專(zhuān)利名稱(chēng)：用礦石直接煉鋼的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鋼工藝及設(shè)備，是一種直接用礦石煉鋼的方法及設(shè)備。
目前將礦石冶煉成鋼都要經(jīng)過(guò)還原與氧化兩個(gè)階段來(lái)完成，即先將礦石在高爐中冶煉成生鐵，再將生鐵在氧氣轉(zhuǎn)爐中冶煉成鋼。由于高爐煉鐵是將礦石與焦炭、溶劑等混在一起冶煉，在鐵被還原的同時(shí)不可避免地也滲入了大量的碳及磷、硫等雜質(zhì)，得到的是生鐵而不是鋼。要得到鋼必須用氧化的方法將生鐵中過(guò)多的碳和磷、硫等雜質(zhì)除去。目前多采用轉(zhuǎn)爐氧氣煉鋼工藝將生鐵冶煉成鋼。現(xiàn)有的這種從礦石到鋼的冶煉工藝過(guò)程包括焦炭生產(chǎn)、原料的燒結(jié)或球團(tuán)焙燒、高爐煉鐵、制氧和轉(zhuǎn)爐煉鋼等環(huán)節(jié)，其流程長(zhǎng)，工序多，能源的消耗及設(shè)備投資很大。能否減少現(xiàn)有的鋼鐵生產(chǎn)工藝的工序、縮短冶煉流程時(shí)間是冶金學(xué)家們所探討的問(wèn)題之一。
本發(fā)明的目的是提供一種用礦石直接煉成鋼的方法及其設(shè)備，該煉鋼方法無(wú)需經(jīng)過(guò)前述的氧化階段，且可在一個(gè)冶煉設(shè)備中直接將礦石煉成鋼。
本發(fā)明提出的煉鋼方法的主要構(gòu)思是礦石只與高溫還原氣體接觸，將礦石預(yù)熱并還原成金屬鐵，也稱(chēng)海綿鐵，然后將高溫狀態(tài)下的海綿鐵熔化成液態(tài)，再根據(jù)需要加入合金元素，即成所需鋼液。
本發(fā)明所提出的煉鋼方法的具體步驟如下(1)礦石在爐內(nèi)的上部容室內(nèi)自上向下運(yùn)行，(2)在爐內(nèi)下部容室內(nèi)用煤產(chǎn)生高溫還原氣體，上、下容室用斜溜槽隔離，(3)高溫還原氣體通過(guò)上述溜槽底部的氣孔進(jìn)入上部容室上行，將礦石預(yù)熱并還原成海綿鐵，(4)高溫下的海綿鐵在與外界大氣隔離的狀態(tài)下進(jìn)入熔化室熔化，熔化室的燃料是來(lái)自從前述爐內(nèi)上部容室引出的高溫還原氣體，(5)向熔化室加入造渣劑除去有害元素，排渣后再加入所需的碳及合金元素即得到所需的鋼液。
在本方法中礦石只與還原氣體接觸，因此所還原的海綿鐵中不會(huì)含有過(guò)多的碳和磷、硫等雜質(zhì)。至于礦石中所帶入的少量磷、硫和雜質(zhì)可以在熔化造渣中被去除。
本方法所用的還原氣體可以是以煤為原料所產(chǎn)生的含有一氧化碳和氫氣的水煤氣，它們通過(guò)斜溜槽底部的氣孔進(jìn)入上部容室上行，其溫度可達(dá)900℃以上。上部容室里的礦石在下行過(guò)程中與高溫還原氣體接觸被預(yù)熱，并被還原成金屬鐵，即海綿鐵，這種高溫狀態(tài)下的海綿鐵順著溜槽進(jìn)入熔化室熔化。如前所述，這種海綿鐵中碳、磷、硫的含量極少，所以海綿鐵熔化去渣后即得到含碳極低的液態(tài)鋼，再加入適量碳及合金元素后即得到所需的鋼液。
使用本發(fā)明所述方法的煉鋼設(shè)備包括礦石還原室、還原氣體發(fā)生室和熔化室。還原室位于爐體上部，其底部設(shè)有通向熔化室的斜溜槽，在溜槽出口處設(shè)有下料機(jī)構(gòu)和擋熱板;還原氣體發(fā)生室位于爐體的下部，并通過(guò)上述溜槽底面的多排氣孔與還原室相通，該還原氣體發(fā)生室的上側(cè)部設(shè)有輸煤裝置，底部設(shè)有排渣機(jī);熔化室位于爐體的下側(cè)部或底部，在還原室的中部設(shè)有將還原室內(nèi)的爐氣通入熔化室的引壓管。礦石從爐體頂部進(jìn)入還原室被還原為海綿鐵，然后由溜槽進(jìn)入熔化室溶化。還原氣體發(fā)生室相當(dāng)于一個(gè)煤氣發(fā)生爐。溜槽的爐內(nèi)部分是還原室和還原氣體發(fā)生室的公共交界面，煤是從還原氣體發(fā)生室的側(cè)面被送入還原氣體發(fā)生室的，所產(chǎn)生的還原氣體由溜槽底面上的氣孔進(jìn)入還原室。還原氣體在還原礦石過(guò)程中要消耗掉一部分，但在還原室中部的爐氣中仍有相當(dāng)含量的CO、H2氣體，因此，用引壓管將這部分高溫爐氣引入熔化室燃燒仍能產(chǎn)生很高的熱值，足以將高溫海綿鐵熔化。在溜槽通向熔化室的出口處為防止高溫幅射和控制海綿鐵的進(jìn)入量，設(shè)置了擋熱板和下料機(jī)構(gòu)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容加以詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明的煉鋼設(shè)備整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1A-A處的局部視圖。
