在電爐中裝入熔融生鐵料的煉鋼方法
2023-07-17 14:37:56
專利名稱：在電爐中裝入熔融生鐵料的煉鋼方法
技術領域：
本發明涉及一種在電爐中裝入熔融生鐵料的煉鋼方法。
使用電爐，比如電弧爐，高比例的廢鋼得以循環利用。這些爐子使得按此方式處理的廢鋼的熔化和再利用成為可能，從而煉製出新的鋼產品。
廢鋼中含有的一些殘留元素如銅、鎳等，不能從鋼中分離出，因而會在最終產品中出現。這就意味著，循環使用的廢鋼越多，這些殘留元素的濃度越高。這些元素會引起某些產品如薄鋼板等的生產出現問題。
一種減少源自於廢鋼的鋼中殘留元素濃度而且同時又改進電爐能量效率的方法是向電爐中裝入熔化的生鐵。現在，由於熔化的生鐵中碳和矽的含量相當高(典型含量4.5％C和0.6％Si)，裝入熔化的生鐵料會導致金屬熔池中這些元素的濃度明顯增加。其結果是延長金屬熔池中的精煉階段，以使得金屬熔池中碳和矽濃度度降至目標值，所說的目標值一般很低，比如，對於碳濃度，其目標值為0.05-0.1％。
為達到這一目的，傳統的裝料方法是在裝入生鐵料後，再噴吹一種精鍊氣體，比如氧氣，以降低碳和矽的濃度。由於這些元素的濃度相當高，供氧速度必須適當以避免脫矽和脫碳反應過於激烈。事實上，當碳和矽的濃度很高時，噴吹的氧在金屬熔池中的衝擊點處反應非常激烈，會造成局部區域的能量和反應氣體如CO的急劇釋放。很明顯，如此激烈的反應會伴隨鋼和生鐵的飛濺，這就存在汙染和損害爐內襯有的冷卻壁的危險。所以，需要降低供氧速度，以使精煉反應的動態過程平穩進行。
然而，由於精煉過程中，供氧速度受到限制，後面的操作就需相長的時間，而且，對於裝入的一定量的熔化生鐵料而言，它就成了爐子熔煉期時間長短的限制因素。為了改進電弧爐的性能，比如其生產率，即縮短熔煉期時間，因此就必需縮短金屬熔池中精煉時間。
所以，本發明的目的是提供一種在電爐中裝入熔化的生鐵料的煉鋼方法，這種方法能夠縮短熔煉時間。
依據本發明，這一目的由一種電爐煉鋼的方法實現了，該方法中，電爐內裝入預定量的熔化生鐵料，而且，該方法包括下列步驟(a)．以可控的速度連續裝入熔化的生鐵料，同時又不中斷電弧加熱，(b)．在金屬熔池中碳和/或矽的濃度達到預定極限值之前，向爐內噴吹一種精鍊氣體，噴吹不斷進行直至裝料過程結束，以及(c)．在裝入計劃量的生鐵料後，繼續噴吹精鍊氣體，直至金屬熔池中的碳和/或矽的濃度達到目標值。
這種方法有其優越之處。首先，裝料過程在不中斷供電，即不止電弧加熱的情況下進行。結果，廢鋼的熔化不僅未被打斷，而且比裝入熔融生鐵的傳統方法更快。其次，噴吹氣體的精煉過程在裝料結束前就已開始，即開始時間早於傳統的裝料方法。結果，熔煉期時間縮短，儘管噴吹氣體速度並未增加。
由於精煉過程在裝料結束前就已開始，所以，用這種方法有可能在熔煉期內，通過調整裝料和噴吹氣體的速度，來降低金屬熔池中碳和/或矽的最高濃度。在精煉的開始階段，金屬熔池中如碳的濃度，實際上，與只是在裝入全部熔融的生鐵料後才開始精煉的傳統方法相比，其值顯著降低(對矽濃度也如此)。而且，熔池中至少一部分碳在其被裝入時就被氧化，這樣，裝料期間金屬熔池中碳濃度的增加明顯減小，因此，其濃度不超過預定的極限值，此極限值，比如對於碳，是小於2％，而且優選小於1.5％。矽濃度的變化規律相同，只是量值較小。矽濃度的預定極限值比如小於0.3％，優選小於0.2％。
由於這種方式中，碳和矽的濃度受到限制，因而有可能增加氧的噴吹速度但又不會造成精煉反應太過激烈。事實上，由於矽和碳的局部含量有限，精煉反應不再局限於氣體在熔池中的衝擊點，而是氧氣在鐵水中間迅速傳遞。在攪動熔池中存在的各相(金屬和爐渣)之後，以這種方式產生的鐵的氧化物，繼而和其在衝擊點之外的地方遇到的矽和碳反應。結果，反應氣體比如CO的釋放和由其引起的噴濺在金屬熔池的整個表面上更為均勻，因而該過程就不會很劇烈。這樣，就可以增加供氧速度，進而提高精煉速度，而同時又不會引起鋼和生鐵的噴濺，這種噴濺非常大且存在汙染和損害爐內襯有的冷卻壁的危險。結果，爐子的熔煉期得以縮短，爐子的生產率得到提高。
