CN1170440A

CN1170440A - 由碳化铁制造钢的方法和装置

Info

Publication number: CN1170440A
Application number: CN95196919A
Authority: CN
Inventors: G·H·盖格; A·K·辛哈; A·维斯利科斯; 杜志游
Original assignee: Praxair Technology Inc; United States Steel Corp
Current assignee: Praxair Technology Inc; United States Steel Corp
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: DE69518436D1; AU4507596A; MX9703252A; EP0793731B1; EP0793731A1; AU704090B2; AR000390A1; NZ300357A; BR9510099A; JPH10510882A; ATE195556T1; WO1996019591A1; US5885325A; TR199501620A2; CA2200961A1; TW332833B; JP3023617B2; DZ1954A1; DE69518436T2; CN1047631C

Abstract

一种由碳化铁制造钢的两阶段反应在两个分立的但相互联系的反应器(1,36)中进行。在第一反应器(1)中,碳化铁和造渣剂供入供料端(2),并且借助于容器的几何形态、碳化铁供料和底吹氧气的搅拌动作以及来自液态金属溶池(9)的气体而使得反应充分混合。含碳量约为0.5～2%的产物送至第二反应器(36),在该反应器中利用从液面下注入的氧气进行精炼。第二反应是自热的,并且产生的一氧化碳送至第一反应器(1),在第一反应器中一氧化碳与氧气在泡沫熔渣中燃烧,这将与在第一反应器(1)产生的CO在渣中后燃烧和利用第一反应产生废气的显热进行的碳化铁预热一起,使得反应基本上也是自热的。

Description

由碳化铁制造钢的方法和装置

背景

本申请是1994年12月20日提交的申请序号为No.08,359,601申请的部分继续申请。

发明领域

本发明涉及经两个紧密联系的阶段由碳化铁制造钢的装置和方法，这两个阶段包括：在第一阶段的反应器中通过燃烧高能气体而产生中等碳含量的铁碳合金，该高能气体除了包括在第一个反应器中产生的高能气体之外，还包括来自第二阶段反应器的气体，这种铁碳合金被用作原料装入第二阶段反应器中，在第二阶段反应器中生产具有最终要求碳含量的钢。

相关现有技术的描述

Stellung等美国专利No.2,780,537公开了一种生产碳化铁的方法，并声明该产品可在已知结构的炼钢炉中氧化成铁。

Kalling等美国专利No.2,978,318公开了将含有碳化铁的粉末原料连续地装入“Kaldo”式回转炉以生产钢。该专利声明装入的原料提供了反应所需的全部热量，但不会将硫引入该工艺中。

Raquin等美国专利No.3,486,882公开了一种钢的连续生产方法，它包括将经过预先还原的成钢材料连续装入精炼炉内的熔池中，并同时将生热材料和气态氧引入炉中。这种经预先还原的成钢材料是已还原到40％-100％的铁矿石。该材料以升高的温度装入炉中，且可能包括碳或足量的其它生热元素以提供反应过程所需的热量。

Rouanet美国专利No.3,527,598公开了一种利用碳化或未碳化的预先还原球团矿在反应器中连续炼钢的方法。碳化的或未碳化的球团矿的全部碳含量使得与氧反应可提供实现该过程所需的全部热量。

Stephens Reissue专利No.32,247公开了一种利用流化床方法从铁矿中制造碳化铁的方法。碳化铁产物随后装入炼钢炉、例如炼钢用的碱性氧气转炉或电炉中。

虽然Stephens的原始专利U.S.No.4,053,301描述的炉子为碱性氧气转炉或电炉，但上述Stephens Reissue专利广泛地要求保护“炼钢炉”。Stephens Reissue的专利实施情况也表明，该发明炼钢方法中应用的炉子类型与该专利的主要新颖性无关。因此，Stephens Reissue专利的实施情况表明，Stephens方法不限于具体的炼钢炉，而也可以包括其它现有技术的炼钢炉，例如象反应器。

另外，Stephens Reissue专利中第2栏、第20-22行表明碳化铁的生成和随后向钢的转变可以是“一个连续过程”。在第4栏、第16-21行Stephens声明当热的碳化铁被直接加入炉中时，这一过程是“连续的和自热的”。Stephens也声明，炉中产生的废气含有约90％的一氧化碳，它可以被收集起来和氧一起燃烧而产生热能。

例如以铁矿石为原料连续炼钢的构思，由Queneau在金属杂志(Journal of Metals)，1989年12月，30-35页“用于铅的QSL反应器及其用于镍、铜、铁的前景”(“The QSL Reactor for Leadand its Prospects for Ni，Cu，Fe”)中已讨论过，Worner在下列文献中也讨论过：WORCRA(连续)炼钢、平炉论文集(WORCRA(Continous)Steelmaking，Open Hearth Proceedings，)1969，57-63页，以及矿物、金属和材料协会Savard/Lee国际熔池熔炼研讨会论文集(Proceedings ofthe Savard/Lee International Symposium on Bath smelting，Minerals，Metal&materials Society，1992)，83-101页。

Queneau或Queneau-schuhmann的连续炼钢方法在本质上与所谓“QSL”生产有色金属例如铅和镍的方法是相似的。参见例如美国专利Nos.3,941,587、3,988,148和4,085,923及上面提到的Jounal ofMetals的论文。后者公开了从氧化铁矿直接且连续炼钢的密闭反应器。QSL反应器是一个密闭系统，它能限制大气和气态反应产品的进出。

WORCRA方法及类似方法、例如Rudziki等在平炉论文集(OpenHearth Proceedings)，1969，48-56页描述的方法，以顶吹氧气或顶低复合吹氧来燃烧熔体上面产生的CO而为反应提供附加的热量。Rudziki的方法用于碳饱和的液态生铁的脱碳。

在由A.Berthet等在钢铁科学技术国际会议(InternationalConference of Science and technology of Iron and steel)东京，1970年9月第60页及以后所描述的所谓“IRSID”方法中，热金属例如生铁连续装入反应器中，在该反应器中氧气被顶吹至金属熔池上而导致熔渣/金属/气体乳状液的生成，从而达到金属的快速精炼。精炼后的钢随后移到分离槽(decanter vessel)进行熔渣/金属的分离和放出。进料金属中的碳含量为4-5％，并且从反应器的入口到出口没有碳含量的梯度变化。这种方法在法国专利2,244,822中也有描述。

盖氏(Geiger)美国专利5,139,568公开了一种接受固态矿物原料的反应容器。矿物原料进入金属熔池中，该熔池包括较重的铁碳合金或金属层和较轻的熔渣上层(6栏35-37行)。氧气通过浸入液面的喷嘴喷入熔融金属并与碳化铁中的碳进行反应生成一氧化碳。一氧化碳进入熔池上部的蒸汽空间(6栏51-55行)，在这里与喷入蒸汽空间的氧进行反应，蒸汽空间中的一氧化碳燃烧产生的热量据说可提供反应器中连续反应所需的约100％的热能(7栏11-22行)。

在盖氏′568专利中提到的结构中，经反应器底部喷入熔融金属的氧气量是沿反应器的长度方向而变化的(9栏63-68行)。以这种方式，沿反应器长度方向形成了碳含量梯度，并且在出料端形成低碳合金供出料。若未形成碳含量梯度，则也不能在反应器的出料端形成足够低碳的铁碳合金。

另外，在盖氏′568专利所描述的反应器中，一氧化碳反应产物进入蒸汽空间，氧气也被喷入蒸汽空间以与一氧化碳燃烧。′568专利表明一氧化碳的燃烧随喷入蒸汽空间的氧气而发生。来源于熔池的氧气对于一氧化碳的燃烧是一种“高度不可能”的氧源。大量的一氧化碳和氧必须在蒸汽空间反应以产生足够热量而使反应过程自行持续或自动生热。因此，所有或基本上所有的一氧化碳反应产物必须进入蒸汽空间并在那里燃烧以产生足够的热能，从而进一步推动反应并使反应过程自行持续或自动生热。

尽管盖氏反应的总体热平衡对于其目的而言基本上是正确的，但是采用单一容器和伴随的对碳浓度梯度的需求而产生的问题在于热平衡并未反映出在该方法中何处存在能量不足和能量过剩、以及如何控制并回收一氧化碳燃烧为二氧化碳造成的热量释放——这是在反应器中所需位置处达到能量供给所必需的。

盖氏′568专利认为：为了连续操作这样一种单个反应器以达到所需的低含碳量，碳浓度梯度必须从碳化铁装料端保持到反应器的放出端。该专利表明，为了使反应过程自动生热，氧气必须被引入反应器的蒸汽空间以燃烧金属熔池中产生的CO，从而产生热量和CO₂。这样产生的热量被视为基本上传递到金属熔池中，且这是保持自生热过程的必要条件。但是公开内容显示出严重的缺陷。在反应器的碳化铁装料端，主要的化学反应具有吸热性，因而为了使反应继续下去是需要外来热量的。在同样的区域，气体析出量(gas evolution volume)较高，导致金属熔池中紊流扩散的高速率，这将形成一个充分混合的反应区域。在反应器的剩余部分，主要的化学反应是放热的(脱碳)并且伴随着产生了可在燃烧成二氧化碳时提供高能燃料的一氧化碳。由于盖氏反应器的长形几何形状，大量的一氧化碳被释放进入蒸气空间中并不接近能量缺乏区域的位置，而碳化铁被装入反应器中的所述能量缺乏区域。因此，在远离碳化铁装入区域的位置处通过燃烧一氧化碳所释放能量的大部分都不能达到这一区域，因为在这一区域和反应器剩余表面之间的热辐射传导率是低的。(在热传导技术中采用热辐射传导率来表征表面之间以及气体与表面之间热辐射传导效率。)因此，从在缺乏能量的碳化铁装入区中利用大部分一氧化碳能量的观点来看，在盖氏公开的方法中不可能达到热的自生。盖氏专利的另一个问题是就来源于在反应器碳化铁装入区直接生成的一氧化碳燃烧热量的利用率而言的。因为在盖氏方法中，所有这些一氧化碳都是在反应器的蒸气空间内燃烧的，燃烧释放的热量趋向于向熔池表面和形成蒸气空间的反应器圆顶耐火墙同样顺利传导。以这种方式，反应器圆顶耐火墙会非常热，在实际中需要水冷。但是因为园顶墙比熔池表面拥有更多的表面积，所以在反应器的园顶墙会出现显著的热损失。这样，从直接产生的一氧化碳的燃烧而产生的到达熔池的能量将只是所产生总能量的一部分。这一额外因素将进一步说明盖氏专利中描述的方法无法使反应自热。

