专利名称：用于预加热、转变和熔融金属炉料的方法以及相关设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于预加热、转变和熔融金属炉料的方法和相关设备。
背景技术：
已知用于转变和熔融预还原类型或非预还原类型的金属炉料的设备，该设备包括适于与烟道一起传送和预加热废料的电弧炉。电弧炉提供至少一个容器或炉膛和遮盖顶。电极通过合适的孔引入该顶。
传送和预加热烟道在一侧与电弧炉配合，而在另一侧与废料装载系统以及除气系统配合。如IT-B-949.145(1973年)公开的，热气体从电弧炉内部被抽出，并以与废料相反的流向通过整个烟道。同一文献还公开了一种利用千斤顶摆动以便在每次摆动时排出炉渣或排出熔融金属。
还例如从IT-B-1009463(1974年)已知，提供向炉内连续提供预加热的金属炉料的系统。此文献还公开了在由耐火材料制成的圆筒内对金属炉料进行预加热，该圆筒绕相对水平方向倾斜的轴线转动。这样，金属炉料在圆筒内连续改变位置，从而利用来自炉的气体的对流运动，在金属炉料被引入炉之前对金属炉料均匀加热。
文献US-A-3985497(1974年)公开了燃烧来自预加热金属炉料过程的未燃烧气体，以便减小排放到环境中的污染物。
US-A-3813209(1973年)和US-A-4083675(1978年)内示出了其它用于在烟道内的废料被送入炉之间预加热废料的系统。
文献Stahl und Eisen 95(1975年1月)说明了一种方法，其中电弧炉的排出气体以相反的流向通过预加热烟道，该烟道传送将被连续装入电弧炉的废料。此文献还提出，在出钢之后在炉内保持4吨至6吨的液态金属，以便确保顺利开始随后的熔融。
文献IT-B-1201815(1986年)不仅提出通过预加热设备将炉料连续装入炉，而且还提出吹入熔池渗碳装置、脱硫混合物、脱氧剂以及用于使炉渣起泡沫的混合物。除此之外，IT’815还说明提供钢包处理器，其在出钢台拾取装有钢水的钢包以便将其直接提供到铸造区域，从而该处理器可作为熔融金属的熔融区域和连铸区域之间的连接件。还提供用于加热钢包以便将熔融金属的温度保持为适于铸造的值的中间台。
专利US-A-4543124和US-A-4564388分别说明了一种用于转变和连续地熔融金属的设备和方法。它们的基本特征在于在装载、熔融和精炼的所有步骤内，不管循环内的步骤以及被加工的材料的工艺特性，提供给炉的电保持处于最大功率。
还提出在熔融金属的出钢期间仍继续装载用作炉料的金属。还提出熔融金属的出钢约为熔融金属的总体积的50％，并且其可通过将炉倾斜最多15°实现，其中，不除去电极并保持电极的功率为最大功率。
专利US-B2-6155333基本返回到IT’815的教义并实现了一种一体的设备，其中通过使用中间冶金容器而使熔融区域和铸造区域之间直接连接。
由于基于此目标的文献非常多，所以上述文献仅是作为示例。但是，公知地，从事此领域的那些人员一直致力于优化使铁材料转变成例如用于连铸的将被发送的钢水的整个过程的各个技术和工艺方面。此连续研究的目的是同时确保-使熔融材料的质量特性最优；-减小部件和元件的磨损以及损坏的危险，并因此减小对尤其是遮盖物和/或耐火材料的维修和替换的需求，-使相同量熔融金属的能量消耗减小，-减少循环时间，-减小人力成本的负担。
鉴于此并基于长期和深入的研究以及实验，申请人已对现有技术包括上述文献内所述的那些技术进行了重大改进，克服了现有技术的一些缺陷并提出本发明。
发明内容
独立权利要求中提出了本发明并说明了其主要特征，而从属权利要求说明了本发明的其它创新特征。
本发明涉及一种用于预加热、转变和熔融金属炉料的方法和相关设备。根据本发明的设备包括电弧炉，该电弧炉与用于传送和预加热将被引入该炉的金属炉料的烟道相联。
