在熔化设备中熔化金属材料的方法以及相关的熔化设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在熔化设备中熔化金属材料的方法，该熔化设备包括将例如废料和非铁材料的金属料供给到电弧熔炉的装置。本发明还涉及采用该方法的熔化设备。
[0002]本发明在用于熔化大致连续装载的金属料的工序中应用。
【背景技术】
[0003]用于熔化金属材料的连续装载类型的设备是已知的，其包括与供给金属料的装置相关联的电弧炉，该装置为将金属料供给穿过在电炉的壁或外壳中形成的横向开口而提供。
[0004]电炉至少包括横向开口通常形成其中的容器或壳体，以及覆盖炉顶。电极被定位在该炉顶中和/或穿过该炉顶中的孔被引入。
[0005]连续进给装置能够是振动型的以允许负载前进，并在一侧与电炉配合，而在另一侧与废料装载系统配合。
[0006]进给装置还能够与平移装置相关联，该平移装置平移进给装置以将它们定位在电炉内的不同位置，例如，允许金属料在电炉内相等、规律并均匀地分布。特别地，方案是已知的，在已知方案中，进给装置的端部定位为例如在连续装载废料期间与炉的内壁齐平，并且例如在导出(tapping)步骤期间远离所述内壁，当炉倾斜以便导出液态金属时，上述定位从而防止相互干扰的问题。
[0007]同样众所周知的是，为了在所述炉不工作的情况下实施初始启动装载，连续装载类型的方案通常使用利用吊篮的装载系统，以在循环开始时在炉的底部形成大量的待熔化的金属材料。当这些量的金属材料已经完全熔化时，定位进给装置，并开始将废料装载进炉中的连续工序。通常用吊篮引入的材料的量是限定所谓“留钢(hot heel)”必须的量，S卩，在导出后也总是保持在容器或壳体内的液态金属的量。
[0008]众所周知，在采用连续装载的传统工艺中，限定留钢的材料的量是在导出前电炉内所容纳的液态金属的约50%。尽管这允许在导出后快速开始熔化步骤，但就对内衬于电炉的内壁的耐熔物质的大量损耗而言是不利的。
[0009]众所周知，一个铸造和下一个之间的时间被称为“冶炼周期”。在冶炼周期中，设置了在其中供应电力的步骤，之后被表示为“通电”状态，以及非操作步骤，在该步骤中不供应电力，被表示为“断电”。这些步骤与将材料卸载进炉内的模式相关。
[0010]炉内的金属料的量通常与电炉内的废料的熔化程度相关。
[0011]具体地，如图1中的曲线图中所示，与在现有技术中传统使用的方法相关，装载的固体物质的量基本等于被熔化的固体材料的量。以这种方式，在液态物质内，每一时刻仅有一小部分熔化的固体材料。
[0012]钢水的熔池保持在等于或高于1560°C的温度。
[0013]在导出步骤之前，钢水的熔池被增加到介于1600°C和1650°C之间的温度以允许后续的导出操作。在这些温度下的钢水由于其内的高氧气浓度而具有高反应性，并且由于发生在其内部的尚对流运动而具有尚素流。
[0014]这两个参数确定对电炉的耐熔壁的极大损耗，而这导致频繁的维修干预的需求，且炉衬持续时间短。
[0015]钢水的反应性的降低(S卩，其脱氧)通过“耗尽(killing)”方法而得到，该方法为在钢铁熔池内增加和氧气反应的物质而提供。
[0016]将反应物质引入到钢铁熔池内需要一定的反应时间，以便完成化学反应。在这个时间间隔中，炉的耐熔壁的熔蚀和腐蚀的过程发展。
[0017]液态钢铁所维持的高温允许促进化学反应成指数地发展，但具有覆盖所述炉的耐熔物质的劣化相当大程度上增加的缺点。
[0018]使用辅助能量供应装置也是众所周知的，例如可燃气体燃烧器，其布置在炉的壁上并为加热引入炉内的装载废料而提供。
[0019]能量供应装置还可合适地布置以产生高速喷射氧，其穿过炉渣层并进入熔化的金属，并由于铁的合金元素的放热氧化反应而增加向熔池的热能供应。
[0020]然而，能量供应装置必须布置在距离金属熔池一定的距离处，从而相对于劣化因子保持它们的完整性，劣化因子例如为非常高的温度、炉渣和/或熔化的金属的飞溅。这意味着它们损失了效率。
[0021 ]此外，在能量供应装置与采用平底熔池的运行工序相关联时，能量供应装置的火焰产出非常低。此外，非常高紊流的火焰与由炉渣保护的熔池表面的相互作用能够在熔化期间改变正确的冶金实践。
[0022]US 5.654.976 A公开了一种用于在埋弧炉中熔化含铁废料金属的方法。在利用埋弧的技术中，电弧在电极和熔池之间打火，而非如同在上面讨论的炉中发生的一样在电极和金属料之间打火。此外，具有埋弧的炉仅用于得到氧化物或铁合金，而非钢铁。此外，US5.654.976 A未提供任何配置来减少耐熔物质的损耗，无论如何，其需要完全不同的方法，因为，如我们前面所说，使用埋弧的技术需要与“未覆盖”电弧的技术完全不同的要求。
