專利名稱：熔融生鐵的制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熔融生鐵的制法。
背景技術(shù)：
這些年來(lái)，有人已對(duì)發(fā)展還原-熔解方法以替代鼓風(fēng)爐中熔融生鐵的制造做了許多努力，特別是使用小量的生產(chǎn)單位及避免材料的準(zhǔn)備，也就是直接取用細(xì)微的礦石和煤。此類方法令人感到興趣，主要因?yàn)槠淇梢员苊庀喈?dāng)大的投資，來(lái)建立例如焦煤生產(chǎn)工廠和礦石制粒工廠。
但現(xiàn)在所使用的方法仍有許多缺點(diǎn)。
此種制造生鐵的方法所直接遭遇的其中一個(gè)困難在于此方法的兩個(gè)要素-直接還原和熔化-需要不同的操作條件。這是因?yàn)樵谶€原鐵礦粒子時(shí)，嘗試要維持還原的氣氛，而在熔化時(shí)則必需注入大量的氧氣，以便含碳燃料中的能量利用效率會(huì)更好。
于已知的方法中，來(lái)自熔爐的氣體乃注入預(yù)還原爐中。當(dāng)來(lái)自熔爐的氣體的一氧化碳很少而二氧化碳很多時(shí)，此類氣體大量注入到預(yù)還原爐中將會(huì)擾亂鐵礦的還原。
于此方法的改進(jìn)型中，來(lái)自熔爐的熱氣體在注入到預(yù)還原爐時(shí)富含一氧化碳。來(lái)自熔爐的富含二氧化碳的氣體則和某些煤接觸，因而大部分的二氧化碳和煤反應(yīng)而轉(zhuǎn)換成一氧化碳。來(lái)自熔爐的氣體所增加的還原力當(dāng)然會(huì)促進(jìn)預(yù)還原爐中的反應(yīng)。然而，此操作很耗費(fèi)能量。
因此最好能直接從預(yù)還原鐵粒子得到制造生鐵的最佳方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提出一個(gè)制造生鐵的最佳方法。
根據(jù)本發(fā)明，此目的可由熔融生鐵的制法來(lái)達(dá)到，其包括以下步驟(a)還原鐵礦粒子，以形成含有過(guò)剩的自由碳的預(yù)還原鐵。
(b)將熱量仍高的預(yù)還原鐵傳送到熔爐中。
(c)于熔爐中熔化預(yù)還原的鐵粒子，以便得到熔融的生鐵。
依照所執(zhí)行的第一較佳方法中，步驟(a)包含了下列步驟(a1)將鐵礦導(dǎo)入具有數(shù)個(gè)爐床重疊的多爐床爐中，且沉積在多爐床爐的最上層爐床上，(a2)將鐵礦逐漸傳送到較低的爐床中，(a3)將含碳還原劑加入一個(gè)或多個(gè)較低爐床中，其數(shù)量足以還原鐵礦并確保有過(guò)剩的自由碳，(a4)將多爐床爐加熱，且鐵礦和含碳還原劑及由含碳還原劑在適當(dāng)溫度所產(chǎn)生的氣體接觸而加以還原，(a5)由含碳還原劑所產(chǎn)生的過(guò)剩氣體于該多爐床爐中燃燒，且利用所產(chǎn)生的熱量將鐵礦干燥及預(yù)熱。
熔渣形成劑也可在步驟(a)或步驟(b)時(shí)加入。這些熔渣形成劑最好是從由石灰、石灰石助熔劑、氧化鎂和其混合物所組成的群集中選擇出來(lái)。
預(yù)還原鐵在傳送到熔爐前加以壓縮是有利的。而所形成的磚塊則含有預(yù)還原鐵、過(guò)剩的自由碳及熔渣形成劑(如果需要的話)。由于磚塊比形成它們的粒子的密度較高，因此有下列的優(yōu)點(diǎn)它們更容易穿過(guò)在熔爐中的熔融生鐵浴，較小量的預(yù)還原鐵會(huì)困在覆蓋熔融生鐵的熔渣層中，且較小部分的鐵和自由碳會(huì)被由熔爐所逃離的氣體帶走。而仍然要指出的是其壓縮后仍然相當(dāng)?shù)妮p，因?yàn)榇舜u塊不需要有相當(dāng)大的穩(wěn)定性或高密度，因?yàn)樗鼈儾⒉皇且獌?chǔ)存起來(lái)，而是在熱度仍高時(shí)就馬上傳送到熔爐中。
于步驟(a)末了時(shí)，過(guò)剩的碳有利的范圍是在7％和15％之間，且最好是靠近10％左右。
固態(tài)含碳還原劑是選自煤或者是液體或固體的石油制品。于含碳還原劑中所含的易揮發(fā)性部分是在其留存于多爐床爐中時(shí)即消除了，且其中的硫磺也部分消除了。
其中部分的過(guò)剩碳在步驟(c)中消耗掉了。
依照一特別的執(zhí)行方法，此熔爐為一電弧爐。
在步驟(c)時(shí)注入氧氣，以便燃燒過(guò)剩的自由碳，且因而貢獻(xiàn)了于步驟(c)熔化時(shí)所需的大部分能量。再者，過(guò)剩的自由碳對(duì)于結(jié)束還原反應(yīng)及將生鐵碳化是有用的。
特別要注意的是依照本發(fā)明的方法中，來(lái)自熔爐的氣體并不注入還原爐中。還原程序因而不會(huì)被這些具有高氧化力的氣體所干擾。
本方法的其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為這兩個(gè)反應(yīng)爐的功能都將最佳化。實(shí)際上，預(yù)還原產(chǎn)品的制造結(jié)合過(guò)剩的自由碳將增加還原的速度且增加金屬化的比率，但也會(huì)增加制造此預(yù)還原鐵粒子的成本。傳統(tǒng)制造預(yù)還原鐵的方法中，目的是為了要得到僅含有少許或者甚至沒(méi)有殘余碳的成品，因?yàn)楫?dāng)然在成品中沒(méi)有反應(yīng)而殘留的碳代表了額外及不經(jīng)濟(jì)的制造成本。
為了要得到此過(guò)剩的自由碳，因而必須在還原步驟中加入適當(dāng)數(shù)量的含碳還原劑。
預(yù)還原鐵中的過(guò)剩自由碳的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為于還原爐的還原爐床中溫度非常高，因而含碳還原劑(于此例中為煤)將釋放其易揮發(fā)性的部分且相當(dāng)程度的脫硫。結(jié)果在熔化步驟中，沒(méi)有易揮發(fā)部分的煤比仍含有易揮發(fā)部分的煤更容易熔解到生鐵浴中。另外，由于含碳還原劑在停留于還原爐時(shí)受到極高的溫度，因而硫含量也減少相當(dāng)多。以此方式所得到的生鐵具有較低的硫含量。當(dāng)然，在熔化預(yù)還原鐵粒子時(shí)也可使用焦煤來(lái)代替煤，以得到碳的較高溶解率。然而，利用焦煤代替煤將增加制造成本且沒(méi)有解決硫的問(wèn)題。焦煤實(shí)際上并不含揮發(fā)性的材料；然而，在其制造時(shí)其和所用的煤含有實(shí)質(zhì)相同數(shù)量的硫。
過(guò)剩的碳在熔爐中燃燒，因而使得粒子熔解時(shí)節(jié)省了電能。
只在多爐床爐中最后的爐床中加入含碳還原劑，將能利用來(lái)自氣體的殘余熱量將鐵礦粒子干燥及預(yù)熱，且完全燃燒一氧化碳。分開(kāi)的后燃燒就不需要。另外，這些最后爐床的高溫更可降低自由碳中的硫含量。
因而它不是兩個(gè)已知方法的并列，而是互相作用以產(chǎn)生不可預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明其他特色和特征可從下面優(yōu)選的方法的詳細(xì)敘述而得出，此方法是一示范性例子，并參考附圖給出。


圖1為依照本發(fā)明制造熔融生鐵的方法的概略圖示。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為依照本發(fā)明制造熔融生鐵的方法的概要示意圖。于此圖中可以見(jiàn)到預(yù)還原反應(yīng)器，于此例中為多爐床爐10，鐵礦粒子在其中還原而形成預(yù)還原的鐵。預(yù)還原的鐵接著在仍保持熱度時(shí)傳送到熔爐，于此例中熔爐為電爐12。預(yù)還原的鐵在此熔解，而得到覆蓋一層熔渣16的熔融生鐵14的浴液。
因此，本方法的第一個(gè)步驟為鐵粒子在多爐床爐10中還原。多爐床爐10包含一系列垂直分隔的環(huán)狀爐床。鐵礦粒子先導(dǎo)入上層的爐床，然后逐漸傳送到較低的爐床。
在多爐床爐10的較低爐床，煤導(dǎo)入數(shù)個(gè)爐床中，如同箭頭18所示。應(yīng)該體會(huì)到導(dǎo)入的煤將有足夠的數(shù)量以還原鐵礦粒子，并確保有過(guò)剩的自由煤。換句話說(shuō)，預(yù)還原鐵含有過(guò)剩的自由煤。將煤加入多爐床爐10的較低爐床中，最好使得熔爐10的出口處大約有10％的過(guò)剩自由煤。
鐵礦的還原發(fā)生于與煤及煤所產(chǎn)生的氣體的接觸時(shí)，其是將多爐床爐10加熱到高達(dá)1050°到1200℃。由煤所產(chǎn)生的過(guò)剩氣體在多爐床爐10中上升，且于該爐的上面部分燃燒。此燃燒用來(lái)干燥并預(yù)熱上面爐床中的鐵礦。
特別要指出的是導(dǎo)入過(guò)剩的自由煤將增加還原的速率及金屬化的比率。而由于預(yù)還原的速率和生產(chǎn)力都增加了，此方法可將多爐床爐10的功能最佳化。
在多爐床爐10的出口，可將仍保有熱度的預(yù)還原鐵經(jīng)由連接這兩個(gè)反應(yīng)爐的管路20傳送到電爐12中。
含有過(guò)剩煤的預(yù)還原鐵的制造和一般的制造條件并不相同，一般制造的目標(biāo)是要使預(yù)還原爐中煤的數(shù)量最小化。然而，如同上面所解釋的，自由的過(guò)剩煤將使多爐床爐10的功能最佳化。
另外，于電爐12中使用自由煤也可改善該電爐的操作狀況。實(shí)際上，自由煤的揮發(fā)性部分在多爐床爐中已消除掉，且煤更容易溶入熔融生鐵14的浴液中。在多爐床爐10中的硫化物也會(huì)大部分消除掉，以降低了熔融生鐵14浴液中硫的濃度。
氧氣噴槍21能注入氧氣以燃燒過(guò)剩的煤。此燃燒所貢獻(xiàn)的能量可熔化加入電爐的預(yù)還原鐵。
熔融的生鐵由電爐12經(jīng)由中間的排放孔23排放到坩鍋22中。
要注意的是來(lái)自電爐的氣體并未導(dǎo)入多爐床爐10中，而是由電爐12的頂蓋26中的開(kāi)口24抽出，如同箭頭28所示。
熔渣形成劑先導(dǎo)入多爐床爐10中，或在預(yù)還原鐵傳送到電爐12時(shí)導(dǎo)入。從回收熔渣供后續(xù)處理的角度來(lái)看，則在電爐12的爐壁中提供了開(kāi)口24以排放熔渣。
權(quán)利要求
1.一種熔融生鐵的制法，包含下列步驟(a)還原鐵礦粒子，以形成含有過(guò)剩的自由碳的預(yù)還原鐵，(b)將仍保持熱度的預(yù)還原鐵傳送到熔爐中，(c)于熔爐中熔解預(yù)還原鐵，以便得到熔融生鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于步驟(a)包含下列步驟(a1)將鐵礦導(dǎo)入至少具有兩個(gè)區(qū)域的爐子中的第一個(gè)區(qū)域中，(a2)將鐵礦逐漸傳送到第二個(gè)區(qū)域中，(a3)將含碳還原劑加入第二個(gè)區(qū)域中，其數(shù)量足以還原鐵礦并確保有過(guò)剩的自由碳，(a4)將熔爐加熱，且鐵礦和含碳還原劑及由含碳還原劑在適當(dāng)溫度所產(chǎn)生的氣體接觸而加以還原，(a5)由含碳還原劑所產(chǎn)生的過(guò)剩氣體于第一區(qū)域中燃燒，且利用所產(chǎn)生的熱量將鐵礦干燥及預(yù)熱。
3.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于步驟(a)包含下列步驟(a1)將鐵礦導(dǎo)入具有數(shù)個(gè)爐床重疊的多爐床爐中，且沉積在多爐床爐的最上層爐床上，(a2)將鐵礦逐漸傳送到較低的爐床中，(a3)將含碳還原劑加入一個(gè)或多個(gè)較低爐床中，其數(shù)量足以還原鐵礦并確保有過(guò)剩的自由碳，(a4)將多爐床爐加熱，且鐵礦和含碳還原劑及由含碳還原劑在適當(dāng)溫度所產(chǎn)生的氣體接觸而加以還原，(a5)由含碳還原劑所產(chǎn)生的過(guò)剩氣體于該多爐床爐中燃燒，且利用所產(chǎn)生的熱量將鐵礦干燥及預(yù)熱。
4.如權(quán)利要求1或2所述的制法，其特征在于在步驟(a)或步驟(b)時(shí)加入熔渣形成劑。
5.如權(quán)利要求3所述的制法，其特征在于熔渣形成劑是選自由石灰、石灰石助熔劑、氧化鎂和其混合物所組成的組中。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的制法，其特征在于預(yù)還原鐵在傳送到熔爐之前加以壓縮。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的制法，其特征在于過(guò)剩的碳的數(shù)量在7％到15％之間，且最好靠近10％。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的制法，其特征在于含碳還原劑為煤。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的制法，其特征在于含碳還原劑的揮發(fā)部分在步驟(a)時(shí)移除。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的制法，其特征在于含碳還原劑在步驟(a)時(shí)去硫。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的制法，其特征在于過(guò)剩的碳在步驟(c)時(shí)消耗掉。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的制法，其特征在于熔爐為一電爐。
13.如前述任一權(quán)利要求所述的制法，其特征在于氧氣在步驟(c)時(shí)注入，以便燃燒部分的過(guò)剩的自由碳。
全文摘要
一種熔融生鐵的制法,包含下列步驟:還原鐵礦粒子,以形成含有過(guò)剩的自由碳的預(yù)還原鐵;將仍保持熱度的預(yù)還原鐵傳送到熔爐中;于熔爐中熔解預(yù)還原鐵,以便得到熔融生鐵。
文檔編號(hào)F27B3/22GK1355853SQ00808846
公開(kāi)日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月21日
發(fā)明者讓-盧克·羅思, 馬克·索爾維, 瓊·莫奈 申請(qǐng)人:保爾·沃特公司