直接熔炼方法及设备技术

本发明专利技术公开一种直接熔炼含金属原料的方法。用含氧气体预处理煤而产生炭和可燃气体。在制氧厂中用此可燃气体加热和／或生产含氧气体。将含金属的原料、炭和含氧气体喷入直接熔炼容器，在直接熔炼容器中，用炭作能源及还原剂将含金属的原料熔炼成金属液。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产熔融金属(包括金属合金)的方法及设备，尤其是涉及在包含熔池的冶金容器中，用含金属的原料，如矿石，部分还原的矿石及含金属的废料生产不仅限于铁的熔融金属的方法和设备。本专利技术尤其是涉及用含金属的原料生产熔融金属的，以熔池为基础的直接熔炼方法。用含金属的原料直接生产熔融金属的方法通常被称为“直接熔炼法”。一种通常称为Romelt法的已知直接熔炼法的基础是采用大容积、高揽动的渣池作为介质将自顶加入的金属氧化物熔炼成金属和使气态反应产物后燃烧及按需要进行传热以使金属氧化物的熔炼持续进行。Romelt法包括将富氧空气或氧经下排风嘴喷入渣中以使渣搅动，及经上排风嘴将氧喷入渣中以进行后燃烧。按Romelt法，金属层不是重要的反应介质。其它一组以渣为基础的已知的直接熔融法通常被称为“深渣法”。这些方法，如DIOS和AISI法，都是以形成具有3个区域的深的渣层为基础的，这3个区是用喷入的氧使反应气体后燃烧的上部区，使金属氧化物熔炼成金属的下部区；及将上、下区域分隔开的中间区。至于Romelt法，渣层之下的金属层并非重要的反应介质。其它已知的，依赖于熔融金属层作反应介质，并通常被称为Hlsmelt法的直接熔炼法被述于以该申请人的名义申请的国际专利申请PCT/AU96/00197(WO 96/31627)中。该国际专利申请中所述的Hlsmelt法包括(a)在容器中形成具有金属层和位于金属层之上的渣层的熔池；(b)向熔池喷入(ⅰ)含金属的原料，一般是金属氧化物；(ⅱ)固体含碳原料，一般是煤，它的作用是用作金属氧化物的还原剂及能源；(c)在金属层中将含金属的原料熔炼成金属。Hlsmelt法还包括使自熔池释放出来的反应气体，如CO和H2在熔池上方被含氧气体后燃烧，再将后燃烧所产生的热传给熔池，以提供熔炼含金属原料所需的热能。Hlsmelt法还包括在熔池名义上静止表面的上方形成过渡区，在该区中，金属液和/或渣的液滴或飞溅或液流上升而后下落，它们是将于熔上方因反应气体后燃烧而产生的热能传给熔池的有效传热介质。本专利技术的目的在于提供一种可使用各种类型的煤，包括低级煤的直接熔炼方法和设备。根据本专利技术提供的直接熔炼含金属的原料的方法包括如下步骤(a)用含氧气体预处理煤，并生成炭和可燃气体；(b)在制氧厂中间用至少部分产于步骤(a)中的可燃气体作能源加热含氧气体和/或产生含氧气体；(c)将含金属的原料和产于步骤(a)的炭及在步骤(b)加过热的或所产生的含氧气体喷入直接熔炼容器中；(d)用炭作能源及还原剂在直接熔炼容器中将含金属的原料直接熔炼成金属液，并在该熔炼过程中用含氧气体使反应气体后燃烧。本专利技术的一个优点在于预处理步骤(a)改变了煤的性能/成份，从而使之适于直接熔炼含金属的原料。结果该方法可在直接还原熔器中用低级煤运行从而高生产率地生产熔融金属。术语“低级煤”指的是与正常汽煤(steamingcoal)相比，发热值低而杂质含量高的煤，因而是劣质的煤。术语“杂质”指的是诸如硫、碱类、盐类和挥发份之类的杂质。这些杂质分布在预处理步骤(a)所产生的炭和可燃气体之间。结果，预处理步骤(a)使供给直接还原容器中的杂质负荷下降。杂质负荷下降是有益的，因为这意味着熔炼含金属的原料的速率可以上升，而来自该容器的废气体积可下降。这2个结果都是优点。此外，本专利技术的方法包括这样一个有益的方案用生于步骤(a)的可燃气体加热随后用于直接熔炼炉中的含氧气体，最好是空气或富氧空气。在可用热空气或富氧空气运行的直接熔炼工艺，如Hlsmelt工艺中，产生热空气和富氧空气的任务得到了充分的保证。步骤(a)中所产生的可燃气体非常适于作，比如，在热风炉中的加热空气的能源，因此它也是建立在此基础上的本专利技术方法的一个重要优点。