專利名稱：煉鋼用轉爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于由諸如生鐵和/或廢鋼和/或海綿鐵等固態(tài)和/或液態(tài)爐料煉鋼的轉爐，該轉爐包括一有耐火爐襯的精煉爐體，一供給氧氣或含氧氣體的精煉裝置和一加熱裝置;本發(fā)明還涉及一種煉鋼方法。
已經知道有用燃燒器向爐料提供廢熱從而獲得所需的出鋼溫度或有選擇性地增加廢鋼料的方法(AT-B-232.531)，在該方法中，備有包括吹氧管和燃料供應管的吹管，用作加熱精煉裝置。石油或天燃氣，即礦物燃料，可通過燃料供應管噴入精制煤氣中。
用這種已為人所知的方案確實可增加廢鋼料，但是，隨著廢鋼部分的增加，所需要的裝料時間也增加，因為火焰本身必須穿過位于熔融的生鐵上方的廢鋼料而燃燒。在火焰已經熔化了足夠的廢鋼，直至達到生鐵熔池液面高度之前，所供的氧氣不會燃燒，而火焰熔化廢鋼的這個過程要花費相當長的時間。
從AT-B-372.110中知道，有一種用于由諸如生鐵和廢鋼等的固態(tài)及液態(tài)爐料煉鋼的轉爐，該轉爐包括一加熱精煉裝置，其中的加熱精煉裝置包括一等離子燃燒器，一包圍等離子燃燒器并用于提供氧氣的外殼和一包圍所述外殼的冷卻水套。另外，從US-A-3，316，082知道，有一種包括用于熔化廢鋼的等離子燃燒器的轉爐，在該處，設有一個中心的氧氣-氣體導入裝置。此外，從US-A-3，556，771知道，有一種包括一水冷鎢燃燒器和一輸氧管道的爐子。
分別使用這些已知的等離子加熱裝置和鎢電極，就有可能提供附加的能量;但是，由于等離子負極的水冷卻而經常發(fā)生泄漏，導致生產率的不可容忍的下降及高的維護費用。如果等離子燃燒器在工作并同時進行吹氧，所發(fā)生的泄漏問題就會特別地惡化。這種燃燒器還有另一個問題，即由于水冷卻帶走了大部分的熱能，故而限制所提供的能量的升高。
從EP-A-2，257，450知道，有一種電弧爐，在該處，為了節(jié)約能量，備有碳質燃料及含氧氣體的供應。氧氣通過固定地裝在爐子上部區(qū)域內的吹送裝置向下傾斜地噴入爐內。形成的氣流吸入由廢鋼及形成的熔融體產生的反應氣體并使之燃燒。采用這種電弧爐，隨著廢鋼量的增加，就相應地需要增加裝碳量。與AT-B-232.531相類似，這就意味著，要達到較高的產量，就要用礦物燃料代替電能。這就涉及到一些冶金方面的缺點，例如會使N、H及S的含量增加。另一種可以發(fā)現(xiàn)的缺點是，電弧爐的加料時間(兩次出鋼之間的間隔)非常長，這是由于，與轉爐技術相比，它有完全不同的熔煉控制技術(扁平的熔池)。
從AT-B-376.702知道，有一種冶金爐，穿過它的頂蓋引入幾個中空的電極，在電極的每個孔穴中還可升降的方式引入一送氣管。為了在冶金上處理非常不同的鋼種，該冶金爐可以任意地用作a)電弧爐。此時，將管口收回至中空的電極口之后，以熔化爐料和/或熔劑，b)等離子爐。此時，將管口移離中空的電極口或位于中空電極口的稍前方并同時輸入生成等離子的氣體，以高的能量輸入熔化爐料或熔劑，或c)精煉爐。此時，將管口移至超過中空電極口，如果需要的話，直至浸入熔融的爐料池中并輸入含氧氣體，同時中斷供電。
由于在吹煉過程中不可能輸入電能，故而在這種情況下也必須將多于普通熔煉所需的碳加入裝入爐中的廢鋼中，這仍然涉及上面所述的缺點。
