CN105755197B - 一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，属于钢铁冶金技术领域。本发明的微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，包括炼钢炉本体，所述的炼钢炉本体包括上部的微波还原炉和下部的感应熔分炉，微波还原炉用于对含碳球团进行加热还原，感应熔分炉用于进行渣铁熔分反应，且微波还原炉与感应熔分炉之间通过排料阀相连通。采用本发明的技术方案能够有效解决现有炼钢过程中存在的炉渣泡沫化及含碳球团还原不充分，金属化率较低的问题，保证了最终所得钢水的质量。

Description

一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置。

背景技术

传统长流程钢铁生产流程主要从焦炉炼焦、烧结(或球团)、高炉炼铁到转炉炼钢，整个流程投资大、能耗高，且温室气体CO₂的排放难以有效降低。高炉炼铁离不开焦炭，随着炼焦用焦煤的日益短缺和环保压力的不断增大，取消焦炉炼焦—烧结—高炉炼铁等工艺，实现矿石、煤直接炼钢，具有重大的战略意义，是冶金工作者追求的目标。

直接还原与熔融还原等非高炉炼铁工艺的开发和发展有助于节能减排和环境友好。当前世界上已开发出的直接还原工艺有20多种，分气基与煤基直接还原，其中气基的Midrex与HYL工艺应用最成熟，但气基还原煤气制取成本高、消耗量大、能量利用程度较低，从而限制了气基直接还原的发展。煤基直接还原有回转窑法、转底炉法和隧道窑法，其中转底炉法的应用最为广泛。转底炉法是采用燃烧碳氢化合物产生热量，并以辐射方式传递给含碳球团，存在热能利用率和工作效率低的弊端以及设备故障率较高的缺点。

目前，能直接生产铁水且可商业运行的熔融还原工艺只有COREX及韩国浦项制铁的FINEX工艺，但是这两种工艺均还离不开焦炭，都是通过燃烧碳来提供工艺过程所需热量，因此既不能取消焦炉也很难控制温室气体的排放。加上工艺较复杂、能耗高、设备故障率偏高等，总体运行结果不理想。因此，现有的直接还原与熔融还原等工艺均不能有效用于直接生产钢水，亟需开发一种新的铁矿石、煤直接炼钢工艺。

经检索，关于直接炼钢工艺已有相关公开。如：中国专利申请号CN200810139695.6的发明专利公开了一种铁矿石直接炼钢工艺，该申请案中是预先在熔池中形成高温的渣铁液，当含铁物料进入熔池后，即被含碳物料还原，然后吹氧炼钢，放渣出钢。由于该方法在含铁物料的还原过程中产生了大量CO气体，使得炉渣泡沫化，破坏了反应的动力学条件，炉内透气性差，温度场不易控制，不利于渣铁熔分，同时不利于出渣，生产效率低。专利申请号CN200910018446.6公开的一种综合利用能源的短流程转底炉连续炼钢方法同样会出现泡沫渣问题，从而严重影响了钢水的生产。

专利申请号CN200910014710.9公开了一种一步法炼铁炼钢新工艺，在炼铁炼钢两用炉内先加入经直接还原的球团、煤和渣料得到铁水，然后向铁水中吹氧熔炼得到钢水，虽然在原理上是可行的，但是这种工艺要求投入的热球团温度达到1100℃，否则容易造成炉渣温度降低，流动性差，增加了生产的难度，而且能量利用率和生产效率都比较低。

此外，能生产液态铁水的高炉炼铁与熔融还原等工艺，绝大部分的热量与还原剂都来自碳，而消耗的碳最终将变为CO₂并排放进入大气，因此钢铁工业减排的实质必须降低入炉碳消耗。水电与核电工业的快速发展使钢铁工业采用电力供热成为可能，如果直接炼钢工艺的热量由水电或核电提供，可大幅减少单位生铁的CO₂排放，对环保十分有利。因此，有必要继续缩短工艺流程、最大限度降低工艺过程的碳消耗、真正实现节能环保与低成本冶炼。美国密西根理工大学在文献《WANG Yong-qing.Direct steelmaking throughmicrowave and electric arc heating[D].USA:Michigan Technological University,2005》中及陈津在文献《微波加热-电炉直接炼钢新工艺探讨[J].工业加热,2003(4):1-3》中都曾提出过“微波炉还原+电炉熔分”的直接炼钢路线，但因其球团的还原使用石墨电极进行升温而使熔池渗碳，要得到钢水，就必须进行二次脱碳，工艺较复杂，难以在同一个装置内实现含铁料从低温固体到高温熔融体的转变。

