CN1061099C - 竖炉的操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种竖炉的操作方法，包括将具有低金属化程度需要还原的铁源、具有高金属化程度只需熔化的铁源和固体燃料装入炉内。并通过风口将常温或较高而不超过600℃的含氧气体吹入到炉内来使铁源还原和熔化。根据铁源的平均金属化程度确定ηCO(燃气利用因数)的最优值，并且控制竖炉使从炉内排出的气体具有最优的ηCO值。控制是通过调节装料高度、调节焦炭床高度等、采用多级风口和在径向上分开装料来完成的。因而铁源能以低燃料比有效地被还原并熔化。

Description

竖炉的操作方法
本发明涉及一种竖炉的原燃料装料方法，该方法能以高的热效率和低的物料和燃料比连续熔化生铁，通过使用含铁粉尘和／或废铁和／或有少量杂质的还原铁作为铁源，可不管固体燃料的性能如何。本发明还涉及竖炉的操作方法。
各种以未还原矿石生产生铁的方法被发展起来直到今天，目前主要应用的是高炉(鼓风炉)法。按照这种高炉法，从炉顶装入的原料在下落时被从下往上流动的高温气体充分地预热，从而氧化铁以至少为60％的比率被一氧化碳(CO)间接地还原。在高炉法中为了要达到这样一个间接还原比率，在风口前设有一圈焦炭燃烧空窝，并产生ηCO(=CO2／(CO+CO2))=0的还原气体。为了提高用作上述高温气体的燃气的温度，鼓风温度被设定为不低于1000℃。
但在采用铁源如含铁粉尘和／或废铁作为主要原料的熔炉中，在风口部产生还原气体就不这么需要，因此认为利用焦炭在风口前燃烧作为取得热源的手段以资加热熔化铁源的装料可认为是有效的。
又如在采用冲天炉的方法时，该方法主要用来熔化如废铁、废铸件、生铁等那样的铁源，并不要求还原功能，原料和燃料一般混合装入，铁源的熔化一般是在ηCO(燃气利用比)=40到50％的条件下进行的。为了达到这种燃气组成，冲天炉采用颗粒大小为100到150mm的铸造焦炭，并在焦炭燃烧后防止发生溶解损失反应。然而因为大块铸造焦炭价格昂贵，因此人们确信采用较小颗粒的焦炭在减少燃料费用上是有效的。但在这种情况下，溶解损失反应率作为吸热反应会增大，而焦炭的燃气利用比ηCO会下降，因此熔化热量下降，稳定操作将难于进行。
在另一方面，竖炉并没有很多操作实例采用自还原的块矿和废铁作为主要原料，并且需要还原功能一直到熔化为止。与高炉不同，这种竖炉内并没有设置一圈焦炭燃烧空窝，操作是在把鼓风温度设定在不高于600℃的条件下进行的。
Goksel等(美国铸造师学会学报Val．85，AFS Des Plaines，Ⅲ，(1977)，pp．327-332)曾报道过在热鼓风冲天炉上所作的实验，采用5％重量的含碳球团，鼓风温度为450℃，但在现有技术中尚未发现有关大量采用含碳球团操作常温鼓风的冲天炉或操作竖炉的参考资料。
日本未审专利公开1-501401号曾公开过一种生产生铁的设备，该设备具有一个设有二次风口的高炉，其炉缸直径大于设有一次风口的高炉的炉缸直径。按照这种熔炉，只有铁源是从炉顶装入，而燃料则直接加在燃料床上，该燃料床位在高炉和炉缸的连结处。由于在高炉内部为一矿石层，其中并不存在燃料，因此由于固体燃料而会发生的溶解损失反应就不会进行，并且排气组成具有高的CO2／(CO+CO2)值，操作可望取得高效。在这种熔炉中，作为主要原料的自还原矿石在炉缸与焦炭床内的焦炭进行反应，并发生熔化物还原的放热反应。但由于在二次风口部发生再次由下式(2)表示的吸热反应，这个放出的热被用来预热加热或熔化铁源，这样便能得出生铁。
(2)
由于燃料不是从高炉的炉顶装入而只是装入矿石，当连续操作在长时间内进行时，随着操作时间的逝去，焦炭床内的焦炭就不合适地被消耗在铁的碳化上。从Fe-C-O平衡图上显然可见，即使是在采用含碳的自还原矿石、燃气组成具有ηCO≥30％的高氧化度、并且温度不低于1000℃的条件下，用燃气将FeO还原到Fe并不容易进行。结果，在熔炉下部的熔化物还原成为不可避免，以致焦炭消耗数量增加，熔炉热量降低，或者由于熔化液数量增加导致鼓风压力增加，这些事都会发展起来。另外，当矿石在高温区被软化和熔化后会与炉壁接触而粘结在其上，从而形成所谓“棚架”的毛病。
除了上述问题外，还有熔炉形状变得复杂和积垢的炉体的冷却问题。因此积垢多的熔炉就难于使用。
在另一方面，上述日本未审专利公开1-501401号并没有具体说清楚当将燃料从熔炉和炉缸的接合部添加进去时添加位置和一次风口之间的相互关系。图上示出的一次风口设在相邻的燃料添加位置之间。
在炉缸平均直径D≥1．00m的熔炉内，在一次风口部烧掉的焦炭是由直接在其上的炉料补给的，如果如上所述，一次风口处在相邻燃料添加位置之间的中间位置上，那么从熔炉上部掉下的矿石就会接替烧掉的焦炭，添加的燃料便很难顺利地滑下，这样就很有可能使操作停止。
按照现有技术，在铁源的熔炉操作中，不可避免地要采用昂贵的大块焦炭。与此相反，日本未审专利公开1-501401号设计了一种具有复杂炉体结构的熔炉，并提出一种技术，当采用小块焦炭和大量自还原的矿石块时可达到高的燃气利用比ηCO并降低燃料的供率。但所谓“棚架”容易在炉内发生和炉下部的焦炭床被消耗的问题仍未得到解决，这些问题阻碍着熔炉的长期稳定操作。另外，在积垢时的装置问题也还存在着。
按照熔化自还原矿石块废铁等的现有技术，当采用大量小颗粒固体燃料被假定作为先决条件时要进行低燃料供率的长期稳定操作被认为是很难做到的。
本发明的技术问题是当采用比铸造焦炭较小颗粒的固体燃料时设法有效地进行熔炉操作而不降低固体燃料的燃气利用比ηCO，同时避免发生所谓“棚架”的毛病。
一种竖炉的操作方法，在所述竖炉的壁表面上设置一风口，包括如下步骤：决定铁源的平均金属Fe／全Fe，其中的铁源包括：需要还原的下列铁源中的至少一种：粉尘块矿、包括含C矿石块的自还原矿石块、包括还原铁粉的具有低金属化比的还原铁；以及只需要一次熔化的下列铁源中的至少一种：热团块还原铁、直接还原产生的还原铁、废铁、生铁锭和回炉废钢；根据该平均金属化比，设定如下至少一项：焦炭床的高度、装料高度、风口的伸入位置；根据所述设定，将所述铁源和固体燃料装入到竖炉内；以及从所述风口吹入从常温到低于／等于600℃的含氧气体，以还原和熔化所述铁源。
本发明能够使用小颗粒的固体燃料，根据铁源的种类控制作为反应指标的ηCO=(CO2／(CO+CO2))和炉内的热效率，并以低的燃料供率有效地还原和熔化铁源。
按照本发明的立式炉的操作方法，装入竖炉内的炉料包括从下述铁源中选出的至少一种铁源：需要还原作用的铁源如粉尘块矿、自还原矿石块(含碳矿石块)、具有低金属化比的还原铁(包括还原铁粉)等；只需要熔化作用的铁源如HBI(热团块还原铁)、DRI(直接还原产生的还原铁)、废铁、生铁锭、回炉废钢等；及固体燃料。该方法具有下列要点：
作为控制炉内燃气利用比ηCO的方法，本发明采用下列步骤：
调节竖炉内含有铁源和固体燃料的炉料的装料高度(料位)；
根据固体燃料的颗粒大小调节下列各项中的至少一项：焦炭床的高度、鼓风数量、风口直径和风口伸入位置。
在熔炉的高度方向上设置两级或多级风口，并根据铁源的平均金属化比调节设置在高度方向上每一风口的鼓风比。
