短流程煉鋼節(jié)能、環(huán)保、優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效新工藝的制作方法
【專利摘要】短流程煉鋼節(jié)能、環(huán)保、優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效新工藝。電弧爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)，傳統(tǒng)三期操作的電弧爐煉鋼工藝，高污染、高耗能、低能效。為節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、提高效率，優(yōu)化設(shè)計(jì)了短流程煉鋼節(jié)能、環(huán)保的高效新工藝。通過強(qiáng)化用氧、噴粉增碳，控制爐內(nèi)二次燃燒，增加熔池的化學(xué)顯熱，節(jié)約電能，加速?gòu)U鋼熔化，提高效率，使電弧爐的功能分化成為高效的初煉裝置，為后續(xù)爐外精煉、連鑄連軋工序順暢釋放產(chǎn)能提供保障，從源頭治理的工藝過程，使之成為環(huán)境友好，節(jié)能減排，綠色制造的典范。
【專利說明】
短流程煉鋼節(jié)能、環(huán)保、優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效新工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]電弧爐煉鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)
[0002]背景設(shè)計(jì)
[0003]傳統(tǒng)三期操作電弧爐生產(chǎn)時(shí)，先把爐蓋旋轉(zhuǎn)開，分次加入廢鋼。在使用三相交流電弧爐時(shí)，以廢鋼為介質(zhì)在電極間產(chǎn)生高溫電弧，加熱熔化廢鋼。廢鋼熔化后在爐內(nèi)會(huì)形成空間，此時(shí)可以繼續(xù)追加廢鋼。此期間電弧是在空氣中直接觸擊到廢鋼，負(fù)荷變化很大，并產(chǎn)生巨大噪音污染。在裝完規(guī)定的出鋼量所需的廢鋼后，廢鋼完全熔化就要進(jìn)行鋼水成分調(diào)整，并將鋼液溫度提高到規(guī)定溫度。此期間有爐渣的原因:埋弧操作，負(fù)荷變化減小，噪音也降低。當(dāng)鋼液溫度達(dá)到規(guī)定時(shí)，將爐體前傾出鋼。在電弧爐中不僅能使用電弧加熱，還可通過吹氧和加入焦炭等輔助熱源，促進(jìn)廢鋼加速熔化，燃燒后的高溫CO或CO2會(huì)排至爐外。有時(shí)這些氣體溫度會(huì)高達(dá)1200°C。廢氣由于和爐外空氣接觸，會(huì)使CO產(chǎn)生二次燃燒，通過廢氣槽冷卻后，被導(dǎo)入除塵裝置。結(jié)果廢氣的高溫?zé)崮軟]有被利用就浪費(fèi)了。
[0004]多年來，電爐煉鋼專家們致力于廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)的研究，于是就產(chǎn)生了預(yù)熱廢鋼爐料的多種方式和方法。但與回收效果相比，不僅增加維修費(fèi)用，并且因廢鋼中含油、塑料和橡膠等雜質(zhì)的不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生白煙和惡臭等二惡英生成問題，加之近來對(duì)環(huán)保的日益嚴(yán)格管控，因此目前傳統(tǒng)三期操作的電爐幾乎不能再使用這類廢鋼預(yù)熱回收裝置。
[0005]電弧爐煉鋼期間產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵泻写罅康娘@能和化學(xué)熱，電弧爐用氧不斷強(qiáng)化，產(chǎn)生大量高溫?zé)煔馐篃釗p失增加，噸鋼帶走熱量超過150KW.h/to這是電弧爐冶煉過程中最大一部分能量損失，充分回收該部分能量來預(yù)熱廢鋼鐵料可以大幅度降低電能消耗。
[0006]利用煙氣所攜帶的熱量來預(yù)熱廢鋼是電弧爐煉鋼節(jié)能降耗的重要措施之一。
[0007]社會(huì)的進(jìn)步和人類需求的不斷增長(zhǎng)，各國(guó)鋼鐵的歷史積累量達(dá)到十分可觀的程度，并仍以極快的速度增加。
[0008]自從有鋼鐵產(chǎn)品以來，按全球所生產(chǎn)的粗鋼逐年相加，所得的鋼產(chǎn)量累計(jì)到2013年已超過500億噸。
[0009]隨著全世界鋼產(chǎn)量累計(jì)的不斷增加，廢鋼鐵資源逐年遞增，不斷產(chǎn)生的廢鋼鐵通過經(jīng)濟(jì)的回收、回爐熔煉可反復(fù)使用。從某種意義上講，這是一個(gè)無窮無盡的鐵資源。
[0010]廢鋼作為有效資源載能體，用作鋼鐵生產(chǎn)中可以重復(fù)回收利用的原料，具有較多的優(yōu)勢(shì)。
