專利名稱：制造熔融鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造熔融鐵的方法。
背景技術(shù)：
通常，在鋼產(chǎn)品的制造中，在最終精煉之前的階段中制造用作鋼產(chǎn)品原料的熔融鐵以調(diào)節(jié)鋼產(chǎn)品的化學(xué)組成，并對所述熔融鐵進(jìn)行目的明確的精煉，從而得到鋼材料的最
終產(chǎn)品。用于熔融鐵制造中的原料的實(shí)例包括各種含鐵材料如鐵礦石、在精煉期間產(chǎn)生的氧化鐵粉塵、使用鐵礦石作為原料制造的還原鐵、鐵屑等。基本上，能夠?qū)⑷我庖环N含鐵材料用作熔融鐵的原料；然而，在許多情況中，所用原料的種類和采用的制造方法取決于經(jīng)濟(jì)效益。盡管存在多種熔融鐵制造方法，但是從主要原料考慮，將鐵礦石用作主要原料的高爐-LD轉(zhuǎn)爐法在世界上占主導(dǎo)地位，隨后是將鐵屑用作主要原料的電弧爐法。在高爐法中，通過將鐵礦石用作主要原料并將焦炭用作還原劑，并通過向鐵礦石吹送高溫加熱的空氣來將其還原，可得到碳飽和的熔融鐵。然而，高爐法需要用于對主要原料鐵礦石和作為焦炭的原料并用作還原劑的煤進(jìn)行預(yù)處理的燒結(jié)設(shè)備和煉焦?fàn)t，由此增大了資本投入的開支。根據(jù)理性的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，可以說這種高爐法僅適用于大規(guī)模的鋼廠中 (年產(chǎn)量不低于3百萬噸)。因此，除非需要大規(guī)模生產(chǎn)，否則所述高爐法是不合適的。在使用鐵礦石作為原料的制鐵法中，當(dāng)需要的產(chǎn)量不如高爐法的產(chǎn)量那么大時， 所使用的常規(guī)已知方法包括流化床還原法和使用天然氣的還原鐵制造法。然而，所有這些方法都用于制得固體鐵，因此需要對得到的固體鐵進(jìn)行熔化的步驟。通常，將固體鐵用作電爐或LD轉(zhuǎn)爐中的二次材料，并在其中對其進(jìn)行熔化。為了解決這些問題，已經(jīng)開發(fā)了被稱作DIOS(直接鐵礦石熔融還原法)或FINEX 的新型熔融鐵制造方法，在所述方法中使用鐵礦石作為原料來直接制造熔融鐵。在這些方法中，使用氧化鐵如鐵礦石、精煉的粉塵等作為主要原料形成含有還原所述氧化鐵所需要量的碳源的混合物；或使用如下方法向預(yù)先制備的熔融鐵中添加還原和產(chǎn)生熱所需要量的碳源并同時以等于或大于聲速的速度向熔融鐵中吹送純氧氣，從而使得碳在熔融鐵中燃燒并通過燃燒所產(chǎn)生的熱對所述熔融鐵進(jìn)行加熱。氧化鐵的還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；如果外部不能提供熱，則溫度下降，從而使還原反應(yīng)停止且使熔融鐵凝固，由此妨礙了制造熔融鐵的目的。因此，必須向熔融鐵中添加大量的碳以恒定地保持基本上碳飽和的狀態(tài)，并向熔融鐵中吹送純氧氣以使得熔融鐵中的碳元素發(fā)生燃燒，從而能夠恒定地為還原反應(yīng)提供所需要的熱，由此保持液體狀態(tài)。然而，這種方法的缺點(diǎn)在于，大量的熔融鐵飛沫作為氧化鐵粉塵與廢氣一起從系統(tǒng)中分離出來。這種粉塵的產(chǎn)生導(dǎo)致大量損失如源自粉塵的顯熱損失、由于粉塵造成的鐵收率損失、用于對粉塵進(jìn)行循環(huán)的費(fèi)用等。通常將由于熔融鐵中的碳與純氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)而產(chǎn)生的CO氣泡的破裂現(xiàn)象稱作氣泡破裂；且將因氣泡破裂而產(chǎn)生的粉塵稱作氣泡破裂粉塵。當(dāng)通過氧氣使熔融鐵中的碳燃燒時，不可避免地發(fā)生氣泡破裂現(xiàn)象。這是一個待解決的重要問題，但是所述問題的解決較為困難。電弧爐法是一種通過使用利用石墨電極的電弧加熱對鐵屑進(jìn)行熔化而制造熔融鐵的方法。通常，在電弧爐法中，由于在得到的熔融鐵中氮含量高達(dá)超過lOOppm，所以制得的鋼材料硬。因此，當(dāng)考慮到鋼材料的性能而期望氮含量低時，不能使用這種方法。此外， 電弧爐法的缺點(diǎn)在于大量電力的消耗增大了成本、電弧的不穩(wěn)定性造成熱損失等。為了解決這些問題，已經(jīng)開發(fā)并使用了對冷鐵源進(jìn)行熔化的方法。這種方法涉及使用常規(guī)LD轉(zhuǎn)爐向預(yù)先制備的稱作熔融種子的碳飽和熔融鐵中添加鐵屑，并在超聲速下從爐子上部吹送純氧氣且同時從爐子底部添加粉煤，從而使用熔融鐵中碳的燃燒反應(yīng)熱對鐵屑進(jìn)行加熱并使其熔化。然而，即使在對冷鐵源進(jìn)行熔化的方法中也不能充分抑制氣泡破裂粉塵的產(chǎn)生。作為對熔融鐵進(jìn)行加熱的手段，廣泛使用利用石墨電極的電弧加熱，所述電弧加熱通常在電弧爐中進(jìn)行；和使用氧氣對通過高爐法得到的生鐵中所含有的碳元素或硅元素進(jìn)行燃燒的方法。盡管存在限制使得所述方法僅在真空脫氣設(shè)備中進(jìn)行脫碳反應(yīng)時有效， 但是用于極端受限方法中的加熱方法的實(shí)例包括通過吹送氧氣使因脫碳反應(yīng)而產(chǎn)生的CO 燃燒的方法(RH-KTB法)以及將燃料氣體和助燃?xì)怏w吹送到真空室的方法(RH-MFB法)。 此外，存在特殊的加熱方法如等離子體加熱、電感應(yīng)加熱等；然而，為了在熔融鋼的溫度低于目標(biāo)溫度時保持期望的溫度，僅將它們與用于鑄造步驟中的稱作中間包的熔融鋼分配設(shè)備一起使用。由此，不能將它們用作普通精煉的加熱方法(參見例如，專利文獻(xiàn)1和2)。僅將這些特殊的加熱方法用于小規(guī)模加熱，即用于加熱目標(biāo)精煉容器、或用于在溫度低于目標(biāo)溫度時升高熔融鋼的溫度以達(dá)到目標(biāo)溫度。因此，僅將RH-KTB和RH-MFB法用于真空脫氣步驟中的小規(guī)模加熱，所述真空脫氣步驟為精煉的最終步驟。因此，由于熔融鐵的精煉需要大量的熱，所以僅能夠?qū)⒎浅Ｓ邢薜氖侄斡米饔糜谠谌廴阼F的精煉中供應(yīng)熱的方法。通過高爐法得到的生鐵含有通過氧氣可燃燒的碳、硅、磷、錳和類似的放熱元素， 且所述生鐵具有大量的顯熱，因?yàn)槠渚哂懈哌_(dá)約1500°C的溫度。這兩點(diǎn)是用于高爐-LD轉(zhuǎn)爐法中的轉(zhuǎn)爐精煉的熱源。因此，通過制得的生鐵的量、生鐵的溫度、以及通過與氧氣反應(yīng)而產(chǎn)生熱且包含在所述生鐵中的元素(例如碳、硅、磷、錳等)的量來確定高爐-LD轉(zhuǎn)爐法的熱限界。從加熱方法考慮，目前采用的用于熔化冷鐵源的方法、以及上述DIOS和FINEX是在高爐-LD轉(zhuǎn)爐法中所使用的加熱技術(shù)思想的延伸。具體地，其為用于制造熔融鐵的方法， 其中向熔融鐵中添加碳源，并將所述碳源熔化成基本飽和的狀態(tài)；向所述熔融鐵中吹送純氧氣以使得所述碳在熔融鐵中發(fā)生燃燒；并使用燃燒產(chǎn)生的熱將鐵屑熔化、或?yàn)檠趸F的還原/熔化提供所需要的熱(例如，參見專利文獻(xiàn)3)。然而，只要所述方法是以這種技術(shù)思想為基礎(chǔ)的，就不能解決如上所述的產(chǎn)生氣泡破裂粉塵的問題。本專利的目的是開發(fā)一種有效供應(yīng)大量熱的新型手段，由此解決常規(guī)熔融鐵制造方法未解決的問題。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平6-73431號公報
專利文獻(xiàn)2 日本特開平6-73433號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開平H83312號公報

