專利名稱：用于直接熔煉工藝的固體供給材料的供給方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將用于直接熔煉工藝的固體供給材料供給到直接熔煉容器的固體噴射噴管的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在以本申請人的名義申請的國際專利申請PCT/AU96/00197(WO96/31627)和其他專利申請中描述了一種通常被稱為HIsmelt方法的已知的直接熔煉工藝。
下列關(guān)于HIsmelt方法的描述不能被認為是對公知常識的認可。
HIsmelt方法包括下列步驟(a)在一個容器中形成鐵水和熔渣的熔池；(b)將(i)一種含鐵的供給材料，通常為鐵礦石或者部分還原的鐵礦石；以及(ii)一種固體含碳材料，通常為煤，該固體含碳材料用作含鐵的供給材料的還原劑以及能量源噴射到熔池中；以及(c)在熔池中將含鐵供給材料熔煉成鐵。
術(shù)語“熔煉”的含義這里被理解為其中發(fā)生使含鐵供給材料還原的化學反應(yīng)以生產(chǎn)鐵水的熱處理。
含鐵供給材料和固體含碳材料通過多個固體噴射噴管被噴射到熔池中，所述固體噴射噴管相對于垂直方向傾斜以通過所述容器的側(cè)壁向下和向內(nèi)延伸，并且進入到容器的下部區(qū)域中以將固體材料深深地輸送到熔池中。
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鐵供給材料所需的熱能。
通常，含氧氣體是一股熱空氣，可是富氧的，含氧氣體通過向下延伸的熱空氣噴射噴管被噴射到容器的上部區(qū)域中。在容器中的反應(yīng)氣體二次燃燒所產(chǎn)生的廢氣通過廢氣導管從容器上部排出。
HIsmelt方法能夠通過在一個結(jié)構(gòu)緊湊容器中直接熔煉來生產(chǎn)大量鐵水。
但是，為了達到這樣的效果，需要將大量固體供給材料，即，含鐵供給材料、含碳材料和助熔劑供給到固體噴射噴管。
固體供給材料的供給在整個熔煉期內(nèi)必須是連續(xù)的，最好至少12個月。
但是，必須能夠在熔煉期內(nèi)改變固體供給材料的供給以適應(yīng)熔煉期內(nèi)不同階段的不同的操作條件，包括熔煉過程中意想不到的擾動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于在HIsmelt熔煉期內(nèi)將固體供給材料供給到固體噴射噴管的有效和可靠的方法和設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明提供一種將用于直接熔煉工藝的固體供給材料供給到直接熔煉容器的固體噴射噴管的設(shè)備，所述固體材料供給設(shè)備包括
(a)用于在壓力下將含鐵材料和固體含碳材料輸送到固體噴射噴管的供料線，所述供料線包括主供料線段和從主供料線段延伸的多個供料支線段，每一個供料支線段與固體噴射噴管相連以將含鐵材料和固體含碳材料供給到噴管；(b)用于在壓力下將含鐵材料分配到供料線的主供料線段的組件；(c)用于在壓力下將含碳材料分配到供料線的主供料線段的組件。
術(shù)語“含鐵材料”包括鐵礦石、部分還原的鐵礦石、DRI、在鋼廠中產(chǎn)生的含鐵廢料。
術(shù)語“含碳材料”包括煤和焦炭屑。
最好，含鐵材料分配組件包括裝有含鐵材料的壓力容器。
最好，含鐵材料分配組件包括用于控制含鐵材料供給到供料線的流量的裝置。
最好，含鐵材料分配組件包括用于供給載體氣體以在壓力下將含鐵材料輸送到供料線中的裝置。
最好，含碳材料分配組件包括裝有含碳材料的壓力容器。
最好，含碳材料分配組件包括用于控制含碳材料供給到供料線的流量的裝置。
最好，含碳材料分配組件包括用于供給載體氣體以在壓力下將含碳材料輸送到供料線中的裝置。
最好，所述設(shè)備包括用于在壓力下將助熔劑分配到供料線的主供料線段的組件。
最好，助熔劑分配組件包括裝有助熔劑的壓力容器。
最好，助熔劑分配組件包括用于控制助熔劑供給到供料線的流量的裝置。
最好，助熔劑分配組件包括用于供給載體氣體以在壓力下將助熔劑輸送到供料線中的裝置。
最好，每一個分配組件在沿著主供料線段的不同連接位置處與供料線的主供料線段相連。
最好，含碳材料分配組件與主供料線段的連接在含鐵材料分配組件與主供料線段的連接的上游。
最好，助熔劑分配組件與主供料線段的連接在含碳材料分配組件與主供料線段的連接和含鐵材料分配組件與主供料線段的連接的中間。