圖3是溜槽在爐內(nèi)部分的立體圖。
圖4是溜槽的下料機(jī)構(gòu)示意圖。
圖5是還原氣體發(fā)生室的輸煤裝置結(jié)構(gòu)圖。
如圖1所示本發(fā)明的煉鋼設(shè)備由還原室2、還原氣體發(fā)生室3和熔化室4三部分組成。還原室2位于爐體1的上部，還原氣體發(fā)生室3位于爐體1的下部。還原室2與還原氣體發(fā)生室3之間由陶瓷斜溜槽6和隔離墻5隔離，其結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示隔離墻5為倒V形，如同一個(gè)兩面傾斜的屋頂，兩隔離墻之間為斜溜槽6，爐內(nèi)共有四個(gè)斜溜槽，每?jī)蓚€(gè)溜槽延伸到爐外后合二為一，通向熔化室4。溜槽6的爐外部分為密閉筒狀，以防外介大氣進(jìn)入。溜槽6在爐內(nèi)部分的底面有若干氣孔7，其直徑應(yīng)小于礦石的粒度，溜槽6底面的傾角(即與水平面的夾角)大于或等于60℃，以利于礦石和海綿鐵的下行。
還原氣體發(fā)生室3實(shí)際上是一個(gè)煤氣發(fā)生爐，煤從上部側(cè)面的入口8進(jìn)入室內(nèi)，其下部裝有環(huán)形風(fēng)管(圖中未畫(huà)出)和多個(gè)進(jìn)風(fēng)口9，底部裝有排渣機(jī)10，煤燃燒后的煤渣由排渣機(jī)排出，并在封閉狀態(tài)下用水沖到渣池內(nèi)。輸煤裝置11由料斗12、螺旋推進(jìn)器13和位于料斗12出口與螺旋推進(jìn)器13入口間的封氣裝置14組成，封氣裝置14可采用現(xiàn)有的葉片式或盤(pán)式封氣器，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，煤由皮帶輸送機(jī)15送入料斗12，經(jīng)封氣裝置14進(jìn)入推進(jìn)器13，被推入還原氣體發(fā)生室3內(nèi)。為了調(diào)節(jié)還原氣體的溫度和氣體成分，在高溫區(qū)噴入水蒸汽，所產(chǎn)生的還原氣體是由一氧化碳和氫氣組成的水煤氣。由于輸煤和排渣均是在封閉狀態(tài)下進(jìn)行的，因此發(fā)生室3內(nèi)的還原氣體具有一定壓力，其溫度可達(dá)950℃左右，該還原氣體將通過(guò)溜槽6底面的氣孔7進(jìn)入還原室2上行。
還原室2的上部結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的高爐相似，礦石從頂部加入爐內(nèi)，在下行過(guò)程中與上升的高溫還原氣體接觸，邊預(yù)熱，邊進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)，被還原成海綿鐵Fe2O3+CO→Fe+CO2Fe3O4+CO→Fe+CO2FeO+CO→Fe+CO2FeO+H2→Fe+H2OFe3O4+H2→Fe+H2O高溫狀態(tài)下的海綿鐵順溜槽6進(jìn)入熔化室4。本實(shí)例中有兩個(gè)熔化室，分設(shè)在還原氣體發(fā)生室3的兩側(cè)，也可以只設(shè)一個(gè)熔化室，放在還原氣體發(fā)生室3的下面。為了控制海綿鐵的進(jìn)入量，在溜槽6的出口處設(shè)置了振動(dòng)下料機(jī)構(gòu)16，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。該下料機(jī)構(gòu)由鉸接在銷(xiāo)軸17上的振動(dòng)活頁(yè)板18和調(diào)節(jié)螺桿19組成。銷(xiāo)軸17與溜槽外部的振動(dòng)器(圖中未畫(huà)出)相聯(lián)，振動(dòng)器通過(guò)銷(xiāo)軸17帶動(dòng)活頁(yè)板18振動(dòng)，促使海綿鐵從活頁(yè)板18端部與溜槽壁間的開(kāi)口通過(guò)，活頁(yè)板18的開(kāi)度大小由螺桿19調(diào)節(jié)。