一种全废钢连续炼钢系统及冶炼工艺的制作方法

本发明涉及炼钢技术领域，具体是一种全废钢连续炼钢系统及工艺。

背景技术：

目前，从废钢到成品铸坯的生产主要依赖于电弧炉炼钢系统，该系统分为电弧炉炼钢-精炼-连铸三个工序。现代电弧炉炼钢系统通过连续加料设备，实现了废钢的预热，并在一定程度上实现了电弧炉的连续加料生产，通过连铸设备实现了铸坯的连续生产，但其冶炼及运输依旧是开放式的间断生产过程。

目前，电弧炉实现了准连续加料，其代表为康斯迪电弧炉与竖式电弧炉；康斯迪电弧炉采用水平连续加料设备，在冶炼前期加料；当电弧炉达到冶炼后期时停止加料且废钢预热段中无废钢，导致高温烟气余热浪费，既降低废钢预热效果，造成了较大的能量浪费。竖式电弧炉采用连续加料竖井，其内部采用托架对废钢加料过程进行控制，其同样在冶炼前期加料，后期不加料，同时面对着废钢粘粘托架与无法实现全流程连续加料的难题。

电弧炉不同冶炼时期的供电要求不同，工作时不能稳定以变压器最大功率输出，电弧不断变化，对电网产生巨大的冲击，造成变压器利用效率低，电能质量差等问题。

电弧炉，lf炉等冶炼生产设备在不同冶炼时期的操作工艺不同，但是由于炉内状况复杂，无法进行准确判断，主要依赖工人经验进行操作，从而导致操作误差大，生产不稳定；同时，不同冶炼时期炉内状况不同，温度及成分变化巨大，且在炉内分布不均匀，造成了耐材侵蚀严重，装备过热损坏等问题，影响炉体寿命。

电弧炉炼钢系统采用间断不连续的钢包分批次进入各个生产工位，最终通过连铸设备，进行铸坯的连续生产，在钢包输送过程中不可避免的产生工序间衔接不畅，倒包，钢液暴露在空气中等状况，导致钢液有较大温降，钢液中[n]，[h]含量较高等问题；导致冶炼能耗与物耗高，产品质量低，生产成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有电弧炉炼钢系统设备及工艺的不足，提供一种稳定高效低成本高质量长寿命的全废钢连续炼钢系统及工艺，实现稳定生产，缩短产品冶炼周期，减少冶炼能耗及物耗，增加变压器的利用效率，缓解冶炼产生的电能质量问题，提高产品质量，延长设备寿命。

本发明涉及一种全废钢连续炼钢系统(见图1，图2)，包括熔炼床、精炼床，中间包以及连铸机；所述熔炼床分为连续加料竖井，熔化段与氧化段三部分，所述连续加料竖井立于熔炼床进料端上方，所述熔化段与所述氧化段之间由挡墙分开，熔炼床进料端一侧为所述熔化段，熔炼床出料端一侧为所述氧化段；所述精炼床进料端位于熔炼床出料端下方，通过出钢水口连接，所述中间包进料端位于所述精炼床出料端下方，通过长水口连接，所述连铸机位于所述中间包下方，通过浸入式水口连接。

