專利名稱：直接熔煉設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接熔煉設(shè)備，該直接熔煉設(shè)備用于由諸如礦石、部分還原的礦石和含金屬廢流的含金屬供給材料生產(chǎn)熔融金屬。
背景技術(shù)：
一種已知的直接熔煉工藝在以申請(qǐng)人名 義的國(guó)際申請(qǐng)PCT/AU96/00197(W096/31627)中進(jìn)行了描述，該直接熔煉工藝主要依靠熔池作為反應(yīng)介質(zhì)，并且通稱為HIsmelt工藝。該專利申請(qǐng)的公開通過交叉參引合并于此。如在關(guān)于生產(chǎn)熔融鐵的該國(guó)際申請(qǐng)中所描述的HIsmelt工藝包括Ca)在直接熔煉容器中形成熔融鐵和熔渣的熔池；(b)將以下物質(zhì)噴射入熔池(i)含金屬供給材料，通常為氧化鐵jP(ii)固體含碳材料，通常為煤，該固體含碳材料用作氧化鐵的還原劑和能量源；以及(c)在金屬層中將含金屬供給材料熔煉成鐵。在這里將術(shù)語“熔煉”理解為熱處理，其中進(jìn)行還原金屬氧化物的化學(xué)反應(yīng)以生產(chǎn)
熔融金屬。HIsmelt工藝還包括在熔池上方的具有含氧氣體的空間中后燃從熔池釋放的諸如CC^PH2的反應(yīng)氣體，并將該后燃產(chǎn)生的熱量傳遞到熔池以貢獻(xiàn)熔煉含金屬供給材料所需的熱能。HIsmelt工藝還包括在熔池的名義靜止表面上方形成過渡區(qū)，在該過渡區(qū)中，具有熔融金屬和/或熔渣的液滴或飛濺或液流的適量上升及隨后的下降，這提供了用來將通過在熔池上方后燃反應(yīng)氣體而產(chǎn)生的熱量傳遞到熔池的有效介質(zhì)。在HIsmelt工藝中，含金屬供給材料和固體含碳材料通過許多噴槍/風(fēng)口噴射入熔池，這些噴槍/鼓風(fēng)口相對(duì)于豎直方向傾斜以便向下且向內(nèi)地延伸通過直接熔煉容器的側(cè)壁并進(jìn)入容器的下部區(qū)域，從而將至少部分的固體材料傳送到容器底部中的金屬層。為了促進(jìn)容器上部中的反應(yīng)氣體的后燃，通過向下延伸的熱空氣噴槍將一股可富含氧氣的熱空氣噴射入容器的上部區(qū)域中。容器中的反應(yīng)氣體的后燃所產(chǎn)生的廢氣通過廢氣管從容器的上部被帶走。在容器的側(cè)壁和容器頂上包括有耐火材料襯里的水冷板，并且水通過連續(xù)循環(huán)回路中的板連續(xù)地循環(huán)。HIsmelt工藝使得能在單個(gè)小型容器中通過直接熔煉來生產(chǎn)大量的熔融金屬，諸如熔融鐵。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，必須將大量的熱氣傳輸?shù)街苯尤蹮捜萜鞑闹苯尤蹮捜萜髦袀鬏敵鰜?，將大量的含金屬供給材料，諸如含鐵供給材料傳輸?shù)饺萜?，將大量在該工藝中產(chǎn)生的熔融金屬產(chǎn)品和熔渣從容器傳輸出來，以及使大量的水循環(huán)通過水冷板，所有這些都需要在相對(duì)有限的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。這些功能必須在整個(gè)熔煉操作中持續(xù)，而該熔煉操作預(yù)期持續(xù)至少12個(gè)月。還必須提供通道和處理設(shè)施以便能夠在熔煉操作之間進(jìn)入容器并提升設(shè)備。在西澳大利亞州的Kwinana已建造了基于6m直徑容器(耐火爐缸的內(nèi)徑)的商用HIsmelt直接熔煉設(shè)備。該設(shè)備被設(shè)計(jì)成運(yùn)行HIsmetl工藝并且每年在容器中生產(chǎn)800，000噸熔融鐵。申請(qǐng)人:現(xiàn)已實(shí)施了設(shè)計(jì)更大規(guī)模的商用HIsmelt直接熔煉設(shè)備的研究和開發(fā)工作，以通過HIsmelt工藝每年生產(chǎn)超過I百萬噸熔融鐵的。申請(qǐng)人:在擴(kuò)大HIsmelt工藝中面對(duì)了許多問題并且已提出了一種用于HIsmelt直接熔煉設(shè)備的可選設(shè)計(jì)。本發(fā)明涉及一種直接熔煉設(shè)備，該設(shè)備是用于上述的商用HIsmelt直接熔煉設(shè)備的一種可選設(shè)計(jì)。本發(fā)明的直接熔煉設(shè)備還能用于實(shí)施其他直接熔煉工藝。