煉鐵和鋼的方法
2023-07-17 14:35:56 3
專利名稱：煉鐵和鋼的方法
技術領域：
本發明是關於對用一種含碳的還原劑(例如碳材料)熱還原鐵氧化物(例如鐵礦)煉鐵和煉鋼方法進行的改進。更具體地，本發明涉及一種改進的煉鐵或煉鋼方法，該方法通過熱還原與一種含碳還原劑(煤球或煤餅)混合的含鐵氧化物的固態成型產品，並進一步還原和熔化產生熔融鐵。這些方法能提高從熱還原到還原熔化的一系列步驟中的熱效率，有效分離脈石成分。
關於生產還原鐵的直接還原工藝，是用一種碳材料或一種還原氣體通過還原鐵氧化物例如鐵礦或鐵氧化物球，其中通常以MIDREX工藝代表的豎爐方法已廣為人知。在這種直接煉鐵的工藝中，經在豎爐的較低部位的鼓風口，通過吹入從天然氣等產生的還原氣體獲得還原鐵，利用還原氣體的還原力還原鐵氧化物。而近幾年來，使用碳材料例如煤炭作為還原劑代替天然氣還原鐵的生產工藝已經得到關注。尤其是，一種在迴轉爐中用煤粉熱還原鐵礦燒結球粒的所謂的SL/RN方法已經得到實際應用。
另外，作為另一種煉鐵方法，美國專利號3,443,931公開了一種生產還原鐵的工藝，包括把一種碳材料和鐵氧化物混合成一團，並在迴轉爐上對它們進行熱還原。在這一工藝中，把礦粉和煤粉混合成團，並在高溫氣體環境下進行熱還原。
在形成胚塊狀的同時或之後，在常溫下把通過上述方法產生的還原鐵插入一個電弧爐作為鐵原料。因為還原鐵含有較少的雜質金屬成分例如夾入元素，近年來還原鐵以作為在廢鐵中夾入元素的稀釋材料而聞名，其中對廢鐵材料的回收變得越來越活躍。
然而，由於爐渣成分例如在鐵氧化物(鐵礦石等)中作為脈石成分的SiO2、Al2O3和CaO、碳材料(煤炭等)的侵入，鐵產品的質量(金屬鐵的純度)就降低。在實際應用中，儘管爐渣成分被分離出並在隨後的熔化步驟中被去除，爐渣量的升高還是會降低熔化的熔融鐵的產率，並對電弧爐的操作成本產生顯著的不希望有的影響。
這就需要鐵含量高和爐渣含量低的還原鐵。然而，通過現有的上述生產還原鐵的生產工藝來滿足這一需要，就不得不使用具有高鐵含量的鐵礦石作為生產還原鐵的原材料，這就顯著縮小了能實際應用的煉鐵材料的選擇範圍。
而且，如上所述的現有技術方法最終目的是獲得作為半成品的還原固體產品，並需要例如壓塊、冷卻、運輸和儲存步驟，直至把產品輸送到作為實際應用隨後步驟的還原熔化步驟，在這期間造成大量的能量損耗，或壓塊也需要額外裝置或能量。
另一方面，作為通過直接還原鐵氧化物獲得初步還原的鐵的方法，一種熔化還原方法例如DIOS方法也為人知。這種方法包括初步還原鐵氧化物，預還原率為30-50％，然後通過與在鐵槽中的固體碳和/或一氧化碳以及爐渣直接還原反應，然後把它們還原成熔化鐵。然而，因為在這一方法中設立了一個循環系統，來產生在熔化還原容器中初步還原步驟所需的還原氣體，並把氣體導進初步還原爐，所以要達到過程的平衡很麻煩和極困難。另外，因為液體鐵氧化物(FeO)和耐火材料在熔融狀態直接接觸，這就會出現耐火材料受到的腐蝕較大的問題。
進而，日本專利公報Hei 3-60883公開了其它的方法，把礦粉與碳材料混合，把它們成型為團，通過一個轉底爐型加熱爐首先使它們還原，不經冷卻把隨後獲得的初步還原的產品加進熔化爐中，使它們熔化，通過添加碳材料並進一步吹入氧氣繼續進行還原來進行熔化。因為初步還原的產品不經冷卻就被送到熔化爐中，以這種方法進行還原和氧化，據認為這種方法的熱量損失較少，能夠連續操作，並且就產率而言也是非常有效的。
在這種煉鐵方法中，把氧(或空氣)和大量的碳材料一起吹到熔化爐中。然後，因為如上所述在送到熔化爐的初步還原的產品中含有大量在鐵礦和碳材料的脈石成分，大量的爐渣在熔化爐中就受到劇烈的攪拌。因為大量的鐵氧化物(FeO)侵入到爐渣中，這就導致襯裡的耐火材料受到的腐蝕非常顯著這一嚴重的實際問題，這樣就很難使得該方法在工業規模實行。
總之，因為有必要向熔化爐中補充大量的氧和碳材料(幾百kg/tmi(mi要生產的熔融鐵))來進行燃燒，為了確保在熔化爐上遊的初步還原爐中還原氣體有所需要的充分的還原能力，熔化爐的熱負荷極大，由於劇烈攪拌熔融鐵和爐渣，襯裡耐火材料經受嚴重的腐蝕。進而，為了向初步還原爐穩定供應所需的適當組成和量的還原氣體，要達到整個設備的平衡非常麻煩，並需要高水平的控制系統。
本發明是鑑於上述情況完成的。本發明的一個目的是提供一種利用含鐵量較高的鐵氧化物原料或含鐵量較低的鐵礦的煉鐵方法，而不引起耐火材料的腐蝕。而且，這一煉鐵方法能夠通過簡單的設備和操作獲得熔融鐵，本發明還提供了一種使用上述方法得到的熔融鐵的煉鋼方法。
根據本發明的煉鐵方法能克服上述的問題，它是一種獲得熔融鐵的煉鐵方法，通過在高溫下不經顯著冷卻向電弧加熱型熔化爐供給固體還原鐵，該固體還原鐵是從混合了含碳還原劑的含有的鐵氧化物的成型產品生產的，該成型產品是還原鐵生產設備的主要原料，並在熔化爐中加熱該正在還原中的鐵，其中，該方法包括先把固體還原鐵金屬化至60％或更高，控制固體還原鐵中的碳含量相對於還原殘留在固體還原鐵中的鐵氧化物所需的理論當量為50％或更高，使固體還原鐵的比重至1.7或更高，通過電弧加熱型熔化爐加熱該固體還原鐵以獲得碳含量1.5到4.5％的熔融鐵。
在實行本發明的過程中，為了有效進行熔化-還原，同時將電弧加熱型熔化爐的襯裡的腐蝕降至最低，將固體還原鐵裝到到在電弧加熱型熔化爐中的熔融的爐渣上，熔融的爐渣的鹼度優選控制在1.0到1.8的範圍，在熔融爐渣中的鐵氧化物含量以鐵計算最好限制在9％或更低，更優選是5％或更低。
當額外加入含碳還原劑以補償在電弧加熱型熔化爐中的不足時，最好向固體還原鐵的裝料位置加入含碳還原劑，因為這能使還原熔化更有效地進行。
進而，為了將通過熔化還原得到熔融鐵中的碳含量調節在本發明限定的1.5到4.5％的範圍內，額外加入到電弧加熱型熔化爐中的含碳還原劑的量是非常重要的。對於控制額外添加的含碳還原劑的量的方法，建議1)一種在電弧加熱型熔化爐中對熔融鐵進行採樣的方法，直接分析熔融鐵並控制含碳還原劑的添加量，使得含碳量在上述範圍中，或2)一種測定從電弧加熱型熔化爐中排出的尾氣組成和含量的方法，基於從測定值計算的在尾氣中的氧當量來計算確定在熔融鐵中的含碳量，並控制含碳還原劑的添加量。
進而，本發明具有的主要技術特徵是控制熔融鐵的含碳量在所述範圍內，並獲得含0.05％或更少的Si、0.1％或更少的Mn、0.1％或更少的P、以及0.20％或更少的S的熔融鐵。通過下述方法對熔融鐵進行脫硫或脫磷。將含S量降低到0.050％或更低，將含P量降低到0.040％或更低，就可以獲得有較少雜質的熔融鐵，它作為在電弧爐(下文稱作EAF)或鹼性氧爐(下文稱作BOF)中用於煉鋼的原材料是非常有用的。
對於本發明採用的脫硫和/或脫磷方法，優選推薦下面的方法該方法把電弧加熱型熔化爐中的熔融鐵轉移到單獨的容器中，通過添加含鈣脫硫劑(或與氣體一起注入)對熔融鐵進行脫硫，和/或通過吹入一種含固體氧源(鐵氧化物等)的鈣質熔劑和氣體氧化物進行脫硫。
在本發明的方法中，與鼓風爐煉鐵方法相比，還原鐵氧化物例如鐵礦的還原勢較低，在脈石成分中的SiO2在以SiO2的形式形成爐渣，沒有被還原。而且，因為在獲得的熔融鐵中的Si含量較低(0.05％或更低)，不需特意進行脫矽。另外，由於在熔融鐵中的矽含量較低，通過如上所述的脫磷作用，就可以很容易地獲得含P量低的熔融鐵，根本不需預先進行脫矽。
把這樣獲得的具有較低雜質含量的熔融鐵以其熔融狀態供應到一個與此相鄰布置的EAF或BOF中作為煉鋼材料，從而系統就可以實際應用為煉鐵和煉鋼的連續工藝，或將產生的熔融鐵一次卸到爐外，把冷卻到固化的金屬鐵作為煉鋼材料供應到EAF或BOF中。尤其是，通過使用該煉鋼方法，在高溫下向EAF或BOF供應用上述方法產生的在其熔融狀態、有較低雜質含量的熔融鐵作為煉鋼材料，因為在熔融態具有的熱能可以被有效利用為煉製的熱源，從經濟的角度考慮也建議把它作為一種極有效的方法。
附圖簡述
圖1說明的是根據本發明還原與碳材料混合的含鐵氧化物成型產品，電弧加熱型熔化和煉鋼的連續工藝。
圖2是說明在電弧加熱型熔化爐中對加入到熔融爐渣上的固體還原鐵進行還原熔化的情況。
圖3是說明一個在本實驗中獲得的固體還原鐵的還原速率和還原時間之間關係的例子的圖。
圖4是說明一個在電弧加熱型熔化爐中固體還原鐵的還原速率和功率消耗之間關係的例子的圖。
圖5是說明固體還原鐵的金屬化和在其上的分布的例子的圖。
圖6是說明在固體還原鐵中的含碳量和在熔融爐渣中的鐵氧化物(T.Fe)之間關係的圖。
圖7是說明在連續進料時單個固體還原鐵片的熔化速率與極限熔化速率的關係的圖。
圖8是說明在熔融鐵中的含碳量與脫硫率之間的關係的圖。
圖9是說明爐渣的鹼度與熔化溫度之間的關係的圖。
圖10是說明單個固體還原鐵片的重量與固體還原鐵的比重之間的關係的圖。
進行本發明的最好方式本發明的全部組成將通過一個說明優選實施例的完整的流程圖示意說明，對每一個限定條件的原因將特別說明。
圖1是一個根據本發明說明用於煉鐵方法和煉鐵/鋼方法的連續工藝示意流程圖，其中分別表示一個材料成型產品生產部分1，一個還原鐵生產設備2，一個電弧加熱型熔化爐3，和一個煉鋼爐。用箭頭A表示的一系列步驟對應一種煉鐵方法(還原鐵的生產)，而用箭頭B表示的步驟對應煉鋼法。
首先，在鐵生產方法中，使用鐵氧化物原料例如鐵礦和含碳還原劑例如煤粉、或焦粉作為原材料，在材料成型產品生產部分1製造與碳材料(球或餅)混合的含有鐵氧化物的成型產品，生產的成型鐵產品被連續送入還原鐵生產設備2中。只要具有加熱與碳材料混合的含鐵氧化物的成型產品(下文有時稱為成型產品)的功能，可以採用任何設備作為還原鐵生產設備2。通過混有的碳材料的還原力和它燃燒形成的CO氣體的還原力，對在成型產品中的鐵氧化物進行還原，同時基本上保持固體狀態。例如，可以使用有例如迴轉爐或迴轉爐底這樣結構的設備。提供給設備2一個用來運輸成型產品的設備2，並提供給一個熱源例如燃燒爐，一個燃燒氧供應單元，和可選的，一個還原氣體供應單元，和加入一個溫度計或溫度控制裝置，這樣可以適當地控制還原狀態進行的程度。圖1表明具有熱還原從裝料部分2a裝入的成型產品的迴轉爐底式設備，同時使它們順著迴轉爐底的運動而運動，並在達到預定的還原率時，立刻把它們以固態連續地從卸料部分2b卸出。
在還原鐵生產設備2中還原並從中卸出的固體還原鐵不經隨後的冷卻，緊接著就被送到電弧加熱型熔化爐3中，其中成型產品中殘留的非還原的鐵氧化物繼續進行熱還原，同時還原鐵熔化。因為從還原鐵生產設備2卸出的固體還原鐵通常具有約700到1,300℃的熱量，該熱量基本上被利用為電弧加熱型熔化爐3的熱源，這就能有助於降低電弧加熱的能量消耗。
這裡使用的電弧加熱型熔化爐3具有加熱熔融鐵的功能，通過利用電弧加熱不需強制攪拌，並有效繼續進行還原和熔化，同時儘可能限制了襯裡耐火材料的腐蝕，電弧包括通過把電極3a插進在熔化爐3中熔融鐵上的爐渣漂浮物中並供應電流的沉浸電弧。然後，將裝料(固體還原鐵)部分3b安置在電弧加熱部分(即，插入電極3a的部分)的附近，以使得裝入電弧加熱型熔化爐3中的固體還原鐵被迅速還原並經受電弧的熱量而熔化。進而，將用來另外裝入含碳還原劑的部分3c安置在與裝入固體還原鐵相對的位置。
然後，在電弧加熱型熔化爐3中，通過還原和熔融裝入的固體還原鐵A形成熔融鐵(有時也被稱為熔融金屬或熔融鐵)，並與已經形成和聚集的熔融鐵合併，在固體還原鐵中還存在的脈石成分形成熔融爐渣，並與熔融鐵上的熔融爐渣漂浮物合併。因此，在熔融鐵和熔融爐渣的預定量在電弧加熱型熔化爐3中積累時，可以接著從熔化爐3的側壁較低的位置適當連續地卸出熔融鐵，或將熔融爐渣從高於熔融爐渣和熔融鐵的交界的位置適當地卸出來。
在進行所需的清除處理例如脫硫和脫磷後，然後把獲得的熔融鐵送到煉鋼爐4中作為煉鋼材料。可以把EAF 4a或BOF 4b用於煉鋼爐4，其中在與金屬屑或生鐵的混合物中進行熔化。在這種情況下，假如煉鋼爐4被安排在電弧加熱型熔化爐3附近，因為可以把溫度沒有降低的高溫熔融鐵作為煉鋼爐4的材料，這樣在熔融鐵中具有的熱實際上就可以用作熔化的熱源，從熱效率的角度這是非常優選的。依據具體的情況，在電弧加熱型熔化爐3中獲得的熔融鐵可以被一次進行鑄型等，冷卻到固化，並製成商用產品如煉鋼材料的粗半成品，或可以被送到位置較遠的煉鋼爐中作為煉鋼材料。
與上述金屬屑相比，按照本發明獲得的熔融鐵中含少量的雜質金屬成分，通過以合適的量與金屬屑結合使用，它可以被有效地用作金屬屑中雜質金屬成分的稀釋劑。
上面描述的是本發明的基本步驟，為了在工業規模有效實施這些步驟，在還原鐵生產設備中控制固體還原鐵的金屬化、在固體還原鐵中的含碳量和固體還原鐵的比重非常重要，在電弧加熱型熔化爐3中適當控制通過還原熔化生產的熔融鐵中的含碳量也非常重要。將對它們進行具體描述。
首先，當要被供應到還原鐵生產設備2中含鐵氧化物的成型產品被成型後，鐵氧化物原料例如鐵礦和含碳還原劑粉例如煤炭或焦碳之一作為成型材料與可任選的合適量的粘合劑混合在一起，通過使用一個任選的成丸設備或造球機把混合產品成型為任選的形狀，並把他們按需要和使用進行初步燒結。對於成型產品的生產，有必要在還原鐵生產設備2中繼續進行有效還原，以把達到目標殘碳量所需的含碳還原劑與鐵氧化物原料混合，同時考慮到還原鐵氧化物所需的理論當量和還原鐵生產設備的還原反應特性。為了獲得「60％金屬化或更高」的固體還原鐵，根據本發明的方法這在進行穩定操作中是非常重要的，可以混合達到預定目標的金屬化作用所需的碳原料，並適當控制在還原爐中的氣體溫度和反應時間。
然後，根據本發明，對於在還原鐵生產設備2中的預定還原步驟獲得的固體還原鐵而言，繼續進行金屬化作用至60％或更高是一個非常重要的因素。這就是說，為了把在後續步驟中通過還原鐵生產設備2進行預先還原，到通過電弧還原型熔化爐3熔化還原作為一個穩定和有效的連續步驟，有必要把從還原鐵生產設備2到電弧加熱型熔化爐3供應的固體還原鐵金屬化分散降至最低。如果金屬化作用變化很大，就很難控制例如在熔化爐3中另外加入的含碳還原劑的操作條件，和例如加熱條件的操作條件，因此，這就不但使得對於固體還原鐵的迅速還原熔化非常困難，而且使得控制在熔融鐵中的含碳量很困難。
這就是說，如果供應到電弧加熱型熔化爐中的固體還原鐵的金屬化是60％或更少，就得向熔化爐3中補充大量的熱，以補償殘留在固體還原鐵中的非鐵氧化物的還原(吸熱反應)所需的熱。具體地說，就不得不向電極供應大量的電功率，這顯著增加了熔化爐的還原負荷，以及在熔化爐中的襯裡腐蝕就變大，導致極大地縮短了熔化爐3的使用壽命，使得在工業規模實際應用非常困難。另外，如果固體還原鐵的金屬化增加到60％或更高，優選是70％或更高，就不會在電弧加熱型熔化爐中引起過量還原，就能避免上述問題並進行平穩的還原熔化。
對在還原鐵生產設備2中增加固體還原鐵的金屬化至60％或更高的具體方法沒有特別的限制，可以通過適當控制生產成型產品的含碳還原劑的混合量(相對鐵氧化物的當量比)，和在還原鐵生產設備2中的預先還原條件(溫度、還原電勢、處理時間等)來達到。至於條件，當條件和金屬化作用之間的關係被預先在初步的實驗中檢測後，就可以應用到實際操作，就能容易地保證預定的金屬化作用，而不會造成顯著的分散。
進而，對於供應到電弧加熱型熔化爐中的固體還原鐵而言，控制固體還原鐵的比重至1.7或更高、使固體還原鐵中的含碳量相對於用於還原殘留在固體還原鐵中的鐵氧化物所需的理論當量為50％或更高非常重要。
限定上述因素的原因如下所述。這就是說，例如，象圖3中表示的那樣(示意圖)把要加到電弧加熱型熔化爐的固體還原鐵A加到已經在熔化爐3中形成的熔融爐渣和在熔融金屬上的漂浮物上。為了用電弧加熱有效加熱固體還原鐵A迅速繼續進行還原，有必要把固體還原鐵A沉浸在熔融爐渣S中，並從所有的表面接受熱量。然後，作為各種實驗的結果，通過使得固體還原鐵A的比重至1.7或更高，使在固體還原鐵A中的含碳量相對於還原殘留在固體還原鐵A中的鐵氧化物所需的理論當量的50％或更高，可確保固體還原鐵A沉浸在熔融爐渣中，並可以迅速繼續進行還原。
爐渣的比重通常在2.4到2.7，為什麼把比重為約1.8的固體還原鐵A沉浸在熔融爐渣S中的原因如下考慮。即，裝入在熔化爐3中的熔融爐渣裡的固體還原鐵A受到從熔融爐渣S表面的熱量，並通過殘留在裡面的含碳還原劑引起的還原反應在固體還原鐵的附近釋放大量的CO和少量的CO2，然後在熔融爐渣中以氣泡的形式引起噴吹(參照圖2A)，並降低熔融爐渣的比重。然後，因為固體還原鐵進一步沉浸到熔融爐渣S中(圖2B)，從固體還原鐵A產生的氣體的量進一步增加，噴吹就變得更劇烈，因為從固體還原鐵釋放的氣體的量進一步增加到使熔融爐渣S的噴吹更劇烈。比重進一步降低，固體還原鐵進一步沉浸到熔融爐渣S中，並在固體還原鐵A全部沉浸到爐渣中的情況下，在還原鐵A的整個表面受到從熔融爐渣S而來的熱(圖2C)，固體還原鐵就被迅速還原和熔化。然後，熔融鐵隨後就變成熔融鐵Fe，副產物爐渣成分就隨後變成熔融爐渣S。
在這種情況下，如果固體還原鐵的比重小於1.7，在熔化爐3中電弧加熱時加入到熔融爐渣上的固體還原鐵A就不再沉浸在熔融爐渣S中，而是在熔融爐渣的漂浮物中，如圖2A所示，這樣與熔融爐渣S接觸的面積就降低到降低加熱效率，並降低了反應速率，處理時間更長。結果，產率顯著下降，並且從工業和經濟的觀點看很難進行實際應用。
