專利名稱：生產合金熔融金屬的方法和相關的生產設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及在多個連續并且同步的方法步驟中生產鐵基合金熔融金屬的方法，該金屬優選包含Cr或Ni和Cr，并且涉及一種用于實施該方法的生產設備。
背景技術：
具體地說，本發明涉及一種生產Cr合金或Cr和Ni合金熔融金屬尤其是熔融鋼水以便生產多種類型的鐵素體或奧氏體鋼或其它熔融金屬例如鐵合金(FeCr，FeMn，FeNi)的多步驟方法，該方法特別節約成本并且由于粉塵和熔渣可以循環利用所以對環境友好。
在生產含Cr或含Cr和Ni的熔融金屬中，不僅鉻和鎳礦石而且還有市售的合金材料例如鉻鐵、鎳鐵、Ni氧化物、氫氧化鎳、粉塵和熔渣以及其它廢料可以用作Cr和Ni的原料。傳統的不銹鋼生產包括在電弧爐中將未合金化和合金化廢金屬尤其是昂貴的鐵合金熔融并且在轉爐中精煉和精制合金化并且還原(US5514331A)。最通常生產的SUS304奧氏體不銹鋼板坯的75％生產成本為合金材料Cr和Ni的成本，并且當前大約為每噸板坯630歐元。在高基礎價格的情況下，Cr和Ni在原材料市場上受到很大的價格波動，因此對生產高級鋼的生產成本上具有顯著影響。
因此，顯然要進行研究，從而能夠盡可能減少非常昂貴的鐵合金和金屬鎳的使用。如果大大避免了從Cr和Ni礦石或Ni氫氧化物中單獨生產液態、固化、粉碎的鐵合金并且這些Cr和Ni載體在鋼生產中直接還原并且因此用于成本節約的熔體合金化的話，則這是可能的。
除了通過其氧化物和氫氧化物代替鐵合金之外，在Cr合金或Cr和Ni合金鋼水生產中，還需要使廢料例如含Cr或含Cr和Ni粉塵和/或熔渣還有其它殘余材料返回到鋼水生產過程中，并且因此在不出現環境問題并且成本較低的情況下重新調整它們。
雖然Cr和Ni礦石的直接使用以及因此還原礦石的必要過程明顯延長了生產過程并且需要更多的能量，但是它降低了生產整個合金熔融金屬的總成本。
已知在按照生產順序一個接一個的多個冶金容器中按照多步驟方法生產含鉻或含鉻和鎳熔融金屬。這些冶金容器可以通過熔煉設備例如具有用于熔體處理的附加裝置的電爐或者具有頂吹和底吹裝置的轉爐容器或者各種冶金容器的混合布置形成。
EP384397A已經披露了一種用于生產含Cr和Ni的熔融金屬尤其是用于不銹鋼的熔融鋼水的多步驟方法，Ni礦石在第一方法步驟中在鋼基熔體中熔融還原并且在第二方法步驟中將Cr礦石送入到在第一方法步驟中產生出的含Ni熔融金屬中并且熔融還原。熔融還原過程在熔煉還原爐中進行，該爐子按照噴吹轉爐的方式形成并且配備有用于吹入用來脫碳和后燃燒的氧的氧氣頂吹噴嘴以及用于在各個方法步驟中引入凈化氣體(惰性氣體)的底部凈化元件。另外，該方法包括脫磷過程和脫硫過程以及隨后的脫碳過程。該方法利用廉價礦石作為原材料通過用于鎳礦石的上游熔融還原過程只能克服由在鎳礦石中的Ni含量較低引起的缺點，以及不可避免的伴隨著出現的熔渣的高發生率和高能量要求。礦石的高比例和高碳要求需要額外的脫磷步驟。另外，在含Cr和Ni的熔融金屬的脫碳過程期間存在高度鉻氧化并且因此鉻結渣的嚴重問題，因為由正常量惰性氣體從熔池底下吹進無氧容器中引起的熔池攪拌太低以致于不能實現低C含量和低鉻結渣。在用于產生所需熔池攪拌的非常高的惰性氣體量的情況中，許多金屬和熔渣噴濺物從轉爐中排出，這是由于惰性氣體沒有和氧一樣溶解在容器中而是主要在熔融溫度下膨脹，并且集中在有限區域中，使得熔體和熔渣借助導入元件進入轉爐的氣體空間并且進入轉爐煙道，從而夾帶著金屬和熔渣顆粒。
在熔融還原只具有1.5至2.5％Ni的Ni礦石時出現的大量熔渣需要頻繁地進行熔體除渣，并且因此出現材料損耗并且尤其出現噴吹過程中斷，這造成明顯的生產率降低。
AT-B403293披露了一種用于在兩個電弧爐中生產合金熔融金屬優選生產不銹鋼的雙步驟方法，在第一生產步驟中通過提供電能在第一電弧爐中使鐵載體尤其是廢金屬熔融并且進行脫磷，并且在第二生產步驟中在將熔體即時的從第一電弧爐轉移到所述第二電弧爐中之后在第二電弧爐中進行合金化調整。在該情況中，優選通過中空電極將可能混合有還原劑和焦炭的少量鉻礦石、鎳氧化物引入到熔融金屬中。但是，該方法主要在經濟方面不利，因為適用于所要實現的所期望的合金化的合金廢金屬通常不能連續獲得足夠量，所要還原的鉻礦石和鎳礦石的量還有生產率較低，并且電能通常較貴。另外，還有熔池攪拌并且因此含C熔體和熔渣的混合不足以實現在熔體中低C含量下的低Cr氧化。
雖然生產合金熔融金屬的這些已知方法考慮了用于進行該方法所遵循的方式的冶金條件，但是它們忽略了由從鋼水生產直到擠出中間產品的連續生產順序而引起的并且因為由于出現含氧化鉻粉塵和熔渣以及其它廢料而導致的環保原因而導致的邊界條件。它們不能在生產一批準備用于鑄造的合金熔融金屬中的循環頻率和在連鑄設備上在順序鑄造中的循環頻率之間實現同步，并且因此最終不能實現在時間和數量上滿足連鑄設備的供應要求的生產熔融鋼水的方法。
全球對不銹鋼的需求快速增長，并且由于商業原因以及該需求，生產設備變得日益龐大，從而具有最優同步循環時間的高生產率、成本效率以及環境問題的解決非常重要。
EP877823B披露了一種用于生產不銹鋼的雙股(two-strand)方法，在該方法中通過在每隔80至120分鐘之后分別從生產容器中提供準備用于鑄造的熔融鋼水爐料從而允許在連鑄設備上進行40至60分鐘的預定裝料時間。熔融鋼水的生產在該情況中在兩個冶金容器中進行，這些冶金容器彼此相鄰設置，如果需要的話生產出相同等級的鋼，并且按照以下方式在轉動站中配備有用于提供電能的電極和用于提供氧氣的吹槍，從而這兩個冶金容器可以交替地由它們服務。對于廢金屬熔融以及熔融其它鐵載體而言，采用該冶金容器作為電弧爐。在到達1500至1600℃之后，將這些電極旋轉出，并且將吹槍轉入，并且該冶金容器進一步作為噴吹轉爐操作。在連鑄設備上與鑄造順序同步地進行操作模式變化。但是，這里沒有從工藝學觀點提出用于導入并且還原氧化鉻和/或氧化鎳或氫氧化鎳同時具有適當的熔池攪拌并且Cr結渣較低的成本節約的解決方案。而且，這里對熔體和熔渣的混合也不是最佳的。
發明內容
因此，本發明的目的在于避免已知現有技術的缺點并且提出一種用于生產合金化熔融金屬的方法和設備，其中一方面降低了生產成本同時保持較高的熔融金屬品質，并且另一方面批量的生產時問與下游連鑄設備的循環時間同步。本發明的另一個目的在于，按照環境友好的方式使廢料例如含Cr或含Cr和Ni的粉塵和熔渣返回到生產過程中，并且從這些廢料中回收有價值的鉻或鉻和鎳，同時不會降低該方法的生產率。
本發明的另一個優點在于，由于成本的原因，可以在最小可能的每批重量情況下(熔融金屬噸數/方法步驟)實現高生產率。
該目的按照本發明的方法實現，該方法包括多個連續并且同步的方法步驟，其中在第一方法步驟中，將合金添加劑載體導入進基礎熔體中，并且通過加入還原劑、再循環熔渣和/或造渣劑和載能體，在使用至少一種載氧體進行熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用下使合金添加劑載體熔融并且高度還原，由此生產出第一預合金熔體；在第二步驟中，將合金添加劑載體優選為Cr載體并且適當的話還有基礎熔體導入進第一預合金熔體中，并且通過添加還原劑、造渣劑和礦物載能體，從而在采用載氧體進行熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用下使合金添加劑載體優選為Cr載體熔融并且高度還原，由此產生出第二預合金熔體；并且在第三方法步驟中，將合金添加劑尤其是鐵合金并且適當的話還有基礎熔體加入到第二預合金熔體中，加入造渣劑，并且通過采用載氧體進行的熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用進行脫碳過程，由此調整出具有預定化學分析和溫度的合金熔體。
合金添加劑載體、還原劑、造渣劑、載能體、載氧體、Cr載體和金屬載體的使用一直被理解為指的是，所使用的這些載體或添加劑是由所規定用于它們的材料的至少一種形成。它們可以按照任意所要求的比例混合并且可以由適用于相應的所期望用途但是在本申請中沒有清楚規定的載體或添加劑補充或代替。
