CN1138123C - 双室炼钢装置及使用该装置的炼钢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶铁工艺，更具体地说，是涉及双室炼钢装置以及使用该装置炼钢的方法。该发明可提高炼钢效率、增加装置强度以及提高产品出成率；它在拓宽炼钢装置的技术特色的同时又减少了冶炼耗时。本发明炼钢装置包括两个熔炼室，各熔炼室在顶部相互连通；每个熔炼室均包括一个顶部、一个炉膛、两个进料口、一个钢水导出口、供氧管道以及一个排气系统；其中每个熔炼室都可以绕其水平轴偏转，熔炼室壁上有进料口，熔炼室顶部安装有供氧管道，同时熔炼室两侧壁上都安装有气体-氧气燃烧器。在向熔炼室中加入金属炉料和石灰或石灰石等助熔剂时，熔炼室向与进料口相反的方向倾斜；在中间过程中排出熔渣时，熔炼室就向进料口方向倾斜；而在倒出钢水时，熔炼室又向金属导出口倾斜。

Description

双室炼钢装置及使用该装置的炼钢方法
技术领域
本发明涉及冶铁技术领域，更具体地说，涉及一种双室炼钢装置及使用该装置的炼钢方法。
背景技术
现有多室炼钢装置包括多个熔炼室，各熔炼室通过顶部相互连通。每个熔炼室均包括两个进料口，用来添加金属炉料以及倒入铁水，进料口设在熔炼室的前部。两个进料口之间有一个熔渣处理口。每个熔炼室中的炉膛又都有一个钢水导出口。而熔炼室顶部有一些楔状孔将供氧管道连接到操作区间。熔炼室前壁的上部，也即进料口底部以上的部分，相对于垂直方向向后壁呈一定的倾角(依据UA，9024A，F27B3/02，F27D3/00，F27D3/14，出版日期1996年9月30日)。上述装置是本发明基于的背景技术。
上述装置实现了无模添加金属炉料，以及用铁水杓从进料口直接倾倒铁水的工作方式。由于该设计方式使添加铁料和铁水的速度有所提高，提高了工作效率。
以上描述的装置也存在一定的缺陷，比如前壁强度不够；由于前壁向后壁倾斜导致进料口固定方式过于复杂；金属炉料添加速度还不够快；装置前后部分负荷不同，对顶部产生不良影响。所有这些因素都影响到装置的强度，降低了装置的维护使用寿命，从而导致生产产量降低。除此之外，由于熔炼室是固定的，在进料口处和熔渣处理口必须安装准阀门和“梳刀”。所述设计还需要采取措施避免金属熔液和熔渣溅出，这样将会消耗更多的白云石和碳酸镁，也延长了熔化时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是提供一个结构更为简化而生产效率更高的双室炼钢装置。
本发明还需要解决的技术问题是在简化装置结构的同时，增加装置强度。
上述技术问题是通过以下技术方案解决的，一种双室炼钢装置，包括两个熔炼室，所述两个熔炼室通过顶部相互连通；每个所述熔炼室包括有一个顶部和一个炉膛，所述炉膛的钢水导出口设在熔炼室的后壁；所述熔炼室还包括两侧壁面和前壁；所述前壁上设有两个进料口，在所述两个进料口之间设有一个熔渣处理口；所述炼钢装置还设有金属炉料加料铲、安装在顶部的供氧管道以及一个废气排放系统，所述废气排放系统包括一个废气清洁装置和一个烟囱；每个熔炼室都包括有一个倾斜装置，该装置可使熔炼室朝前壁或者后壁的方向倾斜，倾斜角相对于垂直轴可达到45°；另外，熔炼室两侧壁面顶部装有气-氧燃烧器；每个熔炼室包括3个供氧管道以及两个气-氧燃烧器；所述进料口的尺寸与所述金属炉料加料铲的尺寸相适应。
