阅读说明：本技术 缩短电炉炼钢冶炼周期的装置和方法 (Device and method for shortening electric furnace steelmaking smelting period ) 是由 吴绍刚 荀凤超 王继州 黄敏 武脡鹰 李伟 张乐双 刘洋 潘静 李卫刚 赵运廷 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种缩短电炉炼钢冶炼周期的装置和方法。缩短电炉炼钢冶炼周期的装置,包括：制氧系统、压缩系统、储存系统、氧气站阀门室和电炉阀门站；所述电炉阀门站与所述电炉连通。缩短电炉炼钢冶炼周期的方法,包括：制氧系统生产氧气,然后输送至压缩系统对氧气进行压缩；经所述压缩系统处理后的氧气输入储存系统进行存储,然后通过氧气站阀门室一次调节来自所述储存系统的氧气压力；再通过电炉阀门站进行二次调节压力,然后送入电炉使用。本申请提供的装置和方法,能够缩短大型电炉炼钢冶炼周期。(The invention provides a device and a method for shortening an electric furnace steelmaking smelting period. The device for shortening the smelting period of electric furnace steel making comprises: the system comprises an oxygen generation system, a compression system, a storage system, an oxygen station valve chamber and an electric furnace valve station; the electric furnace valve station is communicated with the electric furnace. The method for shortening the smelting period of electric furnace steelmaking comprises the following steps: the oxygen generation system produces oxygen and then conveys the oxygen to the compression system to compress the oxygen; inputting the oxygen processed by the compression system into a storage system for storage, and then regulating the oxygen pressure from the storage system once through an oxygen station valve chamber; and then the pressure is secondarily regulated through an electric furnace valve station, and then the electric furnace is fed for use. The device and the method provided by the application can shorten the steelmaking smelting period of the large-scale electric furnace.)

缩短电炉炼钢冶炼周期的装置和方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域，尤其涉及一种缩短电炉炼钢冶炼周期的装置和方法。

背景技术

现代电炉炼钢的能源有电能、化学热、物理热组成，电能占34％、化学热占40％、物理热占26％。传统电炉炼钢的能源主要是电能，缩短冶炼周期，主要靠提高变压器额定功率，采用高电压供电。电炉炼钢的核心技术是围绕缩短冶炼周期使之与高效率的连铸机、连轧机匹配协同运行。特别是关于控制电炉冶炼周期问题，因为只有当冶炼周期缩短到其临界值，高速快节奏的间歇型炼钢作业，才有可能与连续型的连铸——轧钢作业协调进行，形成稳定的钢材制造生产流程，使电炉炼钢成为一种新型的以废钢资源再循环为主要目标的大规模的钢铁生产方法。

因此，如何缩短大型电炉炼钢冶炼周期，成为电炉炼钢亟待解决的问题。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缩短电炉炼钢冶炼周期的装置和方法，以解决上述问题。

为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

一种缩短电炉炼钢冶炼周期的装置，包括制氧系统、压缩系统、储存系统、氧气站阀门室和电炉阀门站；

所述制氧系统用于生产氧气，所述压缩系统用于将来自所述制氧系统的氧气进行压缩，所述储存系统用于储存来自所述压缩系统的氧气，所述氧气站阀门室用于一次调节来自所述储存系统的氧气的压力，所述电炉阀门站用于二次调节经过所述氧气站阀门室一次调节后的氧气的压力；

所述电炉阀门站与所述电炉连通

优选地，所述制氧系统包括空分制氧系统，还用于生产氮气和液氩；

优选地，所述制氧系统的产气量为18000-20000m³/h。

空分制氧的优点：可以生产高纯度氧气、氮气、氩气及液氧、液氮、液氩产品，可以长期安全稳定运行，故障率低。电炉炼钢要求氧气纯度≥98％，对2％余量没有做特殊要求。

优选地，所述压缩系统包括氧气压缩机、氮气压缩机和液氩泵；所述氧气压缩机用于压缩来自所述空分制氧系统的氧气，所述氮气压缩机用于压缩来自所述空分制氧系统的氮气，所述液氩泵用于汽化来自所述空分制氧系统的液氩。

