專利名稱：鐵水精練方法及生產(chǎn)鐵水的熔融還原方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵水精煉方法及生產(chǎn)鐵水的熔融還原方法。
背景技術(shù)：
在由鐵熔池型的熔融還原方法生產(chǎn)的鐵水中，碳更經(jīng)常的是在重量百分比為4wt％或以下的低范圍，而在這種情況下，熔點較高。一般，碳含量是3～4wt％。在下文中，由鐵熔池型的熔融還原方法生產(chǎn)的鐵水，稱為“熔融和還原的鐵水”。即，假設(shè)在高爐中鐵水的熔點一般約為1150℃，而如果碳含量相差1wt％，則熔點相差為近70～100℃的范圍，并因此作為在熔融和還原的鐵水中的碳含量是在3wt％，且熔點約為1300℃。在碳含量低的鐵水中，金屬或渣容易在鐵水處理中粘結(jié)渣包或鋼包，這種狀態(tài)使鐵水處理非常困難。
在熔融和還原的鐵水中，硫含量為0．3～0．4wt％，這大約是十倍于爐子中鐵水的硫。因此在一般應(yīng)用于爐子中鐵水的爐外脫硫處理中，由于處理的有效性和費用，很難將硫含量降低到針對生產(chǎn)一般薄板的煉鋼工序的0．01wt％以下。在鐵礦石直接熔融和還原的鐵水中，Si低于0．1wt％，且經(jīng)常少于0．01wt％，并且后工序的容許熱儲備(heatallowance margin)比爐子中鐵水的要低。
在這種常規(guī)爐外脫硫處理中，必須設(shè)置專門用來在輸送鐵水到轉(zhuǎn)爐跨的途中實行脫硫處理的設(shè)備，不可避免地增加設(shè)備投資。此外，由于用來實行脫硫處理的容器凈空必須很大，相應(yīng)地鐵水輸送容器尺寸很大，且用于其中的耐火材料的費用增加，設(shè)備投資很高。此外，當進行爐外脫硫處理時鐵水溫度降低，以至于轉(zhuǎn)爐中的鐵水容許熱儲備下降且在轉(zhuǎn)爐中廢鋼料的可能消耗量下降。
常規(guī)已有一系列作為不按照爐子工藝步驟的生產(chǎn)鐵水工藝技術(shù)的研究與開發(fā)。
由日本鋼鐵協(xié)會的煉鐵工藝論壇(Iron Making Process Forum ofthe Iron and Steel Institute of Japan)提出的“新型鐵資源的最新動態(tài)(Recent Tendencies of new iron sources)”(1996年9月29日)42～51頁，和由日本鋼鐵聯(lián)盟(The Japan Iron and Steel Federation)提出的“直接用煤的煉鐵技術(shù)研究(Studies on iron making technique of directly usingcoal)”(1996年6月)(兩者均稱為“現(xiàn)有技術(shù)1”)公開了別名為“DIOS”的工藝(直接鐵礦石熔融還原工藝(Direct Iron Ore Smelting reductionprocess))。DIOS在流化床型爐中將細鐵礦石預(yù)熱到700～800℃并將該細鐵礦石在預(yù)還原爐中還原至20％的預(yù)熱還原比例，然后將預(yù)還原的礦石裝載到熔融還原爐中，并向熔融還原爐中噴吹氧氣和作為含碳材料及加熱源的煤。該熔融還原爐為鐵熔池型，且平?？梢允褂妹鹤鳛楹疾牧?。該工藝可以連續(xù)作業(yè)。
在此工藝中，作為預(yù)還原爐使用的流化床型爐不會造成像在豎爐中所看到的滲透問題，而且具有使用稱為輸入燒結(jié)礦尺寸的、鐵礦石顆粒直徑在8mm以下的優(yōu)點。但是，由于只能使用來自二次燃燒型熔融還原爐的廢氣作為還原材料，在流化床型爐中實現(xiàn)的預(yù)還原不能超過熱力學(xué)的33％。在流化床型爐中煤的凈單位耗量為700kg／t或更高，氧氣的凈單位耗量為500Nm3／t或以上，且產(chǎn)生氣體的顯熱和潛熱為1～2Gcal／t。在這種條件下的氧氣廠或氣體處理與能量轉(zhuǎn)換廠是規(guī)格非常大的，并且引發(fā)一個問題，即用于次要設(shè)備的投資高得與熔融還原爐本身相等(問題1)。
DIOS工藝在原材料自由度方面是非常優(yōu)秀的且燃料自由度很大，但是由于設(shè)備投資象問題1一樣巨大，實際利用褐煤、次煙煤、和作為低質(zhì)量礦的褐鐵礦石或氫氧化鐵礦石是困難的。
針對上述的DIOS工藝的問題的改善和，例如，降低煤或氧氣的凈單位耗量和提高生成率，如果增加在熔融還原爐中的二次燃燒率并使用如平常的熔煉爐中的爐墻耐火材料，則爐子的壽命為從幾十到幾百個小時。因此必須為爐墻應(yīng)用水冷結(jié)構(gòu)。如果作為其措施，在爐墻使用水冷板，使用揮發(fā)份為30wt％或以上的高揮發(fā)份的煤，產(chǎn)生氣體中總共將包含體積比20vol％或以上的H2和H2O，而二次燃燒率將提高到將近40％，如在現(xiàn)有技術(shù)2中，爐墻的熱負荷將增加到300Mcal／m2／h或以上，且由于爐子的熱損失增加和為維持水冷結(jié)構(gòu)所需的冷卻水量很大，假想更多增加二次燃燒率是不現(xiàn)實的(問題2)。如果使用低揮發(fā)份的煤，允許的二次燃燒率為40～50％，而假如其揮發(fā)份是在焦炭的范圍，則大約60～80％的二次燃燒不會引起問題。
另一方面，在1997年165屆和166屆Nishiyama紀念講演(Nishiyama Commemorative Lecture)的149頁介紹了別稱“ROMEL”的工藝(下文稱為“現(xiàn)有技術(shù)2”)。在“ROMEL”工藝中，不設(shè)置預(yù)還原爐，且由于操作是在一個大氣壓下由單獨的熔融還原爐進行，不必干燥煤和礦石，在這些方面，該工藝比DIOS工藝優(yōu)越。然而，由于煤的凈單位耗量為至少1250kg／t，氧氣的凈單位耗量為至少1000Nm3／t且從幾G到10Gcal／t的顯熱和潛熱是很大的，需要巨大的氧氣生產(chǎn)和能源轉(zhuǎn)換的設(shè)備(問題1)。
在現(xiàn)有技術(shù)2中，如果增加二次燃燒，可以預(yù)期減少煤的凈單位耗量，但是爐墻的熱負荷將象現(xiàn)有技術(shù)1一樣增加而生產(chǎn)率限制在約lt／h／m2(爐子橫截面積)(問題2)。
在1997年的165屆和166屆Nishiyama紀念講演的117頁介紹了別稱“FASTME”的工藝和“INMETCO”的工藝(下文稱為“現(xiàn)有技術(shù)3”)。現(xiàn)有技術(shù)3是作為煤基的DRI(直接還原鐵)生成技術(shù)介紹的，不用天然氣，使其煤粉末和細鐵礦石球團化，并在回轉(zhuǎn)爐床式爐中還原直到產(chǎn)生金屬化鐵。此外，MPT國際(MPT International)(1997)的50～61頁介紹了在回轉(zhuǎn)爐床式爐中，不球化細鐵礦石和煤的直接生產(chǎn)DRI的技術(shù)(下文稱為“現(xiàn)有技術(shù)4”)。
但是在現(xiàn)有技術(shù)3和現(xiàn)有技術(shù)4的熔煉工藝中，由于煤中含有約0．5～0．6％的S成分受到部分清除，在DRI的產(chǎn)品中[S]濃度依然在至少約0．1％。因此，當DRI作為鐵原材料應(yīng)用于直接生產(chǎn)鋼的煉鋼爐例如電爐中時，引起大的問題，即鋼水的脫硫處理非常昂貴(問題3)。在煉鋼爐中的鐵資源使用量，不能100％的直接還原，且該鐵資源只能部分的供給煉鋼生產(chǎn)(問題4)。CAMP-ISIJ(1997年)，723介紹一種用從煤中分離的揮發(fā)份預(yù)還原的技術(shù)(下文稱為“現(xiàn)有技術(shù)5”)。由于報告的分析是在不考慮將C燃燒到CO時的燃燒熱的條件下進行的，其熱量材料的平衡不能符合。礦石還原比例不會有約40％那樣高。由于這個不符合，不能對在熔融還原爐中使用煤和碎焦時進行適當對比。
上述問題綜合如下。
問題1[與現(xiàn)有技術(shù)1和2有關(guān)]由于在熔煉過程中產(chǎn)生氣體中的顯熱和潛熱非常大，必須要巨大的氧氣產(chǎn)生設(shè)備和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，且設(shè)備的投資很高很昂貴。
問題2[與現(xiàn)有技術(shù)1和2有關(guān)]由于如果提高二次燃燒，使小規(guī)格的氧氣產(chǎn)生設(shè)備和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備足夠使用，在熔煉爐中的爐墻熱負荷顯著增加并由此增加因爐子的熱損失。為了維持水冷結(jié)構(gòu)，需要大量的冷卻水且工藝是不現(xiàn)實的。
問題3[與現(xiàn)有技術(shù)3和4有關(guān)]當使用DRI(直接還原鐵)作為鐵原材料時，脫硫費用非常高。
問題4[與現(xiàn)有技術(shù)3和4有關(guān)]鑒于投資，在DRI中的鐵資源僅部分供給煉鋼生產(chǎn)。
在熔融還原工藝中解決這些問題遍布很寬的范圍，并且在熔融還原工藝被許多工廠使用時，即除了擁有從爐子直到軋機的所謂從鐵水到鋼鐵產(chǎn)品的統(tǒng)一制造廠外的短流程鋼廠，需要那些低設(shè)備投資的熔融還原工藝以降低熔煉和還原鐵礦石所需的氧氣消耗量和其中產(chǎn)生的氣體量，并且設(shè)備投資經(jīng)濟。此外，注意到熔融還原工藝要顧及與環(huán)境協(xié)調(diào)，二氧化碳氣體的產(chǎn)生量要與高爐工藝相等，或作為可能的情況，對其的高產(chǎn)生量的擔(dān)憂可能增長。即使其可能縮減，這個與高爐的鐵水相比的極端比例為5％。即，就用煤作為在熔融還原過程中的主要還原材料或燃料來說，不能指望對二氧化碳產(chǎn)生量有大量的縮減。
擁有高爐的煉鐵廠，設(shè)置了燒結(jié)機和焦爐，并且在燒結(jié)機和焦爐中各自生產(chǎn)的燒結(jié)礦和焦炭被裝載到高爐中以生產(chǎn)鐵水。在使用高爐的熔煉過程中(高爐工藝)，小顆粒尺寸的燒結(jié)礦不能用來保持爐中的滲透性。因此，由燒結(jié)機生產(chǎn)的燒結(jié)礦要進行篩選，那些小顆粒尺寸的燒結(jié)礦要作為返回礦再燒結(jié)。一般燒結(jié)礦的生產(chǎn)率限制在85％左右。由于同樣理由，小顆粒尺寸的焦炭不能在高爐中使用，而是將小顆粒尺寸的焦炭粉用于生產(chǎn)燒結(jié)礦。
另一方面，在使用鐵熔池型熔融還原爐的鐵水生產(chǎn)工藝(熔融還原工藝或鐵熔池型)中，對礦石和含碳材料不需要向高爐工藝那樣的預(yù)處理，礦石和煤本身就可以作為原材料。但由于裝載到爐子中的礦石或煤是在密閉條件下進行操作的，當使用粉末礦石或粉末焦炭時，需要預(yù)先的干燥工序和相應(yīng)的設(shè)備，以便礦石或煤不會粘結(jié)在裝爐途中。
本發(fā)明技術(shù)方案本發(fā)明的目的是提供一種用于有效和經(jīng)濟地精煉碳不飽和鐵水的精煉方法及設(shè)備投資便宜的熔融還原方法。
為了達到此目的，首先，本發(fā)明提供用來精煉含碳不飽和鐵水的方法，包括步驟將與渣分離的鐵水裝載到鐵水精煉容器中；通過為在鐵水精煉容器中的鐵水供給脫硫劑和攪拌鐵水進行脫硫處理；在脫硫處理之前或之后加熱鐵水；和在脫碳爐中對脫硫后的鐵水進行脫碳。
在上述含碳不飽和鐵水中，最好碳為4wt％或以下。
鐵水加熱的步驟最好通過向鐵水中噴吹惰性氣體而由氣體沸騰鐵水，同時通過電弧生熱來加熱鐵水。在鐵水加熱的步驟中可以在加熱鐵水時進行增碳。在鐵水加熱和增碳的時候，理想的是向鐵水中噴吹惰性氣體以使鐵水沸騰，向鐵水熔池上噴吹氧氣加熱鐵水并且向鐵水中噴射含碳材料來供給增碳。代替向鐵水熔池上噴吹氧氣，將氧氣吹到鐵水中也可以。最好向鐵水中供給脫硫劑和脫氧劑以進行脫硫的攪拌。
其次，本發(fā)明提供精煉含碳不飽和鐵水的方法，包括步驟將與渣分離的鐵水裝載到鐵水精煉容器中；通過為在鐵水精煉容器中的鐵水供給脫硫劑和攪拌鐵水進行脫硫處理；在脫硫處理之前或之后給鐵水增碳；和在脫碳爐中對脫硫后的鐵水進行脫碳。
在上述的鐵水增碳的步驟中，可以在給鐵水增碳時進行對鐵水的加熱。當鐵水加熱和增碳時，希望向鐵水中噴吹惰性氣體以使鐵水沸騰，向鐵水熔池上噴吹氧氣加熱鐵水并且向鐵水中噴射含碳材料來供給增碳。代替向鐵水熔池上噴吹氧氣，將氧氣吹到鐵水中也可以。最好向鐵水中供給脫硫劑和脫氧劑以進行脫硫的攪拌。
在上述的含碳不飽和鐵水中，最好碳為4wt％或以下。
第三，本發(fā)明提供精煉含碳不飽和鐵水的方法，包括步驟在至少一個第一轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中進行脫硫處理；和在第二轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中進行脫碳處理。
脫硫處理最好通過在鐵水中加入脫硫劑和噴吹每噸鐵水0．05Nm3／min或以上的攪拌氣體來實施。在脫硫處理中，希望輸入每噸鐵水2．5Nm3／min或以下的氧氣，和進一步，向鐵水中與含碳材料一起充分供給脫硫劑。鐵水與固態(tài)鐵資源一起加入到鐵水精煉容器中，輸入氧氣、供給含碳材料，且在固態(tài)鐵資源熔化后，進行脫硫處理。
第四，本發(fā)明提供用于生產(chǎn)鐵水的熔融還原方法，包括步驟(a)將含碳材料和礦石裝載到具有與該含碳材料和礦石直接接觸功能的反應(yīng)爐中；(b)將礦石還原直到至少部分礦石被金屬化，得到包含至少部分金屬化金屬的礦石；(c)將來自還原步驟(b)的含碳材料和包含至少部分金屬化金屬的礦石裝載到金屬熔池型熔煉爐中；及(d)向金屬熔池型熔煉爐中噴吹含有20％或以上氧氣的氣體以生產(chǎn)鐵水。
該熔融還原工藝可以具有裝載含碳材料和預(yù)還原礦的步驟。希望裝載到反應(yīng)爐中的含碳材料具有，對所有裝載到反應(yīng)爐中的礦石量實施還原和金屬化的足夠的化學(xué)計量的量。理想的反應(yīng)爐為回回轉(zhuǎn)窯式或回轉(zhuǎn)爐床式。
第五，本發(fā)明提供熔融還原的方法，包括步驟(a)將含碳材料和礦石裝載到具有與該含碳材料和礦石直接接觸功能的反應(yīng)爐中；(b)將反應(yīng)爐中的礦石部分還原，并將含碳材料的揮發(fā)份去除，直到少于20％；(c)將來自步驟(b)的去除揮發(fā)份含碳材料和部分還原的礦石裝載到金屬熔池型熔煉爐中；及(d)向金屬熔池型熔煉爐中噴吹含有20％或以上氧氣的氣體以生產(chǎn)鐵水。
第六，本發(fā)明提供熔融還原的方法，包括步驟預(yù)備至少部分去除揮發(fā)份的含碳材料；將含碳材料和礦石裝載到金屬熔池型熔煉爐中；及向金屬熔池型熔煉爐中噴吹含有20％或以上氧氣的氣體以生產(chǎn)鐵水。
最好礦石為預(yù)熱或預(yù)還原后的。
第七，本發(fā)明提供熔融還原的方法，包括步驟將含有至少一種選自由金屬氧化物和金屬氫氧化物組成的原材料和造渣劑材料裝載到熔融還原爐中；作為燃料和還原劑，將至少一種選自由煤和焦炭組成的材料和至少一種選自由油焦和廢塑料組成的材料裝載到熔融還原爐中；及通過燃料和還原材料與含氧氣體燃燒產(chǎn)生的熱量加熱和熔化原材料和造渣劑材料。
第八，本發(fā)明提供改進的使用高爐和鐵熔池型熔融還原爐的煉鐵方法。
在設(shè)置高爐、鐵熔池型熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵工藝中，燒結(jié)機生產(chǎn)的大尺寸燒結(jié)礦供給到高爐中，而小尺寸的那些礦供給到鐵熔池型的熔融還原爐之中。
在設(shè)置高爐、鐵熔池型熔融還原爐的煉鐵工藝中，大尺寸的煉鐵焦炭供給到高爐中，而小尺寸的焦炭供給到鐵熔池型的熔融還原爐之中。
附圖的簡要說明

圖1A是表示實施例1的精煉流程的示意圖；圖1B是表示實施例1的另一個精煉流程的示意圖。
圖2A是表示用于實施例1的脫硫處理工藝的使用機械攪拌的鐵水精煉容器視圖。
圖2B是表示圖2A的鐵水精煉容器的精煉條件的圖。
圖3是表示在實施例1的脫硫處理工藝中使用的鐵水精煉容器中的精煉條件的示意圖。
圖4是表示在實施例1的另一個脫硫處理工藝中使用的另外的鐵水精煉容器中的精煉條件的示意圖。
圖5是表示在以實施例2的頂吹轉(zhuǎn)爐的方式脫硫時，底吹氣體量與精煉條件之間關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示在以實施例2的頂吹轉(zhuǎn)爐的方式脫硫時，氧氣輸入量與脫硫效果之間關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示在實施例3中含碳材料去除揮發(fā)份程度對爐墻熱負荷和熔融還原爐二次燃燒率影響的曲線圖。
圖8是在實施例3的例子2～4中使用的設(shè)備流程圖。
圖9是在實施例3的例子1中使用的設(shè)備流程圖。
圖10是在實施例3的例子5中使用的設(shè)備流程圖。
圖11是在實施例3的例子6中使用的設(shè)備流程圖。
圖12是在實施例3的例子7中使用的設(shè)備流程圖。
圖13是在實施例3的例子8中使用的設(shè)備流程圖。
圖14是在實施例3的例子10中使用的設(shè)備流程圖。
圖15是在實施例3的例子1和2中使用的設(shè)備流程圖。
圖16是在實施例3的例3中使用的設(shè)備流程圖。
圖17是表示在實施例3的例子和對比例的試驗結(jié)果的曲線圖。
圖18是在實施例4中使用的示意設(shè)備流程圖。
圖19是表示在實施例4中使用的熔融還原爐主要部件的示意圖。
圖20是表示在給定鐵水中[S]、同樣的鐵水中[C]和渣中[FeO]的濃度和濃度誤差時，實施例4中進入到熔融還原爐中的全部硫輸入影響的曲線圖。
圖21是表示在給定從實施例4的熔融還原爐中的油焦帶出損失時，所有裝載材料的垂直動量影響與帶出損失和爐氣的塔式上升速度之間關(guān)系的曲線圖。
圖22是在實施例5中使用的示意設(shè)備流程圖。
圖23是表示在實施例5中使用的熔融還原爐的主要部件的示意圖。
圖24是表示在給定鐵水中[S]、同樣的鐵水中[C]和渣中[FeO]的濃度和濃度誤差時，實施例5中進入到熔融還原爐中的全部硫輸入影響的曲線圖。
