CN1181113A - 按多段熔炼法生产铁水的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

为了能对不同的铁载体在各种数量配比下进行经济地加工,设计了一套生产铁水(24)、特别是钢水、如原钢钢水的设备,它带有一个电弧炉炉缸(1),一个通过堰坝(34)与炉缸(1)相连接的精炼缸(3),一个连接在炉缸(1)上的、与炉缸(1)有一共同缸底(18)的倾析缸(2),一个导入液体生铁(20)、且通入炉缸(1)的导入装置(21),一个导入固体铁载体(7)的预热炉(5),及一个装料井(10)。精炼缸(3)带有从堰坝(34)起、至少是部分地下斜的缸底和氧气导入装置(35、36),及一个布置在远离炉缸(1)的终端上的出铁口(41)。在倾析缸(2)的位于远离炉缸(1)的终端上设有一出渣口(43)。预热炉(5)布置在炉缸(1)之上、并带有一个可通过气体的、冷却的关闭装置(6),经由炉缸盖(4)通入炉缸(1)。装料井(10)布置在炉缸(1)之上、并通过一个不能透过气体的、水冷的关闭装置(11)通入炉缸(1)。

Description

按多段熔炼法生产铁水的设备和方法
本发明涉及一用于生产铁水，特别是钢水，如原钢钢水的设备，以及用于生产上述熔融金属的方法。
现在交流或直流电弧炉用作电炉钢生产的标准机组。这里使用的由
-70％到100％废钢、各种数量配比的直接还原的铁-海绵铁，以及有时也用碳化铁(目前约到总用量的10％到15％)，和
-0％到30％液体和/或固体生铁构成的铁载体，借助于一个或多个电弧、在使用氧枪-必要时使用烧嘴、喷嘴和/或惰性气体搅拌-和添加碳载体和造渣剂下熔化。接着，钢水熔池在一熔池平静期(Flachbadperiode)(5至10分钟)中在电弧炉中调整到出钢所希望的温度和成分，并在出钢时在钢水包中镇静。能量消耗和材料消耗、以及设备生产率依配料比和熔炼操作而异。
通过遍及世界地引入二次精炼法以及电弧炉本身在结构、电和工艺方面的一系列发展，如
·冷却的炉板和盖
·改进的电极质量和采用电极冷却
·除交流电弧炉外，引入直流电弧炉
·提高变压器功率
·将烧嘴、喷枪、喷嘴和/或透气砖(Spuelstein)用于熔炼、加热、
  精炼、固体吹入和/或惰性气体搅拌
·导入电流的电极支架臂及电极调节的使用
·炉子形式和炉子大小(包括出钢口)的优化
·泡沫渣的运行方式
·不同形式的废钢预热
·海绵铁的使用，有时作为热炉料电弧炉熔炼生产在最近20年内，就其用料和生产的钢的质量而言，已变成一种柔性的和高效率的方法，它与转炉冶炼相比，越来越表现出重要的优点，并与之成功地竞争。首先是通过成功地使用
·集成的废钢预热和/或海绵铁/热压块的直接还原铁热装料
·在对用于进行装料操作的停电时间最小化下，炉料(铁载体、碳
  载体、添加剂等)的大部分的连续装料
·优化的泡沫渣运行方式
·较便宜的一次能源(煤、天然气等)作为电能的代用品，包括部分CO/H2在泡沫渣之内和/或之上的二次燃烧在新的方法发展中，达到了在电弧炉中电炉钢生产的熔炼时间明显缩短和单位产品电能消耗降低，并由此进一步降低了单位产品生产费用和投资。
然而，在已知的用电弧炉作为熔炼机组的电炉钢生产方法中，上述方法发展的潜在优点仅在有限程度上得到了利用。再者，尚未能够-虽然需求越来越大-将约占电弧炉炉料30％到70％的高份额的液体生铁和/或其它富碳的铁载体(海绵铁、碳化铁等)以及难对付的废钢(旧汽车)以高生产率和高的能量利用率加工成液体钢，而在汽车废钢中还应不造成不允许的环境污染。一个在这样条件下，在电弧炉基础上的经济、高效率的进行这一方法的工艺和设备仍尚在期待中。
上面提到的传统的电弧炉的局限性，完全是由炉子形状引起的，它不能有一个准稳态的、连续的过程。装料、熔炼、精炼、加热和出钢操作在一个地方进行，被迫地或多或少在时间上错开，并带有装料和送电的间断-至少在出钢前和在出钢时-以便达到希望的原料成分和温度(均匀性和相对于液相温度的过热)。当前的电弧炉中的过程是不连续的，并由此使生产率受到限制。与此相关，应指出下列各点：
1)在出钢量为70t到150t时已达到的每炉时间55分到60分钟下，进一步缩短停电期的可能受到强烈限制。供电期也同样-因为在这样条件下，差不多已达到了每吨炉料的经济的能量消耗和时间单位的极限-并由此而对整个熔炼时间也同样。
2)从一定的料块大小起，废钢的连续装料难以进行。沉重的和占地方的废钢将在停电时用废钢筐添加。
3)在连续装料以及精炼和熔池平静期的加热(其长短在高份额的海绵铁、特别是高份额的液体生铁和碳化铁(约6.1％C)情形下大大增大)时，已有的变压器功率在电弧炉中一般未得到充分利用。
从AT-B-295,566已知一用于在一个电弧熔炼炉中，通过熔炼预还原的铁矿石和接着将半钢钢水精炼成钢的连续生产钢的方法，上述电弧熔炼炉带有一个熔化炉膛，接在它上面有一个精炼区和至少一个炉渣澄清室。在这个方法中，预还原的铁矿石，以块状或粒状送进熔化炉膛的电弧区。金属在炉膛中受到连续搅拌并使其循环，而且通过吹入含氧气体并在此期间流过一精炼区而精炼成钢。与此相反，炉渣沿着至少精炼区长度的一部分沿与金属相反的方向流动。炉渣在一个没有强烈的熔池搅拌的炉渣沉积室中镇静下来，然后从炉渣沉积室排出。
