用于預加熱、轉變和熔融金屬爐料的方法以及相關設備的制作方法

專利名稱：用于預加熱、轉變和熔融金屬爐料的方法以及相關設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于預加熱、轉變和熔融金屬爐料的方法和相關設備。
背景技術：
已知用于轉變和熔融預還原類型或非預還原類型的金屬爐料的設備，該設備包括適于與煙道一起傳送和預加熱廢料的電弧爐。電弧爐提供至少一個容器或爐膛和遮蓋頂。電極通過合適的孔引入該頂。
傳送和預加熱煙道在一側與電弧爐配合，而在另一側與廢料裝載系統以及除氣系統配合。如IT-B-949.145(1973年)公開的，熱氣體從電弧爐內部被抽出，并以與廢料相反的流向通過整個煙道。同一文獻還公開了一種利用千斤頂擺動以便在每次擺動時排出爐渣或排出熔融金屬。
還例如從IT-B-1009463(1974年)已知，提供向爐內連續提供預加熱的金屬爐料的系統。此文獻還公開了在由耐火材料制成的圓筒內對金屬爐料進行預加熱，該圓筒繞相對水平方向傾斜的軸線轉動。這樣，金屬爐料在圓筒內連續改變位置，從而利用來自爐的氣體的對流運動，在金屬爐料被引入爐之前對金屬爐料均勻加熱。
文獻US-A-3985497(1974年)公開了燃燒來自預加熱金屬爐料過程的未燃燒氣體，以便減小排放到環境中的污染物。
US-A-3813209(1973年)和US-A-4083675(1978年)內示出了其它用于在煙道內的廢料被送入爐之間預加熱廢料的系統。
文獻Stahl und Eisen 95(1975年1月)說明了一種方法，其中電弧爐的排出氣體以相反的流向通過預加熱煙道，該煙道傳送將被連續裝入電弧爐的廢料。此文獻還提出，在出鋼之后在爐內保持4噸至6噸的液態金屬，以便確保順利開始隨后的熔融。
文獻IT-B-1201815(1986年)不僅提出通過預加熱設備將爐料連續裝入爐，而且還提出吹入熔池滲碳裝置、脫硫混合物、脫氧劑以及用于使爐渣起泡沫的混合物。除此之外，IT’815還說明提供鋼包處理器，其在出鋼臺拾取裝有鋼水的鋼包以便將其直接提供到鑄造區域，從而該處理器可作為熔融金屬的熔融區域和連鑄區域之間的連接件。還提供用于加熱鋼包以便將熔融金屬的溫度保持為適于鑄造的值的中間臺。
專利US-A-4543124和US-A-4564388分別說明了一種用于轉變和連續地熔融金屬的設備和方法。它們的基本特征在于在裝載、熔融和精煉的所有步驟內，不管循環內的步驟以及被加工的材料的工藝特性，提供給爐的電保持處于最大功率。
還提出在熔融金屬的出鋼期間仍繼續裝載用作爐料的金屬。還提出熔融金屬的出鋼約為熔融金屬的總體積的50％，并且其可通過將爐傾斜最多15°實現，其中，不除去電極并保持電極的功率為最大功率。
專利US-B2-6155333基本返回到IT’815的教義并實現了一種一體的設備，其中通過使用中間冶金容器而使熔融區域和鑄造區域之間直接連接。
由于基于此目標的文獻非常多，所以上述文獻僅是作為示例。但是，公知地，從事此領域的那些人員一直致力于優化使鐵材料轉變成例如用于連鑄的將被發送的鋼水的整個過程的各個技術和工藝方面。此連續研究的目的是同時確保-使熔融材料的質量特性最優；-減小部件和元件的磨損以及損壞的危險，并因此減小對尤其是遮蓋物和/或耐火材料的維修和替換的需求，-使相同量熔融金屬的能量消耗減小，-減少循環時間，-減小人力成本的負擔。
鑒于此并基于長期和深入的研究以及實驗，申請人已對現有技術包括上述文獻內所述的那些技術進行了重大改進，克服了現有技術的一些缺陷并提出本發明。

發明內容
獨立權利要求中提出了本發明并說明了其主要特征，而從屬權利要求說明了本發明的其它創新特征。
本發明涉及一種用于預加熱、轉變和熔融金屬爐料的方法和相關設備。根據本發明的設備包括電弧爐，該電弧爐與用于傳送和預加熱將被引入該爐的金屬爐料的煙道相聯。
