熔煉旋流器和裝有這樣熔煉旋流器的設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于制備預還原的熔融鐵氧化物的熔煉旋流器，其中該熔煉旋流器具有第一和第二開口，第一開口充當還原性工藝氣體的入口和充當熔融的預還原鐵氧化物的出口，第二開口充當工藝氣體的出口，具有供應裝置以便向熔煉旋流器中供應鐵礦石，并具有供氧裝置以便向熔煉旋流器中供應氧，其中提供額外的加熱裝置以防止熔融鐵氧化物在熔煉旋流器的出口處凝固。
【專利說明】熔煉旋流器和裝有這樣熔煉旋流器的設備
[0001] 本發明涉及熔煉旋流器（cyclone)和裝有熔煉旋流器的設備。
[0002] 在鋼制造中，熔煉旋流器可用于鐵礦石的預還原和熔融。在該上下文中，鐵礦石定 義為含有鐵氧化物的含金屬材料。這樣的熔煉旋流器裝有從圍繞該旋流器的周圍的多個位 置注射鐵礦石的裝置和注射氧的裝置。以大致切線方向注射鐵礦石和氧，由此在旋流器內 部產生渦流或旋流。同時，向旋流器中引入還原性工藝氣體，其與注射的氧結合而部分燃 燒，導致足夠的高溫以熔融該鐵氧化物。旋流器中的渦流或旋流有助于注射的氧與還原性 工藝氣體的混合以及與鐵氧化物的熱交換。作為渦流運動的結果，將鐵礦石顆粒與熔融的 鐵礦石從氣體中分離并收集在該旋流器壁上，其由此向下流動，從而聚積在發生最終還原 的容器中。例如由EP0726326和EP0735146可以獲知這樣的熔煉旋流器。
[0003] 在2010-2011年建成了額定生產能力為每年60, 000噸的中試設備以測試用于生 鐵生產的熔煉旋流器與熔煉容器的組合。該中試設備，基于當時最好的認識建造，沒有預期 在使熔融材料由熔煉旋流器向下流入下方的熔煉容器方面的任何特別的困難。但是，在實 踐中，存在在該熔煉旋流器的底部形成凝固材料的出乎預料的持續狀況。有時，這些凝固的 結塊限制了熔煉容器與旋流器之間的氣體流動，產生了迫使設備停機的工藝紊亂。
[0004] 隨后對這種不曾預料的設備特征的分析表明，在操作中在熔煉旋流器內部的溫度 是可變的，特別是在熔煉旋流器的下部中有時變得過低，在所述熔煉旋流器的下部中熔融 的鐵氧化物從該熔煉旋流器流入冶金熔煉容器。這導致了在熔煉旋流器內部較高地形成的 烙融材料的冷卻和凝固。
[0005] 本發明的一個目的是提供一種具有足夠高以防止熔融鐵氧化物在熔煉旋流器中 凝固的溫度的熔煉旋流器。
[0006] 本發明的另一目的是提供一種具有額外的加熱裝置以防止熔煉旋流器中熔融鐵 氧化物凝固的熔煉旋流器。
[0007] 本發明的另一目的是提供作為額外的加熱裝置的氧氣注射裝置。
[0008] 本發明的又一目的是提供氧氣注射裝置，其中對預還原性工藝氣體通過該額外的 加熱裝置的燃燒和預還原性工藝氣體在熔煉旋流器中的進一步燃燒進行平衡。
[0009] 本發明的再一目的是提供一種包括具有熔煉旋流器的冶金容器的設備，所述熔煉 旋流器具有額外的加熱裝置以防止熔融鐵氧化物在熔煉旋流器中凝固。
[0010] 根據本發明的第一方面，通過提供用于制備預還原的熔融鐵氧化物的熔煉旋流器 來實現一個或多個上述目的，其中該熔煉旋流器具有第一和第二開口，第一開口充當還原 性工藝氣體的入口和充當熔融的預還原鐵氧化物的出口，第二開口充當工藝氣體的出口， 具有鐵礦石供應裝置以便向熔煉旋流器中供應鐵礦石，并具有供氧裝置以便向熔煉旋流器 中供應氧，其中提供額外的加熱裝置以防止熔融鐵氧化物在熔煉旋流器的第一開口處或在 其附近凝固，并且其中該額外的加熱裝置包含一個或多個氧注射器，所述氧注射器在操作 中從低于熔煉旋流器第一開口的位置處在使得注射的氧與進入第一開口的工藝氣體接觸 的方向上注射氧。
[0011] 根據本發明的再一方面，提供了如在垂直向下的方向上所見的一個或多個氧注射 器位于第一開口的周圍外側。
[0012] 本說明書中所使用的術語"氧"是指含氧氣體以及純氧。
[0013] 熔煉旋流器的第一開口附近的溫度將足夠高以使得至少部分預還原性氣體與注 射的氧燃燒。為了在第一開口處具有足夠高的溫度以防止熔融鐵氧化物在熔煉旋流器的所 述第一開口處凝固，僅需要部分的預還原性氣體以其它方式在熔煉旋流器內部燃燒。
[0014] 在大多數情況下，熔煉旋流器是一種具有圓筒形通道的裝置，所述圓筒形通道具 有相對的第一和第二開口，其中在該裝置的中心部分中以大致切線的方向注射鐵礦石和氧 以便在熔煉旋流器內部產生渦流或旋流。在操作時，通常定位該熔煉旋流器使得存在從第 一開口到第二開口的垂直通道。采用這樣的熔煉旋流器定位，部分預還原性氣體在熔煉旋 流器的第一開口處或在其附近的燃燒也將有助于在將鐵礦石注射的位置處使熔煉旋流器 內部的溫度保持在目標值。
[0015] 根據再一方面提供的是，布置氧注射器使得在操作中在至少部分與進入熔煉旋流 器的工藝氣體的流動方向成一致的方向上注射氧。術語"氧注射器"是指一個或多個氧注 射器，除非從說明書明確指出是單個注射器或多個注射器。
[0016] 熔煉旋流器內部的氣體流動方向是組合的周圍行進與向上行進的運動，其中向上 行進的運動由進入熔煉旋流器的預還原性氣體和產生的熱所產生。取決于向上方向的預還 原性氣體的流速和注射氧的位置與熔煉旋流器的第一開口之間的距離，可以在從進入第一 開口的方向到平行于與第一開口的假想垂直中心軸垂直的平面的方向之間的任意方向上 注射氧。優選該注射方向還給出了切向分量，即從所述垂直軸偏移的方向。
[0017] 通過以這種方式布置氧注射器，在操作中可以實現在該熔煉旋流器的第一開口處 或在其附近發生注射的氧與部分預還原性工藝氣體的燃燒，導致充分加熱熔煉旋流器的該 部分。
[0018] 優選圍繞該熔煉旋流器的第一開口的周圍使多個氧注射器間隔開以便能夠產生 熔煉旋流器在其第一開口周圍的部分的均勻加熱。氧注射器圍繞第一開口的間隔還包括定 位氧注射器使得它們優選在熔融鐵氧化物離開熔煉旋流器的路徑之外。熔煉旋流器的垂直 定位是指在所述開口周圍并在垂直以及水平方向上離第一開口一定距離處使氧注射器間 隔開，以避開從熔煉旋流器中滴落或流動的熔融鐵氧化物的垂直下落軌跡。
[0019] 根據本發明的再一方面提供的是，該氧注射器是可調的使得可以調節氧注射的方 向。使注射方向可調的最容易的方式是提供：通過旋轉氧注射器的至少一部分來改變注射 方向。為此進一步提供的是，氧注射器的旋轉軸與注射方向相對于彼此成一角度。例如這 通過在氧注射器中具有彎頭或通過以相對于氧注射器的旋轉軸成一角度引導注射的氧的 噴嘴來實現。
[0020] 進一步提供的是，將該氧注射器連接到用于供氧裝置的氧供應以便向熔煉旋流器 中供應氧。通過具有共用氧供應，容易控制供應到熔煉旋流器的總氧量。此外，采用這樣的 共用氧供應，可以調節該氧注射器以注射供應到熔煉旋流器的氧的總量的固定百分比。
[0021] 根據另一個實施方案，提供的是，向熔煉旋流器中供應氧的氧注射器和供氧裝置 是單獨可調的。采用這樣的配置，可以通過調節每一單個注射器來控制氧供應，這允許由單 個注射器注射不同量的氧或關閉一個或多個注射器。
[0022] 根據又一個實施方案，該氧注射器具有共用流量計裝置和共用調節裝置以調節注 射的氧的總量。采用這種設置，可以精確監控氧注射器的總流量和通過調節所有氧注射器 的共同氧供應來進行調節。
[0023] 根據再一個實施方案，將該氧注射器連接到氧供應，該氧供應與用于向熔煉旋流 器中供應氧的供氧裝置的氧供應是分離的。這樣的獨立設置的優點在于調節氧注射器或調 節用于向熔煉旋流器中供應氧的供氧裝置的氧供應將不會對其它供應產生任何影響。
[0024] 根據又一個實施方案，對每一單個的氧注射器提供單獨的供氧系統。這允許進行 其中各氧注射器的氧供應可完全獨立于每個其它氧注射器的調節。