在这一已知的方法中使用本厂废钢和熔融生铁，然而都是很有限的数量。废气的导出直接在精炼区进行，就是说不通过电弧熔炼炉。为了避免精炼区中的钢水凝结，在这一已知方法中要求添加高的焦炭/煤。这一已知方法因此而限制了应用能力，并主要用于从预还原铁矿石中生产原钢。
从DE-C3 609 923已知一用于将废钢连续熔炼成原钢的方法和装置。这一方法主要限定在废钢溶炼(未提到使用生铁水或直接还原的海绵铁)。在这一方法中，炉气的热量用于加热废钢。废钢在一安在床式炉中央上方的竖炉中预热，并且从中央进入床式炉，这里形成一个废钢柱，它形成废料锥支撑在电弧炉炉底上，并能达到废钢预热竖炉上部的废钢装料口。在电弧炉中，可摆动的电极(大多是4个电极)围绕着废钢柱对称布置，借助于它们使废钢熔化。在电极的中轴与一垂线之间的倾角，在废钢熔化期间对每一电极均大于20°。因此，床式炉受到巨大的热负荷，因为电弧在中心装入的废钢柱与床式炉炉壁及炉盖之间燃烧。这一方面导致耐热炉衬加重磨损，并由此导致用于进行修理的材料消耗和时间消耗更高，另外，大部分投入的能量通过向炉壁和炉盖的辐射而失掉。此外，通过废钢柱中可能形成桥-在由电极熔化的熔化腔上部-不排除废钢柱(或其一部分)的塌陷，这可能导致电极折断。
本发明旨在避免这些缺点和困难，其目的是提供用于生产铁水的设备和方法，它们原则上使得可以使用一切在冶金实践中出现的具有不同物理-化学性质的铁载体，如废铁、液体的和/或固体的生铁、碳化铁、海绵铁、具有不同预还原程度的铁矿石、烧结块、氧化铁皮、冶金粉尘、干燥矿泥等，而且是不同量的配比，以便在例如出现某一铁载体短缺时，能产量不受限制地选择另一种铁载体。同时，处理过的有机轻质组分，如破碎轻质组分也应能使用，作为冶金过程的热载体，并能同时除去。
为了实现上述目的，按本发明设计了具有以下特征的设备：
·一个电弧炉炉缸(Ofengefaess)，
·一个通过堰坝连接在炉缸上的精炼缸，它带有一个从堰坝开始、
  至少部分地下斜的缸底和一个氧气导入装置，以及一个布置在远
  离炉缸的终端的出铁口，
·一个连接在炉缸上、并同炉缸有一共同缸底的倾析缸，它在其远
  离炉缸的终端设有一出渣口，
·一个导入生铁水、并通入炉缸的导入装置，
·一个导入固体铁载体的预热炉，它布置在炉缸之上，并通过一可
  通过气体的冷却的关闭装置、经由炉缸盖通入炉缸，
·一个装料井，它布置在炉缸之上，并通过一不能通过气体的冷却
  的关闭装置通入炉缸。
预热炉最好是居中布置在炉缸之上，并且炉缸的盖设计成环形，环绕预热炉，并将其与炉缸侧壁相连。这里，电极最好是石墨电极，斜着必要时垂直地通过盖伸进炉缸内部。由此可达到特别短的熔炼间隔时间，即可达到在短的时间间隔中添加固体的铁载体，如废钢。这里，在监控/调节预热温度和装入速度下，确保固体铁载体的有效预热。
电极最好是可摆动地以及必要时在其长度轴方向可移动地放置，而且在垂线与电极中轴之间的倾角的变化在沿炉缸中心方向最好在0°到30°范围内，而在朝向炉缸壁的相反方向高达10°。
电极为阴极、而在炉缸缸底中心布置一个缸底阳极是有益的。
如果电极做成空心电极，并且或者与一个铁载体导入装置、和/或与一个煤或碳载体导入装置、和/或与一个处理过的有机轻质组分导入装置、和/或与一个造渣剂导入装置、和/或与一个碳氢化物导入装置、和/或与一个惰性气体导入装置相连接，则使设备有特别万能的可用性。
还可优选考虑通入炉缸内腔的喷嘴和/或喷枪，它们或者与一个铁载体导入装置、和/或与一个煤或碳载体导入装置、和/或与一个处理过的有机轻质组分导入装置、和/或与一个造渣剂导入装置、和/或与一个氧或含氧气体导入装置、和/或与一个碳氢化物导入装置、和/或与一个惰性气体导入装置相连接，这里喷枪可移动地，特别是可摆动地和/或在其长度方向上可移动地布置是有利的。
按一个优选的实施形式，在精炼缸中布置有喷嘴和/或喷枪，它们或者与一个铁载体导入装置、和/或与一个煤或碳载体导入装置、和/或与一个处理过的有机轻质组分导入装置、和/或与一个造渣剂导入装置、和/或与一个氧或含氧气体导入装置、和/或与一个碳氢化物导入装置、和/或与一个惰性气体导入装置相连接，这里喷嘴做成下熔池喷嘴和/或缸底透气砖是有利的。
这里喷枪最好设置成可动的，特别是可摆动和/或在其长度方向上可移动的。
为了在缸底阳极中心布置的情况下也能使炉缸完全排空，炉缸设计成带有朝倾析缸方向下斜的缸底、并过渡到大致上水平的倾析缸缸底是适当的。这里，缸底的最低处布置在倾析缸中。此外，在倾析缸缸底的最低处设一个排出口是有利的。
为了在较长的精炼缸时也能对设备中进行的过程容易地监控，精炼缸至少设一个监控口和/或修理口是有优点的。
因为精炼缸的炉衬比炉缸的炉衬经受更强烈的、从富氧化铁的炉渣方面来的化学侵蚀和更大的热负荷，并由此而经受更大的磨损，如果把精炼缸做成一个可以从炉缸脱开的和可更换的结构单元是适宜的。
在炉缸和精炼缸中的金属熔池的液位可以是相同的或不同的(例如在精炼缸中低一点，在这种情况下，设备的运行是在炉缸和精炼缸之间没有连续熔池情形下进行的)。
按一个修改了的、有优点的实施形式，精炼缸是按钢水包形式构成，在它的盖的范围中设有设在炉缸和精炼缸之间的堰坝。
为了使有效的造渣操作成为可能，在从炉缸到精炼缸的过渡区再设一个出渣口以及一个可去掉的渣坎是有优点的。
为了容易修理，预热炉和/或装料井做成可从炉缸脱开的和可更换的单元是有优点的。
