專(zhuān)利名稱(chēng)：直接熔煉方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用含鐵材料生產(chǎn)鐵和/或鐵合金的方法和設(shè)備，所述含鐵材料包括鐵礦石、其它諸如鉻鐵礦石、部分還原的礦石的含鐵礦石以及諸如回爐鋼料的含鐵廢料流。
本發(fā)明特別涉及一種基于熔融金屬熔池的直接熔煉方法和一種生產(chǎn)熔化的鐵和/或鐵合金的設(shè)備。
背景技術(shù)：
一種已知的用于生產(chǎn)鐵水的基于熔融金屬熔池的直接熔煉方法是DIOS方法。DIOS方法包括一個(gè)預(yù)生產(chǎn)階段和一個(gè)熔煉還原階段。在DIOS方法中，利用來(lái)自于熔煉還原容器的排出氣體使礦石(-8mm)在起泡流化床中被預(yù)熱(750℃)和預(yù)還原(10至30％)，該熔煉還原容器裝有一個(gè)鐵和熔渣的熔池，并且熔渣在鐵上形成了一個(gè)深層。礦石的細(xì)小部分(-0.3mm)和粗大部分(-8mm)在該方法的預(yù)還原階段中被分離，-0.3mm的部分被收集在一個(gè)旋風(fēng)分離器中并且隨著氮?dú)獗粐娙氲饺蹮掃€原容器中，而粗大的礦石在重力作用下被裝填。預(yù)干燥的煤直接從熔煉還原容器的頂部被裝填到熔煉還原容器中。煤分解成碎焦和熔渣層中的揮發(fā)物質(zhì)，并且礦石溶解在熔渣中并且形成FeO。FeO在熔渣/鐵和熔渣/碎焦界面處還原以生產(chǎn)鐵。在熔渣/鐵和熔渣/碎焦界面處產(chǎn)生的一氧化碳產(chǎn)生了一種泡沫渣。通過(guò)一種特別設(shè)計(jì)的噴管吹入氧，噴管將氧引入到泡沫渣內(nèi)并且改善二次燃燒。氧氣流使隨著熔煉還原反應(yīng)所產(chǎn)生的一氧化碳燃燒，從而產(chǎn)生熱量，這些熱量在底部吹入的氣體的強(qiáng)烈攪動(dòng)作用下首先被傳遞到熔渣，接著被傳遞到熔渣/鐵界面。從熔煉還原容器的底部或者側(cè)面被引入到熱鐵水熔池中的攪動(dòng)氣體能夠提高熱交換效率并且增大用于還原的熔渣/鐵界面，因此提高容器生產(chǎn)率和熱效率。但是，由于氧氣流和熔渣中的鐵熔滴之間的相互反應(yīng)增強(qiáng)會(huì)降低生產(chǎn)率以及增大耐火材料的磨損，因此當(dāng)強(qiáng)烈的攪動(dòng)減弱二次燃燒時(shí)，噴射速度必須被限制。周期性地排出熔渣和鐵。
另一種已知的生產(chǎn)鐵水的直接熔煉方法是Romelt方法。Romelt方法基于大容積的充分?jǐn)噭?dòng)的熔渣熔池用作在熔煉還原容器中將含金屬的供給材料熔煉成鐵以及使氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物二次燃燒和傳遞連續(xù)熔煉含金屬的供給材料所需的熱量的介質(zhì)。含金屬的供給材料、煤和助熔劑在重力作用下通過(guò)在容器頂部中的開(kāi)口被供給到熔渣熔池中。Romelt方法包括通過(guò)下排風(fēng)口將富含氧的空氣噴射到熔渣中以形成必需的熔渣攪動(dòng)以及通過(guò)上排風(fēng)口將富含氧的空氣或者氧氣噴射到熔渣中以改善二次燃燒。在熔渣中產(chǎn)生的鐵水向下移動(dòng)并且形成一個(gè)鐵層，通過(guò)前爐排出。在Romelt方法中，鐵層不是一種重要的反應(yīng)介質(zhì)。
另一種已知的生產(chǎn)鐵水的直接熔煉方法是AISI方法。AISI方法包括一個(gè)預(yù)還原階段和一個(gè)熔煉還原階段。在AISI方法中，預(yù)熱的和部分預(yù)還原的鐵礦石團(tuán)粒、煤或者焦粉從頂部被裝填到一個(gè)加壓的熔煉反應(yīng)器中，加壓的熔煉反應(yīng)器中裝有鐵和熔渣的熔池。煤除去熔渣層中的揮發(fā)性物質(zhì)，鐵礦石團(tuán)粒溶解在熔渣中，接著被熔渣中的碳(碎焦)還原。該方法操作條件導(dǎo)致熔渣起泡。在該方法中產(chǎn)生的一氧化碳和氫在熔渣層中或者正上方二次燃燒以提供吸熱還原反應(yīng)所需的能量。通過(guò)一個(gè)中心的水冷噴管從頂部吹入氧氣并且通過(guò)在反應(yīng)器底部的風(fēng)口噴入氮?dú)庖源_保充分的攪動(dòng)，從而有助于二次燃燒能量與熔池之間的熱交換。該方法的排出氣體在被供給到一個(gè)豎爐以對(duì)團(tuán)粒預(yù)熱并且將團(tuán)粒預(yù)還原成FeO或者方鐵體之前在一個(gè)熱旋風(fēng)分離器中除塵。
