CN1813073A - 生产合金熔融金属的方法和相关的生产设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在多个反应容器中在多个同步的方法步骤中生产熔融金属尤其是用于具有Cr或Cr和Ni合金元素的钢或铁合金的熔融钢水的方法和生产设备。为了降低生产成本并且使每批熔融金属的生产时间与下游连铸设备的循环时间同步，本发明提出：在第一方法步骤中，将合金添加剂载体导入进基础熔体中，并且通过加入还原剂、再循环熔渣和/或造渣剂和载能体，在使用载氧体进行熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用下使合金添加剂载体熔融并且高度还原，由此生产出第一预合金熔体；在第二步骤中，将合金添加剂载体优选为Cr载体并且适当的话还有基础熔体导入进第一预合金熔体中，并且通过添加还原剂、造渣剂和矿物载能体，从而在采用载氧体进行熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用下使合金添加剂载体优选为Cr载体熔融并且高度还原，由此产生出第二预合金熔体；并且在第三方法步骤中，将合金添加剂尤其是铁合金并且适当的话还有基础熔体加入到第二预合金熔体中，加入造渣剂，并且通过采用载氧体进行的熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用进行脱碳过程，由此生产出具有预定化学分析和温度的合金熔体。

Description

生产合金熔融金属的方法和相关的生产设备
技术领域
本发明涉及在多个连续并且同步的方法步骤中生产铁基合金熔融金属的方法，该金属优选包含Cr或Ni和Cr，并且涉及一种用于实施该方法的生产设备。
背景技术
具体地说，本发明涉及一种生产Cr合金或Cr和Ni合金熔融金属尤其是熔融钢水以便生产多种类型的铁素体或奥氏体钢或其它熔融金属例如铁合金(FeCr，FeMn，FeNi)的多步骤方法，该方法特别节约成本并且由于粉尘和熔渣可以循环利用所以对环境友好。
在生产含Cr或含Cr和Ni的熔融金属中，不仅铬和镍矿石而且还有市售的合金材料例如铬铁、镍铁、Ni氧化物、氢氧化镍、粉尘和熔渣以及其它废料可以用作Cr和Ni的原料。传统的不锈钢生产包括在电弧炉中将未合金化和合金化废金属尤其是昂贵的铁合金熔融并且在转炉中精炼和精制合金化并且还原(US5514331A)。最通常生产的SUS304奥氏体不锈钢板坯的75％生产成本为合金材料Cr和Ni的成本，并且当前大约为每吨板坯630欧元。在高基础价格的情况下，Cr和Ni在原材料市场上受到很大的价格波动，因此对生产高级钢的生产成本上具有显著影响。
因此，显然要进行研究，从而能够尽可能减少非常昂贵的铁合金和金属镍的使用。如果大大避免了从Cr和Ni矿石或Ni氢氧化物中单独生产液态、固化、粉碎的铁合金并且这些Cr和Ni载体在钢生产中直接还原并且因此用于成本节约的熔体合金化的话，则这是可能的。
除了通过其氧化物和氢氧化物代替铁合金之外，在Cr合金或Cr和Ni合金钢水生产中，还需要使废料例如含Cr或含Cr和Ni粉尘和/或熔渣还有其它残余材料返回到钢水生产过程中，并且因此在不出现环境问题并且成本较低的情况下重新调整它们。
虽然Cr和Ni矿石的直接使用以及因此还原矿石的必要过程明显延长了生产过程并且需要更多的能量，但是它降低了生产整个合金熔融金属的总成本。
已知在按照生产顺序一个接一个的多个冶金容器中按照多步骤方法生产含铬或含铬和镍熔融金属。这些冶金容器可以通过熔炼设备例如具有用于熔体处理的附加装置的电炉或者具有顶吹和底吹装置的转炉容器或者各种冶金容器的混合布置形成。
EP384397A已经披露了一种用于生产含Cr和Ni的熔融金属尤其是用于不锈钢的熔融钢水的多步骤方法，Ni矿石在第一方法步骤中在钢基熔体中熔融还原并且在第二方法步骤中将Cr矿石送入到在第一方法步骤中产生出的含Ni熔融金属中并且熔融还原。熔融还原过程在熔炼还原炉中进行，该炉子按照喷吹转炉的方式形成并且配备有用于吹入用来脱碳和后燃烧的氧的氧气顶吹喷嘴以及用于在各个方法步骤中引入净化气体(惰性气体)的底部净化元件。另外，该方法包括脱磷过程和脱硫过程以及随后的脱碳过程。该方法利用廉价矿石作为原材料通过用于镍矿石的上游熔融还原过程只能克服由在镍矿石中的Ni含量较低引起的缺点，以及不可避免的伴随着出现的熔渣的高发生率和高能量要求。矿石的高比例和高碳要求需要额外的脱磷步骤。另外，在含Cr和Ni的熔融金属的脱碳过程期间存在高度铬氧化并且因此铬结渣的严重问题，因为由正常量惰性气体从熔池底下吹进无氧容器中引起的熔池搅拌太低以致于不能实现低C含量和低铬结渣。在用于产生所需熔池搅拌的非常高的惰性气体量的情况中，许多金属和熔渣喷溅物从转炉中排出，这是由于惰性气体没有和氧一样溶解在容器中而是主要在熔融温度下膨胀，并且集中在有限区域中，使得熔体和熔渣借助导入元件进入转炉的气体空间并且进入转炉烟道，从而夹带着金属和熔渣颗粒。
在熔融还原只具有1.5至2.5％Ni的Ni矿石时出现的大量熔渣需要频繁地进行熔体除渣，并且因此出现材料损耗并且尤其出现喷吹过程中断，这造成明显的生产率降低。
AT-B403293披露了一种用于在两个电弧炉中生产合金熔融金属优选生产不锈钢的双步骤方法，在第一生产步骤中通过提供电能在第一电弧炉中使铁载体尤其是废金属熔融并且进行脱磷，并且在第二生产步骤中在将熔体即时的从第一电弧炉转移到所述第二电弧炉中之后在第二电弧炉中进行合金化调整。在该情况中，优选通过中空电极将可能混合有还原剂和焦炭的少量铬矿石、镍氧化物引入到熔融金属中。但是，该方法主要在经济方面不利，因为适用于所要实现的所期望的合金化的合金废金属通常不能连续获得足够量，所要还原的铬矿石和镍矿石的量还有生产率较低，并且电能通常较贵。另外，还有熔池搅拌并且因此含C熔体和熔渣的混合不足以实现在熔体中低C含量下的低Cr氧化。
虽然生产合金熔融金属的这些已知方法考虑了用于进行该方法所遵循的方式的冶金条件，但是它们忽略了由从钢水生产直到挤出中间产品的连续生产顺序而引起的并且因为由于出现含氧化铬粉尘和熔渣以及其它废料而导致的环保原因而导致的边界条件。它们不能在生产一批准备用于铸造的合金熔融金属中的循环频率和在连铸设备上在顺序铸造中的循环频率之间实现同步，并且因此最终不能实现在时间和数量上满足连铸设备的供应要求的生产熔融钢水的方法。
全球对不锈钢的需求快速增长，并且由于商业原因以及该需求，生产设备变得日益庞大，从而具有最优同步循环时间的高生产率、成本效率以及环境问题的解决非常重要。
EP877823B披露了一种用于生产不锈钢的双股(two-strand)方法，在该方法中通过在每隔80至120分钟之后分别从生产容器中提供准备用于铸造的熔融钢水炉料从而允许在连铸设备上进行40至60分钟的预定装料时间。熔融钢水的生产在该情况中在两个冶金容器中进行，这些冶金容器彼此相邻设置，如果需要的话生产出相同等级的钢，并且按照以下方式在转动站中配备有用于提供电能的电极和用于提供氧气的吹枪，从而这两个冶金容器可以交替地由它们服务。对于废金属熔融以及熔融其它铁载体而言，采用该冶金容器作为电弧炉。在到达1500至1600℃之后，将这些电极旋转出，并且将吹枪转入，并且该冶金容器进一步作为喷吹转炉操作。在连铸设备上与铸造顺序同步地进行操作模式变化。但是，这里没有从工艺学观点提出用于导入并且还原氧化铬和/或氧化镍或氢氧化镍同时具有适当的熔池搅拌并且Cr结渣较低的成本节约的解决方案。而且，这里对熔体和熔渣的混合也不是最佳的。
发明内容
因此，本发明的目的在于避免已知现有技术的缺点并且提出一种用于生产合金化熔融金属的方法和设备，其中一方面降低了生产成本同时保持较高的熔融金属品质，并且另一方面批量的生产时问与下游连铸设备的循环时间同步。本发明的另一个目的在于，按照环境友好的方式使废料例如含Cr或含Cr和Ni的粉尘和熔渣返回到生产过程中，并且从这些废料中回收有价值的铬或铬和镍，同时不会降低该方法的生产率。
本发明的另一个优点在于，由于成本的原因，可以在最小可能的每批重量情况下(熔融金属吨数/方法步骤)实现高生产率。
该目的按照本发明的方法实现，该方法包括多个连续并且同步的方法步骤，其中：
