專利名稱：電弧爐中非不銹鋼熔體的熔渣起泡方法
電弧爐中非不銹鋼熔體的熔渣起泡方法本發明涉及一種用于對在電弧爐中制備非不銹鋼時存在于鋼熔體上的熔融渣進行熔渣起泡的方法，在該方法中，在渣中加入型料如粒料或塊料，其內含物與鐵氧化物起還原反應分解出氣體，其中產生的反應氣體引起熔渣起泡。在運行電弧爐時，裝入的主要是廢鐵和合金的固體材料被從上凸入爐容器中的電極的電弧熔融。熔渣除滿足其主要功能即從熔體中去除不希望的成分外，還要滿足保護功能，因為該熔渣部分占據了電極和金屬表面之間的空間，并保護爐的耐火爐襯免受電弧的輻射能作用。熔渣的這種保護功能可通過合適的方法引起熔渣起泡來改進。當固體材料在電弧爐中熔融以制備非不銹鋼時形成熔渣，該熔渣含主要是鐵氧化物的高含量金屬氧化物。該氧化鐵的濃度常高于20%。這類熔渣的過程冶金學組成下列相繼進行的分反應 {02} =2
氧的熱離解 [Fe] +
= (FeO) 熔體中的鐵氧化 + [FeO] = [Fe] + {CO} 在熔渣/金屬相界面處的氧化鐵還原。最后一個反應對制備碳鋼是至關重要的，因為在形成泡沫渣時氧化鐵是最重要的組分。如果熔渣的粘度適于泡的保持，則向熔渣中簡單吹入碳和氧可引起發泡，其中通過金屬氧化物與碳的還原過程形成的氣態CO以其鼓泡額外強化了熔渣起泡。加入的發泡材料的組分以及熔渣粘度對泡沫渣形成是決定性的，其中熔渣粘度又與熔融渣的組成和溫度有關。主要是通過該粘度確定了該熔融渣可形成泡的狀態范圍。因此，控制決定粘度的渣堿度是很重要的，由此迫使所產生的氣泡暫時保留在渣層中。在發泡材料中所加的石灰石是另一氣源，因為該材料的熱分解按下式釋出CO
(CaCO3) = (CaO) + {CO}。形成泡的現象是一種利用反應性氣泡的機械力在渣中產生新的表面區域的過程。 該氣泡的浮力暫時使渣表面裂開，并使完整的渣層飽和以產生泡沫。在源自反應性物質的持續氣流下，所聚集的氣泡數目隨不斷生長的泡沫而增長。結果隨不斷生長的氣量而使得泡沫層增厚；該厚度正比于發泡材料的量。在這類機理中，為得到最大起泡作用，反應物質的最佳定位是重要的。該最佳定位是在熔渣層和液態金屬之間的界面區中。在制備非不銹鋼時，乞今通常借助于向泡沫中吹入碳(焦炭、石墨、木炭)和氧導致渣發泡。該技術需對吹入裝置進行昂貴維護并使用氧載體和碳載體。該技術不僅昂貴， 而且在引入的成分方面，其效率也低，因為在錯誤的吹入角度下，吹入的粉塵(即!^e2O3)大部分會通過爐的抽吸系統脫離還原過程。在EP 0829545 Bl中描述了一種用于在電爐中的熔融不銹鋼上制備泡沫渣的方法，其中借助于注入介質如氮氣將由金屬氧化物即氧化鋅或氧化鉛和碳組成的粉末導入渣中。含于粉末中的氧化物通過與碳反應而被還原。由此在渣中形成氣泡，該氣泡主要由一氧化碳組成且可使渣發泡。由于與粉末狀相關的較大表面積，導致與渣的短時劇烈反應，而且該反應在區域上限于在熔池中的注入設備或吹入設備的附近發生。
為避免引入粉末狀物質時的缺點，在W02004/104232中建議，為在含高鉻的鋼熔體上產生泡沫渣而用于渣發泡的材料即由金屬氧化物和碳組成的混合物以壓制的模制件和/或加有粘合劑的模制件形式加到電爐中。其中調節該模制件的密度，使其浮于金屬中的熔體/渣的相界面處附近并發生反應。在DE 1020070065 Al中，在含高鉻的鋼熔體上產生泡沫渣時，還通過浮于熔體 /渣的相界面處附近的塊料和/或粒料還原在渣中存在的主要是氧化鉻的金屬氧化物，其中形成的反應氣體促進渣發泡。為此，加到電弧爐中的塊料或粒料由規定的混合物以及粘合劑組成，該混合物由作為渣材料的鐵載體、碳物質或碳和作為還原劑的硅組成。為在電弧爐中在制備非不銹鋼時也通過吹入氧載體和碳載體而減少吹入系統的昂貴維護和降低不希望的貴重物質的損失，本發明的目的在于提供一種對非不銹鋼熔體進行熔渣起泡的方法，在該發明中，通過向電弧爐中加入經壓制的模制件而結合了含鉻渣熔渣起泡的有利經驗。本發明的目的是通過權利要求1的特征實現的，即加入到電弧爐中的粒料或塊料由氧化鐵載體、石灰石、渣材料和作為還原劑的碳載體組成的規定混合物以及由粘合材料組成，其中調節該粒料或塊料的密度，以使其浮于鋼熔體中的熔體/渣的相界面附近，并在渣層下面與該粒料/塊料的氧化鐵載體起還原反應，并且其中由該粒料或塊料的大小和密度所導致的其溶解持續時間導致就效率和持續時間而言的氧化鐵的最佳還原。為在粒料/塊料內在渣-金屬相界面上由氧化鐵還原達到足夠的泡沫高度和泡沫質量，該粒料或塊料的組成示例性的在下列范圍內變化
焦炭> 5 %
氧化鐵載體> 20 %
石灰石0-15 %
■材料> 20 %
粘合材料< 6 %。依待制備的鋼種類不同，向渣中加入不同量的具有這種示例性的組成的粒料或塊料，其中該可變化量的范圍為10-40 kg/t液態鋼。為根據本發明拿所述粒料或塊料浮于溶體中的熔體/渣的相界面附近，從而使所述粒料與塊料在渣層下面可與塊料的氧化鐵載體發生化學反應，需可控地調節粒料或塊料的密度，使其數值為3-4 t/m3，處于渣的密度和金屬熔體的密度m3/t)之間。該密度通過相應調節的石灰石、渣材料和還原劑的混合比以及通過在將混合物成型為粒料或塊料時的密實作用來達到。為使該粒料或塊料浮于熔體/渣的相界面附近并均勻地慢慢反應，除粒料或塊料的密度外其大小也有影響，因此其平均大小優選調節為約高 50 χ長60 χ寬60 mm之間。更特別的發現是，含細鋼屑的粒料或塊料滿足該密度要求，石灰石改進氣體形成， 且密度大于3. 2 t/m3的塊料可確保直接定位于渣的下面。優良的渣發泡與渣的粘度有關。較低的溫度(1500 -1550°Ο相應于較低的堿度 (石灰不完全溶解)，較高的溫度(1600°C -1650°C )相應于較高的堿度(石灰完全溶解)。 因為該兩因素起對立作用，所以對渣的溫度和堿度進行連續調節和相應控制。為達高的泡沫效應，在開始起泡時在鋼熔體上必需存在足夠的渣厚度，因此在發泡前和發泡期間要進行相應的渣厚度控制。控制渣厚度前應確保最少渣量> 60 kg/t。為制備粒料或塊料，本發明中使用在制備各種鋼產品時產生的干的或濕的廢料。所述渣材料主要由形成非不銹鋼的元素鐵組成，按本發明的一個有利方案，使用密度約為7 t/m3的低合金細屑作為渣材料。本發明中含于粒料或塊料中的碳載體是焦炭。 但也可用其它碳載體如木炭作為還原劑。為能將這種混合物壓制成固態的粒料或塊料，需要合適的粘合材料。在此糖密和水泥是有效的，另外，也可使用浙青、焦油浙青、氫氧化鈣和植物材料如纖維素來進行壓制。在制備粒料或塊料時重要的是，所產生的形狀和大小以及所得的密度要適合于其以后的使用。在此要求在其與渣的內含物反應時的溶解持續時間要適配于最佳還原。因此粒料或塊料應是熱穩定的，不應在將其加入熱的電弧爐中后就立即熔化。另外，其形狀、大小和強度要使其能經氣動輸送或經爐蓋簡易加料，并且在此可經第五蓋孔進入電弧爐中。下面依實施例的附圖詳述本發明的細節和優點。附圖簡介
圖1示出帶有粒料或塊料的加料設備的電弧爐的橫截面圖， 圖2示出由鋼熔體與浮于其上的渣形成的相界面的放大視圖。圖1示出的電弧爐1由具有耐火壁3的爐容器2和爐蓋4以及從上方通過爐蓋4 伸入爐容器2的三個電極5組成。在爐容器2的下部中，在耐火爐壁3內部為鋼熔體6，鋼熔體上方為熔融的渣7。經蓋孔9將粒料或塊料8以重力方式直接加到熔體中，或通過如重力輸送裝置(該重力輸送裝置未示出)送入爐內，并在爐內進入在側面爐壁10和由電極5 形成的電極圈之間的環形空間中。或者，該粒料或塊料8還可通過氣動輸送裝置或機械輸迭裝置借助于與爐蓋4成徑向走向的帶加料孔15的環狀導管14加入爐內，或氣動地或借助于重力通過裝在爐的側壁10中的入口設備11加入爐內。在圖2中是由渣7和鋼熔體6形成的熔體/渣相界面13部分的放大圖示。箭頭方向17示出加入電弧爐1中的塊料8的可能途徑。其穿過渣7后，存在于熔體6的內部，但仍明顯是在熔體/渣相界面13的下方。由于所存在的與熔體的密度差，其通過浮力18以可能的浮動運動19繼續在熔體6中浮動，到達熔體/渣相界面13正下方的最終目標位置 20。在這一位于渣7下方的位置20處，在塊料內部發生氧化鐵與碳的所希望的還原反應。 在該反應中釋出的反應氣體16即主要是一氧化碳在渣7中以小圓圈表示，經反應后保留下的塊料殘余物12在渣7中以黑點表示。由于該塊料殘余物12的已變化的組成，其也可部分浮于渣7中。附圖標記表
1電弧爐
2爐容器
3耐火爐壁
4爐蓋
5電極
6鋼熔體
7渣
8粒料或塊料9蓋孔10側面爐壁11吹入導管12粒料或塊料殘余物13熔體/渣相界面14環狀導管15加料孔16反應氣體17粒料或塊料向鋼熔體中的加入方向18粒料或塊料在鋼熔體中的浮力19粒料或塊料在鋼熔體中的可能浮動20粒料或塊料在鋼熔體中的最終目標位置。
權利要求
1.對在電弧爐(1)中制備非不銹鋼時存在于鋼熔體(6)上的熔融渣(7)進行熔渣起泡的方法，其中，在渣(7)中加入型料如粒料或塊料(8)，該型料的內含物與鐵的氧化物起還原反應并分解出氣體，該產生的反應氣體(16)引起渣發泡，其特征在于，加入電弧爐(1) 中的粒料或塊料(8)由氧化鐵載體、石灰石、渣材料和作為還原劑的碳載體組成的規定混合物以及由粘合材料組成，其中調節所述粒料或塊粒的密度，以使其浮于鋼熔體(6)中的熔體/渣相界面(1 附近，并在渣層下面與塊料中所含的氧化鐵和碳起還原反應，且其中由所述粒料或塊料(8)的大小和密度所得出的其溶解持續時間導致就效率和持續時間而言的氧化鐵的最佳還原。
2.權利要求1的方法，其特征在于，所述粒料或塊料(8)的組成示例性地在下列范圍內變化焦炭> 5 %氧化鐵載體 > 20 %石灰石0-15 %■材料> 20 %粘合材料< 6 %。
3.權利要求1或2的方法，其特征在于，所述塊料(8)的密度值調節為3-4t/m3，其平均尺寸值調節為高10-50 mm，長10-60 mm，寬10-50 mm之間。
4.權利要求2或3的方法，其特征在于，依待制備的鋼種類不同，在渣(7)中加入10-40 kg/t液態鋼的不同量的粒料或塊料(8)。
5.權利要求2、3或4的方法，其特征在于，為制備粒料或塊料(8)，使用在制備各種鋼產品時產生的干的或濕的廢料。
6.權利要求5的方法，其特征在于，使用密度約為7t/m3的低合金細屑作為渣材料。
7.權利要求1-6之一項或多項的方法，其特征在于，使用糖密和/或浙青和/或水泥、 氫氧化鈣和植物材料如纖維素作為粘合材料。
8.權利要求1-7之一項或多項的方法，其特征在于，所述粒料或塊料(8)在形狀、大小和密度方面的構成應能使其可經氣動或機械輸送。
9.權利要求8的方法，其特征在于，所述粒料或塊料的加入經爐蓋和經第五個蓋孔(9) 或經吹入導管實現。
10.權利要求1-9之一項或多項的方法，其特征在于，通過相應調節渣粘度促進氧化鐵最佳還原所需的粒料或塊料(8)的溶解持續時間，為此連續調節和相應控制該渣的溫度和堿度。
11.權利要求1-10之一項或多項的方法，其特征在于，為達高的渣發泡質量以及進一步促進塊料(8)中的還原進程，在發泡前和發泡期間進行相應的渣厚度控制。
全文摘要
在制備非不銹鋼時，固體材料在電弧爐中溶融期間形成渣，該渣含高含量的金屬氧化物，主要是氧化鐵。該氧化鐵濃度常高于20%。這類渣具有差的可發泡性，并不可達到碳鋼渣的典型特性。為使這種渣發泡，本發明建議在電弧爐中加入粒料或塊料(8)，其由氧化鐵載體、作為渣材料的鐵載體、作為還原劑的碳的規定混合物以及粘合材料組成，其在渣(7)下面浮于鋼熔體(6)中發生還原反應。由此產生的主要由一氧化碳組成的反應氣體(12)以有利的方式促進渣發泡。
文檔編號C21C5/36GK102414330SQ201080019860
公開日2012年4月11日 申請日期2010年5月7日 優先權日2009年5月8日
發明者賴歇爾 J., 羅澤 L. 申請人:Sms西馬格股份公司