專利名稱：直接熔煉設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接熔煉設(shè)備，該直接熔煉設(shè)備用于由諸如礦石、 部分還原的礦石和含金屬廢流的含金屬供給材料生產(chǎn)熔融金屬。
背景技術(shù)：
一種已知的直接熔煉工藝在以申請人名義的國際申請
PCT/AU96/00197(W096/31627)中進(jìn)行了描述，該直接熔煉工藝主要依 靠熔池作為反應(yīng)介質(zhì)，并且通稱為HIsmelt工藝。該專利申請的公開通 過交叉參引合并于此。
如在關(guān)于生產(chǎn)熔融鐵的該國際申請中所描述的HIsmelt工藝包括
(a) 在直接熔煉容器中形成熔融鐵和熔渣的熔池；
(b) 將以下物質(zhì)噴射入熔池(i)含金屬供給材料，通常為氧 化鐵；和(ii)固體含碳材料，通常為煤，該固體含碳材料用作氧化鐵 的還原劑和能量源；以及
(c) 在金屬層中將含金屬供給材料熔煉成鐵。
在這里將術(shù)語"熔煉"理解為熱處理，其中進(jìn)行還原金屬氧化物 的化學(xué)反應(yīng)以生產(chǎn)熔融金屬。
HIsmelt工藝還包括在熔池上方的具有含氧氣體的空間中后燃從熔 池釋放的諸如C0和H2的反應(yīng)氣體，并將該后燃產(chǎn)生的熱量傳遞到熔池 以貢獻(xiàn)熔煉含金屬供給材料所需的熱能。
HIsmelt工藝還包括在熔池的名義靜止表面上方形成過渡區(qū)，在該 過渡區(qū)中，具有熔融金屬和/或熔渣的液滴或飛濺或液流的適量上升及隨后的下降，這提供了用來將通過在熔池上方后燃反應(yīng)氣體而產(chǎn)生的 熱量傳遞到熔池的有效介質(zhì)。
在HIsmdt工藝中，含金屬供給材料和固體含碳材料通過許多噴槍/ 風(fēng)口噴射入熔池，這些噴槍/鼓風(fēng)口相對于豎直方向傾斜以便向下且向 內(nèi)地延伸通過直接熔煉容器的側(cè)壁并進(jìn)入容器的下部區(qū)域，從而將至 少部分的固體材料傳送到容器底部中的金屬層。為了促進(jìn)容器上部中 的反應(yīng)氣體的后燃，通過向下延伸的熱空氣噴槍將一股可富含氧氣的 熱空氣噴射入容器的上部區(qū)域中。容器中的反應(yīng)氣體的后燃所產(chǎn)生的 廢氣通過廢氣管從容器的上部被帶走。在容器的側(cè)壁和容器頂上包括 有耐火材料襯里的水冷板，并且水通過連續(xù)循環(huán)回路中的板連續(xù)地循 環(huán)。
HIsmelt工藝使得能在單個小型容器中通過直接熔煉來生產(chǎn)大量的 熔融金屬，諸如熔融鐵。為實(shí)現(xiàn)這個目的，必須將大量的熱氣傳輸?shù)?直接熔煉容器并從直接熔煉容器中傳輸出來，將大量的含金屬供給材 料，諸如含鐵供給材料傳輸?shù)饺萜?，將大量在該工藝中產(chǎn)生的熔融金 屬產(chǎn)品和熔渣從容器傳輸出來，以及使大量的水循環(huán)通過水冷板，所 有這些都需要在相對有限的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。這些功能必須在整個熔煉操 作中持續(xù)，而該熔煉操作預(yù)期持續(xù)至少12個月。還必須提供通道和處 理設(shè)施以便能夠在熔煉操作之間進(jìn)入容器并提升設(shè)備。
在西澳大利亞州的Kwinana已建造了基于6m直徑容器(耐火爐缸 的內(nèi)徑)的商用HIsmelt直接熔煉設(shè)備。該設(shè)備被設(shè)計(jì)成運(yùn)行HIsmetl工 藝并且每年在容器中生產(chǎn)800，000噸熔融鐵。
申請人現(xiàn)已實(shí)施了設(shè)計(jì)更大規(guī)模的商用HIsmelt直接熔煉設(shè)備的研 究和開發(fā)工作，以通過HIsmelt工藝每年生產(chǎn)超過l百萬噸熔融鐵的。
申請人在擴(kuò)大msmelt工藝中面對了許多問題并且已提出了一種用于HIsmelt直接熔煉設(shè)備的可選設(shè)計(jì)。
本發(fā)明涉及一種直接熔煉設(shè)備，該設(shè)備是用于上述的商用HIsmelt 直接熔煉設(shè)備的一種可選設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的直接熔煉設(shè)備還能用于實(shí)施其他直接熔煉工藝。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種直接熔煉設(shè)備，該直接熔煉設(shè)備用于使 用基于熔池的直接熔煉工藝由含金屬供給材料來生產(chǎn)熔融金屬，該直 接熔煉設(shè)備包括
(a) 固定的直接熔煉容器，用來容納金屬和熔渣的熔池以及在該 熔池上方的氣體空間，該容器包括爐缸和側(cè)壁，該側(cè)壁包括(i)下 圓柱段，(ii)上圓柱段，該上圓柱段比該下圓柱段具有更小的直徑， 以及(iii)過渡段，該過渡段將該上和下段互連。
(b) 固料供給組件，用來將包括含金屬供給材料和含碳材料的固 體供給材料從遠(yuǎn)離容器的固體供給材料供給位置供給到容器中；
(c) 含氧氣體供給組件，用來將含氧氣體從遠(yuǎn)離容器的含氧氣體 供給位置供給到容器中，該含氧氣體供給組件包括(i)氣體噴射組 件，該氣體噴射組件包括多個氣體噴槍，所述多個氣體噴槍用來將含 氧氣體噴射入容器中并且通過所述容器的側(cè)壁的過渡段中的開口向下 延伸，以及(ii)氣體輸送管組件，該氣體輸送管組件從遠(yuǎn)離容器的氣 體供給位置延伸用來將含氧氣體輸送到該氣體噴射組件；
(d) 廢氣管組件，用來促使廢氣從容器中流出；
(e) 出金屬組件，用來在熔煉操作期間從熔池中出熔融金屬；以
及
(f) 出熔渣組件，用來在熔煉操作期間從熔池中出熔渣。
氣體噴槍的目的是將含氧氣體噴射入容器中以燃燒反應(yīng)氣體，諸 如從熔池中釋放的一氧化碳和氫，并將熱量返回到熔池。使用多個氣體噴槍而不是單個噴槍使得能使用比單個噴槍尺寸和 重量更小的噴槍來輸送與多個較小噴槍的相同的氣體流量。因此，選 擇較小噴槍減少了在運(yùn)行壽命期間可能需要的支撐噴槍和替換噴槍的
結(jié)構(gòu)問題。用于800，000噸HIsmelt設(shè)備的單個氣體噴槍重約50噸，而用 于2百萬噸HIsmelt設(shè)備的單個噴槍將重約90噸。如此處所述的同等的多 個氣體噴槍各重約20噸。此外，本申請人進(jìn)行的研究工作表明輸送相 同的氣體流量，多個噴槍與單個較大的噴槍提供相當(dāng)?shù)男阅堋?br> 氣體噴槍可包括內(nèi)渦旋式噴嘴作為噴槍構(gòu)造的一部分，以使得含 氧氣體通過渦旋運(yùn)動噴射入容器中。然而內(nèi)渦旋式噴嘴增加了噴槍的 復(fù)雜性和成本，不需要通過渦旋運(yùn)動將含氧氣體噴射入容器中，優(yōu)選 地是噴槍在噴射點(diǎn)處將含氧氣體通過沒有渦旋運(yùn)動的直接氣流噴射入 容器中。
本申請人進(jìn)行的研究工作表明與多個相同尺寸的非渦旋噴槍相 比，輸送相同的氣體流量，獨(dú)立的多個渦旋噴槍缺乏產(chǎn)生熱傳遞的動 量。此外，利用非渦旋噴槍而不是渦旋噴槍運(yùn)行直接熔煉工藝能顯著 地降低構(gòu)造噴槍的復(fù)雜性和由此導(dǎo)致的成本。
在任何特定情形下，氣體噴槍數(shù)目的選擇取決于一系列因素，包 括容器的尺寸和外形以及要在容器中運(yùn)行的工藝的運(yùn)行需求。本申請 人進(jìn)行的研究工作表明在容器設(shè)計(jì)為通過HIsmelt工藝每年生產(chǎn)2百萬 噸熔融金屬的情形下，3或4個噴槍是優(yōu)選的。
優(yōu)選地，氣體噴槍的位置被選擇以將含氧氣體噴射向熔融材料的 向上擴(kuò)展的噴泉，通常為環(huán)形噴泉，所述噴泉在容器中的工藝運(yùn)行期 間形成。從使氧氣與噴泉，更具體地，與噴泉中的可燃?xì)怏w，諸如從 熔池中釋放的一氧化碳和氫的相互作用達(dá)到最大程度的觀點(diǎn)上看，使 用多個噴槍而不是單個噴槍是優(yōu)選的。優(yōu)選地，每個氣體噴槍被設(shè)置為向所述容器的中心孔的下方和外 側(cè)引導(dǎo)氣流。
優(yōu)選地，每個氣體噴槍被設(shè)置為向所述容器的所述側(cè)壁向下和向 外地引導(dǎo)氣流。以這種方式設(shè)置氣體噴槍降低了下述風(fēng)險集中在容 器中心區(qū)域中的反應(yīng)氣體燃燒，由此導(dǎo)致隨著向上流動的廢氣從容器 直接向上的熱量損失。
優(yōu)選地，每個氣體噴槍被定位使得所述噴槍向下指向容器中，并 相對于容器中的垂直面和徑向面成角度，從而來自噴槍的氣流的流動 方向具有徑向和周向分量。
優(yōu)選地，每個氣體噴槍被定位使得所述噴槍向下指向容器中，而 噴槍的軸線被定位在相對于容器中的徑向面成40與80。之間的角度延伸