Sohn等在矿物、金属和材料协会的Savard/Lee国际熔池熔炼研讨会论文集(Proceedings of the savard/Lee International Symposiumon Bath Smelting，Minerals，Metals&Materials socioty)1992年377-412页中提供了关于底吹连续精炼反应器的尺寸之间关系的信息，以使返混作用最小。

发明概述

本发明提供了一种对如上述Stephens专利提及的在炼钢炉中由碳化铁炼钢方法的改进。与Stephens、Kalling、Queneau和Geiger专利提及的单一步骤反应器不同，本发明提供了一种将碳化铁转化成铁碳合金的两步骤方法。本发明的方法利用两个独立而又紧密联系的反应器。

在本发明一个实施方案的第一阶段，可能含有一些残余氧化铁的已加热的碳化铁和造渣材料一起被装入第一反应器的熔池。熔化的和溶解的碳化铁在熔池中形成一层较低的熔融金属层。在溶池中熔融金属的上面形成了一层单独的泡沫熔渣层。泡沫熔渣的特征在于，它是比较厚的一层气状液体或泡沫。

氧气优选地通过设置在反应器底部的几个浸入式氧气风口而被注入金属熔池。与盖氏′568专利描述的沿单一反应器的长度方向形成的碳含量梯度不同的是，注入的气体与一氧化碳气体反应产物一起提供了高搅拌能量以在本发明的第一阶段反应器中获得充分混合的、无梯度的熔池。充分混匀的反应也受到容器几何形状的促进(例如金属熔池的宽高度之比)。为产生泡沫熔渣所需的搅拌动作防止了在熔池中形成碳梯度。

在第一个反应器中，至少一股氧气流被引入泡沫溶渣以燃烧一氧化碳，所述一氧气化碳是在金属熔池中产生的并且已进入和产生了泡沫溶渣。在熔池中产生的一氧化碳优选至少70％、更优选至少90％、最优选尽可能接近100％在泡沫熔渣中燃烧。通过在泡沫熔渣中燃烧一氧化碳，反应所产生的大部分热量得以保留在泡沫熔渣中并直接传递回金属熔池中。不同于盖氏′568专利的反应器，第一阶段反应并不包括将氧气注入反应器的蒸气空间，而是旨在阻止一氧化碳进入蒸气空间而燃烧。然而，在发明的另一实施例中，氧气可以被顶吹到第一阶段反应器的液态金属熔池上以助于液态金属的脱碳。

第一阶段反应器内产生的铁碳合金含有例如大约0.5-2％的碳，随后用作第二阶段反应器的熔态原料。氧气通过第二阶段反应器底部的浸入式风口注入金属熔池。第二阶段反应器中的反应是放热的，并且第二阶段反应器的反应产物，即一氧化碳和二氧化碳的混合物被收集、冷却、处理，然后返回到第一阶段反应器，在第一阶段反应器中被优选注入泡沫熔渣层；一氧化碳在此与注入的氧气燃烧，这与在第一反应器的金属熔池中产生的一氧化碳的燃烧相似，以促进从熔渣到金属熔池良好的热量传递。(在本发明的一个实施方案中，氧气也可以注入第二阶段反应器的蒸气空间，以燃烧掉一部分一氧化碳，以提供保持所期望熔池温度所需的任何额外热量。)从而双反应器系统可保证基本上是自热的。第二阶段反应器的产物是碳含量例如大约为0.01-0.5％的铁碳合金(钢)。

附图简述

图1是本发明的炼钢设备的立体图。

图2是铁碳系统的温度—成分图，表示对应于本发明中间产物铁碳合金的温度和组成的液相区的铁碳合金的范围。

图3是第二阶段反应器的一部分的速度断面，表示在液面下风口区域的高金属熔池速度。

图4是本发明第一阶段反应器的平面图。

图5是沿图4AA线的第一阶段反应器的侧视图。

图6是沿图4BB线的第一阶段反应器的端视图。

图7A是本发明第二阶段反应器的纵向剖面图。

图7B是本发明第二阶段反应器的截面平面图，以及

图8是第二阶段反应器中金属驻留时间和反应器中氧气风口数量的关系图。

优选实施方案描述

在图1中，数字1总体表示有耐火衬的、长型的第一反应器，它有装料端2和出料端3。具有例如91％Fe₃C、5％Fe₃O₄、3％SiO₂和1％Fe组成的碳化铁装入料，在预热器6中加热到预热温度例如550℃后，通过管道4装入，并被氮或CO₂的气流5直接带入包含在第一反应器中的熔融金属9中，在第一反应器中碳化铁的熔化和溶解极大地推动了该反应器中充分混匀的反应。造渣材料例如石灰石，通过适合的设备在7被装入，可任选地在8装入废钢。金属熔池9被保持在反应器1中并且被泡沫熔渣层11覆盖。燃烧器12安装在反应器1的装料端附近，并通过管道13吹入氧气，通过管道14吹入诸如天然气之类的烃类燃料等燃料。如果需要的话，燃烧器12可用于提供额外的热能以加热或熔化废钢或者在开车时加热反应器1(或者为了启动反应，还可以从象钢包或电弧炉一类的外部源引入液态金属。)脱碳剂氧通过集气管16吹入多个风口17，风口被例如烃气体(例如甲烷)一类吸热分解性气体，或者被例如二氧化碳、氩气、氮气或蒸汽一类的冷却气体所屏蔽。用于脱碳的氧气风口可以安装在金属熔池管道之下或金属熔池管道之上，或者两者结合起来。全部或一部分的脱碳剂氧可以供给到熔池之上的一个或多个氧枪(未示出)，以产生高速度的喷气冲击金属熔池。后燃烧氧气通过一条或多条管道18供入反应器壁中的氧枪，以在铁碳熔池上方在泡沫熔渣中将产生的一氧化碳燃烧成二氧化碳。后燃烧氧枪可以有多种不同的设计，例如图示的穿墙氧枪，或者是可以经反应器开口引入的可移动氧枪。燃烧器19被安装在反应器1的一个端壁上，并通过管道21供给氧气且通过管道22供给一氧化碳(含有少量的二氧化碳)。如果需要，可以通过管道20给燃烧器19供应补充燃料气体。主要含有CO₂和一些水蒸气及CO(取决于后燃烧的程度)的废气通过排出口23在例如约1700℃的温度除去。在泡沫熔渣中未被燃烧的任何多余的CO在外部被燃烧到0％CO，废气在后燃烧室/热交换器24中被冷却到例如大约1100℃的温度，其中冷却水通过管道10引入到热交换器中并通过管道15引出热交换器。经部分冷却的气体通过管道26输入预热器6，并从这里通过管道27输出到集尘室28。净化后的富含CO₂的废气然后从集尘室通过管道29到风扇31和烟囱32(或者可以收集起来用作它用或出售)。来自集尘室中的固体通过管道33返回到碳化铁装料管道以重新装入第一反应器。

炉渣被例如连续地从出渣口34排出，如图所示，渣口可以位于第一反应器的金属出口端。

第一反应器中脱渣后的铁碳产物被装入总体以数字36表示的有耐火衬的长型第二反应器的装料端。或者，具有中等碳含量的铁碳合金可以如在45处从第一阶段反应器排出并用适当的容器(未显示)收集起来。

当第一反应器的铁碳产物被装入第二反应器中时，氧气从集气管37供入多个气体屏蔽的浸入式风口38，主要含有例如80％或更多CO的废气在例如大约1630℃的温度被收集起来，并且通过管道39送入间接热交换器41，其中冷却水通过管道25送入该热交换器并通过管道30送出该热交换器。待预热的氧气通过管道35引入交换器41，从这里通过管道21进入第一反应器1中的燃烧器19。被冷却至大约300℃的温度并处于约20psig(磅/英寸²)压力的一氧化碳通过管道22进入燃烧器19。在第二反应器36中生成的烟尘大部分是细小的铁滴，它和气体一起进入第一反应器。如果存在较大尺寸的颗粒，则可以利用例如热旋风除尘器(未示出)将其除去。如果需要保持反应器36中的熔池温度，氧气也可以通过氧枪(未示出)引入以燃烧一部分一氧化碳，从而为熔池提供热量。最终的钢产物在如42处例如在大约1670℃的温度离开反应器36，并被收集在钢包43中。

在用氧气燃料燃烧器操作之前，可以在例如40处预热第二阶段反应器的内部，并在需要时将燃烧气体排到大气中。

在本发明中，已经以分段热平衡的观点分析了将固体碳化铁转化成液体钢的方法，并且认定这种方法必须分为两个不同的阶段，这两个阶段涉及两个如图1所示的上述独立但紧密联系的反应器。在第一阶段反应器中，优选经过预热的碳化铁材料与氧气和足以与和碳化铁同时进入的脉石材料形成泡沫熔渣的熔剂一起引入铁碳熔池，脉石材料主要含有一些氧化铝和硅石。碳化铁材料优选地被连续地装入，当然也可以周期性地装入，这样第一反应器中金属熔池的液面将随之上升或下降。碳化铁材料一般具有表1中给定范围之内的分析数据，并经细分，一般的粒度范围在0.01到2mm之间。

