CN1095876C - 电弧炉炼钢吹氧方法 - Google Patents

Abstract

电弧炉炼钢吹氧方法由经过一或多个装在电弧炉炉壁上的双射流喷嘴吹氧，喷嘴的按装方式使之就在金属熔体上方的泡沫渣形成区内作业，在作业过程的某些时刻这些喷嘴被渣覆盖，用此喷嘴，两股氧射流通过位于每个喷嘴端部的小孔喷出，从下部小孔射出的是超音速射流，从上部小孔射出的是亚音速射流。

Description

电弧炉炼钢吹氧方法

本发明涉及电弧炉炼钢的吹氧方法，尤其是在切割、脱碳及使金属熔体脱碳时所生成的CO后燃烧的过程中的电弧炉炼钢吹氧方法。

在为炼钢而在电弧炉(EAF)中熔炼金属炉料的过程中，由于存在于炉料中的碳与为脱碳和切割固体炉料而吹入炉内的氧按被称为脱碳反应的： 反应，生成了CO。就在其产生之后，这种CO与吹入炉内的氧或存在于经过出渣口及炉门进来的空气中的氧按被叫作后燃烧反应的： 反应，结果生成CO₂。

脱碳反应和后燃烧反应都是放热反应。但，从产生于炉内的CO与吹入炉内或存在于空气中氧的反应向固体炉料传热(化学能)是很少的，这是因为这种后燃烧反应在炉子的上部，在包括渣线和排气管之间的区域内发生，而且该气体中所含的能量则迅速散逸在炉子上部，结果经排气系统排走，而不是以所希望的程度传给固体料。此外，部分所生成的热(化学能)损失于加热经出渣口和炉门进来的空气中所存有的N₂。还有，另一方面，从后燃烧反应向金属熔体的传热(化学能)很少，这是因为后燃烧反应发生在渣线上方，而这又起着绝热的作用，结果使得向金属熔体的传热(化学反应)就变得较无价值了。

鉴于冶金工业中日益增长的竞争及遵照环境法的要求，这些公司已将其努力集中于电弧炉炼钢技术，这种技术的企图是较少的电能需求、较高的生产率，减少对环境的污染，从能量的输入改善对其的利用，以及改善在炉内生成的CO的化学能的合理利用。

为了取得由炉内的CO反应发出的化学能的好处，已提出采用辅助量的O₂，即一种叫作后燃烧的方法，该法在固体料的熔化期间，在渣线上方的区域中采用了一或多支氧喷嘴。这种方法已表明对固体料传热(化学能)几乎无效，这是因为喷嘴的设置位置在渣线上方过远处，而且随看固体料的熔化进程，喷嘴的高度下降，从而离开热区而移向从该反应向固体料的传热(化学能)再也达不到令人满意程度的一点。就对金属熔体的传热(化学能)而言，这种解决方案也是无效的，因为它们的位置在渣线上方过远处，由于渣本身起着隔热层的作用，所以达不到向金属熔体传热(化学能)。

因此，本发明的目的在于提供一种电弧炉炼钢吹氧法，它可将CO后燃烧反应发出的化学能，以有效的方式传给炉料和金属熔体。

本发明的另一目的在于提供一种使金属熔体均匀而有效地脱碳的电弧炉炼钢吹氧法。

图1是用于描绘喷嘴位置的电弧炉剖面图。

图2是描绘安置该喷嘴方法的电弧炉平面图。

本发明的这些及另外的目的是这样完成的：在切割、脱碳及使于金属熔体脱碳过程中生成的CO的后燃烧时，用一个或多个双氧射流的喷嘴1，连续将O₂吹入炼钢电弧炉中，所述喷嘴按装在炉壁上，一个上射流2是亚音速射流，而下射流3是超音速射流，该喷嘴位于成渣区内，或就在渣线上方，而且在该运行过程中的被渣4覆盖的某一时刻运行。此外，使来自该喷嘴，经其端部的孔吹出的亚音速气流2和超音速气流3具有一定的尺寸，以便抵销超音速气流通常在电弧炉内引起的喷溅，并使它们指向炉子的某一部位，以便将炼钢过程中的耐火覆层和电极的损耗减至最小。

超音速的下部氧气射流3用于切割固体金属炉料，使其脱碳( )及搅拌已形成的金属熔体。借助该射流所引起的泡沫渣和熔体的机械搅拌，增大它们之间的界面，及达到泡沫渣和金属熔体间的有效的传热(化学能)进程。由于最好在炉内的多于一个点处使用喷嘴1，所以超音速射流3促使金属熔体更快和更均匀地脱碳，从而加速炼钢过程。

亚音速的上部氧射流2用于后燃烧( )，从而在切割步骤中，将热(化学能)从此反应中传向固体炉料，在脱碳步骤中将CO滞留在泡沫渣内，从而加热此渣。由超音速射流3在此区域中产生的搅拌使这种热传向金属熔体，结果迅速提高了熔体温度。

本发明的方法提供了更高的传热(化学能)效率，这是因为喷嘴被设置在成渣区内，或就在渣线上方，从而使这些反应在炉子的较低区域中发生，结果，通过超音速和亚音速的射流引起的渣和熔体的搅拌进程，使固体炉料存在于炉内时与形成平面的金属熔体的热交换时间增加。

