固體注射噴槍的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于將固態(tài)材料注射到一個容器中的噴槍，如用于生產(chǎn)熔融金屬(如鐵)的一個基于熔浴的直接熔煉容器。
[0002]本發(fā)明還涉及一種用于熔煉含金屬材料(如含鐵材料(如鐵礦石))并且生產(chǎn)熔融鐵的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]已知的基于熔浴的熔煉方法通常被稱為“HIsmelt ”方法，并且在以本申請人名義的大量專利和專利申請中進行了描述。
[0004]該HIsmelt方法一般可應(yīng)用于熔煉含金屬材料，但是特別與從鐵礦石或另一種含鐵材料生產(chǎn)熔融鐵相關(guān)聯(lián)。
[0005]在生產(chǎn)熔融鐵的背景下，該HIsmelt方法包括以下步驟:
[0006](a)在直接熔煉容器的主腔室中形成熔融鐵和熔渣的??；
[0007](b)將以下材料注射到該熔浴中:(i)典型地呈細粉形式的鐵礦石；和(ii) 一種固態(tài)含碳材料，典型地為煤，該固態(tài)含碳材料充當(dāng)該鐵礦石原料的還原劑和能量源；并且
[0008](c)在該浴中將鐵礦石熔煉成鐵。
[0009]術(shù)語“熔煉”在此應(yīng)理解成意指熱加工，其中發(fā)生還原金屬氧化物的化學(xué)反應(yīng)以生產(chǎn)恪融金屬。
[0010]在該HIsmelt方法中，呈含金屬材料(可以被預(yù)先加熱)和含碳材料形式的固態(tài)原料與載氣一起通過多個水冷固體注射噴槍注射到該熔浴中，這些噴槍與豎直方向傾斜，以便向下和向內(nèi)延伸通過熔煉容器的主腔室的側(cè)壁并延伸進入該容器的下部區(qū)域，以便將這些固態(tài)原料中的至少部分遞送到該主腔室底部的金屬層中。這些固態(tài)原料和該載氣滲入該熔浴并引起熔融金屬和/或熔渣噴射到該浴表面上方的空間并形成過渡區(qū)。通過向下延伸的噴槍將一股含氧氣體(典型地為富氧空氣或純氧)注射到該容器的主腔室的上部區(qū)域中，從而使該熔浴中釋放的反應(yīng)氣體在該容器的上部區(qū)域中進行后燃燒。在該過渡區(qū)中存在有利量的上升而后下降的熔融金屬和/或熔渣的液滴或噴濺物或流，這些提供了有效介質(zhì)以將在該浴上方通過反應(yīng)氣體后燃燒而產(chǎn)生的熱能傳遞給該浴。
[0011]典型地，在生產(chǎn)熔融鐵的情況下，當(dāng)使用富氧空氣時，該富氧空氣在熱鼓風(fēng)爐中產(chǎn)生并在大約1200°C的溫度下饋送到容器的主腔室的上部區(qū)域中。如果使用工業(yè)級冷氧，那么典型地將該工業(yè)級冷氧于環(huán)境溫度下或接近環(huán)境溫度下饋送到主腔室的上部區(qū)域中。
[0012]通過廢氣管道從熔煉容器的上部區(qū)域排出由該熔煉容器中的反應(yīng)氣體后燃燒所產(chǎn)生的廢氣。
[0013]該熔煉容器包括用于熔煉含金屬材料的一個主腔室以及通過前爐連接件連接到該主腔室上的一個前爐，該前爐連接件允許金屬產(chǎn)物連續(xù)地從該容器中流出。該主腔室包括在下部爐床中的帶耐火襯里的區(qū)段和在該主腔室的側(cè)壁和頂蓋中的水冷板。以連續(xù)回路使水連續(xù)循環(huán)通過這些板。該前爐用作熔融金屬填充的虹吸密封件，自然地將生產(chǎn)時熔煉容器中的多余熔融金屬“溢出”。這便能夠已知熔煉容器的主腔室中的熔融金屬液位并將其控制在較小的偏差內(nèi)-這對工廠的安全性來說是至關(guān)重要的。熔融金屬液位必須(始終)保持在低于水冷元件(如延伸到主腔室中的固體注射噴槍)的安全距離處，否則的話，可能會發(fā)生蒸汽爆炸。
[0014]該HIsmelt方法使得能通過在單個緊湊容器中進行熔煉來生產(chǎn)大量的熔融鐵，典型地至少為50萬噸/年。
[0015]可以在美國專利6，398，842 (轉(zhuǎn)讓給本申請人)中找出用于在熔煉容器中使用的一種固體注射噴槍的構(gòu)造的一個例子。這種形式的噴槍可以用來將固態(tài)微粒材料(如含金屬材料或含碳材料)注射到熔煉容器中。典型地，通過單獨的噴槍注射該含金屬材料和含碳材料?？梢灶A(yù)先加熱該含金屬材料。可以通過一個噴槍共注射含金屬材料和含碳材料。
