阅读说明：本技术 提高连续加料电炉冶炼效率的方法 (Method for improving smelting efficiency of continuous charging electric furnace ) 是由 操龙虎 徐永斌 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种提高连续加料电炉冶炼效率的方法,包括以下步骤：将废钢原料先切割为一定尺寸范围的小尺寸废钢,然后以特定的进料速度加入到冶炼炉内,保证废钢全程浸没在钢液中；冶炼过程中冶炼炉内采用大量留钢,保证加料过程中无需断电。本发明提供的这种提高连续加料电炉冶炼效率的方法,可以显著提高电炉的冶炼效率,废钢切割到一定较小的尺寸范围,有利于提高废钢熔化速率,同时以合理的进料速度加入到电炉中,保证废钢全程浸没在钢液中,有利于降低铁的氧化,而大量留钢则可以提高单位时间废钢进料质量。采用上述方法,易于实现全程泡沫渣操作,可显著提高连续加料电炉冶炼效率,降低电耗,缩短冶炼周期,并提高金属收得率。(The invention provides methods for improving smelting efficiency of a continuous charging electric furnace, which comprise the following steps of cutting a steel scrap raw material into small-size steel scrap with a size range of , then adding the small-size steel scrap into the smelting furnace at a specific feeding speed, ensuring that the steel scrap is immersed in molten steel in the whole process, and ensuring that power-off is not needed in the charging process because a large amount of steel is left in the smelting furnace in the smelting process.)

提高连续加料电炉冶炼效率的方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种提高连续加料电炉冶炼效率的方法。

背景技术

电炉炼钢自问世以来，呈现不断增长的趋势，迄今为止，已占世界总钢产量的30%以上。尤其在欧美等发达国家，电炉炼钢的占比达到50%以上。以电弧炉炼钢为核心的短流程炼钢工艺，在工程投资、吨钢资源消耗、能源消耗、占地面积和二氧化碳等污染物排放量比长流程炼钢工艺都大幅减少，符合钢铁行业科学发展和低碳经济发展的要求。我国近十年粗钢产量虽然逐年增加，但电炉钢的比例却呈现一定的下降趋势。截止2016年，我国电炉钢比例仅占总出钢量的7.3%，远低于世界平均水平。但随着国家环保需求的不断提高及废钢资源的增加，同时政府取缔中频炉，地条钢，使得电炉炼钢短流程数量和产量明显增加。同时钢铁企业在逐步淘汰落后电炉产能使得绿色节能电炉的需求也不断增强。但目前电炉的开工率并不高，一方面是由于废钢价格不具优势，另一方面是电炉冶炼的周期较长，生产效率比较低，这导致电炉不仅在生产成本处于劣势地位，同时在生产量上也处于不利位置。因此，如何提高电炉的冶炼效率成为很多冶金工作者重点研究的方向。

目前在提高电炉冶炼效率的方法中，目前主要从两个方面进行改善：

（1）废钢预热：提高废钢温度可降低传导热量，并使废钢熔化时间显著降低，从而缩短冶炼周期。普锐特、西马克、SPCO及中冶赛迪等钢铁工程公司都有自主的废钢预热专利技术，使得电炉冶炼周期降低到40min以下。

（2）减少电弧炉操作：电炉冶炼周期主要包括通电时间和非通电时间，而减少电炉操作可减少非通电时间，从而缩短冶炼时间。如采用平熔池冶炼时废钢入炉电极不需提升、自动废钢上料、快速更换炉壳等。

水平连续加料电炉是目前国内市场广泛应用的一种炉型，其最大的特点在于连续加料和废钢预热，使得电炉的冶炼稳定性强，因此在国内市场上应用广泛。但目前全废钢冶炼的周期大约在50min左右，与转炉相比存在较大差距。而水平连续加料电炉的冶炼效率还与废钢进料速度相关，同时废钢尺寸及废钢堆密度也会对电炉冶炼产生明显的影响。目前尚未有报道过如何控制废钢尺寸、堆密度及进料速度来提高电炉冶炼效率的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高连续加料电炉冶炼效率的方法，旨在用于通过控制废钢尺寸、堆密度及进料速度来提高电炉冶炼效率。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种提高连续加料电炉冶炼效率的方法，包括以下步骤：

将废钢原料先切割为一定尺寸范围的小尺寸废钢，然后以特定的进料速度加入到冶炼炉内，保证废钢全程浸没在钢液中；冶炼过程中冶炼炉内采用大量留钢，保证加料过程中无需断电。

