CN1032192A - 炼钢用的铁碳中间产品的制备方法及实施此法的熔炉 - Google Patents

Abstract

本方法和熔炉规定下列要求：预先将熔体引入熔 化槽(10)内，且槽的横截面应呈矩形，通过安在熔化 槽(10)两个长侧壁上的带喷嘴(14)的喷枪(13)，将含 氧气体(3)在熔体表面的水平以下打入熔体内，于是 建立两个熔体区：上部区(9)，往此区加入碳质固体燃 料(2)；下部区(8)由炉渣(4)层和铁碳中间产品(5)层 组成，这两层产物分别经过设在熔化槽(10)两个短侧 壁上的槽道(17和18)被排放出去。

Description

本发明属于黑色冶金领域，更确切地说，是制备炼钢用的铁碳中间产品的方法及实施此法所用的熔炉。

如果将部分被还原的铁矿石或者未加工的铁矿原材料，经过处理制成中间产品（半成品），以供炼钢之用，那么采用本发明提供的方法，效果是最佳的。

本发明尚可对冶金生产中的各种含铁的废料进行有效的综合利用，这些废料包括：烘干的矿泥，气体净化器中的粉尘，氧化铁渣，此外，还有小碎块的黑色金属废料，特别是金属刨屑。

目前，供炼钢用的铁碳半成品的主要制备方法就是高炉冶炼法，用这种方法可以从原料铁矿出发，包括预先经过还原的铁矿，制备出铸铁，同时还可以用此法对各种含铁的废料，包括矿泥、金属废料以及金属刨屑，进行部分的加工处理。但是，高炉冶炼法要求对铁矿原料进行预处理，包括烧结法使将铁矿原料成球，或者制成球团矿。此外，在进行高炉冶炼时，需要使用高质量的冶金焦炭作为还原剂-燃料，而生产这种高级焦炭所能用的仅是范围有限的昂贵的炼焦煤，这类煤炭在世界上的储量迅速减少。因此，为了实现高炉冶炼法，除了需要高炉生产本身的设备之外，还必须拥有炼焦化学生产以及烧结或者制造球团矿的生产设施。

此外，为了有效地实现高炉冶炼过程，原料中铁的含量必须很高，也就是说，它所用的原料通常都要经过预选，使铁富集。如果使用难于富集的贫矿作原料，那么在经济上是不合算的。

要想有效地进行高炉冶炼，还必须具备一个条件，即生产必须达到足够大的规模。如果生产的规模不大，那么高炉冶炼法的效果也不好。

高炉冶炼法还有一个缺点是，用这种方法制得的铸铁产品的化学成分，只能在很窄的幅度内波动。从而造成炼钢工艺复杂化。

此外，高炉冶炼法的炉料里只能掺用少量的废料。使用废料时高炉的运转情况以及过程的各项指标都会明显地变差。例如，在生产烧结块时，需往炉料里加入冶炼矿泥，而在加工处理矿泥时，就会降低高炉的生产能力，并且，由于在高炉内形成含锌的炉瘤，从而加大了焦炭的耗量。

高炉冶炼过程的这些缺点（其中主要的缺点无疑是需要使用焦炭），激励着人们去创建一个崭新的冶金部门，即所谓的无焦冶金。截至目前为止，在这个部门已经建立了一系列的工艺过程和生产流程。它们大体上又可划分为以下几个主要方向。

第一个方向是在电炉里利用电能制备铁碳半成品的一系列过程。在利用铁矿石或者铁精矿作为炉料的情况下，冶炼过程一般都是多阶段的过程。在进行电熔炼之前，必须将原料加热，并预先对其进行固相还原。近年来，在瑞士研究成功的Elred过程和Inred过程属于这个方向的冶炼方法中，效果最好的冶炼过程，在这类过程中，除使用电能外，还要使用一部分在氧气中燃烧煤炭放出的能量。然而，即使在这类过程中，耗用的电能仍然是很高的。此外，多少总还需要用一定数量的焦炭。以利用电能为主的冶炼过程，只有在一种条件下才能收到好的效益，那就是，它所消耗的电能是利用废气取得的。可是，即使在这种情况下，由于电能的转换和多次变压而造成大量电能的损失，冶炼过程的效果可能还不如那些直接利用燃料能源的冶炼过程。

另外一个方向已在近年里得到普遍推广，属于这个方向的冶炼方法是，在成套的转炉设备中，利用未焦化的煤炭和气态的氧来熔炼经过部分还原的原料矿，以制取铁碳半成品。被列为这一方向的具体冶炼过程有：COIN过程，KS过程，日本Sumitomo公司过程等等。这些方法的原理是，将煤粉随氧气气流鼓入金属浴内（即铁水内，下同）。这时，一部分煤炭在氧气中燃烧，生成CO，并放出热来，以供熔炼所需。另一部分煤炭则用于金属的渗碳作用。原料中的氧化铁，在原料熔化的过程中便进入炉渣里，然后，这部分氧化铁又被熔解在金属里的碳所还原。

在上述冶炼过程中所产生的还原性气体，被用来对铁矿原料进行预先还原。因此，从铁矿原料出发制备炼钢用的中间产品的整个流程，是由两个阶段组成的。这一组冶炼过程的另一个缺点是需要用煤粉，而制造煤粉是相当困难的事。此外，把煤粉置于氧气的气流里进行风力传送，也是个十分复杂的问题。还有一个大问题就是保证炉衬耐火材料的寿命问题。在金属浴沸腾的条件下，由于溶解在金属浴里的碳与炉渣中的氧化铁起作用，所以在高炉结构中，想采用致冷的元件，而不用耐火材料的做法实际上是行不通的。

属于另一个特殊方向的是以下的冶炼过程：在这类过程中，从熔体中释放出来的还原性气体（其中主要是CO），并不给另一套设备使用（例如将其用于对铁矿原料进行预还原，或将其燃烧以加热原材料，或用于制取蒸汽，或用于制取电能），而是直接用于熔化-还原炉中。属于这个方向的过程有：达瑞特（дopeд）过程，艾克托普-瓦拉克（эkeTopл-Baллak）过程等等。这类过程在50-60年代里曾经得到积极地大力研究。它们的长处在于工艺过程和设备结构都比较简单，过程是单阶段的，同时，还可以做到使工业气体直接在炉内烧完。但是，这部分燃烧热的利用效果却不够好。因此，这类过程没有得到广泛的应用。此外，鉴于铁矿原料的固相还原过程得到长足的发展，近些年发展起来的过程，主要都是没有燃烧的冶炼过程，因为在这类过程中得到的气体，可以用来作为对铁矿进行固相还原过程中的还原剂。

但是为了保证无燃烧过程达到相当高的生产能力，最好使用预先经过还原的铁矿原料，也就是固相还原的产物，作为冶炼过程中的炉料。

从技术的实质和所达到的效果来看;与本发明最接近的方法是：制备炼钢用的铁碳中间产品。此法规定的要求如下：将含铁的原材料与碳质固体燃料同时上料，并鼓入含氧气体，于是它们之间发生相互作用，在这过程中，含氧气体中的氧将一部分燃料氧化，并有热放出，此热用于熔化含铁的原材料，和用于使原料中的氧化物被余下那部分燃料中的碳还原，结果生成了熔炼过程的液态产品-炉渣和铁碳中间产品，以及工业气体，然后把熔炼过程的液态产品和工业气体分别取出。这个方法是借助熔炉来实施的，熔炉结构如下：此炉有个带底床的熔化槽，有个炉腔，它支撑在熔化槽上，炉腔上至少安装一套加料的装置，以便将含铁的原材料和碳质固体燃料加到熔化槽里去，加料装置在炉腔的上部，另外还有带喷咀的喷枪，以便把含氧气体打入熔化槽内，熔化槽上有条排放炉渣的槽道，它位于靠近熔化槽底床处的槽壁上，槽上还有一条排放铁碳中间产品的槽道，也设在熔化槽的槽壁上，但是位置则在带喷咀的喷枪所在的水平位置之下，还有一个排放炉腔内工业气体的装置，它安装在炉腔的上部（苏联发明者证书第1169995号，国际专利分类号为C21B13/00，发表于苏联发明公报《发现、发明、工业品外观设计、商标》第28期，1985年）。

这个已知的方法具体实施如下：熔炼开始时，先往熔炉的熔化槽内加入焦炭，它起着填充物的作用，然后经喷枪打入含氧气体，并通过适当的装置，往焦炭上加入含铁的原材料。当焦炭（又称焦格子）引燃之后，含铁的原材料熔化了，同时，原料中的金属氧化物被还原，于是得到熔体，这熔体由金属和炉渣组成。然后，往熔体的上方，高于熔体表面的水平位置以上的地方，打入含氧气体，这时开始从上面加入碳质的固体燃料（煤炭），而不加焦炭，与此同时，还加入含铁的原材料（海绵铁）。有一部分燃料（煤炭）在含氧气体中被氧化成CO，这时生成的气体便往上升去，在熔体的上方形成一个由煤炭颗粒组成的沸腾层。过程中释放出来的热，可以使这个层里的温度上升得相当高。于是，高温区的热量，靠辐射作用传递给了熔体，此时又有含铁的原材料自上而下地不断地落到熔体上来。这部分原材料在炉腔内降落之时就被部份加热，随后漂浮在炉渣的表面上或者在炉渣的内部流动，这样便熔化了，生成液态金属，也就是炼钢用的铁碳中间产品，然后它沉降下去，聚集在炉底床上，上面是炉渣层。熔炼过程的液态产品-金属和炉渣-可以连续取出，也可以间歇地定期排放出去。方法规定，也可以使用未经预先还原的、研磨细的铁矿原料，还可以使用非铁材料的微粒矿石。在打入含氧气体的水平位置处以上，可以把液态的或气态的碳氢化合物送入煤炭沸腾层的上部。

这个已知的方法及实施此法的熔炉，其特点是经济上有缺陷，而且原因又是多方面的。

由于主要的热质交换过程都是在煤炭的沸腾层内进行的，所以输入氧气的速度必须很快，同时，所生成的工业气体的排放速度也必须很快。这样，势必使大量的煤炭和经过加工处理的含铁原材料以粉尘的形式被携带走。含铁的原材料和燃料的颗粒度，应当根据排出的废气的速度，选择一个较窄的粒度范围。否则，细粒的筛份将从炉中被带走，而比较粗大颗粒的筛份，则会落入炉渣层内，处于受热不足而不能被熔化的境地。

鉴于炉渣处于静止状态，它感受热能的表面受到熔体浴（即炉液，下同）的表面的限制，而炉渣层内部的热交换，又因炉渣本身的导热性很差而困难重重。因此，落到炉渣上的原料颗粒，便慢慢地受热，熔化，在炉渣的表面上便形成一层相当大的燃料块，这些块已无法继续留在沸腾层之内了。因为这个高温区向外传热主要是靠辐射的作用，而这些燃料块的导热性很差，所以它们就防碍了热量由高温区传向炉渣。