在装料方法上，两个或多个炉料构成一个周期，改变每一周期内每一炉料的铁源／固体燃料重量比和／或铁源的种类和／或固体燃料的颗粒大小，再在周期单元内重复使用相同的炉料借以将ηCO值控制在对上述铁源的还原／熔化最为合适的值。
当铁源和固体燃料从炉的上部装入炉内时，具有高金属比的铁源与固体燃料混合被装入到竖炉的炉中心部分内，而具有低金属化比的铁源与固体燃料混合被装入到竖炉的炉周边部分内。在这种情况下，在竖炉下部的焦炭床的高度根据要在具有从风口鼓风的条件下装入竖炉内的含有焦炭的固体燃料的颗粒大小被调节到预定的高度。
另外，装入竖炉的炉周边部分内的固体燃料的颗粒大小被限制为不超过60mm，而装入炉中心部分内的固体燃料的颗粒大小被设定为必须大于装入到周边部分内炉料的颗粒大小，最好至少为60mm。另外，当固体燃料与铁源混合并被装入到竖炉的炉中心部分内时，在固体燃料内所含的C与铁源内所含的Fe的重量比被限制为0．01到0．05。
再者，包括铁源和固体燃料的炉料装入立式炉的炉周边部分内的装料高度相对于炉中心部分(料位)来说是可以根据铁源的平均金属化比改变的。
下面简要说明附图：
图1(a)示出反应设备和装料设备的一个例子，图1(b)示出炉料被装入到炉中心部分内，图1(c)示出炉料被装入到炉周边部分内。
图2(a)示出大的平均金属化比的装料方法，图2(b)示出小的平均金属化比的装料方法，而图2(c)为一说明图，示出图2(a)中中心部和周边部的关系。
图3示出铁源的平均金属化比和ηCO水平的关系，在图中所示的ηCO水平上铁源的还原和熔化可没有问题地进行。
图4(a)示出焦炭床高度与ηCO之间的关系，当焦炭的颗粒大小为可变而炉内的燃气流率为0．35Nm／S时，图4(b)示出相同的关系，当焦炭的颗粒大小为30mm时，图4(c)示出相同的关系，当炉内的燃气流率为可变时。
图5示出料位与ηCO之间的关系。
图6(a)示出炉温与ηCO之间的关系，当含铁粉尘(自还原矿石块)与焦炭混合时，图6(b)示出炉温与取决于混合焦炭存在与否的还原程度之间的关系。
图7(a)-(d)示出装料方法的典型例子。
图8示出操作数据的一个例子。
图9示出操作数据的另一个例子。
现在首先就按照本发明的操作设备和方法进行说明。
本发明的反应设备在图1(a)到1(c)中示出。图1(b)和1(c)示出图1(a)中装料设备的顶部。装料设备具有一个料斗1、一个钟罩2、一个可动护罩3和一个装料导管4，排气管6设置在炉体5的顶部，而在底部设置有风口。炉料可分开地装入到中心部9和周边部8内。另外，在底部上可形成一个高度可调节的焦炭床。
反应设备在高度的方向上具有至少为两级的风口，在熔炉顶部(见图1)设有一台装料机，它能沿径向分开装料。鼓风为常温鼓风或温度不高于600℃的热鼓风。至于风口的直径可这样设定，使在富含氧时不致产生焦炭回旋运动。二次风口的伸入位置可根据所装原料而改变。
原料主要为具有高金属化比的铁源如废铁、生铁、废铸件、热团块铁(HBI)、还原铁DRI等，和具有低金属化比的铁源如粉尘块矿、自还原矿石块、氧化的还原铁矿石块、矿石粉等。燃料主要为固体燃料如焦炭、无烟煤等。
平常的装料方法是将焦炭装入以便形成焦炭床层，然后将原燃料装入，或是全部或是成为混合物或是采用分层的形式。而新的装料方法是沿径向分开将原燃料装入。
图2(a)示出一种装料法，其中只有各种铁源在中心部16a熔化，焦炭和各种粉尘被装入在周边部17a，而焦炭床10的高度在中心部16为13a，在周边部为14a。图2(b)示出一种装料法，其中焦炭、铁源和粉尘被装在中心部16内，焦炭加各种粉尘则被装在周边部17b内，而焦炭床10的高度在中心部为13b，在周边部为14b。在这两图中，气体如氧气分别由一级风口11和二级风口12供入，在炉内形成燃气流，并还原和熔化原料。
图2(c)示出炉内燃气利用比ηCO与在图2(a)中的中心部和周边部从一级风口起算的距离之间的关系。
新的装料方法可大致划分为两种方法，一种方法瞄准具有高反应效率的操作，而另一种方法瞄准采用大量细小颗粒的铁源。前一种方法根据每一种装入原料的金属化比加权平均所得到的平均金属化比将要装入的原料分成两部分，将具有高金属化比的原料装入到中心部内，而将具有低金属化比的原料与细小颗粒的焦炭混合，装入到周边部内，以便得到具有高反应效率的操作。这种方法在图2(a)和2(b)中画出。后一种方法将细小颗粒(5mm以下)的铁源与细小颗粒的固体燃料混合并将这个混合物装入到周边部内，而将大颗粒的铁源装入到中心部内以便在燃气流动被稳定的条件下使用大量细小颗粒的铁源。
反应炉的操作可用下列手段来控制：调节焦炭床的高度和料位的位置；采用分开装料的方法，及根据所用原料和燃料的种类改变二级风口伸入的位置。焦炭床的最佳高度是可变的，取决于该操作主要是要熔化铁源还是还原铁源，焦炭床的上端位置被设定在相应于目标ηCO的位置上。其时，焦炭的燃烧反应和燃烧后的溶解损失反应均在焦炭床内进行。这两反应的反应率可由固体燃料的颗粒大小、燃气流动的速度和鼓风的温度来调节。
料位位置与原燃料的温度上升率有关，并且特别会影响固体燃料的溶解损失反应率。因此料位位置被用来作为不降低反应效率的控制手段。至于在径向上分开装料的方法，反应设备的内部被划分成为两个部分，一个部分用于高金属化比，另一个部分用于低金属化比，前者用于主要导向熔化操作，燃气利用比ηCO的上限被瞄准作为目标。后者用于主要导向还原操作。按照原料的平均金属化和碳含量，控制还原所必需的燃气利用比可从整体上得到具有最高效率比的操作。二次风口被有效地用于金属化比高和熔化为首要的部分，二次燃烧比的上限是二次鼓风瞄准的目标。在沿径向分开装料的方法中，当熔化为首要的部分被设定在靠近中心侧时将二级风口的伸入位置设定在熔炉的中心和周边之间的边界位置上可得到最高的效率。
其次说明控制燃气利用比ηCO的方法。按照本发明的控制ηCO的方法的一个例子包括下列①-⑤的步骤：
①从要装入的铁源的组分和混合量(所用的数量)确定平均金属化比(平均M．Fe／T．Fe)。
当要得到较有效的操作而采用这种装料方法沿径向分开装料时，须分别计算出装入中心部和周边部的铁源的平均金属化比。
②适宜操作的ηCO水平的范围是从要装入的铁源的平均金属化比(平均M．Fe／T．Fe)和C含量按照公式(1)(图3)规定的：
在采用分开装料的方法时须分别在中心部和周边部确定合适的ηCO。
1．5×C％≤ηCO-0．7×(平均M．Fe／T．Fe)≤3．0×C％……(1)
其中：C：在铁源中的C含量，0％≤C％≤20％，
ηCO：燃气利用比(％)
(平均M．Fe／T．Fe)：平均金属化比(％)
金属化比：在铁源中的金属化铁(M．Fe)／在铁源中的全铁量(T．Fe)
平均金属化比：将几种铁源加权平均所得到的金属化比。
③由于炉内的平均燃气流动速度(Nm／S)是由熔炉的操作条件(出铁数量的判据)决定的，从一次风口起算的焦炭床的高度可按照图4所示数据中所用固体燃料的颗粒大小来确定。
在采用分开的装料法时在中心部和周边部的合适的焦炭床高度须分别确定。
④连系到料位，相应于目标ηCO的料位(炉料表面在一次风口以上的高度)H(m)可按照公式(3)(图5)来规定并设定。
近似式(3)为用最小二乘法得出的近似线，估计可能在某些程度上随铁源的种类和金属化比而变。但料位H(m)是以目标ηCO为基础而设定的。
H=-0．02775ηC0+4．755    ……(3)
