專利名稱：煉鋼方法
傳統(tǒng)的煉鋼工藝有各種缺點(diǎn)，該工藝是在高爐或諸如此類的設(shè)備中，通過(guò)使用焦炭、煤等物還原鐵礦石以生產(chǎn)出所謂的“金屬液”(含碳量近似4%)，然后接著將該金屬液脫碳。
這些缺點(diǎn)中的某一些例如是涉及煉焦的高額費(fèi)用及與煉焦有關(guān)的空氣污染;與包括在該工藝中的許多加熱和冷卻循環(huán)有關(guān)的高額能量費(fèi)用;以及高額的耐火材料費(fèi)用和必須冒著在液化溫度之上300°的溫度下加工液態(tài)金屬這一事實(shí)所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。
雖然使用利用廢金屬和/或海綿鐵代替金屬液的電弧爐取代上述傳統(tǒng)工藝已克服了與后者有關(guān)的某些問(wèn)題，但遺憾的是還沒(méi)有完全解決這些問(wèn)題。此外還產(chǎn)生了它自身的問(wèn)題，這些問(wèn)題使之相對(duì)于由礦石生產(chǎn)鋼的高爐途徑而言是不經(jīng)濟(jì)的。
在導(dǎo)向其它方案的本研究工作中，使用熔融還原工藝，其中煤和部份還原的鐵礦石在轉(zhuǎn)爐型容器中反應(yīng)，在該容器中部份煤被燃燒以提供所需的熱，而煤中其余的碳和氫則被用于還原鐵礦石。
上述工藝也有多種缺點(diǎn)，主要的一個(gè)缺點(diǎn)就是必須將所形成的具有高Feo含量的渣加熱到很高的溫度(如果欲使粗鋼能流出則高于1650℃)，因而產(chǎn)生了對(duì)大多數(shù)市售的公知耐火材料具有很高侵蝕性的產(chǎn)物。此外還需要加入大量的石灰和/或白云石質(zhì)石灰，并需昂貴的脘硫費(fèi)用。
此外，如果自熔融還原容器流出的是生鐵，則還需冶煉粗鋼的過(guò)程(脫碳過(guò)程)。
本發(fā)明的目的是提供一種煉鋼方法，申請(qǐng)人確信該方法比上述已知方案有某些明顯的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的煉鋼方法包括以下步驟在爐中加熱含鐵爐料和碳;碳被包含在爐料中和/或含在金屬液中;將如此形成的液態(tài)產(chǎn)物通過(guò)控制向爐內(nèi)的供熱量和/或向爐內(nèi)加入爐料的速率而在高于其液化溫度下保溫。
此外，本發(fā)明的爐子是槽型感應(yīng)爐。
爐料的含鐵組分可由海綿鐵，部份還原的鐵礦石，自還原鐵礦石球團(tuán)或細(xì)粒鐵石組成。
部份還原鐵礦石的最佳還原度取決于顆粒的尺寸。顆粒越大則必須優(yōu)選地被還原至較高的程度。
自還原鐵礦石球團(tuán)由細(xì)粒礦石和細(xì)粒煤粉組成，它們用適宜的粘結(jié)劑制成球團(tuán)。
如果在最終產(chǎn)物中需要有顯著含量的合金元素鉻和/或錳，則可將含鉻和/或錳的礦石作為部分爐料。
顯然，在后一情況下，與溫度和碳含量有關(guān)的操作條件必須加以改變，以便獲得最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效果。
液態(tài)產(chǎn)物的溫度較佳地是保持在其液化溫度之上約50-100℃。
可使用的其它含鐵爐料可包括廢鋼和/或冷的鐵。
爐料還可包括一種或多種適宜的熔劑。
顯然，當(dāng)碳不作為金屬液料的一部份而僅作為爐料一部份被引入時(shí)，輸入爐料的總顯熱量是低的。因此這一工藝的缺點(diǎn)是每噸產(chǎn)出金屬有較高的電能消耗，以及將導(dǎo)致較低的生產(chǎn)率。
另一方面，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是取消了生產(chǎn)金屬液的附屬設(shè)備，并減少了低磷爐料，結(jié)果降低了熔劑消耗。
槽型感應(yīng)爐以包括一個(gè)基本上水平延伸配置的中空?qǐng)A柱為佳，沿其底部壁裝有兩排感應(yīng)加熱器。
較佳地是每排包括四臺(tái)該加熱器，每一個(gè)的加熱能力約為5MW。
