直接熔炼方法和设备技术

一种用于在冶炼容器中生产铁和／或铁合金的直接熔炼方法，该冶炼容器具有炉膛、侧壁及一炉顶，炉膛内部的最小宽度尺寸为至少４米。该方法包括下列步骤：形成包含熔融金属和熔渣的熔池；将作为供给材料的含铁材料、含碳材料和助熔剂供给到容器中；在熔池中将含铁供给材料熔炼成熔融金属并在熔池中产生气体；通过三个或多个喷管将空气或含高达５０％氧的空气流喷射到熔池的静态表面上方的空间中并使在该过程中产生的气体燃烧；及使熔融材料从熔池向上移动到顶部空间中以有助于熔池的热交换以使容器的热损害达到最少。引入到被喷射到容器中的含氧气流中的顶部空间气体量是被喷射的气体量的２至６倍。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用含铁材料生产铁和/或铁合金的方法和设备，所述含铁材料包括铁矿石、其它诸如铬铁矿石、部分还原的矿石的含铁矿石以及诸如回炉钢料的含铁废料流。本专利技术特别涉及一种基于熔融金属熔池的直接熔炼方法和一种生产熔化的铁和/或铁合金的设备。
技术介绍
一种已知的用于生产铁水的基于熔融金属熔池的直接熔炼方法是DIOS方法。DIOS方法包括一个预生产阶段和一个熔炼还原阶段。在DIOS方法中，利用来自于熔炼还原容器的排出气体使矿石(-8mm)在起泡流化床中被预热(750℃)和预还原(10至30％)，该熔炼还原容器装有一个铁和熔渣的熔池，并且熔渣在铁上形成了一个深层。矿石的细小部分(-0.3mm)和粗大部分(-8mm)在该方法的预还原阶段中被分离，-0.3mm的部分被收集在一个旋风分离器中并且随着氮气被喷入到熔炼还原容器中，而粗大的矿石在重力作用下被装填。预干燥的煤直接从熔炼还原容器的顶部被装填到熔炼还原容器中。煤分解成碎焦和熔渣层中的挥发物质，并且矿石溶解在熔渣中并且形成FeO。FeO在熔渣/铁和熔渣/碎焦界面处还原以生产铁。在熔渣/铁和熔渣/碎焦界面处产生的一氧化碳产生了一种泡沫渣。通过一种特别设计的喷管吹入氧，喷管将氧引入到泡沫渣内并且改善二次燃烧。氧气流使随着熔炼还原反应所产生的一氧化碳燃烧，从而产生热量，这些热量在底部吹入的气体的强烈搅动作用下首先被传递到熔渣，接着被传递到熔渣/铁界面。从熔炼还原容器的底部或者侧面被引入到热铁水熔池中的搅动气体能够提高热交换效率并且增大用于还原的熔渣/铁界面，因此提高容器生产率和热效率。但是，由于氧气流和熔渣中的铁熔滴之间的相互反应增强会降低生产率以及增大耐火材料的磨损，因此当强烈的搅动减弱二次燃烧时，喷射速度必须被限制。周期性地排出熔渣和铁。另一种已知的生产铁水的直接熔炼方法是Romelt方法。Romelt方法基于大容积的充分搅动的熔渣熔池用作在熔炼还原容器中将含金属的供给材料熔炼成铁以及使气态反应产物二次燃烧和传递连续熔炼含金属的供给材料所需的热量的介质。含金属的供给材料、煤和助熔剂在重力作用下通过在容器顶部中的开口被供给到熔渣熔池中。Romelt方法包括通过下排风口将富含氧的空气喷射到熔渣中以形成必需的熔渣搅动以及通过上排风口将富含氧的空气或者氧气喷射到熔渣中以改善二次燃烧。在熔渣中产生的铁水向下移动并且形成一个铁层，通过前炉排出。在Romelt方法中，铁层不是一种重要的反应介质。另一种已知的生产铁水的直接熔炼方法是AISI方法。AISI方法包括一个预还原阶段和一个熔炼还原阶段。在AISI方法中，预热的和部分预还原的铁矿石团粒、煤或者焦粉从顶部被装填到一个加压的熔炼反应器中，加压的熔炼反应器中装有铁和熔渣的熔池。煤除去熔渣层中的挥发性物质，铁矿石团粒溶解在熔渣中，接着被熔渣中的碳(碎焦)还原。该方法操作条件导致熔渣起泡。在该方法中产生的一氧化碳和氢在熔渣层中或者正上方二次燃烧以提供吸热还原反应所需的能量。通过一个中心的水冷喷管从顶部吹入氧气并且通过在反应器底部的风口喷入氮气以确保充分的搅动，从而有助于二次燃烧能量与熔池之间的热交换。该方法的排出气体在被供给到一个竖炉以对团粒预热并且将团粒预还原成FeO或者方铁体之前在一个热旋风分离器中除尘。在以本申请人的名义申请的国际专利申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)中描述了另一种已知的直接熔炼方法，该直接熔炼方法依赖于一种作为反应介质的铁水层，通常被称为Hismelt方法。在该国际申请中所描述的Hismelt方法包括(a)在一个容器中形成铁水和熔渣的熔池；(b)将(i)一种含金属的供给材料，通常为铁的氧化物；(ii)一种固体含碳材料，通常为煤，该固体含碳材料用作铁的氧化物的还原剂以及能量源喷射到熔池中；以及(c)在铁层中将含金属的供给材料熔炼成金属。