电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺的制作方法
【专利摘要】一种电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺，首先建有封闭炼钢电炉，将铁精矿煤连续加入封闭炼钢电炉内电弧区还原成钢水，然后将CO还原气体喷入还原炉内铁精矿炼成的钢水，或喷入熔化炉内废钢炼成的钢水，因炉渣含Cao和Feo，钢水无P、Si、C，钢水连续通过虹吸管进入脱氧脱硫合金化钢包以及脱夹杂钢包后落入钢水槽，供虹吸真空脱气管抽入中间包内连铸，最后得到无有害元素的优质洁净钢水。本发明生产工艺简单，产品质量高，生产成本低，劳动力消耗少，消除了污染源，保护了环境。
【专利说明】电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁冶金【技术领域】，具体涉及一种电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺。
【背景技术】
[0002]目前市场上供应的钢材，都是先把铁精矿制成球团和烧结块，掺焦炭加入高炉内炼成P、S1、C的铁水，再把铁水运至敞口炉喷氧转炉造多次渣，脱除P、S1、C，成钢水，然后在炉外脱硫、脱夹杂、脱N2、H2、O2等，处理成优质钢水，供连铸连轧成材。
[0003]因此，现在的钢铁联合企业，要建许多炉，包括高炉、焦炉、烧结机、敞口吹氧转炉以及敞口炉外处理钢包，而这些都是大量烟尘污水排放根源，造成环境严重污染。如果能取消上述炼铁和敞口炼钢工艺，就能使钢企彻底消除污染，且生产成本大幅降低。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:解决上述现有技术存在的问题，而提供一种电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺，改变炼铁和敞口炼钢工艺，彻底消除环境污染根源，大大降低生产成本。[0005]本发明采用的技术方案是:这种电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺，首先建有封闭炼钢电炉，将铁精矿煤连续加入封闭炼钢电炉内电弧区还原成钢水，然后将CO还原气体喷入还原炉内铁精矿炼成的钢水，或喷入熔化炉内废钢炼成的钢水，因炉渣含Cao和Feo，钢水无P、S1、C，钢水连续通过虹吸管进入脱氧脱硫合金化钢包以及脱夹杂钢包后流入钢水槽，供虹吸真空脱气管抽入中间包内连铸，最后得到无有害元素的优质洁净钢水。
[0006]本发明首创在电炉内用铁精矿煤高温冶炼直接连续炼成钢水，改变多年来古今中外传统技术选用铁矿掺木炭或焦炭炼成铁水、铁水再经多道工序炼成钢、污染严重体力劳动繁重的原始落后状况。本发明的电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺普及后，必将取消炼铁用的高炉、焦炉、烧结机、炼钢敞口转炉和炉外处理钢包。本发明只有电炉和炉外钢水处理，而且都是在封闭式炉内、钢包内连续生产优质钢水，这就等于消除了钢企的污染源而环境友好。
[0007]上述技术方案中，所述封闭炼钢电炉内电弧区是在炉内用高压直流或高压交流中空电极或炉料自耗电极与炉缸钢水面上通电起弧、产生5000°C以上高温的弧区，炉料自耗电极是由铁精矿粉和煤粉加粘结剂混匀挤压而成的，插入到钢水面上，产生弧区，并超高速还原成钢水，产生的CO等还原气体，喷入电炉盖顶上的还原炉或熔化炉，温度达1600°C，高速还原铁精矿成钢水或熔化废钢成钢水，电炉炉容利用系数比大高炉高几十倍。因炉渣含有足量Cao和Feo，出炉钢水不含P、S1、C，不再采用传统炼钢工艺，只需炉外处理后就能炼成优质钢水。
