按多段熔煉法生產鐵水的設備和方法

專利名稱：按多段熔煉法生產鐵水的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一用于生產鐵水，特別是鋼水，如原鋼鋼水的設備，以及用于生產上述熔融金屬的方法。
現在交流或直流電弧爐用作電爐鋼生產的標準機組。這里使用的由-70％到100％廢鋼、各種數量配比的直接還原的鐵-海綿鐵，以及有時也用碳化鐵(目前約到總用量的10％到15％)，和-0％到30％液體和/或固體生鐵構成的鐵載體，借助于一個或多個電弧、在使用氧槍-必要時使用燒嘴、噴嘴和/或惰性氣體攪拌-和添加碳載體和造渣劑下熔化。接著，鋼水熔池在一熔池平靜期(Flachbadperiode)(5至10分鐘)中在電弧爐中調整到出鋼所希望的溫度和成分，并在出鋼時在鋼水包中鎮靜。能量消耗和材料消耗、以及設備生產率依配料比和熔煉操作而異。
通過遍及世界地引入二次精煉法以及電弧爐本身在結構、電和工藝方面的一系列發展，如·冷卻的爐板和蓋·改進的電極質量和采用電極冷卻·除交流電弧爐外，引入直流電弧爐·提高變壓器功率·將燒嘴、噴槍、噴嘴和/或透氣磚(Spuelstein)用于熔煉、加熱、精煉、固體吹入和/或惰性氣體攪拌·導入電流的電極支架臂及電極調節的使用·爐子形式和爐子大小(包括出鋼口)的優化·泡沫渣的運行方式·不同形式的廢鋼預熱·海綿鐵的使用，有時作為熱爐料電弧爐熔煉生產在最近20年內，就其用料和生產的鋼的質量而言，已變成一種柔性的和高效率的方法，它與轉爐冶煉相比，越來越表現出重要的優點，并與之成功地競爭。首先是通過成功地使用·集成的廢鋼預熱和/或海綿鐵/熱壓塊的直接還原鐵熱裝料·在對用于進行裝料操作的停電時間最小化下，爐料(鐵載體、碳載體、添加劑等)的大部分的連續裝料·優化的泡沫渣運行方式·較便宜的一次能源(煤、天然氣等)作為電能的代用品，包括部分CO/H2在泡沫渣之內和/或之上的二次燃燒在新的方法發展中，達到了在電弧爐中電爐鋼生產的熔煉時間明顯縮短和單位產品電能消耗降低，并由此進一步降低了單位產品生產費用和投資。
然而，在已知的用電弧爐作為熔煉機組的電爐鋼生產方法中，上述方法發展的潛在優點僅在有限程度上得到了利用。再者，尚未能夠-雖然需求越來越大-將約占電弧爐爐料30％到70％的高份額的液體生鐵和/或其它富碳的鐵載體(海綿鐵、碳化鐵等)以及難對付的廢鋼(舊汽車)以高生產率和高的能量利用率加工成液體鋼，而在汽車廢鋼中還應不造成不允許的環境污染。一個在這樣條件下，在電弧爐基礎上的經濟、高效率的進行這一方法的工藝和設備仍尚在期待中。
上面提到的傳統的電弧爐的局限性，完全是由爐子形狀引起的，它不能有一個準穩態的、連續的過程。裝料、熔煉、精煉、加熱和出鋼操作在一個地方進行，被迫地或多或少在時間上錯開，并帶有裝料和送電的間斷-至少在出鋼前和在出鋼時-以便達到希望的原料成分和溫度(均勻性和相對于液相溫度的過熱)。當前的電弧爐中的過程是不連續的，并由此使生產率受到限制。與此相關，應指出下列各點1)在出鋼量為70t到150t時已達到的每爐時間55分到60分鐘下，進一步縮短停電期的可能受到強烈限制。供電期也同樣-因為在這樣條件下，差不多已達到了每噸爐料的經濟的能量消耗和時間單位的極限-并由此而對整個熔煉時間也同樣。
2)從一定的料塊大小起，廢鋼的連續裝料難以進行。沉重的和占地方的廢鋼將在停電時用廢鋼筐添加。
3)在連續裝料以及精煉和熔池平靜期的加熱(其長短在高份額的海綿鐵、特別是高份額的液體生鐵和碳化鐵(約6.1％C)情形下大大增大)時，已有的變壓器功率在電弧爐中一般未得到充分利用。
從AT-B-295,566已知一用于在一個電弧熔煉爐中，通過熔煉預還原的鐵礦石和接著將半鋼鋼水精煉成鋼的連續生產鋼的方法，上述電弧熔煉爐帶有一個熔化爐膛，接在它上面有一個精煉區和至少一個爐渣澄清室。在這個方法中，預還原的鐵礦石，以塊狀或粒狀送進熔化爐膛的電弧區。金屬在爐膛中受到連續攪拌并使其循環，而且通過吹入含氧氣體并在此期間流過一精煉區而精煉成鋼。與此相反，爐渣沿著至少精煉區長度的一部分沿與金屬相反的方向流動。爐渣在一個沒有強烈的熔池攪拌的爐渣沉積室中鎮靜下來，然后從爐渣沉積室排出。
在這一已知的方法中使用本廠廢鋼和熔融生鐵，然而都是很有限的數量。廢氣的導出直接在精煉區進行，就是說不通過電弧熔煉爐。為了避免精煉區中的鋼水凝結，在這一已知方法中要求添加高的焦炭/煤。這一已知方法因此而限制了應用能力，并主要用于從預還原鐵礦石中生產原鋼。