在采用分开的装料法时，在中心部和周边部的料位最好分别确定。
⑤至于燃料比，除了作为熔炉特征的热辐射(Kcal／hr)、目标出铁重量(t／d)和包括铁源的种类、质量等在内的操作条件被确定以外，一旦上述目标ηCO被确定，燃料比(kg／t)水平便可从热量与材料的平衡表中确定。也有可能，操作是用这种方式来进行的，即通过二次鼓风体积和料位的微调来达到目标ηCO水平。
在采用分开的装料法时须分别确定装入中心部和周边部的燃料比。
下面说明当铁源被还原和熔化时为什么必须按照铁源内所含铁的平均金属化比(M．Fe／T．Fe)来调节并控制炉内的ηCO。
在熔化具有至少为90％的高金属化比的铁源如铁屑、生铁、废铸件、HBI、还原铁DRI等时并不需要还原作用。因此最好采用具有高ηCO的条件以便完成低燃料供率的操作，这时ηCO＞80％是操作的目标。
在另一方面，当具有低金属化比的铁源如粉尘块矿、自还原矿石块、部分氧化的还原铁、还原铁粉等被还原和熔化时，最好使固体与气体反应来还原，生产出大量的固体铁，然后再使它熔化，为的是使操作稳定并可提高生铁的质量。为了完成这个目的，必需在温度范围至少为1000℃时采用ηCO＜约30％的燃气条件，以此作为将纯维氏体(FeO)还原到铁的热力学条件(按平衡理论)。
需要这种条件的铁源为具有金属化比为0％的维氏体、作为高炉炉料的烧结矿、球团、矿石块等。
在另一方面，曾经确认，在采用含C的矿石块如本发明所用的含C自还原矿石块或者例如采用含C的粉尘块矿时，由于在矿石块内有C存在，ηCO＜约30％的条件可在矿石块内建立起来，并且即使是在矿石块外的燃气氛围为ηCO＞约30％的条件下，还原到还原铁的反应也能进行，而从FeO还原到铁并不按照平衡理论的原理进行。
例如在操作50％的含C12％的自还原矿石块和50％的废铁时，即使在炉顶ηCO=约50％的燃气条件下，操作也能顺利进行，这启示着还原能在炉内适当地进行。
如上所述，在使用大量具有低金属化比的粉尘时并不希望有高的ηCO，因为在这情况下，铁源的还原过程是首要的，但在主要为熔化铁源的废铁的熔化操作中或使用大量具有高金属化比的铁源的操作中或使用小量具有低金属化比的粉尘的操作中可考虑采用高ηCO的操作。
换句话说，最好按照铁源的种类和M．Fe／T．Fe的比率，将ηCO水平安排并控制在还原反应不会发生问题的范围内。
接下来说明控制ηCO的方法。
作为控制ηCO的方法，本发明建议：①控制炉料的装料高位(料位)，②控制焦炭床的高度，③采用多级的风口，及④在径向上分开进行装料。下面这些技术将按顺序予以说明。
首先将说明在竖炉内改变包括铁源和固体燃料的炉料的装料高度(料位)能有效地控制ηCO。
就料位言，在采用大块铸造焦炭熔化废铁、废铸件等的冲天炉操作中，从下面的风口到料位的高度(H)对熔炉直径(D)的比率一般被设定为4到5。而对使用小块焦炭如高炉焦炭和需要还原作用如粉尘还原的竖炉来说，以前尚未有过关于料位的考查结果。因此我们在使用大量废铁的条件下进行了改变料位的试验，料位与排气ηCO的关系被分类列出并在图5中示出。
使用炉膛直径为D=1．4m的竖炉的实验结果显示，当H／D被设定为小比率即H／D=2．0时，能使排气ηCO保持在高值即ηCO＞70％，而提高料位时可降低排气ηCO。
因为当料位被提高时，从燃气到原料和燃料的热交换会进行得更好，而固体燃料的预热和温度上升是从较高的部分开始的，因此公式(4)的溶解损失反应扩展到熔炉的上部，结果碳的消耗数量便增大，而ηCO则下降。
    ……(4)
如上所述，改变料位在控制炉内原料和燃料的温度上升率方面起到重要作用并被用作控制排气ηCO的手段。
其次将说明为什么改变在竖炉下部的焦炭床高度、鼓风体积、风口直径和风口的伸入位置对控制ηCO是有效的。
图4(a)-4(c)示出离线模拟器的实验结果，该模拟器用来考查在改变焦炭颗粒大小和鼓风体积(气体流速度)的条件下焦炭床在风口以上的高度和在那个部分ηCO的变化的关系。按照图4(a)-4(c)，氧气和富含氧的空气从风口被鼓入并与焦炭一起燃烧，形成CO2，并在O2消失的部分达到完全燃烧，过程按照下列公式(5)进行：
    ……(5)
在这部分燃气温度最高，而作为吸热反应的公式(5)的溶解损失反应是在这个部分之上进行的，它使ηCO下降并使燃气温度下降。
当焦炭的颗粒大小变小时，公式(5)的燃烧速率会变快。因此，具有最高燃气温度的部分(O2=0及ηCO=100％)将更接近风口。当鼓风体积增加和燃气流动速度提高时，从风口鼓入到炉内的氧气的流动速度增加，致使它与风口附近C的接触时间缩短。结果，公式(5)的燃烧反应便扩展到炉的上部。因此，当流动速度增加而焦炭颗粒大小不变时，就整体而言，炉内的ηCO要比流动速度低时的ηCO高，这从图4(a)-4(c)中可看到。当将一次风口安排得使它伸入到炉内或缩小风口的直径时都可提高风口内的流动速度，相应地缩短鼓入的氧与碳的接触时间，从而可提供与提高炉内流动速度相似的效果。由此，改变竖炉下部焦炭床的高度、改变鼓风体积、风口直径和风口伸入位置都是控制炉内的ηCO的有效手段。
接下来要说明为什么在径向上将炉料分开装入的方法是控制ηCO而在使用小块固体燃料时也不降低竖炉的燃烧效率的有效手段，还要说明为什么沿纵长方向在竖炉的炉身壁上设置多个多级风口对控制ηCO较为有效。
固体燃料在一次风口部按照反应式(5)燃烧，然后由反应式(4)所示出的溶解损失反应生成CO气。在另一方面，从下面上升的CO气又在比一次风口部高的二次风口部按反应式(2)的反应被燃烧。铁源就是利用这个放热反应来预热以资完成高的ηCO并降低燃料供率。按照实验，在二次鼓风数量／一次鼓风数量=1／4的条件下，ηCO可以得到超过15％的提高，因此采用多级风口来进行上一层鼓风可用作控制炉内ηCO的手段。
但在二次风口部也会发生反应式(4)所表示的溶解损失反应，而在径向采用炉料分开装入法可最大程度地减少这个溶解损失反应的比率，并使竖炉在使用小颗粒固体燃料的条件下也能操作而不降低气体利用比。
这种装料法可使铁源和固体燃料的装入数量在炉的中心部和周边部各不相同。该方法在熔炉的中心部增加铁源／固体燃料的重量比，而在熔炉的周边部减少铁源／固体燃料的重量比，并将大量小颗粒固体燃料装在周边部内，这样燃气流便可被导向中心部，因为在熔炉周边部使用的细颗粒焦炭对鼓风具有强大的阻力，同时由于在炉体上喷洒冷却水的影响，熔炉周边部的温度低于中心部的温度，因此在熔炉的周边部上，焦炭的溶解损失反应可被扼制。而在中心部的燃气数量虽大，但由于装入的焦炭数量很少，因此反应式(4)的溶解损失反应也可比平常的混合装料法或分层装料法得到更多的扼制。由此在径向上分开装料的方法可作为控制ηCO而在使用小颗粒固体燃料时也不降低竖炉燃烧效率的有效手段。
接下来要说明在铁源的还原／熔化方法中采用在径向上分开装料法可在低燃料供率的条件下有效地稳定操作，并可不管铁源的种类和颗粒大小，都可进行有效的操作。
关于在径向上分开装料的方法，可根据铁源的种类采用合适的装料法。一种导向有效操作的分开装料法取决于铁源的M．Fe／T．Fe，另一种分开装料法取决于铁源的颗粒大小。
首先要说明为什么取决于铁源的平均金属化比(M．Fe／T．Fe)的分开装料法能够提供稳定而有效的操作。
当用于还原／熔化的铁源为好几种铁源并能按比率M．Fe／T．Fe分类时，具有高金属化比的铁源如生铁(生铁锭)、废铁、废铸件、还原铁、HBI、DRI等被装入到炉中心部内，而具有低金属化比的铁源(粉尘块矿、自还原矿石、部分氧化的还原铁、球团等)被装入到炉周边部内。这种方法对炉中心部提供熔化功能而对炉周边部提供还原功能。其所以要把具有高金属化比的铁源装到炉中心部内而把具有低金属化比的铁源装到炉周边部内是为了容易控制在炉中心部的焦炭床高度，以便获得中心的燃气流动并完成低燃料供率的操作。
当希望进行这样的操作时，二次风口具有这样的结构使其远端能从炉壁更深入到炉内，将二次风口远端的位置设置在炉中心部和炉周边部之间的边界线上是基本上合乎理想的。当燃气流动为中心的流动而装入炉周边部内的铁源的还原作用至关重要时，在周边部内的固体燃料最好由小颗粒的燃料构成，而在中心部内的固体燃料最好由大颗粒的燃料构成。
二次风口之所以要设在熔炉中心部和周边部之间的边界上是为了防止二次鼓风被用来燃烧在周边部内的固体燃料，使二次鼓风被导向进行反应式(2)所表达的CO气的燃烧。由于炉中心部的主要目标为发挥其熔化功能，在炉中心导引ηCO＞90％的操作是最有效的，而在炉中心的固体燃料可按最低的燃料耗率减少到碳化用的含量。因此，焦炭床高度的急剧改变可受到限制，另外，由于保持着颗粒直径的焦炭用作焦炭床，这样，获得气体和液体渗透能力的低燃料供率的操作就能进行。
在这种操作中，须根据焦炭床的高度确定一个合适的二次鼓风量。如上所述，焦炭床的高度随着焦炭颗粒大小和炉内燃气的流动速度等而变，但当焦炭床的上端被设定到最佳位置(ηCO＞90％)上时，二次鼓风就不再需要。当焦炭床的上端位置的ηCO不大于90％时，可用二次鼓风设定ηCO＞90％，这样，理想的操作就能在熔炉的中心部进行。
至于在炉中心部的焦炭，从原理上言，只要把焦炭床的高度设定在一个比使用大块焦炭时较低的水平上，或者调节鼓风量而不改变ηCO甚至还使用细颗粒焦炭，如图4(a)-4(c)所示，也可期望得到有效的操作。
由于铁源是在焦炭床的上端位置熔化的，在废铁等的熔化操作中，焦炭床高度的最佳位置最好被设定在燃气温度达到最高水平，即在O2=0％，ηCO=100％邻近的位置上。
在竖炉的试验操作中，在二次鼓风体积／一次鼓风体积=1／4时，如上所述，可用鼓风使ηCO得到超过15％的提高。因此如果期望得到ηCO＞80％的操作，可把这个实验结果考虑进去，而把焦炭床的至少上端位置设定到能满足ηCO＞65％的高度上。
在另一方面，具有低金属化比的铁源被装入到周边部内，它们必须在高于焦炭床的上端部的位置上被还原，必需控制焦炭床上端部的ηCO，可将O2=0，ηCO=100％的那个部分设定为下限位置而根据铁源的种类、M．Fe／T．Fe等将焦炭床的高度设定在一个较高的位置上。
在开始操作前，焦炭床的高度被预先设定到一个预定的位置上。在操作时，可从炉顶将相当于焦炭消耗量的焦炭量装入到炉内来维持焦炭床的高度。
当期望在焦炭床的上端部得到ηCO＞65％的操作而采用80mm的大块焦炭同时炉内的燃气流动速度为1Nm／S时，合适的焦炭床的高度当在从下一层风口算起距离为60到90cm的范围内，如从图4(a)-4(c)可以看到。当期望在焦炭床的上端部得到ηCO＜30％的操作时，焦炭床的高度从下一层风口算起，对80mm的大焦炭，距离当大于130cmm；对30mm的高炉焦炭，距离当大于120cm。
其次要说明为什么当将具有低金属化比的铁源装入到炉周边部内时，该装料法将铁源与固体燃料混合的做法是有效的。
如果得到具有高ηCO的操作，那么才有可能进行低燃料供率的操作。当在ηCO＞30％的条件下对具有低金属化比的铁源进行还原实验时，曾经发现，当铁源没有与焦炭混合时，从铁源内的维氏体还原成铁的还原反应没有能进行，而在高温部却发生熔化／还原各自施向不同的影响。与此相反，离线模拟器的考查结果显示，即使铁源具有低金属化比，只要将它与焦炭混合并将混合物装入，仍可得到至少20％的还原程度提高的效果，这是与铁源没有与焦炭混合的情况相比得出的结论，如图6(b)所示。
上述事实指出，在具有低金属化比的铁源的装料操作中，本装料法将铁源与固体燃料(焦炭)混合，可比铁源没有与固体燃料(焦炭)混合的操作法提供一个较高的还原铁源的效果，并且作为成果，在熔化时炉渣的熔化数量亦可减少，这样，所谓“棚架”毛病亦可避免发生。
当将具有低金属化比的铁源装入到炉周边部内时，作为一种促进铁源还原并在熔化前提高铁源还原程度的有效方法可将C加入到含铁粉内以便增加C含量。被添加的C含量的上限约为20％，过此则会影响强度。
图3示出考查结果的一个实例，考查对象是当铁源的还原／熔化能顺利进行时在铁源的平均金属化比与ηCO水平之间的关系。虽然ηCO水平多少会随着加入到含铁粉内的C含量而变，但可操作的ηCO水平却可从所装铁源的平均金属化比中判断出来。
一般使用焦炭作为固体燃料，但炭性物质如无烟煤亦可使用。
其次，图7(a)到(d)示出装料方法的典型例子，可用来装入粉尘块矿、自还原矿石块、还原铁块(HBI、DRI)、废铁、废铸件、生铁(生铁锭)、矿石、球团、还原铁粉等。图7(a)和7(b)中的方法可用来装入具有高金属化比的铁源，如生铁、废铁和还原铁块，及准备用来补充焦炭床和碳化的大颗粒焦炭，它们被装入到炉中心部内；并可装入具有低金属化比的铁源(粉尘块矿、自还原矿石块、部分氧化的还原铁)，这些铁源与小块焦炭混合后被装入到炉周边部内。它们的目的是要得到一个具有高燃烧效率、低燃料供率的最有效的操作。顺便说一下，部分氧化的还原矿石块可被装入到炉中心部内，这从图7(c)也可看到。
当要将颗粒大小在-5mm的大量还原铁粉从炉顶装入炉内时，操作的方向是要在多少牺牲炉内反应效率的条件下提高铁的生产比。例如，有可能使还原铁粉与细颗粒固体燃料混合而将混合物装入到炉周边部内，并将具有低金属化比的铁源如具有大颗粒的粉尘块矿、自还原矿石块等装入到炉中心部内。在这种情况下，还原所必需的固体燃料必须装入到炉中心部内，虽然炉内的反应速率较差，但可以得到的好处是大量细颗粒的铁源能被利用。
这样，在采用沿径向分开装料法时就可根据铁源的种类和性能进行具有多种功能的操作。
其次要说明为什么在竖炉的径向上根据所要装入原料和燃料的装料部改变装料线是有效的。
例如，当废铁、生铁、废铸件等不需要还原的铁源被装入到炉中心部内，ηCO最好能尽可能地高。当ηCO＞至少70％为目标时，合适的装料水平为(在一次风口以上的装料高度H)／(炉膛直径D)＜2．0。而当粉尘块矿、自还原矿石块和还原铁需要还原的铁源被还原和熔化时，必需降低ηCO。如果ηCO=50％为在这种情况下的目标，又例如装料水平可被设定为H／D=约2．4。这样，根据所装入的铁源，一个装料水平的适当的值就存在在径向上。
其次将说明保持焦炭床高度的控制方法。
控制焦炭床的高度是较难的，理由如下。第一，焦炭床位在熔炉的下中心部。除非焦炭的供率适当，没有还原的FeO含量将在熔炉的下部被熔化和还原，从而消耗掉焦炭床，因此会发生不正常的焦炭床消耗。当这种不正常的焦炭床消耗发生特别是在炉下中心部时，就会发生铁源熔化的问题，这时由于炉渣的固化等原因有可能使操作停止。
因此，具有高金属化比的铁源如生铁锭、废铁、废铸件等主要被装入到炉中心部内，如上所述，使难于发生熔化／还原的操作在炉中心部内进行，这样在炉中心部的焦炭床的不正常消耗就可被扼制。