可以使合金熔體的所調整的化學分析和溫度最佳地與在VOD設備中對熔體進行的進一步處理匹配或者已經具有與準備用于在連鑄設備上鑄造的液態鋼水對應的化學分析和溫度。當然，也可以在連鑄設備上進行鑄造之前在鋼水包處理站上將這種熔體設定到所要求的化學分析和溫度。
根據本發明提出的這三個方法步驟的每一個在單獨的反應容器中進行，第一和第二預合金熔體在其完成之后倒空進隨后的反應容器中，用于在各個方法步驟中生產預合金和合金熔體的原料(例如基礎熔體、合金添加劑載體，例如Cr和Ni載體)的定量裝料與在各個方法步驟中的基本上相同的生產時間同步并且與在順序鑄造中的鑄造時間同步地進行。還原劑、造渣劑和載能體的定量裝料按照與預合金和合金熔體的冶金生產條件匹配的方式進行。
在第一方法步驟中，將經過脫硫和基本上脫磷的鐵基熔融金屬作為基礎熔體導入進反應容器中并且形成一金屬熔池，該熔池在噴吹含氧氣體的熔池下方噴嘴和添加礦物能量(通常為焦炭或焦炭和煤粉或僅僅煤粉)的頂吹噴槍的幫助下提供用于將最大能量傳遞給熔體和裝料的有利的初始條件。
在第一方法步驟中，鉻礦石、含Cr粉塵、熔渣(優選來自第三方法步驟)、合金廢金屬和煤渣以及氧化物和/或氫氧化物合金添加劑、鎳礦石、氧化鎳、燒結鎳、氫氧化鎳、含Cr和Ni的廢金屬以及其它廢金屬被考慮作為合金添加劑載體，由此提高了第一方法步驟的成本效率，另外來自燃煤發電站的飛灰、來自垃圾焚化站的灰塵、撕碎機下廢料、干燥的酸洗泥漿等也被考慮。
在第一和第二方法步驟中，加入以氧化Cr載體形式的Cr尤其是具有例如45wt％的Cr2O3的廉價鉻礦石。另外或者可選的是，也可以采用以固態、液態或高溫形式的回收含Cr材料例如粉塵或熔渣以及其它含鉻殘渣和廢料。
在生產具有Cr和Ni合金元素的鋼中添加Ni通常直到第三方法步驟才進行，因為這樣可以使由在噴吹和熔體轉移期間的粉塵和金屬損耗所引起的損失保持較小。
尤其在第一和第二方法步驟中，碳載體作為還原劑和載能體被導入，并且可以由以下材料中的一種或多種形成無煙煤、硬煤、其它類型的煤、焦炭、褐煤焦炭、石油焦炭、石墨，這些材料在所有情況下都以團塊形式或者以粉末或壓塊形式；液態或氣態碳氫化合物，例如原油、燃料油、熱原焦油、煉油廠殘渣、重油、天然氣、丙烷、丁烷等；例如來自FeNi生產的含C廢料，例如以壓實體或有機輕餾分形式的生物質和塑料。
在第一方法步驟中，礦物載能體和電能被考慮作為載能體。為此，用于進行第一方法步驟的反應容器可以由轉爐以及具有噴吹裝置的電弧爐形成。在第二方法步驟中，礦物載能體優選專門用于產生必要的能量，并且第三方法步驟優選自熱地進行，或者同時只是引入少量能量。可以將礦物載能體加入到粉塵中以便實現更好的流化。
可以采用O2或熱空氣或者如果適當的話這兩者作為載氧體。
主要采用生石灰、白云石、氟石、石英砂、鑄造型砂、泥灰土、廢玻璃、灰分、廢料、工業廢料、鐵礬土等作為造渣劑。也可以將顆粒細小的造渣劑加入到粉塵或礦物燃料中，尤其用于實現更好的流化。相應的載體氣體在該情況中必須滿足冶金和安全要求。
這些造渣劑用于造渣但是也可以用于熔渣改性，以便可以將它們最佳地用于其它目的(例如，在水泥工業中，在道路建筑中等)。
根據可用性，在這些方法步驟的一個或多個中加入預定量的廢金屬尤其是具有Cr或Cr和Ni合金元素的廢鋼并且如果適當的話其它金屬載體。在廢金屬裝填量與鉻礦石和還原劑的裝填量之間存在相互關系，為了確保在各個方法階段中具有大致相同的生產時間，這里要總是在各個方法階段中的裝填量之間進行定量平衡。
其它金屬載體例如可以包括鋼屑、固態生鐵或者鐵合金和純Ni。
為了盡可能高效率地在生產過程中進行能量導入，優選至少在第一和第二方法步驟中通過氧氣或含O2氣體(例如，富氧熱空氣)頂吹進行CO+H2后燃燒，并且這種CO+H2后燃燒在第三方法步驟中優選專門用氧氣來進行。在第一和第二方法步驟中，大量粉塵、熔渣和Cr礦石以及廢金屬被熔化，同時導入碳和氧載體，并且對Cr礦石進行還原過程。由此產生出大量不完全燃燒的含有CO+H2的廢氣。在該方法步驟中，優選通過在熔渣層上方吹入熱空氣流來對這些氣體進行后燃燒。該能量傳遞到熔渣中，并且通過強烈的熔池攪拌明顯增加熔融金屬，該熔池攪拌通過同時進行熔池下方噴吹優選進行底吹來實現，該噴吹優選采用受到氣態碳氫化合物永久保護的噴嘴(KMS-S噴嘴)來進行。通過使用用于頂吹的熱空氣噴嘴和專門的熔池下方/底部噴嘴，可以實現大約60％的后燃燒率和接近90％的給熔體和熔渣的熱傳遞。例如將氧氣用于后燃燒能夠生產出可以用作燃燒氣體的廢氣，該氣體在除塵之后輸送給氣體蓄積器。但是僅當根據公式(CO2+H2O)·100CO+CO2+H2+H2O]]>的后燃燒率明顯保持低于60％，才能獲得如作為燃燒氣體一樣投入到其它有意義的用途中的廢氣以及因此相應的高廢氣剩余。
為了進行CO+H2后燃燒，如果要將廢氣投入到其它用途，則在熔渣熔池上方采用氧氣后燃燒噴槍或至少一個噴槍相對于熔渣熔池垂直或傾斜地將氧氣射流連續或間歇地噴吹進上升氣體中，從而將這些吸入并且使它們部分進行CO2和H2O后燃燒。該后燃燒率在10％和大約35％之間。通過連續或間歇地進行熱空氣頂吹，后燃燒率優選在30％至70％之間。
但是，對于方法的成本有效性而言，不僅后燃燒率還有向熔體的熱傳遞也是特別重要的。由于利用O2進行熔池下方噴吹，這使得能夠以CO作為“發動機”進行充分的熔池攪拌，高達90％的由后燃燒所釋放的能量被傳遞給熔體和熔渣。這對于利用O2頂吹進行的后燃燒以及具有更高后燃燒率的熱空氣頂吹均是適用的。
在根據本發明的這種鋼水生產方法的情況中，使用如在WO00/12767中所述的多功能噴槍作為噴槍已經證實是有利的。其多環形通道結構使得該多功能噴槍可以用在該生產過程的多個方法步驟中。
在優選在組合噴吹脫碳轉爐(K-OBM-S轉爐)中進行的第三方法階段中，熔體的最終合金化和脫碳基本上在基本自熱過程中進行。
如果可以得到廉價的鎳載體例如其Ni含量大約為40％的氫氧化鎳、燒結鎳、氧化鎳等，則它們優選在第三方法階段中在熔池下方吹入或者在熔體的碳含量仍然較高的情況下從上方通過重力或者通過頂吹以團塊(小球、坯塊等)形式加入。因此，生產率不會降低，并且減少了由于粉塵排放、濺射、在熔渣中的金屬液滴和倒空損失而導致的鎳損失。在第一和第二方法階段中導入全部鎳量將必然伴隨著額外的不能承受的鎳損失。
如果處理最大量的Cr氧化物、熔渣、粉塵和廢金屬，則第三方法步驟所需的時間比第一和第二方法步驟少得多。為了使在第三方法步驟中的生產時間與在第一和第二方法步驟中的生產時間大致對應，并且為了降低投資成本，可以將在第二方法步驟中生產出的第二預合金熔體分成至少兩個分量，并且每個分量在第三方法步驟中在所有情況中可以補充以基礎熔體。加入合金添加劑，這些添加劑根據所生產出的鋼等級包含有Cr或Cr和Ni。還加入造渣劑，并且通過采用載氧體進行的熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用進行脫碳過程，并且調整出具有預定化學分析和溫度的合金熔體。
對于熔融操作、還原過程、能量導入和脫碳操作的本發明順序而言，在所有方法階段中用載氧體進行頂吹操作。在第一和第二方法步驟中，單獨用氧氣、或者用以特定混合比的氧氣和氮氣的混合物或者用熱空氣或者用富氧熱空氣進行頂吹。在第三方法步驟中，頂吹用氧氣或氧氣和惰性氣體的混合物進行，該混合物也可以包含燃燒氣體例如CO2和H2O。
在生產高Cr含量和/或高Ni或Mn含量的熔融金屬中，如在鐵合金(Cr含量＞30wt％，Ni含量＞13wt％，Mn含量＞30wt％)的情況中所出現的一樣，優選的是在第三方法步驟中頂吹至少部分采用熱空氣進行。在第一和第二方法步驟中，在鐵合金生產中的頂吹優選用熱空氣或者用富氧熱空氣進行。
如果廢氣要投入到其它用途中，則由水冷噴槍施加的氧氣優選被考慮作為在所有方法步驟中用于頂吹的噴吹介質。為了實現煤消耗量明顯減少，優選使之減少一半以上，優選應該至少在第一方法步驟或第一和第二方法步驟中采用熱空氣或富氧熱空氣。