在以本申請(qǐng)人的名義申請(qǐng)的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/AU96/00197(WO96/31627)中描述了另一種已知的直接熔煉方法，該直接熔煉方法依賴(lài)于一種作為反應(yīng)介質(zhì)的鐵水層，通常被稱(chēng)為Hismelt方法。
在該國(guó)際申請(qǐng)中所描述的Hismelt方法包括(a)在一個(gè)容器中形成鐵水和熔渣的熔池；(b)將(i)一種含金屬的供給材料，通常為鐵的氧化物；(ii)一種固體含碳材料，通常為煤，該固體含碳材料用作鐵的氧化物的還原劑以及能量源噴射到熔池中；以及(c)在鐵層中將含金屬的供給材料熔煉成金屬。
該Hismelt方法還包括使從熔池中釋放的反應(yīng)氣體(諸如一氧化碳和氫氣)在熔池上方的空間中與含氧氣體二次燃燒并且將由二次燃燒所產(chǎn)生的熱量傳遞到熔池以提供熔煉含金屬的供給材料所需的熱能。
該Hismelt方法還包括在熔池的標(biāo)稱(chēng)靜態(tài)表面上方形成一個(gè)過(guò)渡區(qū)域，其中具有適量的熔融金屬和/或渣的上升的接著下降的液滴或者飛濺物質(zhì)或者物質(zhì)流，從而為將在熔池上方的反應(yīng)氣體的二次燃燒所產(chǎn)生的熱能傳遞到熔池提供一種有效的介質(zhì)。
本申請(qǐng)人對(duì)于直接熔煉方法進(jìn)行了大量的研究和開(kāi)發(fā)工作，包括對(duì)于商業(yè)操作方法的需求的大量的研究和開(kāi)發(fā)工作，并且已經(jīng)取得了關(guān)于這樣的方法的一系列重大的發(fā)現(xiàn)。
本發(fā)明的焦點(diǎn)是反應(yīng)氣體的二次燃燒。
如果反應(yīng)氣體沒(méi)有進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩稳紵⑶医又鴮崃克瓦€到熔池，這樣的基于熔池的直接熔煉方法，特別是那些沒(méi)有預(yù)還原階段的基于熔池的直接熔煉方法會(huì)變得不經(jīng)濟(jì)，并且在許多情況下是不能實(shí)施的，這是由于含鐵材料還原的吸熱性。
另一個(gè)問(wèn)題是，良好的二次燃燒必須不以使大量材料(諸如熔池中的熔融材料和焦炭)氧化為代價(jià)，否則會(huì)使該方法變得低效率，并且防止這樣的氧化需要大量的固體含碳材料。
另外，熔池中的液體FeO含量過(guò)高對(duì)于熔融金屬的標(biāo)稱(chēng)靜態(tài)表面區(qū)域周?chē)哪突鸩牧舷氖遣焕摹?br>
發(fā)明內(nèi)容
概括地講，本發(fā)明涉及一種可在商業(yè)上操作的用于在一種冶煉容器中生產(chǎn)鐵和/或鐵合金的直接熔煉方法，所述冶煉容器具有爐膛、側(cè)壁以及一個(gè)爐頂，所述爐膛內(nèi)部的最小寬度尺寸為至少4米，最好至少為6米。
具體地講，該方法包括下列步驟(a)形成包含熔融金屬和熔渣的熔池；(b)將作為供給材料的含鐵材料、含碳材料和助熔劑供給到容器中；(c)在熔池中將含鐵供給材料熔煉成熔融金屬并且在熔池中產(chǎn)生氣體；(d)通過(guò)三個(gè)或者多個(gè)噴管將作為含氧氣體的空氣或者含有高達(dá)50％的氧的空氣流噴射到熔池的靜態(tài)表面上方的空間(頂部空間)中并且使在該過(guò)程中產(chǎn)生的氣體燃燒；以及
(e)使熔融材料從熔池向上移動(dòng)到頂部空間中以有助于熔池的熱交換以及使容器的熱損害達(dá)到最少；以及該方法的特征在于，引入到被噴射到容器中的含氧氣流中的頂部空間氣體量是被噴射的氣體量的2至6倍。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即，引入到被噴射的含氧氣流中的頂部空間氣體量是被噴射的氣體量的2至6倍能夠?qū)崿F(xiàn)頂部空間氣體的良好的二次燃燒以及與熔池之間的良好的熱交換，并且熔池中的熔融材料的氧化不會(huì)達(dá)到不能接受的程度。
