直接熔煉設備的制作方法

專利名稱：直接熔煉設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直接熔煉設備，該直接熔煉設備用于由諸如礦石、 部分還原的礦石和含金屬廢流的含金屬供給材料生產熔融金屬。
背景技術：
一種已知的直接熔煉工藝在以申請人名義的國際申請
PCT/AU96/00197(W096/31627)中進行了描述，該直接熔煉工藝主要依 靠熔池作為反應介質，并且通稱為HIsmelt工藝。該專利申請的公開通 過交叉參引合并于此。
如在關于生產熔融鐵的該國際申請中所描述的HIsmelt工藝包括
(a) 在直接熔煉容器中形成熔融鐵和熔渣的熔池；
(b) 將以下物質噴射入熔池(i)含金屬供給材料，通常為氧 化鐵；和(ii)固體含碳材料，通常為煤，該固體含碳材料用作氧化鐵 的還原劑和能量源；以及
(C)在金屬層中將含金屬供給材料熔煉成鐵。
在這里將術語"熔煉"理解為熱處理，其中進行還原金屬氧化物 的化學反應以生產熔融金屬。
HIsmelt工藝還包括在熔池上方的具有含氧氣體的空間中后燃從熔 池釋放的諸如CO和H2的反應氣體，并將該后燃產生的熱量傳遞到熔池 以貢獻熔煉含金屬供給材料所需的熱能。
HIsmelt工藝還包括在熔池的名義靜止表面上方形成過渡區，在該 過渡區中，具有熔融金屬和/或熔渣的液滴或飛濺或液流的適量上升及隨后的下降，這提供了用來將通過在熔池上方后燃反應氣體而產生的 熱量傳遞到熔池的有效介質。
在HIsmelt工藝中，含金屬供給材料和固體含碳材料通過許多噴槍/ 風口噴射入熔池，這些噴槍/鼓風口相對于豎直方向傾斜以便向下且向 內地延伸通過直接熔煉容器的側壁并進入容器的下部區域，從而將至 少部分的固體材料傳送到容器底部中的金屬層。為了促進容器上部中 的反應氣體的后燃，通過向下延伸的熱空氣噴槍將一股可富含氧氣的 熱空氣噴射入容器的上部區域中。容器中的反應氣體的后燃所產生的 廢氣通過廢氣管從容器的上部被帶走。在容器的側壁和容器頂上包括 有耐火材料襯里的水冷板，并且水通過連續循環回路中的板連續地循 環。
HIsmdt工藝使得能在單個小型容器中通過直接熔煉來生產大量的 熔融金屬，諸如熔融鐵。為實現這個目的，必須將大量的熱氣傳輸到 直接熔煉容器并從直接熔煉容器中傳輸出來，將大量的含金屬供給材 料，諸如含鐵供給材料傳輸到容器，將大量在該工藝中產生的熔融金 屬產品和熔渣從容器傳輸出來，以及使大量的水循環通過水冷板，所 有這些都需要在相對有限的區域內進行。這些功能必須在整個熔煉操 作中持續，而該熔煉操作預期持續至少12個月。還必須提供通道和處 理設施以便能夠在熔煉操作之間進入容器并提升設備。
在西澳大利亞州的Kwinana已建造了基于6m直徑容器(耐火爐缸 的內徑)的商用HIsmelt直接熔煉設備。該設備被設計成運行HIsmetl工 藝并且每年在容器中生產800,000噸熔融鐵。
申請人現已實施了設計更大規模的商用HIsmdt直接熔煉設備的研 究和開發工作，以通過HIsmdt工藝每年生產超過l百萬噸熔融鐵的。
申請人在擴大HIsmelt工藝中面對了許多問題并且已提出了一種用于HIsmelt直接熔煉設備的可選設計。
本發明涉及一種直接熔煉設備，該設備是用于上述的商用HIsmelt 直接熔煉設備的一種可選設計。
本發明的直接熔煉設備還能用于實施其他直接熔煉工藝。

發明內容
根據本發明，提供了一種直接熔煉設備，該直接熔煉設備用于使 用基于熔池的直接熔煉工藝由含金屬供給材料來生產熔融金屬，該直 接熔煉設備包括
(a) 固定的直接熔煉容器，用來容納金屬和熔渣的熔池以及在該 熔池上方的氣體空間，該容器包括爐缸和側壁；
