CN107208972A - Dc电炉 - Google Patents

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Abstract

公开了一种DC电炉，其为使用DC电极的电炉，所述DC电炉包括具有底表面的炉体，底表面上形成有排放口，该炉体提供插入废料的内部空间；安装在炉体的底表面上的下电极；和底吹装置，该底吹装置设置在底表面上使得不受下电极的干扰，从而将气体吹送至炉体的内部空间。

Description

DC电炉
技术领域
本发明涉及DC电炉，其中不会发生由下电极引起的干扰，并且底吹装置与炉体的耐火材料间隔开，使得确保了用于钢水的搅拌力并解决了稳定性问题。
背景技术
通常，电炉具有与转炉相比用于钢水的搅拌力弱的问题。由于弱的搅拌力，[C]＊[O]平衡值高，因此终点氧含量高。此外，炉渣中的T-Fe含量高，并且因此收率降低。
炉渣中的高的终点氧含量和高的T.Fe含量导致作为脱氧剂注入的Al的消耗率增加，并且作为导致由在脱氧过程期间生成的Al2O3夹杂物引起的品质缺陷增加的主要因素，以及增加了生产成本。
此外，除了在电炉中在排放操作期间由钢水的下落搅拌之外，没有单独的搅拌方法。因此，氮由于在钢水包炉中极其强的搅拌过程而被吸收，因此产品的品质受到不利影响且生产率下降。
在电炉中的AC电炉的情况下，考虑到使用加热电炉的上部的方案的电炉的特征，在除了热对流之外没有用于钢水的搅拌力的情形下，通过热对流的搅拌也是弱的。因此，近年来，尝试引入并操作底吹搅拌设备。然而，在DC电炉的情况下，由于与AC电炉相比，由电磁透过性和电弧透过性等引起的搅拌力相对高，并且由于安装在DC电炉下方的大的下电极而导致可能出现设备稳定性的问题，因此没有尝试对底吹搅拌设备进行操作。
作为上述背景技术所描述的问题仅用于促进对本发明的背景的理解，并且不应当接受的是，对应于相关技术的问题已经被本领域技术人员所知晓
发明内容
技术问题
本发明的一个方面是提供一种DC电炉，其中不会出现由下电极引起的干扰，并且底吹装置与炉体的耐火材料间隔开，从而确保了用于钢水的搅拌力，并且解决了稳定性问题。
技术方案
为了实现上述方面，根据本发明的DC电炉可以包括具有底表面的炉体，在底表面上形成有排放口(tapping hole)(出钢(铁)口)并且炉体具有容纳废料的内部空间；安装在炉体的底表面上的下电极；以及底吹装置，底吹装置设置在底表面上，不受下电极的干扰并且将气体吹送至炉体的内部空间。
可以设置多个底吹装置，并且所述多个底吹装置布置在与下电极的中心间隔预定距离的位置处。
当R表示从下电极的中心到炉体的最靠近下电极的中心的内壁的距离时，底吹装置可以布置在与下电极的中心相距(5/8)＊R至(7/8)＊R的位置处。
底表面可以分成形成有排放口的排放区域和相对于下电极的中心与排放区域相反的焦炭侧区域，以及至少一个或更多个底吹装置可以布置在用作排放区域和焦炭侧区域的参照的第一虚拟线所位于的位置处。
至少一个或更多个底吹装置布置在与穿过下电极的中心和排放口的第二虚拟线间隔开相同距离的在第二虚拟线的相反侧上的位置处。
炉体的底表面可以随着其从内壁朝向底表面的中央处的下电极延伸而倾斜以变得更深，并且所述底吹装置的气体吹送方向可以垂直于倾斜的部分。
由底吹装置供给的气体的流量可以根据操作时间而变化。
有利效果
根据本发明的上述DC电炉，由于因通过底吹装置吹送的气体，而使钢水的搅拌力增大，因此可以降低电功率消耗率。此外，由于终点氧含量的降低，排放收率(tappingyield)增大。
可以减少Al的输入量，并且改善钢水的清洁度，从而可以生产优质钢。
附图说明
图1是根据本发明的实施方案的DC电炉的视图。
图2是示出用于实验的DC电炉的虚拟模型的视图。
图3是示出用于实验的DC电炉的虚拟模型的视图。
图4a是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的最大UDS和最小UDS的曲线图。
