生产金属和金属合金的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种利用电炉由含金属供料生产金属的方法。该方法包括的步骤是，在炉内的形成具有金属层和金属层上的熔渣层的熔融浴，向炉内提供电能，并将电能转变成热能，从而，向方法提供要求的热量输入。方法还包括通过一个或多个固体注入喷枪／风管将载气和固体碳质料注入到熔融浴中，使熔融物料以喷溅、熔滴和液流的形式从熔融浴喷射入熔融浴的标称静面上的空间中，并形成过渡区。方法还包括通过一个或多个含氧气体注入喷枪／风管将含氧气体注入炉内，使由熔融浴释放出的反应气体进行后燃烧，从而进一步向方法提供所要求的热量。在该方法中，使过渡区内的熔融物料的喷溅。熔滴和液流先升后降，以便将热量传递到熔融浴中，过渡区通过与过渡区接触的侧壁减少炉内的热量损失。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于利用电能由含金属供料生产熔融金属(该术语包括金属合金)的方法和装置。本专利技术尤其是关于，但也不排除，用电炉生产铁、钢和铁合金。术语“电炉”应理解为包括任何全部或部分以电流加热含有金属的金属装料的炉子。作为实例，术语“电炉”通常包括炼钢中通用的a/c和d/c电弧炉、生产铁合金和生铁中通用的埋弧炉、和熔融废钢铁中通用的感应电炉。本专利技术的目的是提供一种用电炉从含金属供料生产熔融金属的改进方法和装置。根据本专利技术提供的用电炉从含金属供料生产金属的方法，该方法包括如下步骤(a)在炉内形成具有金属层和金属层上的熔渣层的熔融浴；(b)向炉子供电能，并使电能转变成热能，以此向方法提供必要的热量输入；(c)通过一个或多个喷枪/风管向熔融浴中注入载气和固体碳质料；(d)使熔融料以喷溅、熔滴和液流形式从熔融浴喷射到标称熔融浴静面上的空间内，并形成过渡区；和(e)通过一个或多个喷枪/风管向炉内注入含氧气体，使从熔融浴释放出的反应气体后燃烧，由此再一次向方法提供必要的热量。术语“金属层”应理解为是指以金属为主的浴液区域。术语“熔渣层”应理解为是指以熔渣为主的浴液区域。术语“过渡区”应理解为是指熔融浴的标称静面上的区域，在该区域内熔融物料的熔滴或喷溅，先上升然后降落。与熔融浴有关的术语“静面”应理解为是指在工艺条件下熔融浴的表面，在该表面上没有气体/固体注入，因此没有熔浴液的搅动。形成熔融浴的步骤(a)包括将含金属供料的原始固体装料供入到炉内，利用向炉子提供的电能所产生的热能，使装料至少部分熔融。或者，步骤(a)包括以熔融形式将含金属供料供入炉内，并由此形成熔融浴。在上两节中描述的任何一种情况下，该方法包括在方法中的后面步骤内可再向炉内加入含金属供料。过渡区域对反应气体的后燃烧是一个有效的区域。此外，熔融物料的熔滴、喷溅和液流在浴液和过渡区之间的移动是将通过反应气体的后燃烧所产生的热量传递到熔融浴的有效方式。进而，过渡区内的熔融物料，尤其是熔渣是一种在与过渡区接触中通过炉壁辐射而减少热损失的有效方式。过渡区与熔渣层完全不同。作为说明，在方法的稳定运行条件下，熔渣层包括液体连续容积中的气泡，而过渡区包括气体连续相的熔融物料的喷溅、熔滴和液流。尤其是，过渡区是一种无泡沫的熔渣环境，因此，与通常的电弧炉中产生的区域完全不同，在这些炉内由于碳沸腾并形成泡沫状的熔渣。在电炉的情况下，包括伸入炉内的向炉内提供电能的电极，优选的方法包括在电极上形成熔融物料的防护层。尤其是，最好在步骤(d)中，从熔融浴中喷射的熔融物料的喷溅、熔滴和液流，形成防护涂层。从熔融浴释放出的反应气体可包括任何适宜燃烧的气体，如CO和H2。按照本专利技术，后燃反应气体，并把能量传递到浴液以对方法提供必要的热能，并从而减少炉子对电能的需求。后燃的量至少为40％，优选是至少60％。后燃定义如下++++]]>其中=释放气体中CO2的容积％，=释放气体中H2O的容积％，=释放气体中CO的容积％，=释放气体中H2的容积％，按照本专利技术将载气和固体碳料注入熔融浴中并将含氧气体注入炉内，这使在熔融浴中，在过渡区内和在熔融浴上的气体空间的其它部分内形成组成的混合，这样就促进方法所要求的化学反应。根据方法所生产的最终产品，可以将其他固体物料和固体碳质料一起注入到熔融浴中。作为实例，当方法涉及生产铁时，含金属原料是以铁矿石和/或部分还原铁矿石的形式，则成渣剂、和熔剂可与载气和固体碳质料一起注入熔融浴中。作为另一实例，当方法涉及生产钢时，含金属原料是以废钢、生铁、钢厂废物、和其他含铁物源的形式，则成渣剂，和熔剂可与载气和固体碳料一起注入到熔融浴中。