的垂直面內(nèi)，并且噴槍的軸線在該垂直面內(nèi)相對于水平成40與80度之 間的角度延伸。
優(yōu)選地，每個氣體噴槍的出口端位于容器中、處在一假想圓的圓 周上，該假想圓具有比容器側(cè)壁的上圓柱段的直徑更大的直徑。
優(yōu)選地，每個氣體噴槍在容器內(nèi)的位置通過如下確定
(a) 垂直定位噴槍，使噴槍的尖端處在所需的位置，然后，
(b) 在噴槍尖端固定的情況下，在垂直面中將噴槍轉(zhuǎn)動30-40°， 更優(yōu)選35°，該垂直面與所述尖端相交并垂直于與噴槍尖端相交的徑向 面，然后，
(c) 在噴槍尖端固定的情況下，朝著該徑向面將噴槍向外旋轉(zhuǎn) 25-35°，更優(yōu)選30°。
優(yōu)選地，過渡段是截頭圓錐形的。優(yōu)選地，用于氣體噴槍的噴槍開口位于容器的相同高度處，并繞 容器的側(cè)壁的周界以等間距設(shè)置。
優(yōu)選地，含金屬材料包括鐵礦石。
優(yōu)選地，含碳材料包括煤。


在下文中通過參照附圖的實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地描述，其中
圖1和圖2是從兩個不同方向的透視圖，示出了直接熔煉容器以及 一部分廢氣管系統(tǒng)，該廢氣管系統(tǒng)構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的直接熔煉設(shè)備的 一個實(shí)施例的一部分；
圖3是容器的透視圖4是容器的側(cè)視圖5是容器的側(cè)視圖，示出了耐火磚在容器內(nèi)部中的布局； 圖6是容器的側(cè)視圖，示出了容器的固料噴槍和熱空氣噴槍的布
置；
圖7是沿圖6中的線A-A的剖面圖； 圖8是沿圖6中的線B-B的剖面圖9是示出了固料噴槍在容器中的布置的簡圖10是容器的所選部件的示意性頂部平面視圖，示出了從容器中 取出和插入容器中的用于固料噴槍和熱空氣噴槍的取出和插入外殼； 圖ll是容器的頂部平面視圖；以及
圖12是移除了廢氣管和熱空氣流輸送系統(tǒng)的容器的頂部平面視圖。
具體實(shí)施例方式
附圖中所示的直接熔煉設(shè)備具體適合于根據(jù)如在國際專利申請
PCT/AU96/00197(WO96/00197)中描述的HIsmelt工藝來熔煉含金屬材料。
該設(shè)備不限于根據(jù)HIsmelt工藝來熔煉含金屬材料。 下文的描述是在根據(jù)HIsmelt工藝熔煉鐵礦粉以生產(chǎn)熔融鐵的背景下。
本發(fā)明不限于生產(chǎn)熔融鐵，而是擴(kuò)展到直接熔煉任何含金屬材料。
下文的描述集中在直接熔煉設(shè)備的直接熔煉容器上以及直接與容 器相連的裝置，諸如固料和氣體噴槍上。
直接熔煉設(shè)備還包括其他裝置，包括用于處理用于容器的容器上 游的供給材料的裝置以及用于處理在容器中生產(chǎn)的產(chǎn)品(熔融金屬、 熔渣和廢氣)的裝置。因?yàn)檫@種其他裝置不是本發(fā)明的中心，所以不 在此處對其進(jìn)行詳細(xì)描述，但它仍構(gòu)成該設(shè)備的一部分。在以申請人 名義的其他專利申請和專利中對這種其他裝置進(jìn)行了描述，并且在這 些專利申請和專利中的公開通過交叉參引合并于此。
參照附圖，在本發(fā)明的背景中，附圖中所示直接熔煉設(shè)備的實(shí)施 例的主要特征是
(a) 固定的直接熔煉容器3，用來容納金屬和熔渣的熔池41和在 熔池上方的氣體空間43;
(b) 固體供給組件，該固體供給組件包括12個固料噴槍5a、 5b， 該固體供給組件用來將包括含金屬供給材料和含碳材料的固體供給材 料供給到容器中；
(c) 含氧氣體供給組件，用來將含氧氣體供給到容器中，該含氧
氣體供給組件包括
(c) (i) 4個氣體噴槍7形式的氣體噴射組件，用來將含氧氣體噴 射入容器中的氣體空間和/或熔池中；以及(C)(ii)氣體輸送管組件，該氣體輸送管組件包括環(huán)形主管9
和多個構(gòu)件49，每個構(gòu)件49與每個氣體噴槍7相連，所述構(gòu)件49連接環(huán) 形主管9和氣體噴槍7以將通常為空氣或富氧空氣的含氧氣體輸送到氣 體噴槍7;以及
(d)廢氣管組件，該廢氣管組件包括兩個廢氣管ll，用來促使廢 氣從容器中流出，離開容器；
參照圖l、 2和10，這里應(yīng)適當(dāng)注意地是直接熔煉設(shè)備還包括上部 結(jié)構(gòu)89，該上部結(jié)構(gòu)89由裝配到一起的鋼梁形成，從而限定八角形的 外周界91、八角形的內(nèi)周界93以及一系列互連周界梁的橫梁95。上部 結(jié)構(gòu)89通過吊架(未示出)支撐氣體輸送管組件的環(huán)形主管9。上部結(jié) 構(gòu)還包括使工人能夠在容器3的不同高度處進(jìn)入容器3的多個平臺(未 示出)。
容器3包括(a)爐缸，該爐缸包括由耐火磚形成的底部21和側(cè) 部23， (b)側(cè)壁25，該側(cè)壁25從該爐缸向上延伸，以及(c)準(zhǔn)球形的 頂部27。為了將容器3的尺寸置于背景之中，設(shè)計(jì)為每年生產(chǎn)2百萬噸 熔融鐵的容器3需要大約8m的爐缸直徑(內(nèi)部)。
容器3的側(cè)壁25形成為使得該容器包括(a)下圓柱段29， (b) 比下圓柱段29具有更小直徑的上圓柱段31，以及(c)互連兩個段29、 31的截頭圓錐段33。
根據(jù)下文的描述和附圖明顯的是容器的側(cè)壁25的3個段29、 31、 33 將側(cè)壁25分成3個獨(dú)立區(qū)。下段29支撐固料噴槍5a、 5b。截頭圓錐段33 支撐氣體噴槍7。最后，上段33實(shí)際上是廢氣腔，廢氣從上段33離開容器。
容器3的側(cè)壁25和頂部27支撐多個水冷板(未示出)，并且該設(shè)備 包括冷卻水回路。參照圖5，上段33包括單鋼板，而下段29包括雙鋼板。 冷卻水回路將水供給到水冷板，并將熱水從水冷板中移出，然后在將水返回到水冷板之前，將熱量從熱水中提取出來。
容器3的側(cè)壁25的截頭圓錐段33包括用于氣體噴槍7的開口35。噴 槍7延伸通過開口35。噴槍開口35包括安裝凸緣37，噴槍7安裝在凸緣 37上并通過凸緣37支撐。噴槍開口35位于容器3的相同高度處并繞容器 3的側(cè)壁25的周界以等間距設(shè)置。
參照圖5，在使用容器3來根據(jù)HIsmdt工藝熔煉鐵礦粉以生產(chǎn)熔融 鐵中，容器3容納鐵和熔渣的熔池41，熔池41包括容納在容器3的爐缸 中的熔融鐵層(未示出)和在金屬層22上的熔渣層(未示出)。圖5中 所示的熔池41處在靜止?fàn)顟B(tài)下，即處在沒有固料和氣體噴射入容器3中 的狀態(tài)下。典型地，當(dāng)HIsmelt工藝在容器3中運(yùn)行以每年生產(chǎn)2百萬噸 熔融鐵時，容器3容納500噸的熔融鐵和700噸的熔渣。
參照圖3和圖4，容器3還包括2個位于爐缸側(cè)部23中的通道門45， 使得能夠進(jìn)入容器ll的內(nèi)部，以在容器內(nèi)部中進(jìn)行換襯或其他維修工 作。
通道門45是焊接到側(cè)部23的鋼板的形式。當(dāng)需要進(jìn)入到容器3的內(nèi) 部時，將板從爐缸的側(cè)部23中切掉并在容器3中的工作完成之后，將替 換板焊接到適當(dāng)?shù)奈恢?。通道門45處在容器3的相同高度處。通道門45 繞容器3的圓周以至少90。間隔開。此間距使耐火壁拆除設(shè)備能夠延伸通 過門45進(jìn)入容器中，并當(dāng)容器熱時，拆除有耐火材料襯里的側(cè)壁的耐 火材料的很大部分。此外，通道門45足夠大，通常為直徑2.5m，以使 得山貓滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)(bob-cat)或類似的設(shè)備能夠進(jìn)入容器3的內(nèi)部。
參照圖3，容器3還包括位于容器3的頂部27中的類似的通道門47， 使得能夠進(jìn)入到容器ll的內(nèi)部，以在容器3內(nèi)部中進(jìn)行換襯或其他維修 工作。在使用中，氣體噴射組件的四個氣體噴槍7從距還原容器11某一距 離設(shè)置的熱氣供給站(未示出)中噴射富氧熱空氣流。該熱氣供給站 包括一系列熱氣爐(未示出)和氧氣設(shè)備(未示出)，以使富氧空氣
流能夠通過熱氣爐并進(jìn)入連接到環(huán)形主管9的熱氣輸送管51 (圖2和圖
11)中。可選地，在空氣流已通過爐加熱之后，可向空氣流添加氧氣。
氣體噴槍7的目的是以足夠的流速噴射充足流量的富氧熱空氣，使 得熱空氣滲入熔融金屬和熔渣的噴泉，通常為環(huán)形噴泉中，所述噴泉 在容器3內(nèi)作為HIsmdt工藝的一部分向上射出，并且富氧熱空氣燃燒噴 泉中的可燃?xì)怏w，諸如從熔池中釋放的二氧化碳和氫?？扇?xì)怏w的燃 燒產(chǎn)生熱量，當(dāng)熔融金屬和熔渣向下移回到熔池中時，該熱量被傳遞 到熔池中。
