專利名稱：直接熔煉方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于直接熔煉含金屬材料的方法和裝置。本發(fā)明還涉及直接熔煉設(shè)備。
背景技術(shù)：
在以申請人的名義的國際申請PCT/AU96/00197(W096/31627)中描述一種已知的用于含金屬材料的直接熔煉方法，所述方法主要依賴熔池作為熔煉媒介，且這通常被稱為 HIsmelt 工藝。如在所述國際申請中、在直接熔煉以氧化鐵形式的含金屬材料并產(chǎn)生熔融鐵的上下文中描述的HIsmelt工藝包括如下步驟(a)在容器中形成熔融鐵和熔渣的熔池；(b)將以下材料注射到熔池中⑴含金屬材料，典型地為氧化鐵；和( )固體含碳材料，典型地為焦炭(coal)，所述固體含碳材料作為氧化鐵的還原劑和能量來源；以及(c)在熔融鐵熔池中將含金屬材料熔煉成鐵。這里術(shù)語“熔煉”被理解為表示其中發(fā)生還原金屬氧化物的化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生熔融金屬的熱處理。HIsmelt工藝還包括在熔池的上方空間中利用典型地為空氣的含氧氣體進行后燃燒從熔池釋放出的反應(yīng)氣體，例如CO和吐；以及將通過后燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞至熔池， 以貢獻于熔煉含金屬材料所需的熱能。HIsmelt工藝還包括在熔池的標(biāo)稱靜態(tài)表面上方形成過渡區(qū)域，在所述過渡區(qū)域中存在適量的上升的并且此后下降的熔融金屬和/或熔渣的小滴或飛濺或者流體，所述小滴或飛濺或者流體提供用于將由熔池上方的后燃燒反應(yīng)氣體所產(chǎn)生的熱能傳遞到熔池的有效媒介。在HIsmelt工藝中，含金屬材料和固體含碳材料通過許多固體注射噴槍(有時稱為“鼓風(fēng)口”)被注射進熔池，所述固體注射噴槍相對于豎直方向傾斜以向下且向內(nèi)延伸穿過直接熔煉容器的側(cè)壁并且伸入容器的較低區(qū)域，以便將至少部分固體材料送至位于容器的底部的熔融金屬層中。為了促進在容器的上部的反應(yīng)氣體的后燃燒，可能富含氧氣的一股熱空氣通過向下延伸的熱空氣注射噴槍被注射到容器的上部區(qū)域。在容器中由反應(yīng)氣體的后燃燒產(chǎn)生的廢氣通過廢氣導(dǎo)管從容器的上部區(qū)域被排出。容器包括位于側(cè)壁中的耐火內(nèi)襯水冷式面板以及容器的頂部，并且水通過水冷板在連續(xù)的回路中被連續(xù)地循環(huán)。HIsmelt工藝使得通過含金屬材料的直接熔煉能生產(chǎn)大量熔融鐵。為了達到這樣的生產(chǎn)水平，大量的含金屬材料和含碳材料必須被供應(yīng)至容器。以上描述在澳大利亞或其它地區(qū)不能被視為是對公知常識的承認。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于直接熔煉含金屬材料的有效的方法和裝置。具體來說，本發(fā)明針對在所述方法的進程期間將包括含金屬材料和含碳材料的固體供給材料注射入直接熔煉容器中的位于所述容器中的熔池的金屬層中相對較小的區(qū)域中，以產(chǎn)生出進入容器中熔池上方的區(qū)域的來自金屬層的熔融材料和氣體的大致向上運動。具體來說，本發(fā)明通過一對相對的噴槍以足夠的動量和/或速度注射固體供給材料，所述相對的噴槍在容器中被定向并且被布置成在熔池中形成所注射的材料形成的重疊的卷流(plumes)。本發(fā)明提供用于在直接熔煉容器中直接熔煉例如以氧化鐵形式的含金屬材料并且產(chǎn)生熔融金屬的基于熔池的方法，所述方法包括通過向下且向內(nèi)延伸的至少一對相對的注射噴槍將固體含金屬材料和固體含碳材料注射入在所述直接熔煉容器中的熔池，并且在所述至少一對相對的噴槍中的所述噴槍的縱軸線在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交，由此來自所述噴槍的所注射的材料形成的卷流在所述熔池中的金屬層的中央?yún)^(qū)域中重疊，并且在所述金屬層中所述含金屬材料至少大體上熔融，并且存在從所述金屬層的所述中央?yún)^(qū)域的熔融金屬和氣體的向上運動。在本文中術(shù)語“所注射的材料形成的卷流”被理解為描述(a)所注射入的含金屬材料和固體含碳材料構(gòu)成的流以及(b)通過噴槍進入直接熔煉容器的這種注射的所產(chǎn)生的產(chǎn)物構(gòu)成的流。產(chǎn)物包括，例如，從含碳材料中釋放的揮發(fā)物以及反應(yīng)產(chǎn)物例如0)、0)2和 H2O。