专利名称：炼钢用转炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于由诸如生铁和/或废钢和/或海绵铁等固态和/或液态炉料炼钢的转炉，该转炉包括一有耐火炉衬的精炼炉体，一供给氧气或含氧气体的精炼装置和一加热装置;本发明还涉及一种炼钢方法。
已经知道有用燃烧器向炉料提供废热从而获得所需的出钢温度或有选择性地增加废钢料的方法(AT-B-232.531)，在该方法中，备有包括吹氧管和燃料供应管的吹管，用作加热精炼装置。石油或天燃气，即矿物燃料，可通过燃料供应管喷入精制煤气中。
用这种已为人所知的方案确实可增加废钢料，但是，随着废钢部分的增加，所需要的装料时间也增加，因为火焰本身必须穿过位于熔融的生铁上方的废钢料而燃烧。在火焰已经熔化了足够的废钢，直至达到生铁熔池液面高度之前，所供的氧气不会燃烧，而火焰熔化废钢的这个过程要花费相当长的时间。
从AT-B-372.110中知道，有一种用于由诸如生铁和废钢等的固态及液态炉料炼钢的转炉，该转炉包括一加热精炼装置，其中的加热精炼装置包括一等离子燃烧器，一包围等离子燃烧器并用于提供氧气的外壳和一包围所述外壳的冷却水套。另外，从US-A-3，316，082知道，有一种包括用于熔化废钢的等离子燃烧器的转炉，在该处，设有一个中心的氧气-气体导入装置。此外，从US-A-3，556，771知道，有一种包括一水冷钨燃烧器和一输氧管道的炉子。
分别使用这些已知的等离子加热装置和钨电极，就有可能提供附加的能量;但是，由于等离子负极的水冷却而经常发生泄漏，导致生产率的不可容忍的下降及高的维护费用。如果等离子燃烧器在工作并同时进行吹氧，所发生的泄漏问题就会特别地恶化。这种燃烧器还有另一个问题，即由于水冷却带走了大部分的热能，故而限制所提供的能量的升高。
从EP-A-2，257，450知道，有一种电弧炉，在该处，为了节约能量，备有碳质燃料及含氧气体的供应。氧气通过固定地装在炉子上部区域内的吹送装置向下倾斜地喷入炉内。形成的气流吸入由废钢及形成的熔融体产生的反应气体并使之燃烧。采用这种电弧炉，随着废钢量的增加，就相应地需要增加装碳量。与AT-B-232.531相类似，这就意味着，要达到较高的产量，就要用矿物燃料代替电能。这就涉及到一些冶金方面的缺点，例如会使N、H及S的含量增加。另一种可以发现的缺点是，电弧炉的加料时间(两次出钢之间的间隔)非常长，这是由于，与转炉技术相比，它有完全不同的熔炼控制技术(扁平的熔池)。
从AT-B-376.702知道，有一种冶金炉，穿过它的顶盖引入几个中空的电极，在电极的每个孔穴中还可升降的方式引入一送气管。为了在冶金上处理非常不同的钢种，该冶金炉可以任意地用作a)电弧炉。此时，将管口收回至中空的电极口之后，以熔化炉料和/或熔剂，b)等离子炉。此时，将管口移离中空的电极口或位于中空电极口的稍前方并同时输入生成等离子的气体，以高的能量输入熔化炉料或熔剂，或c)精炼炉。此时，将管口移至超过中空电极口，如果需要的话，直至浸入熔融的炉料池中并输入含氧气体，同时中断供电。
由于在吹炼过程中不可能输入电能，故而在这种情况下也必须将多于普通熔炼所需的碳加入装入炉中的废钢中，这仍然涉及上面所述的缺点。
另外，电极和在电极孔穴中可升降的送气管道的联合体要占用很大的机械方面的投资。还有一种危险性，即由等离子气体所引起的大量热量以及由于污染的危险，送气管相对于电极的可移动性，特别是送气管的不断精确再调整都不能保持。
本发明的目的在于避免上述的缺点和困难并提供一种最初定义的那种转炉及一种炼钢的方法，它们能实现尽可能高的生产率，即尽可能多地缩短装料时间，此时，可任意地只加入废钢或另外加入生铁，也可以只加入生铁(如果需要的话，可同时装入冷却剂，例如，矿石，石灰石)。在钢的生产中，在保持品质上的优点(例如钢的N、H及S的含量低)的同时，最高的精炼速度具有特别的重要性，而这可在氧气吹炼的转炉中获得。