根據(jù)基本構(gòu)造，氣體噴槍7是直進(jìn)的噴槍，并且不包括用于向流過 噴槍的富氧空氣施加渦旋的渦旋式噴嘴。如上文所指出的，申請人的 研究工作發(fā)現(xiàn)在無渦旋情況下工作的氣體噴槍7能實(shí)現(xiàn)與在有渦旋的
情況下工作的噴槍相當(dāng)?shù)男阅堋?br> 氣體噴槍7向下延伸通過容器3的側(cè)壁25的截頭圓錐段33進(jìn)入容器 3的上部區(qū)域中。噴槍7等間距地環(huán)繞截頭圓錐段33并處在相同的高度 處。噴槍7被設(shè)置為向下并向外延伸以朝著側(cè)壁25的下段29噴射熱空 氣。要重點(diǎn)注意的是不希望含氧氣體接觸容器的側(cè)壁25—從容器壽命 的觀點(diǎn)來看，通過在側(cè)壁處的燃燒所產(chǎn)生的高溫是不合需要的。因此， 噴槍7被布置為使得噴槍7的尖端53是水平圓上的點(diǎn)。
從避免諸如CO的反應(yīng)氣體在圖5中總體通過附圖標(biāo)記139標(biāo)識的 容器中垂孔中燃燒以及由此產(chǎn)生的來自廢氣管ll的廢氣的熱量損失的 觀點(diǎn)看，上述含氧廢氣的向下和向外噴射也是令人滿意的。
如在圖3中能最好地看到，氣體輸送管組件的環(huán)形主管9是設(shè)置在容器3上方的圓形管。如上所述，環(huán)形主管9被連接到熱氣輸送管51并 接收來自此管51的富氧空氣。
環(huán)形主管9包括4個出口65。
氣體輸送管組件的連接構(gòu)件49將環(huán)形主管9與氣體噴槍7連接到一起。
用于每個氣體噴槍7的熱連接構(gòu)件49包括筒管61和伸縮接頭63，該 筒管61從噴槍7的進(jìn)口端延伸，而該伸縮接頭63在一端連接到筒管61而 在另一端連接到環(huán)形主管9的出口65。
在使用中，氣體噴槍7接收流經(jīng)由環(huán)形主管9和將噴槍7連接到環(huán)形 主管9的連接構(gòu)件49的富氧熱空氣。環(huán)形主管9將相同流量的熱空氣輸 送到每個噴槍7。
參照圖6和圖8，每個氣體噴槍7在容器3內(nèi)的位置在理論上能通過 如下確定
(a) 垂直定位噴槍7，使噴槍7的尖端53處在由圖6和圖8中的圓形 圖標(biāo)55所指示的所需位置，然后，
(b) 在噴槍尖端53固定的情況下，在垂直面中將噴槍轉(zhuǎn)動35。， 該垂直面與噴槍尖端53相交并垂直于與噴槍尖端35相交的徑向面，然 后，
(c) 在噴槍尖端53固定的情況下，朝著該徑向面將噴槍向外旋轉(zhuǎn)
30。。
氣體噴槍7被設(shè)置為可從容器3中移除。
具體地，每個噴槍7能通過如下方式取出將相關(guān)的連接構(gòu)件49的 筒管61和伸縮接頭63與每個噴槍7和環(huán)形主管9分開，之后從位于側(cè)壁25的截頭圓錐段33中的噴槍開口35的安裝凸緣37處卸下噴槍7，然后， 將噴槍7連接到高架起重機(jī)(未示出)并從開口35向上提升噴槍7。
通過與前一段中所描述的程序相反的程序能將替換噴槍7插入容 器3中。
固料供給組件的12個固料噴槍5a、 5b向下并向內(nèi)延伸通過容器3的 側(cè)壁25的下段29的側(cè)壁25中的開口 (未示出)并進(jìn)入熔池41的熔渣層 (未示出)。噴槍5a、 5b被布置為使得噴槍的尖端是假想的水平圓上的 點(diǎn)。側(cè)壁25包括安裝凸緣69，而噴槍5a、 5b安裝在凸緣69上并通過凸緣 69支撐。
參照圖7和圖9，固料噴槍5a、 5b包括(a) 8個噴槍5a，用來將 鐵礦粉和熔劑噴射入容器3中；和(b) 4個噴槍5b，用來將固體含碳材 料和熔劑噴入容器3中。
固體材料被帶入缺乏氧氣的運(yùn)載氣體中。所有噴槍5a、 5b的外徑 相同并設(shè)置在容器3的相同高度處。噴槍5a、 5b等間距地環(huán)繞側(cè)壁25下 段29的圓周，并被布置成使得鐵礦噴槍5a成對地設(shè)置且具有分隔每相鄰 對鐵礦噴槍5a的煤噴槍5b。用以將熱鐵礦噴射入容器中的該對鐵礦噴槍 5a簡化了繞容器的管道接入問題。
在使用中，在熔煉操作期間，鐵礦噴槍5a經(jīng)由熱礦噴射系統(tǒng)接收 熱鐵礦粉和熔劑，而煤噴槍5b經(jīng)由含碳材料噴射系統(tǒng)接收煤和熔劑。