優(yōu)選地，所述噴槍的縱軸線在容器的底面的上方相交。從所述容器的底面起測量，所述噴槍的縱軸線可以在所述熔池中的所述金屬層的上部的四分之三范圍內(nèi)相交。換句話說，噴槍的縱軸線不在容器的底面的上方的金屬層的首個四分之一范圍內(nèi)相交。因此，來自噴槍的所注射的材料在金屬層的上面的四分之三范圍內(nèi)反應(yīng)。實際上，金屬層的首個四分之一作為底面和重疊卷流之間的緩沖。從所述容器的底面起測量，所述噴槍的縱軸線可以在所述熔池中的所述金屬層的上面的二分之一范圍內(nèi)相交。噴槍可以延伸穿過容器的側(cè)壁。所述方法可以包括對所注射的材料的動量和/或速度進行選擇以穿入熔池到達金屬層的中央?yún)^(qū)域。所述含金屬材料和所述含碳材料可以通過氣動方式被注射入所述熔煉容器中，由此所述材料被夾帶在載氣中。所述方法可以在通過所述噴槍注射的所述含金屬材料進入所述熔池的熔渣區(qū)域之前，以重量計，使所述含金屬材料的至少75%熔融。所述方法可以在通過所述噴槍注射的所述含金屬材料進入所述熔池的熔渣區(qū)域之前，以重量計，使所述含金屬材料的至少90%熔融。以重量計，可以通過所述噴槍將在所述方法期間被供應(yīng)至所述直接熔煉容器的所述含金屬材料和所述含碳材料的至少75%注射入所述容器。所述方法可以在高于大氣壓的壓力下操作。所述方法可以在0.5巴表壓(bar g)至1. 2巴表壓之間的壓力范圍內(nèi)操作，并且優(yōu)選在0.6巴表壓至1.0巴表壓之間的壓力范圍內(nèi)操作。所述方法可以包括通過噴槍注射熱的含金屬材料。當(dāng)含金屬材料是鐵礦石時，所述方法可以包括通過噴槍注射溫度為至少500°C的鐵礦石。所述方法可以包括從所述噴槍向所述直接熔煉容器的豎直中心線注射所述含金屬材料和所述含碳材料。來自金屬層的熔融金屬和氣體的向上運動可以延伸至容器的上部區(qū)域，所述上部區(qū)域是容器的氣體空間。進入所述容器的上部區(qū)域的來自所述金屬層的熔融金屬和氣體的所述向上運動可以足以潤濕形成所述直接熔煉容器的側(cè)壁并且可選地形成所述直接熔煉容器的頂部的水冷式面板，潤濕程度使得通過所述面板的熱量損失小于面板的3000kW/m2，并且優(yōu)選小于面板的2000kW/m2。此外，進入所述容器的上部區(qū)域的來自所述金屬層的熔融金屬和氣體的所述向上運動可以足以在所述熔池中引起相當(dāng)大的攪動并促使熱量從所述上部區(qū)域傳遞至所述熔池。所述方法還包括在所述方法期間通過至少一個附加的噴槍將所述含碳材料注射至所述直接熔煉容器中。在所述方法的正常操作條件期間可能不需要通過此噴槍注射含碳材料，而可能例如僅僅在開始期間或在進程中存在擾動的情況下需要通過此噴槍注射含碳材料。容器可以是封閉式的容器，帶有頂部、爐底區(qū)域以及熔池和頂部之間的氣態(tài)區(qū)域， 所述爐底區(qū)域在容器的基部，用于容納熔池。含金屬材料可以是鐵礦石，例如鐵礦石粉。含碳材料可以是焦炭。所述方法可以包括將至少100噸/小時的鐵礦石和至少60噸/小時的焦炭注射
至所述直接熔煉容器中并且產(chǎn)生至少60噸/小時熔融鐵。本發(fā)明還提供用于在直接熔煉容器中直接熔煉例如以氧化鐵形式的含金屬材料并且產(chǎn)生熔融金屬的基于熔池的方法，所述方法包括通過向下且向內(nèi)延伸的至少一對相對的注射噴槍將固體含金屬材料和固體含碳材料以氣動方式注射入在所述直接熔煉容器中的熔池中，由此從所述噴槍以氣動方式所注射的材料形成的卷流在所述熔池中在處于靜態(tài)條件下的熔融金屬和熔融熔渣的標(biāo)稱交界面的下方聚結(jié)(coalesce)，由此產(chǎn)生出從所述熔池的金屬層的熔融材料和氣體的相當(dāng)大的向上運動。所述噴槍在所述容器中被定向成使得所述注射噴槍的縱軸線在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交。優(yōu)選地，噴槍的縱軸線在容器的底面的上方相交。從所述容器的底面起測量，所述噴槍的縱軸線可以在所述熔池中的所述金屬層的上面的四分之三范圍內(nèi)相交。因此，來自噴槍的被注射的材料在該金屬層的上面的四分之三范圍內(nèi)聚結(jié)。實際上，金屬層的此首個四分之一作為底面和重疊卷流之間的緩沖。從所述容器的底面起測量，所述噴槍的縱軸線可以在所述熔池中的所述金屬層的上面的二分之一范圍內(nèi)相交。所述方法可以包括對所注射的材料的動量和/或速度進行選擇，以使所注射的材料穿入所述熔池并在所述熔池中在處于靜態(tài)條件下的熔融金屬和熔融熔渣的所述標(biāo)稱交界面的下方聚結(jié)，并由此產(chǎn)生出來自所述熔池的所述金屬層的熔融材料和氣體的所述相當(dāng)大的向上運動。