專利名稱：：使用棕櫚殼木炭的電弧爐煉鋼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種將廢鐵熔解以生產(chǎn)鋼水的電弧爐煉鋼方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種使用輔助燃料或滲碳劑來生產(chǎn)鋼水的電弧爐煉鋼方法。
背景技術(shù)：
：在用于煉鋼的電弧爐中，將作為原料的廢鐵熔解并精煉以生產(chǎn)用作建筑材料等的鋼鐵產(chǎn)品。用于電弧爐的主要能源是電熱(電弧熱)。為了加速熔解和精煉并且為了節(jié)省昂貴的電能，也采用諸如氧氣(用于鐵的氧化性熔解)、氣體燃料或者液體燃料和焦粉的輔助熱源。在用于煉鋼的現(xiàn)代電弧爐中，電熱與輔助燃料之間的能量輸入比已達(dá)到50:50。在輔助熱源中，具有高固碳含量的固體燃料，諸如焦炭、作為焦炭替代物的無煙煤、以及油焦是最重要的。這些固體燃料不僅用作熱源，而且還用作還原劑，因而在自身精煉過程中起十分重要的作用。目前，每噸鐵使用20到30kg的焦炭。然而，使用諸如焦炭和無煙煤的大量含碳材料，源自化石燃料的大量二氧化碳?xì)怏w，即溫室氣體被排放到大氣中。例如，假定年產(chǎn)量為1000000噸的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模的煉鋼廠，每噸鋼水使用具有85%的碳質(zhì)量含量的焦粉25kg，僅這個(gè)煉鋼廠每年排放77916噸的二氧化碳。如上所述，在電弧爐煉鋼過程中，使用含碳材料，諸如作為化石燃料的焦炭和無煙煤，由此大量作為全球變暖氣體(溫室氣體)的二氧化碳?xì)怏w被排放到大氣中。如果使用諸如木炭的生物質(zhì)炭來代替由化石燃料組成的含碳材料，則溫室氣體排放物在理論上降至零。注意由生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w被稱為"碳中和"，其不包含在溫室氣體(全球變暖氣體)的范疇內(nèi)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種電弧爐煉鋼方法，其中，在通過在電弧爐中熔解和精煉諸如廢鐵的冷鐵源來生產(chǎn)鋼水的過程中，將物理屬性與焦炭相似的生物質(zhì)炭用作焦炭的替代物，從而能夠減少大量溫室氣體的生成。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供一種電弧爐煉鋼方法，該方法包括如下步驟將木炭與廢鐵混合裝入電弧爐中，所述木炭通過椰子殼或油棕殼的碳化獲得并具有12%或更多的殘留揮發(fā)物；以及熔解該廢鐵以生產(chǎn)鋼水。該裝入步驟殼可以包括將木炭和源自化石燃料的含碳材料一起與廢鐵混合地裝入電弧爐中，該木炭通過椰子殼或油棕殼的碳化獲得并具有12%或更多的殘留揮發(fā)物。優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的電弧爐煉鋼方法進(jìn)一步包括如下步驟將通過椰子殼或油棕殼的碳化獲得并具有小于12%的殘留揮發(fā)物的木炭從噴槍吹入電弧爐中。圖1是顯示碳化溫度/時(shí)間與棕櫚殼木炭的產(chǎn)率之間的關(guān)系的曲線圖。圖2是顯示產(chǎn)率與殘留揮發(fā)物之間的關(guān)系的曲線圖。圖3是顯示執(zhí)行本發(fā)明的電弧爐以及顯示廢料熔解的初始階段的示意圖。圖4是顯示執(zhí)行本發(fā)明的電弧爐以及顯示在廢料熔化之后即刻的狀態(tài)的示意圖。圖5是顯示執(zhí)行本發(fā)明的電弧爐以及顯示在完成升溫之后用于鋼水的精煉期的示意圖。具體實(shí)施方式在電弧爐煉鋼過程中，使用含碳的固體燃料，并且源自化石燃料的大量二氧化碳被排放到大氣。所排放的二氧化碳降構(gòu)成溫室氣體。如果使用生物質(zhì)炭代替焦炭，則溫室氣體排放物在理論上降至零。然而，在很多情形中，與焦炭相比，生物質(zhì)炭的固碳含量低，并且生物質(zhì)炭由于其非常低的容積密度而容易分散，這些都是問題。因此，在電弧爐煉鋼過程中，不將生物質(zhì)炭用作固體燃料。