表1

碳化铁材料的组成

成分材料的重量百分比

Fe₃C 80-94

Fe₃O₄ 4-15

Fe(金属的) 0-2.0

SiO₂ 1-6

Al₂O₃ 0.1-2.0

氧气的同时注入使得在金属熔池中将碳化铁中的碳氧化成一氧化碳，提供了热量。通过化学计量地配合碳化铁和氧气流动，熔池中碳的含量被保持在一个稳定水平。

第一反应器的产物优选的是连续的液态铁碳合金物流，它含有重量占0.5-2％的碳，特别是大约1-2％的碳，并且一般处于1490℃的温度，但总是高于铁碳相图中的液相，如图2所示的A区域。这种物流是第二阶段反应器的输入物。

在第二阶段反应器中，液态金属的碳含量降至要制备的钢产品中所期望的碳含量，例如从0.01％到0.5％的碳。这是通过将氧气优选地注入金属液面以下，同时放热产生CO-CO₂混合气体而实现的。这样可在大约1670℃的温度出钢。

第二阶段反应器中金属熔池的轴向或纵向回混被尽可能减小，第二阶段反应的碳梯度由一些权宜因素提供。首先，容器长度比另外两个尺寸要大得多以产生塞流。其次，从熔融金属中脱碳所需的氧气基本上通过以一定间隔、例如均匀地沿着反应器的长度隔开的底风口供入。注入的气体诱导在其上的熔融金属的垂直流动，这还起到阻止轴向回混的作用。第三，池的深、宽度与氧风口间隔之间关系被建立起来，以进一步减小回混。第四，第二阶段反应器的产量足够高使得金属熔池具有足够的向前流向炉子出口的力以减少任何旋流和回流趋势。第二阶段反应方法设计为每小时约50-150或200吨液态钢产出。对于较低的产出吨位，可能会遇到与回混、较高的热损失等等相关的操作问题。

在第二阶段反应器中另一个潜在的问题是气体“吹透”现象，即熔池深度不足以防止一些注入的气体穿过未经反应的熔融金属进入位于金属熔池上方的气体中。本发明提供的熔池深度足以解决这一问题。

第二阶段反应器的CO以与钢相同的温度、例如大约1670℃离开容器，并在作为燃料引入第一阶段反应器之前进行收集和净化，然后与氧一起在第一阶段反应器容器的泡沫熔渣中燃烧生成CO₂。在第二阶段反应器产生的大部分还原气体CO是在反应器上游产生的。因此，排气口优选设置在反应器金属出口端附近，以便于在整个熔池上方提供还原气氛。来自第2阶段的CO在第1阶段反应器中燃烧，并且本发明使得在泡沫熔渣中进行这种燃烧，即可使得第一阶段(及双反应器系统)的能量平衡基本上是自热的，无需要额外的燃料，例如，碳化材料可在注入前被加热到550℃，加热可以利用来自第一阶段的废气显热完成。如果碳化物没有被高度转化，并例如含有15％的磁铁矿，这将导致第一阶段的反应不能完全自热进行。在这种情况下，或者在少量冷废钢被加到第一阶段反应器中时，一些额外能量的输入是需要的，例如以天然气、石油或煤的形式在容器中燃烧以弥补能量的不足。这些所需的额外能量的总量并不足以导致第一阶段反应器结构的显著变化。

表2、3、4、5中给出在不同条件下，第一阶段熔渣中后燃烧程度为0.7时的分段热平衡的实例。后燃烧程度是指形成的或注入第一阶段容器中的总CO中在熔渣中转化为CO₂的CO的份额。表6-9与表2-5的条件相同，但是第一阶段熔渣中的后燃烧程度为0.9。

表2

A B

熔化条件

碳化物中的Fe₃O₄％ 5

铁碳中间产物中的C％ 1.5

废钢％ 0.0

后燃烧程度(1) 0.7

吨钢/小时 50

钢中C百分比 0.05

出钢温度，℃ 1630.00

废钢温度， 25

碳化物温度， 550

结果

阶段2

钢重 Kg/hr 50000

铁碳中间产物重 Kg/小时 51248.53

铁碳合金流量 m³/小时 7.11

烟尘(铁)重2 Kg/小时 504.80

CO重，2 Kg/小时 1388.29

CO₂重，2 Kg/小时 545.40

CO体积，2 Nm³/小时 1110.63

CO₂体积，2 Nm³/小时 277.66

出钢温度下的CO体积， 2 m³/小时 7741.89

出钢温度下的CO₂体积，2 m³/小时 1935.47

气体中间产物的总体积 m³/小时 9677.36

O₂重，2 Kg/小时 1189.96

阶段1CaO重，1 Kg/小时 3426.03废钢重，1 Kg/小时 0.00碳化物重， Kg/小时 57100.09渣重 Kg/小时 5525.86CO重，1 Kg/小时 2351.73CO₂重，1 Kg/小时 9168.39烟尘(铁)重 Kg/小时 1113.75O₂重，1，脱碳 Kg/小时 3165.94O₂重，1，PC， Kg/小时 3186.11O₂重，燃料供给， Kg/小时 1515.01CH₄重， Kg/小时 378.75H₂O重 Kg/小时， out 852.19CO₂重，燃料供给 Kg/小时 1041.57阶段2 剩余能量 909

千卡/小时阶段1 剩余能量

千卡/小时 -3172942补充燃料能量

千卡/小时 3172942合计合计O₂ Nm³/吨 126.80合计烟尘 Kg/吨 22.25合计炉渣 Kg/吨 110.52合计熔剂 Kg/吨 68.52合计CH₄ Nm³/吨 10.61合计碳化物，Kg/吨 1142.00合计废钢，Kg/吨 0.00

(1)后燃烧程度是CO₂与(CO+CO₂)的比率或者是(CO₂+H₂O)与(CO+CO₂+H₂+H₂O)的比率。

表3

A B熔化条件碳化物中的Fe₃O₄％ 10铁碳中间产物中的C％ 1.5废钢％ 0.0在渣中的后燃烧程度 0.7吨钢/小时 50钢中C百分比 0.05出钢温度，℃ 1630.废钢温度，℃ 25碳化物温度，℃ 550

结果

阶段 2钢重 Kg/小时 50000.00铁碳中间产物重 Kg/小时 51248.53铁碳合金流量 m³/小时 7.11烟尘(铁)重，2， Kg/小时 504.80CO重，2， Kg/小时 1388.29CO₂重，2， Kg/小时 545.40CO体积，2， Nm³/小时 1110.63CO₂体积，2， Nm³/小时 277.66出钢温度下的CO体积，2， m³/小时 7741.89出钢温度下的CO₂体积，2，m³/小时 1935.47气体中间产物的总体积 m³/小时 9677.36O₂重，2 Kg/小时 1189.96

阶段 1CaO重，1 Kg/小时 3451.54废钢重，1 Kg/小时 0.00碳化物重， Kg/小时 57525.25渣重 Kg/小时 5567.01CO重，1 Kg/小时 2233.23CO₂重，1 Kg/小时 8733.92烟尘(铁)重 Kg/小时 1113.77O₂重，1，脱碳 Kg/小时 2360.73O₂重，1，PC，Kg/小时 3028.12O₂重，燃料供给， Kg/小时 3543.50CH₄重， Kg/小时 885.88H₂O重 Kg/小时，out 1993.22CO₂重，燃料供给 Kg/小时 2436.16阶段2 剩余能量 909

千卡/小时阶段1 剩余能量

千卡/小 -7421287补充燃料能量

千卡/小时 7421287合计合计O₂ Nm³/吨 141.71合计烟尘 Kg/吨 20.25合计炉渣 Kg/吨 111.34合计熔剂 Kg/吨 69.03合计CH₄ Nm³/吨 24.80合计碳化物，Kg/吨 1150.51合计废钢，Kg/吨 0.00

表4

A B

熔化条件碳化物中的Fe₃O₄％ 10铁碳中间产物中的C％ 1.5废钢％ 0.0后燃烧程度 0.7吨钢/小时 50钢中C百分比 0.05出钢温度，℃ 1630废钢温度， 25碳化物温度， 25

结果

阶段2钢重 Kg/小时 50000.00铁碳中间产物重 Kg/小时 51248.53铁碳合金流量 m3/小时 7.11烟尘(铁)重，2 Kg/小时 504.80CO重，2 Kg/小时 1388.29CO₂重，2 Kg/小时 545.40CO体积，2 Nm³/小时 1110.63CO₂体积，2 Nm³/小时 277.66出钢温度下的CO体积，2 ，m³/小时 7741.89出钢温度下的CO₂体积，2，m³/小时1935.47气体中间产物的总体积 m³/小时 9677.36O₂重，2 Kg/小时 1189.96阶段 1CaO重，1 Kg/小时 3451.54废钢重，1 Kg/小时 0.00碳化物重， Kg/小时 57525.25渣重 Kg/小时 5567.01CO重，1 Kg/小时 2233.23CO₂重，1 Kg/小时 8733.92烟尘(铁)重 Kg/小时 1113.77O₂重，1，脱碳 Kg/小时 2360.73WO2，1，PC，Kg/小时 3028.12O₂重，燃料供给， Kg/小时 5892.30CH₄重， Kg/小时 1473.08H₂O重 Kg/小时，out 3314.42CO₂重，燃料供给 Kg/小时 4050.96阶段2 剩余能量 909

千卡/小时阶段1 剩余能量

千卡/小时 -12340464补充燃料能量

千卡/小时 12340464合计合计O₂ Nm³/吨 174.60合计烟尘 Kg/吨 22.25合计炉渣 Kg/吨 111.34合计熔剂 Kg/吨 69.03合计CH₄ Nm³/吨 41.25合计碳化物 Kg/吨 1150.51合计废钢， Kg/吨 0.00

表5

A B

熔化条件碳化物中的Fe₃O₄％ 5铁碳中间产物中的C％ 1.5废钢％ 10.0后燃烧程度 0.7吨钢/小时 50钢中C百分比 0.05出钢温度，℃ 1630废钢温度，℃ 25碳化物温度，℃ 550

结果

阶段2钢重 Kg/小时 50000.00铁碳中间产物重 Kg/小时 51248.53铁碳合金流量 m³/小时 7.11烟尘(铁)重，2， Kg/小时 504.80CO重，2 Kg/小时 1388.29CO₂重，2 Kg/小时 545.40CO体积，2 Nm³/小时 1110.63CO₂体积，2 Nm³/小时 277.66出钢温度下的CO体积，2 m³/小时 7741.89出钢温度下的CO₂体积，2 m³/小时 1935.47气体中间产物的总体积 m³/小时 9677.36O₂重，2 kg/小时 1189.96阶段 1CaO重，1 Kg/小时 3080.37废钢重，1 Kg/小时 5133.00碳化物重， Kg/小时 51338.95渣重 Kg/小时 4968.33CO重，1 Kg/小时 2104.62CO₂重，1 Kg/小时 8262.34烟尘(铁)重 Kg/小时 1001.37O₂重，1，脱碳 Kg/小时 2742.65O₂重，1，PC，Kg/小时 2856.64O₂重，燃料供给， Kg/小时 2336.66CH₄重， Kg/小时 584.16H₂O重 Kg/小时，out 1314.37CO₂重，燃料供给 Kg/小时，out 1606.45阶段2 剩余能量 909

千卡/小时阶段1 剩余能量

千卡/小时 -4893745补充燃料能量

千卡/小时 4893745合计合计O₂ Nm³/吨 127.76合计烟尘 Kg/吨 18.21合计炉渣 Kg/吨 99.37合计熔剂 Kg/吨 61、61合计CH₄ Nm³/吨 16.36合计碳化物， Kg/吨 1026.78合计废钢，Kg/吨 102.66

表6

A B

熔化条件碳化物中的Fe₃O₄％ 5铁碳中间产物中的C％ 1.5废钢％ 0.0后燃烧程度 0.9吨钢/小时 50钢中C百分比 0.05出钢温度，℃ 1630废钢温度，℃ 25碳化物温度，℃ 550

结果

阶段2钢重 Kg/小时 50000.00铁碳中间产物重 Kg/小时 51248.53铁碳合金流量 m³/小时 7.11烟尘(铁)重，2， Kg/小时 504.80CO重，2 Kg/小时 1388.29CO₂重，2 Kg/小时 545.40CO体积，2 Nm³/小时 1110.63CO₂体积，2 Nm³/小时 277.66出钢温度下的CO体积，2 m³/小时 7741.89出钢温度下的CO₂体积，2m³/小时 1935.47气体中间产物的总体积 m³/小时 9677.36O₂重，2 Kg/小时 1189.96阶段1CaO重，1 Kg/小时 3426.03废钢重，1 Kg/小时 0.00碳化物重， Kg/小时 57100.09渣重 Kg/小时 5525.86CO重，1 Kg/小时 783.91CO₂重，1 Kg/小时 11632.11烟尘(铁)重 Kg/小时 1113.75O₂重，1，脱碳 Kg/小时 3165.94O₂重，1，PC， Kg/小时 4082.01O₂重，燃料供给， Kg/小时 0.00CH₄重， Kg/小时 0.00H₂O重 Kg/小时，out 0.00CO₂重，燃料供给 Kg/小时 0.00阶段2 剩余能量 909

千卡/小时阶段1 剩余能量

千卡/小时 113345补充燃料能量

千卡/小时 0合计合计O₂ Nm³/吨 118.13合计烟尘 Kg/吨 20.25合计炉渣 Kg/吨 110.52合计熔剂 Kg/吨 68.52合计CH₄ Nm³/吨 0.00合计碳化物，Kg/吨 1142.00合计废钢， Kg/吨 0.00

表7

A B

熔化条件碳化物中的Fe₃O₄％ 10铁碳中间产物中的C％ 1.5废钢％ 0后燃烧程度 0.9吨钢/小时 50钢中C百分比 0.05出钢温度，℃ 1630废钢温度，℃ 25碳化物温度，℃ 550

结果

阶段2钢重 Kg/小时 50000.00铁碳中间产物重 Kg/小时 51248.53铁碳合金流量 m³/小时 7.11烟尘(铁)重2， Kg/小时 504.80CO重，2 Kg/小时 1388.29CO₂重，2 Kg/小时 545.40CO体积，2 Nm³/小时 1110.63CO₂体积，2 Nm³/小时 277.66出钢温度下的CO体积， 2 m³/小时 7741.89出钢温度下的CO₂体积，2 m³/小时 1935.47气体中间产物的总体积 m³/小时 9677.36O₂重，2 Kg/小时 1189.96阶段1CaO重，1 Kg/小时 3451.54废钢重，1 Kg/小时 0.00碳化物重， Kg/小时 57525.25渣重 Kg/小时 5567.01CO重，1 Kg/小时 744.41CO₂重，1 Kg/小时 11073.49烟尘(铁)重 Kg/小时 1113.77O₂重，1，脱碳 Kg/小时 2360.73O₂重，1，PC，Kg/小时 3878.88O₂重，燃料供给， Kg/小时 2053.44CH₄重， Kg/小时 513.36H₂O重 Kg/小时，out 1155.06CO₂重，燃料供给 Kg/小时 1411.74阶段2 剩余能量 909

千卡/小时阶段1 剩余能量

千卡/小时 -4300583补充燃料能量

千卡/小时 4300583合计合计O₂ Nm³/吨 132.76合计烟尘 Kg/吨 20.25合计炉渣 Kg/吨 111.34合计熔剂 Kg/吨 69.03合计CH₄ Nm³/吨 14.37合计碳化物，Kg/吨 1150.51合计废钢， Kg/吨 0.00

表8

A B

熔化条件碳化物中的Fe₃O₄％ 10铁碳中间产物中的C％ 1.5废钢％ 0后燃烧程度 0.9吨钢/小时 50钢中C百分比 0.05出钢温度，℃ 1630废钢温度，℃ 25碳化物温度，℃ 25

结果

阶段2钢重 Kg/小时 50000.00铁碳中间产物重 Kg/小时 51248.53铁碳合金流量 m³/小时 7.11烟尘(铁)重2， Kg/小时 504.80CO重，2 Kg/小时 1388.29CO₂重，2 Kg/小时 545.40CO体积，2 Nm³/小时 1110.63CO₂体积，2 Nm³/小时 277.66出钢温度下的CO体积，2 m³/小时 7741.89出钢温度下的CO₂体积，2 m³/小时 1935.47气体中间产物的总体积 m³/小时 9677.36O₂重，2 kg/小时 1189.96阶段1CaO重，1 Kg/小时 3451.54废钢重，1 Kg/小时 0.00碳化物重， Kg/小时 57525.25渣重 Kg/小时 5567.01CO重，1 Kg/小时 744.41CO₂重，1 Kg/小时 11073.49烟尘(铁)重 Kg/小时 1113.77O₂重，1，脱碳 Kg/小时 2360.73O₂重，1，PC，Kg/小时 3878.88O₂重，燃料供给， Kg/小时 4402.24CH₄重， Kg/小时 1100.56H₂O重 Kg/小时，out 2476.26CO₂重，燃料供给 Kg/小时 3026.54阶段2 剩余能量 909

千卡/小时阶段1 剩余能量

千卡/小时 -9219759补充燃料能量

千卡/小时 9219759合计合计O₂ Nm³/吨 165.65合计烟尘 Kg/吨 20.25合计炉渣 Kg/吨 111.34合计熔剂 Kg/吨 69.03合计CH₄ Nm³/吨 30.82合计碳化物，Kg/吨 1150.51合计废钢，Kg/吨 0.00

表9

A B

熔化条件碳化物中的Fe₃O₄％ 10铁碳中间产物中的C％ 1.5废钢％ 10.0后燃烧程度 0.9吨钢/小时 50钢中C百分比 0.05出钢温度，℃ 1630废钢温度，℃ 25碳化物温度， 500

结果

阶段2钢重 Kg/小时 50000.00铁碳中间产物重 Kg/小时 51248.53铁碳合金流量 m³/小时 7.11烟尘(铁)重2， Kg/小时 504.80CO重，2 Kg/小时 1388.29CO₂重，2 Kg/小时 545.40CO体积，2 Nm³/小时 1110.63CO₂体积，2 Nm³/小时 277.66出钢温度下的CO体积，2 m³/小时 7741.89出钢温度下的CO₂体积，2m³/小时 1935.47气体中间产物的总体积 m³/小时 9677.36O₂重，2 Kg/小时 1189.96阶段 1CaO重，1 Kg/小时 3100.93废钢重，1 Kg/小时 5168.00碳化物重， Kg/小时 51681.64渣重 Kg/小时 5001.49CO重，1 Kg/小时 665.49