在使用铁矿原料（矿石，精矿）或者还原度不太高的海绵铁作为含铁的原材料时，原料中铁的各种氧化物，都会进入炉渣中去。炉渣中的铁被还原出来是靠了浮在炉渣上的燃料块中的碳或者是靠炉渣与炉内还原性气体相接触的结果。但是，这两个还原过程进行的速度都不大，这是因为物相之间接触的表面，受到炉渣浴（即炉渣熔液下同）表面面积的限制，而由于炉渣搅拌得很差，所以炉渣内质量迁移的速度很小。

所有这些原因，总起来导致过程的生产能力不高，结果又造成燃料耗量大和金属（即铁）的提取率不够高，因为金属随炉渣流失了，特别是在连续出渣时金属的流失更多。此外，已知的方法及实施该法的熔炉，无论是对于含铁原材料和燃料的化学成分，或是对它们的颗粒度，都规定了许多非常重要的限制。

本发明的基本任务是创立一种制备炼钢所使用的铁碳中间产品的方法，并补充了一系列工艺技术手段。通过这些手段就可以使含氧气体-碳质的固体燃料-熔体这三个物相之间的界面变大，同时还可以使含铁的原材料与碳质的固体燃料及含氧气体之间相互作用的热质交换过程大大加强，而且还要创造出一种为实施上述方法的熔炉，它在结构上应装有炉腔和熔化槽，并为熔化槽配备了喷枪，以便往槽内打入含氧气体，这些装置保证了本方法在固体燃料耗量低的同时，达到很高的生产能力，而且从含铁原材料里提取铁的比率也很高。

解决上面提出的任务的办法是，在制备炼钢用的铁碳中间产品的方法中，规定要同时把含铁的原材料和碳质固体燃料一起加入炉内，然后打入含氧气体，于是含铁的原材料，碳质固体燃料和含氧气体这三者发生相互作用，含氧气体中的氧将一部分燃料氧化了，并放出热来，此项热能用于熔化含铁的原材料，同时用于原料中的金属氧化物被余下那部分燃料中的碳所还原的反应，结果生成了熔炼过程的液态产品-炉渣和铁碳中间产品，以及工业气体，再把熔炼过程的液态产品和工业气体排放出来，根据本发明的内容，在同时将含铁的原材料和碳质固体燃料加入之前，须先引入炉渣熔体，而且往炉渣熔体内打入含氧气体时，应低于熔体表面的水平位置，这样，气流将熔体鼓泡，并将熔体分成两个区：下部的静态熔体区和上部的被气体鼓泡的熔体区，然后往鼓泡区加入碳质固体燃料，其数量应足以使区内燃料的容量浓度，达到占区内熔体容积的0.5-50%，往上部区内同时加入含铁的原材料和碳质固体燃料，以维持区内燃料的既达浓度，这就保证了当本区内的含铁的原材料，碳质固体燃料和含氧气体这三者相互作用时，将生成液态的炉渣，它进入下部区，并在该区内形成一个层，另外，还生成了滴状的液态金属，它穿过炉渣层，并在该层的底下，形成一个铁碳中间产品的层，然后将熔炼过程的液态产品-炉渣和铁碳中间产品，分别从下部区内相应的各层排放出来。

预先引入炉渣熔体和在熔体的上部建立鼓泡区，使鼓泡区内碳质固体燃料的容量浓度达到0.5-50%这个范围，这样做，就可以使熔炼过程在不使用焦炭作为起熔的填料的情况下，也能够迅速起步。上部的熔体鼓泡区是靠打入含氧气体而建立的，往此区加入碳质固体燃料和含铁的原材料，是为了保证在物相的交界处有较大的表面，此处的物相指：固体燃料-气体-熔体，同时也是为了加快热质交换过程的速度。这时，由于一部分碳质固体燃料发生氧化作用，在熔体中产生一氧化碳（CO）的分压很高的气体，这部分一氧化碳参予了金属的还原反应，例如将铁从炉渣中还原出来。在熔炼过程中，应当根据燃料的种类，炉渣的性质，以及其他多种参数的情况，使鼓泡区内碳质固体燃料的浓度，能够维持在0.5-50%的范围以内，当然还要看为在炉渣内进行还原反应而创造的条件如何。如果燃料的浓度低于0.5%，还原反应就无法进行，因为这时气相内氧气的分压很高，而且，含铁的原材料，碳质的固体燃料及含氧气体三者之间相互作用的表面也是不够的。绻剂系呐ǘ却笥?0%，那么鼓泡区内的熔体将会丧失流动性，结果，鼓泡区内的热质迁移的状况会更糟。在下部熔体中形成由炉渣层和金属层组成的静态区，一方面可以改善金属与炉渣分离的质量，另一方面，又可以提高本区内的耐火材料衬里的耐用性。把上述各项措施结合起来，就可以提高熔炼过程的生产能力，减少碳质固体燃料的单耗，并提高从含铁的原材料中提取铁的比率。

在进行熔炼时，打入炉渣熔体中去的含氧气体的合理数量，如果按照在打入熔体内的含氧气体的入气处的水平位置上熔体的横截面的面积计算，应为每1米²截面面积进气150-1500（标准）米³/小时。

仍按照在打入熔体含氧气体的入气处的水平位置上熔体的横截面的面积计算，如果含氧气体的耗用量少于每1米²150（标准）米³/小时，那么，熔体搅动的条件将每况愈下，同时热质交换过程也逐渐变慢，结果导致生产能力和铁的提出率双双下降。按照在打入熔体的含氧气体的入气处的水平位置熔体的横截面的面积计算，如果含氧气体的耗用量超过每1米²1500（标准）米³/小时这个最高限，那么就会有熔体喷出来，并且使铁的提取率下降，这是由于氧化进风区的容积太大造成的。

在进行熔炼的过程中，打进炉渣熔体里去的含氧气体的耗用量，可以随碳质固体燃料的反应能力的增强而适当地加大。这时，如果其他条件相同，生产能力有可能提高。反之，如果从使用反应能力强的燃料，改为使用反应能力弱的燃料，那么应适当地把含氧气体的耗用量加以压缩。否则，气相内氧气的分压必定上升，结果铁随着炉渣跑掉的流失量也有所上升。

有利于解决前面提出的任务的办法还有，在熔炼过程中往炉渣熔体内打入含氧气体这一操作可以连续进行，而同时将含铁的原材料与碳质固体燃料一起加入炉内这一步操作则可以周期地间歇进行。

这样做，可以使制得的铁碳中间产品里，硫的含量有所下降，这是因为在进行熔炼过程中，在炉渣熔体浴中亦进行着周期性的脱硫精制过程。

引入炉渣熔体这一步最好是这样做：将黑色金属生产中得到的液态炉渣，利用浇注的方法加进去，例如，在用高炉生产铸铁，用转炉炼钢，以及用平炉或者电炉生产黑色金属的过程中得到的液态炉渣均可使用。

浇注炉渣这一步，也可以使用液态的合成炉渣，但这时须用电炉或其他炉预先使之熔化。

为了使连续熔炼的过程（金属的出料也是连续的）能够迅速起步，并且为了使耐火材料的衬里减少磨损，合理的做法是，在注入液态炉渣之前，先往炉内注入液态的金属。

如果没有条件往炉内灌注液态的炉渣，那么引入炉渣熔体这一步可按下法进行，即至少加入一种固体氧化物材料，并使之熔化。而这些材料是由一组材料中选出的，其中包括：黑色金属生产中的炉渣，无机矿物原料，金属氧化物。

在熔炼过程中，除了碳质的固体燃料之外，还可以往上部的熔体区内，在低于熔体表面的水平位置以下，补充性地打入气态的、液态的，或者固体粉尘状的含碳燃料。

打入这类燃料，有利于改善喷枪的操作条件，并可更快地实现碳与含氧气体中的氧发生相互作用，从而有利于在含氧气体吹入的地方，使熔体内部氧化气分区域的容积变小。

为了提高熔炼过程的稳定性，由下部区排放炉渣这一步，最好是在炉渣层的中部或者上部的水平位置处排放。

这样就可以在炉内金属浴（即铁水）的表面上方形成一层被轻微搅动的炉渣。由于炉料成分的波动而造成在上部鼓泡区内的炉渣中，氧化铁的含量也发生短时间的波动，导致在炉渣层上部和中部的流动区内，炉渣的成分也发生变化。在下部熔体区内，炉渣层下部的成分将发生缓慢的变化。从而防止了炉渣被氧化过头，并且还可以防止由于脱碳反应的发展而造成金属浴沸腾的现象，金属浴的沸腾将会破坏过程的进程，并使熔体喷出。因此，使熔炼过程的稳定性和可靠性都会有所增强。

为了提高燃料利用率，在熔炼过程中，最好能够往熔体表面的上方，补充地打入含氧气体，数量为：每吨碳质固体燃料打入（0.01-5.0）×10³（标准）米³。

在这种情况下，含氧气体中的氧，将把那些由于燃料没有充分燃烧以及金属氧化物被碳还原所产生的CO和H₂，统统烧成CO₂和H₂O。这时，会有相当多的热释放出来，其中有一部分热传给了熔体，并为实现本过程所利用。打入的含氧气体的数量，如果每吨碳质固体燃料为5.0×10³（标准）米³的话，则足够把那些由熔体浴内放出来的气体充分烧完。如果打入的含氧气体的数量超过了每吨燃料5.0×10³（标准）米³，则会造成废气中自由氧（O₂）的含量上升，造成含氧气体的浪费和熔炉热功状况的恶化。可是，含氧气体的供气量也不宜低于0.01×10³（标准）米³/1吨碳质固体燃料，因为，如果供气量太少，燃烧就不能够完全，而耗用的氧气只能把从熔体中飞出来的零星的碳质固体燃料气化。

如果熔炼时往熔体表面的上方补充打入含氧气体（即燃烧法），那么，在将含铁的原材料和碳质的固体燃料同时上料的过程中，燃料的加料量，最好限定在以下范围之内：按照在打入熔体内的含氧气体进气处的水平位置熔体的横截面的面积计算，每1米²截面从0.2到5.0吨/小时。

上述供料量的限定范围是根据几个因素选定的：熔体浴的流体动力学和过程的热功条件，在熔体表面以上打入的含氧气体的进气强度。碳质固体燃料的耗量如果少于0.2吨/小时·米²（以打入熔体内的含氧气体进气处的水平位置熔体横截面的面积计算），则熔体内氧气的分压就不会低，结果就使金属从含铁的原料里转入中间产品中去的数量减少了，也就是降低了铁的提取率，同时，还增加了金属随炉渣跑掉而造成的损失。如果碳质固体燃料的加料量按照在打入熔体内的含氧气体进气处的水平位置熔体的横截面的面积计算，超过5.0吨/小时·米²，则又使熔体内的碳质固体燃料呈现过饱和状态，降低了熔体的液态流动性，并使热量和质量的交换过程都变慢，而这同样又造成熔化过程和还原反应这两者进行的速度双双下降。