[0011]作為二次鐵資源的廢鋼鐵是人類活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物，這種廢棄物會(huì)隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速而逐漸增多。
[0012]回收利用廢鋼鐵不僅可以改善和凈化環(huán)境，節(jié)約一次性鐵資源，而且還可以降低生產(chǎn)成本。
[0013]從工業(yè)和商業(yè)角度看，廢鋼工業(yè)目前正趨向于鋼產(chǎn)品制造業(yè)的中心，附近興建大規(guī)模的廢鋼收集和處理、加工的基地，具有很強(qiáng)的區(qū)域集中的特點(diǎn)，這樣做既可以解決大量的運(yùn)輸問題，同時(shí)也解決了廢鋼鐵堆積占地和環(huán)境污染問題。
[0014]現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)的成熟期需經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)的歷史階段。即使礦石、焦煤等資源枯竭，廢鋼成為唯一原料，在原料方面依然是鐵素體材料加碳素材料，廢鋼成為唯一的鐵素原料，目前在廢鋼資源豐富的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)施了噴粉加入碳素原料的形式。
[0015]廢鋼循環(huán)過程中，有害殘存元素的富集問題，鋼鐵產(chǎn)品中銅、錫、砷、銻、鉍等殘存元素對(duì)力學(xué)性能的危害作用已經(jīng)被越來越清晰的認(rèn)識(shí)。
[0016]隨著純凈鋼概念的提出，殘存有害元素的總量將要求降低至0.0050% -0.010%(50-100PPM)以下。這樣除了對(duì)冶煉工藝提出新的要求外，對(duì)原料的純凈性也將進(jìn)一步提高。但另一方面，連鑄比的不斷增加，使優(yōu)質(zhì)返回廢鋼的比例日趨減少，混雜的社會(huì)回收廢鋼的比例逐年增加。尤其是汽車、家電等產(chǎn)品的電子組件中廣泛使用各種有色金屬，加之磁性材料和復(fù)合材料的大量使用，使得難以解體分離的產(chǎn)品不斷的增加。
[0017]這就使回收的廢金屬中含有較多的雜質(zhì)。如銅含量可以達(dá)到0.4-2.5% ;錫含量大于0.3%。這種不斷循環(huán)富集的趨勢(shì)使廢鋼中有害殘存元素的控制越來越困難。
[0018]從短期看，電爐煉鋼廠推廣熱裝高爐鐵水技術(shù)可將鋼水的雜質(zhì)元素含量降到容許的范圍內(nèi)，也能在一定程度上緩解廢鋼短缺和廢鋼價(jià)格高的問題。
[0019]從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，是擴(kuò)大了金屬的污染面和增加了以后循環(huán)使用時(shí)處理的難度。
[0020]此外，鐵水稀釋法只利用了其中的黑色金屬，而大量Cu、Sn、As、Sb、B1、Cr、N1、Mo，等有價(jià)元素?zé)o法得到有效利用。
[0021]現(xiàn)代化高性能新鋼種對(duì)鋼中有害元素的控制已不只限于S、0、P、H、N，，還必須考慮Cu、Pb、Sn、As等殘余有害元素的影響，鋼液脫除技術(shù)是最適于大規(guī)模生產(chǎn)的殘余有害元素處理方法，可與煉鋼過程同步進(jìn)行，但此方法尚需進(jìn)一步研究與探討。用廢鋼破碎分離技術(shù)進(jìn)行固態(tài)廢鋼預(yù)處理是明智選擇。
[0022]為增加物理熱，采用廢鋼預(yù)熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是眾所周知的，這是國(guó)外冶金工作者的貢獻(xiàn)，電爐加部分鐵水冶煉是中國(guó)冶金工作者對(duì)現(xiàn)代電爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的貢獻(xiàn)。
[0023]用熔融還原生產(chǎn)鐵水代替高爐鐵水，有利于資源利用和環(huán)保，是一種技術(shù)進(jìn)步，DRI/HBI作為生鐵的代用品，有利于環(huán)境保護(hù)，也是一種技術(shù)進(jìn)步。
[0024]從環(huán)保角度看，廢鋼預(yù)熱必須考慮排放廢氣中有害氣體CO、二噁英(D1xin)和呋喃(Funan)等含量，料藍(lán)預(yù)熱因有害氣體超標(biāo)被淘汰，Ecoarc技術(shù)和德國(guó)巴登鋼廠電爐技術(shù)可使二噁英和呋喃排放量低于0.1ngTEQ/m3 (標(biāo)志)，滿足日本和歐洲有關(guān)環(huán)保要求，成為環(huán)境友好的電爐技術(shù)，同時(shí)Ecoarc電爐在全廢鋼冶煉條件下，冶煉同期縮短到35min，電耗在氧耗為30m3/t(標(biāo)志)條件下達(dá)到250kw.h/t，生產(chǎn)率達(dá)到100t/h.
