直接熔煉轉爐和直接熔煉方法

專利名稱：直接熔煉轉爐和直接熔煉方法
技術領域：
本發明涉及直接熔煉轉爐，該轉爐用于由金屬原料如礦石，部分還原礦石和含金屬的廢物物流生產熔融金屬(該術語包括金屬合金)。
本發明具體涉及能用于基于熔池的直接熔煉方法的轉爐。
本發明還涉及在該轉爐內進行的直接熔煉法。
本申請所用的術語“熔煉”表示發生還原金屬原料的化學反應以生產金屬液的熱處理。
本申請所用的術語“直接熔煉法”表示直接從金屬原料如鐵礦石和部分還原的鐵礦石生產熔融金屬的方法。
現已開發出許多公知的在熔池的氣/液環境中進行基于熔池的直接熔煉法的轉爐。
一種公知的從鐵礦石生產熔融鐵的基于熔池的直接熔煉法，一般稱之為Romelt法，該方法是基于使用大容積的，高速攪拌的渣池作為將頂部加入的金屬氧化物熔煉成金屬和將氣體反應產物后燃燒及按照需要轉移熱量以繼續熔融金屬氧化物的介質。Romelt法包括將富氧空氣或氧氣通過下排風口噴吹入爐渣以攪拌爐渣，還包括將氧氣通過上排風口噴吹入爐渣以改善后燃燒。在Romelt法中，金屬層不是重要的反應介質。
另一組公知的從鐵礦石生產熔融鐵的基于熔池的直接熔煉法，(也稱為基于爐渣)一般描述為“深渣”法，這些方法如DIOS和AISI法是基于形成一個有3個區的深渣層，即用噴吹的氧氣后燃燒反應氣體的上區；將金屬氧化物熔煉成金屬的下區；和將上區與下區分開的中間區。和Romelt法一樣，渣層下面的金屬層不是重要的反應介質。
依靠熔融金屬層作為反應介質的另一種公知的從鐵礦石生產熔融鐵的基于熔池的直接熔煉法，一般稱之為HIsmelt法，其描述在國際申請PCT/AU96/00197(WO96/31627)中。該方法以申請人的名字命名。
描述在該國際申請中的HIsmelt法包括(a)在轉爐內形成熔融鐵和渣的熔池；(B)將以下物質注入該熔池
(ⅰ)金屬原料，一般是金屬氧化物；和(ⅱ)固體含碳材料，一般是煤，其作為金屬氧化物的還原劑和能源；和(c)在金屬層將金屬原料熔煉成金屬。
HIsmelt法還包括在池的上方用噴入的含氧氣體將從熔池的上方的空間中釋放出來的反應氣體如CO和H2后燃燒并將后燃燒產生的熱量轉移到熔池中以提供熔煉金屬原料所需的熱能。
HIsmelt法還包括在熔池的公稱靜止(nominal quiescent)面的上方形成一個過渡區，在該區內有有利的上升隨后下降的熔融金屬和/或渣的液滴或飛濺物或物流，其提供了將熔池的上方反應氣體后燃燒產生的熱能轉移到熔池中的有效介質。
有許多文章涉及到建造能包含上述直接熔煉法的轉爐。
更具體地說，由于經濟和安全的原因，重要之處是包含直接熔煉法所用的轉爐要有最小的熱損失并能夠經受在長期運行過程中特有的腐蝕/侵蝕條件。
工藝轉爐還必須和噴射及混合反應物的設施結合以在轉爐中形成和保持不同的區并將這些過程的產品分開。
直接熔煉法的工藝化學一般要求一個低氧化勢的區域以熔煉金屬原料和一個高氧化勢的區域以燃燒氫氣和一氧化碳而得到燃燒能。結果，在整個根據不同要求而設計的包含直接熔煉法的轉爐中一般有很大的溫度和化學組成的變化。
