專利名稱：用于節(jié)能、揮發(fā)性金屬去除和爐渣控制的氧化鐵回收爐的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理廢沖+例如電弧爐(EAF)4分塵、氧氣頂吹 轉(zhuǎn)爐泥渣、氧化鐵皮(軋鋼鐵鱗，mill scale )、電4度泥渣/粉塵、電 池和其它材料同時(shí)生產(chǎn)金屬產(chǎn)品并回收4失和揮發(fā)性金屬的方法和 工藝。更具體地，本發(fā)明涉及以一種能效方式分離揮發(fā)性金屬、爐 渣和鐵、用于處理廢棄材料的方法和工藝。
背景技術(shù)：
在鋼鐵的生產(chǎn)工藝中和其它制造工藝中產(chǎn)生會4艮多廢料.，在鋼 鐵的生產(chǎn)中，獲得和收集電弧爐(EAF)粉塵和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(堿 性氧氣轉(zhuǎn)爐，BOF) 4分塵/泥渣以用于處理或回收利用。
這些粉塵的主要組分為鐵(達(dá)到60 wt.% )和鋅(達(dá)到30 wt.% ), 通常為氧化物的形式。此外，這些粉塵含有少量的鈣、鎂、錳、氯 化物、鉛、鎘和其它孩i量元素。在鋼,失工業(yè)的煉鋼i殳備中，每生產(chǎn) 一口屯鋼就產(chǎn)生30到40磅這些類型的#分塵。估計(jì)在美國4又1997年 就產(chǎn)生超過100萬噸這樣的粉塵，其中將近一半是通過填埋的方法 處理的。
在美國環(huán)境法規(guī)中，EAF粉塵被列為有害廢物(K061 )。在這 種調(diào)控方案下，為EAF粉塵的循環(huán)利用和處理規(guī)定了特別的備案、 處理需求和處理費(fèi)用。盡管BOF泥渣/粉塵未被列入有害廢物，但由于缺少適當(dāng)?shù)幕厥绽眠x項(xiàng)，^吏大量這些材料被通過填埋的方式處理。
EAF粉塵和BOF泥渣/粉塵中都含有大量的鐵，使這些材料對 于作為其它含鐵材料(例如廢鋼、鐵水(熔融金屬或熔融鑄鋼(鐵)， hot metal )、熔渣粉塵(燒結(jié)灰，sinter dust)和其它存在于煉鋼設(shè)備 中的氧化鐵)的替代物直接用于煉鋼工藝是很有價(jià)值的。此外，EAF 粉塵中還含有大量的鋅，使其作為進(jìn)料對鋅的生產(chǎn)工藝的進(jìn)料是很 有價(jià)值的。BOF泥渣/粉塵僅含有少量的鋅，但這些鋅的存在可以 回收用于重新制造鋅產(chǎn)品。
用于處理EAF粉塵的現(xiàn)有方法包括在韋爾茨爐(Waelz kiln )、 轉(zhuǎn)底爐(環(huán)形爐，rotary hearth furnace )和火焰反應(yīng)器中處理以回收 鋅。EAF粉塵在經(jīng)歷穩(wěn)定化處理然后填埋處理。少量的BOF泥渣/ 粉塵在某些位置上被輸送回BOF煉鋼工藝，并且其中的一些被以其它的方式循環(huán)利用,但是大部分作為肥料以填埋方式處理.