另外，電極和在電極孔穴中可升降的送氣管道的聯(lián)合體要占用很大的機械方面的投資。還有一種危險性，即由等離子氣體所引起的大量熱量以及由于污染的危險，送氣管相對于電極的可移動性，特別是送氣管的不斷精確再調整都不能保持。
本發(fā)明的目的在于避免上述的缺點和困難并提供一種最初定義的那種轉爐及一種煉鋼的方法，它們能實現(xiàn)盡可能高的生產率，即盡可能多地縮短裝料時間，此時，可任意地只加入廢鋼或另外加入生鐵，也可以只加入生鐵(如果需要的話，可同時裝入冷卻劑，例如，礦石，石灰石)。在鋼的生產中，在保持品質上的優(yōu)點(例如鋼的N、H及S的含量低)的同時，最高的精煉速度具有特別的重要性，而這可在氧氣吹煉的轉爐中獲得。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的的實現(xiàn)是由于有一個加熱設置，該裝置包括至少一個自耗石墨電極和獨立于加熱裝置的精煉裝置，該精煉裝置可由氧氣噴槍形成，或可包括位于熔池液面之下的底吹和/或側吹噴氧風口。隨著一個(或幾個)電極在轉爐內的移動，可以做到同時進行熔化及精煉，并最大程度地節(jié)約電極，即避免電極的過度磨損。
由此，可將快速吹氧轉爐的優(yōu)點和電弧爐的具有高的熔煉輸入的優(yōu)點結合起來，但是，本發(fā)明是以轉爐技術為基礎的，應用此技術，用電弧加熱，可按需要改變固體/生鐵爐料，同時獲得最大的精煉速度。根據(jù)本發(fā)明的轉爐，其高產量是由于爐料的高含碳量可采用高的吹氧率，而這對于電弧爐來說是不可實現(xiàn)的，因為電弧爐的扁平熔池的控制及爐體的結構完全不同于轉爐。
根據(jù)本發(fā)明的轉爐在使用時可有一獨特的優(yōu)點，特別是在吹氧轉爐或電弧爐都不能有效工作的范圍內，即爐料中的生鐵部分在從大約30%至70%的范圍內。
最好設置兩個或多個自耗石墨電極，對于直流操作，其中的一個石墨電極相應地接正極，而另一個石墨電極相應地接負極。
為了確保均勻的電極消耗及轉爐耐火爐襯的均勻磨損，石墨電極最好與轉換開關連通，該開關能從正極接通換至負極接通或從負極接通換至正極接通。
根據(jù)一較佳的實施例，電極為負極，并在轉爐的底部設置一個或幾個底部正極，這樣就能輸入很高的能量并由此使兩次出鋼的時間間隔特別短。
另一優(yōu)先選用的實施例的特征在于，在交流操作中設置三個石墨電極。
轉爐要相應地設置底部吹洗風口，用以輸入吹洗氣體。
不用說，如果對過程控制有利，轉爐可裝有用于輸入熔劑和/或礦物燃料的輔助裝置。
石墨電極最好設置在轉爐的縱向中心軸線之外，也位于與轉爐爐口相連的煙道之外，這樣，由于電極易于接近，故而對使用并維護電極或電極的夾持裝置有顯著的優(yōu)點。
一種根據(jù)本發(fā)明的在采用轉爐的基礎上由生鐵和/或廢鋼和/或海綿鐵煉鋼的方法的特征在于轉爐技術，它用氧氣或含氧氣體精煉并通過在至少一個自耗石墨電極上燃燒電弧而輸入由電生成的熱。
這種方法，特別是如果要熔化大塊廢鋼時，其特征是，在第一個工序中進行生鐵的初級精煉，并在需要時，進行部分廢鋼和/或海綿鐵的初級精煉，接著在第二個工序中熔化另外裝入的廢鋼和/或海綿鐵，并且如果需要的話，同時或在第三個工序中進行精煉，其中，在第一個工序中僅啟動精煉裝置，而在其它工序中同時啟動精煉裝置和至少一個石墨電極，即當頂吹氧氣時交替啟動并在從熔池液面之下吹氧時交替地或同時啟動精煉裝置及至少一個石墨電極，則此方法具有獨特的優(yōu)點。
如果首先要熔化小尺寸的廢鋼或海綿鐵，則石墨電極及精煉裝置就相應地從一開始就都啟動，將廢鋼和/或海綿鐵連續(xù)地和/或分批地加入已存在于轉爐內的生鐵中。
下面，參照附圖用幾個實施例較詳細地描述本發(fā)明，這些圖是

圖1是根據(jù)本發(fā)明的轉爐的縱向剖視說明圖;
圖2是此轉爐的頂視示意圖;以及圖3是轉爐的另一個實施例的頂視圖。
轉爐的精煉爐體用1表示，該轉爐由設置在支承環(huán)2上的耳軸3可傾動地安裝在轉爐座上。精煉爐體1包括一金屬外套4，其內部設有圖中未示出的耐火爐襯。煙道5可與轉爐爐口6連接。
在轉爐處于直立位置時，氧氣噴槍9沿中心伸入精煉爐體1的內部7，該噴槍可沿直立轉爐的縱向中心軸線8提升和下降并可穿過轉爐爐口6從上方引入內部7。在與氧氣噴槍9的橫向距離為10處，兩個自耗石墨電極11伸入精煉爐體1的內部7，這兩個電極在徑向相對于直立轉爐的縱向中心軸線彼此相對地布置。電極11穿過各自的電極口12伸入，電極口設在轉爐排煙罩13上。正如圖中所示意地示出的那樣，電極11可以升降并能整個地向上拉出精煉爐體1之外。各電極11可一同操作，也可單個操作或交替操作。
在精煉爐體1的底部14上設有用于供給吹洗氣體的底部吹洗風口15。另外，在底部14和側壁上分別設有底吹和側吹風口17，它們的位置仍低于通常的熔池液面16，通過這些風口可引入氧氣或含氧氣體。
如果電極11接通負極，則在精煉爐體的底部上布置兩個底部陽極18。也可設置一個單獨的中心底部陽極19，以代替兩個底部陽極18。
根據(jù)圖3所示的實施例，在距離氧氣噴槍9為10處設有三個用于直流或交流操作的自耗石墨電極11，并且與噴槍平行。另外從圖3中可以看出，在轉爐的排煙罩13上設有一個單獨的排放爐渣21的放渣口20和一個單獨的排放鋼液23的出鋼口22。
如果轉爐的操作需要引入熔劑和/或礦物燃料，則可裝有用于這些目的的附加裝置，這些裝置時常設在轉爐上，但圖中并未示出。
根據(jù)本發(fā)明的轉爐可以的不同方式操作。例如，已裝入轉爐中的生鐵和部分廢鋼的被次精煉可在不使用電極11的情況下(在這種情況下，電極從精煉爐體1中拉出)在第一個工序中進行。此外，裝入的廢鋼僅在使用電極11的第二個工序中熔化并完全精煉，全部精煉既可以與第二工序同時完成，也可僅在第三個工序的熔化之后完成。如果是處理大塊的廢鋼，則這種操作方式有特別的優(yōu)點。
另一種較好的(特別是在加入小尺寸的廢鋼時)操作方式是從一開始就同時進行加熱和精煉，這意謂著同時操作精煉裝置9、17和電極11。然后可以連續(xù)地或分批地加入廢鋼和/或海綿鐵。
在煉鋼過程中可以在任一時間加入熔劑和/或礦物燃料并導入沖洗氣體。另外，根據(jù)本發(fā)明的轉爐也可以在洼地運轉。
根據(jù)本發(fā)明的轉爐和根據(jù)本發(fā)明操作轉爐的工藝的獨特優(yōu)點在于組成金屬爐料時的高柔性，爐料的范圍可以從100%的液體爐料(生鐵)到100%的固體爐料(廢鋼和/或海綿鐵)。另外，當以高的容積重量連續(xù)裝入固體爐料時，也可獲得最大的產量。