從DE-C3 609 923已知一用于將廢鋼連續熔煉成原鋼的方法和裝置。這一方法主要限定在廢鋼溶煉(未提到使用生鐵水或直接還原的海綿鐵)。在這一方法中，爐氣的熱量用于加熱廢鋼。廢鋼在一安在床式爐中央上方的豎爐中預熱，并且從中央進入床式爐，這里形成一個廢鋼柱，它形成廢料錐支撐在電弧爐爐底上，并能達到廢鋼預熱豎爐上部的廢鋼裝料口。在電弧爐中，可擺動的電極(大多是4個電極)圍繞著廢鋼柱對稱布置，借助于它們使廢鋼熔化。在電極的中軸與一垂線之間的傾角，在廢鋼熔化期間對每一電極均大于20°。因此，床式爐受到巨大的熱負荷，因為電弧在中心裝入的廢鋼柱與床式爐爐壁及爐蓋之間燃燒。這一方面導致耐熱爐襯加重磨損，并由此導致用于進行修理的材料消耗和時間消耗更高，另外，大部分投入的能量通過向爐壁和爐蓋的輻射而失掉。此外，通過廢鋼柱中可能形成橋-在由電極熔化的熔化腔上部-不排除廢鋼柱(或其一部分)的塌陷，這可能導致電極折斷。
本發明旨在避免這些缺點和困難，其目的是提供用于生產鐵水的設備和方法，它們原則上使得可以使用一切在冶金實踐中出現的具有不同物理-化學性質的鐵載體，如廢鐵、液體的和/或固體的生鐵、碳化鐵、海綿鐵、具有不同預還原程度的鐵礦石、燒結塊、氧化鐵皮、冶金粉塵、干燥礦泥等，而且是不同量的配比，以便在例如出現某一鐵載體短缺時，能產量不受限制地選擇另一種鐵載體。同時，處理過的有機輕質組分，如破碎輕質組分也應能使用，作為冶金過程的熱載體，并能同時除去。
為了實現上述目的，按本發明設計了具有以下特征的設備·一個電弧爐爐缸(Ofengefaess)，·一個通過堰壩連接在爐缸上的精煉缸，它帶有一個從堰壩開始、至少部分地下斜的缸底和一個氧氣導入裝置，以及一個布置在遠離爐缸的終端的出鐵口，·一個連接在爐缸上、并同爐缸有一共同缸底的傾析缸，它在其遠離爐缸的終端設有一出渣口，·一個導入生鐵水、并通入爐缸的導入裝置，·一個導入固體鐵載體的預熱爐，它布置在爐缸之上，并通過一可通過氣體的冷卻的關閉裝置、經由爐缸蓋通入爐缸，·一個裝料井，它布置在爐缸之上，并通過一不能通過氣體的冷卻的關閉裝置通入爐缸。
預熱爐最好是居中布置在爐缸之上，并且爐缸的蓋設計成環形，環繞預熱爐，并將其與爐缸側壁相連。這里，電極最好是石墨電極，斜著必要時垂直地通過蓋伸進爐缸內部。由此可達到特別短的熔煉間隔時間，即可達到在短的時間間隔中添加固體的鐵載體，如廢鋼。這里，在監控/調節預熱溫度和裝入速度下，確保固體鐵載體的有效預熱。
電極最好是可擺動地以及必要時在其長度軸方向可移動地放置，而且在垂線與電極中軸之間的傾角的變化在沿爐缸中心方向最好在0°到30°范圍內，而在朝向爐缸壁的相反方向高達10°。
電極為陰極、而在爐缸缸底中心布置一個缸底陽極是有益的。
如果電極做成空心電極，并且或者與一個鐵載體導入裝置、和/或與一個煤或碳載體導入裝置、和/或與一個處理過的有機輕質組分導入裝置、和/或與一個造渣劑導入裝置、和/或與一個碳氫化物導入裝置、和/或與一個惰性氣體導入裝置相連接，則使設備有特別萬能的可用性。
還可優選考慮通入爐缸內腔的噴嘴和/或噴槍，它們或者與一個鐵載體導入裝置、和/或與一個煤或碳載體導入裝置、和/或與一個處理過的有機輕質組分導入裝置、和/或與一個造渣劑導入裝置、和/或與一個氧或含氧氣體導入裝置、和/或與一個碳氫化物導入裝置、和/或與一個惰性氣體導入裝置相連接，這里噴槍可移動地，特別是可擺動地和/或在其長度方向上可移動地布置是有利的。
按一個優選的實施形式，在精煉缸中布置有噴嘴和/或噴槍，它們或者與一個鐵載體導入裝置、和/或與一個煤或碳載體導入裝置、和/或與一個處理過的有機輕質組分導入裝置、和/或與一個造渣劑導入裝置、和/或與一個氧或含氧氣體導入裝置、和/或與一個碳氫化物導入裝置、和/或與一個惰性氣體導入裝置相連接，這里噴嘴做成下熔池噴嘴和/或缸底透氣磚是有利的。
這里噴槍最好設置成可動的，特別是可擺動和/或在其長度方向上可移動的。
為了在缸底陽極中心布置的情況下也能使爐缸完全排空，爐缸設計成帶有朝傾析缸方向下斜的缸底、并過渡到大致上水平的傾析缸缸底是適當的。這里，缸底的最低處布置在傾析缸中。此外，在傾析缸缸底的最低處設一個排出口是有利的。
為了在較長的精煉缸時也能對設備中進行的過程容易地監控，精煉缸至少設一個監控口和/或修理口是有優點的。
因為精煉缸的爐襯比爐缸的爐襯經受更強烈的、從富氧化鐵的爐渣方面來的化學侵蝕和更大的熱負荷，并由此而經受更大的磨損，如果把精煉缸做成一個可以從爐缸脫開的和可更換的結構單元是適宜的。
在爐缸和精煉缸中的金屬熔池的液位可以是相同的或不同的(例如在精煉缸中低一點，在這種情況下，設備的運行是在爐缸和精煉缸之間沒有連續熔池情形下進行的)。
按一個修改了的、有優點的實施形式，精煉缸是按鋼水包形式構成，在它的蓋的范圍中設有設在爐缸和精煉缸之間的堰壩。
為了使有效的造渣操作成為可能，在從爐缸到精煉缸的過渡區再設一個出渣口以及一個可去掉的渣坎是有優點的。
為了容易修理，預熱爐和/或裝料井做成可從爐缸脫開的和可更換的單元是有優點的。
