专利名称：炼钢方法
技术领域：
本发明涉及一种在具有至少部份衬有耐火材料的炉壁的炉中炼钢的方法，特别是涉及在碱性氧气转炉和电弧炉中处理金属炉料的方法。本发明可被用于自全部为固态铁类金属炉料炼钢或当熔融铁类金属也部份地作为含铁物料装入时用于生产钢。该固态金属炉料可由各种类型的铁类物料，例如可以是废钢、生铁、球团、团块或压块等形式的直接还原铁。
处理固态铁类炉料的公知炼钢方法由某些通常的步骤组成，例如将铁类金属物料装炉，对金属块的表面加热，装入非金属造渣剂，将熔池过热并精炼，以及将熔融金属和渣排出。
由于在进行一个或多个上述步骤时技术上的基本差异，使得各种炼钢工艺是有差别的。由于上述各步骤必不可少的相互依赖关系和相互影响，公知的各炼钢工艺也是不同的。在许多情况下，为保持一种炼钢工艺的竞争性，要对上述步骤中的每一个，在考虑相互关系的情况下仔细地加以优化，以使得一个工艺步骤或参数的改进可能要求显著变更传统工程的特点，而这种特点则正是先前用于设计一个或多个上述基本的炼钢步骤的。
用于生产钢水的废金属熔炼方法按照用于完成此熔炼的热源而改变。现代的电弧炉有能力在很短的时间内将大于250千瓦小时/吨的热能传递到待熔化的废钢。但是高昂的电费及这些炉子低的热效率(小于50%)持续地促使炼钢工业去开发新的，使用较便宜的由燃料燃烧的产生的热去预热和熔化废钢的炼钢方法。
例如美国专利No.4，622，007和4，642，047说明了怎样使用多个烧嘴作能源来预热废钢，然后将多个氧化性火焰导向被预热的废钢，经部份氧化将其熔化。现在该方法已在许多配备有辅助烧嘴的电弧炉上使用。今天，在美国和其它发达国家，电弧炉已担负起处理接近70%废钢的任务。
在几十年的时间内，为了提供一种有竞争力的替代电弧炉的炼钢方法，在全世界已进行了许多尝试，以开发使用固态废钢和燃烧各种燃料(包括含碳物料)而放出热的新的，更加先进的炼钢技术。同时，由于铁类固态废料显著地比铁水便宜，并且能被装入碱性氧气转炉，通过传递为熔化这些增加的固体炉料所必需的，由辅助燃烧源产生的附加热而被加以处理，所以促使用熔融(“热的”)铁生产粗钢的公司在生产中提高使用废钢的比例。
在德国专利No.2，719，981;2，729，892和2，816，543以及国际专利申请No.PCT/SU83/00025中叙述了几种由固体金属炉料生产钢的方法。所有这些方法均可在配备有底部风口和侧风口的碱性氧气转炉中进行，这些风口是用于提供作为氧化气体的气态氧和作为燃料的液态或气态碳氢化合物的。
这些方法的缺点首先源于必须通过风口提供液态、气态和固态含碳燃料。这些方法的主要不足是环绕风口区域处的耐火材料衬过度损耗;废气中的CO含量高以及因之而来的热效率低;以及由于基本上全部废钢表面严重地暴露在经多个风口供入的未耗尽的氧气部份中所造成的过度的金属损失。未能与碳反应的可观部份的氧首先与金属炉料反应而生成金属氧化物。燃料供给系统，以及制备和输送该细粒物料的系统需要复杂的附加设备，这导致了资金和运行费用的增加。
此外，用于增加了燃料消耗和延长了加热时间，这些系统可能是不经济的。
使用固态铁类物料并在高温炉中进行的炼钢工艺包括若干个彼此间共同作用、相互影响的工艺步骤。为了从固态转化为液态，铁类物料必须吸收大量的热。这种热必须很快地传递以使炼钢工艺是经济的。在升高的温度下(高于900℃)，暴露在含未消耗氧的气态气氛中的固态铁类物料的氧化很快加速，从而产生固态的氧化皮，它隔离了对金属块的传热。再有，当氧化物变为液体时，它们和铁-碳熔体一起沉到较冷的炉底，从而影响了金属熔体和渣的化学性质，以及碳与渣和熔融金属中的其它组份之间反应的热平衡和物料平衡。
当燃料，如液态或气态碳氢化合物和/或含碳固态的物料燃烧而放出熔化固态铁类物料所必需的热量时，充满炉子空间的燃烧产物便与固态铁类物料活跃地反应。这些燃烧产物的温度与化学性质影响着加热和氧化的速率，并因而影响废钢堆中氧化物产生动力学和该氧化物进入渣中的速率。
渣形成的时机选择及其化学性质还受供热动力学、造渣剂和进入发生渣形成的炉底区域的碳的影响。渣中的碳含量、渣的温度和碱度在整个炼钢过程中影响渣的氧化物，渣中的硫、磷、硅和铁-碳熔体之间的反应。
现有的炼钢方法通过将热的燃烧产物以以下方式置于废钢堆的内部而加速了废钢的熔化即要使燃烧产物和废钢表面区域之间有最大地接触以获得最大的传热。为了使整个废钢表面积和热燃烧气体之间接触，氧由几个方向供入，流体燃料通过风口或烧嘴供入与氧混合而形成良好的混合，而含碳物料则通过分批装入而被置于废钢堆内部。
当该最大表面积暴露在为氧化含碳物料而供入的氧气流中时，在低温预热阶段内金属表面不受影响。但后来当废钢表面变热时，过量氧的接触导致产生过量的铁氧化物。以后这种过量氧化铁的产生通过该氧化铁与在渣中聚集的含碳物料之间的吸热反应而使渣冷却。这还导致在熔体过热期内增加了铁碳熔体的氧化，这降低了金属产量和该方法的竞争性。废钢表面的过度氢化还导致在废钢表面产生氧化物隔热层，它降低了热传递速率并增加了废钢预热和熔化的延续时间。
当冷的固体物料装在未配置局部供热装置的炉底上时，它们很快地使该炉底衬层冷下来。过后，在熔化周期内，第一部份熔融物料到达此较冷冷炉底区域。该第一部份熔融物料与冷炉底衬层之间的接触导致了与先已装在炉底上的固态炉料部份相混合的该第一部份物料的凝固。这些凝固的物料保持固态直至熔化期后期，并且仅当金属熔池变得足够热时，该凝固的炉底层方才熔清并开始参与精炼反应。这导致了炼钢周期的延续时间显著增加。
由于重视这种具有冷炉底区时的消极影响，以上被参考的各专利公开了各种装置，例如烧嘴或风口，用于局部供热以便在炼钢过程中使炉底区保持热态。遗憾的是，在炉底附近为使辅助燃料燃烧而引入氧化气体却引发了与上述燃料积极夺取氧的熔融物料氧化的化学反应。这就消极地影响了整个炼钢过程的效率，这包括金属产量、造渣速率、熔化和精炼期的长度，以及熔体化学性质的可预测性。
因而，为了在使用固态铁类金属物料和由碳氢化合物与固体碳所组成的燃料的炼钢过程中有高生产率和效率，重要的是防止固态物料在整个熔化周期中的过度氧化。