综上所述，现有的直接炼钢技术均采用铁矿石或普通球团配加焦炭或煤粉进行铁水的冶炼，再通过吹炼脱氧、脱碳，以获得最终的钢水。虽然仅采用一个冶炼炉便可完成从含铁物料到钢水的冶炼过程，但其实质是将转炉或电炉作为冶炼炉，将含铁物料作为铁水或直接还原铁的替代品，本质上并没有精简传统含铁矿物—铁水或直接还原铁—钢水的生产工序，生产效率并没有得到真正提高，同时碳消耗产生了大量的CO₂进入大气。且现有直接炼钢技术中由于加入的炉料与出钢钢液的温差较大，以及吹炼的进行，需等到放渣出钢后方可加入下一批炉料，冶炼周期较长。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有直接炼钢工艺中易发生炉渣泡沫化、炉内透气性差、生产周期长、生产效率和能源利用率低、环境污染大以及工艺流程复杂的不足，提供了一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置。通过采用本发明的技术方案，可利用含碳球团直接连续冶炼出钢水，能够有效解决现有直接炼钢工艺存在的上述问题，显著降低了钢铁冶炼过程中CO₂气体的排放，生产效率较高，且所冶炼钢水的质量能够完全满足生产需求。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，包括炼钢炉本体，所述的炼钢炉本体包括上部的微波还原炉和下部的感应熔分炉，微波还原炉用于对含碳球团进行加热还原，感应熔分炉用于进行渣铁熔分反应，且微波还原炉与感应熔分炉之间通过排料阀相连通。

更进一步地，所述的微波还原炉为1个或1个以上。

更进一步地，所述微波还原炉的顶部设有第一煤气出口，所述感应熔分炉的顶部设有第二煤气出口，第一煤气出口、第二煤气出口均通过进气管道与气体分配器相连，所述的气体分配器通过排气管道与微波还原炉侧壁底部的煤气进口相连。

更进一步地，所述微波还原炉的内部设有导气管，所述的排气管道与该导气管相连。

更进一步地，所述微波还原炉的下部设计为圆台状结构，该圆台状结构下底面的半径小于其上底面的半径。

更进一步地，所述的微波还原炉包括上部的预热区和中下部的还原区，预热区和还原区对应的炉体四周均设有微波加热装置，且微波加热装置的加热频率为2400-2500MHz、输出功率为12-15kW。

更进一步地，所述微波还原炉的顶部设有布料口，布料口与布料装置相连，且该布料装置与炉体外部皮带上料机相连。

更进一步地，所述的感应熔分炉包括固相区、软熔区和渣铁熔分区，其中，固相区和软熔区对应的炉体四周设有上排电磁感应加热装置，渣铁熔分区对应的炉体四周设有下排电磁感应加热装置。

更进一步地，所述的渣铁熔分区包括炉渣区和钢液区，其中，炉渣区对应的炉体一侧炉墙上设有出渣口，在钢液区对应的炉体另一侧炉墙上设有出钢口。

更进一步地，所述的电磁感应加热装置选用中频加热装置，其加热频率为200-500Hz、输出功率2800-3200kW。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其炼钢炉本体包括上部的微波还原炉和下部的感应熔分炉，微波还原炉用于对含碳球团进行加热还原，感应熔分炉用于进行渣铁熔分反应，且微波还原炉与感应熔分炉之间通过排料阀相连通，通过控制排料阀的开关便于控制含碳球团的还原时间，保证含碳球团的充分还原，从而使含碳球团还原后的金属化率得到明显提高，保证后续所得钢水的质量符合要求，且能够实现微波还原炉的连续或间歇装、排料。同时，本发明实现了含碳球团还原与渣铁熔分反应的完全隔离，感应熔分炉中基本不发生还原反应，从而能够防止含碳球团还原产生的CO气体对炉渣产生影响，避免了含碳球团在熔池中还原时产生大量气泡，提高了炉内的透气性，能够有效解决炉渣泡沫化的难题，利于渣铁熔分。本发明通过控制含碳球团在微波还原炉内的充分还原，从而能够减少含碳球团在感应熔分炉内的还原，进一步降低了感应熔分炉内的CO量。

(2)本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其微波还原炉为1个或1个以上，具体可根据实际生产需要进行设置，当设置多个微波还原炉时能够显著提高生产效率和产能，克服了当设置一个微波还原炉时，生产进度受微波还原炉工作状态波动的影响较大，且微波还原炉中部的含碳球团易发生还原不充分现象的不足。

(3)本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，正常工作状态下微波还原炉和感应熔分炉之间相互隔绝，上部还原好的高温含碳球团下降到下部感应熔分炉时，还会被下部熔池的辐射传热所加热并继续进行自还原，到达熔池前能够基本实现铁的全部还原且温度可达到1400℃以上，故对下部渣温不会造成较大影响，解决了传统感应炉或电炉加热废钢等含铁炉料时炉渣外表面处于空气中，渣表面向外散热大，容易引起渣凉的问题，本发明中渣凉问题不复存在。