前面提出的任务也可以采用下法解决：实施本方法的熔炉应有以下部分：带底床的熔化槽，支撑在熔化槽上的炉腔和至少要装一套往熔化槽内加进含铁的原材料和碳质固体燃料所用的装置，它安装在炉腔的上部，往熔化槽内打入含氧气体所使用的带喷咀的喷枪，在熔化槽壁靠近底床处设有排放炉渣的槽道，还有一条排放铁碳中间产品的槽道，它也在熔化槽的壁上，但低于带喷咀的喷枪所在的水平位置，另外还有排放工业气体的装置，它安装在炉腔的上部，根据本发明的内容，熔化槽和炉腔的横截面实质上都是长方形，带喷咀的喷枪安装在熔化槽较长的两个侧壁的上部，而排放炉渣的槽道和排放铁碳中间产品的槽道，则分别安装在熔化槽两个较短的侧壁上，而且要求带喷咀的喷枪所在处的水平位置上熔化槽的横截面面积与喷咀的排气孔道的总面积之比等于300-10000，而从排放铁碳中间产品的槽道的下限到排放炉渣的槽道的上限之间的距离，与自排放铁碳中间产品的槽道的下限到熔化槽上带喷咀的喷枪所在处水平位置之间的距离之比等于0.3-0.75。

在制造熔化槽和炉腔时，应使其横截面的形状实质上为长方形，并将往熔体内打入含氧气体用的，带喷咀的喷枪，安装在槽体的两个较长的侧壁上，使喷枪彼此形成面对面的配布方式，这样就为熔体在其整个容积内的强烈搅动创造了条件，此外，由于在保持熔化槽的宽度不变的情况下，增加了槽体的长度，所以炉的总容积加大了。强烈的搅动保证了碳质固体燃料的氧化过程，含铁原材料的熔化过程，以及炉渣内的金属氧化物的还原过程，均能以高速进行，这自然也就保证了过程的各项指标达到最优化的水平，即熔炉的高生产率和燃料的低消耗。

带喷咀的喷枪安装在熔化槽槽壁的上部，这样就可以在熔化槽的下部造成一个静态的熔体区。

在带喷咀的喷枪所在处的水平位置上熔化槽的横截面面积与喷咀的排气孔道的总面积之比如果超过10000，则会使鼓泡的强度下降，或者必须使用过分高的供气速度和过分高的压力打入含氧气体，这样会使喷枪的操作变槽，并加大动力设备的费用。如果上述比值低于300，则也是不合理的，因为这时在熔体内会形成体积过分庞大的氧化区，从而导致还原反应的速度下降和出现喷出熔体的危险，另外，比值太低还会使打入熔体里去的含氧气体必须要用很小的流速输送才成，而这样做又使得喷咀里将充满了熔体。

把槽道安在熔化槽面对面的两个短的侧壁上，以及规定自排放金属（即铁碳中间产品）的槽道的下限到排放炉渣的槽道的上限之间这段距离的范围，这样就为金属与炉渣的分离提供了最佳的条件，而且还防止了碳质的固体燃料以及金属随炉渣跑掉而造成的损失，从而提高了金属的提取率，并降低了碳质固体燃料的消耗。如果自排放金属的槽道的下限到排放炉渣的槽道的上限之间的距离，与自排放金属的槽道的下限到带喷咀的喷枪所在处的水平位置之间距离之比小于0.3的话，那么就可以在金属层的上方直接把炉渣取走。这将导致在金属层的上方缺少一个可缓慢取代的炉渣层，同时不论上部鼓泡区内炉渣的化学成分如何变化都将使熔炼过程的稳定性有所下降。

如果从排放金属的槽道的下限，到排放炉渣的槽道的上限之间的距离，与自排放金属的槽道的下限，到喷枪所在处的水平位置之间的距离之比大于0.75的话，那么碳质固体燃料的颗粒和金属液滴将会随炉渣一起被带走，结果加大了碳质固体燃料的消耗，同时降低了熔炉的生产能力。

把上述的各项措施总起来看，它们起到的作用是：在熔炉处于绝对可靠的条件下，能够保证熔炉高产，能够改善金属（即炼钢用的中间产品）与炉渣的分离效果，并且能够在降低碳质固体燃料消耗的情况下，保证提高从被加工的原料中提取出金属的比率（即金属提出率）。

为了达到降低耐火材料的消耗和延长熔炉两次大修之间连续操作的时间这两大目的，最好能够在熔化槽的上部和至少是在炉腔的下部，采取致冷措施。这样，在被冷却的表面上，就会结成一层炉渣皮，这层皮有利于减少热量的损失。

往熔化槽内打入含氧气体所使用的带喷嘴的喷枪，最好是安装在熔化槽的被冷却的部分，因为在喷枪轴线以上和喷枪稍微下面一点点的地方形成一个熔体的鼓泡区，在这个区域内，被燃料和含铁的原材料的固体颗粒所饱和并且具有侵蚀性的炉渣强烈地运动着，同时不断地冲刷着熔炉的四壁。

还有一个最主要的优点是，本熔炉带有供沉降炉渣用的槽，槽上有排放炉渣的孔道，并借助于熔化槽内排放炉渣的槽道，将此槽与熔化槽彼此连通起来，同时这双炉渣沉降槽的横截面的平均面积，与熔化槽的横截面的平均面积之比等于0.03-0.3。

由于有了炉渣沉降槽，就能够做到炉渣与微小的金属液滴的精细分离。这时，由于加大了炉渣从炉内流出去的移动路程，而同时炉渣在槽内上升的速度又变得很慢，所以就为金属液滴从炉渣中凝聚并沉降下来创造了极为有利的条件。如果炉渣沉降槽的横截面的平均面积，与熔化槽的横截面的平均面积之比小于0.03的话，那么，金属液滴的沉降速度就会小于炉渣沉降槽内炉渣上涨的速度，结果，就不可能减少因金属随排出的炉渣跑掉而造成的损失。如果炉渣沉降槽的横截面的平均面积，与熔化槽的横截面的平均面积之比大于0.3，那么，也不可能进一步减少金属随炉渣跑掉而造成的损失，可是却能引起炉渣的过冷现象，使得炉渣不容易排放出来，或者增加燃料的消耗，因为这时须将炉内的炉渣重新加热，或者加热沉降槽里的炉渣。

从熔化槽的底床到沉降槽的排渣孔道的下沿之间这段垂直距离，与自熔化槽的底床到槽上带喷嘴的喷枪所在处的水平位置之间这段距离之比，最好是在1.1-2.5这个范围之内。

如果其他条件都相同，那么上述在距离方面规定的比例关系，就决定了炉渣熔体的鼓泡区和静态区这二者在高度上的比例关系。如果从熔化槽的底床处的水平位置，到炉渣沉降槽的排渣孔道的下沿之间的这段距离，与自底床到带喷嘴的喷枪所在处的水平位置之间的距离之比小于1.1的话，那么，静态区的高度，即静态的炉渣层的厚度，将是很小的。这样一来，金属与炉渣分离得就很不好，金属的精制程度也下降，如除硫的效果不佳。如果要想使含硫量维持在规定的水平，那就需要靠增加消耗助熔剂来提高炉渣的碱性，这样做的结果，势必加大燃料的消耗，并降低生产能力。如果从熔化槽的底床处的水平位置，到炉渣沉降槽的排料孔道的下沿之间这段距离，与自底床到带喷咀的喷枪所在处的水平位置之间的距离之比大于2.5的话，那么，静态的炉渣层的厚度，将会有所增长。然而这并不会进一步改善金属精制的水平，也不会使排出的炉渣中金属的含量有所下降，可是，它却会引起金属温度的下降，并增加热量的损失。

为了保证中间产品能够连续而可靠地排放出来，同时保证产品在熔化槽内的液面水平稳定不变，那么，最好能做到使熔炉有一双沉降铁碳中间产品的槽，上面带排放产品的孔道，而且借助熔化槽上排放产品的槽道，将此槽与熔化槽彼此连通起来。

如果没有这样的沉降槽，那么产品的排出可能要周期性地间歇进行，或者通过校准过的槽道连续地进行，该槽道能保证金属的流动速度固定不变。但是，这种情况必须具备各种复杂的装置，以便使槽道在压力的作用下能够关闭。在金属离析的进程中，要想保证做到槽道的横截面维持不变，这是很复杂的。而要保证做到在熔炉的生产能力发生变化或者必须改变熔化槽中金属液面的情况下，为了改变金属排出的速度，而去调节槽道的横截面，那么这是一件比上述更加复杂的问题。因此，通过校准的槽道来排放产品的熔炉，它的可靠性是不够高的。在使用设有排放金属的孔道的槽时，金属常压自流排放是通过该孔道上的阻板（挡板）来实现的。熔化槽内的金属液面是可以调节的，办法是改变槽上排放金属的孔道上阻板的水平位置。这样就保证能够可靠地维持住熔体在炉内的水平液面，还可以比较灵活地调节水平面的高低，避免事故的发生。结果保证了熔炼过程的稳定性和调节的灵活性，总之，这一切将使生产力得到提高。

在炉腔的上部，如果沿着水平方向能安装至少一排附加的喷枪，以便往熔化槽内打入含氧气体的话，那将是最为恰当的事了。

有了这套喷枪，就可以打入含氧气体，使那部分从鼓泡的熔体中释放出来的可燃气体能够充分烧完，以保证把这部分气体的热量，直接用到熔炉里。这样，便减少了燃料的消耗，提高了生产能力。如果沿着水平方向，安装一排以上的喷枪，那么就能促使燃烧更加均匀。

最好能做到：从熔化槽的底床到炉腔上部任意一排附加喷枪所在处的水平位置的距离，与自熔化槽的底床到槽上的主喷枪所在处的水平位置之间的距离之比，能够在1.5-6.0这个范围之内。

如果从熔化槽的底床到输送含氧气体的附加喷枪（在上部熔体鼓泡区的水平位置以上）之间的距离，与自熔化槽的底床到主喷枪所在处的水平位置之间的距离之比小于1.5的话，就会观察到熔体浴（即炉液，下同）内的碳质固体燃料被供燃烧之用而打入的含氧气体所氧化。在这种情况下熔体浴将被过度氧化，这将造成燃料消耗加大和生产能力下降。如果从熔化槽的底床到打入含氧气体的附加喷枪（在上部熔体鼓泡区的水平位置以上）之间的距离，与自熔化槽的底床到往熔体内打入含氧气体的、带喷咀的主喷枪所在处的水平位置之间的距离之比大于6.0的话，那么，从熔体浴里释放出来的气体燃烧时，火苗的位置将会在离开熔体表面非常高的上方。这样，就使得热量向熔体浴方面的传递恶化了，从而降低了过程的效果。

最好做到，在任何一排附加喷枪所在处的水平位置上炉腔的横截面面积与在带喷咀的主喷枪（是为了往熔体内打入含氧气体用的）所在处的水平位置上熔化槽的横截面的面积之比为1.05-2.0。