通常，將具有較高含鋅量的EAF粉塵進(jìn)行現(xiàn)有的鋅回收工藝， 而將具有較低含鋅量的EAF粉塵作為廢料進(jìn)行填埋處理是經(jīng)濟(jì)的。 由于鐵水是BOF設(shè)備中唯一的能量來源，所以僅能添加有限量(大 約為總的鋼產(chǎn)率的20%)的在BOF工藝中需要能量的廢鋼和其它 固體物料以進(jìn)行裝料混合。這限制了可以返回BOF煉鋼工藝的BOF
泥渣/粉塵的量。結(jié)果一部分的BOF泥渣/粉塵通常一被填埋處理。
已經(jīng)嘗試過其它用于從EAF粉塵和BOF泥渣/粉塵中回收鋅和 /或鐵的處理方法但都不太成功。這些方法包括熱采方法、濕法冶金 方法或其組合。在大多數(shù)方法中，這些方法不成功是因?yàn)槠浣ㄔO(shè)費(fèi) 用高、操作費(fèi)用高和/或不能被用于處理所有EAF粉塵和BOF泥渣 /粉塵材料，以致廢料仍然必需通過填埋處理。
此外，處理EAF 4分塵的任何方法都要符合美國《環(huán)境保護(hù)和 回收法》("RCRA，，)下重要的環(huán)境規(guī)章要求。這是由于目前方法已 經(jīng)作為用于處理作為有害廢物的EAF粉塵的唯一目的而被特定發(fā) 展。迄今為止，鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員把EAF粉塵看作在列的有 害廢物，并因此在邏輯上斷定4吏用EAF 4分塵作為任何類型的物料或 反應(yīng)物都必然會導(dǎo)致有害物質(zhì)的生成、產(chǎn)生和積累。
Southwick 在 Conference Organized by Gorham/Inertech in Pittsburgh. Pa on May 17—19， 1999上的〉賓i井"Recovery of Iron and Zinc From Steel Mill Wastes" 一是供了對試圖從煉鋼廢一+中回收鐵和 鋅的各種處理方法的扭克括總結(jié)。此外，美國專利號4,605,435、 5，013，532、 5,082,493、 5,435,835、 5,439,505、 5,493,580、 5,538,532、 5,667,553、 5,879,617、 5,993,512、 6,102,982、 6,120,577和6,221,124 中都涉及用于處理EAF粉塵的不同方法和設(shè)備。
授予Zoppi的美國專利6， 136,059中公開了 一種以處理EAF粉 塵為唯一目的的感應(yīng)爐的使用。也就是說，在提供氧化還原反應(yīng)所 必需的"留鋼(heel)"之后，加入感應(yīng)爐中的唯一進(jìn)料為4壽牽失裝料 的一半，該鑄鐵不是重新補(bǔ)足的，而是將EAF粉塵團(tuán)粒與煤和少量 的4匕)'查劑(火容)'查劑，slagging agent) —起力口入。Zoppi沖是至'P見有才支 術(shù)中的感應(yīng)爐通常4又用作二次鋼(secondary steel)和有色金屬力口工 的冶煉手段。
授予Bratina牙口 Fehsenfeld的美國專利6,831,939中公開了 Zoppi 專利的延伸，涉及纟喿作感應(yīng)爐以生產(chǎn)《失水和生《失產(chǎn)品，以及處理含 有鐵和揮發(fā)性金屬的材料以回收,失的價(jià)值(iron value)并富集在感 應(yīng)爐的操作溫度下為揮發(fā)性的金屬。該方法取決于金屬氧化物和還 原性材料的向感應(yīng)爐中的混合進(jìn)料。該方法的效率受到所用的感應(yīng) 爐的限制。
其它討論了感應(yīng)爐在涉及鋼鐵處理粉塵的冶煉方法中的使用的專利包4舌美國專矛J 5,980,606, 5,304,230、 5,249,198、 5,188,658、 4,878,944、 4,802,919、 4,762,554、 4,612,041和4,403,327。
本發(fā)明涉及一種配置并纟喿作感應(yīng)爐的方法，該感應(yīng)爐用于處理 廢料，同時(shí)用于生產(chǎn)金屬產(chǎn)品并以纟是高能效以及才是供改善的揮發(fā)性 金屬分離和改善的爐渣粘性控制的方式回收鐵和揮發(fā)性金屬。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明隨著其描述將變得顯而易見的各種特性、特征和具 體實(shí)施方式，本發(fā)明提供了 一種處理含有揮發(fā)性金屬的煉鋼爐粉塵 可選的其他材料作為含有鐵和揮發(fā)性金屬的原料的方法，包括
