铁碳不平衡炼钢法制造技术

本发明专利技术是一种电炉炼钢新工艺，利用铁—碳反应熔化废钢提高热效率，从生铁熔池去除大部分磷和一部分硫，利用有利的热力学条件提高去除磷，硫的能力，在有利的条件下对于部分钢种可以取消还原期，用二次供氧提高碳的化学热，降低电耗，本工艺可改善电炉炼钢的经济技术指标，从而提高电炉炼钢的经济效益。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种电炉炼钢工艺，传统的电炉炼钢方法是将废钢，生铁等金属炉料一次全部加入炉内，使之升温达到熔点温度，在熔点温度吸收相变潜热而熔化，这是一个纯相变过程，熔化时间长，热效率低，电耗大。本专利技术是针对这个缺点提出的，其特征是先将生铁料加入炉内使之熔化，之后加入废钢，令废钢与生铁熔池发生铁-碳反应，该过程可在比废钢熔点低得多的温度进行，只要保持熔池内铁碳熔体的实际温度高于该熔体的液相线，且熔池含碳量比废钢含碳量高得多，则反应就以沸腾方式激烈地进行。以呼和浩特钢铁厂5吨电炉为例，金属料组成是7吨废钢3吨生铁，首先加入3吨生铁使之熔化，在铁碳平衡图上铁-渗碳体共晶点温度是1130℃，实际生铁的熔点温度范围是1150℃-1190℃，这比废钢熔点1510℃低得多，高温下最主要的传热方式一辐射传热与温度4次方之差成正比(热力学温标)，生铁熔点比废钢熔点低，可在1200℃以下熔化，所以熔化生铁比熔化废钢容易，生铁还可以比较紧密地平铺在炉底，电热熔化效率较高，生铁出现液相后开始加渣料覆盖熔池表面，生铁全部熔化时已经形成氧化渣，这时有一个去除磷，硫的操作(在本文后边专门讨论)。之后将7吨废钢全部加入炉内大电流送电维持铁-碳反应所必要的温度，保证熔池温度始终高于铁碳熔体的液相线，熔化过程就能高效率的顺利进行。本工艺的降碳过程是精心设计的，热能向熔池的传递效率与熔池温度有关，熔池温度越低热效率越高，熔池温度超过1450℃时热效率显著降低，进行铁-碳反应的强烈程度与以下两个因素有关(1)与铁碳不平衡程度有关，废钢含碳量是不变的，所以要尽量保持熔池含碳量，以保持废钢与熔池的铁碳不平衡。(2)铁碳熔体的液相点越低而熔池实际温度越高则铁-碳反应越强烈，而熔池含碳量越高铁碳熔体液相线也就越低，根据(1)和(2)，熔池内的熔体含碳量高是进行铁-碳反应的必要条件。在铁碳平衡图上%＝1%时液相线温度大约1450℃，这时废钢与熔池的铁碳不平衡程度仍然比较大(%＝1%与%＝0.2%)，所以在熔池%＞1%的范围内熔化废钢最有利，本工艺的降碳过程就是依据上述原理设计的，其特征是不加矿石，铁皮等氧化剂，前期控制吹氧量，保持熔池含碳量，以保证大部分废钢在熔池＞1%的条件下以强烈的铁-碳反应方式熔化。废钢熔融于熔池时，熔池含碳量逐渐减少。计算结果，有5吨废钢熔化时熔池总碳为1.63%，为保持熔池实际含碳量大于1%，前期降碳必须小于0.63%。就是说前期降碳小于0.63%即可保证7吨废钢中有5吨废钢以铁-碳反应的方式高效率的熔化。仅剩2吨废钢在较高温度下，在铁碳基本平衡的条件下熔化。这时操作必须大电流，强供氧加大热负荷尽快熔化最后的废钢。当熔池含碳量高时熔体熔点低，应充分利用铁-碳反应，此时电热效率高，主要依靠电热。当熔池含碳降低，熔体熔点升高，铁-碳不平衡程度减弱，以最有效的方式集中利用碳的化学热，降低电耗。1450℃在炼钢过程中是一个临介温度，温度高于1450℃碳和氧的亲和力增大，熔池温度超过1450℃以后降碳速度决定于供氧强度。本工艺的供氧方式与传统电炉炼钢的供氧方式不同，除向熔池供氧外还向炉堂空间二次供氧，使熔池排除的CO在炉堂内燃烧。吹氧前必须把未熔化的废钢扒入熔池，否则被氧化。该反应的平衡气相组成如下 CO超过平衡气相组成时铁处于氧化状态，废钢被强烈氧化。从表上数据看出在炼钢温度下只要有一半CO燃烧，CO2就远远超过平衡气相组成，废钢被氧化，所以吹氧前要将未熔化的废钢扒入熔池。