电弧炉包括容纳炉膛，利用千斤顶可使该炉膛在正常工作期间例如在装载、熔融和精炼液态金属的步骤期间，在±4°之间的角度摆动。
此外，可使炉膛在排放炉渣(除渣)和排出液态金属的步骤期间分别摆动例如在-15°和+25°之间的更大的角度。
例如，在排放炉渣(除渣)的步骤期间，炉膛可倾斜-15°，而在出钢步骤期间其可沿相反方向倾斜最大+25°。
根据本发明的特性，出钢步骤使炉膛内熔融金属的量保持等于炉膛熔融金属总容量的约30-40％。此量已被申请人确定是在以下两者之间的最优折衷，即需要确保随后的熔融快速启动而没有中断且不存在由例如废料突然落到炉膛底部导致的危险，以及需要炉具有正常的生产率。
例如，在适于容纳80吨熔融金属的炉膛内，在出钢步骤内取出的量为约55吨，而炉内留有约25吨的熔融金属的基底。
根据本发明，在出钢步骤期间，就在开始使炉摆动之前，本发明的方法使电极从熔池上升以便它们在任何情况下都不会与所述熔池接触；在开始从熔池取出电极时，断开电能供给。
此外，在使用装有预加热废料的吊筐断续地装载材料的情况下，本发明使炉的顶打开并且中断向电极供给电能，本发明还使在炉内倒空吊筐，使顶复位并恢复向电极供电。
在使用与炉直接连接的预加热烟道进行装载的情况下，本发明使得所述装载可在熔融金属出钢后的特定步骤内进行，并且可在熔融循环期间部分地连续。但是，在出钢之前的金属的最终精炼阶段期间并且还在出钢步骤期间中断此装载。申请人实际上已证实在精炼期间装载废料会使熔融金属的质量变差并无论如何都会延长所需时间，从而抵消由提前引入废料产生的好处。
此外，在例如出钢步骤中当炉处于倾斜位置并进行装载时，炉料的插入会撞击并损害炉的壁，会移动耐火材料并可能损坏冷却板。
根据本发明，在出钢操作结束和开始为随后的循环装载废料之间，中断对电极的供电并执行以下操作a)使炉从出钢位置转到除渣位置以中断钢液的流动；b)控制出钢孔的清洗；c)用具有高熔点的颗粒材料填充出钢通道；d)使炉返回水平位置并插入垂直块(在正常操作期间将转动限制为减小值的机械靠接件)；e)仅在这时才能够使电极下降(并因此输送电功率)。
垂直块的存在允许限制电弧炉的摆动，以便防止炉膛干扰进入所述炉的废料传送带的末段(可缩回段)。
然后，当电极插入顶并且炉稳定在其正常工作位置时，开始废料装载，并且逐渐提供电能直到达到所需值。
根据本发明，在升高电极以便开始出钢之前，通过减小步骤使供给炉的电功率相对于其正常工作值减小。
根据本发明，根据炉中存在的废料的量向炉供电。换句话说，并不一直供电并且并不总是设备可用的最大功率，而是在每次摆动中根据特定熔融循环内的废料的实际量和/或根据液态金属液池的检测温度进行调节。
此方式可在能量消耗方面实现第一明显的优点，这是因为提供的功率总是针对特定量的最优功率。此外，由于根据废料的实际量设定输送用于熔融和精炼的功率，所以还可提高获得的材料的质量。
为了测量废料的量，本发明提出连续地为整个“炉系统”称重，除去预先已知的皮重，以便发现炉中存在多少废料。
根据本发明的另一个特性，对熔融金属的温度至少执行周期控制。更确切的，根据本发明的第一特征，使用熔融金属的温度的值来调节熔融曲线以及向炉内装载废料，以便保持所述温度总是约为预定值。
根据另一个特征，如上所述，除了炉内的废料的重量之外，还使用温度值作为另一个参数，以便调节提供的电功率，并更具体地根据炉料和例如通过谐波分析器检测的电弧的稳定性信号使功率最大。这意味着提供给电极的功率不断地从系统可向电极提供的最大值振荡到最小值，该最小值根据每次振荡中仍要熔融的废料的量以及已熔融的金属的温度而确定。
根据本发明，引入氧、碳、渗碳装置、脱硫混合物、除氧剂和用于使炉渣起泡沫的混合物的管嘴以及吹氧管设置在液态金属的液面下尽可能低的位置。更具体地，在根据本发明的炉内，存在用于引入碳的专用管嘴和用于引入氧的专用管嘴。