进一步地，所述熔炼床(见图4)为密闭式结构，分为连续加料竖井，熔化段与氧化段三部分，此外还包括挡墙，挡墙通道，传输带，炉顶装料设备，烧嘴，加料口，炉壁集束氧枪，直流电极，底电极，出钢水口，出渣口及炉床盖。所述熔炼床由耐火材料砌筑；所述连续加料竖井立于熔炼床进料端上方，所述熔化段与所述氧化段之间由挡墙分开，所述挡墙上部留有烟气通道，下部砌筑所述挡墙通道连接所述熔化段与氧化段，所述挡墙通道为l型结构，通过虹吸原理出钢，可利用塞棒控制钢液流量；所述传输带为加料皮带，通向所述炉顶装料设备；所述炉顶装料设备安装在竖井顶部，将传送来的废钢装入竖井；所述烧嘴位于竖井底部；所述加料口布置在熔炼床顶部，用以投入各种辅料，可选的，将氧枪或测温取样装置或电极通过所述加料口伸入熔炼床内部；所述炉壁集束氧枪安装在熔炼床侧壁，起助熔废钢，吹炼造渣作用；所述直流电极插入所述熔化段中，与所述连续加料竖井的距离不小于2米，相应的，在所述熔化段底部设置底电极；冶炼完成的钢液经所述出钢水口流出，进入下一工位；所述出钢水口连接熔炼床与精炼床；所述出渣口布置在熔炼床侧壁，所述炉床盖位于熔炼床顶部，可以打开。

所述精炼床(见图5)为密闭式结构，包括在线喷粉装置，底吹元件，加料口，烟道，出渣口，挡渣墙，挡渣墙通道和长水口；所述精炼床由耐火材料砌筑；所述在线喷粉装置插入所述出钢水口中，向钢液中喷吹脱氧粉剂；所述底吹元件布置在精炼床底部；所述加料口布置在精炼床顶部，可选的，将氧枪或测温取样装置或电极通过所述加料口伸入精炼床内部；所述烟道位于精炼床顶部临近所述中间包一端；所述出渣口位于精炼床侧壁；在精炼床临近中间包一端筑有所述挡渣墙，所述挡渣墙下部砌筑所述挡渣墙通道连接精炼床两端，所述挡渣墙通道为l型结构，通过虹吸原理出钢，可利用塞棒控制钢液流量；所述长水口连接精炼床与中间包，伸入中间包钢液面以下。

所述中间包为密闭式结构，包括浸入式水口；所述中间包通过所述浸入式水口与所述连铸机相连接，伸入连铸机结晶器钢液面以下。

一种采用如上所述全废钢连续炼钢系统的冶炼工艺，其特征在于，通过连续加料与连铸工序的配合，保持熔炼床，精炼床与中间包中物质与能量流动的动态平衡，工艺如下：

t0～t1阶段：此阶段为废钢在连续加料竖井中预热直至进入熔化段阶段；

t1～t2阶段：此阶段为废钢在熔化段中熔化并流至氧化段阶段；

t2～t3阶段：此阶段为钢液在氧化段中流至述精炼床阶段；

t3～t4阶段：此阶段为钢液在精炼床中流至中间包阶段；

t4～t5阶段：此阶段为钢液进入中间包至形成铸坯阶段。

在冶炼过程中，废钢由皮带传输加入所述连续加料竖井，自顶端下降过程中与高温烟气接触，进行预热，直至落入所述熔化段中，在熔化段中熔化为钢液；熔化的钢液在所述氧化段中吹氧初炼，初炼完成的钢液通过所述出钢水口并在其中喷吹脱氧粉剂，之后流至所述精炼床中，进行精炼，达到符合要求的温度成分；完成精炼后的钢液经所述长水口流至所述中间包，在其中均匀钢液温度成分，进一步的，均匀合格的钢液经所述浸入式水口流至所述连铸机结晶器中，最终得到合格成品铸坯。

进一步地，所述熔化段与氧化段在冶炼过程中所产生的高温烟气统一经所述烧嘴二次燃烧，进入所述连续加料竖井中预热废钢并排出；所述精炼床在冶炼过程中产生的烟气由所述烟道排出。

进一步地，在冶炼过程中，向所述熔化段中输入电能与化学能，熔化废钢并升温；向所述氧化段中输入化学能，冶炼钢液并升温；可选的，通过所述加料口和/或所述加料口向所述熔炼床和/或所述精炼床中伸入直流电极，并在所述熔炼床和/或所述精炼床底部配置底电极，向钢液中输入电能，对钢液加热升温。

进一步地，t0～t1阶段时间控制在5-20min；t1～t2阶段时间控制在10-30min；t2～t3阶段时间控制在10-30min；t3～t4阶段时间控制在20-50min；t4～t5阶段时间控制在5-20min。

进一步地，在t0～t1阶段具体工艺为：废钢进入连续加料竖井中，随时间下降至熔化段中，之后使用烧嘴对熔炼床烟气进行二次燃烧，高温烟气进入竖井中加热废钢；在t1～t2阶段具体工艺为：通电熔化废钢，使用炉壁集束氧枪助熔或造渣，通过加料口加入石灰，碳粉等辅料，控制出渣口自动流渣；在t2～t3阶段具体工艺为：使用炉壁集束氧枪对钢液进行吹炼造渣，之后通过加料口加入石灰等辅料，控制出渣口自动流渣；在t3～t4阶段具体工艺为：使用在线喷粉装置对钢液喷吹脱氧粉剂，之后通过加料口对钢液测温取样，并针对钢液温度成分在下一加料口采用电极或加料仓进行升温或加料操作，对钢液的温度成分进行调节，采用炉门自动流渣操作，使用底吹元件进行吹氩搅拌；在t4～t5阶段具体工艺为：在中间包中均匀钢液温度成分，选用加热，底吹氩工艺，控制钢液达到预定钢液温度成分标准，之后钢液进入连铸机结晶器中形成铸坯。

利用上述的全废钢连续炼钢系统，本发明还提供了一种全废钢连续炼钢工艺，全废钢连续炼钢系统第一炉各工位依次投入生产，操作完成后即可实现连续炼钢生产，工艺步骤如下：

t0～t1阶段：此阶段为在熔化段中布料阶段；

t1～t2阶段：此阶段为废钢在熔化段中熔化并流至所述氧化段阶段；

t2～t3阶段：此阶段为熔化的钢液在氧化段中吹氧初炼并流至精炼床阶段；

t3～t4阶段：此阶段为初炼完成的钢液在精炼床中进行精炼阶段；

t4～t5阶段：此阶段为精炼完成的钢液从精炼床中流至中间包阶段；

t5～t6阶段：此阶段为钢液进入中间包至形成铸坯阶段；

在t0～t1阶段具体工艺为：打开所述炉床盖，在所述熔化段底部均匀布料，关闭挡墙通道；在t1～t2阶段具体工艺为：电极落下，使用炉壁集束氧枪助熔或造渣，通过加料口加入石灰，碳粉辅料，控制所述出渣口自动流渣；待所述熔化段中废钢全部熔清后，向连续加料竖井中加入废钢，打开烧嘴二次燃烧烟气预热废钢，之后打开挡墙通道，使熔化的钢液流至氧化段；在t2～t3阶段具体工艺为：使用炉壁集束氧枪对钢液进行吹炼造渣，之后通过加料口加入石灰辅料，控制出渣口自动流渣；待氧化段中钢液面与熔化段中钢液面平齐时，打开出钢水口使初炼完成的钢液流至精炼床中，注意调节挡墙通道与出钢水口开度，保持熔化段与氧化段中熔池液面平稳；在t3～t4阶段具体工艺为：使用在线喷粉装置对初炼完成的钢液喷吹脱氧粉剂，通过加料口对钢液测温取样，并针对钢液温度成分在下一加料口采用电极或加料仓进行加料或升温操作，对钢液的温度成分进行调节，之后使用底吹元件进行吹氩搅拌，达到符合要求的温度成分，待精炼床中钢液面临近出渣口时，打开挡渣墙通道；在t4～t5阶段具体工艺为：当挡渣墙通道两端钢液面平齐时，打开长水口，注意调节挡渣墙通道与长水口开度，保持精炼床中熔池液面平稳；在t5～t6阶段具体工艺为：在中间包中均匀钢液温度成分，选用加热，底吹氩工艺，控制钢液达到预定钢液温度成分标准，待包中钢液达到预定重量时，打开浸入式水口，钢液进入连铸机结晶器中形成铸坯。