下面對用KMS(Klockner-Maxhutte煉鋼方法)轉爐生產鋼和用根據(jù)本發(fā)明的底吹轉爐生產鋼作一比較對這兩種轉爐，以年生產時間為6，800小時為基礎，它們的出鋼重量為140噸，生產率為89%。在這兩種轉爐中加入的爐料為53.6%的熔化生鐵，13.6%的廢鋼，6.9%的固態(tài)生鐵和25.9%的海綿鐵。
當使用KMS轉爐時，初次出鋼的時間間隔為55分鐘，初次吹煉時間為33分鐘，其間有22分鐘的非生產時間。除了上述爐料之外，KMS轉爐需要煤料，即每噸鋼加90公斤的無煙煤，煤料以粉塵的形式經過底部噴嘴輸入轉爐，年產量為1，039，000噸。
當使用根據(jù)本發(fā)明的轉爐時，初次精煉在第一個工序內進行，裝入的爐料為84噸的熔化生鐵，21噸的廢鋼和11噸的固態(tài)生鐵，即總共116噸。為了完全地精煉這種爐料，就需要在22分鐘的非生產時間內有13分鐘的理論吹煉時間，這與35分鐘的兩次出鋼的時間間隔相對應。但是，吹煉沒有完成，吹煉大約在吹煉時間的85%處中斷，即在大約11分鐘之后中斷。當時的碳(C)含量為0.5%，一氧化鐵(FeO)的含量少于5%。
在第二個工序中，由自耗石墨電極11輸入電能，與此同時，14噸成分預先確定的海綿鐵連續(xù)地以30噸/分的速度裝入爐內。電極靠140MVA的變壓器供電，對應的輸入大約為100MW。裝料時間大約為14分鐘。
整個吹煉時間(第一個及第二個工序一起算)為11分鐘+14分鐘，即25分鐘。因此，隨后的兩次出鋼的時間間隔為47分鐘，其中包括22分鐘的非生產時間。由此，年生產量為1，215，000噸，這就是說，與上述用KMS轉爐的煉鋼生產相比，產量增加了17%。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的轉爐的裝料與KMS轉爐的裝料相比較，如果以年產量為1，039，000噸的KMS轉爐為基礎，則120噸的轉爐只要配備120MAV的變壓器。
即使采用裝有根據(jù)本發(fā)明的電加熱的傳統(tǒng)氧氣頂吹轉爐，即裝有自耗石墨電極11，盡管在引入海綿鐵之后需要3分鐘的二次吹煉時間，也會產生產量增加的優(yōu)點。這導致整個吹煉時間為28分鐘，因而以22分鐘的非生產時間為基礎，有50分鐘的兩次出鋼的時間間隔。因此，有可能實現(xiàn)年產量1，142，000噸，與使用KMS轉爐的煉鋼生產相比，年產量仍增加了10%。因此，可以得出，盡管包括投資費用在內，裝有其形式為自耗石墨電極的電加熱的傳統(tǒng)氧氣頂吹轉爐仍然是適合的。
與KMS轉爐相比，除了上述的由根據(jù)本發(fā)明的轉爐和根據(jù)本發(fā)明的方法而獲得的生產率顯著提高的優(yōu)點之外，還可獲得下述優(yōu)點·廢氣量減少，·生產率提高，·鋼中的氮(N)含量和氫(H)含量較少，同時·鋼中的硫(S)含量降低。
與KMS轉爐和KMS方法相比較，根據(jù)本發(fā)明的轉爐的用于電氣設備的附加費用可基本上由本發(fā)明的方法中所需的吹煉技術得到補償。根據(jù)本發(fā)明，由石墨電極的燒損而引起的碳對熔池的污染并不重要，這是因為全部精煉是由氧氣(O2)完成的。
權利要求
1.一種用于由諸如生鐵和/或廢鋼和/或海綿鐵等固態(tài)和/或液態(tài)的爐料煉鋼的轉爐，包括一有耐火爐襯的精煉爐體(1)，一輸入氧氣或含量氣體的精煉裝置(9，17)和一加熱裝置，其特征在于，所述加熱裝置包括至少一個自耗石墨電極(11)，與獨立于加熱裝置的精煉裝置，該精煉裝置可由氧氣噴槍(9)形成，或可包括位于熔池液面之下的底吹和/或側吹噴氧風口(17)。
