CN101978079B

CN101978079B - 熔融铁制造方法

Info

Publication number: CN101978079B
Application number: CN2009801101793A
Authority: CN
Inventors: 立石雅孝; 杉立宏志; 藤本英明
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP5438346B2; JP2009256794A; US20110011209A1; CN101978079A; US8475561B2; WO2009119604A1

Abstract

一种熔融铁制造方法，使用铁浴式熔融炉来熔融原料铁源而制造熔融铁，所述熔融炉在炉的上部具有顶吹喷枪，在炉底具有底吹风口，在炉侧的下部具有出炉口，所述熔融铁制造方法具有：熔融工序，一边从所述底吹风口向存在于所述熔融炉内的熔池吹入惰性气体而搅拌该熔池，一边向所述熔融炉中装入所述原料铁源、含碳材料和造渣材料，且从所述顶吹喷枪顶吹含氧气体，以便通过所述含碳材料和/或所述熔融铁中的碳燃烧产生的燃烧热来熔融所述原料铁源而生成所述熔融铁和熔渣，其中，所述熔融工序具有：至少一个出铁出渣工序，在所述熔融炉保持生成所述熔融铁时的姿势的情况下，从所述出炉口排出所述熔融铁和所述熔渣，在所述出铁出渣工序中，通过继续或中断所述熔融铁的生成，且通过继续所述含氧气体的顶吹，将炉内的熔融铁温度保持在预先设定的最低熔融铁温度以上。

Description

熔融铁制造方法

技术领域

本发明涉及在铁浴式熔融炉中，通过熔融例如固体还原铁、废钢等的原料铁源来制造熔融铁(铁水)的方法。

背景技术

在铁浴式熔融炉中，熔融铁是通过氧气吹炼，燃烧铁水中的碳和/或供给到炉内的含碳材料，熔融原料铁源而被制造的。将炉内蓄积的熔融铁取出到炉外的方式有分批式和连续式，但各方式均留有以下问题点，尚不存在确立的方式。

<现有技术1>

历来，大量提出有作为铁浴式熔融炉，使用了转炉型的熔炉的方式(例如参照专利文献1)。但是，使用转炉型的铁浴式熔融炉时，存在如下问题。即：因为转炉型的铁浴式熔融炉排出熔融铁和熔融炉渣(以下，有时仅称为“熔渣”)时，需要停止氧气吹炼(即，中止熔融铁的制造)且需要倾动炉体，所以，该吹炼的停止造成熔融铁的生产率降低。此外，还存在如下问题。即：出铁中从炉体表面向外部空气扩散造成的热损失会引起炉内熔池温度的降低，因此，当实施下一次的吹炼时，就需要在原料铁源装入前进行使该温度降低部分得以恢复的升温操作，该升温操作使熔融铁的生产率进一步降低。

<现有技术2>

另一方面，作为铁浴式熔融炉，公开有一种连续出铁式的熔融炉，其在炉底侧部形成有出铁出渣口，并且在该出铁出渣口的前面设有被称为所谓前炉的耐火物结构体，在该耐火物结构体(前炉)内部，形成有从上述出铁出渣口顺着出铁槽直通到出铁位置的连续出铁用的通路(参照专利文献2)。但是，这样的连续出铁式的熔融炉存在如下问题。即：从前炉到出铁槽之间的热损失大，需要辅助燃烧器的加热等；另外，在例如因原料供给设备或氧供给设备等所发生的设备故障而熔融吹炼被中断的情况下，从前炉到出铁槽之间会有铁水或熔融炉渣的凝固及堵塞，导致复原时需要投入极大的时间和费用。另外，因为铁水不是分批而是连续地排出，所以，如果采用铁水包来接取在分批工序的后段、即炼钢工序中所需要的铁水量时，则花较长时间，从而不能忽视初期排出的铁水的温度下降，在最坏的情况下，铁水有可能在铁水包内凝固。

专利文献1：日本特公平3-49964号公报

专利文献2：日本特开2001-303114号公报

发明内容

本发明鉴于上述问题而做，其目的在于，提供一种熔融铁制造方法，其是使用铁浴式熔融炉，以含氧气体带来的铁水中的碳和/或供给到炉内的含碳材料的燃烧热来熔融原料铁源，从而制造熔融铁的方法，既能够防止出铁出渣时的温度降低造成的熔融铁和熔融炉渣的固化等的故障，又能够稳定提高熔融铁的生产率。

本发明人为了解决上述问题，当进行出铁及出渣时，不像上述现有技术1的转炉型那样使炉体倾动，而是仍使炉体保持与熔融铁生成时相同的姿势来进行出铁及出渣。但是，如上现有技术2所述，连续出铁出渣的技术性课题很多，被判断为实用化困难，因此决定采用以高炉进行的间歇式出铁及出渣的方式。另外，为了一边防止出铁出渣时的温度降低造成的熔融铁和熔融炉渣的固化等的故障，一边提高熔融铁的生产率，本发明人认为在出铁及出渣中仍继续吹入含氧气体(吹炼)为有效，经过使用了实验炉的熔融实验的验证，完成了如下的发明。

本发明提供一种熔融铁制造方法，该熔融铁制造方法使用铁浴式熔融炉来熔融原料铁源而制造熔融铁，所述熔融炉在炉的上部具有顶吹喷枪(lance)，在炉底具有底吹风口(tuyere)，在炉侧的下部具有出炉口(taphole)，所述熔融铁制造方法具有：熔融工序，一边从所述底吹风口向存在于所述熔融炉内的熔池(melt)吹入惰性气体而搅拌该熔池，一边向所述熔融炉中装入所述原料铁源、含碳材料和造渣材料，且从所述顶吹喷枪顶吹含氧气体，以便通过所述含碳材料和/或所述熔融铁中的碳燃烧产生的燃烧热来熔融所述原料铁源而生成所述熔融铁和熔渣，其中，所述熔融工序具有：至少一个出铁出渣工序，在所述熔融炉保持生成所述熔融铁时的姿势的情况下，从所述出炉口排出所述熔融铁和所述熔渣，在所述出铁出渣工序中，通过继续或中断所述熔融铁的生成，且通过继续所述含氧气体的顶吹，将炉内的熔融铁温度保持在预先设定的最低熔融铁温度以上。