在出钢步骤和过渡步骤期间传送气体通过用于引入碳的管嘴，而在所述步骤期间用于引入氧的管嘴也保持起作用，同时引入最少量的氧；在两种情况下，这是为了防止氧出口孔被阻塞。
根据本发明的另一个特征，当气体离开传送和预加热烟道时对气体的特性进行控制以便验证不存在未然气体。
为了确保所有所述可燃气体在离开电弧炉并被导入废料预加热烟道时都被燃烧掉，根据本发明的方法在烟道的开端即靠近电弧炉处设置燃烧器，该燃烧器的唯一目的是在每个操作状态下点燃来自电弧炉的可燃气体，以便这些气体自然地燃烧。
此外，该方法提出总具有一些剩余氧(＞6％-8％)，该剩余氧可通过空气喷射器提供，并足以确保在每个操作状态下都不存在未燃烧和可能爆炸的气体。
在烟道的开端即在装载废料的部分除去的气体以20m/s的速度以及约800℃的温度进入沉降室，以便使颗粒沉积；该沉降室是绝热的。所述气体从沉降室通过非绝缘管进入冷却塔。
本发明提出，在冷却塔内将所述气体迅速冷却到至少为250℃或更好地更低的受控温度，冷却速度不小于250℃/sec，有利地为400℃/sec。
提供用于快速冷却的设备包括以合适和受控的量喷射水、水和空气的混合物或者水和粉末的混合物的系统。所述喷射装置以这样的方式制成、构造和管理，即产生以精细分散的小水滴为特征的雾状流，以便能够根据需要改变其速度、直径和锥体的开度角。
通过此处理，可彻底并且符合此领域内的最严格的国际规定地确保消除二氧己和呋喃的污染排放。
从下面参照附图1对作为非限制性示例给出的实施例的优选形式的说明中可清楚地理解本发明这些以及其它特性图1是用于预加热、转变和熔融金属炉料的设备的示意图。
具体实施例方式
参照附图，用于预加热、转变和熔融金属炉料的设备的整体由标号10指示，并且包括作为主要部件的传送和预加热废料的烟道11和电弧炉12。
电弧炉12包括容纳废料的炉膛13和遮盖顶14。顶14具有孔，通过该孔引入被相对臂16支承并安装在该相对臂上的电极15。电极15以已知方式连接到供给变压器，并被无关地供给直流电(DC)或交流电(AC)。炉膛13由千斤顶17支承，该千斤顶可根据与循环的各个阶段相关的方法使炉膛摆动，具体地，在引入和熔融废料的循环期间为±4°的减小的摆动，而在除渣和出钢步骤期间在-15°和+25°之间的较大的摆动。
在倾倒液态金属的步骤内当炉膛倾斜时炉膛的形状使得能保持占其容量的约30％-40％的液池。
炉12以已知方式配备燃烧器、吹氧管、和能够促使炉渣起泡沫的碳粉以及石灰的喷射器，但是这些装置在此未示出。
更具体地，喷射管嘴设置成使其出口嘴位于炉渣位置下方。
炉系统还安装在称重传感器18上，该称重传感器适于使用下文将说明的方法并为了下文将说明的目的提供关于其上承载的重量的信息，为了下文说明的目的，在炉内设置温度探测器以便测量熔池的温度。
所使用的金属炉料包含至少80％的铁，其通常可以是来自直接还原过程的海绵铁，或球团矿、团块或一般的废料。
除了使用与烟道11相联的传送带系统外，尤其是在冷起动的情况下或在传送带系统的功能中断后，还可使用吊筐系统对炉进行装填。
根据本发明，在一定量的金属已熔融之后开始利用烟道进行装载，该量至少等于形成液池并保持在炉膛内的平均量。根据本发明，另一个利用烟道开始装载的条件是熔融金属的温度至少为1500℃。
根据本发明，对组成炉料的废料或其它材料的引入速度进行调节，以便在任何情况下保持熔池的温度接近预定的值。换句话说，在设定熔池温度的预期值例如约1500℃-1600℃之后，随着熔融循环的进行而定期检测(熔池)温度并且可能出现以下情况-如果检测到温度低于预期值，则这意味着废料装载速度过高并因此必须降低废料装载速度，而-如果检测到温度高于预期值，则这意味着装载过慢并因此必须提高废料装载速度。
传送和预加热烟道11用于在金属炉料被引入电弧炉12之前使金属炉料的温度升至约200℃-270℃的平均值。
在此情况下，烟道11包括多个模块22，其中面向电弧炉12的最初的两个模块配备燃烧器19，以便使相对于前进的材料升起的气体实现预期的自动燃烧。