根据本发明，上述目的的实现是由于有一个加热设置，该装置包括至少一个自耗石墨电极和独立于加热装置的精炼装置，该精炼装置可由氧气喷枪形成，或可包括位于熔池液面之下的底吹和/或侧吹喷氧风口。随着一个(或几个)电极在转炉内的移动，可以做到同时进行熔化及精炼，并最大程度地节约电极，即避免电极的过度磨损。
由此，可将快速吹氧转炉的优点和电弧炉的具有高的熔炼输入的优点结合起来，但是，本发明是以转炉技术为基础的，应用此技术，用电弧加热，可按需要改变固体/生铁炉料，同时获得最大的精炼速度。根据本发明的转炉，其高产量是由于炉料的高含碳量可采用高的吹氧率，而这对于电弧炉来说是不可实现的，因为电弧炉的扁平熔池的控制及炉体的结构完全不同于转炉。
根据本发明的转炉在使用时可有一独特的优点，特别是在吹氧转炉或电弧炉都不能有效工作的范围内，即炉料中的生铁部分在从大约30%至70%的范围内。
最好设置两个或多个自耗石墨电极，对于直流操作，其中的一个石墨电极相应地接正极，而另一个石墨电极相应地接负极。
为了确保均匀的电极消耗及转炉耐火炉衬的均匀磨损，石墨电极最好与转换开关连通，该开关能从正极接通换至负极接通或从负极接通换至正极接通。
根据一较佳的实施例，电极为负极，并在转炉的底部设置一个或几个底部正极，这样就能输入很高的能量并由此使两次出钢的时间间隔特别短。
另一优先选用的实施例的特征在于，在交流操作中设置三个石墨电极。
转炉要相应地设置底部吹洗风口，用以输入吹洗气体。
不用说，如果对过程控制有利，转炉可装有用于输入熔剂和/或矿物燃料的辅助装置。
石墨电极最好设置在转炉的纵向中心轴线之外，也位于与转炉炉口相连的烟道之外，这样，由于电极易于接近，故而对使用并维护电极或电极的夹持装置有显著的优点。
一种根据本发明的在采用转炉的基础上由生铁和/或废钢和/或海绵铁炼钢的方法的特征在于转炉技术，它用氧气或含氧气体精炼并通过在至少一个自耗石墨电极上燃烧电弧而输入由电生成的热。
这种方法，特别是如果要熔化大块废钢时，其特征是，在第一个工序中进行生铁的初级精炼，并在需要时，进行部分废钢和/或海绵铁的初级精炼，接着在第二个工序中熔化另外装入的废钢和/或海绵铁，并且如果需要的话，同时或在第三个工序中进行精炼，其中，在第一个工序中仅启动精炼装置，而在其它工序中同时启动精炼装置和至少一个石墨电极，即当顶吹氧气时交替启动并在从熔池液面之下吹氧时交替地或同时启动精炼装置及至少一个石墨电极，则此方法具有独特的优点。
如果首先要熔化小尺寸的废钢或海绵铁，则石墨电极及精炼装置就相应地从一开始就都启动，将废钢和/或海绵铁连续地和/或分批地加入已存在于转炉内的生铁中。
下面，参照附图用几个实施例较详细地描述本发明，这些图是
图1是根据本发明的转炉的纵向剖视说明图;
图2是此转炉的顶视示意图;以及图3是转炉的另一个实施例的顶视图。
转炉的精炼炉体用1表示，该转炉由设置在支承环2上的耳轴3可倾动地安装在转炉座上。精炼炉体1包括一金属外套4，其内部设有图中未示出的耐火炉衬。烟道5可与转炉炉口6连接。
在转炉处于直立位置时，氧气喷枪9沿中心伸入精炼炉体1的内部7，该喷枪可沿直立转炉的纵向中心轴线8提升和下降并可穿过转炉炉口6从上方引入内部7。在与氧气喷枪9的横向距离为10处，两个自耗石墨电极11伸入精炼炉体1的内部7，这两个电极在径向相对于直立转炉的纵向中心轴线彼此相对地布置。电极11穿过各自的电极口12伸入，电极口设在转炉排烟罩13上。正如图中所示意地示出的那样，电极11可以升降并能整个地向上拉出精炼炉体1之外。各电极11可一同操作，也可单个操作或交替操作。
在精炼炉体1的底部14上设有用于供给吹洗气体的底部吹洗风口15。另外，在底部14和侧壁上分别设有底吹和侧吹风口17，它们的位置仍低于通常的熔池液面16，通过这些风口可引入氧气或含氧气体。