按一个优选的实施形式，用于生产铁水、特别是钢水、如原钢钢水的方法是以以下特点的组合为特征的：
·往炉缸中装入数量为使用的铁载体总量的20％到70％的生铁
  水，
·在炉缸中熔入废钢和/或其它带氧化铁组分的固体铁载体(直接还
  原的海绵铁、热压的海绵铁、碳化铁、预还原的矿石、粉尘团块
  等)，其数量主要为将生铁水的量补充到总量的量，其中
·废钢先装入预热炉
·废钢通过在生产生铁时形成的热废气的排出和通过将废气导入接
  受要预热的废钢的预热炉而被预热
·废钢接着被装入炉缸，并且
·固体块状铁载体先装入装料井，并从这里不预热、然而有时是在
  热状态下装入炉缸，而小颗粒的铁载体通过喷枪和/或喷嘴和/或
  空心电极，导入炉缸和/或精炼缸，
·装入炉缸的铁载体借助于电弧能量熔化，并与生铁水混合。
·由此形成的铁水，越过堰坝、通过精炼缸、流向铁水出口，并且
  既在炉缸中，也在精炼缸中，被连续精炼，并同时被加热，且
·渣在与铁水流动方向相反的方向上流向出渣口，并且连续地就
  FeO含量还原，同时冷却。
这里，通过往渣里和/或往渣上和/或在其上面往精炼缸、往炉缸和/或往预热炉里导入含氧气体，使生产气体二次燃烧掉是有优点的。
通过吹入含氧气体来支持废钢的熔炼是适宜的。
按本发明的方法，使得可以使用各种炉料。有利的是，往预热炉中，和/或在装料井中、和/或在炉缸中和/或在倾析缸中、和/或在精炼炉中
·导入炉料(铁载体、碳载体、添加料、处理过的有机轻质组分和
  气体)，
·熔炼、精炼和加热，和
·排出过程产物(原钢、渣和废气)；而且以上过程是
·连续地或半连续地而从精炼缸出钢不连续的，和
·不影响/中断紧接着的前面/后续设备部件中的工艺过程地进行的。
为了避免再混合，精炼缸中的金属液面多保持在低于炉缸中的金属液面。
本发明下面借助于多个在附图中示意地表示的实施例进一步说明，其中图1是通过按第一实施例的本发明设备的垂直剖视图，图2是过图1中II-II线的剖视图。图3为图1表示的设备的部分剖开的俯视图。图4至图6分别与图1相类同地表示可供选择的实施形式。
一个直流电弧炉的炉缸1，在一侧设有一个倾析缸2，在相对的另一侧设有一精炼缸3，而且分别与缸2和缸3直接连接，从而形成了一个有3个功能区的相连接的设备。电弧炉的炉缸1用作熔炼区或熔炼还原区，精炼缸3用作精炼区和加热区，倾析缸2用作倾析区。在炉缸1中间位置，即相对其居中地在其盖4上装有一预热炉5，它带有可通过气体的和水冷的关闭装置6，可用炉料7-首先是废钢，有时也用固体生铁-主要通过输送带8经装料口9往预热炉5中装料。与预热炉5相平行，至少设有一个侧向直接相邻且也通入炉缸1的装料井10(最好设多个装料井)，装料井10设有向着炉内腔的不能透过气体的水冷关闭装置11，装料井可用固体块状的铁载体12(直接还原铁、预还原铁矿石、烧结块、氧化铁皮、过滤粉尘和/或沉积物团块等)，和/或碳载体13(焦炭、有机轻质组分的挤压块等)，和/或造渣剂14(石灰、萤石、石英砂、铁矾土等)，通过输送带15装入。由炉缸1、精炼缸3、倾析缸2、放在上面的预热炉5和侧边的装料井10构成的单元，构成按本发明的设备的核心部分。
炉缸1有多个接通阴极的、斜的石墨电极16，它们有时做成空心的，最好相对于电弧炉和放在其上的预热炉5对称布置。电极16朝炉缸1中心方向可在相对于垂线的0°到30°倾角范围内摆动，而在相反的朝炉缸1的壁的方向可在10°之内摆动。对每一电极16可将倾角调整为不同的角度。在熔炼操作期间倾角通常为约15°到20°。有时可放弃电极16的可摆动性。在炉缸1的炉底18***布置的炉底阳极用作反电极17。
在预热炉5中由上升的热废气19预热的金属炉料7被连续地或分批地、仅在供电下装入设备的炉缸1中。如果其间出现电极折断危险时，电极16短时地向炉缸壁方向、在供电情况下摆动，或者向上抽(断电)。大块重的废钢8(板坯切头，以及方坯切头，废钢捆料等)的装料是在短时断电和提起电极16下进行。
含氧化铁(海绵铁、预还原铁矿石、粉尘团块)的固体铁载体12的装料，和需要时碳载体13，如焦炭、有机轻质组分挤压块等及造渣剂14(石灰、萤石、石英砂、铁矾土等)是通过侧面的上料井10连续地和/或分批地/不连续地进行，而且不与通过预热炉5进行的装料操作相关。
同样与此不相关地通过一个做成导槽的、通入炉缸1的生铁导入装置21、连续地或分批地/不连续地往电弧炉装入液体生铁20。在炉缸1的与导槽相对的一侧设有一个用于过程监控、引入附加的喷枪操纵机23和进行炉缸1区域内的维护工作的门22。
由设备的形式已决定了，在炉缸1中的装料和熔炼总是用熔池24进行。它使得可以在带泡沫渣25及由它差不多完全包围的电弧26、而且由此而在高的变压器效率和热效率及低的噪音发射情形下进行近乎连续的准稳态熔炼作业
另外，为了满足下列要求
·处理细小颗粒的铁载体12’(例如碳化铁、海绵铁筛渣，过滤粉
  尘等)
·生成及调节泡沫渣25
·通过提高加入电弧炉内的能量(包括在泡沫渣25内的或在其上面
  的废气19中的CO和H2的二次燃烧)加速炉料7、12、13、
  14的熔炼过程和平衡熔池24中浓度梯度和温度梯度，以及
·通过便宜的一次能源代替一部分所需电能
往炉缸1中将
·细小颗粒的铁载体12’和/或
·细小颗粒的煤13’或者其它碳载体(处理过的有机轻质组分，例
  如破碎轻质组分)和/或
·细小颗粒的造渣剂14’(石灰、萤石等)和/或