(4)本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其微波还原炉的顶部设有第一煤气出口，所述感应熔分炉的顶部设有第二煤气出口，第一煤气出口、第二煤气出口均通过进气管道与气体分配器相连，通过上述第一煤气出口与第二煤气出口分别使微波还原炉及感应熔分炉内的CO及时排出，从而进一步避免了炉渣泡沫化的问题，且通过气体分配器能够实现高纯煤气资源的回收利用，从而防止CO气体直接排放至空气中造成环境污染。本发明中气体分配器通过排气管道与微波还原炉侧壁底部的煤气进口相连，一方面实现了CO气体的循环回收利用，另一方面通过还原产生的高温CO气体能够对进入微波还原炉的含碳球团进行预热，有利于节约能源和生产成本。

(5)本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其微波还原炉的内部设有导气管，所述的排气管道与该导气管相连，通过导气管对高温CO气体进行导向，使热量伴随CO气体沿微波还原炉的中心向上运动，从而对微波还原炉中部的含碳球团进行加热，避免了由于受微波加热深度的限制，微波还原炉中部的含碳球团易还原不充分的问题，保证了整个微波还原炉内部含碳球团的完全、充分还原，进一步提高了含碳球团还原后的金属化率，保证了所得钢水的质量。

(6)本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，所述微波还原炉的下部设计为圆台状结构，该圆台状结构下底面的半径小于其上底面的半径，从而便于微波还原炉下部气流的分散，进一步保证了含碳球团的充分加热还原，有利于提高球团还原的金属化率，且有助于球团下降到排料阀的控制，保证了球团的正常下料。

(7)本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其感应熔分炉包括固相区、软熔区和渣铁熔分区，其中，固相区和软熔区对应的炉体四周设有上排电磁感应加热装置，渣铁熔分区对应的炉体四周设有下排电磁感应加热装置。正常生产过程中仅使用下排电磁感应加热装置，通过下排电磁感应加热装置加热进行渣铁熔分反应，而上排电磁感应加热装置的设置主要是用于感应熔分炉上部炉墙的清理，通过上排电磁感应加热装置进行加热能够对感应熔分炉上部炉墙聚积的粘接物进行熔化清理，克服了现有技术中需停止生产对炉墙进行人工清理的不足，保证了生产的连续性。

(8)本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，可由含铁矿物直接生产出钢水，与现有流程相比，本发明占地面积少，基建投资和设备投资大幅节省，减少了冶炼、运输过程中的能量损失，能量利用率高，且实现了炼钢的连续生产，易于实现自动化生产，是未来钢铁冶炼发展的重要方向。

附图说明

图1为本发明的一种微波与感应加热加热含碳球团连续生产钢水装置的结构示意图；

图2为本发明的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法的工艺流程简图。

其中：1、布料装置；2、微波还原炉；201、预热区；202、还原区；203、第一煤气出口；301、上排微波加热装置；302、中排微波加热装置；303、下排微波加热装置；4、导气管；5、气体分配器；501、进气管道；502、排气管道；6、排料阀；7、感应熔分炉；701、固相区；702、软熔区；703、炉渣区；704、钢液区；705、第二煤气出口；801、上排电磁感应加热装置；802、下排电磁感应加热装置；9、出渣口；10、出钢口。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，现结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，包括炼钢炉本体，所述的炼钢炉本体包括上部的微波还原炉2和下部的感应熔分炉7，微波还原炉2用于对含碳球团进行加热还原，感应熔分炉7用于进行渣铁熔分反应，且微波还原炉2与感应熔分炉7之间通过排料阀6相连通，实现了含碳球团还原与渣铁熔分反应的完全隔离，感应熔分炉7中基本不发生还原反应，从而能够防止含碳球团还原产生的CO气体对炉渣产生影响，避免了含碳球团在熔池中还原时产生大量气泡，提高了炉内的透气性，能够有效解决炉渣泡沫化的难题，利于渣铁熔分。本实施例中通过控制排料阀6的开关便于控制含碳球团的还原时间，保证含碳球团的充分还原，从而使含碳球团还原后的金属化率得到明显提高，保证后续所得钢水的质量符合要求，且能够实现微波还原炉2的连续或间歇装、排料。本实施例的排料阀6选用螺旋排料阀，通常处于关闭状态，仅在连续或间歇排料时开放。