電弧爐包括容納爐膛，利用千斤頂可使該爐膛在正常工作期間例如在裝載、熔融和精煉液態金屬的步驟期間，在±4°之間的角度擺動。
此外，可使爐膛在排放爐渣(除渣)和排出液態金屬的步驟期間分別擺動例如在-15°和+25°之間的更大的角度。
例如，在排放爐渣(除渣)的步驟期間，爐膛可傾斜-15°，而在出鋼步驟期間其可沿相反方向傾斜最大+25°。
根據本發明的特性，出鋼步驟使爐膛內熔融金屬的量保持等于爐膛熔融金屬總容量的約30-40％。此量已被申請人確定是在以下兩者之間的最優折衷，即需要確保隨后的熔融快速啟動而沒有中斷且不存在由例如廢料突然落到爐膛底部導致的危險，以及需要爐具有正常的生產率。
例如，在適于容納80噸熔融金屬的爐膛內，在出鋼步驟內取出的量為約55噸，而爐內留有約25噸的熔融金屬的基底。
根據本發明，在出鋼步驟期間，就在開始使爐擺動之前，本發明的方法使電極從熔池上升以便它們在任何情況下都不會與所述熔池接觸；在開始從熔池取出電極時，斷開電能供給。
此外，在使用裝有預加熱廢料的吊筐斷續地裝載材料的情況下，本發明使爐的頂打開并且中斷向電極供給電能，本發明還使在爐內倒空吊筐，使頂復位并恢復向電極供電。
在使用與爐直接連接的預加熱煙道進行裝載的情況下，本發明使得所述裝載可在熔融金屬出鋼后的特定步驟內進行，并且可在熔融循環期間部分地連續。但是，在出鋼之前的金屬的最終精煉階段期間并且還在出鋼步驟期間中斷此裝載。申請人實際上已證實在精煉期間裝載廢料會使熔融金屬的質量變差并無論如何都會延長所需時間，從而抵消由提前引入廢料產生的好處。
此外，在例如出鋼步驟中當爐處于傾斜位置并進行裝載時，爐料的插入會撞擊并損害爐的壁，會移動耐火材料并可能損壞冷卻板。
根據本發明，在出鋼操作結束和開始為隨后的循環裝載廢料之間，中斷對電極的供電并執行以下操作a)使爐從出鋼位置轉到除渣位置以中斷鋼液的流動；b)控制出鋼孔的清洗；c)用具有高熔點的顆粒材料填充出鋼通道；d)使爐返回水平位置并插入垂直塊(在正常操作期間將轉動限制為減小值的機械靠接件)；e)僅在這時才能夠使電極下降(并因此輸送電功率)。
垂直塊的存在允許限制電弧爐的擺動，以便防止爐膛干擾進入所述爐的廢料傳送帶的末段(可縮回段)。
然后，當電極插入頂并且爐穩定在其正常工作位置時，開始廢料裝載，并且逐漸提供電能直到達到所需值。
根據本發明，在升高電極以便開始出鋼之前，通過減小步驟使供給爐的電功率相對于其正常工作值減小。
根據本發明，根據爐中存在的廢料的量向爐供電。換句話說，并不一直供電并且并不總是設備可用的最大功率，而是在每次擺動中根據特定熔融循環內的廢料的實際量和/或根據液態金屬液池的檢測溫度進行調節。
此方式可在能量消耗方面實現第一明顯的優點，這是因為提供的功率總是針對特定量的最優功率。此外，由于根據廢料的實際量設定輸送用于熔融和精煉的功率，所以還可提高獲得的材料的質量。
為了測量廢料的量，本發明提出連續地為整個“爐系統”稱重，除去預先已知的皮重，以便發現爐中存在多少廢料。
根據本發明的另一個特性，對熔融金屬的溫度至少執行周期控制。更確切的，根據本發明的第一特征，使用熔融金屬的溫度的值來調節熔融曲線以及向爐內裝載廢料，以便保持所述溫度總是約為預定值。
根據另一個特征，如上所述，除了爐內的廢料的重量之外，還使用溫度值作為另一個參數，以便調節提供的電功率，并更具體地根據爐料和例如通過諧波分析器檢測的電弧的穩定性信號使功率最大。這意味著提供給電極的功率不斷地從系統可向電極提供的最大值振蕩到最小值，該最小值根據每次振蕩中仍要熔融的廢料的量以及已熔融的金屬的溫度而確定。
根據本發明，引入氧、碳、滲碳裝置、脫硫混合物、除氧劑和用于使爐渣起泡沫的混合物的管嘴以及吹氧管設置在液態金屬的液面下盡可能低的位置。更具體地，在根據本發明的爐內，存在用于引入碳的專用管嘴和用于引入氧的專用管嘴。
