CN1186521A - 生产铸铁的方法 - Google Patents

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Abstract

一种沉浸电弧炉(10)用废铁或钢在很少或没有炉渣产生的情况下生产铸铁。废铁或钢与硅石源和含碳还原剂一起输入沉浸电弧炉(10)。废铁和钢熔化同时在具有含碳还原剂的情况下熔化了硅石。加入硅石源和含碳还原剂的量有选择地控制产品铸铁的硅和碳的含量。

Description

生产铸铁的方法
发明领域
本发明关于用废铁和/或废钢生产铸铁的方法，本发明特别导向一种在沉浸电弧炉中用废铁或废钢作主要铁源生产铸铁的方法。发明背景
用作铸造和炼钢的铸铁，是在制铁工业中用多种方法生产出来的。所用的方法通常取决于输入材料和铸铁的潜在用途。
一种生产铸铁的方法采用标准的立式圆顶炉。多种铁源如废铁、废钢和生铁垂直进入炉中由燃烧焦炭作燃料、并鼓入空气。加到炉中的装填物通常包括若干添加剂，如加入硅铁以增加硅含量，加入如石灰石类的炉渣成形材料以除去硫类的杂质。用这种方法生产的铁通常含有约1～3％的硅和约2～4％的碳。
立式圆顶炉的不足之处在于采用纯硅氧化剂导致30％的可用硅通过氧化而损失并排放在炉渣中。通常仅有70％的可用硅与铁结合。由于硅是铸铁的基本元素，硅铁中的硅容易与铁结合，因而常常以硅铁形式加入。而硅铁是昂贵的硅源，所以通过氧化而损失的硅可大大增加生产成本。
立式圆顶炉在很多方法中是需要的，这是由于它的能量效率高，并要求较低的资金投入。圆顶炉也易于用单个设备进行大批量生产，并可连续进行装料和排出工序。由于熔化的铁和钢的熔液通过热焦炭上方并熔化了碳，因此在圆顶炉中碳很容易与铁结合并可被很自然地摄取。
生产铸铁的现实性部分取决于所用方法的效率和装填材料的成本。废铁和废钢的成本取决于若干因素：铁含量、必要的和不必要的合金成分量和颗粒尺寸。非常细小而重量轻的废钢铁如铁屑或切削物的成本通常比较重的废料要小，所以要求尽量采用轻的废料。在圆顶炉中使用轻的废料要求进行团聚或烧结，这是因为存在于圆顶炉中的气体体积太大，不能装入大量的料。非常细小或重量轻的铁废料将收集在集尘室或洗涤塔内，从而导致铁回收低，因此增加了操作成本。
铸铁亦可由电感应炉方便而经济地进行生产。在电感应炉中，可能是铁废料、钢废料和生铁之类的装填料送入炉子熔化，然后将包含硅、碳和包含铁的炉渣成形材料的添加剂装入。铁装填料由涡流电流加热，涡流电流是由交流电流过环绕装填料的线圈产生电磁感应而产生的。通常加硅是用硅铁、加碳是用低硫含量的石墨材料。产品铁通常含有1～3％的硅和2～4％的碳。
电感应炉的缺点是仅限于批量生产法，其中单台设备的生产能力通常为每小时生产少于20吨。此外，由于批量方法的效率低，耗费了相当贵的电能。另一些缺点包括中等到高的难以控制的成本、高资金投入、高的劳动力成本、硅铁和碳化物添加剂的成本高和受限制的规模生产能力。
另一种生产铸铁的方法是在沉浸电弧电炉中熔化铁矿石。沉浸电弧炉具有直接熔化矿石生产出铁中所要求的碳和硅的含量，用电弧加热并同时由焦炭和煤那样的含碳还原剂进行金属氧化物的碳热化学还原。这样安排允许电弧和装料之间的有效的热传导。然而，沉浸电弧炉的加热性质要求控制装料的导电性，从而使电极及时地沉浸到装料中而又避免电极中的过量电流，过量电流会使电极过热。
铁矿具有低的导电性，这使它适于在沉浸炉中熔化。过去在沉浸炉中生产铸铁已限于使用粉状、团块或颗粒形式的铁矿来作为主要铁源。利用沉浸电弧炉以熔化铁矿的一个例子公开在授与威纳特的美国专利No.4,613,363中。通常的利用沉浸电弧炉来生产铁的方法的缺点是生产铁的矿石的碳热还原要求大量的电能，因此增加了成本。另外，生产铸铁广泛采用的方法(圆顶炉和感应炉)要求比较昂贵的起动材料，诸如厚镀层热浸镀锌铁皮或废钢；还要求如碳化硅或硅铁那样的还原前的碳源，它们是比较昂贵的硅源。所有这些特性均对用这些先有的方法来生产铸铁构成限制。因此制铁工业一直要求有一种经济而有效的方法来生产铸铁。发明概述
因此，本发明的目的是提供一种采用易于得到的便宜的输入材料生产铸铁的有效而经济的方法。
本发明的进一步的目的是提供一种采用废铁和废钢作为主要铁源来生产铸铁的方法。
本发明的另一目的是提供一种在沉浸电弧炉中生产铸铁的方法。
本发明还有一个目的是提供一种在沉浸电弧炉中熔化废铁或废钢的方法。
