專利名稱:鐵水的生產(chǎn)的制作方法
本發(fā)明是有關(guān)在電熔爐中生產(chǎn)鐵水的改進。
眾所周知，關(guān)于熔化含鐵材料有許多方法和裝置，這些都是采用部分還原態(tài)的含鐵材料。這就意味著必須在用于生產(chǎn)鐵水的煉爐或熔爐中作相當大量的進一步還原(隨之而耗用更多的電力)。其結(jié)果需要很大的能源和電力消耗，這在實用上和經(jīng)濟上都會成問題。而且，當這種部分還原的材料用于生產(chǎn)鐵水時，對這種含鐵材料的進一步還原已表明所產(chǎn)生鐵水的含鐵量已降低，有時已不適于作進一步令人滿意的加工。
而且，在沿用至今的采用部分還原含鐵材料的方法和裝置中，還存在哪些類型的含鐵材料或礦石可以使用的問題。因此，由于采用某些含鐵材料(特別是處于部分還原狀態(tài))造成的固有困難，時間和人力就得化在挑選含鐵材料或原料上。因為某些材料(例如含鈦鐵礦砂)不能有效地用于迄今所用生產(chǎn)鐵水的方法和裝置中。有些沿用至今的方法，在采用這種含鐵材料上為精確地和適當?shù)乜刂粕设F水的成份和品級，從實用觀點來說已造成極大困難(如不是不可能的話)。
而且，在采用優(yōu)質(zhì)含鐵材料上有著現(xiàn)實問題。煉爐成熔爐中采用部分還原材料時，在還原過程中，煉爐內(nèi)和鐵水頂部生成的爐渣面之下形成大量的氣體。這氣體的產(chǎn)生，是由于含鐵材料只是部分還原性質(zhì)的結(jié)果，它到這時才發(fā)作起來，在熔爐或煉爐內(nèi)引起爆炸和爐渣炸開及沸騰。當用優(yōu)質(zhì)含鐵材料做試驗時，發(fā)現(xiàn)在這種包括用部分還原材料的過程中是不適宜的。優(yōu)質(zhì)含鐵材料或礦石形成爐渣，當氣體在表層之下時會容易地穿過和弄破優(yōu)質(zhì)材料的爐渣而出現(xiàn)問題，這又再在熔爐或煉爐內(nèi)引起爆炸和爐渣炸開及沸騰，這使沿用至今的采用部分還原材料的方法和裝置在效率和一般操作上受到非議。
舉例來說，在沿用至今的方法和裝置上，技術(shù)熟練者也不愿用包括例如10%和20%(按重量)之間及6毫米以下大小的部分還原含鐵材料。因此可以了解到，迄今沿用的方法和裝置由于涉及這種已知方法和裝置的缺陷和問題而不能采用大量含鐵材料。
如上所述，與迄今沿用的方法和裝置相關(guān)的一個更加和非?，F(xiàn)實的問題，是在熔爐或煉爐中只有部分還原的含鐵材料才能使用，能源耗費很大而且有大量氣體產(chǎn)生。因此，不僅從經(jīng)濟和電力供應(yīng)角度看有問題，而且所生成的鐵水(自電爐中產(chǎn)生的)的含碳量在多數(shù)情況下對于進一步加工或使用是不足的，或至少是不夠滿意的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種在電熔爐或煉爐中生產(chǎn)鐵水的方法和裝置，可以克服至今所碰到的問題或至少將它減至最小。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種在電熔爐或煉爐中生產(chǎn)鐵水的方法和裝置，可使操作簡捷和有效。
本發(fā)明的其他目的將在以下說明中表達。
在整個說明書和權(quán)利要求
中，提到了“高度還原的海綿鐵”。在下文整個說明書及權(quán)利要求
中的這條術(shù)語定義為通過還原所得的海綿鐵，其金屬化程度超過60%。此處金屬化用分析的金屬鐵除以分析的總鐵量來表達。這里所提到的迄今沿用的方法和裝置使用金屬化通常低于50%的部分還原的海綿鐵。
從本發(fā)明的一個方面來說，它提供了一種采用高度還原海綿鐵(如在本文中所定義的)，在電熔爐中生產(chǎn)鐵水的方法。
從本發(fā)明的另一個方面來說，它提供了一種在電熔爐中生產(chǎn)鐵水的方法，其中高度還原海綿鐵(如在本文中所定義的)連同殘余碳在熱態(tài)下轉(zhuǎn)移到上述熔爐中，沒有大的溫度損失或再氧化。
從本發(fā)明的又一個方面來說，它提供了一種在電熔爐中生產(chǎn)鐵水的方法，包括將熱的、帶一些殘余碳的高度還原海綿鐵(如在本文中所定義的)基本上在無氧狀態(tài)之下轉(zhuǎn)移到熔爐中，然后，控制此高度還原的海綿鐵及碳進入所述的熔爐的流通。
