Способ производства расплавленного чугуна

Способ производства расплавленного чугуна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу производства расплавленного чугуна путем плавления твердого восстановленного железа. В частности, настоящее изобретение относится к способу производства путем плавления твердого восстановленного железа в печи-ванне для плавления чугуна, причем твердое восстановленное железо получают путем восстановительного нагрева брикетов оксида железа с соединениями углерода в карусельной печи или в чем-то подобном.

Уровень техники

Заявитель настоящего изобретения предлагает способ производства расплавленного чугуна как новый способ производства чугуна взамен традиционного доменного процесса и процесса восстановительной плавки. В предлагаемом способе производства расплавленного чугуна, при котором комбинированно применяются карусельная печь и печь-ванна для плавления чугуна, после того как брикеты оксида железа с соединениями углерода, каждый из которых содержит источник оксида железа и углеродосодержащий восстановитель, подвергаются восстановительному нагреву в карусельной печи для получения твердого восстановленного железа, это твердое восстановленное железо загружают в печь-ванну для плавления чугуна, и углеродный материал, подаваемый в качестве топлива, воспламеняется с кислородом в печи-ванне для плавления чугуна таким образом, что твердое восстановленное железо плавится для образования расплавленного чугуна (см. патентные документы 1 и 2).

Однако в ходе последующих исследований, выполненных авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что в печи-ванне для плавления чугуна, поскольку образуется большое количество расплавленного шлака (который далее в отдельных случаях просто упоминается как «шлак»), образующегося из компонентов пустой породы в источнике оксида железа и золы в углеродосодержащем восстановителе и углеродистом материале, в то время когда в печи происходит аномальное пенообразование этого большого количества шлака, трудно подавить это пенообразование шлака, и в связи с этим вспениванием шлака шлак и/или основной металл выбрасываются из печи. В результате возможны снижение выработки и/или прерывание процесса, система отвода отработавших газов может быть заблокирована шлаком и/или основным металлом, попадающим туда и, в дополнение, поскольку теплоемкость шлака, который является легковесным при указанном пенообразовании, невелика, шлак охлаждается и затвердевает, так что выпускное отверстие неблагоприятно закупоривается им.

Кроме того, в качестве способа плавления лома в реакционной печи типа конвертера с верхним дутьем при помощи теплоты, вырабатываемой при сжигании углеродистого материала при помощи газообразного кислорода, описан способ, в котором после плавления лома общее количество полученного железного расплава выпускают путем наклона печи, в то время как общему или, по меньшей мере, 50%-ному количеству шлака позволяют остаться в печи, и расплавленный чугун загружают в печь для следующей завалки (см. патентный документ 3).

Однако при этом способе, поскольку печь должна наклоняться при каждой плавке, кроме вытекания расплавленного чугуна и углеродистого материала, вызванного наклоном, увеличивается также рассеивание тепла, и поэтому неблагоприятно уменьшается производительность по жидкому чугуну.

Кроме того, в качестве способа непрерывного производства расплавленного чугуна из лома и/или железной руды с использованием цилиндрической печи описан следующий способ. Согласно этому способу при образовании в процессе плавления шлака с низкой текучестью, обладающего низкой основностью, из выпускного отверстия при выпуске расплавленного чугуна выпускают только расплавленный чугун, а обладающий низкой текучестью шлак остается в печи. Затем, когда количество шлака, накопленного в печи, достигает предельного значения при повторном выполнении указанной операции выпуска расплавленного чугуна, основность и/или температуру шлака повышают для повышения его текучести, после чего шлак выпускают (см. патентный документ 4).

