專利名稱：電弧爐后燃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及采用電弧爐煉鋼，更具體涉及電弧爐煉鋼中的后燃方法。
鐵或鋼的熔融或精煉是一種能量密集的方法，需要很高的溫度來獲得和維持一個熔融的金屬溶池。因此，煉鋼工業(yè)仍在繼續(xù)努力，使可獲得的能量得到更有效的利用。在煉鋼中廣泛使用的作法是后燃。在煉鋼的熔融金屬熔池中，氧和碳發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳，一氧化碳冒泡并離開金屬熔池。后燃就是把二次氧注入到煉鋼爐里與產(chǎn)生的一氧化碳反應(yīng)，生成二氧化碳。另外，氫氣和/或烴也可能存在或生成，例如，通過伴隨廢鋼的雜質(zhì)的熔解或甲烷氣、煤部分氧化而生成，此氫氣和/或烴可能和二次氧在后燃反應(yīng)中發(fā)生反應(yīng)，生成水和二氧化碳。這些反應(yīng)是放熱的，而且釋放出的能量大部分在煉鋼爐里作為熱得到有利的應(yīng)用。
近年來，已經(jīng)作了重要的工作，用以改進煉鋼中的后燃方法。在Masterson美國的專利№4,599,107中，公開了一種在液面下氣動的鋼精煉中進行后燃的方法，其中，二次氧通過吹氧管注入熔池表面的上方空間。熔池面上吹氧管的高度和/或注入二次氧的速度可以調(diào)整，用以滿足為使后燃能夠高效地進行的固定關(guān)系。
Takahashi等人的美國專利№5,065,985，教導(dǎo)了鐵礦石熔煉還原的一種改進方法，其中后燃氧被注入到也處于強烈攪拌狀態(tài)的爐渣層，以致后燃主要發(fā)生在爐渣層。Ibaraki等人的論文，定名為鐵礦熔煉還原進展--一種商業(yè)煉鋼的方法，I& SM，12，1990，pp.30～37，教導(dǎo)了一種相似的后燃方法，其中氧分子保留在噴嘴里，直到它們與泡沫爐渣碰撞，并轉(zhuǎn)換進入其中。氧與一氧化碳、氫氣在泡沫中燃燒。根據(jù)二次氧噴嘴插入或攪拌爐渣的程度不同，可以獲得不同的效果。
電弧爐被用于熔融金屬，如鋼的后續(xù)精煉，一個電弧爐通常包括一個較短而寬的罩，該罩含有一個較寬而淺的爐膛，金屬在爐膛中熔化。它有一根或多根電極，通常是三根。它們從爐頂穿過安置在爐中央，用以供應(yīng)電能來加熱和熔化金屬。在Brotzmann等人的歐洲專利No.257,450中，公開的電弧爐操作中也采用后燃燒。其中，頂部注入的氧通過復(fù)雜的頂吹設(shè)備注入到電弧爐的上部區(qū)域，該頂吹設(shè)備定向排列覆蓋整個爐子，以使一氧化碳均勻地燃燒。Knapp等人的美國專利No4,986,847，教導(dǎo)了在爐渣層靠近熔融金屬熔池的區(qū)域供應(yīng)氧的措施。
當(dāng)更多的廢金屬再循環(huán)利用時，電弧爐的用途就增多了。因此，在電弧爐操作中的任何改進都將是有用的，而且是所期望的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在電弧爐實踐中采用后燃以改進電弧爐的操作的方法。
以上以及其它的目的，對于那些閱讀了此公開內(nèi)容的本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很顯然的，這些目的可以通過本發(fā)明來達到。本發(fā)明是電弧爐中實現(xiàn)后燃的方法，它包括(A)在電弧爐里熔融金屬，該爐含有至少一根位于爐子中心區(qū)域的電極以及位于爐中心區(qū)域的外部的排氣口；
(B)爐內(nèi)產(chǎn)生一氧化碳；(C)從爐內(nèi)到排氣口形成一種氣流；并使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生的一氧化碳在上述的氣流中通向排氣口；(D)把氧供入到氣流中；及(E)使上述氧與上述排氣口的上游氣流里的一氧化碳反應(yīng)。
這里所用的術(shù)語“中心區(qū)域”是指包括上述爐子電極的電弧爐的內(nèi)體積。
這里所用的術(shù)語“熔融金屬熔池”，是指電弧爐里的內(nèi)容物，包括含有或不含有爐渣的液態(tài)金屬。


圖1是本發(fā)明的實踐中可用的電弧爐設(shè)備的縱向截面示圖。
圖2是圖1所示的電弧爐的簡化的平面視圖。對于共同的部件，兩圖中所標(biāo)出的數(shù)字相同。