圖25是表示在給定從實施例5的熔融還原爐中的廢塑料帶出損失時，所有裝載材料的垂直動量影響與帶出損失和爐氣的塔式上升速度之間關(guān)系的曲線圖；以及圖26是表示實施例6中的燒結(jié)礦顆粒分布情況的圖。
實施本發(fā)明的最好方式實施例1實施例1的精煉工藝針對含C為4wt％或以下的低碳鐵水。對這樣的低碳鐵水，本精煉工藝可以滿意地應(yīng)用到對S含量比較高的鐵水精煉當中(一般，S0．2wt％或以上)。作為低碳鐵水或低碳高S鐵水的一般的代表，在此列舉的是鐵礦石直接熔融還原鐵水，或鐵水中的廢鋼等固態(tài)鐵資源部分溶解的鐵礦石直接熔融還原鐵水稱為初次鐵資源(通過使用如煤那樣的高含S的還原材料所生產(chǎn)的鐵資源)，但不局限于此。特別的，在從鐵水制造爐向煉鋼爐長時間運輸?shù)那闆r下，就脫硫的要求而言，不考慮高碳鐵水本工藝是很有用的。
實施例1是對與澆鑄鐵水渣及鐵水渣分離后的低碳鐵水進行精煉的工藝，包括步驟在鐵水精煉容器中向鐵水加入脫硫劑，如果必要還要加入脫氧劑攪拌鐵水并脫硫；在脫硫之前或之后將該鐵水精煉容器或另外的鐵水精煉容器中的鐵水加熱和／或增碳；和將經(jīng)歷這些步驟處理后的鐵水進行脫碳。
圖1A和1B表示精煉熔融還原鐵水的流程。
在圖1A的精煉流程中，熔融還原鐵水從熔融還原爐1中注入并將渣分離，然后，如必要時，通過扒渣將剩余的渣除掉，此后該鐵水轉(zhuǎn)移到用于脫硫的鐵水精煉容器2中，加入脫硫劑和必要時加入脫氧劑，以便攪拌鐵水進行脫硫。
在這個脫硫處理之中，根據(jù)鐵水中的含S量，加入的脫硫劑為約5～30kg／t鐵水。一般，20kg／t左右是一個在金屬中有效懸浮并與金屬混合的劑量。通常使用的脫硫劑包含成分為，以CaO為主，約5～10％的CaF2和一定量的CaCo3。
加入脫氧劑用來降低氧的活性a0，并加速脫硫反應(yīng)，平常使用的脫氧劑是Al，Al的混合物或FeSi或SiMn的鐵合金。最好加入的脫氧劑是那種按Henry標準的氧活性a0為1／104或以下，1／105或以下更好。例如在用Al脫氧時，加入量為0．5～2kg／t鐵水的范圍最好。
脫硫的攪拌可以是任意的氣體攪拌和機械攪拌，但是在使鐵水彌散方面，機械攪拌比氣體攪拌更好。在氣體攪拌時，容器中的鐵水產(chǎn)生的滯流部分得不到攪拌，而在機械攪拌中，這種滯流很難產(chǎn)生。由于這個原因，即因為機械攪拌能夠?qū)崿F(xiàn)強力攪拌，所以是優(yōu)選的。
圖2表示用來實行機械攪拌的鐵水精煉容器的例子(機械攪拌系統(tǒng)的精煉裝置)，圖2A是非工作狀態(tài)而圖2B是工作狀態(tài)。該鐵水精煉容器2配備鐵水攪拌葉輪5而且還配備了葉輪垂直移動裝置，用來供應(yīng)脫硫劑和脫氧劑的溜槽裝置，并附帶配備集塵器、測溫計和取樣裝置(以上這些未示出)。
在使用鐵水精煉容器2進行脫硫處理當中，脫硫劑和必要時的脫氧劑供給到容器中的鐵水中，并將攪拌葉輪浸入鐵水中旋轉(zhuǎn)。提高轉(zhuǎn)速直至獲得預(yù)定的攪拌力，并隨后進行3～5分鐘的攪拌作為脫硫時間。例如，當容器中的鐵水裝載量為150t時，攪拌葉輪5在轉(zhuǎn)矩900～1000kg-m及轉(zhuǎn)速100～110rpm的條件下驅(qū)動，以此能提供充分的脫硫處理。當鐵水精煉容器比上述容器小時，該攪拌葉輪5要以比上述工作條件更高的速度旋轉(zhuǎn)，而當容器比上述的容器更大時，該速度要比上述工作條件低，以便能造成如上所述的相同效果。
作為驅(qū)動攪拌葉輪5的條件，如圖2B中所示，葉輪5的上部暴露在由于攪拌形成的凹形熔池表面中，而最好，該葉輪5的上部能直接從容器的上部觀察到，且脫硫劑充分陷入到鐵水之中，并且脫硫劑和鐵水得到完全攪拌。因此，希望依提供的葉輪5的作用情況來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)。
當實行氣體攪拌時，如噴入脫硫劑的粉末，可以利用粉末的噴入能量，能夠?qū)崿F(xiàn)比簡單噴入氣體更理想的強力攪拌。作為鐵水精煉容器，作為例子，使用配備氣體噴吹裝置，如沸騰噴吹槍或底吹噴嘴的容器。
在實施例1的精煉過程中，如實施精煉的對象是含有高含量S的鐵水，例如鐵礦石直接熔融還原鐵水，最理想的是在脫硫過程中，與脫硫劑一起加入脫氧劑，在此鐵水中的S即使高到如0．3～0．4wt％那樣，也能在短時間里有效地降低到0．01wt％以下。像熔融還原鐵水那樣的低碳且高S的鐵水，與高爐鐵水不同，由于Si較低而不起脫氧劑的作用，在僅僅加入脫硫劑的時候脫硫效果較差。該低碳高S鐵水的熔點高且脫硫度大，所以就要求急速有效的脫硫。因此在低碳高S的鐵水脫硫當中，最理想的是與脫硫劑一起加入脫氧劑，并實施機械攪拌以有效脫硫。
實施例1在脫硫步驟之前或之后，進行對鐵水加熱和／或增碳的操作步驟，以造成巨大的鐵水溫度與熔點之間的溫差。用這種處理方法，改善了低碳鐵水的金屬粘性，并能夠保證在如脫碳的后工序中的容許熱儲備。該加熱和／或增碳的操作步驟，可以在脫硫工序之前或之后，并可以在用于脫硫的鐵水精煉容器之中或在另外的鐵水精煉容器中實施。
如果在脫硫步驟之后操作加熱和／或增碳的步驟，同一步驟的溫度可能比在脫硫之前進行此步驟的溫度低，且熱損失較小并可抑制設(shè)備耐火材料和沸騰噴吹槍的磨損。另一方面，如果在脫硫步驟之前進行加熱和／或增碳的操作步驟，還沒有從注入金屬中分離的熱渣能夠用來作為加熱的渣，并能代替供給該步驟的全部或部分造渣劑。那么，造渣劑或燃料的凈單位耗量可以降低。
在圖1A中的精煉流程圖中，鐵水精煉容器2中的脫硫鐵水轉(zhuǎn)移到鐵水精煉容器3中進行對鐵水的加熱和／或增碳。另一方面，在圖1B中的精煉流程圖中，對鐵水的加熱和／或增碳是在于鐵水精煉容器2中實施脫硫之前進行。即，從渣中分離的鐵水，必要時經(jīng)過扒渣去除殘留的渣，然后納入到鐵水精煉容器3中，在此進行鐵水的加熱和／或增碳，并在鐵水精煉容器2中進行脫硫。
實施這個處理的目的在于，對鐵水的加熱和／或增碳，既不妨礙脫磷，也不阻止伴隨脫磷或脫硫反應(yīng)的精煉作用。
加熱及升溫的程度與增碳的程度，通過考慮鐵水熔點和后工序的容許熱儲備來確定。在增碳時，一般增碳范圍為0．1～1wt％，而特別地，如果增碳0．5wt％或以上，在該轉(zhuǎn)爐中進行后工序脫碳處理期間的廢鋼料混合比自由度將理想地增加。當對鐵水增碳時，根據(jù)處理的方式(作為例子，在合并脫磷時)，處理后鐵水的溫度經(jīng)常比處理之前低，而在此情況下鐵水溫度的下降部分通過加熱鐵水來補償，且因為這個(鐵水加熱和／或增碳)的應(yīng)急工序的目的是最大程度地利用基于鐵水熔點的容許熱儲備，所以這個情況屬于本發(fā)明的范圍。
理想的，鐵水的加熱和／或增碳是在具有電弧加熱和氣體沸騰功能的鐵水精煉容器中，或是在另一種具有通過噴吹氧氣和噴射粉末的方法加熱的功能和／或氣體沸騰功能的鐵水精煉容器中來實施。作為前一個鐵水精煉容器，可以利用用于鐵水處理中的眾所周知的稱為LF工藝的鋼包精煉裝置，而作為后一個鐵水精煉容器，可以利用用于鐵水處理中的眾所周知的稱為NRP工藝的鐵水處理裝置。
圖3表示一個具有電弧加熱和氣體沸騰功能的鐵水精煉容器3a的例子，圖中6是電極(三相石墨電極)，7是沸騰噴吹槍，該槍不僅能用于氣體沸騰操作，而且能噴射粉末。
在圖3所示的鐵水精煉容器3a中，從沸騰噴吹槍7中在熔渣存在的情況下，向鐵水噴吹惰性氣體，例如N2或Ar，渣量(CaO／SiO2為1到4的范圍)約為10～20kg／t鐵水，而在產(chǎn)生沸騰的同時，鐵水通過端部浸入渣中的電極6的電弧來加熱。沸騰氣體的量沒有特別限制，一般在0．001～0．01Nm3／t／min就夠了。
用于此處理步驟的渣，可以通過供給造渣劑來產(chǎn)生(一般，以CaO為主要成分)，另外也可以利用與鐵水一起加入的殘留渣作為全部或部分的所供給造渣劑的替代物。在此處理步驟中更進一步，如必要時，可以供給含碳材料用來提供增碳作用，或給予冷卻材料用來控制溫度。供給含碳材料、造渣劑及冷卻材料，可以依靠通過重量的下落或通過沸騰噴吹槍7的噴射。
一般，在鐵水由鐵水精煉容器3加熱和／或增碳的步驟中，脫硫反應(yīng)也同時進行。
圖4表示一具有通過噴吹氧氣和噴射粉末的方法加熱的功能和／或沸騰功能的鐵水精煉容器的例子，圖中8是氧氣噴吹槍而9是能夠?qū)嵭袊娚浞勰┖蜌怏w沸騰的沸騰噴吹槍。
在圖4所示的鐵水精煉容器中，從沸騰噴吹槍9中在熔渣存在的情況下，向鐵水噴吹惰性氣體，例如N2或Ar，渣量(CaO／SiO2為1到4的范圍)為10～20kg／t鐵水，而在產(chǎn)生沸騰的同時，從氧氣噴吹槍8中噴吹氧氣(噴吹氧氣或含氧的氣體)，加熱鐵水。或者，在從氧氣噴吹槍8中噴吹氧氣的同時，通過沸騰噴吹槍9噴入含碳材料來補償因噴吹氧氣造成的鐵水中C的降低，且更理想的通過沸騰噴吹槍9來降低鐵水的熔點，并實施增碳。
通過沸騰噴吹槍9的噴射，不僅可以用來供給含碳材料，而且可以提供造渣劑或冷卻材料。通過沸騰噴吹槍9的沸騰氣體量和通過氧氣噴吹槍8的噴吹氧氣量沒有特別限制，一般沸騰氣體量約在0．05～0．2Nm3／t鐵水／min的范圍，噴吹氧氣量約在5～10Nm3／t的范圍就夠了。
用于此處理步驟的渣，可以通過供給造渣劑來產(chǎn)生(一般，以CaO為主要成分)，另外也可以利用與鐵水一起加入的殘留渣作為全部或部分的所供給造渣劑的替代物。在鐵水的加熱和／或增碳步驟中，希望由于噴吹氧氣，脫硫反應(yīng)和脫磷反應(yīng)在同時進行。
在利用圖4所示的鐵水精煉容器進行處理中，軋機鐵皮、氧化鐵、鐵礦石、燒結(jié)礦或Mn礦團，可以作為固態(tài)氧資源裝入，來調(diào)節(jié)溫度，例如，如果供給Mn礦團，可以增加鐵水中的含Mn量。
在經(jīng)過一系列的處理過程，包括上述的脫硫步驟和鐵水的加熱和／或增碳步驟的鐵水，投入后續(xù)的脫碳，但是如果脫硫步驟(假定在鐵水加熱和／或增碳步驟中發(fā)生脫硫反應(yīng)的情況下，這個步驟也包括在內(nèi))的渣被帶進脫碳步驟，由于會發(fā)生再增硫，這些渣必須以這樣的方式，即至少在脫硫中的渣在沒有發(fā)生脫碳的條件下去除(扒渣)。
因此，在圖1A中的精煉流程中，在通過至少是鐵水精煉容器2脫硫，或通過鐵水精煉容器3加熱和／或增碳之后，將渣去除是必不可少的，在圖1B中的精煉流程中，在通過至少是鐵水精煉容器2脫硫之后，將渣去除是必不可少的。
此外，如果低堿性的渣會帶進脫硫步驟，由于不能提供高效率的脫硫，所以在脫硫之前應(yīng)除去低堿性的渣。
將已經(jīng)過上述一系列處理的鐵水投入到脫碳爐4例如轉(zhuǎn)爐或電爐中來脫碳。這個脫碳處理可以按照平常的工藝實施。
如果希望鐵水溫度在一系列步驟的中途下降到液態(tài)相以下，將鐵水投入到在途中或兩個適當步驟之間的鑄鐵機上生產(chǎn)冷鑄造鐵塊，該冷鑄造鐵塊還要裝載到熔融還原爐或脫碳爐中，在此情況下，冷鑄造鐵塊的形狀最好是相當小，如100mm或以下，50mm或以下更理想。例子1按照圖1B所示的精煉流程，實施所述鐵礦石直接熔融還原鐵水的精煉處理。即鐵礦石直接熔融還原鐵水從熔融還原爐1注入并將渣分離，通過扒渣將鐵水中剩余的渣除掉，然后該鐵水轉(zhuǎn)移到圖4所示的鐵水精煉容器3中，加入12kg／t的造渣劑，其主要成分是鍛燒石灰且CaO／SiO2調(diào)節(jié)到約為3(2～4)，噴吹氧氣、噴射10kg／t的含碳材料(焦炭)和脫磷劑(CaO84wt％，CaCO310wt％，CaF26wt％)使鐵水加熱和增碳(此外脫磷)。然后，鐵水轉(zhuǎn)移到如圖2所示的具有攪拌葉輪的鐵水精煉容器2中，并向其中加入脫硫劑(鍛燒石灰19kg/t和螢石lkg/t)和脫氧劑(Al2kg/t)，并通過機械攪拌實施脫硫。隨后，鐵水中的脫硫渣通過扒渣去除，并將鐵水轉(zhuǎn)移到脫碳爐(電爐)4中，以實施脫碳。
表1顯示在各步驟中，每個步驟之前和之后的鐵水溫度和[C]、[P]及[S]，和處理時間。
表1
由此表可以看出，作為低碳且高S的鐵水，鐵礦石直接熔融還原鐵水采用本發(fā)明，能夠在短時間內(nèi)得到高效率的精煉處理。此外，鐵水中的金屬在一系列過程中不會產(chǎn)生粘結(jié)。例子2按照圖1A所示的精煉流程，實施所述鐵礦石直接熔融還原鐵水的精煉處理。即鐵礦石直接熔融還原鐵水從熔融還原爐1注入并將渣分離，通過扒渣將鐵水中剩余的渣除掉，然后，該鐵水轉(zhuǎn)移到如圖2所示的具有攪拌葉輪的鐵水精煉容器2中，并向其中加入脫硫劑(鍛燒石灰19kg/t和螢石1kg/t)和脫氧劑(Al2kg/t)，并通過機械攪拌實施脫硫。隨后，鐵水中的脫硫渣通過扒渣去除，且將鐵水轉(zhuǎn)移到圖3所示的鐵水精煉容器3，在此加入10kg/t以鍛燒石灰為主要成分且CaO／SiO2調(diào)節(jié)到約為1.5的造渣劑，加入7kg/t的含碳材料(焦炭)，通過浸入造渣劑中的電極和電弧熱將造渣劑熔化，并進一步加熱和增碳鐵水。為了加速熱傳導(dǎo)和防止熱偏差，在處理過程中，從沸騰噴吹槍中噴吹0.004Nm3/t/min的N2氣體。
表2顯示在各步驟之前和之后的鐵水溫度和[C]、[P]、[S]及處理時間。
表2
由此表可以看出，作為低碳且高S的鐵水，鐵礦石直接熔融還原鐵水采用本發(fā)明，能夠在短時間內(nèi)得到高效率的精煉處理。此外，鐵水中的金屬在一系列過程中不會產(chǎn)生粘結(jié)。實施例2本發(fā)明的發(fā)明人依據(jù)的概念是，為修理爐磚而設(shè)置的備用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器設(shè)備，應(yīng)用于脫硫工序，且僅僅用一組轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的用舊的部分實施脫硫處理并認為應(yīng)在另外的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中完成脫碳處理。在此涉及的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器，包括側(cè)吹型轉(zhuǎn)爐，頂-側(cè)復(fù)吹型轉(zhuǎn)爐和與一般使用的頂-底復(fù)吹型轉(zhuǎn)爐不同的其它類型的設(shè)備。
由于轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的容積很大且具有充分的凈空，在脫硫處理當中，不會引起問題，且由于凈空足夠，高反應(yīng)性的鋼渣或熔渣，可以作為脫硫劑而大量使用，從而可以有效的實施脫硫，并能將渣中的總Fe合并還原，有利于提高產(chǎn)出率。
由于脫硫反應(yīng)是還原反應(yīng)，且由于在脫硫處理中供給氧氣會引起對脫硫反應(yīng)的阻礙，常規(guī)認為，在脫硫處理中應(yīng)避免噴吹氧氣，但現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當在轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中，處在強力攪拌下實施脫硫時，即使噴射一定量的氧氣，對脫硫反應(yīng)幾乎沒有妨礙。含碳材料例如焦炭，含有硫，而在平常的轉(zhuǎn)爐操作中，由于其增硫的問題，使供給含碳材料受到很大限制，但是在使用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器進行脫硫來作為脫碳處理的前處理工序時，由于供給含碳材料的步驟是脫硫處理步驟，且脫硫是在轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中，在強力攪拌之下有效實施，任何由供給含碳材料引起的對鐵水增硫的問題幾乎不發(fā)生，且現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，可以供給相對較多的含碳材料。
因此在用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器進行脫硫處理當中，噴吹氧氣和供給含碳材料是方便的，并且高溫處理可以有利于實施脫硫。另外，在鐵水中維持溫度不變，便于照顧到在后續(xù)工序中的容許熱儲備。此外，通過加入含碳材料可有效防止鐵水中[C]的降低，以便后續(xù)的脫碳處理能夠在保證容許熱儲備的狀態(tài)下，非常有利的實施。
在用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器進行脫硫處理當中，可以裝入廢鋼料等固態(tài)鐵資源，且如果適當供給氧氣和含碳材料，不會在本處理工序和后續(xù)工序的脫碳工序之后對鐵水溫度產(chǎn)生妨礙，且該固態(tài)鐵資源能有效熔化。因為該固態(tài)鐵資源是在脫硫處理工序中供給，高硫的還原鐵可以用作固態(tài)鐵資源，沒有任何的問題。
在如上所述的平常轉(zhuǎn)爐精煉裝置中，配置備用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器設(shè)備以用來修理爐磚，而且該備用設(shè)備除了一個周期非常短的爐磚維修期外，處于停工狀態(tài)。因此如果使用備用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的設(shè)備，該脫硫處理能夠不加重任何設(shè)備的負荷，而不像常規(guī)爐外脫硫處理那樣。