该Hismelt方法还包括使从熔池中释放的反应气体(诸如一氧化碳和氢气)在熔池上方的空间中与含氧气体二次燃烧并且将由二次燃烧所产生的热量传递到熔池以提供熔炼含金属的供给材料所需的热能。该Hismelt方法还包括在熔池的标称静态表面上方形成一个过渡区域，其中具有适量的熔融金属和/或渣的上升的接着下降的液滴或者飞溅物质或者物质流，从而为将在熔池上方的反应气体的二次燃烧所产生的热能传递到熔池提供一种有效的介质。本申请人对于直接熔炼方法进行了大量的研究和开发工作，包括对于商业操作方法的需求的大量的研究和开发工作，并且已经取得了关于这样的方法的一系列重大的发现。本专利技术的焦点是反应气体的二次燃烧。如果反应气体没有进行适当的二次燃烧并且接着将热量送还到熔池，这样的基于熔池的直接熔炼方法，特别是那些没有预还原阶段的基于熔池的直接熔炼方法会变得不经济，并且在许多情况下是不能实施的，这是由于含铁材料还原的吸热性。另一个问题是，良好的二次燃烧必须不以使大量材料(诸如熔池中的熔融材料和焦炭)氧化为代价，否则会使该方法变得低效率，并且防止这样的氧化需要大量的固体含碳材料。另外，熔池中的液体FeO含量过高对于熔融金属的标称静态表面区域周围的耐火材料消耗是不利的。
技术实现思路
概括地讲，本专利技术涉及一种可在商业上操作的用于在一种冶炼容器中生产铁和/或铁合金的直接熔炼方法，所述冶炼容器具有炉膛、侧壁以及一个炉顶，所述炉膛内部的最小宽度尺寸为至少4米，最好至少为6米。具体地讲，该方法包括下列步骤(a)形成包含熔融金属和熔渣的熔池；(b)将作为供给材料的含铁材料、含碳材料和助熔剂供给到容器中；(c)在熔池中将含铁供给材料熔炼成熔融金属并且在熔池中产生气体；(d)通过三个或者多个喷管将作为含氧气体的空气或者含有高达50％的氧的空气流喷射到熔池的静态表面上方的空间(顶部空间)中并且使在该过程中产生的气体燃烧；以及 (e)使熔融材料从熔池向上移动到顶部空间中以有助于熔池的热交换以及使容器的热损害达到最少；以及该方法的特征在于，引入到被喷射到容器中的含氧气流中的顶部空间气体量是被喷射的气体量的2至6倍。本专利技术基于这样的认识，即，引入到被喷射的含氧气流中的顶部空间气体量是被喷射的气体量的2至6倍能够实现顶部空间气体的良好的二次燃烧以及与熔池之间的良好的热交换，并且熔池中的熔融材料的氧化不会达到不能接受的程度。本专利技术还基于这样的认识，即，通过利用出口端内径为0.8米或者更小(最好为0.6米或者更小)的喷管以至少150米/秒的速度喷射含氧气体能够使引入到被喷射的含氧气流中的顶部空间气体量达到上述范围。因此，最好，该方法的特征在于，利用出口端内径为0.6米或者更小的喷管以至少150米/秒的速度喷射含氧气体流。最好，所述速度至少为200米/秒。最好，含氧气体喷射喷管的出口端在熔池的静态表面上方不大于7米。最好，所述方法包括将含氧气体预热到800-1400℃温度。利用3个或者更多的用于喷射液化气体流的喷管使熔炼容器的顶部比在利用一个具有与多个喷管相同的总内横截面积的喷管的情况下熔炼容器的顶部低。这是由于从较小的多个喷管的端部喷射的气流的表面-体积比增大而导致的。引入气体所需的自由空间较小，因此冶炼容器中的垂直高度也降低。因此提供了一种容器的热损耗较低的结构更紧凑、节省成本的直接熔炼方法。最好，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在一种冶炼容器中生产铁和／或铁合金的直接熔炼方法，所述冶炼容器具有炉膛、侧壁以及一个炉顶，所述炉膛内部的最小宽度尺寸为至少４米，该方法包括下列步骤： （ａ）形成包含熔融金属和熔渣的熔池； （ｂ）将作为供给材料的含铁材料、含碳材料和助熔剂供给到容器中； （ｃ）在熔池中将含铁供给材料熔炼成熔融金属并且在熔池中产生气体； （ｄ）通过三个或者多个喷管将作为含氧气体的空气或者含有高达５０％的氧的空气流喷射到熔池的静态表面上方的空间（顶部空间）中并且使在该过程中产生的气体燃烧；以及 （ｅ）使熔融材料从熔池向上移动到顶部空间中以有助于熔池的热交换以及使容器的热损害达到最少；以及 该方法的特征在于，引入到被喷射到容器中的含氧气流中的顶部空间气体量是被喷射的气体量的２至６倍。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗德尼J德赖，塞西尔P贝茨，
申请(专利权)人：技术资源有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]