CN102695810B - 对钢进行冶炼、还原、合金化和处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金领域，尤其是意在用于对钢进行冶炼、还原、合金化和处理。所述方法包括：装入原料，从下面通入加压的天然气-空气或天然气-氧气以，从而使用天然气-空气或天然气-氧气吹焰将原料熔融。通过非水冷却的天然气-空气或天然气-氧气注入装置通入天然气-空气或者天然气-氧气，所述注入装置为同心套管的形式，位于钢包滑动闸门的喷嘴开口中，并被干燥的耐熔砂包围。通过外管通入天然气，通过内管通入空气或氧气。用装有电极的盖板覆盖钢包炉，通过电弧从顶部对原料进行另外的熔融原料。在熔融过程后，从钢包炉中撇去初渣，添加助熔剂产生二次渣，并从下面吹入惰性气体和造渣剂，将该过程与沸腾、还原、合金化、深度脱硫和脱磷以及成品钢的温度和化学组成的均化相结合。本发明增强了钢的品质并降低了其生产成本。

Description

对钢进行冶炼、还原、合金化和处理的方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其是旨在用于对钢进行冶炼、脱氧、合金化和处理。

背景技术

已知下述进行钢生产的方法[1]：在电弧炼钢炉中熔融原料（通过电极和金属之间的电弧从上方加热并熔融原料），并进一步将助熔材料（fluxing materinal）送入具有15-40MBt能力[2]的钢包炉（ladle furnace）[1]中。在将钢包递送至处于覆盖有电极的盖板下的盛钢钢包套（steelteeming ladle capsule）后，并且在将钢包连接至惰性气体吹送系统后，开始在钢包炉中进行加工；可使用氩气作为惰性气体。将惰性气体吹入熔融物，在化学组成均化（homogenization）后，钢包衬加工水平（ladle liningprocessing level）的温度和铁水（hot metal）的温度也最终得以均化；然后进行取样。根据分析结果，进行造渣剂（slag-forming reagents）（用于调整炉渣组成）和化学组成的调整，从而对铁合金进行精制（finished）。将温度升高至给定水平[1]。

经由盛钢钢包的闸门（gate）向熔融物中吹入惰性气体而进行钢加工的方法[3]以及借助于经由出钢口（steel tapping hole）向平炉（open-hearthmelting furnace）的炉罐内吹入天然气和空气的熔钢方法[4]也是已知的。

将钢熔融的方法包括：在独立的的钢熔融装置（例如电弧炼钢炉）中将炉料（stock）完全熔融，将铁水从该装置倒入盛钢钢包中，将其运送到钢包炉中的加工部位，用覆盖有电极的盖板密封，将合金用电弧加热，并进行还原、合金化和处理，使成品钢的化学组成和温度得以平均均化；此方法被认为是最接近的类似技术[1]。

在最接近的类似技术中存在着一些不足：

1）在从炉中取出后，较冷的钢包从钢中吸热，直到钢包衬和铁水之间的温度相平。考虑到这一因素，钢被过度加热至超过液相线（liquidus）90-100℃。但是一旦将钢过度加热到这一程度，气体和非金属夹杂物（inclusions）在钢中富集，使钢的品质变差。

2）主要通过人工来生产钢，需要辛苦的体力劳动。

3）当在出钢槽（tapping spout）上分离时，钢被二次氧化（品质劣化），需要额外消耗昂贵的还原剂。

4）上述方法需要很多时间，这降低了生产力，钢的温度显著更低，并且其品质劣化。为从电弧熔钢炉中将钢分离，需要15-20min；为将钢包运送至加工部位——钢包炉，需要15min；为从上面将钢加热并进行还原和合金化，需要15-20min；为吹入氩气，需要15-20min。

总结上述，从合金分离时起至全部所述铸造过程共花费了1小时到1小时15分钟。为减少在连铸机（continuous casting machine）上铸造金属的温度损失，将金属加热至高于液相线100-120℃，从最热的部位——电弧熔钢炉的下木空间（underroof space），穿过具有250-300mm厚度的分离渣材料（isolation slag material），穿过铁水罐总深度上的炉渣-金属分离面，直至液池（liquid bath）的最冷部位——直至用于将钢分离的洞的底部。所述方法需要许多电力和时间。

上述全部技术过程除降低了主要机器（电弧熔钢炉和钢包炉）的生产力外，还显著地增加了钢中的气体稠度（gas consistency）和非金属夹杂物（归因于将金属过度加热），使钢的品质下降。

考虑到在连铸机上铸造时所需的过热程度，钢冶炼炉不得不将金属加热至高达1640-1660℃（取决于钢种、冶炼方法等）。对液池进行额外的加热只是为了在提纯（depuration）过程中于出钢槽上倾倒金属时补偿钢的温度损失，同时使浇铸和临时钢包（interim ladle）达到平衡，这连同钢的铸造共需要2小时20分钟至2小时30分钟。

发明内容

待解决的任务和可实现的技术效果

该任务是对最接近的类似技术进行完善，并实现技术效果；同时相应地简化技术，提高生产力，显著改进钢的品质并降低其生产成本。

通过提供下述整个冶炼方法实现上述技术效果：从在钢包炉中加料开始，将非水冷却（non-water-cooled）的天然气-空气（天然气-氧气）注入装置通入所述钢包炉中，所述注入装置为同心套管的形式，位于铸造机（casting machine）的钢包滑动闸门（slide gate）的洞中（用干燥的石英砂填充非冷却注入装置和喷嘴开口之间的间隙），其中通过外管通入天然气，通过内管通入空气或氧气；同时使用桶（bucket）装入炉料。用盖板（lid）覆盖钢包，所述盖板连接至气体净化器（gas cleaner）并装有电极。当从上面通过电弧、并从下面通过天然气-空气或天然气-氧气吹焰（torch）将炉料加热并熔融时，随着熔融进行，倾斜钢包炉以撇去初渣（primary slag）。然后将钢包炉恢复其原始位置，并通过装填设备[19]从计量料包[18]向钢包炉中加入石灰和铁铝氧石（bauxite）或其他助熔材料来产生新的二次渣（secondary slag）。在熔融和精炼后，通过在上述管中发生的自动转换，从下面向熔融物中吹入惰性气体（例如氩气）或氮气以及造渣剂，来替代天然气-空气或天然气-氧气，从而将该过程与钢的熔融、沸腾、脱氧、合金化、深度脱硫和脱磷以及其温度和化学组成的均化相结合。一旦成品钢具有期望的组成和温度，切断电压并关闭钢包滑动闸门。

附图说明

在设计图（图1和图2）上提供了所述装置的示意图，以用于理解所提供的方法，所述示意图包括下述标记：

1.200mm、150mm和100mm不同截面的高铝（high-aluminous）钢包衬砖。

2.铸钢钢包底部的矩形高铝钢包衬砖。

3.菱镁土（magnesite）喷嘴。

4.用于通入天然气-空气或天然气-氧气组合物的套管。

5.用于对钢进行钢包加工的机器的拱弧（arch）。

6.支持钢包电弧的三个电极。

7.钢包闸门的固定耐火板。

8.钢包闸门的可动耐火板。

9.铸钢钢包的出钢槽。

10.铸钢钢包的吊勾（pick up）。

11.与闸门密封相适应的框架（the frame for gearing of the gate seal）。

12.计量仓（measuring-pockets）。

13.用于桶的控制面板。

14.通入氩气的管线。

15.天然气-空气（天然气-氧气）注入装置之上的合金。

16.电极下的合金。

17.未冶炼的炉料。

18.计量仓。

19.填料装置。

具体实施方式

以下述方式提供了钢的冶炼及其纯化。在设计好的、设有底板2的钢包炉1中，在天然气-空气（天然气-氧气）注入装置（通过与非水冷却注入装置4相连的钢包喷嘴3上设置的天然气-空气或天然气-氧气吹焰）之上[15]、并在电极（通过拱弧5的电极6提供电弧）之下[16]，将预先测定并装入的炉料17和助熔材料（石灰、铁铝氧石等）进行冶炼。经由注入装置的中心管提供空气或氧气，经由外管和内管之间的环形间隙提供天然气CH₄。在电弧和强有力的天然气-空气（天然气-氧气）吹焰的加温效果的影响下，100-120吨的合金将在约40-45min内为氧化做好准备。

在从液相形成直至氧化阶段的整个冶炼过程中，提供恒定的温度控制。通过填料装置[19]由计量料包[18]提供脱氧作用和合金化作用（例如硅锰合金SiMn、铁锰合金FeMn和铁硅合金FeSi）。在氧化后，阀门自动关闭并停止通入空气（氧气）或天然气；取而代之的是，与氧化工艺同时，通过管向钢包炉1中吹入惰性气体和造渣剂。

由于将惰性气体吹入钢包炉的容积内，所以通常产生从下向上直至合金15的流动，这增强了与造渣剂的相互作用，将化学元素还原并合金化，使钢的化学组成和温度均化，从氧化产物（所有组分的氧化物）的金属相转化为炉渣，并提取出内源性、外源性和其他的非金属排除物。吹入作用越强，在炉渣中吸收并积聚的非金属夹杂物的数量也就越多。

