固体注射喷枪制造技术

在此披露了一种固体注射喷枪，包括(a)一个管道，该管道限定一个用于有待通过该管道注射的固态原料的通道，并且具有在该管道的一个后端处用于固态材料的一个入口和在该管道的一个前端处用于排出固态材料的一个出口，以及(b)用于检测该固体注射管道中的穿孔的一个穿孔检测系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将固态材料注射到一个容器中的喷枪，如用于生产熔融金属(如铁)的一个基于熔浴的直接熔炼容器。本专利技术还涉及一种用于熔炼含金属材料(如含铁材料(如铁矿石))并且生产熔融铁的方法和装置。
技术介绍
已知的基于熔浴的熔炼方法通常被称为“HIsmelt”方法，并且在以本申请人名义的大量专利和专利申请中进行了描述。该HIsmelt方法一般可应用于熔炼含金属材料，但是特别与从铁矿石或另一种含铁材料生产熔融铁相关联。在生产熔融铁的背景下，该HIsmelt方法包括以下步骤：(a)在直接熔炼容器的主腔室中形成熔融铁和熔渣的浴；(b)将以下材料注射到该熔浴中：(i)典型地呈细粉形式的铁矿石；和(ii)一种固态含碳材料，典型地为煤，该固态含碳材料充当该铁矿石原料的还原剂和能量源；并且(c)在该浴中将铁矿石熔炼成铁。术语“熔炼”在此应理解成意指热加工，其中发生还原金属氧化物的化学反应以生产熔融金属。在该HIsmelt方法中，呈含金属材料(可以被预先加热)和含碳材料形式的固态原料与载气一起通过多个水冷固体注射喷枪注射到该熔浴中，这些喷枪与竖直方向倾斜，以便向下和向内延伸通过熔炼容器的主腔室的侧壁并延伸进入该容器的下部区域，以便将这些固态原料中的至少部分递送到该主腔室底部的金属层中。这些固态原料和该载气渗入该熔浴并引起熔融金属和/或熔渣喷射到该浴表面上方的空间并形成过渡<br>区。通过向下延伸的喷枪将一股含氧气体(典型地为富氧空气或纯氧)注射到该容器的主腔室的上部区域中，从而使该熔浴中释放的反应气体在该容器的上部区域中进行后燃烧。在该过渡区中存在有利量的上升而后下降的熔融金属和/或熔渣的液滴或喷溅物或流，这些提供了有效介质以将在该浴上方通过反应气体后燃烧而产生的热能传递给该浴。典型地，在生产熔融铁的情况下，当使用富氧空气时，该富氧空气在热鼓风炉中产生并在大约1200℃的温度下馈送到容器的主腔室的上部区域中。如果使用工业级冷氧，那么典型地将该工业级冷氧于环境温度下或接近环境温度下馈送到主腔室的上部区域中。通过废气管道从熔炼容器的上部区域排出由该熔炼容器中的反应气体后燃烧所产生的废气。该熔炼容器包括用于熔炼含金属材料的一个主腔室以及通过前炉连接件连接到该主腔室上的一个前炉，该前炉连接件允许金属产物连续地从该容器中流出。该主腔室包括在下部炉床中的带耐火衬里的区段和在该主腔室的侧壁和顶盖中的水冷板。以连续回路使水连续循环通过这些板。该前炉用作熔融金属填充的虹吸密封件，自然地将生产时熔炼容器中的多余熔融金属“溢出”。这便能够已知熔炼容器的主腔室中的熔融金属液位并将其控制在较小的偏差内–这对工厂的安全性来说是至关重要的。熔融金属液位必须(始终)保持在低于水冷元件(如延伸到主腔室中的固体注射喷枪)的安全距离处，否则的话，可能会发生蒸汽爆炸。该HIsmelt方法使得能通过在单个紧凑容器中进行熔炼来生产大量的熔融铁，典型地至少为50万吨/年。可以在美国专利6,398,842(转让给本申请人)中找出用于在熔炼容器中使用的一种固体注射喷枪的构造的一个例子。这种形式的喷枪可以用来将固态微粒材料(如含金属材料或含碳材料)注射到熔炼容器中。典型地，通过单独的喷枪注射该含金属材料和含碳材料。可以预先加热该含金属材料。可以通过一个喷枪共注射含金属材料和含碳材料。美国专利6,398,842中披露的喷枪包括一个中心芯管和一个外部环形冷却夹套。该芯管被紧密安装在该冷却夹套内。在使用中，固态微粒材料穿过该中心芯管并且从该喷枪的一个前部尖端排出。在该外部环形冷却夹套内提供一种强制内部冷却水系统以使得该喷枪当暴露于在一个直接熔炼容器内遇到的高温时成功操作，在熔炼作为含金属材料的铁矿石的情况下该高温可以超过1400℃。含金属材料和含碳材料可以是磨损性的，并且因此在用于熔炼容器的固体注射喷枪的设计中，磨蚀是一个考虑因素。当该熔炼容器用来生产熔融铁并且含金属材料包括铁矿石细粉时尤其如此。在一种固体注射喷枪(如美国专利6,398,842中披露的喷枪)中使用一个内部冷却水系统是一个安全问题，该安全问题在喷枪设计中是一个慎重的考虑因素。关键的是固态原料不能磨穿该喷枪的该芯管的壁并形成穿孔，并且使该水冷系统暴露于固态原料从而具有潜在的爆炸危险。另一个考虑因素是希望直接熔炼厂操作持续12个月或更长的熔炼炉龄。