[发明专利]为金属熔池提供热能的方法

说明书

本发明涉及到一种向铁水熔池中提供热能的方法。

这种类型的工艺是通过熔池下面的喷嘴将固体碳喷入金属熔池，这曾在1986年10月份的MBM（Metal    Bulletin    Monthly，金属通报月刊）杂志第47～51页上有过披露。

以该方式喷入的碳与相当量的氧反应燃烧，但对于铁水溶池内有用热的量并无显著的增加，这是因为发生燃烧时所生成的反应热不相当于将燃烧阶段的反应气体（基本是CO）加热到铁水熔池的温度所需的热量。因此在已知的工艺中，从铁水熔池内逸出的主要成分为CO的反应气体要进行二次燃烧，而后通过布置在坩埚上方的炉料预热装置，将所要熔炼的铁基材料在加入坩埚（即熔炼炉）之前加到850℃以上的温度。

这就有可能显著地改善热效率的整体水平。

德国公开的专利说明书（DE-AS）No.2838983中披露了一种如开始部分所述的工艺，其中要以自由射流的方式向熔池表面进行附加吹氧。以这种方式，一氧化碳在气体空间的二次燃烧所产生的热量能再次回到熔池，废钢装炉量可以提高。

德国公开的申请（DE-OS）No2737441中介绍了一种连续加热最好是于废钢形成的铁水熔池的工艺，它是使铁水熔池流入与坩埚分离但却与其直接联通的加热室，并在加热室内向熔融金属供给固体碳和氧气。在这种布置中，碳能以可更换的成型物体（例如可插入熔池的电极）的形式进入金属液面之下的熔池，或者碳亦可通过一个终止于熔池表面之上或之下的竖管以最好是块状焦炭的形式加入熔池。在这种情况下，焦炭柱被来自加热室的热反应气体预热。

德国公开的申请（DE-OS）No29    33    133中披露了一种向金属熔池（特别是钢水熔池）中添加尤其是细碎添加料的工艺，其中添加料在不用粘接剂的条件下被真空密封在金属板容器内，并以此形态加入熔池。添加料可以是调节金属熔池化学成分的合金添加剂，也就是说，例如对于钢水熔池，可以是铁合金、硫、煤、矿石和用于镇静目的的铝。由于装入金属板容器的粒状添加料是真空密封的，所以当容器熔化时，熔融材料被吸入颗粒之间，结果是因此而使熔融材料和添加料之间有极好的接触。

本发明的目的是增加熔池热量的供给，并因此使熔炼更高比例的固体金属材料（特别是固体铁基材料）成为可能。

本发明是一种向金属熔池内提供热能的工艺，它是将固体碳和所要熔炼的固体金属材料装入容有金属熔池的熔炼坩埚，并且通过至少一个喷嘴和（或）至少一种喷枪向留在坩埚中的残余熔融金属或装入坩埚的金属熔池吹入氧气，其特点是碳是装在金属板容器内加入坩埚的，而金属板材质的选择是使其熔点处于金属材料被熔化成熔体的温度范围，并且在吹氧时金属板容器被其上的固体金属材料向下压入金属熔池，另一特点是碳是装在金属板容器内加入坩埚的，而金属板容器的熔化过程及装在金属板容器内的碳的开始溶解点可通过选择金属板容器的材质和可能的板厚进行控制，同时顾及金属熔池的预期成分。

本发明基于下述概念：

为了提供热能而加入坩埚的碳在熔池内尽可能完全地溶解，也就是说，它将转化为Fe₃C，随着氧气通过液下喷嘴或通过直接吹向熔池表面的喷枪或喷嘴吹入熔池，而使能量在熔池内直接转换，从而提高碳的利用率。碳在熔池中的溶解尤其取决于熔池的含碳量、熔池的温度、煤与熔融材料相接触时的温度、以及煤与熔融材料的接触时间。

如果使用载气将冷态煤通过液下喷嘴喷入钢水熔池中，那么既使是在高温、并且熔池内的碳含量也很低的情况下，也就是说，根据铁碳相图碳能很快溶解的条件下，喷入的碳也只有部分溶解，因为当碳随着载气加速上升时和在熔池中短暂停留的过程中，在碳流通过的区域，熔池局部急剧冷却，并且在该处熔池的碳含量增加，也就是说在碳流通过的区域，碳的溶解度下降。结果大部分碳未与铁发生反应即脱离了熔池。

根据本发明的工艺，装在添加到坩埚中的金属板容器内的碳并非立即与熔融金属接触，而只有当该金属板容器熔化后才接触。通过选择金属板容器的材质及其板厚，有可能控制在吹氧操作开始后碳与熔融金属相接触的时刻，从而有可能控制熔池条件，即碳含量足够低和温度足够高，使碳在熔池内有良好的溶解度。在金属板容器彻底熔化的同时，容器内的碳无论如何也被加热至与其金属板外壳熔化温度几乎相同的温度，因此在碳与已达到预期溶解条件的熔池接触时，它的温度几乎与熔池相同，在该处不会再产生任何冷却效应。这一点非常重要，因为例如当碳在上述温度下溶于钢水时，其比热约为钢水熔池的两倍。