Согласно способу производства расплавленного чугуна, описанному выше, поскольку наклон печи не производится и отделение шлака выполняется без применения дополнительной летки для выпуска шлака, возможно достижение стабильности непрерывной операции и улучшение выхода чугуна. Однако, поскольку допускается сохранение большого количества шлака в печи в течение длительного периода времени, когда струя кислорода проходит через слой шлака, обладающий большой толщиной, шлак окисляется с образованием пероксидного шлака, и очень возможно возникновение аномального пенообразования и пульсирования. В результате, продувка может быть неминуемо прервана, и во многих случаях стабильная операция плавления не может выполняться непрерывно. В частности, из-за небольшой кажущейся плотности восстановленное железо может оставаться в слое шлака, обладающем большой толщиной, и поэтому пульсирование облегчается воздушными пузырьками (которые далее в отдельных случаях упоминаются как пузырьки газообразного СО) газообразного оксида углерода, образующегося в процессе плавления. Кроме того, когда между плавлением и выпуском шлака изменяются основность и температура шлака, контроль очень усложняется. К тому же, когда присутствует большое количество шлака, науглероживание расплавленного чугуна углеродистым материалом ограничивается, поскольку углеродистый материал не способен достичь поверхности расплавленного чугуна, и, в результате, производство расплавленного чугуна затрудняется.

Кроме того, в качестве способа улучшения выпуска расплавленного чугуна и шлака описан способ, при котором нагрев осуществляется индукционными катушками, намотанными вокруг дна горна (лещади) доменной печи и плавильной печи типа доменной печи, и температура лещади, выпускного отверстия для расплавленного чугуна и выпускного отверстия для шлака повышается (см. патентный документ 5).

Однако согласно этому способу, поскольку для повышения температуры шлака дополнительно требуется дорогостоящее индукционное нагревательное устройство, повышается стоимость оборудования и, в дополнение, неблагоприятно увеличиваются затраты рабочего времени на техническое обслуживание.

Патентный документ 1: Японская опубликованная нерассмотренная патентная заявка №2004-176170

Патентный документ 2: Японская опубликованная нерассмотренная патентная заявка №2006-257545

Патентный документ 3: Японская опубликованная нерассмотренная патентная заявка №8-209218

Патентный документ 4: Японская опубликованная нерассмотренная патентная заявка №5-239521

Патентный документ 5: Японская опубликованная нерассмотренная патентная заявка №2001-241859

Сущность изобретения

Настоящее изобретение разработано с учетом проблем, описанных выше, и при способе производства расплавленного чугуна, при котором твердое восстановленное железо, полученное путем восстановительного нагрева брикетов оксида железа с соединениями углерода, плавят в печи-ванне для плавления чугуна при помощи теплоты от сжигания углеродистого материала с использованием кислородосодержащего газа для получения расплавленного чугуна, и целью настоящего изобретения является предложение способа производства расплавленного чугуна, при котором в печи не происходит аномального пенообразования шлака, и шлак, образованный в ходе указанной операции плавления, надежно выпускается без наклона печи.

Настоящее изобретение относится к способу производства расплавленного чугуна, который содержит следующие операции: загрузку в плавильную печь-ванну во время вдувания инертного газа в слой расплавленного чугуна в плавильной печи-ванне для плавления чугуна через фурмы нижнего дутья, выполненные в днище печи, с целью перемешивания слоя расплавленного чугуна, твердого восстановленного железа, углеродистого материала и добавочного флюса, причем твердое восстановленное железо получено путем восстановительного нагрева брикетов оксида железа с соединениями углерода, и выполнение продувки сверху кислородосодержащим газом через фурму верхней продувки, помещенную в плавильной печи-ванне, так что получается расплавленный чугун путем плавления твердого восстановленного железа теплотой сгорания, образующейся при сжигании углеродистого материала и/или углерода расплавленного чугуна. При описанном выше способе углеродистый материал загружают таким образом, чтобы образовать слой шлака с взвесью углеродного материала, в котором взвесь углеродного материала находится в верхней части слоя шлака, образованного из шлака, выработанного во время плавления твердого восстановленного железа на слое расплавленного чугуна с образованием расплавленного чугуна, и затем сформировать покровный слой из углеродного материала, образуемый только углеродным материалом на слое шлака с взвесью углеродного материала, а расплавленный чугун и шлак, которые накапливаются в плавильной печи-ванне, выпускают через летку, предусмотренную в нижней части боковой стенки плавильной печи-ванны.

Цель, признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1. На фиг.1 показан вид в вертикальном поперечном разрезе, демонстрирующий схематическую структуру печи-ванны для плавления чугуна согласно изобретению.