在馬來西亞和印度尼西亞，椰子或油棕工業(yè)是主要工業(yè)之一。所生成的大量棕櫚殼經(jīng)受碳化而產(chǎn)生木炭。在下文中，將通過椰子殼或油棕殼的碳化而獲得的木炭稱為"棕櫚殼木炭"。椰子殼木炭具有比焦炭的容積密度稍低的容積密度并且具有高固碳含量，因此使用棕櫚殼木炭作為諸如焦炭的化石燃料的替代物是非?？赡艿?。表1顯示了油棕殼木炭與焦炭之間的物理屬性的比較。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表1中明顯的是，與焦炭相比，棕櫚殼木炭具有高熱值、低含灰量和低含硫量，并因而是好燃料。然而，目前，棕櫚殼木炭的應(yīng)用基本限于用作活性碳的原料，并且它的生產(chǎn)規(guī)模小。而且，隨著近來化石燃料價(jià)格的急劇升高，棕櫚殼日益作為比煤更昂貴的燃料交易。由此，電爐鋼制造商并不處在持續(xù)使用棕櫚殼的情形中。在印度尼西亞和馬來西亞，焦炭或可替代化石燃料的價(jià)格是180到200美元/噸，棕櫚殼的價(jià)格是40美元/噸，而棕櫚殼木炭的價(jià)格是250到270美元/噸。因此，電爐鋼制造商不持續(xù)地使用棕櫚殼木炭。在目前在電弧爐煉鋼過程中廣泛使用的焦炭、無煙煤、油焦等中，固碳含量是85%以上，而揮發(fā)物是8%以下。為了將棕櫚殼木炭的固碳含量增加到85%以上并將棕櫚殼木炭的揮發(fā)物降低到8%以下，在棕櫚殼木炭的生產(chǎn)期間必須增加碳化溫度并增加碳化時(shí)間，而產(chǎn)率降低。該產(chǎn)率是通過用所產(chǎn)生的棕櫚殼木炭的重量除以所需的棕櫚殼的重量而獲得的值。在目前作為用于活性碳的原料生產(chǎn)的棕櫚殼木炭的情形中，產(chǎn)率為大約22%到25%。如上所述，棕櫚殼木炭的當(dāng)前價(jià)格是250到270美元/噸，這主要取決于棕櫚殼的價(jià)格。表2顯示了生產(chǎn)和裝運(yùn)1噸棕櫚殼木炭的價(jià)格結(jié)構(gòu)的示例。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從上表中明顯的是，如果通過將揮發(fā)物降低到目前作為商業(yè)產(chǎn)品配銷的棕櫚殼木炭的水平來降低產(chǎn)率，則原料成本的百分比增加到61.5%，并失去與化石燃料的經(jīng)濟(jì)競爭性。如上所述，化石燃料的價(jià)格目前是180到200美元/噸。在本發(fā)明中，允許將棕櫚殼木炭中的揮發(fā)物保持在可在用于煉鋼的電爐中使用的水平，并且通過提高產(chǎn)率，可替代棕櫚殼木炭的經(jīng)濟(jì)效率增加。例如，在35%的產(chǎn)率下，原料成本是114美元，而棕櫚殼木炭的價(jià)格是214美元/噸。在45%的產(chǎn)率下，原料成本是89美元，而棕櫚殼木炭的價(jià)格是189美元/噸。因而，能確保與化石燃料的競爭性。為了提高產(chǎn)率，在棕櫚殼木炭的生產(chǎn)過程中，降低碳化溫度并減少碳化時(shí)間。圖1顯示了碳化溫度/時(shí)間與棕櫚木炭的產(chǎn)率之間的關(guān)系。圖2顯示了產(chǎn)率與殘留揮發(fā)物之間的關(guān)系。在本發(fā)明中，在棕櫚殼木炭的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)率得以提高，并且生產(chǎn)出具有高殘留揮發(fā)物(12%以上)的棕櫚殼木炭。當(dāng)在電爐中使用此棕櫚殼木炭時(shí)，將與廢料混合的棕櫚殼木炭的粗顆粒在熔解前裝入熔爐中。當(dāng)廢料熔解時(shí)揮發(fā)物燃燒并用作熱源，而剩余的固碳含量用作滲碳劑。要與廢料混合的含碳材料可全部由棕櫚殼木炭組成，或者可部分地由棕櫚殼木炭以及部分地由具有低揮發(fā)物和高固碳含量的傳統(tǒng)使用的材料組成。已報(bào)道如果將具有高揮發(fā)物的含碳材料吹入鋼水或熔渣中，則爐渣發(fā)泡或爐渣中氧化鐵的還原可能受到不利地影響(Denki-Seiko[ElectricFurnaceSteel]，Vol.56，No.1(1985年1月)，"ReductionofFeOinmoltenslagbysolidcarbon")。