在本文中应将术语“含金属的原料”理解为指的是任何的金属原料，这包括金属氧化物，如矿石、部分还原的矿石和含金属的废料。本文中的术语“炭”可理解为从煤中去除了至少50％的水份/结合的氧/挥发份后剩余的固态产物。步骤(b)最好包括将此可燃气体供往热空气鼓风装置，及在热空气鼓风装置中用此可燃气体作加热空气的能源。热空气鼓风装置最好是热风炉。该方法最好包括在将含金属的原料喷入直接熔炼容器之前，用部分可燃气体将其预热。根据成份，在将含金属原料喷入直接还原容器之前，可用此可燃气体使此原料部分还原。步骤(d)可包括任何适用的直接熔炼过程。步骤(d)最好包括按Hlsmelt法直接熔炼含金属的原料，该法包括(a)在直接熔炼容器中形成具有金属层及位于其上的渣层的熔池；(b)经多个喷枪/喷嘴将含金属的原料及炭喷入金属层中；(c)在金属层中将含金属的原料基本上熔炼成金属液；(d)使金属液和渣液以飞溅物、液滴和液流状抛射到熔池名义上静止表面上方的空间中，从而形成过渡区；(e)经一或多支喷嘴/喷枪将含氧气体喷入直接还原容器中，并使自熔池中释放出来的反应气体后燃烧，借助于熔融金属和熔渣的飞溅物，液滴和液流在过渡区中上升然后下落，以利于将热传给熔池，以及借助于过渡区使损失于与过渡区相接触的侧壁的热减至最少。述于熔池中的术语“静止表面”在本文中应理解为在没有喷射任何气体/固体，因而没有任何熔池搅动的工艺条件下的熔池表面。该工艺最好以高度的后燃烧在直接熔炼容器中运行。后燃烧程度最好大于60％，后燃烧的定义是 其中=废气中的CO2的体积％；=废气中的H2O的体积％；=废气中的CO的体积％；=废气中的H2的体积％。按本专利技术，还提供了直接熔炼含金属原料的设备，它包括(a)用于熔炼含金属原料的直接熔炼容器；(b)用于从煤中产生炭和可燃气体的装置及生产含氧气体的装置；(c)用此可燃气体作能源产生加了热的含氧气体，然后将其供往直接熔炼容器的装置；(d)及将含金属的原料及炭供往直接熔炼炉的装置。以实施例的方式并参照附图进一步描述本专利技术，其中附图说明图1是流程图，是本专利技术工艺和设备较佳实施方案的大致的示意图；图2是用于图1所示的工艺/设备中的直接熔炼容器的较佳形式。图1所示的较佳实施方案描述了用铁矿石生产铁。但应注意的是，该较佳实施方案同样适用于用其它的含金属的原料生产金属(包括金属合金)。参看图1，铁矿石101在铁矿石预热炉3中加热，然后被送往直接熔炼容器105，并在该容器中被炼成铁水。泥浆状的煤102和氧103被供往煤的碳化器7中然后进行反应并产生800～1000℃的温度。煤(包括煤中的组份，如挥发份)与氧之间的反应产生了炭104和可燃气体105。本文中的术语“碳化装置”应理解为任何的，使煤和含氧气体于其中可相互接触并生成炭和可燃气体的适用设备。将炭从碳化器7中排出，使之冷却。储存然后送往直接熔炼容器105中作能源及还原剂。至少部分来自碳化器7的，温度在1000℃以上的可燃气体经湿式煤气洗涤器(未示)被供往热空气鼓风系统9，如热风炉，而后燃烧从而生产将空气106加热到1200℃量级的温度的热。该被加热的空气是富氧的，并被供往直接熔炼容器105中。如于图2中更详细地描述的那样，该热的富氧空气体将于直接熔炼铁矿石时所生成的反应产物，如CO和H2后燃烧，并且后燃烧所产生的热有助于维持直接熔炼容器105内的温度。一般说来，该工艺以60％以上的后燃烧率运行。产于煤的碳化器7的部分可本文档来自技高网...

【技术保护点】
直接熔炼含金属原料的方法，它包括如下步骤：（ａ）用含氧气体预处理煤，从而产生炭和可燃气体；（ｂ）在制氧厂用至少部分产于步骤（ａ）的可燃气体作能源加热和／或生产含氧气体；（ｃ）将含金属的原料，在步骤（ａ）中生产的炭和在步骤（ｂ）中 加热或生产的含氧气体喷入直接熔炼容器；（ｄ）在直接熔炼容器中，用炭作能源和还原剂将含金属的原料直接熔炼成金属液并用含氧气体使产于该熔炼过程中的反应气体后燃烧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗德尼J德赖，
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]