參照圖9，熱礦噴射系統(tǒng)包括用以加熱鐵礦粉的預(yù)熱器(未示出) 和熱礦傳送系統(tǒng)，該熱礦傳送系統(tǒng)包括一系列主供給線73和用于每對 鐵礦噴槍5a的多對分支供給線75以及大量運(yùn)載氣體以傳輸供給線71、73 中的熱礦粉并以68(TC量級的溫度將熱礦粉噴射入容器3中。參照圖9，含碳材料/熔劑噴射系統(tǒng)包括用于每個煤噴槍5b的單一
供給線77。
煤供給線75的外徑通常比熱礦分支線的外徑75小，通常是熱礦分 支線75的外徑的外徑40-60%。盡管噴槍5a、 5b的內(nèi)徑優(yōu)選相同，但是 使熱礦供給線75和熱礦分支線77絕熱的需求明顯增加了噴槍的外徑。 典型地，熱礦分支線75具有在400-600mm范圍內(nèi)的相同外徑，而煤供給 線77具有在100-300mm范圍內(nèi)的相同外徑。在一個具體示例中，熱礦分 支線75具有500mm的外徑，而煤供給線77具有200mm的外徑。
固料噴槍5a、 5b被設(shè)置為可從容器3中移除。
具體地，固體供給組件包括在將噴槍從容器中移除并將替換噴槍 插入容器3中期間用以支撐每個固料噴槍5a、 5b的組件。用于每個噴槍 5a、5b的支撐組件包括從容器3的側(cè)壁25向上和向外延伸的細(xì)長軌道(未 示出)、可沿該軌道移動的車架(未示出)、以及可操作的沿軌道移 動車架的車架驅(qū)動器(未示出)，其中該車架可連接到噴槍5a、 5b，從
而使噴槍能支撐在軌道上并通過車架驅(qū)動器的操作而向上和向下移 動，并由此從容器3中取出。該支撐組件在以申請人名義的國際申請 PCT/2005/001101和PCT/AU2005/01103中進(jìn)行了描述，并且所述國際申 請中的公開通過交叉參引合并于此。
根據(jù)上文的描述將會明顯地是，直接熔煉設(shè)備適應(yīng)于包括4個氣體 噴槍7和12個固料噴槍5a、 5b的16個噴槍的移除和替換。容器3是相對緊 湊的容器。容器3的這種緊湊性以及環(huán)形主管9和氣管11相對于容器3的 位置對噴槍7、 5a、 5b的移除和替換設(shè)置了緊密的空間約束。
參照圖IO，為了便于噴槍7、 5a、 5b的移除和替換，直接熔煉設(shè)備 包括多個垂直延伸的高架起重機(jī)進(jìn)入?yún)^(qū)97a、 97b。進(jìn)入?yún)^(qū)97a在環(huán)形主管9外側(cè)并在上部結(jié)構(gòu)89的外周界91內(nèi)側(cè)。與 12個固料噴槍5a、 5b相應(yīng)，總共具有12個進(jìn)入?yún)^(qū)97a。進(jìn)入?yún)^(qū)97a能實(shí)現(xiàn) 固料噴槍5a、 5b的移除和替換。
進(jìn)入?yún)^(qū)97b在環(huán)形主管9的內(nèi)側(cè)。與4個氣體噴槍7相應(yīng)，總共具有4 個進(jìn)入?yún)^(qū)97b。進(jìn)入?yún)^(qū)97b能實(shí)現(xiàn)氣體噴槍7的移除和替換。
廢氣管組件的該對廢氣管ll使得在于容器3中運(yùn)行的HIsmelt工藝 中產(chǎn)生的廢氣能從容器3中流出，以在釋放到大氣之前，用于下游的處理。
如上文所述，HIsmelt工藝優(yōu)選利用空氣或富氧空氣運(yùn)行，因此產(chǎn) 生相當(dāng)大體積的廢氣，需要相對大直徑的廢氣管ll。
廢氣管11從側(cè)壁25的上段31相對于水平成7。角延伸。
如在圖11和圖12中能最好地看到，當(dāng)從容器3上方觀看時，廢氣管 ll呈現(xiàn)V形形狀。廢氣管11的縱軸線X成66.32。的角度。廢氣管被定位 成使得管11的中心軸線X彼此相交，并且相交在從容器3的中垂軸線105 延伸的射線L上的點(diǎn)lOl。換言之，廢氣管11的軸線X不是自容器3的中 垂軸線105的射線。
參照圖1和圖2，直接熔煉設(shè)備包括與每個廢氣管ll相連的分離的 廢氣罩107，以冷卻來自容器3的廢氣。廢氣罩107從廢氣管11的出口端 垂直向上延伸。廢氣罩107經(jīng)由與通過罩的水/蒸汽的熱交換來將來自容 器3的廢氣冷卻到900-1100。C量級的溫度。
進(jìn)一步參照圖1和圖2，直接熔煉設(shè)備還包括與每個廢氣罩107相連 的分離的廢氣洗滌器109，用以從冷卻廢氣中除去微粒。另外，每個廢 氣罩107連接到流動控制閥(未示出)，該流動控制閥控制來自容器并通過廢氣罩107的廢氣的流動。流動控制閥可與廢氣洗滌器109合并。