热量从燃烧区传到熔体有两种方式，一种是通过火苗对熔体的辐射作用，另一种是对流作用，这主要是靠加热那些从熔体浴飞溅出来并进入燃烧区的碎屑。这时，熔体通过辐射得到的热量，与鼓泡的熔体表面在水平面上投影的面积有关，而靠对流作用所传递的热量则与飞溅出来的碎屑的质量以及碎屑飞溅的高度有关（溅出的碎屑取决于经过熔体浴的表面逃逸出去的气体的比强度，即单位面积的强度）。因此，如果在附加喷枪所在处的水平位置上炉腔的横截面面积与熔化槽在主喷枪所在处水平位置上横截面面积之比大于2.0的话，那么，要想靠辐射作用来进一步改善热量的传递是不可能的，另外，在这种情况下，通过对流作用所传递的热量也会下降。此外，由于炉壁表面的面积加大了，热量的损失还要增加。结果，熔体浴从燃烧区接受到的总热量减少了。如果在打入含氧气体的附加喷枪所在处的水平位置（在上部的炉渣熔体区的水平位置以上）上炉腔的横截面面积与在往熔体内打入含氧气体的，带喷咀的主喷枪所在处的水平位置上熔化槽的横截面的面积之比小于1.05的话，那么，通过对流方式传递的热量是不会增加的，而通过辐射方式传递的热量则会减少，这是因为，此时鼓泡熔体的表面面积减少了，于是，直接在鼓泡熔体表面的上方所进行的燃烧过程，其完全燃烧的程度下降了。因此，如果超出上面指出的范围之外，熔炉的生产能力将下降，而碳质固体燃料的单耗则将上升。

至少炉腔下部分的横向垂直截面以梯形为宜，而且梯形的较短的底边是支撑在熔化槽上的。

在鼓泡的时候，熔体的液面上升，熔体的上部区（这是一个气液体系）处于炉腔的下部分。此处的炉腔做成梯形，它的短底朝下，这样就保证鼓泡熔体的表面面积有所增加。结果是面积大了，从燃烧区经辐射传过来并被接受的热量也增加了。此外，炉腔内供燃烧的空间体积增加了。这一点，为含氧气体与熔体内放出的可燃气体二者相互混合，以及为可燃气体直接在熔体上方进行相当充分的燃烧，创造了有利的条件。

剖面图的简要说明

下面通过实施本项发明的若干具体实例及剖面图对本专利发明予以说明：

图1是根据发明内容设计的为制备炼钢用的铁碳中间产品而使用的熔炉总体示意图（横向垂直剖面图）;

图2-沿图1上的Ⅱ-Ⅱ线截取的剖面图;

图3-沿图2上的Ⅲ-Ⅲ线截取的剖面图;

图4-根据发明内容设计的为制备炼钢用的铁碳中间产品而使用的带有炉渣沉降槽的熔炉的总体图（纵向垂直剖面图）;

图5-根据发明内容设计的为制备炼钢用的铁碳中间产品而使用的带有炉渣沉降槽和中间产品沉降槽的熔炉的总体图（纵向垂直剖面图）;

图6-根据发明内容设计的为制备炼钢用的铁碳中间产品而使用的装有输入含氧气体的附加喷枪的熔炉的总体图（横向垂直剖面图）;

图7-沿图6上的Ⅶ-Ⅶ线截取的剖面图，

本发明所提供的炼钢用的铁碳中间产品的制备方法包括以下各项工艺操作的规定。

将含铁的原材料（1）和碳质固体燃料（2）同时加入炉内（图1）。在加料的同时，打入含氧气体3，其中的氧气便将燃料2的一部分氧化，并有热量放出。依靠所释放的热量，使含铁的原材料1熔化，这时，原料中的金属氧化物被剩余部分燃料2中的碳所还原，生成了熔炼过程的液态产品-炉渣4和铁碳中间产品5（图2）。然后分别排放出炉渣4，铁碳中间产品5以及在熔炼过程中产生的工业气体6。

根据发明，在同时加入含铁的原材料1和碳质固体燃料2之前，须引入炉渣熔体。加入的方法是将生产黑色金属过程中得到的液态炉渣直接注入炉内。电炉冶炼中的熔融态的炉渣也可供此处使用。

根据第2种方案，为了使熔炼过程尽速开始，并减少炉衬的磨损，在注入炉渣之前，先往炉内注入液态金属，但高于金属的排放水平，又低于炉渣的排放水平。可以使用铸铁或其他铁碳熔体作为液态金属。

第3种方案是在没有液态炉渣的情况下采用的方法，即将炉渣熔体利用浇灌的方式注入到炉中，并将固体的氧化物材料熔化。这里的固体氧化物材料可以用：黑色金属生产中的炉渣（高炉炉渣，转炉炉渣，平炉炉渣，电炉炉渣等），无机矿物原料（白云石，石灰石，砂，晶石等），金属氧化物（CaO，MgO，SiO₂，Al₂O₃等）。固体氧化物材料既可以从上述几组物料中任意挑选一种，也可以同时挑选几种。

然后，往引入的熔体中，在其表面的水平以下处，打入含氧气体3。高纯氧气（99.5%O₂），工业氧气（95%O₂），含氧量丰富的空气等都可以作为含氧气体3来使用。

这时，含氧气体3的气流7（图1），将熔体分成8和9两个区域：下面的区8是处于静止状态的熔体区，上面的区9是被打入的气体3鼓着泡的熔体区。

在下面的叙述中，为简便起见，我们采用以下的术语来表示这两个区域：下部熔体静态区8和上部熔体鼓泡区9。

然后，往上部熔体鼓泡区9内加入碳质固体燃料2，其数量应足以使此区内燃料的容量浓度达到占熔体总容积的0.5-50%这个范围之内。这个指定的浓度界限是由两个因素决定的：一方面必须保证熔体内的燃料2要能够被含氧气体3所氧化，并生成CO，另一方面又必须保持熔体的鞫浴Ｅǘ鹊木咛迨翟蚩筛菹铝幸蛩厝范ǎ捍蛉牒跗宓氖浚?的性质，碳质固体燃料的形状和性质，以及熔炼过程的一些其他参数。

碳质固体燃料2的浓度之所以能够继续维持在指定的限度之内，主要是靠将含铁的原材料1和碳质固体燃料2，同时加到上部的区9里去。

至于碳质固体燃料，可以用各种不同的含碳物质。最好是使用煤炭。不过也可以用褐煤，泥煤，木炭，焦炭渣，次等石墨，页岩，无烟煤，含碳的有机材料受热分解后的产物，以及碳质废物（塑料、橡胶等）。

作为经过加工精制的含铁原材料，可以使用以下原料：铁矿石，铁精矿，预先经过不同程度还原的铁矿原料（海绵铁）。本方法可以卓有成效地加工处理以下原材料：烘干的矿泥，冶金生产中干式煤气净化器里的粉尘，铁渣（鳞皮），包括带油污的铁渣。细碎的废钢和废铁，特别是废刨屑，也可以经过重新熔化而加以利用。

鼓泡区9是因为先往熔体内吹入含氧气体3，随后又同时加入碳质固体燃料2和含铁的原材料1而形成的，这个区是一个复杂的多相体系，其中有：炉渣熔体，气相，碳质固体燃料的颗粒，含铁原材料的固体颗粒，熔融态含铁原材料的液滴，金属的液滴，也就是炉渣熔体内的金属氧化物经还原后而得到的中间产品的液滴。这个多相体系靠吹入的含氧气体3的能量进行相互混合。吹入气体的量以熔体在吹气处的水平位置的截面计算，为每1米²截面150-1500（标准）米³/小时，具体的吹气量还要看：燃料的种类，炉渣熔体的性质，含氧气体中的含氧量，规定的生产能力等因素而定。

打入熔体内的含氧气体3的耗用量将随碳质固体燃料2的反应能力的增强而加大。结果保证了含铁的原材料1，碳质固体燃料2和含氧气体3之间的相互作用，生成了液态炉渣4和液态金属，也就是炼钢用的铁碳中间产品5。

在熔体鼓泡区9内，含氧气体3与碳质固体燃料2中的碳发生以下反应：

这里，反应所释放出来的能量，正是用含铁的原材料1制备铁碳产品5时所必需的能量。

为了改善鼓风装置的工作条件，加速含氧气体3中的氧与燃料之间的相互作用，减少熔体内气体氧化区的容积，以及改善热功状况，可以往熔体鼓泡区9内，在低于熔体表面以下处，补充打入液态的，气态的或者固态粉尘状的含碳燃料。气态、液态或者固态粉尘状的含碳燃料最好是和含氧气体一起打入。这样既可做到充分混合，又可以使燃料能够在入气区内很短的区段内即行燃烧。

含铁的原材料1在凉的状态下，或者在预热的状态下，输送到鼓泡区9，并与炉渣熔体熔为一体，先是在里面被加热，随之便随后熔化，形成一体。含铁的原材料1里边的金属部分形成金属液滴，然后沉降到下面的熔体静态区8内，形成金属层，即炼钢用的铁碳中间产品5，或者不断地将此层填满。含铁的原材料中的氧化物成分，在熔化的同时，便熔解在鼓泡区9的炉渣里了，结果使其中的铁、锰、硅等元素的氧化物的含量有所增加。

铁及其他金属，如硅、锰、镍、铬等的氧化物，被碳质固体燃料中的碳从炉渣熔体中还原出来，反应式如下：

因发生还原反应而生成的金属液滴，先是进行凝聚、继而又在自身重量的作用下，沉降到静态区8内，然后再经过炉渣4层进入金属5层。

静态区8里的炉渣层，依靠从鼓泡区9进来的炉渣熔体，而使其内部不断得到更新。

因此，静态区8是由两个层组成的：上面的一层是炉渣4，下面的一层是金属5。

作为熔炼过程的液态产物-金属，即铁碳中间产品5和炉渣4，分别从静态区8的相应的层里排出。这时，金属5是从金属层的下部排出。同样，炉渣4也可以从炉渣层的下部排放出来。然而，为了提高熔炼过程的稳定性，将炉渣4从静态区8里的炉渣层的中部或者上部排放为宜。

金属5的液滴在与炉渣4的相互作用中，金属被精制了，去掉了一些杂质（硫，磷）。炉渣4的化学成分可以通过往鼓泡区9内加入助熔添加剂的办法予以调整。与高炉熔炼法不同，在本法中炉渣的成分可以允许在一个比较宽的范围内变动，这样就可以提高炉渣的精制能力，从而得到比较纯净的金属。

大部分的硫（主要是由碳质固体燃料带来的）以气体化合物的形式（COS，H₂S等）随废气6而被排除。为了将硫更多地转到气相里去，以便得到含硫量很低的金属，在熔炼过程中，往熔体内输送含氧气体3的操作可以连续进行，而把含铁的原材料1和碳质固体燃料2同时加料的操作周期性地间歇进行。这样可以使鼓泡区9里的炉渣熔体周期性地得到附加的精炼，除掉其中的硫，从而提高了炉渣熔体的吸收硫的能力。

