專利名稱：煉鋼方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在具有至少部份襯有耐火材料的爐壁的爐中煉鋼的方法，特別是涉及在堿性氧氣轉(zhuǎn)爐和電弧爐中處理金屬爐料的方法。本發(fā)明可被用于自全部為固態(tài)鐵類金屬爐料煉鋼或當熔融鐵類金屬也部份地作為含鐵物料裝入時用于生產(chǎn)鋼。該固態(tài)金屬爐料可由各種類型的鐵類物料，例如可以是廢鋼、生鐵、球團、團塊或壓塊等形式的直接還原鐵。
處理固態(tài)鐵類爐料的公知煉鋼方法由某些通常的步驟組成，例如將鐵類金屬物料裝爐，對金屬塊的表面加熱，裝入非金屬造渣劑，將熔池過熱并精煉，以及將熔融金屬和渣排出。
由于在進行一個或多個上述步驟時技術上的基本差異，使得各種煉鋼工藝是有差別的。由于上述各步驟必不可少的相互依賴關系和相互影響，公知的各煉鋼工藝也是不同的。在許多情況下，為保持一種煉鋼工藝的競爭性，要對上述步驟中的每一個，在考慮相互關系的情況下仔細地加以優(yōu)化，以使得一個工藝步驟或參數(shù)的改進可能要求顯著變更傳統(tǒng)工程的特點，而這種特點則正是先前用于設計一個或多個上述基本的煉鋼步驟的。
用于生產(chǎn)鋼水的廢金屬熔煉方法按照用于完成此熔煉的熱源而改變。現(xiàn)代的電弧爐有能力在很短的時間內(nèi)將大于250千瓦小時/噸的熱能傳遞到待熔化的廢鋼。但是高昂的電費及這些爐子低的熱效率(小于50%)持續(xù)地促使煉鋼工業(yè)去開發(fā)新的，使用較便宜的由燃料燃燒的產(chǎn)生的熱去預熱和熔化廢鋼的煉鋼方法。
例如美國專利No.4，622，007和4，642，047說明了怎樣使用多個燒嘴作能源來預熱廢鋼，然后將多個氧化性火焰導向被預熱的廢鋼，經(jīng)部份氧化將其熔化?，F(xiàn)在該方法已在許多配備有輔助燒嘴的電弧爐上使用。今天，在美國和其它發(fā)達國家，電弧爐已擔負起處理接近70%廢鋼的任務。
在幾十年的時間內(nèi)，為了提供一種有競爭力的替代電弧爐的煉鋼方法，在全世界已進行了許多嘗試，以開發(fā)使用固態(tài)廢鋼和燃燒各種燃料(包括含碳物料)而放出熱的新的，更加先進的煉鋼技術。同時，由于鐵類固態(tài)廢料顯著地比鐵水便宜，并且能被裝入堿性氧氣轉(zhuǎn)爐，通過傳遞為熔化這些增加的固體爐料所必需的，由輔助燃燒源產(chǎn)生的附加熱而被加以處理，所以促使用熔融(“熱的”)鐵生產(chǎn)粗鋼的公司在生產(chǎn)中提高使用廢鋼的比例。
在德國專利No.2，719，981;2，729，892和2，816，543以及國際專利申請No.PCT/SU83/00025中敘述了幾種由固體金屬爐料生產(chǎn)鋼的方法。所有這些方法均可在配備有底部風口和側(cè)風口的堿性氧氣轉(zhuǎn)爐中進行，這些風口是用于提供作為氧化氣體的氣態(tài)氧和作為燃料的液態(tài)或氣態(tài)碳氫化合物的。
這些方法的缺點首先源于必須通過風口提供液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)含碳燃料。這些方法的主要不足是環(huán)繞風口區(qū)域處的耐火材料襯過度損耗;廢氣中的CO含量高以及因之而來的熱效率低;以及由于基本上全部廢鋼表面嚴重地暴露在經(jīng)多個風口供入的未耗盡的氧氣部份中所造成的過度的金屬損失。未能與碳反應的可觀部份的氧首先與金屬爐料反應而生成金屬氧化物。燃料供給系統(tǒng)，以及制備和輸送該細粒物料的系統(tǒng)需要復雜的附加設備，這導致了資金和運行費用的增加。
此外，用于增加了燃料消耗和延長了加熱時間，這些系統(tǒng)可能是不經(jīng)濟的。
使用固態(tài)鐵類物料并在高溫爐中進行的煉鋼工藝包括若干個彼此間共同作用、相互影響的工藝步驟。為了從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，鐵類物料必須吸收大量的熱。這種熱必須很快地傳遞以使煉鋼工藝是經(jīng)濟的。在升高的溫度下(高于900℃)，暴露在含未消耗氧的氣態(tài)氣氛中的固態(tài)鐵類物料的氧化很快加速，從而產(chǎn)生固態(tài)的氧化皮，它隔離了對金屬塊的傳熱。再有，當氧化物變?yōu)橐后w時，它們和鐵-碳熔體一起沉到較冷的爐底，從而影響了金屬熔體和渣的化學性質(zhì)，以及碳與渣和熔融金屬中的其它組份之間反應的熱平衡和物料平衡。
當燃料，如液態(tài)或氣態(tài)碳氫化合物和/或含碳固態(tài)的物料燃燒而放出熔化固態(tài)鐵類物料所必需的熱量時，充滿爐子空間的燃燒產(chǎn)物便與固態(tài)鐵類物料活躍地反應。這些燃燒產(chǎn)物的溫度與化學性質(zhì)影響著加熱和氧化的速率，并因而影響廢鋼堆中氧化物產(chǎn)生動力學和該氧化物進入渣中的速率。
渣形成的時機選擇及其化學性質(zhì)還受供熱動力學、造渣劑和進入發(fā)生渣形成的爐底區(qū)域的碳的影響。渣中的碳含量、渣的溫度和堿度在整個煉鋼過程中影響渣的氧化物，渣中的硫、磷、硅和鐵-碳熔體之間的反應。
現(xiàn)有的煉鋼方法通過將熱的燃燒產(chǎn)物以以下方式置于廢鋼堆的內(nèi)部而加速了廢鋼的熔化即要使燃燒產(chǎn)物和廢鋼表面區(qū)域之間有最大地接觸以獲得最大的傳熱。為了使整個廢鋼表面積和熱燃燒氣體之間接觸，氧由幾個方向供入，流體燃料通過風口或燒嘴供入與氧混合而形成良好的混合，而含碳物料則通過分批裝入而被置于廢鋼堆內(nèi)部。
當該最大表面積暴露在為氧化含碳物料而供入的氧氣流中時，在低溫預熱階段內(nèi)金屬表面不受影響。但后來當廢鋼表面變熱時，過量氧的接觸導致產(chǎn)生過量的鐵氧化物。以后這種過量氧化鐵的產(chǎn)生通過該氧化鐵與在渣中聚集的含碳物料之間的吸熱反應而使渣冷卻。這還導致在熔體過熱期內(nèi)增加了鐵碳熔體的氧化，這降低了金屬產(chǎn)量和該方法的競爭性。廢鋼表面的過度氫化還導致在廢鋼表面產(chǎn)生氧化物隔熱層，它降低了熱傳遞速率并增加了廢鋼預熱和熔化的延續(xù)時間。
當冷的固體物料裝在未配置局部供熱裝置的爐底上時，它們很快地使該爐底襯層冷下來。過后，在熔化周期內(nèi)，第一部份熔融物料到達此較冷冷爐底區(qū)域。該第一部份熔融物料與冷爐底襯層之間的接觸導致了與先已裝在爐底上的固態(tài)爐料部份相混合的該第一部份物料的凝固。這些凝固的物料保持固態(tài)直至熔化期后期，并且僅當金屬熔池變得足夠熱時，該凝固的爐底層方才熔清并開始參與精煉反應。這導致了煉鋼周期的延續(xù)時間顯著增加。
由于重視這種具有冷爐底區(qū)時的消極影響，以上被參考的各專利公開了各種裝置，例如燒嘴或風口，用于局部供熱以便在煉鋼過程中使爐底區(qū)保持熱態(tài)。遺憾的是，在爐底附近為使輔助燃料燃燒而引入氧化氣體卻引發(fā)了與上述燃料積極奪取氧的熔融物料氧化的化學反應。這就消極地影響了整個煉鋼過程的效率，這包括金屬產(chǎn)量、造渣速率、熔化和精煉期的長度，以及熔體化學性質(zhì)的可預測性。
因而，為了在使用固態(tài)鐵類金屬物料和由碳氫化合物與固體碳所組成的燃料的煉鋼過程中有高生產(chǎn)率和效率，重要的是防止固態(tài)物料在整個熔化周期中的過度氧化。
另外重要的是在廢鋼底部提供熱的燃燒產(chǎn)物以使在廢鋼堆的下部和熔體自身能被連續(xù)加熱，借此防止第一部份熔體因接觸較冷的爐底而被冷卻。
同時，為了通過保證熔體連續(xù)精煉而縮短煉鋼周期的延續(xù)時間，希望將熔體與熱的高堿度渣盡可能早地接觸，以保證熔體的連續(xù)脫硫。
當使用100%固體鐵類物料生產(chǎn)鋼時，為了提高金屬產(chǎn)量，重要的是保證聚集在爐底的鐵-碳熔體通過與熱的固態(tài)碳接觸而連續(xù)增碳。
為了增加使用固態(tài)鐵類金屬物料煉鋼法的靈活性，希望提供不僅使用固態(tài)廢鋼，而且還使用固態(tài)生鐵、直接還原鐵、少部份返裝鋼水，或部份鐵水的能力。
本發(fā)明的目的是提供一種具有較高熱效率的煉鋼方法，該方法使用含碳固態(tài)物料作為燃料源，并在煉鋼過程中降低耐火材料襯的損耗和因氧化而造成的金屬產(chǎn)量的損失。
本發(fā)明的另一個目的是通過減少固態(tài)鐵類金屬爐料熔化所需的時間而提供高生產(chǎn)率的煉鋼方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供這樣一種煉鋼方法，該方法具有使用種類廣泛的，都作為欲處理鐵類物料的固態(tài)和液態(tài)鐵類金屬物料的靈活性。
本發(fā)明的又一個目的是，使該方法能在許多設計不同的具有容納熔融金屬耐火材料襯部份的現(xiàn)有煉鋼爐中進行。如，現(xiàn)有的堿性頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐(BOF)，以及改進的具有三個電極的電弧爐(EAF)，或具有一個電極的直流EAF均可用作可能用來實施本發(fā)明的爐型中的一種。
本發(fā)明通過使該新方法具有很高再現(xiàn)性的并易于實施的多個可控工藝步驟來達到上述目的。本發(fā)明使用固態(tài)鐵類金屬爐料，這可包括單獨的廢鋼、生鐵或直接還原鐵，但它們也可與鐵水或剩在爐中的鋼水爐料一起使用。用于本方法中初始固態(tài)鐵類金屬爐料預熱和熔化的熱基本上是關鍵性地通過按時并間隔地裝入的兩種不同類型固體含碳燃料的燃燒而產(chǎn)生的，它保證伴隨廢鋼表面的最小氧化來預熱該廢鋼，并在熔化期內(nèi)對廢鋼表面提供保護，還保證了鐵-碳熔體的有效增碳和廢鋼熔化期內(nèi)所產(chǎn)生的氧化鐵的部份還原。這些燃料主要以爐頂中心吹入的氧化氣體而受控氧化。該氧化氣體以下述方式受控地供入該爐內(nèi)，即首先將其引入并部份消耗于保持由所裝物料放出的碳氫化合物和CO有效的富氧二次燃燒，進而透入由爐料充滿的遠離爐子側(cè)壁的中心爐區(qū)。并在該爐區(qū)內(nèi)部份地消耗于與CO、碳氫化合物和其它可燃氣體的反應。殘余的未反應氧化氣體最后轉(zhuǎn)到中心爐區(qū)的外側(cè)，并在該處消耗掉。由于所供入氧的消耗和在該外周邊區(qū)揮發(fā)的CO和碳氫化合物的亞化學計算的燃燒條件，故而保持了一個降低了的溫度，這些亞化學計算的條件在該中心爐區(qū)外側(cè)，即爐子中心區(qū)和側(cè)壁之間的空間中得以保持，在該處放置著待被預熱并且然后伴隨最小氧化而被熔化大量金屬爐料。所需的供氧可控性是通過保持預定的氧化氣體流量和將頂吹氧槍定位于固體爐料上方，過后是在熔融金屬上方的至少一個或多個預定位置而持續(xù)得到保證的。
第一種所述固體燃料主要是低灰分含量的固態(tài)碳。例如焦炭或無煙煤，而第二種固態(tài)燃料是長焰煤和/或含最多達50%易揮發(fā)碳氫化合物的氣煤。第一種含碳燃料主要以熔體的增碳劑和氧化鐵的還原劑，并在最后的廢鋼熔化的高溫階段作為主要的含碳燃料而用于冶金目的。它的連續(xù)裝入量要使得它能在廢鋼預熱和廢鋼熔化初期經(jīng)受住加熱和燃燒產(chǎn)物及吹氧的氧化而部份地殘留下來。第二種含碳物料首先將在廢鋼開始預熱時被迅速揮發(fā)而部份消耗，然后在廢鋼預熱和熔化期間通過剩余碳的氧化被部份消耗掉。兩種含碳燃料在與氧接觸時都先氧化成CO，進而此CO在所裝入的固體金屬料堆的內(nèi)部和上方與氧接觸時經(jīng)二次燃燒被氧化成CO2。
本方法還采用另一種使中心爐區(qū)中的鐵類爐料中的經(jīng)預熱廢鋼部份燃燒，而將溫度提高到迅速熔化其周圍廢鋼所需的很高的程度的步驟，所說熔化是主要靠中心燃燒區(qū)的輻射完成的。這種燃燒是通過將氧化氣體流量提高到這樣一個水平而完成的在該水平下供入中心區(qū)的氧顯著地超過供揮發(fā)出的可燃物完全氧化所需要的量。位于接近爐子側(cè)壁的周邊爐區(qū)的較冷廢鋼把該中心區(qū)與爐壁隔開，以防止耐火材料襯被高溫破壞。
這兩種含碳物料的分階段氧化不僅按各階段的時間來選擇(這種選擇是由于第二種含碳燃料的碳氫化合物迅速揮發(fā)而引起的)，而且還按對裝入爐子中心區(qū)內(nèi)部和其外側(cè)的含碳料要保持不同的氧化條件的布置來區(qū)分。通過在整個預熱期內(nèi)控制氧化氣體的引入，并通過兩種含碳物料的裝入，對于大部分廢金屬爐料持續(xù)地提供了基本上是還原性爐內(nèi)氣氛的保持。
當位于中心區(qū)的固態(tài)鐵類物料基本上已被預熱時，可控制地增加氧氣流量以點燃至少一部份位于爐子中心的熱廢鋼。在此期間，中心區(qū)內(nèi)部的氧氣流量顯著高于使揮發(fā)的碳氫化合物和因含碳燃料氧化而生成的CO完全燃燒所需的流量。熱的鐵類物料的氧化很快在中心區(qū)及遠離爐壁處放出大量的熱。在此期間，燃燒的金屬朝著依然受到周圍的不完全燃燒產(chǎn)物保護的周圍廢鋼輻射很高的熱流，這些不完全燃燒產(chǎn)物主要是裝到爐子中心區(qū)外側(cè)的含碳物料的亞化學計算氧化而產(chǎn)生的，因而保護了大多數(shù)金屬表面并將金屬產(chǎn)率損失保持很低，從而使得該方法在經(jīng)濟上很有吸引力。通過控制氧化氣體的引入，位于爐子中心區(qū)的含碳物料氧化速率維持得比爐子中心區(qū)外側(cè)的這一速率高，結果使得含碳物料氧化不僅按時而且還按位置分階段進行。
對于本發(fā)明而言重要的是保證將含碳物料在固態(tài)鐵類物料頂上連續(xù)地，以大致相應于朝固態(tài)物料堆所吹氧流量的量裝入。這將避免導致未燃燒碳氫化合物大量顯著超過瞬時供氧過量的聚集，由含碳物料過度地放出碳氫化合物的這種聚集接著就能夠?qū)е翪O和未燃燒碳氫化合物過量地放入爐子氣氛。
為保證將最大限度的處理時間用于精煉鐵-碳熔體，本方法包括在裝入固態(tài)金屬料之前先裝入造渣劑的步驟，結果使得造渣劑位于所述固態(tài)鐵類金屬料之下。本方法使用某些份額的先一爐的熱的液態(tài)留渣，從而使造渣劑裝在留渣上面。造渣劑的化學性質(zhì)和量使液態(tài)留渣堿度溫度和粘度在其大部分熔化前產(chǎn)生變化。裝入的造渣劑應保證將改變了的渣的堿度超過2.0，而較隹值為3.0。這一裝入造渣劑的步驟使渣的溫度降低和渣粘度升高。較冷的粘渣用于支承接著裝在這種粘稠渣上部的所述第一種固態(tài)含碳燃料層，使得在熔化的前期內(nèi)鐵類金屬熔體由于它通過位于粘稠渣上方的含碳燃料層流動時而會被還原和增碳。這將持續(xù)到大量聚集的鐵-碳熔體最終使渣過熱到使其變?yōu)榱黧w，并能通過熔體向上流動并浮在該熔體之上為止。因而，這種方法保證了在金屬爐料預熱和熔化的早期階段中熔融鐵流的增碳，并防止了碳和粘稠渣的金屬氧化物之間的吸熱還原反應的冷卻效應。這種方法還保證了在鐵-碳熔體聚集在爐底之前由該熱的改變了的渣持續(xù)加熱爐底，這種加熱減少了熔體的熱損失，并且保證被上部熱碳層早已接觸過的鐵碳熔體與來自下部熱粘稠高堿度渣之間的早期脫硫和增碳反應。
當使用電弧爐實施本發(fā)明時，熔化、過熱和精煉這些決定性階段都是使用電弧的能量進行的。這就將減少或完全取消對在上述爐子中心區(qū)內(nèi)部用氧化氣體燃燒金屬爐料的必要。這將進一步提高本發(fā)明的金屬產(chǎn)量，并進而提高傳統(tǒng)電弧爐技術的競爭性。
當固態(tài)鐵類金屬爐料主要形式為直接還原鐵(DRI)鐵和/或生鐵時，要求對上述煉鋼方法做某些改進。這些改進之所以必需，是由于固態(tài)鐵與固態(tài)鋼物料相比許多物理化學性質(zhì)不同，這些物理化學性質(zhì)在預熱和熔化期間影響著金屬爐料的行為，還影響鐵-碳熔體的特性，例如起始碳含量和熔體的熔化溫度。
首先，在處理固態(tài)生鐵或直接還原鐵時，在部份固態(tài)鐵開始熔融之后，氧化氣體氧化鐵-碳熔體放出大量的熱。當該鐵碳熔體氧化時，大量的熱被釋放出來。這種熱用于使熔體過熱并熔化被浸沒的固體爐料。在熔體內(nèi)部的碳氧化期間，還產(chǎn)生大量的CO。該CO由具有熔化溫度的熔體中放出并在熔體上方，剩余固態(tài)爐料的內(nèi)部或上方進而被氧化成CO2。這保證了熔體的加熱和過后的對剩余固態(tài)爐料的加熱。這種CO-CO2的轉(zhuǎn)化放出了約為碳完全氧化所放出的附加熱的2/3。在CO通過固態(tài)爐料的時候，還保護了固態(tài)鐵免遭氧化。
固態(tài)生鐵或DRI料的具體特性涉及到它被熱氧化氣體接觸時的行為。當固態(tài)生鐵在氧化性的爐內(nèi)氣氛中被加熱時，低的(相對于廢鋼)熔點和高的碳含量使它迅速結成渣，因而防止了熱的固態(tài)鐵塊被點燃并迅速氧化。DRI的高氣孔率、低的導熱性，以及DRI料堆的低透氣性使得該物料的迅速加熱和熔化十分困難。這就使得必須以下述方式形式生鐵和DRI料快速的起始熔化即，使用上述的含碳燃料良好地防止固態(tài)物料的氧化。再有，在熔化后期和精煉階段，殘留的鐵塊將由固態(tài)碳和鐵-碳熔體氧化時產(chǎn)生的熱CO給予保護。
為使固態(tài)鐵熔化的起始階段短而迅速，本方法采用了一個起始預熱階段，其中主要由輕廢鋼組成的第一鐵類爐料被預熱。該第一廢料爐料應保證良好的透氣性并且應當使用與前述技術類似的技術預熱，這包括裝入兩種含碳物料，使用熱的留清并將造渣劑裝入爐內(nèi)而將渣的堿度提高到2.0以上(較佳為3.0以上)，然后裝入上述輕廢鋼。在上述初始的廢鋼爐料被預熱后，主要由固態(tài)生鐵和/或DRI組成的另外的鐵類爐料被裝在上述被預熱的廢鋼爐料的上面。繼而將另一批最終的廢鋼爐料置于上述固態(tài)鐵料的上面。在這樣裝料之后，通過用頂部噴槍裝置引入氧化氣體并在上述另一批廢鋼爐料的上面連續(xù)裝入含碳物料而進行另一次預熱。在上述另一批廢鋼爐料被預熱之后，增加氧化氣體流量以點燃并燃燒位于爐子中心區(qū)內(nèi)部的上述部分廢鋼。在爐子中心區(qū)內(nèi)部廢鋼的燃燒導致中心區(qū)迅速升溫，并形成其內(nèi)包含氧化鐵的熔融鐵-碳物料的熱的(高于1500℃)液流。該熱的熔融鐵料液流向下流到其熔點(低于1200℃)低于上述熱熔融物料溫度的上述生鐵上并使之熔化。在過熱的，含有熔融鐵和上述熱的熔融鐵類料的鐵-碳熔體聚集在爐底上時，氧化鐵進而與所述含碳物料反應，并與熔融鐵內(nèi)的硅反應。這種硅的氧化放出另外的熱量，它使鐵-碳熔體的進一步過熱。在此期間，由于采用了上述的廢鋼裝入方法，十分重要的是熔點比上述熱鐵-碳熔體熔點更高的第一被預熱廢鋼爐料起著緩慢可溶解的分隔緩沖層的作用。該緩沖層允許熔融物料流過固態(tài)生鐵塊和/或DRI而不允許生鐵塊或DRI得以進入熔池。在此期間，通過由頂部氧槍提供的并透入殘余固態(tài)爐料內(nèi)部的氧化氣體與由含碳物料及爐底鐵-碳熔體的氧化而產(chǎn)生的CO反應，在所述緩沖層區(qū)的內(nèi)部提供了另外的熱源。
必須以這樣的方式安排生鐵或DRI料的熔化即在預熱周期內(nèi)良好地保護固態(tài)爐料免遭氧化。再有，在熔化后期和精煉階段內(nèi)，應以在鐵-碳熔體熔融氧化時產(chǎn)生的熱CO保護殘留的鐵塊。廢鋼預熱的起始階段應使用包含大分額的，富含量易揮發(fā)碳氫化合物的固態(tài)含碳燃料(長煙煤和/或氣煤)來進行，以便預熱頂部爐料。含碳氫化合物數(shù)量低的焦炭、無煙煤或其它固態(tài)含碳物料最好裝在熱的粘稠渣之上。該粘稠渣應通過在由前爐所留的渣之上預先裝入造渣劑(例如石灰)而產(chǎn)生，以便提供較冷的高度堿渣。該固態(tài)含碳物料的裝入將在廢鋼預熱和熔化周期內(nèi)很早就于廢鋼之下形成一個CO生成層。這將在整個熔化周期內(nèi)特別是在爐料溫度超過700℃和碳氫化合物的揮發(fā)極大加速之后保護爐料的金屬部份免遭氧化。當金屬爐料被預熱到這類狀況時，這些碳氫化合物的大部份離開了裝在廢鋼之上的固態(tài)碳塊，然后這些碳塊到達爐子的下部。如以上所討論的，高堿度的熱渣的較早形成對于拉長鐵-碳熔體的精煉，特別是貫穿整個熔化周期的脫硫也是有利的。
當在配備有電弧、等離子體或其它使用電能的熱源的爐中用上述方法處理生鐵和DRI料時，由于使用補充的電能熔化固態(tài)爐料，使得對廢鋼料的需求能夠顯著減小。
由于在熔化末和精煉階段內(nèi)，產(chǎn)生在鐵-碳熔體內(nèi)的放熱份額比在其上的這一份額大得多，因此當處理主要包含生鐵或DRI的鐵類爐料時，高度推薦將非氧化性氣體噴入熔體，以增強熱和質(zhì)量交換。
當可將其量最多占整個所裝入鐵類金屬料的約80%的熱鐵水用來煉鋼時，應對上述工藝加以修改。本發(fā)明的這種修改的實施方案可被用來處理至少部份由廢鋼組成的另外的固體鐵類金屬料。當廢鋼開始超過整個類金屬爐料的20%左右時，鐵水中碳和硅氧化所提供的熱對煉鋼過程是不夠的。這便產(chǎn)生了對將附加熱輸入該過程的需求。在傳統(tǒng)的BOF實踐中，這種附加熱是由鐵水中的Fe的額外氧化而提供的。鐵水價格一般高于廢鋼，而含碳燃料燃燒的熱則是用于煉鋼過程的最便宜的熱能。因而這種修改的實施方案依賴于采用由含碳物料燃燒放出的額外的熱量和與本發(fā)明上述修改相似地燃燒被預熱廢鋼而放出的附加熱的量。由這些方法中的每一個所放出的附加熱的量取決于待處理的固態(tài)鐵類物料與鐵水的相對質(zhì)量。
當約大于60%的鐵類金屬料以鐵水形式裝入時，該鐵水應裝在主要包含廢鋼的固態(tài)(是否被預熱任選)鐵類金屬料頂上。而當小于50%的鐵類金屬料以鐵水形式裝入時，該固態(tài)鐵類料總是應當在鐵水裝入之前被預熱。當發(fā)生這種初始廢鋼預熱時，最好應將鐵類金屬料的固態(tài)部份裝在前一爐留渣的上面。預先用頂部裝入的造渣劑使該渣變稠，同時提高了渣的堿度并降低渣的溫度和流動性。盡管在其它情況下留渣不是必須的，但在小于70%的鐵類料是以鐵水形式裝入時則是很合理的。
該實施方案與前述方法在三個方面上不同。首先，由于將鐵水倒在含碳爐料上面可引起與所夾帶水的危險反應，所以當不進行起始預熱時，不推薦在裝入金屬廢料之前安排第一含碳爐料的裝入。此外，剛一裝鐵水，已含在鐵水中的大量的碳便在固態(tài)廢鋼堆之下傳送。其次，鐵水的熱在該固態(tài)爐料已進行或未進行初始預熱的情況下均用于完成固態(tài)爐料的預熱。該初始預熱采用上述的使用含碳物料和氧化性氣體噴射的方法。當完成鐵水裝入時，通過由配置在裝有被預熱過爐料的爐子中心區(qū)上方的頂部噴槍噴射適宜量的氧流開始點燃被預熱過的廢鋼，然后開始形成鐵水熔池。較佳的是在上述點燃之后的燃燒階段內(nèi)，應連續(xù)由頂部裝入含碳物料。
本實施例的第三個區(qū)別與渣的形成和控制有關。使用大量的鐵水導致硅被氧化鐵迅速氧化。這導致在鐵-碳熔體之上較早地形成大量的渣。在許多情況下，過量的這種渣必須在精煉階段結束之前進行中間排放。根據(jù)裝入的鐵水量和欲生產(chǎn)的鋼的牌號，為在精煉結束之前減少爐中存有的渣量希望中間的渣。在鐵水含有可觀數(shù)量磷的情況下，為在較低溫度下脫磷，也需要進行這種放渣。


圖1是說明本發(fā)明第一實施方案的BOF及其爐料的縱剖示意圖。
圖2是說明本發(fā)明第二實施方案的BOF及其爐料的縱剖示意圖。
圖3是說明本發(fā)明第三實施方案的BOF及其爐料的縱剖示意圖。
圖4是說明本發(fā)明第四實施方案的EAF及其爐料的縱剖示意圖。
圖5是進一步說明本發(fā)明第四實施方案的EAF及其爐料的縱剖示意圖。
本發(fā)明的較佳實施方案將通過參照熔煉鐵類金屬物料并使用達100%的固態(tài)鐵類金屬爐料的煉鋼爐來加以敘述。以下詳述三個工藝的改進。第一項工藝改進是使用100%的主要包含廢鋼的固態(tài)金屬爐料。第二項工藝改進是使用100%的主要包含生鐵和/或DRI的固態(tài)金屬爐料。第三項工藝改進是使用除包含廢鋼的固態(tài)金屬爐料之外，還有至少為30%鐵水(一般是由高爐提供的鐵水)的鐵類金屬爐料。這些方法的詳細敘述將按照完成本煉鋼周期所需關鍵操作的順序列于下文。
A.第一工藝實施方案(100%廢鋼)圖1說明了在常規(guī)BOF中實施的本發(fā)明第一實施方案。首先，造渣劑(例如石灰)由料倉9最先裝入BOF1。該部造渣劑的裝入量為用于給定爐次的所需的造渣劑總量的40-80%。這種推薦的量將因提高渣2的堿度而增強前爐次的熱留渣2的精煉能力。通過這樣加造渣劑將提供不小于2.0，較佳是大于3.0的渣堿度。在裝入造渣劑之前，前一爐次的留渣部份在爐中保持熱態(tài)。留下前一爐的熱渣是為了在裝入廢鋼之前為爐底處成渣提供附加熱，并防止到達爐1底部的第一部份熔融物料的迅速冷卻。造渣劑的裝入降低了留渣的溫度并提高了該渣的粘度和堿度。在留渣中大量存在的鐵和錳的氧化物保證了所希望的在較低溫度下提高渣的堿度，并防止了大量的具有很高熔點的硅酸二鈣的形成。
其次，將預定數(shù)量的揮發(fā)性碳氫化合物含量低的固態(tài)含碳燃料(近似30-50公斤/每噸放出的鋼)，例如焦炭或無煙煤由料倉10裝在第一批裝入的造渣劑上面，以形成含碳層3。
第三，將該類金屬爐料以一次或多次裝料的方式裝入爐內(nèi)，以形成廢鋼堆4。該鐵類金屬料主要包含最多為此爐料100%的廢鋼。較佳的是應將該鐵類料分批裝入。第一部份鐵類料裝在上述預先裝入的含碳燃料層3的上面。該第一部份鐵類料主要應包括輕廢鋼，其數(shù)量占給定爐次全部待裝金屬料的5-25%。較佳的是將輕廢鋼用于保證良好的透氣性。
第四，在上述金屬爐料裝爐之后，富氧氧化氣體由輸送管線5由所裝爐料上方通過可移動頂部噴射裝置6供入。
將包括含大量可揮化碳氫化合物組分的含碳碎屑長煙煤和/或氣煤的補充含碳燃料8自料倉11在所述吹氧之前或在吹氧期內(nèi)裝在上述金屬爐料4的上面。這批補充含碳燃料的裝入以如下方式連續(xù)進行即要防止該料中所含的未燃燒易揮發(fā)碳氫化合物大量聚集。這就消除了對操作者和環(huán)境有危險的未燃燒碳氫化合物在爐內(nèi)瞬時過度釋放出較佳的是該補充的含碳燃料還包括其它含少量碳氫化合物的由料包12供入的含碳份額13，例如焦碳或無煙煤，它可以是由料倉6提供的塊較小的這種物料。用于供入上述補充含碳物料的裝料裝置18應提供對每種這類被裝入份額超重的控制，并且甚至還保證所裝入的含碳物料在上述金屬爐料上面的分布。氧化氣體流應當用移動噴槍裝置6引入，并應由操作者手動控制和或由計算機控制系統(tǒng)控制。氧氣流朝著上述金屬爐料的方向也應由該噴槍的運動來控制，以使上述氧化氣體的主要部份被導向(較佳地用實際上可動多孔頂吹噴槍)位于遠離爐側(cè)壁的爐子中心區(qū)7。為了完成氧氣的這種引入，在整個煉鋼過程內(nèi)應保證該噴槍的適當運動。
當所述爐料開始被置于爐中時，該爐應由于前一爐次而呈熱態(tài)，以便可發(fā)生自熱爐襯和熱留渣的傳熱來保證含揮發(fā)性碳氫化合物的可燃氣體的初始揮發(fā)。這些揮發(fā)性可燃氣體由于該爐的燃料氣體抽氣系統(tǒng)在廢鋼堆上所產(chǎn)生的負壓的作用穿入了廢鋼堆。
一旦開始將氧化氣體吹入，便將富氧的氧化氣體導向與含揮發(fā)的碳氫化合物和其它可燃物的可燃氣體混合。氧化氣體首先在二次燃燒區(qū)15處進入爐內(nèi)，該二次燃燒區(qū)位于氧槍工作端處并在爐子中心區(qū)的上述固態(tài)爐料堆部分之上。由于由上述氧化氣體帶有的過量氧，所以該二次燃燒區(qū)15是富含氧的，控制該氧化氣體的流量則保證了煉鋼目的瞬時需要的氧的傳送。因而該噴入氧的這個第一消耗區(qū)為自廢鋼堆逸出的可燃氣體的燃燒提供了良好的條件。由于富氧燃燒混合物與位于爐內(nèi)周邊區(qū)14的金屬爐料頂部的接觸十分有限，因此在該區(qū)內(nèi)存在的過量的氧并對金屬產(chǎn)量損失無消極影響。在廢鋼堆頂部和上方放出的熱朝著廢鋼堆輻射，并預熱該金屬和已裝在此廢鋼堆上面的含碳物料。
在上述二次燃燒區(qū)15內(nèi)噴入的氧被部份消耗之后，含有剩余氧的氣流進而透過金屬爐料4的內(nèi)部，在其中，于冷固態(tài)爐料預熱的起始階段內(nèi)，氧主要與含碳物料的可燃揮發(fā)組分反應，然后在固態(tài)爐料部分預熱后則主要與上述含碳物料的熱的碳表面反應。應當了解的是，這些含碳物料在被裝在金屬爐料頂部之后，它們還通過金屬料塊之間的孔透入料堆。位于金屬堆內(nèi)部和上方的火焰16內(nèi)放出的熱保證了金屬爐料較輕部份的迅速預熱和部份熔化，并將具有較高的質(zhì)量表面積比的重塊料預熱到較低的溫度。
由于大量的氧被導向爐子的上述中心區(qū)7，所以該區(qū)接受了由揮發(fā)出的可燃組份氧化所放出的大部份熱，并因而具有最高的溫度。該中心區(qū)外側(cè)的金屬料所占有的爐子體積則接受較少的未消耗的氧，并因而在吹氧期內(nèi)保持著較為還原性的和較冷的狀況。由于富氧氧化氣體的正壓力，氧透入環(huán)繞著上述中心爐區(qū)7的廢鋼堆周邊區(qū)14。當高速的氧化氣流透入廢鋼堆內(nèi)部時形成了該壓力。是這種供氧是在爐子周邊區(qū)域內(nèi)使碳氫化合物，CO，H2和其它可燃物燃燒。
因此，第二氧氣消耗的中心爐區(qū)7，由于第一二次燃燒區(qū)15內(nèi)部已部份地消耗了氧，所以接受較少的氧。最后，在環(huán)繞中心爐區(qū)的爐子空間14發(fā)生所吹入氧的第三階段反應。在該周邊區(qū)14內(nèi)氧的濃度是最低的，但可燃氣體的濃度是最高的。這就在該區(qū)的內(nèi)部為廢鋼的預熱產(chǎn)生了良好的還原條件，而不因金屬的氧化造成任何顯著的產(chǎn)量損失。由于占據(jù)此環(huán)繞區(qū)的金屬體積比位于中心區(qū)內(nèi)的金屬體積大得多，所以總的金屬氧化最小。該防護的主要作用首先是在起始吹氧期內(nèi)由長焰煤和或氣煤提供的揮發(fā)出的碳氫化合物所起到的，進而當廢鋼溫度升到700℃以上時，則是由于焦炭和/或無煙煤內(nèi)所含碳的氧化而產(chǎn)生的CO所起到的，該焦炭和/或無煙煤是被連續(xù)裝在料堆頂上的，并且它們是作為所述第二固態(tài)爐料的一部份一開始就被裝在造渣劑之上的。
在煉鋼周期的該起始廢鋼預熱步驟的較后階段中，將補充的固態(tài)鐵類金屬裝入爐中。而補充的含碳物料接在上述裝料之后連續(xù)地裝在上述補充固態(tài)鐵類爐料的頂部，以提供碳氫化合物和固態(tài)碳的補充來源，同時通過頂部噴槍6進行補充吹氧，以預熱上述補充爐料。
在預熱階段后期中，一些輕廢鋼可被熔化并匯集在爐底。開始時，被氧化的鐵-碳熔體通過預先裝在造渣劑之上的焦炭和/或無煙煤含碳層3流下。該碳層和金屬氧化物或熔融金屬間的早期反應有助于完成熔體的連續(xù)增碳和還原一些金屬氧化物。同時，鐵-碳熔體和匯集在位于爐底的渣2上面的高堿度渣之間的反應，起動了熔融鐵類料的早期精煉。
在加入材料預熱期內(nèi)，加入的爐料和接觸這些料的燃燒產(chǎn)物之間的溫差逐漸減小。這就使熱傳遞的速率和效率慢了下來。為了促進傳熱并確保一個短的熔化期，將位于爐子中心區(qū)的已被預熱的固態(tài)廢鋼部份點燃。較佳地是，在被裝入的揮發(fā)性碳氫化合物消耗了至少50%和廢鋼平均溫度達到約500-700℃之后發(fā)生該點燃步驟。
為了支持上述被預熱廢鋼部份的迅速氧化，將吹入的氧流量增加到這樣一個水平即在該水平下爐子中心區(qū)存在的CO、H2和碳氫化合物再也不足以保護鋼的表面免于與增濃的氧迅速反應。氧與熱的鋼表面的反應放出高度密集的熱量并提高在鋼塊表面上所形成的氧化物的溫度。這種表面氧化熱靠鋼的導熱性而很快傳到該爐料內(nèi)部。這就加速了與該氧化有關的金屬塊的熔化過程，同時將強大的熱流導向周圍的廢鋼。然后該熱的鐵的氧化物向位于爐底的鐵-碳熔體流去，在該處這些熱的氧化物首先與起始時裝在鐵-碳熔體之上的含碳物料層反應。此外，這個增加了的氧化氣體流量提供了能夠到達上述熔體和位于該熔體頂上的固態(tài)含碳料的較強的氧化氣體流。這進一步增強了放熱，該種熱使熔體過熱和使浸入于此熔體中的廢鋼熔化。這還提高了CO產(chǎn)生的速率和通過殘余廢鋼向上運動的熱CO的流量。
當起始時浸于鐵-碳熔體中的部位較低的固態(tài)廢鋼基本熔化時，熔體的溫度就升高了。這就為增稠的高堿度渣(它起始時位于爐底)提供更活躍地參與鐵-碳熔體精煉的條件，盡管該渣還位于熔體之下，這還為此渣提供了隨后向上浮起并改變其位置的條件，結果使其現(xiàn)在位于鐵-碳熔體的頂部。
這種高堿度渣部份的浮起伴隨著起始時留在該增稠渣上面的固態(tài)廢鋼塊較低部位的熔化而逐漸發(fā)生。這種運動改善了渣料和鐵-碳熔體之間的傳質(zhì)，并進而加速了熔體的脫硫。當熱渣層在鐵-碳熔體之上形成時，發(fā)生氧化鐵與位于此熔體之上的固態(tài)含碳物料的吸熱反應仍在進行。這種吸熱反應所消耗的熱量不能使熱渣層顯著冷卻及使精煉步調(diào)減慢，這是因為頂吹氧氧化了含碳層3的放熱反應產(chǎn)生了同時的放熱。這就在煉鋼周期的這一期間內(nèi)生成了強的使鐵-碳熔體連續(xù)加熱的正的熱平衡。
再有，此氧氣流能夠穿過熱的流體渣層與鐵-碳熔體接觸，通過熔體中碳和其它組分的氧化提供附加熱量。這保證了鐵-碳熔體的進一步過熱。
較佳的是，應在整個熔化周期內(nèi)裝入兩種類型的含碳燃料，以保持廢鋼堆上面的和其內(nèi)部的兩種燃料所提供的碳氫化合物和固態(tài)碳間的所需平衡，并保持上述含碳層中的和過后的渣內(nèi)部的焦炭和/或無煙煤的所需平衡。較佳的是，較大部份的含易揮發(fā)碳氫化合物組份的含碳燃料應在預熱的起始較冷的階段裝入。
在整個熔化周期內(nèi)對整個熱平衡的控制，以及對決定著所述含碳物料層(它起始位于造渣劑的上面，過后，位于渣的上面和內(nèi)部)精煉能力整個熱和碳物質(zhì)平衡的控制是通過以下方法保持的即控制起始的含碳物料的裝料和進而控制上述的補充的兩種不同的含碳物料的裝入步調(diào)，以及還連續(xù)地控制引入該過程中的氧(較隹的是通過頂部氧槍供入的)。這種對整個氧引入的連續(xù)控制較佳地應不僅通過控制氧化氣體流量，而且還通過控制可移動噴射裝置的最隹位置來進行。在某些情況下，通過使用壓縮空氣和氧作為上述氧化氣體的組份并在煉鋼周期內(nèi)控制它們的比例來控制富氧氧化氣體中的氧濃度也是可行的。在此情況下可用一些壓縮空氣在初始預熱時防止廢鋼的局部熔化，以及需要時在爐內(nèi)降溫。
為了保持熔體和熔體上方的固態(tài)物料的連續(xù)加熱，并控制渣的氧化能力和體積，推薦在10%-90%的吹氧期內(nèi)有控制地加入上述補充含低揮發(fā)性碳氫化合物的含碳材料，如焦炭和無煙煤。
在接近吹氧期結束時，當精煉周期接近完成時，熔體的碳含量變低并且渣中氧化鐵含量增高。為了減少金屬因渣造成的損失，并為了減少熔體中的氧含量，在鄰近吹氧期結束時放出60-80%的渣，此后，結束吹氧并由料倉19裝入補充的碳和/或含錳材料可能是有益的。
該放出的渣量按為下一爐留渣的目標，用于加熱額外渣的能量價值，由減少金屬損失而獲得的節(jié)約，以及在爐底留有熱渣的爐中燃燒含碳燃料時對熱效率的改善來確定。
在出渣后的吹氧期內(nèi)，添加固態(tài)含碳料不僅增強了熔體的加熱，而且還使得被還原的錳部份地由渣擴散到熔體中，并減少出鋼時鋼的含氧量。
通過底部風口17吹入非氧化性惰性氣體如氮氣或氬氣改善了鐵-碳熔體的精煉，并減少精煉最終階段內(nèi)鋼的氧化。
當上述工藝在配置有附加電能源如電弧或等離子體的爐中進行時，本工藝還應包括在最后部分的廢鋼熔化和鐵類熔體過熱期內(nèi)引入電能。
B.第二工藝實施方案(多達90%的固態(tài)鐵)本發(fā)明的第二實施方案涉及一種由主要包括固態(tài)生鐵和/或球團、團塊、或者壓塊形式的直接還原鐵(DRI)的金屬爐料來生產(chǎn)鋼的方法。使用燃燒兩種含碳燃料和部份被預熱廢鋼所產(chǎn)生的高溫熱進行生鐵和/或DRI的初始熔化，這在許多方面類似于上述的熔化廢鋼的方法。
通常，許多涉及用氧進行的煤燃燒、廢鋼氧化和生鐵或DRI氧化的放熱反應可潛在地放出大量的熱。妨礙使用上述第一工藝實施方案來熔化主要包括生鐵和DRI的固態(tài)爐料的主要困難是由該類爐料與氧接觸時熱固態(tài)表面的行為所造成的。固態(tài)生鐵和DRI的氧化速率不允許這些固態(tài)物料由氧進行可持久的燃燒，甚至在還原氣氛中對它們進行預熱之后也是如此，這就使得采用本煉鋼工藝實施方案成為必要。
圖2說明了生產(chǎn)鋼的這種方法，它由多個操作步驟組成。
首先，向爐21內(nèi)裝入造渣劑22來改變前爐所留的部份渣，以使渣的堿度提高到2.0以上，較隹是3.0以上。然后以類似于本發(fā)明第一實施方案的方式，裝入含低量可揮發(fā)碳氫化合物的固態(tài)含碳物料。
其次，在固態(tài)含碳層23于增稠的渣上面形成之后，通過爐子開口25裝入第一廢鋼爐料24。在裝入該第一廢鋼爐料后，應使用與上述本發(fā)明第一實施方案相類似的預熱方法將其預熱。
然后裝入固態(tài)生鐵和/或DRI26料。接著將其余的廢鋼27裝在固態(tài)鐵料26的上面，使得整個固態(tài)鐵料位于第一廢鋼爐料24的上面和第二廢鋼爐料27的下面。為保證本工藝的最高的效率，被裝入的廢鋼必須是重量輕的，并且第一爐料的較佳堆比重為0.4-1.0噸/米3，而第二爐料的較隹堆比重為0.3-0.7噸/米3。然后應再進行預熱并將該期進行到第二廢鋼堆的頂部被預熱到約800°以上。
在使用上述廢鋼預熱法將第二廢鋼爐料預熱到約500-700℃之后，開始點燃位于爐子中心區(qū)的部份第二廢鋼。當上述的部份預熱的廢鋼發(fā)生燃燒時，由氧化鐵和熔融金屬滴組成的熱的產(chǎn)物從廢鋼堆的頂部流下。這些液滴被過熱至少達到約1500℃的鋼的熔化溫度，這種熱的熔融流使位于被燃燒廢鋼之下的固態(tài)生鐵和/或DRI熔化。
為了保證有效的加熱和熔化該廢鋼，本方法根據(jù)工藝階段要求一定的氧化氣體吹入條件，及向爐內(nèi)供入含碳物料的條件。
本實施方案使用與本發(fā)明第一實施方案中所用的相類似的兩種含碳固態(tài)燃料。在裝入固態(tài)鐵類金屬爐料之前，首先以5-12公斤/每噸位于增稠渣渣上的第一廢鋼爐料的量裝入無煙煤或焦炭。其它的含碳爐料應接在第二輕廢鋼和生鐵和/或DRI裝好之后裝入。在首先向爐內(nèi)吹入氧化氣體3-6分鐘之前或在此期間內(nèi)，將附加的其量為20-50公斤氣煤或長焰煤/噸廢鋼和15-50公斤無煙煤或焦炭/噸被裝廢鋼裝入爐內(nèi)，以預熱第一廢鋼爐料。
在吹氧開始時加入的氣煤或長焰煤的速率和量應出于對形成高溫還原氣流來預熱廢鋼爐料和爐襯的需要而作選擇。這有助于避免難熔固態(tài)生鐵在側(cè)爐襯上形成沉積，并有助于加速在第二廢鋼頂部的預熱完成后所進行的進一步熔體點燃。
在第一部份金屬爐料的預熱完成之后，其余的鐵類金屬爐料按上述方式裝入，然后開始裝入氣煤或長焰煤，以便預熱置于固態(tài)鐵上面的第二廢鋼爐料。供氧強度較隹地應保持在0.8-2.5米3/噸爐料×分鐘的水平，直至7-25公斤長焰煤和/或氣煤/每噸包含在第二爐料中的廢鋼被裝入為止。在由煤所揮發(fā)出的碳氫化合物燃燒形成的熱還原氣流所充塞的廢鋼體積中，伴隨最后部份金屬爐料裝入，爐子中心區(qū)內(nèi)的輕廢鋼部份熔融過程就開始了。包括鐵-碳熔體和氧化鐵的熱熔融物料固態(tài)鐵料流下。這保證了位于上述被預熱的第一廢鋼爐料上面的固態(tài)生鐵的起始熔化。
對所加的氣煤和長焰煤的量，吹氧強度，對第二廢鋼料的吹氧持續(xù)時間的確定應考慮到需產(chǎn)生足以迅速熔化廢鋼的熱量，以便形成起始的鐵-碳熔體并然后點燃該熔體這一需求。
起始時裝在位于轉(zhuǎn)爐底部的留渣之上的無煙煤，以及留在第一部份爐料表面的含碳物料與氧化鐵相互反應，從而將其還原。所產(chǎn)生的熱-氧化碳穿過固態(tài)生鐵和/或DRI并將其進一步加熱，同時所形成氣體的還原能力防止了剩余鐵表面渣化。
無煙煤中的碳還被消耗于熔體的增碳。結果在整個熔化期內(nèi)爐底都有高溫鐵-碳熔體，并且第一爐料的部份廢鋼起始就浸沒在熔體中并最終在該熔體中熔化。
所得鐵-碳熔體的精煉用傳統(tǒng)方法進行，同時在該熔體點燃后以10-25公斤/噸全部金屬爐料的量連續(xù)地將無煙煤或煤加入爐內(nèi)，該碳質(zhì)物料被部份用于調(diào)節(jié)渣的氧化性和爐內(nèi)渣量。
C.第三工藝實施方案(使用少于80%的鐵水)以上討論過的本發(fā)明用于第一和第二實施方案的某些改進的技術在用于本第三實施方案時應予修改。在本實施方案中，固態(tài)含碳燃料，鐵-碳熔體中的碳和固態(tài)廢鋼中的鐵氧化放出的熱量，根據(jù)爐料中鐵水重量與固態(tài)鐵類物料重量之比而改變。對于可由固態(tài)爐料初始預熱傳輸?shù)臒岬南拗迫Q于該爐料的總重量，因而該重量的減少將使熱平衡朝著較多使用由鐵-碳熔體氧化所放出的熱，而較少使用由固態(tài)含碳燃料氧化所產(chǎn)生的熱的方向轉(zhuǎn)變。
對于生產(chǎn)大多數(shù)牌號的鋼而言，當使用本第三實施方案時希望在煉鋼爐內(nèi)保留先前一爐次的高堿度渣，以20-40公斤/噸爐料的數(shù)量加入造渣劑，如石灰，進一步提高了堿度并降低渣的溫度和流動性，并因而使前爐的留渣變稠。這種被帶入到本過程中的增稠渣的存在隨后又促進了熱鐵-碳熔體中硅的氧化過程。這使鐵-碳熔體增強了加熱并加速該熔體之上和熔體之內(nèi)的廢鋼熔化過程。由吹氧期開始便存在的這種高堿度渣還造成了完成金屬熔池脫硫過程的有利條件。
圖3說明了本發(fā)明的該第三實施方案的操作。在采用該實施方案時，當完成了固態(tài)鐵類金屬物料31在增稠的高堿度渣32上面的裝料時，進行鐵水33的裝料。在本發(fā)明的該實施方案中，操作者應知道對于給定爐次可利用的鐵水的近似重量。在占整個鐵類物料80%以下的鐵水被裝入的情況下，操作者可考慮在鐵水裝入之前對主要包括廢鋼的固態(tài)鐵類物料的初始預熱，在占鐵類物料的50%以下的鐵水被裝入的場合中，操作者總是應當進行初始的廢鋼預熱。在其余情況下應按照經(jīng)濟方面的考慮，這包括廢鋼和含碳燃料的價格，過程時間的利用率，所生產(chǎn)鋼的牌號，以及所用爐子的類型來決定是否進行起始的廢鋼預熱。通過頂吹氧和頂部裝入含碳固態(tài)燃料而進行的初始廢鋼預熱過程應以類似于上述其它實施方案的方式進行。
在完成鐵水裝在冷的或被預熱廢鋼上面的之后，應開始將固態(tài)碳質(zhì)物料裝在上述固態(tài)鐵類金屬物料的上面。與上述含碳物料裝入的同時或在其之后，較隹地應使用頂吹氧裝置開始吹入富氧的氧化氣體，該吹氧裝置是將該氧化氣體導向裝在煉鋼爐中心區(qū)內(nèi)部的部份上述固態(tài)鐵類物料的。鐵水的裝入保證了鋼堆溫度的迅速升高，并在廢鋼堆內(nèi)造成由鐵-碳熔體氧化產(chǎn)生的CO氣流的較好的二次燃燒條件。這就保證了減少在使用本發(fā)明的該第三實施方案時的Fe的氧化并提高了金屬產(chǎn)量。在大于50%的鐵以鐵水形式裝入的情況下，當氧化鐵和鐵與熔體的硅反應時，較早地生成大量的渣34，這就在該熔體上面產(chǎn)生大量的渣。在這類情況下，在鐵水裝入之后開始的氧化氣體的吹入應為用于整個爐次的總吹氧時間的約15-70%。在該吹氧結束之后，可進行中間放渣，使整爐次中所產(chǎn)生渣的40-80%被放出。在中間放渣之后，應再次進行氧化氣體的吹入。應加入用于指定爐次的其余的造渣劑，較隹地是與頂部裝入含碳固態(tài)物料同時加入。這種加入的持續(xù)時間應近似等于上述中間放渣后進行的總吹氧時間的15-70%。
以上所推薦的在熱金屬中硅氧化后所進行的任選的中間放渣，導致了與脫磷(因為所放渣的溫度較低)和脫硫(由于放渣期內(nèi)熔體中氧活度的減小)相關的渣的精煉能力的提高。
所放的渣量由它的質(zhì)量和酸性氧化物含量來確定，而酸性氧化物含量又取決于熱金屬和廢鋼中的硅含量和廢鋼混雜金屬雜質(zhì)的程度。熱金屬和廢鋼中的高硅含量和小的渣量則需要最大限度地，如約70%放渣，熱金屬中的低硅含量和小的渣量則要求在轉(zhuǎn)爐中有較高的渣保留率，因而放出渣量的約50%或更少。
本方法也可在不作中間排渣的情況下進行，在此情況下，前爐渣量的20-50%被留在爐中，經(jīng)加入部份造渣劑使之增稠，而剩余的造渣劑則在熔體表面形成初渣，該初渣來自由爐底浮起的部份增稠了的高堿度渣和熔體部份雜質(zhì)氧化的產(chǎn)物。這種初渣的特點是較高的堿度，較低的氧化水平和較高的溫度。過后向這種渣中加入石灰不會導致硅酸二鈣的生成。這使得石灰的溶解過程大為加速并改善了熔體精煉過程。
上述的向爐內(nèi)吹入氧化氣體和加入含碳物料及造渣劑的條件應充分考慮用高比例固態(tài)金屬爐料生產(chǎn)鋼的特性，以便提供具有最隹技術效果的優(yōu)化工藝。在許多情況下可行的是，在爐內(nèi)保留20-50%的前爐渣，在裝入廢鋼和熱金屬之后頂裝8-25公斤固態(tài)含碳燃料/噸金屬爐料，不進行中間放渣，而代之以在吹入全部氧化氣體的25-36%期間內(nèi)在上述頂裝固態(tài)含碳燃料的同時加入造渣劑。
用鐵水爐料迅速預熱固態(tài)廢鋼使廢鋼預熱時間顯著縮短。這可觀地促進了廢鋼的熔化過程。而前爐留下的熱渣的存在有助于熱金屬中硅的加快氧化，導致熔體的加快加熱和廢鋼的加快熔化。向特征為堿度相當高并由于爐底存在有制備好的渣而在此時已形成的初渣中加入造渣劑，可使熔體以高水平的脫硫脫磷而精煉。本發(fā)明的顯著優(yōu)點是這樣的事實即在新的另造的渣形成之前爐內(nèi)發(fā)生所裝入的含碳燃料的燃燒，因而保證了氣相中全部硫的幾乎全被脫除。高的精煉效率所需的造渣劑數(shù)量得以減少并減少了渣量，保證了在金屬爐料中使用較高比例的廢鋼。
可行的是，在吹入氧化氣體整個期間的65-85%內(nèi)，以近似相等的間隔、近似相等的批量、2-5公斤/噸爐料的范圍連續(xù)頂裝含碳物料。通過在固態(tài)鐵類爐料內(nèi)部或之上提供下述條件而極大改善煉鋼過程的熱效率;該條件更有利于完成所裝含碳燃料的更完全氧化，同時更有利于在渣中鐵的氧化物氧化熔體的碳的吸熱反應期間使鐵的氧化和熱損失減至最小，以及用渣進行最優(yōu)化的金屬精煉。
當少于50%的鐵類金屬料以鐵水形式裝入并且起始的廢鋼預熱是可行時，較隹的是在這種情況下，以占爐子總體積1/4-3/4的數(shù)量分幾批將廢鋼裝入爐內(nèi)，并通過以至少0.7米3/公斤所裝入煤的速率供入的氧使至少10-25公斤長焰煤或氣煤/噸裝入廢鋼燃燒將上述每一批料至少加熱2分鐘。
當使用多批廢鋼爐料并且裝入鐵水少于50%的鐵類金屬爐料時，可行的是，在裝入第二批和后續(xù)批次固態(tài)廢鋼之后，通過以10-15公斤/噸廢鋼的比率所使用氣煤或長焰煤的燃燒重復該預熱過程。這改善了廢鋼的均勻加熱和固態(tài)爐料中煤的未燃燒部份的均勻分布，該均勻分布在后來使廢鋼加速熔化。
雖然上述實施方案主要有賴于熔體碳氧化所放出的熱能(該能使該熔體過熱并且該能的一部分還和含碳燃料燃燒熱一起利用(主要用于固態(tài)爐料的熔化))，但本實施方案的經(jīng)濟性使得在小于50%鐵類金屬物料以鐵水形式裝入的情況下將該方案用于改進的電弧爐也是適宜的。
當采用本實施方案的煉鋼爐裝備有電能源例如電弧發(fā)生器等離子體時，該電能源可通過使用電能在繼鐵水裝入后所進行的主要部份吹氧后去完成后一部份廢鋼的熔化來用于進一步減少可被裝入的鐵水量。在熔體精煉期間也可使用電能源。在全部上述實施方案中，使用附加電能將提高金屬產(chǎn)量和改善熔體精煉期的靈活性。
D.第四工藝實施方案當煉鋼爐配備有附加電能源時，就可使用本發(fā)明的下述實施方案。雖然電能是本實施方案所用的最貴的能源，但它可以在熔化和精煉的最終階段最有效地被使用。在煉鋼周期的這些期間內(nèi)，已存有鐵-碳熔體，結果使得在熔體上方建立起電弧時或在等離子束被導向該熔體時爐底受到良好的保護。該附加電能提供了更為可控地引入能量并保證減少熔化和熔體過熱所需的廢鋼燃燒量。
在本實施例中使用作為附加能源的電能只需消耗相當少的電能。這顯著減小了與使用電弧或等離子提供的電能有關的費用并改善了對整個熔化和熔體過熱的控制。雖然電能應主要在熔化和熔體過熱的最終階段內(nèi)使用，但是在吹氧和/或含碳燃料引入由于設備故障或由于其它生產(chǎn)和技術上的需要而中止的緊急情況下，使用電能是可行的。
本實施方案可通過使用示于圖4的改進的EAF40而進行。在可移動水冷爐蓋42上的孔41可用于保證在預熱和熔化期內(nèi)通過這些孔引入可移動的單支或多支噴槍裝置43。
首先將造渣劑裝在前爐留渣的上面，以提高增稠渣45的堿度和粘度。然后將含碳物料46裝在該增稠渣的上面。進而將第一廢鋼爐料47裝在上述碳質(zhì)物料上面。并將一支或多支可動噴槍43通過爐頂42插入位于所述廢鋼爐料上方的空間48中。
然后通過這些噴槍開始吹入氧化氣體的過程。在這種吹入的同時或在其之前，如按前實施方案所述將兩種含碳物料通過爐蓋開孔49裝入。如同按前實施方案所述，在煉鋼過程的預熱和熔化階段連續(xù)裝入含碳物料。在使用單支噴槍時，該噴槍基本上沿爐子的中軸設置。當使用多支噴槍時，它們則靠近爐子中軸設置。較佳是這樣設置在熔化和鐵碳熔體51過熱的最終階段內(nèi)撤除噴槍后，這些用來插入噴槍的孔還可用于如圖5所示地引入石墨電極50。應對EAF作出改進以便能迅速和自動地將電極50和噴槍43移入和移出爐子，并保證在操作期內(nèi)于爐子內(nèi)部可控地向上和向下運動。爐底吹氣裝置53可任選地用于本實施例，以達到與本發(fā)明第一實施方案相類似的目的。
當使用單支或多支條離子槍代替電極時，它們也應能向上和向下移動以保證廢鋼熔化和鐵-碳熔體過熱效率較高。用于本實施方案的電能量不應超過350千瓦小時噸/所生產(chǎn)鋼，并且較佳地應保持在50-200千瓦小時之間。
當使用本文所述的附加電能來實施時，可對前三個實施方案中所述的每一種工藝加以改進。
對于使用與本文上述不同但仍然是在本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)的組合鐵類金屬物料時，全部上述4個實施方案的操作都可加以改進。本發(fā)明的操作還可在這樣的爐子中進行;該爐子在熔化和精煉的后期內(nèi)通過爐底風口將附加的氧化氣體噴入鐵-碳熔體內(nèi)，以便在鐵-碳熔體的氧化過程中協(xié)助頂吹操作。
雖然已結合BOF和EAF爐敘述了本發(fā)明的實施方案，但應當理解的是，還可布置和設計其它的設備來進行使用鐵類金屬爐料和固態(tài)含碳燃物料的上述煉鋼過程。
此外，雖然本發(fā)明已具體參照其較佳實施方案而被詳加敘述，但應當理解的是，在本文所述和權利要求所提出的本發(fā)明的方法和設備的精神和范圍內(nèi)可作出變更和改進。
權利要求
1.一種在至少部分襯有耐火材料的爐子中所進行的煉鋼方法，此法包括下列步驟(a)首先將造渣劑裝入上述爐中；(b)然后在上述造渣劑上面裝含易揮發(fā)可燃組分的固態(tài)含碳物料；(c)然后在上述固態(tài)含碳物料上面裝包括廢鋼在內(nèi)的第一鐵類金屬物料；(d)然后用位于上述鐵類金屬物料上方的噴射裝置通過朝上述鐵類金屬物料吹入可控的氧化氣流，以使至少部分上述含碳物料的所述易揮發(fā)可燃組分燃燒，來預熱至少一部份上述鐵類金屬物料；(e)然后將氧化氣體朝著遠離側(cè)壁的爐子中心區(qū)吹入并提高氧流量，以便在爐子中心區(qū)提供使一些裝入爐內(nèi)的鐵類金屬物料點燃和氧化的條件，來升高溫度并放出使裝入爐內(nèi)的全部鐵類金屬物料至少部份地熔化所需的熱；(f)將熔化的鐵類金屬匯集至爐底，并將渣料匯集在上述熔化的鐵類金屬上面；(g)供入氧化氣流以便至少部份地精煉上述熔化的鐵類金屬并使其過熱至其熔點以上。(h)在達到所要求的出鋼溫度后放出至少部分上述熔煉過的鐵類金屬。
2.權利要求1的煉鋼方法，其中所說的造渣劑裝在前爐的熱留渣的上面。
3.權利要求1的方法，其中所說的造渣劑是石灰為基的物料。
4.權利要求1的方法，該方法進一步包括在朝著爐子中心區(qū)吹入氧化氣體的上述步驟之后裝入補充的含碳物料的步驟。
5.權利要求1的煉鋼方法，該方法進一步包括在裝入第一鐵類金屬物料步驟之后的向爐內(nèi)裝入補充鐵類物料的步驟。
6.權利要求1的方法，該方法進一步包括在上述初始的吹入氧化氣體步驟之后進行的至少一次補充的中間吹入氧化氣體的步驟。
7.權利要求1的方法，該方法進一步包括在所說精煉和過熱步驟之前的裝入40-90%造渣劑的附加步驟。
8.權利要求1的方法，其中至少部份所說的含碳物料是在所述氧化氣體吹入時裝入。
9.權利要求1的方法，其中至少部份所說的造渣劑在所述氧化氣體吹入時裝入。
10.權利要求5的方法，其中至少部份所述補充鐵類物料在所述氧化氣體吹入時裝入。
11.權利要求1的方法，該方法進一步包括部分放出所說渣的附加步驟。
12.權利要求11的方法，該方法進一步包括裝入形成含錳組分的補充渣的附加步驟。
13.權利要求1的方法，該方法進一步包括通過專用風口吹入非氧化性氣體的附加步驟。
14.權利要求1的方法，該方法進一步包括在所述附加吹入步驟之前裝入熔化的鐵類物料的附加步驟。
15.一種在至少部份襯有耐火材料的爐中進行的煉鋼方法，它包括下列步驟(a)裝入含鐵類金屬物料的第一固態(tài)爐料。(b)然后裝入熔化的鐵類物料的第二爐料;(c)然后裝入固態(tài)含碳物料的第三爐料;(d)然后在所述第三爐料之上設置噴吹裝置，并朝著所說的第三爐料吹入可控的氧化氣流，以至少部份地氧化所說的固態(tài)含碳物料;(e)然后裝入含造渣固態(tài)物料的第四爐料;(f)然后吹入補充的氧化氣體;(g)然后將附加的熔化的鐵類金屬匯集在爐底并將渣匯集在所說熔化的鐵類金屬的上面;(h)供入氧化氣流以便在使所熔化的金屬被部份地精煉和使之過熱到其熔點之上;(i)在達到所要求的出鋼溫度后放出至少部分所說的熔化的鐵類金屬。
16.權利要求15的煉鋼方法，其中所說的第一固態(tài)爐料裝在前爐的至少部份的熱留渣的上面。
17.權利要求16的煉鋼方法，其進一步包括在裝入所說第一固態(tài)爐料之前在所說熱留渣上面裝入造渣劑的附加步驟。
18.權利要求15的煉鋼方法，其中所說的造渣劑是以石灰為基的物料。
19.權利要求15的方法，該方法進一步包括在所說初始吹入之后進行的裝入補充含碳物料的附加步驟。
全文摘要
一種煉鋼方法使用固態(tài)鐵類金屬材料作為金屬加料的主要部分并利用兩種不同類型的含碳物料和廢鋼燃燒所放出的熱。含碳物料之一的可揮發(fā)碳氫化合物含量高，其作用是使鐵類物料預熱并部分熔化，另一含碳物料可揮發(fā)碳氫化合物含量低并為熔體增碳提供還原能力，并通過燃燒提供附加熱量，用于增強固態(tài)鐵類物料的加熱和熔化。本方法也包括吹入富氧氧化氣體，用于含碳物料中碳氫化合物的燃燒以熔化并精煉所形成的熔化物料。
文檔編號C21C5/56GK1088620SQ9310720
公開日1994年6月29日 申請日期1993年5月25日 優(yōu)先權日1992年5月26日
發(fā)明者萊富·阿茲特羅瓦, 格里高力·蓋爾皮林, 格萊高力·格特曼, 艾克瓦·格里奈德, 波里斯·科斯托瓦 申請人:扎普特齊公司