一些計劃的和試驗中的直接熔煉轉爐包括外部的鋼殼和內部的耐火材料襯里，耐火材料襯里的形式一般是磚塊和/或澆注塊。在轉爐的不同部位用不同組成和物理性能的磚塊是已知的，這可使其對熱和化學侵蝕和腐蝕的抵抗能力最大化。
例如，轉爐底座的耐火磚常常暴露在主要是金屬的熔融材料中，而轉爐側壁的中間部位的耐火磚常常暴露在主要是渣的熔融材料中及氣體反應物中如CO,H2,CO2和H2O。暴露在熔融金屬中的磚塊和暴露在熔融渣中的磚塊要求有不同的化學性能以抵抗金屬和渣的化學侵蝕。
另外，在使用基于渣的直接熔煉法如Romelt,DIOS和AISI法的轉爐中，一般渣區是攪動的，金屬區是相對靜止的(和HIsmelt法相比)。結果，由于磚塊與攪動的渣相接觸，所以暴露在渣區的磚塊要求有耐腐蝕的物理性能。
另外，在使用基于金屬熔池的直接熔煉法如HIsmelt法的轉爐中，一般金屬區也是攪動的，結果，由于金屬對磚塊的沖刷作用，所以暴露在該區的磚塊要求有耐腐蝕的物理性能。
另外，一般來說，反應氣體的后燃燒產生2000℃或更高的高溫，結果，暴露在進行后燃燒的頂部空間/過渡區/渣區的磚塊要求有耐高溫的物理和化學性能。
實際上，對于許多發展中的直接熔煉法來說，耐火材料的襯里不是非常成功的。
有一些通過水冷襯里來提高耐火材料襯里性能的建議。一個具體的建議描述在Steel Technology Corporation的澳大利亞專利申請692405的應用AISI深渣法的轉爐的上下文中。還有一些有局限的建議是用水冷板取代耐火材料。根據從申請人得到的信息，這些建議會導致過多的熱損失，因此在此基礎上是不成功的。
本發明的一個目的是提供一種改善的直接熔煉轉爐。
本發明的另一個目的是提供一種應用在該轉爐中的改善的直接熔煉法。
本發明是這樣實現這些目的的建造一個直接熔煉轉爐，該轉爐的側壁和頂部有水冷板，并且有伸進轉爐內的、用于注入含氧氣體的噴管和注入固體材料的噴管，這就可以在轉爐內操作直接熔煉法，該方法在水冷板上形成并隨后保持作為有效的絕熱體的渣層，這樣可以減少轉爐的熱損失。
根據本發明提供一種通過直接熔煉法從金屬原料生產金屬的轉爐，該轉爐含有一個具有金屬層和在金屬層上的渣層的熔池，在渣層上方有一個氣體連續空間，該轉爐包括(a)一個由耐火材料制成的爐膛，它有與熔融金屬接觸的底座和側面；(b)從爐膛的側面向上延伸的側壁，其與渣層和氣體連續空間接觸，其中與氣體連續空間接觸的側壁包括水冷板和水冷板上的渣層；(c)一個或多個向下延伸進轉爐的噴管/風嘴，其將含氧氣體噴入金屬層上面的轉爐內；(d)至少將部分有載體氣體的金屬原料和含碳材料噴入熔池以穿過金屬層的許多噴管/風嘴；和
(e)從轉爐排出熔融金屬和渣的裝置。
優選地是，直接熔煉法在正常操作條件下，其水冷板暴露的板面上的熱損失小于150kW/m2。
本申請所用的術語“正常操作條件”表示過程穩定的期間，不包括可能是高峰流通負載期間如啟動期間。
優選地是，直接熔煉法在正常操作條件下。其水冷板暴露的板面上的熱損失小于100kW/m2。
更優選地是，直接熔煉法在正常操作條件下，其水冷板暴露的板面上的熱損失小于90kW/m2。
水冷板可以是任意合適的構形。
水冷板的一種優選構形包括蛇形的內(與轉爐的內部連接)水冷管，位于一端的進水口，位于另一端的出水口。