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種通過對具有各種化學(xué)組成和各種形狀的氧化鐵進(jìn)行有效還原、或通過對具有各種形狀和各種化學(xué)組成的鐵屑或還原鐵進(jìn)行有效熔化而制造熔融鐵的方法，所述方法可用于每個設(shè)備單元(例如煉鐵廠或煉鐵工廠)所需要的量不如高爐法那么大的情況中、或可用于在使用高爐法的設(shè)備單元中對生產(chǎn)量進(jìn)行補(bǔ)充的情況中。特別地，本發(fā)明的目的是從根本上解決由過量產(chǎn)生鐵粉塵而引起的問題如熱損失、鐵損失和由諸如粉塵處理成本的開支而造成的損失等；通過常規(guī)方法不能解決這些問題，在所述常規(guī)方法中，利用氧氣對熔融鐵中包含的碳進(jìn)行燃燒而得到所需量的熱；以及降低每噸鋼材所釋放的CO2氣體的量。本發(fā)明的另一個目的是提供一種方法，所述方法用于收集通過對含氫或碳元素作為基本化學(xué)成分的材料如廢輪胎、廢塑料、油砂等進(jìn)行熱分解而產(chǎn)生的CO氣體、氫氣和/或烴氣。本發(fā)明的還另一個目的是提供一種對熔融鐵的溫度進(jìn)行控制的方法。解決問題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人進(jìn)行了廣泛的研究并發(fā)現(xiàn)，通過使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對充當(dāng)熱儲存材料的熔融鐵進(jìn)行加熱，從而使得在熔融鐵中儲熱能夠有效地制造熔融鐵?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。由此完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明提供了如下列實(shí)施方案所述的發(fā)明。項(xiàng) 1.一種制造熔融鐵的方法，所述方法包括下列步驟向保持容器中供應(yīng)含碳的熔融鐵，使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對所述熔融鐵進(jìn)行加熱， 從而儲熱，以及向所述受熱并儲熱的熔融鐵中添加碳源和含有氧化鐵和/或鐵屑的含鐵材料，從而將所述含鐵材料轉(zhuǎn)化成熔融鐵。項(xiàng) 2.如項(xiàng)1所述的方法，其中，在使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對熔融鐵進(jìn)行加熱，從而儲熱的步驟中，根據(jù)在加熱期間所產(chǎn)生廢氣的溫度對含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的供應(yīng)量進(jìn)行控制，從而對所述熔融鐵的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。項(xiàng) 3.如項(xiàng)1或2所述的方法，包括在外部經(jīng)受水冷的金屬管尖端處設(shè)置的德-拉伐爾(de Laval)噴嘴中對燃料氣體和助燃?xì)怏w進(jìn)行混合，從而在所述水冷金屬管的出口處形成速度等于或大于聲速的氣體混合物噴流，以及
5
從所述熔融鐵的上部吹送所述氣體混合物噴流。項(xiàng) 4.如項(xiàng)1 3中任一項(xiàng)所述的方法，其中對由已經(jīng)吹送到所述熔融鐵中且含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)而產(chǎn)生的廢氣氣泡的浮動位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得所述氣泡位于已經(jīng)添加至所述熔融鐵中并浮在所述熔融鐵表面上的所述含鐵材料的下方。項(xiàng) 5.如項(xiàng)1 4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述保持容器為具有由至少一個隔離壁 (partition wall)分開的多個空間的容器，其中在所述至少一個隔離壁下方所述多個空間相互連通。項(xiàng) 6.如項(xiàng)1 5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述保持容器包含用于在容器底部和/或側(cè)面處引入含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的至少一個孔。項(xiàng) 7.如項(xiàng)1 6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述保持容器包含用于移出熔融鐵的至少一個出鐵口、和在所述容器底部和/或側(cè)面處用于移出漂浮在所述熔融鐵上的爐渣的至少一個出料孔，且所述保持容器包含一個傾斜機(jī)構(gòu)。項(xiàng) 8.一種收集氣體的方法，所述方法包括下列步驟使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對含碳的熔融鐵進(jìn)行加熱，從而儲存所述熱，以及向所述受熱并儲熱的熔融鐵中添加廢輪胎、廢塑料、和/或油砂以使其分解，從而收集CO氣體、氫氣和/或烴氣。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，即使在每個爐子所需的鐵量不如高爐法中那么大的情況中，通過對具有各種化學(xué)組成或形狀的氧化鐵進(jìn)行有效還原、或通過對鐵屑進(jìn)行有效熔化，能夠有效地制造期望量的熔融鐵。本發(fā)明從根本上解決了由常規(guī)方法中產(chǎn)生的大量鐵粉塵所造成的問題如熱損失、鐵損失、以及由諸如粉塵處理成本的開支而造成的損失等，其中在所述常規(guī)方法中，通過使用氧氣對熔融鐵中的碳進(jìn)行燃燒來得到所需要量的熱。本發(fā)明有助于節(jié)省能量、節(jié)省資源、改善生產(chǎn)效率、以及消除CO2氣體的產(chǎn)生。此外，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)所產(chǎn)生廢氣的溫度，通過對燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的供應(yīng)量進(jìn)行控制能夠調(diào)節(jié)含碳熔融鐵的溫度。此外，在本發(fā)明中，通過對含有氫或碳元素作為基本化學(xué)成分的材料如廢輪胎、 廢塑料、油砂等進(jìn)行熱分解能夠收集CO氣體、氫氣和/或烴氣。


