專利名稱:從自熔的或非自熔的自還原的結塊或礦石生產黑色或有色金屬的設備的制作方法
本發(fā)明涉及這樣一種冶金設備，通過還原由鐵礦石或氧化鐵或其它礦石或其它金屬氧化物所形之自熔的或非自熔的自還原的結塊，來生產生鐵、鑄鐵或其它澆注金屬合金;同時還涉及到對金屬爐料或金屬爐料再加上按任何配比的自還原結塊的簡易熔化方法，用以獲取這樣一類液態(tài)金屬，例如液態(tài)生鐵、液態(tài)鑄鐵或其它液態(tài)金屬合金。
在已知的用于制取生鐵的一些傳統(tǒng)工藝中，例如采用鼓風爐或電還原爐以及與之相類似的方法，從經過粒度調整的氧化鐵和鐵礦石開始，以及從常規(guī)的球團或其它傳統(tǒng)的結塊開始，通過用于這類爐子的典型作業(yè)，以獲得具有預定組成的固態(tài)或液態(tài)鐵。
在鼓風爐中，爐料包括分選過的礦石、球團、燒結塊與其它標準的結塊、焦炭與石灰石，此種爐料相續(xù)地加到頂部，形成一個連續(xù)的料柱。將大氣中的空氣引入到爐子的下部，此種空氣在再生式或非再生式加熱器中預熱至300到1200℃的某個溫度，通過此爐膛上部的一排風口。在這里，由于CO2與來自焦炭的碳起反應形成的一氧化碳之壓力，而形成了一個還原氣氛區(qū)域。該CO即與氧化鐵中的氧結合，使氧化鐵還原成金屬鐵而生產出生鐵。
這時的雜質，即礦渣與焦灰，形成一層浮置在在熔融生鐵表面上的較疏松的液態(tài)渣。
與加料方向逆流的氣體則將此爐料預熱并經頂部排出。這類氣體主要包含CO、CO2、N2與H2，此種氣體被輸送到再生式預熱器，作為助燃空氣進入爐中與其它加熱設備中。
本發(fā)明涉及到的設備包括一臺豎爐，得以在比采用常規(guī)鼓風爐與其它還原爐的傳統(tǒng)車間更有利的經濟條件下，為鑄造車間和冶金車間提供鑄鐵、生鐵和其它金屬合金。
對于標準的球團，是通過焦炭部分燃燒產生的CO來進行還原的。CO擴散入此種結塊中，按照反應MeO+CO→Me+CO2發(fā)生還原反應。上述反應下發(fā)生的CO2以逆于CO擴散的方向擴散。此種反應要求有一定的時間使CO完全擴散入礦石或常規(guī)的團球中，也就是要求采用對于其中的爐料能有較長停留時間的爐子，而這段時間在鼓風爐中屬典型的時間。
另一方面，自還原的球團則提供了更加有利于還原的條件。礦石或氧化物與細碎的木炭或焦炭之間的更緊密接觸則提供較短的反應時間，這是因為CO擴散入這種球團中的步驟是不需要的，而此種還原是由以下一些反應所發(fā)生的
在這個意義上，此類結塊本身在其中有碳存在的整個時期內，實際上提供了一個具有還原氣氛的半封閉系統(tǒng)。換言之，此種自述還原的結塊，正如它的名稱所表明的那樣，將在其中保留一種不取決于外部氣氛特征的自還原氣氛，這種外部氣氛是指存在于豎爐之內且由上流氣體提供的氣氛。
這樣，就可以把出現在爐子氣氛中的，以及來自燃料部分燃燒與來自這些球團內所發(fā)生之還原反應的CO轉變?yōu)橛糜谶@一過程的能量。
另一方面，在鼓風爐的熔化過程中，于作業(yè)期間由頂部加入的焦炭或另一種固體燃料，將隨著其余的爐料經過一個下降的路程，沿著逆向與下降的CO2按照CO2+C→2CO起反應，使得含碳材料有較高的消耗而未能有效地增進此還原一熔化過程的效益。要是能在實際過程中進行CO燃燒，就可獲得較高的效益，得以在化鐵爐中節(jié)省燃料焦炭，在鼓風爐中以及在用作還原/熔化目的或僅用作熔化任何其它金屬合金之豎爐中節(jié)省燃料與還原劑。
圖1表示實施本發(fā)明之豎爐的立面圖。
圖2表示通過圖1爐子中頂部-排風口的平面所截取的剖面圖。