優選地是，水冷板進一步包括蛇形的外水冷管，位于一端的進水口，位于另一端的出水口。
在一個替代性結構中，水冷板的內水冷管和外水冷管是相通的并包括一個進水口和一個出水口。
優選地是，水冷板進一步包括搗固或噴補在沒有被管道占用的水冷板的空間上的耐火材料。可以認為實際上，在轉爐的使用過程中這種耐火材料會逐漸磨損，直接熔煉過程的啟動階段和擾動階段將造成最大的磨損。搗固或噴補的耐火材料被腐蝕至少能造成內水冷管的部分暴露。
優選地是，搗固或噴補的耐火材料形成水冷板的內表面。
水冷板可以包括一個支承板，該板形成了水冷板的一個向外的面。
水冷管和支承板可用任意合適的材料制造。用于水冷管的合適的材料包括鋼和銅。適用于支承板的材料的一個例子是鋼。
優選地是，每一個水冷管都包括橫過水冷板的寬度延伸的平行的水平部分和與直的部分的端部相連的彎曲部分。
優選地是，外水冷管從內水冷管處移開，這樣就使外水冷管的水平部分不會緊靠在內水冷管的水平部分的后面。結果，至少暴露在轉爐內部中的水冷板的內表面的重要部分受到流經內部和外部的水冷管的水冷卻。
優選地是，水冷板的內暴露面包括一個終制表面(surface finish)如波紋或華夫餅干狀表面，用以增加水冷板暴露的表面積并促進冷凍的渣附著在面上。
優選地是，水冷板包括從水冷板的暴露面向里突出的部件如銷釘和杯凸，這可促進冷卻的渣在水冷板上的形成和生長并有助于渣鍵固在水冷板上。
優選地是，與渣層接觸的側壁包括水冷板，耐火襯里和襯里上的渣層。
優選地是，耐火襯里是由耐火磚制成的。
優選地是，轉爐包括一個過渡區，該過渡區由渣層上方的氣體連續空間中上升而后下降的熔融材料的飛濺物，液滴和物流形成，這些飛濺物，液滴和物流中的一些與轉爐的側壁接觸并將熔渣沉積在側壁上。
優選地是，水冷板與過渡區接觸。
優選地是，由水冷板吸取的熱足以在與過渡區接觸的水冷板上形成和保持一個渣層。
優選地是，熔融材料的飛濺物，液滴和物流延伸到過渡區的上方并和過渡區上方轉爐的側壁接觸。
更優選地是，由水冷板吸取的熱足以在過渡區上方的水冷板上形成和保持一個渣層。
優選地是，轉爐包括一個與氣體連續空間接觸并包括水冷板的頂部。
優選地是，熔融材料的飛濺物，液滴和物流延伸到過渡區的上方并和頂部接觸。
更優選地是，由水冷板吸取的熱足以在水冷板上形成和保持一個渣層。
渣在水冷板上可形成“濕”層或“干”層。“濕”層包括粘結在水冷板內表面上的冷凍層，半固體(糊狀物)層和外部的液體膜。“干”層是基本上所有的渣都冷凍的層。
優選地是，爐膛的底座和側面包括與熔池接觸的耐火材料的襯里。
優選地是，耐火襯里由耐火磚形成。
優選地是，固體材料的噴管/風嘴以30-60°的角度向下向里延伸進轉爐。
優選地是，固體材料的噴管/風嘴的端部在熔融金屬面的上方。
優選地是，通過固體材料的噴管/風嘴噴入的固體材料使熔融材料的飛濺物，液滴和物流向上運動進入氣體連續空間。
優選地是，放置噴射含氧氣體的一個或多個噴管/風嘴將含氧氣體噴入過渡區使過渡區內的反應氣一氧化碳和氫氣后燃燒。
優選地是，排出裝置包括一個能連續從轉爐中排出熔融金屬的前爐。