由此，如在傳統(tǒng)情形中那樣，理想的是使用具有低揮發(fā)物和高固碳含量的材料作為要吹入熔爐中的含碳材料?，F(xiàn)在將對在將廢鐵熔解并精煉以生產(chǎn)鋼水的電弧爐煉鋼方法中使用棕櫚殼木炭作為焦炭替代物的具體過程進(jìn)行描述。圖3到圖5是顯示當(dāng)冷鐵源在電弧爐中熔解時(shí)執(zhí)行本發(fā)明的狀態(tài)的示意圖。圖3顯示冷鐵源的熔解的初始階段，圖4顯示在冷鐵源的熔化之后即刻的狀態(tài)，而圖5顯示在電弧爐煉鋼過程的末期階段完成升溫之后用于鋼水的精煉期。參照圖3到圖5，由金屬構(gòu)成的水冷熔爐側(cè)壁3布置在包括外鋼殼8和耐火爐襯的爐體2的外圍中的上側(cè)上，而熔爐側(cè)壁3的上開口覆蓋有由金屬制成的能打開的且水冷的爐頂4。三個(gè)石墨電極5設(shè)置為穿過爐頂4并上下移動(dòng)到爐體2中。石墨電極5的每一個(gè)連接到三相交流電源(未示出)，并且在電極5之間以及電極5與裝入熔爐中的材料，諸如冷鐵源9和鋼水10之間產(chǎn)生電弧12。用于吹入氧氣的噴槍6和用于吹入含碳材料的噴槍7設(shè)置為穿過熔爐側(cè)壁3并上下移動(dòng)到爐體2中。將氧氣從用于吹入氧氣的噴槍6吹入爐體2中，而在空氣、氮?dú)獾扔米鬟\(yùn)載氣體的情況下，將含碳材料從用于吹入含碳材料的噴槍7吹入爐體2中。管道8設(shè)置在爐頂4上，而熔爐中生成的高溫廢氣通過管道8使用除塵器(未示出)排空。出鋼口(未示出)也設(shè)置在爐體2中。首先，將廢料9以及通過椰子殼木炭或油棕殼木炭的碳化獲得并具有12%以上的殘留揮發(fā)物的木炭20從自起重機(jī)等懸吊下來的送料斗(未示出)裝入電弧爐1中，電弧爐的爐頂4是打開的，(這個(gè)時(shí)期被稱為"原料裝填期")。接下來，將爐頂4關(guān)閉并將電極5插入熔爐中，在電極5的每一個(gè)與廢料9之間產(chǎn)生電弧12，而廢料9被所產(chǎn)生的電弧熱熔解以產(chǎn)生鋼水10(這個(gè)時(shí)期被稱為"廢料熔解期")。與廢料一起裝入熔爐中的木炭中的殘留揮發(fā)物在熔解期間燃燒并用作熱源，而剩余固碳用作滲碳劑。當(dāng)生產(chǎn)鋼水10時(shí)，通常將諸如生石灰或螢石的助熔劑裝入熔爐中以在鋼水10上形成熔渣11，從而防止鋼水10被氧化，并保持鋼水10的溫度。當(dāng)裝入熔爐中的所有廢料9熔化時(shí)，通過電弧熱將所產(chǎn)生的鋼水10加熱到預(yù)定溫度(這個(gè)時(shí)期被稱為"升溫期")。在溫度升高到預(yù)定水平之后，鋼水10經(jīng)受成分調(diào)節(jié)(這個(gè)時(shí)期被稱為"精煉期")。然后，將鋼水IO通過出鋼口排放到鋼水承載容器，并且在出鋼之后，根據(jù)需要，將熔渣ll排入渣罐等中(這個(gè)時(shí)期被稱為"出鋼/排渣期")。也就是說，一個(gè)循環(huán)由原料裝填期、冷鐵源熔解期、升溫期、精煉期和出鋼/排渣期組成。因此，從廢料9生產(chǎn)出鋼水10。在本發(fā)明中，在廢料熔解期、升溫期和精煉期的每一個(gè)中，作為焦炭替代物的棕櫚殼木炭能用作輔助燃料或滲碳劑。在廢料熔解期中，在電極5的每一個(gè)與廢料9之間產(chǎn)生電弧12，而廢料9被所產(chǎn)生的電弧熱熔解以產(chǎn)生鋼水10。木炭20中的殘留揮發(fā)物在熔解期間燃燒并用作熱源，而剩余固碳用作熱源和滲碳劑。如圖3中所示，為了順利地熔化廢料9，將氧氣從用于吹入氧氣的噴槍6吹入并將具有低揮發(fā)物和高固碳含量的含碳材料從用于吹入含碳材料的噴槍7朝著沉積在熔爐中的廢料9吹入。廢料9被所吹入的氧氣部分地氧化并通過氧化熱加熱和熔解。在升溫期中，由于沉積的廢料9完全熔化，所以高溫電弧12暴露，這可能導(dǎo)致大的熱損失并損壞爐體2的側(cè)壁耐火材料。因此，在本發(fā)明中，當(dāng)在冷鐵源熔解期中產(chǎn)生鋼水10時(shí)，將諸如生石灰或螢石的助熔劑裝入熔爐中以形成熔渣ll，從而防止鋼水10被氧化，并保持鋼水IO的溫度。