不論何時作為例外根據一變型例如采用相當多的鎳礦石或含鎳廢料并且因此大量熔渣被熔融，這也是特別重要的，從而導致高能量需求。在這個第一方法步驟(沒有鉻合金化或鉻礦石析出)下游提供的熔體的脫磷也需要在第一預合金熔體的生產中額外提供能量，因為該脫磷造成熔體的溫度損失相當大。
如果來自第二方法步驟的廢氣沒有導致相應的廢氣剩余，或者由于冶金原因，可以用熱空氣或富氧熱空氣進行頂吹。
在第三方法步驟中，頂吹優選用氧氣進行，或者在熔體中的C含量較低的情況中用氧氣和惰性氣體進行，以便通過吹入氧氣或氧氣和惰性氣體的混合物進一步降低鉻結渣而不管良好的強烈熔池攪拌。
如果在第一和/或第二方法步驟中用間歇供應的O2、用O2和惰性氣體或熱空氣或者用富O2熱空氣進行頂吹，則可以實現后燃燒率的提高和穩定性。
由此在通過混入具有氧氣的氮氣并且與脫碳相比重新抑制鉻造渣，從而在降低熔體的C含量的情況中在第三方法步驟中改善了熔渣和含碳熔體的密切混合。但是，這也可以借助多功能噴槍實現。來自噴嘴的主氧氣射流在該情況由在燃燒器中產生出的并且在吹氧裝置中迅速流動的熱空氣包圍。這種氣體射流與正常的Laval O2射流相比在相對很大的距離上實現了其高流速，并且熔渣更強烈地與熔體混合。與用正常Laval O2射流(例如速度為Mach2.2)相比，這同樣導致較低的Cr造渣。
因此，根據多個邊界條件例如在現有生產設備的情況中的可用性、除塵設備的尺寸和廢氣和裝料的利用，頂吹考慮了總共有一系列變型。可能的變型列在表I中并且在根據本發明的方法的保護范圍內可以針對各個情況進行改變。所列出的方法變型有助于實現本發明的目的，在表中以黑體字“○”印刷的圓圈表示在相應方法步驟中的基本變型。
如果頂吹用氧氣進行，則在第一和第二方法步驟中的具體噴吹速度為整體噴吹速度的25％至90％，優選為整體噴吹速度的大約80％，整體噴吹速度設定為2.0至6.0Nm3/t.min，優選大約為3.8Nm3/t.min。
如果用熱空氣代替氧氣進行頂吹，則噴吹速度大約高出在用氧氣進行頂吹的情況中的1.5至5倍。
表I頂吹在方法步驟1至3中的噴吹類型和介質
○基本變型(○)選擇((○))相當少見*)例如通過單獨噴槍(噴吹或重力輸送)**)C載體或在與Cr礦石、Ni載體、灰塵的混合物中***)如果不能使用廢氣則變為基本變型****)如果粉塵不包含任何金屬顆粒，否則用惰性氣體對粉塵進行頂吹作為一特別優選的實施方案，熔池下方噴吹包括通過在相應使用的反應容器的底部中的底部噴嘴進行底吹。
為了使得熔池下方噴吹滿足在各個方法階段中在熔融金屬生產中的變化要求，優選的是，在第一方法步驟以及如果合適的話還有第二方法步驟中進行熔池下方噴吹包括以下措施中的一個或多個a)用以下氣體進行熔池下方噴吹，以便進行CO形成，在后燃燒中的熱傳遞，能量導入以及尤其是熔池攪拌，熔體和熔渣的混合，并且如果合適的話切碎廢金屬和金屬載體·O2或O2和惰性氣體例如優選為N2的混合氣體；或者·在連續步驟中O2以及O2和惰性氣體的混合氣體；或者·氧氣和水蒸汽的混合氣體；或者
·氧氣和CO2的混合物b)通過熔池下方噴嘴供應載能體和還原劑c)吹入粉塵例如再循環冶金材料、轉爐和電路粉塵、從鐵合金生產中產生出的粉塵、灰塵、顆粒細小的鐵合金或Al；d)吹入作為合金添加劑載體的用于處理的含Fe、Cr和Ni的粉塵；e)分別用氧氣作為載氣吹入造渣劑，例如生石灰、SiO2、氟石、鐵礬土、砂子，只要熔體的Cr含量大約低于10wt％，或者用惰性氣體作為載氣；f)吹入下述的至少一種材料Cr礦石、Mn礦石、Ni礦石、Ni氧化物、氫氧化鎳、粉塵、灰分、煤渣、磨屑、砂子、受污染的建筑碎石、家庭或工業廢物、廢料，作為合金添加劑載體和/或造渣劑。
在吹入合金添加劑載體(Cr礦石、Mn礦石、Ni礦石、Ni氧化物、燒結鎳、氫氧化鎳)時，必須允許局部降低噴嘴上游的熔體的溫度。
除了底吹之外或者作為其一個替換，可以從上方以團塊的形式將用于熔融裝入料、過加熱熔體的一種或多種載能體以及用于氧化物還原過程的還原劑提供進反應容器。同樣，除了熔池下方噴吹之外或作為其一個替換，可以從上方將造渣劑和合金材料提供進反應容器，提供到熔體之上或之中。這里用噴槍以粉塵形式或以細小顆粒形式或者通過裝料或通過從架空料斗定量添加以團塊形式進行導入。
另外，可以將粉塵和其它細小顆粒材料例如再循環冶金材料、轉爐和電爐粉塵、從鐵合金生產中得到的粉塵、灰分、顆粒細小的鐵合金或Al以及含Fe、Cr和Ni的粉塵轉變成團塊形式，并且以這種團塊形式提供給熔體或熔渣。轉變成團塊形式在這里優選通過壓塊或造粒來實現。
具體的熔池下方噴吹速度大約為0.25至3.5Nm3/t.min。如果熔池下方噴吹只是用氧氣進行，則優選的底吹速度大約為0.4至1.5Nm3/t.min。
在該第二方法步驟期間，熔池下方噴吹基本上能夠進行充分的CO形成、能量導入以及尤其是熔池攪拌，并且因此實現將在后燃燒中釋放出的能量最佳地傳遞給熔體以及熔體和熔渣的混合。總之，這與高后燃燒率一起能夠實現最高可能的將能量導入進金屬熔池并且顯著節約原始能量。為此，通過熔池下方噴嘴將以下氣體導入·O2或O2和惰性氣體例如優選為N2的混合氣體；或者·在連續步驟中O2以及O2和惰性氣體以一定混合比例的混合氣體；或者·氧氣和水蒸汽的混合氣體；或者·氧氣和CO2的混合物。
另外，除了該生產過程之外或作為其替換，最好通過熔池下方噴嘴提供液態或氣態還原劑。另外，除了該生產過程之外或作為其替換，最好與在第一方法步驟中一樣進行熔池下方噴吹。
在第三方法步驟中，在連續步驟中用O2和O2和惰性氣體的混合氣體并且如果適當的話改變混合比來進行熔池下方噴吹，以便進行CO形成、CO局部壓力降低、在后燃燒中的熱傳遞、熔池攪拌和脫碳。O2和惰性氣體的混合比在這里根據熔體的C含量并且還可能根據溫度來設定。
在第三方法步驟中，在熔體中的C含量大于1.0wt％C的情況下通過熔池下方噴吹利用氣體載體將顆粒細小的Ni載體直接導入進熔體中或者使之與還原劑混合，該載體氣體優選由惰性氣體或惰性氣體和少量氧氣的混合氣體構成。如果它們不是從上方添加，則優選通過受到保護以避免磨損的熔池下方噴嘴的中央噴管將固態材料吹入。氧化鎳、燒結鎳、氫氧化鎳、從FeNi生產中得到的廢料等被考慮作為Ni載體。這些Ni載體也可以成團塊包括成形的小球和團塊形式裝填進金屬熔池，或者用專門形成的吹槍吹入到熔渣層或熔體中。
為了滿足這種廣泛的要求，采用熔池下方噴嘴，它具有至少一個中央噴嘴(噴管)和環形間隙或者多個用于讓裝入料從中穿過的同心環形通道。利用載體氣體優選為氮氣、氧氣、氬氣、天然氣或氣體混合物通過該熔池下方噴嘴導入以粉塵形式和以細小顆粒形式的裝入料。
此外并且優選的是，在所有方法步驟中，通過熔池下方噴嘴將碳氫化合物例如優選CH4、C3H8、C4H10、其混合物、柴油、重油等作為噴嘴保護物吹入到熔體中以便實現其最優保護。這個吹入是通過一個或多個環形通道進行，這些環形通道包圍著每個熔池下方噴嘴的中央射流。除了這些碳氫化合物之外或代替它們，可以將惰性氣體、蒸汽、CO2、CO或其混合氣體作為噴嘴保護氣體吹入到熔體中。
根據該方法的特別優選的改進方案，優選通過對由熔體在噴嘴處發出并且通過熔池下方噴嘴到達評估裝置的電磁波進行在線評估來在這些方法步驟中的噴吹操作期間確定出該熔體的溫度和/或化學分析，并且根據該溫度和/或化學分析在工藝模型中確定出用于熔池上方和熔池下方噴吹過程和用于添加合金添加劑、載能體、滲碳劑和脫碳劑等的調整點。
對于熔池下方噴吹尤其是底吹的具體細節，可以在取決于許多邊界條件的很多方法變型之間選擇。這里必須考慮現有的生產設備和實際設備操作人員可以成本節約地使用的多種裝料(合金添加劑、還原劑、載能體)和氣體。可能的變型在下表II中列出并且可以在本發明的保護范圍內針對具體情況進行改變。對于熔池下方噴吹過程而言，所列出的方法變型有助于實現該目的，在表中以黑體字“○”印刷的圓圈表示在相應方法步驟中的基本變型。