优选地，所述储存系统包括均与所述压缩系统连通的氧气罐、氮气罐和氩气罐。

优选地，所述装置还包括LF炉-钢包-连铸机阀门站，所述LF炉-钢包-连铸机阀门站用于二次调节经过所述氧气站阀门室一次调节后的氩气的压力。

优选地，所述电炉设置有多只与所述电炉阀门站连通的氧枪。

一种缩短电炉炼钢冶炼周期的方法，包括：

制氧系统生产氧气，然后输送至压缩系统对氧气进行压缩；

经所述压缩系统处理后的氧气输入储存系统进行存储，然后通过氧气站阀门室一次调节来自所述储存系统的氧气压力；

再通过电炉阀门站进行二次调节压力，然后送入电炉使用。

优选地，所述的方法还包括：

制氧系统生产的氮气输送至压缩系统进行压缩、液氩送至压缩系统进行汽化，然后输入储存系统进行存储；

通过氧气站阀门室一次调节来自所述储存系统的氮气和氩气压力，然后氮气送至碳粉喷吹、吹扫、仪表用户点使用，氩气通过LF炉-钢包-连铸机阀门站二次调节压力后使用。

优选地，通过氧气站阀门室一次调节后，氧气压力为1.4-1.6MPa，氮气压力为0.4-0.6MPa，氩气压力为1.4-1.6MPa；

优选地，经过所述LF炉-钢包-连铸机阀门站二次调节后，氩气的压力为0.8-1.2MPa；

优选地，经过电炉阀门站进行二次调节后，氧气压力为0.8-1.4MPa。

优选地，所述电炉的每吨钢耗氧量为55-65m³/t。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本申请提供的缩短电炉炼钢冶炼周期的装置和方法，通过制氧系统、压缩系统、储存系统、氧气站阀门室和电炉阀门站的配合，增加电炉化学热，有效缩短大型电炉冶炼周期5分钟以上，提高效率和产生，降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。

图1为实施例1提供的缩短电炉炼钢冶炼周期的装置的示意图。

具体实施方式

如本文所用之术语：

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

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。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。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。

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“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)。

下面将结合具体实施例对本发明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发明，而不应视为限制本发明的范围。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。

实施例1

如图1所示，一种缩短电炉炼钢冶炼周期的装置，包括：制氧系统、压缩系统、储存系统、氧气站阀门室和电炉阀门站；制氧系统用于生产氧气，压缩系统用于将来自制氧系统的氧气进行压缩，储存系统用于储存来自压缩系统的氧气，氧气站阀门室用于一次调节来自储存系统的氧气的压力，电炉阀门站用于二次调节经过氧气站阀门室一次调节后的氧气的压力；电炉阀门站与电炉连通。

使用时，制氧系统生产氧气，然后输送至压缩系统对氧气进行压缩；经压缩系统处理后的氧气输入储存系统进行存储，然后通过氧气站阀门室一次调节来自储存系统的氧气压力；再通过电炉阀门站进行二次调节压力，然后送入电炉使用。

实施例2

为了提高系统的综合利用效率，增加设备集成度，进一步降低生产成本。本申请实施例还提供一种缩短电炉炼钢冶炼周期的装置，包括：制氧系统、压缩系统、储存系统、氧气站阀门室和电炉阀门站；制氧系统包括空分制氧系统，用于生产氧气、氮气和液氩，压缩系统包括氧气压缩机、氮气压缩机和液氩泵，氧气压缩机用于压缩来自空分制氧系统的氧气，氮气压缩机用于压缩来自空分制氧系统的氮气，液氩泵用于汽化来自空分制氧系统的液氩。储存系统包括均与所述压缩系统连通的氧气罐、氮气罐和氩气罐，用于储存来自压缩系统的氧气、氮气和氩气，氧气站阀门室用于一次调节来自储存系统的氧气、氮气和氩气的压力，电炉阀门站用于二次调节经过氧气站阀门室一次调节后的氧气的压力；电炉阀门站与电炉连通。

使用时，制氧系统生产氧气、氮气和液氩，然后氧气、氮气输送至压缩系统进行压缩，液氩送至压缩系统进行汽化，然后输入储存系统进行存储；通过氧气站阀门室一次调节来自储存系统的氧气、氮气和氩气的压力；然后氧气再通过电炉阀门站进行二次调节压力，送入电炉使用；氮气送至碳粉喷吹、吹扫、仪表用户点使用，氩气通过LF炉-钢包-连铸机阀门站二次调节压力后使用。

在一个优选地实施方式中，为了保证大型电炉用气量达到预期目标值，制氧系统的产气量需要达到18000-20000m³/h，可以是例如18000m³/h、19000m³/h、20000m³/h以及18000-20000m³/h之间的任一值。

由氧气站阀门室来的0.4-0.6MPa左右的氮气，直接供碳粉喷吹、吹扫、仪表用户点使用。

在另外一个优选地实施方式中，还包括LF炉-钢包-连铸机阀门站，LF炉-钢包-连铸机阀门站用于二次调节经过所述氧气站阀门室一次调节后的氩气的压力。例如，经过所述LF炉-钢包-连铸机阀门站二次调节后，氩气的压力为0.8-1.4MPa。