實施本發(fā)明的此種豎爐具有這樣一些創(chuàng)新之處，即可使存在于其中的CO或任何其它上流的可燃氣體例如H2、CH4及類似的氣體易于燃燒，并能防止上述氣體與所用燃料或還原劑發(fā)生吸熱反應。這種新發(fā)展的爐子主要包括一臺錐形或柱形的爐身1，橫截面為圓形或任何其它形狀，在其頂部可有-加料門或加料裝置2以及-些氣體的出口，在本例中的這些氣體主要包括含量不等的CO2、CO、H2與N2，它們流經煙囪3或輸送至再生加熱室或同流換熱器，用于預熱鼓風空氣。
爐身1有一排或多排送風口4與5，它們將冷或熱的，富含氧或非富含氧的空氣供給由一氧化碳至二氧化碳(CO+ 1/2 O2→CO2)的燃燒反應，提供附加的熱量以加熱下述爐料，此種爐料包括自還原的，自熔或非自熔的礦石、生鐵、鐵屑、鑄造廠或鋼廠的廢料，以及上述成份按照從0至100%各種可能比例組成的任一種混合料。
爐膛8呈柱狀或錐狀，橫截面為圓形或任何其它形狀，它上部的徑度大于爐身1的徑度，所大出的程度要足以置入焦炭、木炭或任何其它固體燃料用的進料器6，此類進料器圍繞該爐膛分布，進料器的臺數要足以促進對燃料床7進行合適的加料。
爐膛8有一或多排送風口9，以便送入預熱或非預熱的富含或非富含氧的空氣，可同時注入或不同時注入液體、氣體或固體燃料，使空氣布散到上述進料器6之下，使燃料進行完全或部分燃燒，由此而為還原和/或熔化爐提供所需的熱能。此種爐身與爐膛可以設置有整體式或非整體式的耐火襯里10，能加以或不加以冷卻。爐膛8的底部能構成平齊形式，或者具有錐形升起部11，以便使燃料床有更好地分布，在這種情形下則能設置一可加壓或不加壓的虹吸管，或者甚至再設置一凹槽12，以便分離爐渣與熔融金屬。
熔融金屬與爐渣通過一個或一些澆注斜槽經爐膛的下部連續(xù)或間斷地排出該設備。
在這種類型的爐子中，燃料不是象常規(guī)工藝中那樣同爐料-道加入到爐身的頂部中的(雖然也可以如此做)，而更多的是通過位于燃料床上方爐身1與爐膛8交界處的一些特殊裝置6來進行的。爐膛8對于熔化在爐身1內己金屬化和已預熱的材料來說，當所用的部分爐料包括有自還原的結塊或礦石時，將起到一種氣化器與熱發(fā)生器的作用;而當采用生鐵、鐵屑、鑄造廠與鋼廠的廢料或任何其它金屬合金作為爐料的組分時，則僅僅起到預熱作用。
作了上述改進的這種豎爐能給出具有不同氣氛的區(qū)域，此類區(qū)域具有如下特征，即可以根據所用燃料類型和根據在若干個部位注入助燃劑的多少來控制這些氣氛。
來自下部區(qū)域的氣體與爐料的加入方向逆向，傳給爐料以加熱和還原用的必要熱能。
由于爐身1內的爐料并不包括焦炭、木炭或任何其它固體燃料，就不會發(fā)生將消耗掉大量碳的那種吸熱反應CO2+C→2CO。這樣，從該設備排出的廢氣基本上是CO2與N2。
本發(fā)明提出的這一設備在操作上可以有較大的靈活性，既可以在例如常規(guī)的化鐵爐中熔化鐵屑、生鐵、鑄造廠與鋼廠的廢料以及任何金屬合金，又可以在添加鐵屑、生鐵和/或鑄造廠或鋼廠的廢料或任何其它金屬合金的條件下，來還原球團與其它自還原的結塊或礦石。由于燃料又不是通過爐身加入，因而不會發(fā)生來自上流氣體中CO2的反應所造成的碳損失，故可顯著地減少燃料消耗。
此種豎爐優(yōu)于化鐵爐、鼓風爐或任何其它豎爐的優(yōu)點是能大量節(jié)省燃料，這是因為在所述豎爐大部中形成的一氧化碳和其它氣體能夠在其上部燃燒，從而能將反應過程中釋出的熱能輸送給通過爐身下降的爐料，所形成的廢氣則幾乎無例外的是二氧化碳與氮。
這種豎爐還可用作為一種還原與熔化爐，通過把焦炭、木炭或任何其它燃料供給到燃料床附近，進行自還原的結塊與球團以及/或者礦石的冶煉。而且在這種情況下，形成在爐膛中的一氧化碳將順著爐身燃燒，所發(fā)生的熱將幾乎全部輸送給下降中的爐料，從而顯著地提高了該設備的熱效率。此外，由于這種設備在其爐身的爐料內并不包括木炭、焦炭或任何其它固體燃料，CO2+C→2CO的這種反應或任何其它類似的吸熱反應就不會發(fā)生，從而導致燃料消耗的減少。