進(jìn)一步參照圖1和圖2，直接熔煉設(shè)備還包括與兩個廢氣洗滌器109 相連的單個冷卻器lll。在使用中，廢氣冷卻器lll接收來自兩個廢氣 洗滌器109的洗滌過的廢氣流，并將廢氣冷卻到25-4(TC量級的溫度。
在使用中，對來自廢氣冷卻器lll的冷卻廢氣根據(jù)需要進(jìn)行處理， 例如通過被用作爐(未示出)或廢熱鍋爐(未示出)中的燃?xì)猓詮?廢氣中重新獲得化學(xué)能，并在此之后作為清潔廢氣被釋放到大氣中。
直接熔煉設(shè)備還包括出金屬組件，該出金屬組件包括前爐13，用 來從容器3中連續(xù)地出熔融鐵。在熔煉操作期間生產(chǎn)的熱金屬從容器3 中通過前爐13以及連接到前爐13的熱金屬流槽(未示出)排出。熱金 屬流槽的出口端設(shè)置在熱金屬水包站(未示出)之上，以將熔融金屬 向下地供給到位于站中的水包。
直接熔煉設(shè)備還包括最終出金屬組件，用來在熔煉操作結(jié)束時從 容器3中出熔融鐵，使熔融鐵離開容器3的下部，并將熔融鐵從容器3運(yùn) 走。最終出金屬組件包括位于容器3中的多個最終出金屬孔15。
直接熔煉設(shè)備還包括出熔渣組件，用來在熔煉操作期間定期地從 容器的下部從容器3中出熔渣，并將熔渣從容器3送走。出熔渣組件包 括多個位于容器3中的熔渣槽17。
直接熔煉設(shè)備還包括最終出熔渣組件，用來在熔煉操作結(jié)束時從 容器3中出熔渣。最終出熔渣組件包括多個位于容器3中的出熔渣口19。
在根據(jù)HIsmelt工藝的熔煉操作中，鐵礦粉和合適的運(yùn)載氣體以及 煤和合適的運(yùn)載氣體通過噴槍5a、 5b噴射入熔池中。固體材料和運(yùn)載氣 體的動量使得固體材料滲入熔池41的金屬層中。煤被除去揮發(fā)成份，從而在金屬層中產(chǎn)生氣體。碳部分地溶解在金屬中并部分地保持為固 體碳。
鐵礦粉被熔煉成熔融鐵，并且熔煉反應(yīng)生成一氧化碳。將熔融鐵 經(jīng)由前爐13從容器3中連續(xù)移除。
定期地將熔渣經(jīng)由熔渣槽17從容器3中移除。
被運(yùn)送到金屬層中以及通過除去揮發(fā)作用和熔煉反應(yīng)所生成的氣 體引起熔融金屬、固體碳和熔渣(由于固體/氣體/噴射的結(jié)果而被吸入 金屬層中)從金屬層中的顯著浮升，這導(dǎo)致了熔融金屬和熔渣的飛濺、 液滴和液流的向上運(yùn)動，并且當(dāng)這些飛濺、液滴和液流移動通過熔渣 層時它們會夾帶熔渣。熔融金屬、固體碳和熔渣的浮升導(dǎo)致了熔渣層 的明顯攪拌，其結(jié)果是熔渣層體積擴(kuò)大。另外，由熔融金屬、固體碳 和熔渣的浮升而導(dǎo)致的熔融金屬和熔渣的飛濺、液滴和液流的向上運(yùn) 動延伸到熔池上方的空間中并且形成了上述的噴泉。
含氧氣體經(jīng)由氣體噴槍7噴射入噴泉使得在容器3中的諸如一氧化 碳和氫氣的反應(yīng)氣體后燃。當(dāng)熔融材料回落到熔池中時，通過該后燃 產(chǎn)生的熱量被傳遞到熔池。
由容器3中的反應(yīng)氣體后燃所產(chǎn)生的廢氣通過廢氣管11從容器3中 被帶走。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對上述本發(fā)明的實(shí)施 例作出許多變形。
作為示例，盡管上述實(shí)施例包括2個廢氣管11，但是本發(fā)明不限于 這個數(shù)目的廢氣管ll，而是擴(kuò)展到任意合適數(shù)目的廢氣管ll。此外，盡管上述實(shí)施例包括用來將含氧氣體輸送到氣體噴槍7的環(huán) 形主管9，但是本發(fā)明不限于這種設(shè)置，而是擴(kuò)展到任意合適的氣體輸 送組件。
此外，盡管上述實(shí)施例包括4個氣體噴槍7，但是本發(fā)明不限于這 種噴槍7的數(shù)目和設(shè)置，而是擴(kuò)展到噴槍7的任意合適數(shù)目和設(shè)置。
此外，盡管上述實(shí)施例包括12個固料噴槍5a、 5b，其中8個噴槍5a 為成對布置的鐵礦噴槍，而其余4個噴槍5b為煤噴槍，但是本發(fā)明不限 于這種噴槍5a、 5b的數(shù)目和布置。
此外，盡管上述實(shí)施例包括用來從容器3中連續(xù)出熔融鐵的前爐 13，但是本發(fā)明不限于前爐的使用以及連續(xù)出熔融鐵。
權(quán)利要求