本發(fā)明還基于這樣的認(rèn)識(shí)，即，通過(guò)利用出口端內(nèi)徑為0.8米或者更小(最好為0.6米或者更小)的噴管以至少150米/秒的速度噴射含氧氣體能夠使引入到被噴射的含氧氣流中的頂部空間氣體量達(dá)到上述范圍。
因此，最好，該方法的特征在于，利用出口端內(nèi)徑為0.6米或者更小的噴管以至少150米/秒的速度噴射含氧氣體流。
最好，所述速度至少為200米/秒。
最好，含氧氣體噴射噴管的出口端在熔池的靜態(tài)表面上方不大于7米。
最好，所述方法包括將含氧氣體預(yù)熱到800-1400℃溫度。
利用3個(gè)或者更多的用于噴射液化氣體流的噴管使熔煉容器的頂部比在利用一個(gè)具有與多個(gè)噴管相同的總內(nèi)橫截面積的噴管的情況下熔煉容器的頂部低。這是由于從較小的多個(gè)噴管的端部噴射的氣流的表面-體積比增大而導(dǎo)致的。引入氣體所需的自由空間較小，因此冶煉容器中的垂直高度也降低。因此提供了一種容器的熱損耗較低的結(jié)構(gòu)更緊湊、節(jié)省成本的直接熔煉方法。
最好，該方法包括使含氧氣體以一種漩渦運(yùn)動(dòng)的方式噴射到容器中。
渦流增大進(jìn)入到噴射氣流中的頂部空間氣體的吸收速度。因此，利用渦流能夠使含氧氣體噴射噴管的出口端在熔池上方的高度小于非渦流噴管的高度。這樣，具有已知內(nèi)徑的數(shù)量已知的渦流噴管的容器的高度可低于具有相同內(nèi)徑數(shù)量相同的非渦流噴管的容器的高度。這是關(guān)于使容器高度達(dá)到最小以及使容器熱量損耗的表面達(dá)到最小的重要考慮。
另外，對(duì)于高度一定的容器，使用渦流意味著用于噴射含氧氣體流的噴管數(shù)量低于非渦流的噴管數(shù)量。但是，在需要減少渦流噴管數(shù)量方面存在一定的限制。特別是，由于在尺寸已知的容器中減少?lài)姽軘?shù)量，噴管的內(nèi)徑必須大幅度地增大。隨著內(nèi)徑的增大，這樣的噴管內(nèi)的渦流裝置冷卻越來(lái)越難，因此燒掉的可能性增大，特別是當(dāng)使用富含氧的預(yù)熱空氣時(shí)?？梢灶A(yù)測(cè)，內(nèi)徑大于0.8米的噴管不可能使這樣的渦流裝置支持到所需的使用壽命，即最少6個(gè)月，最好為12個(gè)月。用于渦流裝置的諸如銅高導(dǎo)熱材料的使用被認(rèn)為是不行的，這是因?yàn)榇嬖陬A(yù)熱空氣帶有小研磨顆粒的可能性，從而使諸如銅的軟材料被快速侵蝕。
最好，在使用渦流裝置時(shí)，所用的噴管數(shù)量為3至6，在不使用渦流裝置時(shí)，噴管數(shù)量最好為6個(gè)或者更多。
最好步驟(b)包括利用3個(gè)或者更多的向下以使的固體噴射噴管將供給材料噴射到熔池中來(lái)提供所述供給材料，從而產(chǎn)生氣流，所述氣流能夠(i)形成擴(kuò)展的熔池區(qū)；以及(ii)熔融材料的液滴或者飛濺物質(zhì)或者物質(zhì)流從擴(kuò)展的熔池區(qū)被向上投射。
供給材料噴射和由于供給材料的噴射所產(chǎn)生的氣流以及供給材料在熔池中的反應(yīng)使材料在擴(kuò)展的熔池區(qū)中充分移動(dòng)并且從擴(kuò)展的熔池區(qū)充分移動(dòng)。
最好，該方法包括周期性或者連續(xù)地將熔渣從容器中排出。
最好，該方法還包括周期性或者連續(xù)地將鐵水和/或熔融鐵合金從容器中排出。
含鐵材料包括鐵礦石、其它諸如鉻鐵礦石、部分還原的礦石的含鐵礦石以及諸如回爐鋼料的含鐵廢料流。應(yīng)該注意的是，盡管鐵質(zhì)材料，即其中鐵是主要成分的材料，是優(yōu)選的含鐵材料，但是本發(fā)明不限于鐵質(zhì)材料的使用。
最好，該方法包括通過(guò)固體噴射噴管?chē)娚鋵?shí)施該方法所需的固體材料總重量的至少80％的固體材料。
