本发明属于电弧炉炼钢领域，特别涉及一种全废钢电弧炉双联冶炼洁净钢的生产方法。
背景技术：
电弧炉冶炼采用全废钢为原料。全废钢电弧炉冶炼的过程中，脱磷操作是非常重要的工序之一。在全废钢电弧炉脱磷过程中，由于废钢熔点较高，为保证炉内废钢彻底熔化就要使熔池保持较高温度，造成钢液内部脱磷反应难以进行。为解决此问题，传统全废钢电弧炉冶炼主要采用多次造渣的方式，并采用炉门自动流渣操作。然而，每次在造新脱磷渣之前都无法将前一批炉渣彻底排净，使得炉渣脱磷效率明显降低，钢液深度脱磷尤为困难，在冶炼后期随着钢液温度升高钢水“回磷”现象较为严重，同时在多次造渣的过程中造成钢液内铁损较大，资源浪费严重，生产成本明显提高。
在全废钢电弧炉冶炼的过程中，去气除杂过程同样不可忽视。由于全废钢电弧炉废钢熔清后钢液中碳含量较低，造成在脱碳期间钢液内气泡数量明显不足，无法深度去除钢液内[n]、[h]及杂质，导致全废钢电弧炉钢液内[n]、[h]及杂质含量偏高。为弥补钢液中碳含量的不足，传统全废钢电弧炉冶炼主要采用在废钢中添加一定比例含碳铁块的方式试图提高钢液内碳含量，但由于铁块中含碳量不高，仍无法彻底解决钢液内碳含量偏低的问题，造成全废钢电弧炉难以生产洁净钢。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出一种全废钢电弧炉双联冶炼洁净钢的生产方法，可以解决电弧炉冶炼过程中无法深度脱磷的问题，同时在冶炼前期向钢液内部加入碳粉使钢液增碳，再通过冶炼后期碳氧反应使钢液内部产生大量气泡，可深度去除钢液中[n]、[h]及杂质，使钢液具有高的洁净度。
本发明通过以下技术方案实现：
一种全废钢电弧炉双联冶炼洁净钢的生产方法，该方法使两个工位的电弧炉串联，第一个工位的电弧炉为脱磷电弧炉，第二个工位的电弧炉为脱碳电弧炉。脱磷电弧炉内可使废钢熔化后脱磷和增碳，脱碳电弧炉可使钢水深脱磷、脱碳、脱气、去杂质。脱磷电弧炉内加入废钢的同时向熔池内部加入碳材，降低废钢熔点及熔池温度，提高钢液碳含量，脱磷期结束后采用偏心炉底出钢并采用留钢操作，保证脱磷过程结束后实现渣钢分离。钢液经钢包倒入脱碳电弧炉，脱碳电弧炉内继续造渣深度脱磷，脱碳电弧炉炉渣还可返回脱磷电弧炉继续使用。脱碳期利用脱磷电弧炉的增碳量，向钢液内部喷射氧气，进行脱碳沸腾操作，产生的co气泡可深度去除[n]、[h]及钢液中杂质，使钢液具有高的洁净度。
1座脱碳电弧炉可搭配1～3座脱磷电弧炉进行冶炼。具体工艺如下：：
(1)脱磷电弧炉加料期：将冶炼用废钢、石灰、脱碳电弧炉炉渣、辅料及碳粉(或块)加入脱磷电弧炉；
其中，废钢入炉可采取连续加料、竖井加料及料篮加料等方式的任意一种或几种方式；将石灰、脱碳电弧炉炉渣、辅料同废钢一并加入到脱磷电弧炉中；吨钢石灰加入量为0-50kg，吨钢脱碳电弧炉炉渣加入量为0-50kg；碳粉通过加料仓加入到熔池中，吨钢碳材加入(或喷入)量为0-200kg。
(2)废钢熔化期：通电熔化废钢，炉壁集束氧枪切换至烧嘴模式，使熔池内温度升高熔化废钢，同时通过埋入式喷枪向钢液内部喷射载气-碳粉高速粉气流，降低废钢熔点，废钢熔化期时间控制在10-150min，废钢熔清后即可进入脱磷期。其中，炉壁集束氧枪在烧嘴模式下主氧流量100-2000nm3/h，燃气流量50-1000nm3/h，环氧流量50-1000nm3/h；埋入式喷枪载气、环缝保护气为氮气、燃气、二氧化碳的任意一种或两者的混合气体，载气流量50-1000nm3/h，碳粉喷吹速率0-200kg/min，喷吹保护气流量10-1000nm3/h，碳粉颗粒直径为15μm-3.0mm。
