專利名稱：熔煉設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是以權(quán)利要求1的前序部分所述的熔煉設(shè)備為出發(fā)點(diǎn)而完成的。本發(fā)明還涉及熔煉設(shè)備的應(yīng)用。
權(quán)利要求1的前序部分中描述了與本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)例如可以參見H.G.Muller、L.P.Hofer、H.A.Berger、R.G.Genter等人發(fā)表在期刊S teel Standard，No.2，1944，p2-7中的文章“State-of-the-Art Solutions For Cost-effective Steel Production”。在該現(xiàn)有技術(shù)中，通過多個(gè)電極在爐室中產(chǎn)生供熔煉工藝使用的電能。通過側(cè)噴槍或復(fù)燃噴咀從側(cè)面供入氧、礦物燃料、煤和/或焦炭作為進(jìn)一步產(chǎn)生能量的物質(zhì)。此外，通過爐底導(dǎo)入氮?dú)狻H2、O2或隋性氣體，以便由鐵水、固態(tài)的鐵、海綿鐵和廢鐵等各種不同的成分煉制成鋼。在這種工藝中，由于鐵水的強(qiáng)烈脫碳，產(chǎn)生很強(qiáng)的熔池?cái)嚢韬蛣×业姆序v。由此產(chǎn)生的缺點(diǎn)是熔融金屬很不均勻。
有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)還可以參閱GB-A-939521，由該文獻(xiàn)可知，反應(yīng)容器的熔化區(qū)被一個(gè)流過直流電的、垂直可調(diào)的電磁線圈所包圍，該電磁線圈產(chǎn)生3-30mT的磁通密度，從而使熔化的金屬處于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這樣一來(lái)，電弧變得比較穩(wěn)定并且可以更好地得到控制。
如同權(quán)利要求1中所定義的那樣，本發(fā)明所要解決的任務(wù)是，進(jìn)一步改進(jìn)本文開頭所述的熔煉設(shè)備，使其能夠更好地進(jìn)行工作。
在所附的權(quán)利要求中規(guī)定了本發(fā)明的經(jīng)過改進(jìn)的結(jié)構(gòu)安排。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，形成均勻的熔融金屬并確保所列出的反應(yīng)供料進(jìn)行有效的反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的結(jié)構(gòu)布置，通過將熔煉設(shè)備傾斜一個(gè)不大的角度即可將熔渣和熔融金屬?gòu)娜蹮捲O(shè)備中排出。通過這種傾動(dòng)，可以容易地變更反應(yīng)區(qū)和電弧區(qū)，從而擴(kuò)大反應(yīng)區(qū)。裝入爐內(nèi)的靜止的爐料通過熔煉設(shè)備的傾動(dòng)可以更好地被加工處理。
熔渣噴濺到熔煉設(shè)備的爐蓋上是人們所不希望的，利用一個(gè)電磁線圈可以減小這種噴濺。
本發(fā)明特別適合用于由鐵水、固態(tài)的鐵、海綿鐵和廢鐵等各種不同的成分煉鋼?？梢杂?個(gè)熔煉設(shè)備同時(shí)進(jìn)行操作，一個(gè)以轉(zhuǎn)爐方式操作，另一個(gè)以電弧爐方式操作。隨后互換電極和反應(yīng)介質(zhì)輸入管并改變操作方式。
下面通過實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。


圖1是二個(gè)同樣建造的用于金屬精煉的反應(yīng)容器的剖面圖，其中，左邊的反應(yīng)容器帶有一個(gè)通過爐蓋插入的石墨電極，右邊的反應(yīng)容器具有一個(gè)氧氣輸入管代替石墨電極。
圖2是圖1中左邊的反應(yīng)容器的、與圖1相垂直方向的詳細(xì)剖面圖，該反應(yīng)容器帶有2個(gè)用于排出反應(yīng)容器內(nèi)的物料的排出槽的開閉元件和一個(gè)用于對(duì)反應(yīng)容器內(nèi)的物料的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行電磁阻尼的電磁線圈。
