炼钢方法技术

一种炼钢方法使用固态铁类金属材料作为金属加料的主要部分并利用两种不同类型的含碳物料和废钢燃烧所放出的热。含碳物料之一的可挥发碳氢化合物含量高，其作用是使铁类物料预热并部分熔化，另一含碳物料可挥发碳氢化合物含量低并为熔体增碳提供还原能力，并通过燃烧提供附加热量，用于增强固态铁类物料的加热和熔化。本方法也包括吹入富氧氧化气体，用于含碳物料中碳氢化合物的燃烧以熔化并精炼所形成的熔化物料。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在具有至少部份衬有耐火材料的炉壁的炉中炼钢的方法，特别是涉及在碱性氧气转炉和电弧炉中处理金属炉料的方法。本专利技术可被用于自全部为固态铁类金属炉料炼钢或当熔融铁类金属也部份地作为含铁物料装入时用于生产钢。该固态金属炉料可由各种类型的铁类物料，例如可以是废钢、生铁、球团、团块或压块等形式的直接还原铁。处理固态铁类炉料的公知由某些通常的步骤组成，例如将铁类金属物料装炉，对金属块的表面加热，装入非金属造渣剂，将熔池过热并精炼，以及将熔融金属和渣排出。由于在进行一个或多个上述步骤时技术上的基本差异，使得各种炼钢工艺是有差别的。由于上述各步骤必不可少的相互依赖关系和相互影响，公知的各炼钢工艺也是不同的。在许多情况下，为保持一种炼钢工艺的竞争性，要对上述步骤中的每一个，在考虑相互关系的情况下仔细地加以优化，以使得一个工艺步骤或参数的改进可能要求显著变更传统工程的特点，而这种特点则正是先前用于设计一个或多个上述基本的炼钢步骤的。用于生产钢水的废金属熔炼方法按照用于完成此熔炼的热源而改变。现代的电弧炉有能力在很短的时间内将大于250千瓦小时/吨的热能传递到待熔化的废钢。但是高昂的电费及这些炉子低的热效率(小于50%)持续地促使炼钢工业去开发新的，使用较便宜的由燃料燃烧的产生的热去预热和熔化废钢的。例如美国专利No.4，622，007和4，642，047说明了怎样使用多个烧嘴作能源来预热废钢，然后将多个氧化性火焰导向被预热的废钢，经部份氧化将其熔化。现在该方法已在许多配备有辅助烧嘴的电弧炉上使用。今天，在美国和其它发达国家，电弧炉已担负起处理接近70%废钢的任务。在几十年的时间内，为了提供一种有竞争力的替代电弧炉的，在全世界已进行了许多尝试，以开发使用固态废钢和燃烧各种燃料(包括含碳物料)而放出热的新的，更加先进的炼钢技术。同时，由于铁类固态废料显著地比铁水便宜，并且能被装入碱性氧气转炉，通过传递为熔化这些增加的固体炉料所必需的，由辅助燃烧源产生的附加热而被加以处理，所以促使用熔融(“热的”)铁生产粗钢的公司在生产中提高使用废钢的比例。在德国专利No.2，719，981;2，729，892和2，816，543以及国际专利申请No.PCT/SU83/00025中叙述了几种由固体金属炉料生产钢的方法。所有这些方法均可在配备有底部风口和侧风口的碱性氧气转炉中进行，这些风口是用于提供作为氧化气体的气态氧和作为燃料的液态或气态碳氢化合物的。这些方法的缺点首先源于必须通过风口提供液态、气态和固态含碳燃料。这些方法的主要不足是环绕风口区域处的耐火材料衬过度损耗;废气中的CO含量高以及因之而来的热效率低;以及由于基本上全部废钢表面严重地暴露在经多个风口供入的未耗尽的氧气部份中所造成的过度的金属损失。未能与碳反应的可观部份的氧首先与金属炉料反应而生成金属氧化物。燃料供给系统，以及制备和输送该细粒物料的系统需要复杂的附加设备，这导致了资金和运行费用的增加。此外，用于增加了燃料消耗和延长了加热时间，这些系统可能是不经济的。使用固态铁类物料并在高温炉中进行的炼钢工艺包括若干个彼此间共同作用、相互影响的工艺步骤。为了从固态转化为液态，铁类物料必须吸收大量的热。这种热必须很快地传递以使炼钢工艺是经济的。在升高的温度下(高于900℃)，暴露在含未消耗氧的气态气氛中的固态铁类物料的氧化很快加速，从而产生固态的氧化皮，它隔离了对金属块的传热。再有，当氧化物变为液体时，它们和铁-碳熔体一起沉到较冷的炉底，从而影响了金属熔体和渣的化学性质，以及碳与渣和熔融金属中的其它组份之间反应的热平衡和物料平衡。当燃料，如液态或气态碳氢化合物和/或含碳固态的物料燃烧而放出熔化固态铁类物料所必需的热量时，充满炉子空间的燃烧产物便与固态铁类物料活跃地反应。这些燃烧产物的温度与化学性质影响着加热和氧化的速率，并因而影响废钢堆中氧化物产生动力学和该氧化物进入渣中的速率。渣形成的时机选择及其化学性质还受供热动力学、造渣剂和进入发生渣形成的炉底区域的碳的影响。