按一個優選的實施形式，用于生產鐵水、特別是鋼水、如原鋼鋼水的方法是以以下特點的組合為特征的·往爐缸中裝入數量為使用的鐵載體總量的20％到70％的生鐵水，·在爐缸中熔入廢鋼和/或其它帶氧化鐵組分的固體鐵載體(直接還原的海綿鐵、熱壓的海綿鐵、碳化鐵、預還原的礦石、粉塵團塊等)，其數量主要為將生鐵水的量補充到總量的量，其中·廢鋼先裝入預熱爐·廢鋼通過在生產生鐵時形成的熱廢氣的排出和通過將廢氣導入接受要預熱的廢鋼的預熱爐而被預熱·廢鋼接著被裝入爐缸，并且·固體塊狀鐵載體先裝入裝料井，并從這里不預熱、然而有時是在熱狀態下裝入爐缸，而小顆粒的鐵載體通過噴槍和/或噴嘴和/或空心電極，導入爐缸和/或精煉缸，·裝入爐缸的鐵載體借助于電弧能量熔化，并與生鐵水混合。
·由此形成的鐵水，越過堰壩、通過精煉缸、流向鐵水出口，并且既在爐缸中，也在精煉缸中，被連續精煉，并同時被加熱，且·渣在與鐵水流動方向相反的方向上流向出渣口，并且連續地就FeO含量還原，同時冷卻。
這里，通過往渣里和/或往渣上和/或在其上面往精煉缸、往爐缸和/或往預熱爐里導入含氧氣體，使生產氣體二次燃燒掉是有優點的。
通過吹入含氧氣體來支持廢鋼的熔煉是適宜的。
按本發明的方法，使得可以使用各種爐料。有利的是，往預熱爐中，和/或在裝料井中、和/或在爐缸中和/或在傾析缸中、和/或在精煉爐中·導入爐料(鐵載體、碳載體、添加料、處理過的有機輕質組分和氣體)，·熔煉、精煉和加熱，和
·排出過程產物(原鋼、渣和廢氣)；而且以上過程是·連續地或半連續地而從精煉缸出鋼不連續的，和·不影響/中斷緊接著的前面/后續設備部件中的工藝過程地進行的。
為了避免再混合，精煉缸中的金屬液面多保持在低于爐缸中的金屬液面。
本發明下面借助于多個在附圖中示意地表示的實施例進一步說明，其中

圖1是通過按第一實施例的本發明設備的垂直剖視圖，圖2是過圖1中II-II線的剖視圖。圖3為圖1表示的設備的部分剖開的俯視圖。圖4至圖6分別與圖1相類同地表示可供選擇的實施形式。
一個直流電弧爐的爐缸1，在一側設有一個傾析缸2，在相對的另一側設有一精煉缸3，而且分別與缸2和缸3直接連接，從而形成了一個有3個功能區的相連接的設備。電弧爐的爐缸1用作熔煉區或熔煉還原區，精煉缸3用作精煉區和加熱區，傾析缸2用作傾析區。在爐缸1中間位置，即相對其居中地在其蓋4上裝有一預熱爐5，它帶有可通過氣體的和水冷的關閉裝置6，可用爐料7-首先是廢鋼，有時也用固體生鐵-主要通過輸送帶8經裝料口9往預熱爐5中裝料。與預熱爐5相平行，至少設有一個側向直接相鄰且也通入爐缸1的裝料井10(最好設多個裝料井)，裝料井10設有向著爐內腔的不能透過氣體的水冷關閉裝置11，裝料井可用固體塊狀的鐵載體12(直接還原鐵、預還原鐵礦石、燒結塊、氧化鐵皮、過濾粉塵和/或沉積物團塊等)，和/或碳載體13(焦炭、有機輕質組分的擠壓塊等)，和/或造渣劑14(石灰、螢石、石英砂、鐵礬土等)，通過輸送帶15裝入。由爐缸1、精煉缸3、傾析缸2、放在上面的預熱爐5和側邊的裝料井10構成的單元，構成按本發明的設備的核心部分。
爐缸1有多個接通陰極的、斜的石墨電極16，它們有時做成空心的，最好相對于電弧爐和放在其上的預熱爐5對稱布置。電極16朝爐缸1中心方向可在相對于垂線的0°到30°傾角范圍內擺動，而在相反的朝爐缸1的壁的方向可在10°之內擺動。對每一電極16可將傾角調整為不同的角度。在熔煉操作期間傾角通常為約15°到20°。有時可放棄電極16的可擺動性。在爐缸1的爐底18上中央布置的爐底陽極用作反電極17。
在預熱爐5中由上升的熱廢氣19預熱的金屬爐料7被連續地或分批地、僅在供電下裝入設備的爐缸1中。如果其間出現電極折斷危險時，電極16短時地向爐缸壁方向、在供電情況下擺動，或者向上抽(斷電)。大塊重的廢鋼8(板坯切頭，以及方坯切頭，廢鋼捆料等)的裝料是在短時斷電和提起電極16下進行。
含氧化鐵(海綿鐵、預還原鐵礦石、粉塵團塊)的固體鐵載體12的裝料，和需要時碳載體13，如焦炭、有機輕質組分擠壓塊等及造渣劑14(石灰、螢石、石英砂、鐵礬土等)是通過側面的上料井10連續地和/或分批地/不連續地進行，而且不與通過預熱爐5進行的裝料操作相關。
同樣與此不相關地通過一個做成導槽的、通入爐缸1的生鐵導入裝置21、連續地或分批地/不連續地往電弧爐裝入液體生鐵20。在爐缸1的與導槽相對的一側設有一個用于過程監控、引入附加的噴槍操縱機23和進行爐缸1區域內的維護工作的門22。
由設備的形式已決定了，在爐缸1中的裝料和熔煉總是用熔池24進行。它使得可以在帶泡沫渣25及由它差不多完全包圍的電弧26、而且由此而在高的變壓器效率和熱效率及低的噪音發射情形下進行近乎連續的準穩態熔煉作業另外，為了滿足下列要求·處理細小顆粒的鐵載體12’(例如碳化鐵、海綿鐵篩渣，過濾粉塵等)·生成及調節泡沫渣25·通過提高加入電弧爐內的能量(包括在泡沫渣25內的或在其上面的廢氣19中的CO和H2的二次燃燒)加速爐料7、12、13、14的熔煉過程和平衡熔池24中濃度梯度和溫度梯度，以及·通過便宜的一次能源代替一部分所需電能往爐缸1中將·細小顆粒的鐵載體12’和/或