圖3是根據(jù)圖2的反應(yīng)容器的剖面圖，該反應(yīng)容器在爐蓋外面設(shè)置有一個(gè)槽，用于供入需要熔煉的爐料和排出氣體。
在這些附圖中，相同的部件使用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記。
圖1以剖面圖表示2個(gè)相鄰接的、同樣建造的熔煉裝置，即電弧爐和反應(yīng)容器(1，2)，該熔煉裝置具有反應(yīng)器下部(21)、壁稍微薄一些的圓筒形反應(yīng)器中間部分(22)和與之相連的、向上直徑逐漸縮小的錐臺(tái)部分(23)，該錐臺(tái)部分由一個(gè)可移動(dòng)的排煙罩即爐帽(3)和一個(gè)水冷卻的爐蓋(4)所封閉。反應(yīng)器下部(21)在其底部中央部位有一個(gè)利用流體、最好是空氣(10)冷卻的爐底電極(6)。熔池即熔融金屬(7)位于反應(yīng)器下部(21)的下部，在其上邊是熔渣(8)。反應(yīng)容器(1，2)分別支承在輥式支座(14)上，參見圖3，可以使反應(yīng)容器(1，2)轉(zhuǎn)動(dòng)。第1電極即石墨電極(5)穿過電絕緣的爐蓋(4)插入爐內(nèi)，在生產(chǎn)操作過程中，石墨電極(5)與熔融金屬(7)之間產(chǎn)生電弧(9)。通過一個(gè)圖中用線條示意表示的高度調(diào)節(jié)裝置(11)，可以調(diào)節(jié)石墨電極(5)的高度并將其從反應(yīng)容器(1)中提取出來(lái)。
在反應(yīng)器容器(2)中，代替石墨電極(5)設(shè)置了一個(gè)氧氣噴槍或氣體導(dǎo)入管(12)，用于導(dǎo)入例如壓力為1.5MPa的氧氣或氣體。利用這一進(jìn)氣流使鐵水和熔渣(8)處于渦流狀態(tài)。通過高度調(diào)節(jié)裝置(11)可以調(diào)整氣體導(dǎo)入管(12)的高度并將其從反應(yīng)器容器(2)中抽出。氣體導(dǎo)入管(12)除了在其端部之外還有一個(gè)靠上一些的噴咀(12’)，該噴咀處于爐室中靠上一些的位置，即處于反應(yīng)器中部(22)和錐臺(tái)部分(23)中，用于氣體的復(fù)燃。在靠上一些的噴咀(12’)的下面有一個(gè)棒狀的氣體導(dǎo)入管(12)，其直徑比它上面的部分要小一些。
代替氣體導(dǎo)入管(12)可以將石墨電極(5)插入反應(yīng)器容器(2)中。相應(yīng)地，在反應(yīng)器容器(1)中代替石墨電極(5)可以插入氣體導(dǎo)入管(12)。這樣一來(lái)，兩個(gè)反應(yīng)器容器(1，2)中的任一個(gè)不僅可以作為具有氣體導(dǎo)入管(12)的轉(zhuǎn)爐也可以作為具有石墨電極(5)的電弧爐，從而在一個(gè)反應(yīng)器容器(1或2)中可以由海綿鐵和/或生鐵和/或廢鐵和/或固態(tài)的鐵熔煉成鋼。
對(duì)于純粹的電弧爐操作來(lái)說(shuō)，反應(yīng)器中部(22)和錐臺(tái)部分(23)是不必要的，而對(duì)于純粹的轉(zhuǎn)爐操作來(lái)說(shuō)，爐底電極(6)也是不必要的。
圖2表示圖1中反應(yīng)器容器(1)的與圖1相垂直的剖面圖。在電弧爐操作方式下，可以通過一個(gè)開口即排出管(15)向反應(yīng)器容器(1)中供給例如海綿鐵，同時(shí)從反應(yīng)器容器(1)中排出工藝過程中產(chǎn)生的氣體。
為了保證在反應(yīng)器容器(1)在轉(zhuǎn)爐操作過程中有效地吹氧，熔池高度(h)與熔池直徑(d)的比例應(yīng)當(dāng)在0.05-5的范圍內(nèi)，優(yōu)選的范圍是0.25-0.35。反應(yīng)容積應(yīng)當(dāng)在0.5-1.5m3/噸待熔化料的范圍內(nèi)，優(yōu)選的是在0.77-1.29m3/噸的范圍內(nèi)。
