专利名称：电弧炉及其熔炼方法
技术领域：
本发明涉及一种采用交流电源的电弧炉的熔炼方法以及在相应的主权利要求中所述的有关的电弧炉。
本发明用于熔炼铁基合金的电弧炉，并已设想和设计采用交流电源使工厂的效率和产量达到最佳水平。
本发明的目的在于节约熔炼合金用的电能，并通过提高铸件日产量来缩短生产周期，而且本发明还有助于提高所用交流电能的熔化生产率。
本发明既可用于采用直流电的电弧炉也可用于采用交流电的电弧炉。
采用本发明的炉子具有一个出钢槽或称出钢口，而且该出钢口的位置不限。
本发明的一种典型的最佳的(但不是唯一的)用途是用于采用“熔池”法熔炼的炉子，也就是熔炼时炉内经常带有熔液池的炉子。
这就意味着，从电弧炉中排出熔融金属时，不应将熔融金属全部排完。
本发明也适用于熔炼完全冷的炉料。
本发明既可用于间隙装入废钢料或连续装入废钢料的炉子，又可用于连续装入预还原材料或混合炉料的炉子。
现有技术熔炼金属的方法包含向炉内喷入氧基的气态物质(可能还兼有含碳的燃料)的工序，以便使上述燃料与熔融金属和废钢中所含的可氧化的化学元素之间发生氧化反应。
这种氧化反应在理论上有可能通过放热氧化反应来利用碳和熔融金属及废钢中的化学元素的固有潜能。
上述的喷入炉内的这些氧基气态物质可以是空气、富氧的空气，甚至是纯氧。
上述的气态物质可通过位于炉内熔池表面上方的喷管和/或通过位于炉膛内的喷嘴或称风口吹到熔融金属上。
美国专利A-3459867公开过采用燃烧嘴的方法，这种燃烧嘴输入按化学计算剂量的氧，因此可输入适当过剩的氧。
上述燃烧嘴沿着一个位于电极与炉侧壁之间的圆周起作用，它们的工作方法是，一个燃烧嘴的作用加强下一个燃烧嘴的作用，以便在炉中的空间部分形成涡流。
英国专利GB-A-2115011提出从金属熔池下面吹入搅动的和变换的气体的方法。
该专利还提出从上面引入固态含碳物质和采用位于炉子侧壁上的风口向熔池送入混合气体的方法。
英国专利GB-A-1421203提出将氧或其他气体从炉底送入到电极与炉侧壁之间的区域的方法。
法国专利FR-B-2208988提出将气体从上向下输入到炉内，并提出从废钢下面和/或金属熔池下面将气体送入电极区和电极与炉侧壁间的区域。
该专利文件还提出在侧壁上设置一个或多个输入氧和/或其他气体的喷管，这些喷管的分布要使得在电极与炉侧壁之间一个喷管的功能起到加强下一个喷管的功能的作用，目的是在炉子的空间部分中使气体充分混合。
欧洲专利EP-B1-257450公开了一种方法，其特征是采用多个喷管将氧或氧的混合气体输送到电极与炉侧壁之间，而且，还在熔池下面和上述喷管的工作区内设置几个喷嘴。
这些位于底部的喷嘴也用来搅动熔池，以使喷管的吹气作用尽量地均匀，即使在使用超声型喷管，燃烧气体的喷射不能进入熔池20-30mm以上(除非采用一次性的喷管)的深度时也是如此。
现有技术的喷嘴和风口的压力典型的可达60巴，但通常只有5-20巴。
上述的高的压力通常会使炉内空间部分产生放热反应从而通过烟雾散出而使热能大量损失。
正如US-A-3902889和EP-B1-257450所述，上述的这些位于底部的喷嘴或风口具有3-6mm的喷氧直径，而且最好是双层管，其中中央管喷射氧，而中央管周围的环形缝则喷射冷却用的烃类气体和/或惰性气体。
采用风口从底部吹氧，并同时吹入不同的流体例如氩、氢和甲烷，可以改善氧化反应并使之均匀。
采用风口技术可以使钢液更均匀，因此可在“长弧”状态下强烈地反应，而不会使温度不均匀，还可以缩短熔炼时间，并有其他优点。
在现有技术中，从底部吹气通常是通过分布在底部的多个小直径的风口在较高的压力和较低的气流速度下进行的。
上述方法需要有使氧气快速通过熔池的通道，这些氧气在炉内的空间部分直到炉顶激烈燃烧。