进一步地，t0～t1阶段时间控制在5-20min；t1～t2阶段时间控制在10-30min；t2～t3阶段时间控制在10-30min；t3～t4阶段时间控制在20-50min；t4～t5阶段时间控制在5-20min，t5～t6阶段时间控制在5-20min。

进一步地，在t3～t4阶段：脱氧粉剂包括碳粉，煤粉等脱氧剂，其粒径在15μm～3.0mm；

进一步地，所述熔炼床、精炼床、中间包及连铸机由高向低布置，且熔炼床包括连续加料竖井，厂房高度较一般电弧炉厂房高度高20-40m。

发明的有益效果为：

a)能够实现全废钢密闭式不间断冶炼，通过所述连续加料竖井向所述熔炼床中不断输入原料，所述熔炼床具备预热熔化废钢及吹氧初炼的作用，钢液经所述出钢水口流至所述精炼床中，在所述精炼床中流过，通过加热，加料等操作，得到温度成分合格的钢液，进入所述中间包中，进一步的，流至所述连铸机获得铸坯；本系统实现了密闭式连续炼钢生产，防止钢液与空气相接触，提高了生产效率及产品质量，有效减少了冶炼原辅料的浪费。

b)在本连续炼钢系统中原料不断加入，钢液连续流出，实现了系统内部物质与能量流动的动态平衡；使电极供电保持稳定，电弧长度及各用电参数保持一定，大大减少了电网公害，保证变压器维持较高的利用效率；进一步的，不同冶炼时期在不同装备内进行，保持各装备内部生产工艺及内部状况的稳定，减少操作误差，提升炉体寿命，增强生产稳定性。

c)在本连续炼钢系统中实现了废钢连续加料，所述所述电弧炉中产生的烟气经二次燃烧后，全部进入所述连续加料竖井中预热废钢，进一步的，所述连续加料竖井内部不设置废钢保持机构，废钢形成料柱下降，有效提高了废钢预热的效果，降低冶炼能耗及物耗，避免了粘结废钢保持机构的难题。

d)使用本发明，吨钢电耗降低50kwh以上，减少能耗10kgce以上，产品质量得到提高，加快了冶炼节奏，降低了生产成本。

附图说明

图1所示为本发明实施一种全废钢连续炼钢系统的纵截面结构示意图。

图2所示为本发明实施一种全废钢连续炼钢系统平面结构示意图。

图3所示为本发明实施一种全废钢连续炼钢系统中熔炼床1部分的纵截面结构示意图。

图4所示为本发明实施一种全废钢连续炼钢系统中精炼床2部分的平纵截面结构示意图。

图5所示为本发明实施例2中连续炼钢系统的冶炼流程图，并绘制传统电弧炉炼钢系统的冶炼流程对比。

其中：1-熔炼床；101-连续加料竖井；102-熔化段；103-氧化段；104-挡墙；105-挡墙通道；106-传输带；107-炉顶装料设备；108-烧嘴；109-加料口；110-炉壁集束氧枪；111-电极；112-底电极；113-出钢水口；114-出渣口；115-炉床盖；2-精炼床；201-在线喷粉装置；202-底吹元件；203-加料口；204-烟道；205-出渣口；206-挡渣墙；207-挡渣墙通道；208-出钢水口；3-中间包；301-浸入式水口；4-连铸机。

具体实施方案

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

实施例1

在本实施例中，本发明工艺应用于本发明实施一种全废钢连续炼钢系统第一炉开始冶炼时，具体工艺为：

(1)0～10min：此阶段为在所述熔化段中布料阶段；

具体工艺：打开炉床盖在所述熔化段底部均匀布料，关闭挡墙通道；

(2)10～30min：此阶段为废钢在熔化段中熔化为钢液并流至氧化段阶段；

具体工艺：电极落下，使用炉壁集束氧枪助熔，通过加料口加入石灰，碳粉等辅料，控制出渣口自动流渣；待熔化段中废钢全部熔清后，向连续加料竖井中加入废钢，打开烧嘴二次燃烧烟气预热废钢，进一步的，打开挡墙通道，使熔化的钢液流至氧化段；