本发明的进一步的目的是提供一种同时熔化硅石和熔化废铁或钢以生产铸铁的方法。
本发明的另一目的是提供一种生产铸铁的方法，其中基本无炉渣形成。
本发明的进一步的目的是提供一种在沉浸炉中熔化废铁或钢并增加生产铸铁的铁的硅和碳的含量的方法。
本发明的上述及其它目的基本可采用一种生产铸铁的方法来达到，该方法包括的步骤是：将装填料输入到沉浸电弧炉内电极的周围，装填料包括铁源混合物，硅源和含碳还原剂，铁源包括废铁或钢，向电极供给电能以在电极之间产生电弧，用电极之间的电弧加热炉中的废铁或钢、硅源和含碳还原剂以熔化废铁或钢，从而生产铸铁。
本发明的方法能利用便宜的废铁或钢在沉浸炉中生产铸铁，同时控制碳和硅的含量并基本上无炉渣形成。硅源在具有含碳还原剂的情况下还原成硅以增加和修改铸铁中的硅含量。含碳还原剂产生融化在铁或钢中的碳。
本发明的目的，优点及杰出的特性将以下面参照附图的描述、公开本发明的优选实施例看得更清楚。附图概述
参见构成原始公开一部分的附图：
图1是本发明一个实施例的方法中所用沉浸电弧炉部分剖面侧视图。本发明的详细描述
本发明的方法基本包括：将作主要铁源的废铁或钢、硅源、既作为铁的碳源又作为还原剂的含碳材料送入沉浸电弧炉以生产铸铁。在本发明的优选实施例中，一氧化硅或硅石源是主要的硅源。电弧在炉中产生的热量使含碳的还原剂还原硅石成硅，由铁和还原剂的碳一起吸收。在优选实施例中，该方法是在具有含碳还原剂的情况下同时熔化铁源和熔化硅石源的连续进行的方法。
这里所使用的铸铁通常定义为一种铁产品，含硅的重量含量至少约为0.05，碳的重量含量至少约为0.01。铸铁的种类包括各种铁的混合物，如包括生铁、灰口铁、球墨铸铁、可锻铸铁和铸铁。本发明生产的铸铁可按照铁的用途直接使用而不必再进行加工来生产要求的产品。在进一步的实施例中，所产生的铸铁能进一步加工以修改它的组份和铁的性质，如炼钢。
在本发明的实施例中，生产的铸铁包含约0.05～9.5％的硅和0.01～4.5％的碳，其余为铁，并含有少量杂质如硫、磷、镁、铝、镉、钛和其它金属。这里所指的百分比除另有说明外是指重量百分比。在本发明的优选实施例中，铸铁优选包含约0.05～9.5％的硅、最好为约0.5～4.0％的硅和2.0～4.0％的碳。典型的铸铁包含少于3.0％的硅、约2.0～4.0％的碳和1.0％的硫、磷、铝、镁、镉和其它杂质。最好铸铁包含硫重量上少于0.10％。在实施例中，铸铁重量上包含约0.25～3.0％的硅。在进一步的实施例中，铸铁重量上包含约2.0％的硅。
参见图1，示出了一种实施本发明方法的合适的沉浸电弧炉。该沉浸电弧炉10包括一个底衬或炉壁12、侧壁14和顶或顶壁罩16，它们限定一熔化区18、并用收集系统收集和除去灰尘、烟雾、气体。在顶16上设有入口20，用以将装填或输入材料通过输送设备或输送装置26送入炉10。在另一种输入系统中，装填材料如现有技术一样由机械漏斗装置型式直接倒入现有装填装置的顶部。一个或多个排放口22开在侧壁14上，从熔化区18排出熔化的金属28。在侧壁14上也可开出熔渣排放口24，从熔化区18导出熔渣30。炉10的壳34可由水膜(未示出)冷却。喷水圈可放置在侧壁顶部法兰的正下方，从而使将水收集在侧壁底部的沟槽内。在本发明的实施例中，顶或顶壁能在其纵向裂开，以允许装载材料装到炉子的任何点。
三个交流电极36穿过顶16伸入熔化区18，电极通常排成三角形。在图1的实施例中，示出了两个电极，第三个电极位于所示电极的后面。电极36可独立控制以有选择地调节它们在炉中的垂直位置，并防止过量电流。正如先有技术中已知的电极36可升降以改变电弧长度。该炉子是典型的三相交流电炉，供电电压可从30～300伏选择，最大电流约为每相100000安培。如先有技术一样，电极可以是石墨电极、预焙碳电极、连续自焙或自焙碳电极。电极最好是如已知的一样的各种形式的碳电极。排放管32从炉子上方的盖16上伸出，以收集本方法的熔化阶段排出的燃烧气体、灰尘和烟雾。排放气体装到布袋收尘室，在排放到大气中之前清洁气体。布袋收尘室中收集的固体以通常的方式再循环、处理掉或抛弃掉。
一种合适的沉浸电弧炉的例子是由挪威的奥斯陆Elkem技术公司生产的。在进一步实施例中，该沉浸电弧炉可是直流(DC)电弧炉，它如先有技术一样只有一个电极沉浸，装有合适的回路电极，等离子体沉浸炉或交流电沉浸电弧炉至少具有两个电极。
