制备用于冶金转化的半成品的方法和装置

申请号 CN95190861.8 申请日 1995-02-23 公开(公告)号 CN1047336C 公开(公告)日 1999-12-15
申请人 英特米特服务股份有限公司; 发明人 根尼赫·阿里克塞维奇·多拉菲耶夫; 希拉芬·萨哈洛维奇·阿方宁; 阿里克塞·哥利戈里耶维奇·祖巴列夫; 伊夫根妮·尼科塔耶维奇·伊瓦辛娜; 亚历山大·符拉基米尔诺维奇·马库洛夫; 亚历山大·尼古拉耶维奇·潘非洛夫; 维切斯拉夫·瓦西里耶维奇·里亚波夫; 安拿多里·哥利戈里耶维奇·西特诺夫; 尤里·维克托洛维奇·乌特金; 伊夫根尼·赫里斯托夫洛维奇·萨赫巴佐夫; 马克·阿拉诺维奇·蔡特林;
摘要 本 发明 的 冶金 转化中的改进由制备一种半成品( 炉料 )构成,该料为由被用作大部分的 氧 化剂的固体填充物和液体生 铁 在 铸造 机的模腔中使之成形,然后冷却而成的锭状,在该成形过程中,使所述固体填充物和液体 生铁 受到一种防止该液体生铁中的该固体填充物上浮的作用。这种作用是通过施加一种机械 力 ,特别是通过提供一种带有支臂(8)的铸造机和挑选该固体填充物的相关尺寸和选择 铸锭 速度而进行的。该支臂(8)带有一个靠在模腔(2)上的中空滚子(9)和一种加重物(10)。按本发明使用这种用于冶金转化的半成品的条件是在氧气转炉和 电弧 炉中进行的。
权利要求

1、制备用于冶金转化的半成品的方法,它包括在一 铸造机的模腔中用固体填充物和液体-合金形成所 述半成品,然后冷却,其特征在于,所述的固体填充物 是密度比所述的铁-碳合金低的固体化剂,该固体氧 化剂按氧化5-95%的碳所需的氧量和氧化铁-碳合 金中的、与氧亲合大于碳与氧的亲合力的剩余成分所 需氧的估算总量之和的量被使用,所述的固体填充物和 铁-碳合金在与液体铁-碳合金的上表面垂直的方向上 受到施加的、其数值大于作用于所述液体铁-碳合金中 的所述固体填充物上的最大浮力的力的作用,由此防止 所述液体铁-碳合金中的固体填充物的上浮。
2、权利要求1的方法,其特征在于,将生铁用作 所述的铁-碳合金。
3、权利要求1的方法,其特征在于,通过将液体铁 -碳合金浇铸在模腔中,在其表面上加固体填充物,然 后将所述固体填充物在一种其数值比作用于所述液体铁 -碳合金中的所述固体填充物上的最大浮力大不小于5 %的力的作用下埋入液相中而进行所述半成品的形成。
4、权利要求1的方法,其特征在于,所述力的数值等 于100-10000顿/米2。
5、权利要求1的方法,其特征在于,在所述固体填 充物用液体铁-碳合金浇铸后的1-60秒内施加所述 的力。
6、权利要求1的方法,其特征在于,以尺寸为模腔 高的0.025-0.300的进行所述固体填充物的添加,用铁 -碳合金的浇法以其平均直线速度与模腔移动速度之比 为3∶10-6∶10的比率进行。
7、制备用于冶金转化的半成品的铸造机,它包括带 有多个模腔的运输机,用于将液体铁-碳合金注入该模 腔的注入装置和带有将固体填充物加入该模腔的给料器 的储料斗,其特征在于,该铸造机还附带有适于对所述 固体填充物和液体铁-碳合金施以一种力以防止该液体 铁-碳合金中的该固体填充物上浮的装置;还包括与用 于供应冷却介质的管线相连的喷咀,其中用于对所述固 体填充物和液体铁-碳合金施以防止该铁-碳合金中的 该固体填充物上浮的所述装置被作成带有中空滚子和加 重材料的支臂状,所述的加重材料是装在该支臂上的并 可沿其纵轴移动的,该支臂一端与该机架上的支架绞 接,而另一端借助于枢轴地安装的滚子而靠在模腔上, 所述中空滚子的长度为该模腔工作长度的0.80- 0.95,所述滚子的外径为该模腔宽度的1.1- 1.4,所述的喷咀被置于所述滚子附近而且以其横面 取向。
8、主要在氧气转炉中生产的方法,它包括如下步 骤:兑铁;对熔池吹氧;和加入造渣组成物,其特征 在于,将所述的用于冶金转化的半成品用作固体氧化 剂,该半成品是带有固体填充物的铁-碳合金的锭,该 锭是通过用所述的固体填充物和液体铁-碳合金在铸造 机的模腔中使之成形,然后冷却而制成的,其中,于该 成形过程中,所述固体填充物和所述液体铁-碳合金受 到一种防止该液体铁-碳合金中的该固体填充物上浮的 作用,其中所述的半成品和废金属以0.1∶1.0- 3.0∶1.0的比率被采用,该半成品以25-300 千克/吨铁水的量加入,并且,用于冶金转化的半成品 含有氧化物材料,该材料是与铁-碳合金分别以1∶1 -1.0∶0.9的比率被浇铸的,其中,所述氧化物 材料中的氧含量等于估算的氧化铁-碳合金中的与氧的 亲合力大于碳与氧的亲和力的成份所需的总氧量。