·細小顆粒的煤13’或者其它碳載體(處理過的有機輕質組分，例如破碎輕質組分)和/或·細小顆粒的造渣劑14’(石灰、螢石等)和/或·氣態的氧和/或其它氧化性氣體27(CO2、H2O等)以及二次空氣28和/或·CH4或其它碳氫化物29和/或·惰性氣體30(N2，Ar)以調節好的、與地點和時間需求相適應的數量、通過一個或數個·用于吹進上述材料12’、13’、14’、29、30中至少一種(氧和含氧氣體除外)的空心電極16和/或·在電弧爐的蓋和壁范圍的各處、在渣表面之上和/或之下、用于吹進上述材料12’、13’、14’、27、28、29、30中至少一種的、有保護的和/或無保護的噴嘴和/或噴槍32(可移動的和/或固定的噴槍，有時作為復合噴槍/燒嘴)，和/或·用于吹入上述材料12’、13’、14’、27至30中至少一種的有保護的熔池下噴嘴33(優選是高壓噴嘴)和/或爐底透氣磚或熔池下噴嘴，以及惰性氣體30的透氣磚導入。為了明顯起見，在圖1中沒把所有這些裝置都畫上。
從某一液槽量24起，在爐缸1中形成的金屬熔液24越過堰壩34流進精煉缸3，并在那里精煉到出鋼，并同時加熱。為了這個目的，精煉缸3有至少一個、最好是多個-噴嘴，而且是有保護的(天然氣保護的-但也可用Ar、CO2和較高的碳氫化物作為保護氣體)和/或沒有保護的噴嘴(熔池上噴嘴(二次燃燒)或高壓噴嘴(下熔池))和/或噴槍35(移動的和/或固定的噴槍必要時為復合噴槍/燒嘴)，在精煉缸的蓋和壁范圍中各處上、在渣表面之上和/或之下，用于頂吹吹進材料12’、13’、14’、27至30中至少一種，和/或-有保護的熔池下噴嘴36(優選是高壓噴嘴)和/或缸底透氣磚，用于吹入材料12’、13’、14’、27至30中至少一種，以及惰性氣體30的透氣磚，和/或
-用于單個地或組合地加入塊狀鐵載體12、碳載體13和造渣劑14的開口。
其中，按精煉缸的一個優選的實施方案，規定如下-通過多個噴槍35僅頂吹氣態的氧27。噴槍35居中地在精煉缸3的蓋37上差不多等距地布置在精煉缸長度上，在垂直方向上可移動，并同時能在金屬熔液24的流動方向38上、或在與其相反的方向上、在與垂線成0°到30°的傾角內擺動。
-通過多個布置在噴槍35之間的、有保護的熔池下噴嘴36和/或透氣磚僅導入惰性氣體30(N2和/或Ar的任意的混合比)。熔池下噴嘴36和/或透氣磚居中地在缸底和/或側壁上沿精煉缸3的長度單個地和/或成對地設置。
-僅塊狀造渣劑14(石灰、螢石、石英砂、鐵礬土等)且僅通過蓋口39、借助于輸送帶40導入精煉缸3。
-在精煉缸3的兩個長側部各設了一個監控和修理口50。兩個監控口50在精煉缸3的長度方向上相互是錯開的。
塊狀造渣劑14通過在最后一個噴槍間距上的蓋口39往精煉缸3中的金屬24的流動方向上添加-大體在原鋼排出口41之上-加速石灰熔化及有反應能力的精煉渣25的形成，因為借助于相鄰的、最后一個氧槍35，在精煉缸3中的局部區中的渣25的氧化鐵含量仍保持很高。
在自身重力及由噴槍35帶進的沖量驅動下，精煉渣25沿著精煉缸3、與金屬熔液24反向地、按箭頭方向42向爐缸1移動，這里，它在溫度不斷下降及伴生元素(C、Si、Mn、P、S等)不斷增加下，與金屬熔液24相遇，將其加熱和精煉，以及由其冷卻和還原。在帶有在設備全長上的連續熔池(如圖1中所示)的連續作業中，渣25通過在傾析缸2的自由端上的渣門43排出。這里在爐缸1和傾析缸2中的渣25的量可附加地調節，這要借助于一個渣坎44、通過在精煉缸中的一個或兩個安裝在側面的渣門45將渣25部分排出-直接在渣進入電弧爐的入口前進行。
上述“金屬/渣反向運動”的優點為1)渣25在通過渣門43離開傾析缸2時熱損失和鐵損失少，因為，
一方面渣25在“冷側”離開設備，另一方面除了首先是在爐缸1中發生的氧化鐵還原外，在傾析缸2中還發生金屬小滴點從渣25中的所謂“下雨”。
2)以明顯少的造渣劑14的消耗、及少的渣25的單位量(有時可以“缺渣精煉”)、及由此而在設備小的耐火磨損下達到希望的鋼的質量。
在分批從精煉爐3出原鋼24的設備半連續作業中，通過可從側邊推入的渣坎44限制或防止渣25從爐缸1溢流進精煉缸3。
在精煉缸3中形成的熱廢氣19先達到爐缸1，并與那里形成的廢氣混合，然后通過預熱爐5升高，并通過預熱爐5上部的廢氣管46離開設備。在這過程中廢氣根據設備各部分中局部的熱需求而主要同氧27、有時同空氣28或空氣/氧混合物，通過噴槍32、35和/或噴嘴47部分地、但越來越多地二次燃燒。這里在一定配料比和過程進行條件下，超過60％的高的二次燃燒程度是技術上可實現的。因此在本方法方案和設備方案中，廢氣19的化學的和可感覺到的熱量絕大部分，或者直接在精煉缸3和爐缸1中傳給了金屬熔池24，或者間接通過在預熱爐5中爐料7的預熱傳給了金屬熔池24，并直接用于過程。
按本發明的設備方案和方法方案，與傳統的不帶廢鋼預熱的電弧爐和帶集成的廢鋼預熱的不連續作業的電弧爐相比，分別在相同的爐料時，電能消耗較小(分別約省25％到30％和10％到15％)。