在鼓泡区9产生的气体6从熔体中释放出来之后，即被排出炉外。气体6的成分主要是CO和H₂，气体的温度与熔体的温度很接近。这部分气体可以用作气体燃料或者作为工业还原气体，例如用于直接制备金属铁或者将其吹入高炉。

然而，在熔炼过程中制取还原性气体时，反应释放出来的热量是相当少的。因此，要想保证制备铁碳中间产品的方法达到较高的生产能力，最好使用预先经过还原的铁矿原料，或者用细碎的废铁来作为含铁的原材料。

如果在熔体的鼓泡区9的水平位置以上补充打入含氧气体3，那么就可以在制备铁碳中间产品的过程中，更加有效地利用碳质固体燃料的能量，以及液态的、气态的或者固态粉尘式的含碳燃料的能量。在这种情况下从熔体中释放出来的CO和H₂部分或全部燃烧完氧化成CO₂和H₂O：

由于上述化学反应都是放热反应，所以反应释放出来的热量便将鼓泡区9内的炉渣加热，并且把含铁的原材料1熔化，并供给还原反应使用，即原材料1中的金属氧化物的还原反应。若补充引入热量，则可以提高过程的生产能力，或者在保持高生产能力的情况下，使用未经预先还原的铁矿原料。

在熔炼过程中从熔体释放出来的气体如果全部烧完，那么我们得到的和排放的就只有不可燃的气体了。这样一来，倒使得如何利用这部分气体的能量这个问题大大简化了，因为气体的物理热的有效利用问题，实现起来要比气体的化学热的有效利用问题容易得多。

在熔体的鼓泡区9的水平位置以上打入的含氧气体3，可以用工业氧气（95%O₂），或者用含有丰富的工业氧的空气，或者就用空气。

在熔体的鼓泡区9的水平位置以上打入的含氧气体3，其打入的数量按每吨碳质固体燃料计算，为（0.01-5.0）·10³（标准）米³，但具体数量则还要看以下因素而定：碳质固体燃料的化学成分，含氧气体中的氧含量，应达到的燃烧度等等。

在同时加入碳质固体燃料2和含铁的原材料1的加料过程中，燃料的上料量按熔体在含氧气体3打入熔体的入口水平位置处的横截面计算，为每1米²截面0.2-5.0吨/小时。燃料的具体用量可根据以下因素选择：打入熔体内的含氧气体的耗用情况，气体中氧的含量，碳质固体燃料的化学成分，以及燃烧的程度。如果燃料的含碳量不高，以及为了熔炼铁矿原料，而使熔体里排出的废气达到高度燃烧时，燃料用量的数值都是很高的。

本方法最好是使用我们设计的熔炉来具体加以实施。这台熔炉有以下几部分：熔化槽10（图1和图2），并带底床11，支撑在熔化槽10上部的炉腔12，带喷咀14的喷枪13（图2），它们是保证将含氧气体3打到熔化槽10里去的，还有使工业气体6从炉内排放出来的装置15，它位于炉腔12的上部。此外，在炉腔12上面，至少要安装1个上料的设备16，以便将含铁的原材料1和碳质固体燃料2加到熔化槽10里面去。熔化槽10有条槽道17，在把槽里的炉渣4排出，槽道设在靠近熔化槽10的底床11的壁上，还有1条槽道18，它是为了排放金属即铁碳中间产品5的，在下文中我们称它为金属5，槽道18的位置也是在熔化槽10的壁上，但在喷枪13的水平位置之下。

根据发明，熔化槽10和炉腔12的横截面实质上说都应该是矩形的。熔化槽10的上部和至少炉腔的下部，都须安装上致冷的元件19。可以用水或者别的类似水的热载体进行冷却。带喷咀14的喷枪13（图3）是为了把含氧的气体打入熔化槽10里，它们都安装在槽体上部受冷却的部位，具***置在熔化槽10的两个长侧面的壁上，两面彼此相对。同时在带喷咀14的喷枪13的水平位置处熔化槽10的横截面的面积与喷咀14的排气孔道的总面积之比值为300-10000。

在上述范围内打入熔体的含氧气体的量是符合制备铁碳中间产品的方法所规定的耗气量的，如果以最佳的流速打入气体，那么一方面它可以保证熔体混合良好，而另一方面又可以保证喷枪13和喷咀14既特别耐用又准确可靠。

排放炉渣的槽道17设在熔化槽10的两个短侧面中的一个侧面上，而排放中间产品的槽道18，则设在熔化槽10的另一短侧面的壁上，并且靠近槽的底床11。

自排放金属的槽道18的下限到排放炉渣的槽道17的上限的距离h与自槽道18的下限到熔化槽10上带喷咀14的喷枪13的水平位置的距离H之比（h∶H）为0.3-0.75。此处，喷枪13的水平位置是从槽的底床11的表面到喷枪13的纵向几何轴测量出来的。

在上述比例关系的情况下，炉渣总是从炉渣层的最佳高度的水平位置上排放出来。这样，一方面保证了在金属上方有一个缓慢被置换的炉渣层存在，从而在提高鼓泡区内炉渣氧化度的情况下，能够有利于提高过程的稳定性，另一方面，还可以防止碳质固体燃料的颗粒及金属液滴，随被排放的炉渣一起流失。

熔炉还有1个为沉降炉渣用的槽20（图4），此槽有底床21，槽上有1个孔道22，是为了往炉渣罐里排放炉渣的（炉渣罐在图上没有画出），此槽经槽道17与熔化槽10彼此联通。熔炉采用此种结构并设沉降槽20，就可以使炉渣随产随出，做到连续排渣。排放孔道22的阻板的高度决定了炉内熔体液面的水平位置。如果改变阻板的高度，便可以改变炉内熔体的水平面。

此处，沉降槽20的横截面的平均面积是熔化槽10的横截面平均面积的0.03-0.3倍。

沉降槽20的横截面的平均面积与熔化槽10的横截面的平均面积之间的比值取上述的数值，就可以为金属5的微小液滴与炉渣4在熔化槽10内进行有效地分离创造了有利的条件。

沉降槽20的底床21与熔化槽10的底床11二者的水平位置是相同的。孔道17底部的水平位置与槽底11和21的水平位置相一致。结果，在沉降槽20内与炉渣4分离后的金属5的液滴聚集在底床21上形成一层，然后金属5经过槽道17又返回到熔化槽10里。

从底床11的水平位置到出料孔道22的下沿之间的垂直距离为H₁，从底床11的水平位置到熔化槽10上面的带喷咀14的喷枪13的水平位置之间的垂直距离为H₂，而H₁与H₂之比为1.1-2.5。如果排放金属的槽道18的位置是在熔化槽10的底床11的附近，那么H₁和H₂这两段距离是相等的。这样就使熔体鼓泡区9和静态区8二者在高度上保持最佳的比例，从而也就保证了静态炉渣4这一层的最佳高度，在保持此高度的情况下，这一层可以将金属液滴有效地分离出来，并除掉其中的杂质，达到精制的目的，同时又不会恶化向金属层传热的条件，也不会增加热能的损失。

为了保证金属能够稳定地连续不断地出料，同时炉内的金属又能保持稳定的水平位置，在炉端的一个侧面处配备了1个外沉降槽23（图5），以便沉降中间产品，即金属5，这个槽通过排放金属的槽道18，与熔化槽10相互连通。沉降槽23的底床24与熔化槽10的底床11处于同一水平位置。沉降槽23上有1个孔道25，这是为了将金属排放到盛料的罐（图上没有画出）里去，孔道阻板的水平高度决定了熔化槽10内熔体静态区中金属5这一层的高度。

为了利用来自熔体的可燃性工业气体6中的能量，因而也是为了提高此项能量的热效率，以及提高碳质固体燃料的利用率，在熔炉上又安装了带喷咀27的附加喷枪26（图6），其目的是，在熔体鼓泡区9的水平位置以上，将含氧的气体打入熔化槽10内。喷枪26沿炉腔高度排成一行或几行安装在炉腔12的长侧壁上的衬砖套筒28里。安装喷枪26时，应当使其能够顺着本身的轴线，在炉腔12的内部前后移动，移动的幅度可达喷枪26所在处炉腔宽度的0.5倍，另外，喷枪26还能够变换其轴线与水平方向之间的夹角（倾斜角），夹角可以从0°变到60°。为了使喷枪26可以在炉腔12内移动，并变换其与水平面之间的夹角，还规定使用一套机械装置（图上没有画出）。

为了保证做到高度充分燃烧，保证从火苗到熔体之间有良好的热传递，为了防止碳质固体燃料被在熔体鼓泡区9的水平位置以上打入的含氧气体给燃烧掉，喷枪26（图7）须安装在离开底床11的距离为H₃的地方，H₃的长度相当于H₂长度的1.5-6.0，而H₂是指从底床11到带喷咀14的主喷枪13的水平位置之间的距离。

附加喷枪26所在的水平位置取决于喷咀27的排气孔道的下沿相对于底床11的位置。

在装有用于把含氧气体在高于鼓泡区9（区内靠燃烧工业气做功）的水平位置打入炉内的喷枪26（图5）的熔炉内，为了提高以辐射方式从燃烧的火苗向熔体的热传导，从而也就提高了燃烧热的利用率，炉腔12的下部29的横向的垂直截面应呈梯形，它以短边的底面支撑在熔化槽10之上。采用梯形截面可用保证熔体铁水宽广开阔，加大了鼓泡区9内熔体表面在水平面上投影的面积，并使燃烧区内熔体上方的炉腔容积有所增加。也可以把炉腔的中间部分，以至整个炉腔都做成梯形结构的。

为了提高燃烧热的总利用率，可以靠热量的最佳传递，即热量从燃烧的火苗，通过辐射和对流，传递给熔体的这一传热过程的最佳化，为此，在附加的喷枪26（这是为了在熔体的鼓泡区9的水平位置以上打入含氧气体而装的）所在的水平位置上炉腔的横截面的面积与熔化槽10在主喷枪13所在的水平位置处的横截面的面积之比应为1.05-2.0（喷枪13的作用是将含氧气体打入熔体，喷枪上装有喷咀14）。在上面指定比值的范围内，具体数值的选择可根据以下因素考虑：打入熔体内的含氧气体的耗用量，燃烧的程度，槽内熔体的高度，熔炉的几何形状的尺寸。

实施铁碳产品的制备方法的熔炉的操作，其要点如下。

为了把炉渣熔体引入内壁装有预热过的耐火材料衬里的熔化槽10里去，须注入液态炉渣，它是高炉炼钢的副产品，或者平炉和电炉炼钢的副产品，也可以是预先炼好的液态合成炉渣，例如炼渣电炉中的合成炉渣。注入炉渣熔体时，应使其液面超过带喷咀14的喷枪13所在的水平位置以上。在使用沉降槽20时，注入炉渣的最高水平面，应当与从槽20将炉渣排放出去的孔道22的阻板的水平面相一致。

