(3)本实用新型通过将预除尘的烟气在冷却塔中急冷，可以有效抑制甚至消除全废钢冶炼烟气大及废钢冶炼过程中产生的二英，极大地减少了环境压力；

(4)本实用新型通过合理分配冶炼过程供电制度及合理控制吹氧的强度和节奏，提高了能源的利用率，减少了冶炼过程中电弧炉的电量消耗；

(5)本实用新型通过改善全废钢电弧炉冶炼造渣操作，可以快速有效地去除全废钢冶炼过程中[P]、[S]等有害杂质元素，提高电弧炉内壁耐火砖的使用寿命，提高炉龄，降低使用成本。

附图说明

图1为本实用新型的全轻薄料废钢电炉冶炼方法的工艺流程图。

图2为本实用新型的全轻薄料废钢电炉冶炼系统示意图；

其中1为运输机、1a为连续加料通道、1b为预热传送通道、2为吊具、3 为电弧炉、4为沉降室、5为冷却塔、6为袋式除尘器。

具体实施方式

为了充分了解本实用新型的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本实用新型作详细说明。本实用新型的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

本实用新型的一种全轻薄料废钢电炉冶炼方法为全轻薄料废钢压块超高功率大电炉绿色冶炼工艺。通过将未破碎处理的低等级轻薄料废钢直接打包成大压块，然后在超高功率大电炉采用100％废钢压块冶炼对压块进行熔炼，减少了废钢破碎过程中产生的二次垃圾污染。同时，通过采用废钢预热装置利用高温烟气对废钢压块进行预热，提高了能源的利用率，减少了冶炼过程中电弧炉的电量消耗；利用蒸发冷却装置，有效地去除了废钢冶炼过程产生的二英等有害物质，极大减少了环境压力。

一方面，如图1所示，本实用新型提供了一种全轻薄料废钢电炉冶炼方法，包括以下步骤：

(1)将轻薄料废钢打包成废钢压块。

其中，所述轻薄料废钢为低等级轻薄料废钢，包括但不限于彩钢瓦、易拉罐和汽车板。

本实用新型采用轻薄料废钢的原因为：从成本角度看，轻薄料价格比重废价格低很多，具备成本优势；其次，从环保角度看，社会上大量轻薄料废钢如果不消化，将带来严重环境污染，具有环保优势。

传统工艺上使用轻薄料是先进行破碎，然后分拣，破碎后固体垃圾需要额外处理或者填埋，带来两次使用能源及人力和能源浪费。而本实用新型的冶炼方法，将轻薄料直接通过打包机打包成轻薄料压块，然后加入电炉冶炼。本实用新型把破碎分拣处理两步的方法变为一步处理，不仅节省了工序、减少了设备和人员投入、提高了效率，还减少了废钢破碎分拣过程产生的二次垃圾污染。

其中，所述废钢压块的最大长度不超过连续加料通道最小内宽的75％，所述废钢压块的最大高度不超过连续加料通道最小高度的60％，从而避免运行过程中出现通道卡料现象。

(2)将废钢压块连续送入超高功率电弧炉。

在一些实施例中，废钢压块通过吊具输送至连续加料通道上。

其中，废钢按照1.2-1.6％NC/分钟的速率输送至超高功率电弧炉，其中， NC为公称容量。

其中，所述超高功率电弧炉的功率为10-20MVA，公称容量为200-450 吨。在一些优选的实施例中，所述超高功率电弧炉为Consteel电炉。

其中，Consteel电炉具有生产率高、冶炼周期短、电能成本低、生产环境好等特点。

(3)对电弧炉进行送电操作、吹氧操作、喷吹碳粉和造渣操作；

在一些优选的实施例中，送电操作是按照设定程序中供电模式的规定值执行。

其中，所述送电操作是按照一定的供电制度在送电起弧、熔化期、氧化期各阶段对电弧炉进行。具体各冶炼阶段供电制度见表1。

表1各冶炼阶段供电制度

冶炼阶段	送电起弧	熔化期	氧化期
				电压等级	8-11	12-16	8-11
电流kA	68-69	60-68	68-69
				电压V	1020-1110	1140-1260	1020-1110
熔池温度℃	1540-1550	1540-1550	1590-1610