(3)脱磷期：根据工艺要求利用冶炼前期熔池温度低的特点快速造渣脱磷，炉壁集束氧枪切换至供氧模式造泡沫渣，埋入式喷枪继续喷碳粉操作，炉内温度控制在1530-1580℃，采用炉门自动流渣操作，同时在脱磷冶炼中期向炉内加入石灰，炉渣碱度控制在2.5-3.5；
其中，炉壁集束氧枪在供氧模式下主氧流量50-2000nm3/h，燃气流量50-1000nm3/h，环氧流量50-1000nm3/h；埋入式喷枪碳粉喷吹速率0-200kg/min，吨钢石灰加入量为5-50kg。
(4)脱磷电弧炉终点出钢至半钢钢包内：脱磷电弧炉冶炼后期取样测取钢液中磷含量和碳含量，达预定出钢标准后采用偏心炉底出钢并采用留钢操作，防止脱磷氧化渣进入脱碳电弧炉。
其中，脱磷电弧炉冶炼时间控制在60-120min；脱磷过程结束后钢液碳含量控制在0.4％-2％(质量百分比)之间，钢液磷含量控制在0.010％以下，出钢温度大于1540℃，炉内留钢量为钢水总量的10％-30％。
(5)脱碳电弧炉加料期：将半钢钢包中的钢水加入脱碳电弧炉，同时将石灰及辅料加入脱碳电弧炉。
其中，钢水入炉可通过炉门或炉壁加料槽或旋开炉盖加料的方式；若在入炉过程中发生特殊情况导致钢水无法入炉，则将钢水直接铸成钢块留用；炉内吨钢石灰加入量5-50kg。
(6)脱碳去气期：钢水入炉后检测钢液温度，通过计算模块结合钢液预定出钢温度及碳含量计算脱碳过程中氧耗及电耗；脱碳电弧炉内继续造渣，炉渣碱度2-3.5。根据计算结果及工艺要求通过炉壁集束氧枪及埋入式喷枪向钢液内部喷吹氧气，同时底吹氩气(或二氧化碳)搅拌，通过碳氧反应及氩气搅拌生成的气泡在上浮过程中深度去除钢液中[n]、[h]及杂质；
其中，炉壁集束氧枪供氧流量50-3000nm3/h，埋入式喷枪供氧流量50-2000nm3/h，燃气流量50-1000nm3/h，底吹氩气(或二氧化碳)流量1-100nl/min，电极通电时间0-100min，吹炼时间10-100min。
(7)脱碳电弧炉终点控制：冶炼后期取样测取钢液中磷含量、碳含量及钢液温度，达到工艺要求后即可出钢，同时采用留钢操作，防止炉渣进入钢水中，钢液出钢温度控制在1550-1700℃；
其中，脱碳过程结束后钢液碳含量控制在0.1％(质量百分比)以上(超低碳钢除外)；钢液磷含量控制在0.003％以下；炉内留钢量为钢水总量的10％-30％，脱碳电弧炉排出炉渣后返回脱磷电弧炉继续使用。
进一步地，所述方法适用于30-250t全废钢电弧炉双联冶炼过程。
进一步地，脱磷电弧炉加脱碳电弧炉的产能，与常规电弧炉的产能基本一致，但生产的钢液质量达到洁净钢的标准，即[cu]+[ti]+[pb]<0.01％，[p]<30ppm，[n]<40ppm等。
进一步地，采用脱磷电弧炉加脱碳电弧炉的生产方法，其钢铁料消耗、辅助材料消耗均低于常规电弧炉材料消耗。
本发明的有益技术效果：
本发明所述方法能够实现全废钢电弧炉双联冶炼洁净钢，电弧炉通过串联的方式使脱磷工艺和脱碳工艺分别在两个电弧炉内进行，通过冶炼前期在钢液内加入碳材从而降低废钢熔点及熔池温度，有效提高脱磷效率。脱磷期结束后采用偏心炉底出钢可彻底实现渣钢分离，避免将脱磷电弧炉炉渣带到脱碳电弧炉。脱碳电弧炉内重新造渣深度脱磷，同时喷吹氧气进行脱碳反应去除钢液中[n]、[h]及杂质。使钢液内磷质量分数可以控制在30*10-6以下；氮质量分数可以控制60*10-6以下，最低可达30*10-6。此方法可显著提高钢液洁净度，提升产品质量。