[0025]現(xiàn)代電爐的冶煉周期已達(dá)到30min以內(nèi)，與轉(zhuǎn)爐冶煉周期相當(dāng)，可以與連鑄匹配，實(shí)現(xiàn)多爐連澆。
[0026]爐料中的高配碳和采用超聲速水冷氧槍強(qiáng)化吹氧助熔，使現(xiàn)代電弧爐中元素氧化產(chǎn)生的熱量占總熱量輸入的1/3左右，燃料一一氧氣燒嘴又能提供10% -20%的能量輸入，這些都可以明顯降低電能的消耗。
[0027]在電弧爐中以煤、燃油和天然氣等一次能源代替電能可提高能源綜合利用率。由于高配碳和強(qiáng)化吹氧操作所產(chǎn)生的大量CO氣體，二次燃燒將其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，并有利于爐氣的安全排放。
[0028]但是爐內(nèi)的二次燃燒只能將CO轉(zhuǎn)化為CO2中大約30 %的熱量傳遞給熔池，其余熱量留在排氣中。通過廢鋼預(yù)熱則可以回收爐氣中約50%的顯熱。
[0029]電爐從誕生至今已超過100年，在這一百多年中，電爐的設(shè)備、工藝技術(shù)在不斷發(fā)展，產(chǎn)量不斷地提高，廢鋼一一電爐煉鋼流程顯示出經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境優(yōu)勢(shì)，有利于鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
[0030]人類生存與繁衍離不開周圍環(huán)境，環(huán)境對(duì)人類生存和發(fā)展至關(guān)重要，因此節(jié)能與環(huán)保是永恒的主題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031]利用回轉(zhuǎn)窯作為爐料加入和預(yù)熱裝置，把排出電弧爐的的高溫?zé)煔庵锌扇疾糠诌M(jìn)行再次燃燒消除污染，預(yù)熱爐料通過控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氣氛把爐料中氧化鐵還原，增加金屬收侍率。
[0032]鐵氧化物還原反應(yīng)化學(xué)式為:
[0033]Fe0+C0 = MFe+CO2
[0034]發(fā)明電弧爐加料裝置利用豎爐，并把豎爐作為二次燃燒的反應(yīng)空間，以保證高配碳、強(qiáng)化用氧時(shí)產(chǎn)生過量一氧化碳在熔池上部燃燒放熱，增加熔池化學(xué)顯熱，節(jié)約電能。還利于爐內(nèi)氣體的安全排出。
[0035]碳氧反應(yīng)化學(xué)式:
[0036]C+202= C0+C02
[0037]發(fā)明電弧爐頂旋轉(zhuǎn)布料裝置，防止廢鋼料層突然塌落碰斷電極，并且布料均勻，形成平穩(wěn)熔池，對(duì)電網(wǎng)的沖擊小，全封閉設(shè)計(jì)使?fàn)t內(nèi)高溫?zé)煔庵荒芡ㄟ^布料倉(cāng)中料層，進(jìn)行熱交換后才能排出電弧爐，進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。高溫?zé)彷椛鋼p失降至最低，對(duì)電弧爐耐材消耗有較大益處。
[0038]發(fā)明利用氣體密封技術(shù)，使回轉(zhuǎn)窯和豎爐連接處正壓操作杜絕煙氣外逸，改善工作條件、保護(hù)環(huán)境防止大氣污染，從源頭治理達(dá)到環(huán)境友好、綠色制造的鋼鐵生產(chǎn)工藝。
[0039]發(fā)明了電弧爐底出鋼裝置，使電弧爐的制造、維護(hù)非常簡(jiǎn)單，提高電弧爐生產(chǎn)效率，避免了爐體傾動(dòng)出鋼的機(jī)械故障，為安全生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。
[0040]傳統(tǒng)三期操作電弧爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)2.6.6，即冶煉周期200多分鐘，電能單耗600多度，電極單耗6點(diǎn)幾公斤。
[0041]現(xiàn)代電弧爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6.4.2，即冶煉周期60多分鐘左右，電耗400度左右，電極單耗2公斤左右。
[0042]連續(xù)預(yù)熱電爐，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5.3.1，即冶煉周期50多分鐘左右，電耗300多度，電極單耗I點(diǎn)幾公斤左右。