Фиг.2. На фиг.2 показан вид в вертикальном поперечном разрезе, схематически демонстрирующий условия распределения углеродного материала в области шлакового слоя в печи-ванне для плавления чугуна.

Фиг.3. На фиг.3 показан график, демонстрирующий зависимость между основностью шлака и коэффициентом выпуска шлака.

Фиг.4. На фиг.4 показан график, демонстрирующий зависимость между температурой выпуска расплавленного чугуна и коэффициентом выпуска шлака.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

В дальнейшем в этом документе печь-ванна для плавления чугуна, которая используется при способе производства расплавленного чугуна согласно варианту осуществления настоящего изобретения, будет описана подробно со ссылкой на чертежи, и в дополнение способ производства расплавленного чугуна согласно варианту осуществления настоящего изобретения будет отдельно описан в подробностях как операция, при которой в плавильную печь-ванну загружают твердое восстановленное железо, углеродный материал и дополнительный флюс для плавления твердого восстановленного железа таким образом, чтобы образовать слой расплавленного чугуна, слой шлака и покровный слой из углеродного материала (далее упоминается в отдельных случаях как «операция плавления»); операция, при которой расплавленный чугун и шлак, произведенные в ходе операции плавления, выпускают из плавильной печи-ванны (далее упоминается в отдельных случаях как «операция выпуска шлака»; и операция, которую выполняют при ремонте плавильной печи-ванны (далее упоминается в отдельных случаях как «операция ремонта»).

Конструкция плавильной печи-ванны для плавления чугуна

На фиг.1 схематически показана конструкция плавильной печи-ванны для плавления чугуна согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Печь-ванна 1 для плавления чугуна согласно этому варианту осуществления является вертикальной печью, и газоотвод 3 для отработавшего газа соединяется с верхом 2 печи, расположенным в верхней части плавильной печи-ванны 1 для плавления чугуна. Печь-ванна 1 для плавления чугуна имеет загрузочный желоб 4 для сырья, который вставлен в печь через верх 2 печи при загрузке сырья, и верхнюю продувочную фурму 5, которая вставлена в печь через верх 2 печи для продувки. Кроме того, в днище 6 помещается множество фурм 7 нижнего дутья, и в нижней части 8 боковой стенки печи помещается летка 9. Загрузочный желоб 4 для сырья применяется для загрузки твердого восстановленного железа В, углеродного материала С и/или дополнительного флюса D, все из которых являются сырьем. Летка 9 применяется для выпуска расплавленного чугуна (т.е. выпуск расплавленного чугуна) и для выпуска шлака (т.е. выпуск шлака).

Соединение между газоотводом 3 для отработавшего газа и верхом 2 плавильной печи-ванны 1 для плавления чугуна (далее в отдельных случаях упоминается как просто «печь») предпочтительно выполняется таким образом, что юбка 10, которая может перемещаться вверх и вниз на нижнем конце газоотвода 3 для отработавшего газа, накрывает верхнюю сторону верха 2 печи таким образом, чтобы не входить с нею в тесный контакт. Соответственно, при изменении давления внутри печи зазор у верха 2 печи регулируется путем перемещения юбки 10 вверх и вниз таким образом, чтобы выпускать часть печного газа в атмосферу или пропускать воздух в печь через этот зазор, в результате чего может ограничиваться изменение давления в печи; поэтому может быть более надежно предотвращено вспенивание шлака, вызванное изменением давления в печи. Кроме того, как описано далее, в случае, при котором отработавший газ эффективно используется в качестве топливного газа, при подаче воздуха может быть уменьшена калорийность отработавшего газа; однако, когда контроль осуществляется таким образом, что давление внутри печи стабилизируется в пределах короткого периода времени путем подачи воздуха и количество воздуха, внесенного в отработавший газ, автоматически понижается, уменьшение калорийности отработавшего газа может не создавать серьезной проблемы и возможен стабильный отбор высококалорийного отработавшего газа.

Кроме того, путем использования способа соединения, при котором используется юбка 10, которая может перемещаться вверх и вниз, даже в случае, если шлак вытекает через верх печи из-за аномального вспенивания шлака, шлак просачивается наружу только через зазор между юбкой 10 и верхом 2 печи, и благодаря этому может также быть достигнут эффект избегания серьезных повреждений оборудования, таких как повреждение системы газоотвода или ее закупоривание.