第2种方案是，在往炉内灌注炉渣溶体之前，先注入液态金属，最好是铸铁，要灌到使液面超过排放金属的槽道18的上限，但又要低于排放炉渣的槽道17的下限。

引入炉渣熔体的第3种方案是，往烘热的熔炉内底床11上面，加入固态氧化物原材料，如来自黑色金属生产中的，经过粉碎的炉渣-无机矿物质，金属氧化物，然后将它们熔化。固态氧化物原材料的熔炼过程，一直要进行到炉渣熔体在炉内的液面已经超过带喷咀14的喷枪13所在的水平位置以上时为止。

如果没有条件全部都用渣态炉渣注满熔炉，即不能注到使炉渣的液面超过带喷咀14的喷枪13的水平位置以上时，则可先注一部分液态炉渣，然后用固态氧化物原材料来熔炼这槽铁水。在引入炉渣熔体之后，在其表面的水平位置以下，通过带喷咀14的喷枪13，打入含氧的气体，而且必要时，尚可借助压力，将液态燃料，气态燃料或者固态的含碳的粉尘状的燃料送进去，但送料的压力必须大于喷枪13以上那一段炉渣熔体液柱的静压力。打入气体的耗量按在带喷咀14的喷枪13所在的水平位置处整槽铁水的截面的面积计算，为每1米²截面150-1500（标准）米³/小时。这样，熔体便被分成两个区：上部的鼓泡区9和下部的静态区8。这时上面这个炉渣熔体区9的位置是在带喷咀14的喷枪13的轴线以上，但在喷枪开始频频移动之际，此区的位置又比喷枪13的轴线略低一些，这时此区逐渐向气液体系转变。

经加料设备16，从上面往熔体内加入碳质固体燃料2，例如煤块。对于煤块的大小基本上不加任何限制，因为在煤块落到一槽熔体（铁水）中去的过程中，由于热冲击和放出挥发性组份的结果，煤已经遭到破坏变成颗粒，其中最大的颗粒不过3-4毫米。其他各种碳质的固体燃料多研磨成细的颗粒之后再使用。

经加料口进入上部区9的鼓着泡的熔体里去的碳质固体燃料2的颗粒遍布于熔体的整个容积之内。燃料的容量浓度可能占到区9内熔体容积的0.5-50%。当燃料2的颗粒落入风口区域时，便与含氧气体3相互作用，生成一氧化碳。

靠燃料氧化时放出的热量，竞能把一槽熔融的铁水加热到1450-1650℃。然后经过加料装置16，开始往上部的熔体鼓泡区9内，同时加入碳质固体燃料2和含铁的原材料1。其中碳质固体燃料2在熔体鼓泡区9内的容量浓度也须保持在与上述相同的浓度范围之内，即占该区熔体容积的0.5-50%。

在保证达到相当高的生产能力的条件下，为了制备铁碳产品，可以用于作为含铁原材料1的物料有：对于炉内不烧工业气体的过程，可用的材料主要是含金属铁的原料（预先经过还原的铁矿原料-海绵铁，细碎的废钢或废铁，金属刨屑）;对于炉内烧工业气体的过程，能够使用的都是经过氧化的原材料（铁矿石，铁精矿，煤气净化器的粉尘，干燥的矿泥）。

为了制得炼合金用的铁碳产物，在炉料中必须加入含合金元素的原料（锰矿、镍矿以及其他种种矿石或者它们的精矿砂）。

为了炼出具有指定成分的炉渣，必要时炉料中尚须添加助熔剂。最常用的助熔添加剂就是石灰。如果不用石灰，也可以用石灰石作助熔添加剂。

把含铁的原材料，炼合金的添加剂和助熔添加剂，以及碳质固体燃料这几种原材料混合在一起，经加料装置16加入炉内。

往加料装置16里加入炉料时，既可以一次全部加入，也可以分批多次加入，比如利用传递带上料（图上未画出）。

如果熔炉的尺寸很大，那么加料装置16可以多配备几个。

当炉料中的原材料落入熔体里时，由于熔体的搅拌作用，炉料便迅速地，均匀地分散在上部鼓泡区9的各个部分里。由于熔体运动的强度很大，熔体内部的各种能源已不再集中于一处，而是分散在各处，再加上炉料也分布得很均匀，所有这些都为迅速加热并熔化含铁的原材料和各种添加剂创造了良好的条件。小块的含铁原材料和添加剂应取多大为宜，这主要取决于它们本身的性质，炉渣的性质，打入熔体内的含氧气体的强度，以及过程的温度，一般说，料块的大小可在20-30毫米。

含铁的原材料1里的金属组分，在物料熔化后便形成金属液滴，而其中的氧化物组分则熔化在炉渣内。铁和某些其他金属（Si，Mn，Cr，Ni等）的氧化物，均被碳质固体燃料2中的碳所还原，结果生成了金属液滴。

微小的金属液滴能够在鼓泡区9内停留相当长的时间，因而就使得本区内金属液滴的浓度形成一种固定浓度，但受熔体运动速度的影响。若提高金属液滴的浓度，液滴就会发生凝聚作用，然后逐渐变大，以致最后无法留在上部的鼓泡区9内。于是它们就沉降到下部的静态区8，再穿过静态的炉渣4这一层，最终进入底床11上的金属5这一层里去。

至于那些由含铁的原材料中的金属组分在熔化时形成的硕大液滴，它们很快就从上部的鼓泡区9内沉降下来。在上部鼓泡区9内的熔体温度高于下部静态区8内熔体的温度。下部静态区8内的热量，主要是由金属液滴携带来的，因为这些金属液滴是在上部的鼓泡区9内被加热的。

由于上部鼓泡区9的温度很高，而且发生反应的各个物相之间的界面表面很大，即气体-固态碳-液态炉渣-金属这几个物相之间的界表面很大，所以，金属氧化物发生还原反应的速度是很高的。结果，限制这一过程的生产能力的，照例不会是还原反应的动力学，而是供热的情况。在上部鼓泡区9内及其稍高一些的地方具有侵蚀性的熔体与致冷元件19相接触。在元件19的地方，便形成了一层厚度为5-25毫米厚的炉渣结在壁上，这层炉渣防止了热能的大量损失，并保护住致冷的元件免受上部鼓泡区9内炉渣熔体中的碳质固体燃料2和含铁原材料1的颗粒的侵蚀性磨损。

在熔化槽10的下部，此处有来自上部鼓泡区9的金属5和炉渣4，熔体与耐火砌体相接触。但是，此区内的炉渣，其侵蚀性要小得多，因为炉渣中已不含固体颗粒了，铁的氧化物的含量也比较低，而且运动速度不高。因此，这个区内的耐火材料的寿命也相当长。

由于静态区8内炉渣运动的速度很小，所以就为金属液滴自炉渣中沉降出来创造了有利的条件。在沉降过程中，金属液滴又得到进一步的精制，除掉了一些杂质。

炉渣4从静态区8的炉渣层里经过设在熔化槽10的端侧壁上的槽道17而被排出。如果改变自底床11到槽道17的上限这段高度的话，那么就可以从炉渣层不同的高度处把炉渣排放出来。若从炉渣层的下部排放熔渣，则会使金属液滴与炉渣在熔化槽10内分离得更好一些。但是，这时直接紧贴着金属层的炉渣层，会在熔炼过程中经处于更新的状态，这又会造成下部静态区8内炉渣的氧化度暂时会升高，并导致金属沸腾。结果使过程的稳定性下降，使熔化槽10的耐火材料衬里的寿命缩短。

上述现象是可以预防的，办法是使炉渣从静态区8内的炉渣层的中部或者上部排放出去。这时，在液态金属层的上方有一个更新缓慢的液态炉渣层，而且其中氧化铁的含量与金属中碳的含量保持一种平衡的关系。

有了沉降炉渣的槽20，就可以减少金属5随炉渣4排走而造成的流失。炉渣4经槽道17进入带衬里的沉降槽20并在槽内沿垂直方向继续朝上流动。由于沉降槽20的横截面相对地较大，所以炉渣4的流速就会下降，从而使金属5的液滴能毫不受阻地沉降下来。液滴沉到槽20的底床21上面之后，便进入金属浴内，后者与熔化槽10的金属浴是连通的。炉渣4从沉降槽20的上部，无须压力便会流经排料孔道22的阻板，汇集到排渣槽（图上未画出）、再排入盛渣的罐里，或者直接送去加工处理。必要时，沉降槽20需要用燃烧器加热一下（图上未画出）。

熔炼过程中得到的炉渣，从成分上看与高炉炉渣的成分很接近。也能够得到别种成分的炉渣，这样可以扩大炉渣的利用途径。

金属5可以通过靠近熔化槽10的底床11处的槽道18排放出来。当然也可以采取定期打开槽道18的办法，把金属5取出。但是，这样做会使熔化槽10内熔体的水平面发生变化，从而对于过程的稳定性，以及其他指标多少有些不良的影响。要想让金属5连续排放，可以采用下法来实现：即将槽道18维持在指定的截面，以保证金属排出的速度，与它进入下部静态区8里的速度相等。不过这种排放金属的***并非完全可靠。

利用沉降金属的槽23就可以保证使金属5能够可靠地排放出来，同时又能够确保熔化槽10内的熔体维持一个稳定的水平面。金属5经过槽道18流入沉降槽23的下部，然后向上流动，到达排放金属的孔道25的阻板，并无须加压便汇入出料槽（图上未画出），最后借助出料槽转入盛料罐或者入混铁炉，或者直接输送到成套设备以进一步炼制。

所制得的金属可以作为炼钢的中间产品而用于吹氧转炉、电炉、炉外精炼的设备，以及其他成套设备中。

由于在上部的鼓泡区9内进行了还原和燃烧等化学过程，结果产生了工业气体。这类气体的主要成分是CO和H₂，并有少量的CO₂和H₂O。工业气体里还有氮气，它来自碳质固体燃料和含氧气体。工业气体6是从熔体里放出来的，并由炉腔12的上部，经过排放工业气体的装置15而排出炉外。

工业气体6可以作为燃料供各种燃烧室使用。由于这种气体的质量指标很高（指气体中还原性组份的含量与氧化性组份的含量之比），所以工业气体6也可以作为还原剂而用在铁的固相直接还原过程或者用在高炉的还原过程中。工业气体中氢的含量是可以调节的，办法是改变炉料的含水量，也可以往熔体表面的上方打入水蒸汽。

为了达到提高熔炉的生产能力和降低燃料消耗这双重目的，以及在没有必要或者没有可能将还原性的工业气体用到其他成套设备中去的情况下，是可以把工业气体的一部或全部直接就用于我们的熔炉上。为此，需要经过附加的喷枪26，往炉腔12内打入含氧气体3。从熔化的铁水内放出来的一氧化碳和氢气，经过与含氧气体3中的氧气发生相互作用后，被氧化成CO₂和H₂O。利用每吨燃料打入不同数量的含氧气体3这种办法，就可以调节工业迦忌胀耆某潭取Ｔ诖蛉牒跗?的时候，应当尽可能地靠近上部鼓泡区9里的熔体的表面，并通过变换附加喷枪26的位置，使气体3能够均匀地分布在熔体表面的上方。结果，在熔体的上方就有燃烧的火苗形成，由于四处飞溅的炉渣和固体颗粒落到火苗上，所以使火苗的黑皮度很高，因而它的辐射力也很强。

喷溅出去的炉渣受热后，飞过火苗，再返回到熔化的铁水中，于是把热量带给了铁水。这样就保证了燃烧的热量能够高效率地传递给熔体。如果能把以下的比例关系调整在一个最佳的范围内，燃烧热的利用率是可以提高的：在熔化槽10的燃烧区域内，若以往熔体内打入含氧气体3的入气处的水平位置为准，对炉腔做横截面，则这些截面面积之比应当在1.05-2.0的范围之内，再有，从底床11到附加喷枪26的喷咀27之间的距离，与从底床11到喷枪13上的喷咀14所在处的水平位置之间的距离之比，应当在1.5-6.0的范围之内。还有其他一些有关的参数也对热能的利用有影响。

若炉内达到完全燃烧，废气6里几乎不含任何可燃的组份，那么废气的这种利用只能认为是对其中物理热的利用。

在排放出来的废气6里，粉尘的含量并不高，这是因为没有分散地加料，以及在鼓着泡的熔体的作用下，各部分的炉料都完全相同，浑然一体的缘故。

下面提供若干实例，用以说明在实施本发明所提出的方法的熔炉内，制备炼钢用的铁碳中间产品的方法的具体实施方案。

实例1

在为制备炼钢用的铁碳中间产品的熔炉内，通过往熔化槽10内灌注液态高炉炉渣的办法，组成一池熔体浴（铁水）。注入的液态炉渣的温度为1350℃，炉渣的成分（%）如下：SiO₂-35.9;MnO-0.5，S-1.4，Fe_总量-0.5，CaO-39.9，MgO-8.7，Al₂O₃-9.8，其余为别的氧化物。

在熔体的表面以下，通过带喷咀14的喷枪13，将含氧气体（O₂＝99.5%）打入，进气的强度为：按熔体的横截面计，每1米²截面面积上打入1500（标准）米³/小时。喷枪13所在的水平位置处熔化槽10的横截面之面积与这些喷枪的喷咀横截面的总面积之比等于300。

在熔体浴的表面以下，打入含氧气体，会使熔体形成上下两个区，即上部的鼓泡区9和下部的静态区8。

通过加料装置16，往熔体的鼓泡区9加入含水率为5%的煤炭，数量上须保证在上部鼓泡区9的熔体内煤炭的容量浓度达到20%。随后，通过加料装置16，将铁精矿和煤炭一起加入鼓泡区9内，所加铁精矿的数量为55吨/小时，精矿的化学成分（%）如下：总铁量-63.5，矸石-10.0。此时，与铁精矿一起加入的还有助熔剂-石灰，用量为6吨/小时。铁精矿，助熔剂和煤炭均用传送带运到加料装置16。

当铁精矿与煤炭和助熔剂一起加到熔体的鼓泡区9之后，则先是被加热，继而熔化，并由于与煤炭发生作用而被还原。使熔体保持受热的状态，以及将原料加热，熔化和还原所需要的热源均靠一部分煤炭与打入的含氧气体中的氧气发生反应，进行燃烧来提供的，而含氧气体是通过带喷咀14的喷枪13打入的。

金属液滴经凝聚后自鼓泡区9的熔体中沉降下来，并穿过下部的静态区8里的炉渣层，最后形成了一层静止的金属熔体。

在熔炼过程中产生的工业气体，其数量为123000（标准）米³/小时，经过排放装置15而被排出炉外。工业气体的成分（容量%）为：CO-75.0;H₂-20.0;CO₂-2.0;N₂-1.0。

熔炼过程中生成的炉渣，经槽道17排出炉外。所排放的炉渣的成分（%）为：SiO₂-38.7，MnO-1.4，铁_总量-4.0，CaO-38.4，MgO-8.9，Al₂O₃-10.6。炉渣的温度为1500℃。

自熔化槽10的底床到排放炉渣的槽道17的上限这段距离，与自排放金属的槽道18的下限到喷枪13所在的水平位置这段距离之比为0.3。这样的比例可以保证在下部静态区8内的炉渣，可以从炉渣层下部的水平面排放出来。

炼好的金属是通过位于熔化槽10的底床11近旁的槽道18，从炉内排放出来的。排放出的金属，其成分（%）为：C-4.5，S-0.030，P-0.11，Si-0.15，Mn-0.16。金属出炉时的温度为1500℃。熔炉的生产能力为35.4吨/小时，耗煤量为65吨/小时，铁的提取率为96.85%，粉尘携出率为1.2%。

实例2

熔炼过程的操作与实例1类似。

在喷枪13所在的水平位置处熔化槽10的横截面的面积，与这些喷枪上喷咀14横截面的总面积之比等于10000。

含氧气体3（O₂＝99.5%）的输入强度为;按熔体的横截面计算，每1米²截面面积上打入150（标准）米³/小时。往炉内加入的海绵铁的数量为10吨/小时，海绵铁的化学成分（质量%）为：总铁量-85，金属铁-60，矸石-10.0。石灰助熔剂的耗量为0.9吨/小时。在鼓泡区9的溶体内，煤炭的容量浓度为0.5%。所制得的金属的成分（质量%）为：C-3.8，S-0.030，P-0.11，Si-0.15，Mn-0.16。金属出炉时的温度为1500℃。炉渣经槽道17排入沉降槽20，在这里，对金属液滴又进行一次分离，然后炉渣便通过孔道22，从沉降槽20连续不断地排放出来。沉降炉渣的槽20的横截面的平均面积与熔化槽10的横截面的平均面积之比等于0.03。工业气体的排放量为14500（标准）米³/小时。熔炉的生产能力为8.6吨/小时，耗煤量为8吨/小时，铁的提取率为97.7%，粉尘携出率为1.0%。

实例3

熔炼过程的操作与实例2类似。

在喷枪13所在的水平位置熔化槽10的横截面的面积，与这些喷枪的喷咀14的排气孔道的总面积之比等于450。

沉降炉渣用的槽20的横截面的平均面积，与熔化槽10的横截面的平均面积之比等于0.3。自槽道18的下限或者自底床11到槽道17的上限这段距离，与自排放金属的槽道18的下限到喷枪所在的水平位置处这段距离之比等于0.75。

自熔化槽10的底床11，沿垂直方向到排放炉渣的孔道22的下沿这段距离，与自熔化槽10的底床11到喷枪所在的水平位置处这段距离之比等于1.2。含氧气体3（O₂＝50%）的进气强度为：按熔体浴的横截面的面积计算，每1米²截面面积上打入1300（标准）米³/小时。海绵铁的上料量为40吨/小时。鼓泡区9的熔体内煤炭的容量浓度为40%。制得的金属的成分（质量%）为：C-4.8，S-0.030，P-0.11，Si-0.15，Mn-0.16。金属出炉的温度为1500℃。

按液态金属计算，熔炉的生产能力为35.2吨/小时，耗煤量为26吨/小时，铁的提取率（从含铁的原材料中将铁提取为金属铁的比率）为98.5%，粉尘携出率为0.8%。

实例4

熔炼过程的操作与实例3类似。每隔5小时停止上料25分钟，即同时停止加煤和加海绵铁25分钟。在所制得的金属中，平均含硫量下降到0.015%。

实例5

往炉内引入炉渣熔体浴，方法是将含碳量为4.8%，温度为1480℃的高炉铸铁水注入炉内，但须使其在排放金属的槽道18的水平位置以上，同时又须在排放炉渣的槽道17的上限以下。随后注入液态的高炉炉渣，操作方法与实例1类似，也是在喷枪13上的喷咀14的水平位置之上注入。通过喷枪13将含氧气体3（O₂＝80%）打进炉内，进气的强度为1000（标准）米³/小时·米²，这时便形成了鼓泡的熔体区9。往鼓泡的熔体区9内加入块度为0-15毫米和含水率为5%的无烟煤，加煤的数量须保证其在熔体内的容量浓度达到25%，然后，往鼓泡区9内连同无烟煤一起加入块度为0-10毫米的赤铁矿石，矿石耗量为80吨/小时。矿石的化学成分（质量%）为：总铁量-51.0，矸石-23.5。这时，无烟煤的上料量是按熔体的横截面的面积计算的，即每1米²截面加煤1.4吨/小时。石灰的耗量为11吨/小时。

通过安装在炉腔12上的附加喷枪26，将空气吹入熔体的表面以上处，进气量为5000（标准）米³/1吨无烟煤。熔炉炉腔的下部29，应做成其横向垂直截面为梯形的结构，在附加的喷枪26所在的水平位置处，炉腔12的横截面的面积，与喷枪13所在的水平位置处熔化槽10的横孛娴拿婊鹊扔?.0。附加喷枪26在炉腔12上面的高度应等于由底床11到喷枪13所在的水平位置之间距离的3倍。从上部的熔体鼓泡区9排放出来的工业气体，被经过附加喷枪26打入的含氧气体3里面的氧气燃烧完。

在此过程中所放出来的热量，依靠辐射与对流的作用，传递给上部鼓泡区9内的熔体。

燃烧完全之后所产生的气体，从炉腔12经过排气装置15被排放出去。此处排放的干燥气体，其成分（容量%）为：CO₂-32.0，其余全是N₂。在熔炼过程中产生的炉渣4从熔化槽10排放出来的操作方式与实例2类似。排出的炉渣的成分（%）为：SiO₂-39，MnO-1.4，Fe_总含量-2.5，CaO-38.4，MgO-8.9，Al₂O₃-9.8。炉渣的温度为1550℃。

金属5从熔化槽10内排放出来是通过槽道18，沉降槽23和排料孔道22连续进行的。

所产金属的成分（%）为：C-4.5，S-0.035，P-0.11，Si-0.08，Mn-0.09。金属的温度为1550℃。熔炉的生产能力为40吨/小时，无烟煤的耗用量为28吨/小时。

实例6

预先引入炉渣熔体，办法是把固态的打成碎块的高炉炉渣作为原料加入炉内，然后将其熔化。往炉内加入海绵铁，数量为10吨/小时，成分（重量%）为：总铁量-98.0，金属铁-97.0，矸石-0.7。焦炭屑的耗用量为：按熔体在打入含氧气体3的进气处的水平位置的横截面的面积计算，每1米²截面面积上料0.2吨/小时。在鼓泡区9内的熔体中，焦屑的容积含量为10%。在熔体表面的水平位置以下打入的含氧气体（O₂＝99.5%）的进气强度等于200（标准）米³/小时·米²。而在熔体表面的水平位置以上的进气强度为每吨焦炭屑10（标准）米³。

若按液态产品计算，熔炉的生产能力为9.7吨/小时，焦炭屑的耗量为4吨/小时，铁的提取率为99.3%，粉尘携出率为0.5%。

实例7

熔炼过程的操作与实例5类似。矿石的耗用量为80吨/小时。使用含碳量为40%的碳质废物（垃圾热解的产物）作为碳质固体燃料。碳质废物的加料强度为：按往熔体内打入含氧气体3的进气处的水平位置熔体的横截面的面积计算，每1米²面积加料5吨/小时。

按液态产品计算，熔炉的生产能力为40吨/小时，碳质废物的耗用量为100吨/小时，铁自矿石的提取率为95%，粉尘携出率为0.5%。

实例8

熔炼过程的操作与实例5类似。在熔体表面以下，将天然气与含氧气体3一起打入炉内。天然气的进气强度以熔体浴的横截面计算，每1米²为250（标准）米³/小时。无烟煤的加料量为每1米²1.15吨/小时，矿石和石灰的加料量分别为88吨/小时和11.5吨/小时。按液态产品计算，熔炉的生产能力为44.2吨/小时，无烟煤的耗用量为23吨/小时，铁转入产品中的提取率为98.5%。

从以上举出的实例可以看出，液相还原法提供了制备炼钢用的铁碳中间产品的方法，它在原理上是一种新方法。这项工艺过程与原有的过程相比，有许多突出的优点。

本过程不要求用冶金焦炭，而是用煤或者其他各种碳质燃料，甚至可以用含碳的废料来代替焦炭。

本过程不要求对铁矿原料做任何预处理，而是可以有效地处理各种不同类型的含铁原材料，其中包括处理起来十分复杂的含铁原材料（例如矿泥，煤气净化器里的粉尘，钢铁刨屑）。

完全燃烧法可以直接从铁矿原料中一步就制得铁碳产品，而且生产能力高，燃料消耗低。本方法所使用的熔炉，其单位有效容积的生产能力，比最好的高炉还大1-2倍。

本过程保证做到使铁自原料中的即提取率达到很高的水平。铁伴随炉渣排掉的流失率，受过程多种参数的影响，但不会超过2-4%。

本法采用的熔煽啃院茫峁辜虻ィ菀坠芾恚梢岳米远际鹾偷缒越泄芾怼Ｓ捎谠诟挥星质葱缘穆那蚰谑褂昧酥吕涞脑庇捎谠诮鹗粼〉纳戏接幸徊憔仓沟穆嬖冢跃捅Ｖち四突鸩牧系某睦锬芄挥泻芨叩哪褪葱裕⒈Ｖと勐诹酱未笮拗涞牧僮魇奔涮乇鸪ぁ?

本方法可以制得高质量的还原性气体以供各种生产工艺使用。

本法所产的炉渣，由于其成分可以大幅度地加以改变，所以能够为多种不同的需要服务，例如可将炉渣用于生产各种建筑材料。

本法可使冶金生产的整个作业避开了烧结焦化这两大环节，从而减轻了对于环境的污染。

本法制得的铁碳产品，若从将其用于炼钢材生产的角度看，它的质量不亚于高炉炼制的铸铁。

以本方法为基础可以有效地实现小规模的钢铁生产（即“微型工厂”）。

经济计算表明，如果利用本方法，并采用为实施本法而设计的熔炉，那么，炼钢生产的费用，将比用现有的工艺方法节省10-30%。

Claims (21)

1、炼钢用的铁碳中间产品的制备方法，规定要同时加料，即同时加入含铁的原材料(1)和碳质的固体燃料(2)，打入含氧的气体(3)，含铁原材料1，碳质固体燃料2和含氧气体相互作用，于是，含氧气体中的氧便将一部分燃料氧化，并放出热量，此热量用于熔化含铁的原材料，并用于还原反应，即含铁的原材料中所含的金属氧化物，被剩余的那部分燃料中的碳所还原，生成熔炼过程的液态产品-炉渣(4)和铁碳中间产品(5)，及工业气体(6)，然后将熔炼过程的液态产品(4和5)及工业气体(6)排放出来，此方法的特征在于将含铁的原材料(1)和碳质的固体燃料(2)同时上料入炉之前，先引入炉渣熔体，而且在熔体表面的水平位置以下将含氧气体(3)打入炉渣熔体，这时气流(7)使熔体鼓泡，并将熔体分成两个区(8和9)：下部的静态的熔体区(8)和上部的被打入的气体鼓泡的熔体区(9)，往此区内加入碳质固体燃料(2)，其数量必须足以使此区内燃料的容量浓度达到占此区容积的0.5-50%，而将含铁的原材料(1)和碳质固体燃料(2)同时加到上部区(9)里去的目的，则在于维持已达到的燃料浓度，这样就保证了在这个区域内，经过含铁的原材料(1)，碳质固体燃料(2)和含氧气体(3)这三者间的相互作用，生成了液态炉渣(4)，此渣进入下部区(8)，并在此区内形成一个层，同时还生成了滴状的液态金属，这些液滴穿过炉渣(4)层，并在该层之下形成一个铁碳中间产品(5)层，然后将熔炼过程的液态产品-炉渣(4)和含铁中间产品(5)分别从下部区(8)内的相应的层中排出。

2、权利要求1所述方法，其特征在于含氧气体（3）打入炉渣熔体内的数量，按在含氧气体（3）打入熔体处的水平位置熔体的横截面的面积计算，为每1米²150-1500（标准）米³/小时。

3、权利要求2所述方法，其特征在于被打入炉渣熔体内的含氧气体（3）的耗用量，会因碳质固体燃料（2）的反应能力的增强而加大。

4、权利要求1所述方法，其特征在于在熔炼过程中，往熔体内打入含氧气体（3）的操作是连续的，而把含铁的原材料（1）和碳质固体燃料（2）同时一起加入炉内的操作则是周期地间歇进行的。

5、权利要求1所述方法，其特征在于引入炉渣熔体的办法是用黑色金属生产当中得到的液态炉渣直接进行浇灌。

6、权利要求5所述方法，其特征在于在注入液态炉渣之前，先将液态金属注入。

7、权利要求1所述方法，其特征在于引入炉渣熔体是用以下办法实现的：至少加入一种固体氧化物材料，并将其熔化，这些固体氧化物材料是由一组物料选出的，其中包括黑色金属生产中的炉渣，矿物原料，金属氧化物。

8、权利要求1所述方法，其特征在于将气态的，液态的或者固态粉尘状的含碳燃料，在熔体表面的水平位置以下，补充打进上部的熔体区（9）里去。

9、权利要求1所述方法，其特征在于，将炉渣（4）从下部的熔体区（8）内排放出来这步操作用在炉渣层的中部或者上部的水平位置处进行。

10、权利要求1所述方法，其特征在于在熔炼过程中，在熔体表面的上方，须补充打入含氧气体（3），数量为每吨碳质固体燃料打进（0.01-5.0）×10³（标准）米³。

11、权利要求10所述方法，其特征在于在同时加入两种原料，即同时加入含铁的原材料（1）和碳质固体燃料（2）的过程中，燃料的加料量应在以下范围之内：按在往熔体内打入含氧气体（3）进气处的水平位置上熔体的横截面的面积计算，为每1米²0.2-5.0吨/小时。

12、为实施权利要求1所述的制备方法而设计的熔炉，其结构包括以下部分：带底床（11）的熔化槽（10）;支撑在熔化槽（10）之上的炉腔（12）和安装在炉腔（12）上的至少一套加料装置（16），它是为了往熔化槽（10）里加入含铁的原材料和碳质固体燃料用的;还有安装在炉腔上部的往熔化槽（10）内打入含氧气体（3）用的带喷咀（14）的喷枪（13）若干个;熔化槽（10）内有排放炉渣的槽道（17），它设在靠近熔化槽（10）底床（11）的壁上;另有一条排放铁碳中间产品的槽道（18），它也在熔化槽的壁上，但位置是在带喷咀（14）的喷枪（13）所在的水平位置以下;还有排放工业气体的装置（15），它位于炉腔（12）的上部;此熔炉与众不同之处在于，熔化槽（10）和炉腔（12）的横截面，实质上都是矩形的，带喷咀（14）的喷枪（13）装在熔化槽（10）较长的两面侧壁的上部，而槽道（17和18）设在熔化槽（10）较短的两面侧壁上，同时，在带喷咀（14）的喷枪（13）所在的水平位置处熔化槽（10）的横截面面积与喷咀（14）排气孔道的总面积之比为300-10000，而从排放产品的槽道（18）的下限到排放炉渣的槽道（17）的上限这段距离（h）与从排放产品的槽道（18）的下限到熔化槽中带喷咀（14）的喷枪（13）所在的水平位置处这段距离（H）之比等于0.3-0.75。

13、权利要求12所述熔炉，其特征在于熔化槽（10）的上部和至少是炉腔（12）的下部须采取致冷措施。

14、权利要求13所述熔炉，其特征在于用于将含氧气体打入熔化槽的带喷咀（14）的喷枪（13），安装在炉体的被冷却部分。

15、权利要求12所述熔炉，其特征在于此炉装有沉降炉渣的槽（20），并带排放炉渣的孔道（22），此槽经熔化槽排渣槽道（17）而与熔化槽相连通，而且，沉降炉渣的槽（20）的横截面的平均面积，与熔化槽（10）的横截面的平均面积之比等于0.03-0.3。

16、权利要求15所述熔炉，其特征在于从熔化槽（10）的底床（11）到沉降炉渣的槽（20）的排料孔道（22）的下沿之间的垂直距离（H₁），与自熔化槽（10）的底床（11）到槽上带喷咀（14）的喷枪（13）所在的水平位置处这段距离（H₂）之比等于1.1-2.5。

17、权利要求12所述熔炉，其特征在于此炉装有为沉降中间产品而设的槽（23），并带排放孔道（25），此槽经熔化槽排放中间产品的槽道（18）与熔化槽（10）相连通，此槽的作用是：在熔炼过程中，当中间产品从炉内连续排放时，它能保证熔化槽（10）内的中间产品保持恒定的水平位置。

18、权利要求12所述熔炉，其特征在于此炉在其炉腔（12）的上部，沿水平方向，至少安装一横排附加的，带喷咀（27）的喷枪（26），目的在于将含氧气体打入炉内。

19、权利要求18所述熔炉，其特征在于从熔化槽（10）的底床（11）到任意一排附加喷枪（26）所在处的水平位置之间的距离（H₃），与自熔化槽（10）的底床（11）到安装在槽上的主喷枪（13）所在处的水平位置之间的距离（H₂）之比等于1.5-6.0。

20、权利要求18所述熔炉，其特征在于在任意一排附加喷枪（26）所在的水平位置处炉腔（12）的横截面面积与在槽上安装主喷枪（13）处的水平位置熔化槽（10）的横截面的面积之比等于1.05-2.0。

21、权利要求18所述熔炉，其特征在于至少炉腔（12）的下部分（29）的横向纵面应呈梯形，并且是以梯形的短的底面支撑在熔化槽（10）之上。

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