一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术的方法和系统简单，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。大规模生产和推广。大规模生产和推广。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统


[0001]本专利技术属于电弧炉炼钢的
，涉及一种用于大型电弧炉的顶喷粉高效炼钢方法及系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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
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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。
[0004]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；
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。

技术实现思路

[0013]本专利技术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。
[0014]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0015]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：
[0016]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；
[0017]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；
[0018]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；
[0019]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：
[0020]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；
[0021]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
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S2，准备下一炉次喷粉，摇炉，出钢。
[0022]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
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500目。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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
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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。
[0027]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：
[0028]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
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80％，碳粉混入比例为0
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50％，除尘灰混入比例为0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
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
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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
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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
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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
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80％，碳粉混入比例为0
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50％，除尘灰混入比例为0
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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
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50％，碳粉混入比例为0
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20％，除尘灰混入比例为50
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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
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10％，碳粉混入比例为70
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95％，除尘灰混入比例为0
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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
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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
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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
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3000Nm3/h，喷吹时间为3
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25min；冷却水通道的冷却水的流量为50
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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<...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏光升，薛波涛，朱荣，苏荣芳，冯超，董凯，张洪金，李欣，韩成金，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：