根據本發明還提供一種在上述轉爐中從金屬原料生產金屬的直接熔煉法，該方法包括以下步驟(a)形成一個有金屬層和金屬層上的渣層的熔池；(b)將有載體氣體的金屬原料和固體含碳材料的至少一部分通過許多噴管/風嘴噴入熔池，在金屬層中熔煉金屬材料，其中固體的噴入產生來自金屬層的氣流，該氣流夾帶著金屬層中的熔融材料并攜帶熔融材料作為飛濺物，液滴和物流向上運動在渣層上方轉爐中的氣體連續空間內形成過渡區，其中熔融材料的飛濺物，液滴和物流與轉爐的側壁接觸形成渣的保護層；(c)通過一個或多個噴管/風嘴將含氧氣體噴入轉爐使從熔池釋放的反應氣后燃燒，其中上升而后下降的熔融材料的飛濺物，液滴和物流能促進熱量向熔池的轉移；和(d)控制固體噴射和/或含氧氣體的噴射和/或通過水冷板的水流速率，使其在正常操作條件下通過暴露在轉爐內部的水冷板的板面上的熱損失小于150kW/m2。
優選地是，在正常操作條件下，通過暴露在轉爐內部的水冷板的板面上的熱損失小于100kW/m2。
更優選地是，在正常運行條件下暴露在轉爐內部的水冷板的板面上的通過水冷板的熱損失小于90kW/m2。
通過實施例并參照附圖進一步描述本發明

圖1是穿過冶金轉爐的一個垂直剖面圖，其示意性地示出了本發明的一個優選實施方案；圖2是圖1所示轉爐的左側的詳細視圖；和圖3是圖1和2所示轉爐的園柱形筒中許多水冷板的水冷管的排列的前部正視圖。
下面是關于將鐵礦石直接熔煉生產熔融鐵的描述，應當理解的是本發明不局限于這種應用，它可適用于任何合適金屬礦和精礦及其它金屬原料-包括部分還原的金屬礦和含金屬的廢物。
圖中所示的轉爐有一個爐膛，爐膛包括由耐火磚制成的底座3和側面55；從爐膛的側面55向上延伸形成一個一般是園柱形筒的側壁5，其包括上筒部分51和下筒部分53；頂部7；用于排出氣體的出口9；用于連續排出熔融金屬的前爐57；和用于定期排出熔渣的排出孔61。
使用時，轉爐包含一個鐵和渣的熔池，該熔池包括一個熔融金屬層15和金屬層15上的熔融渣層16。數字17標示的矢線表示金屬層15的靜止面的位置，數字19標示的矢線表示渣層16的靜止面的位置。術語“靜止面”表示沒有氣體和固體噴入轉爐時的表面。
轉爐還包括兩個固體噴管/風嘴11，其以與垂直線成30-60°的角度穿過側壁5向下向里延伸進渣層16。選擇噴管/風嘴11的位置使底端在金屬層15的靜止面17的上方。
使用時，夾帶在載體氣體(一般是N2)中的鐵礦石(一般是細粉料)，固體含碳材料(一般是煤)及熔劑(一般是石灰和氧化鎂)通過噴管/風嘴11噴入金屬層15。固體材料/載體氣體的動量使固體材料和載體氣體透過金屬層15。煤被脫揮發因此在金屬層15中產生氣體。炭部分溶解進入金屬里，部分作為固體炭存在。鐵礦石熔煉成金屬，熔煉反應產生一氧化碳氣體。噴入金屬層15的氣體和通過脫揮發作用和熔煉反應產生的氣體產生很大的浮力，使熔融金屬，固體炭和渣(由于固體/氣體的噴射落入金屬層15)從金屬層15上升。這種浮力產生使熔融金屬和渣的飛濺物，液滴和物流向上的運動，當這些飛濺物，液滴和物流穿過渣層16運動時夾帶渣。
使熔融金屬，固體炭和渣上升的浮力在金屬層15和渣層16中造成很大的攪動，其結果是渣層16的容積膨脹，有一個用矢線30表示的面。攪動的程度是能在金屬區和渣區中有合理的均勻的溫度-一般是1450-1550℃，每個區內的溫度變化不超過30℃。
另外，使熔融金屬，固體炭和渣上升的浮力產生的使熔融材料的飛濺物，液滴和物流向上的運動在轉爐的熔池上方擴展成為空間31(“頂部空間”)以及(a)形成一個過渡區23；和(b)將一些熔融材料(主要是渣)射到過渡區上方并射到過渡區23上方的側壁5的上筒部分51的部分上并射到頂部7上。
一般來說，渣層16是一個液體連續體，其中有氣泡，過渡區23是一個氣體連續體，其中有熔融材料(主要是渣)的飛濺物，液滴和物流。
轉爐還包括用于噴射含氧氣體(一般是預熱的富氧空氣)的噴管13，其中心放置并向下垂直伸入轉爐。選擇噴管13的位置和通過噴管13的氣體流速使含氧氣體通過過渡區23的中心區并在噴管13端部的周圍保持一個基本沒有金屬/渣的自由空間25。
通過噴管13噴入的含氧氣體在過渡區23和噴管13端部周圍的自由空間25中使反應氣體CO和H2后燃燒并在氣體空間里產生2000℃或更高的高溫。在氣體噴入區內熱量轉移到上升而后下降的熔融材料的飛濺物，液滴和物流中，然后當金屬/渣回落到金屬層15上時部分熱轉移到金屬層15中。
自由空間25對于達到高水平的后燃燒是重要的，因為它能夾帶過渡區23上方的頂部空間內的氣體進入噴管13的端區，以此提高可得到的反應氣體的后燃燒。
噴管13的位置，通過噴管13的氣流速度和熔融材料的飛濺物，液滴和物流的向上運動的聯合效應給噴管13底部區域周圍的過渡區23造型-其形狀一般用數字27表示。這種形狀的區域通過輻射給側壁5產生了一個熱傳遞的部分阻擋層。
另外，上升和下降的熔融材料的飛濺物，液滴和物流是一種將熱從過渡區23轉移到熔池的有效手段，結果是側壁5的區域中的過渡區23的溫度是1450℃-1550℃。
根據本發明的一個優選實施方案，參照當在正常操作條件下運行時轉爐內金屬層15，渣層16和過渡區23的高度并參照運行時噴入過渡區23上方的頂部空間31的熔融材料(主要是渣)的飛濺物，液滴和物流建造轉爐，因此(a)爐膛和接觸金屬/渣層15/16的側壁5的、與金屬/渣層15/16接觸的下筒部分53由耐火材料磚(在圖中用剖面線表示)制成，在這些層中這些耐火材料磚直接與金屬和渣接觸；(b)至少側壁5的部分下筒部分53用水冷板8支撐；和(c)與過渡區23接觸的側壁5的上筒部分51的部分，其余的在過渡區23上方的上筒部分51和頂部7是由水冷板57,59形成的。
側壁5的上筒部分51中的每個水冷板8,57,59(未示出)有平行的上和下邊及平行的側邊并彎曲形成一個園柱筒部分。最好參見圖2和3，每個板57,59都包括內水冷管63和外水冷管65。管63,65形成蛇形結構與平行水平部分通過彎曲部分相連接。管63,65進一步包括水進口/水出口69。管63,65垂直排列，當從水冷板的暴露面看時，外水冷管65的水平部分不會緊靠在內水冷管63的水平部分的后面。水冷板的暴露面就是對著轉爐內部的面。每個板63,65都進一步包括搗固或噴補的耐火材料，該耐火材料填充在每個管63,65之間和管63,65之間相鄰水平部分的空間里并形成板的內表面。每個板都進一步包括一個形成板的外表面的支承板67。