·气态的氧和/或其它氧化性气体27(CO2、H2O等)以及二次空
  气28和/或
·CH4或其它碳氢化物29和/或
·惰性气体30(N2，Ar)
以调节好的、与地点和时间需求相适应的数量、通过一个或数个
·用于吹进上述材料12’、13’、14’、29、30中至少一种(氧和
  含氧气体除外)的空心电极16和/或
·在电弧炉的盖和壁范围的各处、在渣表面之上和/或之下、用于吹
  进上述材料12’、13’、14’、27、28、29、30中至少一种的、
  有保护的和/或无保护的喷嘴和/或喷枪32(可移动的和/或固定
  的喷枪，有时作为复合喷枪/烧嘴)，和/或
·用于吹入上述材料12’、13’、14’、27至30中至少一种的有保
  护的熔池下喷嘴33(优选是高压喷嘴)和/或炉底透气砖或熔池
  下喷嘴，以及惰性气体30的透气砖导入。为了明显起见，在图1
  中没把所有这些装置都画上。
从某一液槽量24起，在炉缸1中形成的金属熔液24越过堰坝34流进精炼缸3，并在那里精炼到出钢，并同时加热。为了这个目的，精炼缸3有至少一个、最好是多个：
-喷嘴，而且是有保护的(天然气保护的-但也可用Ar、CO2和
 较高的碳氢化物作为保护气体)和/或没有保护的喷嘴(熔池上喷
 嘴(二次燃烧)或高压喷嘴(下熔池))和/或喷枪35(移动的
 和/或固定的喷枪必要时为复合喷枪/烧嘴)，在精炼缸的盖和壁范
 围中各处上、在渣表面之上和/或之下，用于顶吹吹进材料12’、
 13’、14’、27至30中至少一种，和/或
-有保护的熔池下喷嘴36(优选是高压喷嘴)和/或缸底透气砖，
 用于吹入材料12’、13’、14’、27至30中至少一种，以及惰性
 气体30的透气砖，和/或
-用于单个地或组合地加入块状铁载体12、碳载体13和造渣剂14
 的开口。
其中，按精炼缸的一个优选的实施方案，规定如下：
-通过多个喷枪35仅顶吹气态的氧27。喷枪35居中地在精炼缸3
 的盖37上差不多等距地布置在精炼缸长度上，在垂直方向上可移
 动，并同时能在金属熔液24的流动方向38上、或在与其相反的
 方向上、在与垂线成0°到30°的倾角内摆动。
-通过多个布置在喷枪35之间的、有保护的熔池下喷嘴36和/或透
 气砖仅导入惰性气体30(N2和/或Ar的任意的混合比)。熔池
 下喷嘴36和/或透气砖居中地在缸底和/或侧壁上沿精炼缸3的长
 度单个地和/或成对地设置。
-仅块状造渣剂14(石灰、萤石、石英砂、铁矾土等)且仅通过盖
 口39、借助于输送带40导入精炼缸3。
-在精炼缸3的两个长侧部各设了一个监控和修理口50。两个监控
 口50在精炼缸3的长度方向上相互是错开的。
块状造渣剂14通过在最后一个喷枪间距上的盖口39往精炼缸3中的金属24的流动方向上添加-大体在原钢排出口41之上-加速石灰熔化及有反应能力的精炼渣25的形成，因为借助于相邻的、最后一个氧枪35，在精炼缸3中的局部区中的渣25的氧化铁含量仍保持很高。
在自身重力及由喷枪35带进的冲量驱动下，精炼渣25沿着精炼缸3、与金属熔液24反向地、按箭头方向42向炉缸1移动，这里，它在温度不断下降及伴生元素(C、Si、Mn、P、S等)不断增加下，与金属熔液24相遇，将其加热和精炼，以及由其冷却和还原。在带有在设备全长上的连续熔池(如图1中所示)的连续作业中，渣25通过在倾析缸2的自由端上的渣门43排出。这里在炉缸1和倾析缸2中的渣25的量可附加地调节，这要借助于一个渣坎44、通过在精炼缸中的一个或两个安装在侧面的渣门45将渣25部分排出-直接在渣进入电弧炉的入口前进行。
上述“金属/渣反向运动”的优点为：
1)渣25在通过渣门43离开倾析缸2时热损失和铁损失少，因为，
  一方面渣25在“冷侧”离开设备，另一方面除了首先是在炉缸1
  中发生的氧化铁还原外，在倾析缸2中还发生金属小滴点从渣25
  中的所谓“下雨”。
2)以明显少的造渣剂14的消耗、及少的渣25的单位量(有时可以
  “缺渣精炼”)、及由此而在设备小的耐火磨损下达到希望的钢
  的质量。
在分批从精炼炉3出原钢24的设备半连续作业中，通过可从侧边推入的渣坎44限制或防止渣25从炉缸1溢流进精炼缸3。
在精炼缸3中形成的热废气19先达到炉缸1，并与那里形成的废气混合，然后通过预热炉5升高，并通过预热炉5上部的废气管46离开设备。在这过程中废气根据设备各部分中局部的热需求而主要同氧27、有时同空气28或空气/氧混合物，通过喷枪32、35和/或喷嘴47部分地、但越来越多地二次燃烧。这里在一定配料比和过程进行条件下，超过60％的高的二次燃烧程度是技术上可实现的。因此在本方法方案和设备方案中，废气19的化学的和可感觉到的热量绝大部分，或者直接在精炼缸3和炉缸1中传给了金属熔池24，或者间接通过在预热炉5中炉料7的预热传给了金属熔池24，并直接用于过程。
按本发明的设备方案和方法方案，与传统的不带废钢预热的电弧炉和带集成的废钢预热的不连续作业的电弧炉相比，分别在相同的炉料时，电能消耗较小(分别约省25％到30％和10％到15％)。
·这时，同传统的不带废钢预热的电弧炉相比，在电弧炉差不多同样大小和构造(变压器功率、喷枪、烧嘴等)时，效率约高50％。设备各部分，如：
-炉缸1
-预热炉5和侧边装料井10
-精炼缸3和
-倾析缸2的设计，根据以下进行：
-使用的炉料，特别是铁载体7(形状、大小、成分、温度和聚集