进一步地，废钢切割后的尺寸范围为20~80mm。

进一步地，废钢的进料速度为最佳进料速度的±20%，最佳进料速度的具体算法如下：

(1) 根据留钢量和炉熔大小确定V _Σ，V _Σ为废钢料在留钢液中被浸没时可占用的最大体积，单位为m³；

(2) 确定钢液温度对废钢熔化的影响系数K _L；

(3) 确定废钢预热温度对废钢熔化的影响系数K _ts；

(4) 确定废钢孔隙率对废钢熔化的影响系数K _P；

(5) 确定搅拌作用对废钢熔化的影响系数K _α；

(6) 确定废钢尺寸对废钢熔化的影响系数K _s；

(7) 确定废钢堆密度ρ _s；

(8)计算废钢熔化时间 τ _m=38*K _p*K _L*K _s/K _ts*K _α；

(9)计算废钢最佳进料速度 v=V _Σ·ρ _s/τ _m。

进一步地，冶炼炉内留钢量为出钢量的40%-80%。

进一步地，将废钢加入冶炼炉之前对废钢进行预热，预热方法如下：

1)对待入炉的废钢进行预处理，以去除废钢表面的油污；

2)在经步骤1)处理后的废钢表面喷洒用于抑制二噁英形成的抑制剂；

3)将步骤2)处理后的废钢装入料篮，并加入到电炉炼钢的预热系统中进行废钢预热即可。

进一步地，所述步骤1)中废钢预处理过程为废钢采用碱性溶液清洗，并在碱性溶液清洗时结合超声波振荡。

进一步地，所述碱性溶液为Na₂CO₃溶液或NaHCO₃溶液。

进一步地，所述超声波的工作频率为20～50kHz。

进一步地，所述抑制剂为CaCO₃、CaO及白云石中的一种或多种。

进一步地，所述抑制剂的粒径小于200µm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种提高连续加料电炉冶炼效率的方法，可以显著提高电炉的冶炼效率，废钢切割到一定较小的尺寸范围，有利于提高废钢熔化速率，同时以合理的进料速度加入到电炉中，保证废钢全程浸没在钢液中，有利于降低铁的氧化，而大量留钢则可以提高单位时间废钢进料质量。采用上述方法，易于实现全程泡沫渣操作，可显著提高连续加料电炉冶炼效率，降低电耗，缩短冶炼周期，并提高金属收得率。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种提高连续加料电炉冶炼效率的方法，包括以下步骤：

将废钢原料先经过废钢剪切机切割为一定尺寸范围的小尺寸废钢，然后以特定的进料速度加入到冶炼炉内，保证废钢全程浸没在钢液中，降低铁的氧化；冶炼过程中冶炼炉内采用大量留钢，保证加料过程中无需断电，同时可促进废钢熔化，并减少非通电时间，从而缩短冶炼周期，提高电炉冶炼效率。

本发明实施例提供的这种提高连续加料电炉冶炼效率的方法，可以显著提高电炉的冶炼效率，废钢切割到一定较小的尺寸范围，有利于提高废钢熔化速率，同时以合理的进料速度加入到电炉中，保证废钢全程浸没在钢液中，有利于降低铁的氧化，而大量留钢则可以提高单位时间废钢进料质量。采用上述方法，易于实现全程泡沫渣操作，可显著提高连续加料电炉冶炼效率，降低电耗，缩短冶炼周期，并提高金属收得率。

优选地，废钢切割后的尺寸范围为20~80mm，该范围下既便于切割，又能保证废钢熔化速率。

所述的进料速度取决于留钢量、废钢预热温度、废钢堆密度、钢液温度等，为了保证在最大提升冶炼速率的条件下，降低铁的氧化，废钢的进料速度为最佳进料速度的±20%，最佳进料速度的具体算法如下：

(1) 根据留钢量和炉熔大小确定V _Σ，V _Σ为废钢料在留钢液中被浸没时可占用的最大体积，单位为m³；

(2) 确定钢液温度对废钢熔化的影响系数K _L；

(3) 确定废钢预热温度对废钢熔化的影响系数K _ts；

(4) 确定废钢孔隙率对废钢熔化的影响系数K _P；

(5) 确定搅拌作用对废钢熔化的影响系数K _α；

(6) 确定废钢尺寸对废钢熔化的影响系数K _s；

(7) 确定废钢堆密度ρ _s；

(8)计算废钢熔化时间 τ _m=38*K _p*K _L*K _s/K _ts*K _α；

(9)计算废钢最佳进料速度 v=V _Σ·ρ _s/τ _m。

计算出最佳进料速度后，以最佳进料速度的±20%为实际进料速度将小尺寸废钢加入到冶炼炉内，保证在最大提升冶炼速率的条件下，实现废钢全程浸没在钢液中，降低铁的氧化。

优选地，冶炼炉内留钢量为出钢量的40%-80%，该范围下既保证一定的出钢量，又保证加料过程中无需断电，同时可促进废钢熔化，并减少非通电时间，从而缩短冶炼周期，提高电炉冶炼效率。

下面通过具体实施例说明本发明提高连续加料电炉冶炼效率的的效果。

实施例1

在国内某80t连续加料电炉厂，在工艺技术改造之前，电炉留钢量为30%，废钢尺寸和进料速率均未有明显的技术要求。经过上述提高连续加料电炉冶炼效率的方法进行技术改造后，电炉的技术经济指标均明显优化，如表1所示。