從本發(fā)明的再一個方面來說，它提供了一種在帶有一個或多個電極的電熔爐中生產(chǎn)鐵水的裝置，用于將熱的高度還原的海綿鐵(如在本文中所定義的)及殘余碳在基本上無氧的情況下轉(zhuǎn)移到所述的熔爐中去的方法。
本發(fā)明僅以實施例并參照附圖加以說明，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種形式的生產(chǎn)流程示意圖。
圖2為在本發(fā)明的一種形式中所采用的一種熔爐的概圖。
圖3為在本發(fā)明之一種形式中所用的熱轉(zhuǎn)移容器實例的概圖。
本發(fā)明是關(guān)于在電爐或熔爐(下文中整個說明書及權(quán)利要求
內(nèi)，均稱“熔爐”)中生產(chǎn)鐵水，采用用還原法高度還原過的海綿鐵，如在合適的還原設(shè)備、裝置或爐窯中。如上面已提到的，術(shù)語“高度還原的海綿鐵”，在整個說明書和權(quán)利要求
中，定義為金屬化程度在60%以上的海綿鐵，金屬化以分析的金屬鐵除以分析的總鐵量來表達。這個“高度還原的海綿鐵”的定義，用于整個說明書和權(quán)利要求
中，以便與其他已知的采用部分還原海綿鐵的生產(chǎn)過程相區(qū)別，這種部分還原海綿鐵的金屬化一般低于50%(典型為20%至40%)。以往技術(shù)文獻和工業(yè)實踐所揭示的是用冷的和熱的部分還原的鐵礦石或其他材料向電熔爐供料。而這些材料的還原典型地只有20%到40%因此這些材料沒有如要求的和本發(fā)明所揭示的那樣事先經(jīng)過高度還原。此外，已確證，高度還原的礦石極易再氧化(隨著溫度的正?？焖偕仙惯€原材料集聚和燒結(jié))。
從試驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明最宜采用金屬化程度高于75%的高度還原海綿鐵。還發(fā)現(xiàn)金屬化范圍在85%至87%之間是最合要求的。但應(yīng)認識到這60%以上的金屬化程度，會隨不同的礦石分析而起變化。
本發(fā)明為此提供一種用電熔爐生產(chǎn)鐵水的方法和裝置，其中，適量的高度還原的海綿鐵供入熔爐。高度還原的海綿鐵最好是連同由前面的還原工序(如在還原設(shè)備或爐窯中)所產(chǎn)生的殘余碳在熱態(tài)下轉(zhuǎn)移到熔爐中去。這樣就提供了殘余碳和過熱，有助于高度還原海綿鐵從爐窯向熔爐的熱轉(zhuǎn)移。這也可使鐵水以具有充分過熱和足夠的碳的形式存在，適于作進一步煉鋼的加工過程。
在提到高度還原海綿鐵在熱態(tài)下轉(zhuǎn)移，然后又轉(zhuǎn)入到熔爐中時，應(yīng)認識到轉(zhuǎn)移和流轉(zhuǎn)到熔爐中去未必要在高溫之下。但應(yīng)進一步認識到，如果不是熱態(tài)轉(zhuǎn)移和流轉(zhuǎn)到熔爐中去，再氧化的危險就增加，而且，熔爐將需要額外的能源和電力。
基本上在無氧的狀態(tài)之下，將高度還原的海綿鐵連同殘余碳在熱態(tài)下轉(zhuǎn)移到熔爐中去，最好用一個或多個適當?shù)霓D(zhuǎn)移容器。從而，高度還原的海綿鐵從爐窯轉(zhuǎn)移到熔爐中時，沒有任何大的溫度損失，也沒有任何大的再氧化。
沿用至今的加工過程的一個實際問題就是大量的能源需求。尤其是大量的電力需求。因此，將高度還原的海綿鐵在熱態(tài)下和基本上無氧情況下轉(zhuǎn)移到熔爐中，可以大大節(jié)省熔爐用于熔化海綿鐵所需的電力。此外，如前所述，向鐵水提供了較高的碳含量，這特別適合于進一步的煉鋼加工過程。
本發(fā)明還允許使用精煉形態(tài)的高度還原海綿鐵，(這可能至今未成為現(xiàn)實)。高度還原海綿鐵還由于在熔爐中生成的來自高度還原海綿鐵的氣體較為少量而可以有效地熔化。熔爐中放出或生成的任何氣體(與從先前方法和裝置所發(fā)出的氣體量相比，它是較少的。)，可通過精煉材料逸出，在熔爐中形成至少一部分液態(tài)爐渣，而沒有(或至少大大減少)爆炸或爐渣炸開或沸騰的危險。將可以認識到，這是超過先前已知方法和裝置的重要優(yōu)點。此外，本發(fā)明的方法和裝置可以用實際上敞開的熔池或在反應(yīng)區(qū)或面積上形成的熔融爐渣區(qū)(實際上圍繞著或靠近在熔爐內(nèi)的一個或多個電極處)。它還允許至少有一些氣體生成，可從熔池穿過逸出，而不需穿過爐渣。
預(yù)計在使用時精礦石或含鐵材料的大小一般將應(yīng)為約60%(以重量計)的材料在106微米至如212微米之間。預(yù)計在大規(guī)模工廠里使用的材料將允許例如大至150毫米的較大的燒結(jié)團塊。
例如，在試驗中所用鐵礦石或含鐵材料的大小為+300微米 15%+212～300微米 7%+150～212微米 23%+106～150微米 42%+75～106微米 13%+53～75微米 1%～53微米 無本發(fā)明使用現(xiàn)在所用的礦石和精礦石(先前認為不適用或不適宜的)的能力，意味著本發(fā)明具有很大的用途和有使用很大范圍含鐵材料的能力。
本發(fā)明的方法和裝置還提供了將熱的，高度還原的海綿鐵，在受控狀態(tài)下，通過適當?shù)目刂剖侄?如閥，螺旋進料裝置或振動進料裝置)送入或進入到熔爐中去，因此送入到熔爐中去的高度還原海綿鐵的量可以精確地調(diào)節(jié)和監(jiān)控。在這種方法中，將熔爐內(nèi)熔化而提供給一個或多個電極的電能，可以精確地與高度還原海綿鐵的控制進料所需能量相匹配。這樣也就能使爐渣和金屬的溫度得到控制，這十分有助于本發(fā)明的效率和操作。
向熔爐中一個或多個電極提供的電能，最好用適當?shù)姆绞胶瓦m當?shù)目刂品椒▽ζ潆妷汉碗娏鬟M行控制，當電阻作適當?shù)卣{(diào)節(jié)時，使總的電能供應(yīng)足以使熔爐內(nèi)熔化。這就可生成溶有有用的釩的較高含碳量的鐵水，而其它金屬(例如硅、鈦或錳)不會有大的含量出現(xiàn)。
在本發(fā)明的一種較好結(jié)構(gòu)形式中，高度還原海綿鐵和殘余碳一起，(最好是有相混合的焦炭中的殘余碳和高度還原海綿鐵的全部爐窯排出物)從爐窯或還原爐套或還原設(shè)備熱轉(zhuǎn)移(即指在熱態(tài)下并基本上在無氧情況下)到熔爐中去。因此其優(yōu)點是在焦炭中存在殘余碳，這很有助于防止再氧化。這樣就可在沒有大的熱損失或再氧化的情況下熱轉(zhuǎn)移及流轉(zhuǎn)到熔爐中去。注意到總有可能有一些氧會存在或進入到熱轉(zhuǎn)移用的轉(zhuǎn)移容器或槽中去，一旦出現(xiàn)氧存在或進入的情況，立即就會和一些殘余碳一起燒掉。那么，這就不會影響高度還原海綿鐵或立即影響到其溫度。確實，已發(fā)現(xiàn)，在熱轉(zhuǎn)移過程中存在的氧會和殘余碳一起燃燒，并產(chǎn)生和形成一氧化碳的保護氣氛。這通?？沙浞值胤乐够驕p少高度還原海綿鐵的再氧化。
如將認識到的，將高度還原海綿鐵從爐窯以熱態(tài)轉(zhuǎn)移到熔爐中是合乎希望的。在這熱轉(zhuǎn)移過程中再氧化得以防止或至少減至最小也是很合乎希望的。如上文所指出的，本發(fā)明的一種較好結(jié)構(gòu)形式中，殘余碳是和高度還原海綿鐵一起轉(zhuǎn)移到熔爐中去的。
如果在熱轉(zhuǎn)移時只有少量的碳存在，則可在熱轉(zhuǎn)移的容器或槽中引進人造氣氛(例如一種還原氣體或氮氣)，這樣可防止氧與高度還原海綿鐵之間的接觸或?qū)⒋私佑|減至最小。那么，這種還原氣體或氮氣可以作為碳的代替物(或作為補充)。應(yīng)該認識到，氮氣的引用是一個很理想的安全因素，當爐窯出爐處于不完全受控狀態(tài)時(例如當開始運轉(zhuǎn)、停止運轉(zhuǎn)或在例如停電等緊急狀態(tài)下)，可使工廠免遭破壞。
參照附圖1可見精鐵礦石和煤是用來產(chǎn)生高度還原的海綿鐵的。如前所述，本發(fā)明允許采用精鐵礦石和優(yōu)質(zhì)含鐵材料，此類材料至今未能得到有效地利用。尤其是，煤是用在還原過程中，這避免了昂貴的電力的使用且因此可節(jié)省能源費用。
從前面所述將可認識到，含鐵材料(尤其是在較優(yōu)質(zhì)狀態(tài)的)被高度還原(如在本文所定義的)。然后將最好和殘余碳一起的高度還原的海綿鐵，在熱態(tài)下并基本上在無氧狀態(tài)下轉(zhuǎn)移到一個或多個熔爐中去。
從熔鐵爐中去除煤渣并倒掉。熔爐的鐵流入煉鋼容器中，然后被做成板坯。本發(fā)明的較好形式如附圖1所示，熔鐵爐中的熔融金屬流入鑄勺，用來回收貴重元素如釩之類。來自煉鋼容器的爐渣被送至或轉(zhuǎn)至一個或多個適當?shù)膬A卸場去。