另外，可根据气体的流速在各个工作阶段对吹风进行调节，并且可根据流速的变化而改变压力。
应当注意的是，在现有技术中，风口是大致对称地设置在炉膛中的，而且常常位于与喷氧管(位于炉子的上部)的位置相对应的地方。
上述的输送氧和其他气体的风口和喷管的排列不能显著提高炼钢厂的效率和产量，因为上述气体是在炉内室间部分燃烧的，而且常常在排烟管道内完成燃烧。
因此，从上面对现有技术的详述中不能确切地看出现有技术和工艺有什么实际应用的地位，所以事实上现有技术的电弧炉还没有广泛应用交流电并以有效而连续的方式获得显著的工作结果。
现有技术的经验都没有最终满意的结果，所以，实际上，现在还没有借助于交流电源而在工业上使用的电弧炉。
因此，本发明的申请者在一段时间以来从事着完善一种通常用于炼钢的方法和电弧炉的工作，这种炼钢方法及所用的电弧炉通过实际而高效地采用交流电源并缩短每炉间的时间而进行连续生产，从而有可能采用电弧炉获得日产铸件量高达26-30件。
因此本发明申请者是经过长期以来的设计和试验而后才得出本发明，从而达到了高的产量、短的熔炼时间，适中的能耗和均匀的熔池的目的。
本专利中各条主权利要求阐述和表征了本发明，而附属权利要求则说明了主要实施例的变型思路。
本发明以革新的方式采用了向炉内喷射气体和燃料的风口技术和吹风装置。
喷射氧气和碳基燃料的目的是在熔化过程中，在紧靠熔池表面的熔液内和废钢内快速进行化学元素通过氧化而再结合的放热化学反应。
按照本发明而进行的喷射氧和燃料的方式可增大化学反应的影响面积，从而得到直接而宽的热量分布，大大减少电能消耗，并缩短炉料的熔化时间。
本发明申请者意外地发现，如果在金属熔池表面与紧靠炉渣的区域之间可进行的再结合反应，以便一方面利用浮渣保持和分散泡沫形状的作用，另一方面应用炉渣对金属熔池的直接热传递作用，那么，就可获得最好的结果。
按照本发明，在生产过程中可以采用任何型式的炉料，尽管作为实例，我们在随后的说明中基本上只研究三种加入到熔融钢液中的初始炉料。
第一种初始材料是只加入废钢，分几次加入到炉中，也就是说，分几步将所需量的废钢加入到炉子中，在下文所述的情况下，加料次数一般是两次。
第二种初始材料是按所需比例的废钢和熔融铸铁的混合料，最好是交替加料，一般是一次加入废钢，一次加入熔融铸铁和后续的废钢。
第三种初始材料是废钢和海绵铁(预还原铁)按所需比例的混合料，最好是，第一次加入废钢和一定量的海绵铁，然后连结加入剩余部分的海绵铁。
本发明规定吹入炉内的物质的方法如下
·通过位于炉膛中的吹氧口从底部吹入氧化气体，这种气体以低压力和高流速送入；·通过位于炉子上带有紧靠耐火材料层的冷却板的侧壁上的燃烧嘴从上朝下吹入氧和氧与燃料的混合物(根据炉子的不同工作阶段加入)，吹入的方向与水平面呈20°-45°角；·通过位于紧靠熔池表面处的超声喷管将氧吹入熔池，吹入的方向与水平面呈40°-50°角，最好是45°角；·通过位于靠近渣层表面处的煤粉吹管将附在气态载体上的含碳燃料吹到渣层上，上述含碳燃料从上朝下吹入，吹入方向与水平面呈20°-35°角，最好是30°角；·通过输送煤粉的风口将附在气态载体上的含碳燃料送到熔融金属与渣层之间。
上述的超声喷管或煤粉风口，或者是两者，可以是固定式的，也可以是活动式的，根据需要，可以直接启动和定位，也可以通过遥控来启动和定位。
本发明容易在炉内十分特殊的区域中产生诱发的和可控的化学反应，以便使熔池最大限度地利用各种元素的潜能，特别是(从能量的观点看)具有巨大效益的后燃烧现象的潜能。
具体说来，本发明容易诱发和加强渣中和紧靠渣层表面的熔池内的多种化学反应。
由吹氧风口从底部吹入的氧按照一个宽的散射锥形从底部上升，并在熔池中与Fe激烈地反应而形成FeO，这种FeO与来自炉料和存在于熔池中的C发生再结合。
