CN1089429C - 电弧炉后燃方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在电弧炉内进行后燃的方法，包括在电弧炉内形成优先的气流，浓缩在该气流内的一氧化碳，以及向一氧化碳被浓缩的气流内供给后燃氧。

Description

电弧炉后燃方法

本发明一般涉及采用电弧炉炼钢，更具体涉及电弧炉炼钢中的后燃方法。

铁或钢的熔融或精炼是一种能量密集的方法，需要很高的温度来获得和维持一个熔融的金属溶池。因此，炼钢工业仍在继续努力，使可获得的能量得到更有效的利用。在炼钢中广泛使用的作法是后燃。在炼钢的熔融金属熔池中，氧和碳发生反应，生成一氧化碳，一氧化碳冒泡并离开金属熔池。后燃就是把二次氧注入到炼钢炉里与产生的一氧化碳反应，生成二氧化碳。另外，氢气和/或烃也可能存在或生成，例如，通过伴随废钢的杂质的熔解或甲烷气、煤部分氧化而生成，此氢气和/或烃可能和二次氧在后燃反应中发生反应，生成水和二氧化碳。这些反应是放热的，而且释放出的能量大部分在炼钢炉里作为热得到有利的应用。

近年来，已经作了重要的工作，用以改进炼钢中的后燃方法。在Masterson美国的专利No.4,599,107中，公开了一种在液面下气动的钢精炼中进行后燃的方法，其中，二次氧通过吹氧管注入熔池表面的上方空间。熔池面上吹氧管的高度和/或注入二次氧的速度可以调整，用以满足为使后燃能够高效地进行的固定关系。

Takahashi等人的美国专利No.5,065,985，教导了铁矿石熔炼还原的一种改进方法，其中后燃氧被注入到也处于强烈搅拌状态的炉渣层，以致后燃主要发生在炉渣层。Ibaraki等人的论文，定名为铁矿熔炼还原进展--一种商业炼钢的方法，I&SM，12，1990，pp.30～37，教导了一种相似的后燃方法，其中氧分子保留在喷嘴里，直到它们与泡沫炉渣碰撞，并转换进入其中。氧与一氧化碳、氢气在泡沫中燃烧。根据二次氧喷嘴插入或搅拌炉渣的程度不同，可以获得不同的效果。

电弧炉被用于熔融金属，如钢的后续精炼，一个电弧炉通常包括一个较短而宽的罩，该罩含有一个较宽而浅的炉膛，金属在炉膛中熔化。它有一根或多根电极，通常是三根。它们从炉顶穿过，安置在炉中央，用以供应电能来加热和熔化金属。在Brotzmann等人的欧洲专利No.257,450中，公开的电弧炉操作中也采用后燃烧。其中，顶部注入的氧通过复杂的顶吹设备注入到电弧炉的上部区域，该顶吹设备定向排列覆盖整个炉子，以使一氧化碳均匀地燃烧。Knapp等人的美国专利No.4,986,847，教导了在炉渣层靠近熔融金属熔池的区域供应氧的措施。