CO₂重，1 Kg/小时 9957.37

烟尘(铁)重 Kg/小时 1000.63

O₂重，1，脱碳 Kg/小时 2016.36

O₂重，1，PC，Kg/小时 3473.01

O₂重，燃料供给， Kg/小时 2832.59

CH₄重， Kg/小时 708.15

H₂O重 Kg/小时，out 1593.33

CO₂重，燃料供给 Kg/小时 1947.41

阶段2 剩余能量 909

千卡/小时

阶段1 剩余能量

千卡/小时 -5932397补充燃料能量

千卡/小时 5932397

合计

合计O₂ Nm³/吨 133.17

合计烟尘 Kg/吨 18.19

合计炉渣 Kg/吨 100.03

合计熔剂 Kg/吨 62.02

合计CH₄ Nm³/吨 19.83

合计碳化物，Kg/吨 1033.63

合计废钢，Kg/吨 103.36

表2-9中的计算所用的热损失是依据具有耐火衬的相似体积容器的经验。

碳化物材料的预热是利用第一阶段反应器中完全燃烧后的废气在间接加热的热交换器6中完成的、例如一个包括分别对流携带加热气体和碳化物的平行槽缝(slot)的热交换器。碳化物散料垂直通过槽缝而被流经相邻槽缝的热气体预热。碳化材料散料的导热性可保证2000kg/分钟能够在体积大约为1.5×2×5米的热交换器中预热。

第一阶段利用在第一和第二阶段产生的CO燃烧热量的主要问题是从气相到金属熔池的能量传导速度。从氧气顶吹转炉(直立的、可倾动的、通常是圆柱形的转炉)的结论显而易见，在这类炉子的金属熔池里从CO到CO₂完全燃烧的潜在化学能一般只有大约11％被回收，这是由于废气向上流动、水冷罩的散热效应以及金属-熔渣乳液与气体的紧密结触，在这一过程绝大部分内该乳液的碳含量高(大于0.2％C)，从而在鼓风循环的整个过程中不允许任何CO₂在金属-熔渣乳液附近存在。这使一般的氧气顶吹转炉，如果不是不可能的话，也是难于在炉中由大量的碳化铁装料完成自热工序。在电弧炉中，从金属熔池中生成的CO的后燃烧可发生，但是由于池的横截面积很大，所以用燃烧金属熔池中产生的CO所需的氧气难渗透到电炉的中心或对侧，而且也难于完全利用CO氧化成CO₂而得到的潜在化学能。较大的熔池面积也使得难于提供一个在其中完成后燃烧的深泡沫熔渣层。另外，电炉的侧壁和顶壁是水冷的，这将很快地从炉中吸收能量。从而，从热传导效率而言，无论是氧气顶吹转炉还是电炉都不是最优的。

用其它形式的炉子可以获得较高的热传导效率，从铁矿的熔炼还原过程所获得的数据也证实了这一点，象DIOS和HIsmelt。这些熔炼过程包括必须经后燃烧在熔炼炉中矿物还原和煤的气化时产生的CD而产生能量，并包括将燃烧热传递到金属熔池和熔渣中以便提供装料加热和铁矿还原成金属铁的吸热反应所需的能量。那些数据提供了熔渣/金属熔池系统的热传导能力的一种度量。在DIOS系统中获得2Gcal/小时/m²(2×109cal/小时/m²)或更高的热流，这可从《钢铁制造者》(Iron&Steelmakers)1990年12月17卷12期T.Ibaraki等的论文报告的数据计算出。

在熔渣和金属之上的空间区域内，也可以实现气相燃烧的能量传导，但它并不象从熔渣到金属的能量传导一样剧烈。表10比较了气相中及熔渣和金属之间可能传导的能量流。

表10

热传导需要量

结果千卡/小时

熔池中需要能量 9943494

渣中可得到的能量

无补充能量 -8634903

有补充能量 -9675074

来自气体的需要能量

无补充能量 1308591

有补充能量 268420

可达到的热流，Kcal/小时/m²

由渣到池(熔炼过程数据) 2000000

由气到渣(计算值) 150154

热传导所需面积，m²

由渣到池 4.97

从气到渣，无补充能量 8.71

从表10可以看出，从气体到熔渣的热流远低于从熔渣到熔池的热流，这种从气体到熔渣的热传导的影响将导致需要很大的容器，从而为获得合理体积的容器，有必要使从后燃烧反应直接到渣相的能量释放尽可能最大。

正如上面提到，第一阶段反应器的金属熔池中没有必要保持任何化学品浓度梯度。因为熔池中大量CO的生成以及碳化铁的熔化和溶解，搅拌能量的强度是非常大的，并且熔池总是被充分混合的。表11给出了在第一阶段反应器中典型的混合能量强度计算数值。

表11

第一阶段反应器混合能量强度

Fe₃O₄还原生成的CO Nm³/分钟 18.41

吹入氧气生成的CO Nm³/分钟 89.63

生成CO合计 Nm³/分钟 108.4

混合能量，瓦/吨 35542

基于Nakanishi等⁽¹⁾的混合时间，秒12

基于kato等⁽²⁾的混合时间，秒 22

CO喷吹速率，Nm³/吨-秒 3.(1)钢铁制造(1ronmaking&Steelmaking)，(1975)3卷，193页(2)Kato，Y.，Nakanishi，K.，Saito，K.，Noxaki，T.，Suziki，K.and Emi，T.，Tetsu-to-Hagane，66，(1980)，11，S881

第一阶段反应器优选地以连续的方式操作，连续地装入碳化铁、氧和燃料，连续地出金属和炉渣(然而，也可以以半连续的方式操作，初始液体料最小，向其中连续加入碳化铁材料，稳定地增加容器中的金属量，直到间歇地放出。这样的操作需要深一些的容器。)可以想到第一阶段反应器拥有三个分区域：气体、炉渣和金属熔池。在稳态下，每一区域都有必须满足的能量平衡。对于金属熔池而言，固体碳化铁被直接喷入熔池而氧气通过浸没式风口吹入。尽管碳化铁中的碳被氧气连续地氧化成CO，在金属相释放热能，但仍然没能释放出足够的热以提供显热及熔化和溶解碳化物的溶解热。这样，热必须从熔渣相传送至金属相。这种热必须来自通过后燃烧枪和燃烧器在熔渣相从CO到CO₂的燃烧。燃烧器优选地燃烧从第二阶段精炼容器中回收的CO，或利用象天然气一类的另一种燃料。熔渣的组成优选容易泡沫化并使得在泡沫熔渣中易发生燃烧，从而在熔渣相中保持燃烧热能，热能可以容易地从渣相传送到金属相。第一阶段反应器蒸气空间中的氧气受到限制，并且在泡沫熔渣中任何未燃烧的CO通常将在反应器外燃烧，例如在象上面解释的后燃烧室/热交换器24中燃烧。针对不同操作条件的分区域，已做出能量平衡的计算，并且也已计算出传导满足区间热平衡所需热能的区域之间的面积。以这些面积为基础，达到给定产出率的容器的尺寸也得到了。表10是这种计算的一个实例。

在第一阶段反应器中金属熔池中的碳浓度被保持在需要的水平以保证放出并向第二阶段反应器传送。第二阶段反应器是一种管道型连续精炼容器，具有一组浸入式氧风口，当金属从一个氧风口流向另一个氧风口时，铁碳合金中的碳含量优选稳定地下降。或者，第二阶段反应器也可以是一个充分混合的反应容器，氧气被连续地吹入金属熔池以在钢产品中将碳含量一直保持在希望的水平。此外，第二阶段反应器可以是半连续反应器，第一阶段产品和气态氧稳态装入该反应器，但并不放出直到重量和碳含量等于所希望的钢批量和组成。在所有三种情况下，CO都被收集起来而未被空气稀释以在第一阶段用作燃料。

第二阶段放热反应是自热的，不必提供燃料，如果例如(1)从第一阶段进入的铁碳液体中的碳含量大约为1.35％，进入温度大约为1520℃，而最终钢的碳含量为约0.05％，钢的温度大约为1670℃；或(2)进入的液体合金碳含量大约为1.0％，温度大约为1500℃，而钢的含碳量为约0.05％，钢温度大约为1650℃。在表2的区域A示出的从第一阶段进入的铁碳液体的温度和组成的一般限制范围内许多存在的这类组合会导致自热的第二阶段。在其它情况下，如果需要补充热能，后燃烧氧气可以被引入第二阶段反应器的蒸气空间内以燃烧一部分CO。

富含CO的气体以钢的温度离开第二阶段反应器，因为它是在钢池中产生的，并且优选地没有氧气加入到气相。如果利用连续流程的反应器，氧气风口可间隔1.0-1.5米，金属流通过的通道必须有这样的横截面积：使金属塞流的速度至少达到约0.5-1米/分钟，以防止回混。这种容器某一部分的混合模型在图3中显示。正如图中显示的，标注的向上的速率是指每个风口正上方的金属。围绕风口上上升的每个金属卷流都有一个不同的循环图样，这样的图样具有由容积几何形状决定的金属的充分向前流动，有效地减小反应器中的回混并在池中形成了碳的浓度梯度。

第二阶段反应器是完全封闭的，从而从池中发散的CO就能被收集而不会暴露在空气或其它氧气源中。象第一阶段反应器一样，第二阶段反应器也是有耐火衬的，以使热量损失最小。

如果第二阶段反应器以半连续的方法操作，则必须设置间断地开关金属放出口的装置。在这种情况下，没有必要从一端到另一端保持碳的浓度梯度，容器可被作为一个充分混合的反应器来操作。

应用上面描述和举例的数据，可根据表2中的条件设计一个系统，以用于从碳化铁中生产50,000kg/小时的钢。在图4、5和6示出这样的一个示例性第一阶段反应器，该第一阶段反应器与相应的第二阶段反应器相结合，能够以上述这样的速率生产含有约0.05％碳且温度约1630℃的钢。如图4所示，在平面图中第一阶段反应器通常是矩形的，并且有一个象图6所示的圆底44。第一阶段反应器也可以例如如图6所示是可倾动的，它可以跨在辊46上，利用电机49(图5)驱动、通过齿轮箱48利用驱动轴47可以倾动该反应器。反应器的倾动动作有助于液面下风口17的运行和维护以及炉衬的更换等等。