以間歇式、連續(xù)或半連續(xù)方式向含有熔融的4夾的有芯感應(yīng)爐中 進(jìn)料含鐵的材料；
以間歇式、連續(xù)或半連續(xù)方式向有芯感應(yīng)爐中進(jìn)料含有揮發(fā)性 金屬的材料；
使得受控量的氧氣進(jìn)入感應(yīng)爐中，以便控制以下至少 一種
i) 感應(yīng)爐中熔池(molten bath)上方的頂空的溫度；和
ii) 頂空中二氧化碳的量；以及
間歇式、連續(xù)或半連續(xù)方式獲得含鐵產(chǎn)品，并回收揮發(fā)性金屬。
本發(fā)明還提供了一種用于處理含有鐵和材料的揮發(fā)性金屬的方法，包括
提供一種有芯感應(yīng)爐；
以連續(xù)或半連續(xù)方式向有芯感應(yīng)爐中進(jìn)料含鐵材料；
將含有揮發(fā)性金屬的進(jìn)料材料與其中的揮發(fā)性金屬組分一起進(jìn)料至具有含鐵材料的有芯感應(yīng)爐中；
使得受控量的氧氣進(jìn)入感應(yīng)爐中，以控制以下至少 一 種
i) 感應(yīng)爐中熔池上方的頂空的溫度；和
ii) 頂空中二氧化碳的量；以及
以連續(xù)或半連續(xù)方式獲得含鐵產(chǎn)品，并回收揮發(fā)性金屬。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了 一種操作有芯感應(yīng)爐的方法，包括
以間歇式、連續(xù)或或半連續(xù)方式向有芯感應(yīng)爐中進(jìn)料含鐵材料；
以連續(xù)間歇式、或半連續(xù)方式向有芯感應(yīng)爐中進(jìn)料作為原料的含有揮發(fā)性金屬的材料；
使得受控量的氧氣進(jìn)入感應(yīng)爐中，以控制以下至少 一種
i)感應(yīng)爐中溶池上方的頂空的溫度；和
ii)頂空中二氧化碳的量；以及
以連續(xù)或半連續(xù)方式從有芯感應(yīng)爐中回收鐵；；以及
回收揮發(fā)性金屬。


本發(fā)明可以參考附圖加以說明，其僅為本發(fā)明的非限制性實(shí)施
例，其中
圖1描繪了現(xiàn)有系統(tǒng)，其4吏用以處理EAF粉塵以生產(chǎn)生鐵和 揮發(fā)性金屬產(chǎn)品為唯一目的的感應(yīng)爐。
圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的系統(tǒng)，其使用感 應(yīng)爐同時(shí)生產(chǎn)鐵水(或生鐵)并從含有鐵和揮發(fā)性金屬材料(包括 EAF粉塵)中回收鐵，同時(shí)收集例如鋅、鉛、鎘等揮發(fā)性金屬。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的有芯感應(yīng)爐的主—見圖。
圖4為圖3的有芯感應(yīng)爐的俯—見圖。
圖5為圖3的有芯感應(yīng)爐的側(cè)—見圖。
圖6為圖3至圖5的有芯感應(yīng)爐的概要圖，其提供了根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
的本發(fā)明如何工作的舉例說明。
具體實(shí)施例方式
和揮發(fā)性金屬的感應(yīng)爐的使用有關(guān)的方法和裝置。尤其是，本發(fā)明 涉及以才是高能效的方式用于處理廢^牛同時(shí)生產(chǎn)金屬產(chǎn)品并回收纟失 和揮發(fā)性金屬的感應(yīng)爐的配置和操作方法，并提供改善的揮發(fā)性金 屬分離和改善的爐渣粘性控制?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明處理的廢料包括含
有鐵和揮發(fā)性金屬的材料諸如煉鋼操作中的EAF粉塵和BOF泥渣/ 粉塵，其可以作為進(jìn)料流進(jìn)入感應(yīng)爐中以回收《失并富集和/或回收揮 發(fā)性金屬例如鋅、鉛、鎘等。其它可以處理的廢料包括氧化鐵皮、 電鍍泥渣/粉塵、電池和其它材料。