所注射的材料的足夠的動量可以是形成所述卷流的氣體和/或含金屬材料和/或 含碳材料的平均動量。含金屬材料的平均動量可以基于含金屬材料的平均粒徑。含碳材料的平均動量可以基于含碳材料的平均粒徑。足夠的動量和/或足夠的速度可以是在卷流中的含金屬材料的顆粒的動量或速/又。足夠的動量和/或足夠的速度可以是在卷流中的含金屬材料的顆粒的平均動量 或平均速度。足夠的動量和/或足夠的速度可以是在卷流中的含碳材料的顆粒的動量或速度。足夠的動量和/或足夠的速度可以是在卷流中的含碳材料的顆粒的平均動量或 平均速度。 所述方法可以在高于大氣壓的壓力下操作。所述方法可以在0.5巴表壓至1.2巴表壓的壓力范圍內(nèi)操作，并且優(yōu)選在0.6至 1.0巴表壓之間。來自金屬層的熔融材料和氣體的向上運動可以延伸至容器的上部區(qū)域，該上部區(qū) 域是容器的氣體空間。進入所述容器的上部區(qū)域的來自所述金屬層的熔融金屬和氣體的所述向上運動 可以足以潤濕形成所述直接熔煉容器的側(cè)壁并且可選地形成所述直接熔煉容器的頂部的 水冷式面板，潤濕程度使得通過所述面板的熱量損失小于面板的3000kW/m2，并且優(yōu)選小 于面板的2000kW/m2。此外，進入所述容器的上部區(qū)域的來自所述金屬層的熔融金屬和氣體的所述向上 運動可以足以在所述熔池中引起相當(dāng)大的攪動并促使熱量從所述上部區(qū)域傳遞至所述熔 池。本發(fā)明還提供ー種直接熔煉裝置，所述直接熔煉裝置用于直接熔煉例如以氧化鐵 形式的含金屬材料并且產(chǎn)生熔融金屬，所述直接熔煉裝置包括(a)用于容納熔池的直接熔煉容器，所述容器包括(i)至少ー對相対的噴槍，所述 至少ー對相對的噴槍用于在直接熔煉方法期間將固體含金屬材料和固體含碳材料注射入 所述熔池中，并且在所述至少一對相對的噴槍中的所述噴槍的縱軸線在所述容器的底面的 位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交，和(ii)至少ー個附加的噴槍，所述 至少ー個附加的噴槍用于在所述方法的開始期間將固體含碳材料注射入所述容器中；以及(b)材料供應(yīng)裝置，所述材料供應(yīng)裝置用于將固體含金屬材料和固體含碳材料供 應(yīng)至所述至少ー對噴槍。優(yōu)選地，所述相對的噴槍在所述容器的底面的上方相交。從所述容器的底面起測量，所述相對的噴槍的縱軸線可以在所述熔池中的所述金 屬層的上面的四分之三范圍內(nèi)相交。換句話說，噴槍的縱軸線不在容器的底面的上方的金 屬層的首個四分之ー范圍內(nèi)相交。因此，來自噴槍的被注射的材料在金屬層的上面的四分 之三范圍內(nèi)反應(yīng)。實際上，金屬層的首個四分之一作為底面和重疊卷流之間的緩沖。從所述容器的底面起測量，所述相對的噴槍的縱軸線可以在所述熔池中的所述金屬層的上面的二分之一范圍內(nèi)相交。相對的噴槍延伸穿過容器的側(cè)壁。用于所述對噴槍的所述材料供應(yīng)裝置包括(i)第一固體供應(yīng)管線，所述第一固體供應(yīng)管線用于將加熱的固體含金屬材料從分配/計量單元輸送至所述至少一對噴槍中的至少一個噴槍的入口端；以及(ii)用于供應(yīng)固體含碳材料的組件，其用于將固體含碳材料從分配/計量單元直接供應(yīng)至所述噴槍，或供應(yīng)到位于所述礦石分配/計量單元的下游的所述第一固體供應(yīng)管線，使得能夠從所述噴槍將加熱的含金屬材料和含碳材料共同注射入所述容器中。所述容器在所述容器的爐底區(qū)域內(nèi)具有5m的最小直徑。所述容器在所述容器的爐底區(qū)域內(nèi)具有6m的最小直徑。在所述至少一對噴槍中的每個噴槍可以與豎直方向成小于50°的角度。用于在所述方法開始期間注射含碳材料的所述附加的噴槍可以與豎直方向成至少50°的角度。存在許多與用于供應(yīng)固體含碳材料的組件的位置相關(guān)的因素。相關(guān)因素包括可能堵塞所述管線的焦油的形成和早于材料進入容器發(fā)生在加熱的含金屬材料和含碳材料之間的過早反應(yīng)。在2009年9月16日以申請人的名義提交的國際申請PCT/AU2009/001221中，存在材料供應(yīng)裝置的更詳細的描述，并且所述國際申請的說明書的發(fā)明內(nèi)容通過交叉引用并入本文。本發(fā)明還提供直接熔煉設(shè)備，所述直接熔煉設(shè)備包括(a)上文所述的直接熔煉容器；(b)預(yù)處理單元，例如預(yù)加熱器，所述預(yù)處理單元用于加熱固體含金屬材料；(c)用于加熱的含金屬材料的分配/計量單元；(d)用于固體含碳材料的分配/計量單元；以及(e)上文所述的材料供應(yīng)裝置。