在一個或多個適當?shù)娜萜骰蛄瞎迌?nèi)的高度還原的海綿鐵(如本文所定義的)，最好和殘余碳在一起，并最好在熱態(tài)下和基本上在無氧狀態(tài)下，被轉(zhuǎn)移到熔爐內(nèi)。在本發(fā)明的另一形式中，熱的高度還原海綿鐵可用密封傳遞裝置或其他合適的容器來轉(zhuǎn)移。在本發(fā)明更好的形式中，則重要的一點是高度還原海綿鐵應(yīng)在熱態(tài)下轉(zhuǎn)移，并且不發(fā)生任何大的氧化作用。因此，用這種方法，使進入熔爐的高度還原海綿鐵和殘余碳仍處于具有過熱的特點熱態(tài)之下，同時仍具有有用的碳的性質(zhì)。
參照附圖2和3，示出了用于熱轉(zhuǎn)移的一種適當容器1。容器1有一個主體部分，帶角度的或傾斜的下部側(cè)面2，在容器的上端至少有一個入口3，而在其底端有一個出口4。在入口3和出口4上有著氣密的或可密封的隔板，以防止當熱態(tài)高度還原海綿鐵通過(進入及出自容器1)時氧氣進入容器1。
例如容器1正好安裝在位于爐窯末端或連到爐窯上的料斗或料槽(圖中未示)的下方，從爐窯中流轉(zhuǎn)來的高度還原海綿鐵和碳進入料斗或料槽之中，(在熱轉(zhuǎn)移之前在此保留著)。爐窯料斗的下端設(shè)有一適當?shù)臍饷芑蚩擅芊獾拈y門裝置，連同入口3，可形成氣密狀態(tài)，因此，熱的及高度還原海綿鐵從料斗進入到轉(zhuǎn)移容器1時，基本上處于無氧狀態(tài)。然后將入口3關(guān)閉，盡可能地防止氧氣進入。因此轉(zhuǎn)移容器1在無氧條件下保留著熱的高度還原的海綿鐵及碳爐料，并以任何適當?shù)姆椒ɑ蜻m當?shù)拇胧⑵滢D(zhuǎn)移或傳遞到熔爐10處。此外容器1處于或靠近熔爐10的上方，則容器1的出口4可以和11相連接進入熔爐中。熔爐10的上方表面或頂部處最好設(shè)有多個入口11。這在下文中將再進一步說明。
容器1的下端或底端1a處設(shè)有一閥門15如附圖3中所示，因此容器的出口4和熔爐10的入口11是共同并列處于相互封閉狀態(tài)，一滑閥15作橫向運動，可使爐料從轉(zhuǎn)移容器1流入到熔爐入口11內(nèi)?；y裝置15包括例如在其一端上有一手柄17的一塊板16，板16能在轉(zhuǎn)移容器1的槽縫或間隙內(nèi)、在彈簧加壓的密封件18之間作橫向移動，密封件18緊靠著板16的毗鄰表面，從而形成實質(zhì)上的氣密密封。
開啟滑閥裝置時，抓住手柄17，將板16向外橫向拉出，(如附圖3中箭頭“A”所示的方向)。這樣就打開了出口4，并使它可和熔爐10的入口11相通。當要關(guān)閉容器1的開口時，則抓住手柄17，將板向內(nèi)推入或滑進，(則其位置實際上正如附圖3所示)，并進入到某一位置，使容器1的出口4得以關(guān)閉和密封。在容器1的下端設(shè)有一溢出腔4a，它靠近一排料出口4，這樣可使多余的物料在出口4周圍集中，(這些物料將在關(guān)閉的板16上橫向或朝旁邊移動)，并能通過溢出腔4a溢出或排出。
但以上所述只是舉例。應(yīng)認識到任何適當?shù)暮陀行У拿芊庋b置及聯(lián)動控制或操作方法可以和到熱轉(zhuǎn)移容器的入口和/或出口結(jié)合起來。多個轉(zhuǎn)移容器需要時可和通入到熔爐10中去的多個入口11結(jié)合起來使用。
容器1是用耐火材料作襯里的容器，可有任何適當?shù)男螤詈徒Y(jié)構(gòu)，盡管在附圖2中示出了一種形狀和結(jié)構(gòu)的例子，但這使高度還原海綿鐵可從爐窯直接并有效地轉(zhuǎn)移到熔爐中去。
如需要，可在轉(zhuǎn)移容器1上安裝一個或多個可密封入口2a，以便讓過量的碳或一種或多種惰性氣體(例如供入氮氣)進入，特別是當需要時可向容器中通入氮氣(如在轉(zhuǎn)移時為達到保持較高含碳量及保持高溫的目的)。
在試驗中，對自0到10%(按重量計)范圍內(nèi)不同焦炭混合的熱還原初級選礦的處理已作過廣泛的試驗。例如在試驗工廠里，以高至1300千克的批量，在還原試驗結(jié)束時，將還原的初級選礦通過一封閉的斜槽和閥門倒入或移送到一用耐火材料作襯里的容器或槽的頂部。溫度變化范圍在800℃到1000℃之間。用耐火材料作襯里的容器有一較小的錐形截面，并有一密封的滑閥裝置，用于讓熱物料排到或流入到熔爐進口裝置中去。這在后面將進一步說明。