在出鋼步驟和過渡步驟期間傳送氣體通過用于引入碳的管嘴，而在所述步驟期間用于引入氧的管嘴也保持起作用，同時引入最少量的氧；在兩種情況下，這是為了防止氧出口孔被阻塞。
根據本發明的另一個特征，當氣體離開傳送和預加熱煙道時對氣體的特性進行控制以便驗證不存在未然氣體。
為了確保所有所述可燃氣體在離開電弧爐并被導入廢料預加熱煙道時都被燃燒掉，根據本發明的方法在煙道的開端即靠近電弧爐處設置燃燒器，該燃燒器的唯一目的是在每個操作狀態下點燃來自電弧爐的可燃氣體，以便這些氣體自然地燃燒。
此外，該方法提出總具有一些剩余氧(＞6％-8％)，該剩余氧可通過空氣噴射器提供，并足以確保在每個操作狀態下都不存在未燃燒和可能爆炸的氣體。
在煙道的開端即在裝載廢料的部分除去的氣體以20m/s的速度以及約800℃的溫度進入沉降室，以便使顆粒沉積；該沉降室是絕熱的。所述氣體從沉降室通過非絕緣管進入冷卻塔。
本發明提出，在冷卻塔內將所述氣體迅速冷卻到至少為250℃或更好地更低的受控溫度，冷卻速度不小于250℃/sec，有利地為400℃/sec。
提供用于快速冷卻的設備包括以合適和受控的量噴射水、水和空氣的混合物或者水和粉末的混合物的系統。所述噴射裝置以這樣的方式制成、構造和管理，即產生以精細分散的小水滴為特征的霧狀流，以便能夠根據需要改變其速度、直徑和錐體的開度角。
通過此處理，可徹底并且符合此領域內的最嚴格的國際規定地確保消除二氧己和呋喃的污染排放。


從下面參照附圖1對作為非限制性示例給出的實施例的優選形式的說明中可清楚地理解本發明這些以及其它特性圖1是用于預加熱、轉變和熔融金屬爐料的設備的示意圖。
具體實施例方式
參照附圖，用于預加熱、轉變和熔融金屬爐料的設備的整體由標號10指示，并且包括作為主要部件的傳送和預加熱廢料的煙道11和電弧爐12。
電弧爐12包括容納廢料的爐膛13和遮蓋頂14。頂14具有孔，通過該孔引入被相對臂16支承并安裝在該相對臂上的電極15。電極15以已知方式連接到供給變壓器，并被無關地供給直流電(DC)或交流電(AC)。爐膛13由千斤頂17支承，該千斤頂可根據與循環的各個階段相關的方法使爐膛擺動，具體地，在引入和熔融廢料的循環期間為±4°的減小的擺動，而在除渣和出鋼步驟期間在-15°和+25°之間的較大的擺動。
在傾倒液態金屬的步驟內當爐膛傾斜時爐膛的形狀使得能保持占其容量的約30％-40％的液池。
爐12以已知方式配備燃燒器、吹氧管、和能夠促使爐渣起泡沫的碳粉以及石灰的噴射器，但是這些裝置在此未示出。
更具體地，噴射管嘴設置成使其出口嘴位于爐渣位置下方。
爐系統還安裝在稱重傳感器18上，該稱重傳感器適于使用下文將說明的方法并為了下文將說明的目的提供關于其上承載的重量的信息，為了下文說明的目的，在爐內設置溫度探測器以便測量熔池的溫度。
所使用的金屬爐料包含至少80％的鐵，其通常可以是來自直接還原過程的海綿鐵，或球團礦、團塊或一般的廢料。
除了使用與煙道11相聯的傳送帶系統外，尤其是在冷起動的情況下或在傳送帶系統的功能中斷后，還可使用吊筐系統對爐進行裝填。
根據本發明，在一定量的金屬已熔融之后開始利用煙道進行裝載，該量至少等于形成液池并保持在爐膛內的平均量。根據本發明，另一個利用煙道開始裝載的條件是熔融金屬的溫度至少為1500℃。
根據本發明，對組成爐料的廢料或其它材料的引入速度進行調節，以便在任何情況下保持熔池的溫度接近預定的值。換句話說，在設定熔池溫度的預期值例如約1500℃-1600℃之后，隨著熔融循環的進行而定期檢測(熔池)溫度并且可能出現以下情況-如果檢測到溫度低于預期值，則這意味著廢料裝載速度過高并因此必須降低廢料裝載速度，而-如果檢測到溫度高于預期值，則這意味著裝載過慢并因此必須提高廢料裝載速度。