僅通過舉例的方式參考附圖進一步描述本發(fā)明，在附圖中圖1是通過根據(jù)本發(fā)明的直接熔煉容器的一個實施例的豎直截面視圖；圖2是沿圖1中的線2-2的截面視圖，該圖示出根據(jù)本發(fā)明的直接熔煉方法的一個實施例的所注射材料形成的重疊的卷流，以及圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的直接熔煉設(shè)備的一個實施例的示意視圖。
具體實施例方式圖1示出構(gòu)成特別適合用于進行如在國際申請PCT/AU96/00197中所描述的 HIsmelt工藝的設(shè)備的一部分的直接熔煉容器11。主題方法能夠被視為如國際申請中所描述的HIsmelt工藝的一種形式。下文的描述是在根據(jù)HIsmelt工藝熔煉以鐵礦石粉形式的含金屬材料以產(chǎn)生熔融鐵的上下文中進行的。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明不局限于鐵礦石，而是適用于熔煉以任何形式的材料的任何含金屬材料。礦石是一種形式的含金屬材料的例子。本發(fā)明還擴展至其它形式，包括例如部分還原的礦石和含金屬的廢物流。容器11具有用于容納鐵和熔渣的熔池的爐底，該爐底包括基底12和由耐火磚形成的側(cè)部13 ；側(cè)壁14 ；所述側(cè)壁形成從爐底的側(cè)部13向上延伸的大體柱狀的筒；以及頂部 17。側(cè)壁14和頂部17包含用于從側(cè)壁14和頂部17傳遞熱量的水冷式面板(未示出)。 面板的水冷卻是用于控制側(cè)壁14和頂部17的溫度并且用于保證溫度不升高至影響側(cè)壁14 和頂部15的完整性的水平的主要的機構(gòu)。容器11還設(shè)有前爐床19以及出鐵口 21，在熔煉期間熔融鐵通過所述前爐床19被連續(xù)地排出，在熔煉期間熔融的熔渣通過所述出鐵口 21 被定期地排出。頂部17設(shè)有出口 18，廢氣通過所述出口被排出。在根據(jù)本發(fā)明的方法使用容器11來熔煉鐵礦石粉以產(chǎn)生熔融鐵的過程中，容器 11容納鐵和熔渣的熔池，所述鐵和熔渣的熔池包括主要是熔融鐵的鐵層22以及位于鐵層 22上的主要是熔融的熔渣的熔渣層23。由箭頭M表示鐵層22的標(biāo)稱靜態(tài)表面的位置。由箭頭25表示熔渣層23的標(biāo)稱靜態(tài)表面的位置。術(shù)語“靜態(tài)表面”被理解為表示當(dāng)沒有氣體和固體注射入容器11中時的表面。在正常操作條件下，所述方法在0.5巴表壓(bar g) 至1. 2巴表壓之間的氣壓范圍內(nèi)操作，并且優(yōu)選在0. 6巴表壓至1. 0巴表壓之間的氣壓范圍內(nèi)操作。容器11設(shè)有固體注射噴槍27，所述固體注射噴槍27向下且向內(nèi)延伸穿過位于容器的側(cè)壁14中的開口(未示出)并且進入熔渣層23。在所述容器內(nèi)所述噴槍27被定向成使得在所述方法的操作期間噴槍27的出口端觀位于鐵層22的表面的上方。噴槍27的這個位置減少由于與熔融金屬接觸而毀壞的風(fēng)險， 并且還可以通過強制的內(nèi)部水冷卻來冷卻噴槍而不存在水接觸在容器11中的熔融金屬的重大風(fēng)險。在使用中，在正常操作條件下，以鐵礦石粉形式的固體供給材料、固體含碳材料 (例如焦炭或焦炭渣)以及熔劑通過注射噴槍27的出口端觀以足以穿入鐵層22的動量和/或速度被共同注射入熔池。鐵礦石粉、固體含碳材料和熔劑被夾帶在例如氮的貧氧載氣中。焦炭被除去易揮發(fā)性物質(zhì)并且因此產(chǎn)生氣體。碳部分地溶解到金屬中，并且部分地保持為固體碳。鐵礦石被熔煉為金屬并且熔煉反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳氣體。傳送至鐵層22的氣體以及通過揮發(fā)和熔煉產(chǎn)生的氣體使來自熔池中的熔融材料(包括金屬和熔渣)和固體碳以及氣體產(chǎn)生顯著的浮力上升。浮力上升產(chǎn)生熔融材料和氣體的飛濺、小滴和流體的向上運動進入容器的上部區(qū)域83，即上部氣體空間。在圖1中向上運動被示出為由附圖標(biāo)記 69表示的區(qū)域。浮力上升同樣引起熔池中相當(dāng)大的攪動，并且因此使熔池膨脹。攪動的程度使得熔融材料在熔池中強烈地混合達到存在合理的均勻溫度的程度，典型地整個熔池溫度為1450°C -1550°C帶有大約30°C的溫度變化。