直接熔炼方法及装置制造方法及图纸

一种用于从金属供给原料生产金属的直接熔炼方法包括：形成一个熔池，该熔池具有一个金属层和其上的熔渣层，在金属层中熔炼所喷入的金属供给原料；从金属层产生一个夹带熔融材料的向上气流，将熔融材料携带进入熔渣层，并至少在熔渣层和金属层的界面上形成一个紊流区；通过多个喷管／风枪将气体喷入熔渣层中，并在熔渣层的上部区域产生紊流，使得熔融材料的飞溅、液滴和液流进入熔渣层上面的熔炉顶部空间。（*该技术在2020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直接熔炼方法及装置，该方法和装置是在一个含有一熔池的冶金熔炉中，从金属供给原料如矿石、部分还原矿石和含有金属的废水中，生产熔融金属(该术语包括金属合金)，特别是但不专用于铁。本专利技术特别涉及一种用于从金属供给原料中生产熔融金属的以熔融金属熔池为基础的直接熔炼方法和装置。生产熔融铁水所最广泛使用的方法是使用高炉(blast furnace)。将固体原料装入炉子的顶部，熔融铁水从炉膛排出。固体原料包括铁矿石(烧结、团块或球状)、焦炭、熔剂并形成一个向下移动的可渗透的炉料层。可以是富氧的预热空气喷射到炉子的底部，穿过渗透层向上移动，通过燃烧焦炭而产生一氧化碳和热量。反应的结果生成了熔融铁水和渣。通过在铁熔点以下还原铁矿石来生产铁的方法一般称作“直接还原法”，其产品称作DRI。FIOR(流化铁矿石还原)法是直接还原法的一个例子。此方法是在铁矿石粉末靠重力通过一系列流化层反应器的每个反应器时，还原铁矿石粉末。铁矿石粉末在固态下由压缩的还原气体还原，该还原气体进入一系列反应器的最底部，并与向下移动的粉末逆向流动。其他直接还原法包括活动竖炉法、静止竖炉法、旋转炉膛法、转炉法和反应罐法。COREX法包括作为一个步骤的直接还原法。COREX法可与高炉一样，在不需大量煤的情况下，直接用煤来生产熔融铁水。COREX法包括两个操作步骤(a)在竖炉里从铁矿石(团块状或球状)、煤和熔剂的可渗透层中生产DRI；和(b)然后在没有冷却的情况下，将DRI装入一个连接的熔炉燃气发生器中并熔炼。在熔炉燃气发生器中煤的部分燃烧生成了竖炉中所用的还原气体。另一种生产铁的已知方法是用鼓风转炉，在转炉中，铁矿石在上部的熔化风区通过氧气与还原气体的燃烧而熔化，在具有熔融铁水熔池的下部熔炉中熔炼。下部熔炉为上部熔化风区产生了还原气体。从矿石(部分是还原矿石)直接生成熔融金属的方法一般称作“直接熔炼法”。一种已知的直接熔炼法是利用电炉，作为熔化反应时所需要的主要能源。在澳大利亚Moskovsky Institut Static Splavov的专利604237中描述了另一种已知的直接熔炼法，一般称作重熔法。重熔法是将大容积、高度搅拌渣池用于熔炼从顶部装入的金属氧化物成金属以及后燃烧气态反应产物，并转移继续熔炼金属氧化物所需的热量的介质。重熔法包括通过下排的风枪，将富氧空气或氧气喷入熔渣，以提供对熔渣的搅拌，并通过上排的风枪将氧气喷射进熔渣来促进后燃(post combustion)。在下排风枪上面的熔渣体积形成了一个“上部起泡区”，在下排风枪下面的熔渣体积形成了一个“静止熔渣区”。上部起泡区是主要的反应介质，在此熔渣体积中形成的熔融金属液滴依靠重力向下移动穿过静止熔渣区，在金属层汇集。在重熔法中，金属层不是重要的反应介质。另一种已知的基于熔渣的直接熔炼法一般称作“厚渣”(deep slag)法。这些方法，如DIOS和AISI法，是基于形成一个泡沫渣的厚层。如同重熔法一样，熔渣层下面的金属层不是一个重要的反应介质。另一种已知的直接熔炼法，它依靠作为反应介质的熔融金属层，一般称之为Hismelt法，此方法在本申请人的国际申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)中已经作了描述。在此国际申请中所描述的Hismelt法包括(a)在熔炉中形成一个铁水和熔渣的熔池；(b)将下面的物质喷射进熔池；(i)金属供给原料，一般为金属氧化物；和(ii)含碳的固体料，一般为煤，起金属氧化物的还原剂和能源作用；和(c)在金属层将金属供给原料熔炼成金属。Hismelt法也包括从含氧气体溶池上部的空间释放出来的后燃反应气体，如CO和H2，并将由后燃烧所产生的热量传递给熔池以提供熔炼金属供给原料所需要的热能。