[0016]美國專利6，398，842中披露的噴槍包括一個中心芯管和一個外部環(huán)形冷卻夾套。該芯管被緊密安裝在該冷卻夾套內(nèi)。在使用中，固態(tài)微粒材料穿過該中心芯管并且從該噴槍的一個前部尖端排出。在該外部環(huán)形冷卻夾套內(nèi)提供一種強制內(nèi)部冷卻水系統(tǒng)以使得該噴槍當(dāng)暴露于在一個直接熔煉容器內(nèi)遇到的高溫時成功操作，在熔煉作為含金屬材料的鐵礦石的情況下該高溫可以超過1400°C。
[0017]含金屬材料和含碳材料可以是磨損性的，并且因此在用于熔煉容器的固體注射噴槍的設(shè)計中，磨蝕是一個考慮因素。當(dāng)該熔煉容器用來生產(chǎn)熔融鐵并且含金屬材料包括鐵礦石細粉時尤其如此。
[0018]在一種固體注射噴槍(如美國專利6，398，842中披露的噴槍)中使用一個內(nèi)部冷卻水系統(tǒng)是一個安全問題，該安全問題在噴槍設(shè)計中是一個慎重的考慮因素。關(guān)鍵的是固態(tài)原料不能磨穿該噴槍的該芯管的壁并形成穿孔，并且使該水冷系統(tǒng)暴露于固態(tài)原料從而具有潛在的爆炸危險。
[0019]另一個考慮因素是希望直接熔煉廠操作持續(xù)12個月或更長的熔煉爐齡。因此，將安全考慮因素考慮在內(nèi)，希望盡可能長地操作固體注射噴槍。
[0020]存在與美國專利6，398，842中披露的上述水冷噴槍不同類型的用于直接熔煉容器的固體注射噴槍。其他這類噴槍包括將固態(tài)原料和含氧氣體分開注射到直接熔煉容器中的噴槍。這些噴槍可以或可以不是水冷噴槍，但仍然經(jīng)受由磨損引起的、導(dǎo)致噴槍的固體注射部件穿孔的相同的安全考慮因素。
[0021]本發(fā)明提供一種用于將含金屬材料和/或含碳材料注射到一個直接熔煉容器中的有效和可靠的固體注射噴槍。
[0022]以上描述并不旨在認可以上是澳大利亞及其他地方的公知常識。
[0023]披露概述
[0024]本發(fā)明的該固體注射噴槍憑借一個有效的穿孔檢測系統(tǒng)使由固體注射噴槍的固體注射部件的磨損引起的導(dǎo)致穿孔的危險和安全問題最小化。
[0025]本發(fā)明的該固體注射噴槍包括(a) —個管道，該管道限定一個用于有待通過該管道注射的固態(tài)原料的通道，并且具有在該管道的一個后端處用于固態(tài)材料的一個入口和在該管道的一個前端處用于排出固態(tài)材料的一個出口 ；以及(b)用于檢測該固體注射管道中的穿孔的一個穿孔檢測系統(tǒng)。
[0026]該穿孔檢測系統(tǒng)可以被適配成檢測由于該管道中的穿孔而引起的該固體注射管道中的壓力或進入或離開該管道的氣流的變化。
[0027]該固體注射噴槍可以包括一個水冷系統(tǒng)，并且該穿孔檢測系統(tǒng)可以位于固體注射管道與冷卻水系統(tǒng)之間。在這個實例中，該穿孔檢測系統(tǒng)的目的是在穿孔可以延伸到內(nèi)部冷卻水系統(tǒng)從而造成潛在災(zāi)難性后果之前檢測該穿孔。
[0028]該水冷系統(tǒng)可以是包括一個內(nèi)部水冷系統(tǒng)的一個外部環(huán)形冷卻夾套。
[0029]本發(fā)明并不局限于前兩段中所描述的安排，盡管水冷固體注射噴槍是本發(fā)明的描述重點。
[0030]通過舉例，本發(fā)明還延伸到分開注射固態(tài)原料和含氧氣體并且不包括一個水冷系統(tǒng)的噴槍，并且在穿孔可以延伸到噴槍的氧氣注射部件之前檢測噴槍的固體注射部件中的穿孔是重要的。
[0031]作為特例，該固體注射噴槍可以包括該固體注射管道和用于通過該噴槍將含氧氣體從該噴槍的一個后端注射到一個前端的一個系統(tǒng)，并且該穿孔檢測系統(tǒng)可以位于固體注射管道與氣體注射系統(tǒng)之間。在這個實例中，該穿孔檢測系統(tǒng)的目的是在穿孔可以從該固體注射管道延伸到該氣體注射系統(tǒng)從而造成潛在災(zāi)難性后果之前檢測該穿孔。
[0032]該氣體注射系統(tǒng)可以包括圍繞該噴槍間隔的一個或多于一個的單獨氣體平行管道。
[0033]該氣體注射系統(tǒng)可以包括一個環(huán)形腔室。
[0034]術(shù)語“含氧氣體”在此被理解成意指含有至少一些氧氣的任何氣體。通過舉例，術(shù)語延伸到空氣、100%氧氣、以及富氧空氣。
[0035]該固體注射管道可以是該噴槍的一個中心芯管。
[0036]該穿孔檢測系