当更多的废金属再循环利用时，电弧炉的用途就增多了。因此，在电弧炉操作中的任何改进都将是有用的，而且是所期望的。

因此，本发明的目的是提供一种在电弧炉实践中采用后燃以改进电弧炉的操作的方法。

以上以及其它的目的，对于那些阅读了此公开内容的本领域的技术人员来说是很显然的，这些目的可以通过本发明来达到。本发明是：电弧炉中实现后燃的方法，它包括：

(A)在电弧炉里熔融金属，该炉含有至少一根位于炉子中心区域的电极以及位于炉中心区域的外部的排气口；

(B)炉内产生一氧化碳；

(C)从炉内到排气口形成一种气流；并使炉内产生的一氧化碳在上述的气流中通向排气口；

(D)把氧供入到气流中；及

(E)使上述氧与上述排气口的上游气流里的一氧化碳反应。

这里所用的术语“中心区域”是指包括上述炉子电极的电弧炉的内体积。

这里所用的术语“熔融金属熔池”，是指电弧炉里的内容物，包括含有或不含有炉渣的液态金属。

图1是本发明的实践中可用的电弧炉设备的纵向截面示图。

图2是图1所示的电弧炉的简化的平面视图。对于共同的部件，两图中所标出的数字相同。

本发明通常包括这种认识：在电弧炉里，因为电极以及不靠近电极的炉子上部的排气口间的相对位置，一氧化碳往往在某个确定区域或多个区域引起浓缩。迄今为止，在后燃实验操作中，目的在于让均匀地遍及炉子的一氧化碳和其它可燃物燃烧，用以给金属均匀供热。申请人发现，在电弧炉里后燃实验的具体实例中，通过一个特定位置向炉里提供后燃氧，可以得到的有益的结果。尽管这导致局部发热，因此此特定位置含有产生的不匀称的大量一氧化碳。但是与传统作法相比，后燃完成得更高效，而且释放的热含量更高，并输入到熔融金属熔池中。此外，后燃氧的限量供应，减少了此二次氧与其它炉组份反应的程度，因此增加了本发明的实验操作中可获得的优点。

本发明将参照插图被详细描述。现在参考图1和图2，它们说明电弧炉1，炉内含有待熔融的金属2。尽管可以使用其它合适的材料，例如铁锭、直接还原的铁、热压块的铁、高温金属和各种形式的铁氧化物，但金属通常仍是废钢。至少一根电极位于中心区域15内。这根电极或这些电极可以全部或部分地位于中心区域内。两图中所示的实施方案中展示了这样的三根电极16。

电供给电极，电弧就在电极之间产生，和/或在电极与金属之间产生。产生的热用以熔化金属，因此在电弧炉内形成一个熔融的金属熔池。熔融金属熔池包括熔融的或液态的金属3，还可能包括炉渣4。该炉渣经常含有相当数量的气体，因此产生炉渣泡沫。通常炉渣泡沫在熔化炉操作的1/4时间内存在。炉渣通常包括氧化钙、二氧化硅、氧化镁、氧化铝以及氧化铁中的一种或数种。

氧主要通过吹氧管5以气态形式供入熔融金属熔池。这个主体氧或一次氧可以以空气形式提供，或以一种其氧浓度超出空气中的浓度的混合物形式提供。最好是一次氧以一种含氧浓度至少为80摩尔百分比的流体供给熔融金属熔池。一次氧还可用固态形式，如氧化铁，供给金属熔池。一次氧与碳在熔融金属熔池中反应，生成一氧化碳。金属熔池中的碳有一个或多个来源，如伴随金属的碳，直接加到熔融金属熔池的碳添加剂，或随一次氧加到金属熔池中的烃类添加剂。氧和碳在熔融金属熔池中反应，生成一氧化碳，给炉子提供附加的热量，提供熔池搅拌，以及使炉渣起泡，让热量更高效地从电弧输关给金属熔池。

排气口9通常在炉1的顶端，与排风道10相连，排风道10用以把炉气从炉中排出。排气口位于炉中心区域的外部，这个部分在图2中标为14。从排气口9和排风道10出来的炉气流在电弧炉内形成一种气流。该气流经过炉渣到排气口，或者，当存在金属熔池时，它将经熔融金属熔池顶部的炉渣到达排气口。也就是说，该气流源自泡沫炉渣。这个气流在两图上标为12。

气流12是由电弧炉内的炉气组成。除了一种或多种可燃物，如一氧化碳、氢气和烃外，炉气还包括二氧化碳、水蒸汽、氮气和或氧。一氧化碳，在炉渣中生成，从熔融金属熔池中冒泡出来或仍留在炉渣里面，与流向炉的其它部分相反，它优先被吸入气流中。因此，当气流从熔融金属熔池表面流向排气口时，气流的空气动力学行为有助于浓缩气流里的一氧化碳以及其它可燃物，如氢气和烃。

二次氧或后燃氧13通过吹氧管6供入气流12。二次氧可以以空气形式供入或以一种其氧浓度超过空气中氧浓度的混合物供入。最好是二次氧以一种含氧浓度至少为80摩尔百分比的流体供入到气流中。二次氧可以在电弧炉操作的全部或部分时间内提供，它供入到熔融金属之上的气流里。如果存在炉渣最好是在炉渣里提供二次氧。还可在废钢里提供二次氧。最好是，二次氧提供的位置尽可能低，即接近通向排气口的气流的形成点，以增加二次氧在气流里的停留时间，从而提高了后燃的程度以及释放的热量输送给废钢和/或熔融金属熔池的程度。