至少一些模块22还配备空气喷射器20，以使排出气体内包含的CO和其它可燃气体实现后燃烧。
在烟道11的初始部分，在与被预热的烟气出口管24相邻的位置存在补偿室23，该补偿室用作要引入环境的排出烟气的动态密封。
室23的用途是控制可从废料传送带的装载侧吸入烟气回路的外部空气的量。
室23内部具有通风装置，该通风装置的作用是确保室23内的低压稍低于管24内的低压。此方式允许将从外部进入烟气出口管的空气的量保持在减小的值，同时防止烟气本身的出口通入大气。在烟气出口管24的上游还设有用于分析烟气的探测器25以及温度传感器26。
在排放到大气中之前，烟气还被送入冷却塔27。
通过热电偶21连续地监控烟道11内的加热温度。
根据本发明，两个连续出钢操作之间的典型的循环时间约为40-45分钟。
循环从将废料卸载到炉内开始，炉底部存在的金属量占该炉总容量30％和40％之间，例如在(炉)容量为80吨的情况下(炉底部存在的金属量)为约25吨。
在初始步骤内，利用喷枪和/和管嘴将各种添加剂引入熔池以便使熔池渗碳并促使炉渣快速起泡沫。如果炉渣尽可能快地起泡沫，则所起泡沫可保护冷却板不受电弧辐射影响，并允许在熔池内包含令人满意的一部分热量；这允许迅速增加装载废料的速度并还可使电功率递增。
电功率随着卸到炉内的废料的量的增加而递增，并递增到最大工作值。提供的值可从等于工作值约40％-50％的初始值增加到工作值的最大值。
在装载循环内，定期或连续监控炉系统的重量以及熔池的温度，以便调节废料的卸载从而保持熔池的温度基本恒定。
当已达到所需的废料量之后，中断卸载，并且熔池的温度逐渐增加直到达到出钢所需的温度。根据本发明，在出钢之前中断废料卸载一段时间间隔，该间隔占循环总时间的约8％至12％。
在出钢之前供电还将被中断最长为总循环时间5％的时间。
当废料完全熔融并且在精炼阶段也完成之后，执行出钢，驱动千斤顶17以便使炉膛13倾斜，并将熔融金属排放到合适的容器或钢包内。
可对前文所述的方法和设备进行修改或变型，所有这些都落入所附权利要求限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于在联结有烟道(11)的电弧炉(12)中预加热、转变和熔融包括金属废料的金属炉料的方法，该烟道传送、预加热并排出所述废料，该炉(12)包括炉膛(13)和电极(15)穿过其中的顶(14)，其特征在于该方法包括至少定期称炉(12)的重量以便检测该炉(12)本身中存在的排出的废料的量；至少定期检测炉(12)内的熔池的温度；以及至少通过称重来检测炉(12)内废料的排放输送并对废料的排放输送进行调节，以便将所述熔池的温度保持在预定值附近。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据通过称炉(12)的重量而检测的炉(12)中存在的废料的量，使输送给炉(12)的电功率从对应于开始的废料卸载步骤的最小值连续变化到对应于熔融步骤的最大值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在液态金属出钢之前，中断向炉(12)装载废料一段时间间隔，该间隔占总循环时间的约8％至12％。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在出钢之前向炉(12)的供电中断最长为总循环时间5％的一段时间。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述输送的电功率的最小值从约为工作值的40％-50％的初始值增加到其最大值。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，炉(12)内总是留有约为总容量的30％-40％的液态金属的量，以便构成用于随后循环的液体储备。