由于该沉浸电弧炉可使装填材料连续送入炉子并且将熔化的金属从炉子下部区域倒出，因此可连续生产铸铁。该方法可大大提高生产率，同时仍可控制输出速率和输出的铁的组份。正如先有技术中一样，合适的输送设备、漏斗装填系统或装填管均可用于将装填材料连续供给炉子。按照炉子的结构情况可将炉子设计成工作功率范围从约1兆瓦到约100兆瓦。通常交流电炉每生产一吨铸铁产品约需600千瓦时的电能输入。按照装载的材料，产品特性和炉子结构的不同，交流沉浸电弧炉生产生铁时每生产一吨生铁需要的电能输入率在500～1400千瓦时之间。
本发明的方法最好在交流沉浸电弧炉中进行，炉子的输入和功率量级做成电极的顶部埋入炉中输入材料床若干英尺，并在熔化金属池的池铁浆的约一英尺内。在这种方法中，电弧区做成靠近金属池或熔池，炉子操作到保持炉内熔化合金温度在约2100°F～3200°F之间。在优选实施例中，炉内的温度保持足够高以允许熔化金属适当过热，从而易于倒出和流出或处理。电极的顶部沉浸在材料中，产生的电弧靠近熔化的材料，对未处理的材料提供了良好的热传导，这是由于来自电弧和熔化金属的辐射，和由在装载床下部碳和金属氧化物及硅石的化学反应连续产生的热一氧化碳气体的对流而提供的。
标准的沉浸电弧炉包括一自我保护机械或控制系统，用以自动从装填物中自动升起电极，从而防止过度的电极电流。过度的电极电流在装填材料的导电性增加到临界值以上时会产生。当电极随着装填材料导电性的增加而从装填材料中抽回时，靠近炉缸的温度下降，如果时间较长，可导致加热不够、不适当的碎片熔化和硅石的不完全熔化。装填材料床的高度和导电性使电极可插入的深度做成电弧在金属池上方约一英尺处形成，这是很重要的。
获得满意的沉浸或沉浸电弧炉的电极穿入炉子的装载床取决于若干因素，这些因素包括装填材料的特殊电阻率，它们的物理尺寸、它们的混合分布和炉子选择的工作电压。选择工作电压用以补偿电压、电流和装载材料的电阻之间的关系，从而使电极较深地沉浸到装载材料中。通过改变输入材料和材料的尺寸可改变装料床的电阻，从而使工作最佳化，以获得在给定电压下电极在装料床内最深的穿入。
生产每吨铁合金要求的电量主要取决于装填的金属材料的氧化或还原程度，达到要求或标的组份所要求的硅石和其它氧化物的量、电极沉浸操作的最佳化和炉子操作者的技术水平。包含约0.5～4％的碳和约0.25～2.5％硅的合金一般每生产一吨合金要求约500～650千瓦时的电能。较高百分比的硅和相应较低百分比的碳的情况下的要求是：对高非氧化铁源来说，在合金中硅含量在2.5％以上每增加1％的硅，要增加10千瓦小时的电量。
构成送入沉浸电弧炉的装填材料的原料最好在送入炉中之前进行混合。另外不同成份的装载材料可在控制的速率和要求的比份下从独立的输入装置同时送入炉中。生产出的铸铁的组份取决于装填材料的组份和炉中出现的化学还原的程度。装填材料包括：包含废铁或废钢的铁源、及以后还要详细讨论的硅源和含碳的还原剂。通常硅石是主要的硅源。在优选实施例中、铁的熔化和硅石的熔化基本是在不具有氧气输入或氧化剂和不具有构成材料的废渣的情况下进行的。
废铁和废钢是金属工业中已知的可以得到的商品，各种类型的废铁和钢的市场价格和等级定期在如《美国金属市场》类的各种工业出版物上出版。已知的废钢铁是按金属微粒的尺寸和组份来分级的。例如一种类型的废钢定义为“废钢2′Max”本发明所用的合适的铁源包括研磨级、直接还原铁(DRI)，热团块铁(HBI)，碳化铁，铁屑、钢切料、破碎汽车钢和钢罐，以及它们混合物。
废钢铁的组份将影响成品铸铁的组份。为了提供所要求的输入和输出组份，可在送入炉子之前用多种等级的废铁源混合，这些铁源至少包括50％、优选75％、最好为90％重量的废铁或废钢。铁源能完全基于废铁或废钢。
为了增加和减少最终铸铁组份中各种合金金属的百分比，可将废钢铁与其它铁或钢混合。例如，直接还原铁(DRI)和热团块铁(HBI)通常含铁约90％，它们中如铜那样的不必要的残留元素含量低。加上它们能增加铸铁的铁含量，因此它们搀入合金金属并减少如铜、镉和镁那样的不必要的金属的百分比，这些不必要的金属在其它装载材料如用以生产铸铁的废钢中已经具有了。与废铁或废钢联合的材料的量和类型部分地由利用它们的成分的炉子的效率和送入材料的相对成本来确定。例如重的钢废料在不必要的残留元素方面是低的，但它与铸铁屑或钢切削料相比是昂贵的，因此从残留元素来说使用大量的重的废钢是必要的，但从经济的观点来说通常又是不必要的。通过比较，钢切削料与重钢废料比在颗粒尺寸上比较小，并且便宜，它通常包含高量级的残留元素。采用沉浸电弧炉允许使用非常小尺寸的废旧材料，与重废钢比是不贵的，因此它具有超越用其它生产方法来生产铸铁的经济上的优点。