最好，該方法包括通過(guò)固體噴射噴管以至少40m/s的速度將供給材料噴射到熔池中。
最好，該速度在80-100m/s的范圍內(nèi)。
最好，該方法包括通過(guò)固體噴射噴管以高達(dá)2.0t/m2/s的質(zhì)量流率將供給材料噴射到熔池中，其中m2涉及的是噴管輸送部分的橫截面積。
最好，該方法包括通過(guò)固體噴射噴管以10-18kg/Nm3的固體/氣體比將供給材料噴射到熔池中。
在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“熔煉”的含義這里被理解為其中發(fā)生使供給材料還原的化學(xué)反應(yīng)以生產(chǎn)鐵水和/或熔融鐵合金的熱處理。
在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“噴管”的含義這里被理解為在一定程度上伸入到容器內(nèi)部中的氣體/材料噴射裝置。
最好，在熔池中產(chǎn)生的氣流至少為0.35m3/s/m2(其中m2涉及的是在爐膛的最小寬度處通過(guò)爐膛的水平截面的面積)。
最好，在熔池中產(chǎn)生的氣流至少為0.5m3/s/m2。
最好，在熔池中產(chǎn)生的氣流小于為2m3/s/m2。
在熔池中產(chǎn)生的氣流中的一部分可由氣體從底部和/或側(cè)壁噴射到熔池中而產(chǎn)生的。
熔融材料可形成在側(cè)壁上形成一個(gè)“濕潤(rùn)”層或者“干燥”層。“濕潤(rùn)”層包括附著在側(cè)壁上的凝固層、半固體(糊狀物)層和外液態(tài)膜?！案稍铩睂邮瞧渲谢旧纤腥墼痰膶印?br> 可通過(guò)改變被供給到容器中的含金屬的供給材料、含碳材料和助熔劑的供給率和控制諸如含氧氣體噴射率的參數(shù)來(lái)控制在容器中的熔渣的產(chǎn)生。
在該方法用于生產(chǎn)鐵的情況下，該方法最好包括將碳在鐵水中的溶解度控制在至少3wt％并且使熔渣保持在劇烈還原狀態(tài)下，使鐵的氧化物含量小于6wt％，最好小于5wt％(被測(cè)量為在從容器排出的熔渣中的鐵的氧化物中的鐵的量)。
可通過(guò)相同的或者獨(dú)立的噴管?chē)娚浜F材料和含碳材料。
最好，二次燃燒的水平(level)至少為40％，其中二次燃燒被限定為[CO2]+[H2O][CO2]+[H2O]+[CO]+[H2]]]>其中[CO2]＝排出氣體中的CO2的體積百分比[H2O]＝排出氣體中的H2O的體積百分比[CO]＝排出氣體中的CO的體積百分比[H2]＝排出氣體中的H2的體積百分比概括地，本發(fā)明還提供一種利用直接熔煉方法生產(chǎn)鐵和/和或鐵合金的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)固定的不可傾斜的容器，所述容器具有爐膛、側(cè)壁以及一個(gè)爐頂，所述爐膛內(nèi)部的最小寬度尺寸為至少4米，最好至少為6米以盛裝鐵和熔渣的熔池，所述熔池包括一個(gè)富含金屬的區(qū)域和一個(gè)在所述富含金屬的區(qū)域上方的擴(kuò)展的熔池區(qū)。
具體地，(a)爐膛是由耐火材料制成的并且具有一個(gè)底部和側(cè)部；(b)側(cè)壁從爐膛側(cè)部向上延伸并且與擴(kuò)展的熔池區(qū)和氣體連續(xù)空間接觸，其中接觸氣體連續(xù)空間的側(cè)壁包括水冷鑲板和在鑲板上的一層熔融材料。
具體地，本發(fā)明還包括(a)向下延伸到容器中的三個(gè)或者更多的噴管，所述噴管用于將作為含氧氣體的空氣或者含氧量達(dá)到50％的空氣噴射到容器中位于熔池上方的一個(gè)區(qū)域中；(b)用于將包括含鐵材料和/或含碳材料以及載體氣體的供給材料噴射到熔池中的裝置；以及(c)用于將熔融金屬和熔池從容器中排出的裝置。
具體地，每一個(gè)含氧氣體噴射噴管具有內(nèi)徑為0.6米或者更小的出口端，延伸到容器中的距離等于其內(nèi)徑，并且可以至少150米/秒的速度噴射含氧氣體。
最好，速度至少為200米/秒。
最好，每一個(gè)含氧氣體噴射噴管包括用于在氣體在產(chǎn)生渦流的裝置。
最好，含氧氣體噴射區(qū)域是容器的中心區(qū)域。
最好，含氧氣體噴射噴管的出口端在熔池的靜態(tài)表面上方不大于7米。
最好，以這樣的方式選擇噴管的移動(dòng)和伸入到容器中的長(zhǎng)度，即，能夠防止由二次燃燒產(chǎn)生的火焰沿著容器的側(cè)壁和爐頂前進(jìn)。
最好，用于供給材料的裝置包括至少三個(gè)固體噴射噴管。
最好，選擇固體噴射和氧氣噴管的數(shù)量和這些噴管的相對(duì)位置以使(i)擴(kuò)展的熔池區(qū)包括在氧氣噴射區(qū)域和側(cè)壁之間的包圍容器的氧氣噴射區(qū)域的升高區(qū)域；(ii)熔融材料的液滴或者飛濺物質(zhì)或者物質(zhì)流從所述升高區(qū)域向上投射并且形成在氧氣噴射區(qū)域和側(cè)壁之間的包圍容器的氧氣噴射區(qū)域的幕并且使側(cè)壁濕潤(rùn)；以及(iii)在氧氣噴管下端周?chē)纬梢粋€(gè)“自由”空間，該自由空間中的熔融材料濃度低于擴(kuò)展的熔池區(qū)中的熔融材料濃度。
最好，固體噴射噴管是細(xì)長(zhǎng)的并且貫穿容器的側(cè)壁中的水冷鑲板并且向下且向內(nèi)延伸到容器的爐膛區(qū)域。


下面將參照附圖利用示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。
圖1是表示本發(fā)明的方法和設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的垂直截面的附圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述中，通過(guò)熔煉鐵礦石來(lái)生產(chǎn)鐵水，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于這種應(yīng)用，并且適用于熔煉任何適合的供給材料。
附圖中所示的直接熔煉設(shè)備是一種用附圖標(biāo)記11表示的冶煉容器。容器11具有一個(gè)爐膛，所述爐膛包括由耐火材料磚制成的底部12和側(cè)部13；側(cè)壁14，側(cè)壁14形成從爐膛的側(cè)部13向上延伸的基本上為圓柱形筒體并且包括由水冷鑲板制成的上筒體部分51和由水冷鑲板以及耐火材料磚的內(nèi)襯制成的下筒體部分53；爐頂17；用于廢氣出口18；用于連續(xù)排出熔融鐵的前爐19；以及用于排出熔渣的出渣口21。
爐膛和上筒體部分51在容器內(nèi)限定了一個(gè)圓柱形區(qū)域。下筒體部分53在容器內(nèi)限定了一個(gè)截錐形區(qū)域，截錐形區(qū)域在直徑較窄的爐膛和直徑較寬的上筒體部分51之間提供了一個(gè)過(guò)渡部分。在商業(yè)規(guī)模的工廠中，即每年生產(chǎn)至少500,000噸鐵水的工廠，爐膛的直徑至少為4米，最好至少為6米。
應(yīng)該注意的是，本發(fā)明不限于這種容器的幾何形狀并且可擴(kuò)展至任何適合的形狀和尺寸的用于在商業(yè)規(guī)模上生產(chǎn)熔融金屬的容器。
在使用中，所述容器盛裝鐵水和渣的熔池。
該容器裝有3個(gè)向下延伸的熱空氣噴管26以將熱空氣流輸送到容器的中心的上部區(qū)域91中并且與從熔池中釋放出來(lái)的反應(yīng)氣體二次燃燒。噴管26的出口端39的內(nèi)徑D為0.6米或者更小。在商業(yè)規(guī)模的工廠中，出口端39處于熔池的靜態(tài)表面(未示出)上方至少7米的位置處。
術(shù)語(yǔ)“靜表面”的含義在這里應(yīng)該被理解為當(dāng)沒(méi)有將氣體和固體物質(zhì)噴射到容器中時(shí)的表面。
該容器還裝有四個(gè)固體噴射噴管27(圖中示出了兩個(gè))，所述固體噴射噴管27向下和向內(nèi)穿過(guò)側(cè)壁14并且以相對(duì)于水平呈20-70度的角度伸入到熔池中以將包括鐵礦石、含碳的固體材料以及夾雜在缺氧載體氣體中的助熔劑的供給材料噴射到熔池中。
噴管27的位置是這樣設(shè)置的，即，使噴管27的出口端39圍繞容器的中心軸線是等間隔分布的。另外，噴管27是這樣設(shè)置的，即，使從出口端39垂直向下所劃的線與爐膛的底部12相交的位置為在一個(gè)圓上的多個(gè)位置，該圓的直徑等于爐膛的直徑的2/3。