Кроме того, газоотвод для отработавшего газа предпочтительно оборудуется, например, котлом-утилизатором отходящего тепла, который не показан на фигуре, предназначенным для отбора физической теплоты высокотемпературного отработавшего газа, и, поскольку отработавший газ, полученный после отбора физического тепла, содержит газообразный оксид углерода (далее в отдельных случаях упоминается как «газообразный СО») с высокой концентрацией, предпочтительно эффективное использование этого отработавшего газа в качестве топливного газа после удаления пыли.

Операция плавления

В то время когда слой 11 расплавленного чугуна перемешивают путем вдувания инертного газа А, такого как газообразный азот, через фурмы 7 в слой 11 расплавленного чугуна, образованный из расплавленного чугуна, который накапливается в плавильной печи-ванне 1 для плавления чугуна в виде «болота», твердое восстановленное железо В, полученное путем восстановительного нагрева брикетов оксида железа с соединениями углерода в карусельной печи, не показанной на фигуре, загружается в плавильную печь-ванну 1 для плавления чугуна из верхней ее части с углеродным материалом С, таким как уголь, и с дополнительным флюсом D, таким как обожженная известь или быстрообожженная доломитизированная известь, по желобу 4 для загрузки сырья, что является способом сбрасывания с использованием, например, силы тяжести. Кроме того, продувка сверху содержащим кислород газом Е, таким как газообразный кислород, выполняется через верхнюю фурму 5, так что углеродный материал С сжигается. С помощью этой теплоты сгорания плавится твердое восстановленное железо В и формируется расплавленный чугун 11. На этой стадии также образуется шлак. Кроме того, в твердом восстановленном железе В остается невосстановленный оксид железа (FeO и тому подобное), и этот невосстановленный оксид железа восстанавливается до металлического железа (Fe) и вырабатывает газ в ходе реакции, показанной как FeO+C→Fe+CO или тому подобное с использованием растворенного углерода в слое 11 расплавленного чугуна, который будет описан позже, и углеродного компонента в углеродном материале С в качестве восстановителя.

В качестве твердого восстановленного железа В может быть использовано твердое восстановленное железо, полученное путем восстановительного нагрева брикетов оксида железа с соединениями углерода, сформированных путем брикетирования имеющей форму порошка смеси источника оксида железа, такого как железная руда или пыль сталеплавильного предприятия, и углеродосодержащего восстановителя, такого как уголь, в подвижной нагревательно-восстановительной печи, такой как карусельная печь или печь со вращающимся подом.

В соответствии с расстоянием между местом установки карусельной печи, не показанной на фигуре, и местом установки плавильной печи-ванны 1 для плавления чугуна, твердое восстановленное железо В с высокой температурой, полученное в карусельной печи, может быть загружено в плавильную печь-ванну 1 для плавления чугуна, не будучи сильно охлажденным или, с другой стороны, после охлаждения до комнатной температуры, твердое восстановленное железо В, произведенное в карусельной печи, не показанной на фигуре, может быть загружено в плавильную печь-ванну 1 для плавления чугуна. Кроме того, для того чтобы уменьшить потребление углеродного материала в плавильной печи-ванне 1 для плавления чугуна, используют твердое восстановленное железо В со степенью металлизации, равной предпочтительно 60% или больше, более предпочтительно 80% или больше и даже более предпочтительно 90% или больше, которое требует такого же количества теплоты плавления, как и лом. Кроме того, согласно настоящему изобретению, даже при образовании большого количества газообразного СО при плавлении твердого восстановленного железа В с низкой степенью металлизации может выполняться продувка при сдерживании разбухания шлака; поэтому, согласно настоящему изобретению, возможно также использование твердого восстановленного железа В с низкой степенью металлизации без создания каких-либо проблем.

Кроме того, в качестве источника железа вместо твердого восстановленного железа В в плавильную печь-ванну 1 для плавления чугуна может загружаться по меньшей мере одно из перечисленного: лом, чушковый чугун, прокатная окалина, железо, восстановленное процессом газового восстановления и тому подобного. Источник железа, отличный от твердого восстановленного железа В, может загружаться одновременно с твердым восстановленным железом В или может загружаться отдельно до или после загрузки твердого восстановленного железа В. Для того чтобы стабильно производить расплавленный чугун с углеродным материалом С или без него и с дополнительным флюсом D, твердое восстановленное железо В и другой источник железа могут быть загружены предварительно с использованием спускного желоба для лома или тому подобного и/или дополнительно загружаться при продувке.

В процессе производства расплавленного чугуна согласно варианту осуществления настоящего изобретения распределение загрузки по времени и объем завалки углеродного материала С регулируют таким образом, чтобы, как схематически показано на фиг.2, в верхней части слоя в слое 12 расплавленного шлака, образовавшегося на слое 11 расплавленного чугуна, сформировался слой 13 шлака со взвешенным в нем углеродным материалом, в котором частично взвешен углеродный материал С, и в этом слое 13 шлака со взвешенным углеродным материалом далее формируется покровный слой 14 из углеродного материала, образованный только углеродным материалом С.

В связи с формированием слоя 13 шлака со взвешенным углеродным материалом на верхней части слоя в слое 12 шлака, концентрация оксида железа шлака в слое 13 шлака со взвешенным в нем углеродном материале уменьшается, и уменьшается интенсивность образования пузырьков газообразного СО, вызывающая пенообразование и, кроме того, пузырьки газообразного СО могут выделяться из слоя 12 шлака углеродным материалом, присутствующим в шлаке, так что пенообразование маловероятно.

Кроме того, поскольку на слое 13 шлака со взвешенным в нем углеродным материалом образуется покровный слой 14 из углеродного материала, температура слоя 12 шлака поддерживается покровным слоем 14 из углеродного материала и не допускается охлаждения и затвердевания шлака в летке 9 при выпуске шлака. Поэтому возможно плавное и быстрое выполнение операции выпуска шлака без наклона печи и перетекания через край углеродного материала, и в результате может быть реализован способ производства расплавленного чугуна, обладающий более высокой производительностью и стабильностью.

Для более надежного достижения описанного выше эффекта перед загрузкой твердого восстановленного железа В и дополнительного флюса D в плавильную печь-ванну 1 для плавления чугуна, в которой в качестве «болота» накапливается расплавленный чугун, предпочтительно загружают только углеродный материал С. Причина этого заключается в том, что поскольку углеродный материал С, присутствующий на слое 11 расплавленного чугуна, оказывается взвешенным в верхней части слоя в слое 12 расплавленного шлака сразу после стадии первоначального плавления твердого восстановленного железа В, слой шлака 13 со взвешенным в нем углеродным материалом формируется более надежно.

Для более надежного получения эффекта, описанного выше, в начале выпуска расплавленного чугуна (выпуск расплавленного чугуна) общее количество углеродного материала в слое 13 шлака со взвешенным в нем углеродным материалом и его количество в покровном слое 14 из углеродного материала (то есть количество углеродного материала, остающееся в печи) предпочтительно устанавливается в диапазоне от 100 до 1000 кг в расчете на 1000 кг шлака в слое 12 расплавленного шлака. Причина этого заключается в том, что когда оно составляет 100 кг или больше, поскольку толщина покровного слоя 14 из углеродного материала увеличивается при увеличении количества углеродного материала в слое 13 шлака со взвешенным в нем углеродным материалом, улучшается эффект предотвращения пенообразования и эффект облегчения операции плавного и быстрого выпуска чугуна и, с другой стороны, когда оно составляет 1000 кг или меньше, поскольку слияние шлака с углеродным материалом из покровного слоя 14 из углеродного материала и интегрирование углеродного материала (покровного слоя 14 из углеродного материала), вызванное нагревом, подавляется, слой 12 шлака в достаточной степени перемешивается, так что скорость расплавления твердого восстановленного железа В в слой 11 расплавленного чугуна не уменьшается. Общее количество углеродного материала в расчете на 1000 кг шлака в слое 12 расплавленного шлака составляет предпочтительно от 150 до 500 кг, и особенно предпочтительно от 200 до 300 кг.

В этом случае количество углеродного материала, остающегося в печи, можно рассчитать, например, путем вычитания общего количества углеродного материала, используемого для восстановления невосстановленного оксида железа в твердом восстановленном железе, используемого для науглероживания произведенного расплавленного чугуна, сгорающего во вдуваемом сверху кислородосодержащем газе, и рассеивающегося в виде пыли в отработавшем газе, из количества углеродного материала, загруженного в печь. Кроме того, количество шлака в слое 12 расплавленного шлака можно вычислить, например, таким образом, что количество произведенного шлака рассчитывают на основе количества примесей в твердом восстановленном железе, количества золы в углеродном материале и количества дополнительного флюса, загруженного в печь, и количество выпущенного шлака вычитают из этого количества произведенного шлака.

Если размеры частиц углеродного материала, загруженного в плавильную печь-ванну 1 для плавления чугуна, слишком малы, углеродный материал С подвержен рассеиванию в отработавшем газе и, с другой стороны, если размеры частиц слишком велики, концентрация оксида железа в слое шлака недостаточно уменьшается, и уменьшается скорость науглероживания слоя расплавленного чугуна; поэтому средний размер частиц предпочтительно составляет от 2 до 20 нм и более предпочтительно в диапазоне от 3 до 15 нм.

В качестве углеродного материала С кроме угля возможна загрузка, например, кокса, нефтяного кокса, древесного угля, древесной щепы, отходов из пластмассы, старых шин и тому подобного и, в дополнение к этому, возможна также загрузка углеродного материала с рабочей площадки (включая обуглившийся материал), применяемого в карусельной печи. Упомянутые выше материалы могут использоваться по одному, или же по меньшей мере два из них могут применяться в сочетании.

Для того чтобы сформировать слой шлака со взвешенным в нем углеродным материалом и покровный слой из углеродного материала, и для того чтобы отрегулировать составляющие и температуру расплавленного чугуна и шлака, предпочтительно загружают различные виды сырья во время плавления твердого восстановленного железа В.

Кроме того, для того чтобы обеспечить текучесть слоя 12 шлака и облегчить удаление серы из расплавленного чугуна, основность CaO/SiО₂ (массовое отношение) слоя 12 шлака контролируют предпочтительно в диапазоне от 0,8 до 2,0 и более, предпочтительно в диапазоне от 1,0 до 1,6 (см. фиг.3 для примера, описанного далее).

Кроме того, степень дожигания можно контролировать с доведением до рекомендованного значения (40% или меньше, более предпочтительно от 10% до 35%, и даже более предпочтительно от 15% до 30%) путем регулирования расхода продуваемого сверху газообразного кислорода D и/или высоты верхней продувочной фурмы 5, в связи с чем без избыточного увеличения тепловой нагрузки на огнеупорный материал плавильной печи-ванны 1 для плавления чугуна можно уменьшить объем потребления углеродного материала. Степень дожигания является значением, полученным с помощью последующей формулы и с использованием отдельных газообразных компонентов, выпущенных из плавильной печи-ванны.

Степень дожигания = 100×(СO₂+Н₂O)/(СО+СO₂+Н₂+Н₂O)

Расход вдуваемого через днище газообразного азота (инертный газ А) предпочтительно регулируют в диапазоне от 0,02 до 0,20 Нм³/(мин·Т слоя расплавленного чугуна), для того чтобы обеспечить скорость плавления твердого восстановленного железа В путем достаточного перемешивания слоя 11 расплавленного чугуна.