为了尽可能多地减少焦炭的溶解损失反应，装到炉中心部内的固体燃料与装到炉周边部内的固体燃料不同并且使用大块焦炭。结果，在炉中心部的焦炭床的不正常消耗就可被扼制，而具有高燃气利用比ηCO的操作可在炉下部进行。
上层风口的安装位置可根据各种参数如焦炭颗粒大小、鼓风体积等适当地选定。但基本标尺是在二次风口部的ηCO应符合65％＜ηCO＜90％。
焦炭床的上端部位置随所装铁源的种类而变，对于不需要还原作用的铁源的装料部，上端位置可控制在二次风口之下以便尽可能多地减少焦炭的燃烧。在另一方面，对于需要还原作用的铁源的装料部，焦炭床的上端位置最好位在二次风口之上。因为在焦炭床上端位置的ηCO必需根据铁源的M．Fe／T．Fe的比例加以控制。
控制或监控焦炭床的一个简单方法是用眼睛检查二次风口部或根据炉内压力损失值来判断。检查二次风口部至少能判断熔化部是在二次风口之上还是在之下。焦炭床的上端位置可通过检测一次风口和二次风口之间的压力损失差来断定。根据操作实例，当焦炭床上端部位在二次风口之下时，在一次风口和二次风口之间的压力差可大大地被检测出来。因为熔化部的存在会增加压力损失值。
焦炭床的高度可准确地被测量出来，只要用一个垂直的探头或一根铁线从熔炉的上部插入，测量其下降行为即可。对于垂直的探头来说，炉内温度急剧上升并可达到至少1200℃的那个部分就相当于焦炭床的上端部。对于铁线来说，下降速度停止的那个部分相当于焦炭床的上端部。
其次要说明为什么在装入具有低金属化比的铁源时要与固体燃料混合而将混合物装入到炉周边部内；为什么要用小颗粒的焦炭作为焦炭而被装入到炉周边部内；以及为什么在径向上改变铁源／固体燃料的比率可有效地防止所谓“棚架”现象。
一般地说，在采用大量含铁粉时粘结物容易在炉壁上形成。例如，由于还原反应变慢，结果会形成含有大量FeO的炉渣。炉渣然后在熔化／还原时被吸热反应冷却并粘附在炉壁上。在另一种情况下，大量含有FeO的炉渣进入到熔炉下部成为泛滥状态被吹起并粘附在炉壁上。在还有另一种情况下，没有还原的FeO在熔炉上部被上升的高温燃气熔化，与邻近的铁源连结或熔结并粘附在炉壁上。在所有这些情况下，大量炉渣熔化液产生在炉壁附近，粘附在炉壁上并成为粘结物，从而造成所谓“棚架”现象。
为了防止这种棚架发生，因此必需减少在炉周边部形成的熔化物数量，并尽可能地防止它与邻近的铁源互相接触。
为了减少在炉周边部形成的熔化物数量，必须提高铁源的还原程度，为此可有效地将要装到炉周边部内的铁源与固体燃料混合并将混合物装入炉内。这时固体燃料的颗粒大小最好用小的。因为，如果装入相同重量的焦炭，那么具有小颗粒的固体燃料所装颗粒数就较多，铁源的互相接触就可充分避免。顺便说一下，这里所用“小颗粒固体燃料”的术语意为，例如高炉用的焦炭(颗粒大小不超过60mm)、和高炉用的小块焦炭(颗粒大小约30mm)。
将比装入到炉中心部内的固体燃料重量多的固体燃料重量装入到炉周边部内也是有效的方法。为了达到这个目的，铁源／固体燃料的重量比被分成炉中心部用的和炉周边部用的两种，具有高金属化比的铁源被装入到炉中心部内以便减少装入到中心部内的焦炭数量，而装入到炉周边部内的焦炭数量则尽可能地被增加。
装入到炉周边部内的固体燃料的比率多少须随着所装铁源，如粉尘块矿、自还原矿石块、还原铁等的金属化比而变。在采用75％的含有12％碳的自还原矿石块、15％的还原铁和10％的废铁时通过试验操作，曾经肯定，可以避免发生“棚架”的条件是，除了不需还原的废铁以外的其他铁源对固体燃料的比率，即(自还原矿石块+还原铁)／固体燃料应不大于5。
这个条件相当于(所装铁源内金属M．Fe重)／固体燃料＜1．24的情况。
当使用具有低金属化比的铁源时，装入炉周边部内的固体燃料的数量必须进一步增加。与此相反，当使用具有高金属化比的铁源时，装入炉周边部内的固体燃料则可减少。
其次，在将具有低金属化比的铁源如小颗粒固体燃料、还原铁、自还原矿石块、粉尘块矿等及固体燃料装入到炉周边部内，而将具有高金属化比的铁源如废铁、废铸件、生铁等及固体燃料装入到炉中心部内的情况下，为什么说将装入炉中心部内的固体燃料所含的C与铁源内所含的Fe的重量比设定为0．01≤C／Fe≤0．05是有效的原因在下面将要说明。
当装入到炉中心部内的铁源为废铁、废铸件或生铁时，除了废铁以外，其他铁源都含有C。因此，碳化所需的C含量只须补充给废铁，另外固体燃料也要补充，其量相当于焦炭床燃烧部分消耗的量。在炉内废铁的碳化量约为废铁重量的2到4％。实验结果显示，在炉中心部的焦炭床的消耗量约为10kg／t(就比例言相当于大约0．01)。
当使用废铁作为铁源装入到炉中心部内时，所需装入的焦炭量最大。这时，由于C／Fe=O．02到0．04必需用于碳化，并要考虑焦炭床的消耗，因此0．03≤C／Fe≤O．05。当使用废铸件或生铁但不使用废铁作为铁源装入到炉中心部内时，所需装入的焦炭量最小。这时不再需要有碳化用的焦炭，固体燃料可以按相当于在炉中心部的焦炭床的消耗量即C／Fe=O．01的比例装入。因此，固体燃料和铁源的装料比可通过装入到炉中心部内的固体燃料所含C与F的重量比的设定来确定。0．01≤C／Fe≤O．05。
关于装料方法，曾经确认，预定的装料可在钟罩式装料设备上用一保护板来进行。炉料可分为两部分，每一部分的铁源／固体燃料的重量比各不相同，可将第一种炉料装入到炉中心部内而将第二种炉料装入到炉周边部内。与熔炉如冲天炉所用的、常可见到的炉顶敞开式装料设备相比，本发明所用的、如图1(a)-(c)所示的装料设备可有效地将炉料分开地装入到炉中心部内和炉周边部内。
不管铁源的金属化比如何，作为防止所谓“棚架”发生的方法，有一种方法是在将炉料装入到炉周边部内时，在靠近炉壁处只装入固体燃料，而在内侧装入铁源和固体燃料的混合物如图7(d)所示，这样装料方法便多少有些复杂。具体地说，一个装料周期要包括装入三种炉料，在第一种炉料内只将固体燃料装入到炉周边部的炉壁附近，在第二种炉料内将废铁和固体燃料的混合物装入到炉中心部内，而在第三种炉料内则将铁源和固定燃料的混合物装入。这样，预定的装料便可做到。
在本发明中炉中心部和炉周边部之间的边界位置多少要根据铁源的金属化比、焦炭的颗粒大小和采用含铁粉尘的比例而在熔炉的径向上移动。
一旦要装入到每一部分内的铁源和固体燃料的数量都已确定，在炉中心部和炉周边部之间的边界位置ri便可由下式(6)来确定： r i 2 = ( W m ( C ) / p m ( C ) W c ( C ) / p c ( C ) ) { ( W m ( C ) / p m ( C ) + W c ( C ) / p c ( C ) ) + ( W c ( P ) / p m ( P ) + W c ( P ) / p c ( P ) ) } - - - - ( 6 )
其中：
ri：中心部和周边部的无量纲边界的半径(-)
Wm(c)：装入到中心部内的铁源的重量(kg／炉料)
Wc(c)：装入到中心部内的固体燃料的重量(kg／炉料)
Wm(p)：装入到周边部内的铁源的重量(kg／炉料)
Wc(p)：装入到周边部内的固体燃料的重量(kg／炉料)
pm(c)：装入到中心部内的铁源的散装密度(kg／m3)
pc(c)：装入到中心部内的固体燃料的散装密度(kg／m3)
pm(p)：装入到周边部内的铁源的散装密度(kg／m3)