如前面已說明的，即使有較少量的焦炭或殘余碳和高度還原海綿鐵在一起，也將會很快形成一層一氧化碳的保護層，復蓋在高度還原海綿鐵上(這可防止再氧化或至少將減到最小)。已提到過的是封閉的和基本上無氧的容器或槽，但應(yīng)認識到可以使用頂部敞開的容器或槽。例如，敞頂?shù)娜萜骰虿?，盛放高度還原的海綿鐵(與來自爐窯的適當量的焦炭或殘余碳一起)，很可能在高度還原海綿鐵上形成一層一氧化碳保護層(由殘余碳和氧氣反應(yīng)形成)，這就保持了需要的熱量及高度還原海綿鐵的含碳量。
例如，如容器是敞頂?shù)?，所生成的一氧化碳將燒成二氧化碳，而表面將快速冷卻到低溫更進一步的再氧化將不會再發(fā)生。而且，應(yīng)當認識到，如有任何再氧化發(fā)生，也將局限于容器內(nèi)物料的頂層，它將在上面結(jié)一硬層，防止頂層物料或表層的進一步再氧化或至少將它減至最小。
但在使用時，且在本發(fā)明的較好形式中，當容器或槽是密封成基本上無氧狀態(tài)時，只有極少(如果有的話)的再氧化可發(fā)生。
應(yīng)認識到，如有相當數(shù)量的空氣進入容器時，將會引起激烈的再氧化，它將繼而引起局部過熱并將氧化物料燒結(jié)在一起。
因而最好是將容器做成基本上無氧，而將與容器或槽相連的閥門做得可以達到基本上在容器或槽內(nèi)部為氣密或無氧。
在本發(fā)明的一種形式中，采用了可容納例如10噸高度還原海綿鐵及殘余碳的容器，參數(shù)如下試驗溫度 600～1000℃金屬化 78%～92%
焦炭(殘余碳)(按重量計) 0%～10%碳的百分比(按重量計) 0%～8%在這種情況下，測得容器或槽的金屬化損失為0到2%之間，保持時間為高至8小時的周期。
本發(fā)明的熔爐10為一用合適的耐火材料作襯里的殼體，有一底座26，側(cè)壁27及頂部或上表面28，一個或多個(最好采用多個互相隔開的)電極30置于熔爐10內(nèi)部，電極30與底座的座底26a隔開或和熔爐底26隔開。
在熔爐10側(cè)壁處有適當?shù)某隹?，靠近其底座處，出?2和33可讓熔爐10內(nèi)的爐渣和鐵水倒出和放出。
在熔爐10的上端或表面，最好穿過其頂部或上表面28，設(shè)一個或多個入口11，以便使高度還原的供料可以進入或流入到熔爐10中去。
入口11是受控的進料口，裝有進料控制裝置35，如振動進料裝置、螺旋進料裝置或一些別的適當裝置。最好它能以適當?shù)脑瓌恿鲃釉O(shè)備或動力裝置進行操作，并用附近的或別處的適當控制手段結(jié)合起來以控制受控進料裝置35的速度和工作。例如，可用手控制或電氣、電子、液壓控制方法。受控進料裝置35裝在從熔爐10伸出來的進料罩殼內(nèi)，入口11導入，并從受控進料裝置35出來進入到熔爐10內(nèi)去。
在本發(fā)明的較好形式中，如附圖2中所示，在基本上為無氧狀態(tài)或氣密狀態(tài)，入口11適于被連接(如在11a處)，連到熱轉(zhuǎn)移容器1的下端，在控制下向熔爐10進料，如本文中實施例所述。在本發(fā)明的其他形式中，設(shè)想可采用其它適當?shù)霓D(zhuǎn)移方法，以控制還原海綿鐵從容器1向熔爐的供料。
例如，在本發(fā)明的一種形式中，傳遞裝置可用密封的傳遞帶或骨狀傳送器，這是一種裝有內(nèi)部振動皮帶或螺旋送料的傳送裝置，可以從其外部以適當方法加以控制，這樣使通過傳送裝置進入熔爐的高度還原的海綿鐵的數(shù)量得到控制。適當?shù)目刂崎y門之類也可予以利用。
本發(fā)明的一個優(yōu)點就是流轉(zhuǎn)進入到熔爐10中去的高度還原海綿鐵可以用進料控制裝置35進行控制和監(jiān)控，使進入熔爐10的高度還原海綿鐵的數(shù)量能得到控制和監(jiān)控。迄今為止，還沒有可用于控制向熔爐中進這種料的數(shù)量的有效辦法，且這已在控制上引起問題。此外，如前所述，迄今為止這種進入熔爐的原料是還未經(jīng)高度還原的，因而在熔爐中還要進行相當大量的還原作用，與本發(fā)明相比，本發(fā)明的原料或高度還原海綿鐵已在進入熔爐之前經(jīng)過充分的還原。因此，迄今為止，在鐵水標準(特別是含碳量)的控制和測定上存在著難題。本發(fā)明克服了這一難題或?qū)⑺鼫p至最小。