这种再结合游离出了Fe，并产生CO，这种CO容易穿过熔融金属进入渣层。
由超声喷管吹入的氧进入熔池的一定深度中，与Fe发生反应而产生与吹氧口吹入的氧发生的反应基本相同的反应。
超声喷管送入氧的方向与熔池的旋转方向相同，这就使产生的热量均匀地分布在熔池的整个表面上。
由输送煤粉的风口送入的含碳物质使过剩的FeO还原而产生CO，CO还促进了所需的泡沫浮渣的形成。
煤粉喷管和超声喷氧管一起在渣层上面形成一个强烈的还原区。并且，由于浮渣的转动，使该还原区分散入激烈喷氧的区域，于是进一步促进CO的形成，从而增加了渣层的泡沫状态。
由燃烧嘴送入的氧包围了浮渣中的CO，该CO从渣中露出时，便发生后燃烧反应，并紧靠浮渣处产生剧烈的热交换。
浮渣将上述的热量大部分传递给熔融金属。
由于对熔池的热传导和所产生的潜在热量均匀地分布在几乎整个熔池表面上，上述情况可获得较大的好处。
按照本发明，吹风装置基本上是作用在炉子的中央区。
第一组吹风装置沿一个环圈的切线吹气，该环圈由第一外圆(其最大直径约为炉子冷却板处的上内径的0.70倍)与第二内圆(其最小直径约为炉子上内径的0.25倍)所限定。
第二组吹风装置直接向炉子中央吹气。
上述的吹风装置的取向可使热能均匀地传递到整个金属熔体中，而不会出现炉子的磨损问题。而在现有技术中，当吹风装置向耐火侧壁附近或对着耐火侧壁吹气、或者对着电极和炉顶喷射气体时或者当炉子的自由空间发生后燃烧反应时，常常会出现上述的炉子磨损问题。
按照本发明的熔炼方法大致可分为至少两个独立的工步(按加料的每个单独的步骤来分)，再加上一个在炉料已经熔化时进行的第三工步。
第一工步相应于加入炉料和开始熔化炉料，该工步需要很大的能量来使炉料开始熔化，特别是当炉料是冷却时更是如此。
第一工步的特征在于强调应用燃烧嘴的特殊功能，这就是说，在第一工步中，燃烧嘴喷射出氧和燃料(通常是甲烷)，为进行可产生大量热能的燃烧反应作准备。
按照本发明，在该第一工步中，至少使一个燃烧嘴快速离开超声喷管和煤粉吹管前的废钢区，其目的是腾出引入上述喷管到炉内所需的空间，以便使上述喷管能迅速进入它们的工作工位。
而且，上述的那个燃烧嘴也可对另外的一个冷区吹气。
在第一工步中，吹氧口以高流速低压力的方式从底部输送氧化气体。在一个或多个工步中，氧的压力可以是恒定的，或者是连续变化的。
在实践中，最好能达到这样的状态，即从底部喷入的氧能够扩展到一个宽的区域，并且缓慢地进入熔融金属内，以便与铁分子进行最好的和最完全的结合。
在第一工步中，超声喷管并不立刻喷射氧气，而是在熔融金属刚一露头、并且有关的区域完全没有废钢时才喷出氧气。
第二工步是使炉料完全熔化。
在该第二工步中，中断对燃烧嘴供给燃料，使燃烧嘴基本上起到亚音速喷氧管的作用，并且将氧喷到尽可能地邻近浮渣表面处。
在该第二工步，真正使用超声喷管和煤粉吹管装置，以便加强上述的化学反应。
按照本发明，从吹氧口吹送氧气的压力可以是恒定的，或者是逐渐增大的(如上所述，连续地或一级或多级地增大)，这样便也可根据熔池的需要而供给较大量的氧。
但是，该吹氧压力经常保持在有限值内，并且在吹氧口的入口处决不超过8-10巴。
在吹氧口中氧的流速是这样的至少在第一熔化工步和第二熔化工步中，每个吹氧口的流速可以在约2.8Nm3/min-约6.0Nm3/min之间变化。
吹入氧时的压力低就不会出现钢液喷溅的问题，尤其是不会出现热喷管型存在的引起炉顶穿孔的问题。
而且，大的吹氧量和低的吹氧压力可在钢液中形成宽的扩散区并与钢液进行强烈的再混合。
所发生的放热反应将大量的热大面积地传递到熔融钢液中。
亚音速喷氧管的定位和取向要保证对浮渣表面产生宽阔的作用，而且要考虑到熔池和渣池在大致为水平面上的对流运动。