pc(p)：装入到周边部内的固体燃料的散装密度(kg／m3)
这样，这个ri便可用无量纲的半径表示，它代表炉料在下降到炉中心部和炉周边部的速率恒定时的边界位置。
本装料方法可以有各种方法来调节由这个Ri值所表示的边界位置。当采用钟罩式装料设备时可用可动保护板来设定预定的边界并交替而反复地将每一种炉料分别装到炉中心部和炉周边部内，尽管会部分形成混合物层。
下面将结合实例更具体地说明本发明的特点。
下面这些实例采用一台炉顶敞开式竖炉，该炉有一可动层式两级风口的结构，其中炉膛直径为1．4m，一次风口有6个，二次风口也有6个，料位的上限位置位在一次风口以上5．0m。装料设备的型式使它能沿熔炉径向区分装料位置。
这样，炉顶排气组成便由下式限定
ηCO(TOP)=(CO2 (TOP)／(CO(TOP)+CO2 (TOP)))
在操作尺度方面，鼓风湿度被设定为15g／Nm3如同大气湿度，从炉顶装入的石灰石的原始单位被设定以炉渣碱度=1．0作为目标。
被装入的铁源为含C(4-20％)的自还原矿石块(系将高炉的二次炉灰和焦炭粉混合到粒度不大于3mm的还原铁粉内制成，颗粒大小为40mm×20mm×30mm)，粉尘块矿(系将高炉的二次炉灰作为主要组分和炼铁厂内的铁粉尘混合，并将该混合物与商业上可供的废铁和颗粒大小为3到5mm及5mm或更大的还原铁粉一起压制成决制得)。
具有颗粒大小约为30mm的小块高炉用焦炭被用作炉周边部的固体燃料，而具有颗粒大小约为80mm的大块焦炭被用在炉中心部供补充碳化之用。
表1示出考查结果的详细情况。
例1(a)和1(b)和对比例1所代表的操作采用的铁源为自还原矿石块(T．Fe=59．5％，M．Fe／T．Fe=0．19，C4％)：粉尘块矿(T．Fe=50．81％，M．Fe／T．Fe=0．057)：车辆破碎机废铁(T．Fe=90％，M．Fe／t．Fe=0．99)：还原铁矿石块(T．Fe=87％，M．Fe／T．Fe=0．80)=50∶10∶30∶10按重量比装入铁源的平均金属化比为56％。在例1(a)和1(b)中，自还原矿石块、粉尘块矿、还原铁矿石块和小颗粒焦炭混合被装入到周边部内，而车辆破碎机废铁和碳化用大块焦炭被装入到炉中心。在对比例1中，上述铁源和固体燃料完全混合并被装入炉内，但在炉内的燃气利用比处在ηCO=20％的低水平并且热金属温度低，炉渣排放困难。与此相反，在例1(a)和1(b)中采用分开装料法，炉内的燃气利用比ηCO高，热金属温度上升到约1500℃，能够进行稳定的操作。与例1(a)相比，例1(b)代表装到中心部内的大块焦炭部分被小颗粒焦炭取代的情况，操作可以达到更高的效率，只要把焦炭床高度改变到燃气燃烧温度达到最高的那个位置附近，即在下层风口以上的40cm的位置上。
例2和对比例2代表的还原／熔化试验实例采用20重量％的粉尘块矿和80重量％的车辆破碎机废铁。在对比例2内原燃料完全混合在一起并被装入炉内。在例2中料位曾被调节。例2(b)到2(d)代表20重量％的粉尘块矿和小颗粒焦炭混合并被装入到周边部内，而80重量％的车辆破碎机废铁和碳化用大颗粒焦炭被装入到中心部内。在例2(b)的操作中，大块焦炭部分被小颗粒焦炭取代。例2(c)代表的情况是，下层风口被伸入到炉内约20cm并且风口直径从50mm被改为40mm，而例2(d)代表的情况是鼓风量被增加，从而使炉内的燃气流动速度提高到0．8m／sec。与对比例相比，本发明的这些实例能使用大量的小颗粒焦炭，并且操作能够进行得更有效率。这些实例还表明改变料位和风口结构及使炉内的燃气流动速度优化都是有效的。
例3和对比例3代表的操作所采用的铁源为自还原矿石块(C12％)∶粉尘块矿(C4％)∶车辆破碎机废铁∶还原铁粉(T．Fe=87％，M．Fe／T．Fe=0．80)=50∶10∶30∶10。自还原矿石块、粉尘块矿、还原铁粉和小颗粒焦炭在混合后被装入到周边部内，而车辆破碎机废铁和碳化用大块焦炭被装入到中心部内，装入的铁源的平均金属化比为56％，而装入到周边部分的铁源平均金属化比相当于29．6％。
对比例3代表的情况是，料位处在正常操作状态，即料位被设定在一次风口以上4．2m的位置上。例3(a)代表的情况是，料位被设定为3．2m，为的是参考公式(1)和图3要得到ηCO=55％。例3(b)代表的情况是，参考公式(1)和图3，料位按照在中心部和周边部的金属化比被改变。例3(c)代表的情况是，一次鼓风温度为200℃的热鼓风，富氧含量为0％。例3(d)代表的情况是，鼓风为只有一级的550℃的热鼓风，例3(e)代表的情况是，采用含C=20％的铁源作为自还原矿石块并且改变了鼓风条件，而例3(f)代表的情况是，当所装铁源的种类改变时，参考公式(1)和图3，ηCO也被改变。所有这些实例与对比例比较，都能操作得更为令人满意，并且已经弄清，根据铁源在径向上控制料位及改变鼓风温度能达到更高的操作效率。
例4和对比例4代表的情况是，80重量％的车辆破碎机废铁和20重量％的生铁锭与大块焦炭一起被装入到中心部内，而小颗粒的焦炭被装入到周边部内。对比例代表的情况是，料位被设定为4．2m，而本发明的例4代表的情况是改变料位可以达到更高的效率。
例5和对比例5代表的情况是，80重量％的车辆破碎机废铁和大块焦炭被装入到中心部内，而20重量比的粉尘块矿和小颗粒焦炭被装入到周边部内。在对比例5中料位被设定为4．2m而在例5中通过料位的改变可完成高效率的操作。
例6(b)代表的情况是，100重量％的车辆破碎机废铁和大块焦炭被装入到中心部内，而小颗粒焦炭被装入到周边部内。在例6(b)进行之前，铁源和焦炭先用一类似正常冲天炉操作的操作完全混合，然后将混合物装入炉内，如同正常操作那样(对比例6)，将焦炭床高度设定在一次风口以上约1m并将料位设定在4．2m，再进行操作。与此不同，虽然也是将完全混合物装入炉内，但操作的进行是将焦炭床高度设定在一次风口以上60cm而将料位设定为3．0m，以便在炉内平均燃气流动速度为0．7m／s的条件下在焦炭床的上端位置得到ηCO=80到90％(例6(a))。在对比例6中，操作只能在约为20％的低水平ηCO下进行，焦比不可避免地要提高。另一方面，在例6(a)中，即使大量使用小颗粒的焦炭，操作也能在ηCO=50％的情况下进行。因此可以肯定控制焦炭床的高度和料位是有效的。在例6(b)A中，由于在径向上分开装料，可以达到较高的ηCO(＞90％)，曾经肯定，这样可用最高的效率进行操作(见图8)。
例7代表的情况是，没有使用废铁，而是大量使用细颗粒的还原铁粉。
当将50％的含C7％的粉尘块矿和50％的颗粒大小为3到5mm的还原铁粉装入炉内作为铁源时，为了得到燃气在炉内的透气性，可将含C粉尘块与细颗粒焦炭混合，然后装到炉中心部内，并将还原铁粉与颗粒大小为30mm的焦炭混合，而将混合物装入到周边部内。含C粉尘块矿和还原铁粉都有一个60％的金属化比(M．Fe／T．Fe)。为了使操作能够在目标ηCO=50％的情况下进行，焦炭床高度被设定在一次风口以上1．0m的位置并且料位被设定在一次风口以上3．0m的位置。
在例7开始之前，先将含C粉尘块矿和还原铁粉完全混合，然后进行操作而没有调节焦炭床高度和料位就象对比例7那样。在这个对比例7中，熔炉的内部压力超过2500mm水柱，操作难于继续。另一方面，在例7中，熔炉的内部压力被转移到约为1800mm水柱的水平，操作在初始目标值ηCO=约50％的情况下能够稳定地进行(图9)。