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種直接熔煉設(shè)備，該直接熔煉設(shè)備用于使用基于熔池的直接熔煉工藝由含金屬供給材料來生產(chǎn)熔融金屬，該直接熔煉設(shè)備包括(a)固定的直接熔煉容器，用來容納金屬和熔渣的熔池以及在該熔池上方的氣體空間，該容器包括爐缸和側(cè)壁；(b)固料供給組件，用來將包括熱含金屬供給材料和含碳材料的固體供給材料從遠(yuǎn)離容器的固體供給材料供給位置供給到容器中，該固料供給組件包括多個(gè)通過容器的側(cè)壁中的開口向下和向內(nèi)延伸的固料噴槍，固料噴槍包括多個(gè)用來向容器中噴射含金屬材料的噴槍以及多個(gè)向容器中噴射固體含碳材料的噴槍，含金屬材料噴槍環(huán)繞容器的側(cè)壁的周界成對(duì)設(shè)置，而單個(gè)固體含碳材料噴槍設(shè)置在相鄰對(duì)的含金屬材料噴槍之間，固料供給組件包括用于每對(duì)含金屬噴槍的主供給線和一對(duì)從該主線延伸并連接到噴槍的分支線，并且固料供給組件還包括熱含金屬供給材料噴射系統(tǒng)，該熱含金屬供給材料噴射系統(tǒng)用于將預(yù)熱的含金屬供給材料供給到用于每對(duì)含金屬供給材料噴槍的主供給線中；(C)含氧氣體供給組件，用來將含氧氣體從遠(yuǎn)離容器的含氧氣體供給位置供給到容器中；(d)廢氣管組件，用來促使廢氣從容器中流出；(e)出金屬組件，用來在熔煉操作期間從熔池中出熔融金屬；以及(f)出熔渣組件，用來在熔煉操作期間從熔池中出熔渣；申請(qǐng)人:已確定對(duì)于將固體供給材料特別是熱礦石(該熱礦石必須通過遠(yuǎn)離容器設(shè)置的預(yù)加熱和/或預(yù)降低設(shè)備生產(chǎn)并運(yùn)輸?shù)饺萜?輸送到直接熔煉容器中以在容器中執(zhí)行HIsmelt工藝而言，上述的含金屬材料噴槍對(duì)通過單個(gè)含碳材料噴槍分隔的布置是有效果和有效率的配置。優(yōu)選地，對(duì)于每年生產(chǎn)超過I百萬噸金屬的容器，固料供給組件包括成4對(duì)噴槍布置的8個(gè)含金屬材料噴槍以及4個(gè)固體含碳材料噴槍，所述固體含碳材料噴槍的每一個(gè)設(shè)置在相鄰對(duì)的含金屬材料噴槍之間。優(yōu)選地，含金屬材料噴槍和含碳材料噴槍是相同尺寸的。
優(yōu)選地，設(shè)備包括用于支撐每個(gè)固料噴槍的組件，從而固料噴槍在通過支撐組件支撐的同時(shí)，能從容器中移除并通過替換噴槍替換。優(yōu)選地，支撐組件包括從容器的側(cè)壁向上和向外延伸的細(xì)長(zhǎng)軌道、可沿該軌道移動(dòng)的車架、以及可操作用于沿軌道移動(dòng)車架的車架驅(qū)動(dòng)器，其中該車架可連接到固料噴槍，從而使該噴槍可支撐在軌道上并通過車架驅(qū)動(dòng)器的操作而向上和向下移動(dòng)，并由此從容器中移除。優(yōu)選地，用于固料噴槍的噴槍開口位于容器的相同高度并環(huán)繞容器的側(cè)壁的周界以等間距設(shè)置。優(yōu)選地,每對(duì)含金屬噴槍的分支線具有在400-600_范圍內(nèi)的相同外徑。優(yōu)選地，每對(duì)含金屬噴槍的分支線是相同長(zhǎng)度的。優(yōu)選地，固料供給組件包括用于每個(gè)固體含碳材料噴槍的單個(gè)供給線。優(yōu)選地，用于每個(gè)固體含碳材料噴槍的供給線的外徑在100-300mm的范圍中。優(yōu)選地，用于每個(gè)固體含碳材料噴槍的供給線的外徑在每對(duì)含金屬噴槍的分支線的外徑的40%與60%之間。優(yōu)選地，容器是垂直圓柱容器或包括一個(gè)或多于一個(gè)的圓柱段的垂直容器，并且多個(gè)固料噴槍環(huán)繞容器或者容器的一個(gè)或多于一個(gè)的圓柱段周向間隔。優(yōu)選地，含金屬材料包括鐵礦石。優(yōu)選地，含碳材料包括煤。