如果电极11接通负极，则在精炼炉体的底部上布置两个底部阳极18。也可设置一个单独的中心底部阳极19，以代替两个底部阳极18。
根据图3所示的实施例，在距离氧气喷枪9为10处设有三个用于直流或交流操作的自耗石墨电极11，并且与喷枪平行。另外从图3中可以看出，在转炉的排烟罩13上设有一个单独的排放炉渣21的放渣口20和一个单独的排放钢液23的出钢口22。
如果转炉的操作需要引入熔剂和/或矿物燃料，则可装有用于这些目的的附加装置，这些装置时常设在转炉上，但图中并未示出。
根据本发明的转炉可以的不同方式操作。例如，已装入转炉中的生铁和部分废钢的被次精炼可在不使用电极11的情况下(在这种情况下，电极从精炼炉体1中拉出)在第一个工序中进行。此外，装入的废钢仅在使用电极11的第二个工序中熔化并完全精炼，全部精炼既可以与第二工序同时完成，也可仅在第三个工序的熔化之后完成。如果是处理大块的废钢，则这种操作方式有特别的优点。
另一种较好的(特别是在加入小尺寸的废钢时)操作方式是从一开始就同时进行加热和精炼，这意谓着同时操作精炼装置9、17和电极11。然后可以连续地或分批地加入废钢和/或海绵铁。
在炼钢过程中可以在任一时间加入熔剂和/或矿物燃料并导入冲洗气体。另外，根据本发明的转炉也可以在洼地运转。
根据本发明的转炉和根据本发明操作转炉的工艺的独特优点在于组成金属炉料时的高柔性，炉料的范围可以从100%的液体炉料(生铁)到100%的固体炉料(废钢和/或海绵铁)。另外，当以高的容积重量连续装入固体炉料时，也可获得最大的产量。
下面对用KMS(Klockner-Maxhutte炼钢方法)转炉生产钢和用根据本发明的底吹转炉生产钢作一比较对这两种转炉，以年生产时间为6，800小时为基础，它们的出钢重量为140吨，生产率为89%。在这两种转炉中加入的炉料为53.6%的熔化生铁，13.6%的废钢，6.9%的固态生铁和25.9%的海绵铁。
当使用KMS转炉时，初次出钢的时间间隔为55分钟，初次吹炼时间为33分钟，其间有22分钟的非生产时间。除了上述炉料之外，KMS转炉需要煤料，即每吨钢加90公斤的无烟煤，煤料以粉尘的形式经过底部喷嘴输入转炉，年产量为1，039，000吨。
当使用根据本发明的转炉时，初次精炼在第一个工序内进行，装入的炉料为84吨的熔化生铁，21吨的废钢和11吨的固态生铁，即总共116吨。为了完全地精炼这种炉料，就需要在22分钟的非生产时间内有13分钟的理论吹炼时间，这与35分钟的两次出钢的时间间隔相对应。但是，吹炼没有完成，吹炼大约在吹炼时间的85%处中断，即在大约11分钟之后中断。当时的碳(C)含量为0.5%，一氧化铁(FeO)的含量少于5%。
在第二个工序中，由自耗石墨电极11输入电能，与此同时，14吨成分预先确定的海绵铁连续地以30吨/分的速度装入炉内。电极靠140MVA的变压器供电，对应的输入大约为100MW。装料时间大约为14分钟。
整个吹炼时间(第一个及第二个工序一起算)为11分钟+14分钟，即25分钟。因此，随后的两次出钢的时间间隔为47分钟，其中包括22分钟的非生产时间。由此，年生产量为1，215，000吨，这就是说，与上述用KMS转炉的炼钢生产相比，产量增加了17%。
另一方面，根据本发明的转炉的装料与KMS转炉的装料相比较，如果以年产量为1，039，000吨的KMS转炉为基础，则120吨的转炉只要配备120MAV的变压器。
即使采用装有根据本发明的电加热的传统氧气顶吹转炉，即装有自耗石墨电极11，尽管在引入海绵铁之后需要3分钟的二次吹炼时间，也会产生产量增加的优点。这导致整个吹炼时间为28分钟，因而以22分钟的非生产时间为基础，有50分钟的两次出钢的时间间隔。因此，有可能实现年产量1，142，000吨，与使用KMS转炉的炼钢生产相比，年产量仍增加了10%。因此，可以得出，尽管包括投资费用在内，装有其形式为自耗石墨电极的电加热的传统氧气顶吹转炉仍然是适合的。