[0008]上述技术方案中，电炉是封闭式低炉身的长方形炉体，中部中轴线上装有三根以上炉料自耗电极，炉头盖顶上装有一台还原炉或熔化炉，盖顶尾装有一个圆孔，供Cao和Fe2O3等造渣剂压入薄钢管内成实心柱插入炉缸，炉渣由炉头横墙的虹吸管自动抽出炉外，钢从炉尾横墙内的虹吸管自动抽入炉外脱氧、脱硫合金化钢包内，进行处理。造成钢水与炉渣逆向流动的最大优点是:增加了炉渣与钢水之间摩擦接触几率，提高了相互化学反应速度和效率。用氧化性强的纯Cao和Fe2O3造渣剂从炉尾加入，使沿途钢水中含有的P、S1、C都被Fe2O3氧化成CO、CO2, P2O5> SiO2,部分S也氧化成了 SO2,连铁精矿和煤灰分中难还原的A2O3，最后都与Cao结合成Cao4P205、CaoSiO2, CaSAi2O3、CaoFeo等复合渣从炉头抽出炉外。只有采用本发明渣水与钢水的逆向流动，才能保证只需造一次少量渣，就能把钢水中P、S1、C脱除到最低值甚至接近于零，无需转炉吹氧造多次渣，脱P、S1、C，而且大大提高了金属回收率。
[0009]上述技术方案中，电炉炉尾横墙内装两个虹吸管，一个备用，一个工作，工作的虹吸管能自动抽钢水进入封闭式脱氧脱硫合金化钢包内；所需硅铁、锰铁、铝、硅钙、镁等颗粒加粘结剂混匀挤压在一节节薄钢管内，烘干后连续插入虹吸管的排液管壁内，插入速度与钢水排出所需铁合金量相适应；钢水与铁合金在钢包内混合时，硅铁、铝等起脱氧作用，产生Ai203、SiO2 ;而钙镁因蒸汽压力大，瞬间气化成高压金属蒸汽，迅速扩散，与硫结合成CaS,MgS ;剩余的S1、Mn都成为合金化钢水，从钢包底侧壁的切线方向连续流入脱夹杂漩涡钢包内。
[0010]上述技术方案中，合金化的钢水，从封闭式漩涡钢包内壁的切线方向流入封闭式钢水槽内，钢水在钢包内不停旋转，比钢水轻的Ai203、Sio2、CaS、MgS等夹杂因比重小离心力小上浮力大，被比重大离心力大下沉力大的钢水挤压，夹杂呈圆锥体螺旋线轨迹上浮，汇集在钢包钢水面上堆积，可用真空管渣包抽出。本发明首创利用这种流体力学原理充分脱除夹杂。
[0011 ] 上述技术方案中，流入钢水槽内的钢水，用虹吸真空脱气管抽入中间包内供多台连铸机连铸。虹吸管的吸 液端从钢水面到管顶真空室底的垂直高度，按流体力学公式估算，至少需要1.4米以上。排液端还要高一点，才能保证管底端浸入钢水一定深度，操作时真空室能抽到高真空度，保证N2、H2、O2等气体脱除到最低值。本发明能在短时间内，连续把每一滴钢水都抽到真空室脱气，使残余气体降到最低值。本发明连续脱气法与德国发明的RH和DH循环脱气法不同，德国发明的RH和DH循环脱气法仅将钢包内的上部钢水抽到真空室，而钢包下部钢水只靠上部扩散稀释，这种冲淡浓度的方法脱气是不完全的，因此本发明的脱气率最闻。
[0012]优点及效果:
1、生产工艺简单:一台简单的炼钢电炉，就能取代大高炉、热风炉、焦炉、烧结机、炼钢转炉、制氧机及其附属设备；
2、广品质量闻:钢还中P、S、夹杂N2、H2>O2等有害兀素都比现有钢还少；
3、生产成本低:因设备简单，能紧凑布置在一条流水线上恒温均衡连续生产，因而占地少，投资省，能用计算机全程自动控制，劳动力消耗少；
4、环保好:因取消高炉炼铁和敞口转炉炼钢工艺，消除了废气和废水污染等污染源，电炉炼钢成功应用后，将会掀起冶金技术的革命。
[0013]工作原理:
按传统冶金物理化学知识，凡现有钢材，都是由铁精矿焦炭在高炉内把P、S1、C炼进钢水，这最大的缺点是炼进去又脱除，做无用功，白白造成环境严重污染。所以本发明采用电炉铁精矿直接炼成不含P、S1、C的洁净钢水。
[0014]与现有技术相比，本发明生产工艺简单，产品质量优质，生产成本最低，环境保护最好。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺平面示意图；
图2为本发明电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水原理示意图；