9、主要在电弧炉中生产钢的方法,它包括如下步 骤:将废金属和炉料分层装炉;加熔剂;加热和熔化; 吹氧,其特征在于,带有固体填充物的铁-碳合金锭状 的用于冶金转化的半成品被用作固体氧化剂,该锭是通 过用所述的固体填充物和所述的液体铁-碳合金在铸造 机的模腔中使之成形,然后冷却而制成的,其中,在该 成形过程中所述的固体填充物和液体铁-碳合金受到一 种防止该铁-碳合金中的该固体填充物上浮的作用,其 中,废金属和炉料分两批装炉,一开始将炉料和废金属 以混合炉料的2-32%(重量)的量一起装炉,而该 用于冶金转化的半成品分别以它们之间的1.0∶ 0.1-1.0-20.0的比率分布在各废钢层之 间,然后加第一批废金属,而后将该半成品加在所述废 金属的顶部。

说明书全文

技术领域

发明涉及冶金领域,尤其是金属铸造,即铸造 一种铸成的锭(即打算用于后续重熔的金属铸品),特 别是涉及为炼生产准备的混合料的制造以及铸造主要 是生铁和填充物的锭子的机器。

本发明还涉及用压,特别是用机械装置对液态或 粘稠态的金属(熔体)在铸模中,即在铸造机的型腔中 进行加工的工艺。

特别是,本发明涉及对用于在转炉和电炉,比如电 弧炉中进行的铁和钢的生产的生铁的处理。

发明背景

在进行冶金转化时,即通过用各种已知的方法如平 炉、如转炉、电熔炼法将生铁,包括附加的废金属转化 成钢时,除生铁和废金属外,还将混合料,即提供所得 的金属和渣的预定化学成分的原料的混合物加入相应熔 炉内。该混合料一般主要包括为化学结合和从熔池中去 除熔体中不希望有的成分,如硫、磷、锰等所必需的 化剂。
在制备该混合料中的一个重要阶段是使之成形,即 使之具有便于运输和储存和加入相应熔炉的形状。因 此,迄今为止广泛应用将分散的成份用添加的粘合剂造 粒,成球和造(M.A.Nechiporeko, Pelletizing Fine Concent rates",Leningrad,1958; L.A. Luric,"Briquettingin Metallurgy".Moseow,Thest ate Scientific and techn ical liseitute for Ferro us and Non-Ferrous Metal lurgy.1968;B.M. Ravig"Bri quetting Ores and Ore-Fu el Blends",Moscow,Nedr a.1968).
在很多情况下,用铁-合金,一般是带有加其 中的有所需组份的填充物,特别是铁矿石球团(USS R inventors′ certificate No.985063)或矿石-碳球团(VSSR inventors′Certificute N o.1250582 of Augnst 15,19 86;Bulletin of invention No.30,1986)的生铁形成一种锭状的混合料 (炉料)是方便的,实际上这代表一种同于治金转化的 半成品。这类锭子是在充有来自相应给料器的球团的铸 造机的型腔中和生铁铸品制成的。于此,液态生铁通过 消耗于加热球闭,还原氧化物和加热暴露于生铁的铸摸 的工作表面而进引冷却(VSSR inventor s′certificate No.110527 3,这似乎是最接近的现有技术)。
各类熔炉用这类炉料装料,即用锭子装料显得是极 为方便的,而且在技术上也是有效的。与此同时,有一 个达到用于冶金转化的给定的半成品的组份稳定性的问 题,这对于小容积熔炼,以及对于制造型钢,尤其是在 氧气转炉和电弧炉中冶炼它们是尤为现实的问题,因为 使用成分和热性能不稳定的半成品无助于炼钢生产和技 术的稳定性。
发明描述
因此本发明的目的在于创造一种用固态填充物和液 态铁-碳合金在铸造机的型腔中成形,然后冷却而制备 成锭状的用于冶金转化半成品的方法,该法为成分组成 的稳定性创造了条件。
本发明另一目的是创造一种用于制备组成相当稳定 的用于冶金转化的半成品的铸造机。
本发明的再一目的是创造一种用带有固态填充的铁 -碳合金形成的锭状的用于冶金转化的半成品,其特点 是有均匀和稳定的组成,并适用于方便面有效地用于金 属转化,特别是小容积冶炼以及炼钢过程。