另外重要的是在废钢底部提供热的燃烧产物以使在废钢堆的下部和熔体自身能被连续加热，借此防止第一部份熔体因接触较冷的炉底而被冷却。
同时，为了通过保证熔体连续精炼而缩短炼钢周期的延续时间，希望将熔体与热的高碱度渣尽可能早地接触，以保证熔体的连续脱硫。
当使用100%固体铁类物料生产钢时，为了提高金属产量，重要的是保证聚集在炉底的铁-碳熔体通过与热的固态碳接触而连续增碳。
为了增加使用固态铁类金属物料炼钢法的灵活性，希望提供不仅使用固态废钢，而且还使用固态生铁、直接还原铁、少部份返装钢水，或部份铁水的能力。
本发明的目的是提供一种具有较高热效率的炼钢方法，该方法使用含碳固态物料作为燃料源，并在炼钢过程中降低耐火材料衬的损耗和因氧化而造成的金属产量的损失。
本发明的另一个目的是通过减少固态铁类金属炉料熔化所需的时间而提供高生产率的炼钢方法。
本发明的再一个目的是提供这样一种炼钢方法，该方法具有使用种类广泛的，都作为欲处理铁类物料的固态和液态铁类金属物料的灵活性。
本发明的又一个目的是，使该方法能在许多设计不同的具有容纳熔融金属耐火材料衬部份的现有炼钢炉中进行。如，现有的碱性顶吹氧气转炉(BOF)，以及改进的具有三个电极的电弧炉(EAF)，或具有一个电极的直流EAF均可用作可能用来实施本发明的炉型中的一种。
本发明通过使该新方法具有很高再现性的并易于实施的多个可控工艺步骤来达到上述目的。本发明使用固态铁类金属炉料，这可包括单独的废钢、生铁或直接还原铁，但它们也可与铁水或剩在炉中的钢水炉料一起使用。用于本方法中初始固态铁类金属炉料预热和熔化的热基本上是关键性地通过按时并间隔地装入的两种不同类型固体含碳燃料的燃烧而产生的，它保证伴随废钢表面的最小氧化来预热该废钢，并在熔化期内对废钢表面提供保护，还保证了铁-碳熔体的有效增碳和废钢熔化期内所产生的氧化铁的部份还原。这些燃料主要以炉顶中心吹入的氧化气体而受控氧化。该氧化气体以下述方式受控地供入该炉内，即首先将其引入并部份消耗于保持由所装物料放出的碳氢化合物和CO有效的富氧二次燃烧，进而透入由炉料充满的远离炉子侧壁的中心炉区。并在该炉区内部份地消耗于与CO、碳氢化合物和其它可燃气体的反应。残余的未反应氧化气体最后转到中心炉区的外侧，并在该处消耗掉。由于所供入氧的消耗和在该外周边区挥发的CO和碳氢化合物的亚化学计算的燃烧条件，故而保持了一个降低了的温度，这些亚化学计算的条件在该中心炉区外侧，即炉子中心区和侧壁之间的空间中得以保持，在该处放置着待被预热并且然后伴随最小氧化而被熔化大量金属炉料。所需的供氧可控性是通过保持预定的氧化气体流量和将顶吹氧枪定位于固体炉料上方，过后是在熔融金属上方的至少一个或多个预定位置而持续得到保证的。
第一种所述固体燃料主要是低灰分含量的固态碳。例如焦炭或无烟煤，而第二种固态燃料是长焰煤和/或含最多达50%易挥发碳氢化合物的气煤。第一种含碳燃料主要以熔体的增碳剂和氧化铁的还原剂，并在最后的废钢熔化的高温阶段作为主要的含碳燃料而用于冶金目的。它的连续装入量要使得它能在废钢预热和废钢熔化初期经受住加热和燃烧产物及吹氧的氧化而部份地残留下来。第二种含碳物料首先将在废钢开始预热时被迅速挥发而部份消耗，然后在废钢预热和熔化期间通过剩余碳的氧化被部份消耗掉。两种含碳燃料在与氧接触时都先氧化成CO，进而此CO在所装入的固体金属料堆的内部和上方与氧接触时经二次燃烧被氧化成CO2。
本方法还采用另一种使中心炉区中的铁类炉料中的经预热废钢部份燃烧，而将温度提高到迅速熔化其周围废钢所需的很高的程度的步骤，所说熔化是主要靠中心燃烧区的辐射完成的。这种燃烧是通过将氧化气体流量提高到这样一个水平而完成的在该水平下供入中心区的氧显著地超过供挥发出的可燃物完全氧化所需要的量。位于接近炉子侧壁的周边炉区的较冷废钢把该中心区与炉壁隔开，以防止耐火材料衬被高温破坏。
这两种含碳物料的分阶段氧化不仅按各阶段的时间来选择(这种选择是由于第二种含碳燃料的碳氢化合物迅速挥发而引起的)，而且还按对装入炉子中心区内部和其外侧的含碳料要保持不同的氧化条件的布置来区分。通过在整个预热期内控制氧化气体的引入，并通过两种含碳物料的装入，对于大部分废金属炉料持续地提供了基本上是还原性炉内气氛的保持。
当位于中心区的固态铁类物料基本上已被预热时，可控制地增加氧气流量以点燃至少一部份位于炉子中心的热废钢。在此期间，中心区内部的氧气流量显著高于使挥发的碳氢化合物和因含碳燃料氧化而生成的CO完全燃烧所需的流量。热的铁类物料的氧化很快在中心区及远离炉壁处放出大量的热。在此期间，燃烧的金属朝着依然受到周围的不完全燃烧产物保护的周围废钢辐射很高的热流，这些不完全燃烧产物主要是装到炉子中心区外侧的含碳物料的亚化学计算氧化而产生的，因而保护了大多数金属表面并将金属产率损失保持很低，从而使得该方法在经济上很有吸引力。通过控制氧化气体的引入，位于炉子中心区的含碳物料氧化速率维持得比炉子中心区外侧的这一速率高，结果使得含碳物料氧化不仅按时而且还按位置分阶段进行。
对于本发明而言重要的是保证将含碳物料在固态铁类物料顶上连续地，以大致相应于朝固态物料堆所吹氧流量的量装入。这将避免导致未燃烧碳氢化合物大量显著超过瞬时供氧过量的聚集，由含碳物料过度地放出碳氢化合物的这种聚集接着就能够导致CO和未燃烧碳氢化合物过量地放入炉子气氛。
为保证将最大限度的处理时间用于精炼铁-碳熔体，本方法包括在装入固态金属料之前先装入造渣剂的步骤，结果使得造渣剂位于所述固态铁类金属料之下。本方法使用某些份额的先一炉的热的液态留渣，从而使造渣剂装在留渣上面。造渣剂的化学性质和量使液态留渣碱度温度和粘度在其大部分熔化前产生变化。装入的造渣剂应保证将改变了的渣的碱度超过2.0，而较隹值为3.0。这一装入造渣剂的步骤使渣的温度降低和渣粘度升高。较冷的粘渣用于支承接着装在这种粘稠渣上部的所述第一种固态含碳燃料层，使得在熔化的前期内铁类金属熔体由于它通过位于粘稠渣上方的含碳燃料层流动时而会被还原和增碳。这将持续到大量聚集的铁-碳熔体最终使渣过热到使其变为流体，并能通过熔体向上流动并浮在该熔体之上为止。因而，这种方法保证了在金属炉料预热和熔化的早期阶段中熔融铁流的增碳，并防止了碳和粘稠渣的金属氧化物之间的吸热还原反应的冷却效应。这种方法还保证了在铁-碳熔体聚集在炉底之前由该热的改变了的渣持续加热炉底，这种加热减少了熔体的热损失，并且保证被上部热碳层早已接触过的铁碳熔体与来自下部热粘稠高碱度渣之间的早期脱硫和增碳反应。