在升溫期中，如圖4中所示，用于吹入氧氣的噴槍6和用于吹入含碳材料的噴槍7的每一個(gè)的末端浸入熔渣11中，氧氣被從用于吹入氧氣的噴槍6吹入而含碳材料被從用于吹入含碳材料的噴槍7吹入熔渣11中。已吹入并懸浮在熔渣11中的含碳材料與已吹入的氧氣反應(yīng)而產(chǎn)生燃燒熱，該燃燒熱用作輔助熱源，從而節(jié)省電力消耗。同時(shí)，由于作為反應(yīng)產(chǎn)物的CO氣體使熔渣11起泡，所以電弧12被起泡的熔渣ll覆蓋，從而提高了電弧12的熱傳遞效率。熔渣ll起泡的現(xiàn)象被稱為"爐渣的發(fā)泡"。在精煉期中，如圖5中所示，將含碳材料從用于吹入含碳材料的噴槍7吹入熔渣11中。由此，熔渣中的氧化鐵被還原而形成鐵，該鐵被添加到鋼水10。此外，由于熔渣11通過在熔渣中的氧化鐵的還原反應(yīng)中生成的CO氣體起泡，所以電弧12被起泡的熔渣11覆蓋，因而如在升溫期中那樣提高了電弧12的熱傳遞效率。另外，當(dāng)將含碳材料用作用于成分調(diào)節(jié)的滲碳劑時(shí)，將用于吹入含碳材料的噴槍7的末端浸入鋼水10中，并將含碳材料吹入鋼水中。示例在印度尼西亞的電爐煉鋼廠對具有高揮發(fā)物的棕櫚殼木炭的使用進(jìn)行了測試。表3顯示了在該測試中使用的棕櫚殼木炭的物理屬性。由于棕櫚殼木炭的揮發(fā)物在48.1%下很高，基于安全考慮，在混合到廢料中的總含碳材料的50%的量中使用棕櫚殼木炭，而對于剩下的50%使用無煙煤(揮發(fā)物2%)。因而，將混合到廢料中的含碳材料的揮發(fā)物計(jì)算到25%。表4顯示了測試結(jié)果的概要。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表4中的木炭A對應(yīng)于表1中的棕櫚殼木炭，而表4中的B對應(yīng)于表3中具有高揮發(fā)物的棕櫚殼木炭。在加熱No.7和8中使用木炭B與無煙煤混合。冶煉時(shí)間(l次加熱所需的時(shí)間分鐘)和電力消耗速率顯示了比在使用焦炭的情形中更好的值，電爐性能的評估以所述的冶煉時(shí)間和電力消耗速率為基礎(chǔ)。這是因?yàn)楦邠]發(fā)物用作有效的熱源。在出鋼期間鋼水中的碳含量(％)不會(huì)不利地影響滲碳效果。權(quán)利要求1.一種使用棕櫚殼木炭的電弧爐煉鋼方法，包括如下步驟將木炭與廢鐵混合裝入電弧爐中，所述木炭通過椰子殼或油棕殼的碳化獲得并具有12％或更多的殘留揮發(fā)物；以及熔解所述廢鐵以生產(chǎn)鋼水。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電弧爐煉鋼方法，其中將木炭與廢鐵混合裝入所述電弧爐中的步驟包括將通過椰子殼或油棕殼的碳化獲得并具有12%或更多的殘留揮發(fā)物的木炭和源自化石燃料的含碳材料一起與廢鐵混合裝入。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的使用椰子殼木炭的電弧爐煉鋼方法，進(jìn)一步包括如下步驟將通過椰子殼或油棕殼的碳化獲得并具有小于12%的殘留揮發(fā)物的木炭從噴槍吹入所述電弧爐中。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的使用椰子殼木炭的電弧爐煉鋼方法，進(jìn)一步包括如下步驟將具有低揮發(fā)物的含碳材料從噴槍吹入所述電弧爐中。全文摘要一種電弧爐煉鋼方法包括如下步驟將木炭與廢鐵混合地裝入電弧爐中，該木炭通過椰子殼或油棕殼的碳化獲得并具有12％以上的殘留揮發(fā)物，并且熔解該廢鐵以生產(chǎn)鋼水。從噴槍吹入電弧爐中的含碳材料優(yōu)選具有小于12％的殘留揮發(fā)物。文檔編號(hào)C21C5/52GK101558170SQ200880000709公開日2009年10月14日申請日期2008年3月28日優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日發(fā)明者中山道夫,丸川吉仁申請人:鋼鐵普藍(lán)特克股份有限公司;共英制鋼株式會(huì)社