對于熔池下方噴吹而言，這里尤其對于優選的底吹而言，但是也對于側面噴吹而言，采用優選由碳氫化合物或者由碳氫化合物和惰性氣體的混合氣體保護的多管噴嘴尤其是雙管噴嘴。因此，在下表II中，針對各個方法步驟描述中央噴嘴噴出的介質還有在中央噴嘴和外噴嘴管-環形噴嘴之間的環形間隙噴嘴的環形間隙中噴出的介質。
表II熔池下方噴吹/優選底吹在方法步驟1至3中的噴吹類型和介質
○基本變型(○)選擇((○))相當少見*)從上方裝入，或者與C載體混合或者以坯塊、小球或團塊形式加入**)除了以下之外裝料、采樣、溫度測量、凈化、倒空***)C載體也可以從架空料斗以團塊形式按照定量的方式裝入，并且顆粒細小的材料例如粉塵、煤渣、Ni載體也可以從上方以坯塊形式定量提供給熔體。
根據優選基于在各個方法步驟中的每批重量的要求、含Cr或含Cr和Ni的鋼廢料的可用量和在連鑄設備上的鑄造形式，在各個方法步驟中將由脫磷生鐵構成的基礎熔體導入進相應的反應容器中。由于其原料基礎，該基礎熔體可能已經包含有少量Cr和Ni，并且在各個方法階段中在1220℃至1650℃的熔池溫度下導入，從而有助于形成量平衡。用于根據本發明的生產過程的有利起始基礎由具有以下組分的基礎熔體形成2.0-4.7wt％的C，＜1.0wt％的Mn，＜0.025wt％的P，＜0.03wt％的S剩余為Fe和與過程相關的雜質。
所使用的用于基礎熔體的生鐵可以源自一般的高爐或來自HI熔煉設備或來自任意其它所期望的生鐵源。
作為進行生產的“生鐵生產”方式的可選方案，可以通過電能作用尤其在電弧爐中生產出基礎熔體。這里根據所選的爐料可以熔煉出非合金基礎熔體和特別預合金的基礎熔體。
作為脫磷生鐵的可選方案或者作為其一部分，還可以通過熔煉還原從鐵鎳合金生產的廢料中形成基礎熔體。由來自鐵鎳合金生產的廢料構成的基礎熔體的比例在該情況中可以為50％。可用量相對較大的來自鐵鎳合金生產的貯存廢料包含有大約2wt％的以氧化鎳形式的Ni組分。剩余物質為煤和熔渣。可以在布置在根據本發明的三個方法步驟上游的方法步驟中對這些廢料進行熔煉還原，該上游方法步驟同時包括基礎熔體，例如具有脫磷生鐵的混合物。但是，優選也可以將來自鐵鎳合金生產的廢料導入進第一方法步驟，也可以將更少比例的廢料導入進第二或第三方法步驟中，并且能夠在那里進行熔煉還原過程。
由于熔渣出現增加，所以這里必須特別考慮熔渣平衡。
為了優化成本效率，優選通過熱空氣頂吹使來自第三方法步驟的含有Cr2O3的未還原熔渣返回到第一方法步驟中，在那里用含C還原劑使之還原。含Cr熔渣的再循環使用能夠降低在整個過程中的Cr損失并且尤其是明顯增大FeSi消耗。通過避免在第三方法步驟最后熔渣過度還原(加入CaO、CaF2和FeSi)，從而可以提高所使用的反應容器的耐火爐襯的耐久性以及生產率。熔渣總量同樣被降低并且完全或部分避免了在第一方法步驟中對造渣劑例如生石灰的需求。同樣，一定量的熔渣在第二方法步驟中也受到處理。但是，只要不增大批量循環時間，則鉻礦石量被降低。
如果采用氧氣頂吹和氣體回收來進行第一方法步驟，則熔渣返回被省去并且主要是循環利用粉塵。在氧氣頂吹的變型的情況中，代替熱空氣，在第一方法步驟中更少的氧化鉻被還原成鉻，即為了獲得同樣的生產率必須裝入更多的HCFeCr。尤其在該情況中，在第二方法步驟的最后幾分鐘噴吹時間尤其是最后5至10分鐘噴吹時間中優選加入包含有2.0至4.5wt％Si的HCFeCr，因為來自HCFeCr的Si有助于將第二方法步驟的熔渣還原。在第三方法步驟中熔渣量降低。
尤其對于將熔渣用在水泥工業中而言，優選的是，在第一和/或第二方法步驟的最后幾分鐘噴吹時間尤其是最后5至10分鐘噴吹時間中通過加入SiO2載體將熔渣堿性(CaO/SiO2)從2.0至2.5降低至大約1.4，并且將氧化鐵和Al2O3載體的熔渣分析調整至水泥工業針對熔渣所需要的數值，這些熔渣用作熟料替代物或者作為在水泥生產中所額外包括的基質。
另外，根據該熔渣的另外所期望的用途，優選的是，在倒空熔融金屬之后將第一和/或第二方法步驟的熔渣調節至所期望的分析和溫度。
在第三方法步驟之后，如果合適的話，則優選基于VOD方法對合金熔體進行最終冶金鋼水包處理，該方法包括對熔體進行精密脫碳、精密合金化、脫氮、還原、脫硫以及熔體溫度調整和凈化處理這些措施中的一項或多項。該VOD方法其優點在于，在真空處理Cr合金熔體中，用氧進行脫碳基本上在鉻氧化之前進行，并且因此在少量熔渣的情況中即使該熔體的C含量較低時，也可以使鉻損失和FeSi消耗保持非常低。脫碳步驟之后用FeSi、鋁、生石灰和CaF2進行熔渣還原以從熔渣中回收氧化鉻，并且同時使熔體的氧含量降低至最小。在該處理階段期間，進行熔體的精密合金化和最終脫硫。第三方法步驟(K-OBM-S過程)與VOD處理的組合其優點在于，在反應容器中尤其在K-OBM-S轉爐中可以在所有三個方法步驟中并且尤其在第三方法步驟中完全省去使用氬氣。但是，如果沒有在VOD設備中進行任何處理，則該熔體也可以在第三方法步驟中被精煉至所需的低C含量。然后，在熔體的C含量較低的情況下，根據該熔體的C含量用氧氣和氬氣的混合氣體在底部噴嘴的中央噴管中進行精煉。
在各個方法步驟中裝入的爐料尤其是基礎熔體并且適當的話還有廢金屬、Cr礦石和其它合金添加劑的量按照這樣一種方式確定，在各個方法步驟中實現與用于每批鋼水的順序連鑄的所需循環時間對應的冶煉周期。同樣，這些冶煉周期可以與其它進一步處理和進一步加工步驟(例如其它鑄造過程)的循環周期同步。在連鑄設備上的特定產品鑄造速度和所期望的鑄造方式在每單位時間內能夠鑄造的鋼水量上具有顯著影響，從而用在上游鋼水生產過程中的量被適度改變。因此，優選的是，尤其在工藝控制水平上用來控制鋼水生產過程的工藝模型包括下游鑄造過程的參考值例如鑄造速度和鑄造方式或者在鐵合金鑄造中的循環時間，以便算出在各個方法階段中導入的裝料量。在鋼水生產中，反過來決定所導入的氧氣或熱空氣和煤粉量的鉻礦石導入量是每單位時間生產的鋼水量的決定性參數。除此之外，還有反應容器和噴槍的壽命、基礎熔體的溫度、所使用的粉塵、熔渣和廢金屬量等影響因素，這些因素都在這些工藝模型中加以考慮。
通過在生產線上前后相鄰布置的多個反應容器來形成用于生產優選包含有Cr或Cr和Ni的合金熔融金屬的鋼水生產設備，每個反應容器在其總體結構中可以被考慮為任意所期望的冶金容器，只要允許進行尤其在表I和II中所規定的操作模式。按照這樣一種方式使各個連續反應容器的容器的容量相互匹配，從而在生產循環中生產的準備用于鑄造的合金熔融金屬與下游連鑄設備的鑄造能力對應。適當地調整在各個反應容器中所使用的裝料量，以便使冶金性能和生產時間在各個反應容器中盡可能一致。因此，根據本發明的鋼水生產設備包括在生產線中一個接一個布置的反應容器和冶金裝置·至少一個液態金屬裝填裝置，用于將基礎熔體輸送給反應容器的至少一個，·第一反應容器，它具有至少一個熔池下方噴吹裝置和頂吹裝置，·第一倒空裝置，用于將第一預合金熔體從第一反應容器直接轉移到第二反應容器中，·第二反應容器，它具有至少一個熔池下方噴吹裝置和頂吹裝置，·第二倒空裝置，用于將至少一部分第二預合金熔體從第二反應容器轉移到第三反應容器中，·第三反應容器，它具有一熔池下方噴吹裝置和頂吹裝置。
頂吹裝置形成為用于頂吹O2的噴槍或者形成為熱空氣噴槍或者形成為每個噴嘴具有多個同心布置用于不同裝料的流動通道的多功能噴槍。通常，除了傳統的氧氣噴槍之外，可以采用其它頂吹噴槍來導入其它粉末或顆粒細小的所需裝入料。
第一和第二反應容器優選配備有其自身的噴槍，用來導入顆粒細小的合金添加劑載體，尤其是鉻礦石，并且適當的話用于導入粗粉塵。除了用于吹入固態材料的設備之外，各個反應容器配備有相應的外圍供應裝置，例如架空料斗系統和氣體調節站。
熔池下方噴吹裝置由環形間隙噴嘴尤其是雙管噴嘴形成，并且允許使用多種介質和顆粒細小的材料。熔池下方噴吹裝置優選形成為底吹裝置。
熔池下方噴吹裝置優選包括一固體物質分配器，它優選布置在相應的反應容器上。從該固體物質分配器中利用載體氣體將固體材料例如優選粉塵、煤和生石灰以細小顆粒形式送給熔池下方噴嘴并且吹入到熔體中。
