[发明专利]制造熔融铁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造熔融铁的方法。

发明背景

通常，在钢产品的制造中，在最终精炼之前的阶段中制造用作钢产品原料的熔融铁以调节钢产品的化学组成，并对所述熔融铁进行目的明确的精炼，从而得到钢材料的最终产品。

用于熔融铁制造中的原料的实例包括各种含铁材料如铁矿石、在精炼期间产生的氧化铁粉尘、使用铁矿石作为原料制造的还原铁、铁屑等。基本上，能够将任意一种含铁材料用作熔融铁的原料；然而，在许多情况中，所用原料的种类和采用的制造方法取决于经济效益。

尽管存在多种熔融铁制造方法，但是从主要原料考虑，将铁矿石用作主要原料的高炉-LD转炉法在世界上占主导地位，随后是将铁屑用作主要原料的电弧炉法。

在高炉法中，通过将铁矿石用作主要原料并将焦炭用作还原剂，并通过向铁矿石吹送高温加热的空气来将其还原，可得到碳饱和的熔融铁。然而，高炉法需要用于对主要原料铁矿石和作为焦炭的原料并用作还原剂的煤进行预处理的烧结设备和炼焦炉，由此增大了资本投入的开支。根据理性的经济观点，可以说这种高炉法仅适用于大规模的钢厂中(年产量不低于3百万吨)。因此，除非需要大规模生产，否则所述高炉法是不合适的。

在使用铁矿石作为原料的制铁法中，当需要的产量不如高炉法的产量那么大时，所使用的常规已知方法包括流化床还原法和使用天然气的还原铁制造法。然而，所有这些方法都用于制得固体铁，因此需要对得到的固体铁进行熔化的步骤。通常，将固体铁用作电炉或LD转炉中的二次材料，并在其中对其进行熔化。

为了解决这些问题，已经开发了被称作DIOS(直接铁矿石熔融还原法)或FINEX的新型熔融铁制造方法，在所述方法中使用铁矿石作为原料来直接制造熔融铁。在这些方法中，使用氧化铁如铁矿石、精炼的粉尘等作为主要原料形成含有还原所述氧化铁所需要量的碳源的混合物；或使用如下方法：向预先制备的熔融铁中添加还原和产生热所需要量的碳源并同时以等于或大于声速的速度向熔融铁中吹送纯氧气，从而使得碳在熔融铁中燃烧并通过燃烧所产生的热对所述熔融铁进行加热。氧化铁的还原反应是吸热反应；如果外部不能提供热，则温度下降，从而使还原反应停止且使熔融铁凝固，由此妨碍了制造熔融铁的目的。因此，必须向熔融铁中添加大量的碳以恒定地保持基本上碳饱和的状态，并向熔融铁中吹送纯氧气以使得熔融铁中的碳元素发生燃烧，从而能够恒定地为还原反应提供所需要的热，由此保持液体状态。

然而，这种方法的缺点在于，大量的熔融铁飞沫作为氧化铁粉尘与废气一起从系统中分离出来。这种粉尘的产生导致大量损失如源自粉尘的显热损失、由于粉尘造成的铁收率损失、用于对粉尘进行循环的费用等。通常将由于熔融铁中的碳与纯氧气发生燃烧反应而产生的CO气泡的破裂现象称作气泡破裂；且将因气泡破裂而产生的粉尘称作气泡破裂粉尘。当通过氧气使熔融铁中的碳燃烧时，不可避免地发生气泡破裂现象。这是一个待解决的重要问题，但是所述问题的解决较为困难。

电弧炉法是一种通过使用利用石墨电极的电弧加热对铁屑进行熔化而制造熔融铁的方法。通常，在电弧炉法中，由于在得到的熔融铁中氮含量高达超过100ppm，所以制得的钢材料硬。因此，当考虑到钢材料的性能而期望氮含量低时，不能使用这种方法。此外，电弧炉法的缺点在于：大量电力的消耗增大了成本、电弧的不稳定性造成热损失等。

为了解决这些问题，已经开发并使用了对冷铁源进行熔化的方法。这种方法涉及使用常规LD转炉向预先制备的称作熔融种子的碳饱和熔融铁中添加铁屑，并在超声速下从炉子上部吹送纯氧气且同时从炉子底部添加粉煤，从而使用熔融铁中碳的燃烧反应热对铁屑进行加热并使其熔化。然而，即使在对冷铁源进行熔化的方法中也不能充分抑制气泡破裂粉尘的产生。

作为对熔融铁进行加热的手段，广泛使用利用石墨电极的电弧加热，所述电弧加热通常在电弧炉中进行；和使用氧气对通过高炉法得到的生铁中所含有的碳元素或硅元素进行燃烧的方法。尽管存在限制使得所述方法仅在真空脱气设备中进行脱碳反应时有效，但是用于极端受限方法中的加热方法的实例包括通过吹送氧气使因脱碳反应而产生的CO燃烧的方法(RH-KTB法)以及将燃料气体和助燃气体吹送到真空室的方法(RH-MFB法)。此外，存在特殊的加热方法如等离子体加热、电感应加热等；然而，为了在熔融钢的温度低于目标温度时保持期望的温度，仅将它们与用于铸造步骤中的称作中间包的熔融钢分配设备一起使用。由此，不能将它们用作普通精炼的加热方法(参见例如，专利文献1和2)。