應(yīng)該注意的是，根據(jù)氧氣噴管26的位置以及基于能夠基本上在噴管26周?chē)约霸谌萜鞯膫?cè)壁14和噴管26之間形成的熔融材料幕72的目的，選擇噴管27的位置，最好采用不同的噴管27的布置形式以在不同的容器/噴管26的結(jié)構(gòu)中達(dá)到該目的。特別應(yīng)該注意的是，本發(fā)明不限于噴管26采用中心設(shè)置的布置形式。
在使用中，鐵礦石、含碳的固體材料(通常為煤)以及夾雜在一種載體氣體(通常為氮?dú)?中的助熔劑(通常為氧化鈣和氧化鎂)通過(guò)噴管27以至少40m/s的速度，最好以至少80-100m/s的速度被注射到熔池中。固體材料/載體氣體的動(dòng)量將固體材料和氣體帶向爐膛的底部12進(jìn)入圍繞容器的中心軸線間隔的區(qū)域中(由附圖標(biāo)記24表示的圓形區(qū)域)。這些區(qū)域在下面的描述中被稱(chēng)為固體/氣體噴射高濃度區(qū)域24。煤被去除液體成分并且因此產(chǎn)生氣體。碳部分地溶解在金屬中并且部分地保持為固體碳。鐵礦石被熔煉成金屬并且熔煉反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳?xì)怏w。被輸送到熔池中的氣體和通過(guò)去除液體成分和熔煉產(chǎn)生的氣體使熔融材料(包括金屬和熔渣)和固體碳從熔池中上浮。
熔融金屬和固體碳的上浮在熔池中產(chǎn)生劇烈的攪動(dòng)，特別是在固體/氣體噴射高濃度區(qū)域24的正上方和向外間隔的區(qū)域中，從而形成一個(gè)擴(kuò)展的熔池區(qū)28，擴(kuò)展的熔池區(qū)28具有一個(gè)由箭頭30表示的表面。特別是，擴(kuò)展的熔池區(qū)28的表面在中心區(qū)域91和容器側(cè)壁14之間形成一個(gè)環(huán)形升高區(qū)域70。攪動(dòng)使得擴(kuò)展的熔池區(qū)28內(nèi)的熔融材料充分移動(dòng)，并且熔融材料在該區(qū)域內(nèi)劇烈攪動(dòng)以使該區(qū)域內(nèi)的溫度基本上是均勻的，通常為1450-1550℃，并且整個(gè)區(qū)域的溫度差約為30℃。
盡管熔融材料在擴(kuò)展的熔池區(qū)28內(nèi)劇烈攪動(dòng)，但是鐵水逐漸向著爐膛的下部沉淀并且形成富含金屬的區(qū)域23并且連續(xù)地通過(guò)前爐19排出。
擴(kuò)展的熔池區(qū)28和富含金屬的區(qū)域23之間的界面主要是由固體/氣體噴射高濃度區(qū)域24限定的。來(lái)自于這些區(qū)域的熔融材料基本上向上移動(dòng)被通過(guò)噴管27連續(xù)供給的其他供給材料和已經(jīng)熔化的參考的向下移動(dòng)補(bǔ)償。
另外，來(lái)自于固體/氣體噴射高濃度區(qū)域24的向上氣流以液滴或者飛濺物質(zhì)或者物質(zhì)流的形式將一些熔融材料投射到擴(kuò)展的熔池區(qū)28的升高區(qū)域70上方并且形成上述幕72。在幕72中的熔融材料接觸位于擴(kuò)展的熔池區(qū)28上方的側(cè)壁14的上筒體部分51和爐頂17。
概括地，擴(kuò)展的熔池區(qū)28是其中具有氣體空隙的液態(tài)連續(xù)空間。
熔融材料的上述移動(dòng)可被認(rèn)為是從固體/氣體噴射高濃度區(qū)域24產(chǎn)生的一系列噴泉，固體/氣體噴射高濃度區(qū)域24形成了擴(kuò)展的熔池區(qū)28的升高區(qū)域70和熔融材料幕72。
除了上述內(nèi)容以外，在使用中，通過(guò)噴管26以800-1400℃的溫度和至少150m/s的速度將熱空氣噴射到容器的中心區(qū)域91中并且熱空氣使在該區(qū)域中被向上投射的熔融材料偏轉(zhuǎn)并且形成基本上圍繞噴管26端部的金屬/熔渣的自由空間29。熱空氣的向下吹送有助于使被投射的熔融材料形成上述幕72。
