生产金属铁的方法

专利名称：生产金属铁的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产金属铁的方法，尤其涉及一种生产金属铁的改进方法。根据上述生产金属铁的改进方法，当金属铁通过以下步骤生产时，即将含有诸如煤的含碳还原剂和诸如铁矿石的氧化铁的混合物加到移动炉膛还原熔化炉的移动炉膛上，然后通过加热还原并熔化氧化铁，接着冷却这样得到的金属铁以作为产品，能够稳定地执行连续的作业，同时使对移动炉膛的损坏尽可能地减小，或者炉膛的被损坏的表面部分在作业过程中被修理。
背景技术：
在生产还原铁的方法中，已知下面的方法。在所述的方法中，在诸如铁矿石的氧化铁和诸如煤的含碳还原剂的混合物被加到旋转炉或者诸如带式焙烧机之类的移动炉膛还原炉的炉膛上，然后在通过炉膛移动时被炉中的辐射热加热，从而氧化铁被含碳还原剂还原，从而生产还原铁，这样在炉膛上生产的还原铁通过诸如螺旋机构的可选排放装置被排放到炉外面。
然而，当混合物由小球等形式的烧结矿(agglomerates)组成，上述的烧结矿被加到炉膛上时，通过下落冲击等由这些烧结矿产生粉末，然后被沉积在炉膛上。由于这样沉积的粉末与烧结矿一起被加热和还原，沉积的粉末形成粉末状的还原铁，烧结矿则形成粒状的还原铁。粒状的还原铁通过排放螺旋机构被排放到炉外面；然而，另一方面，粉末状的还原铁被挤压到炉膛的表面。因此，当进行连续作业时，挤到炉膛表面上的粉末状的还原铁的数量增加，另外，还原铁粉末通过排放螺旋机构的压力互相粘结在一起；因此，出现了这样的问题，即板状的还原铁在炉膛表面上形成。在移动炉膛还原炉的情况下，由于加热和还原区处于高温下，原材料进料区和排放区处于相对低的温度下，由于上述的温度差异，在炉膛表面上形成的板状还原铁易于出现裂纹或者翘曲。另外，当板状还原铁被排放螺旋机构捕获时，会出现例如停工的问题。
本发明的发明人已经提出了(专利号No.3075721)一项技术用于解决上述问题。在上述的技术里，一种炉膛形成材料连同烧结矿(agglomerate)被送入到炉里，烧结矿产生的粉末沉积在炉膛的表面上以在其上形成氧化铁层，另外，排放装置间歇地或者连续地向着炉顶部的方向移动，从而在排放装置和炉膛表面上形成的氧化铁层之间的间隙被调节的同时进行作业。因此，防止了粉末状的还原铁由排放装置挤压到炉膛的表面上，因而也防止了在炉膛表面上形成板状的还原铁，沉积的还原铁粉末被周期性地切刮掉；因此，可以进行连续地作业。因为通过刮掉在炉膛表面上形成的板状的还原铁，炉膛的表面被周期地更新和修理，连续的作业可以进行；然而，炉膛本身不被刮掉。
另外，作为一种生产还原铁的方法，大家已经知道一种方法，其中，氧化铁和还原剂的混合物被送入到移动炉膛还原熔化炉例如旋转膛式炉，并在通过炉膛移动时被炉中的辐射热所加热，从而氧化铁被还原剂还原，随后，实施渗碳、熔化、聚合和炉渣分离，之后，在冷却和固化后，粒状的固体金属铁被排放到炉的外面。例如，本发明的发明人已经提出一项技术，该技术公开在专利申请公开号为No.2000-144224的日本未审查专利申请中，其中，通过在旋转膛式炉的表面上形成由氧化铁、碳和硅胶化合物组成的玻璃质的炉膛层而防止了由于熔化的铁对炉膛造成的损坏。然而，当进行连续作业时，玻璃质层由于炉渣的渗透和腐蚀而退化，因此，为了进行稳定和连续的作业，仍然需要改进。
本发明是在考虑到上述的情况后做出的，因此，本发明的一个目的是提供一种生产金属铁的方法，该方法适合于进行长期的连续作业。根据上述的方法，即使当粉末状的金属铁被挤压进炉膛的表面中，或者炉膛被炉渣渗透和腐蚀所损坏时，也能够容易地进行去除和修理，可提高炉膛的作业率和可维护性。

发明内容
根据本发明的能够解决上述问题的生产金属铁的方法是这样一种生产金属铁的方法，其中，在包括含碳还原剂和氧化铁的混合物被送入到移动炉膛还原熔化炉的移动炉膛后，接着被加热，以使氧化铁被还原和熔化，获得的金属铁冷却后被排放到炉的外面以被回收。上述的方法包括在送入混合物之前，在移动炉膛上铺设(bed)粒状的炉膛材料，以形成能够被更新的层状的可更新炉膛；去除在作业中退化的部分或者整个可更新炉膛，然后重新送入炉膛材料，以重新形成一个可更新炉膛；平整新形成的炉膛的表面；接着送入用于生产金属铁的混合物。
另外，根据本发明的生产金属铁的方法是这样一种生产金属铁的方法，其中，在包括含碳还原剂和氧化铁的混合物被送入到移动炉膛还原熔化炉的炉膛之后，接着被加热以使氧化铁被还原和熔化，得到的金属铁被冷却，然后被排放到炉外面以被回收。上述的方法包括在送入混合物之前，在炉膛上铺设炉膛材料，以形成能够被更新的层状的可更新炉膛；在作业中退化的可更新炉膛的表面上送入炉膛材料，以形成一个新的炉膛表面；平整新形成的炉膛的表面；接着送入用于生产金属铁的混合物。


图1示出了应用了本发明的圆形移动炉膛还原熔化炉的一个例子的示意图；图2示出了沿图1的移动炉膛的旋转方向展开(develop)的还原熔化炉的横截面图；图3是可更新炉膛的初始形成状态的示意图；图4是原材料平整装置例子的示意图；图5是可更新炉膛的损害的示意图；图6是本发明一个例子的示意图；图7是本发明一个例子的示意图；图8是本发明一个例子的示意图；图9是可更新炉膛的表面条件的示意图；和图10是未提供可更新炉膛平整装置的情况下的示意图。