使用一組轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的一部分(最好是轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器)實施脫硫處理的鐵水精煉工藝實施方式2，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在處理效率和便利兩方面具有現(xiàn)有技術(shù)不具備的巨大優(yōu)點，并帶來以下特點。鐵水精煉工藝，其特征在于使用兩個或兩個以上的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器，鐵水在至少一個轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中脫硫，并且對轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中的脫硫鐵水脫碳，以便生產(chǎn)液態(tài)鋼。以上鐵水精煉工藝[1]所述的鐵水精煉工藝，其特征在于在用來脫硫的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中，用來攪拌鐵水的噴吹氣體量為0．05Nm3／t鐵水／min或以上。以上鐵水精煉工藝[1]或[2]所述的鐵水精煉工藝，其特征在于在用來脫硫的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中噴吹的氧氣量為2．5Nm3／t鐵水／min或以上。以上鐵水精煉工藝[1]到[3]之一所述的鐵水精煉工藝，其特征在于在脫硫處理中加入含碳材料。以上鐵水精煉工藝[1]到[4]之一所述的鐵水精煉工藝，其特征在于脫硫劑和／或含碳材料是從用于脫硫的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的攪拌氣體噴吹噴嘴中噴射的。以上鐵水精煉工藝[1]到[5]之一所述的鐵水精煉工藝，其特征在于固態(tài)鐵資源與鐵水一起加入到用于脫硫的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器當中，噴吹氧氣和裝入含碳材料來熔化固態(tài)鐵資源，隨后進行脫硫處理。以上鐵水精煉工藝[1]到[6]之一所述的鐵水精煉工藝，其特征在于在脫硫處理中加入鋼渣和／或熔渣。
實施例2是使用兩個或兩個以上的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的鐵水精煉工藝，鐵水在至少一個轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中脫硫，并且對轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中的脫硫鐵水脫碳，以便生產(chǎn)液態(tài)鋼。從而，本發(fā)明的工藝，除了對超低S鋼這樣特殊的情況外，不再需要像常規(guī)實行的爐外脫硫。
實施例2中的脫硫工藝和脫碳工藝，可以用任選的不同轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器實施，并由此能夠由分別設(shè)置用于脫硫的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器和用于脫碳的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器進行處理。但本發(fā)明最理想和最有用的實施方式是利用兩個或兩個以上轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器，包括設(shè)置在轉(zhuǎn)爐精煉裝置中的備用設(shè)備，以便分別進行脫硫和脫碳處理。
平常的轉(zhuǎn)爐精煉裝置中配備多個轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器(平常為2個或3個)，包括用來修理爐磚的備用設(shè)備。一般，平常轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器每次的工作周期約為4～5個月，而這個工作周期之后，經(jīng)過一個非常短的爐磚修理周期(平常約為兩周，并且在這個修理周期期間，備用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器工作)之后，操作進入下一個工作周期。另外備用設(shè)備的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的替代操作直至此時，然后該轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器作為備用設(shè)備處于停工狀態(tài)。因此，在設(shè)置有兩個轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的裝置的情況下，在全部工作周期中，除了以上修理周期之外，這種備用設(shè)備的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器存在停工狀態(tài)。
那么，如果這種停工狀態(tài)的備用設(shè)備的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器應(yīng)用于鐵水脫硫，則不需提供專門用于爐外脫硫處理的裝置，且在有效利用裝置的同時，可以實行脫硫處理。對于在設(shè)置兩個轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器時的修理周期，只在這個周期里不實行脫硫(在這種情況下，澆注的鋼作為高S鋼)或更換轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的爐體用于修理爐磚(修理備用的爐體，只更換爐體)，使兩個轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器均作好工作準備。
對使用實施例2的鐵水種類沒有任何特別的限制，且實施例2可以用于對由高爐生產(chǎn)的鐵水或熔融還原爐生產(chǎn)的鐵水的精煉。實施例2作為對由熔融還原爐生產(chǎn)的鐵水的精煉工藝特別有用。即，在高爐生產(chǎn)的鐵水中，[S]約為0．03wt％，而這對將其降低到0．01wt％以下是足夠的。另一方面，在熔融還原爐生產(chǎn)的鐵水中，[S]約為0．3～0．4wt％，遠遠高于高爐鐵水的硫。因此，將高[S]降低直到0．01wt％以下是非常困難的。由于這個緣故，本發(fā)明的工藝以使用強力攪拌的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器來操作，并根據(jù)以下條件進行脫硫，從而可以沒有任何問題的實施脫硫處理，而不必顧及由熔融還原爐生產(chǎn)的高[S]鐵水，并能有效實施包含后續(xù)在另外轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中操作的脫碳處理的精煉。
實施例2以使用在轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中施行強力攪拌的操作，以使鐵水脫硫，為此在轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中供給如N2的攪拌氣體，(在頂一底復(fù)吹型轉(zhuǎn)爐的情況下，氣體為底吹)最好該攪拌氣體的噴吹量為0．05Nm3／t鐵水／min或以上，為了提供要求的強力攪拌，希望為0．1Nm3／t鐵水／min或以上。
圖5表示用來攪拌的底吹氣體量(氮氣)與在頂一底復(fù)吹型轉(zhuǎn)爐(噴吹氧氣量1．0Nm3／t鐵水／min)中進行脫硫時的脫硫速度之間的關(guān)系，并可看出，通過確定底吹氣體量在0．05Nm3／t鐵水／min或以上，獲得很高的脫硫速度。
在脫硫處理中，如必要時，通過氧氣噴吹槍噴射氧氣(噴吹氧氣)。通過噴氧，可以進行對脫硫的高溫處理，并考慮鐵水在后序工序中的容許熱儲備，容易保證鐵水的溫度，使后序脫碳處理能夠有效實施。因為脫硫反應(yīng)如上所述是還原反應(yīng)，且由于在脫硫反應(yīng)處理中供給氧氣或氧化物會引起對脫硫反應(yīng)的阻礙，常規(guī)認為基本應(yīng)避免在脫硫處理中的噴吹氧氣，但本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，當在轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中，在強力攪拌下實施脫硫時，即使噴射一定量的氧氣，對脫硫反應(yīng)幾乎沒有妨礙。
顧及在脫硫后的鐵水溫度和在后工序中的容許熱儲備，供給的氧氣量2．5Nm3／t鐵水／min或以下，最好為2．0Nm3／t鐵水／min或以下，1．5Nm3／t鐵水／min或以下更好。以此，脫硫反應(yīng)不受妨礙，脫碳反應(yīng)不會過量進行，且脫硫可以在高溫鐵水中操作。鑒于處理溫度、處理后的鐵水溫度、和后工序的容許熱儲備，也可以不噴吹氧氣。
如果噴吹氧氣量超過2．5Nm3／t鐵水／min，就引起這樣的問題，即，脫硫反應(yīng)受阻，且脫硫效率下降，進一步還由于脫硫反應(yīng)提前和鐵水中[C]下降，在另外的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中實施后續(xù)的脫硫反應(yīng)時，不存在容許熱儲備，而廢鋼料幾乎不熔化，且鐵水中的金屬粘結(jié)到裝置上。
圖6表示噴吹氧氣量與進行脫硫處理時的脫硫速度之間的關(guān)系(底吹量0．1Nm3／t鐵水／min)，并可看出，如果噴吹氧氣量超過2．5Nm3／t鐵水／min，脫硫效率極度惡化。
在實施方式2中，供給上述范圍的氧對脫硫反應(yīng)的影響很小，并鑒于因高溫而縮短了處理時間并確保處理后的鐵水溫度，最好氧的供給量限制在上述范圍之內(nèi)。
在實施方式2的處理中，作為加熱源可以加入例如焦炭那樣的含碳材料，以防止由于供氧造成的鐵水中[C]的降低。通過供給含碳材料能夠在伴隨噴吹氧氣的作用下，實現(xiàn)有利于脫硫的高溫處理，并容易保證考慮了后工序中的容許熱儲備和應(yīng)避免的鐵水中[C]降低之后的鐵水溫度，以確保能有利地實施脫碳處理。所供給的例如焦炭那樣的含碳材料量的確定，要考慮供氧量并根據(jù)脫硫處理后的鐵水目標[C]量來定。
在脫硫處理中，可隨意加入脫硫劑，并且最好是在本發(fā)明的脫硫處理幾乎實施結(jié)束，同時在實施脫碳處理(平常為約15分鐘)時，與脫碳處理操作的工作點相交接。為了增加脫硫效果，以石灰粉末為主要成分的脫硫劑(一般為煅燒石灰)從攪拌氣體噴吹噴嘴中噴吹。
作為脫硫劑，可以加入一種或兩種或更多的鋼渣或鐵渣，如上所述，轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器是大容積且具有充分的凈空，在脫硫處理當中，不會引起問題，且具有高反應(yīng)性的鋼渣或熔渣作為脫硫劑，因為凈空足夠可大量使用，所以能有效的實施脫硫，并能將渣中的總Fe合并還原，有利于提高產(chǎn)出率。例如使用總Fe約為5wt％的渣，處理后渣中的總Fe可以降低到約為0．05wt％。
所以，當熔融還原爐中生產(chǎn)的鐵水受到脫硫處理時，如果鐵礦石直接熔融還原渣作為脫硫劑加入時，高S的鐵水能有效脫硫且產(chǎn)出率可以提高。
含碳材料或脫硫劑通過任意的方式加入，例如由加料機構(gòu)從爐子上部靠重力落下或從攪拌氣體噴嘴中噴吹(噴射)，且按照以下的觀點，從攪拌氣體噴嘴中噴吹更為優(yōu)越，(1)在噴吹方式中，由于作為含碳材料或脫硫劑使用的粉末具有很大的比表面積，可以提高其與鐵水的反應(yīng)活性，(2)由于噴粉(含碳材料、脫硫劑)的能量，能夠達到比單純噴吹攪拌氣體更有效的強力攪拌并由于這種效果，可以提高反應(yīng)效率，及(3)作為含碳材料或脫硫劑的粉末穿過鐵水，直到其浮到渣之上，通過這種效果，可以提高反應(yīng)活性或攪拌作用。
關(guān)于攪拌氣體噴嘴，作為例子，在頂-底復(fù)吹型轉(zhuǎn)爐的情況時，是作為底吹噴嘴，從中噴吹含碳材料或脫硫劑。
為增大脫硫效率，在噴吹氧氣后，金屬Al，含Al物質(zhì)，F(xiàn)eSi或SiMn的合金，或SiC作為脫氧劑供給，并通過供給這些物質(zhì)，攪拌渣-金屬，以能提供更高的脫硫效率。依靠從爐子上部通過重力落下可加入這些脫氧劑，但是如果從攪拌氣體噴嘴噴吹，可有效的降低由渣所造成的損失。
由于實施方式2的脫硫處理，利用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器，固態(tài)鐵資源例如廢鋼料，可以在脫硫處理步驟裝入并熔化，而為了熔化這些固態(tài)鐵資源，通過加入氧或含碳材料提供熱量，使其對處理后及后工序的脫碳處理后的鐵水溫度的不良影響不起作用。
由于固態(tài)鐵資源在脫硫處理中熔化，如果固態(tài)鐵資源如還原鐵，具有高的硫含量，不會產(chǎn)生問題，并且能夠應(yīng)用。作為固態(tài)鐵資源，高S含量的還原鐵或在脫硫處理前在鑄鐵機中凝固的鐵水，其在常規(guī)煉鋼工藝中使用是很困難的。
因此在實施例2中，一種或更多的選自還原鐵、廢鋼料的固態(tài)鐵資源或鐵水，裝載到轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中進行脫硫，并通過供給氧氣或含碳材料使其熔化，隨后脫硫。
在至少一個轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中脫硫的鐵水，通過轉(zhuǎn)移容器轉(zhuǎn)移到另外的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中，并受到脫碳處理(如必要時，在同時脫磷處理)。這個脫碳沒有特別的限制，而遵循平常的條件。
在實施方式2中，作為轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器所使用的，有頂--底復(fù)吹型轉(zhuǎn)爐，側(cè)吹型轉(zhuǎn)爐，或頂--側(cè)復(fù)吹型轉(zhuǎn)爐。對于特別適合于脫硫的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器，頂--底復(fù)吹轉(zhuǎn)爐在反應(yīng)效率上更為優(yōu)秀，因為與側(cè)吹型轉(zhuǎn)爐或頂--側(cè)復(fù)吹型轉(zhuǎn)爐相比，其渣--金屬界面的反應(yīng)區(qū)域更寬，且可以預(yù)期脫硫效率的理想改善。
實施方式2的鐵水精煉工藝，在與實行爐外脫硫處理的現(xiàn)有技術(shù)比較下，具有如下所述的優(yōu)勢。
(1)由于平常停工的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的備用設(shè)備，可以被利用來進行脫硫處理，與常規(guī)爐外脫硫處理不同，可以在不加重任何設(shè)備的負荷的條件下，實施脫硫處理。
(2)由于用來脫硫的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器具有充分的凈空，在脫硫處理當中不會引起問題，且高反應(yīng)性的鋼渣或熔渣可以作為脫硫劑而大量使用，使得脫硫可以有效的實施，而且在渣中的總Fe可以合并還原，有利于提高產(chǎn)出率。
(3)在脫硫處理時，通過使用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的氧氣噴吹槍可以供給氧氣和含碳材料。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于在脫硫處理中供給氧會引起對脫硫反應(yīng)的阻礙，已認為在脫硫處理中應(yīng)基本避免噴吹氧氣，但是在強力攪拌下，在轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中實施脫硫時，盡管噴射一定的氧氣量，脫硫反應(yīng)幾乎沒有受到妨礙。含碳材料例如焦炭含有硫，在平常的轉(zhuǎn)爐操作中，由于增硫的問題，使供給含碳材料受到很大限制，但由于供給含碳材料的步驟是脫硫處理步驟，且脫硫是在強力攪拌之下的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中有效實施，任何由供給含碳材料對鐵水的增硫的問題，幾乎不會發(fā)生，而且含碳材料可以相對大量的供給。
那么，在使用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器實施脫硫當中，供給氧氣和含碳材料相對容易，而且能夠在有利于脫硫的高溫下處理，并且鐵水溫度容易照顧在后工序的容許熱儲備。因此，在脫硫步驟中，廢鋼料可以相對大量的加入。
(4)由于在脫硫處理中，可以加入含碳材料，例如焦炭，防止鐵水中[C]的下降且可以保證在其后非常有效的實行脫碳作業(yè)。伴隨著鐵水溫度得到保證，廢鋼料的加入量也大幅度增加。此外通過供給使鐵水增碳的含碳材料，在脫硫中可以得到大量的高質(zhì)量生成氣。
(5)由于應(yīng)用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器進行脫硫處理，可以裝載如廢鋼料那樣的固態(tài)鐵資源，并通過如上所述適當加入氧氣或含碳材料，對在處理后及后工序的脫碳處理后的鐵水溫度的不良影響不起作用，而該固態(tài)鐵資源可以得到熔化。其結(jié)果是，在包括脫碳處理步驟的全部精練過程中，能夠大量增加像廢鋼料那樣的固態(tài)鐵資源的耗用量。此外由于是在脫硫步驟中加入固態(tài)鐵資源，即使是像還原鐵那樣具有高的硫含量的固態(tài)鐵資源，也不會產(chǎn)生問題，并且能夠加以應(yīng)用。作為固態(tài)鐵資源，高S含量的還原鐵或在脫硫處理前在鑄鐵機中凝固的鐵水，其在常規(guī)煉鋼工藝中使用是很困難的。
(6)本實施方式2的鐵水精煉工藝，對由熔融還原爐生產(chǎn)的鐵水進行精煉是特別有用的。即，在熔融還原爐生產(chǎn)的鐵水中[S]遠比高爐鐵水中的[S]要高，在常規(guī)爐外脫硫中，將高含量的[S]降低到預(yù)定的范圍是困難的。另一方面，本發(fā)明的工藝使用轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的強力攪拌并根據(jù)上述條件實施脫硫來工作，從而能沒有任何問題的實施脫硫處理，而不必顧及由熔融還原爐生產(chǎn)的高[S]鐵水，而且包含在另外轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中操作的后續(xù)脫碳處理在內(nèi)的高效精煉可以得到有效的實施。
理想應(yīng)用在脫硫和脫碳的本實施方式2中所用的兩個或更多的轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器，在假設(shè)以常規(guī)的方式操作時，作為轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器的耐火材料，所用具有在脫硫和脫碳中都很高的使用壽命的MgO-C類型的耐火磚最好。例子1將100t鐵水裝載到100t轉(zhuǎn)爐中(砌耐火磚后的容積為90m3)，底吹入氣體量為0．1Nm3／t鐵水／min，通過重力下落加入5kg／t鐵水的鍛燒石灰，并且進行脫硫處理。在此脫硫處理之中，從開始處理到15分鐘之后，如下所示，[S]從0．032wt％降到0．010wt％。
[S] 鐵水溫度處理前4．5wt％0．032wt％1400℃處理后4．5wt％0．010wt％1360℃隨后，在另一轉(zhuǎn)爐中，將脫硫后的鐵水實行脫碳處理，且生產(chǎn)出[C]0．05wt％，而[S]0．010wt％的鋼。例子2將100t鐵水裝載到100t轉(zhuǎn)爐中(砌耐火磚后的容積為90m3)，底吹入氣體量為0．5Nm3／t鐵水／min，通過重力下落加入5kg／t鐵水的鍛燒石灰，并且進行脫硫處理。在此脫硫處理之中，從開始處理到10分鐘之后，如下所示，[S]從0．032wt％下降到0．007wt％。
[S] 鐵水溫度處理前4．5wt％0．032wt％1400℃處理后4．5wt％0．007wt％1360℃隨后，在另一轉(zhuǎn)爐中，將脫硫后的鐵水實行脫碳處理，且生產(chǎn)出[C]0．05wt％，而[S]0．007wt％的鋼。例子3
將200t[C]約3wt％和[S]約0．3wt％的鐵水裝載到100t轉(zhuǎn)爐中(砌耐火磚后的容積為90m3)，裝入60t[總Fe]約5wt％和[CaO]／[SiO2]1．2在所述鐵水生產(chǎn)步驟產(chǎn)生的渣，來自噴吹槍的噴吹氧氣量為10000Nm3／h，底吹氣體量為1Nm3／h，焦炭裝入量為7t，并且進行脫硫處理。在此脫硫處理之中，從開始處理到約30分鐘之后，如下所示，[S]從0．305wt％降到0．010wt％，鐵水溫度可以增加50℃。[S] 鐵水溫度處理前3．1wt％0．305wt％1400℃處理后4．5wt％0．010wt％1450℃隨后，在另一轉(zhuǎn)爐中，將脫硫后的鐵水分出100t實行脫碳處理，且生產(chǎn)出[C]0．05wt％，而[S]0．010wt％的鋼。例子4將100t鐵水裝載到100t轉(zhuǎn)爐中(砌耐火磚后的容積為90m3)，底吹入氣體量為0．5Nm3／t鐵水／min，從底吹噴嘴噴吹5kg／t鐵水的鍛燒石灰并實行脫硫處理，在此脫硫處理中，從開始處理到約5分鐘之后，如下所示，[S]從0．032wt％降到0．002wt％。 [S] 鐵水溫度處理前4．5wt％0．032wt％1400℃處理后4．5wt％0．002wt％1380℃隨后，在另一轉(zhuǎn)爐中，將脫硫后的鐵水實行脫碳處理，且生產(chǎn)出[C]0．05wt％，而[S]0．002wt％的鋼。例子5將100t鐵水裝載到100t鐵爐中(砌耐火磚后的容積為90m3)，底吹入氣體量為0．1Nm3／t鐵水／min，加入5kg／t鐵水的鍛燒石灰和0．2kg／t鐵水的Al，并且進行脫硫處理。在此脫硫處理之中，從開始處理到約5分鐘之后，如下所示，[S]從0．032wt％降到0．002wt％。
[S] 鐵水溫度處理前4．5wt％0．032wt％1380℃處理后4．5wt％0．002wt％1400℃隨后，在另一轉(zhuǎn)爐中，將脫硫后的鐵水實行脫碳處理，且生產(chǎn)出[C]0．05wt％，而[S]0．002wt％的鋼。例子6將100t鐵水裝載到100t轉(zhuǎn)爐中(砌耐火磚后的容積為90m3)，底吹入氣體量為0．5Nm3／t鐵水／min，裝入5kg／t鐵水的鍛燒石灰和20kg／t鐵水的焦炭，并從氧氣噴吹槍中噴吹5000Nm3／t鐵水／min的氧氣，并且進行脫硫處理。在此脫硫處理之中，從開始處理到約10分鐘之后，如下所示，[S]從0．032wt％下降到0．015wt％，并且[C]從3．2wt％增加到4．5wt％。[S]鐵水溫度處理前3．2wt％0．032wt％1380℃處理后4．5wt％0．015wt％1400℃隨后，在另一轉(zhuǎn)爐中，將脫硫后的鐵水實行脫碳處理，且生產(chǎn)出[C]0．05wt％，而[S]0．015wt％的鋼。實施例3從上述的觀點，本發(fā)明人進行研究以開發(fā)金屬的熔融還原工藝并隨后完成了下述的發(fā)現(xiàn)。
在通過噴吹包含20％或以上氧氣的，室溫或預(yù)熱的氣體來生產(chǎn)鐵水的工藝中，在將鐵礦石和含碳材料裝載到鐵熔池性熔煉爐，即鐵礦石直接熔融和還原爐中的同時，事先將煤作去除揮發(fā)份的處理，置備碎焦作為含碳材料裝載到熔融還原爐中，并且通過使用碎焦，即使其在熔融還原爐中的二次燃燒率比現(xiàn)有技術(shù)的程度明顯提高，在爐墻中的熱負荷能夠控制的很低。本發(fā)明人的測試表明，在將去除揮發(fā)份煤作為含碳材料裝載到熔融還原爐中時，爐墻的熱負荷根據(jù)二次燃燒率的增加和殘留揮發(fā)物質(zhì)含有率(VM)的減少而改變，并將所得結(jié)果表示在圖7中。
如圖7中所看到的，如果裝載到熔融還原爐中的煤中的揮發(fā)份含量低于10wt％，爐墻熱負荷比使用根本未去除揮發(fā)份煤(VM30～45％)時顯著降低。降低程度平均約在1／3。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明人注意到，作為含碳材料裝載到上述的DIOS工藝的熔融還原中間的是使用通過去除煤的揮發(fā)份產(chǎn)生的碎焦。隨著對這點的注意，設(shè)想在DIOS工藝中的預(yù)還原爐中使用碎焦，并且本發(fā)明人得到了絕對新穎的想法，即，在預(yù)還原工序中，預(yù)還原率將提高到常規(guī)水平之上，并在同時，必須使用具有通過揮發(fā)將煤改變成為碎焦的功能的反應(yīng)爐作為預(yù)還原爐。
這個實施例3就是基于上述發(fā)現(xiàn)和最初設(shè)想的。
第一個金屬熔融還原工藝中，將含碳材料和氧化或氫氧化礦裝載到預(yù)還原爐中，利用含碳材料預(yù)還原氧化或氫氧化礦，將預(yù)還原的氧化或氫氧化礦與含碳材料裝載到金屬熔池型熔融還原爐中，并在同時噴吹室溫或預(yù)熱的含有20％或以上氧氣的氣體，從而生產(chǎn)直接還原或熔融還原鐵水，該工藝的特征在于，在以下步驟(a)中使用的預(yù)還原材料為預(yù)還原的氧化或氧氧化礦。
步驟(a)所用的是其內(nèi)部裝載含碳材料和氧化或氫氧化礦，且具有與該含碳材料和氧化或氫氧化礦直接接觸功能的反應(yīng)爐，并且至少部分的氧化或氫氧化礦被還原至金屬化，而所置備的該氧化或氫氧化礦包含至少部分這種金屬化的金屬。
第二個金屬熔融還原工藝中，將含碳材料和預(yù)還原的氧化或氫氧化礦裝載到金屬熔池型熔煉爐中，并在同時噴吹室溫或預(yù)熱的含有20％或以上氧氣的氣體，從而生產(chǎn)熔融鐵水，該工藝的特征在于，裝載到熔池型熔煉爐中的含碳材料與預(yù)還原的氧化或氫氧化礦分別包含在以下步驟(b)中的預(yù)還原氧化或氫氧化礦和含碳材料。
步驟(b)所用的是其內(nèi)部裝載含碳材料和氧化或氫氧化礦，且具有與該含碳材料和氧化或氫氧化礦直接接觸功能的反應(yīng)爐，并且至少部分的氧化或氫氧化礦被還原至金屬化，而所置備的該氧化或氫氧化礦包含至少部分這種金屬化的金屬，且含碳材料包含至少部分通過去除煤的揮發(fā)份而產(chǎn)生的碎焦。
第三個金屬熔融還原工藝，如第一個和第二個工藝所述，其特征在于，裝載到預(yù)還原爐中的含碳材料的量高于化學(xué)計量所需的量，以便通過預(yù)還原，使所有量的氧化或氫氧化礦金屬化。
第四個金屬熔融還原工藝，如第一個到第三個工藝之中的任意一個所述，其特征在于，裝載到預(yù)還原爐中的含碳材料包括通過對煤去除揮發(fā)份而產(chǎn)生的碎焦。
第五個金屬熔融還原工藝，如第一個和第四個工藝之中的任意一個所述，其特征在于，預(yù)還原爐是回回轉(zhuǎn)窯式或回轉(zhuǎn)爐床式反應(yīng)爐。
第六個金屬熔融還原工藝中，將含碳材料和預(yù)還原的氧化或氫氧化礦裝載到金屬熔池型熔煉爐中，并在同時噴吹室溫或預(yù)熱的含有20％或以上氧氣的氣體，從而生產(chǎn)直接還原鐵或熔融還原鐵水，其特征在于，裝載到金屬熔池型熔融還原爐中的含碳材料，其中至少部分被預(yù)先去除揮發(fā)份。
第七個金屬熔融還原工藝，如第六個工藝所述，其特征在于，預(yù)加熱和/或預(yù)還原氧化或氫氧化礦，并且將所得的預(yù)加熱和/或預(yù)還原氧化或氫氧化礦裝載到金屬熔池型熔煉爐中。
第八個金屬熔融還原工藝，如第七個工藝所述，其特征在于，裝載到金屬熔池型熔煉爐中的含碳材料為在預(yù)加熱和/或預(yù)還原時，至少部分地去除了揮發(fā)份。
第九個金屬熔融還原工藝，如第七個或第八個工藝所述，其特征在于，預(yù)還原爐是回回轉(zhuǎn)窯式或回轉(zhuǎn)爐床式反應(yīng)爐。
下面涉及本發(fā)明的還原反應(yīng)的實施方式，兼及其實施、操作和效果。(1)方式[第一方式]圖8表示在實施本發(fā)明時所使用設(shè)備的流程圖的一個例子。如圖所示，原礦石111和原煤121依次裝載入作為預(yù)還原爐用來與預(yù)還原含碳材料和礦石直接接觸的爐子103內(nèi)，(例如，除回回轉(zhuǎn)窯式或回轉(zhuǎn)爐床式爐以外的那種爐子，該爐將在熔融還原爐中產(chǎn)生的氣體引到預(yù)還原流化床，進行還原處理，并且在其中礦石周圍的大氣不受含碳材料的影響)，供給高熱值的燃料120，并將氧氣146和預(yù)熱空氣150的混合氣體噴吹到其中，以便預(yù)還原原礦石111。輔助原材料125，例如鍛燒石灰或粗白云石隨后被裝載到直接接觸的爐子103中，根據(jù)預(yù)還原條件(粗含碳材料的喂入速度或預(yù)還原溫度)，粗含碳材料121進行去除揮發(fā)份的處理并成為碎焦。在這樣的方式中，原礦石111受到預(yù)還原且達到預(yù)定的還原率，并持續(xù)生成包含碎焦的還原鐵115，其碎焦中含有根據(jù)還原率而變化的金屬化鐵。
含有在直接接觸的爐子103中預(yù)還原的碎焦的還原鐵115，連續(xù)裝載到熔融還原爐101中，在熔融還原爐101中，還適當?shù)膰姶递o助原材料126例如鍛燒石灰或輕鍛燒白云石、含碳材料、氧氣和空氣，使得還原鐵受到直接的熔融還原處理。在進入熔融還原過程時，將氮氣148噴吹到直接熔融還原爐101中，以便強化熔池攪拌。以此在爐101中形成鐵熔池和渣熔池，并將鐵水136和渣137排出。
另一方面，如圖8所示，作為次要的設(shè)備，配有集塵器153、蒸氣回收鍋爐156、蒸氣發(fā)生器154，和預(yù)熱空氣熱交換器158，這些裝置處理從爐101排出的發(fā)生氣體131和從直接接觸的爐子103中排出的生成氣體132。來自于發(fā)生氣體131和生成氣體132之中的回收灰塵138循環(huán)到爐101中，而氣體顯熱通過蒸氣回收鍋爐156回收。此外生成氣體132在一個儲氣柜152中儲存并供給發(fā)生器裝置154用來產(chǎn)生能量。[第二方式]圖12表示在實施本發(fā)明時，所使用設(shè)備的流程圖的一個例子。如圖所示，不設(shè)置預(yù)還原爐，而是設(shè)置去除含碳材料揮發(fā)份的爐子105。在這個爐子105中，裝載粗含碳材料121，并供給高熱值的燃料120，并將氧氣146和預(yù)熱空氣150的混合氣體噴吹到其中，以便去除粗含碳材料121的揮發(fā)份。去除揮發(fā)份的含碳材料122與原礦石111，持續(xù)裝載到爐101之中，且隨后裝載輔助原材料125，例如鍛燒石灰或粗白云石。適當噴吹氧氣146和預(yù)熱空氣150的混合氣體與去除揮發(fā)份含碳材料122，且原礦石111受到熔融還原處理。在進入熔融還原過程時，將氮氣148噴吹到直接熔融還原爐101中，以便強化熔池攪拌。以此在爐101中形成鐵熔池和渣熔池，并將鐵水136和渣137排出。
另一方面，如圖12所示，作為次要的設(shè)備，配有集塵器153、蒸氣回收鍋爐156、蒸氣發(fā)生器154，和空氣預(yù)熱及熱交換器158，這些裝置處理從爐101排出的發(fā)生氣131和從去除揮發(fā)份爐105中排出的去除揮發(fā)性氣體133。來自于發(fā)生氣體131和去除揮發(fā)性氣體133之中的由集塵器151收集的回收灰塵138循環(huán)到爐101中，而由爐排出的發(fā)生氣體131的氣體顯熱通過蒸氣回收鍋爐156回收。此外生成氣體133在一個儲氣柜152中儲存并供給發(fā)生器裝置154用來產(chǎn)生能量。[第三方式]圖13表示在實施本發(fā)明時，所使用設(shè)備的流程圖的一個例子。如圖所示，在這個作為例子的設(shè)備中，設(shè)置預(yù)加熱預(yù)還原流化床102作為預(yù)還原爐，在其中，將原礦石111還原成為含有預(yù)還原礦石114的碎焦并裝入熔融還原爐101中。輔助原材料126例如鍛燒石灰或輕鍛燒白云石，也被裝載到此爐101之中，并且將在去除揮發(fā)份爐105中去除揮發(fā)份的含碳材料122裝入，并通過噴吹氧氣146直接熔融還原這些材料。然后，噴吹氮氣148以便強化熔池攪拌。以此，在爐101中形成鐵熔池和渣熔池，并將鐵水136和渣137排出。作為次要的設(shè)備，配有集塵器153、蒸氣回收鍋爐156、蒸氣發(fā)生器154，和第二方式相似。[第四方式]圖14表示在實施本發(fā)明時，所使用設(shè)備的流程圖的一個例子。如圖所示，在這個作為例子的設(shè)備中，代替前面圖13中的預(yù)加熱和預(yù)還原流化床102，設(shè)置與含碳材料和預(yù)還原礦石直接接觸的爐子103，在其中，將在去除揮發(fā)份的爐子105中去除揮發(fā)份的含碳材料122(碎焦)和原礦石111裝入，其設(shè)備與第三方式的相同。(2)還原反應(yīng)，操作與效果首先定義說明書中的詞和短語。[二次燃燒率]
二次燃燒率指的是在熔融還原爐的爐喉或在喂料管處測定的氣體氧化度。
二次燃燒率(％)=SRF爐喉周圍的氣體氧化度(％)氣體氧化度(％)={(CO2+H2O)／(CO+CO2+H2+H2O)}×100平常在熔融還原爐的熔池部分中，氣體氧化度比爐喉處要高，但是由于實際測量很困難，采用以上的定義。
由于二次燃燒率是一個CO燃燒后→CO2和H2燃燒后→H2O的比值，而氣體氧化度包含在H2O分子中，在該分子中吸附的水成分蒸發(fā)或分解并產(chǎn)生CO2，嚴格說這是不一樣的。在SRF熔池中的氣體由于鐵水揮發(fā)份中的碳而產(chǎn)生質(zhì)變或帶有在上部氣體空間中的灰塵，且在SRF爐的爐喉的氣體氧化度經(jīng)常比在熔池部分的最大值約低10％。[含碳材料]含碳材料指的是含有碳的物質(zhì)，包含所謂的煤、焦炭、碎焦、RDF油焦、作為固體的可燃廢料的廢塑料、還有重油或含有碳氫化合物的材料。[高熱值燃料]高熱值燃料指的是含有至少2500kcal／Nm3或10000kcal／kg熱值的那些燃料，例如重油或丙烷氣。[礦石金屬化所需的含碳材料的化學(xué)計量的量]當在熔融還原爐中加入的鐵水，超過使礦石金屬化所需的鐵水化學(xué)計量的量時，如在例子2～4中，在預(yù)還原爐中產(chǎn)生的材料中的C濃度，應(yīng)為至少5％，最好是10％或以上。關(guān)于在預(yù)還原爐中的所需碳量，二次燃燒率越低，所需的量就越高，并至少，在預(yù)還原爐中產(chǎn)生的材料中的C濃度不超過40％，且平常最好是30％或以下。
在熔融還原爐操作期間，爐墻的熱負荷隨著爐內(nèi)的二次燃燒的增加而加大，并假設(shè)，這是由從高溫下氣體的輻射的熱傳遞性造成的，在氣體輻射中，H2O、CO2和CO的影響很大，而N2和H2的影響可以忽略。關(guān)于這三種成分，H2O具有特別大的影響，且這從化學(xué)工程師手冊中描述的輻射系數(shù)是可以預(yù)計的。本發(fā)明人可以實際確定其在熔融還原爐中的高溫下包含灰塵的氣體中的貢獻率。從研究結(jié)果中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果煤中的揮發(fā)份(VM)被去除揮發(fā)份直至小于10％，二次燃燒對熔融還原爐中爐墻熱負荷過高的影響，能夠減小直到現(xiàn)有技術(shù)水平的一半(見圖7)。
上述結(jié)果是由于存在至少10％的C，平常為20％，由于煤中的氫含量約為5％，且吸附到原材料或燃料的水成分是1／10或低于這個值。
平常包含在一般稱其為鍋爐用煤的非煉焦煤中的氫成分，通過將其暴露在高溫中，能夠成為揮發(fā)份而去除直到1％或以下，而在爐墻的熱負荷方面，熔融還原爐的極端二次燃燒率為30％～40％，而根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得這樣的結(jié)果，即二次燃燒率能夠在40％～80％的范圍操作，且沒有非常引人注意的大量熱損失，并能降低煤的凈單位耗量、氧氣的凈單位耗量和設(shè)備的費用。