在反應(yīng)器下部(21)的底部，有一個(gè)用于熔融金屬(7)的第一排出孔道即熔化道(17’)，它與爐底電極(6)橫向鄰接并與之電絕緣。該熔化道(17’)可以通過一個(gè)液壓操作的出鋼部件(圖中未示出)和一個(gè)第一開閉元件即熔化道閘門(17)打開或關(guān)閉。反應(yīng)器容器(1)可以通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置(圖中未示出)圍繞第一旋轉(zhuǎn)中心(19)旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的角度(β)，該角度≤60°，優(yōu)選的是≤35°，最好是30°左右。該第一旋轉(zhuǎn)中心(19)位于反應(yīng)器下部(21)的底部側(cè)面以下、在熔化道(17’)和爐底電極(6)之間，它使得金屬液可以從反應(yīng)器容器中完全排空。
在反應(yīng)器下部(21)的垂直的圓筒部分中，在電弧爐操作方式下有一個(gè)第二排出孔道即出渣槽(18’)，它位于熔渣(8)的稍微上面一點(diǎn)，用來(lái)排出爐渣(8)。
該出渣槽(18’)可以通過一個(gè)液壓操作的第二開閉元件(圖中未示出)和一個(gè)爐渣堵頭(18)開啟或關(guān)閉，該堵頭在反應(yīng)器容器(1)的內(nèi)壁平滑地鎖住，其寬度向外增大。為了排出爐渣(8)，可以將反應(yīng)器容器(1)圍繞位于爐蓋(4)中的石墨電極(5)中央部位的第二旋轉(zhuǎn)中心(20)旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的角度(α)，該旋轉(zhuǎn)角度在±45°范圍內(nèi)，優(yōu)選的范圍是±10°，最好是±8°。該寬度向外增大的爐渣堵頭(18)保證了可以容易打開，并防止在吹氧過程中在其內(nèi)表面上形成栓塞，另外它還可以容易更換。
在出渣槽(18’)打開的情況下，可以按圖中用虛線表示的那樣將氣體導(dǎo)入管(12)插入熔渣(8)中，以便加快熔融金屬和熔渣(8)中的化學(xué)反應(yīng)。
位于出渣槽(18’)側(cè)下方的燒完的電極棒(5’)用于使溶渣(8)的排出容易進(jìn)行。
圍繞反應(yīng)器中部(22)的上部區(qū)域設(shè)置有一個(gè)電磁線圈(16)，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝過程中通過電磁阻尼來(lái)減小熔融金屬(7)的強(qiáng)烈的、不受控制的運(yùn)動(dòng)和熔渣(8)的起泡。通過一個(gè)整流器(圖中未示出)給電磁線圈(16)供給直流電。
對(duì)于一個(gè)用于160噸待熔化爐料的、直徑為6.1m的反應(yīng)器容器(1，2)來(lái)說(shuō)，電磁線圈(16)應(yīng)具有9m的平均直徑。在生產(chǎn)操作過程中，環(huán)狀電磁線圈(16)的磁通密度B應(yīng)在50-120mT的范圍內(nèi)，磁通密度按下式計(jì)算(單位特斯拉)B＝μo·i·n/D式中，μo是磁場(chǎng)常數(shù)(4·π·10-7)，i是線圈電流(安培)，n是電磁線圈(16)的匝數(shù)，D是線圈的平均直徑(米)。對(duì)于需要100mT的磁通密度B和25kA的線圈電流i的情況來(lái)說(shuō)，相應(yīng)地需要匝數(shù)30的例如由銅制成的總長(zhǎng)度850m的電磁線圈。在導(dǎo)體中的電流密度為6A/mm2的情況下，要求橫截面積為41.67m2，相應(yīng)地需要31.5噸銅。所需要的線圈電壓為6×850×0.017V＝87V，所需要的功率為87×25kW＝2.175MW。在生產(chǎn)操作時(shí)間為30分鐘的情況下，需要7kWh/噸鋼的電功率。在電弧爐操作方式下，電磁線圈(16)用來(lái)以較小的磁通密度抑制熔池?cái)嚢琛?br> 代替在反應(yīng)器中部(22)的單一電磁線圈(16)，例如也可以使用2個(gè)具有半功率的線圈，其中一個(gè)在反應(yīng)器中部(22)，另一個(gè)在反應(yīng)器下部(21)或者在反應(yīng)器下部(21)的底部的下面(圖中未示出)。為了不致消弱電磁線圈(16)的磁場(chǎng)的作用，反應(yīng)器容器(1，2)至少有一部分爐壁應(yīng)當(dāng)由非磁性的材料/鋼構(gòu)成。使用電磁線圈(16)可以減少反應(yīng)器容器(1，2)的耐火磚的磨損。