图3为本发明电炉弧区横剖面示意图。
[0016]附图标注说明:
1-渣包,2-虹吸管，3-电炉炉体，4-废钢熔化炉或铁精矿块还原炉，5-中空电极，6-石灰石铁精矿造渣脱碳料柱，7-脱氧脱硫合金化钢包，8-脱氧脱硫合金原料柱，9-漩涡脱夹杂钢包，10-脱夹杂钢包下的连通器，11-连通器端钢包，12-钢水连续真空脱气管，13-连铸机前中间包，14-旋转滑动水口，15-喷氧或空气喷嘴，16-废气排出管，17-废钢或铁精矿块入口，18-原料柱密封壳，19-抽夹杂真空包，20-铁精矿煤粉混匀挤压料柱，21-C0等还原气层，22-泡沫渣层，23-电高温弧区，24-熔化稀渣层，25-钢水层。
【具体实施方式】
[0017]参见图1、图2，用现有炼钢转炉、炉外钢水处理钢包和电炉炼钢所用的各种耐火材料，砌造电炉炉体3，电炉顶盖中部布置三根以上中空电极5，电极后面布置一根石灰石铁精矿造渣脱碳料柱6，电炉顶·盖头部布置一台废钢熔化炉或铁精矿块还原炉4，装废钢熔化炉时，熔化炉底部设喷氧或空气喷嘴15，喷氧燃烧CO，还原放热熔化废钢。若当还原炉用，可以不用喷嘴15，使CO等还原气直接喷入炉内，还原铁精矿块炼成钢水。废钢或铁精矿块从炉顶入口 17加入，废气从炉顶废气排出管16排入除尘器。电炉炉缸头部渣线以下横墙内，装有虹吸管2，当炉缸渣水装满到渣线以上、超过虹吸管内顶部高度时，渣水被挤压，从炉缸排入到渣包I内，供运出。当炉缸渣水线与虹吸排液管底端高度平行时，虹吸就会停止工作，直到炉缸渣水线达到规定渣线高度以上后再排渣，这是根据流体力学原理设计的，能自动控制虹吸管工作。若电炉能正常均衡生产，虹吸管也可连续不停工作。
[0018]电炉炉体3的炉尾横墙上也设有虹吸管2，当钢水装满规定的钢水线以上时，虹吸管能自动抽钢水进入炉外的脱氧硫合金化钢包7内。虹吸管2的排液管内插入一根脱氧脱硫合金化原料柱8，原料柱8由原料柱密封壳18封闭，以防漏气。虹吸管2排出的钢水与原料柱的硅铁、硅钙合金铝、镁等原料同时落入钢包7内，熔化混合产生化学反应成SO2等气体，从钢包7盖顶排气管16排出，钢水从钢包底壁切线方向经旋转滑动水口 14沿漩涡脱夹杂钢包9内壁切线方向喷入，造成钢水在漩涡钢包9内不断旋转，比重较小的Ai203、Mn0、CaS> MgS等夹杂，因比重小离心力小,被比重大而离心力大的钢水挤压,夹杂上浮汇集在钢包9内钢液上部轴线上堆积，可用抽夹杂真空包19抽出。脱夹杂钢水从钢包9底部流入下部的连通器10内。连通器端钢包11内插有钢水连续真空脱气管12，真空脱气管顶的真空室抽高真空度，并能使每一滴钢水都能经过真空室脱气一遍，保证脱除钢水中的N2、H2、O2,使气含量降到最低值，保证比现有德国发明的RH和DH脱气法效率更高，脱气时间更短，钢水降温更少。连续真空脱气管流出的洁净钢水，进入连铸机上的中间包13内，供多台连铸机连铸。
[0019]参见图3的电炉体弧区横剖面示意图，其中中空电极5内插有一根铁精矿煤粉混匀挤压料柱20，当中空电极通电起弧后，能产生5000°C以上电高温弧区23，能把料柱高速熔化和化学反应变成铁水、CO和炉渣。CO等还原气体上升成CO等还原气层21，产生的CO和炉渣混合物成为泡沫渣层22，包围着中空电极。熔化的稀渣汇集在炉缸中部形成熔化稀渣层24，比重较大的钢水落入炉缸底成为钢水层25。
[0020]本发明是封闭式炉体和钢包内高速生产，因而热损失少，热效率高而节能。金属回收率高而降成本。无炼铁和敞口转炉炼钢及敞口钢水处理，消除了钢企污染源而环保好，是未来钢生产工艺的最佳选择。
[0021]本发明可先用少量投资，在实验室用500KVA变压器，建小电炉生产无P、S1、C钢水成功后，用钢厂或铁合金厂淘汰的5000-10000KVA变压器建半工业实验生产无P、S1、C钢水。用本发明的炉外钢 水处理生产洁净钢，预计经济效益上盈利，最后建40万KVA电炉可日产万吨洁净钢水。
【权利要求】