具体实施例方式
本发明的发明人发现一种方法，该方法包括以下步骤在移动炉膛上铺设炉膛材料以形成能够被更新的可更新炉膛；将气氛调节剂和原材料混合物送入到可更新炉膛上以还原和熔化氧化铁；去除(或者不去除)在作业期间退化的部分或者整个可更新炉膛；送入新的炉膛材料，以重新形成可更新炉膛；接着送入原材料的混合物以还原和熔化氧化铁。根据上述方法，即使当粉末状的金属铁被挤压到可更新炉膛的表面中，或者可更新炉膛被炉渣引起的渗透和腐蚀损坏时，退化的可更新炉膛也能够被容易地去除和修理，因此，炉膛的作业率和可维护性比以前有所提高。然而，即使通过送入炉膛材料而新形成可更新炉膛时，炉渣可能集中在可更新炉膛的局部，或者在某些情况下这样送入的原材料的混合物可能被不均匀地加热，因此，考虑到长期和稳定作业，仍然需要改进。
通过本发明的发明人对上述不便的原因的研究，已经发现在可更新炉膛的退化部分去除后在其表面上形成凹陷部分的情况下，或者在炉渣等未被去除而在可更新炉膛的表面上形成突起部分的情况下，由于上述的凹陷和凸起部分，原材料混合物被不均匀地加热，或者促进了金属铁或者炉渣的过度生长或熔化，因此作业受到妨碍。通过对解决上述问题的方法的深入研究，发现当可更新炉被新形成的方法被采用时，可更新炉膛的表面被平整，然后送入原材料混合物，可以实现上述的目的，因此做出了本发明。
此后，将参考附图详细描述本发明的实施例；然而，实施例是典型的例子，本发明并不限制于附图里所说明的例子。
图1和图2示出移动炉膛还原熔化炉(旋转炉)的一个例子的示意图；该炉具有园屋顶结构，其中提供了环形的旋转移动炉膛；图1是示意平面图；图2是示意横截面图，用于示出沿旋转移动方向展开的(在图1中的线A-A所示的部分被切割后)的图1中的旋转移动炉膛，以便于对炉的理解。图中的附图标记1表示移动炉膛，附图标记2表示覆盖移动炉膛的炉体，移动炉膛1被图中未示出的驱动设备以期望的速度驱动。
在本发明中，作为原材料混合物，包含有含碳还原剂和氧化铁的烧结矿(此后被称作“原料烧结矿”)将被作为例子描述；然而，除了烧结矿，本发明也可以使用粉末。另外，作为烧结矿，各种各样的形状例如小球或者压块也可以作为例子被提出。
在图2中，炉体2被作为优选例子，炉体2的内侧被隔离物K1～K3划分成还原区Z1到冷却区Z4。在炉膛移动方向的上游一侧，布置了原料烧结矿送料装置4、气氛调节剂送料装置7、可更新炉膛平整装置12、炉膛材料送料装置5和原材料平整装置8，与移动炉1相对，另外，在移动方向的下游一侧(由于形成了旋转结构，这一侧实际上位于相对于炉膛材料送料装置5的上游，正好在它的前面)，提供了排放装置6。
另外，在炉体2的壁表面的适当位置上，提供了多个燃烧器3，通过将燃烧器3的燃烧热和它的辐射热发送到设置在移动炉膛1上的原料烧结矿，执行原料烧结矿的加热和还原。
当这个还原熔化炉进行作业时，随着移动炉膛1以预定的速度旋转，原料烧结矿由原料烧结矿送料装置4送入到移动炉膛1上，以具有适当的厚度。随着移动通过还原熔化区域Z1～Z3，送入到炉膛1上的原料烧结矿接收燃烧器3的燃烧热和辐射热，然后被包含在原料烧结矿里的氧化铁和含碳还原剂之间反应所产生的一氧化碳所还原，从而形成了还原铁，所述还原铁基本上被完全还原。当在富碳的气氛里加热时，该还原铁被渗碳、熔化和聚集(aggregate)，同时被从副产品炉渣中分离，以形成粒状的熔化的金属铁，该熔化的金属铁接着在冷却区域Z4使用任选冷却装置C被冷却以固化，随后被位于冷却区域Z4下游侧的排放装置6排放。在如上所述的步骤中，尽管粒状的金属铁与副产品炉渣一起被排放，粒状金属铁在通过料斗H后，被任选的分离装置(滤网、磁分离器，等等)从炉渣中分离出来，结果，可以得到铁纯度大约为95％或者更高的粒状的金属铁，更优选地，铁纯度大约为98％或者更高，同时含有相当少量的炉渣组分。
特别是，本发明主要集中在当高纯度金属铁在上述的移动炉膛还原熔化炉中形成时对形成移动炉膛1的炉膛的保护上，因此，此后，将主要描述一种修理和更新炉膛的方法。然而，应用本发明的移动炉膛还原熔化炉的结构并不限制于图1和图2里所示的形状和结构，只要提供了移动类型的炉膛作为组成元件，本发明可以有效地用于具有任意结构例如带式焙烧机类型的移动炉膛还原熔化炉。
如上所述，根据本发明，在用于通过以下步骤生产金属铁的生产设备中，在通过加热、还原、渗碳和熔化等连续进行金属铁的生产时，移动炉膛1作为支撑层被保护，并且，由炉膛材料制成的可更新炉膛的表面被更新，因此，能够实施稳定的作业，所述生产金属铁的步骤包括送入原料烧结矿到移动炉膛还原熔化炉的炉膛上，所述原料烧结矿包含作为铁来源的如铁矿石之类的氧化铁和作为氧化铁的还原剂的如煤之类的含碳还原剂，然后加热以还原和熔化氧化铁，将经过冷却后得到的金属铁排放到炉的外面。
另外，本发明的基本构思是通过一系列步骤生产金属铁，该一系列步骤包括在送入原料烧结矿之前，在移动炉膛上铺设粒状的炉膛材料(此后，在一些情况下，简单地称之为“炉膛材料”)以形成层状的可更新炉膛；去除在作业期间退化的部分或者整个可更新炉膛；重新送入炉膛材料，以重新形成一个可更新炉膛；平整新形成的炉膛的表面；接着送入上述的混合物。
