一种组合式电弧炉、冶金盛桶炉及真空脱气系统，该系统具有一定的灵活性来制备至少非真空电弧重熔钢、真空电弧重熔钢、真空加氧脱碳非真空电弧重熔钢以及真空加氧脱碳真空电弧重熔钢，可以安定状态或任意顺序用于一次性至连续性铸造。由于该系统将与烫热金属接触的组件预热，以降低所述组件的热损失，以及利用所述电弧炉中存留的余留物，所述系统仅消耗最低能量，其中所述系统的生产率仅受到所述电弧炉的熔融能力的限制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢铁工业领域中的电弧炉炼钢技术，具体地，涉及一种具有冶金盛桶炉的系统。
技术介绍
大约15年前起，全世界开始利用真空电弧脱气系统制造具有严格限定范围的合金、气体、颗粒尺寸与内含物的钢材。于此系统中，钢材由电弧炉(electric arc furnace)汲出，接着以低真空、漆洗气(purging gas)、及交流电加热电弧铸造进行处理。当钢材已经过低真空与涤洗气处理，则于石墨电极与所述熔融钢材的大量沸腾的表面之间进行交流电加热电弧铸造。此种系统通常指真空电弧脱气系统。此方法已制造出数百万吨的钢，时至今日仍持续地生产大量吨数。此方法具有现有可比系统无法达到的优势，包括在正或负IOT下以任何所需时间(由锅炉出炉(tap)起算可达至少八小时长)进行铸造的能力。因 此，可由一个仅50吨的电弧炉制造出一个100吨的锭块，且总有充裕的时间应付计划中或非预期的下游延误，从而避免将熔体重新送回所述电弧炉。然而，在此种系统的正常操作期间，所述系统的产量受制于电弧炉操作时间，在大多数设备中，对于单一熔炼体(heat)的操作时间可达4至4. 5小时，因为大量炼钢是在所述电弧炉中进行；换言之，在废钢熔融并到达出炉温度很长时间之后，所述钢材残留于所述电弧炉中。随着炼钢业者对于使用传统电弧炉技术要降低成本及提高生产率的压力增加，相较之下，已舍弃长时间的电弧炉炼钢技术，而支持可达到相同的最终成果的较短循环操作。在过去15年来,冶金盛桶炉(ladle metallurgical furnace)系统开始取代传统电弧炉及真空电弧脱气炼钢技术。在冶金盛桶炉系统中，电弧炉被限制成几乎是仅有的熔融设备，且大多数炼制钢材延迟至下游操作。在相同尺寸的锅炉进行传统电弧炉炼钢需4至4. 5小时的时间，相较之下，在此种系统中的电弧炉可在约2小时或更短的时间内让粗废料(及早期石灰与碳添加物)到达出炉温度，从而缩短了锅炉中废料的停留时间(dwelltime)。使用较大的电极亦可降低锅炉停留时间。在一特定例子中(的后会更详尽地描述)，自入料开始至出炉结束的锅炉停留时间，可由4至4. 5小时降至2小时或更短。
技术实现思路
本专利技术涉及电弧炉炼钢，具体地涉及具有冶金盛桶炉的系统，与类似的系统相较，此系统制备每单位钢材所需输入能量较低。本专利技术特别涉及以仅受限于电弧炉最大熔融能力的速率来制造合金钢材。另外，无须经修改，本专利技术就可适用于目前钢铁工业中的几乎任何终端应用，从连续铸造到以任意产制顺序的制造广泛不同组成物中的单一特定的熔体。举例而言，本专利技术能于单一电弧炉系统中产制多达四种不同类型的钢材(即不同钢材等级)，无须放慢或延迟熔炼体的加工顺序，无须考虑于炉役(campaign)中所制备的不同钢材类型的数目或任意次序。因此，所述系统系生产至少非真空电弧重熔钢、真空电弧重熔钢、真空加氧脱碳非真空电弧重熔钢、及真空加氧脱碳真空电弧重熔钢。本专利技术可实现生产率提升，藉由降低所述熔融钢材接触系统组件时的散热，利用从熔体转移的热量对溶体进行熔解，以及将条状锭块(当其仍为烫热时)迅速配置入加热锅炉以加热所述最初部分加热的锭块达变形温度，以利后续锻造操作。欲降低因散热所造成的热损失，可藉由预热所述金属接触单元的选定的组件而达成。例如，藉由预热所述出炉盛桶至其耐火衬里接近约2000 °F，接着，利用耐火盖板延缓所述出炉盛桶的冷却速率，所述耐火盖板施加于出炉盛桶的上端开口直到出炉的时间点前，使得在出炉步骤期间所出炉的金属的冷却可达最小化。于一次出炉至下一次之间，藉由转移少量但有效的熔融钢材可进一步降低所述系统的热能输入。因此，例如，假设由空的电弧炉开始，目标是浇铸75吨熔融金属，则需要将大约80-85吨固体废料饲入电弧炉。在熔融后，包含75吨熔融金属的熔体会被出炉至出炉盛桶中。 在完成出炉及所述电弧炉回归直立位置后，所述炉盖由炉身移开，将大约75吨固体废料饲入至上一次的熔体所残留的约10吨熔融钢材中。所残留的熔体加上来自废料入料桶的车屑(turnings)将形成烫热金属的忙藏槽，其会吞入并接着以较快速率熔融所述废料热顶及其它电弧炉入料中的大碎片(与在第一次废料饲料桶清空到所述电弧炉前，所述炉身完全清空的状况相比较)；与假如在大碎片可开始导热前，边角废钢(bushelings)及其它废料小碎片必须由固态转为液态会发生的情况相比较，所述残留溶体会围绕并可更快地移转导热至所述较大的废料碎片上。本专利技术确保至少四种不同的炼钢制程可在任何一天以任意顺序进行，特定制程的执行仅取决于预定制造的不同类型的钢的顺序。此种从未达成的终端使用灵活性(即使有，在现有的工厂中也极少见)将可于单一工厂中达成，所述工厂将可适用于来执行实现目前被认为需分别进行的不同炼钢制程。因此，举例而言，炼钢业者可有关于低合金钢材的充份数目订单，其中，一个或多个接续钢材熔炼体仅需要经受熔融、于冶金盛桶炉中精炼、于真空脱气工位中脱气、浇铸及固化的基本处理步骤。然而，若所述炼钢业者的下一位客户需要真空电弧重熔(VAR)产品，则在熔融、冶金盛桶精炼、真空脱气、浇铸接续熔体以形成锭块后，所述炼钢业者可将所述固化的真空脱气的锭块改送入真空电弧重熔单元，于此处，所述固化的真空脱气的锭块将被转换成VAR电极，所述VAR电极会于所述VAR单元中重熔以形成VAR锭块，所得VAR锭块可接着按需求进行加工，如锻造及热处理。此外，若第三个客户订购真空脱气及真空加氧脱碳的钢材，可在电弧炉中无须延迟也无须改变头两个步骤(即熔融与冶金盛桶精炼)即开始制备所述第三个订单，接着在真空脱气单元中进行真空加氧脱碳作用，再续行浇铸及固化。此外，若所述炼钢业者的第四个客户订单为真空加氧脱碳真空电弧重熔钢材，对于此种特别的钢材，其制程可整合至所述产品顺序中而无须延迟且无须改变头两个步骤(即电弧炉熔融与冶金盛桶精炼)，这些步骤是需要最久的时间区段，如下文所述。据此，本专利技术的一目标是提供一种具有单一电弧炉、单一冶金盛桶炉、及单一真空处理工位的系统，该系统能以任意的顺序实现至少四种不同的炼钢制程，亦即高容量的标准规格的真空脱气钢、真空电弧重熔钢、真空加氧脱碳超低碳钢、及真空加氧脱碳真空电弧重熔超低碳钢。本专利技术的另一目标是执行上述炼钢制程，其中针对全部四种制程的真空处理不会因所述系统的真空强度的非预期性降低而受影响，而系统真空强度降低归因于将所述含金属容器作为所述真空系统的组件之一。本专利技术的又一目标是，与传统的冶金盛桶炉精炼系统相比，降低每单位(如每吨)钢材所需的热能。附图说明 在以下附图中示意性地示出本专利技术，附图中图I由图1A、1B、及IC所组成，为实施本专利技术制程的系统的平面图，其概略地指出或说明某些部分； 图2由图2A、2B、及2C所组成，为图I的实施本专利技术制程的系统的侧面图，其概略地指出或说明某些部分；图3显示所述电弧炉及所述系统管路，部分以剖视图而部分以虚线示出；图4为类似于图3的视图但比例放大，示出特别是所述锅炉及所述固定式管路系统的管路连接；图5由图5A、5B、及5C所组成,是所述电弧炉身的操作、出炉及排炉洛的示意图；图6是示出所述系统的冶金盛桶炉部分的局部示意半剖视图,具体示出次表面加氧喷管的使用；图7是本专利技术的冶金盛桶炉组件的温度及采样装置的部分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种炼钢的制程，其步骤为：将固体废料饲入电弧炉中，所饲入固体废料的量足以包括之后经受真空处理的钢材重量的至少大部分；对所述固体废料加热，使所述固体废料熔化而由此形成熔体；将来自所述电弧炉的所述熔体的至少大部分出炉至容器中；将所述容器中来自所述电弧炉的出炉熔体移转至冶金盛桶工位；在所述冶金盛桶工位中，将合金添加至所述出炉熔体，所添加合金的量足以使所述出炉熔体的至少一些组分达到此制程阶段所需的组分水平，从而形成熔炼体；将所述冶金盛桶工位处的所述熔炼体充分地升温，以使所述熔炼体相对于所需的浇铸温度过热；将所述过热熔炼体移转至真空处理工位；使所述过热熔炼体经受真空及涤洗气一定程度，所述程度足以搅动所述过热熔炼体，以使所述熔炼体的表面以及所述熔炼体远离所述表面的各部分暴露于所述真空下，从而藉由将所述熔炼体暴露于所述真空而移除所述过热熔炼体中的氢及氧；在所述熔炼体已发生脱气并且所述熔炼体的温度达到适当浇铸温度后，终止所述熔炼体经受所述真空及所述涤洗气的处理；将经处理的熔炼体移转至浇铸工位；在所述浇铸工位，将所需量的所述经处理熔炼体浇铸至至少一个主要模具中；以及使所述浇铸工位处经浇铸的熔炼体固化，以形成经真空处理的锭块。...
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·古莉安娜，G·A·布拉达，C·H·埃里克森，B·C·利马泰宁，A·A·昂德里斯，
申请(专利权)人：芬可乐父子公司，
类型：发明
国别省市：
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