根据本发明，熔炼室可以随其水平轴旋转，这样添加金属炉料、倒入铁水、倒出金属熔液以及排出熔渣的过程就得到简化；同时只要熔炼室可以倾斜，那么在添加金属炉料、倒入铁水、倒出金属熔液以及排出熔渣的过程中，进料口和熔渣处理口的准阀门、梳刀、倒入槽和排出槽都不必安装。本发明不仅保证了在熔炉车间的工作条件，同时也可降低白云石和碳酸镁的消耗。
进料口尺寸扩大(与现有技术相比)到3500×2000mm，这样就可以大大加快金属炉料添加和铁水倒入的速度。本发明中熔炼室深度要比常规平炉或常规双室炼钢装置的深度高出至少两米。该特征使得金属成份在熔化过程中能更好地混合均匀。
在每个熔炼室顶部都装有3个吹氧管道，这样就大大加强了熔炼室中的氧气鼓入量。每个熔炼室都安装有两个气-氧燃烧器，以确保一氧化碳二次燃烧。所述一氧化碳可从一个熔炼室导入另一个熔炼室，这样通过在同轴的第二熔炼室中进行的一氧化碳的二次燃烧，使第二熔炼室中的金属炉料热度大大增加。
依据专利UA9024(现有技术)提供的在双室炼钢装置的一种炼钢方法，该方法包括以下步骤：无模化添加金属炉料，通过熔炼室前壁进料口用铁水杓把铁水直接倒入熔炼室，添加助熔剂，在同轴熔炼室中鼓入氧气并排出废气，加热已添加的金属炉料；当第一个熔炼室中金属炉料加热和熔化，随着其中间过程产生的熔渣从熔渣处理口排出后，又产生新的金属熔渣；经过净化沸腾，钢水达到预定化学成份后，钢水即可从熔炼室中放出。
该方法的主要缺陷是：对用来加热同轴熔炼室中的金属炉料的废气热量利用不充分；炉膛衬里强度不够(这是因为添加的金属炉料会损坏炉膛焊接层以及炉膛衬里)；金属炉料添加速度及铁水倒入速度不够快，从而降低装置生产效率和产量。
本发明要解决的技术问题还包括，通过减少金属炉料及铁水添加所用时间，以增加炼钢效率以及提高产量；通过提高热利用效率来加速对金属炉料的加热过程；本发明要解决的问题还包括增加炉膛衬里强度。
上述问题可以通过以下技术方案得以实现，使用本发明所述双室炼钢装置的炼钢方法，包括以下步骤：向一个熔炼室添加防火粉末；通过熔炼室前壁的进料口用加料铲向熔炼室加入金属炉料；通过所述进料口倒入铁水、加入助熔剂、鼓入氧气并排出废气到第二个熔炼室，以加热已加入其中的冷金属炉料，在此之后废气就通过废气排放系统排到烟囱；加热并熔解金属炉料，随后将中间过程产生的熔渣通过前壁上两个进料口之间的熔渣处理口排出，新的熔渣形成，经过净化沸腾阶段，钢水达到预定化学成份，然后排放出钢水；其中金属炉料是连同助熔剂一起添加到熔炼室中的；而在添加金属炉料和助熔剂以及倒入铁水时，熔炼室以相对于其垂直轴20°到30°之间的角度向后壁倾斜；当排出熔渣时，熔炼室向前壁倾斜，而在倒出钢水时，熔炼室以相对于其垂直轴45°的方向向后壁倾斜；此外，在上述过程中，废气中的一氧化碳进行二次燃烧转化为二氧化碳，并被导入第二个熔炼室，以加热冷金属炉料；石灰或石灰石可以用作助熔剂添加到熔炼室中；同时熔炼室中还应保留前次熔炼过程中产生的部分熔渣；氧气鼓入密度为每分钟2.5m3/ton，压力为12到15个大气压力；而15吨至20吨之间的不规则的大块金属炉料也可添加到熔炼室中。