必须注意，以低的压力从底部吹氧也可减小熔池中的扰动，因此对电弧的影响小，从而提高了一定电能的生产率。
本发明方法的第三工步是精炼工步。
在该第三工步中，燃烧嘴暂时停用，既不起燃烧器的作用也不起亚音速喷氧管的作用，因为此时燃烧嘴的作用变得微不足道了。
最后，就是出钢工步。在该工步中，如果炼钢需要在具有液池的条件下进行，那么应在炉内保留所需预定量的钢液。
炉内有液池时，底部的风口继续工作，其最小吹风压力约3-4巴，最小流速为1.5-1.8Nm3/min，并且，可能只吹入惰性气体。
上述的最小压力是一种足以克服熔池钢水的静压力的压力，也是能抵抗在加料时炉料对钢液的动态作用力的压力。
因此，上述的最小压力是经过计算的，以便保证不会发生的钢液向风口倒流的现象，因为这种倒流会导致风口堵塞。
本文给出了作为非限定性实施例的附图，这些附图示出本发明的最佳实施例，附图中
图1是本发明电弧炉的局部平面剖视图；图2是图1电弧炉的纵剖视图；图3是电弧炉的局部纵剖视图；图4是电弧炉的另一个纵剖视图；图5是电弧炉的又一个纵剖视图；图6、7和8示出本发明电弧炉的三个可能的不同的熔炼过程；图9示出本发明的一种可能形式的吹氧口的实施例的横剖视图；图10是本发明吹氧口供氧系统简图。
图1-5所示的电弧炉10在本实施例中含有由三个分别产生电弧的电极11a、11b和11c组成的上电极11。
因此，虽然下面的说明是有关采用交流电进行工作并带有液池的电弧炉，但是它对于采用直流电工作的电弧炉或者设有液池的电弧炉也是有效的。
在本实施例中电弧炉10带有四个设置在炉膛14中的吹氧口13。
按照本发明，吹氧口13设置在包围电极11的圆周34之外且位于该圆周34四周的环圈内。
根据炉子10的炉膛14的结构，上述的环圈可以是圆形的，也可以是其它的类似形状，且该环圈由一个外周边和一个内周边所限定。
外周边的直径最好大约是炉子10设置有冷却板31处的上部分的上内径的0.5-0.7倍，而其内周边的直径最好约为上述上内径的0.25-0.35倍。
按照本发明，吹氧口13相对于最近的耐火侧壁30的垂直轴线与该侧壁30的距离至少为该吹氧口13处液面高度的0.7-1.4倍。
在图1所示的实施例中，吹氧口大致设置在一个直径约等于上述的上内径的0.55倍的圆周上，且位于炉膛14向着出钢口32的前半圆周内。
上述的这一半圆周由垂直于通过出钢口32和炉子1的中心轴线的纵向垂直平面的垂直平面所限定。
至少有一个吹氧口13位于与炉子10顶部的吸烟孔36(图1中虚线所示)基本相同的位置上。
按照本发明，如图9所示，吹氧口13含有一个送氧用的中心管18，该中心管18由多边形铜管段19中的孔形成。
上述的多边形铜管段19由圆柱形管20包围，故在多边形铜管段19的每一个边17与圆柱形管20的内圆之间形成了多个扇形区21。
上述的扇形区21组成了气态冷却混合物的通道。
送氧用的中心管18的直径为10-20是有利的，不过，最好为10-14mm。
流过扇形区21的冷却混合物至少含有一种高冷效的气体(在本实施例中为甲烷)和一种稀释气体或称充填气体(在本实施例中为CO2或N2，或者是它们的混合物)。下面仅以CO2作为稀释气体，但是应该明白，CO2，N2或它们的混合物都可作为稀释气体。
图10示出直接调节冷却混合物中各组分的百分数的调节系统的简图。
进行上述调节是为了使混合物中冷却气体间的比率和氧气的流速保持在一个预先确定的不变的或基本上不变的值。以保证吹氧口13得到必要而理想的冷却。
在本实施例中，主调节是通过调节回路27调节喷入吹氧口13的送氧管18的氧气压力。
上述的调节是控制氧的流速，而该流速可通过流速指示器23连续读出，并被传送到调节器24。
调节器24控制位于CO2输入管路上的阀25从而改变CO2的压力。