本发明的目的、特征、详情和优点，根据以下的详细说明和附图变得更加明白。

附图说明

图1是表示实施方式的铁浴式熔融炉的概略结构的纵剖面图。

图2是模式化地表示铁浴式熔融炉内的熔渣层近旁的含碳材料的分布状况的纵剖面图。

图3是表示出铁出渣中的炉内的铁水液面的高度位置的随时间变化的曲线图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。另外，本发明不受本实施方式的任何限制。

(铁浴式熔融炉的结构)

图1中显示本发明的一个实施方式的铁浴式熔融炉的概略结构。本实施方式的铁浴式熔融炉1是竖型反应炉，在铁浴式熔融炉1的上部所设的炉口2上连接有排气管道3。铁浴式熔融炉1具有装料斜槽(chute)4和在吹炼时从炉口2插入炉内的顶吹喷枪5。另外，在炉内6设有多个底吹风口7，在炉侧8的下部设有出炉口9。装料斜槽4用于作为原料的原料铁源B、含碳材料C和/或造渣材料D的装入。顶吹喷枪5用于含氧气体E的供给，底吹风口7用于惰性气体A的供给。出炉口9用于熔融铁的排出(即，出铁)和熔渣的排出(即，出渣)。

铁浴式熔融炉(以下，有时仅称为“炉”)1的炉口2和排气管道3的连接优选以如下方式进行：用可升降地设于该排气管道3的下端部的裙板(skirt)10覆盖该炉口2的上方，并使该裙板不要与所述炉口2密着。由此，炉内压力变动时，通过使裙板10升降而调整其与炉口2的间隙，从该间隙将炉内气体的一部分排放到大气中或吸引大气，从而能够抑制炉内压力的变动，因此能够更确实地防止会对炉内压力变动造成影响的熔渣起泡的发生。还有，如后述，将排气作为燃料气体进行有效利用时，若吸引大气则可能引起排气的热量降低，但通过以如下方式进行控制，即通过吸引大气而使炉内压力马上稳定化，并使卷入到排气中的空气量自动地减少，则排气的热量降低基本上不构成问题，能够稳定地回收高热量的排气。

另外，通过采用使用了上述可升降的裙板10的连接方式，即使在万一有熔渣异常起泡而从炉口2溢出那样的情况下，也只是从裙板10与炉口2的间隙漏到炉外，因此，仍可以得到能够避免例如排气系统的堵塞或损伤等更严重的设备损伤的效果。

还有，优选在排气管道中设置例如未图示的废热锅炉，由此可以回收高温排气的显热，并且由于显热被回收后的排气高浓度地含有一氧化碳气体(以下，有时称作“CO气体”)，因此在对其进行除尘后作为燃料气体可以有效利用。

以下，分为使用该铁浴式熔融炉1熔融原料铁源B而生成熔融铁和熔渣的熔融工序，和从该炉排出在熔融工序中所生成的熔融铁和熔渣的出铁出渣工序，并按顺序进行说明。

[熔融工序]

一边从多个底吹风口7向铁浴式熔融炉1内的熔融铁层11中吹入例如氮气等惰性气体A来对熔融铁层11进行搅拌，一边将例如固体还原铁等的原料铁源B、例如煤炭等含碳材料C、以及例如生石灰、轻烧白云石等造渣材料D一起，经由例如利用重力落入方式的装料斜槽4，自铁浴式熔融炉1的上方装入炉内，并且从设于顶吹喷枪5的下端部的喷射口吹出例如氧气等含氧气体E，从而使熔融铁11中的碳和/或含碳材料C燃烧。利用该燃烧热熔融固体还原铁(原料铁源B)，生成熔融铁11。这时，还生成熔渣。

作为惰性气体A，除了氮气以外，还可列举氩气(Ar)、一氧化碳气体(CO)、二氧化碳气体(CO₂)等。各惰性气体A可以单独使用，也可以使用将两种以上加以组合的混合气体。

为了充分搅拌熔融铁层11并确保固体还原铁(原料铁源B)的熔融速度，底吹用的氮气(惰性气体A)的流量优选在0.02～0.20Nm³/(min·t一熔融铁层)的范围内进行调整。

作为原料铁源B，除了固体还原铁以外，还可列举废铁、氧化铁皮(millscale)等。各原料铁源B可以单独使用，也可以组合两种以上使用。

作为上述固体还原铁，可列举：将例如铁矿石、炼铁厂粉尘等的氧化铁源和例如煤炭等的碳质还原剂所构成的粉状混合物团块化而成为含碳氧化铁团块化物，使用例如回转炉床炉、直线炉、回转窑等的移动式加热还原炉进行加热还原而得到的固体还原铁；和现有的使用天然气来形成的固体还原铁(natural-gas solid reduced iron)等。将刚还原后的高温的这些固体还原铁，可以在实质上不进行冷却而仍保持热状态下，直接装入铁浴式熔融炉1，也可以一下子冷却至常温后，再装入铁浴式熔融炉1。从降低铁浴式熔融炉1的含碳材料消耗量的观点出发，希望使用金属化率为60％以上、优选为80％以上、更优选金属化率高达接近废铁的熔融热量的90％以上的固体还原铁。

作为含碳材料C，除了煤炭以外，还可列举焦炭、石油焦炭、木炭、木屑、废塑料、旧轮胎、回转炉床炉所使用的炉底含碳材料(包含炭化后的含碳材料)。各含碳材料C可以单独使用，也可以两种以上并用。

从防止炉内的异常的熔渣起泡，并且在出铁出渣时，使熔融炉保持熔融铁生成时相同的姿势，并以此状态不使之倾动而确实地排出熔渣的观点出发，优选：通过调整含碳材料C的装入时期和装入量，来如图2的模式图所示地，在熔融铁层11上所形成的熔融炉渣层12的上层部中形成使含碳材料C的一部分悬浮的含碳材料悬浮熔渣层13、和位于该含碳材料悬浮层13上且仅由含碳材料C构成的含碳材料被覆层14。

通过在熔渣层12的上层部形成如上所述的含碳材料悬浮熔渣层13，可以使含碳材料悬浮熔渣层13中的熔渣的(FeO)浓度降低，且使构成起泡的原因的CO气体气泡的生成速度降低，并且，借助存在于熔渣中的含碳材料，可使该CO气体气泡容易从熔渣层12中跑出，不易发生起泡。

此外，通过在含碳材料悬浮熔渣层13的上方形成含碳材料被覆层14，熔渣层12被含碳材料被覆层14保温，所以，可更确实地防止出渣时，熔渣在出炉口9内冷却固化的情况。因此，加上后述出铁出渣工序中的熔融铁温度的保持作用，不用倾动炉体以熔融铁生成时同一姿势的状态，不使在形成于含碳材料悬浮熔渣层13上方的含碳材料被覆层14中的含碳材料C流出，就可以进行顺畅、迅速的出渣作业。

为了形成含碳材料悬浮熔渣层13和含碳材料被覆层14并更确实地发挥其效果，在开始顶吹含氧气体E之前，优选在原料铁源B和造渣材料D的装入之前，先将含碳材料C装入到在炉内蓄积有作为初始熔池的熔融铁的铁浴式熔融炉1中。这是由于，从原料铁源B的熔融初期阶段，存在于熔融铁层11之上的含碳材料C立即在熔融炉渣层12的上层悬浮，会更确实地形成含碳材料悬浮熔渣层13。另外，即使含氧气体E的顶吹在继续中，为了有效地补充含碳材料悬浮熔渣层13和含碳材料被覆层14的含碳材料，也可以减少原料铁源B和造渣材料D的装入量或停止装入，而装入含碳材料C。

为了形成含碳材料悬浮熔渣层13和含碳材料被覆层14并更确实地发挥其效果，在开始排出熔融铁(出铁)时，还优选将含碳材料悬浮熔渣层13中的含碳材料和含碳材料被覆层14的含碳材料的合计量(即，炉内所残留的含碳材料的量)设定为，熔融炉渣层12中的每1000kg熔渣中有100～1000kg。这是由于，如果其为100kg以上，则含碳材料悬浮熔渣层13中的含碳材料的量增多，并且含碳材料被覆层14变厚，因此上述起泡防止效果和出渣作业的顺畅、迅速化的效果增大。另一方面，如果其为1000kg以下，则含碳材料被覆层14的含碳材料所造成的熔渣的卷入及加热造成的含碳材料(含碳材料被覆层14)的一体化被抑制，熔渣层12可得到充分地搅拌，所以，固体还原铁B向熔融铁层11中熔融的速度不会降低。上述含碳材料的合计量，更优选在熔融炉渣层12中的每1000kg熔渣中占150～500kg，特别优选为200～300kg。

在此，炉内所残留的含碳材料的量，例如可以通过从装入炉内的含碳材料的量中减去如下几项含碳材料的量的合计量来进行计算，即减去：固体还原铁中的未还原氧化铁的还原所使用的含碳材料的量；向所生成的熔融铁中渗碳所使用的含碳材料的量；由于顶吹氧气而燃烧了的含碳材料的量；作为粉尘飞散到排气中的含碳材料的量。另外，熔融炉渣层12中的熔渣量，例如可以通过如下方式计算：根据装入炉内的固体还原铁中的脉石量、含碳材料中的灰分量和造渣材料量算出熔渣生成量，再从该熔渣生成量中减去出渣的熔渣量。

还有，装入铁浴式熔融炉1的含碳材料C的粒度，优选平均粒径在2～20mm的范围。这是由于，如果为2mm以上，则容易抑制其向排气中的飞散。另一方面，如果在20mm以下，则熔渣层12的(FeO)浓度充分降低，另外向熔融铁层11中的渗碳速度上升。从进一步抑制向排气中飞散的观点出发，平均粒径更选为3mm以上，从进一步降低熔渣层12的氧化铁浓度，进一步提升向熔融铁层11中的渗碳速度的观点出发，平均粒径更优选为15mm以下。

还有，为了确保熔渣层12的流动性并且促进从熔融铁的脱硫，熔渣层12的碱度CaO/SiO₂(质量比)优选在0.8～2.0的范围内进行调整，更优选在1.0～1.6的范围内进行调整。

作为含氧气体E，除了氧气以外，还可以列举富氧空气。含氧气体E只要是达到如下程度的含有氧的气体即可：其能够使含碳材料C和/或熔融铁层11中的碳燃烧，并能够以此燃烧热熔融原料铁源。

从顶吹喷枪5供给的氧气(含氧气体E)的流量，优选以如下方式调整：使含碳材料C和/或熔融铁层11中的碳燃烧，以此燃烧热充分地熔融固体还原铁(原料铁源B)而生成熔融铁和熔渣。

另外，在简单化的计算式中，CO₂/(CO+CO₂)所代表的二次燃烧率，通过调节顶吹氧气的流量和/或顶吹喷枪5的高度而能够控制为推荐值(40％以下，更优选为10～35％，进一步优选为15～30％)，由此，不会使铁浴式熔融炉1的耐火物的热负荷过大，可以减少含碳材料的消耗量。

还有，通过从上方喷射氧气(含氧气体E)，熔渣层12受到搅拌作用，加上底吹氮气(惰性气体A)对熔融铁层11的搅拌作用，在熔融铁层11与熔渣层12的界面，固体还原铁B向熔融铁层11中的熔融及含碳材料C向熔融铁层11中的渗碳得到促进。在此，在形成含碳材料悬浮熔渣层13和含碳材料被覆层14的熔融铁制造方法中，由于含碳材料悬浮熔渣层13存在致使渗碳得到促进，因氧气吹炼造成的熔融铁的脱碳不会优先于向熔融铁水的渗碳，因此，与没有形成含碳材料悬浮熔渣层13和含碳材料被覆层14的熔融铁制造方法相比，可以进行碳浓度高的熔融铁的制造。

在形成含碳材料悬浮熔渣层13和含碳材料被覆层14的熔融铁制造方法中，熔融铁中的碳含量优选3质量％以上，更优选3.5～4.5质量％。随之而来的是，希望熔渣层12中的铁含量降低到10质量％的程度以下，更优选为5质量％的程度以下，进一步优选为3质量％的程度以下。通过使熔渣层12中的铁含量降低，从熔融铁层11的脱硫被促进，并且，因熔融FeO造成的炉内衬耐火物的熔损也得到抑制。

[出铁出渣工序]

如上述继续规定时间的熔融操作，在铁浴式熔融炉1内进行规定量(例如1次出炉量)的蓄铁和蓄渣。然后进行出铁及出渣(即，进行间歇的出铁及出渣)。具体来说，是与高炉的出铁出渣作业相同，不使铁浴式熔融炉1的炉体倾动，而是以保持熔融铁生成时的姿势的状态(例如使炉体竖立的状态)，直接用钻头开通出炉口9，首先将熔融铁排出，直至其液面达到出炉口9的水平高度。接着进行熔渣的排出。

在此，出铁及出渣中继续供给顶吹氧气(含氧气体E)，使炉内的熔融铁温度保持在预先设定的最低熔融铁温度以上。顶吹氧气(含氧气体E)的流量根据熔融铁的组成、温度和蓄铁量等会有所不同，但能够使炉内的熔融铁温度确保在上述设定温度以上而适宜进行调整即可。例如，可达到与出铁及出渣前相同的流量。另外，随着出铁出渣时间的流逝，可对应留在炉内的蓄铁量而减少流量，或对应留在炉内的熔融铁的温度降低而增加流量。

通过继续进行顶吹氧气(含氧气体E)的供给，从而利用使煤炭(含碳材料C)和/或熔融铁中的碳燃烧带来的燃烧热，能够抑制出铁及出渣中的炉内熔池的温度降低。

作为最低熔融铁温度，考虑到因出铁、出渣以及将熔融铁搬运到炼钢设备等而造成的温度降低，理想的是设定为例如1450℃，优选为1480℃，更优选为1500℃。

在上述出铁出渣中，除了继续顶吹氧气(含氧气体E)的供给以外，优选还继续装入煤炭(含碳材料C)。

通过继续装入煤炭(含碳材料C)，能够维持熔融铁中的碳浓度和悬浮在熔渣层12中的含碳材料的量。由此，能够在出铁出渣中抑制熔渣层的温度降低，能够更确实地防止出炉口9因熔渣固化造成的堵塞。另外，在出铁出渣结束之后再进行的固体还原铁(原料铁源B)的熔融过程中，含碳材料悬浮熔渣层13和含碳材料被覆层14的形成变得容易。

在上述出铁出渣中，除了继续顶吹氧气(含氧气体E)的供给和煤炭(含碳材料C)的装入以外，进一步优选还继续装入固体还原铁(原料铁源B)。

通过继续装入固体还原铁(原料铁源B)，即使在出铁出渣中也能够制造熔融铁。即，在出铁出渣中不装入固体还原铁(原料铁源B)时，熔融铁的生成被中断，但是通过在出铁出渣中仍继续从出铁出渣前开始进行的固体还原铁(原料铁源B)的装入，即使在出铁出渣中也能够继续熔融铁的生成。这样，可以进一步提高熔融铁的生产性。

在上述出铁出渣中，除了继续顶吹氧气(含氧气体E)的供给和煤炭(含碳材料C)的装入以外，另外优选还继续装入造渣材料D。此外，在上述出铁出渣中，除了继续顶吹氧气(含氧气体E)的供给、煤炭(含碳材料C)的装入和固体还原铁(原料铁源B)的装入以外，更进一步优选还继续从熔融工序开始进行的造渣材料D的装入。

通过继续装入造渣材料D，能够维持熔融炉渣的组成。由此，能够确实地进行熔渣流动度的确保、耐火物熔损的抑制和防止熔渣起泡的发生。

在此，在出铁出渣中仍继续装入固体还原铁(原料铁源B)时，通过将上述最低熔融铁温度设定为例如1450℃，能够将出铁出渣中的固体还原铁的装入速度维持在出铁出渣前的固体还原铁的装入速度，并以此状态进行出铁及出渣。但是，最低熔融铁温度更低时或蓄铁量小时，优选上述出铁出渣中的固体还原铁(原料铁源B)的装入速度，比该出铁出渣前的固体还原铁(原料铁源B)的装入速度小。