為了進一步降低這些凈單位耗量和設(shè)備費用，如果煤與礦石的混合物在大約1200℃高溫的大氣中去除揮發(fā)份，礦石必然產(chǎn)生金屬鐵，且金屬化程度為60％或以上，平常大約80％～90％是容易的。如果與礦石混合的煤的比例超過了金屬化礦石的所需量，以滿足在以后的爐子中的鐵水的需要量，由于煤的揮發(fā)增加二次燃燒的作用和通過比在流化床中還原更高的礦石還原率降低煤和氧氣的凈單位耗量的作用，實現(xiàn)了直到現(xiàn)有技術(shù)工藝的數(shù)值的1／2～1／3。只有在這種情況下，鐵水[S]的濃度不可避免地增加0．1％或更多。但是，熔融還原爐是最后的鐵水制造工藝，而且在鐵水制造期間，能夠比鐵水的脫硫工藝，例如所謂的KR工藝更容易和更經(jīng)濟的脫硫。當然，如果鋼水的[S]含量是大約0．1％，要生產(chǎn)[S]=0．01％的產(chǎn)品，需要巨大的處理費用用于耐火磚或造渣劑(好幾×1000日元／t)，而且此工藝不會成立。另一方面，在鐵水中溫度比鋼水低且能夠有效進行精煉操作的階段中，實際的處理所用的費用是以上的1／10或更低。因此，通過供給本發(fā)明的鐵水，能夠?qū)崿F(xiàn)那樣的結(jié)果，即能夠供給100％的鐵資源代替高爐。例子本發(fā)明將參照有關(guān)的例子。
試驗應(yīng)用的設(shè)備流程是那些在實施方式中敘述的。在使用回回轉(zhuǎn)窯式、回轉(zhuǎn)爐床式和流化床型爐的情況下，在不使用預(yù)還原爐而使用含碳材料去除揮發(fā)份爐的情況下，和在含碳材料去除揮發(fā)份爐和回回轉(zhuǎn)窯式爐都使用的情況下，試驗預(yù)還原爐。在熔融還原爐中的二次燃燒率，以每種水平設(shè)定，使用在預(yù)還原爐中的還原率以每種水平變化的礦石，和改變?nèi)コ龘]發(fā)份水平的煤，裝載到熔融還原爐中。
表3～6示出屬于本發(fā)明范圍的例子1～10和發(fā)明范圍以外的對比例1～3的詳細試驗條件。各個試驗的流程圖示于圖8～16之中。相應(yīng)的試驗數(shù)與設(shè)備流程圖(圖號)之間的關(guān)系如下。表7表示平均分析結(jié)果和在試驗中使用的低質(zhì)礦石和煤。上述試驗結(jié)果示于表3～6，圖17畫出了例子和對比例的結(jié)果。
例子1圖9，例子2～4圖8，例子5圖10，例子6圖11，例子7圖12，例子8和9圖13，例子1014，對比例1和2圖15，對比例3圖16。
例子8和9是含碳材料在對比例2中去除揮發(fā)份，并裝載到熔融還原爐中的情況。但是，例子8是在接近室溫下，將去除揮發(fā)份的含碳材料裝到熔融還原爐中，而例子9是在保持不冷卻的同時，將去除揮發(fā)份的含碳材料裝到熔融還原爐中，并顯示出由于熱裝載碎焦使得到的熱收益很大。
在對比例3及例子6和7中(圖16、11和12)，使熔融還原爐中的攪拌氮氣幾乎不存在，而作為替代，噴吹空氣或熱風(fēng)，且由于含碳材料與低濃度氧的氣體進行燃燒，所以CO2氣不會被由熔融還原爐中的金屬-渣流化床里產(chǎn)生的微粒鐵的金屬中的C成分再還原，并因此更易于獲得高的二次燃燒。特別的，在例子7中(圖12)，因使用了預(yù)熱空氣，預(yù)熱溫度越高，熔融還原爐中的氧和含碳材料的凈單位耗量的降低效果就越大。
對比例1是能夠應(yīng)用于高爐中的粗燃料(煤是氣煤)的平均水平。對比例2與3和這些例子是所有不利于含碳材料和氧的凈單位耗量的低質(zhì)礦石和煤。當然，高質(zhì)量的粗燃料在本發(fā)明的工藝中更有利。
在這些例子中，熔融還原爐中的二次燃燒率和預(yù)還原率可以提高。由于能夠提高二次燃燒率和／或預(yù)還原率，從而可以降低氧的凈單位耗量和氣體發(fā)生量。
圖8～16中的標號如下。
101熔融還原爐，102預(yù)熱和預(yù)還原流化床型爐，103與預(yù)還原的含碳材料和礦石直接接觸的爐子，105煤去除揮發(fā)份的爐子，106輔助原料燃燒爐，111原礦石，112預(yù)還原的礦石，113預(yù)還原的鐵，114含有預(yù)還原礦石的碎焦，115含有預(yù)還原鐵的碎焦，120高熱值燃料，121粗鐵水，122去除揮發(fā)份的含碳材料(碎焦)，125輔助天然原材料，126輔助原材料，131在熔融還原爐中產(chǎn)生的氣體，132在預(yù)還原爐中產(chǎn)生的氣體，133在去除揮發(fā)份爐中產(chǎn)生的氣體，134回收氣體，135回收蒸汽，136鐵水，137渣，138回收灰塵，146氧氣，147空氣，148氮氣，149調(diào)整氣體熱值的燃料，150熱風(fēng)，151集塵器，152氣體儲存柜，153增壓器，154發(fā)生器，156蒸汽回收鍋爐，157釋放到空氣中的氣體，158熱交換器，及160氣體處理裝置。
表3熔融還原爐 預(yù)熱和預(yù)還原爐
表4
表5熔融還原爐 預(yù)熱和預(yù)還原爐
表6
表7
實施例4以DIOS工藝為代表的熔融還原工藝，在對于加大原材料和燃料的自由度上是優(yōu)秀的工藝，然而，在此工藝中產(chǎn)生的二氧化碳的量，與高爐相比遠遠的沒能減少。因此，進行了一項研究以開發(fā)一種熔融還原工藝，其在設(shè)備與操作中的費用是經(jīng)濟的，并能更多的減少二氧化碳的量。
研究的一個觀點是，擁有比煤的熱值更高、花費更少的能源是必不可少的。作為在熔融還原工藝中的含碳材料，選擇了能夠用來至少部分地代替煤的那些材料。作為其結(jié)果，油焦?jié)M足了本發(fā)明人的開發(fā)目的。為了大量的在這個工藝中將油焦作為用來代替煤的含碳材料使用，更希望解決下述的問題。
①作為在石油提煉過程中的副產(chǎn)品，油焦幾乎被直徑約為1mm的細小顆粒所充滿，煤或焦炭的平均顆粒直徑約是10mm。平常，在熔融還原爐中，氣體以2～3m／s上升。因而，當將油焦裝載到熔融還原爐中時，必須使油焦不管氣體的上升，而下降到渣熔池中達到滿意的效率。
②油焦中的硫含量較高，為1．5～3．0wt％，是煤中硫的幾倍。那么，為了使油焦大量替代煤，對應(yīng)于所生產(chǎn)的金屬中提高了硫的濃度，必須開發(fā)一種有效的鐵水脫硫工藝。
③如②中所述的，油焦的硫含量明顯的比煤中的要高，且如果大量使用油焦，則在熔融還原爐中的硫含量增加，妨礙碳進入金屬的增碳。對比在渣(下文以MxOy代表)中的Fe，Cr，Mn，Ni的氧化物的增加，金屬中的C濃度卻不增加，且由于在渣中的礦石還原的推遲，引起了在渣中的MxOy的增加或出現(xiàn)或渣的濺出。
④當油焦裝載到熔融還原爐中時，確定將理想的載體氣體從供料溜槽送入，引導(dǎo)到渣熔池，且為了避免①的問題，如果該溜槽的前端與渣熔池的表面靠得太近，就會被濺出和堆積的粘性噴濺物堵塞，而不能繼續(xù)工作。
⑤在油焦中包含的大量烴族的物質(zhì)，除非加熱到高溫，否則不會分解，并產(chǎn)生對操作有害的焦油和其他物質(zhì)。例如焦油會關(guān)閉管路或排泄裝置。
以上②的問題已經(jīng)通過本發(fā)明人開發(fā)的脫硫技術(shù)解決，為了更有效的利用油焦，以上問題①、③和⑤必須要解決。
為開發(fā)一種使用油焦作為含碳材料的與環(huán)境融洽的熔融還原工藝而進行了研究，并得到以下的發(fā)現(xiàn)。
當油焦裝載到熔融還原爐中時，使用載體氣體，如果粉末礦石或含有在煉鋼或其他熔煉工作中產(chǎn)生的金屬成分的灰塵的原材料，與造渣劑例如石灰一起從預(yù)定的溜槽連續(xù)裝載到熔融還原爐中，能夠?qū)⒂徒辜尤氲綘t中渣的中間。當然，可以將油焦與以上粗燃料或造渣劑混合并成型。如果在此進行預(yù)熱和預(yù)還原處理，該燃料的凈單位耗量將大大降低。該粗燃料或造渣劑可以從溜槽中以其他的流動方式加入。例如，能夠?qū)⑵渑c編織的、網(wǎng)狀的物質(zhì)、吸附或粘性的物質(zhì)加入。
如果限制油焦的使用量以使裝載到爐中的所有硫成分降低到預(yù)定值以下，通過阻止在金屬熔池中的增碳，解決了渣的濺出問題，而且爐子的操作能夠理想的繼續(xù)。此外，如果確保在與上述值的油焦一起裝載粗燃料或造渣劑時的動量，通過防止爐中的急速上升能夠以滿意效率將油焦裝入。
如果供料溜槽前端的高度定位在一預(yù)定值以上，且該前端周圍的大氣溫度設(shè)定在一預(yù)定值以上，阻止了渣成為噴濺和堆積的粘性噴濺物，所以油焦完全熱分解，沒有如在供料溜槽或密閉管路的前端區(qū)域產(chǎn)生堵塞的問題發(fā)生。
本發(fā)明建立在上述發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)之上，且其內(nèi)容如下。
第一熔融還原工藝包括，裝載含有金屬氧化物和／或金屬氫氧化物的原材料和造渣劑到熔融還原爐中，使用含有煤和／或焦炭的含碳材料作為燃料和還原劑，并伴隨含碳材料與氣體所含的氧氣加熱燃燒，將上述原材料和上述造渣劑加熱和熔化，使得熔融還原在上述的熔融還原爐中得以實施，該工藝的特征在于，油焦用來至少部分代替以上的煤和／或焦炭進行操作。
第二熔融還原工藝，如上第一工藝所述，其特征在于，帶到爐子之中的、包含在含碳材料、其中至少部分是油焦及原材料和造渣劑中的所有硫含量，應(yīng)限制在20kg／噸鐵水以下，該鐵水為在用于操作的爐子內(nèi)產(chǎn)生的。
第三熔融還原工藝，如上第一或第二工藝所述，其特征在于，將油焦裝載到熔融還原爐中的方法應(yīng)滿足以下(a)、(b)和(c)的條件，其(a)、(b)和(c)的條件為(a)油焦從熔融還原爐中渣熔池表面以上2m的高度或以上裝載，(b)油焦從熔融還原爐中大氣溫度在1000℃或以上的大氣中位置裝載，且(c)油焦通過從供料溜槽射出載體氣體的方式裝載，其中，相對于每一個溜槽裝載的油焦(P)，除油焦以外的含碳材料(Q)與油焦、原材料(R)和造渣劑(S)一起射入，所有固態(tài)物質(zhì)(P+Q+R+S)的方向向下的動量操作在100kgm／s或以上。
在以上所述中，作為含有金屬氧化物和／或金屬氫氧化物的原材料，可利用以下任何的物質(zhì)作為礦石，在煉鋼或其他熔煉工作中產(chǎn)生的含有金屬成分的灰塵，直接還原鐵(DRI)，熱結(jié)塊鐵(HBI)，還原、半還原、未還原的各種球化金屬，及鐵、并且還有含有金屬元素的垃圾。這些材料顯示了作為原材料的相似的用處或作用。
下面參照附圖解釋本發(fā)明。本發(fā)明的特征在于，在鐵熔池型熔融還原爐中進行熔融還原過程中的熔化過程。
圖18是表示一個實際實施例的示意簡圖。粗糙顆粒的預(yù)還原礦石213a從流化床型預(yù)還原爐202中排出，細顆粒的預(yù)還原礦石213b從預(yù)還原爐202和熔融還原爐201中產(chǎn)生并由旋風(fēng)集塵器(未示出)回收，作為部分為油焦222和余下的為煤221的含碳材料或100％油焦，和造渣劑226，從設(shè)置在熔融還原爐201上部的供料溜槽裝載。
圖19是表示熔融還原爐的單元部件的示意簡圖。作為原材料，除粗糙顆粒的預(yù)還原礦石和細顆粒的預(yù)還原礦石(213a和213b)以外，可以適當混合并裝載含有金屬的物質(zhì)，例如在煉鋼或其他熔煉工作中產(chǎn)生的含有金屬成分的灰塵。如鐵水、廢塑料、和其他含有碳的物質(zhì)都可利用。原材料，含碳材料和造渣劑，從溜槽261的前端由載體氣體例如氮氣208以向下的方向裝載。裝載的周期是連續(xù)的。根據(jù)設(shè)備條件，可以依靠利用重力從溜槽261落下來裝載。在這種情況下，使吹掃氣體流動以防止溜槽的堵塞。另一方面，從頂吹氧氣噴吹槍262中將氧氣246吹入爐中，而熔池攪拌氣體，例如氮氣248由底部吹入。裝載到熔融還原爐201中的礦石由含碳材料的燃燒熱熔化并進入渣熔池237a，并被碳還原和轉(zhuǎn)移到鐵水熔池236a中。
如果使用廢塑料或油焦作為含碳材料替代部分或全部的煤或煤和焦炭，會顯示以下結(jié)果。
油焦的熱值約是8440kcal／kg，明顯比煤的約7000--7700kcal／kg和焦炭的約7000kcal／kg的數(shù)值大，因此熔煉所需的含碳材料和氧氣的凈單位耗量降低，而且在熔融還原過程系統(tǒng)中產(chǎn)生的二氧化碳的量大大降低。從而，用油焦作為煤或焦炭的替代品，有希望擴散到環(huán)保和改善工藝的生產(chǎn)和加熱的效率。
充分說明上述的效果和作為熔融還原工藝實際操作的滿意實施是必須的。從這些觀點看，將油焦加入到渣熔池中是重要的，不會引起隨爐中的熱風(fēng)高高向上漂浮和逸出到還原反應(yīng)系統(tǒng)之外，控制包含在油焦中的硫成分在對礦石還原反應(yīng)有促進的高濃度，以使爐子操作條件良好，并防止供料溜槽和管路的關(guān)閉，用來持續(xù)操作熔融還原工藝的所有密閉系統(tǒng)。
由于以上關(guān)系，在本發(fā)明中，希望規(guī)定油焦的裝載方式如下。此外，應(yīng)參照在此的理由和其中的效果。
(1)從包含油焦的含碳材料、原材料和造渣劑中，帶到爐子之中的所有硫含量(下文稱為，全部硫輸入)，應(yīng)限制在20kg／噸鐵水或以下，因為增加全部硫輸入，將提高鐵水中的硫濃度，并使通過加入含碳材料在鐵水中增碳的作用受到阻礙，使金屬中的碳濃度不能充分增加。其結(jié)果是，渣(MxOy)中的金屬氧化物由于延緩礦石的還原而增加，且由于出現(xiàn)渣的濺出，使操作不穩(wěn)定。本發(fā)明人進行了關(guān)于全部硫輸入對于[S]和鐵水中碳[C]和(MxOy)的濃度的影響的試驗。
圖20表示鐵礦石在熔煉過程中的結(jié)果。如在此圖所看到的，當全部硫輸入增加超過了20kg／噸鐵水，操作進入對出現(xiàn)渣的濺出擔(dān)憂的區(qū)間。因此，在本發(fā)明中，希望全部硫輸入限制在20kg／噸-鐵水以下。
如上所述，從油焦的加入量對還原反應(yīng)的影響來說，希望全部硫輸入限制在20kg／噸鐵水以下。但是，為了降低不利二氧化碳的產(chǎn)生量，希望盡可能的多用油焦。變換觀點，當油焦作為平常的燃料使用時，由于其硫含量高，增加了SOx的產(chǎn)生量。然而，按照本發(fā)明的工藝，在油焦中的硫大量轉(zhuǎn)移到金屬相或渣相并固定。最終金屬中的硫，通過鐵水脫硫以CaS的形式固定在渣中。因此，從可能避免硫成分以SOx的形式釋放到空氣中的方面說，是個優(yōu)點。
(2)油焦從熔融還原爐中渣熔池表面以上2m的高度或以上裝載。
根據(jù)熔融還原爐的實際操作經(jīng)驗，本發(fā)明人已使之明確，在從如圖19中所示的溜槽中利用載體氣體與其他裝載物一起射出油焦的情況下，除非溜槽的前端與渣表面分開2m或以上，由于渣的飛沫粘結(jié)，引起有關(guān)在溜槽的前端發(fā)生堵塞的問題。更理想的，將其分開3m或以上，而且在5m以上，沒有問題。
(3)油焦是從熔融還原爐中大氣溫度在1000℃或以上的大氣中位置裝載的。
當油焦裝載到熔融還原爐中時，被分成為溶解和氣化的部分，液化的部分和成為固體的部分。當油焦通過載體氣體與其他裝載物裝載時，除非溜槽的前端是在2m以上，并且大氣溫度在1000℃以上，在油焦中烴族物質(zhì)不能充分分解，并產(chǎn)生對操作有害的焦油和其他物質(zhì)。由于環(huán)境問題，希望油焦是從高于1000℃的大氣處裝載。
(4)油焦是通過從供料溜槽射出載體氣體的方式裝載，相對于每一個溜槽裝載的油焦(P)，除油焦以外的含碳材料(Q)與油焦、原材料(R)和造渣劑(S)一起射入，所有固態(tài)物質(zhì)(P+Q+R+S)的方向向下的操作動量在100kgm／s或以上。如果所有固態(tài)物質(zhì)的垂直向下的動量在100kgm／s以上，該物質(zhì)可以靠重力下落來裝載。
如上所述，油焦顆粒尺寸比一般煤的更小。一般，在熔融還原爐中的氣體的塔式上升流速約為2～3m／s的范圍，且油焦容易離開其粘附的爐內(nèi)部件。本發(fā)明人從供料溜槽在載體氣體上將油焦與其他的裝載物一起射出到爐子的垂直方向，并獲得所有的裝載物流作為物流運動。注意到所有裝載物的向下動量，發(fā)明人試驗了以上動量對油焦漂浮損失的影響。
圖21表示所有裝載給予油焦的帶出損失的垂直動量與爐氣的帶出損失及爐氣的塔式上升速度之間的關(guān)系。
從結(jié)果可見，油焦的漂浮損失通過使載體氣體和其它裝載物一起從溜槽形成物料流，并將所有裝載物的向下的動量調(diào)節(jié)為100kgm／s或以上的方法，控制到2～3％。例子本發(fā)明的熔融還原工藝，將參考例子詳細說明。
例子1～10使用鐵水生產(chǎn)率500t／d的如圖18和19所示的熔融還原設(shè)備，并通過連續(xù)利用本發(fā)明范圍的工藝，進行生產(chǎn)鐵水的操作。對比例1和2使用同樣的鐵水生產(chǎn)率500t／d的如圖22所示的仿照例中所用的設(shè)備，并通過連續(xù)利用本發(fā)明范圍以外的工藝，進行生產(chǎn)鐵水的操作。
表8表示使用鐵礦石的分析結(jié)果而表9表示使用油焦的分析結(jié)果。
表8
表9
圖18～19中的標號如下。
201熔融還原爐，202預(yù)還原流化床型爐，203礦石預(yù)熱爐，206造渣劑燃燒爐，208氮氣(載體氣體)，211原礦石，212預(yù)加熱的礦石(粗糙顆粒和細顆粒)，213預(yù)還原的礦石(粗糙顆粒和細顆粒)，214原材料，220高熱值燃料，221煤，222油焦，225造渣劑的原材料，226造渣劑，231產(chǎn)生氣體，232生成氣體，234回收氣體，235回收蒸汽，236鐵水，236a鐵水熔池，237渣，237a渣熔池，238回收灰塵，246氧氣，247空氣，248氮氣(攪拌氣體)，249調(diào)整氣體熱值的燃料，251集塵器，252氣體儲存柜，253增壓器，254發(fā)生器，256蒸汽回收鍋爐，257氣體，261供料溜槽，262噴吹槍，263裝載物。(1)例子的試驗條件例子的試驗條件粗略分為使用油焦占據(jù)含碳材料的比例為50％(例子1～4)、60％(例子9)及100％(例子5～8和10)。在本發(fā)明范圍之內(nèi)的操作因素的水平(a)～(h)按以下確定，且在對這些因素適當組合后進行試驗操作。表10～13表示試驗條件。