附图说明
图1为本发明全废钢电弧炉双联冶炼洁净钢过程流程图；
附图标记：1.脱磷电弧炉、2.废钢、3.电极、4.炉壁集束氧枪、5.埋入式喷枪、6.脱磷电弧炉炉渣、7.钢包、8.脱碳电弧炉、9.脱碳电弧炉炉渣
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
在本实施例中，所述方法应用于50t+50t电弧炉双联冶炼洁净钢，所述具体方法为：
(1)脱磷电弧炉加料期：将冶炼用废钢、石灰、脱碳电弧炉炉渣、辅料及碳粉加入脱磷电弧炉；
其中，废钢入炉采用料篮加料(或连续加料)的方式；将石灰、脱碳电弧炉炉渣、辅料同废钢一并加入到脱磷电弧炉中；吨钢石灰加入量为15kg，吨钢脱碳电弧炉炉渣加入量为5kg；碳粉通过加料仓加入到熔池中，吨钢碳粉加入量为30kg，碳粉颗粒直径为600μm。
(2)废钢熔化期：通电熔化废钢，炉壁集束氧枪切换至烧嘴模式，使熔池内温度升高熔化废钢，废钢熔清后即可进入脱磷期。
其中，炉壁集束氧枪在烧嘴模式下主氧流量100-800nm3/h，燃气流量50-400nm3/h，环氧流量50-300nm3/h。
(3)脱磷期：根据工艺要求利用冶炼前期熔池温度低的特点快速造渣脱磷，炉壁集束氧枪切换至供氧模式造泡沫渣，炉内温度控制在1530-1580℃，采用炉门自动流渣操作，同时在脱磷冶炼中期向炉内加入石灰，炉渣碱度控制在2.5-3.5；其中，吨钢石灰加入量为10kg；炉壁集束氧枪在供氧模式下主氧流量1000-1500nm3/h，燃气流量100-150nm3/h，环氧流量100-200nm3/h。
(4)脱磷电弧炉终点出钢：脱磷电弧炉冶炼后期取样测取钢液中磷含量和碳含量，达预定出钢标准后采用偏心炉底出钢并采用留钢操作，防止脱磷氧化渣进入脱碳电弧炉，脱磷电弧炉冶炼时间控制在80min。
其中，脱磷过程结束后钢液碳含量控制在1.8％-2.0％(质量百分比)之间，钢液磷含量控制在0.008％以下，出钢温度不低于1560℃，炉内留钢量为钢水总量的20％。
(5)脱碳电弧炉加料期：将半钢钢包中的钢水加入脱碳电弧炉，同时将石灰及辅料加入脱碳电弧炉。
其中，钢水入炉可通过旋开炉盖加料的方式；炉内吨钢石灰加入量10kg。
(6)脱碳去气期：钢水入炉后检测钢液温度，通过计算模块结合钢液预定出钢温度及碳含量计算脱碳过程中氧耗及电耗；脱碳电弧炉内继续造渣，炉渣碱度2-3.5。根据计算结果及工艺要求通过炉壁集束氧枪及埋入式喷枪向钢液内部喷吹氧气，同时底吹氩气(或二氧化碳)搅拌，通过碳氧反应及氩气搅拌生成的气泡在上浮过程中深度去除钢液中[n]、[h]及杂质；
其中，炉壁集束氧枪供氧流量1200-2000nm3/h，燃气流量100-200nm3/h，埋入式喷枪供氧流量400-600nm3/h，底吹氩气(或二氧化碳)流量30-50nl/min。
(7)脱碳电弧炉终点控制：冶炼后期取样测取钢液中磷含量、碳含量及钢液温度，达到工艺要求后即可出钢，同时采用留钢操作，防止炉渣进入钢水中，钢液出钢温度控制在1630-1650℃；
其中，脱碳过程结束后钢液碳含量控制在0.1％(质量百分比)以上；钢液磷含量控制在0.003％以下；炉内留钢量为钢水总量的20％，脱碳电弧炉排出炉渣后返回脱磷电弧炉继续使用。
采用本发明所述方法后，电弧炉冶炼钢液中磷含量小于0.003％(质量百分比)，氮含量控制在0.006％(质量百分比)以下，[cu]+[ti]+[pb]<0.01％(质量百分比)，吨钢电耗350kw.h，钢液洁净度明显提升。
