TW201303029A - 最低化耗能之多功能電弧爐系統及製造鋼產品之製程 - Google Patents

Abstract

一種具有多功能之組合式電弧爐、冶金盛桶爐及真空脫氣系統，可製備至少非真空電弧重熔鋼、真空電弧重熔鋼、真空加氧脫碳非真空電弧重熔鋼、以及真空加氧脫碳真空電弧重熔鋼，可以安定狀態或任意順序用於一次性至連續性鑄造。由於該系統係將與燙熱金屬接觸之元件預熱，以降低該元件之熱損失，以及利用該電弧爐中存留的餘留鐵水，該系統僅消耗最低能量，故該系統之生產率僅受到該電弧爐之熔融容量之限制。

Description

最低化耗能之多功能電弧爐系統及製造鋼產品之製程

本發明係關於鋼鐵工業領域之電弧爐煉鋼技術，尤其是關於具有冶金盛桶爐之系統。

大約15年前起，全世界開始利用真空電弧脫氣系統製造具有嚴格限定合金、氣體、顆粒尺寸與內含物的範圍的鋼材。於此系統中，鋼材由電弧爐(electric arc furnace)汲出，接著以低真空、滌洗氣(purging gas)、及交流電加熱電弧鑄造進行處理。當鋼材已經過低真空與滌洗氣處理，則於石墨電極與該熔融鋼材的大量沸騰的表面之間進行交流電加熱電弧鑄造。此種系統通常指真空電弧脫氣系統。此方法已製造出數百萬噸的鋼，時至今日總噸數顯然仍持續增長。此方法具有先前其他系統無法達到的優勢，包括在正負10℉下以任何所欲時間(由鍋爐出鐵(tap)起算可達至少八小時長)進行鑄造之能力。因此，可由一個僅50噸之電弧爐製造出一個100噸的鑄塊，且總有充裕的時間應付計畫中或非預期的下游的延誤，從而避免將熔體重新送回該電弧爐。

然而，在此種系統的正常操作期間，該系統的生產率係受制於電弧爐操作時間，在大多數設備中，對於單一爐次(heat)的操作時間可達4至4.5小時，因為大量煉鋼係於該電弧爐中進行；換言之，於飼入之廢鋼熔融並到達出鐵溫度後，該鋼材係久留於該電弧爐中。

隨著煉鋼業者對於使用習知電弧爐技術要降低成本及提高生產率的壓力增加，相較之下，電弧爐煉鋼技術已捨棄較短循環操作，即使其可達到相同的最終成果。

在過去15年來，冶金盛桶爐(ladle metallurgical furnace)系統開始取代傳統電弧爐及真空電弧脫氣煉鋼技術。於冶金盛桶爐系統中，電弧爐幾乎被限制僅用作熔融設備，且大多數煉製鋼材受下游操作所延遲。在相同尺寸的鍋爐進行習知電弧爐煉鋼需4至4.5小時的時間，相較之下，在此種系統中的電弧爐可在約2小時或更短的時間內讓粗廢料(及早期石灰與碳添加物)到達出鐵溫度，從而縮短了飼入鍋爐之廢料之停留時間(dwell time)。使用較大的電極亦可降低鍋爐停留時間。在一特定例子中(之後會更詳盡地描述)，自入料開始至汲取結束的鍋爐停留時間，可由4至4.5小時降至2小時或更短。

本發明係關於電弧爐煉鋼，尤其是關於具有冶金盛桶爐之該等系統，與類似的系統相較，此系統製備每單位鋼材所需輸入能量較低。本發明特別關於以僅受限於電弧爐最大熔融容量之速率製造合金鋼材。另外，無須經修改，本發明可適用於目前鋼鐵工業中的幾乎任何終端應用，從連續鑄造到以任意產製順序的製造廣泛不同組成物中的單一特定的熔體。

舉例而言，本發明能於單一電弧爐系統中產製多達四種不同類型的鋼材(即不同鋼材等級)，無須放慢或延遲爐次的加工順序，無須考量於一爐役(campaign)中所製備之不同鋼材類型的數目或任意次序。因此，該系統係生產至少非真空電弧重熔鋼、真空電弧重熔鋼、真空加氧脫碳非真空電弧重熔鋼、及真空加氧脫碳真空電弧重熔鋼。

本發明可達成生產率提升，係藉由降低該熔融鋼材接觸系統元件時的散熱，利用熔體殘留爐次進行熔解，以及將條狀鑄塊(當其仍為燙熱時)迅速配置入加熱鍋爐以加熱該最初部分加熱之鑄塊達變形溫度，以利後續鍛造操作。

欲降低因散熱所造成的熱損失，可藉由預熱該金屬接觸單元之選定之一元件或多元件而達成。例如，藉由預熱該出鐵盛桶至其耐火襯裡接近約2000℉，接著，利用耐火蓋板延緩該出鐵盛桶的冷卻速率，該耐火蓋板係用於出鐵盛桶之上端開口直到出鐵的時間點前，於出鐵步驟期間所汲取金屬的冷卻可達最小化。

於一次出鐵至下一次之間，藉由少量但有效的殘留熔融鋼材，可進一步降低該系統的熱能輸入。因此，例如，假設由空的電弧爐開始，目標是澆鑄75噸熔融金屬，則需要將大約80-85噸固體廢料飼入電弧爐。在熔融後，包含75噸熔融金屬的熔體會被汲取至出鐵盛桶中。

冶煉週期完畢及該電弧爐回歸直立位置後，該爐蓋由爐身移開，將大約75噸固體廢料飼入至約10噸的熔融鋼材中，此為上一次的熔體所殘留。於接續爐次中的殘留熔體加上來自廢料入料桶之車屑(turnings)將形成燙熱金屬之貯藏槽，其會吞入並接著以較快速率熔融該廢料熱頂及其他電弧爐入料中的大碎片(與在第一次廢料飼料桶倒入該電弧爐前，該爐身完全清空的狀況相比較)。與假如在大碎片可開始導熱前，邊角廢鋼(bushclings)及其他廢料小碎片必須由固態轉為液態會發生的情況相比較，該殘留金屬係圍燒並可更快地移轉導熱至該較大的廢料碎片上。

本發明確保至少四種不同的煉鋼製程可在任何一天以任意順序進行，特定製程的執行僅依預定製造的不同類型的鋼的順序而定。此種從未達成的終端使用靈活性(即使有，在現有的工廠中也極少見)，將可於單一工廠中達成，該工廠將可應用而實現目前被認為需分別進行的不同煉鋼製程。

因此，舉例而言，煉鋼業者可有低合金鋼材訂單的充份數目，其僅需將一或多個接續鋼材爐次以熔融、於冶金盛桶爐 中精鍊、於真空脫氣站中脫氣、澆鑄及固化的基本製程步驟處理。

然而，若該煉鋼業者的下一位客戶需要真空電弧重熔(VAR)產品，則在熔融、冶金盛桶精鍊、真空脫氣、澆鑄一接續熔體以形成一鑄塊之後，該煉鋼業者可將該固化的真空脫氣的鑄塊改送入一真空電弧重熔單元，於此處，該固化的真空脫氣的鑄塊將被轉換成VAR電極，該VAR電極會於該VAR單元中重熔以形成一VAR鑄塊，所得VAR鑄塊可接著進行所需加工，如鍛造及熱處理。

又，若第三個客戶訂購真空脫氣及真空加氧脫碳的鋼材，可在電弧爐中無須延遲也無須改變頭兩個步驟(即熔融與冶金盛桶精鍊)即開始製備該第三個訂單，只要接著在真空脫氣單元中進行真空加氧脫碳作用，再續行澆鑄及固化。

又，若該煉鋼業者的第四個客戶訂單為真空加氧脫碳真空電弧重熔鋼材，對於此種特別的鋼材，其製程可整合至該產品順序中而無須延遲且無須改變頭兩個步驟(即電弧爐熔融與冶金盛桶精鍊)，該等步驟需要最久的時間區段，如後述。

據此，本發明之一目標係提供，在具有單一電弧爐、單一冶金盛桶爐、及單一真空處理站之系統中，能以任意的順序實現至少四種不同的煉鋼製程，亦即高容量的標準規格的真空脫氣鋼、真空電弧重熔鋼、真空加氧脫碳超低碳鋼、及真空加氧脫碳真空電弧重熔超低碳鋼。

本發明之另一目標係實現上述煉鋼製程，特別是針對全部四種製程的習知真空處理因該系統的真空強度的非預期性降低而互不相容，此係歸功於將該含金屬容器作為該真空系統的元件之一。