本發(fā)明通常包括這種認(rèn)識在電弧爐里，因為電極以及不靠近電極的爐子上部的排氣口間的相對位置，一氧化碳往往在某個確定區(qū)域或多個區(qū)域引起濃縮。迄今為止，在后燃實驗操作中，目的在于讓均勻地遍及爐子的一氧化碳和其它可燃物燃燒，用以給金屬均勻供熱。申請人發(fā)現(xiàn)，在電弧爐里后燃實驗的具體實例中，通過一個特定位置向爐里提供后燃氧，可以得到的有益的結(jié)果。盡管這導(dǎo)致局部發(fā)熱，因此此特定位置含有產(chǎn)生的不勻稱的大量一氧化碳。但是與傳統(tǒng)作法相比，后燃完成得更高效，而且釋放的熱含量更高，并輸入到熔融金屬熔池中。此外，后燃氧的限量供應(yīng)，減少了此二次氧與其它爐組份反應(yīng)的程度，因此增加了本發(fā)明的實驗操作中可獲得的優(yōu)點。
本發(fā)明將參照插圖被詳細(xì)描述。現(xiàn)在參考圖1和圖2，它們說明電弧爐1，爐內(nèi)含有待熔融的金屬2。盡管可以使用其它合適的材料，例如鐵錠、直接還原的鐵、熱壓塊的鐵、高溫金屬和各種形式的鐵氧化物，但金屬通常仍是廢鋼。至少一根電極位于中心區(qū)域15內(nèi)。這根電極或這些電極可以全部或部分地位于中心區(qū)域內(nèi)。兩圖中所示的實施方案中展示了這樣的三根電極16。
電供給電極，電弧就在電極之間產(chǎn)生，和/或在電極與金屬之間產(chǎn)生。產(chǎn)生的熱用以熔化金屬，因此在電弧爐內(nèi)形成一個熔融的金屬熔池。熔融金屬熔池包括熔融的或液態(tài)的金屬3，還可能包括爐渣4。該爐渣經(jīng)常含有相當(dāng)數(shù)量的氣體，因此產(chǎn)生爐渣泡沫。通常爐渣泡沫在熔化爐操作的1/4時間內(nèi)存在。爐渣通常包括氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂、氧化鋁以及氧化鐵中的一種或數(shù)種。
氧主要通過吹氧管5以氣態(tài)形式供入熔融金屬熔池。這個主體氧或一次氧可以以空氣形式提供，或以一種其氧濃度超出空氣中的濃度的混合物形式提供。最好是一次氧以一種含氧濃度至少為80摩爾百分比的流體供給熔融金屬熔池。一次氧還可用固態(tài)形式，如氧化鐵，供給金屬熔池。一次氧與碳在熔融金屬熔池中反應(yīng)，生成一氧化碳。金屬熔池中的碳有一個或多個來源，如伴隨金屬的碳，直接加到熔融金屬熔池的碳添加劑，或隨一次氧加到金屬熔池中的烴類添加劑。氧和碳在熔融金屬熔池中反應(yīng)，生成一氧化碳，給爐子提供附加的熱量，提供熔池攪拌，以及使?fàn)t渣起泡，讓熱量更高效地從電弧輸關(guān)給金屬熔池。
排氣口9通常在爐1的頂端，與排風(fēng)道10相連，排風(fēng)道10用以把爐氣從爐中排出。排氣口位于爐中心區(qū)域的外部，這個部分在圖2中標(biāo)為14。從排氣口9和排風(fēng)道10出來的爐氣流在電弧爐內(nèi)形成一種氣流。該氣流經(jīng)過爐渣到排氣口，或者，當(dāng)存在金屬熔池時，它將經(jīng)熔融金屬熔池頂部的爐渣到達排氣口。也就是說，該氣流源自泡沫爐渣。這個氣流在兩圖上標(biāo)為12。
氣流12是由電弧爐內(nèi)的爐氣組成。除了一種或多種可燃物，如一氧化碳、氫氣和烴外，爐氣還包括二氧化碳、水蒸汽、氮氣和或氧。一氧化碳，在爐渣中生成，從熔融金屬熔池中冒泡出來或仍留在爐渣里面，與流向爐的其它部分相反，它優(yōu)先被吸入氣流中。因此，當(dāng)氣流從熔融金屬熔池表面流向排氣口時，氣流的空氣動力學(xué)行為有助于濃縮氣流里的一氧化碳以及其它可燃物，如氫氣和烴。
二次氧或后燃氧13通過吹氧管6供入氣流12。二次氧可以以空氣形式供入或以一種其氧濃度超過空氣中氧濃度的混合物供入。最好是二次氧以一種含氧濃度至少為80摩爾百分比的流體供入到氣流中。二次氧可以在電弧爐操作的全部或部分時間內(nèi)提供，它供入到熔融金屬之上的氣流里。如果存在爐渣最好是在爐渣里提供二次氧。還可在廢鋼里提供二次氧。最好是，二次氧提供的位置盡可能低，即接近通向排氣口的氣流的形成點，以增加二次氧在氣流里的停留時間，從而提高了后燃的程度以及釋放的熱量輸送給廢鋼和/或熔融金屬熔池的程度。