Кроме того, путем продувки газообразным кислородом (кислородосодержащим газом Е) сверху слой 12 шлака получает эффект перемешивания, и вместе с эффектом перемешивания продуваемого снизу на слой 11 расплавленного чугуна газообразного азота (инертный газ А) облегчается расплавление твердого восстановленного железа В на слое 11 расплавленного чугуна и облегчается науглероживание углеродным материалом С в слое 11 расплавленного чугуна на поверхности раздела между слоем 11 расплавленного чугуна и слоем 12 шлака. При обычном способе производства расплавленного чугуна с использованием плавильной печи-ванны для плавления чугуна, в которой не образуется слой 13 шлака со взвешенным в нем углеродным материалом, поскольку обезуглероживание расплавленного чугуна предпочтительно осуществляется путем продувки кислородом для науглероживания расплавленного чугуна, трудно получить высокоуглеродистый расплавленный чугун; однако согласно настоящему изобретению, поскольку науглероживание облегчается присутствием слоя 13 шлака со взвешенным в нем углеродным материалом, возможно получение высокоуглеродистого расплавленного чугуна. Содержание углерода в расплавленном чугуне составляет предпочтительно 3 мас.% или больше, и более предпочтительно от 3,5 до 4,5 мас.%. Согласно сказанному, содержание железа в слое 12 шлака предпочтительно уменьшается до приблизительно 10 мас.% или меньше, более предпочтительно до приблизительно 5 мас.% или меньше и еще более предпочтительно до приблизительно 3 мас.% или меньше. Причины этого заключаются в том, что при уменьшении содержания железа в слое 12 шлака облегчается удаление серы из слоя 11 расплавленного чугуна и, кроме того, уменьшается также разрушение огнеупорной футеровки печи расплавленным FeO.

Операция выпуска шлака

Когда операция плавления продолжается в течение заданного периода времени, как описано выше, в плавильной печи-ванне 1 для плавления чугуна накапливается определенное количество (такое, как количество для одного выпуска) шлака. Затем выполняется выпуск шлака. Как и в случае выпуска шлака из доменной печи, при этом выпуске шлака буром открывают летку 9, в то время когда печь остается в вертикальном положении и не наклоняется, и сначала выпускают расплавленный чугун вплоть до момента, пока уровень ванны не достигнет уровня летки 9. После этого выполняется выпуск шлака. Поскольку сначала выпускают расплавленный чугун, обладающий большой теплоемкостью, летка 9 согревается; поэтому, хотя после этого и производят выпуск шлака, закупоривание летки 9 за счет затвердевания шлака предотвращается. Кроме того, для того чтобы более надежно предотвратить затвердевание шлака, температура выпуска расплавленного чугуна (которую называют также температурой выпуска) предпочтительно устанавливается на уровне 1450°С или больше и более предпочтительно устанавливается на уровне 1500°С или больше (см. фиг.4 для примера, описанного далее).

Кроме того, поскольку в печи предотвращается пенообразование за счет присутствия слоя 13 шлака со взвешенным в нем углеродным материалом, а плотность шлака остается высокой, теплоемкость шлака остается высокой при выпуске шлака и температура шлака поддерживается в печи за счет присутствия покровного слоя 14 из углеродного материала. Поэтому продувка сверху газообразным кислородом может продолжаться при выпуске шлака, и даже в случае прерывания продувки или уменьшения подачи газа не допускается охлаждения и затвердевания шлака.

Затем, когда начинается выпуск углеродного материала из летки 9 вместе со шлаком, то есть когда начинается выпуск слоя 13 шлака с взвешенным в нем углеродным материалом, выпуск шлака оканчивается, и летка 9 может быть после этого запечатана глинистым раствором.

Соответственно, поскольку также в ходе последующей операции плавления в печи остаются слой 13 шлака с взвешенным в нем углеродным материалом и покровный слой 14 из углеродного материала, вспенивание шлака предотвращается и может надежно сохраняться эффект удержания теплоты.

Как описано выше, при повторном выполнении способа производства расплавленного чугуна согласно изобретению при предотвращении пенообразования может быть повторно плавно и быстро выполнена операция выпуска шлака. Кроме того, операция выпуска шлака может быть выполнена при нахождении печи в вертикальном положении без наклона печи, и даже при операции выпуска шлака может продолжаться продувка (операция плавления). Поэтому благодаря способу производства расплавленного чугуна согласно варианту осуществления настоящего изобретения возможно повышение производительности по расплавленному чугуну.