 状态)，
-希望的生产效率，
-对钢的质量的要求，
-希望的设备作业方式(连续的或半连续的-带不连续的出钢)，
 也考虑所希望的与前面和/或后续设备(例如，用于生铁生产、直
 接还原、二次冶金处理、连续浇注等的设备)的集成，
-可使用的能源种类和价格。
设计时的主要目的是使过程各分步骤：预热、装料、熔炼或熔化还原、精炼、加热和出钢，在设备内同时，然而在地点上错开，并以此而互相尽可能不相干地在设备各部分中、在可监控过程中、在各自有利的物理-化学的、反应-动力学的和热工的条件下进行，即得到一个由对具体应用情况几乎极好(高效率)地工作的分反应器构成的总设备。
按本发明的设备的配置使得对包括炉缸1和倾析缸2的设备区段和精炼缸3的设备区段的排空能够互不相干地进行，前者通过排出口43排空，而后者通过排出口41排空，不要求总设备的倾转，由此，在上述两个区段中的每一个中的热状态下的监控和修理工作，可在不中断各相邻区段的过程下进行。按照本发明设备的所有部分，在运行期间相互地，并像一体一样牢固锁住，也就是不可移动或倾转。通过设备的下缸和盖4和37的优选的分段构成，在向侧边移出后(也适用于预热炉5和装料井10)，可进行各个需要修理的缸，如精炼缸3、炉缸1、和/或倾析缸2，以及其它设备组件的更换。
在图1中表示的设备配置，按本发明优选为连续作业考虑的，设有一个连续熔池，它伸展到设备的全长上。这样的连续熔池在使用富碳的铁载体份额高的炉料(如由30％废钢+30％海绵失+40％生铁水构成的炉料)时，是可以调节的。但在炉缸中和在精炼缸中不同的金属熔池液位也是可能的。
为可供选择的炉料配比的几个按本发明的优选的设备配置，示于图4至图6中，其中
-按图4的设备配置代替图1，用于连续作业，带有连续熔池，含
 至少30％生铁水的炉料；
-按图5的设备配置是为连续或半连续作业、生铁水炉料份额最多
 约到30％确定的；在半连续作业中，精炼缸3将分批出钢；在
 生铁水炉料份额＜15％和不往精炼缸3中直接导入固体碳载体
 13，13’时，作为选择设有一加热的、连接在精炼缸后面的缸，
 例如一个钢包炉29；
-按图6的设备配置用于不用生铁水20的连续熔炼过程的极限情
 况，这里由于省去了大部分精炼工作，设有一加热容器，例如钢
 包炉49作为精炼缸3。
由图4至图6可见，炉料配比首先影响精炼缸3和倾析缸2的形状和大小，但也影响预热炉5的大小、侧边装料井10的个数、大小、布置和应用，以及影响电弧炉需要的变压器功率。随着使用的铁载体7的碳含量及其液体份额的增大，精炼缸3和倾析缸2将原则上更窄和更长(隧道状)，这里电弧炉的单位变压器功率下降，反则反之。在炉料中高的、增大的固体铁载体7份额时(例如，在70％到100％废钢和/或直接还原铁的炉料范围)，精炼缸3逐渐取在图5中表示更短的容器状，或者像图6中表示的钢包49状。电弧炉的变压器功率将更大。在100％固体炉料的极限情况中，倾析缸可大大缩短。
实施举例
炉料由40％水铁水20、30％混合废钢7和30％海绵铁颗粒12构成。炉料的化学成分可从表1中看出。
表1炉料的成分和温度生铁水    混合废钢  海绵铁            石灰        砌炉衬4.30％C   0.20％C   85.5％Fe(金属)  92.8％CaO    Mg O-C砖0.50％Si  0.20％Si  5.90％FeO       2.8％MgO0.50％Mn  0.50％Mn  2.00％F2O3   2.7％SiO20.100％P  0.020％P  1.80％C         1.5％Al2O30.030％S  0.020％S  0.70％CaO       0.030％S
      1.4％灰分 0.40％MgO
                2.30％SiO2
                1.40％Al2O31330℃    25℃      25℃            25℃        1550℃(炉缸1)
                                            1625℃(精炼缸3)
为了进行这一方法，用一个设备，它按图1用于约150t原钢的小时产量设计如下：
a)炉缸1：
·直径约6m
·变压器功率55MVA
·四个石墨电极16(Φ350mm，可在0°到30°的倾角内、在各自的垂直面内摆动)
·一个缸底阳极17
·一个为连续导入生铁水20的生铁导槽21
·一个监控和修理门22
·一个喷枪操纵机23(通过门22)
·四个由自耗钢管做的氧枪32，通过炉缸1的侧壁(喷枪Φ1”入口处氧气压力≥5bar)
·四个缸底透气砖33，用于惰性气体30(N2/Ar可调为任意量的配比)，最大气体流量每个透气砖33约200Nl/min，(炉缸1中最大惰性气体流量约为800Nl/min)
·在倾析缸2中向备用排出口48方向约5°到6°的缸底倾角
b)一个用于预热混合废钢7、并接着将其装入炉缸1的预热炉5
·八角形的、恒定的横截面(约2.5m炉内宽)
·约4m炉高
·总容积约25m3，其中约17.5m3使用容积(容量约12t混合废钢7)
·带有送料带8，可通过气体的水冷却的关闭装置6(废钢止动装
  置)和一个废气导管46，然而没有二次燃烧喷嘴47
c)装海绵铁颗粒12和石灰块14的三个侧边装料井10(在倾析缸2