使用根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)爐的配置使得1)通過控制過量的空 氣流進(jìn)入熔爐而在頂空(headspace )中的高氣溫條件下才喿作熔爐； 2 )操作熔爐以允許最小量的空氣進(jìn)入以燃燒氣體頂空中的部分一 氧化碳以便在頂空中提供額外的熱能，并使得氣體頂空保持還原狀 態(tài)以防止鋅和其它揮發(fā)性金屬被氧化；3 )用加入諸如二氧化硅(或 石灰)的試劑來控制該工藝過程中形成的爐渣的化學(xué)性質(zhì)，該試劑 或者是作為單獨(dú)材料或者通過摻入型煤中混合進(jìn)料至熔爐以產(chǎn)生 容易從熔爐中除去的液態(tài)爐渣材料；4)將進(jìn)料位置設(shè)置在氣體和 爐渣去除位置的相對端，使得活塞流型反應(yīng)器能夠?yàn)楣に囂峁┭娱L 的反應(yīng)時(shí)間，使得在該工藝過程中爐渣和進(jìn)料分離更完全；5)才是 供了一種有芯感應(yīng)爐，其允許4吏用具有4交厚耐高溫層的更高能效的 感應(yīng)爐，它既可以降4氐該工藝過禾呈中的熱量損失也可以延長而于火斥t 里材料的替換周期。
本發(fā)明的改善的能效和分離效率用來l是供了能夠以 一種比之 前的工藝具有更高成本效益的方式來處理更多種進(jìn)沖十的系統(tǒng)。
本發(fā)明的裝置包括作為主要部件的有芯型感應(yīng)爐，在其底部或 熔爐主體的其它適宜的較低位置上有一個(gè)感應(yīng)器。這個(gè)特性通過將
較厚的耐高溫層結(jié)合到熔爐主體(圓筒部分，drum portion)中的而 使得以更高的能效方式設(shè)計(jì)熔爐。這種較厚的耐高溫體還可以延長 耐火材沖牛的替換周期。而這種感應(yīng)爐的使用本身并不是唯一的，這 種根據(jù)本發(fā)明的方法用于生產(chǎn)金屬產(chǎn)品和回收鐵和揮發(fā)性金屬的 感應(yīng)爐的4吏用是獨(dú)一無二的，正如本文中描述的產(chǎn)生比現(xiàn)有方法顯 著改善的特定特性和操作方法所證明的。
有芯型感應(yīng)爐的 使用還以能效的形式帶來了額外的改善。該'溶 爐的主體為 一個(gè)可以包封的水平圓筒，由此可以限制和控制進(jìn)入其 中的空氣流。對空氣流進(jìn)入圓筒的約束限制了在熔爐中加熱的空氣 的量并通過熔爐的氣體控制系統(tǒng)的控制加以移除，因此降低了對于 傳統(tǒng)的感應(yīng)爐操作是正常的空氣熱損失。進(jìn)入熔爐的空氣燃燒了在 熔爐中由金屬還原工藝所產(chǎn)生的 一部分一氧化碳。這種 一氧化碳的 燃燒為熔爐的氣體頂空提供了額外的熱量，從而允許熔爐在頂空比 正常操作更高的溫度下進(jìn)行操作。氣體頂空的高溫度是通過本發(fā)明 的方法達(dá)到的，其范圍可以是從大約1300。C到大約1500。C，可以 消除或大大降低爐池(furnace bath )表面的熱量損失，從而使熔池 表面的爐渣保持在高溫下。
進(jìn)入熔爐的空氣流也可以4艮據(jù)需求進(jìn)行控制以將空氣限制在 一個(gè)水平上，在該水平上形成的一氧化碳由于系統(tǒng)中的金屬氧化還 原工藝而不會被完全氧化。通過在氣體頂空或熔爐中保持過量的一 氧化碳，該系統(tǒng)將可以在還原模式下進(jìn)行操作直至氣體排出熔爐。 當(dāng)在還原才莫式下操作時(shí)，諸如鋅、鉛和鎘(以蒸汽的形式)之類的 揮發(fā)性金屬在其被移除之前避免在熔爐中被氧化。這種4喿作才莫式限 制了氧化的揮發(fā)性金屬被沉積在排出熔爐的爐渣中。因此，在工藝 中保持除渣劑( cleaner slag )。
除保持除渣劑外，本發(fā)明提供了 4吏得更高品質(zhì)的液體爐渣更加 容易地從感應(yīng)爐工藝中去除的能力。這可通過三種方式實(shí)現(xiàn)。第一， 如上所述，進(jìn)入熔爐的空氣流可以通過本發(fā)明加以控制以產(chǎn)生較高 的溫度氣體頂空。這種氣體頂空中的4交高的溫度向爐渣表面才是供熱 量。感應(yīng)爐的傳統(tǒng)操作不能提供的氣體頂空中的較高溫度可以預(yù)防
并事實(shí)上逆轉(zhuǎn)爐渣表面的正常熱量損失，乂人而在i"壬一情況下，為爐 渣層提供較高的溫度。因此，與傳統(tǒng)才喿作方式的感應(yīng)爐相比，爐渣 的流動性有所-提高。
第二， 4艮據(jù)本發(fā)明，可以調(diào)節(jié)爐渣層的化學(xué)性質(zhì)以提供更加液 體化的爐渣。這可以通過加入二氧化硅、石灰或其它材料或已知的 4匕渣劑以改善爐渣的流動性和品質(zhì)。