最好，每一個支線段在構(gòu)造方面，即，直段和彎曲部以及支線段中的管徑，基本上是相同的。
最好，供料線僅包括兩個支線段。
對于這種布置，支線段最好與在容器上的徑向相對的位置處的一對噴管相連。
最好，每一個支線段包括與固體噴射噴管相連的直段，并且所述直段的長度至少是直段直徑的10倍。
最好，所述設(shè)備包括用于檢測和解除供料線中的堵塞的裝置。
最好，檢測/解除堵塞裝置包括多個在沿著供料線長度的一系列位置處選擇性地加壓或者排氣的組件。
最好，所述設(shè)備包括多個上述供料線，并且每一個供料線的支線段與固體噴射噴管相連，用于含鐵材料和含碳材料或者有選擇使用的助熔劑的獨立分配組件與每一個供料線相連。
對于這種布置，如果在一個或者多個供料線中存在供給材料堵塞或者其他形式的供給中斷，利用其余未受到影響并且可工作的供料線和與其相連的固體噴射噴管仍然能夠連續(xù)供給所述供給材料。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明還提供一種將用于直接熔煉工藝的固體供給材料供給到直接熔煉容器的固體噴射噴管的方法，所述方法包括如下步驟利用供料線將固體供給材料和載體氣體供給到固體噴射噴管，所述供料線包括主供料線段和從主供料線段延伸的多個支線段，每一個支線段與其中一個噴管相連。
最好，所述方法包括維持固體供給材料供給到每一個噴管的相同的質(zhì)量流量。
最好，所述固體供給材料包括含鐵材料、含碳材料和助熔劑中的一種或者多種。
最好，含鐵材料基本上是直徑小于6mm的粉末材料。
最好，含碳材料基本上是直徑小于3mm的粉末材料。
最好，載體氣體是氮。
最好，所述方法包括通過用于每一種供給材料的獨立分配組件將固體供給材料和載體氣體供給到主供料線段中。
最好，所述方法包括在供料線的主供料線段的分配組件端保持至少250Pa的壓頭。
最好，所述方法包括在供料線的主供料線段的分配組件端保持至少300Pa的壓頭。
最好，所述方法包括以至少10kg固體/Nm3氣體的固體∶氣體比例，將固體供給材料和載體氣體供給到供料線中。
最好，所述方法包括以下列最小速度將下列固體供給材料供給到供料線中。

根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明還通過一種包括上述供給材料供給設(shè)備的直接熔煉設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明還通過一種包括上述用于供給固體供給材料的方法的直接熔煉方法。


下面將參照附圖結(jié)合示例對本發(fā)明進行進一步描述，在附圖中圖1以圖表的形式示出了本發(fā)明所涉及的供給材料供給設(shè)備的優(yōu)選實施例；圖2以圖表的形式詳細地示出了圖1中所示的供給材料供給設(shè)備的一個單元；以及圖3是圖1和圖2中所示的供給材料的供料線中的一個彎曲部的優(yōu)選實施例的側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖1示出了用于將固體供給材料，即煤、助熔劑和鐵礦石以及載體氣體供給到8個固體噴射噴管7的供給材料供給設(shè)備，其中所述固體噴射噴管穿過直接熔煉容器SRV的側(cè)壁5并且向下向內(nèi)延伸到容器中。
直接熔煉容器SRV可是任何能夠?qū)嵤┲T如上述HIsmelt方法的直接熔煉方法的適合容器。
以本申請人名義申請的澳大利亞專利申請27990/01包括對HIsmelt容器的一般性結(jié)構(gòu)的描述，該澳大利亞專利申請所披露的內(nèi)容結(jié)合在這里作為參考。
一般地，在澳大利亞專利申請27990/01中所述的HIsmelt容器具有一個爐膛，所述爐膛包括由耐火材料磚制成的底部和側(cè)部；側(cè)壁，側(cè)壁形成從爐膛的側(cè)部向上延伸的基本上為圓柱形的筒體并且包括上筒體部分和下筒體部分；爐頂；用于廢氣出口；用于連續(xù)排出熔融金屬的前爐；以及用于排出熔渣的出渣口。
在使用中，所述容器盛裝鐵水和渣的熔池，所述熔池包括熔融金屬層和在金屬層上的熔渣層。
該容器裝有用于將熱空氣流輸送到容器上部區(qū)域的向下延伸的氣體噴管和8個固體噴射噴管(在附圖中用附圖標記7表示)，所述固體噴射噴管向下和向內(nèi)穿過側(cè)壁并且伸入到熔渣層中以將夾雜在缺氧載體氣體中的鐵礦石、含碳的固體材料以及助熔劑噴射到金屬層中。
氣體噴射噴管通過從與還原容器保持一定距離的熱氣供給站延伸的熱氣體輸送導管接收富含氧的熱氣流。