与KMS转炉相比，除了上述的由根据本发明的转炉和根据本发明的方法而获得的生产率显著提高的优点之外，还可获得下述优点·废气量减少，·生产率提高，·钢中的氮(N)含量和氢(H)含量较少，同时·钢中的硫(S)含量降低。
与KMS转炉和KMS方法相比较，根据本发明的转炉的用于电气设备的附加费用可基本上由本发明的方法中所需的吹炼技术得到补偿。根据本发明，由石墨电极的烧损而引起的碳对熔池的污染并不重要，这是因为全部精炼是由氧气(O2)完成的。
权利要求
1.一种用于由诸如生铁和/或废钢和/或海绵铁等固态和/或液态的炉料炼钢的转炉，包括一有耐火炉衬的精炼炉体(1)，一输入氧气或含量气体的精炼装置(9，17)和一加热装置，其特征在于，所述加热装置包括至少一个自耗石墨电极(11)，与独立于加热装置的精炼装置，该精炼装置可由氧气喷枪(9)形成，或可包括位于熔池液面之下的底吹和/或侧吹喷氧风口(17)。
2.根据权利要求1的转炉，其特征在于，设有两个或多个自耗石墨电极(11)。
3.根据权利要求2的转炉，其特征在于，对于直流操作，石墨电极(11)中的一个接通正极，而另一个石墨电极(11)接通负极。
4.根据权利要求2的转炉，其特征在于，石墨电极(11)与一转换开关相连，该开关能从正极换至负极或从负极换至正极。
5.根据权利要求2的转炉，其特征在于，对于直流操作，电极(11)要接通负极并且在转炉的底部设有一个或几个底部正极(18，19)。
6.根据权利要求2的转炉，其特征在于，对于交流操作，设有三个石墨电极(11)。
7.根据权利要求1至6中的一项或几项的转炉，其特征在于，转炉还包括用于输入冲洗气体的底部冲洗风口(15)。
8.根据权利要求1至7中的一项或几项的转炉，其特征在于，转炉装有用于输入熔剂和/或矿物燃料的辅助装置。
9.根据权利要求1至8中的一项或几项的转炉，其特征在于，石墨电极(11)设置在转炉的纵向中心轴线(8)以外，也位于可与转炉炉口(6)相连的烟道(5)之外。
10.一种以使用根据权利要求1至9中的一项或几项的转炉为基础的用生铁和/或废钢和/或海绵铁生产钢的方法，它在转炉技术上的特点在于，用氧气或含氧气体精炼并通过在至少一个自耗石墨电极(11)上燃烧电弧而输入由电产生的热。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，在第一个工序中进行生铁的初级精炼，并在需要时，进行部分废钢和/或海绵铁的初级精炼，接着在第二个工序中熔化另外装入的废钢和/或海绵铁，并且如果需要的话，同时或在第三个工序中进行精炼，其中，在第一个工序中仅启动精炼装置(9，17)，而在其它工序中，同时启动两个精炼装置(9，17)和至少一个石墨电极(11)，即当顶吹氧气时交替启动并在从熔池液面之下吹氧时交替地或同时启动精炼装置及至少一个石墨电极。
12.根据权利要求10的方法，其特征在于，石墨电极(11)和精炼装置(9，17)从一开始就都启动，将废钢和/或海绵铁连续地和/或分批地加入已存在于转炉内的生铁中。
全文摘要
一种用于由诸如生铁和/或废钢和/或海绵铁等固态和/或液态炉料炼钢的转炉，该转炉包括一有耐火炉衬的精炼炉体(1)，一提供氧气或含氧气体的精炼装置(9，17)和一加热装置。为了在高的废钢装料量时获得最高的生产率和高的钢纯度，加热装置包括至少一个自耗石墨电极(11)和独立于加热装置的精炼装置，该精炼装置由氧气喷枪(9)形成，或包括位于熔池液面之下的底吹和/或侧吹喷氧风口(17)。
文档编号C21C5/35GK1100145SQ9410666
公开日1995年3月15日 申请日期1994年6月20日 优先权日1993年6月21日
发明者威尔弗雷德·彼克堡尔, 约翰·格拉贝尔, 西格哈特·卡斯帕尔 申请人:奥地利钢铁联合企业阿尔帕工业设备制造公司