图3和图4是本发明的优选实施例的示意截面图。当开始作业时，在送入原料烧结矿之前，能够被更新的层状的可更新炉膛9通过在移动炉膛还原熔化炉的移动炉膛1上铺设炉膛材料而形成。送入炉膛材料的方法没有特殊的限制；然而，由于优选炉膛材料被铺设从而在移动炉膛1上具有均匀的厚度，推荐的是，随着移动炉膛1以预定的速度移动，预定量的炉膛材料从炉膛材料送料装置5送入到移动炉膛1上。另外，在炉膛材料被送入到移动炉膛1上之后，优选炉膛被旋转，同时，送入的炉膛材料被可更新炉膛平整装置12平整，因此可更新炉膛层具有预定的厚度。在上述步骤中，由于可更新炉膛的表面被压实，同时被可更新炉膛平整装置12平整，因此能够形成具有适宜强度和光洁度的可更新炉膛。这样形成的可更新炉膛是在炉膛形成后由颗粒形成的一层；然而，随着被还原和熔化，颗粒互相结合和固化，因此部分或者整个可更新炉膛可以被排放装置6排放。
在这个实施例中，可更新炉膛的厚度不专门限制；然而，为了防止形成移动炉膛1的耐火材料被熔融的炉渣损坏，所述炉渣渗透可更新炉膛并到达移动炉膛1，推荐可更新炉膛的厚度优选为5mm或者更大，10mm或者更大是更优选的。
在形成了具有预定厚度的可更新炉膛之后，原料烧结矿G通过原料烧结矿送料装置4送入到可更新炉膛上。原料烧结矿G被原料烧结矿平整装置8调整从而在可更新炉膛的移动方向相交的方向上获得均匀的厚度。原料烧结矿平整装置8是用于平滑这样送入的重叠的原料烧结矿的装置，从而使其在炉膛的宽度方向上均匀地布置，在移动炉膛的移动方向上连续地布置，并且被浓厚地布置，可以使用公知的轧平机。例如，如图4所示，炉膛上的原料烧结矿G可以通过旋转螺旋刀23(23L，23R)在炉膛的宽度方向上移动。详细的原材料平整装置的结构在申请号为No.11-243407的日本专利申请中被公开。
参考图2所述，在原料烧结矿移动通过还原熔化炉的区域Z1～Z3的过程中，包含在烧结矿中的氧化铁被燃烧器产生的热和辐射热所加热，通过固态还原形成还原铁。随后，由于这样形成的还原铁被进一步加热和渗碳，它的熔点降低，因此形成熔融铁。另外，随着从副产品炉渣的分离，这样形成的熔融铁颗粒彼此粘附在一起、聚集并长大以形成相对大的粒状金属铁，副产品炉渣Sg聚集然后被分离。接着，在冷却区域Z4对上述的那些物质实施冷却，固化的粒状金属铁Fe和炉渣Sg被排放装置6排放到炉外面。
通过重复上述操作，金属铁可以连续生产然而，在作业时间中，炉渣和熔融铁的渗透，导致可更新炉膛退化(可更新炉膛的退化部分9a)，因此不能继续进行稳定的金属铁生产。可更新炉膛退化的例子如图5所示。例如，当在还原熔融步骤里产生的副产品熔融炉渣渗的一部分渗透可更新炉膛，并且当这样渗透的炉渣数量增加时，可更新炉膛的被腐蚀区域增加，由于它的熔点下降，可更新炉膛被软化，由于可更新炉膛退化和膨胀，可更新炉膛失去光洁度；因此，不能进行稳定的金属铁生产。特别是，当熔融的炉渣引起的渗透和腐蚀继续发生时，移动炉膛1在某些情况下被损坏，在这种情况下，在停止作业后，形成移动炉膛1的耐火材料必须被修理。
当被排放装置6排放时，粒状的金属铁Fe和炉渣Sg可以在某些情况中可以被排放装置的作业所挤压。特别是，它们易于被挤压进入到上述的软化的炉膛中，当其中被挤压了炉渣Sg的可更新炉膛再次移动通过还原-熔融区域时，暴露于高温的炉渣Sg被熔化，进一步渗透到炉膛里。另外，当其中被挤压了金属铁Fe的可更新炉膛再次移动通过还原-熔融区域时，暴露于高温的金属铁Fe被熔化，在某种情况下，通过与其它挤压到可更新炉膛里的金属铁或者在那里产生的金属铁合并，可能过度增长。当上述的过度增长继续时，不能被冷却区域的冷却能力充分冷却和固化的熔融铁到达排放装置6，在某种情况下可能不能被排放到炉的外面。尽管取决于排放装置，在熔融步骤里没有充分聚集和生长的细小的金属铁Fe和炉渣Sg易于被挤压进入到可更新炉膛中。
挤压进入到上述的可更新炉膛里的金属Fe和炉渣Sg(例如，部分突出到可更新炉膛的表面之上的金属Fe和炉渣Sg，其余被挤压在可更新炉膛中)通过排放装置6去除，在炉膛表面上形成凹陷。另外，当退化和膨胀的可更新炉膛被排放装置6捕获(caught)时，部分可更新炉膛被剥除，因而在可更新炉膛的表面上形成凹陷部分和凸起部分。特别是，当上述的过度生长的金属Fe被去除时，在某种情况下可以在可更新炉膛的表面上形成大的凹陷。另外，当被挤压进入可更新炉膛的金属Fe和炉渣Sg没有被排放掉时，会在可更新炉膛的表面上形成凸起部分(参见图5)。
另外，在作业时间中，排放装置6的前缘部分(与要被排放的材料接触的接触部分)通过排放操作，例如排放粒状金属Fe或者可更新炉膛碎片被损坏，例如磨损或者破碎。当上述的前缘部分被损坏时，可更新炉膛被不均匀地刮掉，结果，在刮削后，凹陷和凸起部分易于在可更新炉膛的表面上形成。另外，当前缘部分被损害后，存在于可更新炉膛上的粒状的金属铁Fe和炉渣Sg不能被排放掉，部分粒状的金属铁Fe和炉渣Sg被挤压在可更新炉膛中，因而在某种情况下在可更新炉膛的表面上形成凸起部分。
当凹陷部分和凸起部分在可更新炉膛表面上形成时，这样送入的原料烧结矿会由于凹陷部分和凸起部分的存在而被不均匀地加热，金属铁或者炉渣会在凹陷处会聚因此金属铁过度生长，或者结果促进了它的熔融。当凹陷部分和凸起部分如上所述形成时，原材料平整装置8不能使原料烧结矿的厚度均匀(图10)。在上述作业中，金属Fe的生产效率被降低。