CO2压力的变化引起相应的CO2流速变化，而该流速的变化则由改变CH4的流速而在混合器26中进行调整。
按照本发明，在熔化阶段中，每个吹氧口13的氧化气体的最低流速约为2.8Nm3/min，而最大速度可达到大约6.0Nm3/min。
在出钢阶段，或者在等待加料的时候，特别是在电弧炉10内已有熔液池的时候，吹氧压力应保持在约3-4巴，而最低流速约为1.5-1.8Nm3/min。
根据炉子10构造上的不同，全部吹氧口的吹氧压力可以相同，也可以按照吹氧口13的相对位置的不同使每个吹氧口13的吹氧压力各不相同。
当在吹氧口13的垂直平面上的熔池液面高度为0.7-1.1米时，在吹氧口13入口处测出的压力切勿超过10巴。
设置了一根与煤粉吹管29相配合的超声喷管12，将氧吹入熔池16内及熔池上方。
上述的超声喷管12和煤粉吹管29设置在炉门35的前区内，其安装方向与包含电极11的圆周34内的一个圆周相切，并且沿与熔池16和渣池22的旋转方向相同的方向将氧喷出。
在本实施例(图3)中，超声喷管12和煤粉吹管29a各自具有炉外的第一(暂停不用)工位12a，29a炉外的第二(等候)工位12b，29b和炉内的第三(工作)工位12c，29c。
在上述的第三(工作)工位12c，29c中，超声喷管12和煤粉吹管29向熔池液面16倾斜一个角度，即大约与水平面呈30°角。超声喷管12的出口紧靠熔池16的表面，而煤粉吹管29的出口则紧靠渣层22的表面。
超声喷管12以下水平面呈40°-50°(最好是45°)的角度将氧吹送到熔池16上。
超声喷管12通过一个可精确定向喷射的单一出口孔将氧喷入熔池16内，因此在熔融金属液池16的表面形成一个区域33a，由超声喷管12喷出的未与Fe结合的一部分氧从大致位于包围电极11的圆周34内的区域33b露出。
超声喷管12的安装方向可将氧气吹到熔池16中未设置吹氧口13的区域。
在耐火侧壁30上大致与渣层22表面同一高度处设置了输送煤粉的风口15，在本实施例中，这种风口15有两个(见图1)。
上述的煤粉风口15最好是可更换的有陶瓷涂层的管子，通常是固定安装的，其功能是将含碳物质送到渣层22下面的熔池16上。
上述的煤粉风口15面向着炉子10的中心，并呈沿大致水平的安装(见图4，标号15a)。
按照本发明的一个改型实施例，上述煤粉风口15(图3的15b)是向下倾斜的，与水平面呈30°-45°角。
上述煤粉风口15中的一个风口与超声喷管12相结合，输送含碳物质到渣层22下面。
另一个煤粉风口15则位于出钢口32一侧上受来自吹氧口13的氧剧烈吹喷的面积中的一个区域内。
按照本发明，在炉子10的冷却侧壁31上设置了燃烧嘴28，其位置与水平面呈20°-45°角工作时从上向下喷氧。
按照本发明，燃烧嘴28以亚音速的速度喷出氧。
.在本实施例中，设置了六个燃烧嘴28，其中有两个燃烧嘴28a，28b的方向对着炉子10的中心，以便在第一熔化阶段与电极11相配合，在第二熔化阶段与从煤粉吹管15送来的含碳物质和从吹氧口13送来的氧相配合。
其次，至少有一个燃烧嘴(在本实施例中是28e)设置在离开超声喷管12的路线的位置上，以便使喷管12可快速进入其工作工位12c。
上述的燃烧嘴28e起到对炉门35前面区域内的废料均匀加热的作用，因为该区域有点不同是冷的。
其他的燃烧嘴28c，28d，28f则按照一种结构形式来排列，从而使一个燃烧嘴起到加强下一个燃烧嘴的作用，每个燃烧嘴的喷射方向各沿与几个圆周大致相切的方向。
两个燃烧嘴28f，28c在位于吹氧口13的垂直平面上的表面区喷气，而其他的燃烧嘴28d和28e(部分地)则具有传输热量并使之合并的作用，以便达到一个燃烧嘴的作用加强下一个燃烧嘴作用的目的。