1. 一種直接熔煉設(shè)備，該直接熔煉設(shè)備用于使用基于熔池的直接熔煉工藝由含金屬供給材料來生產(chǎn)熔融金屬，所述直接熔煉設(shè)備包括(a)固定的直接熔煉容器，用來容納金屬和熔渣的熔池以及在所述池上方的氣體空間，所述容器包括爐缸和側(cè)壁，該側(cè)壁包括(i)下圓柱段，(ii)上圓柱段，該上圓柱段比下段具有更小的直徑，以及(iii)過渡段，該過渡段使上段和下段互連；(b)固料供給組件，用來將包括含金屬供給材料和含碳材料的固體供給材料從遠(yuǎn)離所述容器的固體供給材料供給位置供給到所述容器中；(c)含氧氣體供給組件，用來將含氧氣體從遠(yuǎn)離所述容器的含氧氣體供給位置供給到所述容器中，所述含氧氣體供給組件包括(i)氣體噴射組件，該氣體噴射組件包括多個氣體噴槍，所述多個氣體噴槍用來將含氧氣體噴射入所述容器中并且通過所述容器的側(cè)壁的過渡段中的開口向下延伸，以及(ii)氣體輸送管組件，該氣體輸送管組件從遠(yuǎn)離所述容器的氣體供給位置延伸以將含氧氣體輸送到所述氣體噴射組件；(d)廢氣管組件，用來促使廢氣從所述容器流出；(e)出金屬組件，用來在熔煉操作期間從所述池出熔融金屬；以及(f)出熔渣組件，用來在熔煉操作期間從所述池出熔渣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中每個氣體噴槍被布置成向所 述容器的中心垂直孔的下方和外側(cè)引導(dǎo)氣流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每個氣體噴槍被布置成朝向 所述容器的側(cè)壁向下和向外地引導(dǎo)氣流。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中每個氣體噴槍被定位成使得所述噴槍向下指向所述容器中，并相對于所述容器中的 垂直面和徑向面成一角度，從而來自所述噴槍的氣流的流動方向具有 徑向分量和周向分量。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中每個氣體噴槍 被定位成使得所述噴槍向下指向所述容器中，并且所述噴槍的軸線被定位在相對于所述容器中的徑向面成40°與80。之間的角度延伸的垂直 面內(nèi)，并且所述噴槍的軸線在所述垂直面內(nèi)相對于水平面成40與80 度之間的角度延伸。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中每個氣體噴槍 的出口端位于所述容器中在一假想圓的圓周上，所述假想圓具有比所 述容器的側(cè)壁的上圓柱段的直徑更大的直徑。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中每個氣體噴槍 在所述容器內(nèi)的位置通過如下方式確定(a) 垂直定位所述噴槍，使所述噴槍的尖端處在所需的位置中，然后，(b) 在噴槍尖端固定的情況下，在垂直面中將所述噴槍樞轉(zhuǎn) 30-40°，更優(yōu)選地35。，該垂直面與所述尖端相交并垂直于與噴槍尖端 相交的徑向面，然后，(c) 在噴槍尖端固定的情況下，將所述噴槍朝向所述徑向面向外 旋轉(zhuǎn)25-35°，更優(yōu)選地30。。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述過渡段是 截頭圓錐形的。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中用于所述氣體 噴槍的噴槍開口位于所述容器的相同高度處，并繞所述容器的側(cè)壁的 周界以等間距的間隔設(shè)置。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述含金屬 材料包括鐵礦石。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述含碳材 料包括煤。
全文摘要
公開了一種直接熔煉設(shè)備，該直接熔煉設(shè)備用于使用基于熔池的直接熔煉工藝由含金屬供給材料來生產(chǎn)熔融金屬。該設(shè)備包括多個氣體噴槍，所述多個氣體噴槍用來將含氧氣體噴射入容器中并且通過直接熔煉容器的側(cè)壁中的開口向下延伸。
文檔編號C21C5/35GK101432446SQ200780015609
公開日2009年5月13日 申請日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者羅德尼·詹姆士·德賴, 馬克·哈頓, 馬克·普雷斯頓·戴維斯 申請人:技術(shù)資源有限公司