傳送和預加熱煙道11用于在金屬爐料被引入電弧爐12之前使金屬爐料的溫度升至約200℃-270℃的平均值。
在此情況下，煙道11包括多個模塊22，其中面向電弧爐12的最初的兩個模塊配備燃燒器19，以便使相對于前進的材料升起的氣體實現預期的自動燃燒。
至少一些模塊22還配備空氣噴射器20，以使排出氣體內包含的CO和其它可燃氣體實現后燃燒。
在煙道11的初始部分，在與被預熱的煙氣出口管24相鄰的位置存在補償室23，該補償室用作要引入環境的排出煙氣的動態密封。
室23的用途是控制可從廢料傳送帶的裝載側吸入煙氣回路的外部空氣的量。
室23內部具有通風裝置，該通風裝置的作用是確保室23內的低壓稍低于管24內的低壓。此方式允許將從外部進入煙氣出口管的空氣的量保持在減小的值，同時防止煙氣本身的出口通入大氣。在煙氣出口管24的上游還設有用于分析煙氣的探測器25以及溫度傳感器26。
在排放到大氣中之前，煙氣還被送入冷卻塔27。
通過熱電偶21連續地監控煙道11內的加熱溫度。
根據本發明，兩個連續出鋼操作之間的典型的循環時間約為40-45分鐘。
循環從將廢料卸載到爐內開始，爐底部存在的金屬量占該爐總容量30％和40％之間，例如在(爐)容量為80噸的情況下(爐底部存在的金屬量)為約25噸。
在初始步驟內，利用噴槍和/和管嘴將各種添加劑引入熔池以便使熔池滲碳并促使爐渣快速起泡沫。如果爐渣盡可能快地起泡沫，則所起泡沫可保護冷卻板不受電弧輻射影響，并允許在熔池內包含令人滿意的一部分熱量；這允許迅速增加裝載廢料的速度并還可使電功率遞增。
電功率隨著卸到爐內的廢料的量的增加而遞增，并遞增到最大工作值。提供的值可從等于工作值約40％-50％的初始值增加到工作值的最大值。
在裝載循環內，定期或連續監控爐系統的重量以及熔池的溫度，以便調節廢料的卸載從而保持熔池的溫度基本恒定。
當已達到所需的廢料量之后，中斷卸載，并且熔池的溫度逐漸增加直到達到出鋼所需的溫度。根據本發明，在出鋼之前中斷廢料卸載一段時間間隔，該間隔占循環總時間的約8％至12％。
在出鋼之前供電還將被中斷最長為總循環時間5％的時間。
當廢料完全熔融并且在精煉階段也完成之后，執行出鋼，驅動千斤頂17以便使爐膛13傾斜，并將熔融金屬排放到合適的容器或鋼包內。
可對前文所述的方法和設備進行修改或變型，所有這些都落入所附權利要求限定的本發明的范圍內。
權利要求
1.一種用于在聯結有煙道(11)的電弧爐(12)中預加熱、轉變和熔融包括金屬廢料的金屬爐料的方法，該煙道傳送、預加熱并排出所述廢料，該爐(12)包括爐膛(13)和電極(15)穿過其中的頂(14)，其特征在于該方法包括至少定期稱爐(12)的重量以便檢測該爐(12)本身中存在的排出的廢料的量；至少定期檢測爐(12)內的熔池的溫度；以及至少通過稱重來檢測爐(12)內廢料的排放輸送并對廢料的排放輸送進行調節，以便將所述熔池的溫度保持在預定值附近。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據通過稱爐(12)的重量而檢測的爐(12)中存在的廢料的量，使輸送給爐(12)的電功率從對應于開始的廢料卸載步驟的最小值連續變化到對應于熔融步驟的最大值。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在液態金屬出鋼之前，中斷向爐(12)裝載廢料一段時間間隔，該間隔占總循環時間的約8％至12％。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在出鋼之前向爐(12)的供電中斷最長為總循環時間5％的一段時間。