如上所述，本发明的可更新炉膛的更新使退化的可更新炉膛的功能得到恢复，因此能够继续进行稳定的金属铁生产，更新方法的例子参考图6～9。
在图6中，排放装置的前缘部分被布置在可更新炉膛的退化部分9a的表面附近，把存在于可更新炉膛的退化部分9a上的金属铁Fe(图中的附图标记15)和炉渣Sg排放到炉外面(在这种情况下，可更新炉膛的退化部分9a没有被刮掉)。然而，在某种情况下，由可更新炉膛的退化部分的表面上的金属铁Fe和挤压在其中的金属铁Fe组成的过度生长的材料(16)，可以被排放装置6的刀片的前缘部分捕获，然后被排放掉。另外，如上所述，在某种情况下，退化的可更新炉膛可以被排放装置6去除，也就是说，可以被从可更新炉膛的表面剥除。当如上所述，当过度生长的材料被去除或者剥除时，在可更新炉膛的表面上形成了凹陷部分16a。而且，当具有突起到可更新炉膛的退化部分9a上方的一部分的炉渣Sg(17)不能被排放装置6充分地挤压在那里时，在可更新炉膛的退化部分9a的表面上形成了凸起部分17a。特别是，当排放装置6的刀片的前缘部分被如上所述损坏时，凹陷部分和凸起部分易于在退化部分的表面上形成。
在金属铁Fe和炉渣Sg被排放装置6排放后，可更新炉膛的退化部分9a通过由炉膛材料送料装置5送入炉膛材料到可更新炉膛的退化部分9a上而被更新。在这种情况下，提供在可更新炉膛的退化部分上的新的可更新炉膛的厚度不专门限制，炉膛材料的送入量可以根据炉膛的退化程度而任选地变化，例如，可以送入一种炉膛材料Hm从而获得2mm或者更大的厚度。另外，例如，取决于退化的程度，炉膛材料Hm可以由炉膛材料送料装置15仅仅送入到凹陷部分16a上。然而，在上述的情况下，需要精确地控制，另外，仅仅通过送入炉膛材料Hm很难理想地平滑凹陷部分。
另外，甚至当炉膛材料Hm由炉膛材料送料装置15送入(连续地或者间断地)到可更新炉膛表面上时，凹陷部分和凸起部分(凹陷部分16b，凸起部分17b)仍然保留在新形成的可更新炉膛的表面上。
因此，在本发明中，在可更新炉膛重新形成后，在送入原料烧结矿之前，平整这样形成的可更新炉膛的表面由可更新炉膛平整装置12(16c，17c)完成。
下面将参考图9描述可更新炉膛平整装置12的具体操作。图9(A)和(B)中的附图标记20代表相同的部分，(A)是说明平整操作之前的状态示意图，(B)是说明平整操作之后的状态示意图。
可更新炉膛平整装置12不专门限制，只要其具有平整可更新炉膛表面的平整功能即可，例如，可以使用沿相交方向布置的一系列平板，或者也可以使用和排放装置6相同的设备。其特定的结构在例如在USP6,251,161中公开。在本发明的情况下，在USP6,251,161中公开的排放装置被用作可更新炉膛平整装置12。该设备沿着与可更新炉膛的移动方向相交的方向移动加入的炉膛材料，从而填充其上的凹陷部分。
图9(A)所示的凹陷和凸起部分是残存在新形成的可更新炉膛表面上的凹陷和凸起部分(16b，17b)。当可更新炉膛平整装置12的刀片的前缘部分被布置在炉膛材料Hm中的随意深度处时，出现在刀片前缘部分上侧的炉膛材料被阻塞在刀片的前缘部分12b处，被隆起以作为可更新炉膛平整装置12附近的过剩的炉膛材料Hm，因此，当在刀片前缘12b附近移动时，凹陷部分16b被过剩的炉膛材料Hm(16c)填充。另一方面，由于凸起部分17b被挤压低于刀片(17b)的前缘部分，可更新炉膛的表面能够被可更新炉膛平整装置12(B)平滑。在这种情况下，由于可更新炉膛的新形成的表面由粒状的炉膛材料组成，当只有它的表面被平整时，可更新炉膛平整装置12的刀片前缘部分可以由柔性材料制成，刀片前缘部分的宽度12a可以降低，或者它的深度可以被调整得更浅。另外，为了压实可更新炉膛表面上的粒状的炉膛材料，可更新炉膛平整装置12的刀片前缘部分在入口侧可以有90°或者更大的倾角，刀片前缘部分的宽度12a可以增加，或者它在垂直方向的位置可以被调整得更陡。USP6,251,161公开的排放装置被用作可更新炉膛的平整装置12是优选的，因为可更新炉膛在被平整时能够被压实。
如果可更新炉膛的表面不被压实，在某些情况下，当原料烧结矿G被送入到可更新炉膛上时，可更新炉膛可以被原料烧结矿的重量压实，以形成凹陷，因此，可更新炉膛表面的光洁度会丧失。因此，优选可更新炉膛被如上所述的可更新炉膛平整装置12压实。
另外，当可更新炉膛平整装置12的前缘部分和新形成的可更新炉膛之间的间隙被调整时，能够控制可更新炉膛的厚度。
在图6所示的结构的情况下，由于排放装置6的刀片的前缘部分位于稍微高于可更新炉膛的退化部分9a的位置，当炉膛材料被新送入时，一层新的可更新炉膛在可更新炉膛的退化部分上形成，因而恢复了可更新炉膛的功能。如上所述，当持续作业的同时送入炉膛材料到可更新炉膛的退化部分的表面上时，由于可更新炉膛本身的厚度增加，根据它的厚度，排放装置6、可更新炉膛平整装置12等可以被提高，从而各个前缘部分的位置被调整。另外，当可更新炉膛的厚度达到预定的高度，或者当经过预定的时间后，部分或者整个可更新炉膛可以通过降低排放装置6而被去除，如图7和图8所示。
下面将参考图7描述连续生产金属铁的同时部分可更新炉膛的退化部分被去除的例子。
图中所示的例子中，在送入原料烧结矿之前，能够更新的具有层状结构的可更新炉膛通过在上述的移动炉膛1上铺设粒状的炉膛材料而形成，在作业期间退化的部分可更新炉膛被去除，炉膛材料被重新送入以重新形成可更新炉膛，新形成的可更新炉膛的表面被平整。接着，送入原料烧结矿，从而生产金属铁。因此，排放装置6的刀片前缘部分被设置在可更新炉膛的退货部分的任选位置上，因此，部分可更新炉膛的退化部分(排放装置6的刀片前缘部分的上侧)和金属铁Fe(15)一起被排放。另外，伴随着上述的排放，出现在刀片的前缘部分上侧的炉渣17、金属铁(未示出)等和可更新炉膛的退化部分一起被排放。
在上述情况下，如同图6中所示的情况，尽管在可更新炉膛的退化部分上形成了凸起部分17a和凹陷部分16a，新形成的可更新炉膛的表面能够被可更新炉膛平整装置12(可更新炉膛平整装置12的具体操作等同于图6和图9里所示的操作)平整。
下面将参考图8描述连续生产金属铁的同时整个可更新炉膛的退化部分被去除的例子。
图中所示的例子里，在送入原料烧结矿之前，能够更新的具有层状结构的可更新炉膛通过在上述的移动炉膛1上铺设粒状的炉膛材料而形成，在作业期间退化的整个可更新炉膛被去除，接着炉膛材料被重新送入以重新形成可更新炉膛，新形成的可更新炉膛的表面被平整。接着，送入原料烧结矿，从而生产金属铁。因此，排放装置6的刀片的前缘部分被设置在可更新炉膛的退化部分下面的任选位置，可更新炉膛的退化部分和金属铁Fe(15)一起被排放。另外，伴随着上述的排放，出现在刀片的前缘部分上侧的炉渣17、金属铁(未示出)等同时被排放。
在这种情况下，由于未退化的可更新炉膛的新表面被暴露，恢复了可更新炉膛的功能，因此，能够继续进行金属铁的稳定生产。
由于熔融炉渣Sg渗透进入可更新炉膛的程度是变化的，如在图6里所示的例子那样，在上述的可更新炉膛的新暴露的表面上，在某些情况下，凸起部分17a和凹陷部分16a可以在可更新炉膛的退化部分处形成，取决于排放装置的刀片的位置；然而，在上述的情况下，可更新炉膛的新形成的表面被可更新炉膛平整装置12(可更新炉膛平整装置12的详细操作对应图6和图9里所示的操作)平整。另外，当排放设备的刀片被布置在更深的位置时，在某些情况下，金属铁Fe(16)和炉渣Sg(17)引起的凹陷和凸起部分可能不在可更新炉膛的新暴露表面上形成。然而，由于炉内部维持在高温下，当送入炉膛材料Hm到炉膛上时，通过炉里的气体的向上吹等，炉膛材料不能被均匀地送入到炉膛上，因此，在某种情况下，在可更新炉膛的新形成的表面上会形成凹陷和凸起。因此，在上述情况下，可更新炉膛的新形成的表面优选被如上所述的可更新炉膛平整装置12平整。
另外，根据被去除的退化部分的数量和炉膛材料Hm的送入量，由于可更新炉膛的厚度在某些情况下会降低，当可更新炉膛的厚度达到预定的值时，炉膛材料的送入量可以增加从而使其具有给定的厚度。
本发明的排放装置6的详细结构没有特殊的限制，可以使用任选的去除装置(未示出)。例如，可以使用刮刀或者螺旋型的排放装置。
而且，沿垂直方向移动排放装置6、可更新炉膛平整装置12、原材料平整装置8等的方法没有特殊的限制，起重器、液压或者汽压缸等可以用于实现控制。
在本发明里，根据可更新炉膛的特定退化程度或者操作条件，可更新炉膛的退化部分9a可以被去除。例如，图6～9里所示的结构可以任意地互相组合来完成该操作。另外，例如，不去除如图6所示的可更新炉膛的退化部分9a，在送入炉膛材料的同时连续操作，当可更新炉膛到达预定高度时，或者当预定时间过去后，可以由如图7和图8所示的排放装置6去除部分或者整个可更新炉膛。
另外，当可更新炉膛被排放装置6(图7和图8)连续去除的同时继续进行操作时，可更新炉膛的高度在某些情况下会被降低；然而，在上述情况下，当可更新炉膛的高度被降低到预定位置时，炉膛材料的送入量可以增加，因此可更新炉膛的高度再次具有初始设置的值。另外，一旦可更新炉膛的退化部分被去除，炉膛材料可以被重新送入，因此可更新炉膛的厚度再次具有预定的值。
当然，排放装置6的刀片的前缘部分可以被设置在移动炉膛1的附近，以便每次去除几乎整个可更新炉膛，炉膛材料可以由炉膛材料送料装置5送入，以形成可更新炉膛，原料烧结矿可以在可更新炉膛的表面由可更新炉膛平整装置12平整(优选在这个步骤中压实)之后送入；然而，在上述情况下，由于炉膛材料消耗量增加，作业成本增加。
当然，只要上述目的通过平整可更新炉膛而实现，除了上面作为例子所述的那些方法外，可以使用任何方法。
作为炉膛材料，粉末状的含碳材料可以使用，作为含碳材料，例如，可以提到的有煤(硬煤、烟煤、次烟煤、褐煤等)、改良煤、石油焦炭或焦炭渣。
另外，如上所述，由于可更新炉膛暴露于炉中的高温下，并被熔融的炉渣渗透和腐蚀，可以使用对熔融的炉渣具有腐蚀抗力的高熔点材料作为炉膛材料。作为如上所述的炉膛材料，含有铝或镁的氧化物或者含碳化硅的材料可以作为例子提到；然而，具有相似性能的其它材料也可以使用。在本发明中，如上所述的炉膛材料可以单独使用或者组合使用。当可更新炉膛由含有具有如上所述的优越腐蚀抗力的高熔点材料的炉膛材料形成时，可以减缓由熔融炉渣的腐蚀引起的可更新炉膛的退化，炉膛材料的消耗量被减少，结果，可以增加设备的作业率。
