[发明专利]一种用于直流电弧炉底电极复合底吹多元介质系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于直流电弧炉底电极复合底吹多元介质系统及方法，属于炼钢技术领域，包括位于炉底的多个底电极，部分底电极为具有中空结构的底吹电极，部分底吹电极为I类底电极、II类底电极、III类底电极中的一种或多种；I类底电极：用于向熔池内喷吹碳质材料，以向熔池渗碳，加速废钢熔化；II类底电极：用于向熔池内喷吹造渣粉剂，以在金属液中形成熔态渣粒，增加脱磷反应过程气‑渣‑金三相反应界面积；III类底电极：用于向熔池内喷吹气体，以加速熔池内传质；还包括与底吹电极相连的控制单元，以实现在冶炼过程中结合底吹电极供电强度，在线调整喷吹参数。本发明能够提高生产效率，降低原辅料消耗。

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，涉及一种用于直流电弧炉底电极复合底吹多元介质系统及方法。

背景技术

直流电弧炉炼钢作为电弧炉炼钢的主要方式之一，以炉底作为电弧电流的正极，依靠电极间电流的作用强化熔池的搅拌，在一定程度上改善了熔池的动力学条件，然而受其扁平炉型结构影响，熔池搅拌力弱，动力学条件差，由此带来的冶炼周期长、钢液中磷、氮、氧的控制等难题一直制约着直流电弧炉绿色高效冶炼的发展。

主要表现在以下几个方面：1)冶炼用废钢等原材料结构复杂，氮含量较高，熔清后磷含量波动大；2)熔池碳含量低，熔池内碳氧反应缺乏，钢液流动速度慢，脱磷、脱氮动力学条件差；3)冶炼过程中石灰通常以块状形式加入熔池，化渣成渣速度慢，虽然炉壁喷吹碳粉改善了渣的流动性，但碳粉利用率较低，原辅料消耗较高，钢液的质量难以有效改善；4)现代电弧炉炼钢普遍采用高功率供电来加速废钢熔化，缩短冶炼周期，而高温电弧电离空气中N₂使钢液易吸氮；5)强化供氧在提高冶炼效率的同时，也带来了终点过氧化，金属收得率低，出钢后合金消耗高的问题；6)采用底电极供电，炉底局部温度过高，使底电极供电强度和寿命受到限制。

因此，如何改善直流电弧炉冶金反应动力学条件，加速渣-钢界面的反应速度，同时降低原辅料消耗，提高生产效率，是直流电弧炉炼钢向绿色高效生产发展过程亟需解决的技术瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于直流电弧炉底电极复合底吹多元介质系统及方法，以提高生产效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于直流电弧炉底电极复合底吹多元介质系统，包括位于炉底的多个底电极，部分底电极为具有中空结构的底吹电极，部分底吹电极为I类底电极、II类底电极、III类底电极中的一种或多种；I类底电极：用于向熔池内喷吹碳质材料，以向熔池渗碳，加速废钢熔化；II类底电极：用于向熔池内喷吹造渣粉剂，以在金属液中形成熔态渣粒，增加脱磷反应过程气-渣-金三相反应界面积；III类底电极：用于向熔池内喷吹气体，以加速熔池内传质；还包括与底吹电极相连的控制单元，以实现在冶炼过程中结合底吹电极供电强度，在线调整喷吹参数。

可选地，所述II类底电极和I类底电极相临布置，以中和I类底电极产生的局部冷态效应；III类底电极分散布置，以加速熔池底部流动，强化渣钢间的换热。

可选地，所述I类底电极的载气1的介质为空气、氮气或CO2，流量为0～1000Nm3/h；碳质材料为碳粉、焦煤、石墨粉或其他增碳粉剂，单支I类底电极粉剂流量0～50kg/min，粉剂粒度≤1mm。

可选地，所述II类底电极的载气2的介质为O2、O2-N2混合气或O2-CO2混合气，载气流量为0～1000Nm3/h，氧气的体积流量比例为0～100％；造渣粉剂为石灰粉或石灰石粉，单支II类底电极粉剂流量0～50kg/min，粉剂粒度≤1mm。

可选地，所述III类底电极的纯气体底吹介质为N2、Ar、CO2、O2中的一种或多种的混合气体，底吹强度为0～0.05Nm3/(min·t)。

可选地，所述I类底电极和II类底电极的空口内径尺寸为4～25mm，III类底电极的空口内径尺寸为0.1～10mm。