制备炼钢用生铁的方法和设备技术

本方法和熔炉规定下列要求：预先将熔体引入熔化槽（１０）内，且槽的横截面应呈矩形，通过安在熔化槽（１０）两个长侧壁上的带喷嘴（１４）的喷枪（１３），将含氧气体（３）在熔体表面的水平以下打入熔体内，于是建立两个熔体区：上部区（９），往此区加入碳质固体燃料（２）；下部区（８）由炉渣（４）层和铁碳中间产品（５）层组成，这两层产物分别经过设在熔化槽（１０）两个短侧壁上的槽道（１７和１８）被排放出去。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于黑色冶金领域，更确切地说，是制备炼钢用的铁碳中间产品的方法及实施此法所用的熔炉。如果将部分被还原的铁矿石或者未加工的铁矿原材料，经过处理制成中间产品(半成品)，以供炼钢之用，那么采用本专利技术提供的方法，效果是最佳的。本专利技术尚可对冶金生产中的各种含铁的废料进行有效的综合利用，这些废料包括烘干的矿泥，气体净化器中的粉尘，氧化铁渣，此外，还有小碎块的黑色金属废料，特别是金属刨屑。目前，供炼钢用的铁碳半成品的主要制备方法就是高炉冶炼法，用这种方法可以从原料铁矿出发，包括预先经过还原的铁矿，制备出铸铁，同时还可以用此法对各种含铁的废料，包括矿泥、金属废料以及金属刨屑，进行部分的加工处理。但是，高炉冶炼法要求对铁矿原料进行预处理，包括烧结法使将铁矿原料成球，或者制成球团矿。此外，在进行高炉冶炼时，需要使用高质量的冶金焦炭作为还原剂-燃料，而生产这种高级焦炭所能用的仅是范围有限的昂贵的炼焦煤，这类煤炭在世界上的储量迅速减少。因此，为了实现高炉冶炼法，除了需要高炉生产本身的设备之外，还必须拥有炼焦化学生产以及烧结或者制造球团矿的生产设施。此外，为了有效地实现高炉冶炼过程，原料中铁的含量必须很高，也就是说，它所用的原料通常都要经过预选，使铁富集。如果使用难于富集的贫矿作原料，那么在经济上是不合算的。要想有效地进行高炉冶炼，还必须具备一个条件，即生产必须达到足够大的规模。如果生产的规模不大，那么高炉冶炼法的效果也不好。高炉冶炼法还有一个缺点是，用这种方法制得的铸铁产品的化学成分，只能在很窄的幅度内波动。从而造成炼钢工艺复杂化。此外，高炉冶炼法的炉料里只能掺用少量的废料。使用废料时高炉的运转情况以及过程的各项指标都会明显地变差。例如，在生产烧结块时，需往炉料里加入冶炼矿泥，而在加工处理矿泥时，就会降低高炉的生产能力，并且，由于在高炉内形成含锌的炉瘤，从而加大了焦炭的耗量。高炉冶炼过程的这些缺点(其中主要的缺点无疑是需要使用焦炭)，激励着人们去创建一个崭新的冶金部门，即所谓的无焦冶金。截至目前为止，在这个部门已经建立了一系列的工艺过程和生产流程。它们大体上又可划分为以下几个主要方向。第一个方向是在电炉里利用电能制备铁碳半成品的一系列过程。在利用铁矿石或者铁精矿作为炉料的情况下，冶炼过程一般都是多阶段的过程。在进行电熔炼之前，必须将原料加热，并预先对其进行固相还原。近年来，在瑞士研究成功的Elred过程和Inred过程属于这个方向的冶炼方法中，效果最好的冶炼过程，在这类过程中，除使用电能外，还要使用一部分在氧气中燃烧煤炭放出的能量。然而，即使在这类过程中，耗用的电能仍然是很高的。此外，多少总还需要用一定数量的焦炭。以利用电能为主的冶炼过程，只有在一种条件下才能收到好的效益，那就是，它所消耗的电能是利用废气取得的。可是，即使在这种情况下，由于电能的转换和多次变压而造成大量电能的损失，冶炼过程的效果可能还不如那些直接利用燃料能源的冶炼过程。另外一个方向已在近年里得到普遍推广，属于这个方向的冶炼方法是，在成套的转炉设备中，利用未焦化的煤炭和气态的氧来熔炼经过部分还原的原料矿，以制取铁碳半成品。被列为这一方向的具体冶炼过程有COIN过程，KS过程，日本Sumitomo公司过程等等。这些方法的原理是，将煤粉随氧气气流鼓入金属浴内(即铁水内，下同)。