本实施例中由于正常工作状态下微波还原炉2和感应熔分炉7之间相互隔绝，上部还原好的高温含碳球团下降到下部感应熔分炉7时，还会被下部熔池的辐射传热所加热并继续进行自还原，到达熔池前能够基本实现铁的全部还原且温度可达到1400℃以上，故对下部渣温不会造成较大影响，解决了由于传统感应炉或电炉加热废钢等含铁炉料时炉渣外表面处于空气中或炉渣上部空间较大，渣表面向外散热大，容易引起渣凉的问题，本发明中渣凉问题不复存在。

本实施例的微波还原炉2的顶部设有布料口，布料口与布料装置1相连，且该布料装置1与炉体外部皮带上料机相连。上述微波还原炉2包括上部的预热区201和中下部的还原区202，预热区201和还原区202对应的炉体四周均设有微波加热装置，微波加热装置的数量具体可根据炉体高度等实际情况进行确定，通过预热区201对进入微波还原炉2的含碳球团进行预热，通过还原区202对含碳球团进行加热还原，且微波加热装置的加热频率为2400MHz、输出功率为15kW。

所述微波还原炉2为1个或1个以上，具体可根据实际生产需要进行设置，本实施例中微波还原炉2的个数为1个。上述微波还原炉2的顶部设有第一煤气出口203，感应熔分炉7的顶部设有第二煤气出口705，第一煤气出口203、第二煤气出口705均通过进气管道501与气体分配器5相连，通过上述第一煤气出口203与第二煤气出口705分别使微波还原炉2及感应熔分炉7内的CO及时排出，从而进一步避免了炉渣泡沫化的问题，且通过气体分配器5能够实现高纯煤气资源的回收利用，从而防止CO气体直接排放至空气中造成环境污染。本实施例中气体分配器5通过排气管道502与微波还原炉2侧壁底部的煤气进口相连，从而一方面实现了对CO气体的循环回收利用，另一方面通过还原产生的高温CO气体能够对进入微波还原炉的含碳球团进行预热，有利于节约能源和生产成本。

本实施例中微波还原炉2的内部设有沿其中心竖向分布的导气管4，所述的排气管道502与该导气管4相连。通过上述导气管4对高温CO气体进行导向，使热量伴随CO气体沿微波还原炉2的中心向上运动，从而对含碳球团内部进行加热，避免了由于受微波加热深度的限制，微波还原炉2中部的含碳球团易还原不充分，掉落进入渣中影响钢水质量的问题，保证了整个微波还原炉2内部含碳球团的完全、充分还原，进一步提高了含碳球团还原后的金属化率，保证了所得钢水的质量。

值得说明的是，发明人多年来一直致力于直接炼钢装置和工艺的研究，发明人通过大量实验研究出一种连续直接炼钢装置，具体见申请日为2015年07月29日，申请号为201510465009.4的中国专利，该申请案通过控制配加的铁矿粉和煤粉的质量来控制加入的含碳球团的C/O摩尔比，从而实现了对钢水中[C]含量的控制，熔池中的渣铁不需再进行吹炼便可直接得到钢水，打破了现有技术中冶炼钢水须进行吹炼的技术认知，使含碳球团能够一步直接生产出液态钢水，精简了传统的含铁矿物-铁水或直接还原铁-钢水的工艺。该申请案还通过使还原过程中产生的CO气体排至炼钢炉外，从而在一定程度上能够减缓炼钢炉内炉渣泡沫化的问题，但发明人在实验过程中发现，该申请案中炼钢炉内炉渣泡沫化的问题仍较严重，且由于受微波加热深度的限制，微波加热深度通常只有200-300m，在保证产能的基础上，含碳球团，尤其是炼钢炉内部中间的含碳球团易还原不充分，从而导致含碳球团还原后的金属化率较低，最终所得钢水的质量难以满足高质量产品的要求。上述问题是困扰发明人的最大问题，也是钢铁冶炼行业中亟需解决的重要问题。

发明人针对上述申请案存在的问题，在接下来的一年时间里又进行了大量实验研究，终于得出了本发明的技术方案，通过将上部微波还原炉2与感应熔分炉7完全隔开，并在微波还原炉2与感应熔分炉7的顶部设置煤气出口，从而可以有效解决炉渣泡沫化的难题，显著提高了炉内的透气性，保证了冶炼的质量。本发明通过将上部微波还原炉2与感应熔分炉7完全隔开，还可以对含碳球团的还原时间及还原率进行有效控制，保证含碳球团的充分还原；通过导气管4的设置一方面实现了CO气体的循环回收利用，另一方面利用高温CO气体的热量能够对含碳球团内部进行有效加热，从而克服了微波还原炉2内部中间的含碳球团还原不充分的不足，进一步保证了含碳球团的充分、完全还原，含碳球团的还原率可达到85％以上。