渣中的碳含量、渣的温度和碱度在整个炼钢过程中影响渣的氧化物，渣中的硫、磷、硅和铁-碳熔体之间的反应。现有的通过将热的燃烧产物以以下方式置于废钢堆的内部而加速了废钢的熔化即要使燃烧产物和废钢表面区域之间有最大地接触以获得最大的传热。为了使整个废钢表面积和热燃烧气体之间接触，氧由几个方向供入，流体燃料通过风口或烧嘴供入与氧混合而形成良好的混合，而含碳物料则通过分批装入而被置于废钢堆内部。当该最大表面积暴露在为氧化含碳物料而供入的氧气流中时，在低温预热阶段内金属表面不受影响。但后来当废钢表面变热时，过量氧的接触导致产生过量的铁氧化物。以后这种过量氧化铁的产生通过该氧化铁与在渣中聚集的含碳物料之间的吸热反应而使渣冷却。这还导致在熔体过热期内增加了铁碳熔体的氧化，这降低了金属产量和该方法的竞争性。废钢表面的过度氢化还导致在废钢表面产生氧化物隔热层，它降低了热传递速率并增加了废钢预热和熔化的延续时间。当冷的固体物料装在未配置局部供热装置的炉底上时，它们很快地使该炉底衬层冷下来。过后，在熔化周期内，第一部份熔融物料到达此较冷冷炉底区域。该第一部份熔融物料与冷炉底衬层之间的接触导致了与先已装在炉底上的固态炉料部份相混合的该第一部份物料的凝固。这些凝固的物料保持固态直至熔化期后期，并且仅当金属熔池变得足够热时，该凝固的炉底层方才熔清并开始参与精炼反应。这导致了炼钢周期的延续时间显著增加。由于重视这种具有冷炉底区时的消极影响，以上被参考的各专利公开了各种装置，例如烧嘴或风口，用于局部供热以便在炼钢过程中使炉底区保持热态。遗憾的是，在炉底附近为使辅助燃料燃烧而引入氧化气体却引发了与上述燃料积极夺取氧的熔融物料氧化的化学反应。这就消极地影响了整个炼钢过程的效率，这包括金属产量、造渣速率、熔化和精炼期的长度，以及熔体化学性质的可预测性。因而，为了在使用固态铁类金属物料和由碳氢化合物与固体碳所组成的燃料的炼钢过程中有高生产率和效率，重要的是防止固态物料在整个熔化周期中的过度氧化。另外重要的是在废钢底部提供热的燃烧产物以使在废钢堆的下部和熔体自身能被连续加热，借此防止第一部份熔体因接触较冷的炉底而被冷却。同时，为了通过保证熔体连续精炼而缩短炼钢周期的延续时间，希望将熔体与热的高碱度渣尽可能早地接触，以保证熔体的连续脱硫。当使用100%固体铁类物料生产钢时，为了提高金属产量，重要的是保证聚集在炉底的铁-碳熔体通过与热的固态碳接触而连续增碳。为了增加使用固态铁类金属物料炼钢法的灵活性，希望提供不仅使用固态废钢，而且还使用固态生铁、直接还原铁、少部份返装钢水，或部份铁水的能力。本专利技术的目的是提供一种具有较高热效率的，该方法使用含碳固态物料作为燃料源，并在炼钢过程中降低耐火材料衬的损耗和因氧化而造成的金属产量的损失。本专利技术的另一个目的是通过减少固态铁类金属炉料熔化所需的时间而提供高生产率的。本专利技术的再一个目的是提供这样一种，该方法具有使用种类广泛的，都作为欲处理铁类物料的固态和液态铁类金属物料的灵活性。本专利技术的又一个目的是，使该方法能在许多设计不同的具有容纳熔融金属耐火材料衬部份的现有炼钢炉中进行。如，现有的碱性顶吹氧气转炉(BO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在至少部分衬有耐火材料的炉子中所进行的炼钢方法，此法包括下列步骤：（ａ）首先将造渣剂装入上述炉中；（ｂ）然后在上述造渣剂上面装含易挥发可燃组分的固态含碳物料；（ｃ）然后在上述固态含碳物料上面装包括废钢在内的第一铁类金属物料； （ｄ）然后用位于上述铁类金属物料上方的喷射装置通过朝上述铁类金属物料吹入可控的氧化气流，以使至少部分上述含碳物料的所述易挥发可燃组分燃烧，来预热至少一部份上述铁类金属物料；（ｅ）然后将氧化气体朝着远离侧壁的炉子中心区吹入并提高氧流量 ，以便在炉子中心区提供使一些装入炉内的铁类金属物料点燃和氧化的条件，来升高温度并放出使装入炉内的全部铁类金属物料至少部份地熔化所需的热；（ｆ）将熔化的铁类金属汇集至炉底，并将渣料汇集在上述熔化的铁类金属上面；（ｇ）供入氧化气流以便至 少部份地精炼上述熔化的铁类金属并使其过热至其熔点以上。（ｈ）在达到所要求的出钢温度后放出至少部分上述熔炼过的铁类金属。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱富阿兹特罗瓦，格里高力盖尔皮林，格莱高力格特曼，艾克瓦格里奈德，波里斯科斯托瓦，
申请(专利权)人：扎普特齐公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]