管的水進口/水出口69連接到以高流速通過管的循環水的水供應線路(未示出)。
使用時，控制通過水冷板57,59的水流速，通過噴管/風口11的固體/載體氣體的流速和通過噴管13的含氧氣體的流速，使有足夠的渣接觸水冷板并且水冷板能吸取足夠的熱以在水冷板上形成和保持一個冷凍渣層。渣層形成一個有效的阻熱層，以此使在該工藝正常操作條件下從轉爐的側壁5和頂部7的熱損失最小降低到150kW/m2以下。
在申請人進行的大范圍半工業試驗工廠研究中，記錄的數據顯示其比以前報道的用其它轉爐的熱損失小得多。
上面所指的半工業試驗工廠研究是申請人在Kwinana,Western Australia的半工業化試驗工廠中進行的一系列擴大研究。
半工業化試驗工廠研究是用上述和圖示的轉爐并根據上述操作條件進行的。
半工業試驗工廠研究是在變化下面的條件后進行評價轉爐和研究該方法的(a)原料；(b)固體和氣體噴射速率；(c)渣金屬的比例(d)操作溫度；和(e)建立的設備。
下表1給出了一般啟動和穩定運行條件下進行半工業化試驗工廠研究時的相關數據。
鐵礦石是常規細粉狀的直接起運的礦石，基于干基重量，其含有64.6％的鐵，4.21％的SiO2和2.78％的Al2O3。
所用的無煙煤既作為還原劑又作為碳和氫的來源以燃燒并供應給該過程以能量。該煤的熱值是30.7MJ/kg，灰分含量是10％，揮發分是9.5％。其它的性能包括79.82％的全碳，1.8％的水，1.59％的N2,3.09％的O2，和3.09％的H2。
運行該方法，用石灰和氧化鎂的混合物來保持渣的堿度是1.3(CaO/SiO2比)。氧化鎂產生的MgO通過使渣中保持適度的MgO含量以降低渣對耐火材料的腐蝕。
運行半工業化試驗的啟動條件是1200℃的熱空氣的吹入速率是26,000Nm3/h；后燃燒率是60％((CO2+H2O)/(CO+H2+CO2+H2O))；鐵礦石細粉的進料速率是5.9t/h，煤的進料速率是5.4t/h，熔劑的進料速率是1.0t/h，所有這些都是用N2作為載體氣體以固體噴入的。轉爐有很少的渣或沒有渣，在側板上形成冷卻渣層的可能性不大。結果，水冷卻的熱損失相當高，是12MW。運行的半工業化試驗的產率是3.7t/h的熱金屬(4.5wt％的C)，用煤率是1450千克煤/噸生產的熱金屬。
在穩定運行條件下，控制形成側壁5和頂部7的水冷板上的渣量和冷凍渣層，記錄的整個水冷卻的熱損失相當低是8MW。總的水冷熱損失來自側壁5和頂部7的水板的熱損失與來自轉爐其他水冷組件的水冷熱損失的總和，所述其他水冷組件如噴管/風嘴11和噴管13。總的水冷熱損失相應于側壁5和頂部7暴露的板表面小于150kw/m2。水冷系統熱損失的減少使熱金屬的生產能力上升至6.1t/h。在相同的熱空氣吹入速率和起動階段的后燃燒可得到增加的生產能力，固體的噴入速率是9.7t/h細礦粉、6.1t/h煤及1.4t/h溶劑。生產能力的改進也使煤速率提高至1000kg煤/噸得到的熱金屬。
用于半工業化試驗轉爐的側壁5和頂部7的水冷板的最初設計是基于EAF和EOF爐的運行經驗設計的。設計的熱通量數據為頂部230kW/m2上筒230kW/m2下筒290kW/m2有最大流速的循環冷卻水的熱通量設計為350kW/m2。