如果該熔池下方噴嘴裝置配備有用于在線測量熔體的溫度和/或化學分析的測量裝置，則該熔池下方噴吹裝置能夠有效地監測熔體的溫度和/或化學分析。在優選用在所有方法步驟中的這種過程控制的情況中，測量值與熔渣量并且尤其是熔渣的稠度的無關性尤為有利。在本申請人的專利說明書/專利申請EP1016858B、EP868656B、WO02/48661和WO02/27301中描述了用于熔體的連續溫度測量和化學分析的相應裝置。沒有通過配備用于在線測量溫度和化學分析的熔池下方噴嘴吹入任何固體材料。
根據一優選實施方案，在第三反應容器下游布置有一VOD設備，用于精煉從第三反應容器送來的熔體。
優選的是，在生產線中在第三反應容器或VOD設備下游直接布置有由至少一個連鑄設備形成的一鋼水加工設備。該下游連鑄設備優選配備有用于鑄造具有板坯或薄板坯橫截面的鋼絞線的振動模具。但是，也可以采用設計為具有任意橫截面形式或者必要時也可以為鑄錠的任意類型的連鑄設備。
如果第一反應容器由轉爐容器優選由異熱操作(allothermallyoperated)再循環轉爐或者改進的電爐形成，第二反應容器由轉爐容器優選為異熱轉爐(KMS-S轉爐)形成并且第三反應容器由轉爐優選為自熱轉爐(K-OBM-S轉爐)形成，則可以獲得對于實現鋼水生產過程尤其有利的反應容器的選擇。
改進的電爐應該理解為指的是具有用于礦石裝填的附加裝置并且具有用于各種噴吹操作的裝置例如氧氣噴槍、熱空氣噴槍、熔池下方噴嘴等的電爐。縮略語“KMS-S”表示“Kombiniertes MaxhütteStahlerzeugungsverfahren-stainless”[combined Maxhütte steel productionprocess-stainless]；縮略語“K-OBM-S”表示“Kombiniertes Oxygen-Bodenblasen Maxhütte Stahlerzeugungsverfahren-stainless”[combinedoxygen bottom-blowing Maxhütte steel production process-stainless]。
為了生產適用于所期望的用途的基礎熔體，在第一反應容器上游布置有一另外反應容器，它形成為用于從脫磷生鐵中生產基礎熔體的脫磷裝置。為了從尤其是來自鐵鎳合金生產的廢料中生產基礎熔體，該另外的反應容器形成為熔煉還原反應器。因為在來自鐵鎳合金生產的廢料中的鎳含量較低，所以設有用于引入大量能量的裝置以便進行熔煉生產過程，但是進行該方法的這種方式能夠成本節約地使用這些廢料，這些廢料以前幾乎不使用并且由于環保原因必須重新調整。
這些裝填操作和噴吹過程產生出相當多的粉塵，這會污染周圍區域，因此各個反應容器優選配備有干操作除塵設備(靜電過濾器)。除了大大避免了環境污染之外，有價值的材料被回收并且返回到生產過程中。
如果鋼水生產設備和鋼水加工設備處于覆蓋了至少所用的反應容器和連鑄設備的總體控制系統的控制下，則可以使得鋼水生產設備和下游鋼水加工設備之間的相互作用更加容易，該總體控制系統將各個過程計算機配備給鋼水生產設備和鋼水加工設備，并且調整鋼水生產設備或者調節子過程模型的過程模型接收借助控制系統傳送的下游鋼水加工設備的參考值例如在連鑄設備上的鑄造速度和鑄造方式，以便計算出在各個方法階段中引入的裝入料量，并且將裝入料送入到這些反應容器中按照與所計算出的量對應的方式進行。
另外，該生產設備配備有等級1和等級2自動化設備、除塵和氣體蓄積器設備以及熔渣輸送和料斗系統等。
在這些操作設備上要以通常預定的時間間隔進行維修工作。在這些反應容器的情況中，要修補耐火爐襯或者重新鋪砌爐襯。為此，必須從生產線上將該反應容器拆除幾個小時，并且可能的話，用后備容器(轉換的轉爐容器)來繼續進行操作。在這個可能性不存在的情況(反應容器固定)中，建議在更新工作期間將三個方法步驟分別分在相應剩下的兩個反應容器之間進行。由于為所有三個方法階段提供了基本上具有可以按照通用方式使用的頂吹和熔池下方噴吹裝置的反應容器，所以將方法步驟部分轉移到相應下游或上游反應容器原則上沒有任何障礙。總之，對于相同每批重量而言生產時間更長，由此下游連鑄設備的使用和生產率降低。但是，可以維持該生產過程。
如果例如通過固定的再循環轉爐形成反應容器，并且因為耐火襯里的更新而暫時性的不能生產(例如4天)，第二反應容器接管了部分第一容器的生產。如果第二反應容器不可使用，再循環轉爐接管部分這種生產。在異熱(allothermal)的基礎上操作兩個轉爐，從而可以具有靈活性。
如果由于更新耐火襯里而使得第三反應容器不可使用，再循環轉爐接管了通常自熱操作的第一容器的生產的一部分，在第二反應容器中進行再循環轉爐的部分生產。
附圖的簡要說明以下參考附圖對非限制性示例實施方案的描述顯示了本發明的其他優點和特征。其中
圖1顯示出一再循環轉爐，示意性的顯示了如第一方法步驟所提供的其根據本發明的用途的可能性。
圖2顯示出一KMS-S轉爐，示意性的顯示了如第二方法步驟所提供的其根據本發明的用途的可能性。
圖3顯示出一K-OBM-S轉爐，示意性的顯示了如第三方法步驟所提供的其根據本發明的用途的可能性。
圖4顯示出用于制造具有Cr和Ni合金元素的等級SUS304鋼的第一示例性實施方案的概要。
圖5顯示了如示例性實施方案1所提供的在本發明的方法的情況下的Cr含量和裝入料重量的關系曲線。
具體實施例方式
圖1-5均涉及本發明的主要變型，對所使用的各種原料用量所給出的數值、合金組成、熔融溫度等涉及示例性實施方案1，以下將對其進行詳細描述。
在圖4中，將用于制造合金熔融金屬的方法表示為其主要方法步驟和用于執行該方法所使用的反應容器的一個示意性概要。這種示意性表示包括用于制備基礎熔體的生鐵混合器，它將在三個方法步驟中以預定量進行混合。第一方法步驟是在再循環轉爐中進行的，其中制造第一預合金熔體。第二方法步驟是在KMS-S轉爐中進行的，其中在第一預合金熔體的基礎上制造第二預合金熔體。第三方法步驟在K-OBM-S轉爐中進行，其中在連續階段中將分成兩批的第二預合金熔體進行進一步的處理。在VOD設備中完成了具有特定化學分析和溫度的所制造的合金熔體，并將其送至連續鑄造過程，鑄造成厚板坯。圖4中每個方法步驟和階段所給出的數值涉及等級為SUS304的批重為2×160噸的奧氏體Cr鋼，它在連續鑄造設備上通過連包連鑄進行鑄造。
在圖1中，將第一方法步驟示意性地表示為各種爐料和它們的可能的引入方式。圖2和圖3以相似的方式顯示了第二方法步驟和第三方法步驟，顯示了在各方法步驟中使用的裝入料和它們的可能的導入方式。
圖5所表示的是在示例性實施方案1的三個方法步驟中分開基礎熔體(187.8噸)，以及示例性實施方案1的第一方法步驟中利用熱氣頂吹的一種變型。圖5也披露了通過還原鉻氧化物，在第一方法步驟中使得鉻含量從零變為所需的高水平，并且通過加入基礎熔體，避免了它的明顯增長并因此避免了鉻損耗的增長。這種分階段加入基礎熔體，以及在第二方法步驟的最后進行分批，以使其可以以較小的單元實現非常高的產率，所述單元優選在一個循環順序中彼此同步，并允許較少的投資成本。
為了制造代表鐵合金的熔融金屬，例如FeCr，可以通過在第二和第三方法步驟中的非合金基礎熔體來免除Cr含量或者例如Mn、Ni等的其他合金元素的消耗，從而使得合金添加劑的含量變為所需的高水平。在FeNi的制造中，通過在熔融金屬中將部分鐵造渣的階段，在第三方法步驟的結束時也可以提高Ni的富集，從而可以容易和可靠地設定所需的最終Ni含量。在第三方法步驟中可以將Cr和Mn合金大量脫碳，由此使得這些合金的市場價值大致翻倍。
示例性實施方案1為了制備兩批分別為160噸的用于等級SUS304鑄造的液態鋼，進行以下程序通過高爐方法制造187.8噸的生鐵，并在生鐵處理臺進行脫硫和脫磷。脫磷的生鐵形成基礎熔體，用于分別在第一和第二方法步驟中制造預合金熔體和在第三方法步驟中形成具有預定的理想成分的合金熔體。基礎熔體含有4.0wt％的C、0.1wt％的Cr、0.1wt％的Ni、＜0.01wt％的P，余量是鐵和其他有關處理的雜質。基礎熔體的操作溫度是1280℃。