二次氧在到达排气口之前与气流中的一氧化碳反应，按放热反应在电弧炉内生成二氧化碳。二次氧也会与气流里可能存在的其它可燃物反应。这些其它可燃物，如氢气或烃类气体，可以通过伴随废品的杂质熔解或通过其他方式，如甲烷或烃的部分氧化，在炉里生成。产生的热可应用于加热和/或熔化金属。即使后燃反应在反应物，氧和一氧化碳以及其它可燃物在炉内浓缩的确定位置发生，后燃反应仍可高效进行，而且其强放热产生的总结果，比后燃在炉中各处均匀进行所得的结果更好。设备费也降低了，因为与传统作法相比，它仅需要一根或起码是很少的几根后燃吹氧管来实现本发明。正如图中所示，二次氧由与一次氧吹氧管分开的一根吹氧管所提供，或通过一根双路吹氧管进行提供，该双路吹氧管通过另一个氧通路，把一次氧也供入炉里。

下面实例是用于说明的目的，而且并不局限于此。本发明在相似于图1和图2所示的60吨电弧炉中实现。炉里填注废钢，然后开始熔化。后燃氧供入通向排气口的炉气流中，首先在废品堆里，然后当泡沫炉渣形成时，就在泡沫炉渣里。一氧化碳和其它可燃物在炉里的炉气流中燃烧，释放出有助于废品熔化的热量。为了对照的目的，除了不用后燃氧之外，重复其它的步骤。采用和不采用本发明的电弧炉操作中电能消耗的差别为40Kwh/ton。它相当于4.75Kwh/NM³的氧的传热率，这是后燃热量总释放率的81％，从而清楚地证实了通过本发明获得的有利结果。

本发明是专用于电弧炉操作的，因为中心安置的电极产生这些要求，例如，通过本发明中偏离中心的排气口，在炉里形成上述气流。尽管根据最优方案本发明得到详细描述，但是本领域的技术人员仍将认识到，在本权利要求的精神和范围内，本发明还存在其它实施方案。

Claims (11)

1.在带有至少1根电极和一个排气口的电弧炉里进行后燃的方法，包括：

(A)在电弧炉里形成包含熔融金属和碳的熔融金属熔池；

(B)经熔融金属熔池上部向熔融金属中通入一次氧，但不经熔融金属熔池底部通入任何氧，使一次氧与熔融金属内的碳反应，在电弧炉内产生一氧化碳以给电弧炉提供热量并搅拌该熔池；

(C)在炉内形成一气流，由该气流向所述熔融金属至排气口供入一次氧，并将炉内产生的一氧化碳在所述气流内通向排气口；

(D)向熔融金属上方的气流中和接近于所述气流形成处提供后燃氧；以及

(E)使所述气流中的后燃氧与所述一氧化碳反应，并在电弧炉内发生放热反应形成二氧化碳。

2.权利要求1的方法，其中的金属包括钢。

3.权利要求1的方法，其中的金属包括铁。

4.权利要求1的方法，其中，氧以一种含氧浓度至少为80摩尔％的流体供入气流中。

5.权利要求1的方法，其中，氧供入熔融金属熔池之上的气流中。

6.权利要求1的方法，其中，所述熔融金属熔池包含炉渣，后燃氧被供入炉渣中的气流中。

7.权利要求1的方法，其中，电弧炉包含废钢，氧供给在废钢中的气流中。

8.权利要求1的方法，其中的气流还含有氢，该方法还包括后燃氧与所述氢在所述气流中的反应。

9.权利要求1的方法，其中的气流还含有烃类气体，该方法还包括后燃氧与所述烃类气体在所述气流中反应。

10.权利要求1的方法，其中，一次氧以气态供给熔融金属熔池。

11.权利要求1的方法，其中，一次氧以固态供给金属熔池。

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