最低化耗能的多功能电弧炉系统及制造钢产品的制程的制作方法

专利名称：最低化耗能的多功能电弧炉系统及制造钢产品的制程的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢铁工业领域中的电弧炉炼钢技术，具体地，涉及一种具有冶金盛桶炉的系统。
背景技术：
大约15年前起，全世界开始利用真空电弧脱气系统制造具有严格限定范围的合金、气体、颗粒尺寸与内含物的钢材。于此系统中，钢材由电弧炉(electric arc furnace)汲出，接着以低真空、漆洗气(purging gas)、及交流电加热电弧铸造进行处理。当钢材已经过低真空与涤洗气处理，则于石墨电极与所述熔融钢材的大量沸腾的表面之间进行交流电加热电弧铸造。此种系统通常指真空电弧脱气系统。此方法已制造出数百万吨的钢，时至今日仍持续地生产大量吨数。此方法具有现有可比系统无法达到的优势，包括在正或负IOT下以任何所需时间(由锅炉出炉(tap)起算可达至少八小时长)进行铸造的能力。因 此，可由一个仅50吨的电弧炉制造出一个100吨的锭块，且总有充裕的时间应付计划中或非预期的下游延误，从而避免将熔体重新送回所述电弧炉。然而，在此种系统的正常操作期间，所述系统的产量受制于电弧炉操作时间，在大多数设备中，对于单一熔炼体(heat)的操作时间可达4至4. 5小时，因为大量炼钢是在所述电弧炉中进行；换言之，在废钢熔融并到达出炉温度很长时间之后，所述钢材残留于所述电弧炉中。随着炼钢业者对于使用传统电弧炉技术要降低成本及提高生产率的压力增加，相较之下，已舍弃长时间的电弧炉炼钢技术，而支持可达到相同的最终成果的较短循环操作。在过去15年来,冶金盛桶炉(ladle metallurgical furnace)系统开始取代传统电弧炉及真空电弧脱气炼钢技术。在冶金盛桶炉系统中，电弧炉被限制成几乎是仅有的熔融设备，且大多数炼制钢材延迟至下游操作。在相同尺寸的锅炉进行传统电弧炉炼钢需4至4. 5小时的时间，相较之下，在此种系统中的电弧炉可在约2小时或更短的时间内让粗废料(及早期石灰与碳添加物)到达出炉温度，从而缩短了锅炉中废料的停留时间(dwelltime)。使用较大的电极亦可降低锅炉停留时间。在一特定例子中(的后会更详尽地描述)，自入料开始至出炉结束的锅炉停留时间，可由4至4. 5小时降至2小时或更短。

发明内容
本发明涉及电弧炉炼钢，具体地涉及具有冶金盛桶炉的系统，与类似的系统相较，此系统制备每单位钢材所需输入能量较低。本发明特别涉及以仅受限于电弧炉最大熔融能力的速率来制造合金钢材。另外，无须经修改，本发明就可适用于目前钢铁工业中的几乎任何终端应用，从连续铸造到以任意产制顺序的制造广泛不同组成物中的单一特定的熔体。举例而言，本发明能于单一电弧炉系统中产制多达四种不同类型的钢材(即不同钢材等级)，无须放慢或延迟熔炼体的加工顺序，无须考虑于炉役(campaign)中所制备的不同钢材类型的数目或任意次序。因此，所述系统系生产至少非真空电弧重熔钢、真空电弧重熔钢、真空加氧脱碳非真空电弧重熔钢、及真空加氧脱碳真空电弧重熔钢。本发明可实现生产率提升，藉由降低所述熔融钢材接触系统组件时的散热，利用从熔体转移的热量对溶体进行熔解，以及将条状锭块(当其仍为烫热时)迅速配置入加热锅炉以加热所述最初部分加热的锭块达变形温度，以利后续锻造操作。欲降低因散热所造成的热损失，可藉由预热所述金属接触单元的选定的组件而达成。例如，藉由预热所述出炉盛桶至其耐火衬里接近约2000 °F，接着，利用耐火盖板延缓所述出炉盛桶的冷却速率，所述耐火盖板施加于出炉盛桶的上端开口直到出炉的时间点前，使得在出炉步骤期间所出炉的金属的冷却可达最小化。于一次出炉至下一次之间，藉由转移少量但有效的熔融钢材可进一步降低所述系统的热能输入。因此，例如，假设由空的电弧炉开始，目标是浇铸75吨熔融金属，则需要将大约80-85吨固体废料饲入电弧炉。在熔融后，包含75吨熔融金属的熔体会被出炉至出炉盛桶中。 在完成出炉及所述电弧炉回归直立位置后，所述炉盖由炉身移开，将大约75吨固体废料饲入至上一次的熔体所残留的约10吨熔融钢材中。所残留的熔体加上来自废料入料桶的车屑(turnings)将形成烫热金属的忙藏槽，其会吞入并接着以较快速率熔融所述废料热顶及其它电弧炉入料中的大碎片(与在第一次废料饲料桶清空到所述电弧炉前，所述炉身完全清空的状况相比较)；与假如在大碎片可开始导热前，边角废钢(bushelings)及其它废料小碎片必须由固态转为液态会发生的情况相比较，所述残留溶体会围绕并可更快地移转导热至所述较大的废料碎片上。本发明确保至少四种不同的炼钢制程可在任何一天以任意顺序进行，特定制程的执行仅取决于预定制造的不同类型的钢的顺序。此种从未达成的终端使用灵活性(即使有，在现有的工厂中也极少见)将可于单一工厂中达成，所述工厂将可适用于来执行实现目前被认为需分别进行的不同炼钢制程。因此，举例而言，炼钢业者可有关于低合金钢材的充份数目订单，其中，一个或多个接续钢材熔炼体仅需要经受熔融、于冶金盛桶炉中精炼、于真空脱气工位中脱气、浇铸及固化的基本处理步骤。然而，若所述炼钢业者的下一位客户需要真空电弧重熔(VAR)产品，则在熔融、冶金盛桶精炼、真空脱气、浇铸接续熔体以形成锭块后，所述炼钢业者可将所述固化的真空脱气的锭块改送入真空电弧重熔单元，于此处，所述固化的真空脱气的锭块将被转换成VAR电极，所述VAR电极会于所述VAR单元中重熔以形成VAR锭块，所得VAR锭块可接着按需求进行加工，如锻造及热处理。此外，若第三个客户订购真空脱气及真空加氧脱碳的钢材，可在电弧炉中无须延迟也无须改变头两个步骤(即熔融与冶金盛桶精炼)即开始制备所述第三个订单，接着在真空脱气单元中进行真空加氧脱碳作用，再续行浇铸及固化。此外，若所述炼钢业者的第四个客户订单为真空加氧脱碳真空电弧重熔钢材，对于此种特别的钢材，其制程可整合至所述产品顺序中而无须延迟且无须改变头两个步骤(即电弧炉熔融与冶金盛桶精炼)，这些步骤是需要最久的时间区段，如下文所述。据此，本发明的一目标是提供一种具有单一电弧炉、单一冶金盛桶炉、及单一真空处理工位的系统，该系统能以任意的顺序实现至少四种不同的炼钢制程，亦即高容量的标准规格的真空脱气钢、真空电弧重熔钢、真空加氧脱碳超低碳钢、及真空加氧脱碳真空电弧重熔超低碳钢。本发明的另一目标是执行上述炼钢制程，其中针对全部四种制程的真空处理不会因所述系统的真空强度的非预期性降低而受影响，而系统真空强度降低归因于将所述含金属容器作为所述真空系统的组件之一。本发明的又一目标是，与传统的冶金盛桶炉精炼系统相比，降低每单位(如每吨)钢材所需的热能。



在以下附图中示意性地示出本发明，附图中图I由图1A、1B、及IC所组成，为实施本发明制程的系统的平面图，其概略地指出或说明某些部分； 图2由图2A、2B、及2C所组成，为图I的实施本发明制程的系统的侧面图，其概略地指出或说明某些部分；图3显示所述电弧炉及所述系统管路，部分以剖视图而部分以虚线示出；图4为类似于图3的视图但比例放大，示出特别是所述锅炉及所述固定式管路系统的管路连接；图5由图5A、5B、及5C所组成,是所述电弧炉身的操作、出炉及排炉洛的示意图；图6是示出所述系统的冶金盛桶炉部分的局部示意半剖视图,具体示出次表面加氧喷管的使用；图7是本发明的冶金盛桶炉组件的温度及采样装置的部分示意图；图8是所述冶金盛桶炉的合金线馈料装置的示意图；图9是所述冶金盛桶炉的顶盘及所述顶盘的一半转动60°的剖面图，具体示出LMF的所述合金及其它饲入料添加系统；图10是所述真空处理工位的真空脱气及真空加氧脱碳组合作用处理装置处于真空脱气模式的垂直剖面图；图11是组合的所述真空脱气及真空加氧脱碳工位的槽的俯视剖面图，显示用于在其中进行真空处理的盛桶就位；图12是所述真空处理工位的透视图(为图面清晰将部分省略)，显示盖子被提起并移开以准备接收所需进行处理的盛桶；图13是于浇铸车中钢材的盛桶的俯视平面图；图14是图13的盛桶的侧视图，于浇铸车中的提起位置以准备浇铸至喇叭浇管；图15描绘邻近于所述浇铸坑的脱膜区。类似的附图标记将用于指代图与图之间类似的部件。
具体实施例方式本发明的系统总地由图I及图2中标号10所示，其能用以实施至少四种分别且不同的炼钢制程。可藉由图I及图2，由左至右读取而良好地理解本发明。以下从图I开始。标号11指代废料房，标号12指代废料，其适用制造从超低碳不锈钢至低合金的任何所需类型的钢材。标号13为废料装料装置，此处为铁轨系统。所述铁轨系统被建造成运送系统废料，如热顶(hot tops)及锥状锭块，来自所述系统中的下游集散点以及由系统外部所收集的新鲜废料。废料亦可由非铁轨运送工具如卡车运抵。标号14、15指代废料入料车，各废料车在相关联的成组铁轨16、17上行进，铁轨16、17各从所述废料房延伸至邻近电弧炉30的终部18、19。废料车14、15分别载送入料桶(charging buckets) 20、21，其是从所述废料房以任何适当手段接收废料，如吊车(为了图面清晰故未显示)。各废料桶20、21包括分别设于位在所述废料桶各侧的耳轴(trunnions)上的杓22、23，及U型提升架24、25。标号26指代备用入料桶，具有杓27及提升架28。所述电弧炉包含炉身31，详见图2。藉由设于摇动基座34上的齿条32及小齿轮33系统(详见第2及5图)，所述炉可于垂直面上摇动，详见图5。标号35指代炉盖。在图IA中，以实线表示所述炉盖闭合的操作位置，虚线表示所述炉盖开启的入料位置。所述炉盖绕枢轴36从所述入料开启位置摆动。炉盖35经由从绕枢轴36摆动的基部结构延伸 出的左右炉盖悬臂38、39承载。标号42、43及44指代三个电极进给部，分别终止在石墨电极45、46及47处。针对能熔融约75-115吨的系统，所述电极较佳为直径16”并能在熔序期间产生约75MVA。导槽系统49，用于添加入料材料(如碳及石灰)至所述炉中。采样装置50，经由瓣阀(flapper)51接触所述炉中的热量。标号52指代排渣门。标号53指代氧及碳注射喷管系统。当所述电弧炉盖35位于所述电弧炉身顶端的操作位置时，所述炉盖35的缘边37底部表面几乎全部周缘会与所述炉身31的缘边顶表面接触，详见图2A。虽然是紧密贴合，但并非真空密封。图IA及图3中，标号55指代电弧炉管路系统。所述管路系统包含出口弯管56，该出孔弯管在其内端处与所述炉盖35的开口连接，而在排出端处止于环状凸缘57。所述管路系统的固定部包含入口弯管58，该入口弯管终止于环状凸缘59。当所述炉盖关闭时，所述炉盖出口弯管56的环状凸缘57与所述管路系统入口弯管58的凸缘59具有紧密隔开关系。由图IA及图3可留意到所述凸缘57及59之间的间隔非常小，故若有任何于锅炉操作期间所产生的非常少(如果存在的话)烟雾将从这些凸缘间的狭小空间逸散。如图IA所示，管路60及61将由锅炉收集到的烟雾传送至袋室115。由图2A可见，当所述炉盖35摆动至图2A所示的开启位置(即图IA的虚线位置)时，废料吊车63具有钩64并从废料车15提起第一入料桶21且将该第一入料桶放置在所述开启的炉身31之上，于此将桶中废料加载到所述电弧炉30的炉身31。见图3，所述三电极45、46及47可藉由起重抬架式提升装置66从第3及4图的实线所示操作位置移动至图3虚线所示的收回位置，因此所述炉盖35可摆动至图2A的入料位置。所述炉盖可通过入水及出水管67、68进行水冷却，参见图4。各电极45、46及47是如图3所示由分开的区段所组成，这些区段拧在一起。备用电极区段69显示于图3中。出炉盛桶车70于轨道71上运行，于此例中，所述轨道自所述电弧炉30正下方的上游端延伸至位置71a，该位置71a靠近图2B所示的下一个处理工位。出炉容器(tappingvessel)，此处为图2A中位于出炉盛桶车70上的出炉盛桶72，该出炉盛桶具有耳轴73、74以供吊车运输。于图IA及图2A中，所述出炉盛桶车70及所述出炉盛桶72位于所述电弧炉30的出炉口 75正下方。虽然仅使用一组出炉盛桶车70及出炉盛桶72，图2A显示第二组出炉盛桶车及出炉盛桶，是为了表示在重要的前置操作期间(容后详述)所述车及盛桶的位置。当熔体于所述电弧炉30中制造时，先以预热喷管76将出炉盛桶72预热至至少约2000 T。当所述出炉盛桶预热至所需温度的同时，关闭并移开预热喷管，并将挡板77直接置于所述出炉盛桶缘边上，参见图2A。所述挡板77是由背板78及由耐高温耐火纤维所形成的绝缘层79所组成。所述挡板的升降(如图中垂直箭头所示)是藉由吊车挂钩80进行，挂钩钩住所述挡板的提升架81。当所述电弧炉30中的熔体预备好出炉，则抬起所述挡板77。此时，如果需要的话，通过熔炼体指示，可由合金馈料装置82添加例如合金的材料至所述出炉盛桶72中。所述出炉盛桶车70及经预热的出炉盛桶72接着定位在所述电弧炉出炉口 75正下方，参见图2A。所述电弧炉具有滑动闸门84。于图5中，图5C表示所述电弧炉处于熔炼或清空的状态，图5B表示所述电弧炉处于排炉渣的位置，而图5A表示所述电弧炉处于出炉位置。·现在参照图2B，显示所述出炉盛桶车70与经装填的出炉盛桶86 (含有介于75至115吨之间的出炉金属)位于轨道71的下游终部附近。于此位置，以吊车85将经装填的出炉盛桶86由处于所述轨道71终部的位置提起至冶金盛桶炉(LMF)车87，其位于对应的LMF轨道88的上游终部88a。出炉盛桶车70则回到如图2A所示的预热位置，以接钠下一个出炉盛桶并等待电弧炉30下一次出炉。