·這時，同傳統的不帶廢鋼預熱的電弧爐相比，在電弧爐差不多同樣大小和構造(變壓器功率、噴槍、燒嘴等)時，效率約高50％。設備各部分，如-爐缸1-預熱爐5和側邊裝料井10-精煉缸3和-傾析缸2的設計，根據以下進行-使用的爐料，特別是鐵載體7(形狀、大小、成分、溫度和聚集狀態)，
-希望的生產效率，-對鋼的質量的要求，-希望的設備作業方式(連續的或半連續的-帶不連續的出鋼)，也考慮所希望的與前面和/或后續設備(例如，用于生鐵生產、直接還原、二次冶金處理、連續澆注等的設備)的集成，-可使用的能源種類和價格。
設計時的主要目的是使過程各分步驟預熱、裝料、熔煉或熔化還原、精煉、加熱和出鋼，在設備內同時，然而在地點上錯開，并以此而互相盡可能不相干地在設備各部分中、在可監控過程中、在各自有利的物理-化學的、反應-動力學的和熱工的條件下進行，即得到一個由對具體應用情況幾乎極好(高效率)地工作的分反應器構成的總設備。
按本發明的設備的配置使得對包括爐缸1和傾析缸2的設備區段和精煉缸3的設備區段的排空能夠互不相干地進行，前者通過排出口43排空，而后者通過排出口41排空，不要求總設備的傾轉，由此，在上述兩個區段中的每一個中的熱狀態下的監控和修理工作，可在不中斷各相鄰區段的過程下進行。按照本發明設備的所有部分，在運行期間相互地，并像一體一樣牢固鎖住，也就是不可移動或傾轉。通過設備的下缸和蓋4和37的優選的分段構成，在向側邊移出后(也適用于預熱爐5和裝料井10)，可進行各個需要修理的缸，如精煉缸3、爐缸1、和/或傾析缸2，以及其它設備組件的更換。
在圖1中表示的設備配置，按本發明優選為連續作業考慮的，設有一個連續熔池，它伸展到設備的全長上。這樣的連續熔池在使用富碳的鐵載體份額高的爐料(如由30％廢鋼+30％海綿失+40％生鐵水構成的爐料)時，是可以調節的。但在爐缸中和在精煉缸中不同的金屬熔池液位也是可能的。
為可供選擇的爐料配比的幾個按本發明的優選的設備配置，示于圖4至圖6中，其中-按圖4的設備配置代替圖1，用于連續作業，帶有連續熔池，含至少30％生鐵水的爐料；-按圖5的設備配置是為連續或半連續作業、生鐵水爐料份額最多約到30％確定的；在半連續作業中，精煉缸3將分批出鋼；在生鐵水爐料份額＜15％和不往精煉缸3中直接導入固體碳載體13，13’時，作為選擇設有一加熱的、連接在精煉缸后面的缸，例如一個鋼包爐29；-按圖6的設備配置用于不用生鐵水20的連續熔煉過程的極限情況，這里由于省去了大部分精煉工作，設有一加熱容器，例如鋼包爐49作為精煉缸3。
由圖4至圖6可見，爐料配比首先影響精煉缸3和傾析缸2的形狀和大小，但也影響預熱爐5的大小、側邊裝料井10的個數、大小、布置和應用，以及影響電弧爐需要的變壓器功率。隨著使用的鐵載體7的碳含量及其液體份額的增大，精煉缸3和傾析缸2將原則上更窄和更長(隧道狀)，這里電弧爐的單位變壓器功率下降，反則反之。在爐料中高的、增大的固體鐵載體7份額時(例如，在70％到100％廢鋼和/或直接還原鐵的爐料范圍)，精煉缸3逐漸取在圖5中表示更短的容器狀，或者像圖6中表示的鋼包49狀。電弧爐的變壓器功率將更大。在100％固體爐料的極限情況中，傾析缸可大大縮短。
實施舉例爐料由40％水鐵水20、30％混合廢鋼7和30％海綿鐵顆粒12構成。爐料的化學成分可從表1中看出。
表1爐料的成分和溫度生鐵水混合廢鋼 海綿鐵石灰砌爐襯4.30％C 0.20％C 85.5％Fe(金屬) 92.8％CaOMg O-C磚0.50％Si 0.20％Si 5.90％FeO 2.8％MgO0.50％Mn 0.50％Mn 2.00％F2O32.7％SiO20.100％P 0.020％P 1.80％C 1.5％Al2O30.030％S 0.020％S 0.70％CaO 0.030％S1.4％灰分 0.40％MgO2.30％SiO21.40％Al2O31330℃25℃ 25℃25℃1550℃(爐缸1)1625℃(精煉缸3)為了進行這一方法，用一個設備，它按圖1用于約150t原鋼的小時產量設計如下a)爐缸1·直徑約6m·變壓器功率55MVA·四個石墨電極16(Φ350mm，可在0°到30°的傾角內、在各自的垂直面內擺動)·一個缸底陽極17·一個為連續導入生鐵水20的生鐵導槽21·一個監控和修理門22·一個噴槍操縱機23(通過門22)·四個由自耗鋼管做的氧槍32，通過爐缸1的側壁(噴槍Φ1”入口處氧氣壓力≥5bar)·四個缸底透氣磚33，用于惰性氣體30(N2/Ar可調為任意量的配比)，最大氣體流量每個透氣磚33約200Nl/min，(爐缸1中最大惰性氣體流量約為800Nl/min)·在傾析缸2中向備用排出口48方向約5°到6°的缸底傾角b)一個用于預熱混合廢鋼7、并接著將其裝入爐缸1的預熱爐5·八角形的、恒定的橫截面(約2.5m爐內寬)·約4m爐高·總容積約25m3，其中約17.5m3使用容積(容量約12t混合廢鋼7)·帶有送料帶8，可通過氣體的水冷卻的關閉裝置6(廢鋼止動裝置)和一個廢氣導管46，然而沒有二次燃燒噴嘴47c)裝海綿鐵顆粒12和石灰塊14的三個側邊裝料井10(在傾析缸2的一側和用于用混合廢鋼7裝預熱爐5的開口一側，沒有側邊裝料井10)·直角橫截面1200×600mm·3.5m高·一個裝料井10的使用容積約為2.2m3(三個裝料井10的容量約為12t海綿鐵顆粒12)·在通入爐缸1處的水冷卻的和不透氣的關閉裝置11