圖1顯示了用于本發(fā)明中的保持容器的實(shí)施方案。圖2顯示了用于本發(fā)明中的保持容器的實(shí)施方案。圖3顯示了用于本發(fā)明中的保持容器的實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式熔融鐵的制造方法本發(fā)明用于制造熔融鐵的方法包括下列步驟向保持容器中供應(yīng)含碳的熔融鐵 (步驟1)，使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對所述熔融鐵進(jìn)行加熱，從而在其中儲存所述熱(步驟2~)，以及向所述受熱并儲熱的熔融鐵中添加碳源和含有氧化鐵和/或鐵屑的含鐵材料，從而將所述含鐵材料轉(zhuǎn)化成熔融鐵(步驟3)。下面將對本發(fā)明制造方法的步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。1.步驟 1在步驟1中，向保持容器中供應(yīng)含碳熔融鐵。將含碳熔融鐵用作“用于儲存熱能的材料”和“用于收集鐵的溶劑”。本文中，“用于儲存熱能的材料”是指在將含鐵材料轉(zhuǎn)化成熔融鐵時將用于本發(fā)明中的熔融鐵用作均勻的大容量熱源。此外，由于熔融鐵的最終產(chǎn)物是得自含鐵材料的熔融鐵和最初向保持容器供應(yīng)的熔融鐵的聚集體，所以“用于收集鐵的溶劑”是指將最初向保持容器供應(yīng)的熔融鐵用作用于收集得自含鐵材料的鐵的溶劑。下面提供進(jìn)一步說明。當(dāng)將鐵屑和還原鐵熔化時、或當(dāng)通過將主要包含碳元素、硅元素和鋁元素的還原劑與氧化鐵進(jìn)行混合而對小球或壓塊進(jìn)行還原來制造熔融鐵時，按如下詳述預(yù)先制備含合適量碳的熔融鐵，并向所述熔融鐵中添加要收集的鐵源(如上所述的鐵屑、還原鐵、氧化鐵小球、氧化鐵壓塊等)。通過在上述高速即等于或大于聲速的速度下向熔融鐵中吹送氣體混合物，并通過添加碳元素使得制得的新熔融鐵中的碳含量恒定地與幾乎與其合適量相等的值相對應(yīng)，對熔融鐵進(jìn)行劇烈攪拌，由此，使得在全部熔融鐵中具有高度均勻的溫度和碳含量。以這種方式，所述熔融鐵熔化鐵屑、還原鐵等，推進(jìn)了氧化鐵的還原反應(yīng)并收集了所產(chǎn)生的鐵，同時保持了相同的條件。本發(fā)明方法中得到的熔融鐵中的碳量取決于熔融鐵的溫度，但其能夠?yàn)? 4. 5wt%，優(yōu)選0 4. 3wt%，更優(yōu)選3 4. 3wt %，還更優(yōu)選3 %，最優(yōu)選3. 2 3. 8wt%。鐵-碳的相圖顯示，不含碳的純鐵的熔點(diǎn)為約1536°C，鐵的熔點(diǎn)隨鐵中碳含量的增大而降低，且在飽和了約4. 3wt%的碳的狀態(tài)中所獲得的鐵的最低熔點(diǎn)為1153°C。為了將熔融鐵用作儲存熱能的材料和用于收集鐵的溶劑，必須根據(jù)碳含量通過將熔融鐵溫度至少保持在熔點(diǎn)下來保持液體狀態(tài)。當(dāng)碳含量低于上述范圍時，熔融鐵的熔點(diǎn)變得更高，這可能增加用于加熱熔融鐵和儲熱以保持液體狀態(tài)所需要的熱量。與此相反，當(dāng)碳含量超過上述范圍時，熔點(diǎn)變得更低，這降低了用于加熱熔融鐵和儲熱以保持液體狀態(tài)所需要的熱量。然而，由于在熔融鐵中碳的活性高，所以因燃燒反應(yīng)而產(chǎn)生的ω2氣體和H2O氣體與熔融鐵中的碳元素反應(yīng)而形成CO氣體和吐氣，即發(fā)生所謂的碳溶液反應(yīng)；這可能降低熱效率。因此，碳含量超過上述范圍是不優(yōu)選的。即，當(dāng)熔融鐵中的碳含量太高時，因燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的CO2氣體和H2O氣體與熔融鐵中的碳反應(yīng)而部分造成吸熱反應(yīng)如C02+C — 2C0或H2CHC — C0+H2，這可能降低熱效率。為此，在本發(fā)明中，優(yōu)選將熔融鐵中的碳含量調(diào)節(jié)至上述范圍內(nèi)。根據(jù)所用保持容器的體積、在下述步驟3中將添加的含鐵材料和碳源的量可適當(dāng)確定所供應(yīng)熔融鐵的量；且其不受特殊限制。向其中添加熔融鐵的保持容器不受特殊限制，且能夠使用通常用于鋼鐵工業(yè)中的爐子等。所述保持容器可包含用于在容器底部和/或側(cè)面處引入燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的至少一個孔。優(yōu)選在容器的底部和/或側(cè)面處設(shè)置用于移出熔融鐵的出鐵口和用于移出漂浮在熔融鐵上的爐渣的出料孔。所述保持容器能夠采用多種形狀如上部變窄的垂直圓筒形、水平圓筒形、盆等。然而，優(yōu)選的是，所述保持容器的任意一種形狀都包含傾斜機(jī)構(gòu)以將熔融鐵或漂浮在熔融鐵上的精煉爐渣從熔融鐵保持容器中移出。優(yōu)選將圖1 3中所示的容器用作所述保持容器。具體地，通過至少一個隔離壁
(2)將容器(1)的內(nèi)部分成多個空間，向所述空間內(nèi)添加含鐵材料和碳源，并且在隔離壁下方所述空間相互連通。即，以使得隔離壁O)的底部不與容器底部接觸的方式來構(gòu)造所述隔離壁O)。這種容器使得用作“用于儲存熱能的材料”的熔融鐵、以及得自含鐵材料的用作“用于收集鐵的溶劑”的熔融鐵(3)可以發(fā)生移動。通常，如圖2中所示，通過向熔融鐵
(3)中添加含鐵材料和碳G)，使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對熔融鐵進(jìn)行加熱，并在其中儲熱，可制造熔融鐵。然而，由于氧化鐵對耐火材料呈高度腐蝕性，所以與氧化鐵接觸的容器⑴的側(cè)面和隔離壁⑵的表面可能被腐蝕。在這種情況下， 如圖3中所示，通過釋放部分熔融鐵(3)以暴露腐蝕的部分(5)可降低正常操作期間熔融鐵的水平面；且通過在其他空間內(nèi)繼續(xù)正常操作的同時向腐蝕部分(5)中吹送耐火材料粉末能夠?qū)λ龈g部分( 進(jìn)行修復(fù)。用于本發(fā)明熔融鐵制造方法中的設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)不受特殊限制，只要所述設(shè)備包含上述保持容器以及如下裝置等即可所述裝置使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒熱反應(yīng)作為主要加熱手段對熔融鐵進(jìn)行加熱，從而將熱儲存在其中。例如，優(yōu)選的是，根據(jù)需要，所述設(shè)備包含如下裝置向所述保持容器供應(yīng)含鐵材料和所需要的碳源、以及任選的廢輪胎、廢塑料、油砂等的裝置；供應(yīng)所需要的輔助材料的裝置；廢氣回收裝置； 在所述廢氣回收裝置中在盡可能接近熔融鐵保持容器的區(qū)域處設(shè)置的廢氣溫度計；用于除去廢氣中的粉塵的裝置；用于除去廢氣中的硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)的裝置；用于從熔融鐵保持容器中移出熔融鐵的裝置；用于從熔融鐵保持容器中移出漂浮在熔融鐵上的精煉爐渣的裝置；和用于傾斜熔融鐵保持容器的裝置等。2.步驟 2在步驟2中，通過含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)所產(chǎn)生的熱對熔融鐵進(jìn)行加熱，并將熱儲存在其中。理想的是，在等于或大于聲速的速度下將氣體混合物吹送到充當(dāng)儲熱材料的熔融鐵中，以及在因燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的廢氣氣泡升至表面并與熔融鐵分離的過程中熱交換完全終止。必要的是，將在其中儲熱的熔融鐵的加熱溫度設(shè)定為高于熔點(diǎn)，所述熔點(diǎn)根據(jù)熔融鐵中的碳含量來確定。通常，基于下述原因，將溫度設(shè)定為比熔點(diǎn)高約100°C。由于通過計算來確定操作期間熔融鐵中的碳含量，所以如果對熔融鐵中的碳含量估計不正確則熔融鐵可能凝固，這可能造成嚴(yán)重的操作困難。此外，考慮到工業(yè)溫度的變化，將用于加熱熔融鐵的溫度設(shè)定為比熔融鐵的熔點(diǎn)高約100°C。具體地，當(dāng)提供約100°C的差值時，在1253°C 1636°C的熔融鐵溫度范圍內(nèi)，可適當(dāng)確定在經(jīng)濟(jì)上最期望的碳含量。當(dāng)提供約50°C程度的差值時，在1203°C 1586°C的熔融鐵溫度范圍內(nèi)，可適當(dāng)確定在經(jīng)濟(jì)上最期望的碳含量。在熔融鐵的加熱和熱儲存中，將含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱用作加熱手段。燃料氣體的實(shí)例包括與助燃?xì)怏w燃燒而形成(X)2或H2O的氣體如LNG (液化天然氣)、LPG (液化石油氣)、CO氣體、噴霧重油、噴霧氣油等。助燃?xì)怏w的實(shí)例包括純氧氣、空氣等。通過將純氧氣的制造成本與因廢氣而釋放的顯熱損失相關(guān)的開支相比可確定助燃?xì)怏w。即，如果將空氣用作助燃?xì)怏w，則盡管與純氧氣不同，不需要生產(chǎn)費(fèi)用，但是占空氣的約80%的氮?dú)庾鳛閺U氣而釋放大量顯熱。需要與這種熱損失等價的能量開支。通常，使用高濃度氧氣作為助燃?xì)怏w來提供節(jié)能效果。可以在使得實(shí)現(xiàn)完全燃燒的比率下混合燃料氣體與助燃?xì)怏w。由于完全燃燒比率隨所用氣體的種類而變化，所以根據(jù)所用燃料氣體和助燃?xì)怏w的種類能夠適當(dāng)確定所述比率。例如，當(dāng)燃料氣體為LNG且助燃?xì)怏w為純氧氣時，完全燃燒比率(體積比)為使得燃料氣體助燃?xì)怏w=1 2. 30的比率；且當(dāng)燃料氣體為LPG且助燃?xì)怏w為純氧氣時，燃料氣體助燃?xì)怏w為1 5. 12。如上所述，氣泡破裂粉塵隨因氧氣而燃燒的碳的含量的增大而增大。根據(jù)這種發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以超過完全燃燒比率的量添加燃料氣體時，氣體混合物中的氧氣與熔融鐵中的碳發(fā)生反應(yīng)的概率下降，從而最大程度可能地減少氣泡破裂粉塵的產(chǎn)生。如果氧化鐵是主要原料，則能夠有效地將不完全燃燒的燃料氣體用作氧化鐵的還原劑。類似地，如果鐵屑是主要原料，則基于與上述相同的原因，通過以超過完全燃燒比率的量添加燃料氣體能夠最大程度可能地減少氣泡破裂粉塵的產(chǎn)生。在這種情況下，將不完全燃燒的燃料氣體作為廢氣回收，并能夠?qū)⑵湓倮?。基于上述原因，不能容易地確定燃料氣體與助燃?xì)怏w之比，但是例如，燃料氣體 助燃?xì)怏w的體積比可以為約1 1 約1 10。在本發(fā)明中，通過氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱能夠?qū)θ廴阼F進(jìn)行加熱，并將熱儲存在其中。另外，通過熱混合氣體噴流的機(jī)械能能夠?qū)θ廴阼F進(jìn)行劇烈攪拌。為了進(jìn)一步增強(qiáng)熔融鐵的攪拌，能夠從低于熔融鐵表面的位置處的一側(cè)、或從熔融鐵保持容器的底部吹送氣體如氧氣、氮?dú)狻⒖諝?、二氧化碳、氬氣和燃料氣體。然而，當(dāng)用于劇烈攪拌而吹送的氣體為氧氣或空氣時，除了用于形成氣體混合物以產(chǎn)生燃燒反應(yīng)熱的燃料氣體之外，還必須以足以與氧氣或空氣反應(yīng)的量供應(yīng)燃料氣體。當(dāng)用于劇烈攪拌而吹送的氣體為燃料氣體時，除了用于形成氣體混合物以產(chǎn)生燃燒反應(yīng)熱的助燃?xì)怏w之外，還優(yōu)選以足以與燃料氣體反應(yīng)的量添加助燃?xì)怏w。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，在外部經(jīng)受水冷的金屬管中以期望比率混合燃料氣體與助燃?xì)怏w，從而形成混合氣體噴流，所述混合氣體噴流在通過水冷金屬管的出口之后的速度等于或大于聲速，還優(yōu)選從熔融鐵的上部吹送所述混合氣體噴流。據(jù)認(rèn)為，速度等于或大于聲速的氣體混合物不會在水冷金屬管的出口附近形成燃燒火焰；然而，在熔融鐵中或在氣體混合物的速度下降的熔融鐵表面附近發(fā)生燃燒反應(yīng)，且將氣體混合物的溫度加熱至可燃燒溫度而產(chǎn)生燃燒熱。優(yōu)選頂吹法，因?yàn)樵谟糜诖禋獾慕饘俟艿募舛?噴槍)損壞時，能夠容易地對其進(jìn)行更換。例如，如果風(fēng)口位于容器的底部或側(cè)面，則風(fēng)口周圍的耐火材料可能被腐蝕，且難以維修。
釋放混合氣體噴流的金屬管出口優(yōu)選位于熔融鐵的表面附近，且在使得由熔融鐵飛沫造成的噴槍尖端的損傷不劇烈的范圍內(nèi)，所述熔融鐵飛沫因混合氣體噴流與熔融鐵表面的碰撞能而產(chǎn)生。優(yōu)選上述范圍，因?yàn)槟軌驅(qū)⒒旌蠚怏w噴流盡可能深地吹送到熔融鐵中。 不能容易地確定具體值，因?yàn)槠潆S爐子的形狀、尺寸等而變化。然而，所述出口可位于距熔融鐵表面約0. 5 約2. 5m、優(yōu)選約1 約an處。為了在噴嘴出口處獲得速度等于或大于聲速的氣體混合物，優(yōu)選的是，所述金屬管在尖端處具有德-拉伐爾噴嘴，且在所述德-拉伐爾噴嘴中形成氣體混合物。如同例如在日本特開平6-73431號公報和日本特開平6-73433號公報中所公開的，廣泛已知的其中氣體噴流具有等于或大于聲速的速度的制造方法為德-拉伐爾噴嘴技術(shù)。當(dāng)使用德-拉伐爾噴嘴在等于或大于聲速的氣體流速下將燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物吹送到溫度保持在1150°C以上的熔融鐵保持容器中時，到達(dá)熔融鐵表面附近的氣體立即引發(fā)燃燒反應(yīng)，且進(jìn)入到因氣體具有的強(qiáng)機(jī)械能而造成的熔融鐵中。將熔融鐵的溫度設(shè)定為比與熔融鐵中碳含量相對應(yīng)的熔點(diǎn)高約100°C。因此， 已經(jīng)進(jìn)入熔融鐵中的燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物處于使得氣體混合物被密封在約 1253°C以上高溫下的反應(yīng)室內(nèi)的狀態(tài)中，這迅速引發(fā)燃燒反應(yīng)，并造成完全燃燒，即使仍存在未反應(yīng)的部分。由此形成的燃燒氣體氣泡(CO2和H2O)通過熔融鐵而漂浮，同時發(fā)生熱交換。在這種方法的過程中，一部分燃燒氣體氣泡與熔融鐵中包含的碳結(jié)合而引發(fā)吸熱反應(yīng)， 因此，綜合的熱效率變?yōu)榧s80%。從這個觀點(diǎn)來看，為了加強(qiáng)攪拌，優(yōu)選的是，將因吹送到熔融鐵中的氣體混合物的燃燒反應(yīng)而產(chǎn)生的燃燒氣體氣泡漂浮的位置調(diào)節(jié)為位于已經(jīng)添加至熔融鐵中并漂浮在熔融鐵表面上的含鐵材料的下方。根據(jù)供應(yīng)燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的位置(例如，從所述爐子底部供應(yīng))、吹氣壓力等可對漂浮位置進(jìn)行調(diào)節(jié)?？梢圆粌H在垂直方向上，而且在相對于垂直軸的傾角不大于45°的方向上設(shè)置用于排放速度等于或大于聲速的氣體混合物的孔(優(yōu)選3 6個)。為了將熔融鐵用作用于收集鐵的溶劑，必須對已經(jīng)經(jīng)歷了還原反應(yīng)的鐵與用作溶劑的熔融鐵進(jìn)行劇烈攪拌和混合。通過向熔融鐵中吹送速度已經(jīng)加速至等于或大于聲速的速度的混合氣體噴流來進(jìn)行劇烈攪拌和混合。具體地，如果能夠?qū)⑺俣纫呀?jīng)加速至等于或大于聲速的混合氣體噴流吹送到熔融鐵中，則能夠?qū)Τ洚?dāng)儲熱物質(zhì)的熔融鐵進(jìn)行加熱并將熱儲存在其中；通過速度已經(jīng)加速至等于或大于聲速的混合氣體噴流的碰撞能，并通過因燃燒反應(yīng)而產(chǎn)生的CO2或H2O氣泡的浮力，能夠?qū)⑷廴阼F與已經(jīng)經(jīng)歷了還原反應(yīng)并漂浮在熔融鐵上的固體鐵劇烈攪拌。由此，能夠在熔融鐵中迅速回收固體鐵。根據(jù)加熱溫度、所供應(yīng)熔融鐵的量、所用含鐵材料的種類和量等，能夠適當(dāng)確定燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的供應(yīng)量，且無特殊限制。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，通過對與熔融鐵完成熱交換的燃燒廢氣的溫度進(jìn)行測量而調(diào)節(jié)燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的供應(yīng)量，從而將熔融鐵溫度保持恒定。熔融鐵的溫度為如上所述。據(jù)認(rèn)為，如果完美進(jìn)行燃燒氣體氣泡的熱交換，則廢氣的溫度變得幾乎與熔融鐵的溫度相同。然而，由于將廢氣溫度的測量點(diǎn)與熔融鐵的表面分開，所以廢氣的溫度通常比熔融鐵的溫度低。當(dāng)不充分地進(jìn)行燃燒氣體氣泡與熔融鐵的熱交換時，高溫燃燒氣體與廢氣一起排出，這會提高廢氣的溫度。因此，考慮到溫度的這種變化，將廢氣的目標(biāo)溫度設(shè)定為比熔融