在向熔炼室中添加金属炉料及倒入铁水的过程中，熔炼室以相对于熔炉垂直轴20°到30°之间的角度向后壁倾斜，这样就可以把金属炉料通过进料口直接添加到炼钢装置的炉膛中，加快了金属炉料添加速度。如果所述倾斜角度小于20°，那么就不可能用加料铲把金属炉料和助熔剂倾倒入熔炼室；反之如果所述倾斜角度大于30°，则可能导致熔炼室后壁内衬强度减弱。
排出熔渣时熔炼室向熔渣处理口倾斜角度为18°，该角度值是试验得出的结果。采用该角度，在熔渣排出时能避免金属熔液溅出。
将一层助熔剂(用宽10到30厘米的石灰或石灰石)平铺在正在添加的金属炉料表层，确保金属炉料和助熔剂混合添加，这样就减少了添加固体金属炉料所耗时间。当压力值在12到15个大气压力时，氧气鼓入密度为2.5m3/min，这确保了金属炉料充分混合，从而加快了炼钢进程。同时由于中间过程金属炉料被加热，不规则的大块金属炉料(如一块重达15至20吨的炉料)也可以进行处理，而一般的氧气转炉只能处理重2吨至3吨的金属炉料。
本发明的精髓在于，本发明中钢水在介于氧气转炉和双室炼钢装置之间的装置中炼成。本发明的炼钢技术成功地将双室炼钢装置的优点和转炉炼钢的优点结合了起来。象转炉炼钢一样，炼钢过程勿须提供额外的燃料，而只需要靠燃烧铁中杂质产生放热反应来获得热量。类似于双室冶炼装置中的冶炼过程，本发明方法分为两个阶段：氧气被鼓入一个“热”熔炼室，金属熔化过程中，热废气被输入到相邻的“冷”熔炼室，这样“冷”熔炼室中的冷金属炉料被加热，金属炉料熔化过程加速。之后废气顺序经空气净化装置和烟囱排出。废气中一氧化碳的二次燃烧使得金属炉料加热更快。此外，废气对“冷”熔炼室起到保护作用，可以防止熔炼室灼热的顶部在下次添加冷金属炉料时由于温差过大产生不良后果，这就保证了恒定的顶部温度(即温度落差不至于太大)并且增加了炉膛衬里的强度。另外值得一提的是废气中包含的部分氧化铁成分被该装置中相邻熔炼室的冷金属炉料吸收，这就导致从空气净化系统排出的废气中氧化铁含量减少。从更深的意义上来讲这降低了金属炉料的浪费，提高了产品出成率。另外，一氧化碳进行二次燃烧又降低了废气排放量，有利于环境保护。
热量从“热”熔炼室中排放出来后，所述熔炼室中又会加入新的金属炉料，这样熔炼室又变“冷”，冷热转换过程就这样循环往复。
在熔炼室中保留一定数量的从上次熔炼过程中产生的熔渣，这样做是明智的。在此过程中，一方面熔渣可以缓冲大块金属炉料对炉膛的击打冲力(这样炉膛衬里也得到巩固加强)，另一方面又加快了新熔渣的形成过程。
本发明的炼钢装置及采用本发明装置的炼钢方法不但结合了氧气转炉和双室熔炼装置各自的优点，同时还有以下好处。
尽管铁水用作为主要供热源，本发明装置仍然有降低铁水耗量的可能性。与氧气转炉相比，本发明装置铁水消耗量可降低到570至730kg/ton之间，而传统氧气转炉铁水消耗量通常在860至950kg/ton之间。
与传统转炉炼钢相比，本发明炼钢方法的特点是热利用效率高。所述热利用效率是以炼钢过程中直接消耗的热量相对整体热量的比率来计算。传统氧气转炉热利用效率不超过30％，而本发明方法的热利用效率可达78-90％。除此之外又保证了炉膛衬里强度更高(可进行2500炉熔炼)。
定期排出(每隔35到40分钟)炼钢装置产出的热量，可确保炼钢装置在与钢水不间断流出装置连接时保持良好状态。