顯然，由于這些加熱器被置于平鋪的液態(tài)產(chǎn)物之下，因而這些熱量借助對(duì)流而通過(guò)液體擴(kuò)散。這還使得消除了液態(tài)產(chǎn)物中過(guò)度的碳沸騰的危險(xiǎn)。
此外，本發(fā)明的方法還包括以下步驟在爐料上方燃燒由反應(yīng)所產(chǎn)生的，并透過(guò)浮在液態(tài)產(chǎn)物上的爐料的一氧化碳。
顯然，在自上述爐料逸出之前，一氧化碳還用于還原爐料中較高上面的氧化鐵。另外明顯的是，這些來(lái)自爐料的一氧化碳對(duì)氧的進(jìn)入起著屏蔽爐料的作用。
上述的燃燒例如可通過(guò)適宜的燒嘴或噴槍向爐內(nèi)供氧來(lái)進(jìn)行。使用通過(guò)與廢氣換熱而被預(yù)熱的空氣或富氧空氣可以更加經(jīng)濟(jì)。
此外，按照本發(fā)明，使用燃燒一氧化碳產(chǎn)生的熱來(lái)加熱添加到爐料中的新料。
當(dāng)然一氧化碳的燃燒還可起到加熱爐頂?shù)淖饔谩?br> 進(jìn)行這種燃燒以及來(lái)自燒嘴火焰的直接輻射的結(jié)果是，爐料能以這種方式被加熱到高至1400℃的溫度或者更高，而不會(huì)破壞爐頂?shù)哪突鸩牧稀?br> 可通過(guò)使與燃燒過(guò)的一氧化碳相關(guān)的氣體穿過(guò)將廢鋼和冷鐵加入爐內(nèi)的同一爐中開(kāi)口排出來(lái)預(yù)熱廢鋼和冷鐵料。
此外，由于一氧化碳通過(guò)平鋪爐料及其上方那部份爐子的速度較低，所以爐塵的形成處于很低的水平。再有，因?yàn)闆](méi)有氣態(tài)氧沖擊到液態(tài)產(chǎn)物之上或通過(guò)液態(tài)產(chǎn)物，所以不產(chǎn)生紅色的氧公物煙氣。
以金屬氧化物的型式損失于渣中的金屬量同時(shí)受隨碳溶于該液態(tài)產(chǎn)物中所達(dá)到的平衡及由其與其它的渣組分間的相互反應(yīng)所確定的活度系數(shù)所控制。
本發(fā)明還包括在約1580-1620℃的溫度下，由爐內(nèi)排放含有約0.10%碳的液態(tài)鋼的步驟。
這種鋼可在傳統(tǒng)的鋼色爐中處理以調(diào)整溫度和成分，然后或是在真空中進(jìn)一步脫碳，或是合金化和澆鑄。
選擇上述出鋼含碳量為0.10%以保證合理的爐渣中鐵含量，同時(shí)在所需爐渣堿度下進(jìn)行良好的脫磷。雖然獲得較低的碳含量是可能的，但這將使?fàn)t渣中的鐵損失較高。
此外，按照本發(fā)明，爐料入口和鋼水出口應(yīng)在爐內(nèi)這樣配置使?fàn)t子被“分隔”成第一分隔室/和朝著所說(shuō)出口配置的第二分隔室，第一分隔室尺寸近似地為第二分隔室的三倍。
當(dāng)爐子朝著出鋼側(cè)傾斜時(shí)，隔墻或稱溢流堰優(yōu)選地用于防止第一分隔室和第二分隔室的液態(tài)金屬相混合。
另外較佳的是，提供一個(gè)溢流槽口并將其這樣配置在隔墻內(nèi)使得當(dāng)爐子處于水平位置或稍微向后傾斜時(shí)，金屬能從第一分隔室流到第二分隔室。
金屬還可通過(guò)外部管道由第一分隔室輸送到第二分隔室。兩個(gè)分隔室的爐料和彎月形金屬液面上方的空間不被隔開(kāi)?？商娲氖?，兩個(gè)分隔室的功能可在分別的容器中實(shí)現(xiàn)。
另外按照本發(fā)明應(yīng)這樣配置使得加入第一分隔室的熔劑添加物保證生成較為酸性的爐渣。
這使得大多數(shù)裝入爐內(nèi)的脈石，以及全部隨金屬液和廢鋼裝入的硅，由于低鐵損和低熔劑和能量費(fèi)用而能以較低的費(fèi)用被去除。
另外按照本發(fā)明應(yīng)這樣配置使得加入第二分隔室的熔劑添加物生成堿性渣。這與該分隔室爐渣的較高氧化鐵含量綜合在一起，導(dǎo)致了有效的脫磷。
現(xiàn)在通過(guò)參照附圖以示例方式敘述本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案，其中

圖1是本發(fā)明爐子的示意側(cè)視圖;
圖2是沿圖1中的Ⅱ-Ⅱ線的橫截面;
圖3是由上部觀看的圖1所示爐子內(nèi)部的平面示意圖;以及圖4是沿圖2中的Ⅳ-Ⅳ線的示意的橫截面。