進行半工業試驗之前，原以為直接暴露于轉爐內部的水冷板-即沒有磚襯里-其熱損失將在250kW/m2左右。但是，在穩定操作條件下的熱損失出人意料的低-是85和65kW/m2-特別是形成過渡區23上方的上筒部分51和頂部7的暴露的水冷板上的熱損失。在早期試驗中，板上搗筑或噴補的耐火材料的磨損很小，這時的熱損失范圍和平均值是頂部80-170120kW/m2上筒60-16595kW/m2下筒40-16070kW/m2用耐火磚部分保護下筒部分53中的水冷板。
從后期試驗得到相似的一套數據。從該試驗得到的下述數據反應了水冷板上搗筑或噴補的耐火材料的磨損的增加對熱損失的影響頂部80-245145kW/m2上筒75-180130kW/m2下筒50-170110kW/m2可以在不偏離本發明的精神和范圍的條件下對上述轉爐的優選實施方案進行許多改動。
權利要求
1.一種通過直接熔煉法從金屬原料生產金屬的轉爐，該轉爐含有具有金屬層和在金屬層上的渣層的熔池，在渣層上方有一個氣體連續空間，該轉爐包括(a)由耐火材料制成的爐膛，它有與熔融金屬接觸的底座和側面；(b)從爐膛的側面向上延伸的側壁，其與渣層和氣體連續空間接觸，其中接觸氣體連續空間的側壁包括水冷板和水冷板上的渣層；(c)一個或多個向下延伸進轉爐的噴管/風嘴，其將含氧氣體噴入金屬層上面的轉爐內；(d)至少將部分有載體氣體的金屬原料和含碳材料噴入熔池以穿過金屬層的許多噴管/風嘴；和(e)從轉爐排出熔融金屬和渣的裝置。
2.根據權利要求1的轉爐，其還包括與氣體連續空間接觸的頂部，該頂部包括水冷板和水冷板上的渣層。
3.根據權利要求1或2的轉爐，其中每一個水冷板包括一個蛇形的內(與轉爐的內部連接)水冷管，位于一端的進水口，和位于另一端的出水口。
4.根據權利要求3的轉爐，其中每一個水冷板還包括一個蛇形的外水冷管，位于一端的進水口，和位于另一端的出水口。
5.根據權利要求4的轉爐，其中每一個水冷板進一步包括搗筑或噴補在沒有被管道占用的水冷板的空間上的耐火材料。
6.根據權利要求4或5的轉爐，其中每一個內和外水冷管都包括橫過水冷板的寬度延伸的平行的水平部分和在水平部分的端部相連的彎曲部分。
7.根據權利要求6的轉爐，其中外水冷管從內水冷管處設置，以使外水冷管的水平部分不會緊靠在內水冷管的水平部分的后面。
8.根據任一上述權利要求的轉爐，其中每一個水冷板的內(與轉爐的內部連接)暴露面包括一個終制表面如波紋或華夫餅干狀表面，用以增加水冷板暴露的表面積并改善冷凍的渣在面上的附著。
9.根據任一上述權利要求的轉爐，其中每一個水冷板包括從水冷板的暴露面向里突出的部件如銷釘和杯凸，這可促進冷凍的渣在水冷板上的形成和生長。
10.根據任一上述權利要求的轉爐，其中與渣層接觸的至少一部分側壁包括水冷板，位于水冷板里面的耐火襯里和襯里上的渣層。
11.根據任一上述權利要求的轉爐，其包括一個在渣層上方的氣體連續空間中由上升而后下降的熔融材料的飛濺物，液滴和物流形成的過渡區，這些飛濺物，液滴和物流中的一些與轉爐的側壁接觸并將熔渣沉積在側壁上。
12.根據權利要求11的轉爐，其中側壁包括與過渡區接觸的水冷板。