图4中装有耐火衬的反应器1在渣管道处有约2米的内宽和约5米的内长。在稳定操作中，从底部最低点至金属熔池表面的距离约0.7米；从底部最低点至渣顶的距离约2.5米(稳定操作时金属池之上的渣沫深度优选不超过2.0米)，并且从底部的最低点到顶部内表面约4.0米。

通过一根单独的喷管、它可能是简单的钢管51，连续保持着碳化铁(表1)的1000kg/分钟的稳定供给量。碳化铁喷吹具有这么高的速率，以塞流操作第一阶段反应器是困难的或是不可能的。事实上，正如上所述，在第一阶段反应器中，碳化铁供料直接喷吹进入金属熔体对于在第一阶段反应器中充分混合反应起了很大的促进作用。也正如上所述，这是盖氏专利5,139,568的另一个不足。喷枪51是可缩式的并浸入到金属池中，例如在操作中至少在渣下30cm。碳化铁的致密相流动被保持，并有100镑碳化铁对1镑载体气体的典型比率。载体气体优选地为二氧化碳或氮气，稳态下池中金属的重量是32吨。

能够用氧气燃烧来自第二阶段反应的高达1200Nm³/小时一氧化碳的燃烧器19被安装在反应器最靠近第二阶段反应器的端壁且在底部最低点之上约2.3米，而且以约30度的角度向下倾斜。燃烧器19也装备有一个天然气供应管道20，以使天然气能以约5×10⁶Kcal/小时的最大总能量输入速率取代CO。

天然气/氧气燃烧器12以相似的方式安装在CO燃烧器的对侧端，并能以0到5×10⁶Kcal/小时的速率输入能量。

4到8个浸入式气体屏蔽的风口17被安装在炉子底部，使得约40.8-45Nm³/分钟的氧气被连续注射，氧气在这些风口之间均匀分配，一起喷入的约6.8-8.0Nm³/分钟的天然气或10.2-11.2Nm³/分钟的CO₂或N2作为氧枪冷却剂，也在各风口之间均匀分配。

4-8支后燃烧枪18使得约35Nm³/分钟的氧气被喷入，氧气可以在氧枪间均匀分配，氧枪被放置在反应器1的侧壁上、例如在熔池之上约1米，即在泡沫渣层内。这些氧枪以一个如约25～30度的角度朝下倾斜，朝向金属熔池并深入渣层中。这样喷射入的氧气用于使第一阶段反应中产生的CO在泡沫熔渣中后燃烧生成CO₂。

金属从放出口52被连续放出，且金属熔池面在稳定操作期间保持在约0.7米。

炉气、主要是CO₂和烟尘通过滑动密封件53(图4和5)从第一反应器中除去，该滑动密封件阻止空气的大量进入并与排出管23连接。

反应器被设计成能使得放出、气体注射和废气的去除在基本上没有空气进入的情况下实现，从而降低废气处理的投资和氮氧化物形成。

从耐火衬修理简易考虑，反应器顶部的那一半可以做成可更换的。

中间物铁碳合金(一般具有1.0-1.5％C成分和1490-1540℃的温度)在无渣和尽可能少的温度损失下从第一阶段反应器转移到第二阶段反应器。为此目的，来自第一阶段的熔融金属被转移，例如通过一个可倾动的分流槽或者中间贮存罐(未示出)。或者，熔融金属或其一部分可以被取出并以生铁和微粒的形式被固化。第一阶段反应器的热平衡被列入下面的表12中，其条件详述于表6中。

表12

热平衡-第一阶段

热输入千卡/小时热输出千卡/小时废钢 0碳化物中的Fe₃C -4221205.88 CO₂ 5603686.36碳化物中的Fe₃O₄ -316767.64 CO 369827.96碳化物中的SiO₂ -220231.96 中间物Fe-C 15782894.27来源于阶段2中 -15621.36 渣 2138419.65CO₂的少量热损失 (如2CaOSiO₂)来源于阶段2中CO的少量热损失 -62453.86 灰尘 436281.24

反应式：

4Fe₃C+Fe₃O₄＝

15Fe+4CO 1714063.08碳化物中的Fe

(金属的) -19539.78反应式：CO+1/2O₂＝CO₂ -17119880.14 反应式：

C(gr)＝C在熔液中370561.01造渣形成中的热 -786938.43 热损失 3283233.27反应式：Fe₃C+1/2O₂＝3Fe+CO -5666999.29反应式：Fe₃C＝3Fe+CO -370270.60形成灰尘中的热 -899057.91补充燃料所需能量 0.00，kcal/小时合计 -29698966.85 29698966.85

装有耐火衬的第二阶段反应器36是为了(1)通过气体屏蔽的底部风口将氧气喷入熔融态金属流对来自第一阶段的液态铁碳合金进行脱碳；(2)收集碳和氧反应生成的一氧化碳作为第一阶段的燃料以及(3)将稳定的钢流放入收集钢包43中以为后续铸造进行温度和成分调节。示例的第二阶段反应器更为详细的视图表示在图7A和7B，其中容器的长度比其它两个方向的尺寸更长，底部氧气的吹入通过6个风口38，这些风口限定了6个处理区域并且沿槽底部中心管道间隔开例如1.06米。用Nm³/分钟表示的氧气流在几个风口区域可变化，优选地在各个风口区在熔融金属内提供基本等量的搅拌能量，例如以如下氧气流：区域1，4.04；区域2，2.18；区域3，1.39；区域4，1.74；区域5，1.39；区域6，2.12。作为保护气体，0.15-0.23Nm³/分钟的天然气或0.38-0.58Nm³/分钟的CO₂，N2或Ar流向每个风口。在第二阶段反应器中二氧化碳是优选的风口冷却剂，以防止未被化合的氢气可能产生聚集并由此导致爆炸的危险，例如利用甲烷冷却剂可能发生这种情况(第一阶段反应器则相反，那里吹入泡沫渣中的氧与氢化合生成水)。在本实施例在第二阶段反应器中，这样的氧气风口的数量和间隔是最优的，以达到预期的脱碳水平，并保持炉内金属溶液驻留时间较短以防止回混和吹穿问题。图8示出金属驻留时间与第二阶段反应器的风口数量的关系，这里引入第二阶段反应器中的中间物铁碳合金中的碳含量是1.5％，而最终铁碳合金中的碳含量是0.01-0.5％(重量)。正如所示，可利用六个风口使获得该最终碳含量的驻留时间尽可能短。如上所示，到每个风口的氧气流可根据需要被分别控制以从反应器入口到出口端保持一个所期望的碳梯度。在任何情况下，注入钢池中的全部氧气必须处于基本上为化学计量的配比量以将池中碳含量降至期望的水平。在最后两个风口进行例如大约0-1.5Nm³/分钟的氩气喷入。

示例的第二阶段反应器被显示在图7A和7B，它可以沿下游方向稍稍倾斜(例如大约1％)以助于金属流动，并且邻近于反应器装料端具有第一部分耐火通道60，该通道比邻近反应器出口端的第二部分通道61更宽、更深。例如，第一部分通道60、区域1和2的内部尺寸确定了该部分中金属熔池的尺寸：可为约1.02米宽、0.61米深并有2.77米的长度。第二部分61、区域3-6可有一个约0.61米宽的通道、0.41米的熔池深度和约4.11米长。这样的一个容器可调节沿反应器长度方向的塞流中的熔融铁碳合金连续流动。在第二个较窄部分61中的塞流速率约为0.5-0.6米/分，全部金属流大约是51000kg/小时。这样的反应器结构也能够降低液态金属熔池的泼溅(液态金属表面的共振波)。以1450-1550℃、优选为约1520℃的温度进入第二阶段反应器的金属以大约1630-1670℃的温度从反应器中出来。

上述实施例中第二阶段的分段热平衡依据表6示于下表13中。

表13

第二阶段热平衡

热输入 Kcal/小时热输入 Kcal/小时

Fe-C中间产物 -15782894 钢 16875560

用Kcal/Kg

反应式：

C(gr)+O₂＝CO₂ -1165818 灰分 170375

反应式：

C(gr)+1/2O₂＝C -1309754 CO 624526

C的溶化 -286808 CO₂ 156023

热损失 718611

合计 -18545275 18545275

如同第一阶段反应器的情况，第二阶段反应器被设计成得以防止空气的进入，从而并不燃烧反应产生的CO。从而，象在第一阶段反应器一样，熔融金属的进出通过浸入式放出口或虹吸管实现。

从第二阶段反应器36中出的气体处于熔融金属的温度，例如约1630℃，它们在水冷却器41中冷却而可用于以例如约20psig的压力提供给第一阶段CO燃烧器19。如上所示，来自第二阶段反应的烟尘基本上是纯铁，它在细分的(例如大约1微米)状态时是自燃性的，所以必须小心防止空气或其它来源的氧气接触这种材料，因为在氧气存在的条件下，它将在大约100℃以上的温度下燃烧。

第二阶段工艺装入的原料是足够纯的，因此，如果需要助熔剂，也是非常少的。在第二反应中形成的少量渣被周期性地从第二阶段反应器通道的装料端放出。

金属流可以短时间停止以适应从一个收集器向另一个收集器的转换，或者当从第一阶段的装料有一个延迟时。

在上述实施例中，钢包43能够容纳60000kg钢，并保持钢的温度在约1600℃，为此目的，钢包43需要装备一个盖子(未示出)，通过它可以插入一个燃烧器。

第二阶段反应器的紧急倒空可以利用分流放出槽(未示出)进行调节。

可将来自第一阶段和第二阶段反应器中的废气取样以连续地分析CO和CO₂，流量计和控制器安装在所有的氧气和天然气管道上，并借助程序逻辑控制器(PLC)提供从气体分析器到流量控制器的动态反馈。