当使用电弧炉实施本发明时，熔化、过热和精炼这些决定性阶段都是使用电弧的能量进行的。这就将减少或完全取消对在上述炉子中心区内部用氧化气体燃烧金属炉料的必要。这将进一步提高本发明的金属产量，并进而提高传统电弧炉技术的竞争性。
当固态铁类金属炉料主要形式为直接还原铁(DRI)铁和/或生铁时，要求对上述炼钢方法做某些改进。这些改进之所以必需，是由于固态铁与固态钢物料相比许多物理化学性质不同，这些物理化学性质在预热和熔化期间影响着金属炉料的行为，还影响铁-碳熔体的特性，例如起始碳含量和熔体的熔化温度。
首先，在处理固态生铁或直接还原铁时，在部份固态铁开始熔融之后，氧化气体氧化铁-碳熔体放出大量的热。当该铁碳熔体氧化时，大量的热被释放出来。这种热用于使熔体过热并熔化被浸没的固体炉料。在熔体内部的碳氧化期间，还产生大量的CO。该CO由具有熔化温度的熔体中放出并在熔体上方，剩余固态炉料的内部或上方进而被氧化成CO2。这保证了熔体的加热和过后的对剩余固态炉料的加热。这种CO-CO2的转化放出了约为碳完全氧化所放出的附加热的2/3。在CO通过固态炉料的时候，还保护了固态铁免遭氧化。
固态生铁或DRI料的具体特性涉及到它被热氧化气体接触时的行为。当固态生铁在氧化性的炉内气氛中被加热时，低的(相对于废钢)熔点和高的碳含量使它迅速结成渣，因而防止了热的固态铁块被点燃并迅速氧化。DRI的高气孔率、低的导热性，以及DRI料堆的低透气性使得该物料的迅速加热和熔化十分困难。这就使得必须以下述方式形式生铁和DRI料快速的起始熔化即，使用上述的含碳燃料良好地防止固态物料的氧化。再有，在熔化后期和精炼阶段，残留的铁块将由固态碳和铁-碳熔体氧化时产生的热CO给予保护。
为使固态铁熔化的起始阶段短而迅速，本方法采用了一个起始预热阶段，其中主要由轻废钢组成的第一铁类炉料被预热。该第一废料炉料应保证良好的透气性并且应当使用与前述技术类似的技术预热，这包括装入两种含碳物料，使用热的留清并将造渣剂装入炉内而将渣的碱度提高到2.0以上(较佳为3.0以上)，然后装入上述轻废钢。在上述初始的废钢炉料被预热后，主要由固态生铁和/或DRI组成的另外的铁类炉料被装在上述被预热的废钢炉料的上面。继而将另一批最终的废钢炉料置于上述固态铁料的上面。在这样装料之后，通过用顶部喷枪装置引入氧化气体并在上述另一批废钢炉料的上面连续装入含碳物料而进行另一次预热。在上述另一批废钢炉料被预热之后，增加氧化气体流量以点燃并燃烧位于炉子中心区内部的上述部分废钢。在炉子中心区内部废钢的燃烧导致中心区迅速升温，并形成其内包含氧化铁的熔融铁-碳物料的热的(高于1500℃)液流。该热的熔融铁料液流向下流到其熔点(低于1200℃)低于上述热熔融物料温度的上述生铁上并使之熔化。在过热的，含有熔融铁和上述热的熔融铁类料的铁-碳熔体聚集在炉底上时，氧化铁进而与所述含碳物料反应，并与熔融铁内的硅反应。这种硅的氧化放出另外的热量，它使铁-碳熔体的进一步过热。在此期间，由于采用了上述的废钢装入方法，十分重要的是熔点比上述热铁-碳熔体熔点更高的第一被预热废钢炉料起着缓慢可溶解的分隔缓冲层的作用。该缓冲层允许熔融物料流过固态生铁块和/或DRI而不允许生铁块或DRI得以进入熔池。在此期间，通过由顶部氧枪提供的并透入残余固态炉料内部的氧化气体与由含碳物料及炉底铁-碳熔体的氧化而产生的CO反应，在所述缓冲层区的内部提供了另外的热源。
必须以这样的方式安排生铁或DRI料的熔化即在预热周期内良好地保护固态炉料免遭氧化。再有，在熔化后期和精炼阶段内，应以在铁-碳熔体熔融氧化时产生的热CO保护残留的铁块。废钢预热的起始阶段应使用包含大分额的，富含量易挥发碳氢化合物的固态含碳燃料(长烟煤和/或气煤)来进行，以便预热顶部炉料。含碳氢化合物数量低的焦炭、无烟煤或其它固态含碳物料最好装在热的粘稠渣之上。该粘稠渣应通过在由前炉所留的渣之上预先装入造渣剂(例如石灰)而产生，以便提供较冷的高度碱渣。该固态含碳物料的装入将在废钢预热和熔化周期内很早就于废钢之下形成一个CO生成层。这将在整个熔化周期内特别是在炉料温度超过700℃和碳氢化合物的挥发极大加速之后保护炉料的金属部份免遭氧化。当金属炉料被预热到这类状况时，这些碳氢化合物的大部份离开了装在废钢之上的固态碳块，然后这些碳块到达炉子的下部。如以上所讨论的，高碱度的热渣的较早形成对于拉长铁-碳熔体的精炼，特别是贯穿整个熔化周期的脱硫也是有利的。
当在配备有电弧、等离子体或其它使用电能的热源的炉中用上述方法处理生铁和DRI料时，由于使用补充的电能熔化固态炉料，使得对废钢料的需求能够显著减小。
由于在熔化末和精炼阶段内，产生在铁-碳熔体内的放热份额比在其上的这一份额大得多，因此当处理主要包含生铁或DRI的铁类炉料时，高度推荐将非氧化性气体喷入熔体，以增强热和质量交换。
当可将其量最多占整个所装入铁类金属料的约80%的热铁水用来炼钢时，应对上述工艺加以修改。本发明的这种修改的实施方案可被用来处理至少部份由废钢组成的另外的固体铁类金属料。当废钢开始超过整个类金属炉料的20%左右时，铁水中碳和硅氧化所提供的热对炼钢过程是不够的。这便产生了对将附加热输入该过程的需求。在传统的BOF实践中，这种附加热是由铁水中的Fe的额外氧化而提供的。铁水价格一般高于废钢，而含碳燃料燃烧的热则是用于炼钢过程的最便宜的热能。因而这种修改的实施方案依赖于采用由含碳物料燃烧放出的额外的热量和与本发明上述修改相似地燃烧被预热废钢而放出的附加热的量。由这些方法中的每一个所放出的附加热的量取决于待处理的固态铁类物料与铁水的相对质量。
当约大于60%的铁类金属料以铁水形式装入时，该铁水应装在主要包含废钢的固态(是否被预热任选)铁类金属料顶上。而当小于50%的铁类金属料以铁水形式装入时，该固态铁类料总是应当在铁水装入之前被预热。当发生这种初始废钢预热时，最好应将铁类金属料的固态部份装在前一炉留渣的上面。预先用顶部装入的造渣剂使该渣变稠，同时提高了渣的碱度并降低渣的温度和流动性。尽管在其它情况下留渣不是必须的，但在小于70%的铁类料是以铁水形式装入时则是很合理的。
该实施方案与前述方法在三个方面上不同。首先，由于将铁水倒在含碳炉料上面可引起与所夹带水的危险反应，所以当不进行起始预热时，不推荐在装入金属废料之前安排第一含碳炉料的装入。此外，刚一装铁水，已含在铁水中的大量的碳便在固态废钢堆之下传送。其次，铁水的热在该固态炉料已进行或未进行初始预热的情况下均用于完成固态炉料的预热。该初始预热采用上述的使用含碳物料和氧化性气体喷射的方法。当完成铁水装入时，通过由配置在装有被预热过炉料的炉子中心区上方的顶部喷枪喷射适宜量的氧流开始点燃被预热过的废钢，然后开始形成铁水熔池。较佳的是在上述点燃之后的燃烧阶段内，应连续由顶部装入含碳物料。
本实施例的第三个区别与渣的形成和控制有关。使用大量的铁水导致硅被氧化铁迅速氧化。这导致在铁-碳熔体之上较早地形成大量的渣。在许多情况下，过量的这种渣必须在精炼阶段结束之前进行中间排放。根据装入的铁水量和欲生产的钢的牌号，为在精炼结束之前减少炉中存有的渣量希望中间的渣。在铁水含有可观数量磷的情况下，为在较低温度下脱磷，也需要进行这种放渣。
图1是说明本发明第一实施方案的BOF及其炉料的纵剖示意图。
图2是说明本发明第二实施方案的BOF及其炉料的纵剖示意图。
图3是说明本发明第三实施方案的BOF及其炉料的纵剖示意图。
图4是说明本发明第四实施方案的EAF及其炉料的纵剖示意图。
图5是进一步说明本发明第四实施方案的EAF及其炉料的纵剖示意图。
本发明的较佳实施方案将通过参照熔炼铁类金属物料并使用达100%的固态铁类金属炉料的炼钢炉来加以叙述。以下详述三个工艺的改进。第一项工艺改进是使用100%的主要包含废钢的固态金属炉料。第二项工艺改进是使用100%的主要包含生铁和/或DRI的固态金属炉料。第三项工艺改进是使用除包含废钢的固态金属炉料之外，还有至少为30%铁水(一般是由高炉提供的铁水)的铁类金属炉料。这些方法的详细叙述将按照完成本炼钢周期所需关键操作的顺序列于下文。
A.第一工艺实施方案(100%废钢)图1说明了在常规BOF中实施的本发明第一实施方案。首先，造渣剂(例如石灰)由料仓9最先装入BOF1。该部造渣剂的装入量为用于给定炉次的所需的造渣剂总量的40-80%。这种推荐的量将因提高渣2的碱度而增强前炉次的热留渣2的精炼能力。通过这样加造渣剂将提供不小于2.0，较佳是大于3.0的渣碱度。在装入造渣剂之前，前一炉次的留渣部份在炉中保持热态。留下前一炉的热渣是为了在装入废钢之前为炉底处成渣提供附加热，并防止到达炉1底部的第一部份熔融物料的迅速冷却。造渣剂的装入降低了留渣的温度并提高了该渣的粘度和碱度。在留渣中大量存在的铁和锰的氧化物保证了所希望的在较低温度下提高渣的碱度，并防止了大量的具有很高熔点的硅酸二钙的形成。
其次，将预定数量的挥发性碳氢化合物含量低的固态含碳燃料(近似30-50公斤/每吨放出的钢)，例如焦炭或无烟煤由料仓10装在第一批装入的造渣剂上面，以形成含碳层3。
第三，将该类金属炉料以一次或多次装料的方式装入炉内，以形成废钢堆4。该铁类金属料主要包含最多为此炉料100%的废钢。较佳的是应将该铁类料分批装入。第一部份铁类料装在上述预先装入的含碳燃料层3的上面。该第一部份铁类料主要应包括轻废钢，其数量占给定炉次全部待装金属料的5-25%。较佳的是将轻废钢用于保证良好的透气性。
第四，在上述金属炉料装炉之后，富氧氧化气体由输送管线5由所装炉料上方通过可移动顶部喷射装置6供入。
将包括含大量可挥化碳氢化合物组分的含碳碎屑长烟煤和/或气煤的补充含碳燃料8自料仓11在所述吹氧之前或在吹氧期内装在上述金属炉料4的上面。这批补充含碳燃料的装入以如下方式连续进行即要防止该料中所含的未燃烧易挥发碳氢化合物大量聚集。这就消除了对操作者和环境有危险的未燃烧碳氢化合物在炉内瞬时过度释放出较佳的是该补充的含碳燃料还包括其它含少量碳氢化合物的由料包12供入的含碳份额13，例如焦碳或无烟煤，它可以是由料仓6提供的块较小的这种物料。用于供入上述补充含碳物料的装料装置18应提供对每种这类被装入份额超重的控制，并且甚至还保证所装入的含碳物料在上述金属炉料上面的分布。氧化气体流应当用移动喷枪装置6引入，并应由操作者手动控制和或由计算机控制系统控制。氧气流朝着上述金属炉料的方向也应由该喷枪的运动来控制，以使上述氧化气体的主要部份被导向(较佳地用实际上可动多孔顶吹喷枪)位于远离炉侧壁的炉子中心区7。为了完成氧气的这种引入，在整个炼钢过程内应保证该喷枪的适当运动。
当所述炉料开始被置于炉中时，该炉应由于前一炉次而呈热态，以便可发生自热炉衬和热留渣的传热来保证含挥发性碳氢化合物的可燃气体的初始挥发。这些挥发性可燃气体由于该炉的燃料气体抽气系统在废钢堆上所产生的负压的作用穿入了废钢堆。
一旦开始将氧化气体吹入，便将富氧的氧化气体导向与含挥发的碳氢化合物和其它可燃物的可燃气体混合。氧化气体首先在二次燃烧区15处进入炉内，该二次燃烧区位于氧枪工作端处并在炉子中心区的上述固态炉料堆部分之上。由于由上述氧化气体带有的过量氧，所以该二次燃烧区15是富含氧的，控制该氧化气体的流量则保证了炼钢目的瞬时需要的氧的传送。因而该喷入氧的这个第一消耗区为自废钢堆逸出的可燃气体的燃烧提供了良好的条件。由于富氧燃烧混合物与位于炉内周边区14的金属炉料顶部的接触十分有限，因此在该区内存在的过量的氧并对金属产量损失无消极影响。在废钢堆顶部和上方放出的热朝着废钢堆辐射，并预热该金属和已装在此废钢堆上面的含碳物料。
在上述二次燃烧区15内喷入的氧被部份消耗之后，含有剩余氧的气流进而透过金属炉料4的内部，在其中，于冷固态炉料预热的起始阶段内，氧主要与含碳物料的可燃挥发组分反应，然后在固态炉料部分预热后则主要与上述含碳物料的热的碳表面反应。应当了解的是，这些含碳物料在被装在金属炉料顶部之后，它们还通过金属料块之间的孔透入料堆。位于金属堆内部和上方的火焰16内放出的热保证了金属炉料较轻部份的迅速预热和部份熔化，并将具有较高的质量表面积比的重块料预热到较低的温度。
由于大量的氧被导向炉子的上述中心区7，所以该区接受了由挥发出的可燃组份氧化所放出的大部份热，并因而具有最高的温度。该中心区外侧的金属料所占有的炉子体积则接受较少的未消耗的氧，并因而在吹氧期内保持着较为还原性的和较冷的状况。由于富氧氧化气体的正压力，氧透入环绕着上述中心炉区7的废钢堆周边区14。当高速的氧化气流透入废钢堆内部时形成了该压力。是这种供氧是在炉子周边区域内使碳氢化合物，CO，H2和其它可燃物燃烧。
因此，第二氧气消耗的中心炉区7，由于第一二次燃烧区15内部已部份地消耗了氧，所以接受较少的氧。最后，在环绕中心炉区的炉子空间14发生所吹入氧的第三阶段反应。在该周边区14内氧的浓度是最低的，但可燃气体的浓度是最高的。这就在该区的内部为废钢的预热产生了良好的还原条件，而不因金属的氧化造成任何显著的产量损失。由于占据此环绕区的金属体积比位于中心区内的金属体积大得多，所以总的金属氧化最小。该防护的主要作用首先是在起始吹氧期内由长焰煤和或气煤提供的挥发出的碳氢化合物所起到的，进而当废钢温度升到700℃以上时，则是由于焦炭和/或无烟煤内所含碳的氧化而产生的CO所起到的，该焦炭和/或无烟煤是被连续装在料堆顶上的，并且它们是作为所述第二固态炉料的一部份一开始就被装在造渣剂之上的。
在炼钢周期的该起始废钢预热步骤的较后阶段中，将补充的固态铁类金属装入炉中。而补充的含碳物料接在上述装料之后连续地装在上述补充固态铁类炉料的顶部，以提供碳氢化合物和固态碳的补充来源，同时通过顶部喷枪6进行补充吹氧，以预热上述补充炉料。
在预热阶段后期中，一些轻废钢可被熔化并汇集在炉底。开始时，被氧化的铁-碳熔体通过预先装在造渣剂之上的焦炭和/或无烟煤含碳层3流下。该碳层和金属氧化物或熔融金属间的早期反应有助于完成熔体的连续增碳和还原一些金属氧化物。同时，铁-碳熔体和汇集在位于炉底的渣2上面的高碱度渣之间的反应，起动了熔融铁类料的早期精炼。
在加入材料预热期内，加入的炉料和接触这些料的燃烧产物之间的温差逐渐减小。这就使热传递的速率和效率慢了下来。为了促进传热并确保一个短的熔化期，将位于炉子中心区的已被预热的固态废钢部份点燃。较佳地是，在被装入的挥发性碳氢化合物消耗了至少50%和废钢平均温度达到约500-700℃之后发生该点燃步骤。
为了支持上述被预热废钢部份的迅速氧化，将吹入的氧流量增加到这样一个水平即在该水平下炉子中心区存在的CO、H2和碳氢化合物再也不足以保护钢的表面免于与增浓的氧迅速反应。氧与热的钢表面的反应放出高度密集的热量并提高在钢块表面上所形成的氧化物的温度。这种表面氧化热靠钢的导热性而很快传到该炉料内部。这就加速了与该氧化有关的金属块的熔化过程，同时将强大的热流导向周围的废钢。然后该热的铁的氧化物向位于炉底的铁-碳熔体流去，在该处这些热的氧化物首先与起始时装在铁-碳熔体之上的含碳物料层反应。此外，这个增加了的氧化气体流量提供了能够到达上述熔体和位于该熔体顶上的固态含碳料的较强的氧化气体流。这进一步增强了放热，该种热使熔体过热和使浸入于此熔体中的废钢熔化。这还提高了CO产生的速率和通过残余废钢向上运动的热CO的流量。
当起始时浸于铁-碳熔体中的部位较低的固态废钢基本熔化时，熔体的温度就升高了。这就为增稠的高碱度渣(它起始时位于炉底)提供更活跃地参与铁-碳熔体精炼的条件，尽管该渣还位于熔体之下，这还为此渣提供了随后向上浮起并改变其位置的条件，结果使其现在位于铁-碳熔体的顶部。
这种高碱度渣部份的浮起伴随着起始时留在该增稠渣上面的固态废钢块较低部位的熔化而逐渐发生。这种运动改善了渣料和铁-碳熔体之间的传质，并进而加速了熔体的脱硫。当热渣层在铁-碳熔体之上形成时，发生氧化铁与位于此熔体之上的固态含碳物料的吸热反应仍在进行。这种吸热反应所消耗的热量不能使热渣层显著冷却及使精炼步调减慢，这是因为顶吹氧氧化了含碳层3的放热反应产生了同时的放热。这就在炼钢周期的这一期间内生成了强的使铁-碳熔体连续加热的正的热平衡。
再有，此氧气流能够穿过热的流体渣层与铁-碳熔体接触，通过熔体中碳和其它组分的氧化提供附加热量。这保证了铁-碳熔体的进一步过热。
较佳的是，应在整个熔化周期内装入两种类型的含碳燃料，以保持废钢堆上面的和其内部的两种燃料所提供的碳氢化合物和固态碳间的所需平衡，并保持上述含碳层中的和过后的渣内部的焦炭和/或无烟煤的所需平衡。较佳的是，较大部份的含易挥发碳氢化合物组份的含碳燃料应在预热的起始较冷的阶段装入。
在整个熔化周期内对整个热平衡的控制，以及对决定着所述含碳物料层(它起始位于造渣剂的上面，过后，位于渣的上面和内部)精炼能力整个热和碳物质平衡的控制是通过以下方法保持的即控制起始的含碳物料的装料和进而控制上述的补充的两种不同的含碳物料的装入步调，以及还连续地控制引入该过程中的氧(较隹的是通过顶部氧枪供入的)。这种对整个氧引入的连续控制较佳地应不仅通过控制氧化气体流量，而且还通过控制可移动喷射装置的最隹位置来进行。在某些情况下，通过使用压缩空气和氧作为上述氧化气体的组份并在炼钢周期内控制它们的比例来控制富氧氧化气体中的氧浓度也是可行的。在此情况下可用一些压缩空气在初始预热时防止废钢的局部熔化，以及需要时在炉内降温。
为了保持熔体和熔体上方的固态物料的连续加热，并控制渣的氧化能力和体积，推荐在10%-90%的吹氧期内有控制地加入上述补充含低挥发性碳氢化合物的含碳材料，如焦炭和无烟煤。
在接近吹氧期结束时，当精炼周期接近完成时，熔体的碳含量变低并且渣中氧化铁含量增高。为了减少金属因渣造成的损失，并为了减少熔体中的氧含量，在邻近吹氧期结束时放出60-80%的渣，此后，结束吹氧并由料仓19装入补充的碳和/或含锰材料可能是有益的。
该放出的渣量按为下一炉留渣的目标，用于加热额外渣的能量价值，由减少金属损失而获得的节约，以及在炉底留有热渣的炉中燃烧含碳燃料时对热效率的改善来确定。
在出渣后的吹氧期内，添加固态含碳料不仅增强了熔体的加热，而且还使得被还原的锰部份地由渣扩散到熔体中，并减少出钢时钢的含氧量。