2.根據(jù)權利要求1的轉爐，其特征在于，設有兩個或多個自耗石墨電極(11)。
3.根據(jù)權利要求2的轉爐，其特征在于，對于直流操作，石墨電極(11)中的一個接通正極，而另一個石墨電極(11)接通負極。
4.根據(jù)權利要求2的轉爐，其特征在于，石墨電極(11)與一轉換開關相連，該開關能從正極換至負極或從負極換至正極。
5.根據(jù)權利要求2的轉爐，其特征在于，對于直流操作，電極(11)要接通負極并且在轉爐的底部設有一個或幾個底部正極(18，19)。
6.根據(jù)權利要求2的轉爐，其特征在于，對于交流操作，設有三個石墨電極(11)。
7.根據(jù)權利要求1至6中的一項或幾項的轉爐，其特征在于，轉爐還包括用于輸入沖洗氣體的底部沖洗風口(15)。
8.根據(jù)權利要求1至7中的一項或幾項的轉爐，其特征在于，轉爐裝有用于輸入熔劑和/或礦物燃料的輔助裝置。
9.根據(jù)權利要求1至8中的一項或幾項的轉爐，其特征在于，石墨電極(11)設置在轉爐的縱向中心軸線(8)以外，也位于可與轉爐爐口(6)相連的煙道(5)之外。
10.一種以使用根據(jù)權利要求1至9中的一項或幾項的轉爐為基礎的用生鐵和/或廢鋼和/或海綿鐵生產鋼的方法，它在轉爐技術上的特點在于，用氧氣或含氧氣體精煉并通過在至少一個自耗石墨電極(11)上燃燒電弧而輸入由電產生的熱。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于，在第一個工序中進行生鐵的初級精煉，并在需要時，進行部分廢鋼和/或海綿鐵的初級精煉，接著在第二個工序中熔化另外裝入的廢鋼和/或海綿鐵，并且如果需要的話，同時或在第三個工序中進行精煉，其中，在第一個工序中僅啟動精煉裝置(9，17)，而在其它工序中，同時啟動兩個精煉裝置(9，17)和至少一個石墨電極(11)，即當頂吹氧氣時交替啟動并在從熔池液面之下吹氧時交替地或同時啟動精煉裝置及至少一個石墨電極。
12.根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于，石墨電極(11)和精煉裝置(9，17)從一開始就都啟動，將廢鋼和/或海綿鐵連續(xù)地和/或分批地加入已存在于轉爐內的生鐵中。
全文摘要
一種用于由諸如生鐵和/或廢鋼和/或海綿鐵等固態(tài)和/或液態(tài)爐料煉鋼的轉爐，該轉爐包括一有耐火爐襯的精煉爐體(1)，一提供氧氣或含氧氣體的精煉裝置(9，17)和一加熱裝置。為了在高的廢鋼裝料量時獲得最高的生產率和高的鋼純度，加熱裝置包括至少一個自耗石墨電極(11)和獨立于加熱裝置的精煉裝置，該精煉裝置由氧氣噴槍(9)形成，或包括位于熔池液面之下的底吹和/或側吹噴氧風口(17)。
文檔編號C21C5/35GK1100145SQ9410666
公開日1995年3月15日 申請日期1994年6月20日 優(yōu)先權日1993年6月21日
發(fā)明者威爾弗雷德·彼克堡爾, 約翰·格拉貝爾, 西格哈特·卡斯帕爾 申請人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設備制造公司