实施例2
在本实施例中，所述方法应用于100t+100t电弧炉双联冶炼洁净钢，所述具体方法为：
(1)脱磷电弧炉加料期：将冶炼用废钢、石灰、脱碳电弧炉炉渣、辅料加入脱磷电弧炉；
其中，废钢入炉采取连续加料的方式；将石灰、脱碳电弧炉炉渣、辅料同废钢一并加入到脱磷电弧炉中；吨钢石灰加入量为10kg，吨钢脱碳电弧炉炉渣加入量为5kg。
(2)废钢熔化期：通电熔化废钢，炉壁集束氧枪切换至烧嘴模式，使熔池内温度升高熔化废钢，同时通过埋入式喷枪向钢液内部喷射载气-碳粉高速粉气流，降低废钢熔点，废钢熔清后即可进入脱磷期。
其中，其中，炉壁集束氧枪在烧嘴模式下主氧流量200-1000nm3/h，燃气流量50-400nm3/h，环氧流量50-300nm3/h；埋入式喷枪载气、环缝保护气为氩气，载气流量500-600nm3/h；碳粉喷吹速率20kg/min，喷吹保护气流量100nm3/h，碳粉颗粒直径为600μm。
(3)脱磷期：根据工艺要求利用冶炼前期熔池温度低的特点快速造渣脱磷，炉壁集束氧枪切换至供氧模式造泡沫渣，埋入式喷枪继续喷碳粉操作，炉内温度控制在1540-1560℃，采用炉门自动流渣操作，同时在脱磷冶炼中期向炉内加入石灰，炉渣碱度控制在2.5-3.5；
其中，炉壁集束氧枪在供氧模式下主氧流量1200-1500nm3/h，燃气流量150-250nm3/h，环氧流量100-300nm3/h；埋入式喷枪碳粉喷吹速率20kg/min，脱磷电弧炉内吨钢碳粉喷吹量为30kg；吨钢石灰加入量为15kg。
(4)脱磷电弧炉终点出钢：脱磷电弧炉冶炼后期取样测取钢液中磷含量和碳含量，达预定出钢标准后采用偏心炉底出钢并采用留钢操作，防止脱磷氧化渣进入脱碳电弧炉。
其中，脱磷电弧炉冶炼时间控制在90min；脱磷过程结束后钢液碳含量控制在1.5％-1.8％(质量百分比)之间，钢液磷含量控制在0.010％以下，出钢温度大于1540℃，炉内留钢量为钢水总量的10％-30％。
(5)脱碳电弧炉加料期：将钢包中的钢水加入脱碳电弧炉，同时将石灰及辅料加入脱碳电弧炉。
其中，钢水入炉可通过炉门加料槽加料的方式；炉内吨钢石灰加入量10kg。
(6)脱碳去气期：钢水入炉后检测钢液温度，通过计算模块结合钢液预定出钢温度及碳含量计算脱碳过程中氧耗及电耗；脱碳电弧炉内继续造渣，炉渣碱度2-3.5。根据计算结果及工艺要求通过炉壁集束氧枪及埋入式喷枪向钢液内部喷吹氧气，同时底吹氩气(或二氧化碳)搅拌，通过碳氧反应及氩气搅拌生成的气泡在上浮过程中深度去除钢液中[n]、[h]及杂质；
其中，炉壁集束氧枪供氧流量1200-2000nm3/h，燃气流量100-200nm3/h，埋入式喷枪供氧流量400-600nm3/h，底吹氩气(或二氧化碳)流量30-50nl/min。(7)脱碳电弧炉终点控制：冶炼后期取样测取钢液中磷含量、碳含量及钢液温度，达到工艺要求后即可出钢，同时采用留钢操作，防止炉渣进入钢水中，钢液出钢温度控制在1630-1650℃；
其中，脱碳过程结束后钢液碳含量控制在0.1％(质量百分比)以上；钢液磷含量控制在0.003％以下；炉内留钢量为钢水总量的30％，脱碳电弧炉排出炉渣后返回脱磷电弧炉继续使用。
采用本发明所述方法后，电弧炉冶炼钢液中磷含量不高于0.003％(质量百分比)，氮含量控制在0.005％(质量百分比)以下，[cu]+[ti]+[pb]<0.01％(质量百分比)，吨钢电耗340kwh以下，钢液洁净度明显提升。