其中，送电起弧阶段持续供电2-3min，熔化期供电25-35min，氧化期供电至冶炼结束。

通过采用表1所述的供电制度，能够提高能源的利用率，减少了冶炼过程中电弧炉的电量消耗，并且极大地降低了冶炼过程电流变化对电网造成的冲击。

经实施，按照本实用新型的供电制度进行供电吨钢的电耗≤393kWh/t钢。本实用新型的电耗远小于现有的全废钢电弧炉冶炼供电方法的电耗，提高了能源的利用率。

其中，所述吹氧操作中，氧气压力要求为1.0-1.6MPa，并根据表2所示的供氧制度进行。

本实用新型在大压力和大流量下进行吹氧操作，使得氧气的射程更远，有利于提高氧气的穿透力，可以透过泡沫渣进入钢液里面，增强对钢液熔池的搅拌效果，使得钢液温度均匀化，增强吹氧的物理效果和化学能效果。

在一些优选的实施例中，在吹氧过程中，应根据炉内化学反应情况对氧气流量进行控制。

表2各冶炼阶段供氧制度

冶炼阶段	送电起弧	熔化期	氧化期
				吹氧强度	低氧	低、中氧	中、高氧
氧气流量(m<sup>3</sup>/h)	1000-3000	4000-5000	5000-6000

进一步地，熔池初步形成，吹氧开始后，可以根据炉渣情况分吹碳粉。优选的，所述喷吹碳粉流量控制在25-30kg/分钟范围(按15-20kg/t钢消耗，喷吹45分钟计算)。全轻薄料废钢压块熔化后钢水含碳量低，达不到冶炼氧化去气体去杂质的目的，因而需要增加额外的碳素材料来保证工艺要求。

本实用新型在冶炼过程中通过在钢液中吹入氧气及喷吹碳粉，增加了电弧炉中的化学能，从而降低了电弧炉的冶炼时间及电耗，降低了电极及耐火砖等耐材的消耗。

其中，所述造渣操作包括以下步骤：

1)第一炉装一次料0.14-0.16NC送电，允许加入石灰重量1.0％-2.0％NC (NC为该电弧炉的公称容量，单位吨)，以利于早期埋弧和去[P]元素操作。

2)熔池形成后每隔3-8min加一批石灰，每批用量500-1000kg左右，共加入3次，总量为0.8％-1.3％NC。

3)全熔后根据渣况随时向炉内加入石灰、白云石和碳粉，确保泡沫渣厚度达到600-1000mm，总用量：石灰50kg/t、白云石15kg/t钢。

其中，步骤3)中的白云石可由MgO含量≥60％的镁球代替，电弧炉中加入的镁球总量为3-5‰NC。

其中，所述石灰的加入总量为50-60kg/t钢，优选50kg/t钢；所述白云石的加入总量为14-18kg/t钢，优选15kg/t钢；所述碳粉的加入总量为 17-24kg/t钢，优选18kg/t钢。

4)氧化期采用大渣量流渣作业以便快速去[P]元素。

具体的，大渣量流渣作业包括：将偏心底电炉向炉出渣口倾斜一定角度 (根据炉体结构不同，一般5-15度)，表层熔化渣可以大量自动溢出(流出)，并带着钢水中的[P]、[S]等杂质元素。

5)氧化后期根据钢中[P]元素含量，适当控制流渣。

具体的，从炉后偏心区对钢水取样分析，钢水的化学成分中[P]若高于内控指标要求，则继续添加造渣料，通过造渣-流渣过程，逐渐去除钢水中的[P] 等杂质元素。

优选的，吹氧应与泡沫渣结合使用，并根据泡沫渣效果随时补加石灰和喷吹碳粉，从而保证炉内有合适的泡沫渣。通过上述造渣方法，可使钢水中磷元素的含量可降低至冶炼钢种成本[P]含量的内控水平，平均炉龄提高5-8 炉。