按照本发明，所有燃烧嘴28起作用的圆周范围都位于包含电极11的圆周34之外，它们的直径大致为电弧炉10的上内径的0.25-0.70倍，以便在与吹氧口13所处的环圈大致重叠的范围内起作用。
在本发明的第一实施例中，燃烧嘴28c-28f在熔化过程中沿着与熔池16和渣层22正常旋转方向相同的方向起作用。
按照一个改型实施例(如图1所示)，燃烧嘴28沿着与超声喷氧管12和煤粉吹管29的工作方向相反的方向工作，其燃烧嘴28c-28f沿着与熔池16和渣层22旋转方向相反的方向工作。
燃烧嘴28的出口设有6-10个输送氧气的口。
这样，喷出的氧膨胀而形成一个巨大的侧向影响区(在图1以标号“H”表示)，这就扩大了氧化反应的影响范围，并改善了能量的分布。
图6，7和8分别示出了三种可能的应用实例中燃烧嘴28、超声喷管12、煤粉吹管29、煤粉风口15、吹氧口13和电极11的工作方法。
具体说来，图6所示的情况是电弧炉的两次加料都只加入废钢；图7示出以废钢和熔融铸铁作为炉料的情况，即第一次加入废钢和熔融铸铁，第二次加入废钢；而图8示出以废钢和海绵铁作为炉料的情况，即第一次加入废钢/海绵铁混合料，第二次只加入海绵铁。
上述的前两种情况还示出了在炉料熔化之后进行精炼的精确工步，而在第三种情况中，精炼工步是连续的。
上述的示意图表明，本发明的安排对于熔化单一炉料的每个循环，都是在熔化一开始燃烧嘴28便同时喷射氧和燃料而进行它的特定功能的。
在熔化的第二工步(或者说在进一步熔化)中，熔融金属占电弧炉10内金属总量的百分数已达到一个颇大的值，此时应减少从燃烧嘴28传送到废钢和熔融金属的热量而明显降低燃烧嘴28的效率。
在上述的第二工步中，燃料的供给是间断的，而燃烧嘴28则变为基本上起亚音速喷氧管的作用。
以上面涉及带熔池的电弧炉10的工作情况的示意图可以看出吹氧口13是如何经常保持最小吹氧压力的(即使在一次加料与下一次加料之间的暂停时间内亦如此)。
而且还可以看出在第二熔化阶段中超声喷管12和煤粉吹管29是如何起动的，而且也可看出，在熔融金属占炉内金属总量的百分数达到相应于最小液池的值时，超声喷管12和煤粉吹管29又是如何起动的。
权利要求
1.用交流电源电弧炉熔炼铁基合金的方法，该电炉(10)含有若干个位于炉子底部用来输送氧气的吹氧口(13)；至少一个将含碳物质输送到金属熔池(16)与渣层(22)之间的接触区附近的煤粉风口(15)；至少一个与输送含碳物质并位于超声喷管(12)之侧边或其上方的煤粉吹管(29)相配合的超声喷氧管(12)，这两个喷管(12，29)至少具有一个炉(10)外的等候工位(12b，29b)和一个炉内的工作工位(12c，19c)，在该工位上超声喷管(12)位于紧靠熔池(16)的表面处，而输送煤粉的煤粉吹管(29)则位于邻近渣层(22)的表面处；还含有若干个燃烧嘴(28)，这些燃烧嘴(28)位于炉子(10)的冷却侧壁(31)上邻近耐火材料炉底(30)之上缘处，其取向向下，用来输送氧基气体和可燃物质，因此，至少有两个第一燃烧嘴(28)的工作是一个燃烧嘴的动作起到加强下一个燃烧嘴动作的作用；炉子(10)装入一种或多种炉料，每批炉料都进行一个熔化开始的第一工步和一个第二熔化工步，在最后一批炉料熔化之后，有一个精炼工步和一个出钢工步，在本熔炼方法中在熔化开始的第一工步中，至少有一个第二燃烧嘴(28e)快速离开超声喷管(12)和煤粉吹管(29)进入炉(10)内的路线，以便使这些喷管(12，29)快速到达它们的工作工位(12c，29c)；至少有一个第三燃烧嘴(28a)准确地对着炉子(10)的中心与由吹氧口(13)输送到熔池(16)表面上的含氧区中的至少一部分区域相配合；燃烧嘴(28)在熔化第一工步中起燃烧器的作用，在第二工步中起亚音速喷氧管的作用，而在第三工步中，基本上是关闭的；吹氧口(13)以大流量低压力的方式输送氧；向着炉(10)的中心输送含碳物质，在炉渣上面和炉渣与熔融金属之间与炉渣(22)相配合而发生作用；在紧靠熔融金属表面的熔池(16)内和在大致为渣层厚度的范围内发生，的反应，结果产生浮渣；并且在紧靠熔融金属(16)的表面和大致为渣层(22)厚度的范围内发生的反应，以进行后燃烧过程，在炉内最大限度地将热量传递给金属。