通过底部风口17吹入非氧化性惰性气体如氮气或氩气改善了铁-碳熔体的精炼，并减少精炼最终阶段内钢的氧化。
当上述工艺在配置有附加电能源如电弧或等离子体的炉中进行时，本工艺还应包括在最后部分的废钢熔化和铁类熔体过热期内引入电能。
B.第二工艺实施方案(多达90%的固态铁)本发明的第二实施方案涉及一种由主要包括固态生铁和/或球团、团块、或者压块形式的直接还原铁(DRI)的金属炉料来生产钢的方法。使用燃烧两种含碳燃料和部份被预热废钢所产生的高温热进行生铁和/或DRI的初始熔化，这在许多方面类似于上述的熔化废钢的方法。
通常，许多涉及用氧进行的煤燃烧、废钢氧化和生铁或DRI氧化的放热反应可潜在地放出大量的热。妨碍使用上述第一工艺实施方案来熔化主要包括生铁和DRI的固态炉料的主要困难是由该类炉料与氧接触时热固态表面的行为所造成的。固态生铁和DRI的氧化速率不允许这些固态物料由氧进行可持久的燃烧，甚至在还原气氛中对它们进行预热之后也是如此，这就使得采用本炼钢工艺实施方案成为必要。
图2说明了生产钢的这种方法，它由多个操作步骤组成。
首先，向炉21内装入造渣剂22来改变前炉所留的部份渣，以使渣的碱度提高到2.0以上，较隹是3.0以上。然后以类似于本发明第一实施方案的方式，装入含低量可挥发碳氢化合物的固态含碳物料。
其次，在固态含碳层23于增稠的渣上面形成之后，通过炉子开口25装入第一废钢炉料24。在装入该第一废钢炉料后，应使用与上述本发明第一实施方案相类似的预热方法将其预热。
然后装入固态生铁和/或DRI26料。接着将其余的废钢27装在固态铁料26的上面，使得整个固态铁料位于第一废钢炉料24的上面和第二废钢炉料27的下面。为保证本工艺的最高的效率，被装入的废钢必须是重量轻的，并且第一炉料的较佳堆比重为0.4-1.0吨/米3，而第二炉料的较隹堆比重为0.3-0.7吨/米3。然后应再进行预热并将该期进行到第二废钢堆的顶部被预热到约800°以上。
在使用上述废钢预热法将第二废钢炉料预热到约500-700℃之后，开始点燃位于炉子中心区的部份第二废钢。当上述的部份预热的废钢发生燃烧时，由氧化铁和熔融金属滴组成的热的产物从废钢堆的顶部流下。这些液滴被过热至少达到约1500℃的钢的熔化温度，这种热的熔融流使位于被燃烧废钢之下的固态生铁和/或DRI熔化。
为了保证有效的加热和熔化该废钢，本方法根据工艺阶段要求一定的氧化气体吹入条件，及向炉内供入含碳物料的条件。
本实施方案使用与本发明第一实施方案中所用的相类似的两种含碳固态燃料。在装入固态铁类金属炉料之前，首先以5-12公斤/每吨位于增稠渣渣上的第一废钢炉料的量装入无烟煤或焦炭。其它的含碳炉料应接在第二轻废钢和生铁和/或DRI装好之后装入。在首先向炉内吹入氧化气体3-6分钟之前或在此期间内，将附加的其量为20-50公斤气煤或长焰煤/吨废钢和15-50公斤无烟煤或焦炭/吨被装废钢装入炉内，以预热第一废钢炉料。
在吹氧开始时加入的气煤或长焰煤的速率和量应出于对形成高温还原气流来预热废钢炉料和炉衬的需要而作选择。这有助于避免难熔固态生铁在侧炉衬上形成沉积，并有助于加速在第二废钢顶部的预热完成后所进行的进一步熔体点燃。
在第一部份金属炉料的预热完成之后，其余的铁类金属炉料按上述方式装入，然后开始装入气煤或长焰煤，以便预热置于固态铁上面的第二废钢炉料。供氧强度较隹地应保持在0.8-2.5米3/吨炉料×分钟的水平，直至7-25公斤长焰煤和/或气煤/每吨包含在第二炉料中的废钢被装入为止。在由煤所挥发出的碳氢化合物燃烧形成的热还原气流所充塞的废钢体积中，伴随最后部份金属炉料装入，炉子中心区内的轻废钢部份熔融过程就开始了。包括铁-碳熔体和氧化铁的热熔融物料固态铁料流下。这保证了位于上述被预热的第一废钢炉料上面的固态生铁的起始熔化。
对所加的气煤和长焰煤的量，吹氧强度，对第二废钢料的吹氧持续时间的确定应考虑到需产生足以迅速熔化废钢的热量，以便形成起始的铁-碳熔体并然后点燃该熔体这一需求。
起始时装在位于转炉底部的留渣之上的无烟煤，以及留在第一部份炉料表面的含碳物料与氧化铁相互反应，从而将其还原。所产生的热-氧化碳穿过固态生铁和/或DRI并将其进一步加热，同时所形成气体的还原能力防止了剩余铁表面渣化。
无烟煤中的碳还被消耗于熔体的增碳。结果在整个熔化期内炉底都有高温铁-碳熔体，并且第一炉料的部份废钢起始就浸没在熔体中并最终在该熔体中熔化。
所得铁-碳熔体的精炼用传统方法进行，同时在该熔体点燃后以10-25公斤/吨全部金属炉料的量连续地将无烟煤或煤加入炉内，该碳质物料被部份用于调节渣的氧化性和炉内渣量。
C.第三工艺实施方案(使用少于80%的铁水)以上讨论过的本发明用于第一和第二实施方案的某些改进的技术在用于本第三实施方案时应予修改。在本实施方案中，固态含碳燃料，铁-碳熔体中的碳和固态废钢中的铁氧化放出的热量，根据炉料中铁水重量与固态铁类物料重量之比而改变。对于可由固态炉料初始预热传输的热的限制取决于该炉料的总重量，因而该重量的减少将使热平衡朝着较多使用由铁-碳熔体氧化所放出的热，而较少使用由固态含碳燃料氧化所产生的热的方向转变。
对于生产大多数牌号的钢而言，当使用本第三实施方案时希望在炼钢炉内保留先前一炉次的高碱度渣，以20-40公斤/吨炉料的数量加入造渣剂，如石灰，进一步提高了碱度并降低渣的温度和流动性，并因而使前炉的留渣变稠。这种被带入到本过程中的增稠渣的存在随后又促进了热铁-碳熔体中硅的氧化过程。这使铁-碳熔体增强了加热并加速该熔体之上和熔体之内的废钢熔化过程。由吹氧期开始便存在的这种高碱度渣还造成了完成金属熔池脱硫过程的有利条件。
图3说明了本发明的该第三实施方案的操作。在采用该实施方案时，当完成了固态铁类金属物料31在增稠的高碱度渣32上面的装料时，进行铁水33的装料。在本发明的该实施方案中，操作者应知道对于给定炉次可利用的铁水的近似重量。在占整个铁类物料80%以下的铁水被装入的情况下，操作者可考虑在铁水装入之前对主要包括废钢的固态铁类物料的初始预热，在占铁类物料的50%以下的铁水被装入的场合中，操作者总是应当进行初始的废钢预热。在其余情况下应按照经济方面的考虑，这包括废钢和含碳燃料的价格，过程时间的利用率，所生产钢的牌号，以及所用炉子的类型来决定是否进行起始的废钢预热。通过顶吹氧和顶部装入含碳固态燃料而进行的初始废钢预热过程应以类似于上述其它实施方案的方式进行。