1.一种电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺，其特征在于，首先建有封闭炼钢电炉，将铁精矿煤连续加入封闭炼钢电炉内电弧区还原成钢水，然后将CO还原气体喷入还原炉内铁精矿炼成的钢水，或喷入熔化炉内废钢炼成的钢水，因炉渣含Ca0和Feo，钢水无P、S1、C，钢水连续通过虹吸管进入脱氧脱硫合金化钢包以及脱夹杂钢包后落入钢水槽，供虹吸真空脱气管抽入中间包内连铸，最后得到无有害元素的优质洁净钢水。
2.根据权利要求1所述的电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺，其特征在于，所述封闭炼钢电炉内电弧区是在炉内用高压直流或高压交流中空电极或炉料自耗电极与炉缸钢水面上通电起弧、产生5000 °C以上的高温弧区，炉料自耗电极是由铁精矿粉和煤粉加粘结剂混匀挤压而成的，插入到钢水面上，产生弧区，并超高速还原成钢水，产生的CO等还原气体，喷入电炉盖顶上的还原炉或熔化炉，温度达1600°C，高速还原铁精矿成钢水或熔化废钢成钢水，电炉炉容利用系数比大高炉高几十倍；因炉渣含有足量Cao和Feo，出炉钢水不含P、S1、C，不需再采用传统炼钢工艺，只需炉外处理后就能炼成优质钢水。
3.根据权利要求1所述的电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺，其特征在于，电炉是封闭式低炉身的长方形炉体，中部中轴线上装有三根以上炉料自耗电极，炉头盖顶上装有一台还原炉或熔化炉，盖顶尾装有一个圆孔，供Cao和Fe2O3等造渣剂压入薄钢管内成实心柱插入炉缸，炉渣由炉头横墙的虹吸管自动抽出炉外，钢从炉尾横墙内的虹吸管自动抽入炉外脱氧、脱硫合金化钢包内进行处理；用氧化性强的纯Cao和Fe2O3造渣剂从炉尾加入，使沿途钢水中含有的P、S1、C都被Fe2O3氧化成CO、CO2、P2O5、SiO2,部分S也氧化成了 SO2,连铁精矿和煤灰分中难 还原的A2O3,最后都与Cao结合成Cao4P2O5XaoSiO2XaSAi2O3、CaoFeo等复合渣从炉头抽出炉外。
4.根据权利要求1所述的电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺，其特征在于，电炉炉尾横墙内装两个虹吸管，一个备用，一个工作，工作的虹吸管能自动抽钢水进入封闭式脱氧脱硫合金化钢包内；所需硅铁、锰铁、铝、硅钙、镁等颗粒加粘结剂混匀挤压在一节节薄钢管内，烘干后连续插入虹吸管的排液管壁内，插入速度与钢水排出所需铁合金量相适应；钢水与铁合金在钢包内混合时，硅铁、铝等起脱氧作用，产生Ai203、SiO2 ;而钙镁因蒸汽压力大，瞬间气化成高压金属蒸汽，迅速扩散，与硫结合成CaS、MgS ;剩余的S1、Mn都成为合金化钢水，从钢包底侧壁的切线方向连续流入脱夹杂漩涡钢包内。
5.根据权利要求1所述的电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺，其特征在于，合金化的钢水，从封闭式漩涡钢包内壁的切线方向流入封闭式钢水槽内，钢水在钢包内不停旋转，比钢水轻的Ai203、Sio2、CaS、MgS等夹杂因比重小离心力小上浮力大，被比重大离心力大下沉力也大的钢水挤压，夹杂呈圆锥体螺旋线轨迹上浮，汇集在钢包钢水面上堆积，可用真空管渣包抽出。
6.根据权利要求1所述的电炉铁精矿煤连续炼成洁净钢水新工艺，其特征在于，流入钢水槽内钢水，用虹吸管真空脱气管抽入中间包内供多台连铸机连铸。
【文档编号】C21C7/068GK103740888SQ201410048033
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年2月12日 优先权日:2014年2月12日
【发明者】丁公权, 丁小波, 丁小军 申请人:丁公权