(b) 固料供給組件，用來將包括含金屬供給材料和含碳材料的固 體供給材料從遠離容器的固體供給材料供給位置供給到容器中；
(c) 含氧氣體供給組件，用來將含氧氣體從遠離容器的含氧氣體 供給位置供給到容器中；
(d) 廢氣管組件，用來促使廢氣從容器流出，廢氣管組件包括兩 個從容器向外延伸的匹配直徑的廢氣管；
(e) 出金屬組件，用來在熔煉操作期間從池出熔融金屬；以及
(f) 出熔渣組件，用來在熔煉操作期間從池出熔渣。
申請人已確定從結構工程的觀點來看，對于通過每年生產2百萬噸 或以上熔融金屬的HIsmelt工藝產生的廢氣流量而言，單個廢氣管不是 理想的選項，并且像這樣，單個廢氣管也不能容易地離開現場構造并 運輸到現場以用于組裝。
優選地，廢氣管從容器側壁的上段向外延伸。
優選地，側壁的上段是圓柱形的。優選地，容器的側壁包括
(a) 下圓柱段，
(b) 上圓柱段，該上圓柱段比該下段具有更小的直徑，以及 (C)過渡段，該過渡段使上段和下段互連。
優選地，廢氣管組件包括兩個匹配長度的匹配廢氣管。術語"匹 配"在此處理解為意指管的長度相同。
優選地，當從容器上方觀察時，廢氣管限定V形形狀。
優選地，由廢氣管的軸線描繪的廢氣管之間的角度為50-90°，更優 選為55-80°，且更優選為60-80°。
優選地，廢氣管以相對于水平成5-10°的角度向上傾斜。
優選地，將廢氣管相對于側壁的圓柱形上段定位，使得該管的中 心軸線彼此相交，并與從遠離所述管的容器的中心垂直軸線延伸的徑 向線相交。換言之，廢氣管的軸線不是自容器的中心垂直軸線的徑向 線。
申請人已確定如前述段落中所述定位廢氣管優選于定位該管使得 該管的軸線從容器的中心垂直軸線徑向延伸。此優選的原因是位于廢 氣管之間的側壁的所述段根據由該段所描繪的圓弧來看是較大的段， 并且從此側壁的段的結構觀點來看，這是有利的。
優選地，含氧氣體供給組件包括(i)氣體噴射組件，該氣體噴射 組件包括多個氣體噴槍，所述多個氣體噴槍用來將含氧氣體噴射入所 述容器中并且延伸通過所述容器中的開口 ，以及(ii)氣體輸送管組件， 該氣體輸送管組件從遠離所述容器的氣體供給位置延伸用來將含氧氣體輸送到所述氣體噴射組件，該氣體輸送管組件包括單個氣體供給主 管，該單個氣體供給主管連接到所述氣體噴槍用來將含氧氣體從所述 氣體供給位置供給到所述氣體噴槍，并且所述廢氣管被定位在所述氣 體供給主管與所述容器側壁的過渡段中間的高度。
優選地，容器側壁的過渡段包括用于氣體噴槍的開口，且噴槍延 伸通過所述開口進入容器中，并且過渡段中的至少一些開口至少部分 地被定位在廢氣管下方，由此噴槍繞容器放射狀地等間隔設置。
優選地，氣體輸送管組件包括多個將氣體供給主管與氣體噴槍連 接到一起的構件，并且每個連接構件包括筒管和伸縮接頭，該筒管從 一個氣體噴槍的進口端延伸，而該伸縮接頭在一端連接到該筒管而在 另一端連接到氣體供給主管的出口中的一個，并且廢氣管的軸線放射 狀間隔開，使得過渡段中的開口位于廢氣管下面的位置，從而從氣體 供給管向下和向內延伸到開口的氣體噴射筒管和/或噴槍與管具有足夠 的間隙，以用于筒管和/或噴槍的安裝和移除。
優選地，廢氣管組件包括至少一個流量控制閥，以控制來自容器 的廢氣的流動。
優選地，所述設備包括至少一個連接到每個廢氣管的所述流量控 制閥，以控制通過該管的廢氣的流動。
優選地，含金屬材料包括鐵礦石。


在下文中通過參照附圖的實例對本發明進行更詳細地描述，其中 圖1和圖2是從兩個不同方向的透視圖，示出了直接熔煉容器以及
一部分廢氣管系統，該廢氣管系統構成根據本發明的直接熔煉設備的
一個實施例的一部分；圖3是容器的透視圖； 圖4是容器的側視圖5是容器的側視圖，示出了耐火磚在容器內部中的布局； 圖6是容器的側視圖，示出了容器的固料噴槍和熱空氣噴槍的布
置；
圖7是沿圖6中的線A-A的剖面圖； 圖8是沿圖6中的線B-B的剖面圖9是示出了固料噴槍在容器中的布置的簡圖10是容器的所選部件的示意性頂部平面視圖，示出了從容器中
取出和插入容器中的用于固料噴槍和熱空氣噴槍的取出和插入外殼；
圖ll是容器的頂部平面視圖；以及
圖12是移除了廢氣管和熱空氣流輸送系統的容器的頂部平面視圖。
具體實施例方式
附圖中所示的直接熔煉設備具體適合于根據如在國際專利申請
PCT/AU96/00197(WO96/00197)中描述的HIsmelt工藝來熔煉含金屬材料。
該設備不限于根據HIsmelt工藝來熔煉含金屬材料。 下文的描述是在根據HIsmelt工藝熔煉鐵礦粉以生產熔融鐵的背景下。
本發明不限于生產熔融鐵，而是擴展到直接熔煉任何含金屬材料。
下文的描述集中在直接熔煉設備的直接熔煉容器上以及直接與容 器相連的裝置，諸如固料和氣體噴槍上。
直接熔煉設備還包括其他裝置，包括用于處理用于容器的容器上游的供給材料的裝置以及用于處理在容器中生產的產品(熔融金屬、 熔渣和廢氣)的裝置。因為這種其他裝置不是本發明的中心，所以不 在此處對其進行詳細描述，但它仍構成該設備的一部分。在以申請人 名義的其他專利申請和專利中對這種其他裝置進行了描述，并且在這 些專利申請和專利中的公開通過交叉參引合并于此。
參照附圖，在本發明的背景中，附圖中所示直接熔煉設備的實施 例的主要特征是
(a) 固定的直接熔煉容器3，用來容納金屬和熔渣的熔池41和在
熔池上方的氣體空間43;
(b) 固體供給組件，該固體供給組件包括12個固料噴槍5a、 5b， 該固體供給組件用來將包括含金屬供給材料和含碳材料的固體供給材 料供給到容器中；
(c) 含氧氣體供給組件，用來將含氧氣體供給到容器中，該含氧 氣體供給組件包括
(c) (i) 4個氣體噴槍7形式的氣體噴射組件，用來將含氧氣體噴 射入容器中的氣體空間和/或熔池中；以及
(c) (ii)氣體輸送管組件，該氣體輸送管組件包括環形主管9 和多個構件49，每個構件49與每個氣體噴槍7相連，所述構件49連接環 形主管9和氣體噴槍7以將通常為空氣或富氧空氣的含氧氣體輸送到氣 體噴槍7;以及
(d) 廢氣管組件，該廢氣管組件包括兩個廢氣管ll，用來促使廢 氣從容器中流出，離開容器；
參照圖l、 2和10，這里應適當注意地是直接熔煉設備還包括上部 結構89，該上部結構89由裝配到一起的鋼梁形成，從而限定八角形的 外周界91、八角形的內周界93以及一系列互連周界梁的橫梁95。上部 結構89通過吊架(未示出)支撐氣體輸送管組件的環形主管9。上部結 構還包括使工人能夠在容器3的不同高度處進入容器3的多個平臺(未 示出)。容器3包括(a)爐缸，該爐缸包括由耐火磚形成的底部21和側 部23， (b)側壁25,該側壁25從該爐缸向上延伸，以及(c)準球形的 頂部27。為了將容器3的尺寸置于背景之中，設計為每年生產2百萬噸 熔融鐵的容器3需要大約8m的爐缸直徑(內部)。
容器3的側壁25形成為使得該容器包括(a)下圓柱段29， (b) 比下圓柱段29具有更小直徑的上圓柱段31，以及(c)互連兩個段29、 31的截頭圓錐段33。
根據下文的描述和附圖明顯的是容器的側壁25的3個段29、 31、 33 將側壁25分成3個獨立區。下段29支撐固料噴槍5a、 5b。截頭圓錐段33 支撐氣體噴槍7。最后，上段33實際上是廢氣腔，廢氣從上段33離開容器。
容器3的側壁25和頂部27支撐多個水冷板(未示出)，并且該設備 包括冷卻水回路。參照圖5，上段33包括單鋼板，而下段29包括雙鋼板。 冷卻水回路將水供給到水冷板，并將熱水從水冷板中移出，然后在將 水返回到水冷板之前，將熱量從熱水中提取出來。