選擇固體噴射噴管7的位置以便在生產(chǎn)操作過程中使它們的出口端位于金屬層表面的上方。這樣設(shè)置噴管的位置能夠降低與熔融金屬接觸的危險并且還能夠利內(nèi)部強制水冷對噴管進行冷卻，而且不會出現(xiàn)水接觸到容器中的熔融金屬的重大危險。
供給材料供給設(shè)備用于將煤、助熔劑和鐵礦石供給到徑向相對的成對的固體噴射噴管7。
用于每一對固體噴射噴管7的供給材料供給設(shè)備包括(a)一系列供給材料分配組件，即，煤分配組件、助熔劑分配組件和鐵礦石分配組件；以及(b)用于將供給材料輸送到噴管7的用字母L表示的供料線。
特別是，對于4對噴管7中的每一個，煤、助熔劑和鐵礦石中每一種材料的供給是獨立的。換言之，該設(shè)備包括用于將供給材料供給到噴管7的4個獨立的供給材料供給單元。因此，該設(shè)備確保直接熔煉方法非?？煽俊?br> 特別是，如果其中一個或者多個單元不能工作，其余的單元可繼續(xù)供給每一種供給材料，在這種情況下可提高供給速度以補償由于不能工作的單元而導致的供給材料供給量減少。
供給材料分配組件包括利用載體氣體(通常為氮)將各種固體供給材料分配到供料線L中的壓力容器9、11、13。
參見圖2，通過氣體供給線39將載體氣體在壓力下供給到壓力容器9、11、13。
另外，供給材料分配組件包括控制從分配容器9、11、13排放到供料線L的氣流的閥41。
另外，供給材料分配組件包括用于將各種供給材料供給到分配容器9、11、13的鎖定料斗(未示出)和用于將供給材料供給到鎖定料斗的大容量儲料倉(未示出)。
供料線L具有耐磨蝕襯，所選擇的耐磨蝕襯能夠經(jīng)受直接熔煉期，通常為12個月。
為了使制造和操作成本達到最小，希望供料線L的長度盡可能地短。
每一個供料線L包括與分配容器9、11、13相連的一個主供料線段15、與主供料線段15的下游端相連的連接部件19以及一對從連接部件19延伸并與噴管7相連的支線段17。一個支線段17與其中一個噴管7相連，另一個支線段17與其他的噴管7相連。
分配容器9、11、13獨立地每一個主供料線段15相連，并且煤分配容器9在其他容器11、13的上游被連接，助熔劑分配容器11在鐵礦石分配容器13的上游被連接。
煤儲放容器9在其他容器11、13的上游被連接，這是由于煤的自然屬性有助于固體供給材料在供料線L中的輸送。
連接部件19可是任何適合類型的給料分路器。一種適合的連接部件是Clyde分路器盒。
在使用中，利用載體氣體在壓力下將煤、助熔劑和鐵礦石中的一種或者多種從各自的分配容器9、11、13供給到主供料線段15中，并且通過主供料線段15和支線段17將它們輸送到固體噴射噴管7。
該布置是這樣的，即，根據(jù)工藝要求，以任何給定的時間，通過主供料線段15和支線段17將僅一種供給材料、或者兩種供給材料的混合物或者三種供給材料的混合物輸送到固體噴射噴管7。
每一對給定的支線段17在直段、彎曲部和管直徑等結(jié)構(gòu)方面是相同的，以使從連接部件19通過每一個支線段17供給到噴管7的供給材料質(zhì)量流的阻力基本相同。
在附圖中所示的布置中，每一個支線段17包括第一直段21、第一T形彎曲部23、第二直段25、第二T形彎曲部27以及第三直段29。
參見圖3，T形彎曲部23、27是90度擴展T形彎曲部，具有終端部分31，通過端口33可接近終端部分31。
支線段17具有這樣的構(gòu)造，即，使第三直段29，即與噴管7相連的部分的長度不小于10個管直徑。這確保支線段17的最高摩擦區(qū)域，通常為第二T形彎曲部27的下游2-7個管直徑處，處于固體噴射噴管7的外部。
基于申請人進行的試驗，優(yōu)選的操作參數(shù)如下
固體∶氣體比

輸送速度

**這是正常操作最大值。在短時間(小于1小時)內(nèi)超出這些數(shù)值也是可能的。
最小壓頭(僅基于氣體性能)

概括地，操作參數(shù)的選擇的目的是以盡可能低的氣體速度操作，以使載體氣體體積和線磨損達到最小，但需要注意的是，當速度減小時線堵塞的危險性增大。
所述設(shè)備還包括用于檢測和解除供料線L中的堵塞的裝置。
參見圖2，檢測/解除堵塞的裝置包括在每一個分配容器9、11、13、主供料線段15和支線段17中的壓力測量設(shè)備PT。檢測/解除堵塞的裝置還包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(未示出)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于處理測量壓力以及確定壓力差，特別是確定壓力差是否在限定的范圍外，否則將指示發(fā)生線堵塞。