图4b是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的ΔUDS(其为最大值与最小值之间的差)以及混合UDS的曲线图。
图5是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的绝对值和相对值的曲线图。
图6是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的绝对值和相对值的曲线图。
图7是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的绝对值和相对值的曲线图。
图8是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的绝对值和相对值的曲线图。
图9是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的绝对值和相对值的曲线图。
图10是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的绝对值和相对值的曲线图。
图11是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的绝对值和相对值的曲线图。
图12是描绘在用于实验的各种实例中根据时间的最小UDS的曲线图。
图13是示出了通过垂直于参照根据本发明的实施方案的DC电炉的底吹装置的第一虚拟线切割DC电炉而获得的状态的视图
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明的示例性实施方案进行描述。
如图1中所示，根据本发明的使用直流电极的电炉具有形成有排放口(110)的底表面，并且包括：炉体(100)，其中设置有用以容纳废料的内部空间；安装在底表面上的下电极(200)；以及底吹装置(300)，该底吹装置(300)设置在底表面上，不受下电极(200)干扰，以将气体吹送至炉体(100)的内部空间。
炉体(100)构成DC电炉，并具有内壁和底表面。废料被容纳至由内壁和底表面限定的内部空间。耐火材料构造在内壁上以保护炉体(100)免受高温。同时，排放口(110)形成在底表面上。因此，根据操作步骤，将废料熔化、加热、并且然后通过排放口(110)排出至钢水包。
此外，下电极(200)安装在底表面的中央。下电极(200)与安装在DC电炉的上部上的电极棒一起形成电弧热以将废料熔化，其中，废料插入在下电极(200)与电极棒之间。如上所述，在DC电炉的情况下，由于存在下电极(200)，因此过去没有尝试对底吹搅拌设备进行与安全问题相关的操作。
对于底吹搅拌，底吹装置(300)设置在底表面的不受下电极(200)干扰的位置处，使得气体从下方吹送至炉体(100)的内部空间。直接多孔塞(direct porous plug)可以用作以这种方式吹送气体的底吹装置(300)。此外，氩气(Ar)或氮气(N2)可以用作通过底吹装置(300)吹送的气体。
通过底吹装置(300)进行底吹的效果与未施加底吹的效果之间的比较可以在表1中确定。
[表1]
如表1中所确定，即使在底吹装置(300)安装在根据本发明的位置处的状态下进行底吹时，也可以进行约380次的操作，而没有设备故障。此外，由于与未施加底吹的情况相比，所使用的电功率小，因此每吨可节省约24千瓦时的电功率。此外，一点处的氧降低116ppm，并且还使用较少的铝，使得每吨可以节省0.4千克的铝。
与未施加底吹的情况相比，排放收率可以提高0.5％。
优选地，在根据本发明的DC电炉的情况下，设置多个底吹装置(300)，并且可以与下电极(200)间隔开预定距离。