第三，根據(jù)本發(fā)明所使用的感應(yīng)爐設(shè)置成在熔爐的一端進(jìn)料， 并在相對的 一端除去爐渣/氣體。這種安排提供了 一個(gè)反應(yīng)區(qū)域以提 供i曾長的工藝〗亭留日寸間(increase process retention time )。 這禾中1亭留 時(shí)間的增長是通過從進(jìn)料點(diǎn)到爐渣排放點(diǎn)的鐵熔池表面的爐渣的 活塞流移動實(shí)現(xiàn)的。該停留時(shí)間為在從熔爐中除去爐渣之前揮發(fā)性 金屬的反應(yīng)以及離開爐渣表面l是供了更多的時(shí)間。因此，除去的爐 渣具有較低的揮發(fā)性金屬濃度和合適的化學(xué)性質(zhì)以作為道路建設(shè) 應(yīng)用的骨料。
參照圖1至圖6討-論本發(fā)明，圖中共用的附圖標(biāo)號用來標(biāo)示相 似或相同的元件，以避免對這些相似或相同的元件進(jìn)行重復(fù)說明。
圖1描繪了一種使用用于處理EAF粉塵單一目的的感應(yīng)爐的 現(xiàn)有系統(tǒng)。在圖1中示出的感應(yīng)爐10為無芯(或有芯)型，其內(nèi) 部熔融的鑄鐵11的裝料僅部分裝填所述感應(yīng)爐10。因此，由于受 到通常存在于感應(yīng)爐中的高強(qiáng)度感應(yīng)電流的影響，裝料11在感應(yīng) 爐10內(nèi)部在湍流條件下作為熔池存在。
來自電力煉鋼廠的富含鋅和氧化鐵的粉塵通過進(jìn)料口 12被進(jìn)
泮+至感應(yīng)爐10中，并沿著傾^F的圓筒13強(qiáng)制流動，形成相對于離 開感應(yīng)爐10的熱空氣;克的逆;;危。在壽分塵-充向感應(yīng)爐10的工藝中， 感應(yīng)爐10內(nèi)部產(chǎn)生的反應(yīng)熱被用于對粉塵進(jìn)行干燥和預(yù)熱。
有色金屬的氧4匕物—皮富含CO的熱空氣流帶出感應(yīng)爐10。 CO 與4非出氣(hood air)的反應(yīng)為
CO+l/202—C02
該Jl應(yīng)在煙塵通過傾4斗的圓筒13的通道中發(fā)生，濕4分塵團(tuán)4立沿著 it i雖道向下;危^力，與》因塵的；危5力方向沖目反。
在離開圓筒13之后，該排出氣通過在通道14中加入空氣而受 到第一次冷卻并進(jìn)入旋風(fēng)分離器15在其中除去最粗重的組分。完 全的除塵發(fā)生在4未式或袋式過濾器(sock or bag filter ) 16中，過濾 器16可以為"脈沖-噴射，，式("pulse-jet" type ),安裝在煙囪18的上游。
進(jìn)入感應(yīng)爐10的經(jīng)預(yù)熱、干燥的粉塵中含有的揮發(fā)性金屬氧 化物在感應(yīng)爐10中的熔池中被還原，以釋放他們的揮發(fā)性金屬蒸 汽。當(dāng)該揮發(fā)性金屬蒸汽離開熔爐時(shí)它們被氧化，并用一末式或袋式 過濾器收集該揮發(fā)性金屬氧化物以收集并回收鋅、鉛、鎘等。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的系統(tǒng)，其4吏用有 芯感應(yīng)爐17以生產(chǎn)《失水或生《失，并在富集揮發(fā)性金屬，例如鋅、 前、鎘等的同時(shí)，從EAF粉塵或其它含有4失和揮發(fā)性金屬的物質(zhì)中 回收鐵的價(jià)值。除了進(jìn)料至有芯感應(yīng)爐17和從有芯感應(yīng)爐17中移 出的物沖+之外，圖2中描述的系統(tǒng)與圖1中描述的系統(tǒng)相似。除了 圖1中描述的和上面討-論的元件以及圖2中l(wèi)吏用相同附圖標(biāo)號標(biāo)識的元件外，圖2中還進(jìn)一步包括將廢鋼、鐵水、熔渣粉塵、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐("BOF")泥渣和其它含有氧化鐵的材料的進(jìn)料或裝料至有 芯感應(yīng)爐17的進(jìn)料口 19的裝料流或進(jìn)料流20,以及將含有鐵和揮 發(fā)性金屬的材料裝料或進(jìn)料至有芯感應(yīng)爐17的進(jìn)料口 19的另一個(gè) 裝料流或進(jìn)料流21?？梢岳斫猓枋龅逆みM(jìn)料或裝料至有芯感應(yīng)爐 17的裝料流或進(jìn)料流20和21的材料可以合并并且進(jìn)津+或裝沖牛至有 芯感應(yīng)爐17的進(jìn)泮+口 19中。