作为特定实例，当方法涉及从铁矿石和/或部分还原铁矿石生产钢时，则方法的最后步骤可包括停止向熔融浴中注入固体碳质料，以便调整熔融浴中的碳浓度，以满足钢组分的要求。载气和固体碳质料和其他任选固体物料，优选注入到熔融浴的金属层中。通过一个或多个喷枪/风管将载气和固体碳质料和其他任选固体物料注入熔融浴时所形成的过渡区，优选位于熔融浴的金属之上，并向其下方扩展。一个或多个喷枪/风管，优选是对垂直形成10-70°的角度设置。更好是以20-60°的角度。喷枪/风管，最好是可伸缩的。最好的是，将载气、固体碳质料和任选的其他固体物料注入熔融浴中，要足以使熔融物料以喷泉方式喷射到浴液上的空间内。含金属原料可以是以任何适宜的形式，像块状颗粒，和细料。含金属原料可以予热。载气可以是任何适宜的载气。载气优选是缺氧气体。载气优选含有氮。含氧气体可以是任何适宜的气体。作为实例，当方法涉及从铁矿石和/或部分还原铁矿石生产铁时，含氧气体可以是空气或富氧空气。在这种情况下，空气最好预热。注入含氧气体的一个或多个喷枪/风管的位置和运行参数，优选要选择其控制过渡区，致使(a)含氧气体向过渡区注入，并渗透到过渡区内；(b)含氧气体流使熔融物料的喷溅、熔滴、和液流偏转，以致事实上(ⅰ)使过渡区围绕着一个或多个喷枪/风管的较低部分向上扩展；和(ⅱ)围绕着一个或多个喷枪/风管的端部形成以“自由空间”描述的气体连续空间。自由空间的形成是一个很重要的特征，因为它可以使炉子顶部空间中的反应气体向下进入到一个或多个喷枪/风管端部区域内，并在该区域内进行后燃烧。在本文中，术语“自由空间”应理解为是指实际上不含有金属和熔渣的空间。根据本专利技术还提供一种由含金属供料生产金属和金属合金的电炉，该炉包括(a)一种装置，该装置可从熔融浴上方和/或通过炉子的侧壁部分，将载气和固体碳质料注入炉中的金属和熔渣的熔融浴中，与熔融浴接触，并使固体物料渗透到熔融浴中，由此，使熔融物料(包括金属和/或熔渣)直接或间接地喷射到熔融浴的静面上的空间中，形成过渡区；和(b)一种装置，该装置使含氧气体注入到熔融浴面上的空间并使从熔融浴释放的反应气体进行后燃烧。作为实例，参照附图进一步描述本专利技术，该附图是垂直剖视图，是根据本专利技术为实施本专利技术的优选实施方案的本专利技术的电炉的优选实施例。如下描述涉及到熔炼铁矿石以生产熔融铁。但应理解到，本专利技术不受这一应用的限制，从含金属供料生产金属和金属合金，如钢和铁合金，一般都是适用的。图中所示的炉子是一个A/C直接电弧炉，它具有3个向下伸入炉内的电极12。电极12与交流电源连接(未示出)。在工序开始时，将铁矿石和/或部分还原铁矿石的原始装料、固体碳质料，如煤、成渣剂、和熔剂供入炉内。选择装料的量和电极12的位置，要使电极12的端部浸没在装料中。起动电炉，以便在电极12和装料之间产生电弧。装料的最上部分可含有适宜的高导电性物料，以便放电和建立稳定的电弧。如图中所示，电弧主要是产生热能，该热能熔化装料，生成熔融浴9，并以后维持熔融浴9。熔融浴包括金属层(未示出)，和金属层上的熔渣层(未示出)。装料中的铁矿石，和以后加到炉内的铁矿石，逐渐熔化并产生熔融铁，形成部分熔融浴。定时地将熔融铁从炉内排出。金属装料中的碳质料、和以后加到炉3内的碳质料，作为还原剂和能源而起作用。炉子还包括金属外壳和耐火材料的炉衬，和水冷却板，它适用于维持金属装料-包括熔融浴。炉子包括基座4、圆筒状侧壁6、炉顶20、和排气口8。水冷却板可以是任何适宜的形状。例如，水冷却板可以是申请人的国际申请PCT/AU 99/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电炉从含金属供料生产金属的方法，特征是，该方法包括如下步骤：（ａ）在炉内形成具有金属层和金属层上的熔渣层的熔融浴，（ｂ）向炉内提供电能，并把电能转变成热能，从而向方法提供必要的热量输入，（ｃ）通过一个或多个固体注入喷枪／风管，将载气和固体碳质料注入熔融浴中，（ｄ）使熔融物料，从熔融浴以喷溅、熔滴、和液流的形式喷注入熔融浴的标称静面上的空间内，并形成过渡区；和（ｅ）通过一个或多个含氧气体注入喷枪／风管将含氧气体注入炉内，并使从熔融浴中释放出的反应气体进行后燃烧，由此进一步对方法提供要求的热量，随着熔融物料在过渡区内的喷溅、熔滴和液流的先升后降，易于使热量传递到熔融浴中，并且过渡区通过与过渡区接触的侧壁减少炉内热量的损失。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：塞西尔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]