[0023]US 6.693.948 B2公开了一种用于电弧熔化冷铁源的装置和方法，其为即使在熔化的钢导出之后也在炉和预热轴中保持一定量的料而提供。然而，这个文献中公开的方案具有在液态钢铁导出期间也保持一定量由废料制成的冷料的缺点;这具有废料污染液态钢铁的缺点，且不允许对熔化的产品实施精心的冶金控制。
[0024]本发明的一个目的在于改善方法并得到相应的用于熔化金属材料的设备，该设备效率高且允许优化并减少熔化需要的电力。
[0025]本发明的另一个目的在于减少从熔化金属的熔池损失的热能。
[0026]本发明的另一个目的在于减小电炉的壁的损耗的影响，并因此减少其上的维修干预，并具有提高设备整体生产力的优点。
[0027]本发明的另一个目的在于允许使用不同于电的、具有高效率的替代和辅助形式的能源。
[0028]申请人已经设计、测试并实施了本发明，以克服现有技术的缺点，并得到这些或其他目的和优点。
【发明内容】
[0029]本发明在独立权利要求中阐明并描述其特征，而从属权利要求描述本发明的其他特征或主要发明思想的变形。
[0030]依照上述目的，一种根据本发明的用于熔化金属材料的方法在熔化设备中实施，该熔化设备至少包括具有金属材料(例如不同尺寸的废料)被引进其中的容器或壳体的电炉，以及将金属材料可能连续地装载进壳体的进给装置。
[0031]该方法至少包括通过进给装置将金属材料可能连续地送入壳体的装载步骤，将金属材料熔化的熔化步骤，以及将金属材料导出的后续的导出步骤。
[0032]根据本发明的典型特征，在熔化步骤期间，提供:至少第一子步骤，在该步骤中，就随着时间单位推移的质量而言，金属材料被以大装载量地装载到壳体内，从而在壳体内产生相应大的固体材料的堆积物；以及至少后续第二子步骤，在该步骤中，调节卸载进壳体内的金属材料的量，从而在逐渐形成的液体熔池内保持固体物质的量基本等于限定所述堆积物的金属材料的量。
[0033]特别地，进给装置由控制装置控制，该控制装置适于调节装载的金属材料的量。
[0034]以这种方式，在每一时刻熔化的金属材料内，存在确定的和期望量的固体材料，和/或该确定的和期望量的固体材料与上述每一时刻熔化的金属材料混合，该确定的和期望量的固体材料将液体的温度保持在低于传统方法的温度，从而限制熔化的金属由于对流运动而产生的不稳定现象。这允许很大程度上减少对壳体的壁的损耗，随之也减少了为修复它们的维修操作的频率。
[0035]此外，控制熔化金属的温度也允许对钢执行耗尽作用，这样降低其反应性。以这种方式，可能进一步降低对壳体的壁的损耗，同时还提高所得到的钢的质量。
[0036]根据另一特征，限定堆积物的固体金属材料的量介于所导出的熔化材料的总量的25%和45%之间。
[0037]在有利的变形中，限定堆积物的固体金属材料的量介于30%和40%之间，优选介于32%和38%之间。
[0038]根据另一特征，进给装置布置在侧部并位于壳体上方，而限定堆积物的金属材料在接近进给装置的进给高度的高度上布置。特别地，进给装置可以包括输送机，其可能与振动装置相关联，该输送机通过定位装置而邻近壳体的一个边缘布置用于装载金属料。
[0039]在壳体内，限定了相对于在每一时刻熔化的材料的水平突出的堆积物。
[0040]根据另一特征，当达到熔化壳体的最大装载条件时，提供第三子步骤，在该步骤期间，进给装载量被减小直到其被取消，即装载工序停止，以允许存在于炉内的所有金属材料彻底熔化。
[0041]仅当全部固体物质已经熔化时，才发生导出工序，以确保钢铁的完美冶金控制，这样确保没有被固体废料污染。
[0042]该方法还提供，在熔化材料从壳体的导出步骤期间，保留确定水平的熔化材料，也被称为留钢，其使得可以快速地重新开始后续的熔化步骤。
[0043]与现有技术中通常发生的不同，留钢的水平基本上减半，并且尤其是介于在导出步骤之前存在于壳体内的熔化材料的10%和25%之间。这允许增加设备的整体产量。
[0044]根据变形实施例，至少在第一子步骤和第二子步骤之间和/或期间，通过燃烧类型的加热装置，例如煤气燃烧器，提供辅助热能的贡献。以这种方式，可以进一步增加用于熔化金属材料的热能。
[0045]根据另一变形实施例，能量供应装置布置在固体材料的堆积物的附近，以在金属材料刚刚卸载进熔炉内时增加其温度。这种特定的部署允许引导能量供应装置的火焰并使其和金属材料的堆积物直接接触，从而提供对金属材料的堆积