首先，推断出与下电极(200)间隔开预定距离并且因此不受下电极(200)干扰的底吹装置(300)所处的最佳位置，并且底吹装置(300)布置在对应位置处，使得确保了设备的稳定性。在确保了稳定性的情况下，多个底吹装置(300)布置在所推断的以最大限度地确保用于钢水的搅拌力的最佳位置处。这是由于在确保了稳定性的情况下，只要尽可能多地布置底吹装置(300)，就会更有效地提高用于钢水的搅拌力。
更优选地，当R表示从下电极(200)的中心至炉体(100)的最靠近下电极(200)的中心的内壁的距离时，底吹装置(300)可以布置在与下电极(200)的中心间隔开(5/8)＊R至(7/8)＊R的位置处。
由于底吹装置(300)不应当受到位于炉体(100)的底表面上的下电极(200)的干扰(其为有限区域)，因此底吹装置(300)与下电极(200)间隔开是合理的。此外，由于在底吹装置(300)较靠近构造在炉体(100)的内壁上的耐火材料时，耐火材料可能被由底吹装置(300)喷射的气体损坏，因此底吹装置(300)可以与耐火材料间隔开预定距离是合理的。
因此，底吹装置(300)布置在与下电极(200)的中心间隔开(5/8)＊R至(7/8)＊R的位置处，其中R表示从下电极(200)的中心至内壁的距离。当底吹装置(300)布置在对应于与下电极(200)的中心相距小于(5/8)＊R的距离的位置处时，底吹装置(300)变得较靠近下电极(200)，并且因此下电极(200)可能会被损坏。
另一方面，当底吹装置(300)布置在对应于与下电极(200)的中心相距超过(7/8)＊R的距离的位置处时，底吹装置(300)变得较靠近构造在内壁上的耐火材料，因此耐火材料可能被损坏。因此，底吹装置(300)布置在与下电极(200)的中心间隔开(5/8)＊R至(7/8)＊R的位置处是合理的。
在根据本发明的DC电炉中，底表面被分成形成有排放口(110)的排放区域以及相对于下电极(200)的中心与该排放区域相反的焦炭侧区域，并且至少一个或更多个底吹装置(300)可以布置在用作图1中所示的排放区域与焦炭侧区域之间的参照的第一虚拟线(10)所位于的位置处。
氧被吹送至焦炭侧区域。当底吹装置(300)也被布置并且因此气体同时被吹送至底吹装置(300)时，耐火材料被快速损坏，并且因此可能会引起严重的耐久性问题。因此，底吹装置(300)与下电极(200)的中心间隔开预定距离，并且尽可能靠近存在排放口(110)的排放区域。
底吹装置(300)可以布置在与下电极(200)间隔开预定距离的位置处，将排放区域与焦炭侧区域分开的第一虚拟线(10)穿过该位置。如上所述的两个位置形成在炉体(100)的底部上。底吹装置可以布置在两个位置中的至少一个或更多个位置处。
下面将对底吹装置(300)布置在与下电极(200)间隔开预定距离的位置处并且第一虚拟线(10)穿过该位置的原因进行描述。在通过电炉进行操作时，计算机模拟的结果示出在这些位置处形成冷区。由于搅拌不充分，可能在形成冷区的位置处形成非熔融铸锭的可能性高，因此钢水品质劣化。此外，由于该位置对应于例如生石灰的辅助原材料落下的位置，因此需要确保搅拌力使得辅助原材料与钢水充分混合。
因此，底吹装置(300)布置在与下电极(200)间隔开预定距离的位置处，并且第一虚拟线(10)穿过该位置，使得确保了搅拌力，冷区形成被抑制，非熔融铸锭生成被抑制，从而可以提高钢水的品质。
此外，在根据本发明的DC电炉中，至少一个或更多个底吹装置(300)可以布置在与穿过下电极(200)的中心和排放口(110)的第二虚拟线(20)间隔开相同距离并位于第二虚拟线(20)的相反侧的位置处。
在确定底吹装置(300)被布置的位置时，底吹装置(300)布置在排放口(110)的周围，使得至少一个或更多个底吹装置(300)可以相对于穿过下电极(200)的中心和排放口(110)的第二虚拟线(20)布置在第二虚拟线(20)的相反侧，如图1中所示。
下面将对底吹装置(300)布置在与第二虚拟线(20)间隔开相同距离并位于第二虚拟线(20)的相反侧的位置处的原因进行描述。如上所述，计算机模拟的结果示出在这些位置处形成冷区。由于搅拌不充分，在形成冷区的位置处形成非熔融铸锭的可能性高，因此钢水品质下降。此外，在钢水的排放期间，存在炉渣通过排放口(110)漏出的危险，可以通过甚至在排放期间以预定的流量吹送气体通过布置成邻近排放口(110)的底吹装置(300)而防止炉渣与钢水一起漏出。
