用矿石直接炼钢的方法及设备技术

本发明专利技术是一种用矿石直接炼钢的方法及设备。本方法是先将矿石用还原气体还原成海绵铁，然后将高温海绵铁在与外界大气隔离的情况下送入熔化室熔化成液态，加入造渣剂除去有害元素，排渣后再加入适量碳与合金元素即得到所需的钢液。使用本方法的炼钢设备由矿石还原室、还原气体发生室和熔炼室组成。还原室与还原气体发生室间用溜槽隔离，还原气体由溜槽底面的气孔进入还原室将矿石还原，再经溜槽直接进入熔化室熔化。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于炼钢工艺及设备，是一种直接用矿石炼钢的方法及设备。目前将矿石冶炼成钢都要经过还原与氧化两个阶段来完成，即先将矿石在高炉中冶炼成生铁，再将生铁在氧气转炉中冶炼成钢。由于高炉炼铁是将矿石与焦炭、溶剂等混在一起冶炼，在铁被还原的同时不可避免地也渗入了大量的碳及磷、硫等杂质，得到的是生铁而不是钢。要得到钢必须用氧化的方法将生铁中过多的碳和磷、硫等杂质除去。目前多采用转炉氧气炼钢工艺将生铁冶炼成钢。现有的这种从矿石到钢的冶炼工艺过程包括焦炭生产、原料的烧结或球团焙烧、高炉炼铁、制氧和转炉炼钢等环节，其流程长，工序多，能源的消耗及设备投资很大。能否减少现有的钢铁生产工艺的工序、缩短冶炼流程时间是冶金学家们所探讨的问题之一。本专利技术的目的是提供一种用矿石直接炼成钢的方法及其设备，该炼钢方法无需经过前述的氧化阶段，且可在一个冶炼设备中直接将矿石炼成钢。本专利技术提出的炼钢方法的主要构思是矿石只与高温还原气体接触，将矿石预热并还原成金属铁，也称海绵铁，然后将高温状态下的海绵铁熔化成液态，再根据需要加入合金元素，即成所需钢液。本专利技术所提出的炼钢方法的具体步骤如下(1)矿石在炉内的上部容室内自上向下运行，(2)在炉内下部容室内用煤产生高温还原气体，上、下容室用斜溜槽隔离，(3)高温还原气体通过上述溜槽底部的气孔进入上部容室上行，将矿石预热并还原成海绵铁，(4)高温下的海绵铁在与外界大气隔离的状态下进入熔化室熔化，熔化室的燃料是来自从前述炉内上部容室引出的高温还原气体，(5)向熔化室加入造渣剂除去有害元素，排渣后再加入所需的碳及合金元素即得到所需的钢液。在本方法中矿石只与还原气体接触，因此所还原的海绵铁中不会含有过多的碳和磷、硫等杂质。至于矿石中所带入的少量磷、硫和杂质可以在熔化造渣中被去除。本方法所用的还原气体可以是以煤为原料所产生的含有一氧化碳和氢气的水煤气，它们通过斜溜槽底部的气孔进入上部容室上行，其温度可达900℃以上。上部容室里的矿石在下行过程中与高温还原气体接触被预热，并被还原成金属铁，即海绵铁，这种高温状态下的海绵铁顺着溜槽进入熔化室熔化。如前所述，这种海绵铁中碳、磷、硫的含量极少，所以海绵铁熔化去渣后即得到含碳极低的液态钢，再加入适量碳及合金元素后即得到所需的钢液。使用本专利技术所述方法的炼钢设备包括矿石还原室、还原气体发生室和熔化室。还原室位于炉体上部，其底部设有通向熔化室的斜溜槽，在溜槽出口处设有下料机构和挡热板;还原气体发生室位于炉体的下部，并通过上述溜槽底面的多排气孔与还原室相通，该还原气体发生室的上侧部设有输煤装置，底部设有排渣机;熔化室位于炉体的下侧部或底部，在还原室的中部设有将还原室内的炉气通入熔化室的引压管。矿石从炉体顶部进入还原室被还原为海绵铁，然后由溜槽进入熔化室溶化。还原气体发生室相当于一个煤气发生炉。溜槽的炉内部分是还原室和还原气体发生室的公共交界面，煤是从还原气体发生室的侧面被送入还原气体发生室的，所产生的还原气体由溜槽底面上的气孔进入还原室。还原气体在还原矿石过程中要消耗掉一部分，但在还原室中部的炉气中仍有相当含量的CO、H2气体，因此，用引压管将这部分高温炉气引入熔化室燃烧仍能产生很高的热值，足以将高温海绵铁熔化。在溜槽通向熔化室的出口处为防止高温幅射和控制海绵铁的进入量，设置了挡热板和下料机构。下面结合附图对本专利技术的内容加以详细说明。附图说明图1是本专利技术的炼钢设备整体结构图。图2是图1A-A处的局部视图。图3是溜槽在炉内部分的立体图。图4是溜槽的下料机构示意图。图5是还原气体发生室的输煤装置结构图。如图1所示本专利技术的炼钢设备由还原室2、还原气体发生室3和熔化室4三部分组成。还原室2位于炉体1的上部，还原气体发生室3位于炉体1的下部。还原室2与还原气体发生室3之间由陶瓷斜溜槽6和隔离墙5隔离，其结构如图2、图3所示隔离墙5为倒V形，如同一个两面倾斜的屋顶，两隔离墙之间为斜溜槽6，炉内共有四个斜溜槽，每两个溜槽延伸到炉外后合二为一，通向熔化室4。溜槽6的炉外部分为密闭筒状，以防外介大气进入。溜槽6在炉内部分的底面有若干气孔7，其直径应小于矿石的粒度，溜槽6底面的倾角(即与水平面的夹角)大于或等于60℃，以利于矿石和海绵铁的下行。还原气体发生室3实际上是一个煤气发生炉，煤从上部侧面的入口8进入室内，其下部装有环形风管(图中未画出)和多个进风口9，底部装有排渣机10，煤燃烧后的煤渣由排渣机排出，并在封闭状态下用水冲到渣池内。输煤装置11由料斗12、螺旋推进器13和位于料斗12出口与螺旋推进器13入口间的封气装置14组成，封气装置14可采用现有的叶片式或盘式封气器，其结构如图5所示，煤由皮带输送机15送入料斗12，经封气装置14进入推进器13，被推入还原气体发生室3内。为了调节还原气体的温度和气体成分，在高温区喷入水蒸汽，所产生的还原气体是由一氧化碳和氢气组成的水煤气。由于输煤和排渣均是在封闭状态下进行的，因此发生室3内的还原气体具有一定压力，其温度可达950℃左右，该还原气体将通过溜槽6底面的气孔7进入还原室2上行。还原室2的上部结构与现有的高炉相似，矿石从顶部加入炉内，在下行过程中与上升的高温还原气体接触，边预热，边进行一系列化学反应，被还原成海绵铁Fe2O3+CO→Fe+CO2Fe3O4+CO→Fe+CO2FeO+CO→Fe+CO2FeO+H2→Fe+H2OFe3O4+H2→Fe+H2O高温状态下的海绵铁顺溜槽6进入熔化室4。本实例中有两个熔化室，分设在还原气体发生室3的两侧，也可以只设一个熔化室，放在还原气体发生室3的下面。为了控制海绵铁的进入量，在溜槽6的出口处设置了振动下料机构16，其结构如图4所示。该下料机构由铰接在销轴17上的振动活页板18和调节螺杆19组成。销轴17与溜槽外部的振动器(图中未画出)相联，振动器通过销轴17带动活页板18振动，促使海绵铁从活页板18端部与溜槽壁间的开口通过，活页板18的开度大小由螺杆19调节。在活页板18的下方还设置了多道相互错开的挡热板20，以防熔化室4内的高温幅射热将下料机构16烧坏。此外，振动下料机构16的周围还全部采用了水冷保护。熔化室4的燃料是从还原室2的中部经引压管21引入的还原气体，此处的还原气体温度约为800℃，在入口21处再通入热空气使其燃烧，温度可达1700℃，废气由顶部的排放口22排出如前所述，由于从矿石还原成海绵铁的整个过程中只与还原气体接触，海绵铁又是在封闭状态下进入熔化室熔化，加入熔剂后渣铁按比重分离，所得到的是含碳很低的液态铁，再根据需要加入适量的碳及合金元素进行搅拌即得到所需的钢液。本专利技术的炼钢过程只有还原与熔化两个阶段，而且是连续进行的，炉内的还原气体得以充分利用，因此能耗很低，生产周期短，成本低。本专利技术的炼钢过程基本上是在封闭状态下进行的，还原与熔化都是利用封闭式发生炉所产生的还原气体，因此，对环境的污染很小。本专利技术的炼钢设备可集还原与熔化为一体，投资费用低，占地少，其辅助设施也大大减少。除了新的投建外，还可在现有的高炉基础上进行改造，以利用本专利技术的技术。权利要求1.一种用矿石直接炼钢的方法，(1)矿石在炉内的上部容室内自上向下运行，(2)在炉内下部容室内用煤产生高温还原气体，上、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用矿石直接炼钢的方法，（１）矿石在炉内的上部容室内自上向下运行，（２）在炉内下部容室内用煤产生高温还原气体，上、下容室用斜溜槽隔离，（３）高温还原气体通过上述溜槽底部的气孔进入上部容室上行，将矿石预热并还原成海绵铁，（４）高温下的海绵铁在与外界大气隔离的状态下进入熔化室熔化，熔化室的燃料是来自从前述炉内上部容室引出的高温还原气体，（５）向熔化室加入造渣剂除去有害元素，排渣后再加入所需的碳及合金元素即得到所需的钢液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宝锁，
申请(专利权)人：胡宝锁，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]