一种无涂层硅钢边角废料的再生工艺的制作方法

本发明涉及一种无涂层硅钢边角废料的再生工艺，属于钢水精炼与循环利用。

背景技术：

1、无涂层硅钢边角废料纯度较高，硅含量较高，碳、氮含量较低，通常作为回收原料用于高品质钢水的熔炼，现有精炼工艺一般采用高碱度造渣剂形成熔渣，并在精炼前期保持较高的熔渣二元碱度，使废料熔解过程中释放的硅被熔渣固定，以减小硅氧化对精炼过程稳定性的影响，但是，当无涂层硅钢边角废料成批加入熔池后，废料中的单质硅会集中熔解，容易造成渣金界面局部自由氧活度和温度大幅波动，在这种情况下，采用高碱度熔渣固定硅，会使熔渣黏度升高、流动性下降，流动性较差的熔渣容易包裹细小的氧化物夹杂，阻碍夹杂物上浮，进而影响钢水清净度和硅成分命中率，同时，高碱度熔渣还会对钢包耐火衬里造成化学侵蚀和物理冲刷，加快耐火衬里的损耗，缩短其使用周期。

2、机械压块虽可解决边角料入炉时的下沉与堆比重匹配问题，但在后续熔解与精炼阶段，现有控制方法难以动态适应冶炼状态的变化，例如，公开号为cn104975129a的中国发明专利申请公开了一种电工钢边角料回收处理方法，将电工钢边角料打包压块后送入转炉内作为冶炼原料，并试图通过静态调控转炉终点温度和石灰投入量等经验参数来实现少渣冶炼，然而，高硅无涂层边角废料在入池集中熔解时，瞬间释放大量热量并引发渣金微区自由氧活度的大幅波动；此类基于前置经验参数的静态控制模式，无法根据废料熔解过程中渣金界面的热力学与动力学状态进行实时调整，容易导致渣金界面局部过饱和氧化，进而加剧耐火衬里侵蚀并影响钢水纯净度，针对上述问题，现有工艺通常通过提高底吹氩流量，使局部富集的硅尽快分散，或者降低废料的给料速度，减缓废料集中熔解带来的影响，然而，长时间采用较大的吹氩流量，容易造成钢水卷渣和二次氧化，反而降低钢水纯净度；全程采用较低的给料速度，又会延长精炼时间，增加熔池热量损失并降低生产效率，这些措施仍难以解决渣金界面状态不稳定以及耐火衬里损耗过快的问题。

3、因此，如何在降低熔渣黏度和减轻耐火衬里侵蚀的同时，平稳控制硅钢边角废料成批熔解对渣金界面造成的瞬时影响，实现高硅废料的高效原位再生，并延长钢包使用周期，成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种无涂层硅钢边角废料的再生工艺，包含以下步骤：

2、步骤s101，采集钢包内精炼启动阶段熔池内钢水的初始自由氧活度与初始温度，向熔池表面投入二元碱度为1.2至1.5的改性预熔渣，在钢水表面形成熔渣层，并控制设于钢包底部的透气砖的初始吹氩流量为150l/min至250l/min；

3、步骤s102，将无涂层硅钢边角废料通过机械高压压制成密度为5.5g/cm³至6.2g/cm³的给料束，在钢水的瞬态自由氧活度降至15ppm至25ppm时，以0.8m/min至1.2m/min的初始喂入速率将给料束垂直喂入熔池内部；

4、步骤s103，通过埋入钢包侧壁耐火衬里内部的固态电解质氧传感器连续采集钢水的瞬态自由氧活度，并计算瞬态自由氧活度随时间的变化率绝对值；

5、步骤s104，当瞬态自由氧活度随时间的变化率绝对值大于1.5ppm/min时，将透气砖的吹氩流量由初始吹氩流量提升至450l/min至600l/min，同步将给料束的喂入速率由初始喂入速率降低至0.3m/min至0.5m/min；

6、步骤s105，当瞬态自由氧活度随时间的变化率绝对值降至小于1.0ppm/min时，恢复给料束的喂入速率至初始喂入速率，并维持底吹氩搅拌至取样采集获得的熔池内钢水的终点全氧含量降至小于等于12ppm。