在本發(fā)明的這一實(shí)施方案中，槽型感應(yīng)爐10包括一臺(tái)延伸的中空?qǐng)A柱形鋼制容器11，沿著其上側(cè)有多個(gè)入口孔12;一根廢金屬入口管13.1;一個(gè)液態(tài)金屬裝入槽13.2;在其一側(cè)的鋼水排出孔14;以及在其對(duì)側(cè)的酸性渣放出孔15。所說(shuō)的上側(cè)還裝有多個(gè)氧氣燒嘴或噴槍16，其入口延伸到容器11內(nèi)。
容器11沿其底部配置有兩排，每排各4個(gè)感應(yīng)加熱器17。
每臺(tái)加熱器的輸出工功率約為至少2.5-5MW。顯然可使用數(shù)目較多或較少的這種加熱器。
容器11中裝備的橫向延伸的隔墻22(圖3)，它起到將爐子10分隔成兩個(gè)分隔室的作用，其目的在后面解釋。
在運(yùn)行時(shí)，金屬液通過(guò)滑動(dòng)水口(未示出)或心地沿澆注槽13.2傾倒而引入容器11。
廢金屬料通過(guò)管道13.1引入，其安排應(yīng)使廢鋼形成堆并延伸進(jìn)入管道13.1內(nèi)約3米處，其目的已作了解釋。
如由圖2可看到的，通過(guò)其可引入爐料的那些孔12以這樣的方式配置;即它們能在靠近容器11的內(nèi)側(cè)排出其內(nèi)的爐料，在鄰近孔14和15的位置不設(shè)備孔12。
如圖2和圖3所示，爐子10中金屬液面保持在大于或小于容器10深度的一半，從而使得海綿體金屬和熔劑所組成的爐料19和渣層12能浮在其頂部，同時(shí)在它們上方保留分隔室21，以作為燃燒室，在其中通過(guò)爐料19的一氧化碳能夠與由燒嘴或噴槍供入的氧燃燒。
在該工藝進(jìn)行中，漂浮的爐料19的傾斜上表面間斷地被出孔12供入的新?tīng)t料層所覆蓋。
該傾斜的上表面還起到這樣的作用可保證經(jīng)火焰和爐頂加熱而熔化的爐料，在顆粒之間的空隙填滿之后向下流到爐子的中心。這種新熔化爐料的流動(dòng)保證了較冷固態(tài)爐料的裸露，從而導(dǎo)致了良好的傳熱并減少了對(duì)感應(yīng)加熱器所供電能的需求。
如果爐料19包含適當(dāng)細(xì)的含金屬的顆粒和碳，而該顆?；蚴遣糠荼贿€原或是完全未被還原(如在自還原球團(tuán)的情況)，那么反應(yīng)速率是高的。由于用碳進(jìn)行還原反應(yīng)的最終熱效應(yīng)是吸熱的，所以爐料裸露層的溫度以較低的速率上升。這導(dǎo)致一方面在爐料之間，另一方面在火焰和爐頂之間有較大的溫差。這也同樣導(dǎo)致高的傳熱速率。
這些因素全部有助于在一個(gè)料層被下一層復(fù)蓋之前大量吸收能量。
如由圖3所能看到的那樣，開(kāi)孔12被這樣配置，從而使是渣20在槽狀的，在兩部份爐料19之間延伸的狹長(zhǎng)通道中由進(jìn)口15朝出口15流動(dòng)，后者用作爐子10的酸性渣排放孔。出口14則用作堿性渣及熔融金屬的排出口。上述安排和設(shè)置上述隔墻22的結(jié)果是，容器11被分隔成第一分隔室和第二分隔室，前者由入口13沿容器長(zhǎng)度的約3/4延伸，而后者在容器11其余的全部長(zhǎng)度上延伸。
隔墻22用來(lái)防止當(dāng)爐子10朝著排放側(cè)傾斜時(shí)第一和第二分隔室的液態(tài)金屬混合。在隔墻22中設(shè)置一個(gè)溢流槽口，其位置使得當(dāng)爐子10位于水平位置或以偏離排放位置的方向稍向后傾斜時(shí)，金屬能由第一分隔室流向第二分隔室。
金屬液、廢鋼或固態(tài)鐵及爐料的主要部份被裝入上述第一分隔室，而鋼由第二分隔室排放出來(lái)。
正如以上所指出的，熔劑添加物應(yīng)使得第一分隔室的爐渣20呈現(xiàn)出相當(dāng)?shù)乃嵝?，而第二分隔室則呈現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膲A性。
現(xiàn)在借助于下列實(shí)施例進(jìn)一步敘述本發(fā)明的方法。
實(shí)施例1(用金屬液)向爐子10的容器11中每小時(shí)裝入83噸金屬液，20噸廢金屬和72噸65%金屬化的海綿鐵，該海綿鐵的溫度約為700℃。顯然，由于海綿鐵的金屬化程度較低，所以生產(chǎn)海綿鐵的豎爐可能有很高的產(chǎn)量。
