CN1826417B - 将细颗粒金属装入电弧炉的方法及使用该方法的电弧炉 - Google Patents
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Abstract
在一种将细颗粒金属，特别是直接还原铁(DRI)，装入电弧炉(1)的方法中，金属通过下流管(12)供应到炉顶(4)的一个开口(10)，以散料流(11)的形式通过此开口(10)输送到炉(1)内，并主要在重力作用下落到熔体(13)上。并且，给出了一种适合于此目的的电弧炉(1)。通过使散料流(11)在经过下流管(12)之后、在进入炉(1)之前流过定量口(8)，实现基本无损失地输送甚至平均粒度小于1mm的细颗粒物料。接着，散料流(11)基本不受干扰地进入炉内。
Description
技术领域
本发明涉及一种将细颗粒金属、金属化合物或两种或多种金属或金属化合物的混合物，特别是细颗粒的直接还原铁，装入电弧炉的方法，其中金属、金属化合物或混合物是通过至少一根向下流管基本连续供应到炉顶上的一个或多个开口，通过所述至少一个开口以一股散料形式进入炉内，主要在重力作用下落在熔体上，以及涉及特别适合于执行上述方法的一种电弧炉。
背景技术
电弧炉用于熔化金属，特别是在钢的生产过程中用于熔化含铁固体，例如废料或直接还原铁。熔化所需能量是由一根或多根电极的电流提供的，热量通过电弧传输到金属料。省去了处理进料的昂贵设施。因此，电弧炉已经发展成为一种生产高等级钢和碳钢的经济装备，特别是用于年产100到150万吨的小钢厂。
块状熔化料(主要是废料)通常用筐成批装入电弧炉。在连续生产条件下，将需要熔化的金属装入炉内具有危险性。对于块状进料，必须保证所装入的金属在装炉时不会碰到电极和损坏电极；对于细颗粒进料，必须保证其不会被炉工作过程中从热金属熔池上升的气体卷入废气系统。
为了将直接还原铁无损失地连续加入铁熔池中，DE19608530A1披露，在炉工作过程中，通过穿过炉顶的枪将直接还原铁加入炉内，其中使用二氧化碳作为载气，将直接还原铁在渣面以下喷入渣中。但是，提供载气并将其与直接还原铁混合需要相当大的努力。此外，与铁一起大量喷入炉内的载气，必须再次从炉内排出，这对能量平衡产生负面影响。
EP1025267B1披露了一种在电弧炉中熔化细颗粒直接还原铁的方法，其中直接还原铁同样借助枪送入炉内，但没有使用载气，枪的出口位于泡沫渣层中的铁熔池上方。因此，此方法也利用相当复杂的枪。
基于通过枪输送的方法的另一种选择包括通过炉盖中的开口装入直接还原铁。同类的GB1104690披露了一种在电弧炉中生产钢的方法，其中在炉工作过程中，将海绵铁通过导管连续供应到炉顶的三个开口，并由此处以自由下落状态落到渣层上。将海绵铁从料仓供应到开口是借助定量给料装置实现的，其中散料在到达三个开口之前通过延伸管和连接的供应器分配到三个供应管。与基于通过枪输送的方法相比，这种方法具有较小的难度，但仅适合于装入较粗颗粒的海绵铁；对于细颗粒料，例如粒度小于1mm的物料，在炉内自由下落过程中被从热的铁熔池上升的气体带走，或者沉积在炉顶下表面上，或者随废气从炉内排出，从而造成相当大的产量损失。
发明内容
因此，本发明的一个目的是以相当简单的方式装入细颗粒的直接还原铁(DRI)或类似物，保证基本无损失地将细颗粒物料输送到电弧炉的金属熔池。
根据本发明，此目的是通过使用底部具有定量口的至少一个下流管使物料流不受干扰地进入熔体来实现的。
具体地，本发明提供了一种将细颗粒金属、金属化合物或者两种或多种金属或金属化合物的混合物装入电弧炉的方法，其中金属、金属化合物或混合物通过至少一根下流管连续地供应到炉顶的一个或多个开口，以散料流的形式通过所述至少一个开口流入炉，并主要在重力作用下落到熔体上，其特征在于散料流在经过下流管之后、在进入炉之前流过圆形或椭圆形定量口，并且不受干扰地进入炉。
本发明还提供了一种电弧炉，用于通过上述方法装入细颗粒物料，其炉顶具有至少一个开口，炉顶的至少一个开口与从外部通向炉盖的下流管相连，下流管用于供应所要装入的物料，其特征在于在下流管进入炉的开口处具有圆形或椭圆形定量口。
本发明是基于对于本领域一般技术人员的惊人发现，当散料流不受干扰地流出下流管时，甚至平均粒度小于0.3mm的细颗粒金属也可以通过自由下落几乎没有损失地装入电弧炉的金属熔池。本发明中不受干扰地供应或输送散料是指在供应或输送中通过适当措施可靠避免了散料流的散开，从而散料流沿供应或输送路线总是具有紧凑的形状。根据本发明，实现不受干扰地供应散料流是通过优选的圆形或椭圆形定量口，它没有角和尖锐边缘的过渡。从而它可以保证紧凑的散料流流出下流管，并可靠地避免其散开。由此将粉尘损失减小到最低程度。实验表明，这种紧凑的散料流不但未散开，而且被均匀限制，由于自由落下导致的加速度，其直径减小并仍保持紧凑。
原理上，只要定量口的孔没有角和尖锐边缘的过渡，可以使用一般人员公知的所有开口。但特别优选的定量口包括几个，优选的是两个单独的开口，每个开口具有基本圆形或椭圆形孔，其中单个开口安装成可以彼此相对移动。因此，定量口的过孔是以相当简单的方式形成的，没有角和尖锐边缘的过渡，并且可以调节到零和各个开口最大孔之间的任何值。
为了避免导致散料流散开的散料流下落弯曲，定量口的倾斜相对水平面不超过25°。但特别优选的是，定量口水平安装，因为散料流以这种方式通过定量口的开口时没有偏转，即，没有形成下落弯曲。
根据本发明的一个发展，提出保持下流管内所有位置的散料质量流量大于定量口通过量。由此得出的特别有用的是选择下流管的直径大于定量口的最大直径大，是1到1.5倍，优选的是1.2到1.5倍，特别优选的是1.4到1.5倍。
为了可靠地避免散料流离开定量口时由于气体紊流造成的散料流明显散开，使散料流在定量口之后流过一根保护管。从装备的角度，通过在炉顶安装定量口的区域制成一根基本圆柱形的管，就可以特别容易地实现。
根据本发明的一个发展，保护管是冷却的，例如使用水冷。
保护管壁与散料流的接触导致散料流散开。根据本发明，因此保护管的直径是装在下流管和保护管之间的定量口最大开口直径的至少两倍。定量口优选地在保护管内装在中心。以这种方式，特别可靠地防止了散料流与保护管壁的接触。如果定量口相对于水平面倾斜，则保护管与定量口开口的直径之比应大于4∶1，特别优选的是大于5∶1。
根据本发明的方法可以用于所有金属、金属化合物或者其混合物的装料，特别是直接还原铁或者诸如钛铁矿或镍矿等矿石的装料。优选地，细颗粒物料的平均粒度小于1mm，特别优选的是小于0.5mm，更特别优选的是小于0.4mm，最优选的是小于0.3mm。由于细颗粒物料在下流管中的供应未受干扰并且散料流未受干扰地落到熔化金属上，因此可靠地避免了细粉尘损失，例如被炉工作过程中从熔体不断上升的气体卷走的小颗粒。因此，本发明的方法保证细颗粒物料几乎没有损失地装入电弧炉。细颗粒物料在总装料量中的数量可以达到100％。
此外，本发明涉及一种在电弧炉中熔化这种细颗粒的直接还原铁的方法，其中直接还原铁是通过本发明的装料方法装入电弧炉的。
本发明还涉及一种电弧炉，它可以按上述方法装料，并且具有包括至少一个装料孔的炉顶，装料孔与供应金属的下流管连接，定量口装在下流管的出口。
优选地，定量口是一种光圈结构，或者由至少两个圆形或椭圆形滑板构成，滑板彼此可以相对移动。
根据本发明，在定量口以下装有保护管，其直径至少是下降管的两倍。特别有用的是直径比为2∶1到10∶1，优选的是2∶1到5∶1，特别优选的是2.5∶1到3.5∶1。保护管的长度优选的是散料流最大直径的1到3倍。
当在炉中装入的固体混合物具有大的粒度差时，根据本发明，散料容纳容器构成一个质量流量料仓，以便避免散料的分开以及引起的散料流扰动。
下面将参考优选实施例和附图详细地说明本发明。
附图说明
图1表示根据本发明一个实施例的电弧炉的示意性垂直剖面；
图2表示根据图1所示电弧炉的示意性顶视图；
图3表示根据图1所示电弧炉的顶开口区的剖面；以及
图4表示根据图1所示电弧炉的定量口的部分顶视图。
具体实施方式
如图1所示，电弧炉1使用交流电工作，它包括内衬耐火砖的炉缸2，优选的水冷侧壁3和优选的水冷炉顶4。三个石墨电极6(图1中仅示出两个)穿过相应尺寸的开口5伸入炉1的内部。但是，电弧炉1也可以装有多于或少于三个的电极6以及使用直流电工作。
在电弧炉1的纵轴附近，水冷的垂直保护管7装在炉顶4上，在该管的上端装有水平安装的定量口8。特别是如图3所示，定量口8包括可以彼此相对移动的两块滑板9，每块具有大小相同的圆形或椭圆形开口10，从而通过两个口的彼此相对移动，可以将定量口8的开口调节到零和单个口最大开口之间的任何值。散料流11通过此定量口8进入炉中。在图4所示的定量口顶视图中，每块滑板9是椭圆形开口。
保护管的直径至少是定量口8最大开口直径的两倍。从而可以防止散料流11接触保护管壁，否则将必然导致散料流11的明显散开。如果定量口8不是像图1和3一样水平安装，而是相对水平面倾斜安装，则在选择保护管直径与定量口8开口直径之比时还需要考虑散料流11的下落弯曲，从而所述直径比应选择大于2。
从图2可以特别地看出，三个石墨电极6围绕定量口8基本对称排列。当炉仅装有两根电极时，散料流同样装在电极之间。但当炉仅有一根电极时，散料流可以装在电极附近的炉任何位置。
定量口8连接圆柱形下流管12，用于将待装入的金属，例如直接还原铁(DRI)，供应到电弧炉1内。为了使散料流11不受干扰，下 流管应该一直完全充满。其实现可以通过流过下流管12的可能散料质量大于定量口8之前所有位置的开口通过量，即，下流管12的内径至少与定量口8最大开口直径一样大。定量口8也可以在工作过程中略微减小。
下流管12没有引起散料流散开的任何配件，可以在中间位置装有配件，例如蝶阀、球阀或类似装置，以便保证在电弧炉1工作过程中不干扰散料流11。
当使用这种电弧炉1生产钢时，由以前作业装料形成的钢水保留在炉内作为残留钢水，便于直接还原铁的装料和熔化。通过将焦炭粉或石油焦喷入熔体中，在炉进一步作业过程中随着连续装入直接还原铁形成泡沫渣。热的直接还原铁通过下流管12和定量口8连续供应到电弧炉1中，并且在电极之间的未受干扰的紧凑散料流11主要在重力作用下落到熔池上，穿透到钢水13中。由于散料流11未受干扰，特别细小的颗粒直接还原铁，例如，平均粒度小于1mm或者甚至小于0.3mm的颗粒，可以在本发明方法中使用。优选地，控制散料与电源功率之比，使直接还原铁连续熔化，钢水温度保持不变或略微升高到出钢温度。
在加热结束时，将钢水13通过出钢孔14从炉中放出，并且为了便于DRI在下一次加热时装料和熔化，将部分钢水13保留在电弧炉1内作为残留钢水。在炉必须彻底倒空前，经过一段停工期后，通过熔化钢铁废料形成残留钢水。
实施例
在使用细颗粒高度金属化的直接还原铁(DRI)炼钢时，使用如图1所示的可倾转电弧炉1，其容量为150吨钢水，工作时使用三相交流电，通过100MVA变压器供电。
在将上一炉钢水出钢时，在炉内保留30吨残留钢水。在装入DRI开始下一次加热之前，将电极定位，接通电源，然后通过装在炉中间的中心下流管12装入热的DRI，DRI是以不受干扰的散料流在三个 电极之间自由落下。
所装入的DRI的平均粒度为0.3mm，并来自于细矿直接还原厂，在这里物料的温度约650℃。除了金属铁以外，DRI还含有8.5wt.％FeO、1.1wt.％SiO2、1.1wt.％Al2O3、0.9wt.％MnO和1wt.％C。
通过定量口8，直接还原铁的供应速率可以调节到3t/min。下流管12的内径为200mm。定量口的最大开口直径对应于下流管直径，但稍微减小，从而得到最大直径约180mm的椭圆开口。在定量口8下面具有水冷保护管7，其内径约400mm，末端在炉顶4中。
在实验过程中，控制散料与电源功率之比，使直接还原铁连续熔化，钢水温度保持不变或者略微升高到出钢温度。通过在整个测试周期过程中喷射氧和碳，促进了在钢水上形成泡沫渣层。此外，为调节炉中所需的碱度，向电弧炉内加入石灰。
在达到约1630℃的所需出钢温度时，倒出120吨碳含量0.1％的钢水。在出钢时，在炉内留下30吨钢作为下一次加热的残留钢水。
参考数字表
1电弧炉
2耐火砖内衬炉缸
3侧壁
4炉顶
5开口
6电极
7保护管
8定量口
9滑板
10开口
11散料流
12下流管
13熔融金属
14出钢孔
15泡沫渣
Claims (22)
1.一种将细颗粒金属、金属化合物或者两种或多种金属或金属化合物的混合物装入电弧炉(1)的方法，其中金属、金属化合物或混合物通过至少一根下流管(12)连续地供应到炉顶(4)的一个或多个开口(10)，以散料流(11)的形式通过所述至少一个开口(10)流入炉(1)，并主要在重力作用下落到熔体(13)上，其特征在于散料流(11)在经过下流管(12)之后、在进入炉(1)之前流过圆形或椭圆形定量口(8)，并且不受干扰地进入炉(1)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属、金属化合物或混合物是细颗粒的直接还原铁。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于散料流(11)在经过下流管(12)之后流过一个光圈结构。
4.如上述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于定量口(8)相对于水平面倾斜不超过25°。
5.如权利要求1到3的任一项所述的方法，其特征在于定量口(8)是水平安装的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于散料流(11)在下流管(12)中的质量流量保持大于流过定量口(8)的通过量。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于散料流(11)在通过定量口(8)之后流过保护管(7)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于冷却保护管(7)。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于输送到炉(1)内的金属、金属化合物或者两种或多种金属或金属化合物的混合物，其平均粒度小于1mm。
10.一种电弧炉(1)，用于通过权利要求1到9的任一项所述的方法装入细颗粒物料，其炉顶(4)具有至少一个开口(10)，炉顶(4)的至少一个开口(10)与从外部通向炉盖(4)的下流管(12)相连，下流管(12)用于供应所要装入的物料，其特征在于在下流管(12)进入炉(1)的开口处具有圆形或椭圆形定量口(8)。
11.如权利要求10所述的电弧炉(1)，其特征在于，所述细颗粒物料是细颗粒的直接还原铁或矿石。
12.如权利要求10所述的电弧炉(1)，其特征在于定量口(8)是一种光圈结构。
13.如权利要求10所述的电弧炉(1)，其特征在于定量口(8)具有彼此相对移动的至少两块滑板(9)。
14.如权利要求10到13的任一项所述的电弧炉(1)，其特征在于定量口(8)相对于水平面倾斜不超过25°。
15.如权利要求10到13的任一项所述的电弧炉(1)，其特征在于定量口(8)是水平安装的。
16.如权利要求10所述的电弧炉(1)，其特征在于散料容纳容器构成一个质量流量料仓。
17.如权利要求10所述的电弧炉(1)，其特征在于下流管(12)是垂直安装的。
18.如权利要求10所述的电弧炉(1)，其特征在于在定量口(8)下面装有垂直保护管(7)。
19.如权利要求18所述的电弧炉(1)，其特征在于保护管(7)的长度是散料流最大直径的1到3倍。
20.如权利要求18或19所述的电弧炉(1)，其特征在于保护管(7)是冷却的。
21.如权利要求18所述的电弧炉(1)，其特征在于保护管(7)的直径是定量口(8)开口直径的至少两倍。
22.如权利要求10所述的电弧炉(1)，其特征在于定量口(8)的最大开口直径小于或等于下流管(12)的直径。
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