附图说明图1是本发明双室炼钢装置的横截面视图；图2是本发明装置在添加金属炉料以及倒入铁水时的侧面视图；图3是本发明装置的俯视图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的双室炼钢装置包括两个熔炼室，熔炼室顶部相互连通。每个熔炼室包括一个炉膛1，炉膛1的钢水出口2设在熔炼室的后壁3一侧；熔炼室顶4，安装在熔炼室顶4上的三个供氧管道5，熔炼室两侧壁6，侧壁6的顶部还安装有气-氧燃烧器7用于对废气中所含的一氧化碳进行二次燃烧，前壁8，装在前壁8上的两个进料口9，所述进料口9的最低部位的水平高度为+9400mm，位于两个进料口之间用于处理熔渣的处理口10，每个熔炼室都有一个可以使熔炼室绕其水平轴转动的装置11，使用所述装置11，熔炼室可以根据要执行的技术操作向前壁或后壁相对于其水平轴倾斜到45°角。图2所示为当用加料铲12向所述熔炼室中添加金属炉料时，熔炼室向后壁3倾斜20°到30°时的状态，加料铲12的尺寸与进料口9(宽3500mm、高2000mm)的尺寸相适应。铁水采用铁水杓13通过进料口9倒入熔炼室，该熔炼室的厚度(即其横截面最短的方向的内部尺寸)不小于2米。
本发明中的装置有两个排气通道，通道中设有空气净化装置14和烟囱15。
以下给出对本发明方法的具体说明，该方法是基于所述的双室炼钢装置的实施例。
向具有250吨容量的熔炼室中加入防火粉末；将熔炼室沿水平轴向后壁3方向倾斜20°到30°角；用加料铲12从进料口9添加金属炉料连同助熔剂，所述金属炉料及助熔剂被添加到前次熔炼过程中剩余的熔渣上；在加入固体炉料及加热7分钟后，可以用铁水杓13从进料口9直接倒入铁水，而无需使用装料槽；为使铁水倒入更加方便以及更加快捷，铁水杓13设有一个改进的唇状物；将熔炼室在注入铁水后恢复水平位；通过设在熔炼室顶部的3个供氧管道鼓入氧气，鼓入氧气的密度约为每分钟2.5m3/ton，压力为12到15个大气压；从第一熔炼室出来的废气经由两个气-氧燃烧器7二次燃烧后，输送到第二熔炼室(“冷”熔炼室)以加热已加入其中的冷金属炉料；加热完成后废气通过排气系统经空气净化装置14和烟囱15中排出。通风装置的强度应足够高，保证即使鼓入的气流密度很高，也不会被穿透而进入熔炉车间。一氧化碳的二次燃烧应在第二熔炼室及废气流中进行。
金属炉料在熔炼室中被加热以及熔化，然后从熔渣处理口排出熔渣。熔渣处理口10的底部水平高度为+8900mm，宽度为1250毫米。在生产过程中要将熔渣排出，熔炼室就要以相对水平轴18°的角度向前壁8倾斜。熔渣排出后熔炼室恢复水平位置，新熔渣形成，净化沸腾直至钢水达到预定化学成份。在此之后，将熔炼室沿其水平轴向后壁倾斜45°，使钢水通过出口2从装置中流出，流入到一个浇注钢水包，熔渣则被倒入炉渣车中。
就一个处理能力为250吨的本发明炼钢装置，可给出试验中得出的熔炼室各步骤时间索引表：
  在熔炼室中填入防火粉末   15分钟
  加入金属炉料   6分钟
  加热   7分钟
  倒入铁水   5分钟
  鼓入氧气，至合格钢水形成   30分钟
  流出钢水   10分钟
  其他步骤   7分钟
  总耗时   80分钟(1小时20分钟)
由于装置容量大小可能不同，炼钢特定条件也不一样，炼钢总耗时可能在70分钟到90分钟的范围内浮动。本发明装置及方法可确保冶炼用时减少10到15分钟。该项技术确保装置每个单元高效运作，使每35分钟到45分钟就有热量排出。