·三個裝料井10通過一共同的輸送帶15和一個分配滑槽(圖1中未示出)送料d)精煉缸3·約1.9m寬、約6.0m長、約8°到9°的向原鋼出鋼孔41方向的缸底傾角(相對于砌爐襯精煉缸3的平均有角的橫截面約為3m2)·四個水冷卻的氧槍35(每個一個空心噴槍噴槍嘴的直徑約為1”，入口處氧氣壓力約為10bar)，居中地在精煉缸3的蓋37上、互相相距約1.5m，以及與精煉缸窄邊相距約0.75m布置，在垂直方向上可單個地移動，同樣可單個地、在0°到約30°的傾角內、在金屬24的流動方向上、或相反方向上擺動·六個缸底透氣磚36，用于惰性氣體(N2/Ar可調整為在任意量的配比)、成對地(三對)在噴槍35之間的距離上在精煉缸3的平底區段布置·每個透氣磚的最大氣體流量約為200Nl/min(在精煉缸3中最大惰性氣體流量約為1200Nl/min)·一個原鋼排出孔41·二個渣門45·一個渣坎44·二個監控/修理門50e)傾析缸2·約1.9m寬，約0.9m長，有一個相對于砌爐襯面積約為2.5m2的幾乎恒定的、有角的橫截面·二個缸底透氣磚33(一對)，在傾析缸2的平底區段上，每個透氣磚33的最大氣體流量約為200Nl/min(在傾析缸2中的最大惰性氣體流量約為400Nl/min)·一個排出口48(只用于爐缸1和傾析缸2的排空)·一個渣門43，用于出渣12。
在這個情況下，按本發明的過程如下進行·帶一個在設備總長上的連續熔池
·在金屬24和渣25的相反流動中·帶在爐缸1及傾析缸2中的泡沫渣25·在連續排出原鋼24(通過排出孔41)和渣25(通過渣門43)下在涉及設備各部分中的下列各項的準穩態的過程條件下·濃度曲線和溫度曲線·材料流和熱流以及·充滿度或熔池液面高度用這個設備連續生產約150t/h(約2.5t/min)原鋼的這一過程，將由以下過程進行來保證。
在一個最初的準備期期間，在設備1至3中生成一個連續熔池24作為以后連續作業的必需的起始條件。為此，往爐缸1中通過生鐵導槽21裝入約90t生鐵水、并通過預熱爐5裝入約45t混合廢鋼7(混合廢鋼7分四份，每份11t到12t)，這里約三分之二的生鐵水20同少量廢鋼塊在關閉排出口41的情況下流入相鄰的精煉缸3。在以后的約40min到45min內、在精煉缸3中的熔池將通過氧槍35精煉及加熱，而在爐缸1中在供電和使用氧槍35下熔化、精煉并同樣加熱。在還原缸3中形成的精煉渣25將借助于渣坎44僅通過兩個渣門45連續地排出。在爐缸1和傾析缸2中形成的渣25通過渣門43流出。
當在這兩個主要區段中沿著設備出現具有以下性能的連續熔池時，準備期結束a)在爐缸1和傾析缸2區段中·約60t半鋼(其中約50t在爐缸1中和約10t在傾析缸2中)·具有如下成分和溫度約1.40％C 約1550℃約0.12％MnSi-微量b)在精煉缸3區段·約60t半鋼·具有如下成分和溫度約0.05％C 約1650℃約0.13％MnSi-微量從這時刻起，在設備中轉換到連續作業。渣坎44從精煉缸3中完全抽出，兩個渣門45關閉。開始連續和/或半連續導入下列材料和能量(每分鐘)每分鐘平均導入 通過a)往爐缸1中·約823kg混合廢鋼7 預熱爐5*)·約823kg海綿鐵顆粒12和 三個裝料井10**)約37.8kg石灰塊14·約1097kg生鐵水10 生鐵水導槽21·約49Nm3O213和四個氧槍32約8.3kg焦炭51(泡沫渣)一個操縱機噴槍23·約580kWh(約35Mw) 電能·約0.7Nm3惰性氣體(N2/Ar) 四個缸底透氣磚33*)分份導入(半連續)每12min一份，約10t混合廢鋼7(5份×約10t＝約50t/小時混合廢鋼)；**)在一定順序中排空和再裝，以使兩個裝料井10排空時，第三個裝料井10裝有海綿鐵顆粒12和石灰塊14b)往傾析缸2中·約0.3Nm3惰性氣體30(N2/Ar 二個缸底透氣磚c)往精煉缸3中·約52Nm3O227 四個氧槍35·約41kg石灰和15kg石英砂*) 一個蓋開口39(二項14)·約1Nm3惰性氣體30(N2/Ar) 六個缸底透氣磚36*)使精煉缸3中的渣液化經過一個約30分鐘的起動期后，在設備中出現一準穩態的、連續的作業，每分鐘產生和導出以下產物