在使用含铁粉尘及／或废铁作为主要原料的生铁制造中可利用新的原燃料装料方法来进行操作。本发明所提出的操作方法具有较高的效率，并且由于该方法的发展，使连续操作能够进行，燃烧效率可以进一步提高，并且能够使用小颗粒的经济的固体燃料。因此，操作能以较高的生产率和较低的燃料费用进行。
             表1
A：在径向上分开装料                  B：混合装料
    例
1(a) 1(b) 2(a) 2(b) 2(c) 2(d) 3(a) 3(b) 3(c) 3(d) 3(e) 3(f) 4 5 6(a) 6(b) 7
装料方法 A A B A A A A A A A A A A A B A A
(铁源使用比)
自还原矿石块(重量％) 50 50 0 0 0 0 50 50 50 50 50 0 0 0 0 0 50
(含C)(％) 4 4 12 12 12 12 20 7
粉尘块矿(C4％)(重量％) 10 10 20 20 20 20 10 10 10 10 10 50 0 20 0 0 0
车辆破碎机废铁(重量％) 30 30 80 80 80 80 30 30 30 30 30 40 80 80 100 100 0
生铁锭(重量％) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 20 0 0 0 0
还原铁块(重量％) 10 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
还原铁粉(重量％) 0 0 0 0 0 0 10 10 10 10 10 10 10 0 0 0 50
平均金属化比(％) 56 56 87 87 87 87 56 56 56 56 50 70 99 87 99 99 60
小颗粒焦炭(kg／t)大颗粒焦炭(kg／t) 17080 17050 80150 12050 12045 12040 18515 17015 17015 17215 14015 17525 8040 9640 15040 11040 23897
鼓风体积(Nm3／min)
一次鼓风 45 45 40 45 45 54 48 48 48 60 48 48 48 48 30-40 30-40 40
二次鼓风 11 11 10 11 11 13 12 12 12 0 12 12 12 12 8-15 8-15 10
富氧率(％) 3 3 3 3 3 3 3 3 0 0 3 0 5 3 3 3 3
鼓风温度(℃)
一次风口二次风口 3030 3030 3030 3030 3030 3030 3030 3030 20030 550 55030 55030 3030 3030 3030 3030 3030
炉顶温度(℃) 250 200 280 280 250 260 180 180 180 185 150 160 180 20 330 300 300
0
生铁温度(℃) 1500 1500 1500 1500 1510 1510 1500 1500 1490 1500 1460 1480 1510 15 1430 1430 1460
05
炉顶η CO(％) 35 48 50 60 70-85 80 50-60 60 60 55-6 64-6 60 92 75 50 95 40-60
0 7
                     表1(续)
A．在径向上分开装料B．混合装料
    对比例
1 2 3 4 5 6 7
装料方法 B B A A A B B
(铁源使用比)
自还原矿石块(重量％)(含C)(％)粉尘块矿(C4％)(重量％)车辆破碎机废铁(重量％)生铁锭(重量％)还原铁块(重量％)还原铁粉(重量％) 50410300100 02080000 501210300010 00802000 02080000 00100000 50000050
平均金属化比(％) 56 56 99 87 99 60
小颗粒焦炭(kg／t)大颗粒焦炭(kg／t) 30280 40200 20515 10550 12540 11040 25097
鼓风体积(Nm3／min)
一次鼓风二次鼓风 4010 4010 4812 4812 4812 30-408-15 4010
富氧率(％) 3 3 3 5 3 3 3
鼓风温度(℃)
一次风口二次风口 3030 3030 3030 3030 3030 3030 3030
炉顶温度(℃)生铁温度(℃)炉顶ηCO(％) 300138020 300146030 200150020 220150050 250150250 300143020 320142030-40
                        表1(续)
A．在径向上分开装料                            B：混合装料
    例
1(a) 1(b) 2(a) 2(b) 2(c) 2(d) 3(a) 3(b) 3(c) 3(d) 3(e) 3(f) 4 5 6(a) 6(b) 7
料位(m)
中心周边 4．24．2 4．24．2 3．43．4 4．24．2 4．24．2 4．24．2 3．23．2 2．53．5 2．53．5 2．53．5 2．53．5 2．53．5 2．52．5 33 33 33 33
焦炭床高度(m) 0．5 0．5-0．4 0．5 0．5 0．5 0．5 0．6 0．6 1
焦炭床中心高度(m) 0．8 0．8 0．8 0．7 0．8 0．7 0．8 0．8
操作的稳定性 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 炉压稳定
操作的改进 改变焦炭床高度 改变料位 风口的伸入位置直径 较高的流率
                     表1(续)
A．在径向上分开装料             B．混合装料
    对比例
1 2 3 4 5 6 7
料位(m)中心周边 4．24．2 4．24．2 4．24．2 4．24．2 4．24．2 4．24．2 33
焦炭床高度(m)焦炭床中心高度(m) 0．5 0．8 0．8 0．8 0．8 1 1
操作的稳定性 炉渣排放难 高焦比 炉压高
操作的改进 难操作 难操作

Claims (9)

1．一种竖炉的操作方法，在所述竖炉的壁表面上设置一风口，包括如下步骤：
决定铁源的平均金属Fe／全Fe，其中的铁源包括：需要还原的下列铁源中的至少一种：粉尘块矿、包括含C矿石块的自还原矿石块、包括还原铁粉的具有低金属化比的还原铁；以及只需要一次熔化的下列铁源中的至少一种：热团块还原铁、直接还原产生的还原铁、废铁、生铁锭和回炉废钢；
根据该平均金属化比，设定如下至少一项：焦炭床的高度、装料高度、风口的伸入位置；
根据所述设定，将所述铁源和固体燃料装入到竖炉内；以及
从所述风口吹入从常温到低于／等于600℃的含氧气体，以还原和熔化所述铁源。
2．如权利要求1所述的竖炉的操作方法，其特征在于：还包括如下步骤：
根据所述铁源的平均金属化比，计算出用于还原的最优的ηCO，以及
根据所述最优的ηCO，设定如下至少一项：焦炭床的高度、装料高度、风口的伸入位置。