本发明再一目的在于将用于冶金转化的半成品用于 转钢,特别是用于氧气转炉及电弧炉
因此,本发明提供一种制备用于冶金转化的半成品 的方法,它包括在一铸造机的模腔中用固体填充物和液 体铁-碳合金形成所述半成品,然后冷却,所述的固体 填充物是密度比所述的铁-碳合金低的固体氧化剂,该 固体氧化剂按氧化5-95%的碳所需的氧量和氧化铁 -碳合金中的、与氧亲合力大于碳与氧的亲合力的剩余 成分所需氧的估算总量之和的量被使用,所述的固体填 充物和铁-碳合金在与液体铁-碳合金的上表面垂直的 方向上受到施加的、其数值大于作用于所述液体铁-碳 合金中的所述固体填充物上的最大浮力的力的作用,由 此防止所述液体铁-碳合金中的固体填充物的上浮。
上述力的作用对于完成本发明是必要的,因为已发 现,所得的锭子组份的不均匀性等这样的事实有关:由于 固态填充物和液态铁-碳合金的密度差,在用该合金浇铸 该填充物的过程中,发生填充物的上浮和其自型腔中排 出,其中热态的所述合金的低粘度不足以防止这一事实。 在用凝固中的合金浇铸该填充物的情况下(根据提高的 粘度),该合金则不能充满填充物间的全部间隙,因而 不能将填充物粘合,这导致在将此锭从型腔中取出时有 部份填充物脱落。在这两种情况下,都导致用于冶金转 化的此半成品成分的改变。
在没有上述作用而制造半成品时,由于铁-碳合金 和填充物间的显密度差(比如生铁密度为7g/cm3, 作成球团的填充物的密度为3.7g/cm3),型腔中的 料(锭子)内的固体填充物分布不均匀。锭子上部所含 的铁-碳合金的比例很少,而含大量填充物,而在锭子 的下部几乎全是由铁-碳合金构成,而几乎不含或根本 没有填充物。在锭子的上部,铁-碳合金对填充物颗粒 的粘结很弱,因而当锭子从铸造机落在平板车上时,该 填充物的颗粒则与锭子分离开来,从而形成无磁性的, 而且在装船运给顾客时术与此锭一起装载的堆块。结果 与结算量相比,该锭所含的固体颗粒的量不足。这,比 如导致了:在后续的转化,比如在电弧炉中,炼钢氧化 期被增加了10-15%,这是由于缺乏引入氧化生铁 中杂质的氧所致的。
在实践中,在大多数的情况下都用生铁,但这事实 不应被认为是对本发明通用条件的限制。
在本发明的范围内,术语“固体填充物”指的是任 何提供所得金属预定化学成分而需要的填充物;在它们 之中,首先可以是作为用于化学结合和去除该熔体中的 碳和其它不希望有的成分的氧源的固体氧化剂。按照本 发明的一个较佳实施方案,固体氧化剂以氧化铁-碳合 金中5-95%的碳所需的氧量和氧化其中其余成份所 需氧的估算总量之和的量被使用是可取的,所述其余成 分对氧的亲合力在很大程度上是大于碳与氧的亲合力的。
在进行后续转化时,人们用上述氧的总量可获得所 需程度的脱氧,金属脱磷的高速度,和靠碳的氧化反应 而释放的碳的氧化物气泡使渣充分发泡,发泡使渣有保 护作用。这在电炉中尤为如此,即电弧被渣屏蔽。如果 总的氧含量小于氧化5%的碳和氧化金属其它全部杂质 所需的氧量,则难以进行碳和磷的氧化反应。在此情况 下,金属中碳和磷含量就高。如果总的氧含量超过氧化 95%的碳和全部其它元素所需的氧量,则熔池中碳含 量过低,而氧含量很高,出于炉子产量的状况,脱氧剂 用量,金属质量和出于所生产的钢的等级的范围这两种 原因这都是不希望的。
根据本发明另一较佳特性,固体填充物和铁-碳合 金在成形过程中受到防止该铁-碳合金中的所述固体填 充剂上浮的力的作用,这种作用是以机械进行的,即该 作用是通过在垂直于该表面的方向上施加一个数值超过 作用在所述液态铁-碳合金中的所述固体填充物上的最 大浮力的力而进行的。此时,则可能通过将液态铁-碳 合金注入模腔,将固体填充物加在其表面上,在一种数 值,在最佳的情况下,比作用于铁-碳合金中的所述固 体填充物上的最大浮力大5%以上的力的作用下将所述 固体填充物埋于液相中而形成一种半成品。
根据阿基米德原理,任何以静态全部或部分地埋入 流体(气体或液体)中的物体都受到向上的力,或浮力 的作用,其数值等于该物体排开的流体的重量,该力的 施加在该物体埋入部分的重心上。因此,为将球团埋入, 并将其均匀分布于预浇铸于模腔中的铁-碳合金(生铁) 中,则必须使该固体填充物(球团)受到大于浮力的力 的作用。超过的值已经实验确定(5%或更多)。当载 有模腔的运输机移至该机器的出料端时,由于半成品全 部质量的作用而迅速凝固的生铁的坚固的凝结物将生铁 料中的球团紧紧抓住。当到达出料端时,大量的半成品 构成一个由被已凝生铁牢牢地固定的球团组成的强固的 整体。当这种半成品块经冲击而落在平板车底上时,球 团不从其中脱落,而是借助固态生铁牢牢地固定在此块 体中,这是因为在凝固阶段球团仍完全埋入生铁中,该 生铁在一个行程中已在冷的球团表面上凝固。通过向埋 入装置处,而且还在冷却区直接向该模腔中铸成的锭供 加速了半成品中的生铁的凝固。