LMF工位包含顶盘90，三个电极91、92及93穿过其中并下探至其中心区。这些电极接收来自图IB所示的电源94及电源线95、96及97的电力。所述电极紧密地容纳于所述中心板99中的开口 98，参见图8及图9。顶盘90中的瓣阀100 (如图IB所示)可允许图7的系统进行温度采样及图6的系统进行化学采样。若需要，可经由合金导槽系统101 (如图IB所示)添加大量合金，详参图9。所述大量合金导槽系统101包含馈料导管102，其与多个料斗(未显示)连接，各料斗包含所需的合金材料。倾斜导槽103经开口 104穿入所述LMF顶盘下方的腔室，若有需要时，所述开口可由盖板105封起。图9中，电子导槽控制系统106可操作，以于任何所需时间调控合金与炉渣材料添加至所述熔炼体的顺序及量。合金线添加系统108显示于图IB中，更详细则于图8及图9。参见图8，所述系统包含驱动辊子109，这些驱动辊子经适当控制而运作，可驱动合金馈料线110、111向下朝向漏斗112，于此处，待添加至所述熔炼体的特定合金线进入馈料管113。馈料管113经盖子中的开口 114进入所述LMF盖子内部的腔室。图8中，仅合金线110被添加至出炉盛桶86中的熔炼体。由图8及图9及图6，留意到所述LMF顶盘90包含底凸缘116，该底凸缘抵靠于所述出炉盛桶86的顶凸缘117。因金属与金属的接触形成，不会产生真空紧密密封。应理解所述电弧及化学反应的操作(在LMF起弧期间所进行的熔炼体形成期间发生)将产生大量烟雾。所形成的烟雾会依图8及图9中的箭头107所示路径进入大型排烟管118 (图1B)，接着进入图IA所示的管路系统55及袋室115。图6、7、8及9亦显示LMF顶盘的水冷系统119 (图9)。图9连同合金线馈料系统108亦显示滑板系统120，该滑板系统包含拍击板121，其由控制系统122致动，以开放所述LMF顶盘的开口足够的时间，以馈入所需磅数的合金线。虽然可添加任何形式的合金线，但其中铝(Al)是最常使用的。所述出炉盛桶86待在LMF中的停留时间依熔炼体大小及所需的过热度而不同。对于约75吨的熔炼体大小，当熔炼体温度约3000 °F时可熄弧。熄弧后，所述LMF顶盘及电极91、92及93升高至其可清空LMF桶的上缘117的位置。所述LMF车87接着移至其LMF轨道88的下游终部123 (图IB及图2B)，紧邻于所述真空处理工位126的上游。真空处理工位126包含固定式真空密封槽基座127及槽盖组件128，该基座埋设在地面中(如图2B及图10所示)。所述槽盖装置包含槽顶129，该槽顶设于并由轮式高架型超结构130承载。千斤顶131升起及降下所述槽顶129。所述高架型超结构(详见图12)是由设置于轮子133及134上的平台132所组成，这些轮子133及134分别在于轨道135及136上滚动。于所述实施例中，对于一参考基准而言，所述轨道135及136位于不同高度，但为了适应空间限制，此为可理解的，所述轨道亦可处于共同高度，如图IB所暗示。在任一情况下，必须将所述槽顶提起并搬移足够的距离，从而为槽低提供无阻碍的进入，让需处理的盛桶能通过吊车下降。
所述真空槽基座127包含成对盛桶滑动座138 (图12)。各盛桶具有成对突出物139(图2B及图4)，当所述盛桶下降至所述真空槽基座127内时，成对突出物抵靠于相配的滑动座138。真空槽盖组件128具有观察孔140、合金块及入料配送器141、合金线馈料装置142、及温度和采样孔143。再次叙明，所述装置暗示了可添加高达四种合金线，但铝是最常使用的一种，因为于此循环中，铝具有最大的晶粒细化效果。中央孔，其于非真空脱碳作用循环期间系由真空密封覆盖板144覆盖，详参图1B。所述真空系统及所述涤气系统详参图10及图11，该真空系统于真空脱气及真空加氧脱碳作用循环期间作用。于图10中，所述真空槽顶129的下缘包含槽顶缘板146，其平坦底面制成可绕其全缘与所述槽基座127顶部的缘板145的相配表面形成紧密贴合，所述顶端缘板145亦以相似的方式制成。密封装置，此处以O形密封垫147表示，其与所述相配的、紧密贴合的缘板共同作用以形成真空室，其可于连续操作中有效制造I托耳(torr)和I托耳以下的真空压力。于此系统中，所述包含熔融金属的盛桶可以整个容纳于真空环境下，此种安排显著地优于以所述盛桶本身作为真空室一部份的已知系统。于已知系统中，经常存在漏气可能性，因为所述盛桶上缘会因炼钢厂中的状况而暴露于不利的情况下，如钢水溢至盛桶暴露的上缘处、或因炼钢厂中存在的硬颗粒会落于所述缘上并因此影响金属与金属的密合性。此外，在所述系统中，盛桶的外金属壁会有渗出孔，因此主要包含在成桶耐火材料中的气体会由此逸散。于已知系统中，盛桶在进入真空槽之前，会暴露于环境空气下达很长一段时间(与本发明相比较，本发明快速循环中，浇铸前仅在环境气体下短时间暴露)，因此，渗出孔会使盛桶耐火材料变成载有含湿气的空气。于本发明中，所述环境气体会经排烟管149移除，该排烟管为多阶段蒸气喷射系统的一部分，较佳为四或五阶段系统。由图10应留意,经装填的盛桶86抵罪于升闻基座结构151,该升闻基座结构此处为多个横梁部段。在操作期间若发生烧穿，则所述升高基座结构可确保所述盛桶基座不会焊接于冲出的金属，从而所述盛桶可提出所述槽外来迅速清洗。
在真空加氧脱碳作用循环中，包含真空电弧重熔及非真空电弧重熔两种循环，为此功效，修改所述真空处理工位以包含氧气吹管。参考图10，在添加氧气部分操作期间，可藉由导引结构154而垂直上下移动的氧气喷管153在中央孔覆盖板144移除后进入所述槽室。所述氧气喷管153穿过辅助耐热挡板156，因碳与氧作用会生成额外的热而需要所述档板。耐火盖板157具有中央开口 158以容纳所述氧气喷管153，该耐火盖板会在所述盛桶离开LMF工位后被置于所述盛桶的顶边。喷管外壳155及喷管153穿过真空密封装置，故所述钢材可同时接受真空及吹氧处理。若因系统参数而不能于喷管操作时维持真空在I托耳或以下，所述熔体可在喷管后在无氧气喷管的情况下接受短时间真空处理，因喷管处理会使熔体过热至超过所需浇铸温度。在处理期间，所述熔体会经涤洗气作用，较佳地是所述槽被密封的所有时间，但若操作者透过观察孔140观察沸腾状况而认为所述沸腾于当时过于激烈，则所述涤洗气可于任何时间被中断。所述涤洗气系统详参图11。固定式涤洗气供应线159在所述气体流方向的上游与适当的气体源连接，所述气体相对于处理中的所述金属为惰性，例如氩。所述固定式供应线159是藉由传统的滑动联接件(未显示)连接于由所述盛桶承载的馈入器管线 160，所述饲入器管线160对所述供应线159的连接发生在所述盛桶降至所述盛桶滑座138的时候，即将所述盛桶由所述LMF车移至所述真空处理工位126中，以吊车将所述盛桶就位。所述馈入器管线160分成第一馈入器栓161及第二馈入器栓162，它们的出口端部分别埋设在所述盛桶的耐火底部169上的耐火涤洗栓163及164。所述盛桶86底部的滑动闸门165用以开启及关闭盛桶浇铸喷嘴166。于图IB所示的在真空处理工位126进行真空处理以及图12的移开所述真空槽顶129后，盛桶86通过吊车提升，该吊车夹住所述盛桶86的耳轴167、168而提起所述盛桶86及其经处理的熔炼体，并放到浇铸车170上，参见图1C、图13及图14。浇铸车170包含盛桶定位框架结构171 (图13及14)，其包含成对略呈V形的横向托架构件172、173，这些横向托架构件在它们的端部处牢固有纵向托架锚定构件174、175。所述纵向托架锚定构件174、175还牢固有两个主要的横向支柱176、177。所述锚定构件形成刚性次支架，其为牢固于具有纵向侧边178、179的垂直移动式基部框架。藉由千斤顶装置180、181(仅标示其中两个)将所述基部框架升起或下降。千斤顶装置固设于垂直杆182、183、184及185。由纵向侧边(仅显示其中的一)188及横贯构件186、187形成刚性轮式框架，并接纳处于图IC右侧所示的位置的所述盛桶，所述轮式框架行驶于轨道190上。所述盛桶86由吊车自真空处理工位提起至浇铸车170的轮式框架上。所述框架相对于所述轨道190所作的横向移动可藉由操作螺旋千斤顶而达成，标示出其中两个螺旋千斤顶224及225。由前述可见浇铸车及其所承载的预备好可浇铸的盛桶86可以六个方向移动，以将盛桶浇铸喷嘴166精确地对准喇叭浇管(pouring trumpet) 199的扩开端部195。因此，如图2C所示，借助所述浇铸车滑动台架的六方向移动，即使当所述喇叭浇管199的上部扩开端部195延伸至所述轨道190的高度之上，于所述盛桶底部上的所述盛桶浇铸喷嘴166仍可被精确地定位在所述喇叭浇管的上部扩开端部195的上方。一旦所述盛桶由LMF车提起，所述LMF车就回归于所述真空处理工位126的正下游的位置，准备接收下一个经真空处理的盛桶。
浇铸车170往下游移动至浇铸工位，其包含浇铸坑区域192 (第IC及2C图)。浇铸坑192可包含多种锭模尺寸，视炼钢厂设计而定。于此例中三个锭模的第一组标为193，而第二组标为194。第一锭模底部烧铸装置包含主要接纳件(primary receptacle)或模具,此处为锭模196，其抵靠于锭盘197上。锭盘197还抵靠于浇道基座198上。所述喇叭浇管199的中央孔道连接至锭盘197上经对准的垂直孔197a，该垂直孔连接至浇道基座198的水平浇道202，所述水平浇道还与锭盘197的锭模入孔200连通，因此使所述锭模196的内部可由底部往上填充。可理解所述喇叭浇管199、所述锭盘197及所述浇道基座198是由强力抗压性陶瓷材料所形成，并于每次使用后丢弃。锭模196可具有助熔剂材料，在为了润滑模具壁以利脱膜而进行浇注之前置于其底部。可移动式及可重新装配的热炉顶标记为201。如图2C所示的固化真空脱气锭块205系由吊车移送至如图IC及图15所示的脱膜区。图15的放大图中，所脱出的锭块205侧躺，而其相关联的锭模196亦侧躺。承载现仅带有数吨残余钢材及炉渣的经浇铸盛桶227的吊车226示作悬于所述脱 膜区上，在浇铸所述熔炼体至锭模196后，其准备将残留于盛桶中的数吨钢材浇铸至小的角锥形模具207，并将炉渣送至炉渣倾倒区206，参见图1C，这或者通过使用盛桶滑动闸门、或者通过将图10所示的眼孔208作为提起点而在盛桶的侧部位于地面的同时倾斜所述盛桶来实现。于角锥形模具207中固化后，由吊车提起各角锥形锭块(此处若对所有模具都进行状态则数量上为六个)至运送车209，以藉由铁轨13运送至废料房11。以类似的方式，仍为烫热的锭块205会置于所述运送车209上，并送至加热锅炉，以在锻造部门中的将所述烫热锭块加热至变形温度来准备进行锻压。参照图1C、2C及15，已于脱膜区冷却至室温的所脱膜的锭块205利用打磨或机械加工方式切掉其热炉顶并移除外侧氧化表面，以形成VAR电极锭块，以准备于图2C左端详示的真空电弧重熔工位进行后续加工。接着将附加短柱210焊接至所述平滑截端，因此形成真空电弧重熔电极211。将铜坩埚212置于真空电弧重熔单元的水套槽部218 (图2C)。所述VAR电极的暴露端被VAR撞杆的下端213夹住。所述VAR撞杆连接至DC电源214，所述撞杆可于所述VAR单元的盖子215中的真空密封开口中滑动。当DC电流开启时，所述VAR电极211的底端熔化并形成浅池219，由于冷却水会将所述VAR坩埚中的熔融钢水池的热带走，该浅池会从底部迅速固化。所述VAR电极会持续熔化作用，直到所述VAR电极完全消耗掉且由此形成VAR锭块为止。此时，所述VAR锭块可进一步加工，通常会经锻造及必须的热处理。本发明的应用与操作如后述。假设钢材的第一熔炼体是在炉役的起始点所制备(应理解所述术语「炉役」是以钢铁产业中通常意义所使用，即，于锅炉需要换衬之前，电弧炉可制造的熔炼体数量。)。亦假设客户订购真空加氧脱碳真空电弧重熔产品。此外，约75吨的真空加氧脱碳真空电弧重熔锭块为成批生产顺序的炼钢厂部分所需终产物；也就是说，在熔融后依序加工最后成为锭块，所述锭块可用于炼钢制程的下一阶段，通常为锻造。本发明可适用于任何规模的商业炼钢制程。为了描述本发明，并仅作为例示，所述电弧炉产能则假设为约75至115吨。为了具体描述，本发明以约75吨的熔炼体尺寸进行描述。
首先参照图1A，以任何适当的传统手段、如废料吊车上的暂时性磁铁将废料12装载至第一废料入料桶21中，所述桶置于废料车15上，所述废料车15运行于铁轨17上。在入料桶21被装载的同时，将电弧炉30的电弧炉盖35摆动至图IA的虚线位置。一旦炉盖35绕其轴枢36将摆动至上述开启位置，如图2A所示，则电弧炉身31会开启以接纳废料。此时，废料吊车63 (图2A)通过将吊车钩64钩住杓23的抬升架25来提起第一废料入料桶21，所述杓在枢轴29处与入料桶21可转动地连接。如图2A所示，所述废料吊车提起第一入料桶21至提升位置。当入料桶21底部打开，废料12即饲入所述电弧炉30的炉身31。应理解，在所述电弧炉第一次入料中，在熔炼体中的废料12会包含小片、例如闪熔物(flashings)及边角废钢，使得所述炉身31底部耐火材料不会被投入的大块废料如热炉顶损坏。在锅炉中会有来自前一熔炼体所残留的熔融钢材的余留物(heel)，所述余留物包括足够吨数的烫热金属，来先裹覆于包含大片的饲入废料，接着缓和大片固体废料对所述锅炉底部耐火材料的影响。大块废料会藉由废料铁轨系统13 (图1C)而被送回废料房，所述铁轨系统包含运送车209，接着进行所述制程中的下游步骤。所述固体片包含由VAR及非VAR熔炼体中锭块固化之后裁切掉的大块热炉顶及来自角锥形模具207的小型锭块。·
由第一入料桶21将第一废料12饲入开启的锅炉炉身31后，所述废料吊车会由其抬升位置(图2A)向上游移动，与第二入料桶20上的提升架24配合，所述第二入料桶于铁轨16上行进。应理解就在将所述入料桶21倒空至所述锅炉后，所述电弧炉盖35会移至如图IA实线所示的所述电弧操作位置，且电弧在所述锅炉电极45、46及47与位于所述炉身中的金属之间放电。在所述电弧操作位置，所述电弧炉管路系统55的固定式入口弯管58会对准(但有间隔)所述炉盖35顶部的烟雾出口弯管56，详参图IA及图3。由图IA可见，所述烟雾出口弯管56的轻微弯曲的排放端凸缘57会直接对准所述管路系统55的固定式入口弯管58的平坦进口环状凸缘59。所述管路系统55中的强力出风机(未显示)会保证电弧炉30中的所有烟雾、包含炉身31中的化学反应烟雾及任何来自所述炉盖35及炉身31附近的内部渗液会直接导入所述管路系统55，使得炼钢厂环境不会受到锅炉烟雾污染。更确切地，锅炉内会发生轻微降压。—旦来自第一入料桶21的废料被熔融，电弧终止，则所述电极会升高至图3虚线所示的清理位置，且所述炉盖35摆动至图IA所示的开启位置。当所述炉盖摆动至开启位置时，废料吊车63将第二废料入料桶20由其在废料车14上的位置(图1A)提起至入料位置(图2A)，接着将所述废料入料桶20中的废料饲入锅炉中熔融金属的顶部。接着，所述电弧炉盖35会由图IA的虚线入料位置摆动至图IA所示的实线关闭位置，所述电极45、46及47下降至图3实线所示操作位置，并重新开启电弧及管路系统55。在第二入料桶20入料之前与之后，均从采样装置50采取样本及测温度。在此制程阶段，依据样本所示数值，碳和炉渣形成材料(特别是石灰)会与所需要的合金一起加入。此外，藉由所述碳及氧注射系统53将氧和碳加入锅炉中的熔体。在上述所有操作期间，备用废料入料桶26将进行装载并预备以在需要时输送至一开启的废料车及接着送至锅炉。现在参照图IA及特别是图2A，运行于轨道71并且带有空的、未加热的出炉盛桶72的出炉盛桶车70包含耳轴73。所述出炉盛桶72位于锅炉出炉口 75下方，所述出炉口由锅炉滑动闸门84控制。为了将锅炉的熔体汲取至所述出炉盛桶72，启动所述锅炉摇动活塞83(图2A)，以使电弧炉30经由齿条及小齿轮32、33而由图5C的电弧操作位置向图5A的出炉位置倾斜，所述出炉位置相对于图5C的操作位置约逆时针转过15°。出炉后，所述电弧炉30可顺时针倾斜至图5B的位置，并经由锅炉排渣门52移除炉渣。因所述滑动闸门可允许几乎所有的熔融金属出炉(若需要的话)，因而在清除炉渣时仅会损失极少数金属，如上述，即使较佳地至少约5-15吨的金属保留于锅炉中以形成余留物仍如此。于任何情况下，电弧炉中可形成最后可浇铸出的非常大重量的钢材。于出炉前，以预热喷管76加热所述出炉盛桶72，使得来自锅炉熔体的出炉金属不会因接触到所述出炉盛桶而不当冷却。出炉盛桶72中升高的壁温度可藉由置于盛桶顶部的预热挡板77而延续。所述预热挡板由背板78形成，在该背板上附有耐高温耐火绝缘层79。所述预热挡板77根据需要藉由吊车钩80上升或下降，所述钩80与挡板架81配合。所述预热挡板77置于所述出炉盛桶72的时间会达所述出炉盛桶须等待出炉开始的最大时间。因此，在除铁发生之前的等待期间，所述出炉盛桶72仅有极小冷却。在约75吨的出炉炉容中，大约I1A吨的石灰及足够磅数的合金(致使合金含量高达许多熔炼体中的最终所需合金含量的大约60% )会由直接进入所述出炉盛桶72的合金馈料装置82制得。 在将电弧炉30中的熔炼体出炉至出炉盛桶72后，装有出炉熔体的出炉盛桶车70向下游移动至终部71a，该终部显示于图2A左端。在此地点，由吊车85将经装填的盛桶(现在标记为86)自出炉盛桶车70提起至冶金盛桶炉(或LMF)车87上。如图IB所示，以LMF车87的上游位置的预热喷管89来预热所述LMF车87。经炉渣导槽65添加炉渣，且该炉渣导槽亦位于LMF上游位置(图1B)。当于图IB的LMF上游位置进行必要调理时，所述LMF准备好进行LMF加工。详参图IB，LMF电极91、92及93缩回一段距离，该距离足以使出炉盛桶86及LMF车87移入LMF工位中电极91、92及93下方的位置。LMF顶盘90最佳地显示于图8及图9。所述电极91、92及93经由导线95、96及97从电源94接收电力(图1B)。所述等电极在LMF中心板99中的开口 98中紧密地但可移动地往复运动。所述顶盘90的垂直与水平位置经由水冷却(图9)。所述顶盘90的下方结构部分终止于圆形底凸缘116，该凸缘与所述出炉盛桶86的圆形上凸缘117相配，并置于该上凸缘上。在出炉盛桶86及LMF顶盘90之间的空间中会产生大量烟雾，且这些烟雾会经由图8及图9的箭头所指路径引导至所述系统的出口管路，该出口管路连接至袋室115 (图1A)。通过瓣阀100 (图2B)可对在LMF工位处进行处理中一次或多次的出炉盛桶86中熔炼体进行温度及化学分析。化学添加物、温度及采样系统，详参图6、7、8及9。图6中，用于于次表面添加氧至熔体的加氧喷管标为107，于此图中的实线为加氧喷管的操作位置，而虚线为收起或非操作位置。图7中，实线为温度或采样系统124的操作位置，而虚线为收回位置。图8中，合金线添加系统108于此例中示作包含两个合金馈料线110及111，这两个合金馈料线藉由合金线驱动辊子109移动至合金线馈料漏斗112。所述合金线馈料漏斗112的细长龙头会将合金入料线、此处为合金线110经由合金线入料管113引向出炉盛桶86的熔体。炉盖90 (未显示)中的瓣阀会打开，使由合金线入料管113通过炉盖90中的开口 114。颗粒状实心合金材料是由合金块导槽系统101 (图9)所形成。收集导槽102为来自一个或多个架高的合金料斗的馈料导管。收集导槽102清空至倾斜导槽103，该倾斜导槽还穿过炉盖90上的倾斜导槽开口 104，藉此将合金块直接饲入所述熔体。合金导槽开口密封板105可以任何适当方式密封，以切断炉盖90下方的空间与合金块导槽系统101之间的联系，因此，当密封板105开启以允许合金进入熔体时，制程可在无明显烟雾转入所述合金块导槽系统101的情形下进行。
所述炉盖90具有顶盘水冷系统119。合金线馈料滑板系统120具有平板121，该平板受平板控制系统122控制，当开启时允许所述合金线馈料管113进入所述炉盖90，使得合金线馈料管113的出口端可靠近熔体表面，以确保所述合金线(例如可为铝)与熔体的接触。于所述LMF完成合金添加及所述熔体的温度达到所需水平(例如约3000 °F )后，升起炉盖90及电极91、92及93，以使LMF车87及所载的出炉盛桶86移动至由止动件123所示的下游终部位置(图2B)，该位置紧邻于真空处理工位126。所述真空处理工位包含真空槽基座127及真空槽盖组件128。所述槽盖组件128包含槽顶129，该槽顶藉由槽顶千斤顶131可如图2B中垂直箭头所示的沿垂直方向移动。槽顶129及其对应的槽顶千斤顶131藉由轮式高架式槽顶支承件130承载，详参图12。所述高架式槽顶支承件包含高架式平台132，参见图12，该平台具有轮子133、134，这些轮子在高架式轨道134、135上滚动，亦在图12中最佳示出。两个相对定位的盛桶滑动座中的一个标示为138 (图12)，该图处于开启、清空、下游状况的真空槽125。当出炉盛桶86处于制程的真空处理工位阶段时，出炉盛桶86相对两侧上的盛桶突出物139 (图2B)配置为抵靠于所述盛桶滑动座138上。真空槽观察孔140 (图IB及10)在可使操作者观察到盛桶137中的CO沸腾强度的位置(图10)穿过所述槽顶129。合金及入料系统标为141，而合金线馈料系统标为142(图1B)，所述系统142可类似于图1B、8及9的合金线添加系统108。图IB标出温度及采样端口 143。中央端口覆盖板144在低真空操作期间与槽顶129非常紧密地密合封闭。于此文中，低真空操作意指，在所述循环的真空脱气部分的绝大部分中，其绝对压力低于I托耳。槽顶129在其下缘处具有底凸缘144，所述底凸缘被光滑地加工，来与围绕真空槽基座127上缘的经类似加工的顶凸缘145相配。在平滑相配的凸缘145及146之间的O形密封件147会使所述真空槽125在连续操作基础上通常产生低于I托耳的绝对压力。此非常低的绝对真空较佳地由多段式蒸气喷射系统产生，且该系统经由槽气排出管149连接于真空槽125。盛桶86完全容纳在所述真空槽125中，如图10所示，因此所述盛桶的全部周缘及所述熔炼体表面均暴露于真空下，另外藉由结构基座151抬高至离槽底上方较大距离。将所述基座的高度选定成，如果在处理最大炉容时发生烧穿，则所述盛桶不会被焊接于槽底，而可在修复槽底时被提起或取出。若所述炼钢业者希望制造钢材的真空加氧脱碳熔炼体，无论是VAR或非VAR等级，所述槽顶129会经修改以容纳加氧喷管153。在覆盖板144移开时，所述加氧喷管153经由开启的端口进入所述槽125。所述加氧喷管穿过紧密贴合的滑动结构154，使得所述蒸气喷射系统能够在系统中维持于低于大气压的压力，由此防止环境空气进入所述槽，至足以抵销任何明显程度的所述熔体与环境氛围接触的程度。
尤其用在处理过程中的辅助熔炼体挡板156需要真空加氧脱碳作用。具有中央开口 158的耐火盖板157将于真空氧化脱碳循环期间包含剧烈沸腾。应理解对于不必进行真空加氧脱碳作用的熔炼体，通常不需要覆盖板157。应留意所述盛桶的金属壳包含渗流孔152，使得所述耐火材料中的任何湿气会因非常低真空而排出所述耐火材料。非常滑顺的盖子及槽凸缘145、146及O形圈密封件147以及暴露在所述非常低真空的渗流孔的组合可确保无明显湿气(其包含有害的氢)存在于所述系统中，由此使得最终氢气含量低于2. 2ppm,且通常低于I. Oppm，从而总是制造出适用于飞机及太空应用的超洁净钢材。本发明与如下系统相反该系统中，仅包含一个盖子来置于盛桶上缘的真空工位，由此使所述盛桶成为真空槽封壳的一部份。在此种系统中，无法保证盖子及盛桶上缘之间的绝对真空密封，这是由于在这些表面的颗粒(通常不会被注意到)存在，会妨碍形成高度真空密封。另外，因为缺乏渗流孔(其可允许湿气进入耐火材料)，包含湿气的空气会残留在耐火材料中的可能性一直存在。参照图11，可见由提供由于涤气所产生的剧烈沸腾。管线159从涤气源头(较佳为氩)在接头160处连接至第一插塞馈入器管线161及第二插塞馈入器管线162，它们分别终止于位在盛桶底部的第一及第二耐火涤气插塞163及164。应理解当因涤洗气的体积膨 胀而搅动所述熔融金属时，依气体膨胀的查理定律及波以耳定律会膨胀约1400倍，气流会于所述熔融钢材中被往上送，其具有于所述涤洗插塞上方的向上分量，以及在所述盛桶的反向(大约是在图11浇铸喷嘴166所标出的位置)的向下分量。当远离表面的熔融金属到达表面时，其所包含的有害气体如氢、氧及氮将会暴露至所述真空槽的非常低压下，而可经由出口导管149排出所述系统。所述真空处理的时间会取决于金属处理起始的温度、沸腾强度、以及于真空加氧脱碳作用循环中加氧喷管53所添加的氧气量而定。于所述真空处理工位126的处理及将真空槽盖组件128移至图12的槽开启位置后，以吊车将所述出炉盛桶86提升至所述真空处理工位126并置于浇铸车170所载的盛桶定位框架结构171上，所述车的四轮191于浇铸轨道190上滚动。浇铸车170移动至下游，如图IC左方所示的浇铸坑工位192，准备浇铸至锭模196中，参见图1C。位于所述盛桶定位框架结构171上的出炉盛桶86能够沿六方向移动，以精确地将盛桶浇铸喷嘴166定位于所述喇叭浇管199的扩开上端195之上，该喇叭浇管向上突出至所述轨道190的上方，如后述。浇铸车170包括刚性基础支架，其由两个纵向侧架178、179及两个横向横贯构件186、187所组成。千斤顶垂直杆182、183、184及185由所述纵向侧架178、179及所述横向横贯构件186及187所成的四个连结件向上延伸。所述盛桶定位框架结构171由两个纵向托架基座构件174、175及两个横向基座托架构件176、177所组成。因此所形成的所述四个侧边盛桶基座可藉由千斤顶装置而上下移动，千斤顶装置的其中两个标示为180、181，所述千斤顶装置被设于所述千斤顶垂直杆182、183、184及185上。两个略呈V形的横向托架构件172、173在纵向托架基座构件174、175之间延伸。所述略呈V形的横向托架构件172、173以轮廓吻合的方式容纳所述盛桶突出物139 (图13及14中未显示)，使得出炉盛桶86由所述盛桶基座174、175、176及177维持固定。水平横向定位的千斤顶装置224及225能让所述盛桶基座174、175、176及177相对于所述轨道190横向移动。因此，藉由致动垂直式千斤顶装置180、181及横向千斤顶装置224及225，同时以轮子191沿轨道190移动所述浇铸车170，使所述盛桶浇铸喷嘴166能够沿六方向移动，以精确地将所述喷嘴166定位于所述喇叭浇管199之上。所述浇铸坑如第IC及2C图所示。锭模196抵靠于模底板197上，模底板197还抵靠于浇道基座198上。所述喇叭浇管199的孔道连接至浇道基座入孔203，该孔还连接至浇道基座198的浇道202，所述浇道则连接至模底板197的锭块入孔200。热顶标记为201。为了对锭模内部表面进行涂覆，在浇铸前，适当的模具涂覆材料可存在于所述锭模中。浇铸后，所述出炉盛桶86可具有3至5吨烫热金属及约3吨炉渣，并以吊车提起至脱膜区204 (图1C)，在此处将所述金属注入角锥形模具207及将所述炉渣倒至炉渣倾倒 区206。接着，以吊车将所述清空的盛桶提回相邻于所述电弧炉30的预热区，在此处所述盛桶预备为后续锅炉出炉。所述浇铸车170向上游可回归至起始位置，即恰为真空处理工位126的下游，于此处其将等待下一个由所述真空处理工位126吊出的盛桶。当所述角锥形模具207中的锭块固化后，将其吊至运送车209上，经废料铁轨系统13运回至废料房11。当锭块205于锭模196中固化后，以吊车将所述锭块及其锭模运送至脱膜区204，于此处分离所述模具及锭块，如图15所示。若预定对所述锭块进行传统加工，则所述锭块热顶部份仍保留于所述锭块上。所述锭块接着装载至运送车209并送到锻造区域，于此处将其先送至退火炉。若处于脱膜区204的锭块需进行真空电弧重熔处理，以下列方式加工。通过吊车由脱膜区204将所述锭块吊起，参见图2C，吊至冷却及锯工位221，于此处将所述锭块冷却至室温并切除所述热顶。此后，在成形工位222藉由研磨或机械加工来实际上形成真空电弧重熔电极211，将所述锭块表面成形为近乎等直径。将附加短柱210焊接至所述VAR电极211的平滑裁切端。接着将铜坩埚212置入所述VAR单元的水套槽部218。所述短柱210的暴露端由导电联接件夹于VAR撞杆213的下端。所述VAR撞杆连接至DC电源214。所述撞杆在所述VAR单元的盖子215上的真空密封开口中滑动。在所述盖子215经由密封件216密封至所述VAR单元的槽部218之后，DC电流经由撞杆213及所述短柱210传导，以对于所述VAR坩埚212底部击出电弧217。所述DC电弧会熔化所述VAR电极211的端点，而所得熔融金属会于所述铜坩埚212中形成池219。所述熔融池219会迅速由底部固化，因冷却水220会环绕所述铜坩埚218并带走其中钢材熔融池219的热量。所述熔融程序会持续，直至所述VAR电极211完全消耗掉且新的VAR锭块223产生为止。在所述VAR电极211完全熔解后，终止所述DC电流，终止所述真空，并移开盖子215以暴露完成的VAR锭块223，图2C显示部分完成图。接着将所述附加短柱210由所述撞杆213脱开，并重新加工以用于下一 VAR循环。坩埚底部会从坩埚侧部脱开，并通过吊车将坩埚吊离VAR锭会223。将所完成的VAR锭块置于运送车209，接着将所述锭块送至锻造部门。约75吨熔炼体尺寸的典型循环时间，始于将所述电弧炉盖35摆动至第一入料位置，至完成重饲废料的重熔、完成所述电弧炉的出炉及重回预备将所述炉摆动至第一入料位置的水平位置，是约I小时又45分钟，如下述。假设所述出炉盛桶已于出炉前由预热喷管76预热至约2000 °F，且入料桶20、21各装载约411A吨的固体废料。
大约时间
1.将电弧炉盖由水平位置摆动至入料位置。I分钟
2.向电弧炉中饲入废料(饲入号No.I)并添 5分钟 加约I %吨的石灰。
3.将电弧炉盖摆动至溶融位置，及将电弧I分钟 炉盖的排出口对准固定式排烟系统。
4.操作电弧以熔解来自第一入料桶的入料；45分钟
熄弧。
5.将电弧炉盖摆动至入料位置。I分钟
6.于电弧炉中重新饲入废料(饲入号No.2) 5分钟并添加约I %吨的石灰。
7.将电弧炉盖摆动至熔融位置并对准排烟I分钟 系统。
8.熔解重新饲入的废料。45分钟
9.以约3050°F的温度出炉约75吨至出炉5分钟盛桶，残留约5-7吨的余留物。
10.将电弧炉及炉盖反回于水平位置。I分钟所述熔体的下游加工、于水平的、经覆盖的条件下经吊车由所述真空处理工位提·起，需时少于约I小时又45分钟，因此不会存在由于下游操作缓慢而产生的滞留。例如，于LMF中的时间仅约35分钟或更短，而于真空处理工位仅需约30分钟。若有90吨待进行浇铸，所述循环时间可达到或略微超过2小时。然而，因电弧炉电极的直径最高至16英寸及电流为75至90MVA，所述循环时间会小于与所述熔炼体尺寸成直接成正比。应理解，需制造的钢材组成物一由低合金至高铬不锈钢一对所述循环时间并无显著影响。上面以示例性而非限制性的方式描述了本发明及其若干实施例。本领域的普通技术人员在阅读了本说明书后能够联想到其他可替代的实施方案，这些实施方案也在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种炼钢的制程，其步骤为 将固体废料饲入电弧炉中，所饲入固体废料的量足以包括之后经受真空处理的钢材重量的至少大部分； 对所述固体废料加热，使所述固体废料熔化而由此形成熔体； 将来自所述电弧炉的所述熔体的至少大部分出炉至容器中； 将所述容器中来自所述电弧炉的出炉熔体移转至冶金盛桶工位； 在所述冶金盛桶工位中，将合金添加至所述出炉熔体，所添加合金的量足以使所述出炉熔体的至少一些组分达到此制程阶段所需的组分水平，从而形成熔炼体； 将所述冶金盛桶工位处的所述熔炼体充分地升温，以使所述熔炼体相对于所需的浇铸温度过热； 将所述过热熔炼体移转至真空处理工位； 使所述过热熔炼体经受真空及涤洗气一定程度，所述程度足以搅动所述过热熔炼体，以使所述熔炼体的表面以及所述熔炼体远离所述表面的各部分暴露于所述真空下，从而藉由将所述熔炼体暴露于所述真空而移除所述过热熔炼体中的氢及氧； 在所述熔炼体已发生脱气并且所述熔炼体的温度达到适当浇铸温度后，终止所述熔炼体经受所述真空及所述涤洗气的处理； 将经处理的熔炼体移转至浇铸工位； 在所述浇铸工位，将所需量的所述经处理熔炼体浇铸至至少一个主要模具中；以及 使所述浇铸工位处经浇铸的熔炼体固化，以形成经真空处理的锭块。
2.如权利要求I所述的制程，其特征在于 饲入所述电弧炉的用于多种熔炼体的第一熔炼体的废料的量大于在所述浇铸工位浇铸至所述主要模具中的所述经处理熔炼体的量，在熔融后留存于所述电弧炉中的过量废料形成余留物，以及 进一步包括下列步骤 随后向所述电弧炉中饲入用于下一个后续熔炼体的废料，所述废料的量少于将要在所述浇铸工位进行浇铸的经处理熔炼体的量； 藉此，所述后续饲入的废料及所述余留物的至少一部份、以及后续添加的任何合金构成至少会被浇铸至所述主要模具中的经处理熔炼体的所需的量。
3.如权利要求2所述的制程，其特征在于，进一步包括下列步骤 如果需要的话，重复上述步骤，直到基本上没有余留物残留于所述电弧炉中为止，及接着向所述电弧炉饲入一定量的废料，所饲入废料的量足以将所需量的经处理熔炼体浇铸至所述主要模具中。
4.如权利要求3所述的制程，其进一步特征在于饲入所述电弧炉中足以随后将所需量的经处理熔炼体浇铸至所述主要模具中的一定量的废料包含额外量的废料，且所述额外量的废料足以在所述电弧炉中形成用于后续熔炼体的余留物。
5.如权利要求I所述的制程，其特征在于，进一步包括下列步骤 此后，将所述经真空处理的锭块成形为真空电弧重熔电极；以及 接着将所述真空电弧重熔电极进行真空电弧重熔，以形成所述真空电弧重熔锭块。
6.如权利要求5所述的制程，其进一步特征在于在所述真空电弧重熔冷却之前，将所述真空电弧重熔锭块移转至退火或锻造工位。
7.如权利要求I所述的制程，其进一步特征在于 此外，将所述熔炼体经受所述真空及所述涤洗气处理下维持一段时间，足以将所述熔炼体的氢与氧含量降低至所需脱气水平，以及 使所述熔炼体与一定量的氧接触，所接触量的氧足以将所述熔炼体的碳含量降低至所需水平。
8.如权利要求7所述的制程，其进一步特征在于所述氧在接触所述熔炼体时为气态形式。
9.如权利要求8所述的制程，其进一步特征在于所述氧吹送至所述熔炼体的上表面。
10.如权利要求8所述的制程，其进一步特征在于所述气态氧与所述熔炼体接触的起始点发生于所述熔炼体表面的下方位置处。
11.如权利要求7所述的制程，其进一步特征在于 所述熔炼体与所述氧接触后，将所述经处理的熔炼体移转至浇铸工位，于所述浇铸工位将所需量的所述经处理熔炼体浇铸至至少一个主要模具中，于所述浇铸工位使所述经浇铸的熔体固化以形成经真空处理的锭块，并将所述经真空处理的锭块成形为真空电弧重熔电极；以及 将所述真空电弧重熔电极在真空电弧重熔单位中重熔，以形成真空电弧重熔锭块。
12.如权利要求I所述的制程，其特征在于，进一步包括下列步骤于所述真空工位中，将包含所述过热熔体的所述容器的整个周缘以及所述熔体的表面暴露于所述真空。
13.如权利要求I所述的制程，其特征在于，进一步包括下列步骤在所述熔体从所述电弧炉出炉至所述容器之前，预热所述容器。
14.如权利要求13所述的制程，其进一步特征在于将所述容器预热至约2000T的温度。
15.如权利要求13所述的制程，其特征在于，进一步包括下列步骤 进行预热后，以耐火盖板覆盖所述容器，及 于出炉前移除所述盖板。
16.如权利要求12所述的制程，其进一步特征在于 此外，将所述熔炼体于所述真空及所述涤洗气处理下维持一段时间，足以将所述熔炼体的氢与氧含量降低至所需脱气水平，以及 使所述熔炼体与一定量的氧接触，所接触量的氧足以使所述熔炼体的碳含量降低至所需水平。
17.—种炼钢系统,包括 电弧炉，所述电弧炉用以形成钢材的熔体， 冶金盛桶炉， 用于在所述电弧炉中形成所述钢材熔体的装置， 用于将所述钢材熔体从所述电弧炉中出炉至出炉容器的装置， 将所述出炉容器移转至所述冶金盛桶炉的装置， 真空处理工位， 将所述冶金盛桶炉中所述出炉容器中的钢材熔炼体移转至所述真空处理工位的装置，所述真空处理工位具有真空槽，所述真空槽完全封围所述出炉容器，藉此所述出炉容器的整个周缘、容纳在所述出炉容器中的所述熔炼体以及所述出炉容器中所述熔炼体的表面暴露于低于大气压的压力下，所述压力足够低以将所述钢材熔炼体的氢含量将至所需水平， 浇铸工位， 在所含的所述钢材熔炼体的氢含量已降低至所需水平之后、将所述出炉容器由所述真空处理工位移转至所述浇铸工位的装置，以及 将所述出炉容器中的所述钢材熔炼体浇铸至位于所述浇铸工位的主要接纳件中的装置， 所述冶金盛桶炉及所述真空处理工位一起具有如下能力，对于所述冶金盛桶炉及所述真空处理工位中的所述钢材进行加热并处理一段时间，所述时间加上移转时间少于在所述 电弧炉中形成可供出炉的熔体所需时间， 藉此，所述系统的生产率仅受到所述电弧炉的熔融能力的限制。
18.如权利要求17所述的炼钢系统，其进一步特征在于 首先，所述出炉容器具有底部浇铸装置， 其次，所述用于浇铸的装置包括锭块底部浇铸装置，其中，所述锭块底部浇铸装置包括浇道系统，所述浇道系统具有喇叭浇管，以及 第三，将所述出炉容器移转至所述浇铸工位的装置包含用于使所述出炉容器的底部浇铸装置沿六个方向移动以对准所述喇叭浇管的装置。
19.如权利要求17所述的炼钢系统，其进一步特征在于所述真空处理工位包含当所述熔炼体暴露于低于大气压的压力下时、加氧至所述熔炼体的装置。
20.如权利要求19所述的炼钢系统，其进一步特征在于 首先，所述出炉容器具有底部浇铸装置， 其次，所述用于浇铸的装置包括锭块底部浇铸装置，其中，所述锭块底部浇铸装置包括浇道系统，所述浇道系统具有喇叭浇管，以及 第三，将所述出炉容器移转至所述浇铸工位的装置包含用于使所述出炉容器的底部浇铸装置沿六个方向移动以对准所述喇叭浇管的装置。
21.如权利要求17所述的炼钢系统，其特征在于，进一步包括 将于所述浇铸工位处在所述主要接纳件中所形成的锭块转换成真空电弧重熔电极的装置， 真空电弧重熔工位，及 将所述真空电弧重熔电极于所述真空电弧重熔工位中转换成真空电弧重熔锭块的装置。
22.如权利要求21所述的炼钢系统，其进一步特征在于 首先，所述出炉容器具有底部浇铸装置， 其次，所述用于浇铸的装置包括锭块底部浇铸装置，其中，所述锭块底部浇铸装置包括浇道系统，所述浇道系统具有喇叭浇管，以及 第三，将所述出炉容器移转至所述浇铸工位的装置包含用于使所述出炉容器的底部浇铸装置沿六个方向移动以对准所述喇叭浇管的装置。
23.如权利要求17所述的炼钢系统，其进一步特征在于 所述真空处理工位包含当所述熔炼体暴露于低于大气压的压力下时、加氧至所述熔炼体的装置，以及进一步包含 将于所述浇铸工位的所述主要接纳件中所形成的锭块转换成真空电弧重熔电极的装置， 真空电弧重熔工位，及 将所述真空电弧重熔电极于所述真空电弧重熔工位中转换成真空电弧重熔锭块的装置。
24.如权利要求23所述的炼钢系统，其进一步特征在于 首先，所述出炉容器具有底部浇铸装置， 其次，所述用于浇铸的装置包括锭块底部浇铸装置，其中，所述锭块底部浇铸装置包括浇道系统，所述浇道系统具有喇叭浇管，以及 第三，将所述出炉容器移转至所述浇铸工位的装置包含用于使所述出炉容器的底部浇铸装置沿六个方向移动以对准所述喇叭浇管的装置。
全文摘要
一种组合式电弧炉、冶金盛桶炉及真空脱气系统，该系统具有一定的灵活性来制备至少非真空电弧重熔钢、真空电弧重熔钢、真空加氧脱碳非真空电弧重熔钢以及真空加氧脱碳真空电弧重熔钢，可以安定状态或任意顺序用于一次性至连续性铸造。由于该系统将与烫热金属接触的组件预热，以降低所述组件的热损失，以及利用所述电弧炉中存留的余留物，所述系统仅消耗最低能量，其中所述系统的生产率仅受到所述电弧炉的熔融能力的限制。
文档编号C21C7/068GK102912078SQ20121017923
公开日2013年2月6日 申请日期2012年5月25日 优先权日2011年5月27日
发明者J·A·古莉安娜, G·A·布拉达, C·H·埃里克森, B·C·利马泰宁, A·A·昂德里斯 申请人:芬可乐父子公司