因此，将安全考虑因素考虑在内，希望尽可能长地操作固体注射喷枪。存在与美国专利6,398,842中披露的上述水冷喷枪不同类型的用于直接熔炼容器的固体注射喷枪。其他这类喷枪包括将固态原料和含氧气体分开注射到直接熔炼容器中的喷枪。这些喷枪可以或可以不是水冷喷枪，但仍然经受由磨损引起的、导致喷枪的固体注射部件穿孔的相同的安全考虑因素。本专利技术提供一种用于将含金属材料和/或含碳材料注射到一个直接熔炼容器中的有效和可靠的固体注射喷枪。以上描述并不旨在认可以上是澳大利亚及其他地方的公知常识。披露概述本专利技术的该固体注射喷枪凭借一个有效的穿孔检测系统使由固体注射喷枪的固体注射部件的磨损引起的导致穿孔的危险和安全问题最小化。本专利技术的该固体注射喷枪包括(a)一个管道，该管道限定一个用于有待通过该管道注射的固态原料的通道，并且具有在该管道的一个后端处用于固态材料的一个入口和在该管道的一个前端处用于排出固态材料的一个出口；以及(b)用于检测该固体注射管道中的穿孔的一个穿孔检测系统。该穿孔检测系统可以被适配成检测由于该管道中的穿孔而引起的该固体注射管道中的压力或进入或离开该管道的气流的变化。该固体注射喷枪可以包括一个水冷系统，并且该穿孔检测系统可以位于固体注射管道与冷却水系统之间。在这个实例中，该穿孔检测系统的目的是在穿孔可以延伸到内部冷却水系统从而造成潜在灾难性后果之前检测该穿孔。该水冷系统可以是包括一个内部水冷系统的一个外部环形冷却夹套。本专利技术并不局限于前两段中所描述的安排，尽管水冷固体注射喷枪是本专利技术的描述重点。通过举例，本专利技术还延伸到分开注射固态原料和含氧气体并且不包括一个水冷系统的喷枪，并且在穿孔可以延伸到喷枪的氧气注射部件之前检测喷枪的固体注射部件中的穿孔是重要的。作为特例，该固体注射喷枪可以包括该固体注射管道和用于通过该喷枪将含氧气体从该喷枪的一个后端注射到一个前端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体注射喷枪，包括(a)一个管道，该管道限定一个用于有待通过该管道注射的固态原料的通道，并且具有在该管道的一个后端处用于固态材料的一个入口和在该管道的一个前端处用于排出固态材料的一个出口，以及(b)用于检测该固体注射管道中的穿孔的一个穿孔检测系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.06 AU 20139015991.一种固体注射喷枪，包括(a)一个管道，该管道限定一个用于有待
通过该管道注射的固态原料的通道，并且具有在该管道的一个后端处用
于固态材料的一个入口和在该管道的一个前端处用于排出固态材料的一
个出口，以及(b)用于检测该固体注射管道中的穿孔的一个穿孔检测系统。
2.如权利要求1所述的喷枪，其中该穿孔检测系统被适配成检测由
于该管道中的穿孔而引起的该固体注射管道中的压力或进入或离开该管
道的气流的一个变化。
3.如权利要求1或权利要求2所述的喷枪，包括一个水冷系统，并
且该穿孔检测系统位于该固体注射管道与该水冷系统之间。
4.如权利要求1或权利要求2所述的喷枪，包括用于通过该喷枪将
含氧气体从该喷枪的一个后端注射到一个前端的一个系统，并且该穿孔
检测系统位于该固体注射管道与该气体注射系统之间。
5.如以上权利要求中任一项所述的喷枪，其中该固体注射管道是该
喷枪的一个中心芯管。
6.如权利要求5所述的喷枪，其中该穿孔检测系统包括从该芯管径
向向外的一个环形腔室，并且该穿孔检测系统被适配成检测由于该芯管
中的穿孔而引起的该环形腔室中的压力或进入或离开该环形腔室的气流
的一个变化。
7.如权利要求5所述的喷枪，其中该穿孔检测系统包括：从该芯管

\t径向向外的一个环形腔室；一个传感器，该传感器用于检测指示在该芯
管中存在穿孔的该环形腔室或该芯管中的压力或进入或离开该环形腔室
或该芯管的气流的一个变化；以及一个警报器，该警报器响应于该传感
器以指示该芯管中的穿孔。
8.如权利要求6或权利要求7所述的喷枪，其中当该芯管穿孔时，
压力或气流的变化是该环形腔室中的压力减小或气流向内进入该环形腔
室中。
9.如权利要求8所述的喷枪，其中该环形腔室含有在高于该芯管中
的平均气压的压力下的一种惰性气体，这样使得在使用中，当该芯管穿
孔时，惰性气体从该腔室流入该芯管中的该通道中。
10.如权利要求9所述的喷枪，其中该环形腔室包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：雅克·派洛特，罗德尼·詹姆士·德里，迈克尔·安东尼·赫顿，
申请(专利权)人：技术资源有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU