專利名稱：：生產(chǎn)鑄鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明關(guān)于用廢鐵和/或廢鋼生產(chǎn)鑄鐵的方法，本發(fā)明特別導(dǎo)向一種在沉浸電弧爐中用廢鐵或廢鋼作主要鐵源生產(chǎn)鑄鐵的方法。發(fā)明背景用作鑄造和煉鋼的鑄鐵，是在制鐵工業(yè)中用多種方法生產(chǎn)出來的。所用的方法通常取決于輸入材料和鑄鐵的潛在用途。一種生產(chǎn)鑄鐵的方法采用標(biāo)準(zhǔn)的立式圓頂爐。多種鐵源如廢鐵、廢鋼和生鐵垂直進(jìn)入爐中由燃燒焦炭作燃料、并鼓入空氣。加到爐中的裝填物通常包括若干添加劑，如加入硅鐵以增加硅含量，加入如石灰石類的爐渣成形材料以除去硫類的雜質(zhì)。用這種方法生產(chǎn)的鐵通常含有約1～3％的硅和約2～4％的碳。立式圓頂爐的不足之處在于采用純硅氧化劑導(dǎo)致30％的可用硅通過氧化而損失并排放在爐渣中。通常僅有70％的可用硅與鐵結(jié)合。由于硅是鑄鐵的基本元素，硅鐵中的硅容易與鐵結(jié)合，因而常常以硅鐵形式加入。而硅鐵是昂貴的硅源，所以通過氧化而損失的硅可大大增加生產(chǎn)成本。立式圓頂爐在很多方法中是需要的，這是由于它的能量效率高，并要求較低的資金投入。圓頂爐也易于用單個設(shè)備進(jìn)行大批量生產(chǎn)，并可連續(xù)進(jìn)行裝料和排出工序。由于熔化的鐵和鋼的熔液通過熱焦炭上方并熔化了碳，因此在圓頂爐中碳很容易與鐵結(jié)合并可被很自然地攝取。生產(chǎn)鑄鐵的現(xiàn)實性部分取決于所用方法的效率和裝填材料的成本。廢鐵和廢鋼的成本取決于若干因素鐵含量、必要的和不必要的合金成分量和顆粒尺寸。非常細(xì)小而重量輕的廢鋼鐵如鐵屑或切削物的成本通常比較重的廢料要小，所以要求盡量采用輕的廢料。在圓頂爐中使用輕的廢料要求進(jìn)行團(tuán)聚或燒結(jié)，這是因為存在于圓頂爐中的氣體體積太大，不能裝入大量的料。非常細(xì)小或重量輕的鐵廢料將收集在集塵室或洗滌塔內(nèi)，從而導(dǎo)致鐵回收低，因此增加了操作成本。鑄鐵亦可由電感應(yīng)爐方便而經(jīng)濟地進(jìn)行生產(chǎn)。在電感應(yīng)爐中，可能是鐵廢料、鋼廢料和生鐵之類的裝填料送入爐子熔化，然后將包含硅、碳和包含鐵的爐渣成形材料的添加劑裝入。鐵裝填料由渦流電流加熱，渦流電流是由交流電流過環(huán)繞裝填料的線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的。通常加硅是用硅鐵、加碳是用低硫含量的石墨材料。產(chǎn)品鐵通常含有1～3％的硅和2～4％的碳。電感應(yīng)爐的缺點是僅限于批量生產(chǎn)法，其中單臺設(shè)備的生產(chǎn)能力通常為每小時生產(chǎn)少于20噸。此外，由于批量方法的效率低，耗費了相當(dāng)貴的電能。另一些缺點包括中等到高的難以控制的成本、高資金投入、高的勞動力成本、硅鐵和碳化物添加劑的成本高和受限制的規(guī)模生產(chǎn)能力。另一種生產(chǎn)鑄鐵的方法是在沉浸電弧電爐中熔化鐵礦石。沉浸電弧爐具有直接熔化礦石生產(chǎn)出鐵中所要求的碳和硅的含量，用電弧加熱并同時由焦炭和煤那樣的含碳還原劑進(jìn)行金屬氧化物的碳熱化學(xué)還原。這樣安排允許電弧和裝料之間的有效的熱傳導(dǎo)。然而，沉浸電弧爐的加熱性質(zhì)要求控制裝料的導(dǎo)電性，從而使電極及時地沉浸到裝料中而又避免電極中的過量電流，過量電流會使電極過熱。鐵礦具有低的導(dǎo)電性，這使它適于在沉浸爐中熔化。過去在沉浸爐中生產(chǎn)鑄鐵已限于使用粉狀、團(tuán)塊或顆粒形式的鐵礦來作為主要鐵源。利用沉浸電弧爐以熔化鐵礦的一個例子公開在授與威納特的美國專利No.4,613,363中。通常的利用沉浸電弧爐來生產(chǎn)鐵的方法的缺點是生產(chǎn)鐵的礦石的碳熱還原要求大量的電能，因此增加了成本。另外，生產(chǎn)鑄鐵廣泛采用的方法(圓頂爐和感應(yīng)爐)要求比較昂貴的起動材料，諸如厚鍍層熱浸鍍鋅鐵皮或廢鋼；還要求如碳化硅或硅鐵那樣的還原前的碳源，它們是比較昂貴的硅源。所有這些特性均對用這些先有的方法來生產(chǎn)鑄鐵構(gòu)成限制。因此制鐵工業(yè)一直要求有一種經(jīng)濟而有效的方法來生產(chǎn)鑄鐵。發(fā)明概述因此，本發(fā)明的目的是提供一種采用易于得到的便宜的輸入材料生產(chǎn)鑄鐵的有效而經(jīng)濟的方法。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種采用廢鐵和廢鋼作為主要鐵源來生產(chǎn)鑄鐵的方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種在沉浸電弧爐中生產(chǎn)鑄鐵的方法。本發(fā)明還有一個目的是提供一種在沉浸電弧爐中熔化廢鐵或廢鋼的方法。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種同時熔化硅石和熔化廢鐵或鋼以生產(chǎn)鑄鐵的方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種生產(chǎn)鑄鐵的方法，其中基本無爐渣形成。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種在沉浸爐中熔化廢鐵或鋼并增加生產(chǎn)鑄鐵的鐵的硅和碳的含量的方法。本發(fā)明的上述及其它目的基本可采用一種生產(chǎn)鑄鐵的方法來達(dá)到，該方法包括的步驟是將裝填料輸入到沉浸電弧爐內(nèi)電極的周圍，裝填料包括鐵源混合物，硅源和含碳還原劑，鐵源包括廢鐵或鋼，向電極供給電能以在電極之間產(chǎn)生電弧，用電極之間的電弧加熱爐中的廢鐵或鋼、硅源和含碳還原劑以熔化廢鐵或鋼，從而生產(chǎn)鑄鐵。本發(fā)明的方法能利用便宜的廢鐵或鋼在沉浸爐中生產(chǎn)鑄鐵，同時控制碳和硅的含量并基本上無爐渣形成。硅源在具有含碳還原劑的情況下還原成硅以增加和修改鑄鐵中的硅含量。含碳還原劑產(chǎn)生融化在鐵或鋼中的碳。本發(fā)明的目的，優(yōu)點及杰出的特性將以下面參照附圖的描述、公開本發(fā)明的優(yōu)選實施例看得更清楚。附圖概述參見構(gòu)成原始公開一部分的附圖圖1是本發(fā)明一個實施例的方法中所用沉浸電弧爐部分剖面?zhèn)纫晥D。本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明的方法基本包括將作主要鐵源的廢鐵或鋼、硅源、既作為鐵的碳源又作為還原劑的含碳材料送入沉浸電弧爐以生產(chǎn)鑄鐵。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，一氧化硅或硅石源是主要的硅源。電弧在爐中產(chǎn)生的熱量使含碳的還原劑還原硅石成硅，由鐵和還原劑的碳一起吸收。在優(yōu)選實施例中，該方法是在具有含碳還原劑的情況下同時熔化鐵源和熔化硅石源的連續(xù)進(jìn)行的方法。這里所使用的鑄鐵通常定義為一種鐵產(chǎn)品，含硅的重量含量至少約為0.05，碳的重量含量至少約為0.01。鑄鐵的種類包括各種鐵的混合物，如包括生鐵、灰口鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和鑄鐵。本發(fā)明生產(chǎn)的鑄鐵可按照鐵的用途直接使用而不必再進(jìn)行加工來生產(chǎn)要求的產(chǎn)品。在進(jìn)一步的實施例中，所產(chǎn)生的鑄鐵能進(jìn)一步加工以修改它的組份和鐵的性質(zhì)，如煉鋼。在本發(fā)明的實施例中，生產(chǎn)的鑄鐵包含約0.05～9.5％的硅和0.01～4.5％的碳，其余為鐵，并含有少量雜質(zhì)如硫、磷、鎂、鋁、鎘、鈦和其它金屬。這里所指的百分比除另有說明外是指重量百分比。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，鑄鐵優(yōu)選包含約0.05～9.5％的硅、最好為約0.5～4.0％的硅和2.0～4.0％的碳。典型的鑄鐵包含少于3.0％的硅、約2.0～4.0％的碳和1.0％的硫、磷、鋁、鎂、鎘和其它雜質(zhì)。最好鑄鐵包含硫重量上少于0.10％。在實施例中，鑄鐵重量上包含約0.25～3.0％的硅。在進(jìn)一步的實施例中，鑄鐵重量上包含約2.0％的硅。參見圖1，示出了一種實施本發(fā)明方法的合適的沉浸電弧爐。該沉浸電弧爐10包括一個底襯或爐壁12、側(cè)壁14和頂或頂壁罩16，它們限定一熔化區(qū)18、并用收集系統(tǒng)收集和除去灰塵、煙霧、氣體。在頂16上設(shè)有入口20，用以將裝填或輸入材料通過輸送設(shè)備或輸送裝置26送入爐10。在另一種輸入系統(tǒng)中，裝填材料如現(xiàn)有技術(shù)一樣由機械漏斗裝置型式直接倒入現(xiàn)有裝填裝置的頂部。一個或多個排放口22開在側(cè)壁14上，從熔化區(qū)18排出熔化的金屬28。在側(cè)壁14上也可開出熔渣排放口24，從熔化區(qū)18導(dǎo)出熔渣30。爐10的殼34可由水膜(未示出)冷卻。噴水圈可放置在側(cè)壁頂部法蘭的正下方，從而使將水收集在側(cè)壁底部的溝槽內(nèi)。在本發(fā)明的實施例中，頂或頂壁能在其縱向裂開，以允許裝載材料裝到爐子的任何點。三個交流電極36穿過頂16伸入熔化區(qū)18，電極通常排成三角形。在圖1的實施例中，示出了兩個電極，第三個電極位于所示電極的后面。電極36可獨立控制以有選擇地調(diào)節(jié)它們在爐中的垂直位置，并防止過量電流。正如先有技術(shù)中已知的電極36可升降以改變電弧長度。該爐子是典型的三相交流電爐，供電電壓可從30～300伏選擇，最大電流約為每相100000安培。如先有技術(shù)一樣，電極可以是石墨電極、預(yù)焙碳電極、連續(xù)自焙或自焙碳電極。電極最好是如已知的一樣的各種形式的碳電極。排放管32從爐子上方的蓋16上伸出，以收集本方法的熔化階段排出的燃燒氣體、灰塵和煙霧。排放氣體裝到布袋收塵室，在排放到大氣中之前清潔氣體。布袋收塵室中收集的固體以通常的方式再循環(huán)、處理掉或拋棄掉。一種合適的沉浸電弧爐的例子是由挪威的奧斯陸Elkem技術(shù)公司生產(chǎn)的。在進(jìn)一步實施例中，該沉浸電弧爐可是直流(DC)電弧爐，它如先有技術(shù)一樣只有一個電極沉浸，裝有合適的回路電極，等離子體沉浸爐或交流電沉浸電弧爐至少具有兩個電極。由于該沉浸電弧爐可使裝填材料連續(xù)送入爐子并且將熔化的金屬從爐子下部區(qū)域倒出，因此可連續(xù)生產(chǎn)鑄鐵。該方法可大大提高生產(chǎn)率，同時仍可控制輸出速率和輸出的鐵的組份。正如先有技術(shù)中一樣，合適的輸送設(shè)備、漏斗裝填系統(tǒng)或裝填管均可用于將裝填材料連續(xù)供給爐子。按照爐子的結(jié)構(gòu)情況可將爐子設(shè)計成工作功率范圍從約1兆瓦到約100兆瓦。通常交流電爐每生產(chǎn)一噸鑄鐵產(chǎn)品約需600千瓦時的電能輸入。按照裝載的材料，產(chǎn)品特性和爐子結(jié)構(gòu)的不同，交流沉浸電弧爐生產(chǎn)生鐵時每生產(chǎn)一噸生鐵需要的電能輸入率在500～1400千瓦時之間。本發(fā)明的方法最好在交流沉浸電弧爐中進(jìn)行，爐子的輸入和功率量級做成電極的頂部埋入爐中輸入材料床若干英尺，并在熔化金屬池的池鐵漿的約一英尺內(nèi)。在這種方法中，電弧區(qū)做成靠近金屬池或熔池，爐子操作到保持爐內(nèi)熔化合金溫度在約2100°F～3200°F之間。在優(yōu)選實施例中，爐內(nèi)的溫度保持足夠高以允許熔化金屬適當(dāng)過熱，從而易于倒出和流出或處理。電極的頂部沉浸在材料中，產(chǎn)生的電弧靠近熔化的材料，對未處理的材料提供了良好的熱傳導(dǎo)，這是由于來自電弧和熔化金屬的輻射，和由在裝載床下部碳和金屬氧化物及硅石的化學(xué)反應(yīng)連續(xù)產(chǎn)生的熱一氧化碳?xì)怏w的對流而提供的。標(biāo)準(zhǔn)的沉浸電弧爐包括一自我保護(hù)機械或控制系統(tǒng)，用以自動從裝填物中自動升起電極，從而防止過度的電極電流。過度的電極電流在裝填材料的導(dǎo)電性增加到臨界值以上時會產(chǎn)生。當(dāng)電極隨著裝填材料導(dǎo)電性的增加而從裝填材料中抽回時，靠近爐缸的溫度下降，如果時間較長，可導(dǎo)致加熱不夠、不適當(dāng)?shù)乃槠刍凸枋牟煌耆刍Ｑb填材料床的高度和導(dǎo)電性使電極可插入的深度做成電弧在金屬池上方約一英尺處形成，這是很重要的。獲得滿意的沉浸或沉浸電弧爐的電極穿入爐子的裝載床取決于若干因素，這些因素包括裝填材料的特殊電阻率，它們的物理尺寸、它們的混合分布和爐子選擇的工作電壓。選擇工作電壓用以補償電壓、電流和裝載材料的電阻之間的關(guān)系，從而使電極較深地沉浸到裝載材料中。通過改變輸入材料和材料的尺寸可改變裝料床的電阻，從而使工作最佳化，以獲得在給定電壓下電極在裝料床內(nèi)最深的穿入。生產(chǎn)每噸鐵合金要求的電量主要取決于裝填的金屬材料的氧化或還原程度，達(dá)到要求或標(biāo)的組份所要求的硅石和其它氧化物的量、電極沉浸操作的最佳化和爐子操作者的技術(shù)水平。包含約0.5～4％的碳和約0.25～2.5％硅的合金一般每生產(chǎn)一噸合金要求約500～650千瓦時的電能。較高百分比的硅和相應(yīng)較低百分比的碳的情況下的要求是對高非氧化鐵源來說，在合金中硅含量在2.5％以上每增加1％的硅，要增加10千瓦小時的電量。構(gòu)成送入沉浸電弧爐的裝填材料的原料最好在送入爐中之前進(jìn)行混合。另外不同成份的裝載材料可在控制的速率和要求的比份下從獨立的輸入裝置同時送入爐中。生產(chǎn)出的鑄鐵的組份取決于裝填材料的組份和爐中出現(xiàn)的化學(xué)還原的程度。裝填材料包括包含廢鐵或廢鋼的鐵源、及以后還要詳細(xì)討論的硅源和含碳的還原劑。通常硅石是主要的硅源。在優(yōu)選實施例中、鐵的熔化和硅石的熔化基本是在不具有氧氣輸入或氧化劑和不具有構(gòu)成材料的廢渣的情況下進(jìn)行的。廢鐵和廢鋼是金屬工業(yè)中已知的可以得到的商品，各種類型的廢鐵和鋼的市場價格和等級定期在如《美國金屬市場》類的各種工業(yè)出版物上出版。已知的廢鋼鐵是按金屬微粒的尺寸和組份來分級的。例如一種類型的廢鋼定義為“廢鋼2′Max”本發(fā)明所用的合適的鐵源包括研磨級、直接還原鐵(DRI)，熱團(tuán)塊鐵(HBI)，碳化鐵，鐵屑、鋼切料、破碎汽車鋼和鋼罐，以及它們混合物。廢鋼鐵的組份將影響成品鑄鐵的組份。為了提供所要求的輸入和輸出組份，可在送入爐子之前用多種等級的廢鐵源混合，這些鐵源至少包括50％、優(yōu)選75％、最好為90％重量的廢鐵或廢鋼。鐵源能完全基于廢鐵或廢鋼。為了增加和減少最終鑄鐵組份中各種合金金屬的百分比，可將廢鋼鐵與其它鐵或鋼混合。例如，直接還原鐵(DRI)和熱團(tuán)塊鐵(HBI)通常含鐵約90％，它們中如銅那樣的不必要的殘留元素含量低。加上它們能增加鑄鐵的鐵含量，因此它們攙入合金金屬并減少如銅、鎘和鎂那樣的不必要的金屬的百分比，這些不必要的金屬在其它裝載材料如用以生產(chǎn)鑄鐵的廢鋼中已經(jīng)具有了。與廢鐵或廢鋼聯(lián)合的材料的量和類型部分地由利用它們的成分的爐子的效率和送入材料的相對成本來確定。例如重的鋼廢料在不必要的殘留元素方面是低的，但它與鑄鐵屑或鋼切削料相比是昂貴的，因此從殘留元素來說使用大量的重的廢鋼是必要的，但從經(jīng)濟的觀點來說通常又是不必要的。通過比較，鋼切削料與重鋼廢料比在顆粒尺寸上比較小，并且便宜，它通常包含高量級的殘留元素。采用沉浸電弧爐允許使用非常小尺寸的廢舊材料，與重廢鋼比是不貴的，因此它具有超越用其它生產(chǎn)方法來生產(chǎn)鑄鐵的經(jīng)濟上的優(yōu)點。裝填材料的顆粒尺寸雖然沒有絕對的限制，但對獲得恰當(dāng)?shù)募訜岷蛷U料的熔化是重要的。廢鋼鐵任何一個尺寸通常為60厘米或少于該尺寸。廢鋼鐵的合適尺寸約等于或少于25厘米。在另一個實施例中，廢鋼鐵的顆粒尺寸約為少于0.5厘米。選擇輸入材料的顆粒尺寸應(yīng)是容易處理和裝入爐子，不在電極之間或電極和爐壁之間形成搭接的情況下熔化。按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的沉浸電弧爐能夠處理如鑄鐵屑和鋼切削料最大尺寸約為0.25英寸的小顆粒尺寸廢料，在沒有如壓塊或團(tuán)聚那樣的預(yù)先的工序的情況下通常方法是難以加工的。例如，研磨級及研磨廢料通常為6英寸或更小，DRI/HBI的最大尺寸約為1-1/4～6英寸。廢鋼鐵的顆粒尺寸范圍可從很細(xì)小的顆?；蚣?xì)屑到大塊的。為了避免搭接，尺寸上限通常是在交流沉浸電弧爐中是面對面地放在電極之間，在直流沉浸電弧爐中是面對面地放在電極和爐壁之間。與鐵礦石相比，廢鋼鐵具有高導(dǎo)電性，因在本方法中采用廢鋼鐵作鐵源必須選擇和控制輸入材料的導(dǎo)電性和電阻率，從而使電極能深度沉浸。輸入材料的電阻率可通過選擇它們的顆粒尺寸和材料類型來修正。減少輸入材料的顆粒尺寸增加了它們的電阻率。最有效的尺寸將取決于它固有的電阻率，以及依賴于裝填材料顆粒尺寸的從爐子裝料到廢氣通道的透氣性。在選擇裝料顆粒尺寸時也要考慮減少顆粒尺寸的加工成本。在優(yōu)選實施例中，雖然能加入少量鐵礦石能修改進(jìn)料的電阻率，但進(jìn)料中基本不含有鐵礦石。高氧化的研磨廢料或電阻高的鐵源也可用來修改電阻率。裝填材料也包括如硅石、硅石源或可還原形式的二氧化硅。硅石是優(yōu)選的硅源。二氧化硅源是商業(yè)市場可買到的材料，它在沉浸電弧爐中在具有含碳還原劑同時具有熔化的廢鋼鐵的情況下可以熔化并還原成硅。硅在直接與鐵聯(lián)合的情況下能生產(chǎn)出來。在優(yōu)選實施例中，硅源是高純度石英石。在另一個實施例中，正如現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它來源亦可采用，如含硅礦，廢棄殘留料和用水洗過除去粘土和雜質(zhì)的沙子。通常，裝填料基本不含有硅鐵或碳化硅。在優(yōu)選實施例中，硅源中至少應(yīng)含有98％重量的硅石。雜質(zhì)最好除去以避免在爐中形成礦渣，因為礦渣會增加熔化裝填料的電能要求。在優(yōu)選實施例中用作主要硅源的石英石基本上不含有粘土和其它如金屬氧化物類的額外材料，這些材料將會有助于形成不需要的爐渣，并對具有微量金屬的產(chǎn)品鑄鐵產(chǎn)生不需要的污染。石英石通常是大小均勻的高純度的晶體顆粒或壓碎的晶體，它們至少含95％的硅石。硅源的顆粒尺寸由爐子電極的特殊尺寸、進(jìn)料在爐中的滯留時間來決定的，滯留時間應(yīng)確保在具有還原劑的情況下完全還原成硅。通常石英石做成4英寸或少于4英寸的顆粒尺寸，當(dāng)然大爐子可用大的顆粒。硅石源最好含有約少于0.5％重量的鋁、鎂、鋅和鈦的氧化物。這些金屬中的一些金屬如鋅，可以被氧化，并由通過爐子的空氣或氧氣流除去，收集在布袋集塵室中。其它金屬氧化物在爐中被還原成金屬，與鐵結(jié)合。與進(jìn)料一起加到爐中的硅源的量由最終產(chǎn)品要求硅的含量的理論計算來確定。所加的硅源量也基于化學(xué)當(dāng)量的計算，該計算考慮計算出的廢鋼鐵和其它進(jìn)料中的金屬的硅含量和在硅石還原成元素硅時由于預(yù)計的揮發(fā)而產(chǎn)生的計算損失?？杉庸柙吹牧考s為廢鋼鐵重量的0.01～20％，通常約90％或更多的硅與鐵結(jié)合而其余的硅作為硅石煙霧損失，如果形成的話亦作為爐渣損失了。經(jīng)驗證明，當(dāng)生產(chǎn)含硅3％或更少的合金時，通常硅的回收率大于90％。含碳還原劑可是任何在爐中能將硅石還原的碳源。合適的含碳還原劑的例子包括木炭、炭煤、煤、象石油那樣的焦炭或瀝青焦炭、木片和它們的混合物。優(yōu)選的含碳材料具有高的固定的碳含量，并具有低灰份含量，低濕度，代氧化鈣和氧化鋁量級、低硫和磷量級。在優(yōu)選實施例中的含碳材料還具有高活性和高電阻。一種優(yōu)選的含碳材料是剝皮的、由橡木那樣的硬木制的硬木片。木片提供了將硅石還原成元素硅的碳源，并提供了一種減少爐中裝填料的電阻率的裝置，這樣電極可深深地插入沉浸電弧爐以保持熔化廢料和硅石所需要的溫度。進(jìn)料中可含有約含鐵重量5～40％的含碳還原劑，最好至少含有5％含碳還原劑。加到進(jìn)料中的含碳還原劑的量是由通過計算化學(xué)當(dāng)量來確定的，該化學(xué)當(dāng)量包括需要將硅石還原成硅的固定碳的量及需要提供給產(chǎn)品鑄鐵要求的碳含量的游離碳的量。理論計算是基于煤、炭煤、焦炭、木片或其它含碳還原劑的固定碳含量按冶金工業(yè)中已知的標(biāo)準(zhǔn)計算法進(jìn)行的。含碳還原劑的量，類型和顆粒尺寸影響進(jìn)料的電阻率。例如，由于優(yōu)選的炭煤與焦炭或煤相比具有較高的電阻率，因此大量用作增加電阻率。本方法可在完全不用焦炭的情況下進(jìn)行。含碳還原劑的顆粒尺寸是按照進(jìn)料的組份、活性、和進(jìn)料的電阻率或?qū)щ娦詠磉x擇的。合適尺寸的木片通常最大尺寸約為6英寸或更小一些。合適尺寸的冶金級焦炭約為1/2英寸或更小一些。煤通常約為2英寸或更小，而炭或炭煤的最大尺寸約為6英寸或更小一些。裝填材料最好僅含有少量的硫、磷、鈣、鋁、鎘、鋅和鑄鐵合金不必要的其它合金。采用僅具有少量雜質(zhì)的裝填材料僅會有少量或沒有雜質(zhì)形成。操作基本沒有爐渣的沉浸電弧爐具有一附加的優(yōu)點，由于很少或沒有爐渣將熔化的鐵和進(jìn)料隔開，因而熔化鐵的熱量預(yù)熱正在裝入爐中的進(jìn)料。通常無論如何應(yīng)避免爐渣形成，因為爐渣的存在增加能量消耗并減小了廢料熔化和硅石還原成硅的效率。過度的爐渣形成也阻止輸入材料流到爐子加熱區(qū)，并增加了進(jìn)料在爐中搭接的可能。在進(jìn)料含有大量硫或雜質(zhì)的實施例中，可按需要加入爐渣成形成分，合適的爐渣成形成分包括石灰石(碳酸鈣)、石灰(氧化鈣)或氧化鎂，當(dāng)然也可使用現(xiàn)有技術(shù)中的其它爐渣成形成分。當(dāng)有效操作需要時，可采用顆粒尺寸小于3mm的石灰。在優(yōu)選實施例中，生產(chǎn)鑄鐵的方法是在沉浸電弧爐中不用鐵礦和焦炭的情況下進(jìn)行的，通常生產(chǎn)鑄鐵產(chǎn)品的溫度約在2100°F～3200°F之間，爐渣重量少于0.1％，而用沉浸電弧爐的傳統(tǒng)的鑄鐵的爐渣重量為1～10％。通常，鑄鐵是在沒有爐渣的情況下生產(chǎn)的。在下面非限制性的例子中公開了本發(fā)明方法的實施例。示例1～12來自于清潔的沖剪鋼和具有少量表面氧化物的剪板塊的廢鋼與焦炭、石英石和木片混合，為每個樣品生產(chǎn)進(jìn)料混合物。廢料的金屬分析如表1所示。石英石是洗過的高純度的西班牙石英石，顆粒尺寸少于3mm。焦炭是冶金焦炭微粒，顆粒尺寸少于3mm。木片是挪威橡木的，其平均顆粒尺寸約為75×50×15mm。廢料的顆粒尺寸平均約為25×5×4mm。木片約占固定碳重量的17％，在例1～8中焦炭約占固定碳重量的93％，在例9～12中約占86.5％。表1</tables>樣品1～12的進(jìn)料混合比如表2和3所示。表3中的木片、焦炭和石英石的百分比值是以廢鋼重量為基礎(chǔ)的。表2</tables>表3樣品1～2所用的爐子是挪威Elkem技術(shù)公司制造的實驗室試驗性沉浸電弧爐。該爐子是兩電極單相交流爐，具有的變壓器額定功率為300KVA，最大電流3000A，并具有級差為1.5V的15～150V二級電壓分接頭。爐子的最初起動是由往爐中裝填16公斤廢鋼和5公斤焦炭并將電極下降到接觸廢料完成的。通電以熔化廢料，將混合的進(jìn)料裝入爐中，以保持爐子的一半填裝廢料。排放出熔化的金屬并進(jìn)行分析。每個樣品的分析情況如表4所示，爐腔的出鐵溫度約為1250～1550℃。表4</tables>這些樣品表明，石英石與廢料同時熔化。產(chǎn)品鐵的碳和硅的含量與裝入的硅石和固定碳成比例。例13計算機模擬操作包括進(jìn)料混合物包含2000磅廢鐵、100磅木片、85磅煤、20磅焦炭和75磅的石英石，將它們裝入交流沉浸電弧爐，合金生產(chǎn)的速率為每小時72.590噸。預(yù)定輸入爐子的功率為50000千瓦。模擬的廢鐵進(jìn)料的構(gòu)成為40％的破碎的汽車鋼，15％重新熔化的返回鋼，15％的鋼廢料#1，20％的鑄鐵屑，5％馬口鐵板/桶和15％低鎘混合切削料。進(jìn)料混合物的計算的合金組份為2.5％的硅、3.85的碳、0.40％的鎂、0.10％的鎘，0.15％的鎳、0.15％的銅、0.01％硫、0.05％的磷和0.03％的錫，其余為鐵，其中的百分比為重量百分比。預(yù)定從爐中排出的產(chǎn)品鐵的含量為92.5％的鐵，3.85％的碳和2.50％的硅，其余為雜質(zhì)。計算的能量消耗值為每噸鐵合金650千瓦小時。例14計算機模擬生產(chǎn)操作包括將含有2000磅的廢鐵、100磅的木片、210磅的煤、25磅的焦炭、和393磅的石英石的進(jìn)料混合物裝入合金生產(chǎn)預(yù)定速度為每小時34.68噸的交流沉浸電弧爐。選定的爐子功率輸入值為50000千瓦。預(yù)定的廢鐵是混合物，它包含40％破碎的汽車鋼、15％重新熔化的返回鋼、10％的混合切削物、20％的鑄鐵屑、5％的馬口鐵板/桶和10％的低鎘混合切削物。進(jìn)料混合物計算的合金組份為9％的硅、1.5％的碳、0.4％的鎂、0.18％的鎘、0.09％的鎳、0.19％的銅、0.14％的硫、0.03％的磷和0.02％的錫，其余為鐵，其中百分比為重量百分比。從爐中排出的預(yù)定的產(chǎn)品鐵合金的含量為87.87％的鐵、1.5％的碳和9.01％的硅，其余為雜質(zhì)，全部為重量比。計算的能量消耗為每噸鐵合金1370千瓦時。例15計算機模擬操作包括將含有2000磅廢鐵、100磅木片、35磅煤和55磅石英石的進(jìn)料裝入預(yù)定生產(chǎn)率為每小時80.922噸合金的交流沉浸電弧爐中。爐子選擇的功率是50000千瓦。輸入的廢鐵的構(gòu)成為40％的破碎的汽車鋼、15％的重新熔化的返回鋼、10％混合的鋼切削物、20％的鑄鐵屑、5％的馬口鐵板/桶和10％的低鎘混合切削物。模擬的進(jìn)料混合物的合金組份為2％的硅、2％的碳、0.40％的鎂、0.10％的鎘、0.15％的鎳、0.15％的銅、0.01％的硫、0.05％的磷和0.03％的錫，其余為鐵，其中百分比為重量百分比。從爐中排出的預(yù)定的產(chǎn)品鐵合金的含量為94.52％的鐵、2.05％的硅、2.00％的碳，其余為雜質(zhì)。計算的能量消耗為每噸鐵合金600千瓦時。為了說明本發(fā)明已經(jīng)示出了若干實施例，對于本專業(yè)技術(shù)人員來說應(yīng)該理解，在不超過所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變化和修改。權(quán)利要求1.一種生產(chǎn)鑄鐵的方法，包括下列步驟將裝填料輸入到沉浸電弧爐內(nèi)電極的周圍，上述裝填料包括鐵源混合物，硅源和含碳的還原劑，上述鐵源包括廢鐵或鋼。向上述電極供給電能以在電極之間產(chǎn)生電弧，和用電極之間的電弧加熱爐中的廢鐵或鋼、硅源和含碳還原劑，以熔化廢鐵或鋼并生產(chǎn)鑄鐵。2.按照權(quán)利要求1的方法，包括連續(xù)送入裝填料和連續(xù)從爐中排出熔化的鑄鐵。3.按照權(quán)利要求1的方法，還包括熔化廢鐵或鋼，并生產(chǎn)碳重量含量約0.01～4.5％的鑄鐵。4.按照權(quán)利要求1的方法，包括熔化廢鐵或鋼，并生產(chǎn)硅重量含量約0.05～9.5％的鑄鐵。5.按照權(quán)利要求1的方法，其中硅源基本是純石英石或砂子。6.按照權(quán)利要求1的方法，其含碳的還原劑從由木片、炭、炭煤、石油焦炭、瀝青焦炭及它們的混合物構(gòu)成的一組中選出。7.按照權(quán)利要求1的方法，包括熔化廢鐵或鋼，并在基本沒有爐渣的情況下生產(chǎn)鑄鐵。8.按照權(quán)利要求1的方法，其中鐵源包括至少50％重量的廢鐵或鋼。9.按照權(quán)利要求1的方法，其中鐵源包括至少90％重量的廢鐵或鋼。10.按照權(quán)利要求1的方法，其中裝填料包括約0.01～20％以廢鐵或鋼的重量為基礎(chǔ)的硅石作硅源。11.按照權(quán)利要求1的方法，其中裝填料包括約5.0％重量的以裝填料中鐵的重量為基礎(chǔ)的上述含碳還原劑。12.按照權(quán)利要求1的方法，其中該方法是在不具有焦炭作裝填材料的情況下進(jìn)行的。13.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述沉浸電弧爐是交流沉浸電弧爐，它至少具有兩個分開的電極，每個電極具有一個下端部，上述方法包括將上述電極沉浸在上述裝填料內(nèi)，上述端部放在爐中熔化金屬池的上方，在上述池的上方產(chǎn)生電弧區(qū)。14.按照權(quán)利要求13的方法，包括將上述電極的上述端部沉浸到上述裝填料中至少2英尺。15.按照權(quán)利要求13的方法，包括將上述電極沉浸到上述裝填料中，其中上述電極的端部離熔化的金屬池約1英尺。16.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述爐子包括至少一個電極，上述方法包括將約100V的電位加到上述至少一個的電極上。17.按照權(quán)利要求1的方法，其中硅源是硅石，該方法還包括在具有含碳還原劑的情況下熔化上述硅石以生產(chǎn)硅，和生產(chǎn)的鑄鐵的硅的重量含量約為0.05～9.5％。18.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述沉浸電弧爐是等離子體沉浸電弧爐。19.按照權(quán)利要求1的方法，還包括熔化廢鐵或鋼以生產(chǎn)碳的重量含量約為2～4％的鑄鐵。20.按照權(quán)利要求1的方法，還包括熔化廢鐵或鋼以生產(chǎn)硅的重量含量約為0.5～4.0％的鑄鐵。21.按照權(quán)利要求1的方法，還包括在上述爐溫在2100°F和3200°F之間的爐中熔化鐵源。22.一種連續(xù)生產(chǎn)鑄鐵的方法，包括下列步驟連續(xù)地將含有廢鐵或鋼、硅源和含碳還原劑的混合物組成的裝填料輸入沉浸爐中的電極周圍，給電極供給電能以在電極之間產(chǎn)生電弧，和由電極之間的電弧熔化上述廢鐵或鋼，同時在具有上述含碳還原劑的情況下熔化上述硅石源以產(chǎn)生硅，并生產(chǎn)硅重量含量約為0.05～9.5％、碳重量含量約0.01～4.5％基本無爐渣的鑄鐵。23.按照權(quán)利要求22的方法，其中廢鐵或鋼的顆粒尺寸約少于60厘米。24.按照權(quán)利要求22的方法，其中廢鐵或鋼的顆粒尺寸約少于0.5厘米。25.按照權(quán)利要求22的方法，其中裝填料包含以上述裝填料基本不含鐵礦石和硅鐵。26.按照權(quán)利要求22的方法，其中裝填料包含至少約5.0％以上述裝填料中的鐵的重量為基礎(chǔ)的木片。27.按照權(quán)利要求22的方法，其中硅石源基本上是純石英石。28.按照權(quán)利要求22的方法，其中鑄鐵的硅含量約為0.25～30％的重量含量。29.按照權(quán)利要求22的方法，其中鑄鐵的硅含量約為2.0％的重量含量。30.按照權(quán)利要求22的方法，包括將上述裝填料在基本沒有焦炭的情況下輸入上述爐子。31.按照權(quán)利要求22的方法，其中含碳還原劑是從炭煤、木片、煤、焦炭和它們的混合構(gòu)成的組合中選出的。32.按照權(quán)利要求22的方法，其中廢鐵或鋼包含至少90％重量的鐵。33.按照權(quán)利要求22的方法，包括爐子在其爐內(nèi)溫度約為2100°F和3200°F之間的情況下工作。全文摘要一種沉浸電弧爐(10)用廢鐵或鋼在很少或沒有爐渣產(chǎn)生的情況下生產(chǎn)鑄鐵。廢鐵或鋼與硅石源和含碳還原劑一起輸入沉浸電弧爐(10)。廢鐵和鋼熔化同時在具有含碳還原劑的情況下熔化了硅石。加入硅石源和含碳還原劑的量有選擇地控制產(chǎn)品鑄鐵的硅和碳的含量。文檔編號C21C5/52GK1186521SQ96194384公開日1998年7月1日申請日期1996年5月1日優(yōu)先權(quán)日1995年5月1日發(fā)明者查爾斯·F·亨德里克斯申請人:阿拉巴馬動力公司