圖2還描述了代表從有芯感應(yīng)爐17中排出的《失水產(chǎn)品或生鐵 諸如鐵產(chǎn)品的產(chǎn)品流22，以及由附圖標(biāo)號25標(biāo)識利用4受予Zoppi 的美國專利6,136,059者爻導(dǎo)的方式回收鋅、鉛、鎘和其他揮發(fā)性金 屬的氧化物的收集點(diǎn)，該現(xiàn)有專利已在圖1中被采用。隨后，可以 用傳統(tǒng)方法處理這些收集的揮發(fā)性金屬氧化物。圖2還描述了代表 卄夸爐渣乂人有芯感應(yīng)爐17中除去的爐渣流23。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
所4吏用的有芯感應(yīng)爐的 主視圖。圖4為圖3的有芯感應(yīng)爐的俯視圖。圖5為圖3的有芯感 應(yīng)爐的側(cè)^見圖。圖3至圖5中的有芯感應(yīng)爐17 一皮配置為以連續(xù)方式進(jìn)行操作，以處理進(jìn)料同時(shí)生產(chǎn)4失水或生《失，富集例如鋅、鉛、 鎘等的揮發(fā)性金屬和爐渣。以間歇式或半連續(xù)間歇式的方式操作熔爐也是可能的。此外，有芯感應(yīng)爐17 ,皮配置成以連續(xù)的方式除去 爐渣，以及被配置成如圖2所示的具有與排煙罩27相配合的氣體 :排出口 26。還可以以間萄t式或半連續(xù)間f欠式的方式除去爐渣。
有芯感應(yīng)爐17通常包4舌一個(gè)圓筒形或圓片主形的室28,其凈皮以 襯里形式提供的耐高溫材料29所環(huán)繞或限定。有芯感應(yīng)爐中使用 和安裝的這種耐高溫襯里對于耐高溫材料本身來說是已知的。傳統(tǒng) 設(shè)計(jì)中的感應(yīng)器30設(shè)置在圓筒形室28的底部并用于形成并保持有 芯感應(yīng)爐17中的火容〉也(molten bath )。
在有芯感應(yīng)爐17頂部，如圖所示用于將材并牛進(jìn)并牛至熔爐17的 進(jìn)料口 19設(shè)置在一端附近，而用于除去氣體的排氣口 26設(shè)置相對 一端。有芯感應(yīng)爐17也可以-沒置有一個(gè)在操作期間關(guān)閉的通道口 (access port )。該通道口 31 位于所示熔爐17頂部的中心。
爐渣排出口 32i殳置在有芯感應(yīng)爐17的一端，其高度應(yīng)適于4空 制熔爐17中的熔池上形成的爐渣層。爐渣排出口 32包4舌從有芯感 應(yīng)爐17的側(cè)邊延伸而來的槽或通道結(jié)構(gòu)，并與圓筒形或圓柱形的 室28的液體連通。爐渣4非出口 32可以-沒置有用于4空制爐渣4非出的 閘或可移動的擋塞(movable dam )。
有芯感應(yīng)爐17還i殳置有一個(gè)位于熔爐17前面的噴嘴33,通過 它可以從圓筒形或圓柱形室28將熔池中的熔融金屬移出。關(guān)于這 一點(diǎn)，有芯感應(yīng)爐17i殳置有通常由附圖標(biāo)號34標(biāo)i己的枳4戒裝置， 其用于4吏圓筒形或圓4i形室28以已知的方式繞其中心軸轉(zhuǎn)動，以 4吏熔池中熔融的金屬可以通過噴嘴33流出。
圖6是為圖3至圖5的有芯感應(yīng)爐的概要圖，其提供了根據(jù)一 個(gè)具體實(shí)施方式
的本發(fā)明如何工作的舉例說明。如圖所示，感應(yīng)器 30位于感應(yīng)爐17的底部與上述圓筒形或圓柱形室28相連的1"立置 上。含有廢鋼、鐵水、熔渣粉塵、EAF粉塵、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐("BOF") 泥渣和其它含有氧化4失的材料的進(jìn)料流21通過i殳置在熔爐17頂部 靠近一端的進(jìn)料口 19連續(xù)進(jìn)料至熔爐。在工藝中可以通過位于圓 筒形或圓柱形室28的與爐渣排出口 32相對端上的進(jìn)料口 19加入 爐渣調(diào)節(jié)材料35,例如二氧化硅、石灰等。雖然進(jìn)料通過進(jìn)料口 19進(jìn)入熔爐，但其未能通過氣體頂空36到達(dá)爐渣層37的表面上。由于熔爐的操作溫度及進(jìn)料組分反應(yīng)使進(jìn)料的溫度增加,以形成鐵金屬,爐渣和揮發(fā)性材料.