例如，220t电炉的喷碳粉系统是外来热源的重要组成部分，在喷吹碳粉时需要氮气做为载体，需要提供压力为0.6MPa左右的氮气。2X220tLF炉(钢包精炼炉)、钢包在线吹氩，作为精炼吹氩，需要提供压力为0.8-1.2MPa左右的氩气。连铸机切割钢坯需要0.8-1.4MPa左右的氧气，用于切割钢坯。连铸机吹氩保护浇铸，需要提供压力为0.8-1.2MPa左右的氩气。检修辅助用氧，需要提供压力为0.8-1.4MPa左右的氧气。在每个氧气点用户，设置氧气用户点阀箱，根据用户使用压力进行调解。吹扫、仪表用氮气，需要提供压力为0.4-0.6MPa左右的氮气。

大量氧氮氩气的供应，是保证现代大型电炉炼钢车间能够高效、节能、环保、节约资源生产优质低合金钢和微合金钢。

需要说明的是，在其他的实施方式中，空分制氧系统和变压吸附制氧系统可以搭配使用。例如，为了保障炼钢车间长期安全稳定生产是，炼钢车间如果建一座电炉，配一台空分制氧，炼钢车间如果建二座电炉，配一台空分制氧、再配一台变压吸附制氧，互为备用、取长补短。

实施例3

在实施例2的基础上，控制电炉的每吨钢耗氧量为55-65m³/t。例如，通过设在220t电炉侧壁的4只氧枪喷吹到电炉内。电炉阀门站的供氧特点：每支氧枪有二套氧气调节系统，主调节系统供应0.8～1.4MPa左右的氧气供电炉吹氧使用，一支氧枪流量：400～4000m³/h。副调节系统供应0.8～1.4MPa左右的氧气通过氧枪环缝，保证吹氧的射流长度，使氧气更好的喷射到钢液中，吹氧效果更好。每支氧枪压力、流量都可以单独调节，氧枪吹氧灵活，可以一支氧枪单独吹氧，也可以二支、三支氧枪吹氧，还可以四支氧枪一起吹氧。

需要说明的是，本申请提供的缩短电炉炼钢冶炼周期的装置，还可以根据实际需要配置其他设备，例如下表1所示：

表1设备表

对比例1

以中冶东方江苏重工有限公司1X220t电炉(全废钢)为对照。

冶炼周期：53min

吹氧时间：45分钟

吨钢耗氧：42-53m³/t

吹氧平均流量：10400m³/h

吹氧最大流量：16800m³/h。

大型电炉炼钢喷吹大量氧气，能够节能、缩短冶炼周期。制取1m³氧气耗电0.4-0.6KW·h，但1m³氧气与碳反应生成CO₂放出的化学热可以节电7KW·h以上。假设1X220t电炉，年产170万吨，从以下几方面进行分析可得：

1.从吹氧的角度来分析：

吨钢耗氧：55-65m³/t

喷吹氧气量：170*10⁴*55＝9.35*10⁷m³

170*10⁴*65＝1.105*10⁸m³

节约电能：9.35*10⁷*7＝6.545*10⁸KW·h

1.10⁵*10⁸*7＝7.735*10⁸KW·h

每度电按0.6元计算，节约资金：

6.545*10⁸*0.6＝3.927*10⁸元

7.735*10⁸*0.6＝4.641*10⁸元

2.从冶炼周期来分析：

1X220t电炉冶炼周期：53min

每天冶炼炉数：27炉

冶炼周期缩短5分钟：48min

每天冶炼炉数：30炉

每天多出钢：3*220＝660吨

低合金高强度钢每吨利润：600元/吨

一年的利润：660*600*300＝1.88*10⁸元

由以上对比可知，通过本申请提供的装置和方法，可以大幅降低能耗，提升产量和利润。

炼钢的基本任务是：向熔池供氧，把炉料中的碳氧化到规定范围；造渣去除原料中的硫、磷、氧以及钢中的气体如氢、氮及非金属夹杂物，以保证钢的质量；调整合金成分，符合出钢温度要求。可归纳为:四脱(碳、氧、硫、磷)，二去(去气、去夹杂)，二调整(成分、温度)。采用的主要手段为“供氧、造渣、升温、加脱氧剂、合金化操作”。碳氧反应的作用是:

1、碳氧反应可以使熔池强烈沸腾，加速传质速度，增加渣和钢的接触；

2、强化熔池传热过程；

3、通过碳氧反应去除钢中的氢、氮和夹杂物；

4、可以造泡沫渣和形成乳化相；

5、碳氧反应的强烈搅拌作用可以使熔体的成分和温度均匀化，并影响到其它反应的进行。

因此，本申请提供的缩短电炉炼钢冶炼周期的装置和方法，通过设备配置和方法优化，能够稳定的为大型电炉提供足够的氧气，增加碳氧反应在炼钢过程中的作用，提高产能、降低能耗，从而降低生产成本，提高经济效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。