參考圖2，噴槍27包括一對在直徑上相對的噴槍27a，所述一對在直徑上相對的噴槍27a典型地以相對于豎直方向45°的角度向下且向內(nèi)延伸穿過容器11的側(cè)壁14。注射噴槍27a在容器11內(nèi)被定向成使得從容器11的基底12的底面83起測量，噴槍27a的縱軸線81在鐵層22的中央?yún)^(qū)域中在鐵層22的頂部的四分之三內(nèi)相交，優(yōu)選在鐵層22的頂部的一半內(nèi)相交。在使用中，在正常操作條件下，鐵礦石粉和固體含碳材料的羽流71通過噴槍27a以足夠的動量和/或足夠的速度被注射，使得卷流的端部在鐵層22的中央?yún)^(qū)域重疊(即，可以說卷流在中央?yún)^(qū)域相交或者可以說卷流在中央?yún)^(qū)域聚結(jié))。申請人:相信，與等量的卷流被注射入熔池但是不重疊的情況相比較，鐵礦石粉和含碳材料的兩個重疊的卷流在熔池的局部區(qū)域產(chǎn)生更強烈的湍流。來自噴槍27a的每個卷流71包含(a)被注射入的含金屬材料和固體含碳材料構(gòu)成的流以及(b)通過噴槍27a進入直接熔煉容器的這種注射的所產(chǎn)生的產(chǎn)物構(gòu)成的流。產(chǎn)物包括，例如，從含碳材料中釋放的揮發(fā)物以及反應(yīng)產(chǎn)物例如CO、CO2和H20。如上文所述， 被注射入的材料和從注射產(chǎn)生的產(chǎn)物引起熔融材料、固體碳以及氣體從金屬層22的中央?yún)^(qū)域向容器11的上部區(qū)域83的強烈的向上運動。憑借注射和穿入進入熔融鐵層22的濃度的來自鐵層22的熔融材料、固體碳以及氣體的向上運動足以潤濕形成容器11的側(cè)壁14 和頂部15的水冷式面板，潤濕程度使熱量損失最小即通過面板的熱量損失小于面板的 3000kW/m2，更優(yōu)選小于面板的2000kW/m2，并且所述向上運動引起相當(dāng)大的攪動。此外，來自鐵層22的熔融材料和固體碳和氣體的該向上運動引起熔池中的相當(dāng)大的攪動并且促使熱量從容器11的上部區(qū)域傳遞至熔池。典型地，對于帶有具有至少5m直徑的爐底并且產(chǎn)生至少60噸/小時的熔融鐵的容器，重疊的卷流71低于在鐵層22和熔渣層23之間的靜態(tài)界面M至少400mm。典型地， 在該容器尺寸和生產(chǎn)速率的條件下，重疊的卷流71在容器的豎直中心線的200mm內(nèi)。進一步參考圖2，噴槍27還包括一對在直徑上相對的噴槍27b，該一對在直徑上相對的噴槍典型地以相對于豎直方向50°的角度向下且向內(nèi)延伸穿過容器11的側(cè)壁14。這些噴槍27b被設(shè)置成在工藝的開始期間，該噴槍27b將固體含碳材料注射入容器，固體含碳材料在工藝期間擾動使得含碳材料的這種注射恰當(dāng)。在所述方法的正常操作條件期間， 僅通過噴槍27a注射鐵礦石粉和固體含碳材料。容器11還具有氣體注射噴槍沈，用于將熱空氣的氣浪送至容器11的上部區(qū)域。 噴槍沈向下延伸穿過容器11的頂部17并進入容器11的上部區(qū)域。在使用中，注射噴槍 26通過熱空氣輸送管道(未示出)接收富含氧氣的熱空氣流，所述熱空氣輸送管道延伸自熱空氣供應(yīng)站(同樣未示出)。圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的直接熔煉設(shè)備的一個實施例。所述設(shè)備包括直接熔煉容器11。所述設(shè)備還包括預(yù)處理單元34，所述預(yù)處理單元34以預(yù)加熱器形式，所述預(yù)處理單元34用于加熱鐵礦石粉。所述設(shè)備還包括礦石分配/計量單元32，所述礦石分配/計量單元32用于分配來自于預(yù)加熱器34的加熱的礦石粉。礦石分配/計量單元32被構(gòu)造為分配帶有載氣的被加熱的鐵礦石粉，所述載氣典型地是氮氣。礦石分配/計量單元32能夠以多個儲器形式，允許被加熱的鐵礦石粉從標(biāo)準大氣壓條件被轉(zhuǎn)移至加壓載氣的環(huán)境。然而，為了本發(fā)明的目的，礦石分配/計量單元32 能夠被視為單獨的單元。在使用中，鐵礦石粉從原料堆(未示出)被輸送至預(yù)加熱器34并且預(yù)加熱器加熱所述鐵礦石粉。預(yù)加熱器34被布置成加熱鐵礦石粉使得鐵礦石粉在注射入容器11的點具有大約600°C至700°C的溫度。廢氣能夠被從出口 18供應(yīng)至預(yù)加熱器34，使得熱量能夠從廢氣傳遞至鐵礦石粉。預(yù)加熱器34被布置成將被加熱的鐵礦石粉供應(yīng)至礦石分配/計量單元32。所述設(shè)備還包括材料供應(yīng)裝置30，所述材料供應(yīng)裝置30用于將被加熱的鐵礦石粉和固體含碳材料(例如以焦炭的形式)供應(yīng)至噴槍27a。材料供應(yīng)裝置30包括第一供應(yīng)管線36，所述第一供應(yīng)管線36用于從礦石分配/ 計量單元32接收被加熱的鐵礦石粉并且用于將被加熱的鐵礦石粉輸送至噴槍27a中的一個。因此，在使用中，鐵礦石粉從礦石分配/計量單元32被排出進入供應(yīng)管線36，被輸送至注射噴槍27a并通過噴槍27a被注射入容器11。材料供應(yīng)裝置30還包括用于將含碳材料供應(yīng)至第一供應(yīng)管線36的組件，所述第一供應(yīng)管線36位于礦石分配/計量單元32的下游并且盡可能接近注射噴槍27a以便于將含碳材料和被加熱的鐵礦石粉共同注射入容器11。所述組件呈含碳材料分配組件38的形式，所述組件從原料堆(未示出)和第二供應(yīng)管線40接收含碳材料。含碳材料分配組件38能夠以多個儲器的形式，允許含碳材料從標(biāo)準大氣壓條件被轉(zhuǎn)移至加壓載氣的環(huán)境。然而，為了本發(fā)明的目的，含碳材料分配組件38能夠被視為單獨的單元。第一供應(yīng)管線36位于和容器11的基底12相似的高度。供應(yīng)管線36包括向上延伸段42，所述向上延伸段42將熱鐵礦石粉從與基底12高度相似的位置傳送到至少噴槍27a的入口的高度。供應(yīng)管線36還包括向下延伸段46，所述向下延伸段46將供應(yīng)管線與噴槍27a的入口端連接。如在圖3中所示，段46被形成為當(dāng)處于操作位置時與噴槍27a同軸。供應(yīng)管線36還包括向上延伸段48，所述向上延伸段48與段46同軸，并且形成用于使焦炭進入管線36的入口段。第二供應(yīng)管線40連接供應(yīng)管線36的段48并且因此靠近噴槍27a的入口與所述管線連接。在使用中，處于環(huán)境溫度的含碳材料從含碳材料分配組件38被排出至第二供應(yīng)管線40，然后進入第一供應(yīng)管線36的段48和46，并與被輸送至管線36的被加熱的鐵粉混合。相結(jié)合的被加熱的鐵礦石粉和含碳材料隨后通過供應(yīng)管線36的段46被輸送至噴槍27 的入口端，并且通過噴槍27a被共同注射入容器11中。因此，能夠看到，在使用中，鐵礦石粉在預(yù)加熱器34中被加熱至高溫。隨后鐵礦石粉沿著供應(yīng)管線36被輸送至噴槍27a。含碳材料與被加熱的鐵礦石粉一起盡可能接近注射噴槍27a的入口被注射入供應(yīng)管線36，以最小化形成焦油以及被加熱的鐵礦石粉之間的不期望的反應(yīng)的風(fēng)險。被加熱的鐵礦石粉和含碳材料被輸送至噴槍27a的入口端然后進入容器Il0在如在圖3中所示的位置的上游的的任意位置，含碳材料可以與被加熱的鐵礦石粉一起被注射入供應(yīng)管線36，只要該位置充分接近噴槍27a，使得存在形成焦油以及被加熱鐵礦石粉之間的不期望的反應(yīng)的最小風(fēng)險。典型地，所述位置能夠被期望是從噴槍27a 的入口端部開始的、供應(yīng)管線36的長度的50%范圍內(nèi)，其中所述管線的長度在所述位置和噴槍27a的入口端之間被測量。典型地，所述位置能夠被期望是至注射噴槍27a的入口端小于0.5秒的傳輸時間。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，能夠?qū)ι衔拿枋龅膶嵤├M行許多修改。通過舉例的方式，雖然參考附圖上文所述的直接熔煉容器的實施例包括一對噴槍 27a，但是本發(fā)明不局限于此并且擴展至包括兩對或更多對噴槍27a的布置。通過進一步舉例的方式，雖然上文所述的實施例在0. 5巴表壓至1. 2巴表壓之間的壓力范圍內(nèi)操作，但是本發(fā)明不局限于此壓力范圍而且此外不局限于在壓力下操作而可以在大氣壓下操作。通過進一步舉例的方式，雖然上文所述的實施例的側(cè)壁14和頂部17包含水冷式面板，但是本發(fā)明不局限于使用這些面板。例如，容器壁和頂部可以完全由耐火材料構(gòu)成。在所附的權(quán)利要求以及在本發(fā)明之前的描述中，除了內(nèi)容需要的地方，否則由于語言表達或必然含義，詞語“包括”或變型例如“包含”或“含有”以包容性的意思被使用，即表明所述特征的存在，但不排除在本發(fā)明的不同的實施例中其他特征的存在或附加。
權(quán)利要求
1.一種用于在直接熔煉容器中直接熔煉例如以氧化鐵形式的含金屬材料并且產(chǎn)生熔融金屬的基于熔池的方法，所述方法包括通過向下且向內(nèi)延伸的至少一對相對的注射噴槍將固體含金屬材料和固體含碳材料注射入在所述直接熔煉容器中的熔池，并且在所述至少一對相對的噴槍中的所述噴槍的縱軸線在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、 或在所述底面的下方相交，由此來自所述噴槍的所注射的材料形成的卷流在所述熔池中的金屬層的中央?yún)^(qū)域中重疊，并且在所述金屬層中所述含金屬材料至少大體上熔融，并且存在從所述金屬層的所述中央?yún)^(qū)域的熔融金屬和氣體的向上運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述噴槍的縱軸線在所述容器的底面的上方相交。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中從所述容器的底面起測量，所述噴槍的縱軸線在所述熔池中的所述金屬層的上部的四分之三范圍內(nèi)相交。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中所述含金屬材料和所述含碳材料以氣動方式被注射入所述熔煉容器中，由此所述材料被夾帶在載氣中。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，在經(jīng)由所述噴槍注射的所述含金屬材料通過進入所述熔池的熔渣區(qū)域之前，以重量計，使所述含金屬材料的至少75%熔融。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，包括以重量計，通過所述噴槍供應(yīng)在所述方法期間被供應(yīng)至所述直接熔煉容器的所述含金屬材料和所述含碳材料的至少75%。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，包括在0.5巴表壓至1. 2巴表壓之間的壓力范圍內(nèi)操作，并且優(yōu)選在0.6巴表壓至1.0巴表壓之間的壓力范圍內(nèi)操作。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，包括從所述噴槍向所述直接熔煉容器的豎直中心線注射所述含金屬材料和所述含碳材料。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中進入所述容器的上部區(qū)域的來自所述金屬層的熔融金屬和氣體的所述向上運動足以潤濕形成所述直接熔煉容器的側(cè)壁并且可選地形成所述直接熔煉容器的頂部的水冷式面板，潤濕程度使得通過所述面板的熱量損失小于面板的3000kW/m2，并且優(yōu)選小于面板的2000kW/m2。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中進入所述容器的上部區(qū)域的來自所述金屬層的熔融金屬和氣體的所述向上運動足以在所述熔池中引起相當(dāng)大的攪動并且促使熱量從所述上部區(qū)域傳遞至所述熔池。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，包括在所述方法期間通過至少一個附加的噴槍將所述含碳材料注射至所述直接熔煉容器中。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，包括將至少100噸/小時的鐵礦石和至少60噸/小時的焦炭注射至所述直接熔煉容器中并且產(chǎn)生出至少60噸/小時熔融鐵。
13.一種用于在直接熔煉容器中直接熔煉例如以氧化鐵形式的含金屬材料并且產(chǎn)生熔融金屬的基于熔池的方法，所述方法包括通過向下且向內(nèi)延伸的至少一對相對的注射噴槍將固體含金屬材料和固體含碳材料以氣動方式注射入在所述直接熔煉容器中的熔池中，由此從所述噴槍以氣動方式注射的材料形成的卷流在所述熔池中在處于靜態(tài)條件下的熔融金屬和熔融熔渣的標(biāo)稱交界面的下方聚結(jié)，由此產(chǎn)生出來自所述熔池的金屬層的熔融材料和氣體的相當(dāng)大的向上運動。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述噴槍在所述容器中被定向成使得所述噴槍的縱軸線在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中從所述容器的底面起測量，所述噴槍的縱軸線在所述熔池中的所述金屬層的上部的四分之三范圍內(nèi)相交。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中的任一項所述的方法，包括對所注射的材料的動量和/或速度進行選擇，以使所注射的材料穿入所述熔池并在所述熔池中在處于靜態(tài)條件下的熔融金屬和熔融熔渣的所述標(biāo)稱交界面的下方聚結(jié)，并由此產(chǎn)生出來自所述熔池的所述金屬層的熔融材料和氣體的所述相當(dāng)大的向上運動。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中的任一項所述的方法，其中所注射的材料的動量是形成所述卷流的氣體和/或含金屬材料和/或含碳材料的平均動量。