因此，底吹装置(300)布置在与第二虚拟线(20)间隔开相同距离并位于第二虚拟线(20)的相反侧的位置处，使得可以提高钢水的品质，并且可以防止炉渣漏出。
下面将通过实验结果来确定在特定位置处由于底吹而确保搅拌力的效果。
如图2和图3中所示，生成DC电炉的虚拟模型，并且通过根据时间经由UDS(UserDefined Scholar)体积的浓度来测量进行扩散的时间来确定用于进行搅拌的时间。
详细地，将虚拟模型的内部温度设定为约1750K，将热通量(其为每单位面积的传热速率)设定为约9.27MW/m2，将上电极的电压设定为0V，并且将下电极(200)的电压设定为700V。测量在上述环境下扩散速率为0.004kg/毫秒的UDS体积的扩散时间。
在吹送氩气(Ar)的底吹装置(300)的布置变成以下状态的情况下进行实验：其中布置底吹装置(300)的位置包括穿过第一虚拟线(10)的上述位置A和B以及与第二虚拟线(20)间隔开相同距离并位于第二虚拟线(20)的相反侧的位置C和D，如表2中所示。
[表2]
底吹流量 底吹位置
实例1 无底吹 -
实例2 底吹(80NL/分钟) C
实例3 底吹(80NL/分钟) A，B，C
实例4 底吹(80NL/分钟) A，C
实例5 底吹(80NL/分钟) C，D
实例6 底吹(80NL/分钟) B，C
实例7 底吹(80NL/分钟) B，C，D
实例8 底吹(150NL/分钟) C，D
实例9 底吹(150NL/分钟) B，C，D
实例10 底吹(150NL/分钟) A，B，C
实例11 底吹(300NL/分钟) C，D
实例12 底吹(300NL/分钟) B，C，D
实例13 底吹(300NL/分钟) A，B，D
表示浓度的数字参照值设定为3977。当表示虚拟模型中的总体浓度的数值达到3977时，认为UDS体积是完全扩散的。
首先，在图4a中，实例1、实例2、实例3、实例4、实例5、实例6和实例7彼此进行比较。第一个曲线图是描绘直到表示虚拟模型中的浓度的数值的最小值达到3977为止所消耗的时间的曲线图，第二个曲线图是描绘直到表示虚拟模型中的浓度的数值的最大值达到3977为止所消耗的时间的曲线图。在图4b中，实例1、实例2、实例3、实例4、实例5、实例6和实例7彼此进行比较。第一个曲线图是描绘直到表示浓度的数值的最大值与最小值之间的差达到0为止所消耗的时间的曲线图，并且第二个曲线图是描绘由式(1)限定的混合系数达到0为止所消耗的时间的曲线图。
(Ii：表示特定浓度的数值，I平均：表示平均浓度的数值)
可以通过图表来确定实例7中提供的最佳结果值。
图5和图6是当底吹流量为80NL/分钟时各实例的绝对值彼此进行比较的图以及各实例的相对值彼此进行比较的图。随着绝对值达到零时消耗的时间变得更小，扩散速率变得更高，相对于实例1，随着时间的流逝，当相对值变得距1更远时，扩散速率变得更高。
同样，图7是描绘了当底吹流量为150NL/分钟时各实例的绝对值和相对值的图，图8是描绘了当底吹流量为(300)NL/分钟时各实例的绝对值和相对值的图。
同时，图9是其中底吹装置(300)布置在位置C和D处但其底吹流量彼此不同的实例5、实例8和实例11的绝对值和相对值与实例1的绝对值和相对值彼此进行比较的图，图10是其中底吹装置(300)布置在位置B、C和D处但其底吹流量彼此不同的实例7、实例9和实例12的绝对值和相对值与实例1的绝对值和相对值彼此进行比较的图，图11是其中底吹装置(300)布置在位置A、B、和C处但其底吹流量彼此不同的实例3、实例10和实例13的绝对值和相对值与实例1的绝对值和相对值彼此进行比较的图。
图12是将在各个情况下进行搅拌的时间与表示浓度达到参考值3977的95％(3778.2)的数值的最小值彼此进行比较的图。各个实例中的最小值达到参考值的95％的时间在表3中表示。