装填材料的颗粒尺寸虽然没有绝对的限制，但对获得恰当的加热和废料的熔化是重要的。废钢铁任何一个尺寸通常为60厘米或少于该尺寸。废钢铁的合适尺寸约等于或少于25厘米。在另一个实施例中，废钢铁的颗粒尺寸约为少于0.5厘米。选择输入材料的颗粒尺寸应是容易处理和装入炉子，不在电极之间或电极和炉壁之间形成搭接的情况下熔化。按照本发明的优选实施例的沉浸电弧炉能够处理如铸铁屑和钢切削料最大尺寸约为0.25英寸的小颗粒尺寸废料，在没有如压块或团聚那样的预先的工序的情况下通常方法是难以加工的。例如，研磨级及研磨废料通常为6英寸或更小，DRI/HBI的最大尺寸约为1-1/4～6英寸。废钢铁的颗粒尺寸范围可从很细小的颗粒或细屑到大块的。为了避免搭接，尺寸上限通常是在交流沉浸电弧炉中是面对面地放在电极之间，在直流沉浸电弧炉中是面对面地放在电极和炉壁之间。
与铁矿石相比，废钢铁具有高导电性，因在本方法中采用废钢铁作铁源必须选择和控制输入材料的导电性和电阻率，从而使电极能深度沉浸。输入材料的电阻率可通过选择它们的颗粒尺寸和材料类型来修正。减少输入材料的颗粒尺寸增加了它们的电阻率。最有效的尺寸将取决于它固有的电阻率，以及依赖于装填材料颗粒尺寸的从炉子装料到废气通道的透气性。在选择装料颗粒尺寸时也要考虑减少颗粒尺寸的加工成本。在优选实施例中，虽然能加入少量铁矿石能修改进料的电阻率，但进料中基本不含有铁矿石。高氧化的研磨废料或电阻高的铁源也可用来修改电阻率。
装填材料也包括如硅石、硅石源或可还原形式的二氧化硅。硅石是优选的硅源。二氧化硅源是商业市场可买到的材料，它在沉浸电弧炉中在具有含碳还原剂同时具有熔化的废钢铁的情况下可以熔化并还原成硅。硅在直接与铁联合的情况下能生产出来。在优选实施例中，硅源是高纯度石英石。在另一个实施例中，正如现有技术中已知的其它来源亦可采用，如含硅矿，废弃残留料和用水洗过除去粘土和杂质的沙子。通常，装填料基本不含有硅铁或碳化硅。在优选实施例中，硅源中至少应含有98％重量的硅石。杂质最好除去以避免在炉中形成矿渣，因为矿渣会增加熔化装填料的电能要求。
在优选实施例中用作主要硅源的石英石基本上不含有粘土和其它如金属氧化物类的额外材料，这些材料将会有助于形成不需要的炉渣，并对具有微量金属的产品铸铁产生不需要的污染。石英石通常是大小均匀的高纯度的晶体颗粒或压碎的晶体，它们至少含95％的硅石。硅源的颗粒尺寸由炉子电极的特殊尺寸、进料在炉中的滞留时间来决定的，滞留时间应确保在具有还原剂的情况下完全还原成硅。通常石英石做成4英寸或少于4英寸的颗粒尺寸，当然大炉子可用大的颗粒。硅石源最好含有约少于0.5％重量的铝、镁、锌和钛的氧化物。这些金属中的一些金属如锌，可以被氧化，并由通过炉子的空气或氧气流除去，收集在布袋集尘室中。其它金属氧化物在炉中被还原成金属，与铁结合。
与进料一起加到炉中的硅源的量由最终产品要求硅的含量的理论计算来确定。所加的硅源量也基于化学当量的计算，该计算考虑计算出的废钢铁和其它进料中的金属的硅含量和在硅石还原成元素硅时由于预计的挥发而产生的计算损失。可加硅源的量约为废钢铁重量的0.01～20％，通常约90％或更多的硅与铁结合而其余的硅作为硅石烟雾损失，如果形成的话亦作为炉渣损失了。经验证明，当生产含硅3％或更少的合金时，通常硅的回收率大于90％。
含碳还原剂可是任何在炉中能将硅石还原的碳源。合适的含碳还原剂的例子包括木炭、炭煤、煤、象石油那样的焦炭或沥青焦炭、木片和它们的混合物。优选的含碳材料具有高的固定的碳含量，并具有低灰份含量，低湿度，代氧化钙和氧化铝量级、低硫和磷量级。在优选实施例中的含碳材料还具有高活性和高电阻。一种优选的含碳材料是剥皮的、由橡木那样的硬木制的硬木片。木片提供了将硅石还原成元素硅的碳源，并提供了一种减少炉中装填料的电阻率的装置，这样电极可深深地插入沉浸电弧炉以保持熔化废料和硅石所需要的温度。进料中可含有约含铁重量5～40％的含碳还原剂，最好至少含有5％含碳还原剂。
加到进料中的含碳还原剂的量是由通过计算化学当量来确定的，该化学当量包括需要将硅石还原成硅的固定碳的量及需要提供给产品铸铁要求的碳含量的游离碳的量。理论计算是基于煤、炭煤、焦炭、木片或其它含碳还原剂的固定碳含量按冶金工业中已知的标准计算法进行的。含碳还原剂的量，类型和颗粒尺寸影响进料的电阻率。例如，由于优选的炭煤与焦炭或煤相比具有较高的电阻率，因此大量用作增加电阻率。本方法可在完全不用焦炭的情况下进行。