在第一方法步驟中，將在生產工作中產生和得到的合金廢料(21噸的等級SUS304)，以及然后64.6噸的準備好的基礎熔體加入到第一熱反應容器中，該反應器是120噸的再循環轉爐。通過噴吹煤粉，用氧氣底吹和用熱空氣頂吹，將熔池溫度增加至1550℃，熔體的C含量增加至5％重量比。從第三方法階段再循環的12噸的未還原的K-OBM-S熔渣具有45％的Cr2O3和CaO等，它被以定量的方式加入到基礎熔體中。然后噴吹含有Cr-和Ni-氧化物的細塵，并以定量的方式再加入12噸的未還原的K-OBM-S熔渣，以及通過單獨的水冷的噴管加入鉻礦砂，所述噴管通過轉爐噴嘴插入到再循環轉爐中。在通過用單獨的噴嘴和供應管線組、定量系統和存儲系統保持用氧和煤底吹的同時，進行這一切。從開始噴吹的時候，通過熱空氣噴槍以60％的后燃燒程度將預熱至大約1200℃的熱空氣送風。為了減少廢氣量，通過加入O2提高熱空氣中的O2含量。將具有45wt％的Cr2O3的33.4噸的鉻礦砂、具有45wt％的Cr2O3的24噸的熔渣、以及具有14.3wt％的Cr2O3+生石灰+煤的38噸的細塵處理為廉價的合金添加劑載體。在第一方法階段中總共將31.1噸的無煙煤、19280Nm3的O2和145000Nm3的熱空氣噴吹入到轉爐中。
在大約160分鐘的裝入料時間之后，獲得了具有如下組成的1560℃的120噸的滲碳的第一預合金熔體5.0wt％的C、20.3wt％的Cr、2.0wt％的Ni、余量為鐵和其他有關處理的雜質。在噴吹結束的時候，不用Al2O3、SiO2等調節熔渣，用于特定的進一步處理。熔渣的Cr2O3的含量低于1.0wt％，并且可以利用。
在第二方法步驟中，通過倒空裝置將120噸的第一預合金熔體與20噸的基礎熔體一起排空，并加入到第二反應容器中，該反應容器由KMS-S轉爐形成。通過O2的底吹和頂吹并且從上方的漏斗加入塊煤，將混合熔體的溫度提高至1560℃。然后，在用O2噴吹并加入無煙煤和生石灰的同時，通過單獨的噴槍向熔渣和熔體加入鉻礦砂和再循環的粗粒粉塵，并進行還原。將熔渣的堿度(CaO/SiO2)設定為2.5。在三個方法步驟中的任何一個中不必要或者使用用FeSi進行昂貴的熔渣還原，也就是利用煤在第一和第二方法步驟中還原熔渣。第三方法步驟的熔渣被再循環至第一反應容器，它在此被用煤類似地還原。廢氣不會被燃燒掉，如在第一方法步驟中一樣，但是在氣體清潔之后存儲在氣體貯料器中，然后進行進一步的使用(廢氣結余)。這是可能的，因為用生產氣體的(CO和H2)的較低程度的后燃燒來進行用O2頂吹。
在第二方法階段中共制造了79.6噸的鉻礦砂和19.0噸的合金粉塵、84.6噸的塊狀無煙煤、2.2噸的Al2O3、9噸的生石灰、68700Nm3的O2、20噸的基礎熔體以及120噸的第一預合金熔體，用于制造2×89噸的第二預合金熔體，該第二預合金熔體具有以下的分析成分5.7wt％的C、0.05wt％的Mn、25.9wt％的Cr、1.38wt％的Ni、余量為鐵和有關處理的雜質。在噴吹的結束時，該第二預合金熔體的溫度是1500℃。冶煉周期時間是180分鐘。
在該冶煉周期時間內，可以執行兩個第三方法步驟，從而將178噸的第二預合金熔體分成2×89噸，用于兩個第三方法步驟。這是通過放出兩個鋼水包而進行的。
在兩個第三方法步驟中，這兩個步驟在K-OBM-S轉爐類型的反應容器中一個接一個地進行，通過對所有情況下158.6噸的出鋼重量在所有情況下加入51.6噸的基礎熔體，可以形成量平衡。
通過在幾分鐘內用惰性氣體底吹或者通過加入SiO2、Al2O3、FeO3載體或者FeSi、Al等，使第二方法步驟結束時的熔渣分析適合于理想的分析結果，它對應于理想的預期應用。這也同樣適用于第一方法步驟，從而確保熔渣、粉塵、各種廢料等例如在混凝土工業中的最佳應用。
通過在第三方法步驟中也加入基礎熔體，可以降低預熔體的Cr含量，從而隨后，19.6噸的HCFeCr/批送入到熔體中，以在進行出鋼的時候Cr含量達到18.14wt％。
“混合的氫氧化物產物”，連同熔體中的仍然處于高值的C含量和40％Ni的氫氧化鎳，被通過底部噴嘴自熱地吹入，作為6.4噸的Ni載體。將剩下還需要的Ni按照9.18噸的量加入到轉爐中，從而在進行出鋼的時候Ni含量為8.06％重量比。為了設定理想的Mn含量，在噴吹的過程中加入2噸的FeMn。
通過結合噴吹入O2，將熔體精練至具有0.17％重量比的C。從1.5％重量比的C含量，在底吹過程中將取代了Ar的氮氣與氧氣混合以降低CO分壓，并因此改善脫碳。在VOD設備中，將熔體隨后脫氮至450ppm的N。
兩批的冶煉周期時間是2×90分鐘。形成了2×160噸的具有如下分析結果的合金熔體0.17wt％的C、0.8wt％的Mn、18.14wt％的Cr、8.06wt％的Ni、余量為鐵和有關處理的雜質。熔體的溫度是1680℃。
通過在所有的情況下在底部噴嘴中，通過在線測量溫度和化學分析，在所有的三個方法步驟中每批多次測量熔體溫度以及熔體重要元素的含量比例隨著時間的水平和變化情況，由此對方法步驟通過冶金學的方式暫時性的進行了非常良好的控制。
通過出鋼孔在第三方法步驟中進行轉爐出鋼。通過氣動操作熔渣止動器，在出鋼結束時進行熔渣和鋼的分離。利用紅外照相機和對應的軟件(Iris系統)來顯示熔渣中夾帶的鋼，通過這種Iris系統的信號通過熔渣止動器來啟動熔體出鋼的結束。
在VOD之前，在160噸的鋼水包中僅可再生產地有大致3公斤的熔渣/噸鋼，由此限制了鉻的造渣，FeSi的消耗可以保持在低水平。不需要鋼水包的除渣。
在VOD設備中，熔體經歷了最后的精練、脫氮、細合金化、脫氧、脫硫和凈化。為了這些措施，共提供0.34噸的Ni、1.5噸的FeSi、2.4噸的生石灰、0.5噸的CaF2、0.3噸的LC Mn和0.6噸的FeCrLC，并使用1100Nm3的O2作為精練氣體。以這種方式，獲得了具有以下最后設定的合金0.035wt％的C、0.5wt％的Si、1.0wt％的Mn、18.25wt％的Cr、8.2wt％的Ni。熔體的溫度是1515℃。
這種用于鑄造的熔體的每一批(2×160噸)在大致90分鐘內在連包連鑄過程中在厚板坯連續鑄造設備上鑄造，其中該厚板坯連續鑄造設備具有滿足需要的厚板坯截面和鑄造速度(圖4)。與通過電弧爐和AOD轉爐、鐵水包操縱臺和連續鑄造設備執行該方法的傳統的方法相比，這些方法步驟的操作成本優勢在于至少230歐元/噸的奧氏體液態鋼。
示例性實施方案2如在第一示例性實施方案中，該示例性實施方案類似地涉及制造兩批產品，每一批具有160噸的液態鋼，用于鑄造等級SUS304，如在第一示例性實施方案的情況下，第一和第三方法步驟以同樣的方式進行。
如果來自第二方法步驟的廢氣不進行進一步的應用(無廢氣結余)和/或目標在于極大地減少煤和氧氣的消耗，可以在第二方法步驟中從上面噴吹熱空氣(1200℃，O2為21％)，用于精煉熔體和CO及H2的大范圍的后燃燒(后燃燒的程度例如是60％)。
使用120噸的來自第一方法步驟的第一預合金熔體以及20噸的基礎熔體，以及79.6噸的鉻礦砂，具有相當大比例的C的19噸的粗粒粉塵以及9噸的生石灰，用于每個178噸的一批，僅需要20300Nm3的氧氣來代替68700Nm3的O2，僅需要44.5噸的無煙煤來代替84.6噸的無煙煤。另外，需要8500Nm3的天然氣，用于制造所需的167000Nm3的熱空氣。
當使用熱空氣頂吹時在第二方法步驟結束時的178噸的第二預合金熔體的化學分析以及該熔體的溫度對應于當在該方法步驟中利用氧氣進行頂吹時的那些數據(見第一示例性實施方案)。
利用在第一方法步驟中的120噸、在第二方法步驟中的178噸，以及在第三方法步驟中的2×160噸，在示例性實施方案1和2中對在三個方法步驟中的批重進行選擇，從而對于每年超過800000噸的不銹鋼的高產率，可以在第三反應容器中和在下游系統中(鑄造用起重機、鋼水包、鋼包爐、VOD設備、連續鑄造設備的塔、地基)期望僅有160噸的液態鋼/批。由于同步循環時間的結果，這是可能的，但是特別作為三個方法步驟以及在第二方法步驟之后分批的結果和作為在方法步驟中熔體重量的逐步積累的結果。同時，必須考慮在180分鐘的循環中，共有57噸的粉塵、24噸的熔渣以及特別是113噸的鉻礦砂被熔融并還原，并且共產出320噸的液態鋼。