應該指出，生鐵料的裝入是在不停止電弧加熱的情況下實現的，而且，爐頂在整個裝料期間始終關閉，後者的實現優選由爐子的一個側門完成。由於整個熔煉期間爐頂關閉，就避免空氣進入爐子熔煉室，氮的進入也就顯著減小。而且，較早的和連續的精煉過程使得反應氣體如CO不斷洗刷金屬熔體，通過CO的這一洗刷作用，溶解於金屬熔體中的氮就溶入至CO氣泡中，該氣泡會將氮帶出金屬熔體。隨後，氮就和反應氣體一起由爐子的排氣系統從爐內排出。如此連續不斷的洗刷可使煉出的鋼中氮濃度很低。
結果，按照本發明的方法極其適合煉製優質鋼，尤其適於煉製韌性很高的鋼，對於這種鋼，要求其氮的濃度很低。
優選對噴吹精鍊氣的速度和裝入生鐵料的速度進行調整，以使精煉開始後金屬熔體中碳和/或矽的濃度不再增加。例如，有可能將裝入生鐵料速度與噴吹氧的最大速度相匹配，以便在裝料時熔池中的碳就全部氧化。按這種方式，在熔煉期間，金屬熔體中碳和矽的濃度可以得到非常精確地控制，而且，有可能將最高濃度限制在很低的值，例如，對於碳，限制在0.5％的濃度。
根據本方法的一個優選實施方案，精鍊氣體噴吹至爐子的兩個扇形區之一。這兩個扇形區正與電爐的一個電極送進口相對，在這種情況下，對噴吹氣體的方向進行調整，結果，包含裝料方向的一個垂直面與包含噴吹方向的另一個垂直面基本上在爐子的電極區相交。
精煉期間不斷釋放的反應氣體，例如CO，在氣體流和生鐵流的交匯區比在其它鄰近區域更充足。當離開金屬熔池時，這時氣體替代爐腔內的氮，並在金屬熔池表面上方形成一種保護性氣氛，以阻止氮進入熔體中。
由於電弧附近的溫度非常高，該區中氮的存在會導致金屬熔體優先氮化。因此，非常優選對生鐵流和精鍊氣體進行引導，以使兩者在位於電弧正下方的區域相遇。這樣，在電弧附近產生的保護性氣氛尤其稠密，從而可以非常有效地阻止氮進入熔體。
應該指出，裝入的熔融生鐵料量可以是爐料總量的20-60％，裝入生鐵料的速度優選每分鐘小於爐子容量的4％。每噸爐子容量的供氧速度優選為0.5-1m3O2/min。
以下內容中，採用
圖1和圖2所示實例，對一種實現本方法的方式與一種傳統的裝料方法進行比較，兩圖所展示的是圖1對於傳統裝料方法，電力、熔化的金屬量以及碳濃度隨時間的變化。
圖2對於按照本發明的裝料方法，電力、熔化的金屬量以及碳濃度隨時間的變化。
對兩種裝入熔融生鐵料的方法所作的共同假定如下·爐子容量100噸+20噸澆餘金屬量；·裝料66噸廢鋼+44噸熔融生鐵，即40％；·爐子的最大有功功率60MW；·碳濃度生鐵中4.5％，廢鋼中0.5％。
本實例中，只考慮了金屬熔池中的碳濃度，矽濃度的變化規律基本上與碳濃度相同，除了矽的氧化先於碳之外。結果，碳濃度達到目標值之後，矽也幾乎從金屬熔體中脫除掉了。
為便於比較，首先，兩種方法一開始採用相同的最大供氧速度，該供氧速度達4000m3/h的水平，其與60公斤碳/分的脫碳速度相對應。
傳統方法中(圖1)，電爐首先以最大功率工作來將一定量的廢鋼熔化。10分鐘後，再一次關閉電弧，打開爐蓋，用5分鐘時間向爐內裝入熔融生鐵料。裝料後，蓋上爐蓋，再一次打開電弧。應該指出的是，由於打開和蓋上爐蓋需要時間，5分鐘的裝料過程意味著爐子停止工作約10分鐘。
在裝入生鐵料期間，金屬熔池中熔化金屬的量和碳濃度隨裝料速度線性增加，停止裝料時，碳濃度可達3％(矽濃度達0.4％)。主要是由於如此高的矽和碳濃度，才使得精煉期間供氧速度必須限制在4000m3/h的水平。精煉期間，精煉是以爐蓋蓋上之後才開始，碳濃度基本上線性降低，最終達到小於0.1％的水平。
應該指出，由於生鐵和廢鋼所含有的碳量，加之有限的供氧速度的影響，脫碳過程總共持續38分鐘。因為熔煉期開始20分鐘後，脫碳才開始，這樣，整個熔煉期持續58分鐘。
在按照本發明的方法中，結合圖2進行說明，10分鐘後開始裝料，並且以3噸/分的速度持續進行，即裝料時間約15分鐘。裝料期間，爐子一直通電，這樣，爐中熔化的金屬數量的增加，原因不僅在於裝料，而且也在於裝料時廢鋼一直在熔化。結果，廢鋼的熔化比圖1方法提早結束10分鐘。
而且，脫碳過程，如按同樣4000m3/h的供氧速度，其需要38分鐘，在裝料開始不久，在金屬熔池中碳濃度超過1.5％之前就已開始。按這種方式開始裝料，這要比圖1中的方法早，已能夠使熔煉期時間縮短10％以上。如果現在增加供氧的最大速度，而這是可能的，因為此時金屬熔池中碳濃度低，不存在噴濺的危險，結果是脫碳速度增加，並且熔煉期時間進一步縮短。因此，按照本發明的方法，能夠使電爐生產率提高至少10％。
在連續裝入生鐵料的優選方案中，有可能將裝入生鐵料的速度與脫碳所需氧的最大供應速度相匹配。這樣，碳在裝入金屬熔池時就被氧化。按這種方式，有可能將碳濃度限制在0.5％以下。由於碳濃度低，最大供氧速度可顯著增加，以增大脫碳速度。對於碳濃度4.5％的生鐵，生鐵的裝入速度和供氧速度關係為q生鐵(t/min)=q氧氣(m3/min)/43。
具有這種既早又佳的裝料方式的煉鋼方法在圖2中由虛線代表，最大供氧速度為5200m3/h。在這種情況下，裝料以2噸/分的速度進行。可以看到，一旦熔煉期開始，裝料也就開始，而且熔化金屬的量從一開始就線性增加。另一方面，碳濃度在整個裝料期間基本保持不變且低於0.5％。該方法與傳統裝料方法相比，生產率有可能提高20％。
權利要求
1．在電爐中煉鋼的方法，其中向電爐中裝入預定數量的熔融生鐵料，所述方法特徵在於下列步驟a)以可控的速度連續裝入熔融生鐵料而同時又不中斷電弧加熱，b)在金屬熔池中碳和/或矽的濃度達到預定的極限值之前，向爐內噴吹一種精鍊氣體，噴吹不斷進行直至裝料過程結束，而且c)在裝入計劃量的生鐵料後，不斷噴吹精鍊氣體直至金屬熔池中的碳和/或矽的濃度達到目標值。
2．根據權利要求1的方法，其特徵在於裝料速度和噴吹精鍊氣體速度可作調整，以使得在精煉開始後，金屬熔池中碳和/或矽的濃度不再增加。
3．根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於精鍊氣體被噴吹至爐子的兩個扇形區之一，所述的扇形區正與電爐的一個電極的進出口相對，對氣體的噴吹方法進行調整，以使得包含裝料方向的一個垂直平面與包含噴吹方向的另一個垂直平面基本上在爐子電極區相交。
4．根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於金屬熔池中碳濃度的極限值小於2％，優選小於1.5％。
5．根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於裝入熔融生鐵料的量為爐子中全部爐料的20％-60％。
6．根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於裝入生鐵料的速度為每分鐘低於爐子容量的4％。
7．根據前述權利要求之一的方法，其特徵在於每噸爐容量噴吹氧氣的速度為0.5-1m3/min。
全文摘要
對一種在電爐中煉鋼的方法進行了公開,所述方法中,預定量的熔融生鐵裝入電爐中,而且該方法包括下列步驟:(a)以可控速度連續裝入熔融生鐵而同時又不中斷電弧加熱,(b)在金屬熔池中碳和/或矽的濃度達到預定極限值之前,向爐內連續噴吹一種精鍊氣體,噴吹不斷進行直至裝料過程結束,而且(c)在裝入計劃量的生鐵料後,繼續噴吹精鍊氣體,直至金屬熔池中碳和/或矽的濃度達到目標值。
文檔編號C21C5/52GK1223694SQ97195995
公開日1999年7月21日 申請日期1997年6月10日 優先權日1996年7月3日
發明者A·克萊默, G·丹尼爾, J－L·露絲 申請人:保羅·沃思有限公司