二次氧在到達排氣口之前與氣流中的一氧化碳反應(yīng)，按放熱反應(yīng)在電弧爐內(nèi)生成二氧化碳。二次氧也會與氣流里可能存在的其它可燃物反應(yīng)。這些其它可燃物，如氫氣或烴類氣體，可以通過伴隨廢品的雜質(zhì)熔解或通過其他方式，如甲烷或烴的部分氧化，在爐里生成。產(chǎn)生的熱可應(yīng)用于加熱和/或熔化金屬。即使后燃反應(yīng)在反應(yīng)物，氧和一氧化碳以及其它可燃物在爐內(nèi)濃縮的確定位置發(fā)生，后燃反應(yīng)仍可高效進行，而且其強放熱產(chǎn)生的總結(jié)果，比后燃在爐中各處均勻進行所得的結(jié)果更好。設(shè)備費也降低了，因為與傳統(tǒng)作法相比，它僅需要一根或起碼是很少的幾根后燃吹氧管來實現(xiàn)本發(fā)明。正如圖中所示，二次氧由與一次氧吹氧管分開的一根吹氧管所提供，或通過一根雙路吹氧管進行提供，該雙路吹氧管通過另一個氧通路，把一次氧也供入爐里。
下面實例是用于說明的目的，而且并不局限于此。本發(fā)明在相似于圖1和圖2所示的60噸電弧爐中實現(xiàn)。爐里填注廢鋼，然后開始熔化。后燃氧供入通向排氣口的爐氣流中，首先在廢品堆里，然后當(dāng)泡沫爐渣形成時，就在泡沫爐渣里。一氧化碳和其它可燃物在爐里的爐氣流中燃燒，釋放出有助于廢品熔化的熱量。為了對照的目的，除了不用后燃氧之外，重復(fù)其它的步驟。采用和不采用本發(fā)明的電弧爐操作中電能消耗的差別為40Kwh/ton。它相當(dāng)于4.75Kwh/NM3的氧的傳熱率，這是后燃熱量總釋放率的81％，從而清楚地證實了通過本發(fā)明獲得的有利結(jié)果。
本發(fā)明是專用于電弧爐操作的，因為中心安置的電極產(chǎn)生這些要求，例如，通過本發(fā)明中偏離中心的排氣口，在爐里形成上述氣流。盡管根據(jù)最優(yōu)方案本發(fā)明得到詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍將認(rèn)識到，在本權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明還存在其它實施方案。
權(quán)利要求
1.在電弧爐里進行后燃的方法，包括(A)在電弧爐里熔融金屬，該爐含至少一根位于爐中心區(qū)域里的電極，以及位于爐中心區(qū)域的外部的排氣口；(B)在爐內(nèi)產(chǎn)生一氧化碳；(C)從爐里到排氣口形成一氣流，并把爐內(nèi)產(chǎn)生的一氧化碳，在上述氣流里通向排氣口；(D)把氧供入該氣流；(E)使上述氧與上述排氣口上游的上述氣流中的一氧化碳反應(yīng)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中的金屬包括鋼。
3.權(quán)利要求1的方法，其中的金屬包括鐵。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，氧以一種含氧濃度至少為80摩爾％的流體供入氣流中。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，氧供入熔融金屬熔池之上的氣流中。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，氧供入熔融金屬熔池的泡沫爐渣部分中的氣流里。
7.權(quán)利要求1的方法，其中，電弧爐包含廢鋼，氧供給在廢鋼中的氣流。
8.權(quán)利要求1的方法，進一步包括氧與上述排氣口上游的上述氣流中的氫氣反應(yīng)。
9.權(quán)利要求1的方法，進一步包括氧與上述排氣口上游的上述氣體中的烴氣體發(fā)生反應(yīng)。
10.權(quán)利要求1的方法，其中氧以接近氣流形成點的位置供入氣流中。
11.權(quán)利要求1的方法，其中，一氧化碳是由碳與供給熔融金屬熔池的一次氧反應(yīng)生成的，該一次氧是與供入氣流中的所述氧是分開的。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，一次氧以氣態(tài)供給熔融金屬熔池。
13.權(quán)利要求11的方法，其中，一次氧以固態(tài)供給金屬熔池。
全文摘要
本發(fā)明涉及在電弧爐內(nèi)進行后燃的方法，包括在電弧爐內(nèi)形成優(yōu)先的氣流，濃縮在該氣流內(nèi)的一氧化碳，以及向一氧化碳被濃縮的氣流內(nèi)供給后燃氧。
文檔編號F27B3/10GK1120653SQ95109610
公開日1996年4月17日 申請日期1995年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月21日
發(fā)明者P·C·馬圖爾, Z·Y·杜, R·J·塞林斯 申請人:普拉塞爾技術(shù)有限公司