[发明专利]在竖炉中熔炼金属炉料的方法

说明书

用预热的空气和相当纯的氧气燃烧，并且烟气逆流加热金属料，而且其中熔化物在焦炭床层中过热并渗碳。

本发明涉及在竖炉中熔炼金属炉料的方法，其中焦炭，尽管开发出电加热和火焰加热熔炼的方法，但仍在焦炭加热的竖式炉中熔炼金属和非金属原料，如铁金属和有色金属、玄武岩和辉绿岩，因此，当今全部铁材料的约60％仍是在化铁炉中生产的。

化铁炉的这种高市场占有率的原因在于其不断的进一步发展，其中在许多已知方法的改进中，热风化铁炉的开发和氧气的使用具有重要意义。

因此，例如通过开发热风化铁炉大大弥补了冷鼓风化铁炉的工艺过程缺陷和冶金缺陷，如：

——铁温度低

——硅的燃耗高

——渗碳性低

——焦炭消耗高

——硫吸收作用大

——耐火材料磨耗高。

通过使用氧气也取得了相似的改进，其中氧气或者通过使化铁炉鼓风中增浓最高达25％，或者通过以亚声速直接注入而鼓入化铁炉中。然而，由于操作费用高，氧气只能是间断地使用，例如，以使冷化铁炉迅速启动或在有限的时间内使铁的温度升高。只有在特殊情况才有可能提高熔炼能力，即连续使用氧气。

尽管引入了这些方法的改进措施，但

——熔炼产量

——铁的温度

——焦炭加料在最佳操作点时，仍有可能仅在非常窄的范围内变化。

熔炼能力和鼓风量以及氧气加入量之间的关系用已知的Jungbluth方程描述。该方程得自质量和能量的产生，其中焦炭加料和燃烧比必须经验似地对每一个化铁炉进行确定。

将各种参数，即鼓风量、焦炭加料和燃烧比与目标参数相联系，即得出相同焦炭加料和相同鼓风量曲线的熔炼产量图图1。

所谓的Jungbluth图，即这种熔炼产量图必须对每一个化铁炉经验地确定。套用于另一个化铁炉是不可能的，这是因为当边界条件，如焦炭粒度、焦炭的反应活性、进料组成、鼓风速率、炉压力、温度等改变时，操作性能立即变化。

当温度最高时，热量损失最小。当鼓风量过高，即流动速度很高时，化铁炉被过吹。当空气量过小，即流动速度过低时，化铁炉欠吹(underblown)。在这两种情况中，燃烧温度均降低，这是由于，一方面必须同时加热带入的N₂，另一方面热量被额外生成的CO带走。而且在过吹时，铁的伴生元素被强烈氧化。

通过使用氧气例如最高达到鼓风量的24％(体积)，工作曲线朝正上方变化，即朝向更高的温度和更高的铁生产量。温度极大值变平坦，化铁炉也变得不受欠吹或过吹的影响。

在铁生产量恒定，鼓风量降低时，焦炭加料的减少在连续加入氧气时也是不可能的，这是由于铁的温度下降，而且出现了其它的冶金和工艺过程问题，如

——渗碳性更低

——硅的燃耗增加

——炉渣中FeO含量增加

——由于鼓风速度的减少，气流沿炉壁流动。化铁炉生产出不能铸造的铁。

从燃烧技术的观点来看，由于焦炭以大过量存在，故而在熔炼能力不变时，减少焦炭的量在经济上具有重大意义，这是由于熔融铁的生产成本基本上受再熔化成本和原材料成本的影响。

此外，长期以来已知的是，特别是在具有很大炉缸直径的化铁炉的情况中，尽管鼓风中富含氧气或以亚声速直接注入氧气，但是在化铁炉中心仍然存在所谓“死铁”。吹入的氧气与碳之间的反应只在鼓风喷嘴附近有限的区域内发生，化铁炉在存在气流沿炉壁流动的情况下运行。

存在于炉中心的焦炭对反应没有贡献，这是因为，由于动量低，燃烧空气不能渗透至位于其前方的床层。反应区域位于最靠近鼓风喷嘴的附近(图2a)。利用已知的用氧气增浓炉鼓风或以亚声速吹入氧气的做法，渗透深度基本上并不增加。通过提供更多的氧气，反应区域将因压力条件逐渐向上变宽(图2b)。

作为希望减少燃烧焦炭量的先决条件，希望化铁炉截面上燃烧均匀，即可提供的氧气均匀分布。为此，必须使动量，即空气或氧气流的速度增加，超过迄今为止的先有技术所能达到的目标值。

专利申请GB 2,018,295描述了一种体系，该体系中，氧气通过中心地(centrally)装入鼓风喷嘴的拉瓦尔喷嘴，即以超声速吹入，以减少耐火衬里的磨耗。但不可能减少焦炭加料。