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在出钢步骤中，电极(15)至少从熔池上升并且中断向电极供电。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在出钢步骤结束和开始为随后的循环装载废料之间，中断向电极(15)供电并且执行以下操作a)使炉(12)从出钢位置转到除渣位置以中断钢液的流动；b)控制出钢孔的清洗；c)用具有高熔点的颗粒材料填充出钢通道；d)使炉返回水平位置并插入靠接件，该靠接件在正常操作期间将转动限制为减小值；e)使电极下降并恢复电功率的输送。
9.用于预加热、转变和熔融包括金属废料的金属炉料的设备，该设备包括传送和预加热废料的烟道(11)和电弧炉(12)，所述电弧炉(12)包括容纳废料的炉膛(13)和遮盖顶(14)，由相对臂(16)支承和移动的电极(15)穿过该遮盖顶，其特征在于，该设备包括称所述电弧炉(12)的重量的称重装置(18)、检测所述炉(12)内液态金属熔池的温度的装置、和能够根据所述称重装置的检测调节将废料卸载到所述炉(12)内的速度以便将所述液态金属熔池的温度保持在预定值附近的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述称重装置包括称重传感器(18)。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述炉膛(13)安装在千斤顶(17)上，该千斤顶能够使炉膛摆动有限的角度，在正常操作期间例如在装载、熔融和精炼液态金属的步骤期间该角度在±4°之间，而在排出炉渣和倒出液态金属步骤期间该角度在-15°和+25°之间。
12.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在倾倒液态金属的步骤内当炉膛(13)倾斜时炉膛的形状使得能保持占其容量约30％-40％的液池。
13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述传送和预加热烟道(11)包括多个喷射系统，其中至少最靠近电弧炉(12)的喷射系统具有至少一个燃烧器(19)，至少在与所述燃烧器(19)相邻的位置存在至少一个空气喷射器(20)。
14.根据权利要求9或13所述的设备，其特征在于，在所述烟道(11)的开始部分，在与被预加热的烟气出口管(24)相邻的位置，存在能够用作密封系统的补偿室(23)，以防止来自烟道(11)的排出烟气泄漏到大气中。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的设备，其特征在于，设有与所述传送和预加热烟道(11)相配合的沉降室以便使颗粒沉积，冷却塔(27)与该沉降室相联以便使以约20m/s的速度进入的烟气的温度降为约250℃或更低。
全文摘要
本发明涉及用于预加热、转变和熔融金属炉料的方法以及相关设备。用于在电弧炉(12)和与该电弧炉相联的烟道(11)内预加热、转变和熔融包括金属废料的金属炉料的方法，该烟道传送、预加热和排放所述废料。炉(12)包括炉膛(13)和电极(15)穿过其中的顶(14)。本方法包括至少定期称炉(12)的重量以便检测该炉(12)本身中存在的排出的废料的量，至少定期检测该炉(12)内熔池的温度，以及至少通过称重来检测排放输送到炉(12)内的废料并对其进行调节，以便将所述熔池的温度保持在预定值附近。
文档编号C21C5/56GK1902329SQ200480039224
公开日2007年1月24日 申请日期2004年11月25日 优先权日2003年11月27日
发明者R·塞尔 申请人:达涅利机械工业有限公司