способ запуска процесса прямой плавки

Формула изобретения

1. Способ запуска процесса прямой плавки для производства железа из металлосодержащего исходного материала в металлургической емкости, которая включает множество трубок/фурм для введения исходного материала, отличающийся тем, что предварительно нагревают емкость, загружают порции расплавленного железа в емкость с образованием жидкой ванны в емкости, загружают углеродсодержащий материал и флюс в жидкую ванну и вводят кислородсодержащий газ через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала, сжигают углерод и образованный в ванне газ, если он имеется, и таким образом осуществляют нагрев жидкой ванны при образовании шлака, загружают металлсодержащий исходный материал в емкость при продолжении загрузки углеродсодержащего материала и флюса и введения кислородсодержащего газа, плавят металлсодержащий исходный материал с получением расплавленного железа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительный нагрев емкости включает сжигание топливного газа и воздуха в емкости.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что загрузку углеродсодержащего материала и/или флюса осуществляют путем введения исходного материала через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что загрузку металлсодержащего исходного материала осуществляют путем введения исходного материала через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала.

5. Способ по любому из пп.3 и 4, отличающийся тем, что вводят одно или более из следующего: углеродсодержащего материала, флюса и металлсодержащего исходного материала с газом-носителем через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что промежуточный между этапами загрузки расплавленного железа и углеродсодержащего материала и флюса этап введения кислородсодержащего газа осуществляют через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала перед началом загрузки углеродсодержащего материала и флюса для того, чтобы сжечь окисляемый материал в жидкой ванне для повышения температуры ванны.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что загрузку металлосодержащего материала начинают после того, как рекомендуемые параметры процесса достигают заранее определенного порогового значения.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что рекомендуемые параметры включают один или более из следующих параметров: температура жидкой ванны, концентрация углерода в жидкой ванне и уровень последующего сжигания.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что загрузку осуществляют в емкость с подом, а порции расплавленного железа загружают в емкость через накопитель.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что предварительный нагрев осуществляют при закрытом крышкой накопителе для снижения до минимума потери тепла в накопителе.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что очищают емкость перед предварительным нагревом для удаления остатков шлака из емкости.

12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что емкость содержит водоохлаждаемые панели, которые образуют по меньшей мере часть боковых стенок емкости, на которые наносят огнеупорную обмазку перед предварительным нагревом для снижения первоначальной потери тепла через панели во время запуска.

13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что загружаемое расплавленное железо содержит по меньшей мере 3 мас.% углерода.

14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что загружаемое расплавленное железо содержит кремний, и/или алюминий, и/или любой другой подобный подходящий окисляемый материал.

15. Способ по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ-носитель для ввода углеродсодержащего газа и флюса подводят под давлением по меньшей мере на 100 кПа выше давления в емкости.

16. Способ по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что скорость подачи кислородсодержащего газа повышают во время загрузки углеродсодержащего материала и флюса и металлсодержащего исходного материала.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ вводят со скоростью по меньшей мере 12.000 Нм³ /ч во время загрузки металлосодержащего исходного материала.

18. Способ по любому из пп.16-17, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ вводят со скоростью подачи по меньшей мере 20.000 Нм ³/ч во время загрузки металлсодержащего исходного материала.

19. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что определяют период времени загрузки углеродсодержащего материала путем отслеживания концентраций кислорода, и/или моноксида углерода, и/или диоксида углерода в отходящем газе, выпускаемом из емкости.

20. Способ по любому из пп.1-19, отличающийся тем, что повышают давление в емкости во время загрузки углеродсодержащего материала.

21. Способ по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что металлсодержащий исходный материал представляет собой смесь железной руды и металлосодержащего исходного материала с высокой степенью восстановления, причем при запуске уменьшают количество металлосодержащего исходного материала с высокой степенью восстановления, загружаемого в жидкую ванну в течение некоторого периода времени, заменяют металлсодержащий исходный материал с высокой степенью восстановления железной рудой и продолжают введение кислородсодержащего газа до достижения стабильных параметров процесса.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что металлсодержащий исходный материал с высокой степенью восстановления имеет металлизацию по меньшей мере 60%.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что металлсодержащий исходный материал с высокой степенью восстановления представляет собой железо прямого восстановления.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу производства расплавленного железа из металлосодержащего исходного материала, такого как руды, частично восстановленные руды, потоки металлсодержащих отходов, в металлургической емкости, содержащей ванну расплава.

Настоящее изобретение относится, в частности, к способу прямой плавки с использованием жидкой ванны для производства расплавленного железа из металлосодержащего исходного материала.

Подразумевается, что термин "процесс прямой плавки" означает процесс, в котором получают расплавленный металл, в данном случае железо, из металлосодержащего исходного материала.

Настоящее изобретение относится, в особенности, к способу прямой плавки с использованием жидкой ванны, который в качестве среды плавки использует слой расплавленного металла, и, в основном, упоминается как процесс HIsmelt.

Процесс HIsmelt включает этапы:

(a) образования в металлургической емкости жидкой ванны, имеющей слой металла и слой шлака, расположенный на слое металла;

(b) введения металлосодержащего исходного материала и твердого углеродсодержащего материала в слой металла через множество трубок/фурм;

(c) плавки металлосодержащего материала с образованием слоя металла;

(d) обеспечения выброса расплавленного материала в виде брызг, капель и струй в пространство выше условной спокойной поверхности жидкой ванны для образования переходной зоны; и

(e) введения кислородсодержащего газа в емкость через одну или более трубок/фурм для последующего сжигания газов реакции, выходящих из жидкой ванны, в результате чего восходящие и впоследствии нисходящие брызги, капли и струи расплавленного материала в переходной зоне способствуют передаче тепла в жидкую ванну, в результате чего переходная зона снижает до минимума потерю тепла из емкости через боковые стенки, контактирующие с переходной зоной.

Предпочтительная форма процесса HIsmelt отличается образованием переходной зоны путем введения газа-носителя, металлосодержащего исходного материала, твердого углеродсодержащего материала и, возможно, флюсов в ванну через трубки, которые проходят вниз и внутрь через боковые стенки емкости таким образом, что газ-носитель и твердый материал проникают в слой металла и вызывают выброс расплавленного материала из ванны.

Эта форма процесса HIsmelt представляет собой усовершенствование более ранних форм способа, которые создают переходную зону путем введения газа-носителя через дно и твердого углеродсодержащего материала через трубки в ванну, что вызывает выброс из ванны капель, брызг и струй расплавленного материала.

Заявитель провел обширные заводские испытания процесса HIsmelt и сделал ряд значительных выводов, касающихся процесса.

Один из выводов, который является предметом настоящего изобретения, представляет собой процедуру запуска процесса HIsmelt эффективным и продуктивным образом.

Если говорить в общем, настоящее изобретение представляет собой процедуру запуска прямой плавки для производства железа из металлосодержащего исходного материала в металлургической емкости, которая включает множество трубок/фурм для введения исходного материала, и эта процедура запуска включает этапы:

(a) предварительного нагрева емкости;

(b) загрузки порции расплавленного железа в емкость и образования жидкой ванны в ней;

(c) загрузки углеродсодержащего материала и флюса в жидкую ванну и введения кислородсодержащего газа через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала, сжигания углерода и произведенного ванной газа (если он имеется) и, таким образом, нагрева жидкой ванны и создания шлака; и

(d) загрузки металлосодержащего исходного материала в емкости при продолжении загрузки углеродсодержащего материала и флюса и введения кислородсодержащего газа, плавки металлосодержащего исходного материала и производства расплавленного железа и, таким образом, завершения процедуры запуска.

Предпочтительно этап (а) предварительного нагрева емкости включает сжигание топливного газа и воздуха в емкости. Здесь подразумевается, что термин "топливный газ" включает, только в качестве примера, газ коксовых печей, газ доменной печи и природный газ.

Предпочтительно загрузка углеродсодержащего материала и/или флюса на этапе (с) осуществляется через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала.

Предпочтительно загрузка металлосодержащего исходного материала на этапе (d) осуществляется через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала.

Предпочтительно твердые материалы, т.е. одно или более из следующего: металлосодержащий исходный материал, углерод-содержащий материал и флюс, которые загружаются через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала, вводятся через трубку/фурму (трубки/фурмы) с газом-носителем.

Трубка/фурма (трубки/фурмы) для введения твердых материалов в ходе процедуры запуска может перемещаться между опущенным рабочим положением и поднятым выведенным положением.

Или трубка/фурма (трубки/фурмы) для введения твердых материалов может быть неподвижной во время запуска и, в качестве примера, может проходить через боковые стенки емкости.

В ситуации, когда трубка/фурма (трубки/фурмы) для введения твердых материалов является неподвижной, предпочтительно этап (b) включает введение газа-носителя без твердых материалов через трубку/фурму (трубки/фурмы) для введения твердых материалов со скоростью подачи, которая предотвращает проникновение расплавленного металла в трубку/фурму (трубки/фурмы).

Предпочтительно запуск включает промежуточный между этапами (b) и (с) этап введения кислородсодержащего газа через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала перед началом подачи углеродсодержащего материала и флюса на этапе (с) для того, чтобы сжечь окисляемый материал в жидкой ванне и, таким образом, повысить температуру ванны.

Предпочтительно этап (d) загрузки металлосодержащего исходного материала начинается, когда рекомендуемые параметры процесса достигают заранее определенного порогового значения. Рекомендуемые параметры процесса включают, в качестве примера, одно или более из следующего:

(i) температура жидкой ванны (предпочтительно, по меньшей мере, 1400°С);

(ii) концентрация углерода в жидкой ванне (предпочтительно, по меньшей мере, 4 вес.%);и

(iii) уровни последующего сжигания (предпочтительно ниже уровня, который указывает насыщение жидкой ванны углеродом).

Предпочтительно емкость включает накопитель, и этап (b) загрузки порции расплавленного железа в емкость включает загрузку порции через накопитель.

Предпочтительно этап предварительного нагрева (а) включает размещение крышки на накопителе для снижения до минимума потери тепла в накопителе.

Предпочтительно способ запуска включает очистку емкости перед этапом предварительного нагрева (а) для удаления шлака из емкости.

Предпочтительно емкость включает водоохлаждаемые панели, которые образуют, по меньшей мере, часть боковых стенок емкости, и запуск включает нанесение огнеупорной обмазки на панели перед этапом предварительного нагрева (а) для снижения первоначальной потери тепла через панели во время запуска.

Предпочтительно огнеупорная обмазка представляет собой шпинель с высоким содержанием глинозема.

Предпочтительно способ запуска включает присоединение удлинителей к концам трубок/фурм для введения твердых материалов перед этапом предварительного нагрева (а) для повышения эффективности введения твердых материалов во время запуска, когда уровень жидкой ванны является относительно низким. Удлинители изготовлены предпочтительно из материала, который плавится в жидкой ванне по мере того, как уровень жидкой ванны повышается и постепенно поглощает удлинители.

Предпочтительно расплавленное железо, загружаемое на этапе (b), содержит, по меньшей мере, 3 вес.% углерода.

Предпочтительно расплавленное железо, загружаемое на этапе (b), содержит кремний, и/или алюминий, и/или любой другой подобный окисляемый материал.

Предпочтительно этап (с) и промежуточный этап между этапами (b) и (с) включают введение газа-носителя под давлением, по меньшей мере, на 100 кПа большим, чем давление в емкости, - как измерено в поперечном направлении трубок/фурм для введения твердых материалов.

Предпочтительно способ запуска включает увеличение скорости подачи кислородсодержащего газа во время каждого из этапов (с) и (d).

Предпочтительно этап (с) включает введение кислородсодержащего газа через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала со скоростью подачи, по меньшей мере, 12000 Нм ³/ч.

Предпочтительно этап (d) включает введение кислородсодержащего газа со скоростью подачи, по меньшей мере, 20000 Нм³ /ч.

Предпочтительно способ запуска включает определение периода времени для этапа (с) путем отслеживания концентраций кислорода, и/или моноксида углерода, и/или диоксида углерода в отходящем газе, выпускаемом из емкости.

Предпочтительно способ запуска включает определение периода времени для промежуточного этапа между этапами (b) и (с) путем отслеживания концентраций кислорода и/или моноксида углерода и/или диоксида углерода в отходящем газе, выпускаемом из емкости.

Предпочтительно способ запуска включает повышение давления в емкости во время этапа (с).

Шлаковый материал, включая, возможно, шлаковый материал, полученный при предыдущем функционировании емкости, может загружаться в емкость во время этапа (с) для того, чтобы помочь снизить до минимума излишнее окисление железа в жидкой ванне во время этапа (с) путем создания слоя шлака на ванне.

Предпочтительно шлаковый материал загружается через одну или более трубок/фурм для введения исходного материала.

Металлосодержащий исходный материал может быть любым подходящим железосодержащим исходным материалом. Предпочтительным исходным материалом является железная руда.

Железная руда может быть предварительно нагретой.

Железная руда может быть частично восстановленной.

В некоторых ситуациях, например, когда емкость подвержена высоким тепловым потерям, металлосодержащий исходный материал может представлять собой смесь железной руды и металлосодержащего исходного материала с высокой степенью восстановления. В этом случае предпочтительно процедура запуска включает этапы восстановления данного количества металлосодержащего исходного материала с высокой степенью восстановления, загружаемого в жидкую ванну, замены этого металлосодержащего исходного материала железной рудой, продолжения введения кислородсодержащего газа и достижения стабильных параметров процесса.

Подразумевается, что термин "стабильные параметры процесса" означает, что способ осуществляется с планируемым исходным металлосодержащим материалом и в пределах планируемых тепловых и массовых балансов.

Вышеприведенное определение понимается в контексте того, что процесс HIsmelt основан на значительном перемешивании расплавленного материала в емкости и, как следствие, процесс может испытывать существенные кратковременные флуктуации.

Предпочтительно металлосодержащий исходный материал с высокой степенью восстановления, вводимый на этапе (d), имеет металлизацию, по меньшей мере, 60%.

Более предпочтительно металлосодержащий исходный материал с высокой степенью восстановления представляет собой железо прямого восстановления.

Предпочтительно кислородсодержащий газ представляет собой воздух с содержанием кислорода до 50 об.%.

Согласно настоящему изобретению также предлагается способ прямой плавки, который включает вышеописанный способ запуска.

Изобретение описывается ниже более подробно на примере выполнения со ссылкой на чертеж, который является вертикальным сечением предпочтительной формы емкости для прямой плавки в процессе HIsmelt с целью прямой плавки железной руды для производства расплавленного железа.

Емкость, показанная на чертеже, имеет под, который включает основание 3 и боковые стороны 55, выполненные из огнеупорного кирпича; боковые стенки 5, которые образуют в основном цилиндрическую трубу, проходящую вверх от боковых сторон 55 пода, и которые включают верхнюю трубчатую секцию 51 и нижнюю трубчатую секцию 53; свод 7; выпускной канал 9 для отходящих газов; накопитель 77 для непрерывного выпуска расплавленного металла; соединительный канал 71 накопителя, который взаимосвязывает под и накопитель 77; и летку 61 для выпуска расплавленного шлака.

В процессе работы в условиях стабильных параметров процесса емкость содержит жидкую ванну железа и шлака, которая включает слой 15 расплавленного металла и слой 16 расплавленного шлака на слое металла 15. Стрелка, имеющая позицию 17, показывает положение условной спокойной поверхности слоя металла 15, а стрелка, имеющая позицию 19, показывает положение условной спокойной поверхности слоя шлака 16. Подразумевается, что термин "спокойная поверхность" означает поверхность в условиях, когда газ и твердые материалы не вводятся в емкость.

Емкость также включает две трубки/фурмы для введения исходного материала в форме трубок/фурм 11 для введения твердых материалов, направленных вниз и внутрь под углом 30-60° к вертикали через боковые стенки 5 и в слой шлака 16. Положение трубок/фурм 11 выбирается таким образом, чтобы нижние концы были выше спокойной поверхности 17 слоя металла 15 в условиях стабильных параметров процесса.

В процессе работы в условиях стабильных параметров процесса железная руда, твердый углеродсодержащий материал (обычно уголь) и флюсы (обычно известняк и магнезия), переносимые газом-носителем (обычно N₂), вводятся в слой металла 15 через трубки/фурмы 11. Количество движения твердого материала/газа-носителя заставляет твердый материал и газ-носитель проникать в слой металла 15. Уголь выделяет летучие компоненты и, таким образом, образует газ в слое металла 15. Углерод частично растворяется в металле, а частично остается в виде твердого углерода. Железная руда плавится в металл, и реакция плавления создает газ моноксид углерода. Газы, поступающие в слой металла 15 и образованные при выделении летучих компонентов и плавлении, приводят к интенсивному подъему за счет выталкивающей силы расплавленного металла, твердого углерода и шлака (внесенного в слой металла 15 вследствие введения твердого материала/газа) из слоя металла 15, создает движение вверх брызг, капель и струй расплавленного металла и шлака, и эти брызги, капли и струи переносят шлак, так как они движутся через слой шлака 16.