(4)冶炼过程产生的高温烟气对废钢压块预热后，依次输送至沉降室、冷却塔和除尘器，最后排放至外界。

其中，冶炼过程产生的高温烟气，通过预热传送通道对连续加料通道的废钢压块进行预热。高温烟气出预热传送通道后温度为700-1000℃，经过燃烧沉降室(滞留时间1-2s)沉降预除尘后，烟气再通过保温烟道进入冷却塔，在冷却塔内烟气温度以200-400℃/s的速率急冷至200℃-250℃，从而有效抑制甚至消除废钢冶炼过程中产生的二英，经蒸发冷却后一次烟气经由除尘烟管进入低压脉冲袋式除尘器进行精除尘。

其中，将预热传送通道的温度控制在700℃(即二英的分解温度)以上，一方面可以使高温烟气中的二英充分分解，另一方面能够防止已分解的二英在预热传送通道重新生成。

其中，将烟气在冷却塔内以200-400℃/s的速率急冷至200-250℃，可以使二英的“从头合成”反应再生成最小化。

其中，所述冷却塔为喷淋冷却塔。

进一步优选的，所述高温烟气在沉降室的滞留时间为1-2s。

应注意的是，本实用新型步骤(4)和步骤(3)中的一些操作的顺序不是固定的，即，步骤(4)可以与步骤(3)按顺序进行，可以同时进行，也可以先进行步骤(4)后进行步骤(3)。

(5)取样检测，样品合格后，结束冶炼并进行出钢操作。

其中，所述出钢操作，采用留钢留渣法进行，留钢量根据炉龄确定具体如下：10炉前期≥24％NC，11-20炉期间24％-30％NC，20炉后期，留钢量≥30％NC(NC为该电弧炉的公称容量，单位吨)。

另一方面，如图2所示，本实用新型提供了一种全轻薄料废钢电炉冶炼系统，包括运输机1、吊具2、电弧炉3、沉降室4、冷却塔5和除尘器6；

其中，运输机1包括连续加料通道1a和预热传送通道1b，连续加料通道 1a比预热传送通道1b长，连续加料通道1a平行且位于预热传送通道1b内部，其中，连续加料通道1a和预热传送通道1b的一端共同与电弧炉3入钢口连接，连续加料通道1a另一端位于吊具2下方，预热传送通道1b另一端通过管道与沉降室4入口连接；沉降室4出口与冷却塔5的入口通过保温烟道连接，冷却塔5的出口与除尘器6的入口连接。

优选的，所述电弧炉3为超高功率电弧炉，所述冷却塔5为喷淋冷却塔，所述除尘器为低压脉冲袋式除尘器。

实施例(保密实验)

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，本实施例为示例性的并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。

(1)将彩钢瓦、易拉罐、汽车板等低等级轻薄料废钢无需破碎处理，直接通过打包机打包成尺寸小于2000×600×500mm的大压块。

(2)通过吊具2将将打好包的废钢压块送入连续加料通道1a上，连续加料通道1a以4-5吨/分钟的速率连续不间断地将压块送入220吨电弧炉3(公称容量NC＝320吨)进行熔炼。

(3)对电弧炉3进行送电操作，各冶炼阶段供电制度如表3所示：

表3实施例1中各冶炼阶段供电制度

冶炼阶段	送电起弧	熔化期	氧化期
				电压等级	8-11	12-16	8-11
电流kA	68-69	60-68	68-69
				电压V	1020-1110	1140-1260	1020-1110
熔池温度℃	1540-1550	1540-1550	1590-1610