容器3的側壁25的截頭圓錐段33包括用于氣體噴槍7的開口35。噴 槍7延伸通過開口35。噴槍開口35包括安裝凸緣37，噴槍7安裝在凸緣 37上并通過凸緣37支撐。噴槍開口35位于容器3的相同高度處并繞容器 3的側壁25的周界以等間距設置。
參照圖5，在使用容器3來根據HIsmelt工藝熔煉鐵礦粉以生產熔融 鐵中，容器3容納鐵和熔渣的熔池41，熔池41包括容納在容器3的爐缸 中的熔融鐵層(未示出)和在金屬層22上的熔渣層(未示出)。圖5中 所示的熔池41處在靜止狀態下，即處在沒有固料和氣體噴射入容器3中 的狀態下。典型地，當HIsmdt工藝在容器3中運行以每年生產2百萬噸 熔融鐵時，容器3容納500噸的熔融鐵和700噸的熔渣。參照圖3和圖4，容器3還包括2個位于爐缸側部23中的通道門45， 使得能夠進入容器ll的內部，以在容器內部中進行換襯或其他維修工 作。
通道門45是焊接到側部23的鋼板的形式。當需要進入到容器3的內 部時，將板從爐缸的側部23中切掉并在容器3中的工作完成之后，將替 換板焊接到適當的位置。通道門45處在容器3的相同高度處。通道門45 繞容器3的圓周以至少90。間隔開。此間距使耐火壁拆除設備能夠延伸通 過門45進入容器中，并當容器熱時，拆除有耐火材料襯里的側壁的耐 火材料的很大部分。此外，通道門45足夠大，通常為直徑2.5m，以使 得山貓滑移轉向裝載機(bob-cat)或類似的設備能夠進入容器3的內部。
參照圖3，容器3還包括位于容器3的頂部27中的類似的通道門47， 使得能夠進入到容器11的內部，以在容器3內部中進行換襯或其他維修 工作。
在使用中，氣體噴射組件的四個氣體噴槍7從距還原容器11某一距 離設置的熱氣供給站(未示出)中噴射富氧熱空氣流。該熱氣供給站 包括一系列熱氣爐(未示出)和氧氣設備(未示出)，以使富氧空氣 流能夠通過熱氣爐并進入連接到環形主管9的熱氣輸送管51 (圖2和圖 11)中。可選地，在空氣流已通過爐加熱之后，可向空氣流添加氧氣。
氣體噴槍7的目的是以足夠的流速噴射充足流量的富氧熱空氣，使 得熱空氣滲入熔融金屬和熔渣的噴泉，通常為環形噴泉中，所述噴泉 在容器3內作為HIsmelt工藝的一部分向上射出，并且富氧熱空氣燃燒噴 泉中的可燃氣體，諸如從熔池中釋放的二氧化碳和氫。可燃氣體的燃 燒產生熱量，當熔融金屬和熔渣向下移回到熔池中時，該熱量被傳遞 到熔池中。根據基本構造，氣體噴槍7是直進的噴槍，并且不包括用于向流過 噴槍的富氧空氣施加渦旋的渦旋式噴嘴。如上文所指出的，申請人的 研究工作發現在無渦旋情況下工作的氣體噴槍7能實現與在有渦旋的 情況下工作的噴槍相當的性能。
氣體噴槍7向下延伸通過容器3的側壁25的截頭圓錐段33進入容器 3的上部區域中。噴槍7等間距地環繞截頭圓錐段33并處在相同的高度 處。噴槍7被設置為向下并向外延伸以朝著側壁25的下段29噴射熱空 氣。要重點注意的是不希望含氧氣體接觸容器的側壁25—從容器壽命 的觀點來看，通過在側壁處的燃燒所產生的高溫是不合需要的。因此， 噴槍7被布置為使得噴槍7的尖端53是水平圓上的點。
從避免諸如CO的反應氣體在圖5中總體通過附圖標記139標識的 容器中垂孔中燃燒以及由此產生的來自廢氣管ll的廢氣的熱量損失的 觀點看，上述含氧廢氣的向下和向外噴射也是令人滿意的。
如在圖3中能最好地看到，氣體輸送管組件的環形主管9是設置在 容器3上方的圓形管。如上所述，環形主管9被連接到熱氣輸送管51并 接收來自此管51的富氧空氣。
環形主管9包括4個出口65。
氣體輸送管組件的連接構件49將環形主管9與氣體噴槍7連接到一起。
用于每個氣體噴槍7的熱連接構件49包括筒管61和伸縮接頭63，該 筒管61從噴槍7的進口端延伸，而該伸縮接頭63在一端連接到筒管61而 在另一端連接到環形主管9的出口65。
在使用中，氣體噴槍7接收流經由環形主管9和將噴槍7連接到環形主管9的連接構件49的富氧熱空氣。環形主管9將相同流量的熱空氣輸 送到每個噴槍7。
參照圖6和圖8，每個氣體噴槍7在容器3內的位置在理論上能通過
如下確定
(a) 垂直定位噴槍7，使噴槍7的尖端53處在由圖6和圖8中的圓形 圖標55所指示的所需位置，然后，
(b) 在噴槍尖端53固定的情況下，在垂直面中將噴槍轉動35。， 該垂直面與噴槍尖端53相交并垂直于與噴槍尖端35相交的徑向面，然 后，
(c) 在噴槍尖端53固定的情況下，朝著該徑向面將噴槍向外旋轉
30。。
氣體噴槍7被設置為可從容器3中移除。
具體地，每個噴槍7能通過如下方式取出將相關的連接構件49的 筒管61和伸縮接頭63與每個噴槍7和環形主管9分開，之后從位于側壁 25的截頭圓錐段33中的噴槍開口35的安裝凸緣37處卸下噴槍7，然后， 將噴槍7連接到高架起重機(未示出)并從開口35向上提升噴槍7。
通過與前一段中所描述的程序相反的程序能將替換噴槍7插入容 器3中。
固料供給組件的12個固料噴槍5a、 5b向下并向內延伸通過容器3的 側壁25的下段29的側壁25中的開口 (未示出)并進入熔池41的熔渣層 (未示出)。噴槍5a、 5b被布置為使得噴槍的尖端是假想的水平圓上的 點。側壁25包括安裝凸緣69，而噴槍5a、 5b安裝在凸緣69上并通過凸緣 69支撐。
參照圖7和圖9，固料噴槍5a、 5b包括(a) 8個噴槍5a，用來將鐵礦粉和熔劑噴射入容器3中；和(b) 4個噴槍5b，用來將固體含碳材 料和熔劑噴入容器3中。
固體材料被帶入缺乏氧氣的運載氣體中。所有噴槍5a、 5b的外徑 相同并設置在容器3的相同高度處。噴槍5a、 5b等間距地環繞側壁25下 段29的圓周，并被布置成使得鐵礦噴槍5a成對地設置且具有分隔每相鄰 對鐵礦噴槍5a的煤噴槍5b。用以將熱鐵礦噴射入容器中的該對鐵礦噴槍 5a簡化了繞容器的管道接入問題。
在使用中，在熔煉操作期間，鐵礦噴槍5a經由熱礦噴射系統接收 熱鐵礦粉和熔劑，而煤噴槍5b經由含碳材料噴射系統接收煤和烙劑。
參照圖9，熱礦噴射系統包括用以加熱鐵礦粉的預熱器(未示出) 和熱礦傳送系統，該熱礦傳送系統包括一系列主供給線73和用于每對 鐵礦噴槍5a的多對分支供給線75以及大量運載氣體以傳輸供給線71、73 中的熱礦粉并以68(TC量級的溫度將熱礦粉噴射入容器3中。
參照圖9，含碳材料/熔劑噴射系統包括用于每個煤噴槍5b的單一 供給線77。
煤供給線75的外徑通常比熱礦分支線的外徑75小，通常是熱礦分 支線75的外徑的外徑40-60%。盡管噴槍5a、 5b的內徑優選相同，但是 使熱礦供給線75和熱礦分支線77絕熱的需求明顯增加了噴槍的外徑。 典型地，熱礦分支線75具有在400-600mm范圍內的相同外徑，而煤供給 線77具有在100-300mm范圍內的相同外徑。在一個具體示例中，熱礦分 支線75具有500mm的外徑，而煤供給線77具有200mm的外徑。
固料噴槍5a、 5b被設置為可從容器3中移除。
具體地，固體供給組件包括在將噴槍從容器中移除并將替換噴槍插入容器3中期間用以支撐每個固料噴槍5a、 5b的組件。用于每個噴槍 5a、5b的支撐組件包括從容器3的側壁25向上和向外延伸的細長軌道(未 示出)、可沿該軌道移動的車架(未示出)、以及可操作的沿軌道移 動車架的車架驅動器(未示出)，其中該車架可連接到噴槍5a、 5b，從
而使噴槍能支撐在軌道上并通過車架驅動器的操作而向上和向下移 動，并由此從容器3中取出。該支撐組件在以申請人名義的國際申請 PCI72005/001101和PCT/AU2005/01103中進行了描述，并且所述國際申 請中的公開通過交叉參引合并于此。
根據上文的描述將會明顯地是，直接熔煉設備適應于包括4個氣體 噴槍7和12個固料噴槍5a、 5b的16個噴槍的移除和替換。容器3是相對緊 湊的容器。容器3的這種緊湊性以及環形主管9和氣管11相對于容器3的 位置對噴槍7、 5a、 5b的移除和替換設置了緊密的空間約束。
參照圖IO，為了便于噴槍7、 5a、 5b的移除和替換，直接熔煉設備 包括多個垂直延伸的高架起重機進入區97a、 97b。
進入區97a在環形主管9外側并在上部結構89的外周界91內側。與 12個固料噴槍5a、 5b相應，總共具有12個進入區97a。進入區97a能實現 固料噴槍5a、 5b的移除和替換。
進入區97b在環形主管9的內側。與4個氣體噴槍7相應，總共具有4 個進入區97b。進入區97b能實現氣體噴槍7的移除和替換。
廢氣管組件的該對廢氣管ll使得在于容器3中運行的HIsmelt工藝 中產生的廢氣能從容器3中流出，以在釋放到大氣之前，用于下游的處 理。
如上文所述，HIsmelt工藝優選利用空氣或富氧空氣運行，因此產 生相當大體積的廢氣，需要相對大直徑的廢氣管ll。廢氣管11從側壁25的上段31相對于水平成7。角延伸。
如在圖11和圖12中能最好地看到，當從容器3上方觀察時，廢氣管 ll呈現V形形狀。廢氣管11的縱軸線X成66.32。的角度。廢氣管被定位 成使得管11的中心軸線X彼此相交，并且相交在從容器3的中心垂直軸 線105延伸的徑向線L上的點101。換言之，廢氣管11的軸線X不是自容 器3的中心垂直軸線105的徑向線。
參照圖1和圖2，直接熔煉設備包括與每個廢氣管ll相連的分離的 廢氣罩107，以冷卻來自容器3的廢氣。廢氣罩107從廢氣管11的出口端 垂直向上延伸。廢氣罩107經由與通過罩的水/蒸汽的熱交換來將來自容 器3的廢氣冷卻到900-1100。C量級的溫度。
進一步參照圖1和圖2，直接熔煉設備還包括與每個廢氣罩107相連 的分離的廢氣洗滌器109，用以從冷卻廢氣中除去微粒。另外，每個廢 氣罩107連接到流動控制閥(未示出)，該流動控制閥控制來自容器并 通過廢氣罩107的廢氣的流動。流動控制閥可與廢氣洗滌器109合并。
進一步參照圖1和圖2，直接熔煉設備還包括與兩個廢氣洗滌器109
相連的單個冷卻器lll。在使用中，廢氣冷卻器lll接收來自兩個廢氣 洗滌器109的洗滌過的廢氣流，并將廢氣冷卻到25-4(TC量級的溫度。
在使用中，對來自廢氣冷卻器lll的冷卻廢氣根據需要進行處理， 例如通過被用作爐(未示出)或廢熱鍋爐(未示出)中的燃氣，以從 廢氣中重新獲得化學能，并在此之后作為清潔廢氣被釋放到大氣中。
直接熔煉設備還包括出金屬組件，該出金屬組件包括前爐13，用 來從容器3中連續地出熔融鐵。在熔煉操作期間生產的熱金屬從容器3 中通過前爐13以及連接到前爐13的熱金屬流槽(未示出)排出。熱金屬流槽的出口端設置在熱金屬水包站(未示出)之上，以將熔融金屬 向下地供給到位于站中的水包。
直接熔煉設備還包括最終出金屬組件，用來在熔煉操作結束時從
容器3中出熔融鐵，使熔融鐵離開容器3的下部，并將熔融鐵從容器3運 走。最終出金屬組件包括位于容器3中的多個最終出金屬孔15。
直接熔煉設備還包括出熔渣組件，用來在熔煉操作期間定期地從 容器的下部從容器3中出熔渣，并將熔渣從容器3送走。出熔渣組件包 括多個位于容器3中的熔渣槽17。
