[发明专利]一种废钢打包块及其制造方法、炼钢方法

说明书

本发明公开了一种废钢打包块及其制造方法、炼钢方法，涉及废钢冶炼技术领域。该废钢打包块及其制造方法、炼钢方法，通过将废钢打包块内增加燃料，并且在废钢打包块上开孔的方式，有效提高废钢打包块的换热面积，以及熔化的能量供应，从而进一步提高废钢冶炼中废钢的添加比例，在废钢冶炼中提高了废钢的回收率。

技术领域

本发明涉及废钢冶炼技术领域，具体为一种废钢打包块及其制造方法、炼钢方法。

背景技术

随着国内废钢积蓄量的增加，未来3～5年，我国将迎来废钢应用的攀升期。我国废钢资源总量将非常充裕。工信部出台的《钢铁行业政策调整计划》：到2025年要把废钢应用比例提高到30％。对于钢厂而言，由于铁矿石、焦炭和废钢价格都在上涨，因此钢铁企业只能去寻求两者比例间的平衡点，提高生产率，降低生产成本，增加经济效益。当前，国内外的专家开展了大量的转炉利用废钢的研究工作。但相关的理论研究较少。为提高钢铁生产过程的废钢比，陈林权教授对废钢在铁水、钢水中的熔化进行了理论计算和分析，并进行实地验证。废钢在铁水中的熔化过程铁水温度通常在1250℃～1500℃，而废钢的熔点在1500℃以上。因废钢的熔点高于铁水的温度，根据废钢熔化的热力学模型及试验，认为废钢在铁水中的熔化过程如下：熔化初期，废钢与铁水的温差大，铁水在废钢表面发生凝固，形成凝固层；随着时间的延长，而废钢温度升高，表面的凝固层开始熔化；铁水中碳向废钢表面传质，形成渗碳层；废钢温度继续升高，废钢表面碳含量增加，熔点降低；当废钢表面渗碳层的熔点低于熔池温度时，废钢熔化形成液态。然后废钢表面重复凝固→渗碳→熔化，直至废钢全部熔化。所以废钢在铁水中熔化的限制环节是废钢表面的碳的传质。

废钢初始温度对废钢熔化的影响通过铁碳平衡图查得，1400℃时，两相区固相碳质量分数0.6％，两相区液体碳质量分数2.05％，熔池中碳质量分数4.3％。废钢在铁水中的熔化过程无搅拌，根据文献取液体中碳的传质系数7×10-5m/s，界面迁移速率＝0.109mm/s。取每块废钢的当量直径为50mm，则废钢完全熔化需要～8min左右，计算结果也得到了实践的验证。根据公式分别计算温度为1300℃和1400℃，当量直径为50mm，70mm，90mm的废钢块的熔化时间，其结果如图1所示。

由图1可知，渗碳对废钢熔化的影响远大于传热的影响，且废钢的熔点高于铁水初始温度，所以将废钢在铁水中的熔化过程分为两个阶段：1)废钢吸热升温；2)渗碳熔化。第一阶段，铁包接铁后废钢吸热升温，而铁水放热降温，其临界状态为铁水和废钢达到热平衡状态，铁水和废钢温度相同。此时的温度作为第二阶段渗碳的开始温度。根据上述计算可知，渗碳开始温度越高，越有利于废钢的熔化。以100t铁水和10t废钢，铁水初始温度1450℃，废钢当量直径为50mm，根据公式计算不同废钢初始温度下的平衡温度作图，如图2。

由图2可知，随着废钢初始温度的升高，废钢和铁水界面层的平衡温度升高，两相区的固相碳质量分数降低，碳传质的驱动力增加，所以有利于废钢的熔化。当废钢25℃时，平衡温度达到1340℃，熔化速度为0.07mm/s，废钢的熔化时间～13min；当废钢预热温度达到800℃时，平衡温度达到1400℃，熔化速度为0.11mm/s，废钢的熔化时间～8min，废钢熔化时间缩短～5min左右。

结论：

(1)废钢预热有利于废钢在铁水中的熔化。当废钢25℃时，废钢的熔化时间为～13min；当废钢预热温度达到800℃时，废钢的熔化时间为～8min，废钢熔化时间缩短～5min左右。

(2)铁水温度越高，熔化时间越短。在1300℃和1400℃时，废钢的熔化速率分别时～0.05mm/s和～0.11mm/s。

(3)在转炉高废钢比(30％以上)的情况下，根据热量平衡，其热量补偿方式可以通过燃料燃烧进行热补偿(废钢预热)。

废钢做成打包块，便于贮藏、运送及投炉收回再利用，而且损耗极低，是废钢加工的有效方式，但废钢打包块体积较大，内部密实，不利于传热、传质、传导、对流、辐射。