随着吹入钙、镁、铝、硅钙合金、氟化钙和其他试剂，实现了对钢进行深度脱硫和脱磷的过程。当完成吹入时，关闭闸门7和8，随即将已装载的钢包运送至连续铸钢设备。

工业易行性和技术效果的实现

按照上述，如本发明的方案中所示，将所推荐方法中的必要特点（essential signs）加以不间断且相互关联的集合能够实现所述的技术效果。其与众不同的特点给予我们断定这一技术方案具有新颖性的基础，通过上述给出的详细说明也确证了在其发明水平上与它们的非显而易见性相关的、所需目标的集合。通过详细的实现过程也确证了所提供的方法符合“工业易行性”的标准，因此在所应用目标中不存在任何在工业规模上特别难以实现的特点。

通过技术效果的实现证实了所提供的方法的优点，该优点包括下述内容：

1）不再需要独立的炼钢装置（例如具有大功率变压器的电弧钢包炉），除降低投资开支外，还在电力消耗和对菱镁土耐火材料进行昂贵的热分离方面更为经济。

2）同时不会造成钢在出口处的二次氧化，并且也降低了钢中内源性和外源性夹杂物的量。

3）尽管钢包炉消耗的电力更少（少3-4倍），但比在电弧钢包炉中的炉料冶炼更加快速。

4）通过从底部吹入天然气-空气或天然气-氧气产生的强有力的吹焰，由于使钢包在冶炼过程中得到加热，并且金属的过度加热不必比液相线高出90-100℃，因此能在约40-45min内冶炼炉料并将金属加热至最佳温度。

5）由于气体的溶解能力与温度提升成比例，所以钢将含有更少的气体（氢、氮、二氧化碳等）和非金属夹杂物。

6）钢的冶炼、还原和炉外处理的顺流工艺过程周期（sequenced-flowtechnological cycle）的持续时间：分离15-20min、将钢包运送至加工部位（钢包炉）15min、还原15min、吹入-纯化15min。总共节约约1h。

由于减少了对技术路线中主要设备的大量的投资支出，所以节约很明显；同时也减少了耐火材料和电力的消耗量。

对于生产一百万吨钢而言，将仅需要4-5只运转的（working）铸造钢包，其中用桶将炉料装入电炉中。

所推荐的钢的冶炼方法、还原、合金化和处理的积极效果由如下内容组成：降低投资开支（用于钢冶炼的主要设备——具有大功率变压器的电弧炉——在工艺过程周期中颇为重要），在钢包炉中进行炉料的冶炼、纯化、还原-合金化、金属的加热以及化学组成和温度的均化，也就是说，减少了电力和耐火材料的消耗，并降低了铁碳合金的冶炼温度及其生产时间。

可利用资源

1.已建好的冶炼厂“Vorskla Steel”的钢包炉的技术和安装

http://www.vorsklasteel.com/technology/钢包炉

http://www.vorsklasteel.com/technology/ladle_furnace/钢包炉的安装

2.钢包炉设备URALMASH

http://www.uralmash.ru/rus/products/catalogue/aboutproduct.htm?prod=65

3.金属加工的方法。发明人证书USSR No.1410541，优先权10.04.1987

4.钢铁冶炼的方法。发明人证书USSR No.701151，优先权06.08.1978

Claims (4)

1.对钢进行冶炼、脱氧、合金化和处理的方法，所述方法包括：装入废钢形式的炉料和助熔剂，在所述炉料和电极之间施加电压产生电弧，将所述炉料完全熔化，根据钢包炉的体积对熔融物的温度和化学组成进行均化，将钢脱氧-合金化，向所述熔融物吹入天然气；钢的整个冶炼过程从在钢包炉中装入炉料开始，将非水冷却的天然气-空气或天然气-氧气注入装置通入所述钢包炉中，所述注入装置为同心套管的形式，所述注入装置位于钢包滑动闸门的铸造喷嘴的洞中，其中，用干燥的耐火砂填充所述非水冷却注入装置和喷嘴开口之间的空隙，并通过外管通入天然气，通过内管通入空气或氧气；同时，使用桶装入炉料，然后用盖板覆盖钢包，所述盖板连接至气体净化器并装有电极；当从上面通过电弧、并从下面用天然气-空气或天然气-氧气吹焰将炉料加热并熔融时，随着熔融进行，倾斜所述钢包炉以撇去初渣，然后将钢包炉恢复其原始位置，并通过装填设备从计量料包向钢包炉中加入助熔材料来产生新的二次渣；在熔融和精炼后，通过在上述管中发生的自动转换，从下面向熔融物中吹入惰性气体或氮气和造渣剂，来替代天然气-空气或天然气-氧气，从而将该过程与钢的熔融、沸腾、脱氧、合金化、深度脱硫和脱磷以及其温度和化学组成的均化相结合；一旦成品钢具有期望的组成和温度，切断电压并关闭钢包滑动闸门。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述干燥的耐火砂为干燥的石英砂。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述助熔材料选自石灰和铁铝氧石。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述惰性气体为氩气。

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