其中，送电起弧阶段持续供电2-3min，熔化期供电25-35min，氧化期供电至冶炼结束。

(4)在冶炼过程中以表4所示的吹氧强度进行吹氧操作；氧气压力要求 1.2-1.6MPa，吹氧过程加强观察炉内化学反应情况，根据反应程度对氧气流量进行控制。供氧制度见表4：

表4实施例1中各冶炼阶段供氧制度

冶炼阶段	送电起弧	熔化期	氧化期
				吹氧强度	低氧	低、中氧	中、高氧
氧气流量(m<sup>3</sup>/h)	1500-2000	4000-5000	5000-6000

(5)熔池初步形成，吹氧开始后，根据炉渣情况开始喷吹碳粉，流量控制在25-30kg/min范围。

(6)在冶炼过程中根据炉渣情况随时向炉内加入石灰、白云石等进行造渣操作：

a)空炉第一次装40-60t料送电，允许加入石灰5000kg；

b)熔池形成后每隔5-8min加一批石灰，每批用量1000kg左右，共加入 3次；

c)氧化期根据渣况随时向炉内加入石灰、白云石和碳粉，确保泡沫渣厚度达到600-1000mm，总用量：石灰50kg/t、白云石15kg/t钢、碳粉18kg/t 钢，熔化末期采用大渣量流渣作业；

d)氧化后期根据钢中[P]元素含量，适当控制流渣。

(7)冶炼过程产生的烟气量约为200000-300000Nm³/h，烟气温度为 1000-1200℃，烟气含尘浓度～8g/Nm³，二英含量为8-12mg/Nm³。在运输机1中，位于预热传送通道1b的高温烟气对位于连续加料通道1a废钢压块进行预热。位于预热传送通道1b出口的烟气的温度800-1000℃，高温烟气经过90°水冷弯头进入一个大小为20m×7m×10m的沉降室4进行沉降，在沉降室内经过2s沉降预除尘后的烟气再通过保温烟道进入冷却塔5，在冷却塔5 内烟气温度以200-400℃/s的速率急冷至200℃-250℃，经蒸发冷却后一次烟气经由除尘烟管进入低压脉冲袋式除尘器6进行精除尘。最后，对精除尘的气体进行检测，其中二英含量为0.35-0.45mg/Nm³，满足PCDD/F及二英的排放标准。

(8)当钢水成分中[C]、[P]元素含量满足冶炼钢种的工艺要求，并且对钢水测温，当钢水温度达到1590-1610℃时，判断冶炼结束。然后采用留钢留渣法进行出钢操作，留钢80-90t。

经多次实施本实用新型的全轻薄料废钢冶炼方法，发现本实用新型的冶炼方法电耗≤415kWh/t钢，氧耗≤45Nm³/t钢，喷吹碳粉的量≤20kg/t钢。综合生产成本远小于现有的全废钢电弧炉冶炼成本，因此，本实用新型在电炉炼钢领域具有广阔的应用前景。

本实用新型在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本实用新型，而不应理解为限制本实用新型的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本实用新型的权利要求范围内。因此，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (3)

1.一种全轻薄料废钢电炉冶炼系统，其特征在于，包括运输机、吊具、电弧炉、沉降室、冷却塔和除尘器；

其中，运输机包括连续加料通道和预热传送通道，连续加料通道的长度大于预热传送通道的长度，连续加料通道与预热传送通道平行且位于其内部；其中，连续加料通道和预热传送通道的一端共同与电弧炉入钢口连接，连续加料通道另一端位于吊具下方；预热传送通道另一端通过管道与沉降室入口连接；沉降室出口与冷却塔的入口通过保温烟道连接，冷却塔的出口与除尘器的入口连接。

2.根据权利要求1所述的全轻薄料废钢电炉冶炼系统，其特征在于，所述电弧炉为超高功率电弧炉，所述冷却塔为喷淋式冷却塔。

3.根据权利要求1或2所述的全轻薄料废钢电炉冶炼系统，其特征在于，所述除尘器为低压脉冲袋式除尘器。