相反，假如固體還原鐵的比重是1.7或更高，優選是1.8或更高，更優選是1.9或更高，由於如圖2B、2C所示的比重差異，裝在熔融爐渣上的固體還原鐵就能在極短的時間內沉浸到熔融爐渣S中，在整個表面受到熔融鐵爐渣的熱量，並迅速繼續進行還原，這樣還原速率顯著提高以迅速完成還原反應。同時，熔化進熔爐渣S中的鐵氧化物的量也降至最低，對襯裡的腐蝕也能降至最低。
對於固體還原鐵A的還原效率，通過如上所述的熔融爐渣S傳導的電弧熱量的熱效率非常重要。甚至即使在比重合適，假如在固體還原鐵A中所含的含碳還原劑的量不充分，也不能獲得滿意的還原效率。在熔化爐3中，也可能另外加入固體還原鐵A還原作用之外所需的含碳還原劑，但是另外加入的含碳還原劑是必須供應到固體還原鐵的周圍，不能侵入到還原鐵A的裡面，這樣除非固體還原鐵被熔化，否則不能有效地獲得還原力，在固體還原鐵A中的還原速率取決於在固體還原鐵A中的含碳還原劑的量。
從上述的觀點，與其它用來在較短時間內對裝在熔化爐3固體還原鐵A有效繼續進行熱還原的因素一樣，在固體還原鐵A中所含的含碳還原劑的量研究的結果，發現如果在固體還原鐵A中的含碳量被限定為相對於還原殘留在固體還原鐵A中的鐵氧化物所需的理論當量50％或更高，更優選是70％或更高，通過經受從外界的熱在固體還原鐵A中對鐵氧化物的還原能繼續有效進行，以達到高的還原和熔化效率。
可以任意限定含碳量為100％或更高。然而，已經證實如果含碳量不足，是約50％時，基本上不產生實際問題，這是因為對於碳成分不足，通過單獨另外加入含碳還原劑，熔化固體還原鐵A流出的非還原態的鐵氧化物被迅速還原。因此，如果提供到電弧加熱型熔化爐3中的固體還原鐵A中的含碳量少於相對於還原殘留在固體還原鐵A中的鐵氧化物所需的理論當量的100％，對於含碳量不足可以在固體還原鐵A的裝料部分的附近另外單獨加入含碳還原劑。
因為通過還原鐵生產設備生產的固體還原鐵的比重依供應到還原鐵生產設備的原材料的特性和混合率、在還原鐵生產設備中的還原條件(尤其是氣體溫度或時間)而變化，通過預先證實實驗條件和比重之間的關係，可以預先設定合適的條件。
進而，通過充分考慮在還原鐵生產設備中的還原特性，在考慮其還原反應特性，基於混合材料的種類和組成並適當控制還原條件(溫度、時間、氣體組成)，可以調節在固體還原鐵中的殘留含碳量。
然後，將解釋調節用電弧加熱型熔化爐3得到的熔融鐵A中的含碳量在1.5到4.5％的原因。
對於從混合有含碳還原劑的含鐵氧化物的成型產品製造還原鐵，通常在含碳還原劑例如煤炭中含有的70％的硫含量殘留在還原鐵中。然後，當還原鐵在熔化爐中被熔化，特別是，當低金屬化的還原鐵被熔化，在熔化爐中就基本上不能期望能夠脫硫，這樣大多數的在熔化爐中運行的硫就轉移到熔融鐵中就產生含S量高的熔融鐵。
在熔融鐵中含有的硫從熔化爐中放出後可以主要通過含鈣劑在一個罐中進行脫硫。然而，如果在熔融鐵中的含碳量[C]少於1.5％，因為在熔融鐵中平衡狀態下的氧含量[O]水平增加，隨後就會顯著妨礙脫硫效率。因此，為了增加脫硫效率並有助於生產含S量低的熔融鐵，有必要將電弧加熱型熔化爐生產的熔融鐵中的[C]提高為3到1.5％或更高。然而，在熔融鐵中的含碳量基本上在4.5％飽和，為了穩定獲得有飽和[C]的熔融鐵，有必要把顯著過量的含碳還原劑加進熔化爐中，這樣在爐渣中的含碳還原劑總是約10％或更高，這就增加了含碳還原劑所需的成本，也增加了在隨後的熔化過程中的脫碳負荷，這是不希望的。為了增加操作的穩定性，在熔融鐵中的碳含量尤其優選下限是2.0％，同時優選的上限是3.5％。
對控制電弧加熱型熔化爐9生產的熔融鐵中的含碳量為上述的1.5％到4.5％的具體方法沒有嚴格的限制。有可能通過一個預先進行的實驗(結合到生產的成型產品的碳材料的量、在還原鐵生產設備中預先的還原條件、另外加入的含碳還原劑的量和在電弧加熱型熔化爐中的操作條件)先決定確保含碳量的優化條件，以在這些預定的條件下進行操作。然而，用於成型產品的鐵氧化物原料和作為原材料的含碳還原劑的質量並不總是穩定的，而是通常明顯波動，這樣就需要採取，例如，下述的方法以獲得穩定含碳量在適當範圍的熔融鐵，而不管如下的波動因素①一種在電弧加熱型熔化爐中對熔融鐵進行採樣的方法，控制含碳還原劑的添加量，同時分析熔融鐵並精確測定在熔融鐵中的含碳量。
②一種測定從電弧加熱型熔化爐中排出的尾氣組成和量的方法，基於從測定值計算的在尾氣中的氧當量來計算確定在熔融鐵中的含碳量，並根據含碳量通過計算和控制要另外加入的含碳還原劑的量。
另外，當在電弧加熱型熔化爐中同時進行固體還原鐵的還原和熔化時，從在固體還原鐵漂浮物中的脈石化合物形成熔融爐渣。實際上能極有效地適當控制熔融鐵爐渣的熔融鹼度和鐵氧化物含量，增加還原效率和在熔化爐中熔融爐渣的分離效率，或抑制在熔化爐中的襯裡腐蝕。在實施本發明時，需要控制熔融鐵的鹼度在1.0到1.8的範圍(優選的下限是1.1，更優選的上限是1.5)，控制在熔融爐渣中的含鐵量(T.Fe)在9％或更低，更優選為5％或更低。
爐渣鹼度是表徵爐渣特性的基本和典型特性之一，用CaO和SiO2作為在熔融爐渣中含有的典型成分，即，(CaO)/(SiO2)。如果熔融爐渣的鹼度超過1.8，爐渣的熔點就急劇升高，使流動性和還原的平穩進行降低，除非有意提高熔化的溫度，否則在熔化爐中的熔化就非常困難。如果鹼度小於1.0，對襯裡耐火材料的腐蝕就變大。而且，當在熔融爐渣中的鐵氧化物的量增加，熔化爐中襯裡受到的腐蝕就變大。如果在熔融鐵中的(T.Fe)超過9％這一趨勢就變得非常顯著。因此，為了在熔化爐中在較短的時間內有效還原和熔化固體還原鐵，並通過降低在熔化爐中的襯裡腐蝕至最低，來延長熔化爐的使用壽命，需要在電弧加熱型熔化爐中對固體還原鐵的還原熔化步驟中的熔融爐渣適當進行採樣，測定鹼度和(T.Fe)量，通過添加爐渣鹼度調節劑(CaO或SiO2)適當控制爐渣鹼度在合適的範圍，或控制另外的含碳還原劑的量，以抑制在熔融鐵中的(T.Fe)的量。
通過如所述在電弧加熱型熔化爐3中的還原和熔化，就可以獲得含碳量1.5到4.5％和含Si量約0.05％或更少的熔融鐵。儘管在熔融鐵中的[C]有些差異，但是可以把按原樣是熔融態的熔融鐵供應到煉鋼爐例如EAF或BOF中，同時保持熱量在約1350℃或更高，或一次把它卸到一個鑄模中，並冷卻到固化，然後用作煉鋼的半成品，如圖1所述的那樣。然而，因為在如上獲得的熔融鐵中含有很多的硫和磷，在運送到煉鋼步驟之前，必須把這些硫或磷預先去除。
作為一種為了這一目的採用的優選的脫硫方法，可以提及例如如下的一種方法，把在熔化爐3產生的熔融鐵卸到一個罐或類似物中，向其中加入含鈣劑進行脫硫，優選使用沉浸吹管把含鈣熔劑與惰性氣體一起注進熔融鐵中，通過熔劑捕獲硫，並在熔融鐵上作為爐渣分離和去除。進而，作為優選的脫磷方法，可以提及，例如如下的一種方法，該方法向卸到罐或類似物的熔融鐵中供應固體氧原料(鐵氧化物等或氣體氧源(氧氣、空氣等)和含鈣熔劑，優先氧化含磷成分，用熔劑捕獲含磷成分，然後浮到熔融鐵上進行分離。對上述脫硫和脫磷方法沒有嚴格的限制，當然可以採用其它已知的脫硫和脫磷方法。然而，後一種脫磷方法是優選的，因為產生在熔融鐵中的[S]象上述那樣是0.05％或更低，這與已知的生鐵噴砂(blast)不同，可以確保較高的脫硫速率而不用特別脫矽。
如上所述進行的脫硫和脫磷可以提供一種高純度的熔融鐵，含有1.5到4.5％的[C]、約0.05％或更少的[Si]、約0.1％或更少的[Mn]、約0.05％或更少的[S]、約0.04％或更少的[P]和基本上全都是Fe的餘量，這可以被極有效地用作煉鋼的原材料。尤其是，因為通過這種方法獲得的熔融鐵具有較高的純度和極少量的其他雜質金屬成分，如果被用作煉鋼原料，例如，把約20％到50％與其他鐵原料(鐵屑或生鐵)一起，它可以作為從鐵屑來的雜質金屬成分的稀釋劑，以獲得有較少含量的雜質金屬成分的鋼。當然，取決於在要使用的鐵屑中的雜質金屬成分的含量，結合使用的還原鐵的比率可以選自上述的範圍之外，或者100％使用還原鐵以有效生產高鐵純度的鋼，並進而使用EAF或BOF在煉鋼步驟的最後步驟有效地加入其他金屬成分生產合金鋼。
總的說來，因為通過根據本發明的方法獲得的還原鐵具有顯著的特徵，雜質金屬含量極小，在生產鋼或各種合金鋼中通過利用這些特點可以得到廣泛的應用。
然後，分別基於確定「固體還原鐵的金屬化60％或更高」、「在固體還原鐵中的含碳量還原殘留在固體還原鐵中的鐵氧化物所需的理論當量的50％或更高(下文有時指用於FeO還原當量的碳量)」、「固體還原鐵的比重1.7或更高」、和「在電弧加熱型熔化爐中生產的熔融鐵中的含碳量1.5％-4.5％」，更詳細地進行說明。
確定「固體還原鐵的金屬化60％或更高」的依據在還原鐵生產設備中製造的固體還原鐵的金屬化曲線取決於鐵氧化物原材料與要混合的含碳還原劑的混合比和還原條件而自然變化。金屬化的曲線表現出一種趨勢，例如，如圖3所示。
在圖3的曲線①中，點A表示一個金屬化為76％，殘留的碳含量為4.8％的點，點B表示一個金屬化為85％殘留碳含量為1.6％的點。相對於FeO的還原當量的碳含量在點A的殘留碳量是142％，在點B為63.5％，還原碳含量隨時間的推移而降低。在圖3的曲線②是通過改變原材料的混合比限制固體還原鐵金屬化較低的一個例子。在任何情況下，隨還原的進行金屬化急劇升高，當金屬化隨時間的推移而增大時曲線的上升逐漸變緩。
另外，在生產固體還原鐵的連續工藝和在本發明採用的還原熔化中，在還原鐵生產設備中生產的固體還原鐵的金屬化對電弧加熱型熔化爐(下文稱為電弧熔化爐)的可操作性有顯著的影響。例如，圖4是說明一個在電弧熔化爐中對鐵氧化物還原熔化時固體還原鐵的金屬化和功率消耗之間關係的例子的圖。對於還原鐵生產設備和電弧熔化爐進行連續操作，確保電弧熔化爐穩定操作非常重要。當供應到電弧熔化爐的電功率增加，必須增加熱供應負荷，就增加了給予熔化爐襯裡耐火材料的熱衝擊。因此，為了緩和對電極設備和爐壁的熱衝擊，就不得不增大爐體的大小，用實際和經濟的觀點這是很差的。
在通常的電弧熔化爐中，當功率消耗超過800kWhtmi時，這一問題就變得很明顯。因此，為了避免上述問題，控制供應到電弧熔化爐的固體還原鐵的金屬化為60％或更高，更優選為70％或更高。
進而，在還原鐵生產設備中生產的固體還原鐵的金屬化的分散很大程度受金屬化的絕對值的影響，當金屬化降低時分散就增加。另外，圖5是一張說明金屬化平均值為62.8％和80.2％的固體還原鐵的金屬化分散檢測結果的圖。可以證實當金屬化降低時分散非常顯著。在實際的操作中，因為當金屬化分散增加時目標金屬化自身不穩定，有必要把金屬化設得較高，以確保目標金屬化穩定。作為各種實驗的結果，已經證實金屬化的平均值應當是60％或更高，或更優選地，是70％或更高，以在能精確操作的水平限制金屬化的分散。
確定「在固體還原鐵中的含碳量是FeO的還原當量的50％或更高」的依據圖6是一張說明在各種條件下生產的固體還原鐵、檢測在固體還原鐵中用於還原FeO的碳含量和熔融爐渣中鐵氧化物的含量之間的關係的圖。在這一實驗中，用一個20噸的EAF，使用金屬化為78到82％和具有不同FeO還原當量的碳量的固體還原鐵，在熔化時熔融爐渣中具有不同的鐵氧化物(T.Fe)含量。從圖中也可以明顯證實，當在固體還原鐵中含有的用於還原FeO的碳量(還原非還原鐵氧化物所需的碳理論當量)，在熔融爐渣中的(T.Fe)就被限制在較低的水平，而當碳含量小於用於FeO還原當量(用於FeO還原當量的碳量×0.5)的碳量的50％，在熔融爐渣中的(T.Fe)急劇升高，從而襯裡耐火材料受到的腐蝕就非常顯著。因此，為了使襯裡耐火材料受到的腐蝕降至最低，以確保穩定操作，在固體還原鐵中的碳含量就應是FeO還原當量的碳量的50％或更多。
在這一實驗中，為了控制在電弧熔化爐中產生的熔融鐵中的碳含量在2.1到2.4的範圍，用於補償不足的碳材料就被另外加入到電弧熔化爐中，但在熔融爐渣中的(T.Fe)不能被充分還原，除非不管這一添加的碳材料的量，在固體還原鐵中的殘留碳含量自身基本上達到FeO還原當量的碳量的50％或更多。當然可以認為通過向殘留在固體還原鐵中的鐵氧化物中另外加入充分量的碳材料，以確保還原當量的含碳量和在還原熔融鐵中的目標碳含量。然而，實際上保持在熔融鐵中的碳含量在小於飽和碳含量的恆定的值極困難，而在熔融鐵中的含碳量隨著處理時間的推移逐漸增加，就不能獲得含目標碳含量的熔融鐵，這是所不希望的。
確定「固體還原鐵的比重1.7或更高」的依據在採取本發明的方法通過預先還原與在固態碳材料混合在一起的鐵氧化物例如，MIDREX工藝、獲得成型產品的情況下，因為在每一個成型產品的內部形成了空穴，甚至在進行初步還原的過程中混合了碳材料等，與生產的起初的還原鐵相比，固體還原鐵的比重顯著降低。
另一方面，如圖2中所解釋的那樣，為了增加在電弧熔化爐中還原和熔化固體還原鐵時還原和熔化的效率，使加入到電弧熔化爐中的固體還原鐵立刻沉浸到在熔融鐵上的熔融爐渣中，並有效接收整個爐上的電弧熱量是適合的。對於這一目的，固體還原鐵的比重具有很大的影響。另外，圖7是一幅說明通過使用比重從1.60到1.75(平均比重1.65)和1.8到2.3(平均比重2.1)的固體還原鐵，檢測在電弧熔化爐中固體還原鐵的比重對進行還原和熔化的還原和熔化速率的影響的圖，其中橫坐標代表當每種還原鐵被單獨加入到熔融爐渣上的熔融速率，縱坐標代表用於還原熔化連續加入的每種固體還原鐵的極限熔化速率。
從圖中可以明顯看出，當固體還原鐵的平均比重在1.65時，如果固體還原鐵被連續加到熔融爐渣上，就不能觀察到固體還原鐵沉浸到熔融爐渣中的現象，而是觀察到大多數的固體還原鐵在熔融爐渣的表面進行還原和熔化。因此，當固體還原鐵被連續卸出時，熔化速率是單獨加入固體還原鐵時的100倍。熔化速率在這一水平，在實際規模上就不能通過連續加入實行還原和熔化。相反，對於平均比重為2.1的固體還原鐵，加入到熔融爐渣上的固體還原鐵就能迅速沉浸到爐渣中，並有效進行還原和熔化，這樣，當連續加入固體還原鐵時，與單獨加入的情況相比，熔化速率就顯著增加，就能達到單獨加入固體還原鐵時的約300倍。使熔化速率在這一水平，在工業規模就能有效實行連續還原熔化。
參照固體還原鐵的比重的影響，平均比重1.7作為邊界，在這一平均比重連續熔化速率劇烈改變，熔化情況顯著改變。而且，如果平均比重小於1.7，在工業規模就不能達到滿足連續操作的熔化速率，當平均比重是1.7或更優選的1.9或更高時，就能確保熔化速率足以進行連續操作。
確定「在電弧加熱型熔化爐中生產的熔融鐵中的含碳量1.5％-4.5％」的依據一般地，在熔融鐵中的彈的量和氧的溶解量之間存在緊密的關係，當在熔融鐵中的碳量降低時，在熔融鐵中的溶解氧的量就升高。而當溶解氧的量較高時，熔融鐵的氧電位就增加，這對於脫硫是不利的。同時與熔融鐵平衡的熔融爐渣的氧電位也增加，因此，在熔融鐵中的FeO含量就增加，這就增加了與耐火材料的反應性，使熔化爐的襯裡腐蝕增大。所以，有必要確定在熔融鐵中的含碳量稍高，以增加脫硫作用的脫硫率，並抑制熔化爐襯裡耐火材料的腐蝕，以延長使用壽命。
另外，圖8是一幅通過各種實驗總體說明在熔融鐵中的含碳量與脫硫率之間的關係的圖。在這一實驗中，採取了一種向在罐中的熔融鐵注入CaO系列的脫硫劑的方法，當脫硫劑的消耗恆定時處理數據。從圖中可以明顯看到，如果在熔融鐵中的含碳量小於1.5％，就不得不注入脫硫劑以確保目標脫硫率，結果，大量的金屬鐵就被大量產生的爐渣吸收，增加了鐵的損失。這就是說，為了在實際規模中實現本發明，還有必要考慮其他問題，例如脫硫引起的爐渣處理，在熔融鐵中的含碳量應是1.5％或更高，優選是2.0％或更高，在罐中消耗較少量的脫硫劑以充分進行脫硫。
然而，在熔融鐵中的含碳量在約4.5％達到飽和，為了獲得有飽和含碳量的熔融鐵而使用過量的含碳還原劑，這是不經濟的。另外，因為在隨後的精煉中的脫氧負荷也增加，就需要限制含碳量在4.5％或更低，更優選是3.5％或更低。
「熔融爐渣的鹼度1.0-1.8」儘管在本發明中鹼度(CaO/SiO2)不是一個主要的條件，它對在電弧熔化爐中的固體還原鐵的還原熔化效率起到的很小的影響，而對熔化爐襯裡耐火材料的腐蝕起到顯著的影響。
這就是說，熔融爐渣的鹼度對其流動性具有顯著的影響，例如，如圖9所示，為了對固體還原鐵的還原熔化效率起到所希望的作用，當鹼度降低時，爐渣的熔化溫度降低，流動性增加，否則就增加了與耐火材料的反應性，使得襯裡的腐蝕增大。另一方面，當鹼度增加時，爐渣的熔融溫度升高，因此，就不得不提高爐內溫度以熔化爐渣，從熱能的觀點就產生了消極效果，另外，由於高溫對爐體的熱效應也增加。這一趨勢如圖9所示，當爐渣監督少於1.0或超過1.8就變得明顯，這樣就希望控制在熔化爐中的熔融爐渣的鹼度在1.0到1.8的範圍，更優選是1.3到1.6的範圍。
本發明的實施例如下所述。本發明並不限於下面的實施例，只要在本發明的範圍和包括在本發明的技術領域內，可以適當修改進行實施。
實施例使用每份鐵礦、煤炭和少量粘合劑(膨潤土)的粉碎產品並進行混合，使得在煤炭中的碳在在鐵礦中的鐵氧化物的理論當量內。然後在制球機中把它們成型為直徑約13到20mm的基本上是球形的形狀，使用混合有含碳還原劑的含鐵氧化物的成型產品作為主要新鮮(green)的成型產品。下面說明的是用於鐵礦和煤炭的組成的一個例子。
鐵礦組成T.Fe＝65％，FeO＝＝0.7％，SiO2＝2.5％Al2O3＝2.10％.CaO＝0.04％煤炭組成總碳量＝77.6％，固定碳＝71.2％揮發成分＝17.0％，灰份＝11.8％把成型產品(新鮮)供應到迴轉爐底式的還原鐵生產設備中，在1250℃到1350℃進行還原生產還原鐵，在迴轉爐中的平均停留時間是7到9分鐘。在獲得的固體還原鐵中的非還原鐵氧化物和殘留碳的量依加熱還原條件而不同。在這一實施例中，每次控制熱還原條件使得在固體還原鐵中的鐵氧化物的金屬化是60％或更高。表1表明固體還原鐵金屬化和組成的一個例子。進而，通過類似實驗獲得的固體還原鐵氧化物的重量和比重，例如圖10所示，其中所含有的平均比重是1.7到2.5，與每件的重量有關。
表1
(注)Ceq用於FeO還原當量的碳的量Ceq/2對應於用於FeO還原當量的碳的量的1/2。
在儘可能不與大氣接觸，並保持高溫(在本實驗是1000℃)的情況下，將通過還原鐵生產設備獲得的固體還原鐵連續加入到安置在還原鐵生產設備附近的電弧加熱熔化爐中，並進一步進行還原和熔化。在這種情況下，在熔化爐中保持預定量的熔融鐵，將漂浮在熔融鐵上的爐渣的鹼度調節到1.0到1.8的範圍，以沉浸式電極的形式向熔融爐渣中供給電流，並採用一種沉浸的電弧加熱系統。然後，向電弧加熱部位加入固體還原鐵，另外向加入固體還原鐵的部位加入煤炭，用電弧加熱繼續進行還原熔化。
在還原熔化步驟中的固體還原鐵比其他氧化物如爐渣形成劑含較多的SiO2。因為鹼度隨在熔化爐中的還原鐵的熔化的繼續進行而降低，加入主要含生石灰、可選為煅燒白雲石的熔劑，以控制熔融爐渣的鹼度至1.0到1.8的範圍。另外，已經證實如果熔融鐵的鹼度超過上述的1.8％，熔融爐渣就變得粘稠，固體還原鐵就不易沉到熔融爐渣中，熱還原效率就降低，反之，如果鹼度低於1.0％，對襯裡耐火材料的腐蝕就很明顯。
在熱還原步驟中，加入熔融爐渣上的固體還原鐵吸收電弧的熱量，同時與熔融的爐渣接觸，通過殘留在其內部的碳成分繼續對還原鐵氧化物進行還原，把CO氣體釋放到固體還原鐵的表面，由於CO氣體固體還原鐵劇烈地到處移動，熔融爐渣劇烈轟鳴。然後，由於噴吹引起熔融爐渣比重降低，固體還原鐵沉降到熔融爐渣中，並進一步降低了熱還原，在向其周圍另外加入含碳還原劑的作用下，非還原鐵就基本上被還原和熔化，然後合併到下面的熔融鐵中。
在這種情況下，如果要加入的固體還原鐵的比重是1.7或更高，優選是1.8或更高，更優選是1.9或更高，在從熔融爐渣上加入的固體還原鐵迅速沉降到熔融爐渣中，在較短的時間內就能有效地進行熱還原，否則如果比重小於1.7，加入的固體還原鐵就不易沉降到熔融爐渣中，這樣從熔融爐渣來的熱傳導就不足，噴吹降低，使得熱還原所需的時間明顯延長，對應於在熔融爐渣中的鐵氧化物的熔化量也增加，容易引起熔化爐襯裡的腐蝕。
進而，如果在固體還原鐵中的含碳量少於還原在固體還原鐵中的非還原鐵氧化物所需理論碳量的50％，還原效率就不足，即使向熔化爐中另外加入含碳還原劑，還原速率也較慢，在熔融爐渣中的鐵氧化物的含量顯著增加，引起襯裡耐火材料的腐蝕。
進而，在熱還原步驟中，定期對熔融鐵進行採樣以測定含碳量，控制另外加入的含碳還原劑的量，使得碳量在1.5到4.5％的範圍之內。
連續進行熱還原熔化步驟，在熔化爐中的停滯的熔融鐵的量預先確定的情況下，把熔融鐵從安置在熔爐底部的卸料孔卸到罐中，同時，將適量的熔融鐵爐渣通過安置在熔化爐側壁的爐渣卸料孔卸出，以控制剩餘在熔爐中的爐渣的量。
進行這一熱還原熔化的具體條件和其結果如下舉例說明(還原鐵的特性)固體還原鐵等的組成在表1中的3號(金屬化80％)向電弧加熱型熔化爐中進料的溫度1000℃進料方法連續進料(電弧加熱型熔化爐的操作條件)電弧加熱電極的功率消耗約565KWh/Tmi(mi要生產的熔融鐵)(進料種類和數量)生石灰92.2kg/tmi，煅燒白雲石21.5kg/tmi
另外加入的煤炭的量約20kg/tmi還原鐵的單位消耗1227kg/tmi(用於形成要獲得的熔融鐵和爐渣的組合物)熔融鐵C2.0％，Si0.03％或更低，Mn0.05％或更低，P0.043％，S0.137％，溫度1550℃形成的爐渣CaO36.5％，SiO226.1％，Al2O318.2％，MgO10.0％T.Fe6.3％，鹼度1.4從前面可以明顯看出，在還原熔化步驟中熔融鐵中的Si含量被充分降低，因為作為煉鋼的材料S含量和P含量太高，在一個罐中進行脫硫和脫磷，以獲得下面組成的熔融鐵。
用於脫硫的材料含鈣熔劑組成CaO83-90％，CaF26-10％，C4.0％，消耗約12kg/tmi用於脫硫的材料含鈣熔劑+Fe2O3組成CaO44-45％，CaF27-8％，Fe2O347-48％，消耗約20kg/tmi在脫硫和脫磷後的熔融鐵組成C1.8-2.0％，Si痕量，Mn0.02％，P0.032，S0.038％把脫硫和脫磷後的熔融鐵(1450℃)與如下的鐵屑和生鐵一起進料到一個EAF和電熔爐中進行煉鋼，同時假如下面的次要-材料，並吹入少量的氧生產下面組成的熔融鋼。
(加入到電弧熔爐的材料)脫硫和脫硫熔融鐵40％，鐵屑50％，生鐵10％(次要-材料)生石灰50.2kg/tmi，煅燒白雲石10kg/tmi，矽石15.1kg/tmi氧氣吹量約18Nm3/tmi(獲得的熔融鐵的組成)
C0.10％，Mn0.06％，Si痕量，S0.022％，P0.018％上述的實驗說明的是，把在電弧加熱型熔化爐中製備並進行脫硫和脫磷的熔融鐵按其原樣以熔融狀態供應到EAF中，即，以保持在高溫的狀態並用作煉鐵材料的例子，但是也可以把熔融鐵供應到BOF中作為煉鋼材料，也可以一次取出熔融鐵放到鑄模中並冷卻固化，有效地用作煉鋼的半成品。