在第一方法步骤中，将合金添加剂载体导入进基础熔体中，并且通过加入还原剂、再循环熔渣和/或造渣剂和载能体，在使用至少一种载氧体进行熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用下使合金添加剂载体熔融并且高度还原，由此生产出第一预合金熔体；
在第二步骤中，将合金添加剂载体优选为Cr载体并且适当的话还有基础熔体导入进第一预合金熔体中，并且通过添加还原剂、造渣剂和矿物载能体，从而在采用载氧体进行熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用下使合金添加剂载体优选为Cr载体熔融并且高度还原，由此产生出第二预合金熔体；并且
在第三方法步骤中，将合金添加剂尤其是铁合金并且适当的话还有基础熔体加入到第二预合金熔体中，加入造渣剂，并且通过采用载氧体进行的熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用进行脱碳过程，由此调整出具有预定化学分析和温度的合金熔体。
合金添加剂载体、还原剂、造渣剂、载能体、载氧体、Cr载体和金属载体的使用一直被理解为指的是，所使用的这些载体或添加剂是由所规定用于它们的材料的至少一种形成。它们可以按照任意所要求的比例混合并且可以由适用于相应的所期望用途但是在本申请中没有清楚规定的载体或添加剂补充或代替。
可以使合金熔体的所调整的化学分析和温度最佳地与在VOD设备中对熔体进行的进一步处理匹配或者已经具有与准备用于在连铸设备上铸造的液态钢水对应的化学分析和温度。当然，也可以在连铸设备上进行铸造之前在钢水包处理站上将这种熔体设定到所要求的化学分析和温度。
根据本发明提出的这三个方法步骤的每一个在单独的反应容器中进行，第一和第二预合金熔体在其完成之后倒空进随后的反应容器中，用于在各个方法步骤中生产预合金和合金熔体的原料(例如基础熔体、合金添加剂载体，例如Cr和Ni载体)的定量装料与在各个方法步骤中的基本上相同的生产时间同步并且与在顺序铸造中的铸造时间同步地进行。还原剂、造渣剂和载能体的定量装料按照与预合金和合金熔体的冶金生产条件匹配的方式进行。
在第一方法步骤中，将经过脱硫和基本上脱磷的铁基熔融金属作为基础熔体导入进反应容器中并且形成一金属熔池，该熔池在喷吹含氧气体的熔池下方喷嘴和添加矿物能量(通常为焦炭或焦炭和煤粉或仅仅煤粉)的顶吹喷枪的帮助下提供用于将最大能量传递给熔体和装料的有利的初始条件。
在第一方法步骤中，铬矿石、含Cr粉尘、熔渣(优选来自第三方法步骤)、合金废金属和煤渣以及氧化物和/或氢氧化物合金添加剂、镍矿石、氧化镍、烧结镍、氢氧化镍、含Cr和Ni的废金属以及其它废金属被考虑作为合金添加剂载体，由此提高了第一方法步骤的成本效率，另外来自燃煤发电站的飞灰、来自垃圾焚化站的灰尘、撕碎机下废料、干燥的酸洗泥浆等也被考虑。
在第一和第二方法步骤中，加入以氧化Cr载体形式的Cr尤其是具有例如45wt％的Cr2O3的廉价铬矿石。另外或者可选的是，也可以采用以固态、液态或高温形式的回收含Cr材料例如粉尘或熔渣以及其它含铬残渣和废料。
在生产具有Cr和Ni合金元素的钢中添加Ni通常直到第三方法步骤才进行，因为这样可以使由在喷吹和熔体转移期间的粉尘和金属损耗所引起的损失保持较小。
尤其在第一和第二方法步骤中，碳载体作为还原剂和载能体被导入，并且可以由以下材料中的一种或多种形成：无烟煤、硬煤、其它类型的煤、焦炭、褐煤焦炭、石油焦炭、石墨，这些材料在所有情况下都以团块形式或者以粉末或压块形式；液态或气态碳氢化合物，例如原油、燃料油、热原焦油、炼油厂残渣、重油、天然气、丙烷、丁烷等；例如来自FeNi生产的含C废料，例如以压实体或有机轻馏分形式的生物质和塑料。
在第一方法步骤中，矿物载能体和电能被考虑作为载能体。为此，用于进行第一方法步骤的反应容器可以由转炉以及具有喷吹装置的电弧炉形成。在第二方法步骤中，矿物载能体优选专门用于产生必要的能量，并且第三方法步骤优选自热地进行，或者同时只是引入少量能量。可以将矿物载能体加入到粉尘中以便实现更好的流化。
可以采用O2或热空气或者如果适当的话这两者作为载氧体。
主要采用生石灰、白云石、氟石、石英砂、铸造型砂、泥灰土、废玻璃、灰分、废料、工业废料、铁矾土等作为造渣剂。也可以将颗粒细小的造渣剂加入到粉尘或矿物燃料中，尤其用于实现更好的流化。相应的载体气体在该情况中必须满足冶金和安全要求。
这些造渣剂用于造渣但是也可以用于熔渣改性，以便可以将它们最佳地用于其它目的(例如，在水泥工业中，在道路建筑中等)。
根据可用性，在这些方法步骤的一个或多个中加入预定量的废金属尤其是具有Cr或Cr和Ni合金元素的废钢并且如果适当的话其它金属载体。在废金属装填量与铬矿石和还原剂的装填量之间存在相互关系，为了确保在各个方法阶段中具有大致相同的生产时间，这里要总是在各个方法阶段中的装填量之间进行定量平衡。
其它金属载体例如可以包括钢屑、固态生铁或者铁合金和纯Ni。
为了尽可能高效率地在生产过程中进行能量导入，优选至少在第一和第二方法步骤中通过氧气或含O2气体(例如，富氧热空气)顶吹进行CO+H2后燃烧，并且这种CO+H2后燃烧在第三方法步骤中优选专门用氧气来进行。在第一和第二方法步骤中，大量粉尘、熔渣和Cr矿石以及废金属被熔化，同时导入碳和氧载体，并且对Cr矿石进行还原过程。由此产生出大量不完全燃烧的含有CO+H2的废气。在该方法步骤中，优选通过在熔渣层上方吹入热空气流来对这些气体进行后燃烧。该能量传递到熔渣中，并且通过强烈的熔池搅拌明显增加熔融金属，该熔池搅拌通过同时进行熔池下方喷吹优选进行底吹来实现，该喷吹优选采用受到气态碳氢化合物永久保护的喷嘴(KMS-S喷嘴)来进行。通过使用用于顶吹的热空气喷嘴和专门的熔池下方/底部喷嘴，可以实现大约60％的后燃烧率和接近90％的给熔体和熔渣的热传递。例如将氧气用于后燃烧能够生产出可以用作燃烧气体的废气，该气体在除尘之后输送给气体蓄积器。但是仅当根据公式
( CO 2 + H 2 O ) · 100 CO + C O 2 + H 2 + H 2 O 的后燃烧率明显保持低于60％，才能获得如作为燃烧气体一样投入到其它有意义的用途中的废气以及因此相应的高废气剩余。
为了进行CO+H2后燃烧，如果要将废气投入到其它用途，则在熔渣熔池上方采用氧气后燃烧喷枪或至少一个喷枪相对于熔渣熔池垂直或倾斜地将氧气射流连续或间歇地喷吹进上升气体中，从而将这些吸入并且使它们部分进行CO2和H2O后燃烧。该后燃烧率在10％和大约35％之间。通过连续或间歇地进行热空气顶吹，后燃烧率优选在30％至70％之间。
但是，对于方法的成本有效性而言，不仅后燃烧率还有向熔体的热传递也是特别重要的。由于利用O2进行熔池下方喷吹，这使得能够以CO作为“发动机”进行充分的熔池搅拌，高达90％的由后燃烧所释放的能量被传递给熔体和熔渣。这对于利用O2顶吹进行的后燃烧以及具有更高后燃烧率的热空气顶吹均是适用的。
在根据本发明的这种钢水生产方法的情况中，使用如在WO00/12767中所述的多功能喷枪作为喷枪已经证实是有利的。其多环形通道结构使得该多功能喷枪可以用在该生产过程的多个方法步骤中。
在优选在组合喷吹脱碳转炉(K-OBM-S转炉)中进行的第三方法阶段中，熔体的最终合金化和脱碳基本上在基本自热过程中进行。
如果可以得到廉价的镍载体例如其Ni含量大约为40％的氢氧化镍、烧结镍、氧化镍等，则它们优选在第三方法阶段中在熔池下方吹入或者在熔体的碳含量仍然较高的情况下从上方通过重力或者通过顶吹以团块(小球、坯块等)形式加入。因此，生产率不会降低，并且减少了由于粉尘排放、溅射、在熔渣中的金属液滴和倒空损失而导致的镍损失。在第一和第二方法阶段中导入全部镍量将必然伴随着额外的不能承受的镍损失。
如果处理最大量的Cr氧化物、熔渣、粉尘和废金属，则第三方法步骤所需的时间比第一和第二方法步骤少得多。为了使在第三方法步骤中的生产时间与在第一和第二方法步骤中的生产时间大致对应，并且为了降低投资成本，可以将在第二方法步骤中生产出的第二预合金熔体分成至少两个分量，并且每个分量在第三方法步骤中在所有情况中可以补充以基础熔体。加入合金添加剂，这些添加剂根据所生产出的钢等级包含有Cr或Cr和Ni。还加入造渣剂，并且通过采用载氧体进行的熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用进行脱碳过程，并且调整出具有预定化学分析和温度的合金熔体。