表1 技术改造前后经济指标对比

	技术改造前	技术改造后
			废钢尺寸/mm	无要求	20-50
进料速率/t/min	无要求	2.5
			留钢量	30%	50%
金属收得率/%	91	92
			冶炼周期/min	46	42
电耗/kWh/t	368	355

实施例2

在国内某100t连续加料电炉厂，在工艺技术改造之前，电炉留钢量为40%，废钢尺寸和进料速率均未有明显的技术要求。经过上述提高连续加料电炉冶炼效率的方法进行技术改造后，电炉的技术经济指标均明显优化，如表2所示。

表2 技术改造前后经济指标对比

技术指标	技术改造前	技术改造后
			废钢尺寸/mm	无要求	20-50
进料速率/t/min	无要求	3.2
			留钢量	40%	50%
金属收得率/%	91	92
			冶炼周期/min	43	41
电耗/kWh/t	362	353

进一步优化上述方案，将废钢加入冶炼炉之前对废钢进行预热，预热方法如下：

首先，将待入炉的废钢进行预处理，具体处理方法为将废钢采用碱性溶液清洗，并在碱性溶液清洗时结合超声波振荡，以去除废钢表面附着的油脂，从而提高废钢入炉的质量。

其中，用于清洗废钢的碱性溶液采用弱碱性溶液，主要可采用Na₂CO₃溶液或NaHCO₃溶液；所述超声波的工作频率为20～50kHz，利用超声波强化去污效果。

然后，在废钢料装入料篮之前，在清洗后的废钢表面喷洒抑制剂，使得后续电炉烟气经过废钢进行预热时，抑制剂与电炉烟气中形成二噁英的HCl等原料进行反应，从而阻碍预热过程中二噁英的形成。

其中，所述抑制剂为碱性氧化物，主要包含CaCO₃、CaO及白云石等含CaO成分的物质中的一种或多种，将该碱性氧化物粉碎后喷洒在废钢表面，碱性氧化物的平均粒径小于200µm，其添加量为0.5～5 kg/t钢。

最后再将上述处理后的废钢装入料篮，并加入到电炉炼钢的预热系统中进行废钢预热即可。在预热系统中，电炉炼钢烟气与废钢表面的抑制剂反应，从而减少二噁英的产生量，减轻后续除尘过程中二噁英减排的压力，同时亦无需安装急冷塔或高温热分解装置，节约电炉炼钢处理成本。

通过将废钢加入冶炼炉之前对废钢进行预热，可以进一步提高电炉冶炼效率，且上述预热方法可以从源头控制电炉烟气中二噁英排放，通过对废钢去油脂提高入炉废钢的质量，并在入炉前在废钢表面加入碱性氧化物作为抑制剂，减少预热过程中二噁英的产生量，使得电炉炼钢烟气中二噁英的毒性当量小于0.5 ng-TEQ/m³，达到了国家关于电炉炼钢二噁英排放标准，有效实现二噁英的减排，满足绿色发展的要求。

下面通过具体实施例说明本发明中从源头控制电炉烟气中二噁英排放的效果。

实施例3：

取来源相同的废钢，在加入电炉炼钢的预热系统之前，将废钢分成两组进行处理，即试验组和对照组。其中，试验组的废钢经过NaHCO₃碱液清洗，并加入超声波振荡处理，对照组未进行任何处理，其余步骤按照本发明的方法进行操作；然后将这两组不同方式处理的废钢分别加入预热系统中，并测定排放烟气中二噁英的毒性当量。

为进一步评价本方法的效果，根据GB 18484-2001危险废物焚烧污染控制标准采用色谱-质谱联用法检测烟气中二噁英的毒性当量。结果发现，废钢未经过碱液清洗和超声波处理时，烟气中二噁英的毒性当量为0.42 ng-TEQ/m³；而废钢经过碱液清洗后，烟气中二噁英的毒性当量降低到0.18 ng-TEQ/m³。

实施例4：

取来源相同的废钢，废钢先经过碱液清洗和超声波振荡处理。在废钢加入预热系统之前，将废钢分成两组进行处理，即试验组和对照组。其中，试验组是在废钢表面喷洒碱性氧化物（石灰），其喷入量大约为每吨钢3kg碱性氧化物，对照组是在废钢表面中不添加碱性氧化物；然后将这两组不同方式处理的废钢分别加入预热系统中，并测定排放烟气中二噁英的毒性当量。

为进一步评价本方法的效果，根据GB 18484-2001危险废物焚烧污染控制标准采用色谱-质谱联用法检测烟气中二噁英的毒性当量。结果发现，废钢表面未添加碱性氧化物时，烟气中二噁英的毒性当量为0.18ng-TEQ/m³；而废钢表面加入一定量的碱性氧化物后，烟气中二噁英的毒性当量降低到0.08 ng-TEQ/m³，远低于《GB28664-2012 炼钢工业大气污染物排放标准》要求的二噁英排放标准限值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。