一种利用无烟煤降低Consteel电炉全废钢冶炼成本的方法转让专利
申请号 : CN202111430960.8
文献号 : CN114085949B
文献日 : 2023-04-21
发明人 : 都海龙 , 时进吉 , 朱荣 , 王健 , 张蕊红 , 赵玮烨 , 宋斌 , 李亚超 , 田鹏 , 时珏
申请人 : 山西晋煤集团技术研究院有限责任公司
摘要 :
一种利用无烟煤降低Consteel电炉全废钢冶炼成本的方法，属于钢铁冶金技术领域，可解决现有Consteel电炉生产成本高的问题，本发明通过在Consteel电炉冶炼过程不同阶段配加不同粒度、不同量的无烟煤，结合供氧曲线，实现无烟煤利用率的最优化，利用无烟煤成本低，热值高，灰分低等特点，提高钢液质量，降低生产成本。
权利要求 :
1.一种利用无烟煤降低Consteel电炉全废钢冶炼成本的方法，所述Consteel电炉全废钢冶炼过程分为起弧期、穿井期、熔氧期和出钢期，其中，熔氧期分为MS1‑MS6六个阶段；所述Consteel电炉为全废钢冶炼，不配加生铁和铁水，电炉的出钢量为60t；所述出钢期，炉底3
喷枪停止喷吹CO2，开始喷吹Ar，喷吹流量为30‑40Nm/h；出钢后，停炉期间，炉底喷枪停止喷3
吹Ar，开始喷吹O2，气体流量为30Nm/h；
其特征在于：所述利用无烟煤降低Consteel电炉全废钢冶炼成本的方法，包括如下步骤：MS1阶段，加入300‑450kg粒径为10‑15cm的无烟煤块，侧吹氧枪喷吹氧气流量为1500‑
3 3
3000Nm/h，炉门氧枪的氧气流量为3000‑3500Nm/h，炉门碳枪的流量为0‑20kg/min，底吹Ar3
的流量为50‑70Nm/h；
3
MS2阶段，加入300‑450kg粒径为3‑5cm的无烟煤块，侧吹氧枪喷吹氧气流量为2500Nm /3
h，炉门氧枪的氧气流量为2500‑3000Nm /h，炉门碳枪的流量为0‑30kg/min，底吹Ar的流量3
为50‑70Nm/h；
MS3阶段，侧喷碳枪开启，喷吹粒径小于5mm的无烟煤粉，流量为0‑90kg/min，侧吹氧枪
3 3
流量为2500‑3000Nm /h，炉门氧枪的氧气流量为3000Nm /h，炉门碳枪喷吹无烟煤粉流量为3
60‑90kg/min，底吹气体为CO2和Ar，底吹流量为120Nm /h，其中CO2比例为50％，Ar比例为
50％；
3
MS4阶段，喷吹无烟煤粉流量为20～30kg/min，侧吹氧气流量为1500‑2000Nm/h，炉门氧
3 3
枪的氧气流量为2000‑2500Nm /h，底吹气体为CO2和Ar，底吹流量为120Nm /h，其中CO2比例为75％，Ar比例为25％；
3
MS5阶段，喷吹无烟煤粉流量为0‑20kg/min，侧吹氧枪的流量为500‑1000Nm /h，炉门氧3
枪停止喷吹氧气，底吹气体全部为CO2，流量为120‑160Nm/h；
3
MS6阶段，停止喷吹无烟煤粉，侧吹氧枪的氧气流量为300Nm /h，底吹CO2的流量为60‑3
80Nm/h。
说明书 :
一种利用无烟煤降低Consteel电炉全废钢冶炼成本的方法
技术领域
[0001] 本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种利用无烟煤降低Consteel电炉全废钢冶炼成本的方法。
背景技术
[0002] Consteel电炉是20世纪90年代兴起的一种新型电炉炼钢技术，该技术具有连续加料、连续预热、连续熔化、连续冶炼的特点，并且具有冶炼周期短、冶炼能耗低、冶炼噪音小、投资成本低等优点。
[0003] Consteel电炉利用电弧直接加热废钢，对于电能的消耗巨大，并且冶炼周期相比于转炉来说较长，目前，国内Consteel电炉全废钢冶炼周期在55min左右，电耗在420Kwh/t左右；随着Consteel电炉的发展，进一步降低冶炼能耗，提高冶炼效率成为其发展的方向，部分钢厂的入炉炉料由全废钢转变为废钢加铁水，通过高温铁水加速熔化废钢，该操作明显缩短了电炉冶炼周期。另外，通过向钢液中添加煤炭、石灰等辅料制造泡沫渣，将电极所产生的电弧覆盖，从而提高传热效率，降低热量损失;但是煤炭含碳量在60%左右，含杂质量较高，进一步影响钢液的质量。