[表3]
如表3中所示，可以看出当底吹流量从150NL/分钟增加到(300)NL/分钟时，搅拌效果的增加是轻微的。此外，可以看出的是，当底吹装置(300)的数量不是两个而是三个时，搅拌效果好。当实例4、实例5和实例6彼此比较时，可以看出，当底吹装置(300)设置在两个位置处时，如果底吹装置(300)布置在C和D的位置处，搅拌最有效。
当底吹装置(300)布置在三个位置处时，如果底吹流量为80NL/分钟，底吹装置(300)布置在位置B、C和D处的实例的搅拌效果比底吹装置(300)布置在位置A、B和C处的实例更好。然而，如果底吹流量为150NL/分钟或(300)NL/分钟，底吹装置(300)布置在位置A、B和C处的实例的搅拌效果更好。
根据本发明的实施方案，如图13中所示，炉体(100)的底表面随着其从内壁朝向位于底表面的中央处的下电极(200)延伸而倾斜而变得更深，并且底吹装置(300)的气体吹送方向可以垂直于倾斜的部分。
由于底吹装置(300)的气体吹送方向垂直于倾斜的部分，因此可以将气体喷洒到炉体(100)的内部空间的中心，使得可以预期钢水的整体搅拌效果。此外，由于气体吹送方向是变得远离炉体(100)的内壁的方向，因此气体直接喷洒到耐火材料的可能性变低，从而可以防止耐火材料被底吹损坏。
在根据本发明的DC电炉中，可以根据操作时间来改变由底吹装置(300)供给的气体的流量。
电炉的操作包括钢源例如废料被融化的第一熔化时间段、第二熔化时间段、钢水的温度升高的升温时间段、钢水被排出的排放时间段、操作待机时间段。如表4中所示，根据操作时间设定适当的底吹流量，并且气体通过底吹装置(300)来供给。
[表4]
如上所述，根据每个时间点来改变底吹流量，使得生产率甚至在搅拌力通过有效的底吹来保证时也可能降低。
尽管在本发明中已经示出并描述了特定实施方案，但是对本领域技术人员而言明显的是，在不脱离由所附权利要求提供的技术精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变。
附图标记的描述
10：第一虚拟线 20：第二虚拟线
100：炉体 110：排放口
200：下电极 300：底吹装置

Claims (7)

1.一种使用DC电极的DC电炉，所述DC电炉包括：
具有底表面的炉体，在所述底表面上形成有排放口并且所述炉体具有容纳废料的内部空间；
下电极，所述下电极安装在所述炉体的所述底表面上；以及
底吹装置，所述底吹装置设置在所述底表面上，不受所述下电极的干扰并且将气体吹送至所述炉体的所述内部空间。
2.根据权利要求1所述的DC电炉，其中，设置有多个底吹装置，所述多个底吹装置布置在与所述下电极的中心间隔预定距离的位置处。
3.根据权利要求2所述的DC电炉，其中，当R表示从所述下电极的中心到所述炉体的最靠近所述下电极的所述中心的内壁的距离时，所述底吹装置布置在与所述下电极的所述中心间隔(5/8)＊R至(7/8)＊R的位置处。
4.根据权利要求2所述的DC电炉，其中，所述底表面被分成其中形成有所述排放口的排放区域和相对于所述下电极的所述中心与所述排放区域相反的焦炭侧区域，以及，
其中，至少一个或更多个底吹装置布置在用作所述排放区域和所述焦炭侧区域的参照的第一虚拟线所位于的位置处。
5.根据权利要求2所述的DC电炉，其中至少一个或更多个底吹装置布置在与穿过所述下电极的所述中心和所述排放口的第二虚拟线间隔开相同距离的在所述第二虚拟线的相反侧上的位置处。
6.根据权利要求1所述的DC电炉，其中所述炉体的所述底表面随着其从所述内壁朝向所述底表面的中心处的所述下电极延伸而倾斜以变得更深，以及
其中，所述底吹装置的气体吹送方向垂直于倾斜的部分。
7.根据权利要求1所述的DC电炉，其中由所述底吹装置供给的气体的流量根据操作时间而变化。
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