10鐵的目標(biāo)溫度高約10°c 100°C，優(yōu)選約10°C 50°C ；然而，這會隨所用爐子的種類、所用含鐵材料的量、以及氣體混合物的吹送條件等而變化。如果廢氣的溫度降至廢氣目標(biāo)溫度以下，則為了提高生產(chǎn)效率，優(yōu)選以高達(dá)廢氣最大去除能力、或高達(dá)用于供應(yīng)燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的設(shè)備的最大容量的量來供應(yīng)所述氣體。當(dāng)廢氣溫度達(dá)到目標(biāo)溫度時，停止氣體的供應(yīng)。因此，根據(jù)廢氣的溫度，通過對燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的供應(yīng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)能夠?qū)⑷廴阼F的溫度保持恒定。3.步驟 3在步驟3中，向受熱并儲熱的熔融鐵中添加含鐵材料和碳源，從而將所述含鐵材料轉(zhuǎn)化成熔融鐵。所述含鐵材料的實(shí)例包括具有各種化學(xué)組成和各種形狀的氧化鐵(例如，鐵礦石)、和含鐵的材料如鐵屑、還原鐵等。氧化鐵的形狀的實(shí)例包括塊、粉末、對粉末進(jìn)行壓縮的壓塊和小球等。氧化鐵的純度隨其來源而變化，且存在很多種。在本發(fā)明中，能夠?qū)θ我庖环N氧化鐵進(jìn)行有效還原而回收鐵。同樣適用于鐵屑；本發(fā)明的目的是通過對鐵屑進(jìn)行有效熔化來制造熔融鐵而與鐵屑的形狀和尺寸無關(guān)。因此，本發(fā)明能夠確保根據(jù)市場價格來選擇合適的原料，并提供了用于制造熔融鐵的經(jīng)濟(jì)上合理的方法而與主要原料的種類無關(guān)。將碳源用作氧化鐵的還原劑，或用于調(diào)節(jié)獲得的熔融鐵中的碳含量。其實(shí)例包括焦炭、石墨、煤等。如果將諸如鐵礦石的氧化鐵用作含鐵材料，則通過向保持容器中的熔融鐵中添加碳源可有效還原所述氧化鐵。制得的鐵熔化成存在于保持容器中的熔融鐵。已知的是，在氧化鐵和碳兩者的存在下，通過加熱至1000°c以上可相對迅速地進(jìn)行還原反應(yīng)；然而，在本發(fā)明中，將熔融鐵加熱至1000°c以上，且熔融鐵對源自燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱的熱進(jìn)行儲存，且通過儲存在熔融鐵中的熱可在爐子中的各個位置處以均勻的方式對氧化鐵進(jìn)行有效還原。將鐵礦石用作含鐵材料傾向于相對提高了所得熔融鐵中的磷量。因此，如果期望磷含量低的熔融鐵，則可以通過添加石灰來將磷除去。所添加石灰的量不受特殊限制，且適當(dāng)?shù)卮_定所述量，使得能夠獲得磷的期望量。理論上，通過確定鐵的熔點(diǎn)，能夠確定添加的碳的含量，但是碳的使用效率隨氧化鐵的形狀和化學(xué)組成而變化，且飛濺條件與加熱用氣體混合物的吹送條件相關(guān)。因此，碳的含量不能簡單地從理論上進(jìn)行確定，但是例如，氧化鐵碳源的重量比優(yōu)選為約1 0.1 1，更優(yōu)選約1 0. 1 0. 5，還更優(yōu)選約1 0. 0.33。在本發(fā)明中，主要將碳源用作氧化鐵的還原劑；然而，如上所述，通過以超過助燃?xì)怏w的量的量添加燃料氣體，能夠?qū)⑺鋈剂蠚怏w用作氧化鐵的還原劑。根據(jù)市場價格來選擇用于本發(fā)明中的還原劑，且這是本專利的基本概念。最初存在的熔融鐵與添加的氧化鐵的重量比不受特殊限制，因?yàn)橥ㄟ^氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱可供應(yīng)所需要的熱能。然而，考慮到氧化鐵的還原反應(yīng)速率，優(yōu)選的是，熔融鐵氧化鐵的重量比為約1 0. 1 3 (優(yōu)選1 0. 1 0. 5)。此外，如果將鐵屑如鋼屑等用作含鐵材料，則在保持容器中可將鐵屑有效地熔化成熔融鐵。在這種情況下，必須對碳源的供應(yīng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得碳含量與最初存在于保持容器中的熔融鐵的碳含量相對應(yīng)。在這種情況下，碳源的供應(yīng)量取決于熔融鐵中所需要的碳量。如上所述，熔融鐵中的碳含量優(yōu)選為4. 3wt %以下，更優(yōu)選3 4. 3wt %，還更優(yōu)選3 %，最優(yōu)選3. 2 3.8wt%。能夠確定碳源的供應(yīng)量，使得碳含量在上述范圍內(nèi)。例如，當(dāng)使用55噸鐵屑制造碳含量為約4wt%的熔融鐵時，需要2. 2噸碳源?？紤]到工業(yè)損失等，優(yōu)選約2. 4 2. 6噸碳源。添加碳源的方法不受特殊限制?？梢詮牡陀谌廴阼F表面的位置處的側(cè)面、或保持容器的底部供應(yīng)碳源，且可以從熔融鐵的上部吹送碳源。此外，當(dāng)使用用于形成氣體混合物的燃料氣體作為載氣時，可以將細(xì)粉碳源與其混合并進(jìn)行供應(yīng)。最初存在的熔融鐵與所添加鐵屑的重量比不受特殊限制，但每次添加的鐵屑的量為熔融鐵的約60wt%以下，優(yōu)選為熔融鐵的55%以下。當(dāng)添加超過熔融鐵的60wt%時，熔融鐵的溫度過度下降，這會導(dǎo)致凝固。氣體回收方法本發(fā)明涉及包括下列步驟的氣體回收方法使用燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對含碳熔融鐵進(jìn)行加熱；向受熱并儲熱的熔融鐵中添加廢輪胎、廢塑料和 /或油砂以將其熱分解，從而回收CO氣體、氫氣和/或烴氣。在本發(fā)明的制造方法中，因?yàn)楫a(chǎn)生大量的CO氣體，特別是在將氧化鐵用作主要原料時，所以包括也充當(dāng)粉塵收集器的廢氣回收設(shè)備。使用這種設(shè)備，通過向熔融鐵中添加包含碳元素或氫元素作為基本化學(xué)成分的材料如廢輪胎、廢塑料和/或油砂，可以回收通過熱分解所產(chǎn)生的CO氣體、氫氣或烴氣。含有碳元素或氫元素作為基本化學(xué)成分的材料如廢輪胎、廢塑料和/或油砂的供應(yīng)量取決于廢氣去除能力。因此，只要能夠?qū)a(chǎn)生的廢氣除去，則所述材料的供應(yīng)量不受特殊限制。關(guān)于使用氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱進(jìn)行加熱的步驟和裝置，能夠使用本發(fā)明中公開的任意步驟和裝置。