權利要求
1.一種用于在多個連續并且同步的方法步驟中生產鐵基合金熔融金屬的方法，該金屬優選包含Cr或Ni和Cr，其特征在于，在第一方法步驟中，將合金添加劑載體導入進基礎熔體中，并且通過加入還原劑、再循環熔渣和/或造渣劑和載能體，在使用載氧體進行熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用下使合金添加劑載體熔融并且高度還原，由此生產出第一預合金熔體；在第二步驟中，將合金添加劑載體優選為Cr載體并且適當的話還有基礎熔體導入進第一預合金熔體中，并且通過添加還原劑、造渣劑和礦物載能體，從而在采用載氧體進行熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用下使合金添加劑載體優選為Cr載體熔融并且高度還原，由此產生出第二預合金熔體；并且在第三方法步驟中，將合金添加劑尤其是鐵合金并且適當的話還有基礎熔體加入到第二預合金熔體中，加入造渣劑，并且通過采用載氧體進行的熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用進行脫碳過程，由此調整出具有預定化學分析和溫度的合金熔體。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在這些方法步驟的一個或多個中加入預定量的廢金屬，尤其是具有Cr或Cr和Ni合金元素的廢鋼并且適當的話還有其它金屬載體。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過頂吹氧氣或含O2氣體優選頂吹熱空氣從而至少在第一和第二方法步驟中進行CO+H2后燃燒。
4.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，用氧氣進行的CO+H2后燃燒在第三方法步驟中進行。
5.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第二方法步驟中生產出的第二預合金熔體被分成至少兩個分量，并且每個分量在第三方法步驟中在各個情況下都補充有基礎熔體，加入包含有Cr或Cr和Ni的合金添加劑，加入造渣劑并且通過采用載氧體進行的熔池上方和熔池下方噴吹過程的作用來進行脫碳過程，并且調整出具有預定化學分析和溫度的合金熔體。
6.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，隨著Cr含量增大，該熔體的C含量在第一和第二方法步驟中增大至8wt％的最大C含量。
7.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，用氧載體進行的頂吹在第一和第二方法步驟中用氧氣或氮氣和氧氣或者熱空氣或富氧熱空氣進行，并且在第三方法步驟中用氧氣或氧氣和惰性氣體的混合氣體進行。
8.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在具有高Cr含量或Ni含量或Mn含量的熔融金屬(鐵合金)的生產中，用氧載體進行的頂吹在第三方法步驟中至少部分是用熱空氣進行的。
9.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第一和/或第二方法步驟中的頂吹是用間歇供應的O2、用O2和惰性氣體或者熱空氣或者用富O2的熱空氣進行的。
10.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第一方法步驟以及如果合適的話還有第二方法步驟中進行的熔池下方噴吹包括以下措施中的一個或多個a)用以下氣體進行熔池下方噴吹，以便進行CO形成、在后燃燒中的熱傳遞、能量導入以及熔池攪拌、熔體和熔渣的混合，并且如果合適的話切碎廢金屬和金屬載體·O2或O2和惰性氣體例如優選為N2的混合氣體；或者·在連續步驟中O2以及O2和惰性氣體的混合氣體；或者·氧氣和水蒸汽的混合氣體；或者·氧氣和CO2的混合物；b)通過熔池下方噴嘴供應載能體和還原劑；c)吹入粉塵例如再循環冶金材料、轉爐和電爐粉塵、從鐵合金生產中產生出的粉塵、灰塵、顆粒細小的鐵合金或Al；d)吹入用于處理并且作為合金添加劑載體的含Fe、Cr和Ni的粉塵；e)用氧氣或者用惰性氣體分別作為載氣吹入造渣劑，例如生石灰、SiO2、氟石、鐵礬土、砂子，只要熔體的Cr含量大約低于10wt％；f)吹入例如Cr礦石、Mn礦石、Ni礦石、Ni氧化物、氫氧化鎳、粉塵、灰分、煤渣、磨屑、砂子、受污染的建筑碎石、家庭或工業廢物或破碎機殘余物、廢料等材料中的至少一種作為合金添加劑載體和/或造渣劑。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，根據特征10b)的載能體和還原劑是另外地或者可選地從上方以團塊形式導入熔體中的。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，根據特征10c)和10d)的粉塵和其它顆粒細小材料被制成為團塊形式并且以團塊形式提供給熔體或熔渣。
13.如權利要求10所述的方法，其特征在于，根據特征10e)的造渣劑供給可選是從上方導入熔體中的。
14.如權利要求10所述的方法，其特征在于，根據特征10f)的合金材料供給可選是從上方導入熔體中的。
15.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第二方法步驟中的熔池下方噴吹包括以下措施中的至少一個a)用以下氣體進行熔池下方噴吹，以便進行CO形成、在后燃燒中的熱傳遞、能量導入以及熔池攪拌和熔體與熔渣的混合·O2或O2和惰性氣體的混合氣體，惰性氣體優選例如為N2；或者·在連續步驟中的O2以及O2和惰性氣體的混合氣體，所述混合氣體具有一定的混合比；或者·氧氣和水蒸汽的混合氣體；或者·氧氣和CO2的混合氣體；b)通過熔池下方噴嘴供應液態或氣態載能體和液態或氣態還原劑；c)如在第一方法步驟中一樣進行熔池下方噴吹。
16.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第三方法步驟中，進行熔池下方噴吹以便進行CO形成、在后燃燒中的熱傳遞、能量導入、熔池攪拌和脫碳是連續地或在連續步驟中并且合適的話改變混合比用O2以及O2和惰性氣體的混合氣體來進行的。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，O2和惰性氣體的混合比根據熔體的C含量來設定。
18.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第三方法步驟中，在熔體的C含量高于1.0wt％C的情況下通過熔池下方噴吹利用載體氣體將Ni載體直接或者與還原劑相混合的導入進熔體中，所述載體氣體優選為惰性氣體。
19.如權利要求1至18中任一項所述的方法，其特征在于，將Ni載體以團塊形式裝入到金屬熔池中。
20.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，優選通過對由熔體發出并且通過熔池下方噴嘴到達評估裝置的電磁波進行在線評估來在這些方法步驟中的噴吹操作期間確定出該熔體的溫度和/或化學分析，并且在依賴于該溫度和/或化學分析的工藝模型中確定出用于熔池上方和熔池下方噴吹過程和用于添加合金添加劑、載能體、滲碳劑和脫碳劑等的調整點。
21.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所有方法步驟中，將碳氫化合物例如CH4、C3H8、C4H10、其混合物、柴油或重油等作為噴嘴保護物質吹入到熔體中。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，除了這些碳氫化合物之外或代替它們，將惰性氣體、蒸汽、CO2、CO或其混合氣體作為噴嘴保護氣體吹入到熔體中。
