用于生产金属熔体的设备及方法

本发明涉及生产金属熔体、尤其是铁熔体如钢水、粗钢水或生铁水的 设备及用于生产这些熔体的方法。

用于生产电炉钢的现有标准成套设备是交流或直流电弧炉。其中所用 的铁载体由如下材料组成：

--60-100％的废钢、直接还原的铁-海绵铁(以不同的含量比)， 有时还有碳化铁(最多为总炉料量的10-20％)，及

--0-40％的液态和/或固体的生铁，

它借助于一束或多束电弧，用氧枪-若需要，使用烧咀、喷咀和/或惰 性气体清洗物--并在添加碳载体和造渣剂的条件下被熔炼。此后，在平 静熔池期(5-10分钟)，使电弧炉中的钢水达到出钢所需的温度和组成， 然后在出钢过程中于钢水包中静置。能耗和物耗及设备的生产能力与各种 炉料的比率和熔炼工艺相关，它们会有很大的不同。

由于在世界范围内引进了二次冶金工艺方法，以及在结构-、电-和 工艺技术方面的发展，在过去几年中，电弧炉冶炼已变成一种在炉料和所 产的钢的质量方面又灵活又有效的工艺，并且越来越显示出明显优于转 炉冶金的优点，并取得了与之完全相同的成功。

随着新工艺的发展，通过主要采用。

·整体的废钢预热和/或采用热的海绵铁和/或热的直接还原的铁压块，

·连续加入主要部分的炉料(铁载体、碳载体，熔剂等)，同时将用于 加料作业的无功时间减至最少。

·优化的泡沫渣清除作业。

·用较便宜的初级能源(煤、天然气等)作电能的替代品，这包括经改 进的废气后燃烧作业及热能的更有效的利用，

使电弧炉炼钢的熔炼时间和单位比电耗大量减少，因而进一步减少 了电弧炉单位作业及单位资金投入。

但用这种以电弧炉作冶炼设备生产电炉钢的已知工艺，使上述工艺 发展的潜在优势只得有限程度地利用。而且，尽管有增长着的需求，但直 至目前尚不可行的是，以高的生产能力和能量利用率将加于电弧炉内的 高比例的生铁水和/或其它的富碳铁载体(海绵铁、碳化铁)以及约30- 70％的难处理的废钢(废汽车)处理成钢水，而且不可行的还是，使用汽车 废钢时又没有环境不能承受的负担。从经济的观点来看，仍期望着在这些 条件下，大规模工业应用以电弧炉技术为基础的高效技术和设备。

上述的、由常规电弧炉带来的这些限制仅归因于炉子的结构，它不能 使一种难稳定的连续工艺过程得以进行。加料、熔化、精炼、加热和出钢 作业都在同一处进行，由于需要，至少在出钢前后，需中断加料和供电， 以便得到具有所需组成和温度(均匀性，该液体温度指的是过热温度)的粗 钢。这种在电弧炉内的工艺过程是不连续的，因而限制了它的性能。在这 方面，下面注意到。 1．由于出钢量为70-150吨的常规电弧炉和带有竖炉的电弧炉的出钢- 出钢时间已分别达到了≤55分钟和≤35分钟，所以大大地限制了进一步 减少无功期的可能性。这同样也适用于有功期-因为在这种条件下，对每 吨炉料、单位时间而言，经济的能耗的限度已几乎达到了-因而对于总的 冶炼时间而言也是适用的。 2．在因为加入大量海绵铁、尤其是大量生铁水和碳化铁(约6.1％碳)而花 费了很长时间，因而还增加了热损失的连续加料及在平静熔池的精炼和 加热作业期间，变压器的实际输出并未被电弧炉完全利用。

从AT-B-295,566中得知一种连续炼钢方法，它通过在一电弧熔 炼炉中熔炼预还原炉石，然后将此半钢的熔体精炼成钢，该炉包括一个熔 炼炉，已知的是有一精炼区和至少一个沉渣室与其相连，在该炉中，块状 或粒状的预还原矿石被加入该熔炼炉的电弧区，金属在该炉中被连续搅动 并在其中作循环运动，然后在金属流经精炼区时，通过吹入含氧气体而被 精炼成钢，并使渣沿逆着金属的流向、沿至少是精炼区的部分长度流动。 渣在沉渣室中平静下来，而不与熔池强烈混合，然后从沉渣室中放出。

按这种已知工艺，加入了本厂返回的废钢及生铁水，但加入量很有 限。废气的排放直接在精炼区中进行，即，不经过电弧熔化炉。精炼区是 按槽状反应器构成的。结果导致了很大的比表面积，因而也产生很大的热 损失。精炼是沿着槽状的反应器的精炼区，按C浓度梯度进行的，而不 是按在反应器内达到浓度平衡进行的，因此，难以调整或控制C含量。因 此，这种已知的工艺在用于由预还原矿石生产粗钢的第一阶段只能以有 限的程度被应用。

从DE-C 3609923得知一种用于将废钢连续熔炼成废钢的工艺和设 备。按此主要受限于废钢熔化(未提及加生铁水和/或海绵铁)的工艺，炉气 中的热被用来加热废钢。废钢在设于床式炉中心处的竖炉内预热，然后从 中心处加入此床式炉中，从而在形成一个锥状料堆的情况下，形成一个支 撑在该电弧炉底上的废钢柱，该柱向上能达到设于此废钢预热竖炉上部的 废钢加料口处。可旋转的电极(最好是4根电极)对称地布置在电弧炉中的 废钢柱周围，以促使废钢熔化。在废钢熔化期间，每支电极的中心轴与垂 线间的夹角均大于20°。由于电弧在从中心加入的废钢柱和炉壁及炉盖 间燃烧，所以该床式炉暴露在很大的热负荷中。另一方面，这使得耐火炉 衬的损耗增大，因而提高了用于修复的材料和时间的耗费。此外，大部分 输入的能量经辐射传给了炉壁和炉盖，因而造成了损失。此外，在废钢柱 中会形成的桥-在电极熔化而形成的熔体空洞的上方-含使废钢柱(或其 部分)塌落，这会导致电极折断，从而中断工艺过程。

从MPT International 2/1996,56-60页得知Contiarc法，按该法， 废钢被连续熔化，即在一环状竖炉内熔化。该法仅用于熔化废钢，根本没 有提及加海绵铁和/或液态生铁。这种方法的一个缺点是难以在出钢作业 开始之前或出钢时及时调整粗钢温度，因为按环状布置的废钢有着很大 的与液体熔池相接触的面积。用此法，还增加了这种间断精炼和出钢的熔 体在使其浓度平衡和达到化学均匀性方面的困难。

按照Consteel_法(从电炉国际大会论文汇编，1992,309-313页得 知)，废钢用水平延长的预热炉预热，然后加于电炉中，即加在此电炉的 一侧。在此电炉中上升的废气经此延长的废钢预热炉被排走。但由于废气 流未穿过此废钢，而是仅越过废钢，所以此法并未使气体得到最佳利用。 此槽式废钢预热炉是固定地设置的，因为用此法能进行间断的出钢作业， 将电炉作可倾动地安装。由于所有的炉子都是可动的，所以这种结构是昂 贵的。这导致了耐火炉衬的机械磨损。由于废钢仅加在炉子的一侧，即该 炉的边缘区，所以是间断地加废钢。因此，不能以最佳方式进行熔化和混 合作业，而且在电炉中将用烧咀帮助熔化废钢时，所达到的效率很低。由 于废钢未能过滤废气，所以废气中的粉尘含量相当大。

本发明旨在避免这些缺点和困难，其目的在于提供一种生产金属熔 体、尤其是铁熔体的设备及方法，用这种设备和方法，基本上能加入任何 金属载体，这包括金属化的颗粒，最好是具有各种物理-化学特征的铁载 体，如废铁、液态和/或固态的生铁、碳化铁、海绵铁，具有不同预还原度 的铁矿石、烧结块、氧化铁皮、冶金粉尘，干的淤渣等，它们具有差别很 大成份含量，从而，比如，若一种铁载体短缺时，可用另一种替代，而没有 显著的容量方面的限制。

为达到此目的，提供了具有以下特性的，符合本发明的设备，该设备 包括：

·一个电弧炉炉身，它带有至少一个用于加入金属熔体和/或废料和/ 或直接还原了的金属、尤其是直接还原了的铁和/或矿石的加料口和至少 一根电极，以及至少一个排渣装置。

·其中设有至少一个金属排放装置的吹氧转炉炉身，

·该吹氧转炉炉身和电弧炉炉身形成一个单元，它是通过溢流堰而连 接起来的，

·吹氧转炉炉身中的、与熔池体积特别相关的熔池表面小于电弧炉炉 身中的表面， ·吹氧转炉炉身与电弧炉炉身分享设置在这些炉身的熔池水平面上方的共 同的反应空间。

符合本发明的设备除解决上面所限定的难题之外，还提供了这样的 优点：该设备部分的耐火衬，在连续出钢的情况下不承受、而在间断出钢 的情况下仅稍微承受因温度变化而引起的应力。

由于由转炉炉身和电弧炉炉身构成的该单元被刚性地安放在基础上， 所以在这些炉身上没有因倾动或由此而产生的重量变动所引起的任何机 械性的负荷。此外，由于在此电炉炉身中，总是富C的金属熔体对渣有还 原作用，或降低渣中FeO的含量，所以电弧炉内的耐火砖衬将受到保护。 电弧炉炉身中的温度相对低，即低于1600℃。

对于在吹氧转炉炉身中的最佳精炼作业而言，若使吹氧转炉炉身中 的金属熔池的金属排放水平面位于电弧炉炉身的金属熔池水平面之下， 则是一个优点，其中吹氧转炉炉身的底被有利地设置在低于电弧炉炉身 底部的水平面上。

吹氧转炉炉身最好设有一个氧气或含氧混合物的喷枪。

电弧炉炉身设有至少一个金属排放装置是有益的。

将出渣装置设在与电弧炉炉身形成一个单元的沉渣容器上是适宜 的，该沉渣容器的设置，最好是使其位置与溢流堰完全相对。借此使在吹 氧转炉炉身中形成的渣与金属熔体相逆地流入电弧炉炉身中。

吹氧转炉炉身和/或电弧炉炉身设有用于金属炉料、矿石、熔剂、合 金、增碳剂的加料口是适宜的，此外吹氧转炉炉身设有供入含氧气体或氧 气的后燃烧烧咀和/或喷枪也是适宜的，而其中至少一个最好设在该二个 炉身的过渡区附近。

按照一较佳实施方案，电弧炉炉身设有至少一个供应固态铁载体的 竖炉，该炉设在电弧炉炉身的上方，而最好在其侧面或在其上方周围，从 而能将预热过的废钢和/或海绵铁或其它铁载体以简单的方式加入，同时 又能利用在电弧炉炉身中上升的废气中含的热量。预热竖炉可设在中心部 位或偏心部位，但最好不设可透气的关闭装置(指状件)，即预热竖炉直接 伸入电弧炉炉身中而无任何障碍，因为固体铁载体形成的料柱在电弧炉炉 身底部有其自身的基础。

按照另一较佳实施方案，至少有一条优选带有护罩的传送带进入预 热竖炉，其中，加热装置通入护罩是适宜的，加热装置由在护罩内安装 的、带有输入一种含氧气体的导管的后燃烧装置和/或烧咀构成。

为有效地利用供入的能量，预热竖炉和/或护罩和/或电弧炉炉身的盖 和/或吹氧转炉炉身的盖衬有耐火材料是有益的。

电弧炉炉身最好设有供应金属熔体、较好是供应生铁水的供应装置。

按照一替代方案，电弧炉炉身设有预热竖炉，它被设置在电弧炉炉身 上方，然后经过一不可透气的、被冷却的关闭装置通向电弧炉炉身中。

一可供选择的实施方案的特征在于，将预热竖炉布置在电弧炉炉身的 中心上方，并将其炉盖设计成环形，以便围绕此预热竖炉并将其与电弧炉 炉身的壁相连，而电极最好是石墨电极则以倾斜的方式经炉盖插入电弧炉 炉身内部。

设置通向电弧炉炉身内部、并与铁载体供应装置和/或矿石供应装置 和/或煤或碳载体供应装置和/或造渣剂供应装置和/或氧或含氧气体的供 应装置和/或碳氢化合物的供应装置和/或惰性气体的供应装置相连的喷咀 和/或喷枪和/或烧咀是适宜的。

在吹氧转炉中设置与铁载体供应装置和/或矿石供应装置和/或煤或碳 载体供应装置和/或造渣剂供应和/或氧或含氧气体供应装置和/或碳氢化 物供应装置和/或惰性气体供应装置相连的喷咀和/或喷枪是有益的。

最好是按熔池下埋入喷咀和/或底吹清洗砖的形式构成该喷咀，或该 喷枪的设置要使其可以移动，尤其是可绕轴转动或沿其纵向移动。

按照一较佳实施方案，电弧炉炉身设有一个或多个大致是中心设置 的、从上方伸入炉身内的电极，及任选地设置的底部电极。

为了能多方面地使用此设备，预热竖炉最好按照可与电弧炉炉身和护 罩分离的、而且是可更换的单元构成。

为易于操纵，电弧炉炉身的盖和转炉炉身的盖构成一个单元或按一个 单元构成。

设置至少一个控制和/或修理孔、最好设在从电弧炉炉身至吹氧转炉 炉身的过渡区的上方是适宜的。

为避免个别设备部件需要修理时长时间中断生产，一个有益的实施方 案的特征在于，吹氧转炉按照可与电弧炉炉身分离的、并可更换的结构单 元构成。

最好，电弧炉炉身设有这样的底：它沿朝向沉渣容器底部的方向向下 倾斜，然后并入大致水平设置的沉渣容器的底部；该炉身还设有设在沉渣 容器中的该底部的最低点及设在沉渣装置的底的最低点处的金属排放装 置。

生产金属熔体、尤其是钢水如粗钢水的方法的特征在于下述工艺步骤 的组合：

·在电弧炉炉身中，产生预熔体，并使之达到预定的温度水平和化学 组成，

·该预熔体经溢流堰连续而不可逆地流入吹氧转炉炉身中，

·预熔体在吹氧转炉中精炼，最好炼成粗钢，和

·将经过精炼的熔体连续或间断地从吹氧转炉炉身排出，

·使在吹氧转炉炉身中形成的渣逆流流入电弧炉炉身，从其中将渣排 出。

在电弧炉炉身中进行预精炼、在吹氧转炉炉身中进行金属产品的最终 精炼是适宜的。

最好是在吹氧转炉炉身中以连续的方式调整金属熔体的化学组成和 温度，所述的组成和温度是与放出时所需的最终熔体或最终产物的化学组 成和温度相一致的。

为了调节获得高的冶炼效率，若将在吹氧转炉炉身中形成的废气经由 电弧炉炉身抽出，由于CO+H2的后燃烧在吹氧转炉炉身和电弧炉炉身中 进行，其中的在电弧炉炉身中上升的废气和自吹氧转炉炉身中流入电弧 炉炉身中的废气被适当地用于预热加在电弧炉炉身中的块状炉料，这是一 个优点。

为了更好地利用能量，使用于预热的废气在预热过程中一步接一步地 后燃烧。

最好在电弧炉炉身和吹氧转炉炉身中保持负压。

一个用于生产铁水的可供选择的有益方法的特征在于下述各工艺步 骤的组合：

·向电弧炉炉身中加液态生铁，然后使之达到预定的温度水平，

·在电弧炉炉身中预精炼期间，降低Si和P的含量，

·液体生铁经溢流堰连续流入吹氧转炉炉身中，

·在吹氧转炉炉身中，以连续的方式，进一步进行生铁水的部分精炼， 及

·将经部分精炼的生铁从吹氧转炉炉身中间断地或连续地引出，

·使于吹氧转炉炉身中形成的渣逆向流入电弧炉炉身中，从该炉中将 其放出。其中将该部分精炼(预处理)过的生铁适当地用常规转炉法、加 入或不加其它的铁载体，在除该设备之外所设的转炉或电弧炉中最终精炼 成液态的最终产品。

最好是，金属炉料混合物由以下组份构成：

·废料如废钢，和/或固态生铁或铸铁，

·球团和或压块状的直接还原了的铁和/或碳化铁，

·生铁水。

为生产合金化的钢或特种钢或不锈钢的熔体，该金属炉料混合物至少 由合金钢废钢和/或合金剂和/或铁合金形成。

最好是，使从吹氧转炉炉身中放出的钢水在后续的二次冶金处理中， 用或不用负压(真空)地作为预熔体经受进一步处理，这包括脱碳。真空 处理可在VOD-RH-OB-或KTB设备中进行。该预熔体已显示其 C含量超出了所要生产的产品质量所要求的C含量。

当在吹氧转炉炉身中处理过后C含量已低到最终熔体所需值的情况 下，使出自吹氧转炉炉身的钢水作为最终熔体在后续的二次冶金处理如在 钢包炉中或清洗装置中经受进一步处理。

为避免因渣结壳及能对渣进行量的控制，在预定的工艺时间之后，在 吹氧转炉炉身中分别进行渣的液化或还原处理。

下面以若干在附图中被示意性图示的，举例性的实施方案的方式来详 细解释本发明；其图1是符合第一实施方案的本发明设备的正视全剖图， 图2代表于沿图1中的Ⅱ-Ⅱ线的剖面图，图3,4和5,6以及7,8和9,10 分别展示了与图1,2中所示的类似的、可供选择的实施方案。

一个直流的电弧炉的炉身是作为沉渣容器2和一个按吹氧转炉构成 的转炉炉身3之间的中间容器设置的，即它与容器2和炉身3直接相连， 从而构成一个具有3个作业区的连贯的反应器设备。电弧炉的炉身1首先 是用作熔化区或熔融还原区和加热区，转炉炉身3主要用作精炼区和加热 区，而沉渣容器2则用作沉渣区(沉积区)。在炉身1的侧面，有一预热竖 炉与置于其炉盖4上，预热竖炉上的金属炉料7--主要是废钢，任选地 还有固态生铁和/或海绵铁-可加于其中，而最好是用传送带8加料。将 传送带8包在护罩6中、从而形成加热部件9是适宜的，在其中，炉料7 在被运送的同时，被烧咀和/或后燃烧喷咀10预热。加热部件9和预热竖 炉5彼此直接相连。在炉身1的炉盖4中，设有至少一个加料口11，以便 这续加入固态块状铁载体12(直接还原了的铁，碎废钢、预还原了的铁矿 石、烧结矿、过滤器粉尘和/或淤渣压块，任选地还有碎废钢等)和/或碳载 体13(煤、焦炭、有机轻馏份的压制物等)和/或造渣剂14(石灰、萤石、 硅石及铝矾土等)。输送借助传送带15进行。如于图1,2所示，由炉身1、 转炉炉身3，沉渣池2，预热竖炉5和加热部件9组成的单元构成了符合本 发明的第一实施方案的核心部分。

在直流实施的情况下经一个唯一的石墨电极16、或在交流实施的情 况下优选经过多个石墨电极16对炉身1供电。若需要，电极16可相对于 垂线向着炉身1的中心从0-30°的倾角绕轴转动及朝着炉身1的炉壁 作最多为10°的反向转动。每根电极16的倾角可作不同地调节和/或控 制，而且在熔化作业时，该角度通常为15-20℃。电极16通常是垂直 而不转动的。设在炉身1的炉底中心的底部阳极起着对电极的作用(若采 用直流电的话)。

由于在连续供电时的连续熔化作业，在预热竖炉5中被上升的热废气 预热的金属炉料7连续地进入该设备的炉身1中。

将含有氧化铁的固态铁载体12(海绵铁、碎废钢、预还原矿石、粉尘 压块等)及，若需要，将碳载体13如焦炭、有机轻馏份的压制件等，及造 渣剂(石灰、莹石、硅石、铝钒土等)加入炉身1是经由设在炉盖4中的加 料口10连续进行的，加料速度被调得与从炉身1和转炉炉身3排放的速 度一致。

生铁水20经由按溜槽和开口设计的生铁供应装置21被连续供入炉身 1。通过最好是设在与炉身1的侧面相对的槽21上的、渣可排出的渣口 22，可以控制工艺过程，可以引入辅助喷枪控制器23，以及可在炉身1的 区域内进行日常维修作业。

通过该给定的设备形式，在炉身1中的加料和熔化总是用贮液槽24 进行的。后者使得一种可具有泡沫渣25的、几乎是准备稳定的熔化作业 成为可能，而且电弧26几乎完全埋在泡沫渣25中。这导致了高的变压器 效率和热效率以及低的噪音散发。

此外，为满足以下要求：

·处置细粒铁载体12′(如碳化铁、海绵铁筛余物，过滤器粉尘等)，

·产生和调节泡沫渣25，

·通过提高向电弧炉中输入的能量(包括废气19中的CO和H2在泡 沫渣25内或其上方的后燃烧)，以及使熔池24中的浓度和温度梯度平衡， 来加速炉料7、12、13、14的熔化过程，

用较便宜的初级能源替换部分所需的电能，再向炉身1供以：

·细粒的铁载体12′和/或

·细粒的煤13′或其它的碳载体(处理过的有机轻馏份，如切割的轻馏

  份)和/或

·细粒的造渣剂14′(石灰、莹石等)和/或

·气态氧和/或其它的氧化性气体27(CO2、H2O等)以及二次空气(包

  括富氧空气28)和/或

·CH4或其它的烃类29和/或

·惰性气体30(N2,Ar)

所述供应是以适应地点和时间的需要的受控量、经过一个或多个下述 部件进行的：

·有保护的和/或无保护的喷咀和/或喷枪32(可移动的和/或固定按装 的喷枪、任选地，是按组合的喷枪/烧咀32a设计的)它们位于电弧炉的炉 盖和或炉壁区内各点处、在炉渣表面之上和/或之下，用于顶吹/吹入所述 炉料12′、13′、14′、27、28、29和30，和/或

·有保护的熔池内喷咀33(最好是高压喷咀)和/或炉底清洗砖、或熔 池内喷咀，用于吹入上述炉料12′、13′、14′、27-30，或用于吹送惰 性气体30的清洗砖。

为了清晰起见，这些装置未全部绘于图1中。

除了一定数量的底液24外，在炉身1中形成的金属熔体24越过挡堰 34流入转炉炉身3，然后在此被精炼和加热直至出钢。为此，转炉炉身3 包括至少一个，最好数个下述部件：

-喷咀，即被保护的(用天然气-Ar,CO2和可用作保护气体的较高 级的烃类保护的)和/或未保护的喷咀如用于后燃烧的、熔池上的喷咀和/ 或喷枪35(可移动的和/或固定安装的喷枪，任选地是按喷枪/烧咀组合设 计的)，它们按装在转炉炉身3的炉盖和炉壁区中的各点处，在渣表面之 上和/或之下，用于顶吹/吹入至少一种物质12′、13′、14′、27-30和/ 或

-有保护的熔池内的喷咀36(和/或炉底清洗砖)，它们用吹入物质 12′、13′、14′、27-30中的至少一种，以及用于喷吹惰性气体30的清 洗砖和/或

-用于单独地或联合地添加块状铁载体12、碳载体13和造渣剂14 的至少一个开口39， 其中，根据转炉炉身3的较佳的选择方案的设计，提供了下述部件：

·经过数个喷枪35，仅顶吹氧气。喷枪35大致对称地安放在转炉炉 身3的炉盖37中，并且可沿垂直方向移动，同时可在相对于垂线成0- 30°角的倾角范围内，在或对着金属熔体24的流动方向作绕轴转动。

·经过设于转炉3底部的、有保护的熔池内喷枪36和/或清洗砖36 只供入惰性气体30(N2和/或Ar，以任何合乎需要的混合比混合)。该熔池 内喷咀和/或清洗砖36大致对称地装在转炉炉身3的底部中。

-仅经由炉盖孔39，借助传送带40，仅将块状造渣剂14(石灰、莹 石、石英砂、铁钒土等)供入转炉炉身3中。

-大致在挡堰34上方，设置一个控制-和修理孔50。

通过大致在粗钢出钢口41上方的、转炉炉身3中的炉盖孔39加块状 造渣剂14，加速了石灰的溶解及加速了具有高氧化铁含量的、反应性精炼 渣在转炉炉身3的该区域内形成。

受其自重重力及喷枪35和35′所加冲量的驱动，精炼渣25按箭头42 的方向，逆着金属熔体24从转炉炉身3向炉身1移动，从而到达了持续降 温而伴随元素(C,Si,Mn,P,S等)含量增加的金属熔体24，因此使熔体24得 以加热和精炼，然后该渣又被其冷却和还原，直至渣25经设在沉渣容器2 端部的渣口22放出为止。

金属/炉渣的这种相逆运动的优点如下：

1)当炉渣25经渣口22离开沉渣容器2时，被渣25带走的热及因其 造成的铁损失很少，这一方面是因为炉渣25在“冷侧”离开此设备，另 一方面，除主要发生在炉身1内的氧化铁还原外，还发生渣25对金属液滴 的“冲淋”。

2)分别以很低造渣剂消耗和较低的单位成渣量，因而该设备的耐火 材料以低的损耗得到所需级别的钢。

在转炉炉身3中形成的热废气19首先进入炉身1，在其经预热竖炉5 和经设于预热竖炉5上部区中的废气管道46(不带加热部件的变型，图5,9) 离开该设备之前，或进入加热部件9(包括加热部件的变型，图1,2,7,8)之 前，先与炉身1中形成的废气混合。根据该设备的各部位局部的热需求，借 助于喷枪32,25和/或喷咀47，加热部件中的喷咀10使行进中的废气被局 部后燃烧，最好被氧27、任选地被空气或空气/氧的混合物后燃烧。在进 行后燃烧时，在一定的炉料比和一定的工艺控制条件下，离开炉身1时达 到大于50％、离开预热竖炉5或加热部件9时达到最多为90-100％的 高后燃烧程度在技术上是可行的。因此，运用本方法和设备的原理，将废 气19中的大部分化学热和显热在转炉炉身3和炉身1中直接传给金属熔 池24，或通过在加热部件9和/或预热竖炉5中预热炉料7，进行间接传 热，从而将这些热立即用于此工艺过程。同时，几乎消除了不可控制的 CO高度发散的可能性。预热竖炉5中的炉料起着过滤器的作用，因而使 废气中的粉尘含量得以减少。

以同样的炉料，但电耗比没有废钢预热的常规电弧炉低的电耗低(约 低25-40％)，和比有整体废钢预热的间断运行的电弧炉的电耗低(约 低15-25％)，其原因在于本发明的设备和方法原理。设备的生产能力 大约是无废钢预热的常规电弧炉(具有大致相同的尺寸和相同装备(变压 器输出，喷枪))的电弧炉的2倍。 设备的构成

本设备各部件的配置，如

-炉身1，

-预热竖炉2，

-加热部件9(若设有，最好在炉料混合物中有＞30％的废钢时设置)，

-转炉炉身3，

-沉渣容器2，

-炉身1中的加料孔11和转炉炉身3中的加料孔39的数目和布置， 取决于以下因素：

-所用的炉料，尤其是铁载体7(形状、尺寸、组成、温度和结块状态)

-期望的产量，

-钢质量方面的要求，

-期望于该设备的运行模式(连续的或半连续-带有间断出钢的)，以 及带有设置在该设备之前和之后的装置(如炼铁、直接还原、二次冶金处 理、连铸等)的整合模式，

-可以获得的能源数量和价格。

该配置的主要目标在于，在该设备中同时实施该工艺的局部步骤，即 预热、熔化或熔体还原、精炼、加热和出钢，并局部地进行修正，从而在 不同的设备部件中，在有利的物理化学的、反应动力学和加热技术条件 下，以一可控的运行过程尽可能独立地实施上述工艺步骤，即，得到一种 用几近完美的(高效的)适用于具体应用情况的局部运行的反应器(在联合 应用的情况下使用的)构成的综合设备。

符合本发明的设备结构一方面能够相互独立地将由炉身1和沉渣容 器2构成的设备区放空(经排放孔43)，另一方面，经出钢口41将转炉炉 身排空，则可在需要时毋需为在热状态下对此2区中的任何一区进行检查 和小修而倾动整个设备，从而不需中断设备的运行。按本发明，最好将所 有设备部件牢固地相互固定而成为一个单元，因而在运行过程中不会移动 和倾斜。由于在下方的炉身和炉盖4和37有完美的局部结构，所以在需 要修理时，可将单个或几个部件或炉身按照横向收回而被更换(此法也可 用于预热竖炉5)。为避免长时间的生产中断，更换炉身的概念是可取的， 即可在短时间内得到备用的、任选地可预热的一套炉身(如转炉炉身3和 由炉身1和沉渣容器2构成的单元)。

设备变通型式根据炉料混合物而变(选择整个设备构成的准则)：

设有废钢预热竖炉5和加热部件9的整体设备结构(如于图1所示可 用于这样的场合：在混合炉料中使用了单位用量最少的固体废钢。作为随 混合炉料而变的、选择总体设备构成的总的准则，可使用下面的表1：

                          表Ⅰ 作为选择准则的、混合炉 料中的废钢比率(％)                 设备构成 主要设备备件 下面图中表示的变形     ＜％15 炉身1，转炉炉身3     3/4     15-30％ 预热竖炉5，炉身1，转炉 炉身3     5/6,9/10     ＞30％ 加热部件9，预热竖炉5， 炉身1，转炉炉身3     1/2,7/8

按照图3,4，经由炉盖开孔11或39，借助于传送带和溜槽系统15,15′ 和40将废钢12加于炉身1和/或转炉炉身3中，废钢块的最大尺寸不超 过预定值(如，200毫米)。

按照图5,6，由于只加少量废钢，所以废钢预热竖炉只有小的横截面 积，而且废钢是借助无预热功能、既无加热部件9的传送带加入的。除用 这些可选择的方案，若必要，必须在加废钢之前，将尺寸过大的废钢分 出，然后进行切割。废气在废钢预热竖炉5上方的，被称作烟罩的区域5′ 中经由废气管46排出。

按照图1,2和7,8中所示的选择方案，至少一个废钢预热竖炉5借助 于至少一个有预热功能的即借助于加热部件9的废钢传达带8连续加料。 取决于

·混合炉料(尤其是废钢部分)

·给定应用场合下存在的实际空间和高度条件(设备的布局)

·所需的运行参数(设备的生产能力，电耗，矿物燃料如天然气、煤等 的可获得性)。 例如，下面的废钢预热竖炉5和加热部件9的实施方案是可能的：

·带有加热部件9、一个或多个以平行关系设置的废钢传送带8的废 钢预热竖炉5(图1,2)

·两座各有一个加热部件9或共用一个加热部件9的废钢预热竖炉 5(图7、8)，而每个加热部件9包住至少一条废钢传送带8。

废气19经由设在加热部件9起始处的热气管(未示)排出。

按照图9和10中所示的选择方案，将带有可透气的、水冷的关闭装 置5″的预热竖炉5装在炉身1的炉盖4的顶部，该竖炉可加入金属炉料7 -主要是废钢，任选地甚至还有固态生铁，而最好用传送带15加入，炉 身1备有几根作为阴极接通的石墨电极16，它们任选地可按中空电极构 成，而且最好相对于此电弧炉和所设的预热竖炉对称地布置。电极16可 以0-30°的倾角作相对于垂直于炉身1的方向的绕轴转动及作朝向炉 身1的壁作反相的转动。对于每根电极而言，可以不同地调整和/或控制此 倾角。在熔化作业期间，该角度通常为约15-20°。有时可以取消绕轴 转动的性能。在炉身1的底部18中中心设置了作为底阳极的配对电极 17。

本方法的功能和工艺实施的基本原则可归纳如下：

炉料/工艺介质的供应及产物的排放，

炉料和介质以可控的速度连续供入炉身1中(主要量)，同时供入转炉 炉身中一部分量，作冷却剂)。

从至少2个设备部件中连续排出产物，即，最好从转炉炉身3排出粗 钢及与炉身1紧接着的沉渣容器2排出炉渣，以及取决于符合混合炉料所 需的设备结构的废气19：

·该废气由图3、4所示的设备变型的炉身

·图5、6所示设备变型的预热竖炉5以及图9、10所示的设备变 型，或

·图1、2及7、8所示的设备变型的加热部件中排放。

中断或不中断整个设备地、间断地从转炉炉身中放出粗钢是可行的。 其中，若调整粗钢质量的要求很高，则在其炉子端部上的溢流堰上装上挡 堰，以便在粗钢间断出钢时及其后限制或防止炉渣25回流入转炉炉身中 (直到在炉身1和转炉炉身3中形成等高的渣面时为止)。 时间顺序及混合比：

·在连续排放粗钢的情况下-- 就整个设备的每个炉身中的金属、渣和废气的温度、浓度、流动、混合及 数量比而言，保持半稳定状态，

·在间断排放粗钢的情况下-- 由于确定的出钢周期，就与转炉炉身3中的金属和渣，及与炉身1中的渣 相关的上述准则而言不是半稳定的。

无论粗钢的出钢方式如何(连续或半连续地)，下列与工艺过程相关的 要求被连续满足：

→在炉身1和转炉炉身3中强烈混合熔池，

→在所有设备部位中有大的反应-和热交换表面，

→转炉炉身3中的粗钢总保持着出钢时所需的温度和组成。

预热、熔化、精炼和温度控制：

为了按以下方案、以最佳的能量利用来生产作为主要产物的粗钢和作 为副产物的炉渣和废气，逐步改变炉料的物理-化学特性： 在加热部件9和预热竖炉5中：

考虑到选择设备结构方面的准则，进行废钢预热(混合炉料中的废钢 最多达100％)，其中，在加热部件9内(若设有)，在一个低的温度下预热， 如最高400-450℃，而在预热竖炉5(若设有)中，则预热到较高的温度， 如≥800℃(可用带衬的预热竖炉可实现1000℃的废钢预热温度)。

考虑到可能有的、与在加热部件9和预热竖炉5中的停留时间及预热 温度相关的、不希望有的现象(再氧化、增加火焰清理等)，预热除废钢的 具它炉料，如

-块状造渣剂(白云石、硅石等)，

-块煤或块焦，

-任选海绵铁(最多达用加热部件9和/或预热竖炉5时受限含量的炉 料)。

在炉身1中：

+熔化混合炉料中的大部分炉料(直至在转炉炉身3中消耗的和直接 加入到那里的炉料的较少部分量，作为冷却剂)，同时

+为了获得具有以下与混合炉料相关的特性的预熔体：

％Si≤0.10

％C=1.0-3.0

T=1540-1560℃(φ约1550℃)

进行增碳和预精炼，该预精炼的熔体流入转炉炉身3中，其平均增碳 速度-取决于混合炉料为0.06-0.01(最大0.12)％C/分钟，

+在连续加入冷的混合炉料组分如海绵铁和/或碳化铁，任选碎废钢 和/或热的混合炉料，如生铁水(来自设置在前面的高炉或熔融还原)、热海 绵铁和/或碳化铁及块煤和/或粉煤(焦碳、SLF)，块状和/或粉状的造渣剂 (石灰、白云石、硅石、白云石等)的条件下。

在转炉炉身3中：

+在连续添加块状和/或细粒状的冷却剂(包括混合炉料组份)和/或造 渣剂，和/或碳载体如海绵铁和/或碳化铁、碎废钢、矿石、废钢、冶金粉 尘/-淤渣、石灰石、白云石、石灰、硅石、莹石等，煤(焦炭)、处理过的 Shredder-轻馏份及

+在粗钢间断出钢(若设有)过程中，不中断精炼过程，即不中断和明 显影响在前面的设备部分中的加工处理过程(有时稍有中断也是可行的) 时，

+以与混合炉料相关的为0.08-0.13(最大0.15)％C/分钟的最佳脱 碳速度，

+连续最终精炼(主要是脱碳和深度脱磷)， 和同时加热从炉身1持续溢流而来的高碳预熔体，以达到粗钢出钢时所需 的、已在(所有时间)转炉炉身中调整过的组成的温度，同时通过强烈混合 熔体，达到浓度和混度的平衡(均匀化)。 熔渣控制

本工艺方法的原理建立在金属24和渣25在炉身1/转炉炉身3的区域 中的对流运动的基础上，即，渣从作为具有最高温度和最高氧化势的金属 熔池的设备部分的转炉炉身3开始经过炉身1-它具有较低温度和较低氧 势的熔池，因它盛有富C的金属熔体-沿着向设于沉渣容器2端部的渣 口22的方向移动，渣口22是炉渣25可首次离开本设备的地方。渣25 的这种运动的驱动力首要的是重力，它由于在转炉炉身3和炉身1中的熔 池强力混合而传递给渣25的冲量而支持。在这种运动过程中(尤其是经过 炉身1时)，渣25遇到了温度低、C和Si含量高的金属熔体24，因熔池 强力混合使渣中的FeO含量被降低，并被冷却。除此之外，来自转炉炉 身3的渣25与在炉身1和沉渣部件2中生成的非金属相混合，即

-与来自混合炉料组份(海绵铁、HBI、碳化铁、废钢等)中的脉石和 灰份的非金属相混合；

-与来自存在于炉料混合物中的si,Mn、P和其它元素与氧化合而 成的氧化物混合；

-与来自供往炉身1的用作调渣剂的造渣剂混合；

-与来自炉身1和沉渣部件2中的被损耗的耐火材料混合，因此，炉 身1中的造渣量比转炉炉身3中形成的量大得多。过一段时间后，渣25 在沉渣部件2中“平静”下来，部分“冲淋”掉其中所含的金属液滴，渣 25经沉渣部件2端部处的渣口22离开此设备。

与间断工艺不同的一个重要工艺特点在于：以转炉炉身3中的金属量 为基准计的单位渣量与从炉身1溢流过来的每吨预熔体的很小的渣量不 相等，而是比它大得多，而且当以粗钢连续出钢的模式和在转炉炉身3中 保持近乎恒定的金属熔体水平面运作时，该单位渣量取决于炉身1和转炉 炉身3之间的高度差，或借此将其控制在特定界限内。与此同时，在转炉 炉身3中形成的渣25(具有优良的脱P和脱S性能)在该炉身1中的滞留时 间比例如在间断的LD转炉中的滞留时间长得多，此外还可得以控制，借 此得到以下有益结果：

→改善了对供往转炉炉身3中的造渣剂精炼性能的利用，

→可在粗钢中达到非常低的P和S含量(这是本方法和设备结构的 一种贡献性因素，它原则上与带有中间出渣的间断工艺一致)，

→由于渣量很小，所以没有在转炉炉身3中的氧枪35中结成渣壳 的风险，已知这种风险对于比如间断的转炉工艺而言，是会出现的，而加 了预处理生铁(脱Si+脱P)和贫渣精炼(≤30kg渣/吨钢的最小渣量工艺)则 无此危险。

为了更好地利用供于炉身1中的造渣剂，以尽可能小的块将其加入， 从而使其尽可能迅速而完全地溶解是有益的。此法特别适用于石灰和白云 石。通过向炉身1供入最多100％的细颗状的石灰或白云石(如粉状的石 灰或白云石)，则可明显地限制当该炉按AC-构成的情况下所谓“局部 过热”的负面效果。最好向转炉炉身3供以块状造渣剂(只有在对粗钢质 量要求极高时才供以细颗状造渣剂)。

按本发明，转炉炉身3和炉身1中的渣的优选性能(大致与离开位于 沉渣部件2端部的渣口22时的最终渣相同)被归纳如下： 转炉渣

-在工业的石灰饱和度的范围内，

-％CaO/％SiO2≥3.4

-％MgO≥7

-对粗钢而言，％FeOn=25-30，粗钢中

％C=0.03-0.05

T出钢=1620-1630℃

-最好加块状造渣剂(石灰、白云石、硅石)

-在转炉炉身3的最佳滞留时间：≥80分钟。 炉渣=从该设备中出来时的最终渣

-％CaO/％SiO2=1.8-2.0

-％MgO≥7

-对预熔体而言，％FeOn=10-15，预熔体中

％C=1.0-3.0

T溢流=1540-1560℃

EAT→LD

-最好经由在炉盖4中的/通过炉盖4的若干喷咀/喷枪供入细粒造渣 剂(尤其是粉状石灰、粉状白云石)，将材料供入局部过热区中。

这些控制渣的基本原则也适用于粗钢间断出钢的工艺变型。由于挡堰 是选择地采用的，且仅在高质量要求的情况采用，所以没有产生任何基本 的差别。

废气特征(收集、后燃烧、温度及粗气中的粉尘及有毒组份)：

将来自转炉炉身3和电炉炉身1的废气集中地经所设的废钢预热竖炉 5和任选地经加热部件9抽出，在其中，废气的化学热和物理热被最佳地 (分布)利用；若未设预热竖炉5，则来自电炉炉身1的废气通入与炉身1 直接相连的热气导管。当实施加料作业的设备部件不需加料口时，将近 100％的废气被一个关-闭系统收集，废气中的热、粉尘和有毒组份只有 最少的不可控的逸散和最小的负荷，这是因为该系统不需要任何一个设备 部件为进料操作而打开。使废气后燃烧，从而当其仅转炉炉身3进到电炉 炉身1、然后向前行进至预热竖炉5及加热部件9时，按给定的要求及混 合炉料，达到更高的后燃烧程度。 为此有以下标准值 设备部件 CO+H2的后燃烧程     度％    废气温度℃ 转炉炉身3     10-15     T≤1700 电炉炉身1     无竖炉约30     有竖炉约40     T≤1700 预热竖炉5     60-70 800-≤T-≤1500 加热部件4     85-100 800-≤T≤1300

用于废气后燃烧的优选介质

介质类型    优选应用于

O2         转炉炉身3

O2+空气    电炉炉身3，预热竖炉5

空气        加热部件9

O2/空气混合物可用于所有的设备部件，其混合比可按需调节。

用于满足热需求的辅助热源/能源 根据下表的标准值                          满足热需求的标准部分％ 设备部件 Fe的氧化 伴生元素C,Si   等的氧化1 CO+H2后燃烧     烧咀     电能 加热部件9 预热竖炉5 炉身1 转炉炉身3  3-9  20-30  -  15-25     ＜1     ＜1     10-20     ≥60     ＞80     ≥70     15-20     10-15     0-10     -     10-15     -     -     -     50-60     - 1包括用于使氧化产物成渣的成渣热。 实施方案

下面3个实施方案说明了用本发明的各种方法和设备变型，以便用世 界上最重要的炉料(铁载体)如废钢、海绵铁和生铁水来连续生产粗钢时的 工艺序列及可得到的结果。每个举例性实施方案所用的混合炉料是不同 的，即：

举例性实施方案1：          100％废钢

举例性实施方案2：          40％废钢

                           30％海绵铁

                           30％生铁水

举例性实施方案3：          50％海绵铁

                           50％生铁水

本发明的这些方法和设备变型也可用于用100％的海绵铁或100％的 生铁水来生产粗铁，其中在后一情况下，可用矿石、氧化铁皮、粉尘压块 等，单独地或组合地用作冷却剂。

除含Fe的炉料外，按该举例性实施方案还使用：

熔剂：轻烧石灰、白云石、硅石

气体：氧、氮、天然气、空气(压缩机的和通风机的)

固体煤：块煤、细煤(喷吹煤)

耐火材料：炉衬砖-电炉和转炉炉身3的衬砖；喷补料(用于修理)

石墨电极：用于炉身1

冷却水：用于炉身1、预热竖炉5和加热部件9的冷却板 上述所有的材料在炼钢实践中都是常规使用的。尽管更具价格优势和/或 在更好的钢质量方面具有优势，但在下面的举例性实施方案中，不用以下 的替代方案：

含铁炉料：固态生铁

作为铁载体和/或冷却剂：碳化铁，过滤器粉尘，氧化铁皮，干的淤渣， 矿石(Fe-/Mn矿)

熔剂：细石灰、细白云石、莹石

介质：Ar(用于惰性气体底部清洗)

能源：Shredder-轻馏份。

可利用的炉料和气体的质量和温度可从表Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中得知。

为实施此方法，采用以下的设备结构： 举例性实施方案1和2：

符合图1的设备包括

·加热部件9(具有预热功能的传送带8)

·椭圆截面的废钢预热竖炉5

·按AC-EAF构成的、作为熔化-和预精炼容器的炉身1

·LD-S*型的转炉炉身3

·与炉身1相连的沉渣部件2 举例性实施方案3：

符合图3的设备包括

·作为炉身1的AC电弧炉，用于熔化-和预精炼炉身

·LD-S*型的转炉炉身3

沉渣部件。

           表Ⅱ

   含铁炉料的化学组成及温度  废钢        0.30％C   2.5％灰份              0.50％Mn  0.2％水份              0.20％Si              0.030％S  25℃                           0.020％P  海绵铁球团  91.9％全铁 (MIDREX-DRI)              92.9％金属化程度              1.8％C              4.6％脉石              约0.5的脉石碱度              25℃ 生铁水       4.2％C    1320℃                           0.5％Mn              0.6％Si              0.04％S              0.09％p

表Ⅲ

熔剂、固体燃料及耐火材料的化学组成、粒度及温度   石灰(10-30mm)  白云石(10-30mm)      硅石(＜5mm)     92.0％CaO     54.0％CaO      96.0％SiO2     1.0％MgO     41.0％MgO     2.4％SiO2     2.9％SiO2     25℃     25℃      25℃     块煤(3-15mm)     细煤(＜3mm)  EAF和LD转炉的衬(砖)     84.0％C     92.0％C      96.5％MgO      97.0％MgO     0.5％S     0.5％S  2.1％CaO    1.9％CaO     9.4％挥发份     2.0％挥发份     6.1％灰份     5.5％灰份  10％C*      10％C*     25℃     25℃  1550℃       1620℃     喷补料≥95％         MgO

表Ⅳ

气体的组成及温度     天然气 氧(用于喷枪) 氧(用于喷咀)  N2(载气+  清洗气) 空气(通风机空气、压缩机       空气)  96体积％CH4 99.7体积％O2  96.0体积％O2  99.9％N2     79体积％N2     21体积％N2     25℃     25℃     25℃    25℃        25℃

*残碳(在1000℃，一个大气压下烧红-British Coking Test)

在这3个实施方案中，通过参照符合标准生产线的常规间断设备的规 定，电炉炉身1和转炉炉身3有以下相同的结构和装备： 对炉身1的规定：

-相当于90吨粗钢的间断出钢量和约11吨剩余钢水(残留量)的约 6米的炉身直径，

-70MVA的变压器输出，交流，

-三根石墨电报，直径各为560毫米(由于是交流电源，无底电极 17)；

-一个用于连续供粗铁水20的生铁溜槽21，

-2个设在炉盖4中的、用于经由传送带-和溜槽系统15连续将所 运的海绵铁球团和/或碎废钢12、块煤13和块状造渣剂(石灰、白云石、 硅石)14供应到位的加料孔11，

-在炉身1的炉盖4中的3个石灰喷咀，它用于以空气28作载气，将 100％的供于炉身1中的石灰和白云石，以石灰粉或粉状白云石的状态吹 送至局部过热点处；

-2枝水冷控制器喷枪(枪32穿过炉身1的侧壁，枪23穿过沉渣部 件2中的渣口22而伸入炉身1)，它们用于将氧气27和/或细煤13(用 空气28作载气)吹送到炉身1内的渣25的表面之下，

-3个埋入熔池下的煤喷咀33，它们用于以空气28作载气连续吹入 细煤13，

-6个埋入熔池内的惰性气体喷咀33，它们用于连续吹入惰性气体 30(N2/Ar，比例按需调节)，以使炉身1中的金属24和渣25相互强力 混合，

-3个埋入熔池内的氧气喷咀33，它们用于吹入氧气27，而氧喷咀 33用天然气或LPG(液态丙烷气)29保护，并被置于炉身1的底部，最 好在废钢预热竖炉5的下方，

-5个天然气/氧气烧咀32a，每个烧咀的最大功率为3.5MW，它们 被大致对称地置于废钢预热竖炉5下方的炉身1的侧壁中，

-3个位于炉身1的炉盖4内的后燃烧喷咀35，它们用于喷吹氧气 27和/或空气28(O2/空气比按需调节)，它们最好按可移动的短枪如 后燃烧枪构成，

-炉身1的炉盖4，其外侧用水冷板构成，其内侧(炉内)有耐火层，

-在转炉炉身3一侧的炉身1的侧壁的一个宽的部分，该部分按挡堰 34构成，从而一方面将该设备的下部分成炉身1和转炉炉身3，另一方面 又形成该二个炉身共有的上部，从而仅借助重力在2个反应器部件1和3 之间传送金属熔体24、渣25和废气19，其中金属24沿与渣25相反的流 动方向流动(所谓的金属/渣的逆流运动)，来自炉身1和转炉炉身3内的 其余部分的废气借助于统一的废气抽吸(器)，被驱使经过炉身1中的和 直接位于其上方的废钢预热竖炉5中的废钢，或如图3所示，在整个设备 结构不设废钢预热竖炉5和/或加热部件9的情况下，该废气直进入废气 处理设备(未示)的热气体导管中。 对转炉炉身3的说明：

-衬了新炉衬后的内部容积为76.5m2，

-比容积为约0.85m3/吨金属量(大致与间断出钢量为90吨/粗钢的 常规设备相当)，

-1个顶吹转炉水冷枪(顶枪)，最大吹氧量为10000Nm3/小时，

-3个用于氧气27和/或空气28的后燃烧喷咀35(O2/空气比按 需调节)，它们位于转炉炉身3的炉盖37和炉身3的上锥部中，它们最好 按可移动的短枪如后燃烧枪构成，

-2个加料口，最好是仅有一个在转炉盖37中的加料口(在图1-3 中只示出了一个)在运行时连续供应碎废钢(此处是，块度≤100毫米的 Shredder废钢)和/或海绵铁球团(DRI)12，块煤13和块状造渣剂 (石灰、白云石、硅石)14，这些材料经传送带-/溜槽系统40运到该处，

-6件埋入熔池内的惰性气体喷咀36，它们用于吹入惰性气体30， (N2/Ar比按需调节)，以使转炉3中的金属24和渣25相互强烈混合，

-带有控制装置的粗钢出钢口41，该装置用于控制粗钢24的出钢速 度的调节单元及自动关闭装置(此处不作详细解释)，以便必要时中断连 续出钢作业，

-转炉炉身3的盖37，其结构与炉身1的相同，而且在相互固定住的 情况下，在操作时与之构成一个单元。大致在挡堰34的上方，它设有一个 控制和修理孔50。该孔在连续的方法过程中保持关闭。

对废钢预热竖炉5、加热部件9和传送带8的规定

为达到装置在废钢的供应和预热方面的不同要求，按这3个实施方案， 在此条件(混合炉料中有100％、40％、0％的废钢)下，提供以下装置： 1.图1、2所示的废钢预热竖炉5，它有约11.5m2的大的内部有效截面及 倒角圆边了的边缘。

-在整个竖炉高度上有大致不变的横截面，

-在炉身1的炉盖4以上的竖炉高度，即竖炉进入炉身1处的水平面 以上直至预热竖炉5的烟罩区(盖)的高度为约6.50米，其中

-预热竖炉5用水冷板构成，该炉在上烟罩区设有内侧耐火板(见图 1)，

-预热竖炉5设有12个用于氧27、空气28或氧/空气混合物的后燃 烧喷咀47，喷咀47大致对称地设在竖炉5的外周上，分2个层设置，每层 中设6个喷咀。

-在预热竖炉5的上部烟罩区，设有2个天然气/氧气/空气组合烧咀 10，同时它还被用作后燃烧枪，而作为烧咀，可以每个烧咀最多3.5MW 的功率运行。

-整个预热竖炉5基本上可用带内衬砖的水冷板构成，从而可获得下 列好处：

-因预热竖炉中的冷却水而产生的热损失低，即，只需少量冷却水，

-在离开该竖炉处的较高的废钢预热温度和废气温度是可调的，而无 停炉的风险。 2．具有约5m2的较小的内部有效横截面和倒角圆边了的废钢预热竖炉(见 图1)：

-在竖炉的整个高度上有大致不变的竖炉横截面，

-竖炉总高度约为6.50米，其中

-预热竖炉5由水冷板构成，在上部烟罩区，该板带有耐火板，

-预热竖炉5设有8个用于氧27、空气28或氧/空气混合物的后燃 烧喷咀47，这些喷咀47大致对称地设置在竖炉的外周上，分层2个层面 设置，每层设4个喷咀，

-在竖炉5的上部烟罩区中，设有天然气/氧气/空气组合烧咀10，它 同时还被用作后燃烧枪，而作为喷咀，其设计功率最大为3.5MW。 3．加热部件9设有2条在加热部件9之内边靠边地平行设置的废钢传送带 8，通过一耐火隔墙(未在图中示出)，二者在共同的外罩内在空间上相 互分开。加热部件9和废钢传送带8的设置考虑可归纳如下：

废钢传送带8

数目(结构相同的)                   2

带宽                               2.0m

带长                               40.2m

带的平均负荷(吨废钢/带表面m2)     0.30吨/m2

带速                               最多8m/分钟

每条带8运送废钢的能力              最多4.8吨/分钟

加热部件

护罩形状

顶                                 局部环形，水冷板，内衬砖

底                                 矩形、水冷板，不衬砖

10个天然气/氧/空气组合烧咀/枪10(若按烧咀作业，最多3.5MW/ 烧咀；若按后燃烧枪作业：最多3000Nm3/小时，空气或空气/O2混合物， 每支枪)，被分成2行(每行5个)置于加热部件9的砖盖中，它们对称 地被设在二条废钢传送带8中每条的上方。

垂直取向的耐火隔墙壁将加热部件9的整个内部空间沿纵向分成2个 相互几乎分隔的空间，每一部分有一条传送带8。 工艺方法过程及结果 举例性实施方案1

由100％废钢(混合废钢)组成的混合炉料具有表Ⅱ所示的成分。用 图1的设备变型实施本方法，该设备带有内部有效横截面为11.5m2的废 钢预热炉5，及2条废钢传送带8(每条带宽2.0米，长40米)，该传送 带8边靠边地平行安置，而且在卸去废钢7之前经长10米的共用加热部 件9进入预热竖炉5，部件9有一直接通向预热竖炉5上烟罩区的开口。

少量(11.50％)尺寸≤100毫米的废钢作为冷却剂12，以25℃的 温度被连续加于转炉炉身3中。其余的、最大长度为1.5米的废钢(即其 量为7-88.5％)用4台废钢加料吊车加在2条传送带8上，在加热部件 9和预热竖炉中预热后，以连续的方式加入电炉炉身1中，然后在其中熔 化。预热竖炉5的废钢柱7的平均高度约为2.5米，在加热部件9和预热 竖炉5中用于预热废钢7的热源是主要自炉身1流入预热竖炉5或加热部 件9的废气的显热(含的热)和化学热(来自部分后燃烧)，以及在废钢预 热过程中一些废钢发生氧化而产生的热。废气19在预热竖炉5中的部分 后燃烧分2个步骤进行，冷空气28和氧气27经12个置于2个层面上的 后燃烧喷咀47、以空气/O2体积比大致为4.2的比例吹入。在加热部件9 中，通过总共10个设在加热部件9的盖中的组合烧咀/枪10(此处仅用作 后燃烧枪)(在每条传送带8上方有5个组合烧咀/枪10)连续吹入冷空气， 使后燃烧沿加热部件9逐步进行。

加热部件9和预热竖炉5中的工艺过程的重要变量列于下表中：      工艺变量     (输入)输出    单位   加热部件9     预热竖炉5  1．废钢参数      流量*  吨/分钟      约4.6        约4.6        量     吨     约11.9       约21.3     滞留时间     分      约2.6        约4.7       温度     ℃     25/327       327/834       氧化     ％      0.31         1.70  2．废气参数       流量   Nm3/分    672/1111      522**/672       温度     ℃     829/812      1571**/829     后燃烧程度     (总CO-H2)     ％    66.0/97.6      38.5**/66.0     粉尘含量   g/Nm3     约49.0        约76.4  3．金属产率***     ％      99.8        101.2

*包括非金属组份

**炉身1的部分量

***(总的金属产物/总的金属混合炉料)×100

经过在加热部件9和预热竖炉5中预热的废钢7在炉身1中进行连续 熔化，同时使这样得到金属熔体24在炉身1中增碳和部分精炼，使其在 经溢流堰34溢入转炉炉身3之前，炼成含Si少但含C高的、并且有以下 性能的熔体：

1.86％C             约1550℃

0.20％Mn

≤0.05％Si          液体温度约1400℃

0.032％S

0.005％P 炉身1中的金属熔体已大约具有上述特性。

熔化和精炼过程在炉身1中连续进行，而且是在连续供入下列物质、 介质和能量的同时，及在下述工艺条件下，伴随着强烈的熔池搅动，以准 稳定的方式进行：

-约4.61吨/分、温度约834℃的预热废钢，

-富含FeOn、高碱度(CaO/SiO2=3.55)的、其温度为1620℃的热的 液体转炉渣25，渣25来自转炉炉身3，它以与金属流向相反的方向经溢 流堰34流入炉身1，

-石灰14(其中约60％为经石灰喷咀35喷入的状态，约40％为经设 在炉身1的炉盖4中的加料孔11加入的块状石灰，喷吹石灰/块状石灰之 比可按需改变，

-经设于炉身1的炉盖4中的加料口加入的煤(块煤)13，

-经炉身1中的控制器枪32和23和经埋入熔池内的喷咀33吹入的 煤(细煤)13，

-经过炉身1的烧咀32a加入的天然气29和氧气27，

-经过炉身1的炉底喷咀33加入的N230和天然气29，

-经过炉身1的控制器枪32和/或23加入的氧气27，

-经过设于炉身1的炉盖4中的后燃烧枪35加入的氧气27，

-从转炉炉身3直接流入炉身1的转炉废气19，其中包括转炉废气 中的粉尘，

-从外部、主要经过渣口22，也经炉盖4中的电极孔，由于炉身1的 负压而吸入的空气，

-经过喷枪/喷咀35、32、23和33的作为载气加入的喷吹空气，

-经过电极16的、约53.1MW的连续电能输出，以满足炉身1中的 能量需求，该输出在整个设备生产能力约为4.87吨粗钢/分钟(约292吨粗 钢/作业小时)时，相当于约181.6KWh/吨粗钢的电耗。

炉身1的产物同样以如下连续和半稳定的方式排出：

-约4.46吨/分钟高C低Si、并具有上述特性的预熔体沿向着转炉 炉身3的方向经过堤堰34排出，

-约416kg/分钟的具有以下特性的渣25经沉渣容器2穿过渣口22 离开本设备：

约12.2％FeOn                      0.46％P2O5

约5.0％Fe金属                     0.21％S

40.9％CaO                          碱度(CaO/SiO2)=2.0

7.8％MgO                           温度～1550℃

5.8％MnO

20.4％SiO2

7.0％Al2O3+

-约522Nm3/分钟的废气19及约79.1kg/分钟的废气中的粉尘从炉身 1进入废钢预热竖炉5，它们的特性如下：

废气(气相)                    废气(粉尘)

37.0体积％CO                 72.5％FeOn

23.1体积％CO2               9.0％CaO

3.3体积％H2                  3.4％SiO2

8.4体积％H2O                 4.8％C

25.8体积％N2                 5.7％ZnO

1.7体积％O2      其余=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5

其余=Ar+SO2+F2总的后燃烧程度43.9％

温度～1570℃

溢过堤堰34之后，富C低si的预熔体连续进入转炉炉身3中，并以 很强的熔体运动与已存在于转炉炉身3中的粗钢熔体24混合，它们的特 性被连续地控制在一狭小的允许范围内：

-量：约90吨，

-转炉炉身3中的金属熔池水平面：堤堰34水平面以下约0.5米，

-组成(特别是C含量)和温度等于粗钢出钢时所需值，在此情况下该 值如下：

C=0.05％       T=1620℃

在转炉炉身3中，在粗钢熔体24上面，聚集着液态转炉渣25，转炉 炉身3中的渣层的表面的高度为约1.8-2.0米，它比炉身1中的该高度 最多高0.5-1.0米，因此该渣受重力及转炉炉身内的熔体运动所产生的 冲量的驱使，经堤堰34连续溢流入炉身1中。

就转炉炉身3中的工艺控制而言，就达到下述目标，该目标是连续/ 间断地完成的。

-精炼和加热此高C低Si的、从炉身1中流出的预熔体，以达到粗 钢24经粗钢出钢口41从转炉炉身3出钢时所要求的特性，同时使该金属 熔体的部分液流与已在转炉炉身3中存在的金属熔体24混合，即，使经 出钢口41流出或出钢的转炉炉身中的粗钢熔体24均匀比，

-将在转炉作业时连续生成的转炉渣25和转炉废气19向炉身1排 出，

-调整转炉炉身3中的粗钢熔体24、渣25和废气的数量，组成和温 度方面的状态-该状态在此期间大致保持不变，然后被调到所需的特性- 及调整粗钢24经出钢口41的、合乎要求的出钢速度(即，调到合乎要求 的设备生产能力)，然后再控制在转炉炉身3中的粗钢出钢速度和精炼速 度所限定的某种界限中。

在所考虑的情况下，转炉炉身3中的精炼过程以非常强烈的熔体混 合、准稳定的方式，连续地供入下列物质，介质和能量，且在下述的工艺 条件下进行：

-约4.46吨/分钟来自炉身1的、具有上述特性的高C低Si预熔体，

-约0.59吨/分钟作为冷却剂的碎废钢12经过设在转炉盖37中的加 料口39，其组成大致与表1中所列的混合废钢的组成相当，其最大块体 长度≤100毫米，

-块状石灰14，硅石和块煤13同样经过转炉盖37中的加料孔39，

-经过水冷转炉喷枪35′的氧气27

-经过后燃烧喷枪35的氧气27

-经过转炉炉身3的底部清洗喷咀36供入的N230和天然气29。

同样的连续和半稳地的方式将转炉炉身3的产物抽出，即：

-具有如下特性的约4.87吨/分钟(=约292吨/时)的粗钢24经过转炉 炉身3中的出钢口41排出：

0.05％C                约620ppm O(熔解)

0.14％Mn               约30ppm N

痕量Si                 -≤1.5ppm H

0.026％S

0.0038％P              T=1620℃

0.21％Cu

-富含FeOn的、高碱度的、具有以下特性的转炉液渣25沿朝向炉 身1的方向经过堤堰34排出，

约25.0％FeOn           0.27％P2O5

约5.0％Fe金属         0.21％S

42.0％CaO              碱度(CaO/SiO2)=3.55

7.9％MgO               温度～1620℃

4.8％MnO

11.8％SiO2

2.9％Al2O3

-包括转炉废气中的粉尘在内的、具有以下特性的转炉废气19从转 炉炉身3直接进入炉身1：

废气(气相)             废气(粉尘)

84.0体积％CO           91.2％FeOn

9.3体积％CO2          3.5％CaO

3.0体积％H2           0.7％SiO2

1.4体积％H2O          0.8％C

0.6体积％N2           1.7％ZnO

1.2体积％O2   余量=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5余量=Ar+SO2+F2总的后燃烧程度11.0％

温度～1620℃

在炉身1和转炉炉身3中的工艺过程中的重要工艺变量列于下表中： 工艺变量(输入/输出) 单位 炉身1        转炉炉身3 1．流量 金属 吨/分钟 4.61/4.46  4.46/4.87 渣 kg/分钟 416 废气 Nm3/分钟 522 2．量 金属 吨 约90     约90 渣 吨 约10     约15 3．滞留时间 金属 分钟 约20.2     约18.5 渣 分钟 约24     约119 4．温度 金属 ℃ 834/1550     1550/1620 渣 ℃ 1620/1550     -/1620 废气 ℃ 1620/1570     -/1620 5．渣参数 FeOn-含量 ％ 约25.0/约12.2     -/约25.0 碱度(CaO/SiO2) - 3.55/2.0     -/3.55 6．废气参数 后燃烧程度总(CO+H2) ％ 43.9     11.0 粉尘含量 g/Nm3 约152 7．金属产率* ％ 96.8     96.4 8．脱碳速度 ％/分钟 0.070     0.110 *(总金属产品/总金属炉料)×100 举例性实施方案2 混合炉料组成如下，其特征列于表Ⅱ：

40％废钢

30％海绵铁(球团)

30％生铁水。

在此情况下，就设备结构和相关的、所采用的基本工艺过程而言，与 举例性实施方案1无根本性的区别。设备结构和工艺控制方面的区别归因 于混合炉料中组份的量之比及其性能。按图1所示的设备变型类似地实施 此方法，而且，还

-采用了有小的有效横截面约为5米2的废钢预热炉5，其中与具有 约11.5米2的大有效横截面的废钢预热竖炉5的区别在于，在炉身1的炉 盖4中设有一辅助炉盖件，该件与具有较小有效截面的预热竖炉5相配 合。该辅炉盖(未示出)与炉身1的盖4结构相同，而且在采用较小有效截 面的预热竖炉5的情况下，它与竖炉相互固定，从而形成一气密单元，

-以及仅采用二条传送带8中的一条来输送，预热废钢7及将其加于 具有较小有效截面的预热竖炉5中，即加于一操作中的竖炉中，其中，在 加热部件9中，总共仅有一半、即5个天然气/氧/空气组合烧咀/枪10在 工作，它们设在工作态的传送带8的上方，而加热部件9的第二个一半(在 已述的耐火隔墙后面)，且第二传送带8保持消极态，即不使其运行。

与举例性实施方案1不同之处在于，在此情况下，经生铁槽21和经 加料口11分别连续供应生铁水20和海绵铁球团12。海绵铁球团12作为 冷却剂加于转炉炉身3中，其量为混合炉料的8.8％，即在混合炉料中的 海绵铁球团的29.3％，海绵铁总量在混合炉料中占30％。

将混合炉料中总量的废钢用废钢加料吊车加在废钢传送带8上，在加 热部件9和预热竖炉5中预热之后被连续加入或熔化在炉身1中。预热竖 炉5中的废钢柱平均高度为2.5米。作为加热部件9和预热竖炉5中预热 废钢的热源，有来自炉身1的废气的物理热及其部分后燃烧的化学热及来 自废钢在预热时部分氧化的放热。

在预热竖炉5中的废气19的部分后燃烧分两步进行，即用经过8个 装在2个层面上的后燃烧喷咀47连续吹入冷空气28和氧气27，空气/ 氧气的体积比约为3.7。在加热部件9中，沿着具有工作态中的传送带8 的一半加热部件、通过总共5个装在加热部件9的炉盖中的组合烧咀/枪 10吹入冷空气28和氧气27而逐步进行预热。

在加热部件9和预热竖炉5中的工艺过程的重要工艺变量列于下表： 工艺变量(输入输出)    单位   加热部件9     预热竖炉5 1．废钢参数    流量*  吨/分钟      2.1        2.2    量     吨     约5.94       约9.41    滞留时间    分钟     约2.8       约4.4    温度     ℃     25/379     379/1 057    氧化     ％      0.47        2.42 2．废气参数    流量  Nm3/分钟     574/760     452**/574    温度     ℃    1302/1086    1571**/1302    后燃烧程度    (总CO+H2)     ％    68.3/88.1    38.5**/68.3    粉尘含量   g/Nm3     约46.5       约48.3 3．金属产率***     ％      99.6       103.3

*包括非金属组份

**炉身1中的部分量

**(总金属产物/总金属炉料)×100

在加热部件9和预热竖炉5中预热过的废钢7的连续熔化在炉身1中 进行，同样地，同时经生铁槽21连续供入生铁水20和经加料孔11连续 供入混合炉料中的海绵铁球团12的70.7％。与此同时在炉身1中使形成 的金属熔体24增碳而成为低Si高C的熔体，然后被局部精炼。该金属熔 体在经堤堰34溢流入转炉炉身3之前有如下特性：

1.69％C     约1550℃

0.14％Mn    液体温度约1413℃

≤0.05％Si

0.025％S

0.008％P

在整个工艺过程中，炉身1中的金属熔体有大致如上的特性。

在连续供入下列物质、介质和能量的同时及在下列工艺条件下，炉身 1中的熔化-和精炼过程连续地、及在熔池强力混合时以准稳定的方式进 行：

-约2.19吨/分钟预热废钢7(温度1057℃)经过竖炉5加入

-具有符合表Ⅱ中的特性的约1.60吨/分钟生铁水20经过生铁槽21 加入，

-具有表Ⅱ所列特性的1.13吨/分钟海绵铁球团12经过加料口11加 入，

-在转炉炉身中形成的富含FeOn、高碱度(CaO/SiO2=3.55)，温度 为约1620℃的液态的热转炉渣25以与金属熔池流动相反的方向经堤堰 34流入炉身1中，

-石灰14(其约60％为经石灰喷咀35的喷吹石灰状态，其约40％为 经过设在炉身1的炉盖4中的加料口11的块状石灰态，喷吹石灰/块状石 灰之比可按需改变)，

-喷吹煤(细煤)13经过炉身1中的控制器枪32或33及经过埋入熔池 内的喷咀33加入，

-天然气29和氧气27经过炉身1的3个烧咀32a加入，

-N230和天然气29经过炉身1的惰性气体底部喷咀33加入，

-氧气27经过炉身1的控制器枪32和/或23加入，

-氧气27经过炉身1的炉盖4中的后燃烧枪35加入，

-包括转炉废气中的粉尘在内的转炉废气19(来自转炉炉身3)直接流 入炉身1中，

-主要经出渣口22、而且也经炉盖4中的电极开缝从外部吸入的空 气(图1未示出)，吸入的原因在于炉身1中是负压的，

-作为载气的喷吹空气28经过枪/喷咀35、32、23加入，

-约53.2MW的连续电能输出经过电极16输入，以满足炉身1中的 热需求，在此情况下，当总体设备生产能力约为4.94吨粗钢/分钟(约296 吨粗钢/作业小时)时，相当于约179.6KWh/吨粗钢的电耗。

同样地，以半稳定的和连续的方式排出炉身1的产物，即：

-沿向着转炉炉身3的方向、经过堤堰34排出的、约4.67吨/分钟高 C低Si预熔体24，

-约428kg/分钟的渣25，其特性如下：

约1 2.4％FeOn            0.87％P2O5

约5.0％Fe金属            0.16％S

42.1％CaO                 碱度(CaO/SiO2)=2.0

7.3％MgO                  温度～1550℃

4.4％MnO

21.0％SiO2

6.8％Al2O3

该渣25经沉渣部件2穿过出渣口22连续地离开本设备，

-约452N米3/分钟的废气19及约79.8kg/分钟的该废气中的粉尘，其 特性如下：

废气(气相)               废气(粉尘)

40.7体积％CO             79.7％FeOn

25.5体积％CO2           9.4％CaO

1.4体积％H2    3.5％SiO2

3.6体积％H2O   1.4％C

26.5体积％N2   2.0％ZnO

1.7体积％O2    余量=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5

余量=Ar+SO2+F2

总的后燃烧程度：40.9％

温度：～1570℃

它们从炉身1进入废钢预热竖炉5。

溢流过堤堰34之后，高C低Si的预熔体24以4.67吨/分钟的平均 速度连续进入转炉炉身3，然后以很强的熔体运动与已于转炉炉身3中存 在的粗钢熔体24混合，其特性被连续地控制在狭小的允许范围内：

-量：约90吨，

-转炉炉身中的金属熔池水平面：约低于堤堰34水平面约0.5米，

-组成(尤其是碳含量)和温度等于粗钢出钢时合乎要求的数值，在此 情况下如下：

C=0.05％           T=1620℃

在转炉炉身3内的粗钢熔体24的上方聚集了液态渣25，在转炉炉身 3中的渣层高度为约1.8-2.0米的情况下，其表面位于比炉身1中的表 面最多高0.5-1.0米之处，因此，渣25被重力和来自转炉炉身3中的熔 体运动的冲量所驱使，经堤堰34连续溢流入炉身1中。

在此情况下，在转炉炉身3中的连续工艺控制所要达到的目标与举例 性实施方案1中的相同。

在供入以下物质、介质和能量及在以下的工艺条件下，精炼过程以准 稳定和强力地熔体混合的方式发生：

-来自炉身1的约4.67吨/分钟的高C低Si的、而且有上述特性的预 熔体，

-经转炉炉盖37中的加料孔39作为冷却剂加入的约0.47吨/分钟海 绵铁球团12，其性能列于表Ⅱ中，

-同样经转炉炉盖37中的加料孔39加入的块状石灰14，硅石和块煤 13，

-经水冷的转炉枪35′吹入的氧气27，

-经后燃烧枪35吹入的氧气27，

-经转炉炉身3的底部清洗喷咀36吹入的N230和天然气29。

同样连续地和以半稳定的方式排出转炉炉身3的产物，即：

-约4.94吨/分钟(=约296吨/小时)具有以下特性的粗钢经转炉炉身3 的出钢口41排出：

0.05％c               约620ppm O(熔解的)

0.08％Mn              约30ppm N

痕量Si                ≤1.5ppm H

0.022％S

0.0038％P             T=1620

0.08％Cn

-高碱度、液态的、富含FeOn而且有如下特性的转炉渣沿向着炉身 1的方向越过堤堰34，

约25.0％FeOn         0.28％P2O5

约5.0％Fe金属        0.145％S

41.9％CaO

8.4％MgO              碱度(CaO/SiO2)=3.55

2.6％MnO              温度～1620

11.8％SiO2

4.8％Al2O3

-来自转炉炉身3的包括转炉废气中的粉尘的、具有如下特性的转炉 废气直接进入炉身1： 废气(气相)       废气(粉尘) 84.8体积％CO     93.1％FeOn9.4体积％CO2    3.5％CaO2.3体积％H2     0.7％SiO21.1体积％H2O    0.7％C0.5体积％N2     0.3％ZnO1.3体积％O2    余量=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5余量=Ar+SO2+F2总后燃烧程度：10.8％ 温度：～1620℃ 炉身1和转炉炉身3中工艺过程的重要工艺变量列于下表中： 工艺变量(输入/输出) 单位 炉身1  转炉炉身3 1.流量 金属 吨/分钟 2.19*/4.67  4.67/4.94 渣 kg/分钟 428 废气 Nm3/分钟 452 2．量 金属 吨 约90  约90 渣 吨 约10  约15 3．滞留时间 金属 分钟 约19.3  约18.2 渣 分钟 约23.4  约117 4．温度 金属 ℃ 1057*/1550  1550/1620 渣 ℃ 1620/1550  -/1620 废气 ℃ 1620/1570  -/1620 5．渣的参数 FeOn-含量 ％ 25.0/12.4  -/25.0 碱度(CaO/SiO2) - 3.55/2.0  -/3.55 6．废气参数 后燃烧程度(总CO+H2) ％ 40.9  10.8 粉尘含量 g/Nm3 约176 7．金属产率** ％ 95.2  96.1 脱碳速度 ％/分钟 0.065  0.110 *对于预热废钢的值， **(总金属产物/总金属炉料)×100 举例性实施方案3

混合炉料由

    50％海绵铁球团，和

    50％生铁水组成， 其特性列于表Ⅱ。在此情况下，符合图3和4的设备变型用于实施本方法。 由于混合炉料中不含废钢，所以既不需要加热部件9，也不需要预热竖炉 5。基本的工艺过程与实施方案2中的十分相似；设备结构和工艺控制方 面的区别主要涉及炉身1，在此情况下提供这样的炉身1：

·用水冷炉弯头作炉身1和热气管(图3未示出)间的连接件，这种弯 头在常规电弧炉中目前是很常见的，

·炉身1中的5个天然气/氧气烧咀32a不作为烧咀使用，而用空气 保持通畅，直至需将它们被再启用时为止，或有时(但不是在本情况下)被 用作除已设在炉身1的炉盖4中的后燃烧枪35之外的辅助后燃烧咀32a 以防止它被损坏。

·在废气特性方面(温度，后燃烧程度、粉尘含量等)，该设备和工艺 变型与常规电弧炉之间没有根本区别，即，来自炉身1的废气19的物理 热和化学热大部未被利用，而废气19中的粉尘含量与常规电弧炉大致相 同。

在此情况下，混合物料的海绵铁球团的24％，即占总的混合炉料约 12％的海绵铁球团作为冷却剂被连续加于转炉炉身3中。其余的炉料组份 同样地连续加入炉身1中，即

-经生铁槽21加生铁水20和

-经加料孔11加占混合物料中约76％的海绵铁球团。

在炉身1中，于供电时形成的金属熔体24同时被增碳(用非常有限地 供入的煤)而成为低Si高C熔体，而且被部分精炼，从而在经堤堰34溢 入转炉炉身3之前，该熔体有如下特性：

1.98％C      约1550℃

0.10％Mn     液体温度约1394℃

≤0.05％Si

0.023％S

0.009％P

炉身1中的经过整个过程的金属熔体24大致具有上述特性。

炉身1中的熔化和精炼过程连续进行，而且是在溶池的强力混合下， 以准稳定的方式，在连续供入以下物质、介质和能量及在如下的工艺条件 下进行：

·经生铁槽21加入约2.56吨/分钟生铁水20(其特性列于表Ⅱ)，

·经加料口11加入约1.94吨/分钟具有表Ⅱ所列特性的海绵铁球团 12，

·从转炉炉身3逆着金属熔体的流向，越过堤堰34流入炉身1的富 含FeOn的，高碱度(Cao/Sio2=3.53)温度约1620℃的热转炉液渣，

·石灰14和白云石14(其约60％为经石灰喷咀35喷入的石灰和白云 石，而其40％为经设在炉身1中的加料口11加入的石灰块或白云石块， 而喷吹材料/块状材料的比值可按需调整)，

·经炉身1中的一个或几个控制器枪32,33和/或埋入熔池中的煤 喷咀喷入的煤(细煤)13，

·经炉身1中的惰性气体底部喷咀33加入的N230和天然气29，

·经炉身1中的控制器枪32和33供入的氧气27，

·经炉身1的炉盖4中的后燃烧枪35供入的氧气27，

·来自转炉炉身3、直接流入炉身1中的包括转炉废气中的粉尘的转 炉废气19，

·主要经过出渣口22、而且还经炉盖4中的电极开缝从外部吸入的 空气(图3中未示出)，这种吸入是由炉身1中的负压造成的，

·经枪/喷咀35、32、23和33作为载气吹入的空气28，

·为满足电炉炉身1中的热需求，经电极16连续输入的约53.2MW 的电能，在整个设备生产能力为约4.67吨粗钢/分钟(约280吨粗钢/作业 小时)的情况下，该电能输入相当于190.0KWh/吨粗钢的电耗。

同样地，将炉身1的产物连续地、以半稳定的方式排出，即

·经堤堰34将约4.27吨/分钟高C低Si、具有上述特性的预熔体24 排入转炉炉身3中，

-约415kg/分钟的具有以下特性的渣25经沉渣部件2穿过出渣口22 连续离开此设备： 约12.0％FeOn          1.13％P2O5约5.0％Fe金属         0.15％S43.1％CaO              碱度(CaO/SiO2)=2.0 7.2％MgO               温度～1550℃ 3.1％MnO21.5％SiO26.7％Al2O3

-约500NM3/分钟具有以下特性的废气19及约74.7kg/分钟该废气中 的、具有以下特性的粉尘从炉身1经炉子弯头进入废气处理设备的热气导 管： 废气(气相)                   废气(粉尘) 50.9体积％CO                 82.2％FeOn21.8体积％CO2              10.0CaO1.0体积％H2                 3.7SiO21.6体积％H2O                0.7％C22.8体积％N2                其余=MgO+MnO+Al2O3+P2O51.5体积％O， 其余=Ar+SO2+F2总的后燃烧程度31.2％ 温度～1545℃，

溢流过堤堰34之后，高C低Si的预熔体24以4.27吨/分钟的平均 速度连续进入转炉炉身3，然后在强力的熔体运动下与已存于转炉炉身3 中的粗钢混合，而且其特性被连续地控制在以下的狭小的容许范围内：

-量：约90吨，

-转炉炉身3中的金属熔池表面：比堤堰34的表面低约0.5米，

-组成(主要是C含量)和温度等于粗钢出钢时所需的数值，在此情况 下为：

       C=0.05％        T=1620℃

在转炉炉身3内的粗钢熔体24上方聚集了液态转炉渣25，在转炉炉 身3中的该渣层高度为约1.8～2.0米的情况下，渣表面位于最多高出炉 身1中的渣表面0.5-1.0米的位置，从而在重力和转炉炉身3中的熔体 运动所产生的冲量驱使下，渣25经堤堰34连续溢流入炉身1。

在此情况下，通过在转炉炉身3中的连续的工艺控制，也达到了与举 例性实施方案1,2所达到的相同的目标。

精炼过程在转炉炉身3中，伴随着熔池的强力混合，以准稳定的方 式，在连续供入下列物质、介质和能量、及在下述的工艺条件下进行：

-来自炉身1的、具有上述特性的约4.27吨/分钟高C低Si预熔体 24，

-约0.62吨/分钟具有表Ⅱ所列特性的、经转炉炉盖37中的加料口 39作为冷却剂加入的海绵铁球团12，

-也经转炉炉盖37中的加料口39加入的石灰块14和块煤13，

-经水冷的转炉喷枪35加入的氧气27，

-经后燃烧枪35加入的氧气27，

-经转炉炉身3中的底部清洗喷咀36加入的N230和天然气29。

同样地，将转炉炉身3的产物连续地和以半稳定方式排出，即

-经转炉炉身3的出钢口41放出具以下特性的、约4.67吨/分钟(= 约280吨/时)粗钢24：

0.05％C             约620ppmO溶解的

0.05％Mn            约30ppmN

痕量的Si            ≤1.5ppmH

0.021％S            T=1620℃

0.0038％O           ，及

-经堤堰34沿向着炉身1的方向排出高碱度的、富含FeOn及具有 以下性能的液态转炉渣25：

约25.0％FeOn       0.30％P2O5

约5.0Fe金属        0.13％s

42.4％CaO           碱度(CaO/SiO2)=3.53

7.8％MgO            温度-1620℃

1.7％MnO

12.0％SiO2

5.6％Al2O3          ，及

-从转炉炉身3直接进入炉身1的、具有以下特性的、包括转炉废气 中的粉尘的转炉废气19：

废气(气相)          废气(粉尘)

79.6体积％CO        92.8％FeOn

14.1体积％CO2      4.1％CaO

2.1体积％H2        0.9％SiO2

1.6体积％H2O       1.0％C

0.4体积％N2        其余=MgO+MnO+Al2O3+P2O5

1.6体积％O2

其余=Ar+SO2+F2

总的后燃烧程度16.1％

温度～1635℃， 炉身1和转炉炉身3中的工艺过程的主要工艺变量列于下表中：     工艺变量   (输入/输出)     单位      炉身1  转炉炉身3 1．流量    金属   吨/分钟   2.56*/4.27  4.27/4.67     渣   kg/分钟       415    废气   Nm3/分钟       500 2．量    金属     吨       约90     约90     渣     吨       约10     约15 3．滞留时间    金属    分钟      约21.1     19.3     渣    分钟      约29.8     约104 4．温度    金属     ℃    1320*/1550   1550/1620     渣     ℃    1620/1550     -/1620    废气     ℃    1635/1545     -/1635 5．渣参数    FeOn含量     ％    25.0/12.0     -/25.0 碱度(CaO/SiO2)     -    3.53/2.0     -/3.53 6．废气参数 后燃烧程度 (总CO+H2)     ％      31.2      16.1   粉尘含量    g/Nm3      约150 7．金属产率**     ％      94.9      95.5 8．脱碳速度   ％C/分钟      0.090      0.125 *铁水的值 **(总金属产物/总金属炉料)×100

在上述举例性实施方案中重要工艺参数和可得到的生产能力列于表 Ⅴ中，而表Ⅴ给出了采用本发明的该方法和设备变型时，生产1吨粗钢 消耗数值的概要。

            表Ⅴ 举例性实施方案1-3的工艺参数及生产能力 举例性实施方案    序号     1     2     3 混合炉料 ·生铁水 ·废钢 ·球团 重量％ 重量％ 重量％     -    100     -     30     40     30     50     -     50 参比参数 单位     工艺参数和生产率 最小需要的变压器输出 MVA    69.5  69.7  69.7 工艺参数 出钢-出钢时间 分钟    12.3  12.1  12.8 炉身有功时间 分钟    连续  连续  连续 吹氧时间 分钟    连续  连续  连续 电炉炉身中的平均精炼速度 ％C/分钟    0.070  0.065  0.090 转炉炉身中的平均精炼速度 ％C/分钟    0.110  0.110  0.125 出钢温度 ℃    1620  1620  1620 出渣温度 ℃    1550  1550  1550 进入热气体管时的废气温度 ℃    812  1086  1545 进入热气体管时的废气中的O2 体积％    5.1  3.8  1.5 进入热气体管时的CO后燃烧 程度 体积％    97.6  88.1  30.0 进入热气体管时的CO+H2后燃 烧程度 ％    97.6  88.6  31.1 生产率 年净作业日 (更换炉体) 日/年    300.0  300.0  300.0 每分钟产量 吨/分    4.87  4.94  4.67 小时产量 吨/时    292.2  296.4  280.2 日产量 吨/日    7012.8  7113.6  6724.8 年产量 吨/年    2103840  2134080  2017440

        表Ⅵ     举例性实施方案1-3的消耗数值 举例性实施方案 序号 1 2 3 混合炉料 ·生铁水 ·废钢 ·球团 重量％ 重量％ 重量％ - 100 - 30 40 30 50 - 50 消耗种类 种类 单位 消耗量，单位/吨粗钢 金属炉料 生铁水 液体 吨 0.323  0.548 废钢(混合) 固体 吨 1.058 0.430 DRI/HBI 球团 吨 0.323  0.548 非金属炉料 石灰 块 kg 29.88 33.20  36.04 白云石 块 kg 0.00 0.00  0.88 硅石 块 kg 0.91 0.34  0.00 耐火物 砖 kg 2.95 3.00  2.97 耐火物 喷补材料 kg 0.73 0.75  0.74 石墨电极 石墨 kg 1.23 1.06  0.94 介质 O2(枪+埋入熔池喷咀) 气态 Nm3 31.16 28.89  39.19 O2(烧咀+埋入熔池喷咀) 气态 Nm3 21.12 16.70  7.52 N2(底部清洗) 气态 Nm3 0.31 0.28  0.26 压缩空气 喷吹空气 Nm3 6.92 3.31  1.94 吹入空气+鼓入空气 吸入空气+ 吹入空气 Nm3 163.57 98.31  28.51 能源 电能 kWh 181.6 179.6  190.0 天然气 Nm3 3.70 1.28 0.26 加入的煤 块 kg 12.32 3.70 5.20 吹入的煤 细粒 kg 20.53 8.40 4.28 测量，取样 测温头 个 0.017 0.017 0.017 取样头(金属) 个 0.033 0.033 0.033 CELOS探头(aO,T) 个 0.017 0.017 0.017 操作人员 作业年 16.0 16.0 16.0 产物 粗钢 t 1.000 1.000 1.000 渣 冷凝物 kg 85.47 86.65 88.84 废气 冷凝物 kg 11.18 10.22 16.00 废气 气体 Nm3 228.08 153.90 106.98

除产粗钢外，前述的本设备构思、即不带预热竖炉5和加热部件9的 该设备变型还可用于预处理含或不含Fe的金属熔体，其中，在特定的情 况下，以负压运行是可以想到的(即在整个炉身中剩余压力低至0.1巴)。 举例性实施方案4：

按本发明进行如下的铁水预处理，即脱Si、脱P和脱S处理：

·连续供入生铁水(如直接来自高炉或熔融还原设备的出铁槽或来自 中间容器)，它具有如下特性：

T=1440℃(高炉)         4.3％C

                       0.6％Si

                       0.5％Mn

                       0.100％P

                       0.040％S

·在炉身1中连续预精炼及任选地用电能预热而产生具有以下特性的 低Si中间产物：

4.0-4.1％C       T 1300-1400℃

≤0.10％Si       (按需调节)

0.4-0.5％Mn

0.060-0.080％P

0.030-0.035％S

·在转炉炉身中连续最终精炼此低Si的中间产物，若需要，将具加 热(部分脱C)，以预处理具以下性能的生铁：

3.5-4.0％C          T=1350-1400℃

≤0.05％Si

0.3-0.4％Mn

≤0.020％P

≤0.025％S

将经过这种预处理的生铁从转炉炉身3中连续排出(如排入连接在后 面的容器中)，或间断地排入中间容器或铁水包中，然后被加在转炉或电 炉中，或用铸铁机铸成生铁。

·在此工艺过程中，向电炉炉身1和转炉炉身3连续供入：

-氧气(喷枪、喷咀)和/或从Fe矿石、Mn矿石、氧化铁皮、富FeOn的干淤渣状态存在的氧化物中的氧(经喷枪、喷咀或加料槽加入)，及

-造渣剂(石灰、莹石等)，最好为块状，及

-任选地加入的碳载体(煤、焦碳等)，以及

-用作底部清洗剂的惰性气体 从而可在电炉炉身1和转炉炉身3中调整工艺特性参数，如，温度控制、 渣控制(碱度：在转炉炉身3中约3.0-3.5，在炉身1中约1.8-2)、熔 池的混合及金属/渣之数量比之类的、为达到所需结果的特性。

由于按上述的举例性实施方案需电很少(5-10KWh/吨生铁)，所以 在加入的预处理生铁温度相同时，按10吨/分钟生铁水(=600吨/时)的生 产能力，只需为炉身1设置20MVA小变压器。在实践中所遇到的大多数 情况下(生铁含P≤0.200％)，可省去电炉炉身1中的电极。

通过适当的工艺控制，上述工艺可有效地用于预处理含有V、Ti、 Mn和P的特殊铁水。还有，本工艺方法、尤其是本设备也很适合生产含 伴随元素很低的铁水，如用常规生铁生产“SORELMETAL”型的生铁 水。 举例性实施方案5：

进而，借助于生产用于后续经VOD处理冶炼不锈钢所用的高Cr和 高Ni预熔体的例子，来解释本方法和设备的应用。符合本发明的工艺过 程如下：

在符合图1和2的设备中，由 ·非合金钢和/或合金钢废钢， ·FeCrHc,FeMo·Ni金属和/或FeNi·矿石，如Cr-、Ni-、Mn-,Mo-等矿石 组成的固体炉料7用传送带8经加热部件9连续加在预热竖炉5或电炉炉 身1中，然后被预热。

在采用液态炉料，如： ·生铁、尤其是经预脱P的生铁(％≤0.025)，和/或 ·液态FeCrHc(来自电弧炉或感应炉)， 的场合下，这些炉料20经加料槽21被连续加入炉身1中。

电弧炉炉身1中的熔化过程伴随着强力的熔池混合，它在以下条件下 进行：

·经喷咀33连续供入氧气27和惰性气体30(N2,Ar),O2/N2/Ar之比 可按需调节，

·经喷枪23,32连续供入氧气27，

·连续供入造渣剂14，如烧熟石灰，熟白云石，莹石等，块状的经 加料口11加入和/或细粒的经喷咀33和/或喷枪23、32加入。

电炉炉身1中的工艺控制的目的在于对预定工艺特性作准稳定调 节，在生产304级质量的奥氏体不锈钢的场合下，这些特性如下，

·具有总是大致恒定的、并在该容许范围内的熔体24：

1.5-2.0 ％C(取决于混合炉料)   T=1620-1630℃

≤0.2 ％Si

≤0.5 ％Mn

17.0-18.5 ％Cr

约6.5 ％Ni

·其组成总是大致保持不变的、如具以下标准分析值的液体渣25：

48％CaO        余量=MnO,Al2O3等

31％SiO2      (取决于混合炉料)

≤5％MgO

≤4％Cr2O3

≤2％FeOn

该渣经沉渣部件2穿过出渣口22连续排出。

在运行期间，具备上述特性的金属熔体24从电弧炉炉身1经堰34 连续流入转炉炉身3中，并在强力的熔体运动已存在于转炉炉身3中的粗 钢熔体24混合，熔体24在此情况下构成了下一步VoD处理的预熔体， 而在转炉炉身3中保持着出钢所需的组成和温度：

约0.25％C    约1700-1710℃

该精炼工艺(主要是脱C)在转炉炉身3中以如下工艺条件进行：

·经喷咀36连续供入氧气27和惰性气体30(N2,Ar)，其中O2/N2/Ar之比按需调节；在此情况下，不用顶枪35′，优选的脱碳速度为0.03- 0.05％C/分钟，

·金属熔池温度为1700-1710℃，

连续借入作冷却剂和合金剂12的混合炉料组份-Ni和/或FeNi，低 -Si FeCrHc和/或FeMnHc等，

·连续供入造渣剂14，如熟石灰、熟白云石、莹石等，-最好块状的 经加料口39加入，任选地还经喷咀36加细粒状的，

·形成/积累几乎是固体的、其组成大致保持不变的、如有以下标准 分析值的渣25：

约30％CaO        2-5％Al2O3  ≤5％CaF2

≤15％SiO2      ≤5％FeOn

13-17％Cr2O3   约10％Fe金属

5-8％MgO         ≤4％Cr金属

具有上述特性的、用于后续VOD处理的金属产物24从转炉3经金 属排放装置41排出。金属的排放可以是连续或间断的，而不中断电弧炉 炉身1中的工艺过程。

在转炉炉身3和电炉炉身1中形成的废气19经预热竖炉5和加热部 件9一同抽出，同时又被用于加热固体炉料7。与此同时，预热竖炉5中 的料还起到了废气19中所含的粉尘的预过滤器的作用。

为避免在转炉炉身3中积累过多的渣25，或避免因其产生渣壳，在运 行3小时后，进行所谓“洗掉作业”，即将稍大量的FeSi、石灰和莹石 引入转炉炉身3中。这种作用可使转炉炉身3中的渣25液化，同时还降 低Cr2O3的含量，从而使渣25以与金属34相逆的逆流运动方式漫过堤堰 34进入电弧炉炉身1中，而不会有任何困难，以及在与电弧炉炉身1中 形成的渣混合之前产生大量的Cr损失。所谓的“洗掉作业”不带来特别 的费用及基本上不妨碍生产能力，而使设在从转炉炉身3连续排出或间断 排出金属24的方式运行。

本发明的工艺还可用于生产低C(≤0.05％)质量的不锈钢，即不用 VOD设备。在此情况下，钢的脱C和脱S就像炼碳钢时一样，在从转炉 炉身3出钢和在后续的二次冶金处理过程中(如在钢包炉或吹洗站中处理) 发生。

在生产不锈钢方面，本发明的工艺优于已知的间断工艺之处在于： -使工艺和设备的生产能力大为提高， -保证了最佳的渣控制和高的脱碳效率， -节约了Si、造渣剂和能源(碳载体和/或电能)， -减少了能耗。