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述輸送的電功率的最小值從約為工作值的40％-50％的初始值增加到其最大值。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，爐(12)內總是留有約為總容量的30％-40％的液態金屬的量，以便構成用于隨后循環的液體儲備。
7.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在出鋼步驟中，電極(15)至少從熔池上升并且中斷向電極供電。
8.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在出鋼步驟結束和開始為隨后的循環裝載廢料之間，中斷向電極(15)供電并且執行以下操作a)使爐(12)從出鋼位置轉到除渣位置以中斷鋼液的流動；b)控制出鋼孔的清洗；c)用具有高熔點的顆粒材料填充出鋼通道；d)使爐返回水平位置并插入靠接件，該靠接件在正常操作期間將轉動限制為減小值；e)使電極下降并恢復電功率的輸送。
9.用于預加熱、轉變和熔融包括金屬廢料的金屬爐料的設備，該設備包括傳送和預加熱廢料的煙道(11)和電弧爐(12)，所述電弧爐(12)包括容納廢料的爐膛(13)和遮蓋頂(14)，由相對臂(16)支承和移動的電極(15)穿過該遮蓋頂，其特征在于，該設備包括稱所述電弧爐(12)的重量的稱重裝置(18)、檢測所述爐(12)內液態金屬熔池的溫度的裝置、和能夠根據所述稱重裝置的檢測調節將廢料卸載到所述爐(12)內的速度以便將所述液態金屬熔池的溫度保持在預定值附近的裝置。
10.根據權利要求9所述的設備，其特征在于，所述稱重裝置包括稱重傳感器(18)。
11.根據權利要求9所述的設備，其特征在于，所述爐膛(13)安裝在千斤頂(17)上，該千斤頂能夠使爐膛擺動有限的角度，在正常操作期間例如在裝載、熔融和精煉液態金屬的步驟期間該角度在±4°之間，而在排出爐渣和倒出液態金屬步驟期間該角度在-15°和+25°之間。
12.根據權利要求9所述的設備，其特征在于，在傾倒液態金屬的步驟內當爐膛(13)傾斜時爐膛的形狀使得能保持占其容量約30％-40％的液池。
13.根據權利要求9所述的設備，其特征在于，所述傳送和預加熱煙道(11)包括多個噴射系統，其中至少最靠近電弧爐(12)的噴射系統具有至少一個燃燒器(19)，至少在與所述燃燒器(19)相鄰的位置存在至少一個空氣噴射器(20)。
14.根據權利要求9或13所述的設備，其特征在于，在所述煙道(11)的開始部分，在與被預加熱的煙氣出口管(24)相鄰的位置，存在能夠用作密封系統的補償室(23)，以防止來自煙道(11)的排出煙氣泄漏到大氣中。
15.根據權利要求9至14中任一項所述的設備，其特征在于，設有與所述傳送和預加熱煙道(11)相配合的沉降室以便使顆粒沉積，冷卻塔(27)與該沉降室相聯以便使以約20m/s的速度進入的煙氣的溫度降為約250℃或更低。
全文摘要
本發明涉及用于預加熱、轉變和熔融金屬爐料的方法以及相關設備。用于在電弧爐(12)和與該電弧爐相聯的煙道(11)內預加熱、轉變和熔融包括金屬廢料的金屬爐料的方法，該煙道傳送、預加熱和排放所述廢料。爐(12)包括爐膛(13)和電極(15)穿過其中的頂(14)。本方法包括至少定期稱爐(12)的重量以便檢測該爐(12)本身中存在的排出的廢料的量，至少定期檢測該爐(12)內熔池的溫度，以及至少通過稱重來檢測排放輸送到爐(12)內的廢料并對其進行調節，以便將所述熔池的溫度保持在預定值附近。
文檔編號C21C5/56GK1902329SQ200480039224
公開日2007年1月24日 申請日期2004年11月25日 優先權日2003年11月27日
發明者R·塞爾 申請人:達涅利機械工業有限公司