具有高密度的鐵穿過爐渣層37進(jìn)入位于熔爐17底部的鐵液態(tài) 金屬熔池38中。感應(yīng)器30通過電能為鐵金屬熔池38提供能量， 以使熔池38保持操作溫度。通過位于熔爐17前面的噴嘴33將液 態(tài)纟失38乂人系統(tǒng)中移出。
具有比液態(tài)鐵的密度低的爐渣將會漂浮在鐵熔池38的表面上， 該爐渣從進(jìn)料口 19流向在熔爐17的相對端的爐;查排出口 32。通過 氣體頂空36中的高溫與如上所述改善爐渣粘度的爐渣調(diào)節(jié)添加劑 的結(jié)合，爐渣將保持液態(tài)。可以如系統(tǒng)才喿作所要求的連續(xù)或半連續(xù) 地除去爐渣。從加入新物料到排出其爐渣成分經(jīng)歷的時(shí)間可以通過 改變?nèi)蹱t17中的礦渣層37的深度或厚度，或通過改變設(shè)備的設(shè)計(jì)
工藝中產(chǎn)生的氣體將是一氧化碳、二氧化碳和揮發(fā)性金屬蒸汽 的結(jié)合。 一些空氣可以隨進(jìn)料流21以及在爐渣排出口 32處被一同 加入。在加入的空氣中的氧氣將燃燒氣體頂空中的部分一氧化石炭以 在氣體頂空36區(qū)域中提供額外的熱能。如果加入或在這些位點(diǎn)上 允許進(jìn)入過多的空氣，那么存在于氣體頂空36中的全部一氧化碳 被燃燒后接著一部分金屬蒸汽會燃燒或氧化。如果金屬蒸汽允許被 燃燒或氧化，其將會形成可以在熔爐中凝結(jié)的金屬氧化物并進(jìn)入爐 渣層37。這種不希望發(fā)生的金屬蒸汽的燃燒或氧化會導(dǎo)致較低的揮 發(fā)性金屬回收百分比并增加爐渣層中不希望的材料。
因此本發(fā)明涉及用控制空氣進(jìn)入熔爐的方式操作該系統(tǒng)，以便 才是供適宜的氣體頂空36才喿作溫度并限制氧氣進(jìn)入氣體頂空36中。 如圖2所示，排出熔爐17的氣體流39隨著其離開熔爐17將與空 氣發(fā)生反應(yīng)以氧化揮發(fā)性金屬，以便用授予Zoppi的美國專利 6,136,059號和授予Bratina和Fehsenfeld的美國專利6,831,939號中 教導(dǎo)的方式加以收集。此外，排出氣體的冷卻在該系統(tǒng)的區(qū)域" 中完成，以凝結(jié)要回收的揮發(fā)性氣體氧化物?？梢曰厥盏膿]發(fā)性金
屬包括鋅、鉛、鎘和其它可能以元素金屬、卣化物和氧化物形式存 在的物質(zhì)。隨后，這些收集的揮發(fā)性金屬材料接著可以才艮據(jù)傳統(tǒng)方 法處理以回收揮發(fā)性金屬。
在操作中，爐渣層37可以一皮移除并由此減少其厚度直至下面 的熔融金屬層的表面4妄近爐渣4非出口 32的高度，而在這之前圓筒 形或圓柱形室28可以繞其中心軸旋轉(zhuǎn)以使熔池38中的熔融金屬能 夠通過噴嘴33流出。
盡管已經(jīng)參照具體的方法、材料和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行 了描述，但本領(lǐng)域的才支術(shù)人員從上述i兌明書中可以容易地得出本發(fā) 明的實(shí)質(zhì)特征，而且在不力兌離上述的本發(fā)明的4青神和范圍的情況 下，可以根據(jù)不同的使用和特征對本發(fā)明進(jìn)行多種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種處理含有揮發(fā)性金屬的煉鋼爐粉塵以及可選的其它材料作為含有鐵和揮發(fā)性金屬的原料的方法，包括以間歇式、連續(xù)或半連續(xù)方式將含鐵材料進(jìn)料至含有熔融的鐵的有芯感應(yīng)爐中；以間歇式、連續(xù)或半連續(xù)方式將含有揮發(fā)性金屬的材料進(jìn)料至所述有芯感應(yīng)爐中；使得受控量的氧氣進(jìn)入所述感應(yīng)爐中，以便控制以下至少一種i)所述感應(yīng)爐中熔池上方的頂空的溫度；和ii)所述頂空中二氧化碳的量；以及以間歇式、連續(xù)或半連續(xù)方式獲得含鐵產(chǎn)品，并回收揮發(fā)性金屬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含鐵材料包括廢鋼、鐵 水和熔渣^盼塵中的至少一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述揮發(fā)性金屬包括鋅、鉛 詳口4禹中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述揮發(fā)性金屬是通過從所 述有芯感應(yīng)爐中以蒸汽的方式釋i文所述4軍發(fā)性金屬并回收所 述揮發(fā)性金屬蒸汽來回收的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括控制下列至少一種i) 所述有芯感應(yīng)爐中的爐渣層的粘度；和ii) 所述有芯感應(yīng)爐中的爐渣層的化學(xué)性質(zhì)。