熱空氣流通過(guò)噴管26與在噴管26端部周?chē)淖杂煽臻g29中和在周?chē)娜廴诓牧现械姆磻?yīng)氣體一氧化碳和氫氣二次燃燒并且產(chǎn)生大約2000℃或更高的高溫。熱量被傳遞到氣體噴射區(qū)中的熔融材料中，接著熱量通過(guò)熔融材料部分地被傳遞到富含金屬的區(qū)域23。
自由空間29對(duì)于達(dá)到高水平的二次燃燒是重要的，這是因?yàn)樗軌驅(qū)⒃摽臻g中在擴(kuò)展的熔池區(qū)28上方的氣體帶到噴管26的端部區(qū)域中，從而有利于有效的反應(yīng)氣體的二次燃燒。
上述設(shè)備和方法操作條件能夠使引入到被噴射的含氧氣流中的頂部空間氣體量是被噴射的氣體量的2至6倍能夠?qū)崿F(xiàn)頂部空間氣體的良好的二次燃燒以及與熔池之間的良好的熱交換，并且熔池中的熔融材料的氧化不會(huì)達(dá)到不能接受的程度。
幕72對(duì)于提供一個(gè)用于阻擋來(lái)自于二次燃燒噴射的輻射能量到達(dá)側(cè)壁14的局部阻擋層也是重要的。
另外，在幕72內(nèi)的上升和下降的熔融材料的液滴或者飛濺物質(zhì)或者物質(zhì)流是用于將由二次燃燒所產(chǎn)生的熱量傳遞到熔池的有效裝置。
應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于以上對(duì)所示結(jié)構(gòu)的描述，并且許多改進(jìn)和變型落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在一種冶煉容器中生產(chǎn)鐵和/或鐵合金的直接熔煉方法，所述冶煉容器具有爐膛、側(cè)壁以及一個(gè)爐頂，所述爐膛內(nèi)部的最小寬度尺寸為至少4米，該方法包括下列步驟(a)形成包含熔融金屬和熔渣的熔池；(b)將作為供給材料的含鐵材料、含碳材料和助熔劑供給到容器中；(c)在熔池中將含鐵供給材料熔煉成熔融金屬并且在熔池中產(chǎn)生氣體；(d)通過(guò)三個(gè)或者多個(gè)噴管將作為含氧氣體的空氣或者含有高達(dá)50％的氧的空氣流噴射到熔池的靜態(tài)表面上方的空間(頂部空間)中并且使在該過(guò)程中產(chǎn)生的氣體燃燒；以及(e)使熔融材料從熔池向上移動(dòng)到頂部空間中以有助于熔池的熱交換以及使容器的熱損害達(dá)到最少；以及該方法的特征在于，引入到被噴射到容器中的含氧氣流中的頂部空間氣體量是被噴射的氣體量的2至6倍。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，該方法包括，利用出口端內(nèi)徑為0.8米或者更小的噴管并且利用所述噴管以至少150米/秒的速度噴射含氧氣體流使引入到被噴射的含氧氣流中的頂部空間氣體量是被噴射的氣體量的2至6倍。
3.如權(quán)利要求2中所述的方法，其特征在于，利用所述噴管以至少200米/秒的速度噴射含氧氣體流。
4.如權(quán)利要求2或者3中所述的方法，其特征在于，包括使含氧氣體噴射噴管的出口端處于熔池的靜態(tài)表面上方不大于7米的位置處。
5.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括將含氧氣體預(yù)熱到800-1400℃溫度。
6.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法包括使含氧氣體以一種漩渦運(yùn)動(dòng)的方式噴射到容器中。
7.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，步驟(b)中包括利用3個(gè)或者更多的向下延伸的固體噴射噴管將供給材料噴射到熔池中來(lái)提供所述供給材料，從而產(chǎn)生氣流，所述氣流能夠(i)形成擴(kuò)展的熔池區(qū)；以及(ii)熔融材料的液滴或者飛濺物質(zhì)或者物質(zhì)流從擴(kuò)展的熔池區(qū)被向上投射。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該方法包括通過(guò)固體噴射噴管?chē)娚鋵?shí)施該方法所需的固體材料總重量的至少80％的固體材料。
