[发明专利]炼铁和钢的方法

说明书

本发明是关于对用一种含碳的还原剂(例如碳材料)热还原铁氧化物(例如铁矿)炼铁和炼钢方法进行的改进。更具体地，本发明涉及一种改进的炼铁或炼钢方法，该方法通过热还原与一种含碳还原剂(煤球或煤饼)混合的含铁氧化物的固态成型产品，并进一步还原和熔化产生熔融铁。这些方法能提高从热还原到还原熔化的一系列步骤中的热效率，有效分离脉石成分。

关于生产还原铁的直接还原工艺，是用一种碳材料或一种还原气体通过还原铁氧化物例如铁矿或铁氧化物球，其中通常以MIDREX工艺代表的竖炉方法已广为人知。在这种直接炼铁的工艺中，经在竖炉的较低部位的鼓风口，通过吹入从天然气等产生的还原气体获得还原铁，利用还原气体的还原力还原铁氧化物。而近几年来，使用碳材料例如煤炭作为还原剂代替天然气还原铁的生产工艺已经得到关注。尤其是，一种在回转炉中用煤粉热还原铁矿烧结球粒的所谓的SL/RN方法已经得到实际应用。

另外，作为另一种炼铁方法，美国专利号3,443,931公开了一种生产还原铁的工艺，包括把一种碳材料和铁氧化物混合成一团，并在回转炉上对它们进行热还原。在这一工艺中，把矿粉和煤粉混合成团，并在高温气体环境下进行热还原。

在形成胚块状的同时或之后，在常温下把通过上述方法产生的还原铁插入一个电弧炉作为铁原料。因为还原铁含有较少的杂质金属成分例如夹入元素，近年来还原铁以作为在废铁中夹入元素的稀释材料而闻名，其中对废铁材料的回收变得越来越活跃。

然而，由于炉渣成分例如在铁氧化物(铁矿石等)中作为脉石成分的SiO₂、Al₂O₃和CaO、碳材料(煤炭等)的侵入，铁产品的质量(金属铁的纯度)就降低。在实际应用中，尽管炉渣成分被分离出并在随后的熔化步骤中被去除，炉渣量的升高还是会降低熔化的熔融铁的产率，并对电弧炉的操作成本产生显著的不希望有的影响。

这就需要铁含量高和炉渣含量低的还原铁。然而，通过现有的上述生产还原铁的生产工艺来满足这一需要，就不得不使用具有高铁含量的铁矿石作为生产还原铁的原材料，这就显著缩小了能实际应用的炼铁材料的选择范围。

而且，如上所述的现有技术方法最终目的是获得作为半成品的还原固体产品，并需要例如压块、冷却、运输和储存步骤，直至把产品输送到作为实际应用随后步骤的还原熔化步骤，在这期间造成大量的能量损耗，或压块也需要额外装置或能量。

另一方面，作为通过直接还原铁氧化物获得初步还原的铁的方法，一种熔化还原方法例如DIOS方法也为人知。这种方法包括初步还原铁氧化物，预还原率为30-50％，然后通过与在铁槽中的固体碳和/或一氧化碳以及炉渣直接还原反应，然后把它们还原成熔化铁。然而，因为在这一方法中设立了一个循环系统，来产生在熔化还原容器中初步还原步骤所需的还原气体，并把气体导进初步还原炉，所以要达到过程的平衡很麻烦和极困难。另外，因为液体铁氧化物(FeO)和耐火材料在熔融状态直接接触，这就会出现耐火材料受到的腐蚀较大的问题。

进而，日本专利公报Hei 3-60883公开了其它的方法，把矿粉与碳材料混合，把它们成型为团，通过一个转底炉型加热炉首先使它们还原，不经冷却把随后获得的初步还原的产品加进熔化炉中，使它们熔化，通过添加碳材料并进一步吹入氧气继续进行还原来进行熔化。因为初步还原的产品不经冷却就被送到熔化炉中，以这种方法进行还原和氧化，据认为这种方法的热量损失较少，能够连续操作，并且就产率而言也是非常有效的。

在这种炼铁方法中，把氧(或空气)和大量的碳材料一起吹到熔化炉中。然后，因为如上所述在送到熔化炉的初步还原的产品中含有大量在铁矿和碳材料的脉石成分，大量的炉渣在熔化炉中就受到剧烈的搅拌。因为大量的铁氧化物(FeO)侵入到炉渣中，这就导致衬里的耐火材料受到的腐蚀非常显著这一严重的实际问题，这样就很难使得该方法在工业规模实行。

总之，因为有必要向熔化炉中补充大量的氧和碳材料(几百kg/tmi(mi：要生产的熔融铁))来进行燃烧，为了确保在熔化炉上游的初步还原炉中还原气体有所需要的充分的还原能力，熔化炉的热负荷极大，由于剧烈搅拌熔融铁和炉渣，衬里耐火材料经受严重的腐蚀。进而，为了向初步还原炉稳定供应所需的适当组成和量的还原气体，要达到整个设备的平衡非常麻烦，并需要高水平的控制系统。