Hismelt法也包括在熔池名义上的静止表面上部形成一个过渡区，在这里具有先是上升然后下降的熔融金属和/或熔渣的液滴或飞溅或液流，提供了一种将熔池上部后燃反应气体所产生的热能传递给熔池的有效介质。在Hismelt法方面，本申请人已经完成了大量的试验工场工作，并在该方法的有关方面有了一系列重大发现。一般来说，本专利技术是一种用于从金属供给原料中生产金属的直接熔炼方法，包括如下步骤(a)在冶金炉中形成一个金属熔池，它具有一个金属层(如这里所述)以及一个在金属层上的熔渣层(如这里所述)；(b)将金属供给原料和含碳固体料用载气通过多个喷管/风枪喷射进熔池中，在金属层中将金属供给原料熔炼成金属；(c)从金属层产生一个上升的夹带熔融材料的气体流，将熔融材料带到熔渣层，并至少在熔渣层和金属层的界面上形成一个紊流区；和(d)通过多个喷管/风枪将一气体喷入熔渣层，并(i)在熔渣层的上部区域产生紊流；和(ii)使熔融材料的飞溅、液滴和液流从熔渣层进入在熔渣层上面的熔炉顶部空间；和(e)在顶部空间和/或在熔渣层上部区域后燃反应气体。本专利技术与已知的非Hismelt直接熔炼法之间的根本不同以及本专利技术方法的优点是，在本专利技术的方法中，主要的熔炼区是金属层，主要的氧化(也就是产生热)区在金属层的上面，并且这些区域是空间分离的，通过两个区域之间的熔融料的相互作用和物理运动来传递热能。本专利技术工艺产生两个紊流区，一个是在金属层/熔渣层的界面上，另一个是在熔渣层的上部区域。紊流区最好是强紊流区。本专利技术的方法特别地但并不专用于下面的情形，即来自金属层向上的气流有可能没有足够的动量在上部区域产生充分的紊流以达到使熔融材料的飞溅、液滴和液流从熔渣层进入顶部空间的预期目的(a)充分湿润熔炉顶部空间区域的熔炉侧壁和顶部；和(b)捕捉在顶部空间后燃期间所释放的能量。当存在厚渣层和/或当从金属层产生较低气流速率时，可能会出现这样的情况。在此情况下，气体喷射进入熔渣层以产生所需的紊流度或其自身产生所需的紊流度。在熔渣层和金属层界面上的紊流区与熔渣层的其他区域相比最好是富金属区。一般地，在步骤(c)从金属层进入熔渣层的熔融材料中，熔融金属是主要部分，熔渣是次要部分。熔渣层上部区域中的紊流区与熔渣层和金属层界面的紊流区相比最好是富渣区。一般地，在步骤(d)来自熔渣层的熔融材料的飞溅、液滴和液流中，熔渣是主要部分，熔融金属是次要部分。在步骤(c)中，来自金属层的向上气流可能由多个因素中的任何一种或多种引起。例如，将金属供给原料和含碳的固体料喷射进入金属层的结果，可能至少产生了部分气流。另一个例子是，将金属供给原料和/或含碳的固体料用载气喷入金属层的结果，可能至少产生了部分气流。另一个例子是，将气体从底和/或侧壁喷射进入金属层的结果，可能至少产生了部分气流。在步骤(c)中，来自金属层的向上气流最好是由将金属供给原料和含碳的原料以及载气喷向并随后进入金属层所产生的。向着并随后进入金属层的固体料和载气的喷射有以下结果。首先，喷射的固体料/载气的动量将导致固体料和气体穿透金属层。其次，含碳原料，一般为煤，被除去挥发物质，从而在金属层中产生气体。第三，碳主要溶进金属中并部分以非溶解固体形式保留。第四，金属供给原料通过碳熔炼成金属，该碳来自于上述步骤(c)中所喷射的碳，熔化反应产生了一氧化碳气体。最后，输送到金属层和通过除挥发分和熔炼所产生的气体对熔融金属产生了显著的上升浮力，来自金属层的未溶解碳和熔渣(作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从金属供给原料中生产金属的直接熔炼方法，包括如下步骤：（ａ）在冶金炉中形成一个熔池，它具有一个金属层以及一个在金属层之上的熔渣层；（ｂ）将金属供给原料和含碳固体料用载气通过多个喷管／风枪喷入熔池中，在金属层将金属供给原料熔炼 成金属；（ｃ）从金属层产生一个夹带熔融材料的上升气体流，将熔融材料带到熔渣层，并至少在熔渣层和金属层的界面上形成一个紊流区；和（ｄ）通过多个喷管／风枪将气体喷入熔池层，并：（ｉ）在熔渣层的上部区域产生紊流；和（ｉｉ）从熔渣层 出来的熔融材料的飞溅、液滴和液流进入熔渣层上面的熔炉顶部空间；和（ｅ）在顶部空间和／或在熔渣层上部区域后燃反应气体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰A英尼斯，
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]