上文已经提到，通过“谨慎地”添加金属炉料，从“热”熔炼室中引入处理热废气，以及在熔炼室前次熔炼过程中保留部分熔渣，可防止冷金属炉料对灼热顶部造成不利影响，新型炼钢装置保证了较高的炉膛衬里强度(可进行2500炉熔炼)。本发明对环境保护也有益处。
本发明保证了高效率的炼钢(根据炉膛容量大小，年产钢水可达二百万吨到四百万吨)以及更安全的作业条件。就环境保护方面而言，本发明采用的装置和方法与传统双室熔炉相比大为改善。另外，本发明由于对熔炼室采用了倾斜机械装置，从而简化了金属炉料添加以及铁水倾倒过程，又为降低炼钢成本创造了条件。同时由于燃料消耗大幅度降低，炉膛衬里耐久，装置部件可更换以及维修成本减少，这些都使得炼钢成本下降。

Claims (9)

1.一种双室炼钢装置，其特征在于，包括两个熔炼室，各熔炼室在顶部相互连通；每个熔炼室均包括一个顶部，一个炉膛，炉膛钢水导出口设在熔炼室的后壁；还包括两侧壁和前壁，前壁上有两个进料口，所述两个进料口之间有一个熔渣处理口；还包括金属炉料加料铲及安装在顶部的供氧管道，以及废气排放系统，该系统包括一个废气清洁装置和一个烟囱；每个熔炼室都包括有一个倾斜装置，该装置可以使熔炼室朝前壁或者后壁方向倾斜，倾斜角相对于垂直轴可达到45°；另外，熔炼室两侧壁面顶部还设有气-氧燃烧器。
2.根据权利要求1所述的双室炼钢装置，其特征在于，所述每个炼钢室都包括有三个供氧管道。
3.根据权利要求1或2所述的双室炼钢装置，其特征在于，每个熔炼室设有两个气-氧燃烧器。
4.根据权利要求1所述的双室炼钢装置，其特征在于，所述进料口的尺寸与所述金属炉料加料铲的尺寸相适应。
5.一种使用双室炼钢装置的炼钢方法，其特征在于包括以下步骤：向一个熔炼室添加防火粉末；通过熔炼室前壁的进料口用加料铲向熔炼室加入金属炉料；通过所述进料口倒入铁水、加入助熔剂、鼓入氧气并排出废气到第二个熔炼室，以加热已加入其中的冷金属炉料，经此之后的废气通过废气排放系统排到烟囱；加热并熔解金属炉料；将中间过程产生的熔渣通过前壁上两个进料口之间的熔渣处理口排出；新的熔渣形成；经过净化沸腾阶段直至钢水达到预定化学成份；倒出钢水；其中金属炉料是连同助熔剂一起加入到熔炼室中的；在加入金属炉料和助熔剂以及倒入铁水时，熔炼室以相对于其垂直轴20°到30°之间的角度向后壁倾斜；当排出熔渣时，熔炼室向前壁倾斜；而在倒出钢水时，熔炼室以相对于其垂直轴45°的方向向后壁倾斜；此外，废气中的一氧化碳进行二次燃烧，并被提供给第二个熔炼室，以加热其中的冷金属炉料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加入到熔炼室中的助熔剂可以是石灰，也可以是石灰石。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述熔炼室中应保留前次熔炼过程中产生的部分熔渣。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧气鼓入密度为每分钟2.5m3/ton，压力为12至15个大气压力。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，15吨至20吨之间的不规则的大块金属炉料可以添加到熔炼室中。
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