3．根据权利要求2所述的竖炉的操作方法，其特征在于：所述最优的ηCO由下式计算：
1．5×C％≤η CO-0．7×(平均M．Fe／T．Te)≤3．0％×C％其中：
C：铁源内以百分比计的C含量，0％≤C％≤20％
ηCO：燃气利用比(％)，
(平均M．Fe／T．Te)：平均金属化比(％)。
4．根据权利要求3所述的竖炉的操作方法，其特征在于：焦炭床高度、装料高度、风口的伸入位置中的至少一项是根据所述固体燃料的颗粒大小来调节的。
5．按照权利要求1的竖炉操作方法，其特征为，在熔炉高度的方向上设有至少两级风口，而设在高度方向上的每一所说风口的鼓风比是根据所说固体燃料的颗粒大小和所说铁源的平均金属化比来调节的。
6．根据权利要求1的竖炉的操作方法，其特征为，当将所说铁源和固体燃料装入到竖炉内时，其中至少两种炉料构成一个周期，并且在该周期单元内，通过对每一次周期内的每一次装料调节下列诸项中的至少一项：所说铁源／所说固体燃料的重量比、所说铁源的种类、所说固体燃料的种类、和所说固体燃料的颗料大小，重复相同的装料。
7．根据权利要求1所述的竖炉的操作方法，其特征在于：具有高的金属化比的所述铁源与固体燃料混合，将由此而获得的混合物装入所述竖炉的中央位置；具有低的金属化比的所述铁源与固体燃料混合，将由此而获得的混合物装入所述竖炉的周边部分。
8．根据权利要求7所述的竖炉的操作方法，其特征在于：还包括如下步骤：
根据所述铁源的平均金属化比，计算出用于还原的最优的ηCO，以及
根据所述最优的ηCO，设定如下至少一项：焦炭床的高度、装料高度、风口的伸入位置。
9．根据权利要求8所述的竖炉的操作方法，其特征在于：所述最优的ηCO由下式计算：
1．5×C％≤ηCO-0．7×(平均M．Fe／T．Te)≤3．0％×C％其中：
C：铁源内以百分比计的C含量，0％≤C％≤20％
ηCO：燃气利用比(％)，
(平均M．Fe／T．Te)：平均金属化比(％)。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050151307A1 (en) * 2003-09-30 2005-07-14 Ricardo Viramontes-Brown Method and apparatus for producing molten iron
JP4308878B2 (ja) * 2007-09-07 2009-08-05 新日本製鐵株式会社 竪型炉
US20110265603A1 (en) * 2009-01-23 2011-11-03 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Method for producing granular iron
TWI402507B (zh) * 2011-03-09 2013-07-21 China Steel Corp Sampling Device for Sampling Raw Material
DE102011107326A1 (de) * 2011-07-14 2013-01-17 Linde Aktiengesellschaft Schachtofen und Verfahren zum Betreiben desselben
JP6219266B2 (ja) * 2014-12-26 2017-10-25 株式会社神戸製鋼所 高炉のメタリック原料装入方法
CA3191394A1 (en) * 2020-09-15 2022-03-24 Arcelormittal Blast furnace for ironmaking production

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85100620A (zh) * 1985-04-01 1986-02-10 电子工业部第三研究所 扬声器大功率谐波失真测量仪和测量方法
JPH01290711A (ja) * 1988-05-19 1989-11-22 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶銑の製造方法
JPH0480312A (ja) * 1990-07-20 1992-03-13 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶銑の製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1386351A (fr) * 1963-11-28 1965-01-22 Siderurgie Fse Inst Rech Perfectionnements aux procédés de contrôle et de conduite des opérations de réduction dans un haut fourneau
JPS56119710A (en) * 1980-02-28 1981-09-19 Kawasaki Steel Corp Operation method for preventing failure of blast furnace tuyere
JPS6210203A (ja) * 1985-07-08 1987-01-19 Kawasaki Steel Corp 高炉の操業方法
JPS62270708A (ja) * 1986-05-20 1987-11-25 Nippon Kokan Kk <Nkk> 高炉炉熱制御方法
BR8605001A (pt) * 1986-10-13 1988-05-31 Setepla Tecnometal Engenharia Equipamento para producao de metais ferrosos ou nao a partir de minerios ou aglomerados auto-redutores e auto-fundentes ou nao
JPH01142006A (ja) * 1987-11-30 1989-06-02 Nkk Corp 高炉操業方法
JP3629740B2 (ja) * 1995-01-26 2005-03-16 住友金属工業株式会社 溶銑の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85100620A (zh) * 1985-04-01 1986-02-10 电子工业部第三研究所 扬声器大功率谐波失真测量仪和测量方法
JPH01290711A (ja) * 1988-05-19 1989-11-22 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶銑の製造方法
JPH0480312A (ja) * 1990-07-20 1992-03-13 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶銑の製造方法

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