  的一侧和用于用混合废钢7装预热炉5的开口一侧，没有侧边装
  料井10)
·直角横截面1200×600mm
·3.5m高
·一个装料井10的使用容积约为2.2m3(三个装料井10的容量约
  为12t海绵铁颗粒12)
·在通入炉缸1处的水冷却的和不透气的关闭装置11
·三个装料井10通过一共同的输送带15和一个分配滑槽(图1中
  未示出)送料
d)精炼缸3
·约1.9m宽、约6.0m长、约8°到9°的向原钢出钢孔41方向
  的缸底倾角(相对于砌炉衬精炼缸3的平均有角的横截面约为
  3m2)
·四个水冷却的氧枪35(每个一个空心喷枪喷枪嘴的直径约为1”，
  入口处氧气压力约为10bar)，居中地在精炼缸3的盖37上、
  互相相距约1.5m，以及与精炼缸窄边相距约0.75m布置，在垂
  直方向上可单个地移动，同样可单个地、在0°到约30°的倾
  角内、在金属24的流动方向上、或相反方向上摆动
·六个缸底透气砖36，用于惰性气体(N2/Ar可调整为在任意量的
  配比)、成对地(三对)在喷枪35之间的距离上在精炼缸3的
  平底区段布置
·每个透气砖的最大气体流量约为200Nl/min(在精炼缸3中最大
  惰性气体流量约为1200Nl/min)
·一个原钢排出孔41
·二个渣门45
·一个渣坎44
·二个监控/修理门50
e)倾析缸2
·约1.9m宽，约0.9m长，有一个相对于砌炉衬面积约为2.5m2的几乎恒定的、有角的横截面
·二个缸底透气砖33(一对)，在倾析缸2的平底区段上，每个透气砖33的最大气体流量约为200Nl/min(在倾析缸2中的最大惰性气体流量约为400Nl/min)
·一个排出口48(只用于炉缸1和倾析缸2的排空)
·一个渣门43，用于出渣12。
在这个情况下，按本发明的过程如下进行：
·带一个在设备总长上的连续熔池
·在金属24和渣25的相反流动中
·带在炉缸1及倾析缸2中的泡沫渣25
·在连续排出原钢24(通过排出孔41)和渣25(通过渣门43)下
在涉及设备各部分中的下列各项的准稳态的过程条件下：
·浓度曲线和温度曲线
·材料流和热流以及
·充满度或熔池液面高度
用这个设备连续生产约150t/h(约2.5t/min)原钢的这一过程，将由以下过程进行来保证。
在一个最初的准备期期间，在设备1至3中生成一个连续熔池24作为以后连续作业的必需的起始条件。为此，往炉缸1中通过生铁导槽21装入约90t生铁水、并通过预热炉5装入约45t混合废钢7(混合废钢7分四份，每份11t到12t)，这里约三分之二的生铁水20同少量废钢块在关闭排出口41的情况下流入相邻的精炼缸3。在以后的约40min到45min内、在精炼缸3中的熔池将通过氧枪35精炼及加热，而在炉缸1中在供电和使用氧枪35下熔化、精炼并同样加热。在还原缸3中形成的精炼渣25将借助于渣坎44仅通过两个渣门45连续地排出。在炉缸1和倾析缸2中形成的渣25通过渣门43流出。
当在这两个主要区段中沿着设备出现具有以下性能的连续熔池时，准备期结束：
a)在炉缸1和倾析缸2区段中
·约60t半钢(其中约50t在炉缸1中和约10t在倾析缸2中)
·具有如下成分和温度
约1.40％C  约1550℃
约0.12％Mn
Si-微量
b)在精炼缸3区段
·约60t半钢
·具有如下成分和温度
约0.05％C  约1650℃
约0.13％Mn
Si-微量
从这时刻起，在设备中转换到连续作业。渣坎44从精炼缸3中完全抽出，两个渣门45关闭。开始连续和/或半连续导入下列材料和能量(每分钟)：
每分钟平均导入                       通过
a)往炉缸1中
·约823kg混合废钢7                   预热炉5*)
·约823kg海绵铁颗粒12和              三个装料井10**)
  约37.8kg石灰块14
·约1097kg生铁水10                   生铁水导槽21
·约49Nm3O213和                    四个氧枪32
约8.3kg焦炭51(泡沫渣)                一个操纵机喷枪23
·约580kWh(约35Mw)                   电能
·约0.7Nm3惰性气体(N2/Ar)       四个缸底透气砖33
*)分份导入(半连续)：每12min一份，约10t混合废钢7(5份×约10t＝约50t/小时混合废钢)；
**)在一定顺序中排空和再装，以使两个装料井10排空时，第三个装料井10装有海绵铁颗粒12和石灰块14
b)往倾析缸2中
·约0.3Nm3惰性气体30(N2/Ar      二个缸底透气砖
c)往精炼缸3中
·约52Nm3O2 27                     四个氧枪35
·约41kg石灰和15kg石英砂*)          一个盖开口39
(二项14)
·约1Nm3惰性气体30(N2/Ar)       六个缸底透气砖36
*)使精炼缸3中的渣液化
经过一个约30分钟的起动期后，在设备中出现一准稳态的、连续的作业，每分钟产生和导出以下产物：
平均量(每分钟)，                           导出，通过/方向
成分和温度
a)在或从精炼缸3中
-2.5t原钢24，1650℃                        排出孔41/后续设备