在下文中通過參照附圖的實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地描述，其中圖I和圖2是從兩個(gè)不同方向的透視圖，示出了直接熔煉容器以及一部分廢氣管系統(tǒng)，該廢氣管系統(tǒng)構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的直接熔煉設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的一部分；圖3是容器的透視圖；圖4是容器的側(cè)視圖；圖5是容器的側(cè)視圖，示出了耐火磚在容器內(nèi)部中的布局；圖6是容器的側(cè)視圖，示出了容器的固料噴槍和熱空氣噴槍的布置；圖7是沿圖6中的線A-A的剖面圖；圖8是沿圖6中的線B-B的剖面圖；圖9是示出了固料噴槍在容器中的布置的簡(jiǎn)圖；圖10是容器的所選部件的示意性頂部平面視圖，示出了從容器中取出和插入容器中的用于固料噴槍和熱空氣噴槍的取出和插入外殼；圖11是容器的頂部平面視圖；以及圖12是移除了廢氣管和熱空氣流輸送系統(tǒng)的容器的頂部平面視圖。
具體實(shí)施例方式附圖中所示的直接熔煉設(shè)備具體適合于根據(jù)如在國(guó)際專利申請(qǐng)PCT/AU96/00197(W096/00197)中描述的HIsmelt工藝來熔煉含金屬材料。該設(shè)備不限于根據(jù)HIsmelt工藝來熔煉含金屬材料。
下文的描述是在根據(jù)HIsmelt工藝熔煉鐵礦粉以生產(chǎn)熔融鐵的背景下。本發(fā)明不限于生產(chǎn)熔融鐵，而是擴(kuò)展到直接熔煉任何含金屬材料。下文的描述集中在直接熔煉設(shè)備的直接熔煉容器上以及直接與容器相連的裝置，諸如固料和氣體噴槍上。直接熔煉設(shè)備還包括其他裝置，包括用于處理用于容器的容器上游的供給材料的裝置以及用于處理在容器中生產(chǎn)的產(chǎn)品(熔融金屬、熔渣和廢氣)的裝置。因?yàn)檫@種其他裝置不是本發(fā)明的中心，所以不在此處對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述，但它仍構(gòu)成該設(shè)備的一部分。在以申請(qǐng)人名義的其他專利申請(qǐng)和專利中對(duì)這種其他裝置進(jìn)行了描述，并且在這些專利申請(qǐng)和專利中的公開通過交叉參引合并于此。參照附圖，在本發(fā)明的背景中，附圖中所示直接熔煉設(shè)備的實(shí)施例的主要特征
是(a)固定的直接熔煉容器3，用來容納金屬和熔渣的熔池41和在熔池上方的氣體空間43 ；(b)固體供給組件，該固體供給組件包括12個(gè)固料噴槍5a、5b，該固體供給組件用來將包括含金屬供給材料和含碳材料的固體供給材料供給到容器中；(C)含氧氣體供給組件，用來將含氧氣體供給到容器中，該含氧氣體供給組件包括(c) (i)4個(gè)氣體噴槍7形式的氣體噴射組件，用來將含氧氣體噴射入容器中的氣體空間和/或熔池中；以及(c) (ii)氣體輸送管組件，該氣體輸送管組件包括環(huán)形主管9和多個(gè)構(gòu)件49，每個(gè)構(gòu)件49與每個(gè)氣體噴槍7相連，所述構(gòu)件49連接環(huán)形主管9和氣體噴槍7以將通常為空氣或富氧空氣的含氧氣體輸送到氣體噴槍7 ;以及(d)廢氣管組件，該廢氣管組件包括兩個(gè)廢氣管11，用來促使廢氣從容器中流出，離開容器；參照?qǐng)D1、2和10，這里應(yīng)適當(dāng)注意地是直接熔煉設(shè)備還包括上部結(jié)構(gòu)89，該上部結(jié)構(gòu)89由裝配到一起的鋼梁形成，從而限定八角形的外周界91、八角形的內(nèi)周界93以及一系列互連周界梁的橫梁95。上部結(jié)構(gòu)89通過吊架(未示出)支撐氣體輸送管組件的環(huán)形主管9。上部結(jié)構(gòu)還包括使工人能夠在容器3的不同高度處進(jìn)入容器3的多個(gè)平臺(tái)(未示出)。容器3包括(a)爐缸，該爐缸包括由耐火磚形成的底部21和側(cè)部23，(b)側(cè)壁25，該側(cè)壁25從該爐缸向上延伸，以及(c)準(zhǔn)球形的頂部27。為了將容器3的尺寸置于背景之中，設(shè)計(jì)為每年生產(chǎn)2百萬噸熔融鐵的容器3需要大約Sm的爐缸直徑(內(nèi)部)。容器3的側(cè)壁25形成為使得該容器包括(a)下圓柱段29，(b)比下圓柱段29具有更小直徑的上圓柱段31，以及(c)互連兩個(gè)段29、31的截頭圓錐段33。根據(jù)下文的描述和附圖明顯的是容器的側(cè)壁25的3個(gè)段29、31、33將側(cè)壁25分成3個(gè)獨(dú)立區(qū)。下段29支撐固料噴槍5a、5b。截頭圓錐段33支撐氣體噴槍7。最后，上段33實(shí)際上是廢氣腔，廢氣從上段33離開容器。容器3的側(cè)壁25和頂部27支撐多個(gè)水冷板(未示出)，并且該設(shè)備包括冷卻水回路。參照?qǐng)D5，上段33包括單鋼板，而下段29包括雙鋼板。冷卻水回路將水供給到水冷板，并將熱水從水冷板中移出，然后在將水返回到水冷板之前，將熱量從熱水中提取出來。