对于熔融操作、还原过程、能量导入和脱碳操作的本发明顺序而言，在所有方法阶段中用载氧体进行顶吹操作。在第一和第二方法步骤中，单独用氧气、或者用以特定混合比的氧气和氮气的混合物或者用热空气或者用富氧热空气进行顶吹。在第三方法步骤中，顶吹用氧气或氧气和惰性气体的混合物进行，该混合物也可以包含燃烧气体例如CO2和H2O。
在生产高Cr含量和/或高Ni或Mn含量的熔融金属中，如在铁合金(Cr含量＞30wt％，Ni含量＞13wt％，Mn含量＞30wt％)的情况中所出现的一样，优选的是在第三方法步骤中顶吹至少部分采用热空气进行。在第一和第二方法步骤中，在铁合金生产中的顶吹优选用热空气或者用富氧热空气进行。
如果废气要投入到其它用途中，则由水冷喷枪施加的氧气优选被考虑作为在所有方法步骤中用于顶吹的喷吹介质。为了实现煤消耗量明显减少，优选使之减少一半以上，优选应该至少在第一方法步骤或第一和第二方法步骤中采用热空气或富氧热空气。
不论何时作为例外根据一变型例如采用相当多的镍矿石或含镍废料并且因此大量熔渣被熔融，这也是特别重要的，从而导致高能量需求。在这个第一方法步骤(没有铬合金化或铬矿石析出)下游提供的熔体的脱磷也需要在第一预合金熔体的生产中额外提供能量，因为该脱磷造成熔体的温度损失相当大。
如果来自第二方法步骤的废气没有导致相应的废气剩余，或者由于冶金原因，可以用热空气或富氧热空气进行顶吹。
在第三方法步骤中，顶吹优选用氧气进行，或者在熔体中的C含量较低的情况中用氧气和惰性气体进行，以便通过吹入氧气或氧气和惰性气体的混合物进一步降低铬结渣而不管良好的强烈熔池搅拌。
如果在第一和/或第二方法步骤中用间歇供应的O2、用O2和惰性气体或热空气或者用富O2热空气进行顶吹，则可以实现后燃烧率的提高和稳定性。
由此在通过混入具有氧气的氮气并且与脱碳相比重新抑制铬造渣，从而在降低熔体的C含量的情况中在第三方法步骤中改善了熔渣和含碳熔体的密切混合。但是，这也可以借助多功能喷枪实现。来自喷嘴的主氧气射流在该情况由在燃烧器中产生出的并且在吹氧装置中迅速流动的热空气包围。这种气体射流与正常的Laval O2射流相比在相对很大的距离上实现了其高流速，并且熔渣更强烈地与熔体混合。与用正常Laval O2射流(例如速度为Mach2.2)相比，这同样导致较低的Cr造渣。
因此，根据多个边界条件例如在现有生产设备的情况中的可用性、除尘设备的尺寸和废气和装料的利用，顶吹考虑了总共有一系列变型。可能的变型列在表I中并且在根据本发明的方法的保护范围内可以针对各个情况进行改变。所列出的方法变型有助于实现本发明的目的，在表中以黑体字“○”印刷的圆圈表示在相应方法步骤中的基本变型。
如果顶吹用氧气进行，则在第一和第二方法步骤中的具体喷吹速度为整体喷吹速度的25％至90％，优选为整体喷吹速度的大约80％，整体喷吹速度设定为2.0至6.0Nm3/t.min，优选大约为3.8Nm3/t.min。
如果用热空气代替氧气进行顶吹，则喷吹速度大约高出在用氧气进行顶吹的情况中的1.5至5倍。
表I：顶吹：在方法步骤1至3中的喷吹类型和介质
  喷吹类型  介质  方法步骤1  方法步骤2  方法步骤3
  顶吹  O2  (○)  ○  ○
 O2+惰性气体  (○)  (○)  ○
 热空气  O  (○)***)  ((○))
 热空气+O2  O  (○)***)  ((○))
 O2+粉尘****)  (○)  (○)  ((○))
 C载体**)  (○))  ((○))  ((○))
 生石灰粉尘  ((○))  ((○))  ((○))
 Cr矿石**)  ○  (○)  ((○))
 Cr矿石+粗粉尘*)  (○)  ○   ((○))
 Cr矿石+Ni载体  (○)  (○)  ((○))
○基本变型
(○)选择
((○))相当少见
*)例如通过单独喷枪(喷吹或重力输送)
**)C载体或在与Cr矿石、Ni载体、灰尘的混合物中
***)如果不能使用废气则变为基本变型
****)如果粉尘不包含任何金属颗粒，否则用惰性气体对粉尘进行顶吹
作为一特别优选的实施方案，熔池下方喷吹包括通过在相应使用的反应容器的底部中的底部喷嘴进行底吹。
为了使得熔池下方喷吹满足在各个方法阶段中在熔融金属生产中的变化要求，优选的是，在第一方法步骤以及如果合适的话还有第二方法步骤中进行熔池下方喷吹包括以下措施中的一个或多个：
a)用以下气体进行熔池下方喷吹，以便进行CO形成，在后燃烧中的热传递，能量导入以及尤其是熔池搅拌，熔体和熔渣的混合，并且如果合适的话切碎废金属和金属载体：
·O2或O2和惰性气体例如优选为N2的混合气体；或者
·在连续步骤中O2以及O2和惰性气体的混合气体；或者
·氧气和水蒸汽的混合气体；或者
·氧气和CO2的混合物
b)通过熔池下方喷嘴供应载能体和还原剂
c)吹入粉尘例如再循环冶金材料、转炉和电路粉尘、从铁合金生产中产生出的粉尘、灰尘、颗粒细小的铁合金或Al；
d)吹入作为合金添加剂载体的用于处理的含Fe、Cr和Ni的粉尘；
e)分别用氧气作为载气吹入造渣剂，例如生石灰、SiO2、氟石、铁矾土、砂子，只要熔体的Cr含量大约低于10wt％，或者用惰性气体作为载气；
f)吹入下述的至少一种材料：Cr矿石、Mn矿石、Ni矿石、Ni氧化物、氢氧化镍、粉尘、灰分、煤渣、磨屑、砂子、受污染的建筑碎石、家庭或工业废物、废料，作为合金添加剂载体和/或造渣剂。
在吹入合金添加剂载体(Cr矿石、Mn矿石、Ni矿石、Ni氧化物、烧结镍、氢氧化镍)时，必须允许局部降低喷嘴上游的熔体的温度。
除了底吹之外或者作为其一个替换，可以从上方以团块的形式将用于熔融装入料、过加热熔体的一种或多种载能体以及用于氧化物还原过程的还原剂提供进反应容器。同样，除了熔池下方喷吹之外或作为其一个替换，可以从上方将造渣剂和合金材料提供进反应容器，提供到熔体之上或之中。这里用喷枪以粉尘形式或以细小颗粒形式或者通过装料或通过从架空料斗定量添加以团块形式进行导入。
另外，可以将粉尘和其它细小颗粒材料例如再循环冶金材料、转炉和电炉粉尘、从铁合金生产中得到的粉尘、灰分、颗粒细小的铁合金或Al以及含Fe、Cr和Ni的粉尘转变成团块形式，并且以这种团块形式提供给熔体或熔渣。转变成团块形式在这里优选通过压块或造粒来实现。
具体的熔池下方喷吹速度大约为0.25至3.5Nm3/t.min。如果熔池下方喷吹只是用氧气进行，则优选的底吹速度大约为0.4至1.5Nm3/t.min。
在该第二方法步骤期间，熔池下方喷吹基本上能够进行充分的CO形成、能量导入以及尤其是熔池搅拌，并且因此实现将在后燃烧中释放出的能量最佳地传递给熔体以及熔体和熔渣的混合。总之，这与高后燃烧率一起能够实现最高可能的将能量导入进金属熔池并且显著节约原始能量。为此，通过熔池下方喷嘴将以下气体导入：
·O2或O2和惰性气体例如优选为N2的混合气体；或者
·在连续步骤中O2以及O2和惰性气体以一定混合比例的混合气体；或者
·氧气和水蒸汽的混合气体；或者
·氧气和CO2的混合物。
另外，除了该生产过程之外或作为其替换，最好通过熔池下方喷嘴提供液态或气态还原剂。另外，除了该生产过程之外或作为其替换，最好与在第一方法步骤中一样进行熔池下方喷吹。
在第三方法步骤中，在连续步骤中用O2和O2和惰性气体的混合气体并且如果适当的话改变混合比来进行熔池下方喷吹，以便进行CO形成、CO局部压力降低、在后燃烧中的热传递、熔池搅拌和脱碳。O2和惰性气体的混合比在这里根据熔体的C含量并且还可能根据温度来设定。
在第三方法步骤中，在熔体中的C含量大于1.0wt％C的情况下通过熔池下方喷吹利用气体载体将颗粒细小的Ni载体直接导入进熔体中或者使之与还原剂混合，该载体气体优选由惰性气体或惰性气体和少量氧气的混合气体构成。如果它们不是从上方添加，则优选通过受到保护以避免磨损的熔池下方喷嘴的中央喷管将固态材料吹入。氧化镍、烧结镍、氢氧化镍、从FeNi生产中得到的废料等被考虑作为Ni载体。这些Ni载体也可以成团块包括成形的小球和团块形式装填进金属熔池，或者用专门形成的吹枪吹入到熔渣层或熔体中。
为了满足这种广泛的要求，采用熔池下方喷嘴，它具有至少一个中央喷嘴(喷管)和环形间隙或者多个用于让装入料从中穿过的同心环形通道。利用载体气体优选为氮气、氧气、氩气、天然气或气体混合物通过该熔池下方喷嘴导入以粉尘形式和以细小颗粒形式的装入料。
此外并且优选的是，在所有方法步骤中，通过熔池下方喷嘴将碳氢化合物例如优选CH4、C3H8、C4H10、其混合物、柴油、重油等作为喷嘴保护物吹入到熔体中以便实现其最优保护。这个吹入是通过一个或多个环形通道进行，这些环形通道包围着每个熔池下方喷嘴的中央射流。除了这些碳氢化合物之外或代替它们，可以将惰性气体、蒸汽、CO2、CO或其混合气体作为喷嘴保护气体吹入到熔体中。
根据该方法的特别优选的改进方案，优选通过对由熔体在喷嘴处发出并且通过熔池下方喷嘴到达评估装置的电磁波进行在线评估来在这些方法步骤中的喷吹操作期间确定出该熔体的温度和/或化学分析，并且根据该温度和/或化学分析在工艺模型中确定出用于熔池上方和熔池下方喷吹过程和用于添加合金添加剂、载能体、渗碳剂和脱碳剂等的调整点。
对于熔池下方喷吹尤其是底吹的具体细节，可以在取决于许多边界条件的很多方法变型之间选择。这里必须考虑现有的生产设备和实际设备操作人员可以成本节约地使用的多种装料(合金添加剂、还原剂、载能体)和气体。可能的变型在下表II中列出并且可以在本发明的保护范围内针对具体情况进行改变。对于熔池下方喷吹过程而言，所列出的方法变型有助于实现该目的，在表中以黑体字“○”印刷的圆圈表示在相应方法步骤中的基本变型。
对于熔池下方喷吹而言，这里尤其对于优选的底吹而言，但是也对于侧面喷吹而言，采用优选由碳氢化合物或者由碳氢化合物和惰性气体的混合气体保护的多管喷嘴尤其是双管喷嘴。因此，在下表II中，针对各个方法步骤描述中央喷嘴喷出的介质还有在中央喷嘴和外喷嘴管-环形喷嘴之间的环形间隙喷嘴的环形间隙中喷出的介质。
表II：熔池下方喷吹/优选底吹：在方法步骤1至3中的喷吹类型和介质
  喷吹类型   介质  方法步骤1  方法步骤2  方法步骤3
  优选底吹   中央喷嘴
  O2  ○  ○  ○
  O2+惰性气体  (○)  (○)  ○
  惰性气体**)  ((○))  ((○))  (○)
  惰性气体+C载体(煤、焦炭...)***)  ○  (○)  ((○))
  惰性气体+C载体+氧化物  ((○))  ((○))  ((○))
  惰性气体+Cr矿石  (○)  (○)  ((○))
  惰性气体+细小粉尘、灰分、废物、煤渣***)  ○  (○)  ((○))
  惰性气体+Ni载体(镍矿石、NiO、Ni(COH)2、烧结材料等)  (○))  (○)  ○*)
  O2(惰性气体)+造渣剂例如CaO、Al2O3、SiO2、CaF2、MgO等  (○)  ((○))  ((○))
  环形间隙喷嘴
  碳氢化合物例如(CH4、C3H8、C4H10)  ○  ○  ○
  碳氢化合物+惰性气体或CO2或水蒸气  ○  ○  ○
  惰性气体**)  (○)  (○)  ((○))
○基本变型
(○)选择
((○))相当少见
*)从上方装入，或者与C载体混合或者以坯块、小球或团块形式加入
**)除了以下之外：装料、采样、温度测量、净化、倒空
***)C载体也可以从架空料斗以团块形式按照定量的方式装入，并且颗粒细小的材料例如粉尘、煤渣、Ni载体也可以从上方以坯块形式定量提供给熔体。
根据优选基于在各个方法步骤中的每批重量的要求、含Cr或含Cr和Ni的钢废料的可用量和在连铸设备上的铸造形式，在各个方法步骤中将由脱磷生铁构成的基础熔体导入进相应的反应容器中。由于其原料基础，该基础熔体可能已经包含有少量Cr和Ni，并且在各个方法阶段中在1220℃至1650℃的熔池温度下导入，从而有助于形成量平衡。用于根据本发明的生产过程的有利起始基础由具有以下组分的基础熔体形成：
2.0-4.7wt％的C，
＜1.0wt％的Mn，
＜0.025wt％的P，
＜0.03wt％的S
剩余为Fe和与过程相关的杂质。
所使用的用于基础熔体的生铁可以源自一般的高炉或来自HI熔炼设备或来自任意其它所期望的生铁源。
作为进行生产的“生铁生产”方式的可选方案，可以通过电能作用尤其在电弧炉中生产出基础熔体。这里根据所选的炉料可以熔炼出非合金基础熔体和特别预合金的基础熔体。
作为脱磷生铁的可选方案或者作为其一部分，还可以通过熔炼还原从铁镍合金生产的废料中形成基础熔体。由来自铁镍合金生产的废料构成的基础熔体的比例在该情况中可以为50％。可用量相对较大的来自铁镍合金生产的贮存废料包含有大约2wt％的以氧化镍形式的Ni组分。剩余物质为煤和熔渣。可以在布置在根据本发明的三个方法步骤上游的方法步骤中对这些废料进行熔炼还原，该上游方法步骤同时包括基础熔体，例如具有脱磷生铁的混合物。但是，优选也可以将来自铁镍合金生产的废料导入进第一方法步骤，也可以将更少比例的废料导入进第二或第三方法步骤中，并且能够在那里进行熔炼还原过程。
由于熔渣出现增加，所以这里必须特别考虑熔渣平衡。
为了优化成本效率，优选通过热空气顶吹使来自第三方法步骤的含有Cr2O3的未还原熔渣返回到第一方法步骤中，在那里用含C还原剂使之还原。含Cr熔渣的再循环使用能够降低在整个过程中的Cr损失并且尤其是明显增大FeSi消耗。通过避免在第三方法步骤最后熔渣过度还原(加入CaO、CaF2和FeSi)，从而可以提高所使用的反应容器的耐火炉衬的耐久性以及生产率。熔渣总量同样被降低并且完全或部分避免了在第一方法步骤中对造渣剂例如生石灰的需求。同样，一定量的熔渣在第二方法步骤中也受到处理。但是，只要不增大批量循环时间，则铬矿石量被降低。
如果采用氧气顶吹和气体回收来进行第一方法步骤，则熔渣返回被省去并且主要是循环利用粉尘。在氧气顶吹的变型的情况中，代替热空气，在第一方法步骤中更少的氧化铬被还原成铬，即为了获得同样的生产率必须装入更多的HCFeCr。尤其在该情况中，在第二方法步骤的最后几分钟喷吹时间尤其是最后5至10分钟喷吹时间中优选加入包含有2.0至4.5wt％Si的HCFeCr，因为来自HCFeCr的Si有助于将第二方法步骤的熔渣还原。在第三方法步骤中熔渣量降低。
尤其对于将熔渣用在水泥工业中而言，优选的是，在第一和/或第二方法步骤的最后几分钟喷吹时间尤其是最后5至10分钟喷吹时间中通过加入SiO2载体将熔渣碱性(CaO/SiO2)从2.0至2.5降低至大约1.4，并且将氧化铁和Al2O3载体的熔渣分析调整至水泥工业针对熔渣所需要的数值，这些熔渣用作熟料替代物或者作为在水泥生产中所额外包括的基质。
另外，根据该熔渣的另外所期望的用途，优选的是，在倒空熔融金属之后将第一和/或第二方法步骤的熔渣调节至所期望的分析和温度。
在第三方法步骤之后，如果合适的话，则优选基于VOD方法对合金熔体进行最终冶金钢水包处理，该方法包括对熔体进行精密脱碳、精密合金化、脱氮、还原、脱硫以及熔体温度调整和净化处理这些措施中的一项或多项。该VOD方法其优点在于，在真空处理Cr合金熔体中，用氧进行脱碳基本上在铬氧化之前进行，并且因此在少量熔渣的情况中即使该熔体的C含量较低时，也可以使铬损失和FeSi消耗保持非常低。脱碳步骤之后用FeSi、铝、生石灰和CaF2进行熔渣还原以从熔渣中回收氧化铬，并且同时使熔体的氧含量降低至最小。在该处理阶段期间，进行熔体的精密合金化和最终脱硫。第三方法步骤(K-OBM-S过程)与VOD处理的组合其优点在于，在反应容器中尤其在K-OBM-S转炉中可以在所有三个方法步骤中并且尤其在第三方法步骤中完全省去使用氩气。但是，如果没有在VOD设备中进行任何处理，则该熔体也可以在第三方法步骤中被精炼至所需的低C含量。然后，在熔体的C含量较低的情况下，根据该熔体的C含量用氧气和氩气的混合气体在底部喷嘴的中央喷管中进行精炼。
在各个方法步骤中装入的炉料尤其是基础熔体并且适当的话还有废金属、Cr矿石和其它合金添加剂的量按照这样一种方式确定，在各个方法步骤中实现与用于每批钢水的顺序连铸的所需循环时间对应的冶炼周期。同样，这些冶炼周期可以与其它进一步处理和进一步加工步骤(例如其它铸造过程)的循环周期同步。在连铸设备上的特定产品铸造速度和所期望的铸造方式在每单位时间内能够铸造的钢水量上具有显著影响，从而用在上游钢水生产过程中的量被适度改变。因此，优选的是，尤其在工艺控制水平上用来控制钢水生产过程的工艺模型包括下游铸造过程的参考值例如铸造速度和铸造方式或者在铁合金铸造中的循环时间，以便算出在各个方法阶段中导入的装料量。在钢水生产中，反过来决定所导入的氧气或热空气和煤粉量的铬矿石导入量是每单位时间生产的钢水量的决定性参数。除此之外，还有反应容器和喷枪的寿命、基础熔体的温度、所使用的粉尘、熔渣和废金属量等影响因素，这些因素都在这些工艺模型中加以考虑。
通过在生产线上前后相邻布置的多个反应容器来形成用于生产优选包含有Cr或Cr和Ni的合金熔融金属的钢水生产设备，每个反应容器在其总体结构中可以被考虑为任意所期望的冶金容器，只要允许进行尤其在表I和II中所规定的操作模式。按照这样一种方式使各个连续反应容器的容器的容量相互匹配，从而在生产循环中生产的准备用于铸造的合金熔融金属与下游连铸设备的铸造能力对应。适当地调整在各个反应容器中所使用的装料量，以便使冶金性能和生产时间在各个反应容器中尽可能一致。因此，根据本发明的钢水生产设备包括在生产线中一个接一个布置的反应容器和冶金装置：
·至少一个液态金属装填装置，用于将基础熔体输送给反应容器的至少一个，
·第一反应容器，它具有至少一个熔池下方喷吹装置和顶吹装置，
·第一倒空装置，用于将第一预合金熔体从第一反应容器直接转移到第二反应容器中，
·第二反应容器，它具有至少一个熔池下方喷吹装置和顶吹装置，
·第二倒空装置，用于将至少一部分第二预合金熔体从第二反应容器转移到第三反应容器中，
·第三反应容器，它具有一熔池下方喷吹装置和顶吹装置。
顶吹装置形成为用于顶吹O2的喷枪或者形成为热空气喷枪或者形成为每个喷嘴具有多个同心布置用于不同装料的流动通道的多功能喷枪。通常，除了传统的氧气喷枪之外，可以采用其它顶吹喷枪来导入其它粉末或颗粒细小的所需装入料。
第一和第二反应容器优选配备有其自身的喷枪，用来导入颗粒细小的合金添加剂载体，尤其是铬矿石，并且适当的话用于导入粗粉尘。除了用于吹入固态材料的设备之外，各个反应容器配备有相应的外围供应装置，例如架空料斗系统和气体调节站。
熔池下方喷吹装置由环形间隙喷嘴尤其是双管喷嘴形成，并且允许使用多种介质和颗粒细小的材料。熔池下方喷吹装置优选形成为底吹装置。
熔池下方喷吹装置优选包括一固体物质分配器，它优选布置在相应的反应容器上。从该固体物质分配器中利用载体气体将固体材料例如优选粉尘、煤和生石灰以细小颗粒形式送给熔池下方喷嘴并且吹入到熔体中。
如果该熔池下方喷嘴装置配备有用于在线测量熔体的温度和/或化学分析的测量装置，则该熔池下方喷吹装置能够有效地监测熔体的温度和/或化学分析。在优选用在所有方法步骤中的这种过程控制的情况中，测量值与熔渣量并且尤其是熔渣的稠度的无关性尤为有利。在本申请人的专利说明书/专利申请EP1016858B、EP868656B、WO02/48661和WO02/27301中描述了用于熔体的连续温度测量和化学分析的相应装置。没有通过配备用于在线测量温度和化学分析的熔池下方喷嘴吹入任何固体材料。
根据一优选实施方案，在第三反应容器下游布置有一VOD设备，用于精炼从第三反应容器送来的熔体。
优选的是，在生产线中在第三反应容器或VOD设备下游直接布置有由至少一个连铸设备形成的一钢水加工设备。该下游连铸设备优选配备有用于铸造具有板坯或薄板坯横截面的钢绞线的振动模具。但是，也可以采用设计为具有任意横截面形式或者必要时也可以为铸锭的任意类型的连铸设备。
如果第一反应容器由转炉容器优选由异热操作(allothermallyoperated)再循环转炉或者改进的电炉形成，第二反应容器由转炉容器优选为异热转炉(KMS-S转炉)形成并且第三反应容器由转炉优选为自热转炉(K-OBM-S转炉)形成，则可以获得对于实现钢水生产过程尤其有利的反应容器的选择。
改进的电炉应该理解为指的是具有用于矿石装填的附加装置并且具有用于各种喷吹操作的装置例如氧气喷枪、热空气喷枪、熔池下方喷嘴等的电炉。缩略语“KMS-S”表示“Kombiniertes MaxhütteStahlerzeugungsverfahren-stainless”[combined Maxhütte steel productionprocess-stainless]；缩略语“K-OBM-S”表示“Kombiniertes Oxygen-Bodenblasen Maxhütte Stahlerzeugungsverfahren-stainless”[combinedoxygen bottom-blowing Maxhütte steel production process-stainless]。
为了生产适用于所期望的用途的基础熔体，在第一反应容器上游布置有一另外反应容器，它形成为用于从脱磷生铁中生产基础熔体的脱磷装置。为了从尤其是来自铁镍合金生产的废料中生产基础熔体，该另外的反应容器形成为熔炼还原反应器。因为在来自铁镍合金生产的废料中的镍含量较低，所以设有用于引入大量能量的装置以便进行熔炼生产过程，但是进行该方法的这种方式能够成本节约地使用这些废料，这些废料以前几乎不使用并且由于环保原因必须重新调整。
这些装填操作和喷吹过程产生出相当多的粉尘，这会污染周围区域，因此各个反应容器优选配备有干操作除尘设备(静电过滤器)。除了大大避免了环境污染之外，有价值的材料被回收并且返回到生产过程中。
如果钢水生产设备和钢水加工设备处于覆盖了至少所用的反应容器和连铸设备的总体控制系统的控制下，则可以使得钢水生产设备和下游钢水加工设备之间的相互作用更加容易，该总体控制系统将各个过程计算机配备给钢水生产设备和钢水加工设备，并且调整钢水生产设备或者调节子过程模型的过程模型接收借助控制系统传送的下游钢水加工设备的参考值例如在连铸设备上的铸造速度和铸造方式，以便计算出在各个方法阶段中引入的装入料量，并且将装入料送入到这些反应容器中按照与所计算出的量对应的方式进行。
另外，该生产设备配备有等级1和等级2自动化设备、除尘和气体蓄积器设备以及熔渣输送和料斗系统等。
在这些操作设备上要以通常预定的时间间隔进行维修工作。在这些反应容器的情况中，要修补耐火炉衬或者重新铺砌炉衬。为此，必须从生产线上将该反应容器拆除几个小时，并且可能的话，用后备容器(转换的转炉容器)来继续进行操作。在这个可能性不存在的情况(反应容器固定)中，建议在更新工作期间将三个方法步骤分别分在相应剩下的两个反应容器之间进行。由于为所有三个方法阶段提供了基本上具有可以按照通用方式使用的顶吹和熔池下方喷吹装置的反应容器，所以将方法步骤部分转移到相应下游或上游反应容器原则上没有任何障碍。总之，对于相同每批重量而言生产时间更长，由此下游连铸设备的使用和生产率降低。但是，可以维持该生产过程。
如果例如通过固定的再循环转炉形成反应容器，并且因为耐火衬里的更新而暂时性的不能生产(例如4天)，第二反应容器接管了部分第一容器的生产。如果第二反应容器不可使用，再循环转炉接管部分这种生产。在异热(allothermal)的基础上操作两个转炉，从而可以具有灵活性。
如果由于更新耐火衬里而使得第三反应容器不可使用，再循环转炉接管了通常自热操作的第一容器的生产的一部分，在第二反应容器中进行再循环转炉的部分生产。
附图的简要说明
以下参考附图对非限制性示例实施方案的描述显示了本发明的其他优点和特征。其中
图1显示出一再循环转炉，示意性的显示了如第一方法步骤所提供的其根据本发明的用途的可能性。
图2显示出一KMS-S转炉，示意性的显示了如第二方法步骤所提供的其根据本发明的用途的可能性。
图3显示出一K-OBM-S转炉，示意性的显示了如第三方法步骤所提供的其根据本发明的用途的可能性。
图4显示出用于制造具有Cr和Ni合金元素的等级SUS304钢的第一示例性实施方案的概要。
图5显示了如示例性实施方案1所提供的在本发明的方法的情况下的Cr含量和装入料重量的关系曲线。
具体实施方式
图1-5均涉及本发明的主要变型，对所使用的各种原料用量所给出的数值、合金组成、熔融温度等涉及示例性实施方案1，以下将对其进行详细描述。
在图4中，将用于制造合金熔融金属的方法表示为其主要方法步骤和用于执行该方法所使用的反应容器的一个示意性概要。这种示意性表示包括用于制备基础熔体的生铁混合器，它将在三个方法步骤中以预定量进行混合。第一方法步骤是在再循环转炉中进行的，其中制造第一预合金熔体。第二方法步骤是在KMS-S转炉中进行的，其中在第一预合金熔体的基础上制造第二预合金熔体。第三方法步骤在K-OBM-S转炉中进行，其中在连续阶段中将分成两批的第二预合金熔体进行进一步的处理。在VOD设备中完成了具有特定化学分析和温度的所制造的合金熔体，并将其送至连续铸造过程，铸造成厚板坯。图4中每个方法步骤和阶段所给出的数值涉及等级为SUS304的批重为2×160吨的奥氏体Cr钢，它在连续铸造设备上通过连包连铸进行铸造。
在图1中，将第一方法步骤示意性地表示为各种炉料和它们的可能的引入方式。图2和图3以相似的方式显示了第二方法步骤和第三方法步骤，显示了在各方法步骤中使用的装入料和它们的可能的导入方式。
图5所表示的是在示例性实施方案1的三个方法步骤中分开基础熔体(187.8吨)，以及示例性实施方案1的第一方法步骤中利用热气顶吹的一种变型。图5也披露了通过还原铬氧化物，在第一方法步骤中使得铬含量从零变为所需的高水平，并且通过加入基础熔体，避免了它的明显增长并因此避免了铬损耗的增长。这种分阶段加入基础熔体，以及在第二方法步骤的最后进行分批，以使其可以以较小的单元实现非常高的产率，所述单元优选在一个循环顺序中彼此同步，并允许较少的投资成本。
为了制造代表铁合金的熔融金属，例如FeCr，可以通过在第二和第三方法步骤中的非合金基础熔体来免除Cr含量或者例如Mn、Ni等的其他合金元素的消耗，从而使得合金添加剂的含量变为所需的高水平。在FeNi的制造中，通过在熔融金属中将部分铁造渣的阶段，在第三方法步骤的结束时也可以提高Ni的富集，从而可以容易和可靠地设定所需的最终Ni含量。在第三方法步骤中可以将Cr和Mn合金大量脱碳，由此使得这些合金的市场价值大致翻倍。
示例性实施方案1
为了制备两批分别为160吨的用于等级SUS304铸造的液态钢，进行以下程序：
通过高炉方法制造187.8吨的生铁，并在生铁处理台进行脱硫和脱磷。脱磷的生铁形成基础熔体，用于分别在第一和第二方法步骤中制造预合金熔体和在第三方法步骤中形成具有预定的理想成分的合金熔体。基础熔体含有4.0wt％的C、0.1wt％的Cr、0.1wt％的Ni、＜0.01wt％的P，余量是铁和其他有关处理的杂质。基础熔体的操作温度是1280℃。
在第一方法步骤中，将在生产工作中产生和得到的合金废料(21吨的等级SUS304)，以及然后64.6吨的准备好的基础熔体加入到第一热反应容器中，该反应器是120吨的再循环转炉。通过喷吹煤粉，用氧气底吹和用热空气顶吹，将熔池温度增加至1550℃，熔体的C含量增加至5％重量比。从第三方法阶段再循环的12吨的未还原的K-OBM-S熔渣具有45％的Cr2O3和CaO等，它被以定量的方式加入到基础熔体中。然后喷吹含有Cr-和Ni-氧化物的细尘，并以定量的方式再加入12吨的未还原的K-OBM-S熔渣，以及通过单独的水冷的喷管加入铬矿砂，所述喷管通过转炉喷嘴插入到再循环转炉中。在通过用单独的喷嘴和供应管线组、定量系统和存储系统保持用氧和煤底吹的同时，进行这一切。从开始喷吹的时候，通过热空气喷枪以60％的后燃烧程度将预热至大约1200℃的热空气送风。为了减少废气量，通过加入O2提高热空气中的O2含量。将具有45wt％的Cr2O3的33.4吨的铬矿砂、具有45wt％的Cr2O3的24吨的熔渣、以及具有14.3wt％的Cr2O3+生石灰+煤的38吨的细尘处理为廉价的合金添加剂载体。在第一方法阶段中总共将31.1吨的无烟煤、19280Nm3的O2和145000Nm3的热空气喷吹入到转炉中。
在大约160分钟的装入料时间之后，获得了具有如下组成的1560℃的120吨的渗碳的第一预合金熔体：5.0wt％的C、20.3wt％的Cr、2.0wt％的Ni、余量为铁和其他有关处理的杂质。在喷吹结束的时候，不用Al2O3、SiO2等调节熔渣，用于特定的进一步处理。熔渣的Cr2O3的含量低于1.0wt％，并且可以利用。
在第二方法步骤中，通过倒空装置将120吨的第一预合金熔体与20吨的基础熔体一起排空，并加入到第二反应容器中，该反应容器由KMS-S转炉形成。通过O2的底吹和顶吹并且从上方的漏斗加入块煤，将混合熔体的温度提高至1560℃。然后，在用O2喷吹并加入无烟煤和生石灰的同时，通过单独的喷枪向熔渣和熔体加入铬矿砂和再循环的粗粒粉尘，并进行还原。将熔渣的碱度(CaO/SiO2)设定为2.5。在三个方法步骤中的任何一个中不必要或者使用用FeSi进行昂贵的熔渣还原，也就是利用煤在第一和第二方法步骤中还原熔渣。第三方法步骤的熔渣被再循环至第一反应容器，它在此被用煤类似地还原。废气不会被燃烧掉，如在第一方法步骤中一样，但是在气体清洁之后存储在气体贮料器中，然后进行进一步的使用(废气结余)。这是可能的，因为用生产气体的(CO和H2)的较低程度的后燃烧来进行用O2顶吹。
在第二方法阶段中共制造了79.6吨的铬矿砂和19.0吨的合金粉尘、84.6吨的块状无烟煤、2.2吨的Al2O3、9吨的生石灰、68700Nm3的O2、20吨的基础熔体以及120吨的第一预合金熔体，用于制造2×89吨的第二预合金熔体，该第二预合金熔体具有以下的分析成分：5.7wt％的C、0.05wt％的Mn、25.9wt％的Cr、1.38wt％的Ni、余量为铁和有关处理的杂质。在喷吹的结束时，该第二预合金熔体的温度是1500℃。冶炼周期时间是180分钟。
在该冶炼周期时间内，可以执行两个第三方法步骤，从而将178吨的第二预合金熔体分成2×89吨，用于两个第三方法步骤。这是通过放出两个钢水包而进行的。
在两个第三方法步骤中，这两个步骤在K-OBM-S转炉类型的反应容器中一个接一个地进行，通过对所有情况下158.6吨的出钢重量在所有情况下加入51.6吨的基础熔体，可以形成量平衡。
通过在几分钟内用惰性气体底吹或者通过加入SiO2、Al2O3、FeO3载体或者FeSi、Al等，使第二方法步骤结束时的熔渣分析适合于理想的分析结果，它对应于理想的预期应用。这也同样适用于第一方法步骤，从而确保熔渣、粉尘、各种废料等例如在混凝土工业中的最佳应用。
通过在第三方法步骤中也加入基础熔体，可以降低预熔体的Cr含量，从而随后，19.6吨的HCFeCr/批送入到熔体中，以在进行出钢的时候Cr含量达到18.14wt％。
“混合的氢氧化物产物”，连同熔体中的仍然处于高值的C含量和40％Ni的氢氧化镍，被通过底部喷嘴自热地吹入，作为6.4吨的Ni载体。将剩下还需要的Ni按照9.18吨的量加入到转炉中，从而在进行出钢的时候Ni含量为8.06％重量比。为了设定理想的Mn含量，在喷吹的过程中加入2吨的FeMn。
通过结合喷吹入O2，将熔体精练至具有0.17％重量比的C。从1.5％重量比的C含量，在底吹过程中将取代了Ar的氮气与氧气混合以降低CO分压，并因此改善脱碳。在VOD设备中，将熔体随后脱氮至450ppm的N。
两批的冶炼周期时间是2×90分钟。形成了2×160吨的具有如下分析结果的合金熔体：0.17wt％的C、0.8wt％的Mn、18.14wt％的Cr、8.06wt％的Ni、余量为铁和有关处理的杂质。熔体的温度是1680℃。
通过在所有的情况下在底部喷嘴中，通过在线测量温度和化学分析，在所有的三个方法步骤中每批多次测量熔体温度以及熔体重要元素的含量比例随着时间的水平和变化情况，由此对方法步骤通过冶金学的方式暂时性的进行了非常良好的控制。
通过出钢孔在第三方法步骤中进行转炉出钢。通过气动操作熔渣止动器，在出钢结束时进行熔渣和钢的分离。利用红外照相机和对应的软件(Iris系统)来显示熔渣中夹带的钢，通过这种Iris系统的信号通过熔渣止动器来启动熔体出钢的结束。
在VOD之前，在160吨的钢水包中仅可再生产地有大致3公斤的熔渣/吨钢，由此限制了铬的造渣，FeSi的消耗可以保持在低水平。不需要钢水包的除渣。
在VOD设备中，熔体经历了最后的精练、脱氮、细合金化、脱氧、脱硫和净化。为了这些措施，共提供0.34吨的Ni、1.5吨的FeSi、2.4吨的生石灰、0.5吨的CaF2、0.3吨的LC Mn和0.6吨的FeCrLC，并使用1100Nm3的O2作为精练气体。以这种方式，获得了具有以下最后设定的合金：0.035wt％的C、0.5wt％的Si、1.0wt％的Mn、18.25wt％的Cr、8.2wt％的Ni。熔体的温度是1515℃。
这种用于铸造的熔体的每一批(2×160吨)在大致90分钟内在连包连铸过程中在厚板坯连续铸造设备上铸造，其中该厚板坯连续铸造设备具有满足需要的厚板坯截面和铸造速度(图4)。与通过电弧炉和AOD转炉、铁水包操纵台和连续铸造设备执行该方法的传统的方法相比，这些方法步骤的操作成本优势在于至少230欧元/吨的奥氏体液态钢。
示例性实施方案2
如在第一示例性实施方案中，该示例性实施方案类似地涉及制造两批产品，每一批具有160吨的液态钢，用于铸造等级SUS304，如在第一示例性实施方案的情况下，第一和第三方法步骤以同样的方式进行。
如果来自第二方法步骤的废气不进行进一步的应用(无废气结余)和/或目标在于极大地减少煤和氧气的消耗，可以在第二方法步骤中从上面喷吹热空气(1200℃，O2为21％)，用于精炼熔体和CO及H2的大范围的后燃烧(后燃烧的程度例如是60％)。
使用120吨的来自第一方法步骤的第一预合金熔体以及20吨的基础熔体，以及79.6吨的铬矿砂，具有相当大比例的C的19吨的粗粒粉尘以及9吨的生石灰，用于每个178吨的一批，仅需要20300Nm3的氧气来代替68700Nm3的O2，仅需要44.5吨的无烟煤来代替84.6吨的无烟煤。另外，需要8500Nm3的天然气，用于制造所需的167000Nm3的热空气。
当使用热空气顶吹时在第二方法步骤结束时的178吨的第二预合金熔体的化学分析以及该熔体的温度对应于当在该方法步骤中利用氧气进行顶吹时的那些数据(见第一示例性实施方案)。
利用在第一方法步骤中的120吨、在第二方法步骤中的178吨，以及在第三方法步骤中的2×160吨，在示例性实施方案1和2中对在三个方法步骤中的批重进行选择，从而对于每年超过800000吨的不锈钢的高产率，可以在第三反应容器中和在下游系统中(铸造用起重机、钢水包、钢包炉、VOD设备、连续铸造设备的塔、地基)期望仅有160吨的液态钢/批。由于同步循环时间的结果，这是可能的，但是特别作为三个方法步骤以及在第二方法步骤之后分批的结果和作为在方法步骤中熔体重量的逐步积累的结果。同时，必须考虑在180分钟的循环中，共有57吨的粉尘、24吨的熔渣以及特别是113吨的铬矿砂被熔融并还原，并且共产出320吨的液态钢。

Claims (45)

1.一种用于在多个连续并且同步的方法步骤中生产铁基合金熔融金属的方法，该金属优选包含Cr或Ni和Cr，其特征在于，
在第一方法步骤中，将合金添加剂载体导入进基础熔体中，并且通过加入还原剂、再循环熔渣和/或造渣剂和载能体，在使用载氧体进行熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用下使合金添加剂载体熔融并且高度还原，由此生产出第一预合金熔体；
在第二步骤中，将合金添加剂载体优选为Cr载体并且适当的话还有基础熔体导入进第一预合金熔体中，并且通过添加还原剂、造渣剂和矿物载能体，从而在采用载氧体进行熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用下使合金添加剂载体优选为Cr载体熔融并且高度还原，由此产生出第二预合金熔体；并且
在第三方法步骤中，将合金添加剂尤其是铁合金并且适当的话还有基础熔体加入到第二预合金熔体中，加入造渣剂，并且通过采用载氧体进行的熔池上方和熔池下方喷吹工艺的作用进行脱碳过程，由此调整出具有预定化学分析和温度的合金熔体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在这些方法步骤的一个或多个中加入预定量的废金属，尤其是具有Cr或Cr和Ni合金元素的废钢并且适当的话还有其它金属载体。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过顶吹氧气或含O2气体优选顶吹热空气从而至少在第一和第二方法步骤中进行CO+H2后燃烧。
4.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用氧气进行的CO+H2后燃烧在第三方法步骤中进行。
5.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第二方法步骤中生产出的第二预合金熔体被分成至少两个分量，并且每个分量在第三方法步骤中在各个情况下都补充有基础熔体，加入包含有Cr或Cr和Ni的合金添加剂，加入造渣剂并且通过采用载氧体进行的熔池上方和熔池下方喷吹过程的作用来进行脱碳过程，并且调整出具有预定化学分析和温度的合金熔体。
6.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，随着Cr含量增大，该熔体的C含量在第一和第二方法步骤中增大至8wt％的最大C含量。
7.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用氧载体进行的顶吹在第一和第二方法步骤中用氧气或氮气和氧气或者热空气或富氧热空气进行，并且在第三方法步骤中用氧气或氧气和惰性气体的混合气体进行。
8.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在具有高Cr含量或Ni含量或Mn含量的熔融金属(铁合金)的生产中，用氧载体进行的顶吹在第三方法步骤中至少部分是用热空气进行的。
9.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第一和/或第二方法步骤中的顶吹是用间歇供应的O2、用O2和惰性气体或者热空气或者用富O2的热空气进行的。
10.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第一方法步骤以及如果合适的话还有第二方法步骤中进行的熔池下方喷吹包括以下措施中的一个或多个：
a)用以下气体进行熔池下方喷吹，以便进行CO形成、在后燃烧中的热传递、能量导入以及熔池搅拌、熔体和熔渣的混合，并且如果合适的话切碎废金属和金属载体：
·O2或O2和惰性气体例如优选为N2的混合气体；或者
·在连续步骤中O2以及O2和惰性气体的混合气体；或者
·氧气和水蒸汽的混合气体；或者
·氧气和CO2的混合物；
b)通过熔池下方喷嘴供应载能体和还原剂；
c)吹入粉尘例如再循环冶金材料、转炉和电炉粉尘、从铁合金生产中产生出的粉尘、灰尘、颗粒细小的铁合金或Al；
d)吹入用于处理并且作为合金添加剂载体的含Fe、Cr和Ni的粉尘；
e)用氧气或者用惰性气体分别作为载气吹入造渣剂，例如生石灰、SiO2、氟石、铁矾土、砂子，只要熔体的Cr含量大约低于10wt％；
f)吹入例如Cr矿石、Mn矿石、Ni矿石、Ni氧化物、氢氧化镍、粉尘、灰分、煤渣、磨屑、砂子、受污染的建筑碎石、家庭或工业废物或破碎机残余物、废料等材料中的至少一种作为合金添加剂载体和/或造渣剂。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，根据特征10b)的载能体和还原剂是另外地或者可选地从上方以团块形式导入熔体中的。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，根据特征10c)和10d)的粉尘和其它颗粒细小材料被制成为团块形式并且以团块形式提供给熔体或熔渣。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，根据特征10e)的造渣剂供给可选是从上方导入熔体中的。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，根据特征10f)的合金材料供给可选是从上方导入熔体中的。
15.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第二方法步骤中的熔池下方喷吹包括以下措施中的至少一个：
a)用以下气体进行熔池下方喷吹，以便进行CO形成、在后燃烧中的热传递、能量导入以及熔池搅拌和熔体与熔渣的混合：
·O2或O2和惰性气体的混合气体，惰性气体优选例如为N2；或者
·在连续步骤中的O2以及O2和惰性气体的混合气体，所述混合气体具有一定的混合比；或者
·氧气和水蒸汽的混合气体；或者
·氧气和CO2的混合气体；
b)通过熔池下方喷嘴供应液态或气态载能体和液态或气态还原剂；
c)如在第一方法步骤中一样进行熔池下方喷吹。
16.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第三方法步骤中，进行熔池下方喷吹以便进行CO形成、在后燃烧中的热传递、能量导入、熔池搅拌和脱碳是连续地或在连续步骤中并且合适的话改变混合比用O2以及O2和惰性气体的混合气体来进行的。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，O2和惰性气体的混合比根据熔体的C含量来设定。
18.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第三方法步骤中，在熔体的C含量高于1.0wt％C的情况下通过熔池下方喷吹利用载体气体将Ni载体直接或者与还原剂相混合的导入进熔体中，所述载体气体优选为惰性气体。
19.如权利要求1至18中任一项所述的方法，其特征在于，将Ni载体以团块形式装入到金属熔池中。
20.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，优选通过对由熔体发出并且通过熔池下方喷嘴到达评估装置的电磁波进行在线评估来在这些方法步骤中的喷吹操作期间确定出该熔体的温度和/或化学分析，并且在依赖于该温度和/或化学分析的工艺模型中确定出用于熔池上方和熔池下方喷吹过程和用于添加合金添加剂、载能体、渗碳剂和脱碳剂等的调整点。
21.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所有方法步骤中，将碳氢化合物例如CH4、C3H8、C4H10、其混合物、柴油或重油等作为喷嘴保护物质吹入到熔体中。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，除了这些碳氢化合物之外或代替它们，将惰性气体、蒸汽、CO2、CO或其混合气体作为喷嘴保护气体吹入到熔体中。
23.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述基础熔体由脱磷生铁形成，并且至少在第一方法步骤中在1220℃至1650℃的熔池温度下导入，该熔体具有以下组分：
2.0-4.7wt％的C，
＜1.0wt％的Mn，
＜0.025wt％的P，
＜0.05wt％的S
如果合适，改变Cr和Ni的比例，剩余为Fe和与过程相关的杂质。
24.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述基础熔体是通过电能作用生产出的，并且如果适当的话在第一或第二方法中进行进一步渗碳。
25.如权利要求1至23中任一项所述的方法，其特征在于，所述基础熔体用来自铁镍合金生产的废料通过熔炼还原形成。
26.如权利要求1至23中任一项所述的方法，其特征在于，所述基础熔体以一定比例部分的由脱磷生铁形成并且高达50％的基础熔体由来自铁镍合金生产的废料形成。
27.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，来自第三方法步骤的冷的或液态或热的含Cr2O3未还原熔渣优选返回到第一或第二方法步骤中，在那里用含C还原剂使之还原。
28.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第二方法步骤的最后几分钟喷吹时间中加入包含有2.0至4.5wt％Si的HCFeCr，以便还原并且局部调整熔渣，并且使熔体合金化并且还为第三方法步骤提供能量支持。
29.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第一和/或第二方法步骤的最后几分钟喷吹时间中通过加入SiO2载体将熔渣碱性(CaO/SiO2)从2.0至2.5降低至大约1.4，并且将氧化铁和Al2O3载体的熔渣分析调整至例如水泥工业针对熔渣所需要的数值，这些熔渣用作熟料替代物或者作为在水泥生产中所额外包括的基质。
30.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在倒空熔融金属之后将第一和/或第二方法步骤的熔渣调节至所期望的分析和温度。
31.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在第三方法步骤之后，优选根据VOD方法对合金熔体进行冶金钢水包处理，该方法包括对熔体进行精密脱碳、精密合金化、脱氮、还原、脱硫以及温度调整和净化处理这些措施中的一项或多项。
32.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在各个方法步骤中导入的装入料尤其是Cr矿石和其它氧化的、氢氧化的或含铁的合金添加剂载体以及基础熔体并且合适的话还有废金属的量按照这样一种方式确定，在各个方法步骤中实现与用于每批钢水的顺序连铸的所需循环时间或者用于铸造熔融金属的其它循环时间相对应的冶炼周期。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于控制钢水生产过程的工艺模型包括下游铸造过程的参考值，例如铸造速度和铸造方式或者在铁合金铸造中的循环时间，以便算出在各个方法阶段中导入的装料量。
34.一种用于通过如在权利要求1至33中任一项所述的方法并且利用在生产线中一个接着一个布置的多个反应容器生产合金熔融金属的生产设备，其特征在于该生产设备包括：
·至少一个液态金属装填装置，用于将基础熔体输送给反应容器中的至少一个，
·第一反应容器，它具有至少一个熔池下方喷吹装置和顶吹装置，
·第一倒空装置，用于将第一预合金熔体从第一反应容器转移到第二反应容器中，
·第二反应容器，它具有至少一个熔池下方喷吹装置和顶吹装置，
·第二倒空装置，用于将至少一部分第二预合金熔体从第二反应容器转移到第三反应容器中，以及
·第三反应容器，它具有熔池下方喷吹装置和顶吹装置。
35.如权利要求34所述的生产设备，其特征在于，所述顶吹装置形成为用于顶吹O2的喷枪或者形成为热空气喷枪或者形成为每个喷嘴具有多个同心布置的、用于不同装料的流动通道的多功能喷枪。
36.如权利要求34或35所述的生产设备，其特征在于，所述第一和第二反应容器配备有其自身的喷枪，用来导入颗粒细小的合金添加剂载体，尤其是铬矿石，并且适当的话用于导入粗粉尘。
37.如权利要求34所述的生产设备，其特征在于，所述熔池下方喷吹装置由环形间隙喷嘴尤其是双管喷嘴形成。
38.如权利要求37所述的生产设备，其特征在于，所述熔池下方喷吹装置包括一个或多个固体物质分配器，它们优选布置在各个反应容器上。
39.如权利要求34所述的生产设备，其特征在于，所述熔池下方喷嘴装置配备有用于在线测量熔体的温度和/或化学分析的测量装置。
40.如权利要求34至39中任一项所述的生产设备，其特征在于，在第三反应容器下游布置有VOD设备，用于精炼从第三反应容器送来的熔体。
41.如权利要求34至40中任一项所述的生产设备，其特征在于，在生产线中在第三反应容器或VOD设备下游布置有由至少一个连铸设备形成的钢水加工设备。
42.如权利要求34至41中任一项所述的生产设备，其特征在于，所述第一反应容器由电炉或异热操作转炉容器优选由再循环转炉形成，所述第二反应容器由转炉容器优选为异热转炉(KMS-S转炉)形成，并且所述第三反应容器由转炉优选为自热转炉(K-OBM-S转炉)形成。
43.如权利要求34至42中任一项所述的生产设备，其特征在于，在第一反应容器上游布置有另外的反应容器，它形成为用于从脱磷生铁生产基础熔体的脱磷装置，并且形成为熔炼还原反应器，用于从来自铁镍合金生产的废料中生产基础熔体。
44.如权利要求34至43中任一项所述的生产设备，其特征在于所述各个反应容器优选配备有干操作除尘设备。
45.如权利要求34至44中任一项所述的生产设备，其特征在于，所述钢水生产设备和钢水加工设备处于覆盖了至少第一至第三反应容器和连铸设备的总体控制系统的控制下，所述总体控制系统将各个过程计算机配备给钢水生产设备和钢水加工设备，而且调整钢水生产设备或者调节子过程模型的过程模型接收借助控制系统传送的下游钢水加工设备的参考值，例如在连铸设备上的铸造速度和铸造方式，以便计算出在各个方法阶段中引入的装料量，并且将装入料送入到这些反应容器中的操作按照与所计算出的量对应的方式进行。
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