從經濟觀點考慮，本發(fā)明的設備適用于鑄造廠與冶金廠，在極為有利的條件下生產生鐵、鑄鐵或任何其它澆注的金屬合金。
權利要求
1.由自熔或非自熔的自還原結塊或礦石生產黑色或有色金屬的設備是這樣一種豎爐，其特征為，包括一個柱形或錐形的爐身(1)，橫截面為圓形或任何其它形狀，在其頂部有一加料門或加料裝置(2)，以及用作氣體通過一煙囪(3)之出口或一些將此種氣體引向熱再生室的導管，同時還有一或多排送風口(4，5)用來吹入預熱或非預熱的和/或富含O2或非富含氧的空氣；還包括一個柱形或錐形的爐膛(8)，它的橫截面是圓形的或任何其它形狀的，其徑度較爐身(1)的徑度所大出的程度要足以將一些燃料進料器(6)直接放置在燃料床(7)的上方；同時在其下部分布有一或多排送風口(9)，以便送入預熱或非預熱的以及富含O2或非富含氧的空氣，可同時注入或不同時注入液體、氣體或固體燃料，使空氣布散到上述加料器(6)之下，此處還包括有澆注斜槽用來連續(xù)或間隙地排出熔融金屬與爐渣；而且，上述爐身與爐膛均以耐火材料(10)襯里，冷卻或不加以冷卻。
2.按照權利要求
1的這種設備，其特征為所述爐膛(8)有-平齊的底部。
3.按照權利要求
1的這種設備，其特征為所述爐膛(8)有一個錐形升起部(11)，以便使燃料床(7)有更好的分布。
4.按照權利要求
1的這種設備，其特征為所述爐膛8有一加壓的虹吸管。
5.按照權利要求
1的這種設備，其特征為所述爐膛8有一非加壓的虹吸管。
6.按照權利要求
1的這種設備，其特征為所述爐膛(8)在其底部有一凹槽(12)，便于分離熔融金屬與爐渣。
7.按照權利要求
1至6的這種設備，其特征為所述爐子具有不同氣氛的區(qū)域，而這些氣氛則可根據所用燃料類型和根據在若干部位注入助燃劑的多少加以控制。
8.按照權利要求
1至7的這種設備，其特征為逆流向升起的還原或可燃氣體是在送風口(4，5)附近燃燒，得以將它們的熱能直接輸送給下降中的爐料。
9.按照權利要求
1至8的這種設備，其特征為在通過爐身加入的爐料中不含木炭、焦炭或任何其它固體燃料，從而能避免在二氧化碳與碳之間發(fā)生吸熱反應。
10.按照權利要求
1至9的這種設備，其特征為可進行熔化與還原的爐料既包括自還原的結塊與礦石，也包括任何配比的生鐵、鐵屑，以及鑄造廠或鋼廠的廢料或任何其它金屬合金，各種組分的比例從0至100%。
專利摘要
從自熔或非自熔的自還原結塊或礦石生產黑色或有色金屬的豎爐設備，其柱或錐形爐身的頂部有一加料裝置與用作氣體通過煙囪的出口或引導氣體至熱再生的導管，還有鼓風用的送風口；還包括柱或錐形爐膛，其徑度較爐身大出的程度，足以使進料器位于燃料床上方；下部有送風口，用來鼓風，同時注或不同時注入液、氣、固體燃料將空氣布散至進料器下方，還有用來排出熔融金屬和爐渣的斜槽；爐身與爐膛以耐火材料襯里，襯里冷卻或不冷卻。
文檔編號C21B13/02GK86107778SQ86107778
公開日1988年4月27日 申請日期1986年11月19日
發(fā)明者馬科斯·迪·阿爾布奎克·康特魯希, 赫伯特·施瓦茨, 亨里克·彼羅塔·里佐, 彼得羅·亨里克·長, 彼尼蒂·科塔, 恩里克·洛普茨·岡薩里茨, 彼得羅·溫特里拉·杜朗, 諾爾伯托·扎科米尼, 阿達爾伯托·比倫巴克迪·索薩·桑托斯 申請人:塞蒂普拉金屬技術工程股份有限公司, 圖比鑄造工業(yè)股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan