直接熔炼转炉和直接熔炼方法技术

公开了一种用直接熔炼法从金属原料生产金属的转炉。该转炉包括一个具有金属层（１５）和金属层上的渣层（１６）的熔池，并在渣层上方有一个气体连续空间（３１）。转炉包括由耐火材料制成的炉膛，炉膛有与熔融金属接触的一个底座（３）和侧面（５５），及从炉膛的侧面（５５）向上延伸与渣层和气体连续空间接触的侧壁（５）。与气体连续空间接触的侧壁包括水冷板（５７）和板上的一个渣层。转炉还包括一个或多个向下延伸进转炉，将含氧气体喷入金属层上面的转炉内的喷管／风嘴（１３）及至少将部分有载体气体的金属原料和含碳物质喷入熔池以穿过金属层的许多喷管／风嘴（１１）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直接熔炼转炉，该转炉用于由金属原料如矿石，部分还原矿石和含金属的废物物流生产熔融金属(该术语包括金属合金)。本专利技术具体涉及能用于基于熔池的直接熔炼方法的转炉。本专利技术还涉及在该转炉内进行的直接熔炼法。本申请所用的术语“熔炼”表示发生还原金属原料的化学反应以生产金属液的热处理。本申请所用的术语“直接熔炼法”表示直接从金属原料如铁矿石和部分还原的铁矿石生产熔融金属的方法。现已开发出许多公知的在熔池的气/液环境中进行基于熔池的直接熔炼法的转炉。一种公知的从铁矿石生产熔融铁的基于熔池的直接熔炼法，一般称之为Romelt法，该方法是基于使用大容积的，高速搅拌的渣池作为将顶部加入的金属氧化物熔炼成金属和将气体反应产物后燃烧及按照需要转移热量以继续熔融金属氧化物的介质。Romelt法包括将富氧空气或氧气通过下排风口喷吹入炉渣以搅拌炉渣，还包括将氧气通过上排风口喷吹入炉渣以改善后燃烧。在Romelt法中，金属层不是重要的反应介质。另一组公知的从铁矿石生产熔融铁的基于熔池的直接熔炼法，(也称为基于炉渣)一般描述为“深渣”法，这些方法如DIOS和AISI法是基于形成一个有3个区的深渣层，即用喷吹的氧气后燃烧反应气体的上区；将金属氧化物熔炼成金属的下区；和将上区与下区分开的中间区。和Romelt法一样，渣层下面的金属层不是重要的反应介质。依靠熔融金属层作为反应介质的另一种公知的从铁矿石生产熔融铁的基于熔池的直接熔炼法，一般称之为HIsmelt法，其描述在国际申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)中。该方法以申请人的名字命名。描述在该国际申请中的HIsmelt法包括(a)在转炉内形成熔融铁和渣的熔池；(B)将以下物质注入该熔池(ⅰ)金属原料，一般是金属氧化物；和(ⅱ)固体含碳材料，一般是煤，其作为金属氧化物的还原剂和能源；和(c)在金属层将金属原料熔炼成金属。HIsmelt法还包括在池的上方用喷入的含氧气体将从熔池的上方的空间中释放出来的反应气体如CO和H2后燃烧并将后燃烧产生的热量转移到熔池中以提供熔炼金属原料所需的热能。HIsmelt法还包括在熔池的公称静止(nominal quiescent)面的上方形成一个过渡区，在该区内有有利的上升随后下降的熔融金属和/或渣的液滴或飞溅物或物流，其提供了将熔池的上方反应气体后燃烧产生的热能转移到熔池中的有效介质。有许多文章涉及到建造能包含上述直接熔炼法的转炉。更具体地说，由于经济和安全的原因，重要之处是包含直接熔炼法所用的转炉要有最小的热损失并能够经受在长期运行过程中特有的腐蚀/侵蚀条件。工艺转炉还必须和喷射及混合反应物的设施结合以在转炉中形成和保持不同的区并将这些过程的产品分开。直接熔炼法的工艺化学一般要求一个低氧化势的区域以熔炼金属原料和一个高氧化势的区域以燃烧氢气和一氧化碳而得到燃烧能。结果，在整个根据不同要求而设计的包含直接熔炼法的转炉中一般有很大的温度和化学组成的变化。一些计划的和试验中的直接熔炼转炉包括外部的钢壳和内部的耐火材料衬里，耐火材料衬里的形式一般是砖块和/或浇注块。在转炉的不同部位用不同组成和物理性能的砖块是已知的，这可使其对热和化学侵蚀和腐蚀的抵抗能力最大化。例如，转炉底座的耐火砖常常暴露在主要是金属的熔融材料中，而转炉侧壁的中间部位的耐火砖常常暴露在主要是渣的熔融材料中及气体反应物中如CO,H2,CO2和H2O。暴露在熔融金属中的砖块和暴露在熔融渣中的砖块要求有不同的化学性能以抵抗金属和渣的化学侵蚀。另外，在使用基于渣的直接熔炼法如Romelt,DIOS和AISI法的转炉中，一般渣区是搅动的，金属区是相对静止的(和HIsmelt法相比)。结果，由于砖块与搅动的渣相接触，所以暴露在渣区的砖块要求有耐腐蚀的物理性能。另外，在使用基于金属熔池的直接熔炼法如HIsmelt法的转炉中，一般金属区也是搅动的，结果，由于金属对砖块的冲刷作用，所以暴露在该区的砖块要求有耐腐蚀的物理性能。另外，一般来说，反应气体的后燃烧产生2000℃或更高的高温，结果，暴露在进行后燃烧的顶部空间/过渡区/渣区的砖块要求有耐高温的物理和化学性能。实际上，对于许多发展中的直接熔炼法来说，耐火材料的衬里不是非常成功的。有一些通过水冷衬里来提高耐火材料衬里性能的建议。一个具体的建议描述在Steel Technology Corporation的澳大利亚专利申请692405的应用AISI深渣法的转炉的上下文中。还有一些有局限的建议是用水冷板取代耐火材料。根据从申请人得到的信息，这些建议会导致过多的热损失，因此在此基础上是不成功的。本专利技术的一个目的是提供一种改善的直接熔炼转炉。本专利技术的另一个目的是提供一种应用在该转炉中的改善的直接熔炼法。本专利技术是这样实现这些目的的建造一个直接熔炼转炉，该转炉的侧壁和顶部有水冷板，并且有伸进转炉内的、用于注入含氧气体的喷管和注入固体材料的喷管，这就可以在转炉内操作直接熔炼法，该方法在水冷板上形成并随后保持作为有效的绝热体的渣层，这样可以减少转炉的热损失。根据本专利技术提供一种通过直接熔炼法从金属原料生产金属的转炉，该转炉含有一个具有金属层和在金属层上的渣层的熔池，在渣层上方有一个气体连续空间，该转炉包括(a)一个由耐火材料制成的炉膛，它有与熔融金属接触的底座和侧面；(b)从炉膛的侧面向上延伸的侧壁，其与渣层和气体连续空间接触，其中与气体连续空间接触的侧壁包括水冷板和水冷板上的渣层；(c)一个或多个向下延伸进转炉的喷管/风嘴，其将含氧气体喷入金属层上面的转炉内；(d)至少将部分有载体气体的金属原料和含碳材料喷入熔池以穿过金属层的许多喷管/风嘴；和(e)从转炉排出熔融金属和渣的装置。优选地是，直接熔炼法在正常操作条件下，其水冷板暴露的板面上的热损失小于150kW/m2。本申请所用的术语“正常操作条件”表示过程稳定的期间，不包括可能是高峰流通负载期间如启动期间。优选地是，直接熔炼法在正常操作条件下。其水冷板暴露的板面上的热损失小于100kW/m2。更优选地是，直接熔炼法在正常操作条件下，其水冷板暴露的板面上的热损失小于90kW/m2。水冷板可以是任意合适的构形。水冷板的一种优选构形包括蛇形的内(与转炉的内部连接)水冷管，位于一端的进水口，位于另一端的出水口。优选地是，水冷板进一步包括蛇形的外水冷管，位于一端的进水口，位于另一端的出水口。在一个替代性结构中，水冷板的内水冷管和外水冷管是相通的并包括一个进水口和一个出水口。优选地是，水冷板进一步包括捣固或喷补在没有被管道占用的水冷板的空间上的耐火材料。可以认为实际上，在转炉的使用过程中这种耐火材料会逐渐磨损，直接熔炼过程的启动阶段和扰动阶段将造成最大的磨损。捣固或喷补的耐火材料被腐蚀至少能造成内水冷管的部分暴露。优选地是，捣固或喷补的耐火材料形成水冷板的内表面。水冷板可以包括一个支承板，该板形成了水冷板的一个向外的面。水冷管和支承板可用任意合适的材料制造。用于水冷管的合适的材料包括钢和铜。适用于支承板的材料的一个例子是钢。优选地是，每一个水冷管都包括横过水冷板的宽度延伸的平行的水平部分和与直的部分的端部相连的弯曲部分。优选地是，外水冷管从内水冷管处移开，这样就使外水冷管的水平部分不会紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过直接熔炼法从金属原料生产金属的转炉，该转炉含有具有金属层和在金属层上的渣层的熔池，在渣层上方有一个气体连续空间，该转炉包括： （ａ）由耐火材料制成的炉膛，它有与熔融金属接触的底座和侧面； （ｂ）从炉膛的侧面向上延伸的侧壁，其与渣层和气体连续空间接触，其中接触气体连续空间的侧壁包括水冷板和水冷板上的渣层； （ｃ）一个或多个向下延伸进转炉的喷管／风嘴，其将含氧气体喷入金属层上面的转炉内； （ｄ）至少将部分有载体气体的金属原料和含碳材料喷入熔池以穿过金属层的许多喷管／风嘴；和 （ｅ）从转炉排出熔融金属和渣的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫G韦伯，戴维J利，彼得D伯克，塞利尔P贝茨，
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]