含碳还原剂的颗粒尺寸是按照进料的组份、活性、和进料的电阻率或导电性来选择的。合适尺寸的木片通常最大尺寸约为6英寸或更小一些。合适尺寸的冶金级焦炭约为1/2英寸或更小一些。煤通常约为2英寸或更小，而炭或炭煤的最大尺寸约为6英寸或更小一些。
装填材料最好仅含有少量的硫、磷、钙、铝、镉、锌和铸铁合金不必要的其它合金。采用仅具有少量杂质的装填材料仅会有少量或没有杂质形成。操作基本没有炉渣的沉浸电弧炉具有一附加的优点，由于很少或没有炉渣将熔化的铁和进料隔开，因而熔化铁的热量预热正在装入炉中的进料。通常无论如何应避免炉渣形成，因为炉渣的存在增加能量消耗并减小了废料熔化和硅石还原成硅的效率。过度的炉渣形成也阻止输入材料流到炉子加热区，并增加了进料在炉中搭接的可能。
在进料含有大量硫或杂质的实施例中，可按需要加入炉渣成形成分，合适的炉渣成形成分包括石灰石(碳酸钙)、石灰(氧化钙)或氧化镁，当然也可使用现有技术中的其它炉渣成形成分。当有效操作需要时，可采用颗粒尺寸小于3mm的石灰。
在优选实施例中，生产铸铁的方法是在沉浸电弧炉中不用铁矿和焦炭的情况下进行的，通常生产铸铁产品的温度约在2100°F～3200°F之间，炉渣重量少于0.1％，而用沉浸电弧炉的传统的铸铁的炉渣重量为1～10％。通常，铸铁是在没有炉渣的情况下生产的。
在下面非限制性的例子中公开了本发明方法的实施例。
                     示例1～12
来自于清洁的冲剪钢和具有少量表面氧化物的剪板块的废钢与焦炭、石英石和木片混合，为每个样品生产进料混合物。废料的金属分析如表1所示。石英石是洗过的高纯度的西班牙石英石，颗粒尺寸少于3mm。焦炭是冶金焦炭微粒，颗粒尺寸少于3mm。木片是挪威橡木的，其平均颗粒尺寸约为75×50×15mm。废料的颗粒尺寸平均约为25×5×4mm。木片约占固定碳重量的17％，在例1～8中焦炭约占固定碳重量的93％，在例9～12中约占86.5％。
               表1：
  样品1-5   样品6-12
    ％Al     0.039      0.041
    ％Si     0.380      0.470
    ％P     0.105      0.079
    ％S     0.017      0.017
    ％Ti     0.010      0.025
    ％V     0.009     ＜0.002
    ％Cr     0.759      0.781
    ％Mn     0.397      0.391
    ％Ni     0.190      0.140
    ％Cu     0 355      0.351
    ％Nb     0.003      0.005
    ％Mo     ＜0.003      0.003
    ％Sn     ＜0.002     ＜0.003
    ％La     0.006      0.006
    ％Ce     0.008      0.008
    ％Fe     97.722      97.683
样品1～12的进料混合比如表2和3所示。表3中的木片、焦炭和石英石的百分比值是以废钢重量为基础的。
表2
样品
  废钢重量公斤   木片重量公斤   焦炭重量公斤  石英石重量公斤 金属重量公斤
  1   158.000   93.000   14.000   53.000   154
  2   146.000   85.000   8.500   32.000   156
  3   137.000   80.000   8.000   12.800   122
  4   133.000   55.800   7.750   12.400   146
  5   129.000   54.000   7.500   12.000   151
  6   132.400   46.200   7.700   9.240   136
  7   132.400   33.000   7.700   9.240   123
  8   141.500   17.690   8.290   7.050   150
  9   120.400   10.000   7.000   6.000   134