23.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述基礎熔體由脫磷生鐵形成，并且至少在第一方法步驟中在1220℃至1650℃的熔池溫度下導入，該熔體具有以下組分2.0-4.7wt％的C，＜1.0wt％的Mn，＜0.025wt％的P，＜0.05wt％的S如果合適，改變Cr和Ni的比例，剩余為Fe和與過程相關的雜質。
24.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述基礎熔體是通過電能作用生產出的，并且如果適當的話在第一或第二方法中進行進一步滲碳。
25.如權利要求1至23中任一項所述的方法，其特征在于，所述基礎熔體用來自鐵鎳合金生產的廢料通過熔煉還原形成。
26.如權利要求1至23中任一項所述的方法，其特征在于，所述基礎熔體以一定比例部分的由脫磷生鐵形成并且高達50％的基礎熔體由來自鐵鎳合金生產的廢料形成。
27.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，來自第三方法步驟的冷的或液態或熱的含Cr2O3未還原熔渣優選返回到第一或第二方法步驟中，在那里用含C還原劑使之還原。
28.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第二方法步驟的最后幾分鐘噴吹時間中加入包含有2.0至4.5wt％Si的HCFeCr，以便還原并且局部調整熔渣，并且使熔體合金化并且還為第三方法步驟提供能量支持。
29.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第一和/或第二方法步驟的最后幾分鐘噴吹時間中通過加入SiO2載體將熔渣堿性(CaO/SiO2)從2.0至2.5降低至大約1.4，并且將氧化鐵和Al2O3載體的熔渣分析調整至例如水泥工業針對熔渣所需要的數值，這些熔渣用作熟料替代物或者作為在水泥生產中所額外包括的基質。
30.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在倒空熔融金屬之后將第一和/或第二方法步驟的熔渣調節至所期望的分析和溫度。
31.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第三方法步驟之后，優選根據VOD方法對合金熔體進行冶金鋼水包處理，該方法包括對熔體進行精密脫碳、精密合金化、脫氮、還原、脫硫以及溫度調整和凈化處理這些措施中的一項或多項。
32.如前面權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在各個方法步驟中導入的裝入料尤其是Cr礦石和其它氧化的、氫氧化的或含鐵的合金添加劑載體以及基礎熔體并且合適的話還有廢金屬的量按照這樣一種方式確定，在各個方法步驟中實現與用于每批鋼水的順序連鑄的所需循環時間或者用于鑄造熔融金屬的其它循環時間相對應的冶煉周期。
33.如權利要求32所述的方法，其特征在于控制鋼水生產過程的工藝模型包括下游鑄造過程的參考值，例如鑄造速度和鑄造方式或者在鐵合金鑄造中的循環時間，以便算出在各個方法階段中導入的裝料量。
34.一種用于通過如在權利要求1至33中任一項所述的方法并且利用在生產線中一個接著一個布置的多個反應容器生產合金熔融金屬的生產設備，其特征在于該生產設備包括·至少一個液態金屬裝填裝置，用于將基礎熔體輸送給反應容器中的至少一個，·第一反應容器，它具有至少一個熔池下方噴吹裝置和頂吹裝置，·第一倒空裝置，用于將第一預合金熔體從第一反應容器轉移到第二反應容器中，·第二反應容器，它具有至少一個熔池下方噴吹裝置和頂吹裝置，·第二倒空裝置，用于將至少一部分第二預合金熔體從第二反應容器轉移到第三反應容器中，以及·第三反應容器，它具有熔池下方噴吹裝置和頂吹裝置。
35.如權利要求34所述的生產設備，其特征在于，所述頂吹裝置形成為用于頂吹O2的噴槍或者形成為熱空氣噴槍或者形成為每個噴嘴具有多個同心布置的、用于不同裝料的流動通道的多功能噴槍。
36.如權利要求34或35所述的生產設備，其特征在于，所述第一和第二反應容器配備有其自身的噴槍，用來導入顆粒細小的合金添加劑載體，尤其是鉻礦石，并且適當的話用于導入粗粉塵。
37.如權利要求34所述的生產設備，其特征在于，所述熔池下方噴吹裝置由環形間隙噴嘴尤其是雙管噴嘴形成。
38.如權利要求37所述的生產設備，其特征在于，所述熔池下方噴吹裝置包括一個或多個固體物質分配器，它們優選布置在各個反應容器上。
39.如權利要求34所述的生產設備，其特征在于，所述熔池下方噴嘴裝置配備有用于在線測量熔體的溫度和/或化學分析的測量裝置。
40.如權利要求34至39中任一項所述的生產設備，其特征在于，在第三反應容器下游布置有VOD設備，用于精煉從第三反應容器送來的熔體。
41.如權利要求34至40中任一項所述的生產設備，其特征在于，在生產線中在第三反應容器或VOD設備下游布置有由至少一個連鑄設備形成的鋼水加工設備。
42.如權利要求34至41中任一項所述的生產設備，其特征在于，所述第一反應容器由電爐或異熱操作轉爐容器優選由再循環轉爐形成，所述第二反應容器由轉爐容器優選為異熱轉爐(KMS-S轉爐)形成，并且所述第三反應容器由轉爐優選為自熱轉爐(K-OBM-S轉爐)形成。
43.如權利要求34至42中任一項所述的生產設備，其特征在于，在第一反應容器上游布置有另外的反應容器，它形成為用于從脫磷生鐵生產基礎熔體的脫磷裝置，并且形成為熔煉還原反應器，用于從來自鐵鎳合金生產的廢料中生產基礎熔體。
44.如權利要求34至43中任一項所述的生產設備，其特征在于所述各個反應容器優選配備有干操作除塵設備。
45.如權利要求34至44中任一項所述的生產設備，其特征在于，所述鋼水生產設備和鋼水加工設備處于覆蓋了至少第一至第三反應容器和連鑄設備的總體控制系統的控制下，所述總體控制系統將各個過程計算機配備給鋼水生產設備和鋼水加工設備，而且調整鋼水生產設備或者調節子過程模型的過程模型接收借助控制系統傳送的下游鋼水加工設備的參考值，例如在連鑄設備上的鑄造速度和鑄造方式，以便計算出在各個方法階段中引入的裝料量，并且將裝入料送入到這些反應容器中的操作按照與所計算出的量對應的方式進行。
全文摘要
本發明涉及一種用于在多個反應容器中在多個同步的方法步驟中生產熔融金屬尤其是用于具有Cr或Cr和Ni合金元素的鋼或鐵合金的熔融鋼水的方法和生產設備。為了降低生產成本并且使每批熔融金屬的生產時間與下游連鑄設備的循環時間同步，本發明提出在第一方法步驟中，將合金添加劑載體導入進基礎熔體中，并且通過加入還原劑、再循環熔渣和/或造渣劑和載能體，在使用載氧體進行熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用下使合金添加劑載體熔融并且高度還原，由此生產出第一預合金熔體；在第二步驟中，將合金添加劑載體優選為Cr載體并且適當的話還有基礎熔體導入進第一預合金熔體中，并且通過添加還原劑、造渣劑和礦物載能體，從而在采用載氧體進行熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用下使合金添加劑載體優選為Cr載體熔融并且高度還原，由此產生出第二預合金熔體；并且在第三方法步驟中，將合金添加劑尤其是鐵合金并且適當的話還有基礎熔體加入到第二預合金熔體中，加入造渣劑，并且通過采用載氧體進行的熔池上方和熔池下方噴吹工藝的作用進行脫碳過程，由此生產出具有預定化學分析和溫度的合金熔體。
文檔編號C21C5/35GK1813073SQ200480017758
公開日2006年8月2日 申請日期2004年5月3日 優先權日2003年6月25日
發明者恩斯特·弗里茨 申請人:奧地利鋼鐵聯合企業阿爾卑斯工業設備制造有限公司