[0004] 中国专利CN202010973293.7发明了一种降低电炉电耗的方法，通过留钢操作，冶炼过程向炉内添加辅料、控制钢渣碱度以及终点温度，实现电炉电耗降低40kwh/t。中国专利CN110551871A发明了一种能缩短Consteel电炉冶炼周期的方法，将冶炼过程细分为化渣阶段、脱磷阶段和吹碳升温阶段，通过分阶段控温和二次造渣脱磷处理缩短冶炼周期，降低成本。中国专利CN112609038A发明了一种电弧炉冶炼能量输入控制方法，通过选定并优化不同阶段的供电方案，得到更佳合理的供电制度，从而节约电耗。中国专利CN109022675A发明了一种全废钢电弧炉冶炼化学能供能方法，通过合理控制吹氧的强度和节奏，并配合喷吹无烟煤粉实现冶炼电能消耗，减少电极和耐材的消耗。
[0005] 目前，留钢操作普遍应用于Consteel电炉生产，而二次造渣脱磷操作在脱磷仍未达标时，需要再次造渣脱磷，这将影响整体的冶炼周期，并且喷吹无烟煤粉相对较高，因此进一步降低生产成本，成为Consteel电炉生产需要解决的问题。
发明内容
[0006] 本发明针对现有Consteel电炉生产成本高的问题，提供一种利用无烟煤降低Consteel电炉全废钢冶炼成本的方法，通过在冶炼的不同阶段加入不同粒度大小和不同量的无烟煤，结合供氧曲线，实现无烟煤利用率最优化，利用无烟煤加速废钢的熔化，并且无烟煤的碳含量高、灰成分含量低，利于快速造泡沫渣，提高金属收得率和冶炼钢水质量，从而降低生产成本。
[0007] 本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种利用无烟煤降低Consteel电炉全废钢冶炼成本的方法，所述Consteel电炉全废钢冶炼过程分为起弧期、穿井期、熔氧期和出钢，其中，熔氧期分为MS1‑MS6六个阶段，MS1MS2阶段，添加块状无烟煤，侧吹氧枪和炉门碳氧枪喷吹氧气，碳氧反应加剧，使废钢快速~熔化、钢液增碳，底吹喷枪喷吹Ar，增强熔池搅拌，防止底吹孔堵塞；MS3 MS4阶段，侧吹碳枪~
喷吹无烟煤粉，侧吹氧枪喷吹氧气，维持泡沫渣的高度，底吹喷枪喷吹Ar和CO2混合气体，提高搅拌强度和脱磷率；MS5~MS6阶段，底吹喷枪喷吹CO2，加强底吹搅拌，降低炉底温度，提高炉底耐材寿命，降低熔池CO分压，进一步脱除钢液中的碳。
喷吹无烟煤粉，侧吹氧枪喷吹氧气，维持泡沫渣的高度，底吹喷枪喷吹Ar和CO2混合气体，提高搅拌强度和脱磷率；MS5~MS6阶段，底吹喷枪喷吹CO2，加强底吹搅拌，降低炉底温度，提高炉底耐材寿命，降低熔池CO分压，进一步脱除钢液中的碳。
[0009] 进一步地，所述熔化期MS1~MS6共六个阶段中无烟煤、CO2/Ar/O2、氧气的具体工艺参数如下：
[0010] MS1阶段，加入300‑450kg大无烟块煤（粒径为10‑15cm），侧吹氧枪喷吹氧气流量3 3
1500‑3000Nm/h，炉门氧枪的氧气流量为3000‑3500 Nm/h，炉门碳枪流量0 20 kg/min，底~
3
吹氩气流量为50‑70Nm/h。
1500‑3000Nm/h，炉门氧枪的氧气流量为3000‑3500 Nm/h，炉门碳枪流量0 20 kg/min，底~
3
吹氩气流量为50‑70Nm/h。
[0011] MS2阶段，加入300‑450kg小块无烟煤（粒径为3‑5cm），侧吹氧枪流量为2500 Nm3/3
h，炉门氧枪的氧气流量为2500‑3000 Nm /h，炉门碳枪流量0 30 kg/min，底吹氩气流量为
3 ~
50‑70Nm /h，在MS1阶段参数的基础上，降低了无烟煤的粒度，和炉门氧枪的氧气流量，提高了供电强度，加快泡沫渣的形成，减少电能的损失，进一步地加速废钢的熔化。