平均量(每分鐘)， 導出，通過/方向成分和溫度a)在或從精煉缸3中-2.5t原鋼24，1650℃排出孔41/后續設備約0.05％C，0.07％Mn，Si微量0.006％P，0.010％S，0.0025％N，0.0500％O-約86.5kg渣25，約1600℃溢流進爐缸1約21％FeOn，44％CaO，10.4％MgO18％SiO2，1.6％Al2O3，3％MnO0.6％P2O5，0.11％S-約74Nm3廢氣，約1650℃向爐缸1過渡約52％(體積)CO，35％(體積)CO2，11％(體積)N2，1.3％(體積)O2，0.7％(體積)Ar平均量(每分鐘) 導出，通過/方向成分和溫度a)在、或者從爐缸1、傾析缸2和預熱爐5中-2.57t半鋼，約1550℃ 溢流到精煉缸3約1.40％C，0.13％Mn，Si-微量0.015％P，0.015％S，0.0030％N，0.0030％O-約203kg渣，約1550℃ 渣門43/向設備以外約9％FeOn，39％CaO，11％MgO，25％SiO27％Al2O3，5％MnO，1.3％P2O5，0.11％S，約2％Fe(金屬)-約162Nm3廢氣，約800℃廢氣導管46/向設備以外約41.0％(體積)CO，41.0％(體積)CO2， (在預熱爐5預熱16.5％(體積)N2，＜1％(體積)O2， 混合廢鋼7之后，約5000.5％(體積)Ar℃)
每噸原鋼的一些重要的過程特征量為a)爐料(爐缸1+精煉缸3)·生鐵水439kg/t·混合廢鋼 329kg/t·海綿鐵顆粒329kg/t·氧(噴槍) 40.5Nm3/t·惰性氣體(N2/Ar) 0.8Nm3/t·砌爐襯(磨損) 7.0kg/t·石灰(92.8％CaO) 31.5kg/t·石英砂5.9kg/t·焦炭(泡沫渣) 3.3kg/t·石墨電極 1.0kg/tb)渣(％CaO/％SiO2＝1.55) 81kg/tc)廢氣(荒煤氣，包括副產氣) 66Nm3/td)廢氣中的二次燃燒程度(荒煤氣在約800℃)從CO到CO20.50從H2到H2O 0.54e)電能 230kWh/t
權利要求
1.用于生產鐵水(24)、特別是鋼水、如原鋼鋼水的設備，帶有·一個電弧爐爐缸(1)，·一個通過一個堰壩(34)連接在爐缸(1)上的精煉缸(3)，它帶有一個從堰壩(34)起至少是部分下斜的缸底和一個氧氣導入裝置(35，36)、以及一個在遠離爐缸(1)的終端上布置的出鐵口(41)，·一個連接在爐缸(1)上、并與爐缸(1)有一共同缸底的傾析缸(2)，它在其位于遠離爐缸(1)的終端上設有一個出渣口(43)，·一個導入液體生鐵(20)并通入爐缸(1)的導入裝置(21)，·一個導入固體鐵載體(7)的預熱爐(5)，它布置在爐缸(1)之上，并通過一可透過氣體的冷卻的關閉裝置(6)、經由爐缸蓋(4)通入爐缸(1)，·一個裝料井(10)，它布置在爐缸(1)之上，并通過一不能透過氣體的冷卻的關閉裝置(11)通入爐缸(1)。
2.按照權利要求1所述的設備，其特征為預熱爐(5)居中地布置在爐缸(1)之上，并且爐缸(1)的蓋(4)做成環形，環繞預熱爐(5)，并將其與爐缸(1)的側壁連接，這里電極(16)，特別是石墨電極，斜著通過蓋(4)伸進爐缸內部。
3.按照權利要求2所述的設備，其特征為電極(16)可擺動地且必要時在其長度軸方向上可沿長度上移動地安裝著，而且在一垂線與電極(16)的一中軸之間的傾角的變化，在向爐缸(1)中心的方向上主要在0°到30°范圍，而在朝爐缸(1)的壁的相反方向至多為10°。
4.按照權利要求3所述的設備，其特征為電極(16)接通陰極，而在爐缸(1)的缸底居中布置一缸底陽極(17)。
5.按照權利要求1至4中的一項或多項所述的設備，其特征為電極(16)做成空心電極，且或連接在一鐵載體導入裝置上、和/或連接在一煤或碳載體導入裝置上、和/或連接在一處理過的有機輕質組分的導入裝置上、和/或連接在一造渣劑導入裝置上、和/或連接在一碳氫化物導入裝置上、和/或連接在一惰性氣體導入裝置上。
6.按照權利要求1至5中的一項或多項所述的設備，其特征為設有通入爐缸(1)內部的噴嘴(33)和/或噴槍(32)，它們或連接在一鐵載體導入裝置上、和/或連接在一煤或碳載體導入裝置上、和/或連接在一處理過的有機輕質組分的導入裝置上、和/或連接在一造渣劑導入裝置上、和/或連接在一氧氣或含氧氣體導入裝置上、和/或連接在一碳氫化物導入裝置上、和/或連接在一惰性氣體導入裝置上。
7.按照權利要求6所述的設備，其特征為噴槍(32)布置為可移動的，特別是可擺動的和/或在其長度方向上可移動的。
8.按照權利要求1至7中的一項或多項所述的設備，其特征為在精煉缸(3)中布置有噴嘴(36)和/或噴槍(35)，它們或連接在一鐵載體導入裝置上、和/或連接在一煤或碳載體導入裝置上、和/或連接在一處理過的有機輕質組分的導入裝置上、和/或連接在一造渣劑導入裝置上、和/或連接在一氧氣或含氧氣體導入裝置上、和/或連接在一碳氫化物導入裝置上、和/或連接在一惰性氣體導入裝置上。
9.按照權利要求8的所述設備，其特征為噴嘴(36)做成熔池下噴嘴和/或缸底透氣磚。
