一种用于低氮钢的高废钢比低碳冶炼方法与流程

本技术涉及钢铁冶金，尤其涉及一种用于低氮钢的高废钢比低碳冶炼方法。

背景技术：

1、低氮高品质钢的工业化生产长期以来主要依赖以高炉炼铁为核心的长流程工艺。这种长流程工艺虽能稳定供应低氮钢水，但高炉炼铁环节是钢铁全流程碳排放最主要的来源，高炉炼铁环节成为制约行业绿色转型的关键瓶颈。为突破这一瓶颈，提高炼钢过程中的废钢使用比例成为降低碳排放最直接有效的途径之一。

2、然而，在现有主流的长流程和电炉短流程中，提高废钢比均面临显著挑战。长流程方面：转炉因自身热源有限，难以快速熔化大量固态废钢，导致废钢比长期处于较低水平。为提高废钢比而引入的各类辅助熔化技术容易引发钢水过氧化、成分不均或能耗激增等问题；此外，这些辅助熔化技术所配套的外置设备生产节奏常与大型转炉不匹配，影响连续生产。电炉流程方面：以废钢为主要原料的电炉流程虽然能实现高废钢比，但电炉流程生产低氮钢的能力不足，同时存在冶炼周期长、成本高、与连续铸造节奏难以协调等问题。

3、针对上述问题，现有技术提出了一些提高废钢比的方案。例如，采用多座感应炉对废钢进行预处理以获得熔液，再兑入转炉，这种多设备协同的方式增加了流程复杂度，不利于高效稳定的生产节奏控制。另有方案试图通过在转炉内分两次加入废钢来提高比例，但这种两次加废钢的方式延长了冶炼周期，同样不利于生产节奏的匹配。

技术实现思路

1、本技术提供了一种用于低氮钢的高废钢比低碳冶炼方法，以解决如下技术问题：如何在确保低氮钢水质量的前提下，实现高废钢比，快节奏和低碳排放的协同冶炼。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种用于低氮钢的高废钢比低碳冶炼方法，所述方法包括：

3、将废钢进行加热熔化，得到第一熔液；从顶部向所述第一熔液中连续加入造渣料，从侧面向所述第一熔液中喷吹碳粉进行配碳，同时从底部向所述第一熔液中吹入惰性气体进行搅拌，以调整所述第一熔液的成分并使所述第一熔液的温度达到出钢要求，得到成分与温度均匀的预处理废钢熔液；

4、将所述预处理废钢熔液在覆盖渣的保护下依次进行出钢和转运；

5、将所述转运后的所述预处理废钢熔液作为原料，根据目标钢种对残余元素含量的要求，选择性地向所述原料中加入铁水，得到第二熔液；所述预处理废钢熔液占所述第二熔液总质量的50%~100%；

6、在吹氧冶炼前，基于对所述第二熔液的温度和所述第二熔液的成分的检测结果，计算所述吹氧冶炼需要的造渣剂加入量、冷却剂加入量和顶吹吹氧流量；向所述第二熔液中加入所述计算加入量的造渣剂及冷却剂，得到第三熔液；

7、在所述计算的顶吹吹氧流量条件下，对所述第三熔液进行吹氧冶炼，得到终点氮含量≤0.002wt%的低氮钢水。

8、可选的，所述加热熔化使用电弧炉，所述吹氧冶炼使用转炉；

9、所述电弧炉为单座高功率电弧炉，所述电弧炉的炉容与所述转炉的炉容之比为（1~1.5）:1。

10、可选的，所述出钢和转运采用大留钢量操作，所述大留钢量操作中的留钢量占所述电弧炉炉容的30%~50%。

11、可选的，在所述电弧炉中的预处理采用电弧加热，所述电弧加热的供电电极为石墨电极；

12、或者，在所述电弧炉中的预处理采用电弧加热，所述电弧加热的供电电极为自焙电极，将所述自焙电极的二次电压降低5v~10v，将所述自焙电极的电流提升10ka~15ka。