9.如權(quán)利要求7或者8所述的方法，其特征在于，該方法包括通過(guò)固體噴射噴管以至少40m/s的速度將供給材料噴射到熔池中。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該方法包括通過(guò)固體噴射噴管以在80-100m/s的范圍內(nèi)的速度將供給材料噴射到熔池中。
11.如權(quán)利要求7至10中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法包括通過(guò)固體噴射噴管以高達(dá)2.0t·m2/s的質(zhì)量流率將供給材料噴射到熔池中，其中m2涉及的是噴管輸送部分的橫截面積。
12.如權(quán)利要求7至11中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法包括通過(guò)固體噴射噴管以10-18kg/Nm3的固體/氣體比將供給材料噴射到熔池中。
13.如權(quán)利要求7至12中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在熔池中產(chǎn)生的氣流至少為0.35Nm3/s/m2，其中m2涉及的是在爐膛的最小寬度處通過(guò)爐膛的水平截面的面積。
14.一種利用直接熔煉方法生產(chǎn)鐵和/和或鐵合金的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)一個(gè)固定的不可傾斜的容器，所述容器具有爐膛、側(cè)壁以及一個(gè)爐頂，所述爐膛內(nèi)部的最小寬度尺寸為至少4米以盛裝鐵和熔渣的熔池，所述熔池包括一個(gè)富含金屬的區(qū)域和一個(gè)在所述富含金屬的區(qū)域上方的擴(kuò)展的熔池區(qū)；(b)向下延伸到容器中的三個(gè)或者更多的噴管，所述噴管用于將作為含氧氣體的空氣或者含氧量達(dá)到50％的空氣噴射到容器中位于熔池上方的一個(gè)區(qū)域中；(c)用于將包括含鐵材料和/或含碳材料以及載體氣體的供給材料噴射到熔池中的裝置；以及(d)用于將熔融金屬和熔池從容器中排出的裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，每一個(gè)含氧氣體噴射噴管具有內(nèi)徑為0.8米或者更小的出口端，延伸到容器中的距離至少等于其內(nèi)徑，并且可以至少150米/秒的速度噴射含氧氣體。
16.如權(quán)利要求14或者15所述的設(shè)備，其特征在于，每一個(gè)含氧氣體噴射噴管包括用于在氣體中產(chǎn)生渦流的裝置。
17.如權(quán)利要求15或者16所述的設(shè)備，其特征在于，含氧氣體噴射噴管的出口端在使用時(shí)處于熔池的靜態(tài)表面上方不大于7米的位置處。
全文摘要
一種用于在冶煉容器中生產(chǎn)鐵和/或鐵合金的直接熔煉方法，該冶煉容器具有爐膛、側(cè)壁及一爐頂，爐膛內(nèi)部的最小寬度尺寸為至少4米。該方法包括下列步驟形成包含熔融金屬和熔渣的熔池；將作為供給材料的含鐵材料、含碳材料和助熔劑供給到容器中；在熔池中將含鐵供給材料熔煉成熔融金屬并在熔池中產(chǎn)生氣體；通過(guò)三個(gè)或多個(gè)噴管將空氣或含高達(dá)50％氧的空氣流噴射到熔池的靜態(tài)表面上方的空間中并使在該過(guò)程中產(chǎn)生的氣體燃燒；及使熔融材料從熔池向上移動(dòng)到頂部空間中以有助于熔池的熱交換以使容器的熱損害達(dá)到最少。引入到被噴射到容器中的含氧氣流中的頂部空間氣體量是被噴射的氣體量的2至6倍。
文檔編號(hào)C21B13/00GK1458981SQ01815758
公開(kāi)日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2001年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月19日
發(fā)明者羅德尼·J·德賴(lài), 塞西爾·P·貝茨 申請(qǐng)人:技術(shù)資源有限公司