  10   120.400   5.000   7.000   4.200   125
11 180.600 7.500 10.500 9.000 167
  12   192.600   8.000   11.200   9.600   151
表3
样品
    ％木片    ％焦炭   ％石英石
    1.     58.861     8.861     33.544
    2.     58.219     5.822     21.918
    3.     58.394     5.839     9.343
    4.     41.955     5.827     9.323
    5.     41.860     5.814     9.302
    6.     34.894     5.816     6.979
    7.     24.924     5.816     6.979
    8.     12.502     5.859     4.982
    9.     8.306     5.814     4.983
    10.     4.153     5.814     3.488
    11.     4.153     5.814     4.983
    12.     4.154     5.815     4.984
样品1～2所用的炉子是挪威Elkem技术公司制造的实验室试验性沉浸电弧炉。该炉子是两电极单相交流炉，具有的变压器额定功率为300KVA，最大电流3000A，并具有级差为1.5V的15～150V二级电压分接头。炉子的最初起动是由往炉中装填16公斤废钢和5公斤焦炭并将电极下降到接触废料完成的。通电以熔化废料，将混合的进料装入炉中，以保持炉子的一半填装废料。排放出熔化的金属并进行分析。每个样品的分析情况如表4所示，炉腔的出铁温度约为1250～1550℃。
表4
  样品1   样品2   样品3   样品4   样品5   样品6   样品7   样品8   样品9 样品10 样品11 样品12
％Si   9.410   6.400   4.020   3.880   3.900   3.380   3.040   2.910   2.310   1.800   1.880   2.350
％C    1.73   2.270   3.150   3.470   3.420   3.340   3.290   3.780   3.570   3.660   3.230   3.610
％Al   0.009   0.009   0.010   0.008   0.013   0.180   0.447   0.031   0.016   0.019   0.014   0.051
％P   0.097   0.100   0.099   0.088   0.089   0.094   0.095   0.080   0.037   0.023   0.046   0.053
％S   0.040   0.032   0.028   0.027   0.040   0.047   0.029   0.041   0.036   0.044   0.033   0.033
％Ti   0.010   0.011   0.014   0.016   0.013   0.012   0.013   0.013   0.012   0.011   0.019   0.019
％V   0.008   0.008   0.008   0.007   0.008   0.009   0.009   0.008 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002  ＜0.02
％Cr   0.618   0.642   0.704   0.695   0.673   0.689   0.687   0.552   0.219   0.087 0.0.418   0.466
％Mn   0.305   0.306   0.345   0.375   0.373   0.366   0.678   0.552   0.219   0.087   0.418   0.466