而且，当炉膛材料是含有具有腐蚀抗力的高熔点材料和含碳材料时，含碳材料在渗碳和熔化过程中被燃烧消耗掉，另外，可更新炉膛被烧结以形成具有适宜强度的多孔结构。当上述的多孔结构形成时，由于能够抑制可更新炉膛的损坏和膨胀，能够防止由于退化和膨胀部分的去除而形成的相对大的凹陷的形成。另外，可更新炉膛具有多孔结构是优选的，因为，可更新炉膛的排放能够容易地由排放装置6完成，能够减少排放装置6的刀片的前缘部分的损坏。特别是，更优选煤被用作含碳材料。其中的原因是，由于煤里的灰有效地作为粘结剂，把炉膛材料(高熔点材料)颗粒彼此粘结，当送入原料烧结矿时，或者金属铁产品和炉渣Sg被排放时，可更新炉膛变得具有适宜的强度。另外，当主要期望包含在煤中的灰的粘结剂效果时，不限于如下所述的含碳材料的组成比，可以选择具有所期望的粘结剂效果的组成比。
当高熔点材料和含碳材料被混合在一起时，高熔点材料和含碳材料的组成比不专门限制；然而，当含碳材料数量小时，由于可更新炉膛不能被满意地形成以具有多孔性，抑制由熔融炉渣渗透引起的损坏和膨胀的效果以及去除可更新炉膛的退化部分9a的容易程度被降低了。另一方面，当含碳材料数量过多时，由于不能得到预定的可更新炉膛强度，由于原材料快G的重量会形成凹陷，或者熔融炉渣的渗透易于发生。另外，由于含碳材料被炉里的燃烧消耗掉，炉膛材料必须不断地送入，结果，由于成本增加，这不是优选的。高熔点材料与含碳材料的比例优选推荐为在20∶80～80∶20之间，更为优选地，在70∶30～30∶70之间。
另外，在本发明里，为了减少金属铁Fe(15)里的硫的数量，例如石灰石或者白云石的作为CaO来源或者MgO来源的材料可以与炉膛材料一起混合，或者可以被供给到原料烧结矿G的表面上。
另外，在本发明里，炉膛材料可以包含烧结促进剂。优选烧结促进剂被混和在炉膛材料中，因为能够得到上述的把高熔点材料颗粒彼此粘结的粘结剂效果。作为烧结促进剂，硅石化合物例如高岭土可以作为例子被提到；然而，只要具有粘结剂效果，也可以使用另外的材料。
烧结促进剂的组成比不专门限制，只要其具有粘结效果，通常，它的含量为大约3～15％。由于作为例子提到的上述的硅胶化合物对熔融炉渣具有较低的腐蚀抗力，在炉膛材料中混和大量硅胶化合物不是优选地。
包含在炉膛材料里的高熔点材料、含碳材料和烧结促进剂的颗粒直径不专门限制；然而，为了抑制熔融炉渣的渗透和保持下述的适当平衡关系，即能够承受原料烧结矿送入操作和金属铁产品和炉渣的排放操作的强度，与去除可更新炉膛的退化部分的容易性之间的平衡，推荐的是优选平均颗粒直径为4mm或者更小，更优选2mm或者更小。
如图6～9所示，在送入原料烧结矿之前，含有粉末状含碳材料的气氛调节剂10被铺设在可更新炉膛9上，从而形成层状的结构，然后将原料烧结矿送入其上。通过从气氛调节剂送料装置7送入气氛调节剂10，随着在原料烧结矿G附近的由含有CO2或H2O的氧化燃烧器燃烧气体引起的还原气氛的退化(degradation)被抑制，能够有效地完成原料烧结矿G的还原、渗碳和熔化，另外，由于残余在熔融炉渣里的FeO的数量减少，能够抑制它渗透进入可更新炉膛和腐蚀。而且，由于在提高了在原料烧结矿G附近的还原气氛之后在炉里燃烧，气氛调节剂也作为燃料，因此能够减少燃料例如天然气的消耗量。另外，除了抑制熔融炉渣渗透进入可更新炉膛，气氛调节剂允许金属铁Fe和炉渣Sg容易地从可更新炉膛分离，因此，将它排放到炉外面能够更加顺利地完成。
作为上述的气氛调节剂，例如，可以提到粉末状煤(硬煤、烟煤、次烟煤、褐煤等)、粉末状改良煤、粉末状石油焦炭或焦炭煤屑。气氛调节剂的厚度不专门限制；然而，为了有效地获得提高在原料烧结矿G附近的还原气氛的效果或流畅地排放金属铁和炉渣的效果，相当小的厚度可以工作得很好，通常，即使当该厚度大约为1～10mm时该目的可以令人满意地实现。另外，由于在炉里被燃烧消耗，优选的是，气氛调节剂被连续地送入。
气氛调节剂的平均颗粒直径不专门限制；然而，推荐的是，平均颗粒直径优选为5mm或者更小，更为优选地，为2mm或者更小。
另外，在本发明里，为了减少金属铁Fe(15)里的硫的数量，诸如石灰石或者白云石的材料(其被用于CaO来源或者MgO来源)可以与气氛调节剂一起混合。
另外，当适宜数量的炉膛材料被混和到气氛调节剂中时，由于能够得到恢复可更新炉膛的退化部分的功能的效果，作为一种简单的方法，推荐这种混和。混和在气氛调节剂中的炉膛材料通过炉膛的旋转被移动到排放装置6，并被排放装置挤压到可更新炉膛的表面层里，因而恢复可更新炉膛的功能。通常，炉膛材料与气氛调节剂的组成比例优选为30∶70％。当炉膛材料的组成比太小时，恢复可更新炉膛的退化部分的效果降低，当炉膛材料的组成比太大时，气氛调节的效果降低。炉膛材料在气氛调节剂里的混和并不总是需要的，可以仅在可更新炉膛的退化部分的功能被恢复时实施。而且，根据上述的方法，炉膛材料和气氛调节剂能够通过共用的送入设备送入，由于能减少设备成本和安装空间，因此它是优选的。
