專利名稱：用于金屬還原和熔化過程的感應爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于金屬還原和熔化過程(如煉鋼過程)的裝置，其中，為還原和熔化含有金屬的部分爐料，在槽型感應爐中對含有金屬和碳的爐料加熱。
例如USP 5,411,570中公開了這樣一個用于還原和熔化含有金屬和碳的爐料的電爐。
在所述的USA方法中，通過位于管上壁的周圍隔開、縱向排列的兩行孔口，將爐料引入加熱管中，使得爐料以兩楔形堆的形式漂浮在加熱管中熔化的金屬浴上，每堆各沿著管壁的對邊延伸，楔的較寬端即堆的‘頂’部朝著管壁，楔的較窄端即堆的‘足’部朝著管的中間。這樣，漂浮在金屬浴上的堆的頂部在感應器的喉部(開口處)上方幾乎是豎直的。
感應器以I2R的損耗對金屬加熱，在感應器喉部的上方直接產生了相對熱的金屬的向上對流流動，所以，與其它區域相比，更多的熱能夠到達幾乎直接在頂部下面區域的堆的下側。(在堆列的最高點的下面形成了過熱點)因此爐料粒子主要“消耗”在所述的直接在堆頂部之下的區域，從而產生朝著這些區域的粒子的凈流動。
用矢量可表示堆中爐料粒子的流動。這些流動矢量涉及到垂直于堆表面的流動和平行于堆表面的流動。垂直于堆表面的流動是不理想的，因為從管頂到表面的輻射所吸收的熱只能有效地傳導到在25mm之內的深度。這意味著，一旦一個粒子垂直于表面經過大約25mm時，它就不受這種輻射的影響。將這種運動所需的時間稱作“暴露”時間。
粒子的降低的暴露時間使這些熱粒子的輻射能吸收降低。這反過來意味著，到達堆底部的其它粒子比其它部位的粒子暴露在更長時間的輻射下，在堆足部感應器的加熱速率和熔化速率是較低的。延長的暴露時間反過來暗含著更高的表面溫度和對堆底部材料的減低的輻射傳熱速率。因為沒有還原氣體的保護，堆底部的相對高溫和高度的材料還原也導致重新氧化。(還原反應是完全的，因此為使爐料不被二氧化碳重新氧化，在此區域不產生一氧化碳氣體)。
因為所產生的較高的電功率和還原劑消耗，爐料粒子對輻射的暴露過度和暴露不足是不理想的。
發現的所述已知方案的進一步的缺點是到達堆足部爐料材料的過程與不到達堆足部爐料材料的過程差別很大，這使由熔化粒子的時間所得到的碳與氧的比率大大不同。當應用高功率輸入速率時，到達液體浴的這些不同組成的材料的相對數量是更大的。當這樣產生的不均一性到達一個階段(在這個階段過量的碳溶解在一個區域，過量的氧溶解在另一個區域，當混合時，超出了各自的溶解度)時，就釋放出一氧化碳氣體。這樣的氣體逸出破壞了過程并產生具有潛在危險性的條件。因此必須將電功率輸入的最大速率控制在相對低的水平，當然，這減少了所得到的生產率。
在所述的已知方案中，即使當電爐傾斜到離澆鑄側最遠時，也必須使離澆鑄嘴最遠的感應器行低于金屬面，這限制了正常操作的最低液體金屬面。這種限制和必須形成完全覆蓋金屬浴的堆的要求減少了形成堆和燃燒由爐料放出的氣體、或引入電爐的燃料的空間。與堆的靜止角度有關，通過限制最低液體金屬面，也限制了對堆的傳熱投影表面面積。
這個已知方案的進一步的特征是單環或雙環感應器總是平行于水平轉鼓爐的縱軸裝配到通道上。這意味著一般的卵圓形喉部開孔具有平行于爐子縱向中心線的縱軸。因為支撐電爐耐火襯靜止的巨大的耐火材料墻通常將感應器喉部隔離開，這限制了每電爐單位長度的一行中感應器的數目，因此一般間隔4-5米，形成過熱點。這種特征進一步增加了堆中材料運動的不均一性。發明目的本發明的目的是提供一種達到所述目的的裝置，使用這種裝置可克服所述問題或至少將所述問題最小化。
優選地，電爐是槽型感應爐。
進一步根據本發明，這樣的至少一個感應加熱器用作管的唯一外部加熱源。
進一步根據本發明，管是細長的管狀構型并且包括排列成沿著管的底部中心線縱向延伸的一行的多個這樣的感應器。
仍然進一步根據本發明，管包括朝著其上端的，多個孔口，通過孔口爐料卸入管中，將孔口安置成相互隔開的、縱向延伸的兩行，以使得通過它們卸下的爐料會延伸為漂浮在液體金屬浴上的兩毗鄰的兩堆，每堆的截面是楔形，較寬端或堆的頂部朝著管壁，較窄端或‘足’部朝著管中間。
應該理解，使用這樣一種方案，在堆底部可直接對堆加熱，并且垂直于堆表面的爐料粒子運動的平均速度，在別處會因此最小化，所以在或接近堆足部(即兩堆列之間形成的波谷)，和直接在感應器上方，會消耗大多數爐料材料。
因此，實施這個方案，能避免電爐中的爐料粒子在輻射下暴露不足或暴露過度。
而且，因為感應器的中心位置，與所述的已知方案相比，可使管中金屬浴的液面和液體金屬自身的體積小得多，這樣阻止前面所述的不均一性，并因此減少所需要的電功率。
進一步根據本發明安裝感應器，使得它們的縱軸以與電爐的縱軸基本成直角的方向延伸。
應該理解，實施這樣的一個方案，每單位長度的管可安裝更多的感應器，因為過熱點間的距離減少，在堆列間的波谷下形成的過熱點的數目增加。
進一步根據本發明，裝置的構型和所控制的管內的反應條件，使得爐料在整個液體金屬浴上以橋的方式延伸。
這樣的實施方案會保證爐料內，即在固相中，金屬基本完全還原。
例如，所述裝置的構型涉及到通過它爐料卸入管中的所述孔口的數目和/或位置。
通過控制如下因素的任一個或多個，可再次影響所述的反應條件的控制1、爐料傳送到管中的速率；2、爐料粒子的尺寸；3、爐料的金屬和含碳組分的混合程度；4、感應加熱器對管的加熱速率；5、在管中堆上面的空間里，氣體和/或其它燃料燃燒的產熱速率。
從管中爐料逸出的一氧化碳同位于管內爐料上方區域的燃燒器中的氧氣或氧氣/空氣混合物燃燒，可得到5(如上所示)中所指的熱。
這樣燃燒產生的熱和從管頂反射的輻射熱一樣，也可用于對管內和/或管外爐料的至少的預熱。
進一步根據本發明，用于所述燃燒器的空氣和/或空氣/氧氣混合物可含有在一氧化碳和/或燃料在堆上面的燃燒所產生的溫度下能夠”發輝光”的微粒狀材料。
這種”發輝光”提高了火焰的輻射率，從而增加了對爐料的加熱效果。
這種微粒狀材料可含有，例如煙黑。
這種微粒狀材料也可包括或含有石灰。
這種石灰可以幫助電爐中的氣體脫去硫。
進一步根據本發明管包括至少一個排出熔化的金屬和/或反應過程中形成的爐渣的孔口。
仍然進一步根據本發明，制金屬過程是煉鋼過程，其中以微粒狀的炭或焦炭形式的碳和適當的微粒狀的含氧化鐵礦石的混合物在管中受熱，引起氧化鐵的還原和所得到鋼的熔化，然后可作為含有少于0.1％碳的鋼澆鑄。
參照附圖，通過實施例，下面描述本發明的一個實施方案，其中
圖1是根據本發明的爐子的截面示意圖。
圖2是當從圖1中箭頭A所示的方向看時，圖1所示爐子的底部平面圖。
以使感應器12的縱軸12.1(圖2)與中心線11.1成直角的方式安裝感應器12。
管11包括兩平行的輸入孔口延伸行，圖1中顯示了每行中的一個，13和14，它沿管11的相對的縱側邊延伸。這些孔口將爐料15引入管11中，形成漂浮在液體金屬浴18上的縱向延伸的兩堆16和17，每個堆的截面都是楔形的，每個楔的較寬端，即堆的頂部朝著管11的壁，楔的較窄端即堆的足部朝著管11的中心線11.1。
如果需要，為形成初始的金屬浴，在過程開始時，可將少量的液體金屬通過輸入孔(圖未顯示)引入管11中。
例如爐料15含有特別形式的如焦炭的含碳化合物和氧化鐵的均勻混合物，含碳混合物的濃度稍微低于還原礦石所必要的碳的化學計量數量，并且，爐料15的微粒尺度是能通過3mm的篩子。
沿著其上壁，管11也裝配有多個氧燃燒器，圖1中只顯示了兩個，20和21，通過燃燒器，反應中形成的一氧化碳和彌漫在爐料15上層的一氧化碳能夠燃燒。
正如這個具體方案中先前公開的，以這樣的方式和速率將爐料15引入管11中，這樣控制反應條件，使得堆16和17的底部互相溶合，以致于爐料材料15形成延伸在整個液體浴18上面的“橋”，這個橋在如19所示的區域內是最窄的。
例如，通過從上面插入管11的“水位指示器”(圖未顯示)或在管11壁上的適當的觀察窗，可確認形成這樣的、實際上存在的橋的事實。也可利用適當的處于管11內部的影像記錄裝置(圖未顯示)確認以上事實。
在操作中，堆16和17的爐料15中產生了實際上從堆的底部延伸至堆上部的反應區域。同時在堆16和17的底部和液體浴18的上表面間延伸的熔融區22，在反應過程中，被還原的爐料15在重力作用下從反應區域移向熔融區域22。
在熔融區域22下面沿著中心線11.1延伸的隧道23中，在這種熔化過程中形成的爐渣漂浮在浴18的頂部。隧道23通向管11中的爐渣出口(圖未顯示)。將爐料輸入口13和14設置成與爐渣出口相關，以致于隧道23中的爐渣直接通向這個爐渣出口。通過一出口(圖未顯示)從管中可將熔化的鋼(含碳±0.1％)澆鑄。
在過程的操作中，所述的橋用于阻止爐料材料15從堆16和17直接落入通道23的爐渣中或落入浴18的液體金屬中，從而阻止任何“短路”。
通過感應器12供給浴18的熱擴散入堆16和17的爐料15中，這些熱和通過燃燒器20和21燃燒放出的熱，以及從管11頂部反射的輻射熱，使氧化鐵和爐料15的碳反應，從而還原氧化鐵。由此固相發生的、幾乎所有的這種還原發生在堆16和17的最上面20mm層處，主要是由于從通過燃燒器20和21，一氧化碳燃燒放出的熱和從管11的頂部反射的輻射熱，這些額外的熱量供給了這一層。同時在區域22處，固態被還原的鐵熔化，在那里被還原的鐵在重力作用下進入浴18。
應該理解，因為感應器12的中心位置，堆16和17足部從感應器12得到的部分熱量，使得爐料粒子15主要消耗在區域19。
這意味著爐料粒子沿著堆16和17的上表面的流動主要平行于這些表面，這樣消除了以上提到的“暴露不足”和“暴露過度”的問題。
而且，感應器12的這種中心位置也便于形成比所述已知方案的金屬浴18的液面(圖1中虛線24所示)低的多的液面，這產生了以上所指的優點。
而且，因為感應器12的與中心線11.1相關的橫位置，與所述的已知方案相比，每單位長度的管11能應用更多的感應器12，這使得在堆16和17行之間的波谷下面的過熱點的數目與已知方案相比增加了。
應該進一步理解，本發明也包括在其范圍內使用根據本發明的裝置的金屬還原和熔化方法。
權利要求
1.用于金屬還原和熔化過程的裝置，其中在具有加熱管的感應爐中加熱含有金屬和碳的爐料，在加熱管里爐料能以至少一堆的形式漂浮在液體金屬浴上，其特征在于裝置包括至少一個在或朝著管的底部中心線的感應加熱器或感應器。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于爐子是槽型感應爐。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于至少一個感應加熱器用作加熱管的唯一的外部加熱源。
4.如先前任一權利要求所述的裝置，其特征在于加熱管是細長的管狀構型并且包括排列成沿著管的底部中心線縱向延伸的一行的多個這樣的感應器。
5.如先前任一權利要求所述的裝置，其特征在于管包括朝著其上端的多個孔口，通過孔口爐料卸入管中，將孔口安置成相互隔開的、縱向延伸的兩行，以使得通過它們卸入的爐料能以漂浮在液體金屬浴上的相毗鄰的兩堆延伸，每堆的截面是楔形的，其較寬端或堆的‘頂’部朝著管壁，較窄端或堆的‘足’部朝著管的中部。
6.如先前任一權利要求所述的裝置，其特征在于安裝感應器或每個感應器使得其縱軸以與爐子的縱軸基本成直角的方向延伸。
7.如先前任一權利要求所述的裝置，其特征在于使它的構型和控制管中的反應條件以致于爐料在整個液體金屬浴上以橋的方式延伸。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于所述的構型涉及到通過它爐料卸入管中的所述孔口的數目和/或位置。
9.如權利要求7或8所述的裝置，其特征在于所述的反應條件的控制是通過控制如下因素的任一個或多個進行實施1、爐料傳送到管中的速率；2、爐料粒子的尺寸；3、爐料的金屬和含碳組分的混合程度；4、通過感應加熱器施加至管的加熱速率；5、在管中堆上面的空間里，氣體和/或其它燃料燃燒的產熱速率。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于第5點所指的熱可從管中爐料逸出的一氧化碳同位于管內爐料上方區域的燃燒器中的氧氣或氧氣/空氣混合物燃燒得到。
11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于這樣燃燒產生的熱和從管頂反射的輻射熱一樣，也可至少用于對管內和/或管外爐料的預熱。
12.如權利要求11或12所述的裝置，其特征在于用于所述燃燒器的空氣和/或空氣/氧氣混合物可含有在一氧化碳和/或燃料在堆上面的燃燒所產生的溫度下能夠”發輝光”的微粒狀材料。
13.如權利要求12所述的裝置，其特征在于微粒狀材料含有煙黑。
14.如權利要求12或13所述的裝置，其特征在于微粒狀材料包括或含有石灰。
15.如先前任一權利要求所述的裝置，其特征在于加熱管包括至少一個排出熔化的金屬和/或反應過程中形成的爐渣的孔口。
16.如先前任一權利要求所述的裝置，其特征在于制金屬過程是煉鋼過程，其特征在于以微粒狀的炭或焦炭形式的碳和適當的微粒狀的含氧化鐵礦石的混合物在管中受熱，引起氧化鐵的還原和所得到鋼的熔化，然后可作為含有少于0.1％碳的鋼澆鑄。
17.使用先前任一權利要求所述的裝置進行金屬還原和熔化的方法。
全文摘要
本發明公開了用于金屬還原和熔化過程的裝置,其中在具有加熱管(11)的感應爐(10)中加熱含有金屬和碳的爐料(15),在加熱管里爐料能以至少一堆的形式在液體金屬浴(18)上漂浮,其特點是裝置包括至少一個位于管(11)的底部中心線(11.1)的感應加熱器或感應器(12),并且感應器的縱向垂直于管的方向。
文檔編號F27B14/06GK1309723SQ99808763
公開日2001年8月22日 申請日期1999年7月13日 優先權日1998年7月17日
發明者路易斯·約翰內斯·富里, 約翰·皮埃爾·德維利耶 申請人:艾普科爾公司