容器3的側(cè)壁25的截頭圓錐段33包括用于氣體噴槍7的開口 35。噴槍7延伸通過開口 35。噴槍開口 35包括安裝凸緣37，噴槍7安裝在凸緣37上并通過凸緣37支撐。噴槍開口 35位于容器3的相同高度處并繞容器3的側(cè)壁25的周界以等間距設(shè)置。參照?qǐng)D5，在使用容器3來根據(jù)HIsmelt工藝熔煉鐵礦粉以生產(chǎn)熔融鐵中，容器3容納鐵和熔渣的熔池41，熔池41包括容納在容器3的爐缸中的熔融鐵層(未示出)和在金屬層22上的熔渣層(未示出)。圖5中所示的熔池41處在靜止?fàn)顟B(tài)下，即處在沒有固料和氣體噴射入容器3中的狀態(tài)下。典型地，當(dāng)HIsmelt工藝在容器3中運(yùn)行以每年生產(chǎn)2百萬噸熔融鐵時(shí)，容器3容納500噸的熔融鐵和700噸的熔渣。參照?qǐng)D3和圖4，容器3還包括2個(gè)位于爐缸側(cè)部23中的通道門45，使得能夠進(jìn)入容器11的內(nèi)部，以在容器內(nèi)部中進(jìn)行換襯或其他維修工作。通道門45是焊接到側(cè)部23的鋼板的形式。當(dāng)需要進(jìn)入到容器3的內(nèi)部時(shí)，將板從爐缸的側(cè)部23中切掉并在容器3中的工作完成之后，將替換板焊接到適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｍǖ篱T45處在容器3的相同高度處。通道門45繞容器3的圓周以至少90°間隔開。此間距使耐火壁拆除設(shè)備能夠延伸通過門45進(jìn)入容器中，并當(dāng)容器熱時(shí)，拆除有耐火材料襯里的側(cè)壁的耐火材料的很大部分。此外，通道門45足夠大，通常為直徑2. 5m,以使得山貓滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)(bob-cat)或類似的設(shè)備能夠進(jìn)入容器3的內(nèi)部。參照?qǐng)D3，容器3還包括位于容器3的頂部27中的類似的通道門47，使得能夠進(jìn)入到容器11的內(nèi)部，以在容器3內(nèi)部中進(jìn)行換襯或其他維修工作。在使用中，氣體噴射組件的四個(gè)氣體噴槍7從距還原容器11某一距離設(shè)置的熱氣供給站(未不出)中噴射富氧熱空氣流。該熱氣供給站包括一系列熱氣爐(未不出)和氧氣設(shè)備(未示出)，以使富氧空氣流能夠通過熱氣爐并進(jìn)入連接到環(huán)形主管9的熱氣輸送管51(圖2和圖11)中?？蛇x地，在空氣流已通過爐加熱之后，可向空氣流添加氧氣。氣體噴槍7的目的是以足夠的流速噴射充足流量的富氧熱空氣，使得熱空氣滲入熔融金屬和熔渣的噴泉，通常為環(huán)形噴泉中，所述噴泉在容器3內(nèi)作為HIsmelt工藝的一部分向上射出，并且富氧熱空氣燃燒噴泉中的可燃?xì)怏w，諸如從熔池中釋放的二氧化碳和氫?？扇?xì)怏w的燃燒產(chǎn)生熱量，當(dāng)熔融金屬和熔渣向下移回到熔池中時(shí)，該熱量被傳遞到熔池中。根據(jù)基本構(gòu)造，氣體噴槍7是直進(jìn)的噴槍，并且不包括用于向流過噴槍的富氧空氣施加渦旋的渦旋式噴嘴。如上文所指出的，申請(qǐng)人的研究工作發(fā)現(xiàn)在無渦旋情況下工作的氣體噴槍7能實(shí)現(xiàn)與在有渦旋的情況下工作的噴槍相當(dāng)?shù)男阅?。氣體噴槍7向下延伸通過容器3的側(cè)壁25的截頭圓錐段33進(jìn)入容器3的上部區(qū)域中。噴槍7等間距地環(huán)繞截頭圓錐段33并處在相同的高度處。噴槍7被設(shè)置為向下并向外延伸以朝著側(cè)壁25的下段29噴射熱空氣。要重點(diǎn)注意的是不希望含氧氣體接觸容器的側(cè)壁25—從容器壽命的觀點(diǎn)來看，通過在側(cè)壁處的燃燒所產(chǎn)生的高溫是不合需要的。因此，噴槍7被布置為使得噴槍7的尖端53是水平圓上的點(diǎn)。從避免諸如CO的反應(yīng)氣體在圖5中總體通過附圖標(biāo)記139標(biāo)識(shí)的容器中垂孔中燃燒以及由此產(chǎn)生的來自廢氣管11的廢氣的熱量損失的觀點(diǎn)看，上述含氧廢氣的向下和向外噴射也是令人滿意的。如在圖3中能最好地看到，氣體輸送管組件的環(huán)形主管9是設(shè)置在容器3上方的圓形管。