7、优选的，在步骤s101中，投入的改性预熔渣包含以下质量百分比的化学组分：45%至55%、30%至40%、8%至12%、3%至6%，其余为不可避免的杂质；改性预熔渣的熔化温度为1280℃至1330℃。

8、优选的，在步骤s102中，给料束截面形状为圆形；给料束在熔池内钢水中的下沉深度为钢包内熔池深度的0.4倍至0.6倍。

9、优选的，在步骤s101与步骤s104中，透气砖为设于钢包底部的双孔透气砖，双孔透气砖的两孔气流分配比例为1:1；在吹氩流量由初始吹氩流量提升至450l/min至600l/min的过程中，吹氩气源压力为0.6mpa至0.8mpa。

10、优选的，在步骤s103中，固态电解质氧传感器连续采集钢水的瞬态自由氧活度的采样频率为1hz至2hz，瞬态自由氧活度随时间的变化率绝对值采用下式计算：，其中，为瞬态自由氧活度随时间的变化率绝对值，为在时刻采集到的瞬态自由氧活度，为在时刻采集到的瞬态自由氧活度，为时刻与时刻之间的采样时间间隔，且。

11、优选的，在步骤s102中，给料束垂直喂入熔池内部时，给料束在熔池内钢水中的熔解反应区位于熔渣层下方200mm至500mm处的钢渣界面区域。

12、优选的，固态电解质氧传感器嵌设于钢包渣线下方100mm至300mm处的侧壁耐火衬里内部，固态电解质氧传感器的检测端面与钢包内壁耐火衬里表面平齐，直接接触熔池内流动的钢水，实时输出表征钢水自由氧活度的毫伏级电势信号，并将毫伏级电势信号转换为瞬态自由氧活度。

13、优选的，在步骤s101中，采集到的钢水的初始自由氧活度为30ppm至45ppm，初始温度为1580℃至1600℃；在步骤s102中，给料束垂直喂入时，熔池内钢水的温度为1575℃至1595℃。

14、优选的，在步骤s104中，在将给料束的喂入速率降低至0.3m/min至0.5m/min的同时，保持吹氩流量处于450l/min至600l/min的持续时间为2min至5min。

15、优选的，在步骤s105中，在恢复给料束的喂入速率至初始喂入速率并完成全部给料束喂入后，维持底吹氩流量处于150l/min至250l/min的精炼搅拌状态，直至熔池内钢水的终点全氧含量降至小于等于9ppm。

16、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

17、1、在无涂层硅钢边角废料的再生工艺中，改性预熔渣与给料束的配合，使无涂层硅钢边角废料能够在熔池内适宜位置稳定熔解，废料中的硅熔解放热，可降低渣金界面附近熔渣的黏度，改善熔渣流动性，并有利于二氧化硅与氧化钙形成熔点较低的硅酸钙，钢水中的细小氧化物夹杂物由此更容易聚集、长大并上浮进入熔渣，从而提高夹杂物去除效率，改善钢水清净度。

18、2、根据瞬态自由氧活度的变化及时调节吹氩流量和给料束的喂入速率，可减小废料集中熔解对钢水造成的波动，吹氩强度提高后，给料束表面形成的局部高硅区域能够被及时分散，降低硅局部富集和剧烈氧化的可能；待钢水状态趋于平稳后恢复喂入速率，又可避免全程低速给料造成精炼时间延长，由此能够兼顾废料熔解速度和精炼稳定性，使钢水全氧含量平稳下降，并提高硅成分的控制准确性。

19、3、采用低二元碱度的改性预熔渣，可减轻熔渣对钢包耐火衬里的化学侵蚀，废料熔解产生的局部热量还能改善渣金界面附近熔渣的流动性，减少对高碱度造渣剂的依赖，从而降低耐火衬里受到的化学侵蚀和物理冲刷，减缓钢包衬里的损耗，该工艺在提高无涂层硅钢边角废料回收利用率的同时，有利于延长钢包使用周期，降低精炼设备的使用成本。