Подъем за счет выталкивающей силы расплавленного металла, твердого углерода и шлака вызывает существенное перемешивание в слое металла 15 и слое шлака 16, в результате чего слой шлака 16 увеличивается в объеме и имеет поверхность, показанную стрелкой 30. Уровень перемешивания является таким, что в областях металла и шлака существует приблизительно одинаковая температура - обычно 1450-1550°С с различием в температуре порядка 30°С.

Кроме того, движение вверх брызг, капель и струй расплавленного металла и шлака, вызванное подъемом за счет выталкивающей силы расплавленного металла, твердого углерода и шлака, распространяется в верхнее пространство 31 выше находящегося в емкости расплавленного материала и:

(a) образует переходную зону 23; и

(b) выбрасывает некоторое количество расплавленного материала (преимущественно шлак) за переходную зону и на ту часть верхней трубчатой секции 51 боковых стенок 5, которая расположена выше переходной зоны 23, и на свод 7.

Если говорить в общем, слой шлака 16 представляет собой сплошной объем жидкости с пузырьками газа внутри, а переходная зона 23 представляет собой сплошной объем газа с брызгами, каплями и струями расплавленного металла и шлака.

Емкость далее включает дополнительную трубку/фурму для введения исходного материала в форме трубки 13 для введения кислородсодержащего газа (обычно предварительно нагретого, обогащенного кислородом воздуха), которая имеет центральное расположение и проходит вертикально вниз в емкость. Положение трубки 13 и скорость подачи газа через трубку 13 выбираются таким образом, чтобы в условиях стабильных параметров процесса кислородсодержащий газ проникал в центральную область переходной зоны 23 и поддерживал пространство 25 вокруг конца трубки 13 по существу свободным от металла/шлака.

В процессе работы в условиях стабильных параметров процесса введение кислородсодержащего газа через трубку 13 обеспечивает последующее сжигание газов реакции СО и H₂ в переходной зоне 23 и в свободном пространстве 25 вокруг конца трубки 13 и создает высокие температуры порядка 2000°С или выше в газовом пространстве. Тепло передается восходящим и нисходящим брызгам, каплям и струям расплавленного материала в области введения газа и затем частично передается слою металла 15, когда расплавленный материал возвращается в жидкую ванну.

Свободное пространство 25 является важным для достижения высоких уровней последующего сжигания, так как оно делает возможным перенос газов в пространстве выше переходной зоны 23 в область конца трубки 13 и, таким образом, повышает степень воздействия последующего сгорания на имеющиеся газы реакции.

Совместным эффектом положения трубки 13, скорости подачи газа через трубку 13 и движения вверх брызг, капель и струй расплавленного металла и шлака является создание определенной формы переходной зоны 23 вокруг нижней области трубки 13, в общем обозначенной позицией 27. Эта область определенной формы обеспечивает частичный барьер на пути передачи тепла путем излучения к боковым стенкам 5.

Более того, в условиях стабильных параметров процесса восходящие и нисходящие капли, брызги и струи металла и шлака являются эффективным средством передачи тепла от переходной зоны 23 жидкой ванне, в результате чего температура переходной зоны 23 в области боковых стенок 5 составляет порядка 1450-1550°С.

Емкость сконструирована с учетом уровней слоя металла 15, слоя шлака 16 и переходной зоны 23 в емкости, когда процесс осуществляется в условиях стабильных параметров, и с учетом брызг, капель и струй расплавленного металла и шлака, которые выбрасываются в верхнее пространство 31 выше переходной зоны 23, когда процесс осуществляется в условиях стабильных параметров, так что:

(a) под и нижняя трубчатая секция 53 боковых стенок 5, которые контактируют со слоями металла/шлака 15/16, выполнены из кирпичей огнеупорного материала (показанного на чертеже перекрестной штриховкой);

(b) по меньшей мере, часть нижней трубчатой секции 53 боковых стенок 5 с обратной стороны покрыта водоохлаждаемыми панелями 8; и

(c) верхняя трубчатая секция 51 боковых стенок 5 и свод 7, которые контактируют с переходной зоной 23 и верхним пространством 31, образованы из водоохлаждаемых панелей 57, 59.

Каждая водоохлаждаемая панель 8, 57, 59 в верхней трубчатой секции 51 боковых стенок 5 имеет параллельные верхние и нижние края и параллельные боковые края и изогнута таким образом, чтобы образовать секцию цилиндрической трубы. Каждая панель включает внутренний водоохлаждающий трубопровод и внешний водоохлаждающий трубопровод. Трубопроводы образуют змеевидную конфигурацию с горизонтальными секциями, взаимосвязанными посредством изогнутых секций. Каждый трубопровод далее включает впускное отверстие для воды и выпускное отверстие для воды. Трубопроводы смещены в вертикальном направлении таким образом, чтобы горизонтальные секции внешнего трубопровода не находились непосредственно на уровне горизонтальных секций внутреннего трубопровода, если смотреть с внутренней стороны панели, т.е. стороны, которая обращена внутрь емкости. Каждая панель далее включает набивной огнеупорный материал, который заполняет пространства между смежными прямолинейными секциями каждого трубопровода и между трубопроводами. Каждая панель далее включает опорную пластину, которая образует внешнюю поверхность панели.

Впускные и выпускные отверстия трубопроводов для воды присоединены к сети водоснабжения (на чертеже не показана), которая заставляет воду циркулировать по трубопроводам с большой скоростью протекания.

Заводские испытания, упомянутые выше, были выполнены заявителем как ряд продолжительных кампаний на его опытном заводе в г. Куинана, Западная Австралия.

Заводские испытания были выполнены с использованием емкости, показанной на чертеже и описанной выше, и в соответствии с описанными выше стабильными параметрами процесса.

В ходе заводских испытаний была проанализирована емкость и исследован процесс для широкого диапазона различных:

(a) исходных материалов;

(b) скоростей введения твердых материалов и газа;

(c) имеющихся количеств шлака - измеренных посредством определения глубины слоя шлака и соотношений шлак:металл;

(d) рабочих температур; и

(e) настроек устройства.

В ходе заводских испытаний была разработана предпочтительная процедура запуска, которая работает эффективно и продуктивно. Предпочтительная процедура запуска в общем виде изложена ниже.

(1) Очистить емкость для удаления шлака, оставшегося от предыдущей плавки, с пода, боковых стенок 5 и свода 7. Удаление шлака является важным из-за потенциальных проблем безопасности, которые могли бы возникнуть во время запуска, если расплавленный шлак поступает внутрь накопителя 77 и из него наружу. После очистки емкости напылить шпинель с высоким содержанием глинозема на водоохлаждаемые панели для снижения потери тепла через панели во время процедуры запуска. До или после предшествующего этапа прикрепить удлинители (не показаны) болтами или иным образом к трубкам/фурмам 11 для введения твердых материалов для того, чтобы увеличить эффективную длину трубок/фурм во время запуска, пока уровень расплавленного материала в емкости является относительно низким. Удлинители выполнены из нержавеющей стали или любого другого подходящего материала, который будет плавиться в жидкой ванне по мере того, как уровень ванны повышается и поглощает удлинители.

(2) Предварительно нагреть емкость. Одним предпочтительным вариантом предварительного нагрева является сжигание топливного газа и воздуха в емкости.

На практике предпочтительно ограничить температуру предварительного нагрева до 1400°С, так как температуры пламени, необходимые для создания данной температуры предварительного нагрева, существенно выше и могут вызвать повреждение огнеупоров в емкости. Для того, чтобы повысить эффективность передачи тепла, на накопителе 77 размещается крышка 73 с отогнутой вниз закрывающей пластиной 75.

Другим предпочтительным вариантом нагрева в ситуациях, когда имеются нагретые воздухонагреватели, является предварительный нагрев путем вдувания воздуха через трубку 13 и постепенного увеличения объема воздуха, который нагревается с использованием воздухонагревателей, до тех пор, пока весь воздух не будет проходить через воздухонагреватели, и последующего повышения предварительного нагрева на последние 400°С с использованием топливной горелки, как ранее описано.

(3) Приготовить 40-45-тонную порцию расплавленного железа, которое содержит 4 вес.% углерода, 0,75 вес.% кремния и 0,5 вес.% алюминия и имеет среднюю температуру 1360°С.

(4) Прекратить этап предварительного нагрева и подать порцию расплавленного железа в емкость через накопитель 77, ввести азот (или другой подходящий газ-носитель) через трубки/фурмы 11 в емкость под давлением, по меньшей мере, на 100 кПа выше давления в емкости и, таким образом, предотвратить проникновение расплавленного материала в трубки/фурмы 11;

(5) После подачи порции расплавленного железа продолжать введение азота, как в общих чертах описано на этапе (4), и вводить кислородсодержащий газ через трубку 13 с первоначальной скоростью подачи 12000 Нм /ч, повышая до 20000 Нм³/ч (минимальная скорость подачи, требуемая для введения твердых материалов), - для сжигания кремния и алюминия, обезуглероживания порции расплавленного железа и создания моноксида углерода/диоксида углерода и, таким образом, нагрева ванны расплавленного железа. Одновременно с этим повышать давление в емкости до минимального давления, требуемого для введения твердых материалов (обычно 20 кПа). Обычно время, требуемое для данного этапа, составляет 5-10 минут.

(6) После того, как введение кислородсодержащего газа стабилизировалось на уровне 20000 Нм³/ч, начать введение угля и флюса (обычно известняка) через трубки/фурмы 11 с первоначальной скоростью подачи угля 3 т/ч и начать отслеживание содержания кислорода, и/или СО, и/или CO₂ в отходящем газе для определения, происходит ли реакция в ванне. Снижение содержания кислорода и повышение содержания СО и CO₂ показывает, что в ванне происходит реакция. Когда эта тенденция установилась, скорости подачи угля и кислородсодержащего газа могут быть повышены относительно первоначальных скоростей. Целями данного этапа являются (а) увеличение температуры расплавленного железа и содержания в нем углерода как можно быстрее до минимальной температуры расплавленного железа 1450°С и минимального содержания углерода 4,5 вес.%, (b) образование шлака, имеющего требуемую основность, и (с) начало создания переходной зоны 23. Во время данного этапа имеются очень высокие тепловые нагрузки на водоохлаждаемые панели. Скорость подачи кислородсодержащего газа повышается до 28000 Нм³/ч. Это приводит к повышению давления в емкости до 70-75 кПа. В типичном случае данный этап проходит в течение 30 минут.

(7) После того как температура расплавленного железа достигла минимальной температуры 1450°С, и достигнуто минимальное содержание углерода 4,5 вес.%, начать введение смеси мелких фракций железной руды и железа прямого восстановления через трубки/фурмы 11 с первоначальной скоростью подачи 6 т/ч при продолжении введения угля и флюса, расплавить смесь, создавать поток расплавленного железа из накопителя и осуществлять последующее сжигание и передачу тепла в ванну через переходную зону 23. После того, как уровни последующего сжигания начнут повышаться, тепловые нагрузки на панели начнут снижаться, и может быть увеличена скорость подачи смеси.

(8) Со временем железо прямого восстановления может постепенно заменяться частично восстановленной железной рудой или железной рудой до тех пор, пока планируемый исходный материал не станет единственным металлосодержащим исходным материалом, а процесс не перейдет в стабильный режим.

(9) После 2-3 часов работы открыть летку емкости, получить пробу шлака и определить параметры процесса.

Первоначальное введение смеси мелких фракций железной руды и железа прямого восстановления на описанном выше этапе (7) является функцией от размера емкости и тепловых потерь. В случае опытного завода на фазе запуска имелись очень большие тепловые потери, и добавление железа прямого восстановления было необходимо для обеспечения производства металла. Думается, что в больших по размерам емкостях для коммерческого использования потери тепла могут не быть столь серьезной проблемой и добавления железа прямого восстановления может не потребоваться.

Для описанных выше предпочтительных вариантов процесса по настоящему изобретению могут быть произведены многочисленные модификации, которые не будут выходить за пределы сущности и объема изобретения.