％Ni   0.180   0.180   0.180   0.170   0.170   0.180   0.180   0.150   0.080   0.050   0.090   0.100
％Cu   0.342   0.342   0.335   0.324   0.120   0.333   0.342   0.277   0.115   0.060   0.199   0.217
％Nb   0.003   0.003   0.003   0.003   0.003   0.003   0.003   0.004   0.008   0.007   0.005   0.005
％Mo ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003 ＜0.003
％Sn ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002 ＜0.002
％La ＜0.003   0.003   0.004   0.004   0.003   0.004   0.005   0.004   0.004   0.005   0.004   0.005
％Ce   0.007   0.007   0.008   0.007   0.007   0.008   0.008   0.007   0.008   0.007   0.008   0.008
％Fe   87.23  89.642  91.087  90.921  91.136  91.290  90.314  91.586  92.637  94.133  93.629  92.610
这些样品表明，石英石与废料同时熔化。产品铁的碳和硅的含量与装入的硅石和固定碳成比例。
                        例13
计算机模拟操作包括：进料混合物包含2000磅废铁、100磅木片、85磅煤、20磅焦炭和75磅的石英石，将它们装入交流沉浸电弧炉，合金生产的速率为每小时72.590吨。预定输入炉子的功率为50000千瓦。模拟的废铁进料的构成为：40％的破碎的汽车钢，15％重新熔化的返回钢，15％的钢废料#1，20％的铸铁屑，5％马口铁板/桶和15％低镉混合切削料。进料混合物的计算的合金组份为：2.5％的硅、3.85的碳、0.40％的镁、0.10％的镉，0.15％的镍、0.15％的铜、0.01％硫、0.05％的磷和0.03％的锡，其余为铁，其中的百分比为重量百分比。
预定从炉中排出的产品铁的含量为：92.5％的铁，3.85％的碳和2.50％的硅，其余为杂质。计算的能量消耗值为每吨铁合金650千瓦小时。
                        例14
计算机模拟生产操作包括将含有2000磅的废铁、100磅的木片、210磅的煤、25磅的焦炭、和393磅的石英石的进料混合物装入合金生产预定速度为每小时34.68吨的交流沉浸电弧炉。选定的炉子功率输入值为50000千瓦。预定的废铁是混合物，它包含40％破碎的汽车钢、15％重新熔化的返回钢、10％的混合切削物、20％的铸铁屑、5％的马口铁板/桶和10％的低镉混合切削物。进料混合物计算的合金组份为：9％的硅、1.5％的碳、0.4％的镁、0.18％的镉、0.09％的镍、0.19％的铜、0.14％的硫、0.03％的磷和0.02％的锡，其余为铁，其中百分比为重量百分比。
从炉中排出的预定的产品铁合金的含量为：87.87％的铁、1.5％的碳和9.01％的硅，其余为杂质，全部为重量比。计算的能量消耗为每吨铁合金1370千瓦时。
                      例15
计算机模拟操作包括将含有2000磅废铁、100磅木片、35磅煤和55磅石英石的进料装入预定生产率为每小时80.922吨合金的交流沉浸电弧炉中。炉子选择的功率是50000千瓦。输入的废铁的构成为：40％的破碎的汽车钢、15％的重新熔化的返回钢、10％混合的钢切削物、20％的铸铁屑、5％的马口铁板/桶和10％的低镉混合切削物。模拟的进料混合物的合金组份为：2％的硅、2％的碳、0.40％的镁、0.10％的镉、0.15％的镍、0.15％的铜、0.01％的硫、0.05％的磷和0.03％的锡，其余为铁，其中百分比为重量百分比。
从炉中排出的预定的产品铁合金的含量为：94.52％的铁、2.05％的硅、2.00％的碳，其余为杂质。计算的能量消耗为每吨铁合金600千瓦时。