如上所述，環(huán)形主管9被連接到熱氣輸送管51并接收來自此管51的富氧空氣。環(huán)形主管9包括4個(gè)出口 65。氣體輸送管組件的連接構(gòu)件49將環(huán)形主管9與氣體噴槍7連接到一起。用于每個(gè)氣體噴槍7的熱連接構(gòu)件49包括筒管61和伸縮接頭63，該筒管61從噴槍7的進(jìn)口端延伸，而該伸縮接頭63在一端連接到筒管61而在另一端連接到環(huán)形主管9的出口 65。在使用中，氣體噴槍7接收流經(jīng)由環(huán)形主管9和將噴槍7連接到環(huán)形主管9的連接構(gòu)件49的富氧熱空氣。環(huán)形主管9將相同流 量的熱空氣輸送到每個(gè)噴槍7。參照?qǐng)D6和圖8，每個(gè)氣體噴槍7在容器3內(nèi)的位置在理論上能通過如下確定(a)垂直定位噴槍7，使噴槍7的尖端53處在由圖6和圖8中的圓形圖標(biāo)55所指示的所需位置，然后，(b)在噴槍尖端53固定的情況下，在垂直面中將噴槍轉(zhuǎn)動(dòng)35° ,該垂直面與噴槍尖端53相交并垂直于與噴槍尖端35相交的徑向面，然后，(C)在噴槍尖端53固定的情況下,朝著該徑向面將噴槍向外旋轉(zhuǎn)30°。氣體噴槍7被設(shè)置為可從容器3中移除。具體地，每個(gè)噴槍7能通過如下方式取出將相關(guān)的連接構(gòu)件49的筒管61和伸縮接頭63與每個(gè)噴槍7和環(huán)形主管9分開，之后從位于側(cè)壁25的截頭圓錐段33中的噴槍開口 35的安裝凸緣37處卸下噴槍7，然后，將噴槍7連接到高架起重機(jī)(未示出)并從開口 35向上提升噴槍7。通過與前一段中所描述的程序相反的程序能將替換噴槍7插入容器3中。固料供給組件的12個(gè)固料噴槍5a、5b向下并向內(nèi)延伸通過容器3的側(cè)壁25的下段29的側(cè)壁25中的開口(未示出)并進(jìn)入熔池41的熔渣層(未示出)。噴槍5a、5b被布置為使得噴槍的尖端是假想的水平圓上的點(diǎn)。側(cè)壁25包括安裝凸緣69，而噴槍5a、5b安裝在凸緣69上并通過凸緣69支撐。參照?qǐng)D7和圖9，固料噴槍5a、5b包括(a)8個(gè)噴槍5a，用來將鐵礦粉和熔劑噴射入容器3中jP(b)4個(gè)噴槍5b，用來將固體含碳材料和熔劑噴入容器3中。固體材料被帶入缺乏氧氣的運(yùn)載氣體中。所有噴槍5a、5b的外徑相同并設(shè)置在容器3的相同高度處。噴槍5a、5b等間距地環(huán)繞側(cè)壁25下段29的圓周，并被布置成使得鐵礦噴槍5a成對(duì)地設(shè)置且具有分隔每相鄰對(duì)鐵礦噴槍5a的煤噴槍5b。用以將熱鐵礦噴射入容器中的該對(duì)鐵礦噴槍5a簡(jiǎn)化了繞容器的管道接入問題。在使用中，在熔煉操作期間，鐵礦噴槍5a經(jīng)由熱礦噴射系統(tǒng)接收熱鐵礦粉和熔齊U，而煤噴槍5b經(jīng)由含碳材料噴射系統(tǒng)接收煤和熔劑。參照?qǐng)D9，熱礦噴射系統(tǒng)包括用以加熱鐵礦粉的預(yù)熱器(未示出)和熱礦傳送系統(tǒng)，該熱礦傳送系統(tǒng)包括一系列主供給線73和用于每對(duì)鐵礦噴槍5a的多對(duì)分支供給線75以及大量運(yùn)載氣體以傳輸供給線71、73中的熱礦粉并以680°C量級(jí)的溫度將熱礦粉噴射入容器3中。參照?qǐng)D9，含碳材料/熔劑噴射系統(tǒng)包括用于每個(gè)煤噴槍5b的單一供給線77。煤供給線75的外徑通常比熱礦分支線的外徑75小，通常是熱礦分支線75的外徑的外徑40-60%。盡管噴槍5a、5b的內(nèi)徑優(yōu)選相同，但是使熱礦供給線75和熱礦分支線77絕熱的需求明顯增加了噴槍的外徑。典型地，熱礦分支線75具有在400-600mm范圍內(nèi)的相同外徑，而煤供給線77具有在100-300mm范圍內(nèi)的相同外徑。在一個(gè)具體示例中，熱礦分支線75具有500mm的外徑，而煤供給線77具有200mm的外徑。固料噴槍5a、5b被設(shè)置為可從容器3中移除。具體地，固體供給組件包括在將噴槍從容器中移除并將替換噴槍插入容器3中期間用以支撐每個(gè)固料噴槍5a、5b的組件。用于每個(gè)噴槍5a、5b的支撐組件包括從容器3的側(cè)壁25向上和向外延伸的細(xì)長(zhǎng)軌道(未示出)、可沿該軌道移動(dòng)的車架(未示出)、以及可操作用于沿軌道移動(dòng)車架的車架驅(qū)動(dòng)器(未示出)，其中該車架可連接到噴槍5a、5b，從而使噴槍能支撐在軌道上并通過車架驅(qū)動(dòng)器的操作而向上和向下移動(dòng)，并由此從容器3中移除。