10.按照權利要求8或9所述的設備，其特征為噴槍(35)布置為可移動的，特別是可擺動的和/或在其長度方向上可移動的。
11.按照權利要求1至10中的一項或多項所述的設備，其特征為爐缸(1)做成帶有一個向傾析缸(2)方向下斜的缸底(18)，并且過渡到傾析缸的差不多水平的缸底部分，這里缸底的最低處位于傾析缸(2)中。
12.按照權利要求11所述的設備，其特征為在傾析缸(2)的缸底(18)的最低處，設有排出口(48)。
13.按照權利要求1至12中的一項或多項所述的設備，其特征為精煉缸(3)設有至少一個監控和/或修理口(50)。
14.按照權利要求1至13中的一項或多項所述的設備，其特征為精煉缸3做成與爐缸(1)可脫開的和可更換的結構單元。
15.在一改變了的實施形式中的、按照權利要求1至13中的一項或多項所述的設備，其特征為精煉缸(3)做成鋼水包(49)種類的，在其蓋范圍內設有設在爐缸(1)和精煉缸(3)之間的堰壩(34)。
16.按照權利要求1至15中的一項或多項所述的設備，其特征為在從爐缸(1)到精煉缸(3)過渡的區域中設有另一個出渣口(45)以及一個可移開的渣坎(44)。
17.按照權利要求1至16中的一項或多項所述的設備，其特征為預熱爐(5)和/或裝料井(10)做成與爐缸(1)可脫開的和可更換的單元。
18.使用按照權利要求1至17中的一項或多項所述的設備生產鐵水、特別是鋼水，如原鋼鋼水的方法，以下列特征的組合為特征·往爐缸(1)中裝入占所用鐵載體總量20％到70％的液體生鐵(20)，·在爐缸(1)中熔化廢鋼(7)和/或其它帶氧化的鐵組分的固體鐵載體(12)(直接還原海綿鐵、熱制團海綿鐵，碳化鐵，預還原鐵礦石，粉塵團塊等)，其量主要為將生鐵料補充到總爐料的量，這里·廢鋼(7)先裝入預熱爐(5)·并且通過抽取在生產鐵水(24)中產生的熱廢氣(19)和將廢氣(19)導入接收要預熱的廢鋼(7)預熱爐(5)預熱，并且·接著裝入爐缸(1)，以及·固體塊狀鐵載體(12)先裝入裝料井(10)，并從那里不預熱、然而有時在熱狀態下裝入爐缸(1)，而細小顆粒的鐵載體(12’)通過噴槍(32、35)、和/或噴嘴(33、36)和/或空心電極(16)導入爐缸(1)和/或精煉缸(3)，·裝入爐缸(1)的鐵載體(7、12和/或12’)借助于電弧能量熔化，并同液體生鐵(20)混合，·其中產生的鐵水(24)經由堰壩(34)、通過精煉缸(3)流向出鐵口(41)，并且既在爐缸(1)中、也在精煉缸(3)中連續地精煉，并同時加熱，而·渣(25)在與鐵水(24)的流動方向相反的方向(42)上流向出渣口(43)，并且連續地相對于FeO含量還原，并同時冷卻。
19.按照權利要求18所述的方法，其特征為生產氣體通過往渣(25)內、和/或向渣(25)上、和/或在它上面向精煉缸(3)中、向爐缸(1)中、和/或向預熱爐(5)中導入氧氣(27)而二次燃燒。
20.按照權利要求18或19所述的方法，其特征為廢鋼(7)的熔化通過吹入含氧氣體(27)輔助進行。
21.按照權利要求18所述的方法，其特征為向預熱爐(5)、和/或裝料井(10)、和/或爐缸(1)、和/或傾析缸(2)、和/或精煉缸(3)·導入爐料(鐵載體、碳載體、添加料、處理過的有機輕質組分，例如破碎輕質組分，和氣體)·熔煉、精煉和加熱，和·導出過程產物(原鋼、渣和廢氣)，是·連續地或半連續地而從精煉缸(3)中不連續出原鋼地，和·不影響/中斷在緊接著的前面/后續設備組件中的工藝過程地進行的。
22.按照權利要求18至21中的一項或多項所述的方法，其特征為金屬熔池液面在精煉缸(3)中比在爐缸(1)中保持較低。
全文摘要
為了能對不同的鐵載體在各種數量配比下進行經濟地加工,設計了一套生產鐵水(24)、特別是鋼水、如原鋼鋼水的設備,它帶有一個電弧爐爐缸(1),一個通過堰壩(34)與爐缸(1)相連接的精煉缸(3),一個連接在爐缸(1)上的、與爐缸(1)有一共同缸底(18)的傾析缸(2),一個導入液體生鐵(20)、且通入爐缸(1)的導入裝置(21),一個導入固體鐵載體(7)的預熱爐(5),及一個裝料井(10)。精煉缸(3)帶有從堰壩(34)起、至少是部分地下斜的缸底和氧氣導入裝置(35、36),及一個布置在遠離爐缸(1)的終端上的出鐵口(41)。在傾析缸(2)的位于遠離爐缸(1)的終端上設有一出渣口(43)。預熱爐(5)布置在爐缸(1)之上、并帶有一個可通過氣體的、冷卻的關閉裝置(6),經由爐缸蓋(4)通入爐缸(1)。裝料井(10)布置在爐缸(1)之上、并通過一個不能透過氣體的、水冷的關閉裝置(11)通入爐缸(1)。
文檔編號F27D13/00GK1181113SQ96193185
公開日1998年5月6日 申請日期1996年4月9日 優先權日1995年4月10日
發明者斯特凡·季米特洛夫, 諾貝爾·拉馬賽德, 維爾弗雷德·皮克爾巴烏爾, 恩斯特·弗里茲, 海茵茨·米勒 申請人:奧地利鋼鐵聯合企業阿爾帕工業設備制造公司