h，炉门氧枪的氧气流量为2500‑3000 Nm /h，炉门碳枪流量0 30 kg/min，底吹氩气流量为
3 ~
50‑70Nm /h，在MS1阶段参数的基础上，降低了无烟煤的粒度，和炉门氧枪的氧气流量，提高了供电强度，加快泡沫渣的形成，减少电能的损失，进一步地加速废钢的熔化。
[0012] MS3阶段，侧喷碳枪开启，喷吹无烟煤粉（粒径小于5mm）流量为0 90kg/min，侧吹氧~3 3
枪流量为2500‑3000 Nm/h，炉门氧枪的氧气流量为3000 Nm/h，炉门碳枪喷吹无烟煤粉流
3
量为60‑90 kg/min，底吹气体为CO2和Ar，底吹流量为120 Nm/h，其中CO2比例为50%，Ar比例为50%，在MS2阶段参数的基础上，改为喷吹粉状无烟煤，提高炉门氧枪的氧气喷吹流量，底吹气体中混入一定比例CO2，进一步地提高供电强度，增加泡沫渣高度，加强熔池搅拌，降低熔池中CO分压，增强脱碳效果，并且利用CO2弱降温效果，降低炉底耐材的侵蚀，提高电炉炉龄。
枪流量为2500‑3000 Nm/h，炉门氧枪的氧气流量为3000 Nm/h，炉门碳枪喷吹无烟煤粉流
3
量为60‑90 kg/min，底吹气体为CO2和Ar，底吹流量为120 Nm/h，其中CO2比例为50%，Ar比例为50%，在MS2阶段参数的基础上，改为喷吹粉状无烟煤，提高炉门氧枪的氧气喷吹流量，底吹气体中混入一定比例CO2，进一步地提高供电强度，增加泡沫渣高度，加强熔池搅拌，降低熔池中CO分压，增强脱碳效果，并且利用CO2弱降温效果，降低炉底耐材的侵蚀，提高电炉炉龄。
[0013] MS4阶段，喷吹无烟煤粉流量为20 30kg/min，侧吹氧气流量为1500‑2000 Nm3/h，~3 3
炉门氧枪的氧气流量为2000‑2500Nm/h，底吹气体流量为120 Nm/h，其中CO2比例为75%，Ar比例为25%，在MS3阶段参数的基础上，降低喷吹无烟煤粉量，降低侧吹氧气和炉门氧枪流量，提高底吹气体CO2的混入比例，保持供电强度不变，维持泡沫渣的高度，改善钢液的脱碳的动力学，增强钢液脱碳。
炉门氧枪的氧气流量为2000‑2500Nm/h，底吹气体流量为120 Nm/h，其中CO2比例为75%，Ar比例为25%，在MS3阶段参数的基础上，降低喷吹无烟煤粉量，降低侧吹氧气和炉门氧枪流量，提高底吹气体CO2的混入比例，保持供电强度不变，维持泡沫渣的高度，改善钢液的脱碳的动力学，增强钢液脱碳。
[0014] MS5阶段，喷吹无烟煤粉流量为0 20kg/min，侧吹氧枪的氧气流量为500‑1000 ~3 3
Nm/h，炉门氧枪停止喷吹氧气，底吹气体全部CO2，流量为120 Nm/h，在MS4阶段参数的基础上，降低喷吹无烟煤粉量，降低侧吹氧气流量。
Nm/h，炉门氧枪停止喷吹氧气，底吹气体全部CO2，流量为120 Nm/h，在MS4阶段参数的基础上，降低喷吹无烟煤粉量，降低侧吹氧气流量。
[0015] MS6阶段，停止喷吹无烟煤粉，侧吹氧枪的氧气流量为300 Nm3/h，底吹CO2流量降至3
60‑80 Nm/h，降低搅拌强度，减少热量损失。
60‑80 Nm/h，降低搅拌强度，减少热量损失。
[0016] 进一步地，所述Consteel电炉为全废钢冶炼，不配加生铁和铁水，电炉出钢量为60t。
[0017] 进一步地，所述出钢期，炉底喷枪停止喷吹CO2，开始喷吹Ar，喷吹流量为30‑40 3
Nm/h。
Nm/h。
[0018] 进一步地，所述停炉期间，炉底喷枪停止喷吹Ar，开始喷吹喷吹O2，气体流量为30 3
Nm/h。
Nm/h。
[0019] 本发明的有益效果如下：
[0020] 1.本发明通过使用无烟煤替代普通煤炭，无烟煤粉代替普通碳粉，并且分阶段加入不同粒度无烟煤，结合供氧供电曲线，实现无烟煤利用率最优化，减少煤碳用量，提高钢液质量，吨钢电耗由420 kwh/t降低至370 kwh/t。
