[其他]一步炼钢法

说明书

本发明涉及一种改进的炼钢法，特别是由矿石一次冶炼成钢的小型熔炉金属冶炼法，属钢铁的冶炼技术领域。

现在，一般炼钢的工艺都是先把煤炼成焦炭，再以焦炭为发热剂、还原剂，将矿石和烧结矿（或球团矿）冶炼成铁，再经炼钢工序将铁冶炼成钢。按照这种传统工艺，原料要经过多次加热冷却过程，消耗很多焦炭，浪费大量热能。同时，对普通冶炼工艺来说，炉料均为散装，炉料的透气性和还原性之间存在着矛盾。当矿石粒度过小或不均匀时，将恶化料柱的透气性，导致炉况不顺;粒度过大，透气性好，又会降低还原速度，增加焦比。而且，既然是散装料，伴随着炉料的下降，会发生炉料分布不均、或“棚料”现象;或者由于鼓风气流分布不均、出现“沟流”现象。且炉壁处的气流速度高于中心处的气流速度，而使炉壁烧蚀严重。

本发明的目的是将传统的散装矿料改进为整体矿料，以使炉料的分布能够予先得以控制，人为地调节料柱的透气性和还原性之间的矛盾。这就可以取消消炼焦工序，直接使用煤粉代替。大大缩短炼铁、炼钢整个生产周期，提高热量利用率，降低成本。

本发明的目的是以如下方式实现的。将冶炼所选配的原料，包括铁矿粉、燃料、助熔剂等粉碎成粉，制成蜂窝状块料，加料即为将整块块料装入熔炉，使上下层孔与孔对准，以保证气流自炉底到炉顶的畅通。由于使用蜂窝状块料，冶炼过程中所必需的还原性和透气性能要求均能得到保证。因此，可以很容易用煤代替焦炭。

以下将以小型熔炉为例详述本发明之方法。

把无烟煤（或烟煤，当然也可以利用焦炭）和铁矿石粉碎为0.1-1毫米的颗粒，然后与助熔剂，即石灰粉和白云石粉拌匀，用蜂窝机制成蜂窝状块料。该料要求碱度为1.2-1.5，煤重∶矿粉重＝1∶3-6，加水10-30%，块料强度为15-60kgf/cm²，做成后，凉干或烘干备用。

将这种块料装入熔炉内，孔与孔对准，装料完毕后，用少量焦炭引燃，以便快速提高炉温。在整个生产过程中块料将匀速下降，只需在炉子顶部续料即可。冶炼过程中的炉层分布为，最上层为予热层，其次为烧结层，再次为还原层，最下层即为过热氧化层。在予热层内，蜂窝料被予热，蒸发掉残余水分，块料下降到烧结层后，由于煤粉和铁矿石粉粒度小，接触面积大，由料孔上升的CO气体和热空气迅速予热煤粉和矿石，并进行直接还原反应即煤直接还原铁矿石为FeO和间接还原反应，即CO还原铁矿石为Fe₃O₄·FeO。由于料的粒度小，相对缩小了微孔扩散阻力，再加上料孔内气体流速大，形成剧烈湍流，相对增大了气体扩散速度，所以反应速度非常快。当烧结料进一步下降到还原层后，则烧结矿进一步被还原为铁，同时铁和渣子熔为液体，沿料孔下流。铁水在料孔内下落的过程中，受到孔内含氧热气流的激烈吹炼，起到脱碳，脱硫，脱磷的作用。所以，每一个料孔就相当于一个小炼钢炉。就是在同一块料内，烧结、还原铁、脱碳、脱硫、脱磷同时存在。在料孔内，铁水进行的是脱碳、脱硫、脱磷的氧化炼钢反应：在料孔边缘处，进行的是烧结矿还原为铁的反应，在孔与孔之间的中间带，由于温度较低。气体扩散较困难，所以进行的是烧结反应。这种料解决了粒度与通风之间的矛盾，且料孔是固定的，不存在布料不匀，气流分布不匀等问题，“炉壁效应”很小，或者基本不存在。

蜂窝状块料上布满了许多通气孔，其孔径为2-8cm，孔壁厚为2-8cm，当块料直径为1-3米时，块料的高度可选为10-50cm。块料上应有保证料孔对正的标志。

蜂窝状块料的外廓可以为园柱形，也可以是多棱柱形。当外廓尺寸较小时，可以制成一个整块。否则，可以把它分解为多个扇柱形或多棱柱形（如三角柱体、长方体或其它多棱柱形），在向熔炉内装料时，再将其拼装在一起。

采用本发明工艺，可以将炼焦炼铁和炼钢三道工序合为一起，从根本上改变了传统的钢铁生产工艺，避免了多次冶炼所消耗的热量，缩短了最终产品的生产周期，降低了成本。采用本发明所消耗的煤比为0.6/吨钢，按现在煤与焦炭的价格比为1∶4计算，相当于焦比0.15/吨钢（一般炼铁高炉焦比为0.4-0.6吨/铁），提高高炉利用系数达3.5吨/米³·天（一般高炉利用系数为2-2.5吨/米³·天）。采用本发明后，因料柱内气流分布均匀，所以炉壁烧损小，炉龄长，贫矿及含硫、磷等杂质高的次矿均可利用。冶炼出的成品钢，已通过了冶金科研部门的检测。