最後，應當注意的是鑑於上述技術可能對本發明進行許多修改和變動。因此應當理解到，在附加的權利要求書的範圍內可以超出此處的具體描述另外實施本發明。
這一申請是基於在1997年9月1日向日本專利局申請的申請號為Hei 9-236214的日本專利，其全部內容在這裡引用並作為參考。
本發明由如上部分構成，能夠穩定保持高的還原效率，能夠把對加工熔爐的襯裡耐火材料的腐蝕降至最低，以延長熔爐的使用壽命，除了有如上的效果外，在工業規模還能以較少的能量損失有效地使用混合有含碳還原劑的含鐵氧化物的成型產品，並作為主要原料進行還原鐵的生產，通過進一步還原和熔化獲得的固體還原鐵生產高純度的熔融鐵。而且，因為通過這一方法獲得的還原鐵具有較少的雜質金屬成分，使用這種還原鐵作為煉鋼材料不僅能產生高純度的鋼材料，也有助於調節生產合金鋼的成分。而且，當把煉鋼爐安置在電弧加熱型熔化爐的附近時，就能把通過熔化爐產生的熔融鐵或其脫硫和脫磷鐵以具有高熱的熔融狀態供應到煉鋼爐中作為煉鋼原材料，因為在熔融狀態具有的熱量可以被有效利用為煉鋼的熱源，可以降低熱能，進而從實際應用的觀點出發，建立了一種從還原鐵的生產到煉鋼的高效的直通的方法。
權利要求
1.一種製備含碳量為1.5％到4.5％的熔融鐵的煉鐵方法，其特徵在於該方法包括(a)提供鐵氧化物和含碳還原劑；(b)用含碳還原劑和鐵氧化物製備一種成型產品；(c)從成型產品製備固體還原鐵，其中該固體還原鐵的金屬化至少為60％，比重至少為1.7；含碳量至少為還原殘留在固體還原鐵中的鐵氧化物所需的理論量的50％；(d)在大幅度冷卻之前，在電弧加熱型熔化爐中高溫加熱該固體還原鐵，從而製備含碳量1.5到4.5％的熔融鐵。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述還原鐵在電弧加熱型熔化爐中被加熱到700到1,300℃。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於一種含碳還原劑被加到電弧加熱型熔化爐中固體還原鐵的進料位置。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在該固體還原鐵被加到電弧加熱型熔化爐的熔融爐渣中。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於該熔融爐渣的pH為1.0到1.8。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於該熔融爐渣含9％或更少的鐵氧化物。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於該熔融爐渣含5％或更少的鐵氧化物。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於對該熔融鐵的含碳量進行測定。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於對從電弧加熱型熔化爐排出的氣體的組成和量進行測定。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於對該釋放氣體的氧當量進行測定。
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在電弧加熱型熔化爐中的該熔融鐵被傳送到另一個容器中並進行脫硫。
12.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在電弧加熱型熔化爐中的該熔融鐵被傳送到另一個容器中並進行脫磷。
13.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於該熔融鐵含0.05％或更少的Si。
14.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於該熔融鐵含0.1％或更少的Mn。
15.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於該熔融鐵含0.1％或更少的P。
16.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於該熔融鐵含0.2％或更少的S。
17.一種煉鋼方法，其特徵在於向煉鋼熔爐中加入如權利要求1所述的熔融鐵，然後進行煉鋼。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於煉鋼熔爐是電弧熔爐(EAF)或鹼型氧熔爐(BOF)。
19.一種煉鋼方法，其特徵在於包括(a)冷卻如權利要求1製備的熔融鐵，從而製備出凝固鐵；並(b)向煉鋼熔爐中加入該凝固鐵，然後煉鋼。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於煉鋼熔爐是電弧熔爐(EAF)或鹼型氧熔爐(BOF)。
全文摘要
製備熔融鐵的方法,包括:提供鐵氧化物和含碳還原劑;用含碳還原劑和鐵氧化物製備一種成型產品;從成型產品製備固體還原鐵,其中該固體還原鐵的金屬化至少為60%,比重至少為1.7;含碳量至少為還原殘留在固體還原鐵中的鐵氧化物所需的理論當量的50%;在大幅度冷卻之前,在電弧加熱型熔化爐中高溫加熱該固體還原鐵。可以從含碳量較低的鐵礦中有效製備熔融鐵,而不引起耐火材料的腐蝕,能量利用效率高,還原效率高,設備簡單,操作簡便。
文檔編號C21B13/00GK1268187SQ9880860
公開日2000年9月27日 申請日期1998年8月28日 優先權日1997年9月1日
發明者浦上昭, 伊東修三, 德田耕司 申請人:株式會社神戶制鋼所