 约0.05％C，0.07％Mn，Si微量
0.006％P，0.010％S，0.0025％N，0.0500％O
-约86.5kg渣25，约1600℃                    溢流进炉缸1
 约：21％FeOn，44％CaO，10.4％MgO
 18％SiO2，1.6％Al2O3，3％MnO
 0.6％P2O5，0.11％S
-约74Nm3废气，约1650℃                    向炉缸1过渡
 约：52％(体积)CO，35％(体积)CO2，
 11％(体积)N2，1.3％(体积)O2，
 0.7％(体积)Ar
平均量(每分钟)                             导出，通过/方向
成分和温度
a)在、或者从炉缸1、倾析缸2和预热炉5中
-2.57t半钢，约1550℃                       溢流到精炼缸3
 约1.40％C，0.13％Mn，Si-微量
 0.015％P，0.015％S，0.0030％N，
 0.0030％O
-约203kg渣，约1550℃                       渣门43/向设备以外
 约：9％FeOn，39％CaO，
 11％MgO，25％SiO2
 7％Al2O3，5％MnO，
 1.3％P2O5，0.11％S，约2％Fe(金属)
-约162Nm3废气，约800℃                    废气导管46/向设备以外
 约：41.0％(体积)CO，41.0％(体积)CO2， (在预热炉5预热
 16.5％(体积)N2，＜1％(体积)O2，       混合废钢7之后，约500
 0.5％(体积)Ar                            ℃)
每吨原钢的一些重要的过程特征量为：a)炉料(炉缸1+精炼缸3)
·生铁水                                    439kg/t
·混合废钢                                  329kg/t
·海绵铁颗粒                                329kg/t
·氧(喷枪)                                  40.5Nm3/t
·惰性气体(N2/Ar)                       0.8Nm3/t
·砌炉衬(磨损)                              7.0kg/t
·石灰(92.8％CaO)                         31.5kg/t
·石英砂                                    5.9kg/t
·焦炭(泡沫渣)                              3.3kg/t
·石墨电极                                  1.0kg/t
b)渣(％CaO/％SiO2＝1.55)               81kg/t
c)废气(荒煤气，包括副产气)                  66Nm3/t
d)废气中的二次燃烧程度
(荒煤气在约800℃)
从CO到CO2                               0.50
从H2到H2O                              0.54
e)电能                                      230kWh/t

Claims (22)

1.用于生产铁水(24)、特别是钢水、如原钢钢水的设备，带有
·一个电弧炉炉缸(1)，
·一个通过一个堰坝(34)连接在炉缸(1)上的精炼缸(3)，它带有一个从堰坝(34)起至少是部分下斜的缸底和一个氧气导入装置(35，36)、以及一个在远离炉缸(1)的终端上布置的出铁口(41)，
·一个连接在炉缸(1)上、并与炉缸(1)有一共同缸底的倾析缸(2)，它在其位于远离炉缸(1)的终端上设有一个出渣口(43)，
·一个导入液体生铁(20)并通入炉缸(1)的导入装置(21)，
·一个导入固体铁载体(7)的预热炉(5)，它布置在炉缸(1)之上，并通过一可透过气体的冷却的关闭装置(6)、经由炉缸盖(4)通入炉缸(1)，
·一个装料井(10)，它布置在炉缸(1)之上，并通过一不能透过气体的冷却的关闭装置(11)通入炉缸(1)。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征为：预热炉(5)居中地布置在炉缸(1)之上，并且炉缸(1)的盖(4)做成环形，环绕预热炉(5)，并将其与炉缸(1)的侧壁连接，这里电极(16)，特别是石墨电极，斜着通过盖(4)伸进炉缸内部。
3.按照权利要求2所述的设备，其特征为：电极(16)可摆动地且必要时在其长度轴方向上可沿长度上移动地安装着，而且在一垂线与电极(16)的一中轴之间的倾角的变化，在向炉缸(1)中心的方向上主要在0°到30°范围，而在朝炉缸(1)的壁的相反方向至多为10°。
4.按照权利要求3所述的设备，其特征为：电极(16)接通阴极，而在炉缸(1)的缸底居中布置一缸底阳极(17)。