2.根据权利要求1的熔炼方法，其特征在于，至少在第一和第二工步中，各个吹氧口(13)输送最小流速的氧(约2.8Nm3/min)，而在吹氧口(13)的入口处测出的压力最高为10巴，吹氧口(13)的送氧管(18)的直径为10-20mm，吹氧口(13)至炉(10)的特制耐火侧壁(30)的最小距离为液面高度的0.7-1.4倍。
3.根据权利要求1或2的熔炼方法，其特征在于，超声喷管(12)和煤粉吹管(29)的安装方向与水平面呈20°-35°角，它们在电弧炉(10)的炉门(35)的前区工作，至少有一根超声喷管(12)和一根煤粉吹管(29)的方向与熔融金属(16)的旋转方向相同，并与包围电极(11)的圆周(34)之内的一个圆周相切。
4.根据权利要求3的熔炼方法，其特征在于，从超声喷管(12)送入熔池(16)的氧是以与水平面呈40°-50°的角度输入的。
5.根据上述权利要求中任一项的熔炼方法，其特征在于，在炉内具有熔池的情况下，吹氧口(13)在每一工步都以最低吹氧压力工作，该压力取决于熔池钢水静压力的值，并取决于向炉(10)内加料时到炉料对熔池(16)的动态作用力，上述的吹氧口的最低吹氧压力不小于3巴，此时的最低流速不小于1.5Nm3/min。
6.根据上述权利要求中任一项的熔炼方法，其特征在于，根据流过每个单一的吹氧口(13)送入的氧化气体的流速调节来调节各个吹氧口(23)内的冷混合气体的流速。
7.根据上述权利要求中任一项的熔炼方法，其特征在于，由吹氧口(13)输入氧气基本上是在炉子(10)的向着出钢口(32)的前半部进行的，所有吹氧口(13)的吹氧压力都是相同的。
8.根据上述权利要求1-6中任一项的熔炼方法，其特征在于，由吹氧口(13)输入氧气基本上是在炉子(10)中设有出钢口(32)的前半部进行的，并且至少有几个吹氧口(13)的吹氧压力是不相同的。
9.根据上述权利要求中任一项的熔炼方法，其特征在于，至少有一个煤粉风口(15)将煤粉吹送到与由超声喷管(12)送入氢的区域(31a)相同的区域内。
10.根据上述权利要求中任一项的熔炼方法，其特征在于，至少有一个煤粉风口(15)将煤粉吹送到一个包含出钢口(32)并且与至少一个准确对着炉子(10)的中心的第三燃烧嘴(28)的工作区相邻近的区域内。
11.根据上述权利要求中任一项的熔炼方法，其特征在于，至少有一个煤粉风口(15)将煤粉吹送到一个包含出钢口(32)并与一个吹氧口(13)的上部区相邻近的区域内。
12.根据上述权利要求中任一项的熔炼方法，其特征在于，上述第一燃烧嘴(28)工作时，一个燃烧嘴的动作起着加强下一个燃烧嘴的动作的作用，并且，燃烧嘴的作用范围大致是一个由一个约为炉子(10)的上内径的0.5倍的内径与一个约为炉子(10)的上内径的0.7倍的外径所限定的圆环。
13.带有交流电源的熔炼铁基合金的电弧炉(10)，该电弧炉(10)含有若干个位于炉子底部(14)用来输入氧气的吹氧口(13)；至少一个煤粉风口(15)，用来将含碳物质输送到金属熔池(16)与渣层(22)间的接触区附近；至少一个与输送含碳物质并位于超声喷管(12)的侧面或上方的煤粉吹管(29)相结合的超声喷管(12)，上述的喷管(12，29)至少具有一个炉(10)外的等候工位(29b，12b)和一个炉内的工作工位(12c，29c)，在该工作工位中，超声喷管(12)的位置紧靠熔池(16)的表面，而