本实施例的感应熔分炉7包括固相区701、软熔区702和渣铁熔分区，其中，所述的渣铁熔分区包括炉渣区703和钢液区704，炉渣区703对应的炉体一侧炉墙上设有出渣口9，在钢液区704对应的炉体另一侧炉墙上设有出钢口10。通过感应熔分炉7炉体周围设置的电磁感应加热装置对还原后的含碳球团进行深度加热并软熔，含碳球团在熔池中发生渣铁熔融分离，同时电磁加热对熔池进行强烈的电磁搅拌，保证了熔池中炉渣良好的流动性，避免了炉渣遇冷使得流动性变差的难题，为放渣出钢做好了铺垫作用。此外，采用电磁感应加热装置进行加热，加热速度较快，还可以避免传统中使用石墨电极加热带来的铁水渗碳问题，由于通过控制含碳球团中的C/O摩尔比即可直接控制出钢钢水的[C]含量，因此不需再进行吹炼脱氧、二次脱碳处理，使直接炼钢装置得到了进一步简化。最后将获得的液态钢水和炉渣分别直接从出钢口10和出渣口9排出，经放渣出钢后，感应熔分炉7的料柱就会下降，上部微波还原炉2定期补充新的还原球团矿，从而完成连续加料、放渣、出钢的作业，真正实现超短流程的直接炼钢或一步炼钢。本实施例的电磁感应加热装置选用中频加热装置，其加热频率为300Hz、输出功率2900kW。

应用上述微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，本实施例的微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其工艺流程简图如图2所示，其具体步骤为：

步骤一、含碳球团的装入和预热：

通过炉体外部皮带上料机将含碳球团输送至布料装置1，通过布料装置1将含碳球团由微波还原炉2顶部的布料口布入微波还原炉2，含碳球团进入预热区201后，通过微波加热装置及上升的CO气流对含碳球团进行预热处理，为后续还原反应做准备。

所述的含碳球团由如下质量百分比的组分组成：铁精粉80-85％、煤粉12％-18％和粘结剂2％-3％，且含碳球团的碱度为1.0-1.2，碳氧摩尔比为0.7-1.0，粒径为12-15mm。本实施例的含碳球团由如下质量百分比含量的组分组成：铁精粉85％、煤粉12％和粘结剂3％，其中，铁精粉中TFe的质量分数为73％，S的质量分数为1.8％、P的质量分数为0.8％。所用煤粉的固定碳含量为83％，粘结剂选用膨润土。上述含碳球团的具体制备方法为：将铁精粉、煤粉和粘结剂按上述质量百分比含量称量后进行混合并磨细至-200目，然后制成含碳球团并筛分，最后所得含碳球团的碱度为1.0，碳氧摩尔比为0.7，粒度为14mm。

步骤二、含碳球团的还原：

经预热后的含碳球团进入还原区202，通过微波加热装置将含碳球团持续加热至1100℃，使其发生还原反应，铁精粉中铁的氧化物被煤粉中的碳直接还原，产生的CO通过微波还原炉2顶部的第一煤气出口203排出装置，经气体分配器5收集处理后通过排气管道502通入微波还原炉2内部，从而一方面实现了CO的循环回收利用，有利于节约能源，减少环境污染；另一方面通过高温CO气体对进入微波还原炉2的含碳球团进行预热，有利于节约能源和生产成本。本实施例中通过导气管4的设置能够对高温CO气体进行导向，使热量伴随CO气体沿微波还原炉2的中心向上运动，从而能够对还原区202中心的含碳球团内部进行加热，保证含碳球团的充分还原。本实施例中预还原反应的时间为22分钟，含碳球团经预还原后的金属化率为85％，且该微波加热装置的加热频率为2400MHz、输出功率为15kW。

步骤三、钢浴熔池的形成：

在冶炼第一炉钢液前向感应熔分炉7中加入废钢，通过电磁感应加热装置进行加热，在感应熔分炉7内预先形成钢浴熔池；

步骤四、渣铁熔分反应：

打开排料阀6，使还原后的含碳球团进入感应熔分炉7，通过电磁感应加热装置对还原后的含碳球团进行深度加热并软熔，含碳球团在熔池中发生渣铁熔融分离，同时电磁加热对熔池进行强烈的电磁搅拌，保证了熔池中炉渣良好的流动性，避免了炉渣遇冷使得流动性变差的难题，为放渣出钢做好了铺垫作用。本实施例中渣铁熔分反应的温度为1550℃，时间为21min。此外，采用电磁感应加热装置进行加热，加热速度较快，还可以避免传统中使用石墨电极加热带来的铁水渗碳问题，由于通过控制含碳球团中的C/O摩尔比即可直接控制出钢钢水的[C]含量，因此不需再进行吹炼脱氧、二次脱碳处理，使直接炼钢装置得到了进一步简化。

最后将获得的液态钢水和炉渣分别直接从出钢口10和出渣口9排出，经放渣出钢后，感应熔分炉7的料柱就会下降，上部微波还原炉2定期补充新的还原球团矿，从而完成连续加料、放渣、出钢的作业，真正实现超短流程的直接炼钢或一步炼钢，上述感应熔分炉7中含碳球团进一步还原产生的CO气体通过第二煤气出口705及时排出，从而有效防止了炉内透气性恶化、破坏高温还原的温度场和反应的动力学条件，有利于渣铁熔分和出钢。

本实施例中电磁感应加热装置702选用中频加热装置，其加热频率为300Hz、输出功率2900KW，最后得到的钢水成分为[C]0.027％、[Si]0.011％、[Mn]0.015％、[S]0.16％、[P]0.15％。由于本实施例中通过控制配加的铁矿粉和煤粉的质量来控制加入的含碳球团的C/O摩尔比，从而实现了对钢水中[C]含量的控制，熔池中的渣铁不需再进行吹炼便可直接得到钢水，打破了现有技术中冶炼钢水须进行吹炼的技术认知，使含碳球团能够一步直接生产出液态钢水，精简了传统的含铁矿物—铁水或直接还原铁—钢水的工艺，生产效率高，且得到的钢水成分完全符合要求。

实施例2

本实施例的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置基本同实施例1，其区别在于以下几个方面：本实施例中微波还原炉2的个数为3个，从而能够显著提高生产效率和产能，克服了仅设置一个微波还原炉2时，生产进度受微波还原炉2工作状态波动的影响较大的不足，且当含碳球团的投入量相同时，通过设置多个微波还原炉2，能够进一步保证含碳球团内部进行充分还原，有利于提高含碳球团的还原率和还原效率。

本实施例的微波加热装置为3排，预热区201对应的炉体四周设有上排微波加热装置301，用于预热含碳球团料柱，还原区202对应的炉体上部设有中排微波加热装置302，该还原区202对应的炉体下部设有下排微波加热装置303，为含碳球团的升温和还原提供热量。所述微波还原炉2的下部设计为圆台状结构，即在该圆台状结构对应的炉体四周设置下排微波加热装置303，且该圆台状结构下底面的半径小于其上底面的半径，从而便于微波还原炉2下部气流的分散，进一步保证了含碳球团的充分加热还原，有利于提高球团还原的金属化率，且有助于球团下降到排料阀6的控制，保证了球团的正常下料。

本实施例的电磁感应加热装置为两排，固相区701和软熔区702对应的炉体四周设有上排电磁感应加热装置801，渣铁熔分区对应的炉体四周设有下排电磁感应加热装置802，通常日常生产仅使用下排感应加热装置802，上排感应加热装置801只在清理上部炉墙和需要强化生产时才开启。还需要值得注意的是，冶炼炉炉膛内壁的粘接也一直是钢铁冶炼领域中存在的难题，目前仍没有很好的解决办法，现有技术中通过需要停止生产对炉墙进行人工清理，从而严重影响了生产效率。本实施例仅通过启动上排电磁感应加热装置801进行间歇加热，即能够对感应熔分炉7上部炉墙聚积的粘接物进行有效清理，克服了现有技术中需停止生产对炉墙进行人工清理的不足，保证了生产的连续性，提高了生产效率。

本实施例的微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其步骤为：

步骤一、含碳球团的装入和预热：

通过炉体外部皮带上料机将含碳球团输送至布料装置1，通过布料装置1将含碳球团由微波还原炉2顶部的布料口布入微波还原炉2，含碳球团进入预热区201后，通过上排微波加热装置301及上升的CO气流对含碳球团进行预热处理，为后续还原反应做准备。

本实施例中的含碳球团由如下质量百分比含量的组分组成：铁精粉83.5％、煤粉14％和粘结剂2.5％，其中，铁精粉中TFe的质量分数为70％，S的质量分数为2.0％，P的质量分数0.5％；所用煤粉的固定碳含量为82％，粘结剂选用膨润土。含碳球团的具体制备方法为：将铁精粉、煤粉和粘结剂按上述质量百分比含量称量后进行混合并磨细至-200目，然后制成含碳球团并筛分，最后所得含碳球团的碱度为1.1，碳氧摩尔比为0.9，粒度为12mm。

步骤二、含碳球团的还原：

经预热后的含碳球团进入还原区202，通过中排微波加热装置302及下排微波加热装置303将含碳球团持续加热至1200℃，使其发生还原反应，铁精粉中铁的氧化物被煤粉中的碳直接还原，产生的CO通过微波还原炉2顶部的第一煤气出口203排出装置，经气体分配器5收集处理后通过排气管道502通入微波还原炉2内部。本实施例中通过导气管4的设置能够对高温CO气体进行导向，使热量伴随CO气体沿微波还原炉2的中心向上运动，从而能够对还原区202中心的含碳球团内部进行加热，保证含碳球团的充分还原。本实施例中预还原反应的时间为20分钟，含碳球团经预还原后的金属化率为87％，且该微波加热装置的加热频率为2500MHz，输出功率为12kW。

步骤三、钢浴熔池的形成：

在冶炼第一炉钢液前向感应熔分炉7中加入废钢，通过电磁感应加热装置进行加热，在感应熔分炉7内预先形成钢浴熔池。

步骤四、渣铁熔分反应：

打开排料阀6，使还原后的含碳球团进入感应熔分炉7，通过下排电磁感应加热装置802对还原后的含碳球团进行深度加热并软熔，含碳球团在熔池中发生渣铁熔融分离。本实施例中渣铁熔分反应的温度为1570℃，时间为19min。

最后将获得的液态钢水和炉渣分别直接从出钢口10和出渣口9排出，经放渣出钢后，感应熔分炉7的料柱就会下降，上部微波还原炉2定期补充新的还原球团矿，从而完成连续加料、放渣、出钢的作业，真正实现超短流程的直接炼钢或一步炼钢，上述感应熔分炉7中含碳球团进一步还原产生的CO气体通过第二煤气出口705及时排出。本实施例中电磁感应加热装置702选用中频加热装置，其加热频率为200Hz、输出功率3200kW，最后得到的钢水成分为[C]0.87％、[Si]0.022％、[Mn]0.029％，[S]0.17％、[P]0.11％。

当感应熔分炉7上部炉墙发生粘接时，开启上排电磁感应加热装置801进行加热，从而能够对炉墙进行清理，克服了现有技术中需停止生产对炉墙进行人工清理的不足，保证了生产的连续性。

实施例3

本实施例的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置基本同实施例2，其区别在于以下几个方面：本实施例中微波还原炉2的个数为2个；所述的导气管4为多个，均沿平行于微波还原炉2的轴向均匀分布，从而能够进一步保证对含碳球团内部进行均匀加热，保证还原充分、完全进行。

本实施例的微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其步骤为：

步骤一、含碳球团的装入和预热：

通过炉体外部皮带上料机将含碳球团输送至布料装置1，通过布料装置1将含碳球团由微波还原炉2顶部的布料口布入微波还原炉2，含碳球团进入预热区201后，通过上排微波加热装置301及上升的CO气流对含碳球团进行预热处理，为后续还原反应做准备。

本实施例中的含碳球团由如下质量百分比含量的组分组成：铁精粉81.5％、煤粉16％和粘结剂2.5％，其中，铁精粉中TFe的质量分数为67％、S的质量分数为1.5％、P的质量分数为0.6％；所用煤粉的固定碳含量为85％，粘结剂选用膨润土。含碳球团的具体制备方法为：将铁精粉、煤粉和粘结剂按上述质量百分比含量称量后进行混合并磨细至-200目，然后制成含碳球团并筛分，最后所得含碳球团的碱度为1.2，碳氧摩尔比为0.9，粒度为12mm。

步骤二、含碳球团的还原：

经预热后的含碳球团进入还原区202，通过中排微波加热装置302及下排微波加热装置303将含碳球团持续加热至1250℃，使其发生还原反应。本实施例中通过多个导气管4的设置对高温CO气体进行导向，能够使CO气体沿微波还原炉2的轴向均匀向上运动，从而能够对还原区202内部的含碳球团进行均匀加热，进一步保证了保证含碳球团的充分还原。本实施例中预还原反应的时间为22分钟，含碳球团经预还原后的金属化率为89％，且该微波加热装置的加热频率为2450MHz，输出功率为14kW。

步骤三、钢浴熔池的形成：

在冶炼第一炉钢液前向感应熔分炉7中加入废钢，通过电磁感应加热装置进行加热，在感应熔分炉7内预先形成钢浴熔池。

步骤四、渣铁熔分反应：

打开排料阀6，使还原后的含碳球团进入感应熔分炉7，通过下排电磁感应加热装置802对还原后的含碳球团进行深度加热并软熔，含碳球团在熔池中发生渣铁熔融分离，最后将获得的液态钢水和炉渣分别直接从出钢口10和出渣口9排出。本实施例中渣铁熔分反应的温度为1580℃，时间为20min，电磁感应加热装置的加热频率为500Hz、输出功率2800kW。本实施例最终得到的钢水成分为[C]0.56％，[Si]0.043％、[Mn]0.035％，[S]0.13％、[P]0.13％。