为了说明本发明已经示出了若干实施例，对于本专业技术人员来说应该理解，在不超过所附权利要求限定的本发明的范围内可进行各种变化和修改。

Claims (33)

1.一种生产铸铁的方法，包括下列步骤：
将装填料输入到沉浸电弧炉内电极的周围，上述装填料包括铁源混合物，硅源和含碳的还原剂，上述铁源包括废铁或钢。
向上述电极供给电能以在电极之间产生电弧，和
用电极之间的电弧加热炉中的废铁或钢、硅源和含碳还原剂，以熔化废铁或钢并生产铸铁。
2.按照权利要求1的方法，包括连续送入装填料和连续从炉中排出熔化的铸铁。
3.按照权利要求1的方法，还包括熔化废铁或钢，并生产碳重量含量约0.01～4.5％的铸铁。
4.按照权利要求1的方法，包括熔化废铁或钢，并生产硅重量含量约0.05～9.5％的铸铁。
5.按照权利要求1的方法，其中硅源基本是纯石英石或砂子。
6.按照权利要求1的方法，其含碳的还原剂从由木片、炭、炭煤、石油焦炭、沥青焦炭及它们的混合物构成的一组中选出。
7.按照权利要求1的方法，包括熔化废铁或钢，并在基本没有炉渣的情况下生产铸铁。
8.按照权利要求1的方法，其中铁源包括至少50％重量的废铁或钢。
9.按照权利要求1的方法，其中铁源包括至少90％重量的废铁或钢。
10.按照权利要求1的方法，其中装填料包括约0.01～20％以废铁或钢的重量为基础的硅石作硅源。
11.按照权利要求1的方法，其中装填料包括约5.0％重量的以装填料中铁的重量为基础的上述含碳还原剂。
12.按照权利要求1的方法，其中该方法是在不具有焦炭作装填材料的情况下进行的。
13.按照权利要求1的方法，其中上述沉浸电弧炉是交流沉浸电弧炉，它至少具有两个分开的电极，每个电极具有一个下端部，上述方法包括：将上述电极沉浸在上述装填料内，上述端部放在炉中熔化金属池的上方，在上述池的上方产生电弧区。
14.按照权利要求13的方法，包括将上述电极的上述端部沉浸到上述装填料中至少2英尺。
15.按照权利要求13的方法，包括将上述电极沉浸到上述装填料中，其中上述电极的端部离熔化的金属池约1英尺。
16.按照权利要求1的方法，其中上述炉子包括至少一个电极，上述方法包括将约100V的电位加到上述至少一个的电极上。
17.按照权利要求1的方法，其中硅源是硅石，该方法还包括：
在具有含碳还原剂的情况下熔化上述硅石以生产硅，和
生产的铸铁的硅的重量含量约为0.05～9.5％。
18.按照权利要求1的方法，其中上述沉浸电弧炉是等离子体沉浸电弧炉。
19.按照权利要求1的方法，还包括：
熔化废铁或钢以生产碳的重量含量约为2～4％的铸铁。
20.按照权利要求1的方法，还包括：
熔化废铁或钢以生产硅的重量含量约为0.5～4.0％的铸铁。
21.按照权利要求1的方法，还包括：
在上述炉温在2100°F和3200°F之间的炉中熔化铁源。
22.一种连续生产铸铁的方法，包括下列步骤：连续地将含有废铁或钢、硅源和含碳还原剂的混合物组成的装填料输入沉浸炉中的电极周围，
给电极供给电能以在电极之间产生电弧，和
由电极之间的电弧熔化上述废铁或钢，同时在具有上述含碳还原剂的情况下熔化上述硅石源以产生硅，并生产硅重量含量约为0.05～9.5％、碳重量含量约0.01～4.5％基本无炉渣的铸铁。
23.按照权利要求22的方法，其中废铁或钢的颗粒尺寸约少于60厘米。
24.按照权利要求22的方法，其中废铁或钢的颗粒尺寸约少于0.5厘米。
25.按照权利要求22的方法，其中装填料包含以上述装填料基本不含铁矿石和硅铁。
26.按照权利要求22的方法，其中装填料包含至少约5.0％以上述装填料中的铁的重量为基础的木片。
27.按照权利要求22的方法，其中硅石源基本上是纯石英石。
28.按照权利要求22的方法，其中铸铁的硅含量约为0.25～30％的重量含量。
29.按照权利要求22的方法，其中铸铁的硅含量约为2.0％的重量含量。
30.按照权利要求22的方法，包括将上述装填料在基本没有焦炭的情况下输入上述炉子。
31.按照权利要求22的方法，其中含碳还原剂是从炭煤、木片、煤、焦炭和它们的混合构成的组合中选出的。
32.按照权利要求22的方法，其中废铁或钢包含至少90％重量的铁。
33.按照权利要求22的方法，包括炉子在其炉内温度约为2100°F和3200°F之间的情况下工作。
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