所述两阶段反应对于本发明从碳化物到钢工艺的有效操作是决定性的。正如上述的特定实施例中描述的，第一阶段反应器是充分混合反应器，没有必要并确实不可能沿着反应器长度方向保持成分梯度，从而导致热平衡和工艺控制的简化。第二阶段也可以按一个充分混合反应来进行操作，但优选保持塞流或层流，从反应器进口端到出口端有碳成分梯度。将从该第二阶段反应中产生的至少大部分CO收集起来而在第一阶段反应器中燃烧是必要的，优选地在泡沫熔渣层中燃烧，使得在第一阶段反应器中从渣到熔融金属的热传导效率最高。用这种方法，从第二阶段反应中生成的CO的最大能值被挖掘，并且第一阶段的反应也基本上能够自热进行。

本发明方法的上述实施例中，相应的物料总平衡也根据表6显示。

表14

物料总平衡

流量数量

Kg/小时

碳化铁供料 57100

熔剂 3426

钢 50000

渣 5525

灰土 1114

脱碳氧气，阶段2 1190

脱碳氧气，阶段1 3166

后燃烧氧气，阶段1 4082

废气，阶段1 12416

为用于实际商业生产，包括第一和第二反应器的单一单元的生产率可为25-200、特别是50-150吨/小时，对于较大的生产率来说，若干这样的单元可平行地安装。

第一阶段反应器的装料除了碳化铁材料之外还包括多达50％的成分，象废钢、生铁和预还原矿。在这种情况下，如果非碳化物的装料部分是主要的话，则通常需要一些补充能量的投入、例如燃烧天然气、油或煤。

通过将本方法分为两个独立阶段并且在连续稳态操作期间消除在第一阶段保持浓度梯度的需要，本方法的操作和反应器的结构是非常简化的。施行一个充分混合方法要容易的多。这样划分工艺步骤也能导致这样的事实，即在第二精炼阶段所释放的、第二阶段反应自热进行并不需要的气体中的能量可以得到充分利用，以提供第一熔化阶段自热进行所需的能量。这种从第二阶段回收CO而在第一阶段充分利用解决了现有技术中的这样一个问题、即：在适当地方适当利用工艺过程产生的气体。

同样，通过将工艺分为两个阶段，还可以依据具体钢厂的需求来决定精炼阶段是连续的、半连续的或是间歇的，以适应钢包炉或连铸操作。

通过完全封闭，本发明的系统基本上可以消除污染，从第一阶段产生的灰尘可以被捕捉并返回到工艺过程，并且富含CO₂的废气可以冷却并收集用于其它用途或出售。

作为一个连续的工艺，年生产能力的吨钢资金成本可以降低。

作为一个基本上自热进行的工艺，运营成本可比其它炼钢方法低。

本工艺可以以尽可能少的所需附加燃料利用备好的废钢，而不会大幅度提高成本。

Claims

1、一种将碳化铁转化为钢的方法，它包括：使装入原料包含的碳化铁在第一反应器的铁碳熔池中熔化和溶解，向铁碳熔池吹入氧气，在第一反应器中生产出碳含量介于装入原料碳含量和最终要求钢的碳含量之间的铁碳合金，并在第二反应器中将液态中间物铁碳合金精炼成所期望最终碳含量的钢。

2、一种根据权利要求1的方法，其中在第一反应器中的铁碳熔池是充分混合的，并且第二反应器中的金属熔池基本上以塞流流动。

3、一种根据权利要求1或2的方法，其中本方法是连续进行的。

4、一种根据权利要求1的方法，其中第二反应器的金属熔池中的反应通过在第二反应器中金属熔池表面下吹入氧气而得以促进，并自热进行。

5、一种根据权利要求2的方法，其中第二反应器的金属熔池中的反应通过在第二反应器中金属熔池表面下吹入氧气而得以促进，并自热进行。

6、一种根据权利要求4的方法，其中第二反应器产生的一氧化碳被收集起来并保持无空气或其它来源的氧气，而在第一反应器中与氧燃烧。

7、一种根据权利要求5的方法，其中第二反应器产生的一氧化碳被收集起来且保持无空气或其它来源的氧气，而在第一反应器中与氧燃烧。

8、一种根据权利要求6的方法，还包括形成覆盖在第一反应器的金属熔池上的泡沫渣层，并且在泡沫渣层中燃烧来自第二反应器的一氧化碳。

9、一种根据权利要求7的方法，还包括形成覆盖在第一反应器的金属熔池上的泡沫渣层，并且在泡沫渣层中燃烧来自第二反应器的一氧化碳。

10、一种根据权利要求8的方法，其中装入的原料基本上是预热到至少约550℃的碳化铁，在第一反应器产生的一氧化碳在泡沫渣层中燃烧，且第一反应器中的反应基本上是自热的。

11、一种根据权利要求8的方法，其中装入的原料包括最高达重约50％的铁基废钢，装入原料的其余部分基本上是碳化铁。

12、一种根据权利要求9的方法，其中装入的原料基本上是预热到至少约550℃的碳化铁，在第一反应器产生的一氧化碳在泡沫渣层中燃烧，且第一反应器中的反应基本上是自热的。

13、一种根据权利要求10的方法，其中本方法是连续进行的。

14、一种根据权利要求12的方法，其中本方法是连续进行的。

15、一种根据权利要求2的方法，其中氧气沿着各相应反应器的长度方向在间隔开的位置被注入第一长型反应器和第二长型反应器的金属熔池中，并且第一反应器产生的中间产物铁碳合金在被引入到第二反应器之前先进行脱渣处理。

16、一种根据权利要求15的方法，还包括通过在第一反应器金属熔池的表面下吹入氧气而在该反应器的泡沫渣表面下进行所产生一氧化碳的后燃烧。

17、一种根据权利要求16的方法，还包括利用第一反应器产生的废气的显热对装料碳化铁进行预热。

18、一种从含有碳化铁及包括氧化硅和氧化铝的脉石的装入原料形成铁碳合金的方法，它包括以下步骤：

—在铁碳熔池中将装入原料中的碳化铁熔化和溶解；

—加入含有石灰石的熔剂与脉石化合造渣；

—将氧气注入铁碳熔池从而生产出一氧化碳反应产物；

—利用铁碳金属熔池中产生的一氧化碳，形成覆盖在铁碳熔池上表面且含所述一氧化碳的泡沫渣层，并且

—在泡沫渣层中燃烧一氧化碳。

19、一种根据权利要求18的方法，其中在铁碳熔池的整个上表面，泡沫渣层具有基本上相同的厚度。

20、一种将碳化铁转化成含有大约0.01％到大约0.5％碳的钢的方法，它包括以下步骤：提供第一长型反应器和第二长型反应器；在第一反应器中提供一个铁碳熔池；在第一反应器金属熔池的表面下注入粒状碳化铁；通过沿着第一反应器长和宽两个方向间隔开的数个位置将氧气吹入熔池而将第一反应器中的液态金属熔池搅拌至充分混合的状态，并通过碳和氧的反应而从熔池中产生碳氧化物；在第一反应器中继续注入碳化铁和氧气以提供含有大约0.5％到大约2％的中间碳含量的金属熔池的稳态反应条件；将液态中间产物铁碳合金转送入第二反应器；通过沿第二反应器长度方向数个间隔开的位置将氧气注入第二反应器的金属熔池以提供基本上的塞流，该塞流的碳梯度沿第二阶段反应器的长度方向从位于液态金属入口端的中间产物铁碳合金的碳含量，到第二反应器液态金属流出端的所期望的最终钢的碳含量；将液态中间产物铁碳合金自热精炼到所希望的最终钢碳含量；收集第二反应器产生的一氧化碳气；并且在第一反应器中使之与氧气一起燃烧。

21、一种根据权利要求20的方法，还包括将装入第一反应器的碳化铁预热到至少大约550℃的温度，在第一反应器中生产覆盖在金属熔池上的泡沫渣层，并且其中来自第二反应器的一氧化碳和在第一反应器中产生的一氧化碳在泡沫渣层中燃烧以在第一反应器中提供基本上自热的反应。

22、一种根据权利要求21的方法，其中装入第一反应器的碳化铁是利用第一反应器中一氧化碳燃烧产生的气体进行预热的。

23、一种根据权利要求20、21或22的一种方法，其中该方法是连续进行的。

24、一种根据权利要求20、21或22的一种方法，还包括收集第一反应器中反应产生的灰尘并将灰尘送回第一反应器中。

25、一种生产钢的自热方法，它包括：提供一个长型的最终精炼反应器，该反应器的长度远长于宽度；将基本上无渣的液态铁碳合金引入最终精炼反应器的入口端，该合金具有约0.5％到约2％(重量)的碳含量；通过以间隔开的位置将氧气注入最终精炼反应器中的液态金属中而沿着最终精炼反应器的长度方向将其划分为一系列互相间隔开的分区，由此产生一氧化碳并对每个分区的液态金属施加竖直方向运动和围绕注入氧气的循环运动以尽可能减少回混，并且当液态金属从一个分区向下游流向另一个分区时，在不同分区之间形成碳梯度，使得最后一个分区的碳含量大约为0.01％到0.5％。

26、一种根据权利要求25的方法，其中至少在最终精炼反应器中产生的大部分一氧化碳被收集起来，并且在熔化和脱碳反应器中与氧气燃烧以产生最终精炼反应器的液态金属装入料。

27、一种根据权利要求26的方法，其中该方法是连续进行的，且液态金属基本上以塞流流过最终精炼反应器。

28、一种根据权利要求26的方法，其中在最终精炼反应器的方法是以半连续方式进行的。

29、一种根据权利要求26的方法，其中在熔化脱碳反应器中的方法是以半连续方式进行的，在熔化脱碳反应器中产生的液态金属被收集起来并被传送到最终精炼反应器，在最终精炼反应器中该方法是自热进行的。