本發明之又一目標係，與習知冶金盛桶爐精鍊系統相比，降低每單位(如每噸)鋼材所需的熱能。

本發明之系統係如第1圖及第2圖的標號10所示，其能用以實施至少四種分別且不同的煉鋼製程。可藉由第1圖及第2圖，由左至右讀取而良好地理解本發明。以下由第1圖開始。

11為廢料房，12為廢料，其適用製造從超低碳不銹鋼至低合金之所欲類型之鋼材。13為廢料進貨裝置，此處為鐵路系統。該鐵路系統被建造以運送系統廢料，如熱頂(hot tops)及錐狀鑄塊，係來自該系統中的下游集散點，以及由系統外部所收集的新鮮廢料。廢料亦可由非鐵路運送系統如卡車運抵。14、15為廢料飼入車，各廢料車係往來於該鐵路16、17周邊配套，鐵路16、17係各延伸自該廢料房至鄰近電弧爐30之終點18、19。廢料車14、15分別載送入料桶(charging buckets)20、21，其係從該廢料房以適當手段接收廢料，如吊車(為了圖面清晰故未顯示)。各廢料桶20、21係分別包括：分別設於位在該廢料桶各側的耳軸(trunnions)上的杓22、23，及U型吊桶24、25。

26為備用入料桶，具有一杓27及吊桶28。

該電弧爐包含一爐身31，詳見第2圖。藉由設於一搖動槽座34上之一齒棒32及齒輪33系統之裝置(詳見第2及5圖)，該爐可於垂直面上搖動，詳見第5圖。35為爐蓋。在第1A圖中，以實線表示該爐蓋閉合之操作位置，虛線表示該爐蓋開啟的入料位置。該爐蓋以懸吊軸樞36懸吊於該入料至開啟位置。爐蓋35係經由懸吊軸樞36基架延伸出之左右爐蓋懸吊臂38、39緊抓。42、43及44為三個電極進料器，其終端分別為石墨電極45、46及47。針對能熔融約75-115噸之系統，該電極較佳為直徑16”並能在熔序期間產生約75 MVA。

一導槽系統49，用於添加飼入材料(如碳及石灰)至該爐 中。一採樣裝置50，經由拍擊器51進入該爐中的爐次。52為排渣門。53為氧及碳注射槍系統。當該電弧爐蓋35位於該電弧爐身頂端之操作位置時，該爐蓋35之邊框37底部表面幾乎全部週緣會與該爐身31之邊框上表面接觸，詳見第2A圖。雖然是緊密貼合，但並非真空密封。

第1A及3圖中，55為電弧爐管路系統。該管路系統包含一出口彎管56，其內部終點係與該爐蓋35之一開口連接，且其排出終點止於一環狀凸緣57中。該管路系統之固定部包含一入口彎管58，係終止於一環狀凸緣59。當該爐蓋關閉時，該爐蓋出口彎管56之環狀凸緣57係與該管路系統入口彎管58之凸緣59有緊密但有間隔之關係。由第1A及3圖可留意到該凸緣57及59之間的間隔非常小，故若有任何於鍋爐操作期間所產生的煙霧由此凸緣間的些微空間逸散，逸散量也很低。管路60及61係將由鍋爐收集到的煙霧運送至袋濾室115。

由第2A圖可見，當該爐蓋35懸吊於開啟位置(即第1A圖的虛線位置)時，一廢料吊車63，其具有一鉤64，從廢料車15提起第一入料桶21至該開啟的爐身31，於此將桶中廢料送入該電弧爐30之爐身31。

見第3圖，該三電極45、46及47為移動式，可藉由起重抬架式提升裝置66由第3及4圖之實線所示操作位置移動至第3圖虛線所示之收回位置，因此該爐蓋35可懸吊至第2A圖之入料位置。該爐蓋可經入水及出水管67、68進行水冷卻，參見第4圖。各電極45、46及47係由分開的區段所組成，再如第3圖所示旋緊組合。備用電極區段69亦顯示於第3圖中。

出鐵盛桶車70係於軌道71上運行，於此例中，該軌道自該電弧爐30正下方之上游終點延伸至一位置71a，靠近第2B圖所示之下一個處理站。出鐵容器(tapping vessel)，此處為第2A圖中於出鐵盛桶車70上的出鐵盛桶72，該出鐵盛桶具 有耳軸73、74以供吊車運輸。於第1A及2A圖中，該出鐵盛桶車70及該出鐵盛桶72位於該電弧爐30之出鐵口75正下方。

雖然僅使用一組出鐵盛桶車70及出鐵盛桶72，第2A圖顯示第二組出鐵盛桶車及出鐵盛桶，係為了表示在重要的前置操作期間(容後詳述)該車及盛桶的位置。

當熔體於該電弧爐30中製造時，先以預熱槍76將出鐵盛桶72預熱至至少約2000℉。當該出鐵盛桶預熱至所欲溫度的同時，關閉並移開預熱槍，並將一擋板77直接置於該出鐵盛桶頂緣上，參見第2A圖。該擋板77係由一背板78及一由耐高溫耐火纖維所形成的絕緣層79所組成。該擋板的升降(如圖中垂直箭頭所示)係藉由吊車掛勾80進行，掛勾係鉤住該擋板之抬升架81。當該電弧爐30中的熔體預備好出鐵，則抬起該擋板77。此時，若為該爐次指示所要求，可由合金入料裝置82飼入例如合金之材料至該出鐵盛桶72中。該出鐵盛桶車70及經預熱之出鐵盛桶72接著於該電弧爐出鐵口75正下方就位，參見第2A圖。

該電弧爐具有滑動閘門84。於第5圖中，第5C圖表示該電弧爐於熔煉或清空的狀態，第5B圖表示該電弧爐於排爐渣的位置，而第5A圖表示該電弧爐於出鐵位置。

參照第2B圖，顯示該出鐵盛桶車70與現為滿載之出鐵盛桶86(含有介於75至115噸之汲出金屬)於軌道71的下游終點附近。於此位置，以吊車85將該滿載之出鐵盛桶86由該軌道71終點所在位置提起至一冶金盛桶爐(LMF)車87，其位於對應的LMF軌道88的上游終點88a。出鐵盛桶車70則回到如第2A圖所示之預熱位置，以接收下一個出鐵盛桶並等待電弧爐30下一次出鐵。

LMF站包含一頂磐90，三個電極91、92及93穿過其中並下探至其中心區。該等電極由第1B圖所示之電源94及電 源線95、96及97接收電力。該等電極係緊密地容納於該中心板99中的開口98，參見第8及9圖。頂磐90中之拍擊器100(如第1B圖所示)可供第7圖之系統進行溫度採樣及第6圖之系統進行化學採樣。若需要，可經由合金導槽系統101(如第1B圖所示)添加合金，詳參第9圖。該合金導槽系統101包含一入料導管102，其與多個送料斗(未顯示)連接，各送料斗包含所欲之合金材料。一傾斜導槽103經開口104穿入該LMF頂磐下方的腔室，若有需要時，該開口可由蓋板105封起。第9圖中，一電子導槽控制系統106可用以於任何所欲時間調控合金與爐渣材料添加至該爐次的順序及量。

一合金絲添加系統108係顯示於第1B圖中，更詳細則於第8及9圖。參見第8圖，該系統包含傳動滾筒109，經適當控制而運作，可使合金入料絲110、111向下行至一漏斗112，於此處，欲添加至該爐次的特定合金絲被送進入料管113。入料管113經蓋子上的開口104進入該LMF蓋子內部腔室。第8圖中，僅合金絲110被添加至出鐵盛桶86中的爐次。

由第8及9圖及第6圖，留意到該LMF頂磐90包含一底凸緣116，其置於該出鐵盛桶86之頂凸緣117。因金屬與金屬之接觸形成，不會產生真空密封。應理解該電弧及化學反應之操作(於LMF電弧期間所進行之爐次形成期間)將產生大量煙霧。所形成的煙霧會依第8及9圖所示之箭頭118A所示路徑進入一大型排煙管118(第1B圖)，接著進入第1A圖所示之管路系統55及袋濾室115。第6、7、8及9圖亦顯示LMF頂磐之水冷系統119(第9圖)。第9圖亦顯示，與合金絲添加系統108連接之一滑蓋系統120包含一平板121，其由控制系統122啟動，以開放該LMF頂磐的開口使有足夠的時間飼入所需磅數的合金絲。可添加任何合金絲，其中鋁(Al)是最常使用者。該出鐵盛桶86待在LMF中的時間係依爐次大小及過熱熔體所需溫度而不同。對於約75噸之爐次，當爐次溫度約3000℉ 時可關閉電弧。