表12
表13 (a)在預(yù)還原爐中的礦石預(yù)還原率當使用在預(yù)還原爐中預(yù)還原和烘干的礦石時，還原率約為20％。另一方面，當?shù)V石裝載到直接預(yù)還原爐中時，還原約達到10％。
(b)油焦的顆粒直徑油焦顆粒直徑是支配油焦漂浮損失量和油焦的分解、氣化和燃燒進行程度的控制因素。試驗是在平均顆粒直徑0．6mm和1．0mm上實施的。
(c)全部硫輸入其水平越高，則鐵水中和渣中的[S]濃度越高，而其對鐵水中增碳的阻礙和渣中的[FeO]濃度的上升起加劇作用，且其還導(dǎo)致操作延遲鐵礦石的還原率并發(fā)生渣的濺出。在9～25kg／t的范圍之中，試驗是在10kg／t、15kg／t和20kg／t三個水平上實施的。
(d)二次燃燒率試驗是通過控制該比率為30％和35％實施的。
(e)渣熔池以上的供料溜槽高度越高，帶出的損失和渣在溜槽前端粘結(jié)及堵塞引起的操作困難越小。試驗是通過從2m～5m變化來進行的。
(f)供料溜槽前端處的大氣溫度其通過離渣熔池的供料溜槽高度和精煉條件決定，且如果太低，阻礙操作的物質(zhì)，例如焦油產(chǎn)生。試驗是在1160℃和1330℃之間的范圍進行的。
(g)供料溜槽的裝載動量
這是個與油焦的顆粒直徑一起支配油焦帶出損失的因素。試驗是在50～2000kgm／s的寬范圍中一系列水平上進行的。
(2)對比例的試驗條件對比例的試驗條件是不使用礦石預(yù)還原爐作為常規(guī)DIOS工藝的代表(對比例1)和使用該爐的情況(對比例2)，和不使用油焦作為含碳材料而是100％的煤的情況。在對比例1中，依靠重力下落從溜槽中裝料。對比例2中，類似的依靠重力下落從溜槽中裝料，且渣表面以上的溜槽高度較低，為1．7m。
(3)試驗結(jié)果試驗結(jié)果示于表14～17。
表14
表15
表16
表17
①二氧化碳排出量的計算為知道C的輸入量(A)，通過從含碳材料中的C含量、造渣劑中的C含量，和用來產(chǎn)生進入熔融還原爐中的頂吹O2氣的發(fā)電能的燃料消耗折合的C含量的總和中，扣除消耗在除了噴吹O2氣發(fā)生裝置以外所用的發(fā)電能的燃料的折合C成分，得到一個數(shù)值。這樣得到的數(shù)值定義為C輸入量(A)。另一方面，作為從C輸入量(A)中扣除的C量(B)，找出分別由回收氣體的能源發(fā)生量折合的C量和由回收蒸氣的能源發(fā)生量折合的C量的綜合值，并且以從C輸入量(A)中減去C量(B)的值((A)-(B))表示消耗的C量(C)。用該消耗的C量(C)計算出折合的二氧化碳并示于表10～13。
在比較例子與對比例的二氧化碳排出量時，如果使用油焦作為含碳材料，二氧化碳的排出量大大降低。從例子1～4(油焦比例50％)與例子5～8(油焦比例100％)之間的對比中可以看出，在含碳材料中油焦的替代比例越大，排出到操作路徑之外的二氧化碳量越小。
②從熔融還原爐中帶出的油焦損失關(guān)于油焦的帶出率，當裝載原材料中的油焦占據(jù)含碳材料的比例相同時，油焦的帶出比例可以從含碳材料的平均帶出比例中得到對比。一般，油焦的顆粒直徑越大，油焦的帶出損失越小。如果油焦的顆粒直徑是在同一水平，在這時的帶出損失主要受從供料溜槽裝載的動量支配，且動量越大，油焦從爐子中帶出的損失就越小(從例子1到4的情況，平均顆粒直徑0．6mm，從例子5到8的情況，平均顆粒直徑1．0mm)。
如果將例子9和10的油焦帶出比例和例子1～4和5～8的油焦的這個項目進行對比，前者明顯小于后者。這是由于在例子9和10中，包括油焦的裝載物的動量較小(50～60kgm／s)。另一方面，在對比例1和2中，裝載是當吹掃氣體流動時，通過重力下落實現(xiàn)的，其煤的帶出損失理想的偏低。在這種情況下，在供料溜槽前端的總的計算裝載動量是，每一個溜槽約200kgm／s。
因此，關(guān)于含碳材料的帶出損失，如果在供料溜槽前端的總的裝載動量是，每一個溜槽約100kgm／s或以上，有利的是，這是非常小的，不論是空氣射出，或是重力下落。
從爐子中帶出的油焦，通過在爐子上安裝的集塵器捕獲、回收和重新使用。即使油焦的帶出損失增加，煉鐵過程的二氧化碳排出量并不增加。但是，屬于C輸入量(A)的，含碳材料中的油焦的凈單位耗量，在帶出量加大時變得更多，如同在相同水平的油焦比例中，從C輸入量(A)中的含碳材料的凈單位耗量的對比中所看到的那樣。
③在爐子中的全部硫輸入和溜槽操作高度的影響當全部硫輸入增加時，鐵水中的[S]濃度增加，同時[C]濃度同步減少。這個趨勢滿足圖20所示的關(guān)系。此外，當全部硫輸入增加時，渣中的[FeO]濃度增加，且發(fā)生渣的濺出。當全部硫輸入超過40kg／t鐵水的程度時，操作到達擔(dān)憂渣的濺出的范圍。當發(fā)生渣的濺出時，溜槽的前端可能堵塞。這種堵塞必須避免。不發(fā)生堵塞的全部硫輸入的期望量為20kg／t鐵水的范圍。在例子1～8中的每個例子中，所有的全部硫輸入量在20kg／t鐵水以下，并且溜槽離渣表面的高度超過4m，而溜槽在其前端不會堵塞。
在例子9和10中，全部硫輸入的量提高為22和25kg／t鐵水，且因為來自供料溜槽的裝載動量降低為50～60kgm／s，鐵水中的[S]濃度較高，而油焦的帶出損失也大。因此鐵水中的[C]濃度較少(少于3％)，渣中的[FeO]濃度很高(約10～20％)。結(jié)果渣的濺出指數(shù)忽大忽小。而在這種情況下，由于確保溜槽的前端從渣表面以上的高度為2m或以上，在其前端沒有發(fā)生堵塞的問題。
④在供料溜槽前端操作點的大氣溫度的影響對所有的例子和對比例，因為在供料溜槽前端的大氣溫度確保為1000℃或以上，避免了因油焦的不充分分解產(chǎn)生的物質(zhì)，例如焦油且不會引起這些物質(zhì)堵塞管道系統(tǒng)的操作問題。
在所有例子1～10中，由于確保溜槽的前端離渣表面以上的高度為2m或以上，沒有發(fā)生將其堵塞的問題。
⑤渣產(chǎn)生量和能源凈消耗例子中的渣產(chǎn)生量比對比例要低，且例子1～8中的能源凈消耗理想的低于對比例。例子9和10中的能源凈消耗與對比例在相同水平或比其更高，但是如果將該例子的能源凈消耗與剩余能源綜合與對比例比較，兩者之間看不出差別。
⑥生產(chǎn)率在例子1～8中的鐵水[C]濃度確保為3．5％或以上，與對比例中的水平保持一致，而渣中的(FeO)濃度維持與對比例的相應(yīng)數(shù)據(jù)相等或較低。其結(jié)果是，在例子1～8中，與對比例相似，鐵礦石還原率保持在高水平上，且還是在這些例子中，維持連續(xù)操作沒有任何問題，并能實現(xiàn)500t／d的鐵水生產(chǎn)率目標水平。
⑦防止生成SOx在油焦中含有的比煤或焦炭含有更高濃度的S，轉(zhuǎn)移到鐵水和渣中并固定，并且很難排除到熔融還原過程以外，盡管經(jīng)受了灰塵回收和礦石預(yù)熱和預(yù)還原。
以上例子涉及熔融還原工藝，且本發(fā)明也可類似的用于Ni、Cr或Mn的金屬和金屬氧化物在爐中的熔煉，或含有其金屬元素的灰塵的熔煉，和另外在流化床型裝置中的預(yù)還原處理。實施例5
因而，以DIOS工藝為代表的熔融還原工藝，在對于加大原材料和燃料的自由度上是優(yōu)秀的工藝，然而，在此工藝中產(chǎn)生的二氧化碳的量，與高爐相比遠遠的沒能減少。因此，進行了一項研究，以開發(fā)一種熔融還原工藝，其在設(shè)備與操作中的費用是經(jīng)濟的，并能更多的減少二氧化碳的量。
研究的一個觀點是，擁有比煤的熱值更高、花費更少的能源是必不可少的。作為在熔融還原工藝中的含碳材料，選擇了能夠用來至少部分地代替煤的那些材料。作為其結(jié)果，廢塑料滿足了本發(fā)明人的開發(fā)目的。即，廢塑料擁有比煤更高的熱值，而且成分中碳∶氫的比例更小。所以，如果其能夠作為在熔融還原工藝中的含碳材料有效使用，將是非常優(yōu)秀的再生資源利用工藝并對降低二氧化碳的產(chǎn)生量做出很大的貢獻。為了大量的在這個工藝中將廢塑料作為用來代替煤的含碳材料使用，更希望解決下述的問題。
①作為社會或家庭廢物的廢塑料，從家用電器、各種車輛部件、民用容器、飲料或食品的罐子、包裝材料和其它許多種類物品中產(chǎn)生，且塑料的形式為固體、薄膜形狀和其它形狀，尺寸、重量和其它情況是各種各樣的。此外混合了金屬、陶瓷、化學(xué)物質(zhì)、食物殘渣及其他東西。存在用于回收后的分級工作花費資金，及衛(wèi)生的問題。因此最好是應(yīng)用已經(jīng)解決這些問題的技術(shù)。
②在熔融還原爐中，平常，氣體流速約為2～3m／s的高溫的形式，并且當將廢塑料裝載到熔融還原爐中時，確定使用加入到渣熔池的載體氣體。因而，盡管存在氣體的上升氣流，必須使廢塑料下降，并以滿意的效率進入到渣熔池中。
③如果用來利用載體氣體噴射廢塑料的供料溜槽的前端與渣熔池的表面靠得太近，就會被濺出和堆積的粘性噴濺物堵塞，而不能繼續(xù)工作。
④廢塑料是烴族物質(zhì)，除非加熱到高溫，否則不能充分分解，并產(chǎn)生對操作有害的焦油和其他物質(zhì)。例如焦油會關(guān)閉管路或排泄裝置。
從上述觀點中，本發(fā)明人進行了用以開發(fā)一種使用廢塑料作為含碳材料的與環(huán)境融洽的熔融還原工藝的研究，并得到以下的發(fā)現(xiàn)。
當廢塑料裝載到熔融還原爐中時，使用載體氣體，且如果粉末礦石或可利用的金屬成分，如含有在煉鋼或其他熔煉工作中產(chǎn)生的金屬成分的灰塵的原材料，與造渣劑例如石灰一起從預(yù)定的溜槽連續(xù)裝載到熔融還原爐中，能夠?qū)U塑料加入到爐中渣的中間。當然，可以將廢塑料與以上粗燃料或造渣劑混合并成型。如果在此進行預(yù)熱和預(yù)還原處理，該燃料的凈單位耗量將大大降低。該粗燃料或造渣劑可以從溜槽中以其他的物料流動方式加入。例如，能夠?qū)⑵渑c編織的、網(wǎng)狀的物質(zhì)、吸附或粘性的物質(zhì)一起加入。
本發(fā)明建立在上述發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)之上，且其內(nèi)容如下。
第一熔融還原工藝包括，裝載含有金屬氧化物和／或金屬氫氧化物的原材料和造渣劑到熔融還原爐中，使用含有煤和／或焦炭的含碳材料作為燃料和還原劑，并靠含碳材料與氣體所含的氧氣的燃燒產(chǎn)生的熱，將上述原材料和造渣劑加熱和熔化，使得熔融還原在上述熔融還原爐中得以實施，該工藝的特征在于，廢塑料用來至少部分代替以上的煤和／或焦炭進行操作。
第二熔融還原工藝，如上第一工藝所述，其特征在于，將廢塑料裝載到熔融還原爐中的方法應(yīng)滿足以下(a)、(b)和(c)的條件，其(a)、(b)和(c)的條件為(a)廢塑料從熔融還原爐中的渣熔池表面以上2m的高度或以上裝載，(b)廢塑料從熔融還原爐中大氣溫度在1000℃或以上的大氣中位置裝載，且(c)廢塑料通過從供料溜槽射出載體氣體的方式裝載，其中，相對于每一個溜槽裝載的廢塑料(P)，除廢塑料以外的含碳材料(Q)與廢塑料、原材料(R)和造渣劑(S)一起射入，所有固態(tài)物質(zhì)(P+Q+R+S)的方向向下的動量操作在100kgm／s或以上。
在以上所述中，作為含有金屬氧化物和／或金屬氫氧化物的原材料，可利用以下任何物質(zhì)作為礦石，如在煉鋼或其他熔煉工作中產(chǎn)生的含有金屬成分的灰塵，直接還原鐵(DRI)，熱結(jié)塊鐵(HBI)，還原、半還原、未還原的各種球化金屬，及鐵，并且還有含有金屬元素的垃圾。這些材料顯示了作為原材料的相似的用處或作用。
下面參照附圖來說明本發(fā)明。本發(fā)明的特征，特別在于在鐵水熔池型熔融還原爐中的，在直接粉碎礦石的熔融還原工藝中的熔煉工藝。圖22是表示一個實際實施例的示意簡圖。粗糙顆粒的預(yù)還原礦石313a從流化床型預(yù)還原爐302中排出，細顆粒的預(yù)還原礦石313b從預(yù)還原爐302和熔融還原爐301中產(chǎn)生并由旋風(fēng)集塵器(未示出)回收，部分是廢塑料322和余下的為煤或100％廢塑料作為含碳材料，與造渣劑326一起，從設(shè)置在熔融還原爐301上部的供料溜槽裝載。
圖23是表示在圖22中的熔融還原爐的單元部件的簡圖。作為原材料，除粗糙顆粒的預(yù)還原礦石和細顆粒的預(yù)還原礦石(313a和313b)以外，可以適當混合并裝載含有金屬的物質(zhì)，例如在煉鋼或其他熔煉工作中產(chǎn)生的含有金屬的灰塵。油焦、廢塑料、和其他含有碳的物質(zhì)都可作為含碳材料。原材料，含碳材料和造渣劑，從溜槽361的前端由載體氣體例如氮氣308以向下的方向裝載。裝載的周期是連續(xù)的。根據(jù)設(shè)備條件，可以依靠利用重力從溜槽361落下來裝載。在這種情況下，使吹掃氣體流動以防止溜槽的堵塞。另一方面，從頂噴吹槍362中將氧氣346吹入爐中，而熔池攪拌氣體，例如氮氣348由底部吹入。裝載到熔融還原爐301中的礦石由含碳材料的燃燒熱熔化并進入渣熔池337a，并被碳還原和轉(zhuǎn)移到鐵水熔池336a中。
圖23中的附圖標記說明如下301熔融還原爐，302預(yù)還原流化床型爐，303礦石預(yù)熱爐，306造渣劑燃燒爐，308氮氣(載體氣體)，311原礦石，312預(yù)加熱的礦石(粗糙顆粒和細顆粒)，313預(yù)還原的礦石(粗糙顆粒和細顆粒)，314原材料，320高熱值燃料，321煤，322廢塑料，325造渣劑的原材料，326造渣劑，331產(chǎn)生氣體，332生成氣體，333生成氣體，334回收氣體，335回收蒸汽，336鐵水，336a鐵水熔池，337渣，337a渣熔池，338回收灰塵，346氧氣，347空氣，348氮氣(攪拌氣體)，349調(diào)整氣體熱值的燃料，351集塵器，352氣體儲存柜，353增壓器，354發(fā)生器，356蒸汽回收鍋爐，357氣體，361供料溜槽，362噴吹槍，和363裝載物。
如果使用廢塑料作為含碳材料替代部分或全部的煤或煤和焦炭，會顯示以下結(jié)果。
廢塑料的熱值約是8440kcal／kg，明顯比煤的7000--7700kcal／kg和焦炭的7000kcal／kg的數(shù)值大，因此熔煉所需的含碳材料和氧氣的凈單位耗量降低，而且在熔融還原過程系統(tǒng)中產(chǎn)生的二氧化碳的量大大降低。從而，用廢塑料作為煤或焦炭的替代品，有益于環(huán)保和改善工藝的生產(chǎn)和加熱的效率。
充分說明上述的效果和作為熔融還原工藝實際操作的滿意實施是必須的。從這些觀點看，將廢塑料加入到渣熔池中是重要的，不會引起隨爐中的熱風(fēng)高高向上漂浮和逸出到還原反應(yīng)系統(tǒng)之外，并防止供料溜槽和管路的關(guān)閉，用來持續(xù)操作熔融還原工藝的所有密閉系統(tǒng)。
由上可見，在本發(fā)明中，希望規(guī)定廢塑料的裝載方式如下。下面還說明其理由和效果。
(1)廢塑料從熔融還原爐中的渣熔池表面以上2m的高度或以上裝載。
根據(jù)熔融還原爐的實際操作經(jīng)驗，本發(fā)明人已使之明確，在從如圖2中所示的溜槽中利用載體氣體與其他裝載物一起射出廢塑料的情況下，除非溜槽的前端與渣表面分開2m或以上，否則，由于渣的飛沫粘結(jié)，引起有關(guān)在溜槽的前端發(fā)生堵塞的問題。更理想的，將其分開3m或以上，甚至在5m以上，沒有問題。
(2)廢塑料是從熔融還原爐中大氣溫度在1000℃或以上的大氣中位置裝載的。
當廢塑料裝載到熔融還原爐中時，被分成為分解和氣化的部分，液化的部分和固體的部分。當廢塑料通過載體氣體與其他裝載物裝載時，除非溜槽的前端是在2m以上，并且大氣溫度在1000℃以上，在廢塑料中烴族物質(zhì)不能充分分解，并產(chǎn)生對操作有害的焦油和其他物質(zhì)。由于環(huán)境問題，希望廢塑料是從大氣溫度高于1000℃的范圍處裝載。
(3)廢塑料是通過從供料溜槽射出載體氣體的方式裝載。相對于每一個溜槽裝載的廢塑料(P)，除廢塑料以外的含碳材料(Q)與廢塑料、原材料(R)和造渣劑(S)一起射入，所有固態(tài)物質(zhì)(P+Q+R+S)的方向向下的操作動量在100kgm／s或以上。如果固態(tài)物質(zhì)的垂直向下的動量在100kgm／s以上，該物質(zhì)可以靠重力下落來裝載。
如上所述，廢塑料的形態(tài)為固體或薄膜形狀，尺寸和重量或大或小，各種各樣，并混合了金屬、陶瓷、食物殘渣和其他雜質(zhì)。在顆粒形狀中，廢塑料與一般的煤有很大的不同。一般，在熔融還原爐中的氣體的塔式上升流速為約2～3m／s的范圍，且廢塑料容易離開爐子。發(fā)明人從供料溜槽用載體氣體將廢塑料與其他的裝載物一起射出到爐子的垂直方向，并獲得所有的裝載物流作為物流運動。注意到所有裝載物的向下動量，發(fā)明人試驗了以上動量對廢塑料漂浮損失的影響。
圖24表示所有裝載給予廢塑料的帶出損失的垂直動量的影響與爐氣的帶出損失及爐氣的塔式上升速度之間的關(guān)系。
從結(jié)果可見，廢塑料的漂浮損失通過使載體氣體和其它裝載物一起從溜槽形成物料流，并將所有裝載物的向下的動量調(diào)節(jié)為100kgm／s或以上的方法，控制到2～3％。
下面說明使用廢塑料代替煤作為礦石直接熔融還原爐中的含碳材料的情況。
關(guān)于廢塑料的形狀可以不作特別的限制，至于尺寸，能夠沒有任何問題的從料斗中通過一個中間漏斗來剔除。Fe因其作為鐵資源的原材料，是有用的。蒸氣壓力高的金屬，例如Zn或Sn在熔煉期間不會混合而是排除到灰塵中間。容易氧化的金屬，如Cr轉(zhuǎn)移到高氧化潛力的渣中且陶瓷也轉(zhuǎn)移到渣中，不會引起問題。由于存在于鐵水中的金屬例如Cu不易氧化，大量混合的這種金屬應(yīng)選出。最優(yōu)越的，多數(shù)廢塑料幾乎不需要處理。