[0021] 2. 本发明采用底吹CO2/Ar/O2，增强熔池的搅拌，使钢液终点温度均匀，并通过CO2的弱吸热效应，降低炉底耐材的侵蚀，提高电炉炉龄，电炉炉龄由323炉次增加至329炉次。
附图说明
[0022] 图1为60t电炉各个工艺参数曲线。
[0023] 图2为90t电炉各个工艺参数曲线。
具体实施方式
[0024] 为使本发明的目的、技术方案和有点更加清晰可见，下面结合附图和本发明中的实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，仅用此实施例解释本发明，并不用于限定本发明。本领域普通技术人员基于本发明实施例所得到的其他实施例，均属于本发明保护范围。
[0025] 实施例1
[0026] 本发明应用于60t Consteel全废钢冶炼电炉，熔化期阶段，侧吹氧枪喷吹纯O2，流3
量为500~2500 Nm/h，底吹Ar、CO2、O2、Ar/CO2混合气,底吹Ar流量为0~60 Nm3/h，底吹CO2流
3 3
量为0~120 Nm/h，底吹Ar/CO2混合气流量为120 Nm/h，Ar/CO2混合比为0.3~1，底吹O2流量
3
为0 30 Nm/h。具体喷吹工艺参数如图1所示。
~
量为500~2500 Nm/h，底吹Ar、CO2、O2、Ar/CO2混合气,底吹Ar流量为0~60 Nm3/h，底吹CO2流
3 3
量为0~120 Nm/h，底吹Ar/CO2混合气流量为120 Nm/h，Ar/CO2混合比为0.3~1，底吹O2流量
3
为0 30 Nm/h。具体喷吹工艺参数如图1所示。
~
[0027] 详细冶炼过程为：
[0028] （1）上一炉留钢20t，废钢加入完毕后，0 5min降电极起弧和穿井，底吹Ar气流量为~30 Nm3/h。
[0029] （2）6~13min为MS1阶段，顶加300kg大块无烟煤，侧吹O2流量2500 Nm3/h，炉门氧枪3 3
喷吹O2流量3000 Nm/h，炉门碳枪流量10 kg/min，底吹Ar流量50 Nm/h。
喷吹O2流量3000 Nm/h，炉门碳枪流量10 kg/min，底吹Ar流量50 Nm/h。
[0030] （3）14~19min为MS2阶段，顶加300kg小块无烟煤，侧吹O2流量2500 Nm3/h，炉门氧枪3 3
流量2500 Nm/h，炉门碳枪流量15 kg/min，底吹Ar流量50 Nm/h。
流量2500 Nm/h，炉门碳枪流量15 kg/min，底吹Ar流量50 Nm/h。
[0031] （4）20~24min为MS3阶段，开始喷吹无烟煤粉，流量为60kg/min，侧吹O2流量3 3 3
2500Nm /h，炉门氧枪流量3000 Nm/h，炉门碳枪流量60 kg/min，底吹流量120 Nm/h，其中
3 3
底吹Ar流量60 Nm/h，底吹CO2流量60 Nm/h。
2500Nm /h，炉门氧枪流量3000 Nm/h，炉门碳枪流量60 kg/min，底吹流量120 Nm/h，其中
3 3
底吹Ar流量60 Nm/h，底吹CO2流量60 Nm/h。
[0032] （5）25~29min为MS4阶段，无烟煤粉喷吹流量由60 kg/min降低至30kg/min，侧吹O23 3 3
流量1500 Nm /h，炉门氧枪流量2000 Nm/h，底吹气体为Ar和CO2，流量分别为30 Nm/h和90
3
Nm/h。
流量1500 Nm /h，炉门氧枪流量2000 Nm/h，底吹气体为Ar和CO2，流量分别为30 Nm/h和90
3
Nm/h。
[0033] （6）30 37min为MS5阶段，侧吹氧气流量500 Nm3/h，喷吹无烟煤流量为10kg/min，~依据炉况调整，底吹CO2气体，流量为120 Nm3/h。
[0034] （7）38~42min为MS6阶段，侧吹O2流量为300 Nm3/h，底吹CO2流量降至60 Nm3/h。