13、可选的，所述造渣料为磁选后的电炉尾渣，以连续方式加入所述第一熔液中，以实现炉渣的持续泡沫化；

14、所述喷吹碳粉和所述惰性气体搅拌同时进行。

15、可选的，所述预处理废钢熔液的温度为1550℃~1650℃。

16、可选的，所述预处理的周期为26min~35min，以与所述转炉中的顶吹氧冶炼周期相匹配。

17、可选的，所述转运的时间为5min~10min，以最大限度地减少所述预处理废钢熔液在输送过程中的温降与二次氧化。

18、可选的，所述吹氧冶炼的周期为26min~35min，以与所述废钢的预处理周期实现精准同步。

19、可选的，所述顶吹吹氧流量为140nm3/h/t钢~160nm3/h/t钢，以在保障吹炼强度的同时维持冶炼过程的热平衡与成分可控性。

20、可选的，当所述目标钢种对残余元素含量要求严格时，向所述原料中加入铁水以稀释所述预处理废钢熔液中的残余元素；当所述目标钢种对残余元素含量要求宽松时，不向所述原料中加入铁水，使所述预处理废钢熔液占所述第二熔液总质量的100%。

21、第二方面，本技术实施例提供了一种第一方面中所述的方法制备得到的低碳钢，所述低氮钢包括以下质量分数的化学成分：n≤0.0040wt%，c：0.001wt%~0.100wt%，p≤0.020wt%，s≤0.015wt%，其余为fe及不可避免的杂质。

22、本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

23、本技术实施例提供了一种用于低氮钢的高废钢比低碳冶炼方法，所述方法包括：将废钢进行加热熔化，得到第一熔液；从顶部向所述第一熔液中连续加入造渣料，从侧面向所述第一熔液中喷吹碳粉进行配碳，同时从底部向所述第一熔液中吹入惰性气体进行搅拌，以调整所述第一熔液的成分并使所述第一熔液的温度达到出钢要求，得到成分与温度均匀的预处理废钢熔液；将所述预处理废钢熔液在覆盖渣的保护下依次进行出钢和转运；将所述转运后的所述预处理废钢熔液作为原料，根据目标钢种对残余元素含量的要求，选择性地向所述原料中加入铁水，得到第二熔液；所述预处理废钢熔液占所述第二熔液总质量的50%~100%；在吹氧冶炼前，基于对所述第二熔液的温度和所述第二熔液的成分的检测结果，计算所述吹氧冶炼需要的造渣剂加入量、冷却剂加入量和顶吹吹氧流量；向所述第二熔液中加入所述计算加入量的造渣剂及冷却剂，得到第三熔液；在所述计算的顶吹吹氧流量条件下，对所述第三熔液进行吹氧冶炼，得到终点氮含量≤0.002wt%的低氮钢水。在原料准备层面，将高功率电弧炉的功能重新定位为废钢预处理反应器，通过集中熔化、连续造渣、喷碳配碳与强搅拌，实现对成分复杂、性状不一的废钢进行高效均质化预处理，生成成分与温度均匀的液态原料。这一方法从根本上解决了大量固态废钢在转炉内难以快速熔化以及吸热导致冶炼周期延长的核心瓶颈，为转炉实现高废钢比冶炼提供了稳定的热力学与动力学条件。在精炼脱氮层面，充分利用转炉作为全液态原料高效脱氮反应器的固有优势。转炉接收已预熔化为液态的废钢熔液或者废钢熔液与铁水的第二熔液。转炉的吹炼对象为全液态原料，碳氧反应剧烈、熔池搅拌充分，创造了极佳的脱氮热力学与动力学环境，从而高效地将钢水氮含量降至极低水平，解决了单一电炉流程脱氮能力不足的问题。在流程协同层面，通过对预处理环节的工艺参数，例如熔化周期、出钢温度，与转炉冶炼环节的工艺参数，例如吹炼周期，进行精准设计与匹配，使得电炉的废钢预处理周期与转炉的精炼周期实现同步，保障了生产节奏的连贯与高效，破解了炉机不匹配的难题。同时，通过灵活调控预处理废钢熔液与铁水的混合比例，可有效稀释与控制废钢中携带的残余元素，满足不同钢种对纯净度的要求。

24、综上，通过将电炉专攻废钢预处理与均质化、转炉专攻全液态原料高效脱氮精炼这两项功能分解，以及两者在物料流、温度与时间节奏上的系统协同，形成了一套完整的技术闭环。通过工艺逻辑的重构，同时满足了高废钢比以降低碳排放、低氮含量以保证钢材品质、快节奏生产以实现高效生产这三个在传统工艺中相互制约的目标，实现了钢铁冶炼在低碳、高品质与高效率维度上的协同突破。