在熔化設(shè)備中熔化金屬材料的方法以及相關(guān)的熔化設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在熔化設(shè)備中熔化金屬材料的方法，該熔化設(shè)備包括將例如廢料和非鐵材料的金屬料供給到電弧熔爐的裝置。本發(fā)明還涉及采用該方法的熔化設(shè)備。
[0002]本發(fā)明在用于熔化大致連續(xù)裝載的金屬料的工序中應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003]用于熔化金屬材料的連續(xù)裝載類型的設(shè)備是已知的，其包括與供給金屬料的裝置相關(guān)聯(lián)的電弧爐，該裝置為將金屬料供給穿過在電爐的壁或外殼中形成的橫向開口而提供。
[0004]電爐至少包括橫向開口通常形成其中的容器或殼體，以及覆蓋爐頂。電極被定位在該爐頂中和/或穿過該爐頂中的孔被引入。
[0005]連續(xù)進給裝置能夠是振動型的以允許負載前進，并在一側(cè)與電爐配合，而在另一側(cè)與廢料裝載系統(tǒng)配合。
[0006]進給裝置還能夠與平移裝置相關(guān)聯(lián)，該平移裝置平移進給裝置以將它們定位在電爐內(nèi)的不同位置，例如，允許金屬料在電爐內(nèi)相等、規(guī)律并均勻地分布。特別地，方案是已知的，在已知方案中，進給裝置的端部定位為例如在連續(xù)裝載廢料期間與爐的內(nèi)壁齊平，并且例如在導(dǎo)出(tapping)步驟期間遠離所述內(nèi)壁，當(dāng)爐傾斜以便導(dǎo)出液態(tài)金屬時，上述定位從而防止相互干擾的問題。
[0007]同樣眾所周知的是，為了在所述爐不工作的情況下實施初始啟動裝載，連續(xù)裝載類型的方案通常使用利用吊籃的裝載系統(tǒng)，以在循環(huán)開始時在爐的底部形成大量的待熔化的金屬材料。當(dāng)這些量的金屬材料已經(jīng)完全熔化時，定位進給裝置，并開始將廢料裝載進爐中的連續(xù)工序。通常用吊籃引入的材料的量是限定所謂“留鋼(hot heel)”必須的量，S卩，在導(dǎo)出后也總是保持在容器或殼體內(nèi)的液態(tài)金屬的量。
[0008]眾所周知，在采用連續(xù)裝載的傳統(tǒng)工藝中，限定留鋼的材料的量是在導(dǎo)出前電爐內(nèi)所容納的液態(tài)金屬的約50%。盡管這允許在導(dǎo)出后快速開始熔化步驟，但就對內(nèi)襯于電爐的內(nèi)壁的耐熔物質(zhì)的大量損耗而言是不利的。
[0009]眾所周知，一個鑄造和下一個之間的時間被稱為“冶煉周期”。在冶煉周期中，設(shè)置了在其中供應(yīng)電力的步驟，之后被表示為“通電”狀態(tài)，以及非操作步驟，在該步驟中不供應(yīng)電力，被表示為“斷電”。這些步驟與將材料卸載進爐內(nèi)的模式相關(guān)。
[0010]爐內(nèi)的金屬料的量通常與電爐內(nèi)的廢料的熔化程度相關(guān)。
[0011]具體地，如圖1中的曲線圖中所示，與在現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)使用的方法相關(guān)，裝載的固體物質(zhì)的量基本等于被熔化的固體材料的量。以這種方式，在液態(tài)物質(zhì)內(nèi)，每一時刻僅有一小部分熔化的固體材料。
[0012]鋼水的熔池保持在等于或高于1560°C的溫度。
[0013]在導(dǎo)出步驟之前，鋼水的熔池被增加到介于1600°C和1650°C之間的溫度以允許后續(xù)的導(dǎo)出操作。在這些溫度下的鋼水由于其內(nèi)的高氧氣濃度而具有高反應(yīng)性，并且由于發(fā)生在其內(nèi)部的尚對流運動而具有尚素流。
[0014]這兩個參數(shù)確定對電爐的耐熔壁的極大損耗，而這導(dǎo)致頻繁的維修干預(yù)的需求，且爐襯持續(xù)時間短。
[0015]鋼水的反應(yīng)性的降低(S卩，其脫氧)通過“耗盡(killing)”方法而得到，該方法為在鋼鐵熔池內(nèi)增加和氧氣反應(yīng)的物質(zhì)而提供。
[0016]將反應(yīng)物質(zhì)引入到鋼鐵熔池內(nèi)需要一定的反應(yīng)時間，以便完成化學(xué)反應(yīng)。在這個時間間隔中，爐的耐熔壁的熔蝕和腐蝕的過程發(fā)展。
[0017]液態(tài)鋼鐵所維持的高溫允許促進化學(xué)反應(yīng)成指數(shù)地發(fā)展，但具有覆蓋所述爐的耐熔物質(zhì)的劣化相當(dāng)大程度上增加的缺點。
[0018]使用輔助能量供應(yīng)裝置也是眾所周知的，例如可燃氣體燃燒器，其布置在爐的壁上并為加熱引入爐內(nèi)的裝載廢料而提供。
[0019]能量供應(yīng)裝置還可合適地布置以產(chǎn)生高速噴射氧，其穿過爐渣層并進入熔化的金屬，并由于鐵的合金元素的放熱氧化反應(yīng)而增加向熔池的熱能供應(yīng)。
[0020]然而，能量供應(yīng)裝置必須布置在距離金屬熔池一定的距離處，從而相對于劣化因子保持它們的完整性，劣化因子例如為非常高的溫度、爐渣和/或熔化的金屬的飛濺。這意味著它們損失了效率。
[0021 ]此外，在能量供應(yīng)裝置與采用平底熔池的運行工序相關(guān)聯(lián)時，能量供應(yīng)裝置的火焰產(chǎn)出非常低。此外，非常高紊流的火焰與由爐渣保護的熔池表面的相互作用能夠在熔化期間改變正確的冶金實踐。
[0022]US 5.654.976 A公開了一種用于在埋弧爐中熔化含鐵廢料金屬的方法。在利用埋弧的技術(shù)中，電弧在電極和熔池之間打火，而非如同在上面討論的爐中發(fā)生的一樣在電極和金屬料之間打火。此外，具有埋弧的爐僅用于得到氧化物或鐵合金，而非鋼鐵。此外，US5.654.976 A未提供任何配置來減少耐熔物質(zhì)的損耗，無論如何，其需要完全不同的方法，因為，如我們前面所說，使用埋弧的技術(shù)需要與“未覆蓋”電弧的技術(shù)完全不同的要求。
[0023]US 6.693.948 B2公開了一種用于電弧熔化冷鐵源的裝置和方法，其為即使在熔化的鋼導(dǎo)出之后也在爐和預(yù)熱軸中保持一定量的料而提供。然而，這個文獻中公開的方案具有在液態(tài)鋼鐵導(dǎo)出期間也保持一定量由廢料制成的冷料的缺點;這具有廢料污染液態(tài)鋼鐵的缺點，且不允許對熔化的產(chǎn)品實施精心的冶金控制。
[0024]本發(fā)明的一個目的在于改善方法并得到相應(yīng)的用于熔化金屬材料的設(shè)備，該設(shè)備效率高且允許優(yōu)化并減少熔化需要的電力。
[0025]本發(fā)明的另一個目的在于減少從熔化金屬的熔池損失的熱能。
[0026]本發(fā)明的另一個目的在于減小電爐的壁的損耗的影響，并因此減少其上的維修干預(yù)，并具有提高設(shè)備整體生產(chǎn)力的優(yōu)點。
[0027]本發(fā)明的另一個目的在于允許使用不同于電的、具有高效率的替代和輔助形式的能源。
[0028]申請人已經(jīng)設(shè)計、測試并實施了本發(fā)明，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，并得到這些或其他目的和優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0029]本發(fā)明在獨立權(quán)利要求中闡明并描述其特征，而從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明的其他特征或主要發(fā)明思想的變形。
[0030]依照上述目的，一種根據(jù)本發(fā)明的用于熔化金屬材料的方法在熔化設(shè)備中實施，該熔化設(shè)備至少包括具有金屬材料(例如不同尺寸的廢料)被引進其中的容器或殼體的電爐，以及將金屬材料可能連續(xù)地裝載進殼體的進給裝置。
[0031]該方法至少包括通過進給裝置將金屬材料可能連續(xù)地送入殼體的裝載步驟，將金屬材料熔化的熔化步驟，以及將金屬材料導(dǎo)出的后續(xù)的導(dǎo)出步驟。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的典型特征，在熔化步驟期間，提供:至少第一子步驟，在該步驟中，就隨著時間單位推移的質(zhì)量而言，金屬材料被以大裝載量地裝載到殼體內(nèi)，從而在殼體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)大的固體材料的堆積物；以及至少后續(xù)第二子步驟，在該步驟中，調(diào)節(jié)卸載進殼體內(nèi)的金屬材料的量，從而在逐漸形成的液體熔池內(nèi)保持固體物質(zhì)的量基本等于限定所述堆積物的金屬材料的量。
[0033]特別地，進給裝置由控制裝置控制，該控制裝置適于調(diào)節(jié)裝載的金屬材料的量。
[0034]以這種方式，在每一時刻熔化的金屬材料內(nèi)，存在確定的和期望量的固體材料，和/或該確定的和期望量的固體材料與上述每一時刻熔化的金屬材料混合，該確定的和期望量的固體材料將液體的溫度保持在低于傳統(tǒng)方法的溫度，從而限制熔化的金屬由于對流運動而產(chǎn)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象。這允許很大程度上減少對殼體的壁的損耗，隨之也減少了為修復(fù)它們的維修操作的頻率。
[0035]此外，控制熔化金屬的溫度也允許對鋼執(zhí)行耗盡作用，這樣降低其反應(yīng)性。以這種方式，可能進一步降低對殼體的壁的損耗，同時還提高所得到的鋼的質(zhì)量。
[0036]根據(jù)另一特征，限定堆積物的固體金屬材料的量介于所導(dǎo)出的熔化材料的總量的25%和45%之間。
[0037]在有利的變形中，限定堆積物的固體金屬材料的量介于30%和40%之間，優(yōu)選介于32%和38%之間。
[0038]根據(jù)另一特征，進給裝置布置在側(cè)部并位于殼體上方，而限定堆積物的金屬材料在接近進給裝置的進給高度的高度上布置。特別地，進給裝置可以包括輸送機，其可能與振動裝置相關(guān)聯(lián)，該輸送機通過定位裝置而鄰近殼體的一個邊緣布置用于裝載金屬料。
[0039]在殼體內(nèi)，限定了相對于在每一時刻熔化的材料的水平突出的堆積物。
[0040]根據(jù)另一特征，當(dāng)達到熔化殼體的最大裝載條件時，提供第三子步驟，在該步驟期間，進給裝載量被減小直到其被取消，即裝載工序停止，以允許存在于爐內(nèi)的所有金屬材料徹底熔化。
[0041]僅當(dāng)全部固體物質(zhì)已經(jīng)熔化時，才發(fā)生導(dǎo)出工序，以確保鋼鐵的完美冶金控制，這樣確保沒有被固體廢料污染。
[0042]該方法還提供，在熔化材料從殼體的導(dǎo)出步驟期間，保留確定水平的熔化材料，也被稱為留鋼，其使得可以快速地重新開始后續(xù)的熔化步驟。
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)中通常發(fā)生的不同，留鋼的水平基本上減半，并且尤其是介于在導(dǎo)出步驟之前存在于殼體內(nèi)的熔化材料的10%和25%之間。這允許增加設(shè)備的整體產(chǎn)量。
[0044]根據(jù)變形實施例，至少在第一子步驟和第二子步驟之間和/或期間，通過燃燒類型的加熱裝置，例如煤氣燃燒器，提供輔助熱能的貢獻。以這種方式，可以進一步增加用于熔化金屬材料的熱能。
[0045]根據(jù)另一變形實施例，能量供應(yīng)裝置布置在固體材料的堆積物的附近，以在金屬材料剛剛卸載進熔爐內(nèi)時增加其溫度。這種特定的部署允許引導(dǎo)能量供應(yīng)裝置的火焰并使其和金屬材料的堆積物直接接觸，從而提供對金屬材料的堆積