在完成铁水装在冷的或被预热废钢上面的之后，应开始将固态碳质物料装在上述固态铁类金属物料的上面。与上述含碳物料装入的同时或在其之后，较隹地应使用顶吹氧装置开始吹入富氧的氧化气体，该吹氧装置是将该氧化气体导向装在炼钢炉中心区内部的部份上述固态铁类物料的。铁水的装入保证了钢堆温度的迅速升高，并在废钢堆内造成由铁-碳熔体氧化产生的CO气流的较好的二次燃烧条件。这就保证了减少在使用本发明的该第三实施方案时的Fe的氧化并提高了金属产量。在大于50%的铁以铁水形式装入的情况下，当氧化铁和铁与熔体的硅反应时，较早地生成大量的渣34，这就在该熔体上面产生大量的渣。在这类情况下，在铁水装入之后开始的氧化气体的吹入应为用于整个炉次的总吹氧时间的约15-70%。在该吹氧结束之后，可进行中间放渣，使整炉次中所产生渣的40-80%被放出。在中间放渣之后，应再次进行氧化气体的吹入。应加入用于指定炉次的其余的造渣剂，较隹地是与顶部装入含碳固态物料同时加入。这种加入的持续时间应近似等于上述中间放渣后进行的总吹氧时间的15-70%。
以上所推荐的在热金属中硅氧化后所进行的任选的中间放渣，导致了与脱磷(因为所放渣的温度较低)和脱硫(由于放渣期内熔体中氧活度的减小)相关的渣的精炼能力的提高。
所放的渣量由它的质量和酸性氧化物含量来确定，而酸性氧化物含量又取决于热金属和废钢中的硅含量和废钢混杂金属杂质的程度。热金属和废钢中的高硅含量和小的渣量则需要最大限度地，如约70%放渣，热金属中的低硅含量和小的渣量则要求在转炉中有较高的渣保留率，因而放出渣量的约50%或更少。
本方法也可在不作中间排渣的情况下进行，在此情况下，前炉渣量的20-50%被留在炉中，经加入部份造渣剂使之增稠，而剩余的造渣剂则在熔体表面形成初渣，该初渣来自由炉底浮起的部份增稠了的高碱度渣和熔体部份杂质氧化的产物。这种初渣的特点是较高的碱度，较低的氧化水平和较高的温度。过后向这种渣中加入石灰不会导致硅酸二钙的生成。这使得石灰的溶解过程大为加速并改善了熔体精炼过程。
上述的向炉内吹入氧化气体和加入含碳物料及造渣剂的条件应充分考虑用高比例固态金属炉料生产钢的特性，以便提供具有最隹技术效果的优化工艺。在许多情况下可行的是，在炉内保留20-50%的前炉渣，在装入废钢和热金属之后顶装8-25公斤固态含碳燃料/吨金属炉料，不进行中间放渣，而代之以在吹入全部氧化气体的25-36%期间内在上述顶装固态含碳燃料的同时加入造渣剂。
用铁水炉料迅速预热固态废钢使废钢预热时间显著缩短。这可观地促进了废钢的熔化过程。而前炉留下的热渣的存在有助于热金属中硅的加快氧化，导致熔体的加快加热和废钢的加快熔化。向特征为碱度相当高并由于炉底存在有制备好的渣而在此时已形成的初渣中加入造渣剂，可使熔体以高水平的脱硫脱磷而精炼。本发明的显著优点是这样的事实即在新的另造的渣形成之前炉内发生所装入的含碳燃料的燃烧，因而保证了气相中全部硫的几乎全被脱除。高的精炼效率所需的造渣剂数量得以减少并减少了渣量，保证了在金属炉料中使用较高比例的废钢。
可行的是，在吹入氧化气体整个期间的65-85%内，以近似相等的间隔、近似相等的批量、2-5公斤/吨炉料的范围连续顶装含碳物料。通过在固态铁类炉料内部或之上提供下述条件而极大改善炼钢过程的热效率;该条件更有利于完成所装含碳燃料的更完全氧化，同时更有利于在渣中铁的氧化物氧化熔体的碳的吸热反应期间使铁的氧化和热损失减至最小，以及用渣进行最优化的金属精炼。
当少于50%的铁类金属料以铁水形式装入并且起始的废钢预热是可行时，较隹的是在这种情况下，以占炉子总体积1/4-3/4的数量分几批将废钢装入炉内，并通过以至少0.7米3/公斤所装入煤的速率供入的氧使至少10-25公斤长焰煤或气煤/吨装入废钢燃烧将上述每一批料至少加热2分钟。
当使用多批废钢炉料并且装入铁水少于50%的铁类金属炉料时，可行的是，在装入第二批和后续批次固态废钢之后，通过以10-15公斤/吨废钢的比率所使用气煤或长焰煤的燃烧重复该预热过程。这改善了废钢的均匀加热和固态炉料中煤的未燃烧部份的均匀分布，该均匀分布在后来使废钢加速熔化。
虽然上述实施方案主要有赖于熔体碳氧化所放出的热能(该能使该熔体过热并且该能的一部分还和含碳燃料燃烧热一起利用(主要用于固态炉料的熔化))，但本实施方案的经济性使得在小于50%铁类金属物料以铁水形式装入的情况下将该方案用于改进的电弧炉也是适宜的。
当采用本实施方案的炼钢炉装备有电能源例如电弧发生器等离子体时，该电能源可通过使用电能在继铁水装入后所进行的主要部份吹氧后去完成后一部份废钢的熔化来用于进一步减少可被装入的铁水量。在熔体精炼期间也可使用电能源。在全部上述实施方案中，使用附加电能将提高金属产量和改善熔体精炼期的灵活性。
D.第四工艺实施方案当炼钢炉配备有附加电能源时，就可使用本发明的下述实施方案。虽然电能是本实施方案所用的最贵的能源，但它可以在熔化和精炼的最终阶段最有效地被使用。在炼钢周期的这些期间内，已存有铁-碳熔体，结果使得在熔体上方建立起电弧时或在等离子束被导向该熔体时炉底受到良好的保护。该附加电能提供了更为可控地引入能量并保证减少熔化和熔体过热所需的废钢燃烧量。
在本实施例中使用作为附加能源的电能只需消耗相当少的电能。这显著减小了与使用电弧或等离子提供的电能有关的费用并改善了对整个熔化和熔体过热的控制。虽然电能应主要在熔化和熔体过热的最终阶段内使用，但是在吹氧和/或含碳燃料引入由于设备故障或由于其它生产和技术上的需要而中止的紧急情况下，使用电能是可行的。
本实施方案可通过使用示于图4的改进的EAF40而进行。在可移动水冷炉盖42上的孔41可用于保证在预热和熔化期内通过这些孔引入可移动的单支或多支喷枪装置43。