实施例4

本实施例的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置同实施例3。

本实施例的微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其步骤为：

步骤一、含碳球团的装入和预热：

通过炉体外部皮带上料机将含碳球团输送至布料装置1，通过布料装置1将含碳球团由微波还原炉2顶部的布料口布入微波还原炉2，含碳球团进入预热区201后，通过上排微波加热装置301及上升的CO气流对含碳球团进行预热处理，为后续还原反应做准备。

本实施例中的含碳球团由如下质量百分比含量的组分组成：铁精粉80％、煤粉18％和粘结剂2％，其中，铁精粉中TFe的质量分数为65％、S的质量分数为1.6％、P的质量分数为0.7％；所用煤粉的固定碳含量为83％，粘结剂选用膨润土。含碳球团的具体制备方法为：将铁精粉、煤粉和粘结剂按上述质量百分比含量称量后进行混合并磨细至-200目，然后制成含碳球团并筛分，最后所得含碳球团的碱度为1.2，碳氧摩尔比为1.0，粒度为15mm。

步骤二、含碳球团的还原：

经预热后的含碳球团进入还原区202，通过中排微波加热装置302及下排微波加热装置303将含碳球团持续加热至1150℃，使其发生还原反应。本实施例中通过多个导气管4的设置对高温CO气体进行导向，能够使CO气体沿微波还原炉2的轴向均匀向上运动，从而能够对还原区202内部的含碳球团进行均匀加热，进一步保证了保证含碳球团的充分还原。本实施例中预还原反应的时间为20分钟，含碳球团经预还原后的金属化率为92％，且该微波加热装置的加热频率为2500MHz，输出功率为13kW。

步骤三、钢浴熔池的形成：

在冶炼第一炉钢液前向感应熔分炉7中加入废钢，通过电磁感应加热装置进行加热，在感应熔分炉7内预先形成钢浴熔池。

步骤四、渣铁熔分反应：

打开排料阀6，使还原后的含碳球团进入感应熔分炉7，通过下排电磁感应加热装置802对还原后的含碳球团进行深度加热并软熔，含碳球团在熔池中发生渣铁熔融分离，最后将获得的液态钢水和炉渣分别直接从出钢口10和出渣口9排出。本实施例中渣铁熔分反应的温度为1575℃，时间为20min，电磁感应加热装置的加热频率为400Hz、输出功率3100kW。本实施例中最终得到的钢水成分为[C]1.26％、[Si]0.061％、[Mn]0.068％、[S]0.13％、[P]0.14％。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，包括炼钢炉本体，其特征在于：所述的炼钢炉本体包括上部的微波还原炉（2）和下部的感应熔分炉（7），微波还原炉（2）用于对含碳球团进行加热还原，感应熔分炉（7）用于进行渣铁熔分反应，且微波还原炉（2）与感应熔分炉（7）之间通过排料阀（6）相连通；所述微波还原炉（2）的顶部设有第一煤气出口（203），所述感应熔分炉（7）的顶部设有第二煤气出口（705），第一煤气出口（203）、第二煤气出口（705）均通过进气管道（501）与气体分配器（5）相连，所述的气体分配器（5）通过排气管道（502）与微波还原炉（2）侧壁底部的煤气进口相连；所述微波还原炉（2）的内部设有导气管（4），所述的排气管道（502）与该导气管（4）相连；所述的感应熔分炉（7）包括固相区（701）、软熔区（702）和渣铁熔分区，其中，固相区（701）和软熔区（702）对应的炉体四周设有上排电磁感应加热装置（801），渣铁熔分区对应的炉体四周设有下排电磁感应加热装置（802）。

2.根据权利要求1所述的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其特征在于：所述的微波还原炉（2）为1个以上。

3.根据权利要求1或2所述的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其特征在于：所述微波还原炉（2）的下部设计为圆台状结构，且该圆台状结构下底面的半径小于其上底面的半径。

4.根据权利要求3所述的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其特征在于：所述的微波还原炉（2）包括上部的预热区（201）和中下部的还原区（202），预热区（201）和还原区（202）对应的炉体四周均设有微波加热装置，且微波加热装置的加热频率为2400-2500MHz，输出功率为12-15kW。

5.根据权利要求3所述的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其特征在于：所述微波还原炉（2）的顶部设有布料口，布料口与布料装置（1）相连，且该布料装置（1）与炉体外部皮带上料机相连。

6.根据权利要求1或2所述的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水装置，其特征在于：所述的电磁感应加热装置选用中频加热装置，其加热频率为200-500Hz，输出功率2800-3200kW。