在送入原料烧结矿之前，含有粉末状含碳材料的气氛调节剂被气氛调节剂送料装置送入到可更新炉膛9上。送料位置不专门限制，气氛调节剂可以与原料烧结矿同时送入或者在其送入之前从与原料烧结矿送料位置不同的位置送入。由于排放装置6的刀片的较低边缘总是与由含有例如氧化铝或氧化镁的高熔点材料的炉膛材料形成的可更新炉膛的表面接触，该刀片磨损很严重。然而，通过送入气氛调节剂，以形成厚厚的一层，由于在还原和熔融之后的排放步骤里残余(薄膜)部分气氛调节剂，当刀片的前缘部分与气氛调节剂层接触时，刀片的寿命与可更新炉膛被直接去除的情况下的寿命相比增加了，因而增加了设备的作业率。当然，当能由气氛调节剂形成一层厚膜时，它的送入可以由气氛调节剂送料装置7完成；然而，根据炉膛的移动速度，足以得到上述效果的气氛调节剂的数量可以不是一次送入，因此，它的送入优选分两次完成，第一次送入和第二次送入的气氛调节剂的组分可以彼此相同也可以彼此不同。在送入分两次完成的情况下，气氛调节剂被送入的位置不专门限制，气氛调节剂可以与原料烧结矿同时送入或者在它的送入之前或之后从与原料烧结矿送入位置不同的位置送入。
当炉渣渗透的程度增加时，可更新炉膛的退化继续发生，在冷却区域中，过度生长的金属铁不能被充分冷却和固化，因此熔融铁本身到达排放装置。在这种情况下，通过排放装置把过度生长的金属铁排放到炉外面变得很困难，结果，在某种情况下作业不能继续。在这种情况下，当通过在可更新炉膛表面提供冷却剂而使熔融铁能够固化时，熔融铁能够被排放，因此，作业得以继续。作为本发明的冷却剂，除了液体和气体，高熔点材料例如氧化铝或氧化镁也可以使用。例如，通过送入含有高熔点材料例如氧化铝或氧化镁的炉膛材料到熔融铁部分，熔融铁可以被冷却和固化。另外，通过安装喷水设备，以提供水到熔融铁部分，熔融铁可以被冷却和固化。
当可更新炉膛的退化部分被如上所述去除时，根据可更新炉膛的条件，在某种情况下去除可能不容易完成；然而，在这种情况下，当可更新炉膛被软化时，去除能够顺利地完成。软化可更新炉膛的方法不专门限制，例如，可以提到一种方法，其中，燃烧器燃烧量增加，以提高炉的温度，因此可更新炉膛的温度被提高以进行软化；或者提供一种方法，其中，安装燃烧器，其被专门用于直接加热可更新炉膛，从而使其温度增加以进行软化。在这个步骤中的可更新炉膛的温度不专门限制，可以根据可更新炉膛的性能任选地设置。然而，在可更新炉膛的退化部分处，其中炉渣的渗透继续发生，所述温度优选地在1300～1550℃范围之内，更为优选地，在1450～1550℃范围之内。
作为另一种方法，软化可以通过给可更新炉膛提供具有降低可更新炉膛熔点效果的添加剂完成。作为上述的添加剂，例如，可以提到氧化钙、氧化钠、碳酸钠或者氟化钙。
在移动炉膛和可更新炉膛之间，或者在该可更新炉膛和设置在其上的可更新炉膛之间，如粉末状含碳材料之类的碳材料被铺设以形成层状的含碳层，去除可以通过降低排放装置的刀片的前缘部分到含碳层的可选位置而完成。由于含碳层保持粉末特性，设置在上述层上的可更新炉膛能够被容易地从那里去除。
根据上述的本发明，能够显著增加炉膛的作业率，因此，能够实现金属铁的长期稳定的生产。
由上所述，小球状的原料烧结矿被描述为原材料的混合物；然而，当粉末被用作原材料的混合物时，也能得到上述的本发明的优点。
此后，将参考例子详细描述本发明；然而，本发明并不限制于下面所述的例子，应该理解的是在不背离上述的和下面的目的的情况下进行的任何变体被包括在本发明的技术范围中。
例子例子1通过把含有铁矿石和煤的烧结矿(直径约为16mm)送入到如图1所示的移动炉膛还原熔化炉中来生产金属铁。将炉气氛温度控制在大约1350℃下进行固体还原，直到金属化率达到大约90％或者更高，接着，在熔化区域(气氛温度在大约1450℃)执行熔化，这样生产的金属铁和副产品炉渣被冷却到大约1000℃以固化，然后被排放装置排放到炉外面(从原材料送入到排放大约12min)。这样得到的粒状的金属铁(直径大约10mm)具有高铁特性(大约97％的铁组分，大约3％的碳组分)。
在送入烧结矿之前，通过使用炉膛材料送入装置5把炉膛材料铺设到炉膛上以形成层状的厚度为15mm的可更新炉膛，之后，在炉膛的宽度方向，可更新炉膛被可更新炉膛平整装置12压实，同时被平整，因此可更新炉膛的表面高度变得均匀。接着，在气氛调节剂(材料煤)被铺设到可更新炉膛上后，通过送入烧结矿到形成的气氛调节剂层而执行操作。在还原和熔化后，通过冷却和固化得到金属铁等，然后通过配置在最下游侧的排放装置回收。另外，在作业起动的24小时之后，排放装置的刀片(下边缘部分)被布置在距离可更新炉膛的表面2mm的位置处，部分可更新炉膛的退化部分与金属铁一起被排放。在排放之后，新的炉膛材料通过炉膛材料送料装置5送入，重新形成一层厚度为3mm的可更新炉膛，在被与排放装置的刀片布置在相同高度的可更新炉膛平整装置12的刀片的前缘部分平整的同时，可更新炉膛的表面被压实，以使可更新炉膛的厚度为15mm。当可更新炉膛的作业每天进行一次时，能够在预定的时间周期(例如从作业起动开始三个星期)内完成稳定的连续作业。在作业周期中，在可更新炉膛的表面上不形成凹陷和凸起。
对比例子除了可更新炉膛的表面未被可更新炉膛平整装置12平整外，以与上述例子相同的方式生产金属铁，考察了作业状态。凹陷和凸起在可更新炉膛表面上形成，可更新炉膛易于被炉渣渗透和腐蚀，金属铁的生产效率低于例子1里的情况，可维修性能也较低，因此必须更为频繁地实施可更新炉膛的修理。
权利要求
1.一种生产金属铁的方法，其中，包括含碳还原剂和氧化铁的混合物被送入到移动炉膛还原熔化炉的炉膛上，接着被加热，从而氧化铁被还原和熔化，之后，得到的金属铁被冷却，然后被排放到炉外面进行回收，该方法包括在送入混合物之前，在移动炉膛上铺设粒状的炉膛材料，以形成可更新的层状的可更新炉膛；去除在作业期间退化的部分或者整个可更新炉膛，然后重新送入炉膛材料，以重新形成一个可更新炉膛；平整新形成的炉膛的表面；接着送入用于生产金属铁的混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述退化包括可更新炉膛的固化。
3.一种生产金属铁的方法，其中，包括含碳还原剂和氧化铁的混合物被送入到移动炉膛还原熔化炉的炉膛上，接着被加热，从而氧化铁被还原和熔化，之后，得到的金属铁被冷却，然后被排放到炉外面进行回收，该方法包括在送入混合物之前，在移动炉膛上铺设炉膛材料，以形成可更新的层状的可更新炉膛；在作业期间退化的可更新炉膛的表面上送入炉膛材料，以形成一个新的炉膛表面；平整所述新的炉膛表面；接着送入用于生产金属铁的混合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于炉膛材料被送入，以填充在退化的可更新炉膛的表面上形成的凹陷。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于所述平整包括沿着与移动炉膛的移动方向相交的方向移动所送入的炉膛材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于在排放后残留的金属铁和/或炉渣沿着移动方向伴随所述移动被排放。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于可更新炉膛的厚度被调整。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于在可更新炉膛被平整后，在送入混合物之前炉膛材料被进一步送入以完成所述更新。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于炉膛材料包括含碳材料。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于炉膛材料包括对所产生的炉渣具有腐蚀抗力的高熔点材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于高熔点材料包括包含氧化铝和/或氧化镁的氧化物或者碳化硅。
12.根据权利要求10或者11所述的方法，其特征在于炉膛材料进一步包括含碳材料。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的方法，其特征在于炉膛材料进一步包括被用作氧化钙来源或者氧化镁来源的材料。
14.根据权利要求9～13中的任一项所述的方法，其特征在于炉膛材料进一步包括烧结促进剂。
15.根据权利要求1～14中的任一项所述的方法，其特征在于冷却通过提供冷却剂或者炉膛材料来进行。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当退化的可更新炉膛被去除时，可更新炉膛被软化然后被去除。
17.根据权利要求1～16中的任一项所述的方法，其特征在于在送入混合物之前，包含有粉末状含碳材料的气氛调节剂被铺设在已经被更新的可更新炉膛上，以形成层状的结构，随后混合物被送入。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于气氛调节剂包括被用作氧化钙来源或者氧化镁来源的材料。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于炉膛材料被混和在气氛调节剂中。
20.根据权利要求17～19中的任一项所述的方法，其特征在于气氛调节剂被送入两次或者更多次。
21.根据权利要求1～20中的任一项所述的方法，其特征在于在移动炉膛和可更新炉膛之间，或者在形成可更新炉膛的多个层的各个层中，存在着包含粉末状含碳材料的层。
22.根据权利要求1～21中的任一项所述的方法，其特征在于当炉膛表面被平整时，炉膛材料被压实。
全文摘要
一种生产金属铁的方法，其中，包括含碳还原剂和氧化铁的混合物被送入到移动炉膛还原熔化炉的炉膛，接着被加热，以使氧化铁被还原和熔化，之后，得到的金属铁被冷却，然后被排放到炉外面进行回收。在上述的方法中，即使当粉末状金属铁被挤进炉膛表面中时，或者炉膛被炉渣渗透和腐蚀所损坏时，也能容易地进行去除和修理，可提高炉膛的作业率和可维护性，因此，能够进行长期连续的作业。通过以下几个步骤生产金属铁在送入原料烧结矿之前，在移动炉膛上铺设粒状的炉膛材料以形成可更新的层状可更新炉膛；去除作业期间退化的部分或者整个可更新炉膛，然后重新送入炉膛材料，以形成一个新的可更新炉膛；平整新形成的炉膛的表面；接着送入混合物。
文档编号C22B1/20GK1738915SQ20048000219
公开日2006年2月22日 申请日期2004年1月16日 优先权日2003年1月16日
发明者菊池晶一, 津下修, 吉尔伯特·尤尔德·惠滕, 布赖恩·威廉·弗尔克 申请人:株式会社神户制钢所