用这种方法,就可能通过将固体填充物加在模腔中, 用液体生铁将其铸造,而后对上浮的填充物施以数值, 在优选的情况下,为100-10000N/m2的力 而形成该半成品。在后一种情况下,取决于铁-碳合金 的温度,从而也就是根据其粘度,在该固体填充物已用 液态铁-碳合金浇铸后,以1-60秒加所述的力是可 取的。
为将上浮的原料(由于填充物和生铁的比重的比重 差)埋入(淹没)到模腔的底部,对模腔中的该材料施 加附加的力是必要的,这使得该填充物在该铸锭块中均 匀分布。此力的值由原料在模腔中的埋入深度及由于这 种结果而“被排开的”生铁的重量确定,其中所说的重 量和加力的表面有关。比如,要求将原料(球团)埋入 模腔深达3cm。加力的面积,即与铸铁的多元体系( 球团、生铁)相接触滚筒状表面的横向的面积将等于1 0×50=500m2,其中10cm是与模腔中的材 料接触的滚筒的弧长;50cm是滚筒形的长度。生铁 的密度为7g/cm3。被一种力排开的生铁的体积等 于500×3=1500cm3=10.5kg=10 5N。比压力等于105∶500=0.20N/cm2, 或2000N/m2。实际压力必须超过使形成的金属 凝块变形的力。
在使用一种高粘度的生铁(生铁具有接近凝固的温 度)的情况下,用于将该原料埋入模腔的力要比估算的 需要值-最高为10000N/m2大得多。
如果施于模腔中原料上的力的值小于100N/m2, 则埋入固态氧化剂,即球团的效果是微不足道的,因而 球团将不能均匀地分散在锭料中(特别是模腔底部球团 很少)。用超过10000N/m2的值的力,球团埋 入的历程难以进行,扩大其备单元的轮廓尺寸,整个机 器受到不利条件的影响,这将使其操作难以进行。
从浇铸生铁到开始施加将模腔中的原料理入(淹没) 的力时的时间长度基本取决于模腔中生铁的温度。如果 生铁的温度在接近凝固的范围(1200-1260℃) 以上变化,那么,为了将原料淹没在模腔中,人们应当, 特别是在铸造过程结束时立即,即1秒钟内施加一种力。 当生铁已在模腔中凝固后,实际上将原料载于其上则不 可能了。
如果生铁是通过物理地加热而铸成的,则在生铁铸 造完成后的施加使原料深深没入(埋入)模腔中的力的 时间长度等于一分钟。为在力图使之埋入(淹没)模腔 的过程中改变施加的力的时间,可按照需要移动一种加 压装置(一个带有支臂和重物的滚子),使之接近或从 模腔中的正在铸造的生铁处移开。在模腔铸造结束后的 一分钟期满后,对模腔中的材料表面加一种力是不适宜 的,因为这导致铸锭上部中生铁的凝固。
根据本发明另一实施方案,在成型过程中,对固体 填充物和液态铁-碳合金上施加的,防止所述的铁-碳 合金中的所述固体填充物上浮的作用,可通过采用一种 坯料,其高度为模腔高度的0.025-0.300的 料,并以铁-碳合金的平均直线速度与模腔移动的直线 速度之比为3∶10-6∶10的比率用铁-碳合金将 其浇铸而产生。
似乎最后提到的参数需作更详细的解释。应被理解 的是,铁-碳合金的"平均直线速度"指的是每单位时间进 入模腔中的液态铁-碳合金的体积含量(在与用户相关的 文献中此值被称为(体积)流量),它是与模腔的截面相关 的。具有此速度范围的比值(m3/s·m2=m/s) 描绘了沿模腔横截面移动的铁-碳合金的平均直线速度, 因为铁-碳合金本身的横截面是未知的而且是难以确定 的。该值不是铁-碳合金的真实的流速,而是代表沿模 腔横截面流动的平均的名义上的速度而同时保留了铁- 碳合金移动的确切直线速度的物理含义。
以上述的等于3∶10-6∶10的,供应铁-碳 合金的直线速度和模腔移动速度的比率将液态铁-碳合 金浇铸于模腔中,为充有固体填充物颗粒的模腔中的料 块中的铁-碳合金的均匀的渗透性创造了条件,与此同 时,人们可不去考虑铁-碳合金倾注得溢入邻近模腔的 现象,这种现象是由于该合金的浇铸速度过份超过模腔 的移动速度即填充固体填充物颗粒间的空间的速度而产 生的。人们还无需顾虑模腔局部未被铁-碳合金均匀而 完全地填充,以及铁-碳合金料由于不充分的将铁碳合 金供入模腔的速度,其很快的冷却及凝固而在固体填充 物颗粒之间的空间中凝固得不均匀和完全。铁-碳合金 (浇铸)和模腔移动速度之比等于3∶10-6∶10 是与用稳定的铁-碳合金与固体填充物制备混合原料铸 物的条件相符的。
现已揭示的是,若此比率超过6∶10,则铁-碳 合金没有足够的时间去填充矿石材料的固体填充物颗粒 间的全部空隙,固而发生铁-碳合金浇铸模腔填充不足 的现象。部分固体填充物未与铁-碳合金一起浇注,而 且将溢出模腔,铁-碳合金和固体填充物间的质量关系 就象在违犯铸件成分恒定性的条件情况下那样被搅乱。
如果此直线速度之比小于3∶10,则混合料的模 制品随铁-碳合金溢出,后者溢入邻近的模腔之中,这 也导致对铸件成分稳定性条件的干扰。
还已揭示的是,构成一个等于模腔高度0.025 -0.300的固体填充物层的颗粒的尺寸,对于在注 入模腔中时将固体填充物颗粒层不可移动地保持在模腔 中是最优的尺寸(见接提供的上述关于速度的限制)。
如果铁矿石材料的颗粒尺寸小于模腔高度的0.0 25,则用生铁浇注模腔难以进行,生铁与铁矿石材料 混合的均匀性被破坏,生铁-铁矿石材料间关系的稳定 性变得无序,观察到铁矿石细颗粒溢出而产生的粉尘量 增加,而且铸成的锭的成分令人瞩目地不一致。
如果铁矿石材料的颗粒尺寸大于模腔高度的0.3 0,那么模腔上部颗粒层,尤其是位于顶部的该层则被 生铁冲走。这导致了矿石材料在模腔的料中分布不均 匀,而且干扰了其成分的均质性。
本发明还提供一种制造用于冶金转化的半成品的铸 造机,它包括带有多个模腔的运输机,用于将液体铁- 碳合金注入该模腔的注入装置和带有将固体填充物加入 该模腔的给料器的储料斗,还附带有适于对所述固体填 充物和液体铁-碳合金施以一种力以防止该液体铁-碳 合金中的该固体填充物上浮的装置;该铸造机还包括与 用于供应冷却介质的管线相连的喷咀,其中用于对所述 固体填充物和液体铁-碳合金施以防止该铁-碳合金中 的该固体填充物上浮的所述装置被作成带有中空滚子和 加重材料的支臂状,所述的加重材料是装在该支臂上的 并可沿其纵轴移动的,该支臂一端与该机架上的支架绞 接,而另一端借助于枢轴地安装的滚子而靠在模腔上, 所述中空滚子的长度为该模腔工作长度的0.80- 0.95,所述滚子的外径为该模腔宽度的1.1- 1.4,所述的喷咀被置于所述滚子附近而且以其横面 取向。
滚子和模腔的尺寸比是相当大的,从而解决了配制 的问题,即产生一种均匀的,均质系统的问题,也就是 说,将氧化剂均匀地分布于生铁基体中。
若该滚子的长度小于模腔工作长度的0.80,那 么该滚将产生支撑在模腔壁上的压力,而将材料埋入液 态生铁中的过程将不能完成。
该滚外径和模腔宽度的所述比,在将金属倾入不同 容量的模腔中时,通过实验确定。此外,若滚子的外径 小于模腔宽度的1.1,则散料和生铁将被剂出模腔 外。若滚子的外径大于模腔宽度的1.4,这导致了滚 子开始压此模腔臂,而在铸成的锭的下部将缺乏均匀的均 质体系。
本发明还提供一种主要在氧气转炉中生产钢的方 法,它包括如下步骤:兑铁水;对熔池吹氧;和加入造 渣组成物。将所述的用于冶金转化的半成品用作固体氧 化剂,该半成品是带有固体填充物的铁-碳合金的锭, 该锭是通过用所述的固体填充物和液体铁-碳合金在铸 造机的模腔中使之成形,然后冷却而制成的,其中,于 该成形过程中,所述固体填充物和所述液体铁-碳合金 受到一种防止该液体铁-碳合金中的该固体填充物上浮 的作用,其中所述的半成品和废金属以0.1∶1.0- 3.0∶1.0的比率被采用,该半成品以25-300 千克/吨铁水的量加入,并且,用于冶金转化的半成品 含有氧化物材料,该材料是与铁-碳合金分别以1∶1 -1.0∶0.9的比率被浇铸的,其中,所述氧化物 材料中的氧含量等于估算的氧化铁-碳合金中的与氧的 亲合力大于碳与氧的亲和力的成份所需的总氧量。
固体混合料的组成中半成品含量小于10%是不合 适的。因为这种情况干扰了准备固体混合料及将其加入 转炉的工艺,而且基本上没有采用半成品的效果。若半 成品与废金属之比大于3∶1,则将其用作冷却剂的效 果下降,而且在对混合料吹氧结束时发生金属过热。在 25-300千克/吨液体生铁的范围内使用此半成 品,为使粘度符合要求而且有高的脱磷率和最佳的脱硫 率的活性的渣在转炉中进行熔炼提供了保证,上述范围 已通过实验获得。
在所述半成品中氧化物原料与铁-碳合金之比超过 1∶1是不希望的,因为在此情况下,氧化物材料的消 耗增加,这干扰了半成品的制备工艺并延长了转炉中吹 炼熔池的时间。在该半成品中,氧化物材料与铁-碳合 金之比小于1.0∶9.9,则发生熔池的活跃的沸 腾,这将导致渣的喷溅。
本发明进一步提供主要在电弧炉中生产钢的方法, 它包括如下步骤:将废金属和炉料分层装炉;加熔剂; 加热和熔化;吹氧。带有固体填充物的铁-碳合金锭状 的用于冶金转化的半成品被用作固体氧化剂,该锭是通 过用所述的固体填充物和所述的液体铁-碳合金在铸造 机的模腔中使之成形,然后冷却而制成的,其中,在该 成形过程中所述的固体填充物和液体铁-碳合金受到一 种防止该铁-碳合金中的该固体填充物上浮的作用,其 中,废金属和炉料分两批装炉,一开始将炉料和废金属 以混合炉料的2-32%(重量)的量一起装炉,而该 用于冶金转化的半成品分别以它们之间的1.0∶ 0.1-1.0-20.0的比率分布在各废钢层之 间,然后加第一批废金属,而后将该半成品加在所述废 金属的顶部。
分两批加金属散料就可能明显地在熔炼期间提高加 热单位散料质量的能力,从而促进其熔化和降低电耗。
在第一批料中,废金属和炉料的组合使熔化温度降 得比熔化所述废金属低是由于在其组成中存有低熔点的 生铁,这促进了在炉床上形成主要由熔池的炉料构成的 液态熔体层。在此情况下,废金属块的后续熔池在具有 高传热系数的液体金属熔池中发生。熔体与碳的氧化物 气泡-它们是由于生铁中碳被进入炉料初始组份中的固 体氧化剂中的氧所氧化的反应而形成的-促进了自液态 熔体向来熔混合料的料块传热,从而提高了它们的熔化 速度。在炉床上快速形成液体熔体层,保护了炉床不受 电弧的影响,这使炉子在1-3分钟内达到全功率,为 更早的供氧提供了条件,有利于电弧稳定,提高了平均 氧进入量,促进了成渣和形成泡沫渣。
随第二批料将剩余的金属混合料加在部分熔化的炉 料上则可更便于熔化。炉料在废金属上便于压实散料层 和稳定电弧。此外,在整个熔化期中,都看到以固态氧 化剂进行的炉料中碳的氧化,而且由于持续的熔池沸腾 使渣保持泡沫渣态。由于这种事实,电弧功率利用系数 明显上升,从而促进混合料熔化和熔池的加热。
从而,分两批加金属混合料使得熔化期和整个熔炼 期缩短及降低单位能耗。
进一步增加加混合料的批次则不适宜了,因为由于 炉子运行的停顿而带来时间和热的损失,这类损失不再 因增加批次而产生的优点所解决。
由于第一批料中炉料含量低于3%(以装料重为基 准),所以由其形成的液体金属体积不足以在炉床上形 成液态金属层来将固态混合料的料块埋于其中和防止炉 床被强力的电弧烧穿。
这一事实使电能输入和氧流量,还有熔炼的技术和 经济效率整体下降,而且妨碍了充分运用本方法的优点。
而第一批料中炉料含量高于32%(以装料重为基 准)时,由于重料(化得较慢的)比重超过最佳值,所 以熔化初始料的时间和电耗开始上升。此外,由于金属 混合料中有重的和致密的材料,所以使装满炉子工作空 间的装料系数下降。鉴于降低炉顶和炉壁衬层的耐用性 的险,这妨碍了使变压器达到全功率。因此,熔化期 和整个熔炼时间延长而能耗增加。这就是为什么进一步 增加第一批料中的炉料比例是不适当的原因。
按照获得最佳技术经济特征的条件,炉料和废金属 之比为1∶(0.1-20.0).若此比率超过1∶ 0.1,则由于有高密度和致密层的,易于将分散料块 焊成一体的炉料比例过高,使该方法的效果下降。后来 的熔化比形成此层的分散料块的熔化慢得多。
若此比率小于1∶20.0,由于金属混合料的重 量相当小,所以该炉料的积极效果下降。熔化速度比废 金属快的炉料形成飘浮于冷的废金属块上的熔体,使其 难以熔化。与此同时,已形成的熔体不足在炉床上形成 液体熔体层。这一事实妨碍了充分利用最大功率和早些 引入氧气。这又导致炉料熔化期的延长和能耗的增加。
随着将所述炉料置于废金属之上加剩余的废金属能 提高混合料的密实度,使电弧稳定,使该过程达到全功 率以及在第二熔化期和氧化期中使熔池沸腾。因此,渣 保持泡沫状,这改善了热效率以及防止炉衬被电弧幅射 以及为上升到全工业运行创造了可能。此外,在熔化和 氧化期持续的金属沸腾使气体和夹杂物排出并有利于生 产高质量的钢。
附图简述
通过参考附图将更详细地解释本发明,该图是本发 明的用于冶金转化的铸造机的一个实施例的示意性部分 图解。
实施本发明的最佳方式
铸造机包括链式运输机1,其上装有模腔,一种倾 注装置3,机架4和带有供应固态填充料的给料器的储 料器5,用于输送冷却介质,与喷嘴7相连的管线6, 支臂8,它带有中空的滚子9和重物10,重物装在支 臂上并可沿其纵轴移动。支臂的一端纹接在机架上的支 架11中,而其另一端则借助于枢轴地安装的滚子靠在 模腔上。
该铸造机的操作如下。装有生铁水的铁水包被送到 铸造机处,同时将球团供入带有给料器的料斗,打开给 料器的,然后球团进入锭模。输送速度与球团流量有 直接的比例关系。运送装有球团的锭模,然后注入生铁。 在浇铸生铁后的1-60秒中,模腔中的材料受到数值 为100-10000N/m2的力的附加作用。
从生铁浇铸完成到施加所述力时的时间间隔,如上 所述是根据注入条件所加的力的强度。 实施例1
用于制备半成品的本方法的实验是以不同的施加的 机械力在实验性铸造机上进行的,因此实验机采用了对 模腔中的材料不同强度的所述力和加所述力的不同的时 间和滚长与模腔工作长度的不同比率和滚的外径和模腔 宽度的不同比率。这些实验的结果列于表1。
                                     表1   实验号  铁的  温度  ℃  加力时间    秒  力的强度    N/m2   滚径与模   腔宽度之     比    滚长与模    腔长度之      比  锭的  重量   kg     锭中填充     物分布的   均匀性数目    现有    技术  1380     -     -      -      -  27.5       1     1  1260     1   1000     1.4     0.80  26.0       4     2  1380     20   100     1.35     0.85  25.5       3     3  1300     50   10000     1.25     0.90  27.0       5     4  1380     60   7500     1.1     0.95  26.0       4     5  1380     70   9000     1.9     0.7  25.0       2     6  1380     30   10000     1.5     1.0  27.5       1
对所进行的实验的分析表明,所要求保护的方法和 铸造机因而就能制成用于冶金转化的半成品的铸造锭, 它有均匀的均质的组成和球团在该锭块中的均匀分布( 4个数值是根据5-数值计算体系而得的)。 实施例2
本发明的方法在长35m,宽5.8m的铸造机上进 行,它有两台运输机,每台包括292个模腔。该铸造机 装有测量加入两台运输机的模腔中的块状铁矿石负荷的 装置。模制品在高12.5cm,截面积318cm2的 模腔中制成,其中,它们的运行速度为10cm/秒。 焙烧过的氧化的铁矿石球团和烧结块(块的尺寸为0.3 -3.8cm,即在模腔高度0.025-0.3的范 围内)被用作铁矿石材料。
与模腔截面积和运输机运行速度相关的生铁浇铸速 度被控制在(3-6)∶10的范围内。所注意到的是, 由于生铁浇铸的直线速度与模腔的移动直线速度之比超 过6∶10,所以生铁没有足够的时间去填充铁矿石材 料的固体颗粒间的所有空间,而且制成的模制品是多孔 的,而模制的块中生铁的分布不均匀。部分固体颗粒未 被生铁咬住,而且流出模腔之外,这导致了制成的模制 品是低质量的。
若直线速度比小于3∶10,那么混合料模制品随 生铁溢出,后者流入邻近的模腔中,这导致了模制品成 分的恒定性条件的破坏和模制的重量的增加。
在所进行的实验中,生产了1500吨以上的用于 炼钢的模制的混合料。每个模制品为31-33kg, 而且含20-25%(重量)的铁矿石材料而其余是生 铁。
将所生产的模制的混合材料于3、6、和100吨 电炉中和65吨平炉中重熔成钢。在所有的情况下,都 产生了积极效果:熔炼时间缩短30-50%,燃料消 耗减少14-25%,耐火材料消耗每吨钢减少1-2 kg,与用常规的混合料:废金属和金属化球团生产的 钢相比,钢的净成本下降。 实施例3
在用于转炉加料的冶金储器中,准备废金属和含2 0%球团和80%铁-碳合金(生铁)的半成品。