迄今為止，進入熔爐去的大量原料或部分還原海綿鐵也引起了控制的問題，是關(guān)于大量的進一步還原要在熔爐中進行的事實，其結(jié)果是產(chǎn)生大量氣體，引起熔爐內(nèi)的爆炸及爐渣炸開和沸騰。這也造成了需要過量能源保持高溫的后果。因此，在保證質(zhì)量和控制爐內(nèi)含碳量有關(guān)參數(shù)上有著各種問題。
在本發(fā)明中，原料是已經(jīng)經(jīng)過高度還原的，并且進入到熔爐中去的流轉(zhuǎn)是可以控制的(同時熔爐內(nèi)的工作電阻也可控)，這些問題不會出現(xiàn)(或極少)，因此這是一種極大程度上可加控制和有效的設(shè)備。爐渣和鐵水的試樣在任何時候都可以提取，且如果希望增加供碳率，可從入口11在受控狀態(tài)下加入過量或附加的碳料。反之，如果希望增加爐內(nèi)氧的含量，也可在受控狀態(tài)下加入礦石或氧氣。將認識到，這在從前的熔爐中是不可能做到的，在那種熔爐中只是將礦石和一些碳料的混合物放入或流入熔爐中，然后就在熔爐內(nèi)進行相當程度的還原，沒有本發(fā)明中所提供的控制裝置。
在本發(fā)明中還可以發(fā)現(xiàn)，通過控制輸入的高度還原原料，在熔爐10內(nèi)部側(cè)壁處形成爐料40，高出于較低的鐵水層和熔融爐渣的較高層。
在本發(fā)明中，一個或多個電極30延伸到熔爐10內(nèi)，并最好延伸到液化爐渣面38以下。已發(fā)現(xiàn)，用這種辦法在生產(chǎn)鐵水中更為有效，在將電極30的端頭30a浸沒于液化爐渣中時，從電極30到熔爐10內(nèi)表面的輻射轉(zhuǎn)移大大減少，進而減少或大大降低耐熱材料的損傷。
此外，還發(fā)現(xiàn)如將電極30的末端沒入液化爐渣之中，則在熔爐10工作過程中有更多的有效擾動傳給爐渣。另外，它可有更有效的熱傳導。
在本發(fā)明中，發(fā)現(xiàn)通過控制高度還原原料的輸入量同時適當?shù)剡x擇工作電阻及電壓或電流，可使熔爐10的工作特別有效，因而可使生成鐵水的含碳量可精確而容易地控制在所要求的任何水平。特別是達到其后煉鋼生產(chǎn)所要求的任何水平。而且，通過控制同樣的電氣參數(shù)，可將爐渣和鐵水的溫度容易地控制而給出使兩成分能適于進一步處理的溫度。因而可使加工過程工作得連續(xù)和有效。
這些同樣的電氣參數(shù)也可控制熔爐中其他氧化爐渣的還原，例如釩、硅、鈦及錳，以對鐵水提供所需程度的已溶解的氧化物和溶體，以適于例如作以后煉鋼生產(chǎn)的需要。
因此，由于上述的原因以及為在一個或多個電極附近的工作或反應(yīng)區(qū)施加以有效的適當?shù)臄_動，已發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明中使將電極30在較低電阻狀態(tài)工作下是最有效的。
應(yīng)認識到，在熔爐10內(nèi)各種化學反應(yīng)是不停地發(fā)生的，這就提供了氣體的穩(wěn)定形成。不論何時，在前面直接還原階段未經(jīng)充分還原成金屬鐵的殘余氧化鐵之間有著各種還原反應(yīng)，從而生成一氧化碳。
反應(yīng)的基本形式可舉例表達為金屬氧化物+碳→金屬+一氧化碳其中一些反應(yīng)可詳細表達為
應(yīng)認識到，被還原的金屬氧化物溶解在已熔融的鐵水中。
已發(fā)現(xiàn)，通過控制爐渣溫度及焦炭中碳的含量，(或供給高度還原的海綿鐵)，可對金屬氧化物的還原作有效的控制，以便使鐵水中得到選擇性還原的釩和鐵，并同時具有足量的碳，而且硅和鈦不超量，這是靠有名的通常以“自由能”圖表示的熱力學定律。
如前所述，采用高度還原的海綿鐵(加上最低限度還原的硅和鈦)，可使熔爐中產(chǎn)生的氣體保持在最小量(特別和已知各種方法和裝置相比)，這防止或至少大大減少選擇采用細晶粒原料時發(fā)生氣體爆炸或爐渣炸開的可能性。
氣體產(chǎn)生時，趨向于從小的熔池50處逸出，該熔池很快地形成并靠近于電極30周圍的反應(yīng)區(qū)，在此處氣體就可以鼓泡穿過熔融的爐渣并逸出到熔融爐渣上面的表層大氣中去。在逸出氣體鼓泡穿越熔融爐渣時，它提供了輔助的混合和攪拌，對由一個或多個電極30的攪拌起了補充，這有助于化學成分的均勻和爐渣溫度的均勻。