圖3表示對(duì)圖2中所示反應(yīng)器容器的改型反應(yīng)器容器(1’)，其中，代替排氣道(15)在錐臺(tái)部分(23)設(shè)置了一個(gè)開口即側(cè)面的槽(24)，用于裝入要熔煉的爐料和排出氣體。出渣槽(18’)不是用圖2中所示反應(yīng)器容器(1)中那樣的爐渣堵頭(18)關(guān)閉，而是用一個(gè)出渣門(25)關(guān)閉。反應(yīng)器下部(21)具有一個(gè)不對(duì)稱的加寬部分，即左面有一個(gè)突出部位(26)，在該部位設(shè)置有一個(gè)可以用熔化道閘門(17)關(guān)閉的熔化道(17’)，它同樣也是處在反應(yīng)器下部(21)的底部。
反應(yīng)器容器(1，2)例如可以使用三相交流電弧(圖中未示出)操作，不過最好是用直流電弧進(jìn)行操作，這樣可以保證均勻的熱分布。至關(guān)重要的是，反應(yīng)器容器(1，2)具有轉(zhuǎn)爐的外形和尺寸，它不僅可以作為轉(zhuǎn)爐而且也可以作為電弧爐進(jìn)行操作。具有附加的關(guān)閉機(jī)構(gòu)(17、18、25)的熔化道(17’)和出渣槽(18’)可以從內(nèi)部和外部進(jìn)行維修和保養(yǎng)。
不言而喻，不僅反應(yīng)器下部(21)而且反應(yīng)器中部(22)和錐臺(tái)部分(23)都可以進(jìn)行流體冷卻。
除了用于精煉鐵之外，熔煉設(shè)備(1，2)還可以用于其它金屬(例如銅和鉛)，用于制取氧化物(例如氧化鈦)和用于爐渣處理。代替氧，還可以通過反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)料管(12)供入碳。
符號(hào)的說(shuō)明1，1’，2 反應(yīng)器容器，電弧爐，熔煉設(shè)備3 1，2的水冷卻的爐帽，排煙罩4 爐蓋5 第一電極，石墨電極
5’作為澆鑄幫助的電極棒6 第二電極，爐底電極7 熔融金屬，熔池8 熔渣9 電弧10 空氣，冷卻流體11 5和12的高度調(diào)節(jié)裝置12 氣體導(dǎo)入管，氧氣噴槍，反應(yīng)介質(zhì)導(dǎo)入管12’ 12的上部噴咀14 輥式支座15 開口，排氣道16 電磁線圈17 在爐底部用于排出熔融金屬7的第一開閉元件，排放部件熔化道閘門17’ 第一排出道，熔化道18 在反應(yīng)器容器1和2的側(cè)壁上的用于排出熔渣8的第二開閉元件，爐渣堵頭18’ 第二排出道，出渣槽19 反應(yīng)器容器1和2的用于旋轉(zhuǎn)角度β的第一旋轉(zhuǎn)中心20 反應(yīng)器容器1和2的用于旋轉(zhuǎn)角度α的第二旋轉(zhuǎn)中心21 反應(yīng)器容器1和2的反應(yīng)器下部22 反應(yīng)器容器1和2的圓筒形反應(yīng)器中部23 反應(yīng)器容器1和2的錐臺(tái)部分24 側(cè)面的管道，開口25 出渣門26 出鋼凸部d 7的直徑，熔池直徑h 7的高度，熔池高度α，β 旋轉(zhuǎn)角度
權(quán)利要求
1.熔煉設(shè)備，包括a)至少一個(gè)可以進(jìn)入和抽出的輸入管(5，12)，它在電弧爐操作方式下至少是一個(gè)第一電極(5)；b)至少一個(gè)第二電極(6)；c)至少一個(gè)用于排空熔化料(7)的可以關(guān)閉的熔化道(17’)；d)至少一個(gè)用于排出熔渣(8)的可以關(guān)閉的出渣槽(18’)；e)一個(gè)爐蓋(4)，通過爐蓋(4)至少插入一個(gè)第一可進(jìn)入和抽出的輸入管(5，12)；f)至少還有一個(gè)開口(15，24)；其特征在于g)至少一個(gè)第一電極(5)可以由至少一個(gè)反應(yīng)介質(zhì)導(dǎo)入管(12)所替換，從而，在操作過程中至少一個(gè)第一電極(5)和至少一個(gè)反應(yīng)介質(zhì)導(dǎo)入管(12)可以臨時(shí)地先后通過開口插入爐蓋(4)中；h)熔煉設(shè)備可以圍繞在熔化道(17’)和爐底電極(6)之間、緊靠在反應(yīng)器下部的(21)的底部下面的第一旋轉(zhuǎn)中心(19)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度(β)，并且i)圍繞位于爐帽(3)中爐蓋(4)范圍內(nèi)的第一移動(dòng)的輸入管(5，12)的中心部位的第二旋轉(zhuǎn)中心(20)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度(α)。
2.權(quán)利要求1所述的熔煉設(shè)備，其特征是，第一旋轉(zhuǎn)角度(β)≤60°。