用于160吨转炉的固体混合料含25吨废钢和1 2吨该半成品;将其和135吨生铁水装入转炉中。造 渣组分的流量与仅用废钢作混合料时的12吨石灰、0. 2吨莹石、0.8吨矿石球团造渣剂的流量相同。按与 操作规程一致的常规方法吹炼一个炉次,而无渣和热条 件以及要求的化学成分的偏差。所生产的钢为CT20 碳钢级。在吹炼结束后将脱氧剂加入液体熔池,将金属 放入将运至连铸机的钢水包中。
液态金属的产率在常规熔炼的水平上,当在混合料 中仅用废钢时则为其87.4%。
用半成品代替废金属作冷却剂的实验性熔炼表明了 所述改变的有效性,同时提供了所需的熔炼的渣和热工 条件,与只用废钢作固体混合料进行的熔炼相比,含 量减少25%,镍含量减少29%。 实施例4
表2说明在形成一种比浮力大10%的机械负荷时 所施加的作用对用于冶金转化的半成品(一种铸造锭) 组份,因而对冶炼效果的影响。
                                       表2 编号 球团含量 %(重量) 由于球团堆而造成的氧 缺少,kg/100kg半成品 氧化期增加     分钟 半成品  堆 计划的   实际的    无负荷  1   25     17  8     2.10     8  2   25     15  10     2.60     10  3   25     18  7     1.80     7     负荷  4   25    25.0   -      -     无  5   25    24.7  0.3     0.06     无  6   25    25.0   -      -     无  7   25    25.0   -      -     无  8   25    24.8  0.2     0.04     无 实施例5
在100吨电弧炉中进行实验性熔炼。生产了一种 各向异性电工钢。废金属(切头,不合格的钢坯、和缓 冲废钢)和炉料以它们之间的各种比率用于金属混合料 组成中。
包含炉料和废金属的混合料分层放入料筐中,然后 加入炉中。加料以石灰1.5-4吨;烧结块2-4吨 供入,而且在各个冶炼期中,每个冶炼期加300-5 0吨莹石。在炉料熔化后,盛有炉料的料筐被加在废钢 之上。用炉顶氧气喷咀进行炼钢。若需要,在冶炼过程 中加烧结块和莹石。为生产炉料,将转化的生产和铁矿 石球团以其间(81∶84)∶(19-16)的比率 使用。对于样品1中的混合料的冶炼,生产了化学成分 如下的金属:C=0.18-1.00;Mn=0.1 0-0.20;P=0.009-0.016;S=0. 005-0.027;Cr=0.03-0.09;Ni=0.05-0.09;Cu=0.05-0.13。
精炼和预脱氧后,将金属放入钢水包中。
按本方法生产的电工钢的电冶金的技术和经济效果 示于表3,该效果是与常规冶炼作比较的(按20炉次 平均)。
                                      表3    编号  批次 配料中的炉料 含量(%(重量))   炉料与废金属   之比(按份)  每炉电耗  (千瓦时)   冶练时间   (时,分)   比较例   1     50     1∶1.0    51838     3-08     1   2     2     1∶30    51120     3-02     2   2     3     1∶20    49800     2-55     3   2     10     1∶5.4    48240     2-53     4   2     20     1∶0.8    47100     2-49     5   2     30     1∶0.2    46800     2-45     6   2     32     1∶0.1    47460     2-51     7   2     34    1∶0.007    49830     2-57
如人们可从该表中所见那样,所推荐的用于在电弧 炉中的冶炼方法,由于缩短了7-12%的熔炼时间, 减少了4-10%的单位能耗而改善了熔炼的技术和经 济效果。
可以理解的是,本发明不限于本文所述的和所展示 的说明,该说明仅被认为是实施本发明的最佳模式的说 明,而且它允许有形状、尺寸、零部件的布置和操作细 节的改变。本发明更倾向于包括所有的这些改变,它们 是在权利要求所限定的精神和范围之中的。
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