[0025] 根據本發明的又一方面，還提供了一種用于制備熔融鐵的設備，其包括冶金容器 和在該冶金容器的頂部上提供并與該冶金容器的內部開放連接的如上所述的熔煉旋流器， 其中一個或多個氧注射器在該熔煉旋流器的第一開口區域中的位置處延伸穿過該冶金容 器的壁。
[0026] 根據又一個實施方案，該氧注射器延伸穿過圍繞該熔煉旋流器的第一開口的周圍 間隔的容器壁。與這樣的冶金容器結合，存在足夠的空間和支撐以便在相對于該熔煉旋流 器的第一開口的恰當位置處安裝該氧注射器。
[0027] 根據另一個實施方案，在該設備中在至少三個區域內提供供氧裝置。這至少三個 區域包括冶金容器中的區域、低于熔煉旋流器的第一開口的區域和在熔煉旋流器本身中的 區域。基于設備中的局部加熱需要和/或對工藝氣體的還原潛力的需要來確定該分布。
[0028] 將借助附圖中顯示的實施例進一步解釋本發明，其中：
[0029] 圖1示意性顯示了熔煉旋流器，其具有在熔煉旋流器下方的氧注射器；
[0030] 圖2示意性顯示了位于熔煉旋流器在其底側的第一開口下方的多個氧注射器；
[0031] 圖3顯示了到熔煉旋流器的供氧系統的圖，
[0032] 圖4顯示了到熔煉旋流器的另一供氧系統的圖，和
[0033] 圖5示意性顯示了連接到用于制備熔融鐵的冶金容器的熔煉旋流器。
[0034] 在圖1中，示意性顯示了熔煉旋流器1，其具有多個鐵礦石注射器2形式的鐵礦石 供應裝置和多個氧注射器3形式的供氧裝置。這樣的注射器的數目將取決于熔煉旋流器的 尺寸，但在任何情況下將超過該圖中顯示的注射器的數目。定位這些注射器使得以盡可能 在熔煉旋流器內部產生渦流或旋流運動的切向分量注射氧和鐵礦石。
[0035] 該熔煉旋流器1包含外壁4,朝向其內部安裝有多個水冷段5。這些水冷段5具有 冷卻水入口 6和冷卻水出口 7。該熔煉旋流器1具有橫截面為圓形的圓筒形狀，并具有在 其底側的第一開口 8和在頂側的第二開口 9。除了圖中顯示的圓筒形狀外，該熔煉旋流器 還可以具有棱柱形狀，例如適當的矩形棱柱形狀。在該實例中，由于在熔融區頂端的頸口 (collar) 36 (其也是熔煉旋流器中水冷段5的末端），第二開口 9具有小于第一開口 8的直 徑。
[0036] 該熔煉旋流器的第一開口 8是還原性工藝氣體10進入熔煉旋流器的地方。還原 性工藝氣體與供應的氧的部分燃燒產生了用于熔融該鐵礦石的熱，剩余部分預還原該鐵礦 石。所得工藝氣體11經第二開口 9離開熔煉旋流器1，所述第二開口 9連接到附圖中未進 一步顯示的排氣系統。熔融鐵氧化物12沿著水冷段5向下流動或滴落，并從最后的水冷段 5落入容器例如冶金容器中，在那里將發生鐵氧化物的最終還原。取決于熔煉旋流器與冶金 容器之間的連接，熔融鐵氧化物還可以從該熔煉旋流器沿容器的頂板流動并沿該壁向下滴 入熔浴。朝向水冷段5,將聚積鐵氧化物層，該層在背離該段5的一側允許溫度高于鐵氧化 物的熔融溫度。
[0037] 將熔煉旋流器1連接到錐形壁13,該錐形壁可以為該熔煉旋流器的支撐，而該錐 形壁可安裝在冶金容器上，或可以是與熔煉旋流器固定的冶金容器的一部分。如果該錐形 壁13安裝到冶金容器或是冶金容器的一部分，則將必須冷卻該錐形壁13。
[0038] 盡管在熔煉旋流器中和在通常固定熔煉旋流器的冶金容器中產生熱，但是第一開 口 8處的溫度可以低于鐵氧化物的熔融溫度。這可導致熔融鐵氧化物的凝固和導致凝固鐵 氧化物的結塊。
[0039] 穿過該錐形壁13,氧注射器14突出。在所給實例中，氧注射器具有以大約直角穿 過錐形壁13而突出的第一部分15和相對于第一部分15成一角度的第二部分16。定位該 氧注射器14,使得注射的氧在第一開口 8的區域中接觸該還原性工藝氣體10,由此防止熔 融鐵氧化物可在該點處凝固。
[0040] 該氧注射器14可以繞其第一部分15旋轉，導致可以改變注射的氧的方向。
[0041] 在圖2中，示意性顯示了一種可能的布置。將氧注射器14圍繞并低于熔煉旋流器 的第一開口 8的周圍放置，這可以采用兩個相對的注射器、采用以120°的三個注射器、以 90°的四個注射器等來實現。為了清楚起見，在圖中僅顯示了兩個注射器14。
[0042] 該氧注射器14可以如虛線17所示從以相對于熔煉旋流器1的第一開口 8成一角 度在不具有切向分量的情況下注射氧的位置處旋轉至在相對于注射器的第二部分16的位 置所示的第一開口 8的大致的切線方向上注射氧的位置。
[0043] 注射器的另一實例顯示為18,其包括筆直部分，該部分在該注射器的外部末端處 或在其附近裝有噴嘴，該噴嘴引導氧以一角度離開該注射器。采用可旋轉的注射器，可以如 虛線19所示那樣用注射的氧覆蓋寬區域。當然在注射器18的外部末端處還可以具有噴嘴， 并僅在切線方向上注射氧。這樣的注射器18不必是可旋轉的。
[0044] 優選該注射器14或18均相對于熔煉旋流器1的第一開口 8的周圍具有相同的取 向。也就是說，將所有的氧引向第一開口 8的中心或引離所述中心，例如具有切向分量或僅 在切線方向上。此外，由氧注射器14、18各自注射的氧的切向分量或切線方向優選與熔煉 旋流器1中的旋轉方向一致。
[0045] 圖3顯示了到熔煉旋流器1的氧注射器3和其它氧注射器14、18的氧供應的圖。 具有示意性顯示為20的控制系統的氧供應連接到第一組22的注射器3和第二組23的注 射器14、18的共用管道21。兩組22、23的注射器3、14、18各自具有閥24,通過該閥24可 以調節和精細調整供應到熔煉旋流器1的氧與供應到低于熔煉旋流器1的注射器14、18的 氧的比例，以及供應的總氧量。這是重要的，因為產生足以熔融鐵氧化物的熱和防止該熔融 鐵氧化物可再次凝固所需的預還原性氣體的量與預還原該鐵氧化物所需的還原性氣體的 量之間的比例必須保持在一定范圍內以便最為有效。
[0046] 在圖4中顯示了用于供氧系統的另一種配置，其中具有示意性顯示為20的控制系 統的氧供應連接到第一組22的注射器3的管道21和第二組23的注射器14、18的管道25。 在該配置中，第一組22的注射器3各自裝有閥24,第二組23的注射器14、18現在在該管 道中具有單一可調節的閥26和流量計27。該具有流量測量的配置允許較容易地調節兩組 22、23注射器。
[0047] 其它配置也是可能的，例如用于第一組的注射器3的單一閥和流量計，或對第一 組的注射器3的每一注射器均具有單一閥和流量計。
[0048] 在另一配置中，可以對各組22、23的注射器提供單獨的供氧系統，用其它控制裝 置來控制供應到各組22、23的注射器的氧的比例和量。
[0049] 最后，可以對組22和23中各單個注射器提供單獨的供氧系統。
[0050] 圖5顯示了由連接到用于制備熔融鐵的冶金容器29的熔煉旋流器1組成的設備 30。示意性顯示為20的具有控制系統的氧供應經由氧注射器3向熔煉旋流器供應氧，經由 噴槍28向冶金容器29供應氧，并向氧注射器14供應氧，所述氧注射器14在熔煉旋流器1 的第一開口 8下方穿過冶金容器29的頂部31而突出。
[0051] 該冶金容器29在該容器下部具有耐火材料的襯里32。在該下部中，液體金屬33 在該設備的操作過程中聚積，在其頂部具有液體烙漁34。此外，提供噴槍35以便在液體熔 渣34中注射煤和添加劑。
[0052] 如圖5中所示的配置允許供應到該設備的全部氧的注射經由熔煉旋流器中的氧 注射器3、熔煉旋流器第一開口 8下方的氧注射器14和噴槍28分配，其中，基于該設備中的 局部加熱要求和/或對工藝氣體的還原潛力的要求確定該分配。類似于對圖3和圖4的描 述，如圖5中所示，到注射器3、14和到噴槍28的氧供應可以來自具有控制系統20的單一 氧供應，所述控制系統適當地配置有閥和流量計從而在注射器和噴槍中實現所需的分配。
[0053] 另一種配置（未顯示在圖5中）設想了對存在于熔煉旋流器1中的注射器3和在 熔煉旋流器1的第一開口 8處或在其附近的注射器14具有專用的具有控制系統的氧供應， 和對噴槍28具有專用的具有控制系統的氧供應。
[0054] 在又一種配置中（未顯示在圖5中），對氧注射器3、氧注射器14和噴槍28安裝 具有控制系統的專用供氧系統。
[0055] 在再一種配置中（未顯示在圖5中），對各個單獨的注射器3、14和噴槍28安裝專 用的具有控制系統的供氧系統。
【權利要求】
1. 用于制備預還原的熔融鐵氧化物的熔煉旋流器，其中該熔煉旋流器具有第一和第 二開口，第一開口充當還原性工藝氣體的入口和充當熔融的預還原鐵氧化物的出口，第二 開口充當工藝氣體的出口，具有供應裝置以便向熔煉旋流器中供應鐵礦石，并具有供氧裝 置以便向向熔煉旋流器中供應氧，其特征在于提供額外的加熱裝置以防止熔融鐵氧化物在 熔煉旋流器的第一開口處或在其附近凝固，其中該額外的加熱裝置包含一個或多個氧注射 器，所述氧注射器在操作中從低于熔煉旋流器的第一開口的位置處在使得注射的氧與進入 第一開口的工藝氣體接觸的方向上注射氧。
2. 根據權利要求1所述的熔煉旋流器，其中如在垂直向下的方向上所見的一個或多個 氧注射器位于第一開口的周圍外側。
3. 根據權利要求1或2所述的熔煉旋流器，其中布置該氧注射器，使得在操作中在至少 部分與進入熔煉旋流器的工藝氣體的流動方向一致的方向上注射氧。
4. 根據權利要求1-3的一項或多項所述的熔煉旋流器，其中布置該氧注射器，使得在 操作中注射的氧與一部分工藝氣體的燃燒在熔煉旋流器的第一開口的區域中發生。
5. 根據權利要求1-4的一項或多項所述的熔煉旋流器，其中圍繞該熔煉旋流器的第一 開口的周圍使兩個或更多個氧注射器間隔開。
6. 根據權利要求5所述的熔煉旋流器，其中該氧注射器是可調的，使得可以調節氧注 射的方向。
7. 根據權利要求1-6的一項或多項所述的熔煉旋流器，其中將該氧注射器連接到用于 供氧裝置的氧供應以便向熔煉旋流器中供應氧。
8. 根據權利要求7所述的熔煉旋流器，其中向熔煉旋流器中供應氧的氧注射器和供氧 裝置是單獨可調的。
9. 根據權利要求9所述的熔煉旋流器，其中該氧注射器具有共用的流量計裝置和共用 的調節裝置以調節注射的氧的總量。
10. 根據權利要求1-6的一項或多項所述的熔煉旋流器，其中將該氧注射器連接到氧 供應，該氧供應與用于向熔煉旋流器中供應氧的供應裝置的氧供應是分離的。
11. 用于制備熔融鐵的設備，其包括冶金容器和在該冶金容器的頂部上提供并與該冶 金容器內部開放連接的前述權利要求的一項或多項所述的熔煉旋流器，其特征在于一個或 多個氧注射器在低于該熔煉旋流器的第一開口的位置處延伸穿過該冶金容器的壁。
12. 根據權利要求11所述的設備，其中該氧注射器延伸穿過圍繞該熔煉旋流器的第一 開口的周圍分隔開的容器壁。
13. 根據權利要求11或12所述的設備，其中該冶金容器具有用于容納熔融鐵浴的底部 部分和水冷耐壓的頂部部分，所述底部部分具有耐火襯里。
14. 根據權利要求11-13所述的設備，其中該冶金容器具有煤供應裝置和其它的供氧 裝置用于在該冶金容器的底部部分中熔融鐵的最終還原過程。
15. 根據權利要求11-14所述的設備，其中在至少三個區域內提供供氧裝置。
【文檔編號】C21B13/00GK104093861SQ201280068458
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年12月19日 優先權日:2011年12月19日
【發明者】H·K·A·梅耶, C·蔡爾斯特拉 申請人:塔塔鋼鐵荷蘭科技有限責任公司