Операция ремонта

В способе производства расплавленного чугуна согласно варианту осуществления настоящего изобретения, в связи с использованием фурм 7 нижнего дутья происходит повреждение с расплавлением и закупоривание фурм 7 и износ расположенных в днище печи огнеупорных материалов, в связи с чем требуется выполнение периодической операции осмотра/ремонта. Соответственно, как и в случае обычного конвертера, в верхней части плавильной печи-ванны 1 для плавления чугуна предусмотрено отверстие для выпуска расплавленного чугуна, не показанное на фигуре, и после наклона плавильной печи-ванны 1 для плавления чугуна, например один раз в несколько дней, для выпуска остающегося расплавленного чугуна и остающегося шлака через отверстие для выпуска расплавленного чугуна и верх 2 печи соответственно, чтобы опорожнить печь и предпочтительно выполнить осмотр/ремонт.

Для повторного запуска после завершения операции осмотра/ремонта, например, оставшийся расплавленный чугун, выпущенный из печи перед указанной операцией, может храниться в другом ковше или подобном для поддержания температуры расплавленного чугуна и может быть повторно загружен в печь в качестве «болота». Кроме того, при выпуске оставшегося шлака, хотя шлак и основной металл и пристают к поверхности огнеупорной внутренней стенки печи, поскольку углеродный материал в слое 13 шлака с взвешенным в нем углеродным материалом и в покровном слое 14 из углеродного материала покрывают поверхность указанного приставшего слоя, шлак и основной металл не подвергаются окислению во время операции осмотра/ремонта даже в случае нагрева печи горелкой с целью поддержания ее температуры, что предотвращает пульсирование, происходящее при загрузке «болота» для повторного запуска, и пенообразование, происходящее при последующей продувке.

Приведенный пример

В описанном выше варианте осуществления, хотя в качестве примера описан случай, при котором выпуск остатков шлака при ремонте плавильной печи-ванны 1 для плавления чугуна осуществляется через верх 2 печи или тому подобное путем наклона печи, в самой нижней части стенки 8 печи может быть помещена концевая летка, которая не показана на фигуре и которая предназначена для выпуска остатков шлака через концевую летку без наклона плавильной печи-ванны для плавления чугуна или при наклоне печи под углом 20° или меньше, как в случае электродуговой печи и тому подобного. Соответственно можно сэкономить пространство для установки печи, необходимое для наклона печи и вдобавок может быть также сокращено время, необходимое для наклона печи. Кроме того, операция периодического осмотра/ремонта может выполняться в этом случае после выпуска оставшегося шлака через концевую летку без наклона плавильной печи-ванны для плавления чугуна или при наклоне печи под углом 20° или меньше.

В описанном выше варианте осуществления, хотя в качестве примера и описан случай, при котором применяется только одна летка, поскольку уровень днища печи понижается совместно с повреждением при плавлении футеровки печи, предпочтительным является размещение по высоте печи множества леток. Кроме того, летки 9 могут быть помещены во множестве позиций в горизонтальном направлении по окружности печи, например в направлении под углом 180°, под углом 90° и под углом 120°.

В описанном выше варианте осуществления, хотя в качестве примера и описано твердое восстановленное железо В, произведенное в карусельной печи, может также использоваться твердое восстановленное железо, произведенное в линейной печи или в карусельной печи для отжига и сушки.

В описанном выше варианте осуществления, хотя в качестве примера и описан случай, при котором для загрузки углеродного материала С и дополнительного флюса D используется способ сбрасывания с использованием силы тяжести, возможно непосредственное вдувание углеродного материала С и дополнительного флюса D в слой шлака после их распыления на мелкие частицы. Однако, для того чтобы уменьшить стоимость оборудования и эксплуатационные затраты, предпочтительно используется способ сбрасывания с использованием силы тяжести.

В описанном выше варианте осуществления, хотя в качестве примера и описан случай, при котором применяется только одна верхняя дутьевая фурма 5, согласно размерам печи и ее форме может также применяться множество фурм.

В описанном выше варианте осуществления, хотя в качестве примера описан газообразный кислород в качестве кислородосодержащего газа Е, возможно использование также воздуха, обогащенного кислородом.

В описанном выше варианте осуществления, хотя в качестве примера описан газообразный азот (N₂) в качестве вдуваемого через днище инертного газа А, могут также использоваться газообразный аргон (Аr), газообразный оксид углерода (СО) и диоксид углерода (СO₂), или газообразная смесь, содержащая по меньшей мере два из указанных газов.

Примеры

Для того чтобы подтвердить эффект настоящего изобретени