仍然參見圖2，檢測/解除堵塞的裝置還包括用于在沿著供料線L的長度的多個點處為供料線L加壓/排氣的組件51，以便解除供料線的堵塞。
在使用中，當在供料線L中檢測到堵塞時，關(guān)閉閥43以防止供給材料繼續(xù)被供給到堵塞的供料線L，并且通過加壓/排氣點51供給氣體對在堵塞的兩側(cè)上的管道系統(tǒng)加壓，接著堵塞的一側(cè)被快速向大氣排氣。申請人發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)是清除線堵塞的一種有效方法。
在不脫離本發(fā)明的保護范圍的基礎(chǔ)上可對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行許多變型。
在這一點上，應(yīng)該理解的是，與分配容器9、11、13相關(guān)的控制裝置可是機械供給系統(tǒng)或者利用壓力差的壓力系統(tǒng)或者它們的任何組合。
權(quán)利要求
1.一種將用于直接熔煉工藝的固體供給材料供給到直接熔煉容器的固體噴射噴管的設(shè)備，所述固體材料供給設(shè)備包括(a)用于在壓力下將含鐵材料和固體含碳材料輸送到固體噴射噴管的供料線，所述供料線包括主供料線段和從主供料線段延伸的多個供料支線段，每一個供料支線段與一個固體噴射噴管相連以將含鐵材料和固體含碳材料供給到噴管；(b)用于在壓力下將含鐵材料分配到供料線的主供料線段的組件；和(c)用于在壓力下將含碳材料分配到供料線的主供料線段的組件。
2.如權(quán)利要求1所述的供給設(shè)備，其特征在于，含鐵材料分配組件包括裝有含鐵材料的壓力容器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的供給設(shè)備，其特征在于，含鐵材料分配組件包括用于控制含鐵材料供給到供料線的流量的裝置。
4.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，含鐵材料分配組件包括用于供給載體氣體以在壓力下將含鐵材料輸送到供料線中的裝置。
5.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，含碳材料分配組件包括裝有含碳材料的壓力容器。
6.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，含碳材料分配組件包括用于控制含碳材料供給到供料線的流量的裝置。
7.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，含碳材料分配組件包括用于供給載體氣體以在壓力下將含碳材料輸送到供料線中的裝置。
8.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括用于在壓力下將助熔劑分配到供料線的主供料線段的組件。
9.如權(quán)利要求8所述的供給設(shè)備，其特征在于，助熔劑分配組件包括裝有助熔劑的壓力容器。
10.如權(quán)利要求8或9所述的供給設(shè)備，其特征在于，助熔劑分配組件包括用于控制助熔劑供給到供料線的流量的裝置。
11.如權(quán)利要求8至10中任何一項所述的供給設(shè)備，其特征在于，助熔劑分配組件包括用于供給載體氣體以在壓力下將助熔劑輸送到供料線中的裝置。
12.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，每一個分配組件在沿著主供料線段的不同連接位置處與供料線的主供料線段相連。
13.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，含碳材料分配組件與主供料線段的連接位于含鐵材料分配組件與主供料線段的連接的上游。
14.如權(quán)利要求8至11中任何一項所述的供給設(shè)備，其特征在于，助熔劑分配組件與主供料線段的連接位于含碳材料分配組件與主供料線段的連接和含鐵材料分配組件與主供料線段的連接的中間。
15.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，每一個支線段在構(gòu)造方面即，直段和彎曲部以及支線段中的管徑，基本上是相同的。
16.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，供料線僅包括兩個支線段。
17.如權(quán)利要求16所述的供給設(shè)備，其特征在于，支線段與在容器上的徑向相對的位置處的一對噴管相連。
18.如權(quán)利要求16或17所述的供給設(shè)備，其特征在于，每一個支線段包括與固體噴射噴管相連的直段，并且所述直段的長度至少是直段直徑的10倍。
19.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括用于檢測和解除供料線中的堵塞的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的供給設(shè)備，其特征在于，檢測/解除堵塞裝置包括在沿著供料線長度的一系列位置處選擇性地加壓或者排氣的多個組件。
21.如上述任何一項權(quán)利要求所述的供給設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括多個上述供料線，并且每一個供料線的支線段與固體噴射噴管相連，用于含鐵材料和含碳材料或者有選擇使用的助熔劑的獨立的分配組件與每一個供料線相連。
22.一種將用于直接熔煉工藝的固體供給材料供給到直接熔煉容器的固體噴射噴管的方法，所述方法包括利用供料線將固體供給材料和載體氣體供給到固體噴射噴管的步驟，所述供料線包括主供料線段和從主供料線段延伸的多個支線段，每一個支線段與其中一個噴管相連。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法包括維持固體供給材料供給到每一個噴管的相同的質(zhì)量流量。
24.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述固體供給材料包括含鐵材料、含碳材料和助熔劑中的一種或者多種。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，含鐵材料基本上是直徑小于6mm的粉末材料。
26.如權(quán)利要求24或25所述的方法，其特征在于，含碳材料基本上是直徑小于3mm的粉末材料。
27.如權(quán)利要求22至26中任何一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括通過用于每一種供給材料的獨立的分配組件將固體供給材料和載體氣體供給到主供料線段中。
28.如權(quán)利要求22至27中任何一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括在供料線的主供料線段的分配組件端保持至少250Pa的壓頭。
29.如權(quán)利要求22至28中任何一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括以至少10kg固體/Nm3氣體的固體∶氣體比例將固體供給材料和載體氣體供給到供料線中。
30.如權(quán)利要求22至28中任何一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下列最小速度將下列固體供給材料供給到供料線中。
31.一種包括如權(quán)利要求1至21所述的供給材料供給設(shè)備的直接熔煉設(shè)備。
32.一種包括如權(quán)利要求22至30所述的用于供給固體供給材料的方法的直接熔煉方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將用于直接熔煉工藝的固體供給材料供給到直接燃料容器的固體噴射噴管的方法和設(shè)備。所述固體材料供給設(shè)備包括用于在壓力下將含鐵材料和固體含碳材料輸送到固體噴射噴管(7)的供料線(L)，所述供料線包括主供料線段(15)和從主供料線段延伸的多個供料支線段(17)。每一個供料支線段與固體噴射噴管相連以將含鐵材料和固體含碳材料供給到噴管。所述設(shè)備還包括用于在壓力下將含鐵材料分配到供料線的主供料線段的組件以及用于在壓力下將含碳材料分配到供料線的主供料線段的組件。
文檔編號C21B13/00GK1639359SQ02820092
公開日2005年7月13日 申請日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月9日
發(fā)明者大衛(wèi)·約翰·利 申請人:技術(shù)資源有限公司