首先将造渣剂装在前炉留渣的上面，以提高增稠渣45的碱度和粘度。然后将含碳物料46装在该增稠渣的上面。进而将第一废钢炉料47装在上述碳质物料上面。并将一支或多支可动喷枪43通过炉顶42插入位于所述废钢炉料上方的空间48中。
然后通过这些喷枪开始吹入氧化气体的过程。在这种吹入的同时或在其之前，如按前实施方案所述将两种含碳物料通过炉盖开孔49装入。如同按前实施方案所述，在炼钢过程的预热和熔化阶段连续装入含碳物料。在使用单支喷枪时，该喷枪基本上沿炉子的中轴设置。当使用多支喷枪时，它们则靠近炉子中轴设置。较佳是这样设置在熔化和铁碳熔体51过热的最终阶段内撤除喷枪后，这些用来插入喷枪的孔还可用于如图5所示地引入石墨电极50。应对EAF作出改进以便能迅速和自动地将电极50和喷枪43移入和移出炉子，并保证在操作期内于炉子内部可控地向上和向下运动。炉底吹气装置53可任选地用于本实施例，以达到与本发明第一实施方案相类似的目的。
当使用单支或多支条离子枪代替电极时，它们也应能向上和向下移动以保证废钢熔化和铁-碳熔体过热效率较高。用于本实施方案的电能量不应超过350千瓦小时吨/所生产钢，并且较佳地应保持在50-200千瓦小时之间。
当使用本文所述的附加电能来实施时，可对前三个实施方案中所述的每一种工艺加以改进。
对于使用与本文上述不同但仍然是在本发明的范围和精神之内的组合铁类金属物料时，全部上述4个实施方案的操作都可加以改进。本发明的操作还可在这样的炉子中进行;该炉子在熔化和精炼的后期内通过炉底风口将附加的氧化气体喷入铁-碳熔体内，以便在铁-碳熔体的氧化过程中协助顶吹操作。
虽然已结合BOF和EAF炉叙述了本发明的实施方案，但应当理解的是，还可布置和设计其它的设备来进行使用铁类金属炉料和固态含碳燃物料的上述炼钢过程。
此外，虽然本发明已具体参照其较佳实施方案而被详加叙述，但应当理解的是，在本文所述和权利要求所提出的本发明的方法和设备的精神和范围内可作出变更和改进。
权利要求
1.一种在至少部分衬有耐火材料的炉子中所进行的炼钢方法，此法包括下列步骤(a)首先将造渣剂装入上述炉中；(b)然后在上述造渣剂上面装含易挥发可燃组分的固态含碳物料；(c)然后在上述固态含碳物料上面装包括废钢在内的第一铁类金属物料；(d)然后用位于上述铁类金属物料上方的喷射装置通过朝上述铁类金属物料吹入可控的氧化气流，以使至少部分上述含碳物料的所述易挥发可燃组分燃烧，来预热至少一部份上述铁类金属物料；(e)然后将氧化气体朝着远离侧壁的炉子中心区吹入并提高氧流量，以便在炉子中心区提供使一些装入炉内的铁类金属物料点燃和氧化的条件，来升高温度并放出使装入炉内的全部铁类金属物料至少部份地熔化所需的热；(f)将熔化的铁类金属汇集至炉底，并将渣料汇集在上述熔化的铁类金属上面；(g)供入氧化气流以便至少部份地精炼上述熔化的铁类金属并使其过热至其熔点以上。(h)在达到所要求的出钢温度后放出至少部分上述熔炼过的铁类金属。
2.权利要求1的炼钢方法，其中所说的造渣剂装在前炉的热留渣的上面。
3.权利要求1的方法，其中所说的造渣剂是石灰为基的物料。
4.权利要求1的方法，该方法进一步包括在朝着炉子中心区吹入氧化气体的上述步骤之后装入补充的含碳物料的步骤。
5.权利要求1的炼钢方法，该方法进一步包括在装入第一铁类金属物料步骤之后的向炉内装入补充铁类物料的步骤。
6.权利要求1的方法，该方法进一步包括在上述初始的吹入氧化气体步骤之后进行的至少一次补充的中间吹入氧化气体的步骤。
7.权利要求1的方法，该方法进一步包括在所说精炼和过热步骤之前的装入40-90%造渣剂的附加步骤。
8.权利要求1的方法，其中至少部份所说的含碳物料是在所述氧化气体吹入时装入。
9.权利要求1的方法，其中至少部份所说的造渣剂在所述氧化气体吹入时装入。
10.权利要求5的方法，其中至少部份所述补充铁类物料在所述氧化气体吹入时装入。
11.权利要求1的方法，该方法进一步包括部分放出所说渣的附加步骤。
12.权利要求11的方法，该方法进一步包括装入形成含锰组分的补充渣的附加步骤。
13.权利要求1的方法，该方法进一步包括通过专用风口吹入非氧化性气体的附加步骤。
14.权利要求1的方法，该方法进一步包括在所述附加吹入步骤之前装入熔化的铁类物料的附加步骤。
15.一种在至少部份衬有耐火材料的炉中进行的炼钢方法，它包括下列步骤(a)装入含铁类金属物料的第一固态炉料。(b)然后装入熔化的铁类物料的第二炉料;(c)然后装入固态含碳物料的第三炉料;(d)然后在所述第三炉料之上设置喷吹装置，并朝着所说的第三炉料吹入可控的氧化气流，以至少部份地氧化所说的固态含碳物料;(e)然后装入含造渣固态物料的第四炉料;(f)然后吹入补充的氧化气体;(g)然后将附加的熔化的铁类金属汇集在炉底并将渣汇集在所说熔化的铁类金属的上面;(h)供入氧化气流以便在使所熔化的金属被部份地精炼和使之过热到其熔点之上;(i)在达到所要求的出钢温度后放出至少部分所说的熔化的铁类金属。
16.权利要求15的炼钢方法，其中所说的第一固态炉料装在前炉的至少部份的热留渣的上面。
17.权利要求16的炼钢方法，其进一步包括在装入所说第一固态炉料之前在所说热留渣上面装入造渣剂的附加步骤。
18.权利要求15的炼钢方法，其中所说的造渣剂是以石灰为基的物料。
19.权利要求15的方法，该方法进一步包括在所说初始吹入之后进行的装入补充含碳物料的附加步骤。
全文摘要
一种炼钢方法使用固态铁类金属材料作为金属加料的主要部分并利用两种不同类型的含碳物料和废钢燃烧所放出的热。含碳物料之一的可挥发碳氢化合物含量高，其作用是使铁类物料预热并部分熔化，另一含碳物料可挥发碳氢化合物含量低并为熔体增碳提供还原能力，并通过燃烧提供附加热量，用于增强固态铁类物料的加热和熔化。本方法也包括吹入富氧氧化气体，用于含碳物料中碳氢化合物的燃烧以熔化并精炼所形成的熔化物料。
文档编号C21C5/56GK1088620SQ9310720
公开日1994年6月29日 申请日期1993年5月25日 优先权日1992年5月26日
发明者莱富·阿兹特罗瓦, 格里高力·盖尔皮林, 格莱高力·格特曼, 艾克瓦·格里奈德, 波里斯·科斯托瓦 申请人:扎普特齐公司