这时，一部分煤炭在氧气中燃烧，生成CO，并放出热来，以供熔炼所需。另一部分煤炭则用于金属的渗碳作用。原料中的氧化铁，在原料熔化的过程中便进入炉渣里，然后，这部分氧化铁又被熔解在金属里的碳所还原。在上述冶炼过程中所产生的还原性气体，被用来对铁矿原料进行预先还原。因此，从铁矿原料出发制备炼钢用的中间产品的整个流程，是由两个阶段组成的。这一组冶炼过程的另一个缺点是需要用煤粉，而制造煤粉是相当困难的事。此外，把煤粉置于氧气的气流里进行风力传送，也是个十分复杂的问题。还有一个大问题就是保证炉衬耐火材料的寿命问题。在金属浴沸腾的条件下，由于溶解在金属浴里的碳与炉渣中的氧化铁起作用，所以在高炉结构中，想采用致冷的元件，而不用耐火材料的做法实际上是行不通的。属于另一个特殊方向的是以下的冶炼过程在这类过程中，从熔体中释放出来的还原性气体(其中主要是CO)，并不给另一套设备使用(例如将其用于对铁矿原料进行预还原，或将其燃烧以加热原材料，或用于制取蒸汽，或用于制取电能)，而是直接用于熔化-还原炉中。属于这个方向的过程有达瑞特(дopeд)过程，艾克托普-瓦拉克(эkeTopл-Baллak)过程等等。这类过程在50-60年代里曾经得到积极地大力研究。它们的长处在于工艺过程和设备结构都比较简单，过程是单阶段的，同时，还可以做到使工业气体直接在炉内烧完。但是，这部分燃烧热的利用效果却不够好。因此，这类过程没有得到广泛的应用。此外，鉴于铁矿原料的固相还原过程得到长足的发展，近些年发展起来的过程，主要都是没有燃烧的冶炼过程，因为在这类过程中得到的气体，可以用来作为对铁矿进行固相还原过程中的还原剂。但是为了保证无燃烧过程达到相当高的生产能力，最好使用预先经过还原的铁矿原料，也就是固相还原的产物，作为冶炼过程中的炉料。从技术的实质和所达到的效果来看;与本专利技术最接近的方法是制备炼钢用的铁碳中间产品。此法规定的要求如下将含铁的原材料与碳质固体燃料同时上料，并鼓入含氧气体，于是它们之间发生相互作用，在这过程中，含氧气体中的氧将一部分燃料氧化，并有热放出，此热用于熔化含铁的原材料，和用于使原料中的氧化物被余下那部分燃料中的碳还原，结果生成了熔炼过程的液态产品-炉渣和铁碳中间产品，以及工业气体，然后把熔炼过程的液态产品和工业气体分别取出。这个方法是借助熔炉来实施的，熔炉结构如下此炉有个带底床的熔化槽，有个炉腔，它支撑在熔化槽上，炉腔上至少安装一套加料的装置，以便将含铁的原材料和碳质固体燃料加到熔化槽里去，加料装置在炉腔的上部，另外还有带喷咀的喷枪，以便把含氧气体打入熔化槽内，熔化槽上有条排放炉渣的槽道，它位于靠近熔化槽底床处的槽壁上，槽上还有一条排放铁碳中间产品的槽道，也设在熔化槽的槽壁上，但是位置则在带喷咀的喷枪所在的水平位置之下，还有一个排放炉腔内工业气体的装置，它安装在炉腔的上部(苏联专利技术者证书第1169995号，国际专利分类号为C21B13/00，发表于苏联专利技术公报《发现、专利技术、工业品外观设计、商标》第28期，1985年)。这个已知的方法具体实施如下熔炼开始时，先往熔炉的熔化槽内加入焦炭，它起着填充物的作用，然后经喷枪打入含氧气体，并通过适当的装置，往焦炭上加入含铁的原材料。当焦炭(又称焦格子)引燃之后，含铁的原材料熔化了，同时，原料中的金属氧化物被还原，于是得到熔体，这熔体由金属和炉渣组成。然后，往熔体的上方，高于熔体表面的水平位置以上的地方，打入含氧气体，这时开始从上面加入碳质的固体燃料(煤炭)，而不加焦炭，与此同时，还加入含铁的原材料(海绵铁)。有一部分燃料(煤炭)在含氧气体中被氧化成CO，这时生成的气体便往上升去，在熔体的上方形成一个由煤炭颗粒组成的沸腾层。过程中释放出来的热，可以使这个层里的温度上升得相当高。于是，高温区的热量，靠辐射作用传递给了熔体，此时又有含铁的原材料自上而下地不断地本文档来自技高网...

【技术保护点】
炼钢用的铁碳中间产品的制备方法，规定要同时加料，即同时加入含铁的原材料（１）和碳质的固体燃料（２），打入含氧的气体（３），含铁原材料１，碳质固体燃料２和含氧气体相互作用，于是，含氧气体中的氧便将一部分燃料氧化，并放出热量，此热量用于熔化含铁的原材料，并用于还原反应，即含铁的原材料中所含的金属氧化物，被剩余的那部分燃料中的碳所还原，生成熔炼过程的液态产品——炉渣（４）和铁碳中间产品（５），及工业气体（６），然后将熔炼过程的液态产品（４和５）及工业气体（６）排放出来，此方法的特征在于将含铁的原材料（１）和碳质的固体燃料（２）同时上料入炉之前，先引入炉渣熔体，而且在熔体表面的水平位置以下将含氧气体（３）打入炉渣熔体，这时气流（７）使熔体鼓泡，并将熔体分成两个区（８和９）：下部的静态的熔体区（８）和上部的被打入的气体鼓泡的熔体区（９）：下部的静态的熔体区（８）和上部的被打入的气体鼓泡的熔体区（９），往此区内加入碳质固体燃料（２），其数量必须足以使此区内燃料的容量浓度达到占此区容积的０．５—５０％，而将含铁的原材料（１）和碳质固体燃料（２）同时加到上部区（９）里去的目的，则在于维持已达到的燃料浓度，这样就保证了在这个区域内，经过含铁的原材料（１），碳质固体燃料（２）和含氧气体（３）这三者间的相互作用，生成了液态炉渣（４），此渣进入下部区（８），并在此区内形成一个层，同时还生成了滴状的液态金属，这些液滴穿过炉渣（４）层，并在该层之下形成一个铁碳中间产品（５）层，然后将熔炼过程的液态产品——炉渣（４）和含铁中间产品（５）分别从下部区（８）内的相应的层中排出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夫拉迪米尔安德里维奇罗米尼斯，安德里夫拉迪米罗维奇万米科夫，阿莱克桑德伯里索维奇尤萨彻夫，阿莱克希阿莱克希维奇尤加罗夫，瓦兰丁彼特罗维奇比斯特罗夫，瓦勒里瑟吉维奇瓦拉温，瓦希利罗马诺维奇格里本尼科夫，阿纳托利伯里索维奇格洛瓦斯基，根纳迪莱奥尼多维奇古尔斯基，德米特里伊瓦诺维奇里佐科夫，阿莱桑德达维钓维奇瓦斯基维奇，瓦兰蒂纳马希莫夫纳切茨科瓦，阿莱克德德米特里维奇亚森科楚克，夫拉迪米尔米克哈洛维奇古格利亚，阿莱克桑德米克哈洛维奇波茨瓦诺夫，埃夫吉，
申请(专利权)人：莫斯科钢合金院，
类型：发明
国别省市：SU[苏联]