廢塑料中的S含量為0．1wt％，且比煤中的0．5wt％低。因此廢塑料的替代量越大，其減少鐵水脫硫負荷的優(yōu)點越大。圖25表示從含碳材料、原材料和造渣劑中，帶到爐子之中的所有硫含量(下文稱為，全部硫輸入)與包含廢塑料的渣中的(FeO)濃度，渣的濺出的條件(定義為“指數(shù)”)，金屬中[C]和渣中的[S]濃度之間的關(guān)系。如在同一圖中所看到的，當全部硫輸入增加，金屬中的[S]濃度變高了，且因而，使通過加入含碳材料在鐵水中增碳的作用受到阻礙，并金屬中的碳濃度不能充分增加。其結(jié)果是，渣中的金屬氧化物(MxOy)量由于延緩了礦石的還原而增加，或出現(xiàn)渣的濺出，因而使操作不穩(wěn)定。但是，由于廢塑料中的S含量遠遠比煤的低，如果大量裝載廢塑料，這些不穩(wěn)定操作不會發(fā)生，且操作是穩(wěn)定的。
此外，在廢塑料中的水含量為2wt％左右，顯著比煤中的10wt％低，不需要對水含量進行干燥。
由于S含量較低，如果廢塑料作為純?nèi)剂鲜褂没蛉紵?，幾乎沒有SOx，并幾乎全部轉(zhuǎn)移到渣和鐵水中并固定，而最有利于防止將其排放到大氣當中。例子下面參考例子詳細說明本發(fā)明的熔融還原工藝。
例子1～10使用鐵水生產(chǎn)率500t／d的如圖22和23所示的熔融還原設(shè)備，并通過連續(xù)利用本發(fā)明范圍的工藝，進行生產(chǎn)鐵水的操作。對比例1和2使用同樣的鐵水生產(chǎn)率500t／d的如圖25所示的仿照例子中所用的設(shè)備，并通過連續(xù)利用本發(fā)明范圍以外的工藝，進行生產(chǎn)鐵水的操作。
表18表示使用鐵礦石的分析結(jié)果而表19表示使用廢塑料的分析結(jié)果。在廢塑料中，存在稱為所謂的原生顆粒的，超過10000kcal／kg的高熱值和低灰份的高質(zhì)量的聚乙烯，但是存在零散的產(chǎn)物，通過風(fēng)選落下的物體，包含熱值為1000kcal／kg的低熱值樹脂材料的薄材料例如磁卡，及其他。不可避免的具有各種各樣的顆粒度或成分。從其使用的平均值來看，它們就幾乎如表19中所示的。與煤的數(shù)值比較，其發(fā)熱值沒有那么高但是硫含量非常低。
表18
表19
廢塑料不需要依靠任何設(shè)施，像噴射或吹出空氣來轉(zhuǎn)移到熔融還原過程系統(tǒng)中或裝載到爐子中的設(shè)備。在管路中將裝載物溜滑直到熔融還原爐中，如果管子的直徑未堵塞部分約為1／3或可達到100mm的直徑，工作沒有問題。如果混入或吸附外來物，像金屬或陶瓷等，不會發(fā)生明顯問題。
(1)例子的試驗條件例子的試驗條件粗略分為使用廢塑料占據(jù)含碳材料的比例為50％(例子1～4)、60％(例子9)及100％(例子5～8和10)。在本發(fā)明范圍之內(nèi)的操作因素的水平(a)～(f)按以下確定，且在對這些因素適當組合后進行試驗操作。
表20～23表示試驗條件。
表20
表21
表22
表23 (a)在預(yù)還原爐中的礦石預(yù)還原率當使用在預(yù)還原爐中預(yù)還原和烘干的礦石時，還原率約為20％。另一方面，當?shù)V石裝載到直接預(yù)還原爐中時，還原增加到約10％。
(b)廢塑料的顆粒直徑從降低廢塑料從熔融還原爐中的帶出損失的觀點出發(fā)，顆粒直徑越大越好，必須1／3管道的直徑不被堵塞。顆粒直徑越小，廢塑料的分解、氣化和燃燒進行程度越好。其中，使用1～15mm的各種水平數(shù)值。
(c)二次燃燒率試驗是通過控制該比率為30％和35％實施的。
(d)渣熔池以上的供料溜槽高度越高，帶出的損失和渣在溜槽前端粘結(jié)及堵塞引起的操作困難越小。試驗是通過從2m～5m變化來進行的。
(e)供料溜槽前端處的大氣溫度其通過離渣熔池的供料溜槽高度和精煉條件決定，且如果太低，阻礙操作的物質(zhì)，例如焦油產(chǎn)生。試驗是在1160℃和1330℃之間的范圍進行的。
(f)供料溜槽的裝載動量這是個與廢塑料的顆粒直徑一起支配廢塑料帶出損失的因素。試驗是在50～2000kgm／s的寬范圍中一系列水平上進行的。
(2)對比例的試驗條件對比例的試驗條件是不使用礦石預(yù)還原爐作為常規(guī)DIOS工藝的代表(對比例1)和使用該爐的情況(對比例2)，和不使用廢塑料作為含碳材料而是100％的煤的情況。在對比例1中，依靠重力下落用溜槽裝料。對比例2中，類似的依靠重力下落用溜槽裝料，且從渣的表面的溜槽高度為1．7m。
(3)試驗結(jié)果試驗結(jié)果示于表24～27。
表24
表25
表26
表27
①二氧化碳排出量的計算為知道C的輸入量(A)，通過從含碳材料中的C含量、造渣劑中的C含量，和用來產(chǎn)生進入熔融還原爐中的頂吹O2氣的發(fā)電能的燃料消耗折合的C含量的總和中，扣除消耗在除了噴吹O2氣發(fā)生裝置以外所用的發(fā)電能的燃料的折合C含量，得到一個數(shù)值。這樣得到的數(shù)值定義為，C輸入量(A)。另一方面，從C輸入量(A)中扣除的C量(B)，為由回收氣體的能源發(fā)生量折合的C量和由回收蒸氣的能源發(fā)生量折合的C量的綜合值，并且以從C輸入量(A)中減去C量(B)的值((A)-(B))表示消耗的C量(C)。該消耗的C量(C)計算出折合的二氧化碳并示于表24～27。
比較例子與對比例的二氧化碳排出量時，如果使用廢塑料作為含碳材料，二氧化碳的排出量大大降低。從例子1～4(廢塑料比例50％)與例子5～8(廢塑料比例100％)之間的對比中可以看出，在含碳材料中廢塑料替代的比例越大，排出到操作系統(tǒng)之外的二氧化碳量越小。
②廢塑料從熔融還原爐中的帶出損失關(guān)于廢塑料的帶出率，當裝載原材料中的廢塑料占據(jù)含碳材料的比例相同時，廢塑料的帶出比例可以從含碳材料的平均帶出比例中得到對比。一般，廢塑料的顆粒直徑越大，廢塑料的帶出損失越小。廢塑料與其他裝載物一起在由載體氣體從供料溜槽的前端形成物流向下噴射。動量越大，廢塑料從熔融還原爐中帶出的損失就越小。在例子1～4中，顆粒直徑的平均值按照1～5mm的順序加大，在同時，動量從150增加到1000kgm／s。在例子5～8中，顆粒直徑的平均值按照5～15mm的順序加大，在同時，動量從200增加到2000kgm／s。顆粒直徑的平均值和動量越大，廢塑料的帶出損失越小。
當將例子9和10的廢塑料帶出比例和例子1～4和5～8的廢塑料的這個項目進行對比時，前者明顯小于后者。這是由于在例子9和10中，包括廢塑料的裝載物的動量較小(50～60kgm／s)。另一方面，在對比例1和2中，當使吹掃氣體流動時，以重力下落實現(xiàn)煤的裝載，其煤的帶出損失比例理想的偏低。在這種情況下，在供料溜槽前端的總的計算裝載動量是，每一個溜槽約200kgm／s。
因此看出，如果在供料溜槽前端的總的裝載動量是，每一個溜槽約100kgm／s，含碳材料的帶出損失比例明顯的小且有利，不論是空氣射出，或是重力下落。
從爐子中帶出的廢塑料，通過在爐子上安裝的集塵器捕獲、回收和重新使用。因此如果廢塑料的帶出損失增加，熔融還原過程系統(tǒng)的二氧化碳排出量并不增加。但是，屬于C輸入量(A)的，含碳材料中的廢塑料的凈單位耗量，在帶出量加大時變得更多，如同在相同水平的廢塑料比例中，從C輸入量(A)中的含碳材料的凈單位耗量的對比中所看到的那樣。
③溜槽操作高度的影響供料溜槽離渣表面的高度越高，渣在供料溜槽前端的粘結(jié)和堆積越少。在例子1～8中，該高度確保在4m或以上，而在例子9和10中，維持其在2m或以上，且在此不會發(fā)生如關(guān)閉供料溜槽那樣的問題。但是，在對比例2中，溜槽的高度或多或少的偏小，并且靠重力下落來裝載，所以，由于在溜槽的前端的粘結(jié)和堆積并延遲了進入渣熔池的裝載物的附加速度，渣中的(FeO)濃度略微偏高，且渣的濺出的指數(shù)較大。
④在供料溜槽前端操作點的大氣溫度的影響對所有的例子和對比例，因為在供料溜槽前端的大氣溫度確保為1000℃或以上，避免因廢塑料的不充分分解產(chǎn)生的物質(zhì)，例如焦油且不會引起這些物質(zhì)堵塞管道系統(tǒng)的操作問題。
⑤渣產(chǎn)生量和能源凈消耗最好是例子中的渣產(chǎn)生量比對比例要低，且例子1～8中的能源凈消耗理想的低于對比例。例子9和10中的能源凈消耗與對比例在相同水平或比其更高，但是如果將該例子的能源凈消耗與剩余能源綜合與對比例比較，兩者之間看不出差別。
⑥生產(chǎn)率在例子1～8中的鐵水[C]濃度確保為4％或以上，而渣中的(FeO)濃度也低，鐵礦石還原率維持在高水平。生產(chǎn)率等于或高于對比例，且維持連續(xù)操作沒有任何問題，并能實現(xiàn)500t／d的鐵水生成率目標水平。
⑦防止生成SOx在廢塑料中含有的S如表2中所示的，比煤的低得多，當在本發(fā)明的工藝中使用時，這些S轉(zhuǎn)移到鐵水和渣中并固定其中，雖然經(jīng)受了灰塵回收和礦石預(yù)熱和預(yù)還原，但幾乎沒有排除到熔融還原過程以外。
以上例子涉及熔融還原工藝，且本發(fā)明也可類似的用于Ni、Cr或Mn的金屬和金屬氧化物或包含這些金屬化元素的灰塵在爐中的熔煉，和另外在流化床型裝置中的預(yù)還原處理。實施例6鐵熔池型的熔融還原工藝具有一個最優(yōu)越的優(yōu)點，即不需要對含碳材料做長時間的預(yù)處理，這與在常規(guī)的高爐工藝中所看到的不同，而由于這個優(yōu)點，作為將來替代高爐工藝的熔煉工藝，近來該直接工藝受到注意。本發(fā)明人已經(jīng)注意到，該直接工藝與高爐工藝不同，對原材料的顆粒直徑?jīng)]有限制，這是和一般認為的關(guān)于鐵熔池型的熔融還原工藝不同的優(yōu)點，并考慮在一個實施例中使用鐵熔池型的熔融還原工藝來補償高爐，將其中在高爐工藝中不能應(yīng)用或應(yīng)用時操作困難的小顆粒尺寸的燒結(jié)礦(作為返回礦顆粒尺寸的燒結(jié)礦)，作為原材料在鐵熔池型的熔融還原工藝中使用。
在這種熔煉工藝中，由于鐵熔池型的熔融還原爐承擔(dān)了使細顆粒燒結(jié)礦作為原材料的這部分熔煉過程的工作，所有燒結(jié)礦本身，能夠作為原材料使用，即不產(chǎn)生返回礦，并且比常規(guī)單一高爐操作工藝，鐵水增加量更多或生產(chǎn)鐵水更多。另一方面，這種操作用來控制高爐中鐵水的生產(chǎn)率系數(shù)在較低值，從而降低高爐的熱損失和極大延長其壽命。而且，在使用燒結(jié)礦的情況下，由于鐵熔池型的熔融還原工藝能夠非常有效的實施，不需要任何的礦石干燥過程。因為燒結(jié)礦的CaO／SiO2的比調(diào)節(jié)到約為2，如果其作為鐵熔池型的熔融還原工藝中的鐵資源而應(yīng)用，不需要用來調(diào)節(jié)渣成分的造渣劑，例如煅燒石灰或白云石等。
關(guān)于用來煉鐵的焦炭，本發(fā)明人還注意到，鐵熔池型的熔融還原工藝與高爐工藝不同，對于其中的原材料顆粒尺寸沒有限制，并考慮將在高爐工藝中不能應(yīng)用或應(yīng)用時操作困難的小顆粒尺寸的燒結(jié)礦，作為原材料在鐵熔池型的熔融還原工藝中使用。根據(jù)這個焦炭使用實施例，不但能夠在生產(chǎn)燒結(jié)礦的過程中幾乎沒有損耗的有效利用焦炭粉末，而且在鐵熔池型的熔融還原工藝中使用焦炭時，由于不需要對含碳材料的焦炭進行干燥，能夠非常有效的進行鐵熔池型的熔融還原工藝。與使用煤作為含碳材料的情況對比，二次燃燒率可以極大的提高而且能夠降低爐子的熱負荷，因此能夠降低燃料的凈單位耗量和提高鐵熔池型的熔融還原工藝中的生產(chǎn)率。
在將如上所述的小顆粒尺寸的燒結(jié)礦，作為原材料供給到熔融還原爐中的熔煉工藝中，因為基本不存在返回礦，與單一高爐操作的情況比較，在燒結(jié)過程中使用的焦炭粉末量下降，且焦炭粉末擁有按照這個數(shù)量的余量。因此，如果使用煉鐵焦炭的焦炭粉末部分作為熔融還原工藝的含碳材料，包括焦炭粉末的焦炭可以在配置熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵廠中，以良好的平衡有效利用。
本發(fā)明依據(jù)上述的概念和實際發(fā)現(xiàn)已經(jīng)實現(xiàn)，并具有以下特征。該熔煉工藝的特征為，燒結(jié)機生產(chǎn)的燒結(jié)礦中，大顆粒直徑的燒結(jié)礦裝載到高爐中，而小顆粒直徑的燒結(jié)礦裝載到配置有高爐、熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵廠中的鐵熔池型的熔融還原爐之中。該熔煉工藝的特征為，煉鐵焦炭的大顆粒直徑焦炭裝載到高爐中，而小顆粒直徑的焦炭裝載到配置有高爐、熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵廠中的鐵熔池型的熔融還原爐之中。該熔煉工藝的特征為，燒結(jié)機生產(chǎn)的燒結(jié)礦中，大顆粒直徑的燒結(jié)礦裝載到高爐中，而小顆粒直徑的燒結(jié)礦裝載到鐵熔池型的熔融還原爐之中，而同時煉鐵焦炭的大顆粒直徑焦炭裝載到高爐中，而小顆粒直徑的焦炭裝載到配置有高爐、熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵廠中的鐵熔池型的熔融還原爐之中。
本發(fā)明的第一實施例是以設(shè)置有高爐、熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵廠為前提的熔煉工藝，其中燒結(jié)過程(燒結(jié)機)中生產(chǎn)的燒結(jié)礦中，大顆粒直徑的燒結(jié)礦(以大塊燒結(jié)礦為主)裝載到高爐中，而小顆粒直徑的燒結(jié)礦(以燒結(jié)礦粉末為主)裝載到鐵熔池型的熔融還原爐之中，以便在各爐子中生產(chǎn)鐵水。
一般，在上述熔煉工藝中，燒結(jié)機中生產(chǎn)的燒結(jié)礦通過適當?shù)暮Y孔篩分并分類成包含大塊燒結(jié)礦的大顆粒直徑的燒結(jié)礦和那些小顆粒直徑的礦，并分別裝載到高爐和鐵熔池型的熔融還原爐之中。
將燒結(jié)礦裝載到高爐和鐵熔池型的熔融還原爐之中的顆粒區(qū)分點，可以是一般挑選返回礦時的篩分度范圍，另外也可以更大。在高爐中，如果使用極端大尺寸的燒結(jié)礦，其操作容易達到滲透性且經(jīng)濟性和生產(chǎn)率優(yōu)秀。
對于高爐，篩分的顆粒尺寸為3mm或以上，所以裝載到高爐和鐵熔池型的熔融還原爐之中的顆粒區(qū)分點就是3mm或以上的篩分度，即最好，燒結(jié)機中生產(chǎn)的燒結(jié)礦，通過篩孔為3mm或以上的篩子進行篩分，且留在篩子上面的礦石是用于高爐而那些在篩子下面的則是用于鐵熔池型的熔融還原爐的礦石。此外該燒結(jié)礦顆粒尺寸區(qū)分點(篩分度)為5mm或以上更好，8mm或以上特別理想，由此能夠為高爐提供合適顆粒尺寸的燒結(jié)礦。
但是，不需要供給所有對高爐可利用顆粒尺寸的燒結(jié)礦，而且不禁止在高爐使用的燒結(jié)礦中包括在篩子下面的顆粒尺寸的燒結(jié)礦。簡言之，將這些作為符合返回礦而尺寸不合適裝載到高爐的燒結(jié)礦，不裝載到高爐就足夠了。就滿足這個條件來說，考慮到兩個爐子都裝載，區(qū)分點可以隨意確定。
在篩子上面的燒結(jié)礦，不可避免的包含尺寸小于篩分顆粒尺寸的那些顆粒，且在本發(fā)明的工藝中，供給到高爐的燒結(jié)礦中，當然包括這種顆粒分布。
圖26表示在供給礦石的原礦石(喂入燒結(jié)機)中顆粒尺寸的分布和一個舉例的、來自粗礦并留在篩子上面和下面的燒結(jié)礦的顆粒尺寸分布。在這個例子中，燒結(jié)礦的篩分度(篩孔)設(shè)定為6mm，且同圖中“A”表示供給礦石的顆粒尺寸分布，“B”表示在篩子下面的供給礦石的顆粒尺寸分布，而“C”示意留在篩子上面的供給礦石的顆粒尺寸分布。在本發(fā)明的工藝中，具有在篩子下面供給礦石顆粒尺寸中分布的燒結(jié)礦裝載到熔融還原爐中，而同時具有在篩子上面供給礦石顆粒尺寸中分布的燒結(jié)礦裝載到高爐中。
在熔融還原爐中，裝載到爐子中的鐵資源由于氧氣燃燒含碳材料而迅速熔化，而在同時，含碳材料和其中的C被增碳的鐵水和顆粒熔融鐵迅速還原，且由此產(chǎn)生的CO通過氧氣立即產(chǎn)生二次燃燒，從而在高熱效率和低燃料及能源凈單位耗量的條件下生產(chǎn)出鐵水。
一般，熔融還原爐配置用來預(yù)還原礦石的預(yù)還原爐(流化床型預(yù)還原爐)，并在此預(yù)還原爐中預(yù)熱和預(yù)還原礦石(預(yù)還原10～30％)，然后將預(yù)還原后的礦石裝到熔融還原爐中，從而減少煤和氧氣的凈單位耗量，并將生產(chǎn)率比沒有進行預(yù)還原的情況提高10～50％。因此在本發(fā)明的工藝中，最好在預(yù)還原爐中預(yù)還原燒結(jié)礦，然后裝載到熔融還原爐中。如果在預(yù)還原之前進行礦石的預(yù)熱，生產(chǎn)率提高更多。
在這個熔融還原工藝中，熔融還原爐和預(yù)還原爐都不限制作為鐵資源的礦石顆粒直徑，這不同于高爐，因而，作為本發(fā)明如果裝載小顆粒直徑的燒結(jié)礦，熔煉和還原可以沒有任何問題地實施。
進一步，如果應(yīng)用燒結(jié)礦作為在后面所述的熔融還原爐工藝中的鐵資源，與常規(guī)的熔融還原爐工藝不同，不再需要礦石的干燥，但是必須在燒結(jié)礦裝載到熔融還原爐以前，沒有大量吸收水汽(例如，水吸收率1％或以下)。因此，關(guān)于供給到熔融還原爐中的燒結(jié)礦，應(yīng)注意在運輸直到裝載到熔融還原爐中的途中，不吸收過量的水汽，例如設(shè)置儲存用的防雨棚。
本發(fā)明上述實施例的熔煉工藝，在與單一爐子操作的工藝對比時，具有以下的優(yōu)點。
首先，由于鐵熔池型的熔融還原爐承擔(dān)了使燒結(jié)機中的細顆粒燒結(jié)礦作為原材料的這部分熔煉過程的工作，所有燒結(jié)礦的量本身能夠作為原材料使用，即不產(chǎn)生返回礦。因此，如果燒結(jié)機的生產(chǎn)能力與常規(guī)的單一高爐操作工藝等效，由于常規(guī)生產(chǎn)的返回礦的量使原礦石的供給量增加，因此增加量更多或更多生產(chǎn)鐵水。
如果鐵水的生產(chǎn)量與常規(guī)的單一高爐操作工藝等效，操作能夠控制高爐中鐵水的出鐵比在較低值，從而降低高爐的熱負荷和有效的壓縮在高爐中的損害而其結(jié)果是延長高爐的壽命。在這種情況下，最好高爐的出鐵比在1．0～1．7t／m3／天的范圍操作(1．4t／m3／天特別理想)。在常規(guī)的超過2000m3的高爐中，通過使氧氣富足，在出鐵比為2．0t／m3／天或以上的范圍進行操作，但是如果應(yīng)用本發(fā)明的工藝，能夠保證鐵水生產(chǎn)量與常規(guī)的單一高爐操作工藝等效，即使是出鐵比在1．7t／m3／天或以下。而且如果出鐵比在1．7t／m3／天或以下，能夠降低高爐的熱負荷和有效的壓縮在高爐中的損害而其結(jié)果是延長高爐的壽命。但是如果高爐的出鐵比在1．0t／m3／天以下，對爐子壽命的提高作用飽和，操作的生產(chǎn)率不經(jīng)濟。從上述觀點出發(fā)，出鐵比最佳值應(yīng)為1．4t／m3／天左右。
如果燒結(jié)礦以這種方式裝載到熔融還原爐中，即燒結(jié)礦沒有吸收水汽，本發(fā)明上述實施例的熔煉工藝，不需要在常規(guī)的熔融還原爐工藝中必須的礦石干燥過程，使得此工藝能夠在低費用下進行。
如果燒結(jié)礦作為熔融還原工藝中的鐵資源而應(yīng)用，因為燒結(jié)礦的CaO／SiO2的比調(diào)節(jié)為約2，渣的堿性可以容易的調(diào)節(jié)而不需要加入造渣劑，例如煅燒石灰或白云石等作為輔助原材料，且與應(yīng)用礦石作為鐵資源比較，原材料的費用和燃料的凈單位耗量可以降低，而在這方面使生產(chǎn)力提高。
本工藝當然可以使用例如礦石、廢鋼料、直接還原鐵、碳化鐵和其他除燒結(jié)礦以外的鐵資源。
本發(fā)明的第二實施例是，作為含碳材料，采用大顆粒直徑的焦炭(以大塊焦炭為主)裝載到高爐中，而小顆粒直徑的焦炭(以焦炭粉末為主)裝載到配置在高爐、熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵廠中的鐵熔池型的熔融還原爐之中。煉鐵焦炭足可與任何在煉鐵廠以內(nèi)或以外的焦爐中生產(chǎn)的焦炭一起使用。
一般，在如上所述的熔煉工藝中，煉鐵焦炭通過適當?shù)暮Y子的篩孔篩分，分類成包含大塊焦炭的大顆粒直徑焦炭和那些小顆粒直徑的焦炭，并分別裝載到高爐和鐵熔池型的熔融還原爐之中。
將焦炭裝載到高爐和鐵熔池型的熔融還原爐之中的顆粒區(qū)分點，與上述的類似，可以是一般挑選不適合裝載的篩分度范圍，另外也可以比其大。
對于高爐，篩分的顆粒尺寸為20mm或以上，所以裝載到高爐和鐵熔池型的熔融還原爐之中的顆粒區(qū)分點就是20mm或以上的篩分度，即煉鐵焦炭最好通過篩孔為20mm或以上的篩子進行篩分，且留在篩子上面的焦炭是用于高爐而那些在篩子下面的則是用于鐵熔池型的熔融還原爐的焦炭。此外該焦炭顆粒尺寸區(qū)分點(篩分度)為25mm或以上更好，30mm或以上特別理想，由此能夠為高爐提供合適顆粒尺寸的焦炭。
但是，不需要將所有高爐可利用顆粒尺寸的焦炭都供給，而且不禁止高爐使用的焦炭中包括在篩子下面的顆粒尺寸的焦炭。簡言之，將這些尺寸不符合裝載到高爐的焦炭，可不供給到高爐。就滿足這個條件來說，考慮到兩個爐子都裝載，區(qū)分點可以隨意確定，在篩子上面的燒結(jié)焦炭，不可避免的包含尺寸小于篩分顆粒尺寸的那些顆粒，且在本發(fā)明的工藝中，供給到高爐的焦炭中，當然包括這種顆粒分布。
進一步，如果應(yīng)用焦炭作為在后面所述的熔融還原爐工藝中的含碳材料，與常規(guī)的熔融還原爐工藝不同，不再需要含碳材料的干燥，但是必須在焦炭裝載到熔融還原爐以前，沒有大量吸收水汽(例如，水吸收率1％或以下)。因此，關(guān)于供給到熔融還原爐中的焦炭，應(yīng)注在運輸直到裝載到熔融還原爐中的途中，不吸收過量的水汽，例如設(shè)置儲存用的防雨棚。
本發(fā)明上述實施例的熔煉工藝，在與單一爐子操作的工藝對比時，具有以下的優(yōu)點。
即，存在大量的包含有細顆粒的在煉鐵廠中的焦爐中生產(chǎn)的，或從煉鐵廠以外供給的焦炭，這些焦炭不能在高爐中使用，而本發(fā)明的熔煉工藝可以使這些不能在燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中消耗的細顆粒焦炭投入使用。
如果生產(chǎn)后的焦炭裝載到熔融還原爐中，使其沒有吸收水汽，本發(fā)明上述實施例的熔煉工藝，不需要在常規(guī)的熔融還原工藝中必須的含碳材料干燥過程，使得此工藝能夠在低費用下進行。
此外，如果焦炭作為含碳材料用于熔融還原工藝中，與使用煤作為含碳材料的情況對比，爐子中產(chǎn)生氣體的二次燃燒率可以極大的提高。即，當使用煤作為含碳材料用于熔融還原工藝中時，最大二次燃燒率為30％～40％的范圍，而當焦炭作為含碳材料用于熔融還原工藝時，二次燃燒率能夠增加到50％～80％，因此能夠降低熔融還原中燃料的凈單位耗量和提高生產(chǎn)率。此外，由于焦炭的固態(tài)碳遠遠高于煤的，熱爆裂幾乎不發(fā)生，且焦炭很難從爐子中漂浮到外面，這對于加速熔融還原中的增碳是有利的，并有效保持高生產(chǎn)率和操作的穩(wěn)定。由于焦炭中的氫含量比煤中的低，廢氣中的H2O濃度為幾％到10％，與此對比用煤時為10～25％，而因為H2O濃度在CO、CO2和H2O中對氣體輻射具有最大的影響，與使用煤的情況相比，焦炭對氣體輻射施加的影響非常小，如果二次燃燒率等價，可以使爐子的熱負荷降低，使這方面的熱損失很小，且燃料的凈單位耗量也能得到降低。
本發(fā)明的第三實施例是，在配置高爐的煉鐵廠中，為了同時進行第一和第二實施例操作，其中在燒結(jié)過程中生產(chǎn)的燒結(jié)礦中，大顆粒直徑的燒結(jié)礦(以大塊燒結(jié)礦為主)裝載到高爐中，而小顆粒直徑的燒結(jié)礦(以燒結(jié)礦粉末為主)裝載到鐵熔池型的熔融還原爐之中，大顆粒直徑的焦炭(以大塊焦炭為主)裝載到高爐中，而小顆粒直徑的焦炭(以焦炭粉末為主)裝載到配置有高爐、熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵廠中的鐵熔池型的熔融還原爐之中，以便在各爐子中生產(chǎn)出鐵水。
在上述的熔煉工藝中，燒結(jié)礦和焦炭的選擇和操作條件與第一和第二實施例的情況相似。在將小顆粒直徑的燒結(jié)礦作為鐵資源供給到熔融還原爐中的熔煉工藝中，因為在燒結(jié)機中基本不存在返回礦，與單一高爐操作的情況比較，在燒結(jié)過程中使用的焦炭粉末量減少，并使得在焦炭粉末中將存在按此減少量的余量。因此，在如此的示范熔煉工藝中，如果使用煉鐵焦炭中的部分焦炭粉末作為熔融還原工藝的含碳材料，焦炭，特別是焦炭粉末為主要部分的小顆粒焦炭，可以在配置熔融高爐、還原爐和燒結(jié)機的煉鐵廠中，以良好的平衡有效利用。
實施方式6中所使用的熔融還原工藝是鐵熔池型的熔融還原工藝，其中產(chǎn)生的氣體在密閉的爐子中以二次燃燒產(chǎn)生，并由于熔融還原工藝中，例如COREX工藝需要在豎爐中還原大塊原材料，并隨后裝載到氣化熔煉爐中，該實施方式6在這種情況下無法應(yīng)用。
表28示意在鐵熔池型的熔融還原爐中的操作例子。在這些例子中，發(fā)明的例子1使用符合返回礦的燒結(jié)粉末(篩孔小于5mm的燒結(jié)礦)作為鐵資源并使用煤作為含碳材料，以生產(chǎn)鐵水；發(fā)明的例子2使用鐵礦石作為鐵資源，并使用煤作為含碳材料(篩孔小于20mm的焦炭)，來生產(chǎn)鐵水；而發(fā)明的例子3使用符合返回礦的燒結(jié)粉末(篩孔小于4mm的燒結(jié)礦)作為鐵資源，并使用煤作為含碳材料(篩孔小于20mm的焦炭)，以生產(chǎn)鐵水。對比例使用鐵礦石作為鐵資源，并使用煤作為含碳材料來生產(chǎn)鐵水。
根據(jù)表28，在發(fā)明的例子1中，使用符合返回礦的燒結(jié)粉末作為鐵資源，礦石完全不需要干燥工序(用蒸汽干燥礦石)，且由于不需要煅燒石灰或輕白云石，經(jīng)濟效益也很大。此外，與對比例比較，可以降低燃料的凈單位耗量，并由于這個量，可以提高生產(chǎn)率。在發(fā)明的例子2中，使用焦炭粉末作為含碳材料，煤完全不需要干燥處理(用蒸汽干燥煤)，且由于燃料的凈單位耗量可以比發(fā)明的例子1降得更低，可以使經(jīng)濟效益很大。
此外，在發(fā)明的例子3中，使用符合返回礦的燒結(jié)粉末作為鐵資源，并使用焦炭粉末作為含碳材料，完全不需要礦石和煤的干燥工序，且由于燃料的凈單位耗量可以比發(fā)明的例子1降得更低，生產(chǎn)率可以增加。
表28
*1689kcal／kg*2658 kcal／kg
表29 *1689kcal／kg*2658kcal／kg
權(quán)利要求
1．精煉含碳不飽和鐵水的方法，包括步驟將與渣分離的鐵水裝載到鐵水精煉容器中；通過給鐵水精煉容器中的鐵水供給脫硫劑和攪拌鐵水進行脫硫處理；在脫硫處理之前或之后加熱鐵水；及在脫碳爐中對脫硫后的鐵水進行脫碳處理。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中鐵水加熱是在脫硫處理之前進行的。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其中鐵水加熱是在脫硫處理之后進行的。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其中鐵水的加熱步驟包括對鐵水進行加熱和增碳。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其中鐵水的加熱步驟包括通過向鐵水中噴吹惰性氣體而使鐵水沸騰，同時通過電弧生熱來加熱鐵水。
6．如權(quán)利要求4所述的方法，其中鐵水的加熱和增碳步驟包括向鐵水中噴吹惰性氣體以實現(xiàn)鐵水沸騰，向鐵水熔池上噴吹氧氣加熱鐵水，并且向鐵水中噴射含碳材料來給鐵水增碳。
7．如權(quán)利要求4所述的方法，其中鐵水的加熱和增碳步驟包括向鐵水中噴吹惰性氣體以實現(xiàn)鐵水沸騰，向鐵水熔池中噴吹氧氣來加熱鐵水，并且向鐵水中噴射含碳材料來給鐵水增碳。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其中脫硫處理的步驟包括為鐵水供給脫硫劑和脫氧劑并同時攪拌。
9．精煉含碳不飽和鐵水的方法，包括步驟將與渣分離的鐵水裝載到鐵水精煉容器中；通過給鐵水精煉容器中的鐵水供給脫硫劑和攪拌鐵水進行脫硫處理；在脫硫處理之前或之后給鐵水增碳；和在脫碳爐中對脫硫后的鐵水進行脫碳處理。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其中鐵水的增碳是在脫硫處理之前進行的。
11．如權(quán)利要求9所述的方法，其中鐵水的增碳是在脫硫處理之后進行的。
12．如權(quán)利要求9所述的方法，其中鐵水的增碳步驟包括對鐵水的加熱和增碳。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其中鐵水的加熱和增碳步驟包括向鐵水中噴吹惰性氣體以實現(xiàn)鐵水沸騰，向鐵水熔池噴吹氧氣加熱鐵水，并且向鐵水中噴射含碳材料來給鐵水增碳。
14．如權(quán)利要求12所述的方法，其中鐵水的加熱和增碳步驟包括向鐵水中噴吹惰性氣體以實現(xiàn)鐵水沸騰，向鐵水熔池中噴吹氧氣加熱鐵水，并且向鐵水中噴射含碳材料來給鐵水增碳。
15．如權(quán)利要求9所述的方法，其中脫硫處理的步驟包括供給脫硫劑和脫氧劑并攪拌鐵水。
16．精煉含碳不飽和鐵水的方法，包括步驟在至少一個第一轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中進行脫硫處理；和在第二轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)容器中進行脫碳處理。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其中脫硫處理包括給鐵水加入脫硫劑和噴吹每噸鐵水0．05Nm3／min或以上的攪拌氣體。
18．如權(quán)利要求16所述的方法，其中脫硫處理包括向鐵水加入脫硫劑和輸入每噸鐵水2．5Nm3／min或以下的氧氣。
19．如權(quán)利要求16所述的方法，其中脫硫處理包括向鐵水供給脫硫劑和含碳材料。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其中脫硫劑是從攪拌氣體噴吹噴嘴中噴吹的。
21．如權(quán)利要求19所述的方法，其中含碳材料是從攪拌氣體噴吹噴嘴中噴吹的。
22．如權(quán)利要求16所述的方法，其中鐵水與固態(tài)鐵資源一起加入到鐵水精煉容器中，供給氧氣和含碳材料，且在固態(tài)鐵資源熔化后，進行脫硫處理。
23．如權(quán)利要求16所述的方法，其中使用煉鋼渣或高爐煉鐵渣作為脫硫劑來進行脫硫處理。
24．熔融還原的方法，包括步驟(a)將含碳材料和礦石裝載到具有與該含碳材料和礦石直接接觸功能的反應(yīng)爐中；(b)將礦石還原直到至少部分礦石被金屬化，生產(chǎn)出至少包含部分金屬化金屬的礦石；(c)將來自還原步驟(b)的含碳材料和至少包含部分金屬化金屬的礦石裝載到金屬熔池型熔煉爐中；及(d)向金屬熔池型熔煉爐中噴吹含有20％或以上氧氣的氣體以生產(chǎn)鐵水。
25．如權(quán)利要求24所述的方法，還包括將含碳材料和預(yù)還原礦裝載到金屬熔池型熔煉爐中的步驟。
26．如權(quán)利要求24所述的方法，其中裝載到反應(yīng)爐中的含碳材料具有這樣的化學(xué)計量的量，即，足夠?qū)λ醒b載到反應(yīng)爐中的礦石量實施還原和金屬化。
27．如權(quán)利要求24所述的方法，其中反應(yīng)爐為回回轉(zhuǎn)窯式或回轉(zhuǎn)爐床式反應(yīng)爐。
28．熔融還原的方法，包括步驟(a)將含碳材料和礦石裝載到具有與該含碳材料和礦石直接接觸功能的反應(yīng)爐中；(b)將反應(yīng)爐中的礦石部分還原，并去除含碳材料的揮發(fā)份，直到其少于20％；(c)將來自步驟(b)的去除揮發(fā)份的含碳材料和部分還原后的礦石裝載到金屬熔池型熔煉爐中；及(d)向金屬熔池型熔煉爐中噴吹含有20％或以上氧氣的氣體以生產(chǎn)鐵水。
29．熔融還原的方法，包括步驟預(yù)備至少部分去除揮發(fā)份的含碳材料；將含碳材料和礦石裝載到金屬熔池型熔煉爐中；及向金屬熔池型熔煉爐中噴吹含有20％或以上氧氣的氣體以生產(chǎn)鐵水。
30．如權(quán)利要求29所述的方法，其中礦石是預(yù)熱或預(yù)還原后的。
31．熔融還原的方法，包括步驟將含有至少一種選自金屬氧化物和金屬氫氧化物的原材料和造渣劑材料裝載到熔融還原爐中；作為燃料和還原劑，將至少一種選自煤和焦炭及至少一種選自油焦和廢塑料的材料裝載到熔融還原爐中；及靠燃料和還原材料與氧氣發(fā)生反應(yīng)而燃燒的熱量加熱和熔化原材料和造渣劑材料。
32．如權(quán)利要求31所述的方法，還包括將包含在燃料、還原劑、原材料和造渣劑中并帶到熔融還原爐之中的所有硫含量限制在每噸熔融還原爐生產(chǎn)的鐵水中20kg或以下。
33．如權(quán)利要求31所述的方法，其中將油焦供給到熔融還原爐中時滿足以下條件(a)油焦的供給在離熔融還原爐中的渣熔池表面以上2m或更高的高度進行，(b)油焦的供給在熔融還原爐中溫度在1000℃或以上的大氣中位置進行，且(c)油焦的供給通過從供料溜槽射出載體氣體的方式進行，對于每一個溜槽裝載的油焦(P)，除油焦以外的含碳材料(Q)與油焦、原材料(R)和造渣劑(S)一起射入，所有固態(tài)物質(zhì)(P+Q+R+S)的方向向下的動量控制在100kgm／s或以上。
34．如權(quán)利要求31所述的方法，其中將塑料供給到熔融還原爐中時滿足以下條件(a)廢塑料的供給在離熔融還原爐中的渣熔池表面以上2m或更高的高度進行，(b)廢塑料的供給在熔融還原爐中溫度在1000℃或以上的大氣中位置進行，且(c)廢塑料的供給通過從供料溜槽射出載體氣體的方式進行，對于每一個溜槽裝載的廢塑料(P)，除廢塑料以外的含碳材料(Q)與廢塑料、原材料(R)和造渣劑(S)一起射入，所有固態(tài)物質(zhì)(P+Q+R+S)的方向向下的動量控制在100kgm／s或以上。
35．在使用高爐、鐵熔池型熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵方法中生產(chǎn)鐵水的方法，其中，把燒結(jié)機生產(chǎn)的大尺寸燒結(jié)礦供給到高爐中，而把小尺寸的那些礦供給到鐵熔池型的熔融還原爐之中。
36．在使用高爐、鐵熔池型熔融還原爐的煉鐵方法中生產(chǎn)鐵水的方法，其中，把大尺寸的煉鐵焦炭供給到高爐中，而把小尺寸的焦炭供給到鐵熔池型的熔融還原爐之中。
37．在使用高爐、鐵熔池型熔融還原爐和燒結(jié)機的煉鐵方法中生產(chǎn)鐵水的方法，其中，把燒結(jié)機生產(chǎn)的大尺寸燒結(jié)礦供給到高爐中，而把小尺寸的那些礦供給到鐵熔池型的熔融還原爐之中，同時把大尺寸的煉鐵焦炭供給到高爐中，而小尺寸的焦炭供給到鐵熔池型的熔融還原爐之中。
全文摘要
本發(fā)明涉及低碳鐵水的精煉方法,包括步驟:向鐵水中供給脫硫劑和對其攪拌以進行脫硫處理;在脫硫步驟之前或之后加熱鐵水并給鐵水增碳;以及在脫碳爐中對脫硫后的鐵水進行脫碳處理等。通過在熔融還原爐中還原礦石直至其金屬化來生產(chǎn)鐵水。作為合碳材料,可使用焦炭粉末、油焦和廢塑料。作為鐵資源,可使用小顆粒尺寸的燒結(jié)礦。
文檔編號C21B13/00GK1283222SQ98812533
公開日2001年2月7日 申請日期1998年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月26日
發(fā)明者川上正弘, 澤田輝俊, 關(guān)口毅, 渡部雅之, 巖崎克博, 磯崎進市, 福味純一 申請人:日本鋼管株式會社