6. 才艮據(jù)沖又利要求5所述的方法，其中向所述爐渣層中添加一種或 多種化學(xué)試劑。
7. —種處理含有鐵和揮發(fā)性金屬的材料的方法，包括提供有芯感應(yīng)爐；中；將含有所述揮發(fā)性金屬的進(jìn)料材料與其中的所述揮發(fā)性 金屬組分一起進(jìn)料至具有所述含鐵材料的所述有芯感應(yīng)爐中；使得受控量的氧氣進(jìn)入所述感應(yīng)爐中，以便控制以下至 少一種i )所述感應(yīng)爐中熔'池上方的頂空的溫度；和ii )所述頂空中二氧化碳的量；以及以連續(xù)或半連續(xù)方式獲得含鐵產(chǎn)品，并回收揮發(fā)性金屬。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述含4失材料包括廢鋼、鐵 水和熔渣4分塵中的至少 一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述揮發(fā)性金屬包括鋅、鉛 和4高中的至少一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述揮發(fā)性金屬是通過從所 述有芯感應(yīng)爐中以蒸汽的方式釋》丈所述纟軍發(fā)性金屬并回收所 述揮發(fā)性金屬蒸汽來回收的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括控制下列至少一種i) 所述有芯感應(yīng)爐中的爐渣層的粘度；和ii) 所述有芯感應(yīng)爐中的爐渣層的化學(xué)性質(zhì)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中向所述爐渣層中添加一種或多種化學(xué)試劑。
13. —種操作有芯感應(yīng)爐的方法，包括: 以間歇式、連續(xù)或半連續(xù)方式將含鐵進(jìn)料材料進(jìn)料至有芯感應(yīng)爐中；以間歇式、連續(xù)或半連續(xù)方式將作為原料的含有揮發(fā)性金屬的材料進(jìn)料至所述有芯感應(yīng)爐中；使得受控量的氧氣進(jìn)入所述感應(yīng)爐中，以控制以下至少一種i) 所述感應(yīng)爐中熔池上方的頂空的溫度；和ii) 所述頂空中二氧化碳的量；以及以連續(xù)或半連續(xù)方式從所述有芯感應(yīng)爐中回收鐵；以及回收揮發(fā)性金屬。
14. 一種根據(jù)權(quán)利要求13的操作有芯感應(yīng)爐的方法，其中所述含有鐵和揮發(fā)性金屬的材料是在與具有所述有芯感應(yīng)爐的設(shè)備不同的設(shè)備中生產(chǎn)的。
15. —種根據(jù)權(quán)利要求13的操作有芯感應(yīng)爐的方法，其中所述含鐵材料包括廢鋼、鐵水和熔渣粉塵中的至少一種。
16. —種根據(jù)權(quán)利要求13的操作有芯感應(yīng)爐的方法，其中所述揮發(fā)性金屬包括鋅、鉛和鎘中的至少一種。
17. —種根據(jù)權(quán)利要求13的操作有芯感應(yīng)爐的方法，其中所述揮發(fā)性金屬是通過乂人所述有芯感應(yīng)爐中以蒸汽的方式釋方文所述揮發(fā)性金屬并回收所述揮發(fā)性金屬蒸汽來回收的。
18. —種根據(jù)權(quán)利要求13的操作有芯感應(yīng)爐的方法，進(jìn)一步包括 控制下列至少一種i) 所述有芯感應(yīng)爐中的爐渣層的粘度；和ii) 所述有芯感應(yīng)爐中的爐渣層的化學(xué)性質(zhì)。
19. 一種4根據(jù)權(quán)利要求18的操作作有芯感應(yīng)爐的方法，其中向所述 爐渣層中添加一種或多種化學(xué)試劑。
20. —種根據(jù)權(quán)利要求13的操作有芯感應(yīng)爐的方法，其中將所述 含鐵進(jìn)料材料和所述含有揮發(fā)性金屬的材料在相對端進(jìn)料到 所述感應(yīng)爐中，爐渣被從該相對于端移出所述感應(yīng)爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作有芯感應(yīng)爐的方法，以便收集電弧爐(EHF)的粉塵、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(BOF)的泥渣/粉塵和/或含有鐵和揮發(fā)性金屬的其它材料作為進(jìn)料流以間歇式、連續(xù)或半連續(xù)方式與含鐵材料一起進(jìn)料，并由此產(chǎn)生含鐵的鐵水和生鐵產(chǎn)品，同時(shí)從進(jìn)料中回收鐵的價(jià)值并回收進(jìn)料中含有的揮發(fā)性金屬組分。
文檔編號C21B11/10GK101203619SQ200680011371
公開日2008年6月18日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者詹姆斯·E·布拉蒂納, 金·M·倫蒂 申請人:傳統(tǒng)環(huán)境服務(wù)有限公司