18.一種直接熔煉裝置，所述直接熔煉裝置用于直接熔煉例如以氧化鐵形式的含金屬材料并且產(chǎn)生出熔融金屬，所述直接熔煉裝置包括(a)用于容納熔池的直接熔煉容器，所述容器包括(i)至少一對相對的噴槍，所述至少一對相對的噴槍用于在直接熔煉方法期間將固體含金屬材料和固體含碳材料注射入所述熔池中，并且在所述至少一對相對的噴槍中的所述噴槍的縱軸線在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交，和(ii)至少一個附加的噴槍，所述至少一個附加的噴槍用于在所述方法的開始期間將固體含碳材料注射入所述容器中；以及(b)材料供應(yīng)裝置，所述材料供應(yīng)裝置用于將固體含金屬材料和固體含碳材料供應(yīng)至所述至少一對噴槍。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述相對的噴槍在所述容器的底面的上方相、-父。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中從所述容器的底面起測量，所述相對的噴槍的縱軸線在所述熔池中的所述金屬層的上部的四分之三范圍內(nèi)相交。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中的任一項所述的裝置，其中用于所述至少一對噴槍的所述材料供應(yīng)裝置包括(i)第一固體供應(yīng)管線，所述第一固體供應(yīng)管線用于將加熱的固體含金屬材料從分配 /計量單元輸送至所述至少一對噴槍中的至少一個噴槍的入口端；以及( )用于供應(yīng)固體含碳材料的組件，其用于將固體含碳材料從分配/計量單元直接供應(yīng)至所述噴槍，或供應(yīng)到位于所述礦石分配/計量單元的下游的所述第一固體供應(yīng)管線， 使得能夠從所述噴槍將加熱的含金屬材料和含碳材料共同注射入所述容器中。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中的任一項所述的裝置，其中所述容器在所述容器的爐底區(qū)域內(nèi)具有5m的最小直徑。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中的任一項所述的裝置，其中在所述至少一對噴槍中的每個噴槍與豎直方向成小于50°的角度。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至23中的任一項所述的裝置，其中用于在所述方法的開始期間注射含碳材料的所述附加的噴槍與豎直方向成至少50°的角度。
25.一種直接熔煉設(shè)備，所述直接熔煉設(shè)備包括(a)根據(jù)權(quán)利要求18至M中的任一項所述的直接熔煉容器；(b)預(yù)處理單元，例如預(yù)加熱器，所述預(yù)處理單元用于加熱固體含金屬材料；(c)用于加熱的含金屬材料的分配/計量單元；(d)用于固體含碳材料的分配/計量單元；以及(e)根據(jù)權(quán)利要求18至M中的任一項所述的材料供應(yīng)裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于直接熔煉含金屬材料的方法和裝置。本發(fā)明針對在所述方法的進程期間將包括含金屬材料和含碳材料的固體供給材料注射入直接熔煉容器中，使之位于所述容器中的熔池的金屬層內(nèi)相對較小的區(qū)域中，以產(chǎn)生進入位于所述容器中熔池上方的區(qū)域的來自金屬層的熔融材料和氣體的大致向上運動。具體來說，本發(fā)明通過一對相對的噴槍以足夠的動量和/或速度注射固體供給材料，所述一對相對的噴槍在所述容器中被定向并且被布置成用以在熔池中形成所注射的材料形成的重疊的卷流。
文檔編號C21B13/00GK102365373SQ201080014207
公開日2012年2月29日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者羅德尼·詹姆士·德里, 雅克·派洛特 申請人:技術(shù)資源有限公司