13.根據權利要求12的轉爐，其中由水冷板吸取的熱足以在與過渡區接觸的水冷板上形成和保持渣層。
14.根據權利要求11-13任一項的轉爐，其中側壁包括過渡區上方的水冷板。
15.根據權利要求14的轉爐，其中由水冷板吸取的熱足以在過渡區上方的水冷板上形成和保持渣層。
16.根據任一上述權利要求的轉爐，其中固體材料的噴入噴管/風嘴以與垂直線成30-60°的角度向下向里延伸進轉爐。
17.根據任一上述權利要求的轉爐，其中固體材料的噴入噴管/風嘴的下端部位于熔融金屬面的上方。
18.根據權利要求11-15任一項的轉爐，其中通過固體材料的噴入噴管/風嘴噴入的固體材料使熔融材料的飛濺物，液滴和物流向上運動進入氣體連續空間。
19.根據權利要求11-15任一項和權利要求18的轉爐，其中放置噴射含氧氣體的一個或多個噴管/風嘴將含氧氣體噴入過渡區使過渡區內的反應氣一氧化碳和氫氣后燃燒。
20.根據任一上述權利要求的轉爐，其中排出裝置包括一個能連續從轉爐中排出熔融金屬的前爐。
21.一種在任一上述權利要求的轉爐中從金屬原料生產金屬的直接熔煉法，該方法包括以下步驟(a)形成有金屬層和金屬層上的渣層的熔池；(b)將有載體氣體的金屬原料和固體含碳材料的至少一部分通過許多噴管/風嘴噴入熔池，在金屬層中熔煉金屬材料，其中固體的噴入產生來自金屬層的氣流，該氣流夾帶著金屬層中的熔融材料并攜帶熔融材料作為飛濺物，液滴和物流向上運動在渣層上方轉爐中的氣體連續空間內形成過渡區，其中熔融材料的飛濺物，液滴和物流與轉爐的側壁接觸形成渣的保護層；(c)通過一個或多個噴管/風嘴將含氧氣體噴入轉爐，使從熔池釋放的反應氣后燃燒，其中上升而后下降的熔融材料的飛濺物，液滴和物流能促進熱量向熔池的轉移；和(d)控制固體噴射和/或含氧氣體的噴射和/或通過水冷板的水流速率，使在正常操作條件下，暴露在轉爐內部的水冷板的板面上的通過水冷板的熱損失小于150kW/m2。
22.根據權利要求21的方法，其中在正常操作條件下，暴露在轉爐內部的水冷板的板面上的通過水冷板的熱損失小于100kW/m2。
23.根據權利要求22的方法，其中在正常操作條件下，暴露在轉爐內部的水冷板的板面上的通過水冷板的熱損失小于90kW/m2。
全文摘要
公開了一種用直接熔煉法從金屬原料生產金屬的轉爐。該轉爐包括一個具有金屬層(15)和金屬層上的渣層(16)的熔池,并在渣層上方有一個氣體連續空間(31)。轉爐包括由耐火材料制成的爐膛,爐膛有與熔融金屬接觸的一個底座(3)和側面(55),及從爐膛的側面(55)向上延伸與渣層和氣體連續空間接觸的側壁(5)。與氣體連續空間接觸的側壁包括水冷板(57)和板上的一個渣層。轉爐還包括一個或多個向下延伸進轉爐,將含氧氣體噴入金屬層上面的轉爐內的噴管/風嘴(13)及至少將部分有載體氣體的金屬原料和含碳物質噴入熔池以穿過金屬層的許多噴管/風嘴(11)。
文檔編號F27D3/00GK1305534SQ99807442
公開日2001年7月25日 申請日期1999年7月1日 優先權日1998年7月1日
發明者拉爾夫·G·韋伯, 戴維·J·利, 彼得·D·伯克, 塞利爾·P·貝茨 申請人:技術資源有限公司