输送煤粉的煤粉吹管(29)则位于邻近渣层(22)的表面处；电弧炉(10)还含有若干个位于炉(10)的冷却侧壁(31)上邻近耐火材料炉底(30)的上边缘的燃烧嘴(28)，这些燃烧嘴的取向向下，用来输送氧基气体和可燃物质，其特征在于，至少有两个第一燃烧嘴(28)的工作是一个燃烧嘴的动作起到加强下一个燃烧嘴的动作的作用，在炉(10)内，至少有一个第二燃烧嘴(28e)精确取向而在超声喷管(12)前面的区域内工作，而且至少有一个第三燃烧嘴(28a)的取向准确地对着炉子(10)的中央，上述的第三燃烧嘴(28a)的工作区(“H”)与至少一个吹氧口(13)的工作区相重合，燃烧嘴(28)具有一个第一工作状态，在此状态中，它们将氧气与可燃物质一起喷入，它还具有一个第二工作状态，在此状态中，仅输送氧气，并且起到亚音速喷氢管的作用，吹氧口(13)的送氧口的直径大于10mm，至少有三个吹氧口(13)设置在炉子(10)的前半圆内。
14.根据权利要求13的电弧炉(10)，其特征在于，上述的吹氧口(13)设置在一个由直径为炉子(10)的上内径的0.70倍的外圆与直径为炉子(10)的上内径的0.25倍的内圆限定的圆环内，这些吹氧口(13)与有关的炉子(10)的耐火侧壁(30)的最小距离等于液面高度的0.7-1.4倍。
15.根据权利要求13或14的电弧炉(10)，其特征在于，上述的吹氧口(13)设置在一个直径大约为0.55倍于炉子(10)的上内径的圆周内。
16.根据权利要求13-15中任一项的电弧炉(10)，其特征在于，每个吹氧口(13)含有一个空心多边形铜管件(19)，该铜管件(19)构成一个作为送氧通道的中心管(18)(其直径为10-20mm)，吹氧口(13)还含有一个包围上述多边形铜管件(19)的圆柱形管(20)，在该圆柱形管(19)的内表面与多边形管(19)的外表面之间构成若干个供混合冷却气体流过的通道(21)。
17.根据权利要求13-16中任一项的电弧炉(10)，其特征在于，至少有一根超声喷管(10)和相应的煤粉吹管(29)的取向与熔融金属的旋转方向相同，并与包围电极(11)的圆周(34)内的一个圆周相切，并且朝下以与水平面呈40°-50°的角度将氧气送入熔融金属中。
18.根据权利要求13-17中任一项的电弧炉(10)，其特征在于，每个上述的煤粉风口(15a)是水平地安装到耐火侧壁(30)中的，并且其出口位于渣层(22)的表面之下。
19.根据权利要求13-17中任一项的电弧炉(10)，其特征在于，上述的煤粉风口(15b)的取向是朝下的，与水平面呈30°-45°角，其出口位于渣层(22)的表面之下。
20.根据权利要求13-19中任一项的电弧炉(10)，其特征在于，每个上述的煤粉风口(15)是可更换的涂有陶瓷涂层的管子。
21.根据权利要求13-20中任一项的电弧炉(10)，其特征在于，燃烧嘴(28)向下倾斜地安装到炉子(10)的侧壁(31)中，与水平呈20°-45°角，其出口的数目为6-10个。
全文摘要
用带有交流电源的电弧炉熔炼炼铁基合金的方法，该电弧炉含有几个置于炉底的吹氧口；至少一个位于金属熔池与渣层接触区的煤粉风口；至少一个与煤粉吹管相配合的超声喷管，在工作位置时，该超声喷管紧靠熔池表面，而煤粉吹管位于渣层表面附近，电弧炉还有多个燃烧嘴，它们设置在炉子的冷却侧壁上，用来输送氧基气体和可燃物质。炉子可加入多种炉料。熔化过程包括熔化开始的第一工步、熔化第二工步，精炼工步和出钢工步。
文档编号F27B3/22GK1145469SQ9610043
公开日1997年3月19日 申请日期1996年1月16日 优先权日1995年1月17日
发明者盖尼·金斯尼, 马特奥·洛塞阿尔, 科拉多·D·切考 申请人:丹尼利机械厂联合股票公司