二次燃烧的重要意义可从下烈数据看出二次燃烧的热效应比熔池碳氧反应热效应还大，前者是后者的2.3倍。为了控制炉子的氧化性，不使CO全部燃烧，只烧一半CO，其热效应已经大于熔池碳氧反应的热效应。碳的化学热成倍的增加对降低电耗有重要意义，可使最后熔化的废钢在极大的热负荷下顺利熔化。一次供氧管与二次供氧管从一个总管接出，二次供氧管的直径大约为一次供氧管直径的0.7倍，即二次供氧管的截面积大约为一次供氧管截面积的1/2，则前者氧气流量大约为后者氧气流量的1/2，可实现一半一氧化碳在炉内燃烧。本专利技术去除磷，硫的方法与传统的电炉炼钢方法不同。其特征是在未加入废钢以前从生铁熔池中去除大部分磷和一部分硫。废钢含磷量为%＝0.03%，生铁含磷量为%＝0.4%，金属料中的磷大部分集中在生铁中，生铁熔点低于1200℃，这比废钢熔清后的熔池熔体的熔点至少低200℃，在低温下，从磷被浓缩的生铁熔池去磷是有利的。去磷操作不吹氧，只吹压缩空气搅拌熔池改善去磷的动力学条件，不吹氧是为了保碳和控制温度，压缩空气还比氧气便宜。去磷完毕全扒渣。之后造高碱度新渣，大电流升温，熔池温度超过1350℃以后大量供氧快速升温。温度超过1450℃以后熔池和炉渣的氧化性减弱，表现相对的还原性，与转炉炼钢的返干期相似，这时熔池含碳量高，硫的活度系数大，生铁熔池的硫比废钢中的硫高，这些都是有力的去硫条件。假设生铁中硫%＝0.07%，渣量为10%，即使分配系数低至Ls＝5，也可去除1/3的硫。如果生铁含硫不高，强化去硫措施还可去除更多的硫。例如%＝0.07%，渣量20%，Ls＝10则熔池＝ (0.07%)/(1+10×20%) ＝0.023%，这个硫含量已经符合一般钢种要求。即使不以去硫为目的这次造渣也是必要的。为了防止回磷已经全扒渣，所以新渣是必需要造的。废钢熔化，氧化过程中生成的MnO，SiO2FeO等陆续进入炉渣，过程中不必再加渣料。可以看出这次造渣不是为了去硫而特意造渣，只是顺便利用一下本来存在的有利的去硫条件而已。去除磷硫的操作完成之后即可加入废钢，废钢熔清，成份，温度符合要求后扒渣进入还原期。以后的操作与传统的电炉炼钢方法相同。由于前期已经去除大部分磷，废钢熔清后不需要一个很长的氧化期。对于本工艺，还原期不是在任何情况下绝对必要的。目前在我国有许多转炉钢种也在电炉中冶炼，对于转炉钢种扩散脱氧不是绝对必要的。对于这些钢种，采用本工艺之后如果在前期能使硫含量符合钢种要求，就可以取消还原期，脱氧操作采用沉淀脱氧。权利要求1.铁碳不平衡炼钢法是将废钢熔化过程由纯相变过程变为铁--碳反应过程的能提高废钢熔化效率的电炉炼钢工艺，其特征在于，将生铁熔化后再加入废钢。2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，在未加入废钢之前利用有利的热力学条件从生铁熔池去除大部分磷和一部分硫。3.根据权利要求1或2所述的工艺方法，其特征在于向熔池供氧的同时向炉堂二次供氧。全文摘要本专利技术是一种电炉炼钢新工艺，利用铁—碳反应熔化废钢提高热效率，从生铁熔池去除大部分磷和一部分硫，利用有利的热力学条件提高去除磷，硫的能力，在有利的条件下对于部分钢种可以取消还原期，用二次供氧提高碳的化学热，降低电耗，本工艺可改善电炉炼钢的经济技术指标，从而提高电炉炼钢的经济效益。文档编号C21C5/52GK1042568SQ8810784公开日1990年5月30日 申请日期1988年11月10日 优先权日1988年11月10日专利技术者孟和 申请人:孟和本文档来自技高网...

【技术保护点】
铁碳不平衡炼钢法是将废钢熔化过程由纯相变过程变为铁－－碳反应过程的能提高废钢熔化效率的电炉炼钢工艺，其特征在于，将生铁熔化后再加入废钢。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟和，
申请(专利权)人：孟和，
类型：发明
国别省市：15[中国|内蒙]