3.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔煉設(shè)備，其特征是，第二旋轉(zhuǎn)角度(α)≤±45°。
4.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔煉設(shè)備，其特征是a)在熔煉設(shè)備(1，2)中，熔化區(qū)(7)的熔池高度(h)與熔池直徑(d)的比例在0.05-5的范圍內(nèi)；b)熔煉設(shè)備(1，2)中的反應(yīng)容積在0.5-1.5m3/噸熔化料的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求4所述的熔煉設(shè)備，其特征是，熔煉設(shè)備(1，2)中熔化區(qū)(7)的熔池高度(h)與熔池直徑(d)的比例在0.25-0.35的范圍內(nèi)。
6.權(quán)利要求4或5所述的熔煉設(shè)備，其特征是，熔煉設(shè)備(1，2)中的反應(yīng)容積在0.77-1.29m3/噸熔化料的范圍內(nèi)。
7.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔煉設(shè)備，其特征是，至少一個(gè)可以關(guān)閉的出渣槽(18’)用一個(gè)寬度向外增大的爐渣堵頭(18)關(guān)閉，該堵頭平滑地鎖定在反應(yīng)器容(1，2)的內(nèi)壁處。
8.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔煉設(shè)備，其特征是a)圍繞熔煉設(shè)備的反應(yīng)器中部(22)至少設(shè)置一個(gè)被供給直流電的電磁線圈(16)，用于電磁阻尼熔煉設(shè)備內(nèi)的熔融金屬(7)和/或熔渣(8)的運(yùn)動(dòng)；b)在生產(chǎn)操作過程中由上述至少一個(gè)電磁線圈(16)產(chǎn)生的磁通密度在50-120mT范圍內(nèi)。
9.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔煉設(shè)備，其特征是，與爐蓋(4)一起在爐帽(3)內(nèi)至少還設(shè)置一個(gè)開口(15)。
10.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔煉設(shè)備用于煉鋼的應(yīng)用，a)其中，在轉(zhuǎn)爐工藝過程中、在第一工藝步驟中，在壓力下通過氣體導(dǎo)入管(12)向熔煉設(shè)備內(nèi)的熔融金屬供給氧氣；b)然后用電極(5)代替氣體導(dǎo)入管(12)；c)在第二工藝步驟中，在熔煉設(shè)備中進(jìn)行電弧熔煉。
全文摘要
為了改善操作，特別是為了能適用各種爐料，在一個(gè)反應(yīng)容器中不僅可以精煉液體金屬原料而且可以精煉固體金屬原料，按照轉(zhuǎn)爐方式構(gòu)筑了一個(gè)反應(yīng)容器(1)，在熔融金屬(7)和熔渣(8)的上面具有較大的空間。為了通過可關(guān)閉的出渣槽(18’)排出熔渣(8)，熔煉設(shè)備圍繞旋轉(zhuǎn)中心(20)轉(zhuǎn)動(dòng)±8°，為了通過熔煉設(shè)備底部的可關(guān)閉的熔化道(17’)排空熔融金屬，可以圍繞旋轉(zhuǎn)中心(19)轉(zhuǎn)動(dòng)±30°。圍繞熔煉設(shè)備(1)的電磁線圈(16)用于電磁阻尼熔煉設(shè)備內(nèi)熔融金屬(7)和/或熔渣(8)的運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)爐操作方式下，用一個(gè)氣體導(dǎo)入管取代在電弧爐操作方式下使用的石墨電極(5)，從而可以在壓力下供入氧氣。
文檔編號(hào)C21C5/52GK1154411SQ9611218
公開日1997年7月16日 申請(qǐng)日期1996年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月23日
發(fā)明者G·格林菲亞德, E·A·拉桑達(dá), G·倫帕, S·E·施滕菲斯特 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司