[发明专利]最低化耗能的多功能电弧炉系统及制造钢产品的制程

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁工业领域中的电弧炉炼钢技术，具体地，涉及一种具有冶金盛桶炉的系统。

背景技术

大约15年前起，全世界开始利用真空电弧脱气系统制造具有严格限定范围的合金、气体、颗粒尺寸与内含物的钢材。于此系统中，钢材由电弧炉(electric arc furnace)汲出，接着以低真空、涤洗气(purging gas)、及交流电加热电弧铸造进行处理。当钢材已经过低真空与涤洗气处理，则于石墨电极与所述熔融钢材的大量沸腾的表面之间进行交流电加热电弧铸造。此种系统通常指真空电弧脱气系统。此方法已制造出数百万吨的钢，时至今日仍持续地生产大量吨数。此方法具有现有可比系统无法达到的优势，包括在正或负10℉下以任何所需时间(由锅炉出炉(tap)起算可达至少八小时长)进行铸造的能力。因此，可由一个仅50吨的电弧炉制造出一个100吨的锭块，且总有充裕的时间应付计划中或非预期的下游延误，从而避免将熔体重新送回所述电弧炉。

然而，在此种系统的正常操作期间，所述系统的产量受制于电弧炉操作时间，在大多数设备中，对于单一熔炼体(heat)的操作时间可达4至4.5小时，因为大量炼钢是在所述电弧炉中进行；换言之，在废钢熔融并到达出炉温度很长时间之后，所述钢材残留于所述电弧炉中。

随着炼钢业者对于使用传统电弧炉技术要降低成本及提高生产率的压力增加，相较之下，已舍弃长时间的电弧炉炼钢技术，而支持可达到相同的最终成果的较短循环操作。

在过去15年来，冶金盛桶炉(ladle metallurgical furnace)系统开始取代传统电弧炉及真空电弧脱气炼钢技术。在冶金盛桶炉系统中，电弧炉被限制成几乎是仅有的熔融设备，且大多数炼制钢材延迟至下游操作。在相同尺寸的锅炉进行传统电弧炉炼钢需4至4.5小时的时间，相较之下，在此种系统中的电弧炉可在约2小时或更短的时间内让粗废料(及早期石灰与碳添加物)到达出炉温度，从而缩短了锅炉中废料的停留时间(dwell time)。使用较大的电极亦可降低锅炉停留时间。在一特定例子中(的后会更详尽地描述)，自入料开始至出炉结束的锅炉停留时间，可由4至4.5小时降至2小时或更短。

发明内容

本发明涉及电弧炉炼钢，具体地涉及具有冶金盛桶炉的系统，与类似的系统相较，此系统制备每单位钢材所需输入能量较低。本发明特别涉及以仅受限于电弧炉最大熔融能力的速率来制造合金钢材。另外，无须经修改，本发明就可适用于目前钢铁工业中的几乎任何终端应用，从连续铸造到以任意产制顺序的制造广泛不同组成物中的单一特定的熔体。

举例而言，本发明能于单一电弧炉系统中产制多达四种不同类型的钢材(即不同钢材等级)，无须放慢或延迟熔炼体的加工顺序，无须考虑于炉役(campaign)中所制备的不同钢材类型的数目或任意次序。因此，所述系统系生产至少非真空电弧重熔钢、真空电弧重熔钢、真空加氧脱碳非真空电弧重熔钢、及真空加氧脱碳真空电弧重熔钢。

本发明可实现生产率提升，藉由降低所述熔融钢材接触系统组件时的散热，利用从熔体转移的热量对溶体进行熔解，以及将条状锭块(当其仍为烫热时)迅速配置入加热锅炉以加热所述最初部分加热的锭块达变形温度，以利后续锻造操作。

欲降低因散热所造成的热损失，可藉由预热所述金属接触单元的选定的组件而达成。例如，藉由预热所述出炉盛桶至其耐火衬里接近约2000℉，接着，利用耐火盖板延缓所述出炉盛桶的冷却速率，所述耐火盖板施加于出炉盛桶的上端开口直到出炉的时间点前，使得在出炉步骤期间所出炉的金属的冷却可达最小化。

于一次出炉至下一次之间，藉由转移少量但有效的熔融钢材可进一步降低所述系统的热能输入。因此，例如，假设由空的电弧炉开始，目标是浇铸75吨熔融金属，则需要将大约80-85吨固体废料饲入电弧炉。在熔融后，包含75吨熔融金属的熔体会被出炉至出炉盛桶中。

在完成出炉及所述电弧炉回归直立位置后，所述炉盖由炉身移开，将大约75吨固体废料饲入至上一次的熔体所残留的约10吨熔融钢材中。所残留的熔体加上来自废料入料桶的车屑(turnings)将形成烫热金属的贮藏槽，其会吞入并接着以较快速率熔融所述废料热顶及其它电弧炉入料中的大碎片(与在第一次废料饲料桶清空到所述电弧炉前，所述炉身完全清空的状况相比较)；与假如在大碎片可开始导热前，边角废钢(bushelings)及其它废料小碎片必须由固态转为液态会发生的情况相比较，所述残留溶体会围绕并可更快地移转导热至所述较大的废料碎片上。