5.按照权利要求1至4中的一项或多项所述的设备，其特征为：电极(16)做成空心电极，且或连接在一铁载体导入装置上、和/或连接在一煤或碳载体导入装置上、和/或连接在一处理过的有机轻质组分的导入装置上、和/或连接在一造渣剂导入装置上、和/或连接在一碳氢化物导入装置上、和/或连接在一惰性气体导入装置上。
6.按照权利要求1至5中的一项或多项所述的设备，其特征为：设有通入炉缸(1)内部的喷嘴(33)和/或喷枪(32)，它们或连接在一铁载体导入装置上、和/或连接在一煤或碳载体导入装置上、和/或连接在一处理过的有机轻质组分的导入装置上、和/或连接在一造渣剂导入装置上、和/或连接在一氧气或含氧气体导入装置上、和/或连接在一碳氢化物导入装置上、和/或连接在一惰性气体导入装置上。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征为：喷枪(32)布置为可移动的，特别是可摆动的和/或在其长度方向上可移动的。
8.按照权利要求1至7中的一项或多项所述的设备，其特征为：在精炼缸(3)中布置有喷嘴(36)和/或喷枪(35)，它们或连接在一铁载体导入装置上、和/或连接在一煤或碳载体导入装置上、和/或连接在一处理过的有机轻质组分的导入装置上、和/或连接在一造渣剂导入装置上、和/或连接在一氧气或含氧气体导入装置上、和/或连接在一碳氢化物导入装置上、和/或连接在一惰性气体导入装置上。
9.按照权利要求8的所述设备，其特征为：喷嘴(36)做成熔池下喷嘴和/或缸底透气砖。
10.按照权利要求8或9所述的设备，其特征为：喷枪(35)布置为可移动的，特别是可摆动的和/或在其长度方向上可移动的。
11.按照权利要求1至10中的一项或多项所述的设备，其特征为：炉缸(1)做成带有一个向倾析缸(2)方向下斜的缸底(18)，并且过渡到倾析缸的差不多水平的缸底部分，这里缸底的最低处位于倾析缸(2)中。
12.按照权利要求11所述的设备，其特征为：在倾析缸(2)的缸底(18)的最低处，设有排出口(48)。
13.按照权利要求1至12中的一项或多项所述的设备，其特征为：精炼缸(3)设有至少一个监控和/或修理口(50)。
14.按照权利要求1至13中的一项或多项所述的设备，其特征为：精炼缸3做成与炉缸(1)可脱开的和可更换的结构单元。
15.在一改变了的实施形式中的、按照权利要求1至13中的一项或多项所述的设备，其特征为：精炼缸(3)做成钢水包(49)种类的，在其盖范围内设有设在炉缸(1)和精炼缸(3)之间的堰坝(34)。
16.按照权利要求1至15中的一项或多项所述的设备，其特征为：在从炉缸(1)到精炼缸(3)过渡的区域中设有另一个出渣口(45)以及一个可移开的渣坎(44)。
17.按照权利要求1至16中的一项或多项所述的设备，其特征为：预热炉(5)和/或装料井(10)做成与炉缸(1)可脱开的和可更换的单元。
18.使用按照权利要求1至17中的一项或多项所述的设备生产铁水、特别是钢水，如原钢钢水的方法，以下列特征的组合为特征：
·往炉缸(1)中装入占所用铁载体总量20％到70％的液体生铁(20)，
·在炉缸(1)中熔化废钢(7)和/或其它带氧化的铁组分的固体铁载体(12)(直接还原海绵铁、热制团海绵铁，碳化铁，预还原铁矿石，粉尘团块等)，其量主要为将生铁料补充到总炉料的量，这里
·废钢(7)先装入预热炉(5)
·并且通过抽取在生产铁水(24)中产生的热废气(19)和将废气(19)导入接收要预热的废钢(7)预热炉(5)预热，并且
·接着装入炉缸(1)，以及
·固体块状铁载体(12)先装入装料井(10)，并从那里不预热、然而有时在热状态下装入炉缸(1)，而细小颗粒的铁载体(12’)通过喷枪(32、35)、和/或喷嘴(33、36)和/或空心电极(16)导入炉缸(1)和/或精炼缸(3)，
·装入炉缸(1)的铁载体(7、12和/或12’)借助于电弧能量熔化，并同液体生铁(20)混合，
·其中产生的铁水(24)经由堰坝(34)、通过精炼缸(3)流向出铁口(41)，并且既在炉缸(1)中、也在精炼缸(3)中连续地精炼，并同时加热，而
·渣(25)在与铁水(24)的流动方向相反的方向(42)上流向出渣口(43)，并且连续地相对于FeO含量还原，并同时冷却。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征为：生产气体通过往渣(25)内、和/或向渣(25)上、和/或在它上面向精炼缸(3)中、向炉缸(1)中、和/或向预热炉(5)中导入氧气(27)而二次燃烧。
20.按照权利要求18或19所述的方法，其特征为：废钢(7)的熔化通过吹入含氧气体(27)辅助进行。
21.按照权利要求18所述的方法，其特征为：向预热炉(5)、和/或装料井(10)、和/或炉缸(1)、和/或倾析缸(2)、和/或精炼缸(3)
·导入炉料(铁载体、碳载体、添加料、处理过的有机轻质组分，例如破碎轻质组分，和气体)
·熔炼、精炼和加热，和
·导出过程产物(原钢、渣和废气)，
是
·连续地或半连续地而从精炼缸(3)中不连续出原钢地，和
·不影响/中断在紧接着的前面/后续设备组件中的工艺过程地进行的。
22.按照权利要求18至21中的一项或多项所述的方法，其特征为：金属熔池液面在精炼缸(3)中比在炉缸(1)中保持较低。
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