用于控制熔融鐵溫度的方法此外，本發(fā)明涉及對含碳熔融鐵的溫度進(jìn)行控制的方法，其中，在通過含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對熔融鐵進(jìn)行加熱的步驟中，根據(jù)加熱期間所產(chǎn)生廢氣的溫度對含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的添加量進(jìn)行調(diào)節(jié)。關(guān)于使用氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱進(jìn)行加熱的步驟、根據(jù)加熱期間所產(chǎn)生廢氣的溫度對燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的供應(yīng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法等，能夠使用本發(fā)明中公開的任意方法。實(shí)施例下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說明；然而，不能將本發(fā)明的范圍限制為這些實(shí)施例。實(shí)施例1在廢氣回收設(shè)備的下部安置溫度計，所述廢氣回收設(shè)備位于能夠處理230噸熔融鋼的LD轉(zhuǎn)爐的爐口上部。使用上述溫度計能夠測量要從LD轉(zhuǎn)爐排出的氣體的溫度。將 100噸熔融鐵供應(yīng)至所述LD轉(zhuǎn)爐中。
通過水冷噴槍從熔融鐵上部吹送用于加熱熔融鐵的含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物，所述水冷噴槍具有在尖端包含德-拉伐爾噴嘴的吹氣通道。將LPG和高純氧氣分別用作燃料氣體和助燃?xì)怏w，并將氣體的比率(體積比)確定為LPG 純氧氣=1 5. 12。在用于大量供應(yīng)所需要的純氧氣的條件下，確定了在初始膨脹區(qū)終點(diǎn)上游側(cè)上的德-拉伐爾噴嘴的尺寸；并在用于適當(dāng)膨脹氣體混合物的條件下確定了位于喉管區(qū)下游側(cè)的抵消區(qū)(set-off region)起始點(diǎn)下游側(cè)上的德-拉伐爾噴嘴的尺寸。初始膨脹區(qū)和抵消區(qū)通過直線相連。在這種區(qū)域中，在德-拉伐爾噴嘴的管壁上圓周布置狹縫孔。對所述德-拉伐爾噴嘴進(jìn)行設(shè)計使得期望量的LPG將通過所述狹縫孔來供應(yīng)，并在德-拉伐爾噴嘴中與純氧氣進(jìn)行混合。在噴槍出口處，LPG和純氧氣的氣體混合物的速度達(dá)到等于或大于聲速的速度，并將所述混合物吹送到熔融鐵中。這種德-拉伐爾噴嘴能夠以約1 IOOONm3/小時的速率供應(yīng)LPG，能夠以約 56300Nm3/小時的速率供應(yīng)純氧氣，并能夠以約67300Nm7小時的速率供應(yīng)LPG和純氧氣的氣體混合物。由于將熔融鐵中的碳含量和熔融鐵的溫度分別調(diào)節(jié)為約4%和約1400°C，所以 LPG和純氧氣的氣體混合物進(jìn)入到熔融鐵中并同時迅速引發(fā)在熔融鐵表面附近的燃燒反應(yīng)，且產(chǎn)生熱火焰。這種熔融鐵加熱系統(tǒng)證實(shí)，LPG和純氧氣的氣體混合物的供應(yīng)量增大提高了廢氣的溫度，且熔融鐵的溫度隨廢氣溫度的升高成比例地升高。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，使用與實(shí)施例1中相同的裝置，并使用鐵礦石作為主要原料來制造熔融鐵。在這種情況下，使用LPG作為燃料氣體，并使用純氧氣作為助燃?xì)怏w。在LD轉(zhuǎn)爐中預(yù)先準(zhǔn)備約100噸熔融鐵，其中將熔融鐵的碳含量和溫度分別調(diào)節(jié)為約4%和約1400°C。制備約203噸壓塊，其中將約41噸粉煤、和約162噸鐵含量為約63% 的鐵礦石進(jìn)行混合并凝固。將每次添加的壓塊的量限制為熔融鐵重量的約60%，并通過將熔融鐵的重量除以 2. 47來進(jìn)行估計，其為壓塊對鐵屑的冷卻能力系數(shù)。將鐵屑的添加量限制為熔融鐵重量的陽％。然而，由于壓塊的密度比熔融鐵低，因此它們漂浮在熔融鐵的表面上，且不是所有添加的壓塊都立即對熔融鐵進(jìn)行冷卻，所以通過將上述看作上限可確定壓塊的添加量。壓塊對鐵屑的冷卻能力系數(shù)為2. 47表明，壓塊的冷卻能力是相同重量鐵屑的2. 47倍。首先，將水冷噴槍尖端與熔融鐵表面之間的距離設(shè)定為1. 5m。分別在約IlOOONm3/ 小時、約56300Nm7小時和約67300Nm7小時的速率下供應(yīng)LPG、純氧氣、以及LPG和純氧氣的氣體混合物。在開始供應(yīng)之后，立即從位于爐子上方的原料漏斗向所述爐子中供應(yīng)壓塊。 在開始供應(yīng)壓塊的同時，開始從爐子的底部吹送粉煤。在使得相對于每噸壓塊吹送約27kg 粉煤的速率下，吹送粉煤。起初，在3噸/分鐘的供應(yīng)速率下供應(yīng)壓塊。對壓塊的供應(yīng)速率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得能夠?qū)U氣的溫度保持為約1400°C。當(dāng)廢氣的溫度超過1500°C時，還原反應(yīng)停止，這表明熔融鐵受熱。因此，優(yōu)選的是，以使得廢氣溫度不超過1450°C的方式對壓塊的供應(yīng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在添加所有由此制備的203噸壓塊之后，當(dāng)廢氣溫度達(dá)到1500°C以上時，停止從水冷噴槍供應(yīng)氣體混合物并停止從爐子底部供應(yīng)粉煤。其后，立即將水冷噴槍從爐子中移出。將大約10噸熔融鐵留在爐子中，并將大約100噸熔融鐵流入(tap)鋼包中。隨后， 將漂浮在熔融鐵表面上的爐渣排放至渣盤中，并開始下一操作。在操作期間，將大約1噸熔融鐵從爐子中流出。將大約0.8噸熔融鐵與排放的爐渣一起流出。在這種操作期間產(chǎn)生的粉塵的量較少，即0.2噸。從用于這種操作中的爐子底部吹入的粉煤的含量為約5. 4噸；LPG 和純氧氣的含量分別為約10755Nm3和約5M70Nm3 ；且所需要的時間為約60分鐘。通過廢氣回收設(shè)備回收的氣體的含量為133900Nm3 ；且所述廢氣中的CO氣體、H2氣和CO2氣體分別為約70%、約10%和約20%。將這種操作重復(fù)兩次，并得到約200噸熔融鐵。對熔融鐵進(jìn)行脫硫處理，然后進(jìn)行通常的轉(zhuǎn)爐精煉，由此制得熔融鋼。如果將上述操作模式標(biāo)準(zhǔn)化，則不需要測量廢氣的溫度。如果根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)操作對壓塊的供應(yīng)速率和從爐子底部供應(yīng)的粉煤的吹送速率進(jìn)行調(diào)節(jié)，并考慮到氣體混合物的總含量而進(jìn)行操作，則能夠獲得幾乎相同的結(jié)果。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，使用與實(shí)施例1中相同的裝置，并使用鐵礦石作為主要原料來制造熔融鐵。在這種情況下，使用LPG作為燃料氣體，并使用純氧氣作為助燃?xì)怏w。在LD轉(zhuǎn)爐中預(yù)先準(zhǔn)備約100噸熔融鐵，其中將熔融鐵的碳含量和溫度分別調(diào)節(jié)為約4%和約1400°C。制備約162噸鐵含量為約63%的鐵礦石塊。將每次添加的壓塊的量限制為熔融鐵重量的約60%，并通過將熔融鐵的重量除以 3. 1來進(jìn)行估計，其為壓塊對鐵屑的冷卻能力系數(shù)。將鐵屑的添加量限制為熔融鐵重量的 55% ；然而，由于鐵礦石的密度比熔融鐵低，因此其漂浮在熔融鐵的表面上，且不是所有添加的鐵礦石都立即對熔融鐵進(jìn)行冷卻，所以通過將上述看作上限可確定鐵礦石的添加量。 鐵礦石對鐵屑的冷卻能力系數(shù)為3. 1表明，鐵礦石的冷卻能力是相同重量鐵屑的3. 1倍。首先，將水冷噴槍尖端與熔融鐵表面之間的距離設(shè)定為1. 5m。分別在約IlOOONm3/ 小時、約56300Nm7小時和約67300Nm7小時的速率下供應(yīng)LPG、純氧氣、以及LPG和純氧氣的氣體混合物。在開始供應(yīng)之后，立即從位于爐子上方的原料漏斗向所述爐子中供應(yīng)鐵礦石。在開始供應(yīng)鐵礦石的同時，開始從爐子的底部吹入粉煤。在使得相對于每噸鐵礦石吹入約454kg粉煤的速率下，吹入粉煤。起初，在2. 3噸/分鐘的供應(yīng)速率下供應(yīng)鐵礦石。對鐵礦石的供應(yīng)速率進(jìn)行調(diào)節(jié)， 使得能夠?qū)U氣的溫度保持為約1400°C。當(dāng)廢氣的溫度超過1500°C時，還原反應(yīng)停止，這表明熔融鐵受熱。因此，優(yōu)選以使得廢氣溫度不超過1450°C的方式對鐵礦石的供應(yīng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在添加所有由此制備的162噸鐵礦石之后，當(dāng)廢氣溫度達(dá)到1500°C以上時，停止從水冷噴槍供應(yīng)氣體混合物并停止從爐子底部供應(yīng)粉煤。其后，立即將水冷噴槍從爐子中移出。將大約100噸熔融鐵留在爐子中，并將大約100噸熔融鐵流入鋼包中。隨后，將漂浮在熔融鐵表面上的爐渣排放至渣盤中，并開始下一操作。在操作期間，將大約1噸熔融鐵從爐子中流出。將大約0.8噸熔融鐵與排放的爐渣一起流出。在這種操作期間產(chǎn)生的粉塵的量較少，即0. 2噸。從用于這種操作中的爐子底部吹入的粉煤的含量為約46. 4噸；LPG和純氧氣的含量分別為約10755Nm3和約55470Nm3 ；且所需要的時間為約60分鐘。
通過廢氣回收設(shè)備回收的氣體的含量為133900Nm3 ；且所述廢氣中的CO氣體、吐氣和(X)2氣體分別為約70%、約10%和約20%。將這種操作重復(fù)兩次，并得到約200噸熔融鐵。對熔融鐵進(jìn)行脫硫處理，然后進(jìn)行通常的轉(zhuǎn)爐精煉，由此制得熔融鋼。實(shí)施例4在本實(shí)施例中，使用實(shí)施例1中所使用的爐設(shè)備，并分別將LNG和純氧氣用作燃料氣體和助燃?xì)怏w。具體地，將LNG用作燃料氣體，并將高純氧氣用作助燃?xì)怏w。將氣體的比率(體積比)確定為LNG 純氧氣=1 2. 3。用于該實(shí)施例中的水冷噴槍具有雙層結(jié)構(gòu)；外部為用于純氧氣的流徑，且其內(nèi)部為用于LNG的銅管型流徑。向稱作“停滯區(qū)”的區(qū)域中供應(yīng)期望量的LNG，所述區(qū)域?yàn)樵诤砉軈^(qū)上游側(cè)的管壁向喉管區(qū)開始變窄的部分。由此，對所述德-拉伐爾噴嘴進(jìn)行設(shè)計使得會在德-拉伐爾噴嘴中將LNG與純氧氣進(jìn)行混合。在噴槍出口處，LNG和純氧氣的氣體混合物的速度達(dá)到等于或大于聲速的速度，并將所述混合物吹送到熔融鐵中。這種德-拉伐爾噴嘴能夠分別以約18300Nm7小時、約42IOONm3/小時和約 60400Nm3/小時的速率供應(yīng)LNG、純氧氣、以及LNG和純氧氣的氣體混合物。由于將熔融鐵中的碳含量和熔融鐵的溫度分別調(diào)節(jié)為約4%和約1400°C，所以 LNG和純氧氣的氣體混合物進(jìn)入到熔融鐵中并同時迅速引發(fā)在熔融鐵表面附近的燃燒，且產(chǎn)生熱火焰。這種熔融鐵加熱系統(tǒng)證實(shí)，LNG和純氧氣的氣體混合物的供應(yīng)量增大提高了廢氣的溫度，且熔融鐵的溫度隨廢氣溫度的升高成比例地升高。實(shí)施例5在本實(shí)施例中，使用與實(shí)施例4中相同的裝置，并使用鐵屑作為主要原料來制造熔融鐵。在這種情況下，使用LNG作為燃料氣體，并使用純氧氣作為助燃?xì)怏w。在LD轉(zhuǎn)爐中預(yù)先準(zhǔn)備約100噸熔融鐵，其中將熔融鐵的碳含量和溫度分別調(diào)節(jié)為約4%和約1400°C。另外，準(zhǔn)備約110噸鐵屑。首先，向熔融鐵中添加約50噸鐵屑(鐵屑與熔融鐵的重量比為約50% )。在鐵屑的供應(yīng)完成之后，將水冷噴槍尖端與熔融鐵表面之間的距離設(shè)定為約1. 5m。其后，立即分別在約18300Nm3/小時、約39470Nm3/小時和約 57770Nm3/小時的速率下供應(yīng)LNG、純氧氣、以及LNG和純氧氣的氣體混合物。在開始供應(yīng)所述氣體混合物之后，立即從用于粉煤的風(fēng)口吹入粉煤，所述風(fēng)口位于爐子的底部。粉煤的吹入速率為30 /分鐘。在約9. 4分鐘之后，廢氣的溫度超過1500°C。因此，停止從爐子底部吹入粉煤，并停止吹入氣體混合物，另外引入60噸鐵屑。在該階段，氣體混合物的量和粉煤的吹入量分別為約 9012Nm3 和 2877kg。在完成60噸鐵屑的另外引入之后，立即將水冷噴槍插入到爐子中，并在與如上述完全相同的條件下開始操作。在約11. 2分鐘之后，廢氣的溫度超過1500°C ；因此，停止吹入氣體混合物并停止從爐子底部吹入粉煤。將大約100噸熔融鐵留在爐子中，并將大約107噸熔融鐵流入鋼包中。在精煉期間，將大約1噸熔融鐵從爐子中分離出來，將大約0. 8噸熔融鐵與爐渣一起流出，且約0. 5 噸為粉塵。通過總共約21分鐘的氣體混合物噴射來熔化約110噸鐵屑。在這種操作期間， 消耗約6100Nm3 LNG、約13730Nm3純氧氣、以及從爐子底部吹入的約6300kg粉煤。通過廢氣回收設(shè)備回收了約11700Nm3的廢氣。所述廢氣中的CO氣體、H2氣和(X)2氣體分別為約70%、約 10%和約 20%。由此得到的熔融鐵的碳含量為約4%，且溫度為約1400°C，這與原始熔融鐵幾乎相同。將這種操作重復(fù)兩次，并得到約214噸熔融鐵。然后，對熔融鐵進(jìn)行脫硫處理，并然后進(jìn)行通常的轉(zhuǎn)爐精煉，由此制得熔融鋼。實(shí)施例6在本實(shí)施例中，使用實(shí)施例1中所使用的爐設(shè)備，并分別將LNG和純氧氣用作燃料氣體和助燃?xì)怏w。具體地，將LNG用作燃料氣體，并將高純氧氣用作助燃?xì)怏w。將氣體的比率(體積比)確定為LNG 純氧氣=1 2. 3。用于該實(shí)施例中的水冷噴槍具有雙層結(jié)構(gòu)；外部為用于純氧氣的流徑，且其內(nèi)部為用于LNG的銅管型流徑。在所述德-拉伐爾噴嘴中，根據(jù)大量消耗的純氧氣的流量來確定喉管區(qū)的截面積。在德-拉伐爾噴嘴的喉管區(qū)處向純氧氣流供應(yīng)期望量的LNG。對所述德-拉伐爾噴嘴進(jìn)行設(shè)計使得氣體混合物會在喉管區(qū)下游側(cè)適當(dāng)膨脹，且所述LNG和純氧氣會在所述德-拉伐爾噴嘴中均勻混合，由此在噴嘴出口處展示等于或大于聲速的高速度。這種德-拉伐爾噴嘴能夠分別以約18300Nm7小時、約42IOONm3/小時和約 60400Nm3/小時的速率供應(yīng)LNG、純氧氣、以及LNG和純氧氣的氣體混合物。由于將熔融鐵中的碳含量和熔融鐵的溫度分別調(diào)節(jié)為約4%和約1400°C，所以 LNG和純氧氣的氣體混合物進(jìn)入到熔融鐵中并同時迅速引發(fā)在熔融鐵表面附近的燃燒，且產(chǎn)生熱火焰。這種熔融鐵加熱系統(tǒng)證實(shí)，LNG和純氧氣的氣體混合物的供應(yīng)量增大提高了廢氣的溫度，且熔融鐵的溫度隨著廢氣溫度的升高成比例地升高。實(shí)施例7在本實(shí)施例中，使用與實(shí)施例6中相同的裝置，并使用鐵屑作為主要原料來制造熔融鐵。在這種情況下，使用LNG作為燃料氣體，并使用純氧氣作為助燃?xì)怏w。在LD轉(zhuǎn)爐中預(yù)先準(zhǔn)備約100噸熔融鐵，其中將熔融鐵的碳含量和溫度分別調(diào)節(jié)為約4%和約1400°C。另外，準(zhǔn)備約110噸鐵屑。首先，向熔融鐵中添加約50噸鐵屑(鐵屑與熔融鐵的重量比為約50% )。在鐵屑的供應(yīng)完成之后，將水冷噴槍尖端與熔融鐵表面之間的距離設(shè)定為約1. 5m。其后，立即分別在約18300Nm3/小時、約39470Nm3/小時和約 57770Nm3/小時的速率下供應(yīng)LNG、純氧氣、以及LNG和純氧氣的氣體混合物。在開始供應(yīng)所述氣體混合物之后，立即從用于粉煤的風(fēng)口吹入粉煤，所述風(fēng)口位于爐子的底部。粉煤的吹入速率為30 /分鐘。在約9. 4分鐘之后，廢氣的溫度超過1500°C。因此，停止從爐子底部吹入粉煤，并停止吹入氣體混合物，另外引入60噸鐵屑。在該階段，氣體混合物的量和粉煤的吹入量分別為約 9012Nm3 和 2877kg。在完成60噸鐵屑的另外引入之后，立即將水冷噴槍插入到爐子中，并在與如上述完全相同的條件下開始操作。在約11.2分鐘之后，廢氣的溫度超過15001；因此，停止吹入氣體混合物并停止從爐子底部吹入粉煤。將大約100噸熔融鐵留在爐子中，并將大約107 噸熔融鐵流入鋼包中。在精煉期間，將大約1噸熔融鐵從爐子中分離出來，將大約0. 8噸熔融鐵與排放的爐渣一起流出，且約0. 5噸為粉塵。
通過總共約21分鐘的氣體混合物噴射來熔化約110噸鐵屑。在這種操作期間，消耗約6100Nm3 LNG、約13730Nm3純氧氣、以及從爐子底部吹入的約6300kg粉煤。通過廢氣回收設(shè)備回收了約11700Nm3的廢氣。所述廢氣中的CO氣體、H2氣和CO2氣體分別為約70%、 約10%和約20%。由此得到的熔融鐵的碳含量為約4%，且溫度為約1400°C，這與原始熔融鐵的幾乎相同。將這種操作重復(fù)兩次，并得到約214噸熔融鐵。然后，對熔融鐵進(jìn)行脫硫處理，并然后進(jìn)行通常的轉(zhuǎn)爐精煉，由此制得熔融鋼。實(shí)施例8示出了基于實(shí)施例7的操作的氣體回收操作的實(shí)施例。分兩次添加總共10噸廢輪胎，同時進(jìn)行實(shí)施例7的操作。在該階段中回收的氣體的增量為約7600Nm3，且在該階段中回收的氣體中SOx的增量為約120ppm。熔融鐵中的硫含量增加了 0.04%，且熔融鐵的含量增加了約1.2噸。這是因?yàn)榛厥樟藦U輪胎中的鐵。所述操作的其他結(jié)果與實(shí)施例7的那些基本相同。這表明，使廢輪胎氣化并作為燃料氣體進(jìn)行了回收。比較例1在實(shí)施例1的裝置中，利用僅流出純氧氣的常規(guī)使用的噴槍代替具有在尖端具有德-拉伐爾噴嘴的氣體吹送通道的水冷噴槍。所述噴槍能夠在52500Nm3/小時的供應(yīng)速率下噴射純氧氣，即馬赫(Mach)2的氣體噴射速度。在LD轉(zhuǎn)爐中預(yù)先準(zhǔn)備約100噸熔融鐵，其中將熔融鐵的碳含量和溫度分別調(diào)節(jié)為約4%和約1400°C。另外，準(zhǔn)備約110噸鐵屑。首先，向熔融鐵中供應(yīng)約50噸鐵屑(鐵屑與熔融鐵的重量比為約50% )。在鐵屑的供應(yīng)完成之后，將水冷噴槍尖端與熔融鐵表面之間的距離設(shè)定為約2. 0m。其后，立即在 52500Nm3/小時的供應(yīng)速率下吹入純氧氣，并在IOMkg/分鐘的速率下從爐子底部吹入粉煤。在約9分鐘之后，首先供應(yīng)的鐵屑發(fā)生熔化；因此，停止從爐子底部吹入粉煤，并停止吹入純氧氣。隨后，供應(yīng)另外的60噸鐵屑，并在與上述相同條件下重新開始操作。在約11分鐘之后，另外供應(yīng)的鐵屑發(fā)生熔化；因此，停止從爐子底部吹入粉煤，并停止吹入純氧氣。由此得到的熔融鐵具有與初始條件幾乎相同的條件，即碳含量為約4%且溫度為約1400°C。將約100噸熔融鐵留在爐子中，并將約98噸熔融鐵流入鋼包中。在這種操作中， 產(chǎn)生大約10. 1噸粉塵，且從爐子中分離出大約1噸熔融鐵。將約0. 8噸熔融鐵與排放的爐渣一起流出。通過廢氣回收設(shè)備回收的氣體含量為35920Nm3。實(shí)施例5和7、以及比較例1顯示了使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對熔融鐵進(jìn)行加熱的方法的優(yōu)勢。附圖標(biāo)記1.容器2.隔離壁3.熔融鐵4.含鐵材料5.腐蝕的部分
權(quán)利要求
1.一種制造熔融鐵的方法，所述方法包括 向保持容器中供應(yīng)含碳的熔融鐵的步驟，使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對所述熔融鐵進(jìn)行加熱，從而儲熱的步驟，以及向所述受熱并儲熱的熔融鐵中添加碳源和含有氧化鐵和/或鐵屑的含鐵材料，從而將所述含鐵材料轉(zhuǎn)化成熔融鐵的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在使用含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對所述熔融鐵進(jìn)行加熱，從而儲熱的步驟中，根據(jù)在加熱期間所產(chǎn)生廢氣的溫度對含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的供應(yīng)量進(jìn)行控制，從而對所述熔融鐵的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，包括在外部經(jīng)受水冷的金屬管的尖端處設(shè)置的德-拉伐爾噴嘴中將燃料氣體和助燃?xì)怏w進(jìn)行混合，以在所述水冷金屬管的出口處形成速度等于或大于聲速的氣體混合物噴流，以及從所述熔融鐵的上部吹送所述氣體混合物噴流。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的方法，其中對由已經(jīng)吹送到所述熔融鐵中的含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)而產(chǎn)生的廢氣氣泡的浮動位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得所述氣泡位于已經(jīng)添加至所述熔融鐵中并浮在所述熔融鐵的表面上的所述含鐵材料的下方。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種通過對具有各種化學(xué)組成和各種形狀的氧化鐵進(jìn)行有效還原、或通過對具有各種形狀和各種化學(xué)組成的鐵屑或還原鐵進(jìn)行有效熔化而制造熔融鐵的方法。所述方法用于其中每個爐子需要的鐵量不如高爐法中那樣大的情況。用于熔融鐵制造的方法包括向容器中供應(yīng)含碳的熔融鐵的步驟；通過含燃料氣體和助燃?xì)怏w的氣體混合物的燃燒反應(yīng)熱對所述熔融鐵進(jìn)行加熱，并在其中儲熱的步驟；以及向所述因受熱而儲熱的熔融鐵中添加碳源和含有氧化鐵和/或鐵屑的含鐵材料，由此將所述含鐵材料轉(zhuǎn)化成熔融鐵的步驟。
文檔編號C10J3/00GK102159731SQ200980136438
公開日2011年8月17日 申請日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者平岡照祥 申請人:株式會社Istc