因此發(fā)現(xiàn)，通過高度還原海綿鐵的控制進料及前述的有關(guān)參數(shù)，結(jié)果在一個或多個電極30很近處或周圍呈小的熔池50狀態(tài)的反應(yīng)區(qū)，各反應(yīng)區(qū)有由于電極產(chǎn)生的擾動及逸出氣體的擾動(如上所述)。
根據(jù)試驗廠的試驗，氣體可從中逸出的熔池區(qū)形成或提供一個或多個電極30的周圍。例如提供三個電極，則在各電極周圍和各電極之間形成一熔池。只用兩個電極進行試驗時，顯示出氣體趨向于從緊靠電極的反應(yīng)區(qū)逸出，該區(qū)直接位于電極之間，成為啞鈴狀。
在本發(fā)明之一種形式中，設(shè)想在一大體上長方形的熔爐內(nèi)采用多個電極，例如六個電極，這六個電極可以例如排成一行?？善谕麣怏w將圍繞每個電極并基本沿著熔爐的中心線在各電極之間產(chǎn)生。
進行試驗表明，在溫度和金屬氧化物的還原之間有著本質(zhì)的關(guān)系，這關(guān)系能受到熔融爐渣中碳的影響(如熱力學所預(yù)言的)。因此，爐渣溫度應(yīng)保持盡可能低，以便將硅和鈦的還原減到最小程度，但不要低到粘度太大及使三氧化釩不夠發(fā)生還原的程度。
我們已發(fā)現(xiàn)在爐渣溫度范圍在例如1450℃到1600℃內(nèi)會出現(xiàn)滿意的工作，1噸的試驗廠或熔爐與55噸的爐子相比需要較高的溫度，這是由于較高的熱損失。應(yīng)考慮在1420℃至約1550℃爐渣溫度下全尺寸范圍生產(chǎn)時的工作。
如前所述，在試驗中已發(fā)現(xiàn)，為保持正確的爐渣化學成份，高度還原海綿鐵控制碳的供給是一個重要的控制參數(shù)，可在低的溫度下給出合適的低粘度。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在爐渣中加入過量的碳，將會(如熱力學濃縮效應(yīng)所預(yù)言)給出過還原狀態(tài)。因此如所希望的，將爐渣保持在FeO為2和4%(按重量計)之間，已發(fā)現(xiàn)這可大大降低粘度，并可使工作在較低的爐渣溫度之下，同時仍能保持良好的混合及爐渣內(nèi)化學成份和溫度的均勻性。
關(guān)于爐渣，已在試驗工廠工作中發(fā)現(xiàn)，爐渣厚度高至200毫米時不會出現(xiàn)任何大的不良影響，只要粘度較低，并保持良好的混合。
在55噸爐子情況下，爐渣厚度達500毫米時，發(fā)現(xiàn)能滿意地工作。
在試驗過程中，已發(fā)現(xiàn)在試驗廠中用130～300毫米直徑的電極的試驗和將460毫米直徑的電極用于55噸爐子中，兩者的工藝過程并無差異。
不同的電流密度已做過試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用已知的電極如連續(xù)自焙電極(soderbcrg clcctrode)，用每平方厘米電極橫截面積約5安培為適宜。在其他形式的試驗中，發(fā)現(xiàn)每平方厘米電極橫截面積從6安培到35安培的電流密度范圍能滿意地工作。
后面所舉例子表示的是分別以1噸和55噸的爐子進行試驗的有關(guān)尺寸及參數(shù)的數(shù)據(jù)及資料。
本發(fā)明只以實施例進行說明，可能做一些改進和修改，但不偏離所附權(quán)利要求
中限定的范疇和精神。
權(quán)利要求
1.一種采用高度還原海綿鐵(如本文所定義的)，在電熔爐中生產(chǎn)鐵水的方法。
2.如在權(quán)利要求
1中所要求的方法，其中的高度還原海綿鐵具有75%以上的金屬化程度。
3.如在權(quán)利要求
1中和權(quán)利要求
2中所要求的一種方法，其中的高度還原海綿鐵具有85%到87%之間范圍的金屬化程度。
4.如上面各條權(quán)利要求
之任何一條中所要求的一種方法，采用一種含鐵材料，其中約60%(按重量計)材料的大小為從106微米到212微米之間。
5.如上面各條權(quán)利要求
之任何一條中所要求的一種方法，其中高度還原海綿鐵是和殘余碳一起被轉(zhuǎn)移至熔爐中去的。
6.如上面各條權(quán)利要求
之任何一條中所要求的一種方法，其中高度還原海綿鐵是基本上在無氧情況下被轉(zhuǎn)移至熔爐中去的。
7.如上面各條權(quán)利要求
之任何一條中所要求的一種方法，其中高度還原海綿鐵是從一個或多個容器被轉(zhuǎn)移到熔爐中去的，基本上在無氧情況之下，并在溫度為800℃到1000℃之間。
8.如上面各條權(quán)利要求
之任何一條中所要求的一種方法，其中氮氣被加至高度還原海綿鐵上。
9.如上面各條權(quán)利要求
之任何一條中所要求的一種方法，其中受控量的高度還原海綿鐵和殘余碳被流轉(zhuǎn)到所述的熔爐中去。
10.如上面各條權(quán)利要求
之任何一條中所要求的一種方法，其中在該熔爐中所生成的鐵水的含碳量是由控制進入該熔爐的上述高度還原海綿鐵及殘余碳的流轉(zhuǎn)量及控制所述熔爐中的工作電阻而決定的。
11.如上面各條權(quán)利要求
之任何一條中所要求的一種方法，其中在所述熔爐中的一個或多個電極是工作在低電阻狀態(tài)之下。
12.如在權(quán)利要求
1中所要求的，在電熔爐中生產(chǎn)鐵水的一種方法，包括將熱的高度還原海綿鐵(如本文所定義的)及一些殘余碳在基本無氧情況下轉(zhuǎn)移到熔爐中去，然后控制所述的高度還原海綿鐵及殘余碳進入所述熔爐的流通，并在熔爐中以一個或多個電極在低電阻狀態(tài)下工作。
13.如前面權(quán)利要求
11或12之一所要求的一種方法，其中液化熔池基本上緊靠或接近所述內(nèi)一個或多個電極形成。
14.如前面權(quán)利要求
11至13中任何一個所要求的一種方法，其中所述的一個或多個電極的電流密度是在每平方厘米電極橫截面積5安培到35安培范圍之內(nèi)。
15.生產(chǎn)鐵水的一種裝置，包括其中帶一個或多個電極的電熔爐;將熱的、高度還原海綿鐵(如本文所定義的)及殘余碳在基本無氧情況下向所述熔爐轉(zhuǎn)移的方法。
16.如權(quán)利要求
15所要求的一種裝置，其中高度還原海綿鐵是從一個或多個基本上無氧的容器中被轉(zhuǎn)移到熔爐內(nèi)的。
17.如權(quán)利要求
16所要求的一種裝置，其中所述的一個或多個容器形成或裝有基本上氣密的入口和出口的裝置，可使所述的高度還原海綿鐵能自所述容器、在基本上無氧情況下進出。
18.如權(quán)利要求
17所要求的一種裝置，其中提供了可允許氮氣進入所述的一個或多個容器中去的方法。
19.如前面權(quán)利要求
15到18中任何一個所要求的一種裝置，其中提供一個其上裝有一個或多個入口的熔爐入口和進料控制方法相聯(lián)系，以允許控制進入所述熔爐的該高度還原海綿鐵和殘余碳的流通。
20.如前面權(quán)利要求
17到19中任何一個所要求的一種裝置，其中所述的一個或多個轉(zhuǎn)移容器的出口與和所述熔爐相連的入口裝置密封地相接合，以便通過控制進料方法，使高度還原海綿鐵及殘余碳可從所述的一個或多個轉(zhuǎn)移容器內(nèi)基本上在無氧情況之下，流進熔爐中去。
21.如前面權(quán)利要求
15到20中任何一個所要求的一種裝置其中在所述熔爐中有一個或多個電極，所述電極的下端伸進所述爐內(nèi)并在液化爐渣的表面之下。
22.如前面權(quán)利要求
15到21中任何一個所要求的一種裝置其中所述熔爐內(nèi)所述的一個或多個電極適合于在低電阻狀態(tài)下工作。
專利摘要
本發(fā)明是有關(guān)在電熔爐或煉爐中生產(chǎn)鐵水的方法和裝置。該方法和裝置是關(guān)于采用高度還原的海綿鐵在電熔爐中生產(chǎn)鐵水。這種海綿鐵被定義為由含鐵材料還原所產(chǎn)生并具有60％以上的金屬化程度。該方法和裝置還涉及將高度還原的海綿鐵至少連同一些殘余的碳，在熱態(tài)下并基本上是在無氧情況下轉(zhuǎn)移到熔爐中去。這避免了熱損失和再氧化。然后再轉(zhuǎn)入受控狀態(tài)而進入熔爐中，爐中有一個或多個以低電阻方式工作的電極。
文檔編號C21B13/14GK86101529SQ86101529
公開日1988年2月17日 申請日期1986年7月19日
發(fā)明者塞西爾·彼得·貝茨, 特倫斯·威廉·香農(nóng) 申請人:新西蘭鋼鐵公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan