專利名稱：鐵碳不平衡煉鋼法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種電爐煉鋼工藝，傳統(tǒng)的電爐煉鋼方法是將廢鋼，生鐵等金屬爐料一次全部加入爐內(nèi)，使之升溫達(dá)到熔點(diǎn)溫度，在熔點(diǎn)溫度吸收相變潛熱而熔化，這是一個(gè)純相變過(guò)程，熔化時(shí)間長(zhǎng)，熱效率低，電耗大。
本發(fā)明是針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)提出的，其特征是先將生鐵料加入爐內(nèi)使之熔化，之后加入廢鋼，令廢鋼與生鐵熔池發(fā)生鐵-碳反應(yīng)，該過(guò)程可在比廢鋼熔點(diǎn)低得多的溫度進(jìn)行，只要保持熔池內(nèi)鐵碳熔體的實(shí)際溫度高于該熔體的液相線，且熔池含碳量比廢鋼含碳量高得多，則反應(yīng)就以沸騰方式激烈地進(jìn)行。
以呼和浩特鋼鐵廠5噸電爐為例，金屬料組成是7噸廢鋼3噸生鐵，首先加入3噸生鐵使之熔化，在鐵碳平衡圖上鐵-滲碳體共晶點(diǎn)溫度是1130℃，實(shí)際生鐵的熔點(diǎn)溫度范圍是1150℃-1190℃，這比廢鋼熔點(diǎn)1510℃低得多，高溫下最主要的傳熱方式一輻射傳熱與溫度4次方之差成正比(熱力學(xué)溫標(biāo))，生鐵熔點(diǎn)比廢鋼熔點(diǎn)低，可在1200℃以下熔化，所以熔化生鐵比熔化廢鋼容易，生鐵還可以比較緊密地平鋪在爐底，電熱熔化效率較高，生鐵出現(xiàn)液相后開(kāi)始加渣料覆蓋熔池表面，生鐵全部熔化時(shí)已經(jīng)形成氧化渣，這時(shí)有一個(gè)去除磷，硫的操作(在本文后邊專門討論)。之后將7噸廢鋼全部加入爐內(nèi)大電流送電維持鐵-碳反應(yīng)所必要的溫度，保證熔池溫度始終高于鐵碳熔體的液相線，熔化過(guò)程就能高效率的順利進(jìn)行。
本工藝的降碳過(guò)程是精心設(shè)計(jì)的，熱能向熔池的傳遞效率與熔池溫度有關(guān)，熔池溫度越低熱效率越高，熔池溫度超過(guò)1450℃時(shí)熱效率顯著降低，進(jìn)行鐵-碳反應(yīng)的強(qiáng)烈程度與以下兩個(gè)因素有關(guān)(1)與鐵碳不平衡程度有關(guān)，廢鋼含碳量是不變的，所以要盡量保持熔池含碳量，以保持廢鋼與熔池的鐵碳不平衡。(2)鐵碳熔體的液相點(diǎn)越低而熔池實(shí)際溫度越高則鐵-碳反應(yīng)越強(qiáng)烈，而熔池含碳量越高鐵碳熔體液相線也就越低，根據(jù)(1)和(2)，熔池內(nèi)的熔體含碳量高是進(jìn)行鐵-碳反應(yīng)的必要條件。在鐵碳平衡圖上[C]%＝1%時(shí)液相線溫度大約1450℃，這時(shí)廢鋼與熔池的鐵碳不平衡程度仍然比較大([C]%＝1%與[C]%＝0.2%)，所以在熔池[C]%＞1%的范圍內(nèi)熔化廢鋼最有利，本工藝的降碳過(guò)程就是依據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的，其特征是不加礦石，鐵皮等氧化劑，前期控制吹氧量，保持熔池含碳量，以保證大部分廢鋼在熔池[C]＞1%的條件下以強(qiáng)烈的鐵-碳反應(yīng)方式熔化。廢鋼熔融于熔池時(shí)，熔池含碳量逐漸減少。計(jì)算結(jié)果，有5噸廢鋼熔化時(shí)熔池總碳為1.63%，為保持熔池實(shí)際含碳量大于1%，前期降碳必須小于0.63%。就是說(shuō)前期降碳小于0.63%即可保證7噸廢鋼中有5噸廢鋼以鐵-碳反應(yīng)的方式高效率的熔化。僅剩2噸廢鋼在較高溫度下，在鐵碳基本平衡的條件下熔化。這時(shí)操作必須大電流，強(qiáng)供氧加大熱負(fù)荷盡快熔化最后的廢鋼。當(dāng)熔池含碳量高時(shí)熔體熔點(diǎn)低，應(yīng)充分利用鐵-碳反應(yīng)，此時(shí)電熱效率高，主要依靠電熱。當(dāng)熔池含碳降低，熔體熔點(diǎn)升高，鐵-碳不平衡程度減弱，以最有效的方式集中利用碳的化學(xué)熱，降低電耗。1450℃在煉鋼過(guò)程中是一個(gè)臨介溫度，溫度高于1450℃碳和氧的親和力增大，熔池溫度超過(guò)1450℃以后降碳速度決定于供氧強(qiáng)度。本工藝的供氧方式與傳統(tǒng)電爐煉鋼的供氧方式不同，除向熔池供氧外還向爐堂空間二次供氧，使熔池排除的CO在爐堂內(nèi)燃燒。吹氧前必須把未熔化的廢鋼扒入熔池，否則被氧化。
該反應(yīng)的平衡氣相組成如下
CO超過(guò)平衡氣相組成時(shí)鐵處于氧化狀態(tài)，廢鋼被強(qiáng)烈氧化。從表上數(shù)據(jù)看出在煉鋼溫度下只要有一半CO燃燒，CO2就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)平衡氣相組成，廢鋼被氧化，所以吹氧前要將未熔化的廢鋼扒入熔池。二次燃燒的重要意義可從下烈數(shù)據(jù)看出
二次燃燒的熱效應(yīng)比熔池碳氧反應(yīng)熱效應(yīng)還大，前者是后者的2.3倍。為了控制爐子的氧化性，不使CO全部燃燒，只燒一半CO，其熱效應(yīng)已經(jīng)大于熔池碳氧反應(yīng)的熱效應(yīng)。碳的化學(xué)熱成倍的增加對(duì)降低電耗有重要意義，可使最后熔化的廢鋼在極大的熱負(fù)荷下順利熔化。一次供氧管與二次供氧管從一個(gè)總管接出，二次供氧管的直徑大約為一次供氧管直徑的0.7倍，即二次供氧管的截面積大約為一次供氧管截面積的1/2，則前者氧氣流量大約為后者氧氣流量的1/2，可實(shí)現(xiàn)一半一氧化碳在爐內(nèi)燃燒。
本發(fā)明去除磷，硫的方法與傳統(tǒng)的電爐煉鋼方法不同。其特征是在未加入廢鋼以前從生鐵熔池中去除大部分磷和一部分硫。廢鋼含磷量為[P]%＝0.03%，生鐵含磷量為[P]%＝0.4%，金屬料中的磷大部分集中在生鐵中，生鐵熔點(diǎn)低于1200℃，這比廢鋼熔清后的熔池熔體的熔點(diǎn)至少低200℃，在低溫下，從磷被濃縮的生鐵熔池去磷是有利的。去磷操作不吹氧，只吹壓縮空氣攪拌熔池改善去磷的動(dòng)力學(xué)條件，不吹氧是為了保碳和控制溫度，壓縮空氣還比氧氣便宜。去磷完畢全扒渣。之后造高堿度新渣，大電流升溫，熔池溫度超過(guò)1350℃以后大量供氧快速升溫。溫度超過(guò)1450℃以后熔池和爐渣的氧化性減弱，表現(xiàn)相對(duì)的還原性，與轉(zhuǎn)爐煉鋼的返干期相似，這時(shí)熔池含碳量高，硫的活度系數(shù)大，生鐵熔池的硫比廢鋼中的硫高，這些都是有力的去硫條件。假設(shè)生鐵中硫[S]%＝0.07%，渣量為10%，即使分配系數(shù)低至Ls＝5，也可去除1/3的硫。如果生鐵含硫不高，強(qiáng)化去硫措施還可去除更多的硫。例如[S]%＝0.07%，渣量20%，Ls＝10則熔池[S]＝ (0.07%)/(1+10×20%) ＝0.023%，這個(gè)硫含量已經(jīng)符合一般鋼種要求。即使不以去硫?yàn)槟康倪@次造渣也是必要的。為了防止回磷已經(jīng)全扒渣，所以新渣是必需要造的。廢鋼熔化，氧化過(guò)程中生成的MnO，SiO2FeO等陸續(xù)進(jìn)入爐渣，過(guò)程中不必再加渣料?？梢钥闯鲞@次造渣不是為了去硫而特意造渣，只是順便利用一下本來(lái)存在的有利的去硫條件而已。去除磷硫的操作完成之后即可加入廢鋼，廢鋼熔清，成份，溫度符合要求后扒渣進(jìn)入還原期。以后的操作與傳統(tǒng)的電爐煉鋼方法相同。由于前期已經(jīng)去除大部分磷，廢鋼熔清后不需要一個(gè)很長(zhǎng)的氧化期。
對(duì)于本工藝，還原期不是在任何情況下絕對(duì)必要的。目前在我國(guó)有許多轉(zhuǎn)爐鋼種也在電爐中冶煉，對(duì)于轉(zhuǎn)爐鋼種擴(kuò)散脫氧不是絕對(duì)必要的。對(duì)于這些鋼種，采用本工藝之后如果在前期能使硫含量符合鋼種要求，就可以取消還原期，脫氧操作采用沉淀脫氧。
權(quán)利要求
1.鐵碳不平衡煉鋼法是將廢鋼熔化過(guò)程由純相變過(guò)程變?yōu)殍F--碳反應(yīng)過(guò)程的能提高廢鋼熔化效率的電爐煉鋼工藝，其特征在于，將生鐵熔化后再加入廢鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，在未加入廢鋼之前利用有利的熱力學(xué)條件從生鐵熔池去除大部分磷和一部分硫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工藝方法，其特征在于向熔池供氧的同時(shí)向爐堂二次供氧。
全文摘要
本發(fā)明是一種電爐煉鋼新工藝，利用鐵—碳反應(yīng)熔化廢鋼提高熱效率，從生鐵熔池去除大部分磷和一部分硫，利用有利的熱力學(xué)條件提高去除磷，硫的能力，在有利的條件下對(duì)于部分鋼種可以取消還原期，用二次供氧提高碳的化學(xué)熱，降低電耗，本工藝可改善電爐煉鋼的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，從而提高電爐煉鋼的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C21C5/52GK1042568SQ8810784
公開(kāi)日1990年5月30日 申請(qǐng)日期1988年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月10日
發(fā)明者孟和 申請(qǐng)人:孟和