該支撐組件在以申請(qǐng)人名義的國(guó)際申請(qǐng)PCT/2005/001101和PCT/AU2005/01103中進(jìn)行了描述，并且所述國(guó)際申請(qǐng)中的公開通過交叉參引合并于此。根據(jù)上文的描述將會(huì)明顯地是，直接熔煉設(shè)備適應(yīng)于包括4個(gè)氣體噴槍7和12個(gè)固料噴槍5a、5b的16個(gè)噴槍的移除和替換。容器3是相對(duì)緊湊的容器。容器3的這種緊湊性以及環(huán)形主管9和氣管11相對(duì)于容器3的位置對(duì)噴槍7、5a、5b的移除和替換設(shè)置了緊密的空間約束。參照?qǐng)D10，為了便于噴槍7、5a、5b的移除和替換，直接熔煉設(shè)備包括多個(gè)垂直延伸的高架起重機(jī)進(jìn)入?yún)^(qū)97a、97b。進(jìn)入?yún)^(qū)97a在環(huán)形主管9外側(cè)并在上部結(jié)構(gòu)89的外周界91內(nèi)側(cè)。與12個(gè)固料噴槍5a、5b相應(yīng)，總共具有12個(gè)進(jìn)入?yún)^(qū)97a。進(jìn)入?yún)^(qū)97a能實(shí)現(xiàn)固料噴槍5a、5b的移除和替換。進(jìn)入?yún)^(qū)97b在環(huán)形主管9的內(nèi)側(cè)。與4個(gè)氣體噴槍7相應(yīng)，總共具有4個(gè)進(jìn)入?yún)^(qū)97b。進(jìn)入?yún)^(qū)97b能實(shí)現(xiàn)氣體噴槍7的移除和替換。廢氣管組件的該對(duì)廢氣管11使得在于容器3中運(yùn)行的HIsmelt工藝中產(chǎn)生的廢氣能從容器3中流出，以在釋放到大氣之前，用于下游的處理。如上文所述，HIsmelt工藝優(yōu)選利用空氣或富氧空氣運(yùn)行，因此產(chǎn)生相當(dāng)大體積的廢氣，需要相對(duì)大直徑的廢氣管11。廢氣管11從側(cè)壁25的上段31相對(duì)于水平成7°角延伸。如在圖11和圖12中能最好地看到，當(dāng)從容器3上方觀看時(shí)，廢氣管11呈現(xiàn)V形形狀。廢氣管11的縱軸線X成66. 32°的角度。廢氣管被定位成使得管11的中心軸線X彼此相交，并且相交在從容器3的中垂軸線105延伸的射線L上的點(diǎn)101。換言之，廢氣管11的軸線X不是自容器3的中垂軸線105的射線。參照?qǐng)DI和圖2，直接熔煉設(shè)備包括與每個(gè)廢氣管11相連的分離的廢氣罩107，以冷卻來自容器3的廢氣。廢氣罩107從廢氣管11的出口端垂直向上延伸。廢氣罩107經(jīng)由與通過罩的水/蒸汽的熱交換來將來自容器3的廢氣冷卻到900-1100°C量級(jí)的溫度。進(jìn)一步參照?qǐng)DI和圖2，直接熔煉設(shè)備還包括與每個(gè)廢氣罩107相連的分離的廢氣洗滌器109，用以從冷卻廢氣中除去微粒。另外，每個(gè)廢氣罩107連接到流動(dòng)控制閥(未示出)，該流動(dòng)控制閥控制來自容器并通過廢氣罩107的廢氣的流動(dòng)。流動(dòng)控制閥可與廢氣洗漆器109合并。進(jìn)一步參照?qǐng)DI和圖2，直接熔煉設(shè)備還包括與兩個(gè)廢氣洗滌器109相連的單個(gè)冷卻器111。在使用中，廢氣冷卻器111接收來自兩個(gè)廢氣洗滌器109的洗滌過的廢氣流，并將廢氣冷卻到25-40°C量級(jí)的溫度。在使用中，對(duì)來自廢氣冷卻器111的冷卻廢氣根據(jù)需要進(jìn)行處理，例如通過被用作爐(未示出)或廢熱鍋爐(未示出)中的燃?xì)?，以從廢氣中重新獲得化學(xué)能，并在此之后作為清潔廢氣被釋放到大氣中。直接熔煉設(shè)備還包括出金屬組件，該出金屬組件包括前爐13，用來從容器3中連續(xù)地出熔融鐵。在熔煉操作期間生產(chǎn)的熱金屬從容器3中通過前爐13以及連接到前爐13的熱金屬流槽(未示出)排出。熱金屬流槽的出口端設(shè)置在熱金屬水包站(未示出)之上，以將熔融金屬向下地供給到位于站中的水包。直接熔煉設(shè)備還包括最終出金屬組件，用來在熔煉操作結(jié)束時(shí)從容器3中出熔融