本发明的方法还使吨钢电能比耗下降，这是因为以更有效的方式采取了来自CO后燃烧的化学能量的好处，加大了供热的结果以这种方式向金属炉料传递的这种热最高达到90％。这是因为：该反应在泡沫渣形成区中发生，从而使热气体经炉子的导管离去之前，它在全熔的炉料相中有较长的滞留时间，并因而把更多的这种能量传给固体炉料，从而由于促进了全熔金属相的加热及通过超音速射流在泡沫渣和熔体中引起的搅动，使该反应在泡沫渣内发生。

用本发明，因加大供热而增加生产率，从而以现有的装备增产；由于CO在炉内更多地燃烧而降低粉尘温度及降低吨钢产生的烟尘体积，从而降低操作区中的大气污染程度；以及由于改进后均匀的温度，缩短了处理钢的时间以及耐火材料的更低的损耗都是可能的。

除上述优点之外，本发明的方法不再使用常规的吹氧设备及装置，如被冷却的可回缩的超音速喷嘴、操作架及用于操纵可消耗吹管的机械臂等这些直到目前仍用于电弧炉吹氧的装置，而且无需经炉门吹氧，从而免除了上述的这种作业的不便。

按照电弧炉炼钢法，将由废钢、铸铁、直接还原铁球团、各种金属合金、熔剂和碳(各种可能形状的，块状或粉状的)的，任何合乎要求的混合物构成的金属炉料置于熔炼炉内。除电能之外，还可将氧和矿物燃料用作熔炼的能源。

电弧炉由衬有耐火覆层的金属炉壳6、炉盖7及导管9构成，金属炉料放在炉壳6之内，炉盖盖住其上部，炉盖7设有孔8，石墨电极、金属合金、预还原铁的添加料经其加入，来自炉内的热气及粉尘从炉中径管9离去。通过在石墨电极5的端部和金属炉料间形的电弧所发出的能量，发生了金属炉料的熔化。

在炉子加金属料之前，支持电极的炉盖7打开，然后向侧方摆动。盛放金属料的料筐移至炉子上方，然后炉料经料筐下部的开口卸在炉内。装料作业之后，炉盖回移，下降然后将炉子盖住，通过下降电极至其与金属炉料形成电弧，开始熔炼过程，于是传送熔化金属炉料所需的电能。用于熔化炉料的另种能源是来自炉料中所含元素氧化的化学能。

按本发明，在用电弧所产生的热加热金属料几分钟后，用双氧流喷嘴1吹氧以切割金属料和开始脱碳，以及进行CO后燃烧。为本发明的方法特别设计的该喷嘴有两支独立的内管，它们吹入用于切割和脱碳的氧(超音速射流)及用于在切割和脱碳时生成的CO后燃烧的氧(亚音速射流)，该管设有一个端部，其中具有为使此二种氧流射出而设计的小孔。

与其它的现有技术的后燃烧系统相比，本发明的方法有以下优点：为后燃烧而加的氧的单位能量收益在3.6kwh/m³-O₂的数量级内；由于为后燃烧所加入的单位氧，提高了生产率；降低了设备成本；加快了投资回收；更大地简化了设备、操作及维修；几乎不或根本不需要改变炉子。

本发明的变化由采用具有独立氧射流的喷嘴，其中一个为亚音速射流，另一个为超音速射流的可能性构成，该喷嘴被置于成渣区内，或就在渣线上方，而且在流程中覆盖有渣的某些时刻使它们运行，选择双氧射流的喷嘴或独立氧射流的，其中一个为亚速射流，另一为超音速射流的喷嘴时必须考虑炉子的不同尺寸和/或炉料的不同类型。

Claims (9)

1.电弧炉吹氧方法，其特征为，通过一个或几个装在炉壁上的双氧射流喷嘴(1)吹氧，喷嘴(1)在成渣区内或就在渣线上方，而且该喷嘴在作业期中的某一时刻覆盖有渣(4)，这两股氧的射流经位于该喷嘴端部的小孔同时喷吹。

2.权利要求1的方法，其特征为，下面的氧射流(3)是超音速的。

3.权利要求1的方法，其特征为，上面的氧射流(2)是亚音速的。

4.权利要求1的方法，其特征为，以在炼钢过程中使耐火覆层及电极(5)的损耗为最小的方式引导氧射流2和3。

5.权利要求1的方法，其特征为，用电弧所产生的热加热金属炉料数分钟后，吹氧以切割金属炉料，开始脱碳及进行CO后燃烧。

6.权利要求1的方法，其特征为，在切割、脱碳及金属熔体脱碳时生成的CO后燃烧期间，在炉内持续吹氧。

7.电弧炉炼钢吹氧方法，其特征为，通过装在炉壁上的，具有独立氧射流的喷嘴吹氧，该喷嘴被置于成渣区内，或就在渣线上方，该喷嘴在运行的某些时刻被渣覆盖。

8.权利要求7的方法，其特征为，一个喷嘴为超音速射流喷嘴。

9.权利要求7的方法，其特征为，一个喷嘴为亚音速射流喷嘴。