關閉電弧後，該LMF頂磐及電極91、92及93係升高至其可清空LMF桶之上緣117之位置。該LMF車87接著移至其LMF軌道88的下游終點123(第1B及2B圖)，非常接近該真空處理站126的上游。

真空處理站126包含一固定式真空密封槽基座127，其係容納於地面(如第2B及10圖所示)，及一槽蓋裝置128。該槽蓋裝置包含一槽頂129，係設於並由一輪式高架式超結構130攜帶。一千斤頂131升起及降下該槽頂129。該高架式超結構(詳見第12圖)係由設置於輪子133及134上之一平台132所組成，該輪子133及134分別於軌道135及136上滾動。於所述實施例中，對於一參考基準而言，該軌道135及136係位於不同高度，但為了因應空間限制，此為可理解的，該軌道亦可於一般高度，如第1B圖所暗示。在任一情況下，必須將該槽頂提起並搬移足夠的距離，讓欲進行處理之盛桶能夠順暢地被放置(此處利用吊車)至該槽底。

該真空槽基座127包含一對盛桶滑動座138(第12圖)。各盛桶具有一對突出物139(第2B及4圖)，當該盛桶下降至該真空槽基座127內時，其係由相配的滑動座138支撐。

真空槽蓋裝置128具有一觀察孔140、一合金塊及入料配送器141、一合金絲入料裝置142、及一溫度及採樣孔143。再次敘明，所述裝置暗示了可添加最多四種合金絲，但鋁是最常使用的一種，因為於此循環中，鋁具有最大的晶粒細化效果。一中央孔，其於非真空脫碳作用循環期間係由一真空密封覆蓋板144覆蓋，詳參第1B圖。

該真空系統，其於真空脫氣及真空加氧脫碳作用循環期間作用，及該滌氣系統詳參第10及11圖。

於第10圖中，該真空槽頂129之下緣包含一槽頂緣板 146，其平坦底面係製成可以其全緣與該槽基座127頂端緣板145之相配表面形成緊密貼合，該頂端緣板145亦以相似的方式製成。一密封裝置，此處以一O形密封墊147表示，其係與該相配的、緊密貼合的緣板共同作用以形成一真空室，其可於連續操作中有效製造1托耳(torr)以下的真空壓力。於此系統中，該包含熔融金屬的盛桶可以整個容納於真空環境下，此種安排具有不同的優點，優於以該盛桶本身作為真空室一部份的習知系統。於習知系統中，經常存在漏氣可能性，因為該盛桶上緣係因煉鋼廠中的狀況而暴露於不利的情況下，如鋼水溢至盛桶暴露之上緣處、或因煉鋼廠中無法避免其存在的硬顆粒，會落於該緣上並因此影響金屬與金屬的密合性。又，在該系統中，盛桶外側的金屬壁會有滲出孔，因此其內含氣體(主要為了盛桶耐火性)會由此逸散。於習知系統中，盛桶在進入真空槽之前，會暴露於環境空氣下達很長一段時間(與本發明相比較，本發明快速循環中，澆鑄前僅在環境氣體下短時間暴露)，因此，滲出孔會使盛桶耐火材質變成可載有含濕氣的空氣。

於本發明中，該環境氣體係經一排煙管149移除，其為一多階段蒸氣噴射抽氣機系統之一部分，較佳為四或五階段系統。

由第10圖應留意，該滿載之出鐵盛桶86係置於一升高基座結構151，此處為一複數樑剖面圖。於操作期間若發生突沸，則該升高基座結構可確保該盛桶基座不會被衝出的金屬焊接，才可使該盛桶於提出該槽外時可迅速整理。

於真空加氧脫碳作用循環中，包含真空電弧重熔及非真空電弧重熔兩種循環，為此功效，該真空處理站係經修改以包含吹氧槍。參考第10圖，在操作期間之添加氧氣部分，一可藉由導引結構154而垂直上下移動之加氧槍153，其於中央孔覆蓋板144移除後進入該槽室。該加氧槍153係穿過一輔助耐熱擋板156，因碳與氧作用會生成額外的熱而需要該檔板。耐 火蓋板片157具有中央開口158以容納該加氧槍153，耐火蓋板片會在該盛桶離開LMF站後被置於該盛桶之頂邊。該加氧槍罩155及該加氧槍153係穿過真空密封裝置，故該鋼材可同時接受真空及吹氧處理。若因系統參數而不能於加氧槍操作時維持真空在1托耳以下，該熔體可在加氧處理後，在無加氧槍的情況下接受短時間真空處理，因加氧處理會使熔體過熱至超過所欲澆鑄溫度。

於處理期間，該熔體係經滌洗氣作用，較佳係於該槽被密封的所有時間，但若操作者透過觀察孔140觀察沸騰狀況而認為該沸騰於當時過於激烈，則該滌洗氣可於任何時間下被中斷。該滌洗氣系統詳參第11圖。一固定式滌洗氣供應線159係連接該氣體流方向的上游與一適當的氣體來源，該氣體在處理時對該金屬為惰性，例如氬。該固定式供應線159係藉由一習知滑座(未顯示)耦合至該盛桶之一飼入器管線160，該飼入器管線160對該供應線159之連接發生在該盛桶降至該盛桶滑動座138之位置，即將該盛桶由該LMF車上移至該真空處理站126中，以吊車將該盛桶落座。該飼入器管線160分成第一飼入器栓161及第二飼入器栓162，它們的出口終點係分別為嵌於位在該盛桶耐火底169上之耐火滌洗栓163及164。於該盛桶86底部的滑動閘門165用以開啟及關閉一盛桶澆鑄噴嘴166。

於第1B圖所示之在真空處理站126進行真空處理以及第12圖之移開該真空槽頂129後，以吊車夾住該出鐵盛桶86的耳軸167、168而提起該出鐵盛桶86及其經處理之爐次，並放到澆鑄車170上，參見第1C、13及14圖。澆鑄車170包含一盛桶定位架結構171(第13及14圖)，其包含一對略呈V形的橫向托架構件172、173，其端點係牢固於與縱向托架錨狀構件174、175。該縱向托架錨狀構件174、175係依序牢固於兩個主要的橫向支柱176、177。該錨狀構件形成一堅固的次 支架，其係牢固於具有縱向側邊178、179的垂直移動式基礎支架。

藉由千斤頂裝置180、181(僅標示其中兩個)將該基礎支架升起或下降。千斤頂裝置係固設於垂直杆182、183、184及185。由縱向側邊(僅顯示其中之一)188及橫貫構件186、187形成一堅固輪式支架，以於第1C圖右側所示之位置接收該盛桶，該輪式支架行駛於軌道190上。該出鐵盛桶86係由吊車自真空處理站提起至澆鑄車170之輪式支架上。該支架對應該軌道190所作的橫向移動可藉由操作螺旋千斤頂而達成，標示出其中兩個螺旋千斤頂224及225。

由前述可見澆鑄車(及其所攜帶之預備好可澆鑄之出鐵盛桶86)，其可以六個方向移動以將盛桶澆鑄噴嘴166精確地對準喇叭澆管(pouring trumpet)199之喇叭型端點195。故，如第2C圖所示，該澆鑄車滑動台架的六方向移動的優點為，即使當該喇叭澆管199上端的喇叭型端點195延伸至該軌道190的高度之上，於該盛桶底部上的該盛桶澆鑄噴嘴166仍可被正確的定位在該喇叭澆管上端的喇叭型端點195的上方。該盛桶由LMF車被提起後，該LMF車即回歸於該真空處理站126的正上游之位置，準備接收下一個經真空處理之盛桶。

澆鑄車170往下游移動至澆鑄站，其包含一澆鑄坑區域192(第1C及2C圖)。澆鑄坑192可包含多種鑄模尺寸，視煉鋼廠欲提供者而定。於此例中為三個鑄模之第一組193及第二組194。

第一鑄塊底部澆鑄裝置包含一主要扦口(primary receptacle)或模具，此處為鑄模196，其置於模底板197上。模底板197係置於澆道基座198上。該喇叭澆管199之中央孔道係連接至該模底板197上經對準之一垂直孔197a，該孔係連接至澆道基座198之水平澆道202，該澆道則依次連接至模底板197之鑄塊入孔200，因此使該鑄模196內部可由底部往上 填充。可理解該喇叭澆管199、該模底板197及該澆道基座198係由強力抗壓性陶瓷材料所形成，並於每次使用後丟棄。鑄模196可具有助熔劑材料，於滌洗(為了潤滑模具壁以利脫膜)之前置於其底部。可移動式及可重新裝配之熱頂係標記為201。

如第2C圖所示之一固化之經真空脫氣之鑄塊205係由吊車移送至如第1C及15圖所示之脫膜區。第15圖之放大圖中，該脫出之鑄塊205係倒於其鑄模196旁，該鑄模亦為傾倒。

帶有一經澆鑄之盛桶227(僅帶有數噸殘餘鋼材及爐渣)之吊車226係懸於該脫膜區上，在澆鑄該爐次至鑄模196後，其準備將殘留於盛桶中的數噸鋼材澆鑄至小的角錐形模具207，並將爐渣送至爐渣傾倒區206，參見第1C圖。當將盛桶側邊置於地上時，並非使用該盛桶滑動閘門或傾斜該盛桶，而是使用第10圖之鉤孔208作為提起點。於角錐形模具207中固化後，由吊車提起各角錐形鑄塊(此處若使用所有模具則為六個)至運送車209，以藉由鐵路13運送至廢料房11。

以類似的方式，仍為燙熱的鑄塊205會置於該運送車209上，並送至鍛造部門中的加熱鍋爐以將該燙熱鑄塊加熱至變形溫度，準備進行鍛壓。

參照第1C、2C及15圖，已於脫膜區冷卻至室溫之一脫膜之鑄塊205，利用打磨或機械方式切掉其熱頂並移除外側氧化表面以形成一VAR電極鑄塊，以於第2C圖左端詳示之真空電弧重熔站進行後續加工。接著將一附加短柱210焊接至該平滑截端，因此形成一真空電弧重熔電極211。將銅坩堝212置於一真空電弧重熔單元之水套槽部218(第2C圖)。該VAR電極之暴露端係被VAR撞杆的下端213夾住。該VAR撞杆係連接至DC電源214，該撞杆可於該VAR單元之蓋子215上的真空密封開口中滑動。當DC電流開啟時，該VAR電極211之底端熔化並形成一淺池219，由於冷卻水會將該VAR坩堝中的熔融鋼水池的熱帶走，其係從底部迅速固化。該VAR電極 會持續熔化作用，直到該VAR電極完全消耗掉且由此形成一VAR鑄塊為止。於此時，該VAR鑄塊可進一步加工，通常會經鍛造及必須的熱處理。

本發明之應用與操作係如後述。

假設鋼材之第一爐次係於一爐役之起始點所製備。應理解該術語「爐役」係以鋼鐵產業中通常意義所使用，即，於鍋爐需要換襯之前，一電弧爐可製造的爐次數量。亦假設客戶係訂購一真空加氧脫碳真空電弧重熔產品。又，一約75噸之真空加氧脫碳真空電弧重熔鑄塊為一成批生產順序之煉鋼廠部分所需終產物；亦即，於熔融後依序加工最後成為一鑄塊，該鑄塊係可用於煉鋼製程的下一階段，通常為鍛造。

本發明可適用於任何規模之商業煉鋼製程。為了描述本發明，並僅作為例示之用，該電弧爐產能則假設為約75至115噸。為了具體描述，本發明係以約75噸之爐次尺寸進行。

首先參照第1A圖，以任何適當的習知手段(如廢料吊車上的暫時性磁鐵)將廢料12裝載至第一廢料入料桶21中，該桶係置於廢料車15上，該廢料車15係運行於鐵路17上。當入料桶21裝載好，將電弧爐30之電弧爐蓋35懸吊至第1A圖之虛線位置。依其軸樞36將爐蓋35懸吊至上述開啟位置時，如第2A圖所示，電弧爐身31係開啟以接收廢料。於此時，廢料吊車63(第2A圖)提起第一廢料入料桶21，係以吊車勾64鉤住杓23之抬升架25，該杓係以軸樞29與入料桶21為可旋轉式連接。如第2A圖所示，該廢料吊車提起第一入料桶21至提升位置。當入料桶21底部打開，廢料12即飼入該電弧爐30之爐身31。

應理解，於該電弧爐第一次入料，於一爐次中的廢料12會包含小碎片，例如閃熔物(flashings)及邊角廢鋼，故該爐身31底部耐火材料不會被投入的大塊廢料如熱頂損壞。於鍋爐中會有來自前一爐次所殘留的熔融鋼材的餘留鐵水(heel)，該 餘留鐵水係包括足夠噸數的燙熱金屬，會先裹覆於包含大片段的飼入廢料，接著緩和大塊的固體廢料對該鍋爐底部耐火材料的影響。大塊廢料會藉由廢料鐵路系統13(第1C圖)而被送回廢料房，該鐵路系統包含運送車209，接著進行該製程中的下游步驟。該固體片段包含由VAR及非VAR爐次所固化形成的鑄塊上裁切掉的大塊熱頂，及來自角錐形模具207的小型鑄塊。

由第一入料桶21將廢料12第一次飼入開啟的鍋爐爐身31後，該廢料吊車會由其上游抬升位置(第2A圖)移至第二入料桶20上的抬升架24相合之位置，該第二入料桶係於鐵路16上運行。

應理解恰於倒空該入料桶21至該鍋爐後，該電弧爐蓋35係移至如第1A圖實線所示之該電弧操作位置，且一電弧係於該鍋爐電極45、46及47與位於該爐身中的金屬之間。於該電弧操作位置，該電弧爐管路系統55之固定式入口彎管58係對準(但有間隔)該爐蓋35頂端的煙霧出口彎管56，詳參第1A及3圖。由第1A圖可見，該煙霧出口彎管56之輕微彎曲的排放端凸緣57係直接對準該管路系統55之固定式入口彎管58之平坦環狀凸緣。該管路系統55中的強力出風機(未顯示)會保證電弧爐30中的所有煙霧，包含爐身31中的化學反應煙霧及任何來自該爐蓋35及爐身31附近的內部滲液，會直接導入該管路系統55，故煉鋼廠環境不會受到鍋爐煙霧污染。更確切地，鍋爐內會發生輕微降壓。

當來自第一入料桶21之廢料被熔融，即關閉該電弧，接著將該電極升高至第3圖虛線所示之清理位置，且該爐蓋35被懸吊至第1A圖所示之開啟位置。當該爐蓋被懸吊至開啟位置時，廢料吊車63將第二廢料入料桶20由廢料車14上的位置(第1A圖)提起至入料位置(第2A圖)，接著將該廢料入料桶20中的廢料倒入鍋爐中熔融金屬的頂部。接著，該電弧爐蓋35由第1A圖的虛線入料位置懸吊至實線關閉位置，該電極 45、46及47下降至第3圖實線所示操作位置，並重新開啟電弧及管路系統55。

在第二入料桶20入料之前與之後均以採樣裝置50採樣本及測溫度。於此製程階段，依據樣本所示數值，碳和爐渣形成材料(特別是石灰)會與合金一起加入。又，藉由該碳及氧注射系統53將氧和碳加入鍋爐中的熔體。

於上述所有操作期間，一備用廢料入料桶26係裝載並預備以在需要時輸送至一開啟的廢料車及接著送至鍋爐。

繼續參照第1A圖及特別是第2A圖，運行於軌道71之一出鐵盛桶車70係帶有一空的、未加熱的出鐵盛桶72，其包含耳軸73。該出鐵盛桶72係位於鍋爐出鐵口75下方，該出鐵口係由鍋爐滑動閘門84控制。為了由鍋爐汲取熔體至該出鐵盛桶72，啟動該鍋爐搖動槽活塞83(第2A圖)，經由齒棒及齒輪32、33，使電弧爐30由第5C圖之電弧操作位置向第5A圖的出鐵位置傾斜，該出鐵位置為由操作位置起算約逆時針15°(第5C圖)。出鐵後，該電弧爐30可順時針傾斜至第5B圖之位置，並經由鍋爐排渣門52移除爐渣。因該滑動閘門可允許汲取幾乎所有的熔融金屬(若需要的話)，於清除爐渣時僅會損失極少數金屬，如上述，較佳為至少約5-15噸之金屬保留於鍋爐中以形成餘留鐵水。於任何情況下，電弧爐中可形成最後可澆鑄出的非常大塊的鋼材重量。

於出鐵前，該出鐵盛桶72係以預熱槍76加熱，因此來自鍋爐熔體之出鐵金屬不會因接觸到該出鐵盛桶而過度冷卻。出鐵盛桶72桶壁的高溫可藉由置於盛桶頂部的預熱擋板77而延長。該預熱擋板係形成自一背板78，於其上係附有一耐高溫耐火絕緣層79。該預熱擋板77係藉由一吊車勾8()上升或下降，該勾80係合於擋板架81。該預熱擋板77覆蓋該出鐵盛桶72的時間係達該出鐵盛桶必須等待出鐵開始的時間的最大值。因此，在等待期間，該出鐵盛桶72僅有極小冷卻。 於約75噸之出鐵爐次中，大約1½噸之石灰及足夠磅數之合金(達於許多爐次中之最終所需合金含量的60%的合金量)會直接由合金入料裝置82進入該出鐵盛桶72。

於將電弧爐30中之爐次出鐵至出鐵盛桶72後，裝有出鐵熔體之出鐵盛桶車70係移動至下游終點71a，其顯示於第2A圖左端。於此地點，由吊車85將該滿載之盛桶(現在標記為86)自出鐵盛桶車70提起至一冶金盛桶爐(LMF)車87上。

如第1B圖所示，以座落於LMF車87之上游位置之預熱槍89預熱該LMF車87。經爐渣導槽65添加爐渣，其亦座落LMF上游位置(第1B圖)。

當於第1B圖之LMF上游位置進行必要調理時，該LMF係準備好進行LMF加工。詳參第1B圖，LMF電極91、92及93縮回一段距離足以使出鐵盛桶86及LMF車87移入LMF站中電極91、92及93下方的位置。

LMF頂磐90係顯示於第8及9圖。該電極91、92及93經由導線95、96及97接收電源94提供之電力(第1B圖)。該等電極係緊密地但可移動地容納於LMF中心板99中的開口98。該頂磐90之垂直與水平位置為水冷卻(第9圖)。該頂磐90之較低結構部分係終止於一環狀底凸緣116，其係與該出鐵盛桶86之環狀上凸緣117相配，並置於其上。於出鐵盛桶86及LMF頂磐90之間的空間中會產生大量煙霧，且此些煙霧會經由第8及9圖之箭頭所指路徑而被引導至該系統之出口管路，其連接至袋濾室115(第1A圖)。由拍擊器100(第2B圖)可對在LMF站中加工的出鐵盛桶86中的爐次進行一次或多次的溫度及化學分析。

化學添加物、溫度及採樣系統，係詳參第6、7、8及9圖。

第6圖中，用於於次表面添加氧至熔體之加氧槍107，於此圖中的實線為加氧槍的操作位置，而虛線為收起或非操作位 置。

第7圖中，實線為溫度或採樣系統124的操作位置，而虛線為收回位置。

第8圖中，可見合金絲添加系統108係包含，於此例中，為兩種合金入料絲110及111，其係藉由合金絲傳動滾筒109移動至合金絲入料漏斗112。該合金絲入料漏斗112之延長龍頭係使一合金入料絲，此處為合金絲110，經由合金絲入料管113至出鐵盛桶86之熔體。於頂磐90(未顯示)中的一拍擊器閥會打開，使由合金絲入料管113通過該頂磐90上之開口114。

顆粒狀固體合金材料係由合金塊導槽系統101(第9圖)所形成。收集導槽102為來自一個或多個架高的合金送料斗的入料導管。收集導槽102清空至傾斜導槽103，其接著穿過頂磐90上的傾斜導槽開口104，於此處將合金塊直接飼入該熔體。合金導槽開口密封板105可以任何適當方式密封以切斷頂磐90下方的空間與合金塊導槽系統101之間的聯繫，因此，當密封板105係開啟以允許合金進入熔體時，製程可以無明顯煙霧轉入該合金塊導槽系統101而進行。

該頂磐90具有一頂磐水冷系統119。一合金絲入料滑蓋系統120具有一平板121，其受一平板控制系統122控制，當開啟時允許該合金絲入料管113進入該頂磐90，故該該合金絲入料管113的出口端可被帶至接近熔體表面以確保該合金絲(例如可為鋁)與熔體之接觸。

於該LMF完成合金添加及該熔體之溫度達到所欲程度(例如約3000℉)後，升起頂磐90及電極91、92及93，以使LMF車87及所載之出鐵盛桶86移動至停站123所示之下游終點(第2B圖)，其即相鄰真空處理站126。該真空處理站包含一真空槽基座127及一真空槽蓋裝置128。該槽蓋裝置128包含一槽頂129，其藉由槽頂千斤頂131可為第2B圖中垂直箭頭所示之垂直方向移動。槽頂129及其對應之槽頂千斤頂131 係藉由一輪式高架式槽頂支架130。詳參第12圖，該高架式槽頂支架包含一高架式平台132，其具有輪子133、134，滾動於高架式軌道134、135上。兩個相對位置之盛桶滑動座標示為138(第12圖)，該圖係顯示一開啟、清空、下游狀況之真空槽125。當出鐵盛桶86係於製程之真空處理站階段時，於出鐵盛桶86相反側邊上之盛桶突出物139(第2B圖)係配置為設於該盛桶滑動座138上。一真空槽觀察孔140(第1B及10圖)，係穿過該槽頂129之可使操作者觀察到盛桶137中的CO沸騰強度的位置(第10圖)。一合金及飼入料系統141及一合金絲入料系統142(第1B圖)，該系統142可類似於第1B、8及9圖之合金絲添加系統108。第1B圖係標出一溫度及採樣孔143。一中央孔覆蓋板144，係於低真空操作期間與槽頂129非常緊密的密合封閉。於此文中，低真空操作意指，在該循環之真空脫氣部分之絕大部分中，其絕對壓力低於1托耳。槽頂129於其下緣具有一底凸緣144，該底凸緣被製成可與以類似方法製成的圍繞真空槽基座127上緣之頂凸緣145相配。於平滑相配凸緣145及146之間的O形密封墊147係使該真空槽125於一連續操作基礎上產生低於1托耳之絕對壓力。此非常低的絕對真空較佳係藉由一真空噴射機150(例如多段式蒸氣噴射抽氣機系統)，其係經由槽氣排出管149連接真空槽125。

盛桶86會被完全的涵蓋於該真空槽125中，如第10圖所示，因此該盛桶之全部及該爐次表面均暴露於真空下，另外，並藉由一結構式基座151而被抬高至離槽底有一段實質距離。之所以選擇該基座之高度，係因在處理最大量爐次時若發生突沸，該盛桶不會被焊接於槽底，而可在修復槽底時被提起或取出。

若該煉鋼業者欲製造一鋼材之真空加氧脫碳爐次，無論是VAR或非VAR等級，該槽頂129係經修改以容納一加氧槍153。該加氧槍153經由一孔洞(當覆蓋板144移開時為開啟)進入該槽125。該加氧槍穿過緊密貼合的一滑動結構154，因 此該蒸氣噴射抽氣機系統能夠維持一真空壓力於該系統中，而防止該量足以抵銷任何明顯程度之該熔體與環境氛圍之接觸之環境空氣進入該槽。

一輔助爐次擋板156，用於特別是在需要真空加氧脫碳作用的加工期間。具有一中央開口158之耐火蓋板157將於真空氧化脫碳循環期間包含劇烈沸騰物。應理解對於不必進行真空加氧脫碳作用之爐次，通常不需要覆蓋板157。應留意該盛桶之金屬殼包含滲流孔152，故於該耐火材料中的濕氣會因非常低真空而被排出該耐火材料。該非常滑順的蓋子及槽凸緣145、146及O形環狀密封墊147以及暴露在該非常低真空之滲流孔，可確保無明顯濕氣(其包含有害的氫)存在於該系統中，因此可使最終氫氣含量低於2.2 ppm，且通常低於1.0 ppm，故可製造出適用於飛機及太空應用之超潔淨鋼材。本發明此點係相反於僅包含一蓋置於盛桶上緣的真空站的系統，其會使該盛桶成為真空槽壁的一部份。該種系統無法保證該桶蓋及盛桶上緣之間的絕對真空密封，係由於在其表面的顆粒(通常不會被注意到)存在，會妨礙前述所形成的高度真空密封。另外，因為缺乏滲流孔(其可允許濕氣進入耐火材料)，包含濕氣的空氣會殘留在耐火材料中的可能性一直存在。

參照第11圖，可見由提供滌氣所衍生之劇烈沸騰。來自滌洗氣源頭(較佳為氬)之管線159，係連接一分接頭160至第一飼入器栓161及第二飼入器栓162，其分別終止於位在盛桶底部之第一及第二耐火滌洗栓163及164。應理解當因滌洗氣的體積膨脹(依氣體膨脹之查理定律及波以耳定律，會膨脹約1400倍)而攪動該熔融金屬，一氣流會於該熔融鋼材中被往上送，其具有於該滌洗栓上方之一向上的成分，以及在該盛桶之反向(大約是在第11圖澆鑄噴嘴166所標出的位置)之一向下的成分當遠離表面之熔融金屬到達表面時，其所包含的有害氣體如氫、氧及氮將會暴露至該真空槽的非常低壓下，而可經由出口導管149排出該系統。

該真空處理的時間係依金屬於處理起始之溫度、沸騰強度、以及於真空加氧脫碳作用循環中加氧槍53所添加之氧氣品質而定。

於該真空處理站126之處理及將真空槽蓋裝置128移至第12圖之槽開啟位置後，以吊車將該出鐵盛桶86提出該真空處理站126並置於澆鑄車170所載之盛桶定位架結構171，該車之四輪191係於澆鑄軌道190上滾動。澆鑄車170係移動至下游，如第1C圖左方所示之澆鑄坑站192，準備澆鑄至鑄模196中。

於該盛桶定位架結構171上之出鐵盛桶86能夠以六方向移動，以精確地定位盛桶澆鑄噴嘴166於該喇叭澆管199之上方開放之喇叭型端點195，其係向上突出於該軌道190的上方，如後述。

澆鑄車170包括一堅固的基礎支架，其由兩個縱向側架178、179及橫向橫貫構件186、187所組成。千斤頂垂直杆182、183、184及185由該縱向側架178、179及該橫向橫貫構件186及187所成的四個接點向上延伸。

該盛桶定位架結構171係由兩個縱向錨狀基座構件174、175及兩個橫向基座托架構件176、177所組成。因此所形成之該四個側邊盛桶基座可藉由千斤頂裝置而上下移動，千斤頂裝置之其中兩個係標示為180、181，該千斤頂裝置被設於該千斤頂垂直杆182、183、184及185上。兩個略呈V形的橫向托架構件172、173，係延伸於縱向錨狀基座構件174、175之間。該等略呈V形的橫向托架構件172、173係以輪廓吻合的方式容納該盛桶突出物139(第13及14圖中未顯示)，因此出鐵盛桶86係由該盛桶基座174、175、176及177維持固定。水平橫向定位之千斤頂裝置224及225能讓該盛桶基座174、175、176及177以相對於該軌道190為橫向移動。

因此，藉由啟動垂直式千斤頂裝置180、181及橫向千斤 頂裝置224及225，同時以輪子191沿軌道190移動該澆鑄車170，使該盛桶澆鑄噴嘴166能夠以六方向移動，以精確地定位該噴嘴166於該喇叭澆管199。

該澆鑄坑如第1C及2C圖所示。

鑄模196係置於模底板197上，模底板197係置於澆道基座198上。該喇叭澆管199之孔道係連接至澆道基座入孔203，該孔係連接至澆道基座198之澆道202，該澆道則連接至模底板197之鑄塊入孔200。熱頂係標記為201。於為了塗覆鑄模內部表面之目的之澆鑄前，適當的模具塗覆材料可存在於該鑄模中。

澆鑄之後，該出鐵盛桶86可具有3至5噸燙熱金屬及約3噸爐渣，其以吊車提起至脫膜區204(第1C圖)，於此處將該金屬注入角錐形模具207及將該爐渣倒至爐渣傾倒區206。接著，以吊車將該清空的盛桶提回相鄰於該電弧爐30之預熱區，於此處該盛桶預備為後續鍋爐出鐵。該澆鑄車170可回歸至上游起始位置，即恰為該該真空處理站126之下游，於此處其將等待下一個由該真空處理站126吊出之盛桶。

當該角錐形模具207中的鑄塊固化後，將其吊至運送車209上，經廢料鐵路系統13運回至廢料房11。

當鑄塊205於鑄模196中固化後，以吊車將該鑄塊及其鑄模運送至脫膜區204，於此處分離該模具及鑄塊，如第15圖所示。若預定對該鑄塊進行習知加工，則該鑄塊熱頂部份仍保留於該鑄塊上。該鑄塊接著裝載至運送車209並送到鍛造區域，於此處將其先送至退火爐。

若於脫膜區204之鑄塊欲進行真空電弧重熔處理，以下列方式加工。

由脫膜區204將該鑄塊吊起，參見第2C圖，至一冷卻及鋸站221，於此處將該鑄塊冷卻至室溫並切除該熱頂。之後於 塑形站222藉由研磨或機械塑形成，實際上為一真空電弧重熔電極211，將該鑄塊表面塑形成一近乎等直徑。

將附加短柱210焊接至該VAR電極211之平滑裁切端。接著將銅坩堝212置入該VAR單元之水套槽部218。該短柱210之暴露端係由一導電耦合夾於VAR撞杆213之下端。該VAR撞杆係連接至DC電源214。該撞杆係滑動於該VAR單元之蓋子215上之一真空密封開口。於該蓋子215經由密封墊216密封至該VAR單元之槽部218，DC電流係經由撞杆213及該短柱210傳導至穿透電弧217至該VAR坩堝212底部。該DC電弧會熔化該VAR電極211之端點，而所得熔融金屬會於該銅坩堝212中形成池219。該熔融池219會迅速由底部固化，因冷卻水220係環繞該銅坩堝218並帶走其中之鋼材熔融池219的熱量。該熔融程序會持續至該VAR電極211完全消耗掉且一新的VAR鑄塊223因此產生。

在該VAR電極211完全熔解後，終止該DC電流，終止該真空，並移開蓋子215以暴露完成之VAR鑄塊223，第2C圖顯示部分完成圖。接著將該附加短柱210由該撞杆213去耦合，並重製以用於之後的VAR循環。坩堝底部為粗糙，將該VAR鑄塊223由該坩堝側邊及該坩堝中吊起。將所完成之VAR鑄塊置於運送車209，接著將該鑄塊送至鍛造部門。

約75噸爐次尺寸之典型循環時間，始於懸吊該電弧爐蓋35至第一入料位置，至完成重飼廢料之重熔、完成該電弧爐之出鐵及重回預備懸吊該爐至第一入料位置之水平位置，約1小時又45分鐘，如下述。

假設該出鐵盛桶已於出鐵前由預熱槍76預熱至約2000℉，且入料桶20、21各裝載約41½噸之固體廢料。

該熔體之下游加工，於水平的、經覆蓋的條件下經吊車由該真空處理站提起，需時少於約1小時又45分鐘，因此不可能因下游操作緩慢而滯留。例如，於LMF中的時間僅約35分鐘或更短，而於真空處理站僅需約30分鐘。

若有90噸之澆鑄，該循環時間可達到或略微超過2小時。然而，因電弧爐電極之直徑最高至16英吋及電流為75至90 MVA，該循環時間會與該爐次尺寸成直接比例而更短。應理解，欲製造的鋼材組成物-由低合金至高鉻不銹鋼-對該循環時間並無顯著影響。

上述特定實施例之內容係為了詳細說明本發明，然而，該等實施例係僅用於說明，並非意欲限制本發明。熟習本領域之技藝者可理解，在不悖離後附申請專利範圍所界定之範疇下針對本發明所進行之各種變化或修改係落入本發明之一部分。

10‧‧‧本發明系統

11‧‧‧廢料房

12‧‧‧廢料

13‧‧‧廢料進貨裝置(鐵路)

14、15‧‧‧廢料飼入車(廢料車)

16、17‧‧‧鐵路

18、19‧‧‧終點

20、21‧‧‧入料桶(廢料桶)

22、23‧‧‧杓

24、25‧‧‧U型吊桶

26‧‧‧備用入料桶

27‧‧‧杓

28‧‧‧吊桶

29‧‧‧軸樞

30‧‧‧電弧爐

31‧‧‧爐身

32‧‧‧齒棒

33‧‧‧齒輪

34‧‧‧搖動槽座

35‧‧‧爐蓋

36‧‧‧懸吊軸樞

37‧‧‧邊框

38、39‧‧‧爐蓋懸吊臂

42、43、44‧‧‧電極進料器

45、46、47‧‧‧石墨電極

49‧‧‧導槽系統

50‧‧‧採樣裝置

51‧‧‧拍擊器

52‧‧‧排渣門

53‧‧‧氧及碳注射槍系統

55‧‧‧管路系統

56‧‧‧出口彎管

57、59‧‧‧環狀凸緣

58‧‧‧入口彎管

60、61‧‧‧管路

63‧‧‧廢料吊車

64‧‧‧鉤

65‧‧‧爐渣導槽

66‧‧‧起重抬架式提升裝置

67‧‧‧入水管

68‧‧‧出水管

69‧‧‧備用電極區段

70‧‧‧出鐵盛桶車

71‧‧‧軌道

71a‧‧‧下游終點

72‧‧‧出鐵盛桶

73、74‧‧‧耳軸

75‧‧‧出鐵口

76‧‧‧預熱槍

77‧‧‧擋板

78‧‧‧背板

79‧‧‧絕緣層

80‧‧‧吊車掛勾

81‧‧‧抬升架

82‧‧‧合金入料裝置

83‧‧‧鍋爐搖動槽活塞

84‧‧‧滑動閘門

85‧‧‧吊車

86‧‧‧出鐵盛桶

87‧‧‧LMF車

88‧‧‧LMF軌道

88a‧‧‧上游終點

89‧‧‧預熱槍

90‧‧‧頂磐

91、92、93‧‧‧電極

94‧‧‧電源

95、96、97‧‧‧電源線

98‧‧‧開口

99‧‧‧中心板

100‧‧‧拍擊器

101‧‧‧合金導槽系統

102‧‧‧入料導管

103‧‧‧傾斜導槽

104‧‧‧開口

105‧‧‧蓋板

106‧‧‧電子導槽控制系統

107‧‧‧加氧槍

108‧‧‧合金絲添加系統

109‧‧‧傳動滾筒

110、111‧‧‧合金入料絲

112‧‧‧漏斗

113‧‧‧入料管

114‧‧‧開口

115‧‧‧袋濾室

116‧‧‧底凸緣

117‧‧‧頂凸緣

118‧‧‧排煙管

118A‧‧‧煙霧路徑

119‧‧‧水冷系統

120‧‧‧滑蓋系統

121‧‧‧平板

122‧‧‧控制系統

123‧‧‧下游終點

124‧‧‧溫度或採樣系統

125‧‧‧真空槽

126‧‧‧真空處理站

127‧‧‧真空密封槽基座

128‧‧‧槽蓋裝置

129‧‧‧槽頂

130‧‧‧輪式高架式超結構

131‧‧‧千斤頂

132‧‧‧平台

133、134‧‧‧輪子

135、136‧‧‧軌道

137‧‧‧盛桶

138‧‧‧盛桶滑動座

139‧‧‧盛桶突出物

140‧‧‧觀察孔

141‧‧‧合金塊及入料配送器

142‧‧‧合金絲入料裝置

143‧‧‧溫度及採樣孔

144‧‧‧中央孔覆蓋板

145‧‧‧頂端緣板

146‧‧‧槽頂緣板

147‧‧‧O形密封墊

149‧‧‧排煙管

150‧‧‧真空噴射器

151‧‧‧升高基座結構

152‧‧‧滲流孔

153‧‧‧加氧槍

154‧‧‧導引結構

155‧‧‧加氧槍罩

156‧‧‧輔助耐熱擋板

157‧‧‧耐火蓋板片

158‧‧‧中央開口

159‧‧‧滌洗氣供應線

160‧‧‧飼入器管線

161‧‧‧第一飼入器栓

162‧‧‧第二飼入器栓

163、164‧‧‧耐火滌洗栓

165‧‧‧滑動閘門

166‧‧‧盛桶澆鑄噴嘴

167、168‧‧‧耳軸

169‧‧‧耐火底

170‧‧‧澆鑄車

171‧‧‧盛桶定位架結構

172、173‧‧‧橫向托架構件

174、175‧‧‧縱向托架錨狀構件

176、177‧‧‧橫向支柱

178、179‧‧‧縱向側邊

180、181‧‧‧千斤頂裝置

182、183、184、185‧‧‧垂直杆

186、187‧‧‧橫貫構件

188、189‧‧‧縱向側邊

190‧‧‧軌道

191‧‧‧輪

192‧‧‧澆鑄坑

193‧‧‧第一組鑄模

194‧‧‧第二組鑄模

195‧‧‧喇叭型端點

196‧‧‧鑄模

197‧‧‧模底板

198‧‧‧澆道基座

199‧‧‧喇叭澆管

200‧‧‧鑄塊入孔

201‧‧‧熱頂

202‧‧‧水平澆道

203‧‧‧澆道基座入孔

204‧‧‧脫膜區

205‧‧‧鑄塊

206‧‧‧爐渣傾倒區

207‧‧‧角錐形模具

208‧‧‧鉤孔

209‧‧‧運送車

210‧‧‧附加短柱

211‧‧‧真空電弧重熔電極

212‧‧‧銅坩堝

213‧‧‧撞杆

214‧‧‧DC電源

215‧‧‧蓋子

216‧‧‧密封墊

217‧‧‧電弧

218‧‧‧槽部

219‧‧‧熔融池

220‧‧‧冷卻水

221‧‧‧冷卻及鋸站

222‧‧‧塑形站

223‧‧‧VAR鑄塊

224、225‧‧‧螺旋千斤頂

226‧‧‧吊車

第1圖由第1A、1B、及1C圖所組成，為實施本發明製程之系統之平面圖，其係概略地指出或說明某些部分。

第2圖由第2A、2B、及2C次部分所組成，為第1圖之實施本發明製程之系統之側面圖，其係概略地指出或說明某些部分。

第3圖顯示該電弧爐及該系統管路，為部分區段上升(以虛線表示)。

第4圖為一放大圖，係描繪特別是該鍋爐及該固定式管路系統之管路連接。

第5圖由第5A、5B、及5C圖所組成，係該電弧爐身之操作、出鐵及排爐渣之示意圖。

第6圖係描繪該系統之冶金盛桶爐部分之半部區段及次 表面加氧槍之使用。

第7圖係本發明之冶金盛桶爐組件之溫度及採樣裝置之部分示意圖。

第8圖係該冶金盛桶爐之合金絲入料裝置之示意圖。

第9圖係該冶金盛桶爐之頂磐及該頂磐的一半轉動60°之剖面圖，係描繪LMF之該合金及其他飼入料添加系統。

第10圖係該真空處理站之真空脫氣及真空加氧脫碳組合作用處理裝置於真空脫氣模式之垂直剖面圖。

第11圖係該真空脫氣及真空加氧脫碳組合作用站之槽之俯視剖面圖，顯示一盛桶於其中進行真空處理之位置。

第12圖係該真空處理站之透視圖(為圖面清晰為部分省略)，顯示蓋子被提起並移開以準備接收欲進行處理之盛桶。

第13圖係於澆鑄車中鋼材之盛桶之俯視平面圖。

第14圖係第13圖之盛桶之側視圖，係於澆鑄車中的提起位置以準備澆鑄至一喇叭澆管。

第15圖係描繪接鄰於該澆鑄坑之脫膜區。

10‧‧‧本發明系統

11‧‧‧廢料房

12‧‧‧廢料

13‧‧‧廢料進貨裝置

14、15‧‧‧廢料飼入車

16、17‧‧‧鐵路

18、19‧‧‧終點

20、21‧‧‧入料桶

22、23‧‧‧杓

24、25‧‧‧U型吊桶

26‧‧‧備用入料桶

27‧‧‧杓

28‧‧‧吊桶

30‧‧‧電弧爐

35‧‧‧爐蓋

36‧‧‧懸吊軸樞

38、39‧‧‧爐蓋懸吊臂

42、43、44‧‧‧電極進料器

45、46、47‧‧‧石墨電極

49‧‧‧導槽系統

50‧‧‧採樣裝置

51‧‧‧拍擊器

52‧‧‧排渣門

53‧‧‧氧及碳注射槍

55‧‧‧管路系統 系統

56‧‧‧出口彎管

58‧‧‧入口彎管

57、59‧‧‧環狀凸緣

60、61‧‧‧管路

70‧‧‧出鐵盛桶車

71‧‧‧軌道

73‧‧‧耳軸

115‧‧‧袋濾室

209‧‧‧運送車

Claims (24)

1. 一種煉鋼之製程，其步驟為：將固體廢料飼入一電弧爐中，該固體廢料之量係足以包括至少該續行真空處理的鋼材整體重量；對該固體廢料加熱使其熔化而形成熔體；由該電弧爐將至少該熔體之容積出鐵至一容器中；將來自該電弧爐之該容器中之出鐵熔體移轉至一冶金盛桶站；於該冶金盛桶站中，添加合金至該出鐵熔體，該合金的量足以使該出鐵熔體之部分成分達到於此製程階段所欲的成分程度，從而形成一爐次；將位於該冶金盛桶站之該爐次昇溫至過熱以因應所欲之澆鑄溫度；將該過熱爐次移轉至一真空處理站；將該過熱爐次以真空及一足以攪動該過熱爐次之滌洗氣處理以暴露該爐次之表面，以及該爐次遠離該表面之部分於真空下，從而藉由將該爐次暴露至真空而移除該過熱爐次中的氫及氧；於該爐次脫氣並達到適當澆鑄溫度後，終止該爐次之真空及滌洗氣處理；將經處理之爐次移轉至一澆鑄站；於該澆鑄站，將所欲量之該經處理之爐次澆鑄至至少一主要模具中；以及固化該經澆鑄之爐次以形成一經真空處理之鑄塊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製程，其進一步特徵為：飼入電弧爐作為複數爐次之第一爐次的廢料的量係大於在澆鑄站澆鑄至主要模具中之該經處理之爐次的量，在熔融後，該過量廢料留存於該電弧爐中，形成一餘留鐵水，以及進一步包括下列步驟：於電弧爐中接續飼入作為下一個後續爐次之廢料，該廢 料的量係少於在澆鑄站用於澆鑄之經處理之爐次的量；藉此，該後續飼入之廢料及該餘留鐵水之至少一部份，以及後續添加之任何合金，係包括至少為澆鑄至該主要模具中之經處理之爐次所欲的量。
3. 如申請專利範圍第2項所述之製程，進一步包括下列步驟：必要時重複上述步驟，直到實質上無餘留鐵水殘留於該鍋爐中，及接著於該電弧爐中飼入廢料，該廢料的量足以供後續澆鑄所欲量之經處理之爐次至主要模具中。
4. 如申請專利範圍第3項所述之製程，其進一步特徵為：飼入該電弧爐中且足以供後續澆鑄所欲量之經處理之爐次至主要模具中的量的廢料，係包含一額外量的廢料，其足以於該電弧爐中形成用於後續爐次之餘留鐵水。
5. 如申請專利範圍第1項所述之製程，進一步包括下列步驟：將該經真空處理之鑄塊塑形成一真空電弧重熔電極；以及接著將真空電弧重熔電極進行真空電弧重熔，以形成一真空電弧重熔鑄塊。
6. 如申請專利範圍第5項所述之製程，其進一步特徵為：於真空電弧重熔進行冷卻之前，將該真空電弧重熔鑄塊移轉至一退火或鍛造站中。
7. 如申請專利範圍第1項所述之製程，其進一步特徵為：將該爐次於真空及該滌洗氣處理下維持一段時間，足以降低該爐次的氫與氧含量至所欲脫氣程度，以及將該爐次與氧接觸，該氧量係足以降低該爐次的碳含量至所欲程度。
8. 如申請專利範圍第7項所述之製程，其進一步特徵為：接觸該爐次之氧為氣體。
9. 如申請專利範圍第8項所述之製程，其進一步特徵為：該氧係吹至爐次之上表面。
10. 如申請專利範圍第8項所述之製程，其進一步特徵為：該氧氣與該爐次接觸之起始點係發生於該爐次表面之下方處。
11. 如申請專利範圍第7項所述之製程，其進一步特徵為：該爐次與氧接觸後，將該經處理之爐次移轉至澆鑄站，於該澆鑄站將所欲量之該經處理之爐次澆鑄至至少一主要模具中，於該澆鑄站固化該經澆鑄之熔體以形成一經真空處理之鑄塊，及將該經真空處理之鑄塊塑形成一真空電弧重熔電極；以及將該真空電弧重熔電極於一真空電弧重熔單位中重熔，以形成真空電弧重熔鑄塊。
12. 如申請專利範圍第1項所述之製程，進一步包括下列步驟：於該真空站中，將包含該過熱熔體之該容器之全周邊以及該熔體之表面暴露於真空。
13. 如申請專利範圍第1項所述之製程，進一步包括下列步驟：由該爐汲出該熔體至該容器之前，預熱該容器。
14. 如申請專利範圍第13項所述之製程，其進一步特徵為：將該容器預熱至約2000℉之溫度。
15. 如申請專利範圍第13項所述之製程，進一步包括下列步驟：進行預熱後，以一耐火蓋板覆蓋該容器，及於出鐵前移除該蓋板。
16. 如申請專利範圍第12項所述之製程，其進一步特徵為：將該爐次於真空及該滌洗氣處理下維持一段時間，足以降低該爐次的氫與氧含量至所欲脫氣程度，以及將該爐次與氧接觸，該氧量係足以降低該爐次的碳含量至所欲程度。
17. 一種煉鋼系統，包括：一電弧爐，用以形成一鋼材之熔體，一冶金盛桶爐，於該電弧爐中形成一熔體之裝置，由該爐中汲取該鋼材之熔體至一出鐵容器之裝置， 將該出鐵容器移轉至該冶金盛桶爐之裝置，一真空處理站，將於該冶金盛桶爐中之該出鐵容器中之該鋼材之爐次移轉至該真空處理站之裝置，該真空處理站具有一真空槽，其可完全容納該出鐵容器，從而該出鐵容器之全周邊、於該出鐵容器中之爐次、以及該爐次之表面係暴露於真空壓力下，該壓力夠低以降低該鋼材之爐次的氫含量至所欲程度，一澆鑄站，將該出鐵容器由真空處理站移轉至澆鑄站之裝置，其中所含該鋼材之爐次的氫含量已降低至所欲程度，以及將該出鐵容器中之該鋼材之爐次澆鑄至位於該澆鑄站之主要扦口之裝置，該冶金盛桶爐及該真空處理站係具有一爐次之容積，並於該冶金盛桶爐及該真空處理站中處理該鋼材達一段時間，該時間，加上前述移轉之時間，係少於在電弧爐中形成可供出鐵之熔體所需時間，該系統之生產率僅受到該電弧爐之熔融容量之限制。
18. 如申請專利範圍第17項所述之煉鋼系統，其進一步特徵為：該出鐵容器具有底部澆鑄裝置，該用於澆鑄之裝置係包括鑄塊底部澆鑄裝置，其中，該鑄塊底部澆鑄裝置係包括一澆道系統，其具有一喇叭澆管，以及將該出鐵容器移轉至該澆鑄站之裝置係包含可六個方向移動該出鐵容器之底部澆鑄裝置以對準該喇叭澆管之裝置。
19. 如申請專利範圍第17項所述之煉鋼系統，其進一步特徵為：該真空處理站係包含當該爐次暴露於真空壓力下時，加氧至該爐次之裝置。
20. 如申請專利範圍第19項所述之煉鋼系統，其進一步特徵為：該出鐵容器具有底部澆鑄裝置， 該用於澆鑄之裝置係包括鑄塊底部澆鑄裝置，其中，該鑄塊底部澆鑄裝置係包括一澆道系統，其具有一喇叭澆管，以及將該出鐵容器移轉至該澆鑄站之裝置係包含可六個方向移動該出鐵容器之底部澆鑄裝置以對準該喇叭澆管之裝置。
21. 如申請專利範圍第17項所述之煉鋼系統，進一步包括：將於該澆鑄站之主要扦口中所形成之鑄塊轉換成一真空電弧重熔電極之裝置，一真空電弧重熔站，及將一真空電弧重熔電極於該真空電弧重熔站中轉換成一真空電弧重熔鑄塊之裝置。
22. 如申請專利範圍第21項所述之煉鋼系統，其進一步特徵為：該出鐵容器具有底部澆鑄裝置，該用於澆鑄之裝置係包括鑄塊底部澆鑄裝置，其中，該鑄塊底部澆鑄裝置係包括一澆道系統，其具有一喇叭澆管，以及將該出鐵容器移轉至該澆鑄站之裝置係包含可六個方向移動該出鐵容器之底部澆鑄裝置以對準該喇叭澆管之裝置。
23. 如申請專利範圍第17項所述之煉鋼系統，其進一步特徵為：該真空處理站係包含當該爐次暴露於真空壓力下時，加氧至該爐次之裝置，以及進一步包含：將於該澆鑄站之主要扦口中所形成之鑄塊轉換成一真空電弧重熔電極之裝置，一真空電弧重熔站，及將一真空電弧重熔電極於該真空電弧重熔站中轉換成一真空電弧重熔鑄塊之裝置。
24. 如申請專利範圍第23項所述之煉鋼系統，其進一步特徵為：該出鐵容器具有底部澆鑄裝置，該用於澆鑄之裝置係包括鑄塊底部澆鑄裝置，其中，該 鑄塊底部澆鑄裝置係包括一澆道系統，其具有一喇叭澆管，以及將該出鐵容器移轉至該澆鑄站之裝置係包含可六個方向移動該出鐵容器之底部澆鑄裝置以對準該喇叭澆管之裝置。