鐵，使熔融鐵離開容器3的下部，并將熔融鐵從容器3運(yùn)走。最終出金屬組件包括位于容器3中的多個(gè)最終出金屬孔15。直接熔煉設(shè)備還包括出熔渣組件，用來在熔煉操作期間定期地從容器的下部從容器3中出熔渣，并將熔渣從容器3送走。出熔渣組件包括多個(gè)位于容器3中的熔渣槽17。直接熔煉設(shè)備還包括最終出熔渣組件，用來在熔煉操作結(jié)束時(shí)從容器3中出熔渣。最終出熔渣組件包括多個(gè)位于容器3中的出熔渣口 19。在根據(jù)HIsmelt工藝的熔煉操作中，鐵礦粉和合適的運(yùn)載氣體以及煤和合適的運(yùn)載氣體通過噴槍5a、5b噴射入熔池中。固體材料和運(yùn)載氣體的動(dòng)量使得固體材料滲入熔池41的金屬層中。煤被除去揮發(fā)成份，從而在金屬層中產(chǎn)生氣體。碳部分地溶解在金屬中并部分地保持為固體碳。鐵礦粉被熔煉成熔融鐵，并且熔煉反應(yīng)生成一氧化碳。將熔融鐵經(jīng)由前爐13從容器3中連續(xù)移除。定期地將熔渣經(jīng)由熔渣槽17從容器3中移除。被運(yùn)送到金屬層中以及通過除去揮發(fā)作用和熔煉反應(yīng)所生成的氣體引起熔融金屬、固體碳和熔渣(由于固體/氣體/噴射的結(jié)果而被吸入金屬層中)從金屬層中的顯著浮升，這導(dǎo)致了熔融金屬和熔渣的飛濺、液滴和液流的向上運(yùn)動(dòng)，并且當(dāng)這些飛濺、液滴和液流移動(dòng)通過熔渣層時(shí)它們會(huì)夾帶熔渣。熔融金屬、固體碳和熔渣的浮升導(dǎo)致了熔渣層的明顯攪拌，其結(jié)果是熔渣層體積擴(kuò)大。另外，由熔融金屬、固體碳和熔渣的浮升而導(dǎo)致的熔融金屬和熔渣的飛濺、液滴和液流的向上運(yùn)動(dòng)延伸到熔池上方的空間中并且形成了上述的噴泉。含氧氣體經(jīng)由氣體噴槍7噴射入噴泉使得在容器3中的諸如一氧化碳和氫氣的反應(yīng)氣體后燃。當(dāng)熔融材料回落到熔池中時(shí)，通過該后燃產(chǎn)生的熱量被傳遞到熔池。由容器3中的反應(yīng)氣體后燃所產(chǎn)生的廢氣通過廢氣管11從容器3中被帶走。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對(duì)上述本發(fā)明的實(shí)施例作出許多變形。作為示例，盡管上述實(shí)施例包括2個(gè)廢氣管11，但是本發(fā)明不限于這個(gè)數(shù)目的廢氣管11，而是擴(kuò)展到任意合適數(shù)目的廢氣管11。此外，盡管上述實(shí)施例包括用來將含氧氣體輸送到氣體噴槍7的環(huán)形主管9，但是本發(fā)明不限于這種設(shè)置，而是擴(kuò)展到任意合適的氣體輸送組件。
此外，盡管上述實(shí)施例包括4個(gè)氣體噴槍7，但是本發(fā)明不限于這種噴槍7的數(shù)目和設(shè)置，而是擴(kuò)展到噴槍7的任意合適數(shù)目和設(shè)置。此外，盡管上述實(shí)施例包括12個(gè)固料噴槍5a、5b，其中8個(gè)噴槍5a為成對(duì)布置的鐵礦噴槍，而其余4個(gè)噴槍5b為煤噴槍，但是本發(fā)明不限于這種噴槍5a、5b的數(shù)目和布置。此外，盡管上述實(shí)施例包括用來 從容器3中連續(xù)出熔融鐵的前爐13，但是本發(fā)明不限于前爐的使用以及連續(xù)出熔融鐵。
權(quán)利要求
1.一種直接熔煉設(shè)備，該直接熔煉設(shè)備用于使用基于熔池的直接熔煉工藝由含金屬供給材料來生產(chǎn)熔融金屬，所述直接熔煉設(shè)備包括 (a)固定的直接熔煉容器，用來容納金屬和熔渣的熔池以及在所述池上方的氣體空間，所述容器包括爐缸和側(cè)壁； (b)固料供給組件，用來將包括熱含金屬供給材料和含碳材料的固體供給材料從遠(yuǎn)離所述容器的固體供給材料供給位置供給到所述容器中，所述固料供給組件包括多個(gè)通過所述容器的側(cè)壁中的開口向下和向內(nèi)延伸的固料噴槍，所述固料噴槍包括多個(gè)用來向所述容器中噴射含金屬材料的噴槍以及多個(gè)用來向所述容器中噴射固體含碳材料的噴槍，含金屬材料噴槍環(huán)繞所述容器的側(cè)壁的周界成對(duì)設(shè)置，并且單個(gè)固體含碳材料噴槍設(shè)置在相鄰對(duì)的含金屬材料噴槍之間，所述固料供給組件包括用于每對(duì)含金屬噴槍的主供給線和一對(duì)從主線延伸并連接到所述噴槍的分支線，并且所述固料供給組件還包括熱含金屬供給材料噴射系統(tǒng)，該熱含金屬供給材料噴射系統(tǒng)用于將預(yù)熱的含金屬供給材料供給到用于每對(duì)含金屬供給材料噴槍的所述主供給線中； (C)含氧氣體供給組件，用來將含氧氣體從遠(yuǎn)離所述容器的含氧氣體供給位置供給到所述容器中； (d)廢氣管組件，用來促使廢氣從所述容器流出； Ce)出金屬組件，用來在熔煉操作期間從所述池出熔融金屬；以及 