爐子在額定功率低于30MW的情況下運(yùn)行，結(jié)果每小時(shí)生的159噸鋼。于1580℃排放出的這種鋼含C約0.10%，含P低于0.015%。
最主要的消耗率如下電能180 KWh/t
石灰和白云石50 kg/t氧40 kg/t耐火材料修補(bǔ)2 kg/t煤氣或油(燃料)5 kg/t實(shí)施例Ⅱ(不用金屬液)向爐子10的容器11中每小時(shí)裝入83噸冷態(tài)的91%金屬化的海綿鐵和20噸冷態(tài)廢金屬。
爐子在額定功率低于30MW的情況下運(yùn)行，每小時(shí)生產(chǎn)90噸鋼。
最主要的消耗率如下電能280 KWh/t石灰和白云石65 kg/t氧85 kg/t耐火材料修補(bǔ)3 kg/t煤氣或油(燃料)25 kg/t焦碳(或其它還原劑)11 kg/t(可使用各種揮發(fā)物含量的煤，以取代燃料和焦碳)實(shí)施例Ⅲ(不用金屬液)向爐子10的容器11每小時(shí)裝入87噸熱態(tài)(700℃)的65%金屬化的海綿鐵，以及20噸冷態(tài)廢金屬，爐子在低于30MW的額定功率下運(yùn)行，每小時(shí)產(chǎn)鋼90噸以上。
最主要的消耗率如下電能280 KWh/t石灰和白云石65 kg/t氧72 kg/t
耐火材料修補(bǔ)3 kg/t煤氣或油(燃料)7 kg/t焦碳(或其它還原劑)59 kg/t可以看出，雖然本實(shí)施例與實(shí)施Ⅱ相比較海綿鐵的較低金屬化程度允許在豎爐以高得多的生產(chǎn)率生產(chǎn)海綿鐵，但它并不明顯改變爐子10中所進(jìn)行工藝的生產(chǎn)率和處理費(fèi)用。
實(shí)施例Ⅳ(鐵礦石)向爐10的容器11中每小時(shí)裝入133噸已與43噸煤混合并用1.33噸膨潤(rùn)土制成球團(tuán)的磁鐵礦，同時(shí)爐子在額定功率低于37MW的情況下運(yùn)行，結(jié)果每小時(shí)生產(chǎn)出約93噸鋼。
最主要的消耗率如下電能400 KWh/t石灰石118 kg/t生白云石93 kg/t熱風(fēng)(1000℃)2080 kg/t(通過(guò)與廢氣換熱產(chǎn)生)(或氧490 kg/t磁鐵礦1430 kg/t煤465 kg/t無(wú)論是使用氧或預(yù)熱空氣，本操作中多余能量足夠產(chǎn)生比感應(yīng)加熱器所需的電能大得多的電能。
顯然，按這種替代方案所作的爐子設(shè)計(jì)使得電火焰和爐頂向爐料傳熱的表面積更大。
另外顯而易見(jiàn)的是，這一替代方案消除了對(duì)直接還原設(shè)備的需求，并且該工藝直接將鐵礦石轉(zhuǎn)化為液態(tài)粗鋼。
顯然，本發(fā)明的方法和設(shè)備提供了一套完整的方案，可以在其中生產(chǎn)鋼，并借助該方案可以克服或至少減小上述所指出的，與傳統(tǒng)類型工藝相關(guān)的許多問(wèn)題。
另外可以明了的是毫無(wú)疑問(wèn)，使用本發(fā)明方法和設(shè)備可能在細(xì)節(jié)上作出許多改變，而不背離所附權(quán)利要求的精神和/或范圍。
權(quán)利要求
1.一種煉鋼方法，它包括以下步驟在爐子中加熱含鐵爐料和碳，該碳是被包含在爐料中和/或含在金屬液中的；將如此形成的液態(tài)產(chǎn)物通過(guò)控制向爐內(nèi)的供熱量和/或向爐內(nèi)加入爐料的速率而在高于其液化溫度下保溫。
2.權(quán)利要求1的方法，其中的爐子是槽型感應(yīng)爐。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中爐料的含鐵組分包括海綿鐵、部份還原的鐵礦石、自還原鐵礦石球團(tuán)或細(xì)的鐵礦石。
4.前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中液態(tài)產(chǎn)物的溫度保持在其液化溫度之上約50-100℃。
5.前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中可使用的其它含鐵爐料包括廢鋼和/或冷鐵。