在活頁(yè)板18的下方還設(shè)置了多道相互錯(cuò)開(kāi)的擋熱板20，以防熔化室4內(nèi)的高溫幅射熱將下料機(jī)構(gòu)16燒壞。此外，振動(dòng)下料機(jī)構(gòu)16的周?chē)€全部采用了水冷保護(hù)。熔化室4的燃料是從還原室2的中部經(jīng)引壓管21引入的還原氣體，此處的還原氣體溫度約為800℃，在入口21處再通入熱空氣使其燃燒，溫度可達(dá)1700℃，廢氣由頂部的排放口22排出如前所述，由于從礦石還原成海綿鐵的整個(gè)過(guò)程中只與還原氣體接觸，海綿鐵又是在封閉狀態(tài)下進(jìn)入熔化室熔化，加入熔劑后渣鐵按比重分離，所得到的是含碳很低的液態(tài)鐵，再根據(jù)需要加入適量的碳及合金元素進(jìn)行攪拌即得到所需的鋼液。
本發(fā)明的煉鋼過(guò)程只有還原與熔化兩個(gè)階段，而且是連續(xù)進(jìn)行的，爐內(nèi)的還原氣體得以充分利用，因此能耗很低，生產(chǎn)周期短，成本低。本發(fā)明的煉鋼過(guò)程基本上是在封閉狀態(tài)下進(jìn)行的，還原與熔化都是利用封閉式發(fā)生爐所產(chǎn)生的還原氣體，因此，對(duì)環(huán)境的污染很小。本發(fā)明的煉鋼設(shè)備可集還原與熔化為一體，投資費(fèi)用低，占地少，其輔助設(shè)施也大大減少。除了新的投建外，還可在現(xiàn)有的高爐基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，以利用本發(fā)明的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用礦石直接煉鋼的方法，(1)礦石在爐內(nèi)的上部容室內(nèi)自上向下運(yùn)行，(2)在爐內(nèi)下部容室內(nèi)用煤產(chǎn)生高溫還原氣體，上、下容室用斜溜槽隔離，(3)高溫還原氣體通過(guò)上述溜槽底部的氣孔進(jìn)入上部容室上行，將礦石預(yù)熱并還原成海綿鐵，(4)高溫下的海綿鐵在與外界大氣隔離的狀態(tài)下進(jìn)入熔化室熔化，熔化室的燃料是來(lái)自從前述爐內(nèi)上部容室引出的高溫還原氣體，(5)向熔化室加入造渣劑除去有害元素，排渣后再加入所需的碳及合金元素即得到所需的鋼液。
2.一種使用權(quán)利要求1所述方法的煉鋼設(shè)備，其特征在于包括礦石還原室(2)、還原氣體發(fā)生室(3)和熔化室(4)，還原室(2)位于爐體(1)上部，其底部設(shè)有通向熔化室(4)的斜溜槽(6)，在溜槽出口處設(shè)有下料機(jī)構(gòu)(16)和擋熱板(20)，還原氣體發(fā)生室(3)位于爐體的下部，并通過(guò)上述溜槽(6)底面的多排氣孔(7)與還原室(2)相通，該還原氣體發(fā)生室(3)的上側(cè)部設(shè)有輸煤裝置(11)，底部設(shè)有排渣機(jī)(10)，熔化室(4)位于爐體的下側(cè)部或底部，在還原室(2)的中部設(shè)有將還原室(2)內(nèi)的爐氣通入熔化室(4)的引壓管。
3.如權(quán)利要求2所述的煉鋼設(shè)備，其特征是所說(shuō)的溜槽(6)底面的傾角大于或等于60°。
4.如權(quán)利要求2或3所述的的煉鋼設(shè)備，其特征是所說(shuō)的下料機(jī)構(gòu)(16)由鉸接在銷(xiāo)軸(17)上的振動(dòng)活頁(yè)板(18)和調(diào)節(jié)螺桿(19)組成。
全文摘要
本發(fā)明是一種用礦石直接煉鋼的方法及設(shè)備。本方法是先將礦石用還原氣體還原成海綿鐵，然后將高溫海綿鐵在與外界大氣隔離的情況下送入熔化室熔化成液態(tài)，加入造渣劑除去有害元素，排渣后再加入適量碳與合金元素即得到所需的鋼液。使用本方法的煉鋼設(shè)備由礦石還原室、還原氣體發(fā)生室和熔煉室組成。還原室與還原氣體發(fā)生室間用溜槽隔離，還原氣體由溜槽底面的氣孔進(jìn)入還原室將礦石還原，再經(jīng)溜槽直接進(jìn)入熔化室熔化。
文檔編號(hào)C21B13/00GK1087951SQ92113519
公開(kāi)日1994年6月15日 申請(qǐng)日期1992年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月5日
發(fā)明者胡寶鎖 申請(qǐng)人:胡寶鎖