[0035] （8）43 45min为出钢阶段，停止供电，底吹气体切换成Ar，底吹流量为30 Nm3/h。~
[0036] 采用本发明方法后，无烟煤用量减少200kg，渣中铁含量降低6%，钢中夹杂物略有下降，电耗由420kwh/t降低至380kwh/t。
[0037] 实施例2
[0038] 本发明应用于90t Consteel全废钢冶炼电炉，熔化期阶段，侧吹氧枪喷吹纯O2，流3 3
量为500~3000 Nm /h，底吹Ar、CO2、O2、Ar/CO2混合气，底吹Ar流量为0~80 Nm/h，底吹CO2流
3 3
量为0~150 3Nm/h，底吹Ar/CO2混合气流量为160 Nm/h，Ar/CO2混合比为0.3~1，底吹O2流量为0 50 Nm/h。具体喷吹工艺参数如图2所示。
~
量为500~3000 Nm /h，底吹Ar、CO2、O2、Ar/CO2混合气，底吹Ar流量为0~80 Nm/h，底吹CO2流
3 3
量为0~150 3Nm/h，底吹Ar/CO2混合气流量为160 Nm/h，Ar/CO2混合比为0.3~1，底吹O2流量为0 50 Nm/h。具体喷吹工艺参数如图2所示。
~
[0039] （1）详细冶炼过程为：上一炉留钢35t，废钢加入完毕后，0 7min降电极起弧和穿~3
井，底吹Ar气流量为40 Nm/h。
井，底吹Ar气流量为40 Nm/h。
[0040] （2）8~16min为MS1阶段，顶加450kg大块无烟煤，侧吹O2流量3000 Nm3/h，炉门氧枪3 3
喷吹O2流量3500 Nm/h，炉门碳枪流量20 kg/min，底吹Ar流量70 Nm/h。
喷吹O2流量3500 Nm/h，炉门碳枪流量20 kg/min，底吹Ar流量70 Nm/h。
[0041] （3）17~23min为MS2阶段，顶加450kg小块无烟煤，侧吹O2流量2500 Nm3/h，炉门氧枪3 3
流量3000 Nm/h，炉门碳枪流量30kg/min，底吹Ar流量70 Nm/h。
流量3000 Nm/h，炉门碳枪流量30kg/min，底吹Ar流量70 Nm/h。
[0042] （4）24 29min为MS3阶段，开始喷吹无烟煤粉，流量由0 kg/min逐渐增加至90kg/~3 3
min，侧吹O2流量3000Nm/h，炉门氧枪流量3000 Nm/h，炉门碳枪流量90 kg/min，底吹流量
3 3 3
120Nm/h，其中底吹Ar流量60 Nm/h，底吹CO2流量60 Nm/h。
min，侧吹O2流量3000Nm/h，炉门氧枪流量3000 Nm/h，炉门碳枪流量90 kg/min，底吹流量
3 3 3
120Nm/h，其中底吹Ar流量60 Nm/h，底吹CO2流量60 Nm/h。
[0043] （5）29 36min为MS4阶段，无烟煤粉喷吹流量由80 kg/min逐渐降低至30kg/min，侧~3 3 3
吹O2流量2000 Nm/h，炉门氧枪流量2500 Nm/h，底吹气体为Ar和CO2，流量分别为40Nm /h和
3
120 Nm/h。
吹O2流量2000 Nm/h，炉门氧枪流量2500 Nm/h，底吹气体为Ar和CO2，流量分别为40Nm /h和
3
120 Nm/h。
[0044] （6）37 43min为MS5阶段，侧吹氧气流量1000 Nm3/h，喷吹无烟煤流量0 20kg/min，~ ~3
依据炉况调整，底吹CO2气体，流量为160 Nm/h。
依据炉况调整，底吹CO2气体，流量为160 Nm/h。
[0045] （7）44~49min为MS6阶段，侧吹O2流量为300 Nm3/h，底吹CO2流量降至80Nm3/h。
[0046] （8）50 55min为出钢阶段，停止供电，底吹气体切换成Ar，底吹流量为40 Nm3/h。~
[0047] 采用本发明方法后，无烟煤用量减少400kg，渣中铁含量降低5%，电耗由390kwh/t降低至360kwh/t。钢中夹杂物含量略有下降，并显著降低炼钢成本。