30、一种根据权利要求27的方法，其中液态金属塞流的速率为至少约0.5米/分。

31、一种根据权利要求30的方法，其中在最终精炼反应器中金属流通道的长度至少约为金属流通道宽度的10倍。

32、一种根据权利要求31的方法，其中在最终精炼反应器中至少有6个分区。

33、一种根据权利要求26的方法，该方法是连续进行的，其中液态金属基本上以塞流流过最终精炼反应器。

34、一种根据权利要求33的方法，其中液态金属塞流的速率至少为约0.5米/分，最终精炼反应器中金属流通道的长度至少约为金属流通道宽度的10倍；在最终精炼反应器中至少有6个分区。

35、一种根据权利要求26的方法，其中在最终精炼反应器中的反应是充分混合反应。

36、一种根据权利要求26的方法，还包括在熔化脱碳反应器中的液态金属层上形成渣层；将氧气注入到液态铁碳合金层中，通过碳与氧的反应产生一氧化碳；利用产生的一氧化碳对渣进行泡沫化；在泡沫渣层中燃烧在熔化脱碳反应器及最终精炼反应器中产生的一氧化碳。

37、一种炼钢方法，它包括：提供长型的封闭式最终精炼反应器；给反应器的入口端装入基本上无渣的液态中间产物铁碳合金，该铁碳合金具有比所期望最终碳含量更高的碳含量；将氧气注入到液态铁碳合金中，从而对合金进行脱碳并形成一氧化碳；基本上避免其他氧源进入最终精炼反应器；并且收集在最终精炼反应器中产生的一氧化碳。

38、一种根据权利要求37的方法，其中液态铁碳合金连续地以塞流流经最终精炼反应器，从反应器的入口端到反应器的液态金属出口端其碳含量降低。

39、一种根据权利要求37或38的方法，还包括提供封闭的长型熔化脱碳反应器；在该熔化脱碳反应器中提供铁碳合金熔池；提供覆盖铁碳合金熔池的泡沫渣层；将预热后的粒状碳化铁装入铁碳合金熔池中；将氧注入到铁碳合金熔池；从而对熔池进行脱碳并形成一氧化碳；将来自最终精炼反应器中的附加一氧化碳引入到熔化脱碳反应器中；通过将氧气吹入泡沫渣层而在泡沫渣层中燃烧基本上所有的一氧化碳；以充分混合和基本上自热进行的方式继续在熔化脱碳反应器中反应，直到熔化脱碳反应器中液态铁碳合金中的碳含量达到所期望的水平，以将液态铁碳合金引入最终精炼反应器；在熔化脱碳反应器中对液态铁碳合金脱渣，并将脱渣后的液态铁碳合金引入最终精炼反应器。

40、一种从碳化铁生产铁碳合金的反应器，该反应器包括由碳化铁原料形成的铁碳熔池、将碳化铁和造渣剂注入铁碳熔池的装置以及把氧气吹入铁碳熔池的氧枪，所谓铁碳熔池包括：

—由碳化铁与氧反应生成一氧化碳反应产物过程形成的铁碳合金液态部分，和

—覆盖所述铁碳合金液态部分的渣部分，该渣部分通过与造渣剂反应并利用所述一氧化碳对生成的液态渣泡沫化而形成。

41、一种由基本上无渣的液态金属原料基本上自热地制造钢的装置，该原料基本上由约0.5～约2％(重量)的碳和余量的铁组成，该装置包括长度远大于宽度的最终精炼反应器。将氧气注入最终精炼反应器的金属熔池中的装置、除了注入液态金属熔池表面下的氧气之外避免其他氧气进入最终精炼反应器的装置，以及收集从液态金属熔池中生成的一氧化碳气体的装置。

42、根据权利要求41的装置，其中最终精炼反应器中金属流通道的长度至少约10倍于金属流通道的宽度，并且至少有6个基本等间距的风口用于吹入氧气。

43、根据权利要求41的装置，还包括长型的熔化脱碳反应器以生产作为最终精炼反应器原料的液态铁碳合金，所谓熔化脱碳反应器包括燃烧器装置以燃烧在最终精炼反应器中产生的一氧化碳。

44、根据权利要求43的装置，其中一氧化碳燃烧器装置与水平方向成一角度朝下，以便在熔化脱碳反应器中在覆盖液态金属熔池的泡沫渣层中燃烧一氧化碳。

45、根据权利要求44的装置，还包括沿熔化脱碳反应器长度方向在间隔开的位置将氧吹入该反应器的金属熔池中的装置。

46、根据权利要求45的装置，还包括数个后燃烧氧枪，该氧枪适用于将氧注入泡沫渣层的表面之下，并在其中燃烧从液态金属熔池中生成的一氧化碳。

47、根据权利要求46的装置，还包括将粒状的碳化铁作为原料装入熔化脱碳反应器的金属熔池表面之下的装置。

48、根据权利要求47的装置，还包括至少一个位于熔化脱碳反应器壁上的氧气燃料燃烧器，以便于为反应器中提供额外的热能。

49、一种由碳化铁生产钢的装置，它包括：

—有耐火衬的第一熔化脱碳反应器；

—在第一反应器中提供金属熔池和泡沫熔渣层的装置；

—将粒状的碳化铁作为原料装入第一反应器的装置；

—在第一反应器的数个位置将氧吹入铁碳熔池中的装置；

—在第一反应器的数个位置将后燃烧氧气吹到铁碳熔池表面之上的装置；

—吹入一氧化碳并使之与氧气于第一反应器铁碳熔池之上燃烧的装置；

—收集第一反应器中燃烧一氧化碳所生成的富含二氧化碳的废气并利用这种废气中的显热预热碳化铁原料的装置；

—收集从第一反应器的铁碳熔池中排出的灰尘并将灰尘送回第一反应器的装置；

—长型的有耐火衬的第二精炼反应器，适用于接受第一反应器产生的液态铁碳合金；

—沿第二反应器的长度方向以间隔开的位置将氧吹入到液态铁碳合金中的装置；

—收集并冷却在第二反应器中生成的一氧化碳气体并将其送到第一反应器中以与氧气在其中一起燃烧的装置，以及

—收集第二反应器中生产的最终液态钢产品的装置。

50、根据权利要求49的装置，其中将后燃烧氧注入第一反应器的装置适用于将后燃烧氧注入到第一反应器泡沫渣层的表面之下，燃烧从第二反应器传送到第一反应器中的一氧化碳的装置适用于在泡沫渣层表面之下燃烧一氧化碳。

51、根据权利要求49的装置，其中在第一反应器中燃烧来自第二反应器的一氧化碳的装置是安装在第一反应器壁上的氧气-一氧化碳燃烧器，并且该装置与水平方向成一定角度向下。

52、根据权利要求49的装置，其中第二反应器的出口端比进口端低。

53、根据权利要求49的装置，还包括至少一个安装在第一反应器壁上的氧气燃料燃烧器，利于熔化碳化铁和任选的废钢料。

54、根据权利要求的49装置，其中将氧注入第一反应器和第二反应器的装置是气体屏蔽的风口。

55、根据权利要求54的装置，其中在第一反应器中至少有6个风口，在第二反应器中也至少有6个风口。

56、根据权利要求49的装置，还包括在第一反应器出口端附近的一个用于出渣的出渣口。

57、根据权利要求56的装置，还包括在第二反应器中的用于出渣的出渣口。

58、根据权利要求49的装置，还包括将液态铁碳合金产品从第一反应器传送到第二反应器而基本不使液态铁碳合金产品暴露在空气中的装置。

59、根据权利要求4-9，11，5-19，25，35-37和39中任一项的方法，其中本方法是连续进行的。

60、根据权利要求15，25，36，37或39的方法，其中氧气从液态铁碳合金的表面之上、之下或二者的组合吹入液态铁碳合金。

61、根据权利要求20的方法，其中氧气从各自金属熔池的表面之上、之下或二者的组合分别吹入第一反应器和第二反应器的金属熔池中。

62、根据权利要求41的装置，包括从最终精炼反应器的金属熔池的表面之上、之下或二者的组合将氧气吹入最终精炼反应器的金属熔池中的装置。

63、根据权利要求45的装置，包括从各自金属熔池的表面之上、之下或二者的组合将氧气分别吹入最终精炼反应器和熔化脱碳反应器的金属熔池中的装置。

64、根据权利要求49的装置，其中将氧气分别吹入第一反应器和第二反应器的液态铁碳熔池中的装置包括从各自铁碳熔池表面之上、之下或二者的组合将氧气吹入的装置。

65、一种生产铁碳合金的方法，它包括：

a：提供一个包含铁基金属熔池的反应器，该熔池的高度在该反应器的预定范围内；

b：通过以与碳装入的预定速率成比例的速率将含有碳化铁的原料装入熔池中而将碳以预定速率注入熔池中；

c：将氧以预定的速率吹入熔池，该速率与碳的注入速率成化学计量的比例以便于与碳注入大体相同的速率在熔池中脱碳。

66、一种根据权利要求65的方法，其中熔融金属流出反应器以保证熔池的高度在所述预定范围内。

67、一种根据权利要求65的方法，其中将含有碳化铁的原料装入熔池的操作至少一部分是在熔融金属流出反应器时进行的。

68、一种根据权利要求66或67的方法，其中流出反应器的熔融金属的碳含量居于含有碳化铁的装入原料的碳含量与最终期望碳含量之间。

69、根据权利要求41的装置，其中最终精炼反应器包括与反应器装料端相邻的第一部分和与反应器出口端相邻的第二部分；并且其中在反应器第一部分中的液态金属熔池的宽度和深度比在反应器第二部分中的液态金属熔池的宽度和深度要大。

70、根据权利要求69的装置，其中包括在反应器第一部分中的液态金属熔池的长度比包含在反应器第二部分中的液态金属熔池的长度要小。