(3)30～45min：此阶段为熔化的钢液在氧化段中吹氧初炼并流至精炼床阶段；

具体工艺：使用炉壁集束氧枪对钢液进行吹炼造渣，进一步的，通过加料口加入石灰等辅料，控制出渣口自动流渣；待氧化段中钢液面与熔化段中钢液面平齐时，打开出钢水口使初炼完成的钢液流至精炼床中，注意调节挡墙通道与出钢水口开度，保持熔化段与氧化段中熔池液面平稳；

(4)45～80min：此阶段为初炼完成的钢液在精炼床中进行精炼阶段；

具体工艺为：使用在线喷粉装置对初炼完成的钢液喷吹碳粉，通过加料口对钢液测温取样，并针对钢液成分与温度在下一加料口采用电极或加料仓进行升温或加料操作，对钢液的温度成分进行调节，进一步的，使用底吹元件进行吹氩搅拌，达到符合要求的温度成分，待所述精炼床中钢液面达到临近出渣口时，打开挡渣墙通道；

(5)80～90min：此阶段为精炼完成的钢液从精炼床中流至中间包阶段；

具体工艺为：当挡渣墙通道两端钢液面平齐时，打开长水口，注意调节挡渣墙通道与长水口开度，保持所述精炼床中熔池液面平稳；

(6)90～100min：此阶段为钢液进入中间包至形成铸坯阶段；

具体工艺为：在中间包中均匀钢液成分，选用加热，底吹氩等工艺，控制钢液达到预定钢液温度成分标准，进一步的，待包中钢液足够多时，打开浸入式水口，钢液进入连铸机结晶器中形成铸坯；

实施例2

在本实施例中，本发明工艺应用于本发明实施一种全废钢连续炼钢系统冶炼q235a，具体工艺为：

(1)0～5min：此阶段为废钢在连续加料竖井中预热直至进入熔炼床阶段：

具体工艺：废钢加入竖井中，使用氧燃烧嘴对熔炼床烟气进行二次燃烧，高温烟气进入竖井加热废钢；

(2)5～20min：此阶段为废钢在熔化段中熔化升温阶段：

具体工艺：通电熔化废钢，使用所述炉壁集束氧枪203助熔或造渣，进一步的，通过加料口加入石灰，碳粉等辅料，控制出渣口自动流渣；

(3)20～35min：此阶段为钢液在氧化段中流至精炼床阶段：

具体工艺：使用炉壁集束氧枪对钢液进行吹炼造渣，进一步的，通过加料口加入石灰等辅料，控制出渣口自动流渣；

(4)35～70min：此阶段为钢液进入中间包至形成铸坯阶段：

具体工艺为：使用在线喷粉装置对入炉钢液喷吹碳粉，通过加料口对钢液测温取样，并针对其具体情况在下一加料口采用电极或加料仓进行升温或加料的不同操作，对钢液的温度与成分进行调节，控制出渣口自动流渣，进一步的，使用底吹元件进行吹氩搅拌；

(5)70～80min：此阶段为钢液在精炼床中流至结晶器阶段：

具体工艺为：在中间包中均匀钢液成分，优选的，选用加热，底吹氩等工艺，控制钢液达到预定钢液温度成分标准，进一步的，钢液进入连铸机结晶器中形成铸坯；

采用上述工艺后，钢中氮含量控制在50ppm以下，氢含量控制在10ppm以下，吨钢电耗降低50kwh以上，减少能耗10kgce以上，冶炼周期缩短45min，产品质量得到提高，加快了冶炼节奏，降低了生产成本。

本文虽然已经给出了本发明的实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。