[0043]短流程煉鋼節(jié)能、環(huán)保、優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效新工藝，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)3.2.1，即冶煉周期30分鐘左右，電耗200多度電極單耗I點(diǎn)幾公斤左右。
[0044]利用成熟的回轉(zhuǎn)窯作為爐料預(yù)熱和電弧爐煙氣處理的裝置，在爐頂設(shè)置豎爐作為加入廢鋼爐料的加料器，并為二次燃燒提供反應(yīng)空間，增加下方熔池化學(xué)顯熱，底出鋼操作為電弧爐設(shè)備的制造、維護(hù)提供了良好安全的工藝條件。達(dá)到高效率、高質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保的技術(shù)水平，是依靠多項(xiàng)先進(jìn)的綜合技術(shù)改造得以完成。
[0045]最近幾年新爐型、新工藝層出不窮，同時(shí)也為其發(fā)展創(chuàng)新提供了廣闊空間。
[0046]技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大幅提高，噸鋼電耗降到300KW.h以內(nèi)。
[0047]噸鋼電極消耗降到I公斤多一點(diǎn)，出鋼時(shí)間降到四十多分鐘。
[0048]能獲得如此大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果，不是靠單一的技術(shù)改進(jìn)就能實(shí)現(xiàn)的，而是多項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用，既有設(shè)備方面，也有工藝方面，特別是替代能源的大量應(yīng)用，是電能與化學(xué)能綜合應(yīng)用。交、直流電弧爐轉(zhuǎn)爐化操作的時(shí)代。
【具體實(shí)施方式】
[0049]把現(xiàn)有電弧爐煉鋼由“老三期”工藝改進(jìn)到無還原期冶煉新工藝。解決電弧爐煉鋼技術(shù)在發(fā)展中遇到的低效率、高耗能、高污染等問題，依靠電弧爐煉鋼生產(chǎn)廠和設(shè)備制造商之間通力合作。為工藝技術(shù)設(shè)備日益老化落后的電弧爐煉鋼車間進(jìn)行現(xiàn)代化改造，通過培養(yǎng)訓(xùn)練有素、經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員，掌握最新工藝技術(shù)是取得成功的關(guān)鍵。
[0050]把現(xiàn)存電弧爐煉鋼車間改造成為現(xiàn)代化，生產(chǎn)成本低的高效率、高質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保的短流程煉鋼車間，是21世紀(jì)賦予鋼鐵工業(yè)的重大歷史使命。
【附圖說明】
本發(fā)明專利的附圖為該工藝流程的剖面示意圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.電弧爐、豎爐、回轉(zhuǎn)窯、廢氣處理設(shè)備、整體優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。2.在回轉(zhuǎn)窯、豎爐設(shè)置電磁制動(dòng)器EMBR，控制廢鋼料層、加入速度、預(yù)熱溫度技術(shù)。3.利用熔池高溫反應(yīng)產(chǎn)生過剩CO，作為預(yù)熱廢鋼爐料二次燃燒的綜合能源利用技術(shù)。4.爐內(nèi)高溫?zé)煔庥酂崂?，通過氧燃燒嘴控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)還原氣氛，選擇性還原回收鋅類合金技術(shù)。5.回轉(zhuǎn)窯和豎爐連接處氣體密封，豎爐和爐蓋水冷設(shè)計(jì)方案。6.根據(jù)所煉鋼種，利用現(xiàn)有原料，自動(dòng)配料、最低成本智能化煉鋼并設(shè)定最佳熔化比重技術(shù)。
【文檔編號(hào)】C21C5/52GK105886698SQ201510043206
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月24日
【發(fā)明人】魏鵬
【申請(qǐng)人】魏鵬