6.前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中的爐料包括含鉻和/或錳的礦石。
7.前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，它包括一種或多種適宜的熔劑。
8.權(quán)利要求2的，或3-7中任意一項(xiàng)從屬于權(quán)利要求2-6中任意一項(xiàng)的方法，其中槽型感應(yīng)爐包括一臺(tái)基本上水平延伸配置的中空?qǐng)A柱體，沿其底部壁安裝有兩排感應(yīng)加熱器。
9.權(quán)利要求8的方法，其中每排包括4臺(tái)這種加熱器，每臺(tái)具有約5MW加熱能力。
10.前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，它包括以下步驟在爐料上方燃燒由反應(yīng)產(chǎn)生的并透過(guò)漂浮在液態(tài)產(chǎn)物之上爐料的一氧化碳。
11.權(quán)利要求10的方法，其中通過(guò)將氧、預(yù)熱空氣、或富氧預(yù)熱空氣、經(jīng)適宜的燒嘴或噴槍供入爐子內(nèi)部進(jìn)行加熱。
12.權(quán)利要求10或11中任意一項(xiàng)的方法，其中一氧化碳燃燒產(chǎn)生的熱被用于加熱加到爐料上的新料和/或爐頂。
13.權(quán)利要求10-12中任意一項(xiàng)的方法，其中該含鐵料通過(guò)使與燃燒過(guò)的一氧化碳相關(guān)的氣體經(jīng)過(guò)與含鐵料加入爐內(nèi)的同一爐孔排出而被預(yù)熱。
14.前述任意一項(xiàng)權(quán)利權(quán)利的方法，它包括以下步驟將含約0.10%碳的液態(tài)金屬在約1580-1620℃的溫度下由爐內(nèi)排放。
15.權(quán)利要求14的方法，其中在傳統(tǒng)的鋼包爐中處理被排放的金屬以調(diào)整溫度和成分，然后或是進(jìn)一步真空脫碳，或是合金化和澆鑄。
16.前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中爐料入口和熔融金屬出口在爐內(nèi)這樣配置使后者被“分隔”成第一分隔室和朝上述出口配置的第二分隔室，第一分隔室的尺寸約給為第二分隔室的3倍。
17.權(quán)利要求16的方法，其中設(shè)置一道隔墻或溢流堰，以防止當(dāng)爐子朝排放側(cè)傾斜時(shí)第一和第二分隔室液態(tài)金屬混合。
18.權(quán)利要求17的方法，其中在隔墻中設(shè)置溢流槽口并以這樣的方式配置使得當(dāng)爐子處于水平位置或稍微朝后傾斜時(shí)，金屬可以由第一分隔室流到第二分隔室。
19.權(quán)利要求16-18中任一項(xiàng)的方法，其中使熔劑添加物在第一分隔室中使那里的爐渣呈現(xiàn)相當(dāng)?shù)乃嵝浴?br> 20.權(quán)利要求16-19任一項(xiàng)的方法，其中使熔添加物在第二分隔室中使那里的爐渣呈現(xiàn)堿性。
21.一種煉鋼方法，它基本上如同本文參照實(shí)施例/或附圖所做的敘述。
22.實(shí)施前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法的設(shè)備，它基本上如同本文參照附圖所做的敘述。
全文摘要
一種煉鋼方法，該方法是在槽型感應(yīng)爐中加熱含鐵爐料和碳，碳被包含在爐料中和/或含在金屬液中；將如此形成的液態(tài)產(chǎn)物通過(guò)控制向爐內(nèi)的供熱量和/或向爐內(nèi)加入爐料的速率而在高于其液化溫度下保溫。
文檔編號(hào)C21B13/12GK1100470SQ9410893
公開(kāi)日1995年3月22日 申請(qǐng)日期1994年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月16日
發(fā)明者L·J·福里 申請(qǐng)人:伊斯科爾有限公司