[发明专利]用矿石直接炼钢的方法及设备

说明书

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。

使用本发明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。

下面结合附图对本发明的内容加以详细说明。

图1是本发明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：本发明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。