Cf)出熔渣組件，用來在熔煉操作期間從所述池出熔渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中對(duì)于每年生產(chǎn)超過I百萬噸金屬的容器，所述固料供給組件包括成4對(duì)噴槍布置的8個(gè)含金屬材料噴槍以及4個(gè)固體含碳材料噴槍，所述固體含碳材料噴槍中的每一個(gè)設(shè)置在相鄰對(duì)的含金屬材料噴槍之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述含金屬材料噴槍和所述含碳材料噴槍是相同尺寸的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括用于支撐每個(gè)固料噴槍的組件，從而所述固料噴槍能夠在被支撐組件支撐的同時(shí)從所述容器移除并通過替換噴槍替換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述支撐組件包括從所述容器的側(cè)壁向上和向外延伸的細(xì)長(zhǎng)軌道、能夠沿所述軌道移動(dòng)的車架、以及可操作用于沿所述軌道移動(dòng)所述車架的車架驅(qū)動(dòng)器，其中所述車架能連接到所述固料噴槍，用于能使所述噴槍被支撐在所述軌道上并通過所述車架驅(qū)動(dòng)器的操作而向上和向下移動(dòng)并且由此從所述容器移除。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中用于所述固料噴槍的噴槍開口位于所述容器的相同高度處，并環(huán)繞所述容器的側(cè)壁的周界以等間距的間隔設(shè)置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中每對(duì)含金屬噴槍的分支線具有在400-600mm范圍內(nèi)的相同外徑。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中每對(duì)含金屬噴槍的分支線是相同長(zhǎng)度的。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述固料供給組件包括用于每個(gè)固體含碳材料噴槍的單個(gè)供給線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中用于每個(gè)固體含碳材料噴槍的供給線的外徑在100-300mm的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中用于每個(gè)固體含碳材料噴槍的供給線的外徑在每對(duì)含金屬噴槍的分支線的外徑的40%與60%之間。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述容器是垂直圓柱形容器或者是包括一個(gè)或多于一個(gè)的圓柱段的垂直容器，并且多個(gè)固料噴槍環(huán)繞所述容器或者所述容器的一個(gè)或多于一個(gè)的所述圓柱段周向間隔開。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述含金屬材料包括鐵礦石。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述含碳材料包括煤。
全文摘要
公開了一種直接熔煉設(shè)備，該直接熔煉設(shè)備用于使用基于熔池的直接熔煉工藝由含金屬供給材料來生產(chǎn)熔融金屬。該設(shè)備包括環(huán)繞容器的側(cè)壁的周界成對(duì)設(shè)置的含金屬材料噴槍以及設(shè)置在相鄰對(duì)的含金屬材料噴槍之間的單個(gè)固體含碳材料噴槍。
文檔編號(hào)C21B13/00GK102851434SQ20121029792
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者羅德尼·詹姆斯·德里 申請(qǐng)人:技術(shù)資源有限公司