在出铁出渣中，因为炉内所保持的熔池量急速减少，所以，若将出铁出渣中的固体还原铁(原料铁源B)的装入速度维持得与出铁出渣前相同，则在热容变小的熔池中，比该熔池温度低得多的还原铁(原料铁源B)被大量装入，熔池的温度显示出急速降低的倾向(再说，因为在出铁出渣中仍继续着顶吹氧气的供给和煤炭的装入，所以认为，借助其燃烧热，熔池温度会恢复到原来的温度。但是，由于从气体向熔融物的导热速度比从固体向熔融物的导热速度要低，所以可以设想熔池温度的恢复会耗费时间)。因此，优选使出铁出渣中的固体还原铁(原料铁源B)的装入速度比不进行出铁出渣时的固体还原铁(原料铁源B)的装入速度有所降低，从而防止熔融铁层的温度降低。上述出铁出渣中的固体还原铁(原料铁源B)的装入速度的降低程度，根据铁浴式熔融炉1内的熔池保持量和出铁出渣速度等进行适宜调整即可，例如，其装入速度为不进行出铁出渣时的固体还原铁(原料铁源B)的装入速度的75％以下即可(参照后述实施例1、2)。

还有，从底吹风口7进行惰性气体A的吹入。

另外，在出铁出渣工序中，优选跟随铁浴式熔融炉1内的熔池表面的高度位置的变化来控制顶吹喷枪5下端的高度位置(喷枪高度)。喷枪高度可以使之连续地变化，也可以步进式地变化。

即，由于出铁及出渣降低熔池表面的高度位置，因此，若固定顶吹喷枪5下端的高度位置(喷枪高度)，则顶吹喷枪5下端和熔池表面的距离变大，炉内的氧气吹炼状态和燃烧状态变化，燃烧热的发生量和向熔池的导热量变化，熔池的温度将发生变动。因此，优选使顶吹喷枪5的下端的高度位置(喷枪高度)跟随熔池表面的高度位置的变化而下降，恒定地维持顶吹喷枪5下端和熔池表面的距离，尽可能使氧气吹炼状况和燃烧状态不发生变化。还有，在出铁出渣工序中，装入原料铁源制造熔融铁时，跟随熔池表面的高度位置上升或下降，使顶吹喷枪5下端的高度位置上升或下降即可。

就出铁出渣中的熔池表面的高度位置的变化而言，例如，可以基于在过去的出铁出渣工序中所测定的出铁量及出渣量、与从出铁出渣开始的时刻起所经过的时间之间的关系来进行预测。

图3是表示在出铁出渣工序中，关于炉内的铁水液面的高度位置随时间变化的曲线图。具体来说，是使用后述实施例的实验炉进行本发明的熔融铁制造方法时，在出铁出渣工序中，随时间测定从出铁开始时间起的出铁量(容量)，根据由该测定获得的出铁量和从出铁开始算起的需要时间的关系，以及根据实验炉的炉内形状，就炉内的铁水液面的高度位置计算时间上的变化，纵轴取炉内的液面高度，横轴取经过时间而绘制的曲线图。藉此能够控制顶吹喷枪5下端的高度位置(喷枪高度)。

也可以进行重量测定，即用称重传感器(load cell)测定出铁量，以之替代上述出铁量的容量测定。

或者，也可以用微波液位计等的液位计直接测量出铁出渣中的熔池表面的高度位置(液面高度)，基于该测量值控制上述顶吹喷枪下端的高度。

或者，也可以基于出铁出渣中从铁浴式熔融炉排出的气体的组成，控制顶吹喷枪下端的高度位置(喷枪高度)。

即，若顶吹喷枪5下端和熔池表面的距离变化，则炉内的吹炼状况和燃烧状态变化，排气组成、例如CO和CO₂浓度变化。因此，例如通过使排气中的CO浓度和/或CO₂浓度处于规定范围(例如CO浓度为20～25％)而控制喷枪高度，能够使炉内的吹炼状况和燃烧状态尽可能不发生变化。也可以基于二次燃烧率控制喷枪高度，替代CO浓度和/或CO₂浓度。

如上，即使在出铁出渣中，炉内的熔融铁温度仍被维持得很高，而且先前热容大的熔融铁被排出，因此出炉口9被充分地加温，即使其后才陆续排出熔渣，熔渣也难以被冷却，从而能够确实地防止因熔渣的固化造成的出炉口9的堵塞。

另外，当含碳材料开始混入熔渣中而从出炉口9被排出时，即：当含碳材料悬浮熔渣层13开始被排出时，结束熔渣的排出，这时用泥堵塞出炉口9即可。

另外，为了防止炉内气体从出炉口9喷出，优选炉内的压力设为常压(例如，以表压计设为自-1kPa至+1kPa的范围，优选设为自-500Pa至+500Pa的范围，更优选设为自-100Pa至+100Pa的范围)。

如上那样地，通过在熔融工序中反复进行出铁出渣工序，即，进行熔融和间歇式出铁及出渣，既可防止熔渣起泡，又不用使炉倾动，而是使炉以直立状态就可以进行顺畅且迅速的出铁出渣作业，即使在出铁出渣作业中，也可以继续进行吹炼，进而熔融各种原料，从而能够稳定提高熔融铁的生产率。

还有，在结束熔融铁的制造时，以熔融工序进行了规定量的蓄铁和蓄渣后，也可以中止含氧气体的顶吹，从出炉口9进行熔融铁的排出和熔渣的排出(出铁及出渣)。

(变形例)

上述实施方式中，作为铁浴式熔融炉1例示了非封闭结构的熔融炉，但并不限定于此，也可以使用封闭结构的熔融炉。

上述实施例中，展示的是只在一处设有出炉口9的例子，但随着炉耐火物的熔损，炉内底面水平高度会降低，因此优选在炉的高度方向上的多处设置出炉口。另外，也可以在炉的水平圆周方向上的多处设置出炉口9，例如设在180°的方向、90°的方向、120°的方向上。另外，出炉口9例示的只是共同用于熔融铁和熔融炉渣的排出，但在熔融炉渣的生成量多时，也可以设置专门用于排出熔融炉渣的出炉口。

上述实施方式中所示的示例是，铁浴式熔融炉1内所蓄积的熔融铁和熔渣的合计量(蓄铁量和蓄渣量)达到规定量时进行出铁及出渣，但也可以在铁浴式熔融炉1内所蓄积的熔融铁量(蓄铁量)达到规定量时进行出铁及出渣，也可以在铁浴式熔融炉1内所蓄积的熔渣量(蓄渣量)达到规定量时进行出铁及出渣。

上述实施方式中，作为向炉中装入含碳材料C及造渣材料D的方式，例示了依靠重力落入的方式，但例如也可以将其进行微粉碎并直接吹入熔渣层中的方式。但是，从抑制设备成本及操作成本的观点出发，优选依靠重力落入的方式。

上述实施方式中，例示了仅设置一根顶吹喷枪5的例子，但也可以根据炉的规模及形状等设置多根。

上述实施方式和下述实施例中，例示了作为熔池表面采用熔融铁层11的上表面的例子。但也可以采用熔融炉渣层12的上表面取代熔融铁层11的上表面。

实施例

以下，列举实施例对于本发明进行具体地说明。还有，本发明不受本实施例的任何限制。

为了确证本发明的效果，使用如下竖型反应炉实施了熔融固体还原铁的试验，该竖型反应炉在炉底具有底吹风口，在炉顶具有顶吹喷枪，在炉侧距炉底高0.4m的位置具有出炉口，其耐火物内径为2m，其炉内有效高度为2.6m。

作为原料铁源使用的是，用回转炉床炉对于以炼铁厂粉尘为氧化铁源料的含碳氧化铁球团进行加热还原，其后冷却至常温的表1所示成分组成的固体还原铁。在表1的粒径一行中，“+3.35mm、64％”表示，用筛眼3.35mm的筛子进行筛分后，留在筛上的还原铁的质量比率占还原铁总体的64％，“+6.7mm、75％”表示，用筛眼6.7mm的筛子进行筛分后，留在筛上的还原铁的质量比率占还原铁总体的75％，“+6.7mm、93％”表示，用筛眼6.7mm的筛子进行筛分后，留在筛上的还原铁的质量比率占还原铁总体的93％。作为含碳材料使用了表2所示的成分组成的焦炭粉。表2的粒度一行中的“+12mm”，是指以筛眼12mm的筛子对表2的焦炭粉进行筛分后，留在筛上的焦炭粉。作为造渣材料使用了生石灰及白云石。另外，作为从底吹风口中供给的惰性气体使用了氮气，作为从顶吹喷枪供给的含氧气体使用了氧气。

表1

表2

[实施例1]

首先，向竖式反应炉中装入启动用的初始熔池后，一边从底吹风口以15Nm³/hr的流量供给氮气而搅拌初始熔池，一边装入含碳材料50kg。然后，在继续供给氮气而使初始熔池搅拌的状态下，开始原料(表1所示的固体还原铁(1)、含碳材料、造渣材料)的装入，和从顶吹喷枪供给流量450Nm³/hr的氧气(吹炼)，进行了固体还原铁的熔融。由此，在炉内生成了熔融铁和熔渣，在熔渣层的上层部形成了含碳材料悬浮熔渣层和含碳材料被覆层。再说，熔融时的二次燃烧率运用上述简单化的计算式CO₂/(CO+CO₂)控制在20～30％。

接着，蓄铁量和蓄渣量达到一次出炉量后，开始了从出炉口出铁及出渣。出铁出渣中，使固体还原铁的装入速度降低到出铁出渣前的约35％，将造渣材料的装入量减少到出铁出渣前的约50％。另一方面，以等同于出铁出渣前的装入速度继续装入了含碳材料。另外，以等同于出铁出渣前的单位时间计的气体供给量继续供给了氧气和氮气。

在进行出铁及出渣中，基于图3所示的熔池表面的高度位置(液面高度)随时间的变化，每30秒调整了一次喷枪高度，使顶吹喷枪下端和铁水熔池表面的距离成为400～600mm。由此，跟随炉内的熔池表面的高度位置(液面高度)的变化，使顶吹喷枪下端和熔池表面的距离处于规定的范围内，如此进行了喷枪高度的控制。再说，之所以每30秒调整一次喷枪高度，是考虑到喷枪高度变更带来的炉内燃烧状态的变化相对应的响应性。

出铁出渣所需要的时间(从出炉口的开孔到封泥的时间)为8分钟，出铁出渣中的熔池温度为1504℃。

再说，出铁出渣中，因为炉内的压力以表压计控制在-60Pa左右，所以不只在熔融中，而且在出铁出渣中，炉内气体没有从出炉口喷出。

[实施例2]

将实施例1的出铁出渣结束后留在炉内的熔融铁作为初始熔池，与实施例1同样，进行了氮气的供给和含碳材料装入，接着开始了各原料(表1所示的固体还原铁(3)、含碳材料、造渣材料)的装入和吹炼，进行了固体还原铁的熔融。由此，在炉内生成了熔融铁和熔渣，在熔渣层的上层部形成了含碳材料悬浮熔渣层和含碳材料被覆层。实施例2的熔融时的二次燃烧率，也运用上述简单化的计算式CO₂/(CO+CO₂)控制在20～30％。

接着，蓄铁量和蓄渣量达到一次出炉量后，开始了从出炉口出铁及出渣。出铁出渣中，将装入的固体还原铁变更为表1所示的固体还原铁(2)，将其装入速度变更为出铁出渣前的约75％，除此以外均与实施例1相同，继续进行了其他原料的装入和吹炼。

另外，以出铁出渣中的排气中的CO浓度成为预先设定的CO浓度范围的方式，具体来说，使该浓度成为熔融中的CO浓度的95～105％的方式，每30秒调整了一次喷枪高度。由此，基于出铁出渣中从铁浴式熔融炉排出的气体的组成，进行了喷枪高度的控制。再说，之所以每30秒调整一次喷枪高度，与实施例1同样，是考虑到喷枪高度变更带来的炉内燃烧状态的变化相对应的响应性。

出铁出渣所需要的时间(从出炉口的开孔到封泥的时间)为8分钟，出铁出渣中的熔池温度为1493℃。

再说，出铁出渣中，与实施例1同样，因为炉内的压力以表压计控制在-60Pa左右，所以不只在熔融中，而且在出铁出渣中，炉内气体没有从出炉口喷出。

[比较例]

除了将实施例2的出铁出渣结束后留在炉内的熔融铁作为初始熔池以外，与实施例1同样，进行了氮气的供给和含碳材料的装入，接着开始了各种原料(表1所示的固体还原铁(1)、含碳材料、造渣材料)的装入和吹炼，进行了固体还原铁的熔融。由此，在炉内生成了熔融铁和熔渣，在熔渣层的上层部形成了含碳材料悬浮熔渣层和含碳材料被覆层。比较例在熔融时的二次燃烧率，也运用上述简单化的计算式CO₂/(CO+CO₂)而控制在20～30％。

在蓄铁量和蓄渣量达到一次出炉量的时刻，停止了原料(表1所示的固体还原铁(1)、含碳材料、造渣材料)的装入和吹炼。然后进行了出铁及出渣。出铁出渣所需要的时间(从出炉口的开孔到封泥的时间)为12分钟，但在这期间内熔池温度自约1500℃至约1400℃大约降低了100℃。从而，为了装入下一次的熔融铁制造用的原料，需要将熔池温度升温至1450℃以上。

作为熔池的升温操作，从顶吹喷枪约14分钟供给了氧气，然后以一直继续供给氧气的状态下，只进行了含碳材料的装入约19分钟，从而使熔池温度逐渐恢复至大约1450℃，达到能够装入固体还原铁和造渣材料的状态。

由实施例1、2和比较例可知，在出铁出渣中仍继续出铁出渣前开始进行的各原料的装入和吹炼情况(实施例1、2)，与在出铁出渣前停止各原料的装入和吹炼的情况(比较例)相比，出铁出渣所需要的时间被缩短至大约8分钟(是比较例中需要时间的约2/3)，出铁出渣中的熔池温度能够维持在1480℃以上。另外，不需要进行提高熔池温度的升温操作。

如以上详述，本发明提供一种熔融铁制造方法，该熔融铁制造方法使用铁浴式熔融炉来熔融原料铁源而制造熔融铁，所述熔融炉在炉的上部具有顶吹喷枪，在炉底具有底吹风口，在炉侧的下部具有出炉口，所述熔融铁制造方法具有：熔融工序，一边从所述底吹风口向存在于所述熔融炉内的熔池吹入惰性气体而搅拌该熔池，一边向所述熔融炉中装入所述原料铁源、含碳材料和造渣材料，且从所述顶吹喷枪顶吹含氧气体，以便通过所述含碳材料和/或所述熔融铁中的碳燃烧产生的燃烧热来熔融所述原料铁源而生成所述熔融铁和熔渣，其中，所述熔融工序具有：至少一个出铁出渣工序，在所述熔融炉保持生成所述熔融铁时的姿势的情况下，从所述出炉口排出所述熔融铁和所述熔渣，在所述出铁出渣工序中，通过继续或中断所述熔融铁的生成，且通过继续所述含氧气体的顶吹，将炉内的熔融铁温度保持在预先设定的最低熔融铁温度以上。

因为本发明在出铁出渣工序中也继续顶吹含氧气体，由此能够将炉内的熔融铁温度保持在预先设定的最低熔融铁温度以上，所以在出铁出渣时炉内的熔融铁温度被维持得高，可以防止从炉中排出的熔融铁和熔融炉渣的固化，并且可以在出铁出渣结束后立即进行原料铁源的熔融和/或实现熔融铁的增产，能够稳定提高熔融铁的生产率。

在所述熔融工序中，优选：当蓄积在所述熔融炉内的所述熔融铁和所述熔渣的合计量达到规定量时，开始所述出铁出渣工序。由此，出铁时可将具有规定的热容的熔融铁从出炉口排出，出炉口被充分地加温，因此能够更确实地防止出渣中因熔渣的固化造成的出炉口的堵塞，能够稳定地将规定量的熔融铁供给到下道工序。

在所述出铁出渣工序中，优选：还继续装入所述含碳材料。通过继续装入含碳材料，能够维持熔融铁中的碳浓度和悬浮在熔渣层中的含碳材料的量。由此，能够在出铁出渣中抑制熔渣层的温度降低，能够更确实地防止出炉口因熔渣固化造成的堵塞。另外，在出铁出渣结束之后的熔融过程中，含碳材料悬浮熔渣层和含碳材料被覆层的形成变得容易。

在所述出铁出渣工序中，优选：还继续装入所述造渣材料。通过继续装入造渣材料，能够调整熔融炉渣的组成，更确实地进行熔渣流动度的确保、耐火物熔损的抑制和防止熔渣起泡的发生。

在所述出铁出渣工序中，优选：还通过继续装入所述原料铁源来继续所述原料铁源的熔融。在出铁出渣工序中，仍继续装入原料铁源，即使在出铁出渣工序中，仍可以连续进行原料铁源的熔融，能够进一步提高熔融铁的生产率。

在所述出铁出渣工序中继续装入所述原料铁源的情况下，优选：所述出铁出渣工序中的所述原料铁源的装入速度，比在所述熔融工序中的所述出铁出渣工序之前装入的所述原料铁源的装入速度小。由此，能够防止出铁出渣中的熔池温度的急剧降低。

从抑制出铁出渣时的熔池温度的变动的观点出发，优选：所述顶吹喷枪在其下端部具有喷射口，并且，在所述出铁出渣工序中，跟随所述熔融炉内的熔池表面的高度位置的变化来控制所述顶吹喷枪的下端的高度位置。更优选：基于过去在出铁出渣时的出铁量及出渣量的时间变化，预测所述出铁出渣工序中的所述铁浴式熔融炉内的熔池表面的高度位置的变化。例如，基于预先测定的所述出铁出渣工序中的出铁量及出渣量、与从出铁出渣开始的时刻起的经过时间之间的关系，且基于由所述熔融炉的炉内形状计算出的熔池表面的高度位置的经时变化，来控制所述顶吹喷枪下端的高度位置。另外，更优选：在所述出铁出渣工序中，以液位计测量所述熔融炉内的熔池表面的高度位置，基于该测量的熔池表面的高度位置来控制所述顶吹喷枪下端的高度位置。

从抑制出铁出渣时的熔池温度的变动的观点出发，优选：所述顶吹喷枪在其下端部具有喷射口，在所述出铁出渣工序中，基于从所述熔融炉排出的气体的组成，来控制上述顶吹喷枪下端的高度位置。更优选：使从所述铁浴式熔融炉排出的气体中的规定气体的浓度处于规定的范围内，如此来调整所述顶吹喷枪下端的高度位置。

产业上的可利用性

通过采用本发明的熔融铁制造方法，既能够防止出铁出渣时的温度降低造成的熔融铁和熔融炉渣的固化等的故障，又能够高效率地生产熔融铁。

Claims

1.一种熔融铁制造方法，其特征在于，使用铁浴式熔融炉来熔融原料铁源而制造熔融铁，所述熔融炉在炉的上部具有顶吹喷枪，在炉底具有底吹风口，在炉侧的下部具有出炉口，

所述熔融铁制造方法具有：

熔融工序，一边从所述底吹风口向存在于所述熔融炉内的熔池吹入惰性气体而搅拌该熔池，一边向所述熔融炉中装入所述原料铁源、含碳材料和造渣材料，且从所述顶吹喷枪顶吹含氧气体，以便通过所述含碳材料和/或所述熔融铁中的碳燃烧产生的燃烧热来熔融所述原料铁源而生成所述熔融铁和熔渣，并且，通过调整所述含碳材料的装入时期和装入量，在所述熔渣的上层部中形成悬浮有所述含碳材料的一部分的含碳材料悬浮熔渣层和位于该含碳材料悬浮层上且仅由所述含碳材料构成的含碳材料被覆层，其中，所述熔融工序具有：

至少一个出铁出渣工序，在所述熔融炉保持生成所述熔融铁时的姿势的情况下，从所述出炉口排出所述熔融铁和所述熔渣，

在所述出铁出渣工序中，通过继续或中断所述熔融铁的生成，且通过继续所述含氧气体的顶吹，将炉内的熔融铁温度保持在预先设定的最低熔融铁温度以上。

2.根据权利要求1所述的熔融铁制造方法，其特征在于，在所述熔融工序中，当蓄积在所述熔融炉内的所述熔融铁和所述熔渣的合计量达到规定量时，开始所述出铁出渣工序。

3.根据权利要求1所述的熔融铁制造方法，其特征在于，在所述出铁出渣工序中，还继续装入所述含碳材料。

4.根据权利要求1所述的熔融铁制造方法，其特征在于，在所述出铁出渣工序中，还继续装入所述造渣材料。

5.根据权利要求1所述的熔融铁制造方法，其特征在于，在所述出铁出渣工序中，还通过继续装入所述原料铁源来继续所述原料铁源的熔融。

6.根据权利要求5所述的熔融铁制造方法，其特征在于，所述出铁出渣工序中的所述原料铁源的装入速度，比在所述熔融工序中的所述出铁出渣工序之前装入的所述原料铁源的装入速度小。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的熔融铁制造方法，其特征在于，所述顶吹喷枪在其下端部具有喷射口，

在所述出铁出渣工序中，跟随所述熔融炉内的熔池表面的高度位置的变化来控制所述顶吹喷枪的下端的高度位置。

8.根据权利要求7所述的熔融铁制造方法，其特征在于，基于预先测定的所述出铁出渣工序中的出铁量及出渣量、与从出铁出渣开始的时刻起的经过时间之间的关系，且基于由所述熔融炉的炉内形状计算出的熔池表面的高度位置的经时变化，来控制所述顶吹喷枪下端的高度位置。

9.根据权利要求7所述的熔融铁制造方法，其特征在于，在所述出铁出渣工序中，以液位计测量所述熔融炉内的熔池表面的高度位置，基于该测量的熔池表面的高度位置来控制所述顶吹喷枪下端的高度位置。

10.根据权利要求1～6中任一项所述的熔融铁制造方法，其特征在于，所述顶吹喷枪在其下端部具有喷射口，

在所述出铁出渣工序中，基于从所述熔融炉排出的气体的组成，来控制上述顶吹喷枪下端的高度位置。