直接熔煉設備還包括最終出熔渣組件，用來在熔煉操作結束時從 容器3中出熔渣。最終出熔渣組件包括多個位于容器3中的出熔渣口19。
在根據HIsmelt工藝的熔煉操作中，鐵礦粉和合適的運載氣體以及 煤和合適的運載氣體通過噴槍5a、 5b噴射入熔池中。固體材料和運載氣 體的動量使得固體材料滲入熔池41的金屬層中。煤被除去揮發成份， 從而在金屬層中產生氣體。碳部分地溶解在金屬中并部分地保持為固 體碳。
鐵礦粉被熔煉成熔融鐵，并且熔煉反應生成一氧化碳。將熔融鐵 經由前爐13從容器3中連續移除。
定期地將熔渣經由熔渣槽17從容器3中移除。
被運送到金屬層中以及通過除去揮發作用和熔煉反應所生成的氣 體引起熔融金屬、固體碳和熔渣(由于固體/氣體/噴射的結果而被吸入 金屬層中)從金屬層中的顯著浮升，這導致了熔融金屬和熔渣的飛濺、 液滴和液流的向上運動，并且當這些飛濺、液滴和液流移動通過熔渣 層時它們會夾帶熔渣。熔融金屬、固體碳和熔渣的浮升導致了熔渣層的明顯攪拌，其結果是熔渣層體積擴大。另外，由熔融金屬、固體碳 和熔渣的浮升而導致的熔融金屬和熔渣的飛濺、液滴和液流的向上運 動延伸到熔池上方的空間中并且形成了上述的噴泉。
含氧氣體經由氣體噴槍7噴射入噴泉使得在容器3中的諸如一氧化 碳和氫氣的反應氣體后燃。當熔融材料回落到熔池中時，通過該后燃 產生的熱量被傳遞到熔池。
由容器3中的反應氣體后燃所產生的廢氣通過廢氣管11從容器3中
被帶走。
在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，可對上述本發明的實施 例作出許多變形。
作為示例，盡管上述實施例包括2個廢氣管11，但是本發明不限于 這個數目的廢氣管ll，而是擴展到任意合適數目的廢氣管ll。
此外，盡管上述實施例包括用來將含氧氣體輸送到氣體噴槍7的環 形主管9，但是本發明不限于這種設置，而是擴展到任意合適的氣體輸 送組件。
此外，盡管上述實施例包括4個氣體噴槍7，但是本發明不限于這 種噴槍7的數目和設置，而是擴展到噴槍7的任意合適數目和設置。
此外，盡管上述實施例包括12個固料噴槍5a、 5b，其中8個噴槍5a 為成對布置的鐵礦噴槍，而其余4個噴槍5b為煤噴槍，但是本發明不限 于這種噴槍5a、 5b的數目和布置。
此外，盡管上述實施例包括用來從容器3中連續出熔融鐵的前爐 13，但是本發明不限于前爐的使用以及連續出熔融鐵。
權利要求
1. 一種直接熔煉設備，該直接熔煉設備用于使用基于熔池的直接熔煉工藝由含金屬供給材料來生產熔融金屬，所述直接熔煉設備包括(a)固定的直接熔煉容器，用來容納金屬和熔渣的熔池以及在所述池上方的氣體空間，所述容器包括爐缸和側壁；(b)固料供給組件，用來將包括含金屬供給材料和含碳材料的固體供給材料從遠離所述容器的固體供給材料供給位置供給到所述容器中；(c)含氧氣體供給組件，用來將含氧氣體從遠離所述容器的含氧氣體供給位置供給到所述容器中；(d)廢氣管組件，用來促使廢氣從所述容器流出，所述廢氣管組件包括兩個從所述容器向外延伸的匹配直徑的廢氣管；(e)出金屬組件，用來在熔煉操作期間從所述池出熔融金屬；以及(f)出熔渣組件，用來在熔煉操作期間從所述池出熔渣。
2. 根據權利要求l所述的設備，其中廢氣管從所述容器的側壁的 上段向外延伸。
3. 根據權利要求2所述的設備，其中所述側壁的所述上段是圓柱 形的。
4. 根據權利要求3所述的設備，其中所述容器的所述側壁包括(a) 下圓柱段，(b) 上圓柱段，該上圓柱段比下段具有更小的直徑，以及(c) 過渡段，該過渡段使上段和下段互連。
5. 根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其中所述廢氣管組 件包括兩個匹配長度的匹配廢氣管。
6. 根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其中當從所述容器 的上方觀察時，所述廢氣管限定V形形狀。
7. 根據權利要求6所述的設備，其中通過所述廢氣管的軸線描述 的所述廢氣管之間的角度為50°-90°，更優選地為55°-80°，且更優選地 為60。-80。。
8. 根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其中所述廢氣管以 相對于水平面成5°-10°的角度向上傾斜。
9. 根據權利要求3或當引用權利要求3時的權利要求4到8中的 任一項所述的設備，其中將所述廢氣管相對于所述側壁的圓柱形上段 定位，使得管的中心軸線彼此相交，并與從遠離所述管的所述容器的 中心垂直軸線延伸的徑向線相交。
10. 根據權利要求4或當引用權利要求4時的權利要求5到9中的任 一項所述的設備，其中所述含氧氣體供給組件包括(i)氣體噴射組件， 該氣體噴射組件包括多個氣體噴槍，所述多個氣體噴槍用來將含氧氣 體噴射入所述容器中并且延伸通過所述容器中的開口，以及(ii)氣體 輸送管組件，該氣體輸送管組件從遠離所述容器的氣體供給位置延伸 以將含氧氣體輸送到所述氣體噴射組件，該氣體輸送管組件包括單個 氣體供給主管，該單個氣體供給主管連接到所述氣體噴槍，用來將含 氧氣體從所述氣體供給位置供給到所述噴槍，并且所述廢氣管被定位 在所述氣體供給主管與所述容器的側壁的過渡段的中間的高度處。
11. 根據權利要求IO所述的設備，其中所述容器的側壁的所述過 渡段包括用于所述氣體噴槍的開口，且所述噴槍延伸通過所述開口進 入所述容器中，并且所述過渡段中的至少一些所述開口至少部分地被 定位在所述廢氣管下方，由此所述噴槍繞所述容器放射狀地等間隔設置。
12. 根據權利要求ll所述的設備，其中所述氣體輸送管組件包括 多個將所述氣體供給主管與所述氣體噴槍連接到一起的構件，并且每 個連接構件包括筒管和伸縮接頭，所述筒管從一個氣體噴槍的進口端 延伸，并且所述伸縮接頭在一端處連接到所述筒管并在另一端處連接 到所述氣體輸送主管的出口中的一個出口，并且廢氣管的軸線放射狀 間隔開，使得所述過渡段中的所述開口位于所述廢氣管下面的位置處， 從而從所述氣體供給管向下和向內延伸到所述開口的氣體噴射筒管和/ 或噴槍與所述管具有足夠的間隙，以用于所述筒管和/或噴槍的安裝和 移除。
13. 根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其中所述廢氣管 組件包括至少一個用來控制來自所述容器的廢氣的流動的流量控制 閥。
14. 根據權利要求13所述的設備，包括至少一個連接到每個廢氣 管用來控制通過所述管的廢氣的流動的所述流量控制閥。
15. 根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其中所述含金屬 材料包括鐵礦石。
16. 根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其中所述含碳材 料包括煤。
全文摘要
公開了一種直接熔煉設備，該直接熔煉設備用于使用基于熔池的直接熔煉工藝由含金屬供給材料來生產熔融金屬。該設備包括用來促使廢氣從容器流出的廢氣管組件，該廢氣管組件包括兩個從容器向外延伸的匹配直徑的廢氣管。
文檔編號C21C5/35GK101432448SQ200780015769
公開日2009年5月13日 申請日期2007年3月1日 優先權日2006年3月1日
發明者尼爾·約翰·古德曼, 馬克·哈頓 申請人:技術資源有限公司