CN100535129C - 直接熔炼厂 - Google Patents

Abstract

一种建造和安装包括熔炼容器(11)的直接熔炼装置的方法。该容器不在现场以三个模块(11A、11B、11C)预先制造，然后运输至安装地点，在安装地点它们由起重机升起并连续地放置在彼此上方并通过焊接连接在一起以形成整体式容器。容器模块被预先制造，这样就可以在内部衬砌水冷板，这些水冷板连接到那些模块的圆周壁部分外部上的进水口和出水口连接器(62)上。容器进入塔以模块形成，这些模块被组装以包围塔并且支承供水和回水管，供水和回水管连接到冷却板的进水口和出水口连接器(62)上。

Description

直接熔炼厂

技术领域

本发明涉及一种直接熔炼厂，该直接熔炼厂用于从含金属原料例如铁矿石、部分还原的铁矿石和包含金属的废液流中生成纯净或合金形式的熔融金属。

背景技术

在以本申请人的名义申请的国际专利公布WO 96/31627(国际专利申请PCT/AU96/00197)中描述了一种已知的直接冶炼法，该方法主要依赖于熔融金属层作为反应介质，并且通常被称作HIsmelt法。在该国际申请中描述的HIsmelt法包括：

(a)在容器中形成熔化铁和熔渣的熔池；

(b)注入熔池中：

(i)含金属原料，通常为金属氧化物；以及

(ii)固体含碳物质，通常为煤，固体含碳物质充当金属氧化物的还原剂和能量源；和

(c)将含金属原料熔炼为金属层中的金属。

术语“熔炼”在此理解为意味着热处理，其中发生还原金属氧化物的化学反应以生成液体金属。

HIsmelt法还包括后燃反应气体，例如从熔池中释放的在熔池上方空间中的CO和H₂以及含氧气体并且向熔池传递由后燃生成的热，从而有助于提供熔炼含金属原料所需的热量。

HIsmelt法还包括在熔池的名义静止表面上方形成过渡区域，在该熔池中具有上升并且随后下降的熔融金属和/或熔渣的液滴或喷溅或液流的有利的质量，它们提供了有效的介质以向熔池传递由熔池上方的后燃反应气体生成的热量。

在HIsmelt法中，含金属原料和固体含碳材料通过多个枪/风口注入金属层，枪/风口与垂直线倾斜，从而向下和向内延伸通过熔炼容器的侧壁并且进入容器的下部区域中，从而将固体材料输送到容器底部中的金属层中。为了促进容器上部中的反应气体的后燃，一股热空气通过向下延伸的热空气注入枪注入容器的上部区域，该热空气可以是富含氧气的。由容器中的反应气体的后燃生成的废气通过废气管路而从容器上部排出。

HIsmelt法能够通过单个紧凑容器中的直接熔炼生成大量熔融金属。然而，为了实现这一点，需要全部在一个相对狭窄的区域内运输热气往返于容器、向容器运输含金属原料并且将熔融金属产物和熔渣运输离开容器。这需要在工厂中安装不同的大的辅助部件。例如，通常具有用于向容器中供给加热的输入气体的气体加热炉和管路；用于向容器供应矿石和煤的固体供给设备，该设备可以包括预先加热矿石的装置；废气管路和废气处理装置例如废气涤气和除雾装置和熔融金属和熔渣出渣和处理设备。所有这些部件必须贯穿熔炼操作而连续地操作，而熔炼操作可能会延伸超过长的周期并且需要接近容器和辅助部件以进行维修和在熔炼操作之间提升设备。

建造如上所述类型的直接熔炼厂提出的主要问题是需要在一个现场区域中竖立各类源于不同制造者的大型设备。本发明有利于大型工厂部件之一，即包括直接熔炼容器的成铁装置的非现场预制和安装。该装置也可以包括可能包围容器的容器入口塔。

发明内容

本发明提供一种用于建造包括直接熔炼容器的熔炼装置并且在此之后将它安装在直接熔炼厂址的方法，该方法包括下列步骤：远离用于直接熔炼容器的厂址的预定位置进行预先制造，底座模块和一个或多个其它容器模块被组装以形成容器，每个模块包括由钢板形成的圆周容器壁部分；将预先制造的容器模块运输至预定位置并且在彼此上方连续地放置底座模块和一个或多个其它容器模块并且通过模块的相继的圆周壁部分之间的一个或多个圆周焊接将它们连接在一起以形成整体式直接熔炼容器。

焊接可以是在将被连接的模块已经放置在彼此上方之后就地进行的连续水平焊接。

其它模块包括中间模块和上部模块，中间模块放置到底座模块上并且连接到底座模块的上部并且上部模块放置到中间模块的上部并且连接到其上。

底座模块可以包括炉膛和用于释放熔融金属的前炉。炉膛和前炉在熔炼厂址安装之后以耐火砖衬砌。

中间容器模块可以包括大体上圆柱形的筒部分，所述筒部分设置有用于释放熔渣的出渣口。

上部容器模块可以设置有用于废气的出口。

其它模块中的至少一个被预先制造，这样就可以在内部衬砌水冷板，这些水冷板连接到该模块的圆周壁部分外部上的进水口和出水口连接器上。

中间模块和上部模块可以均被预先制造，且水冷板连接到这些模块的圆周壁部分外部上的进水口和出水口连接器上。

底座模块也可以部分地以水冷板衬砌。

所述方法还可以包括下列步骤：远离所述预定位置预先制造将被组装以形成容器入口塔的多个塔模块，将预先制造的塔模块运输到预定位置并且将它们连续地放置在彼此上部并且将它们连接在一起以形成塔。

塔模块可以形成为使得所述塔就在完成容器和塔的安装时围绕所述容器延伸。

至少一对塔模块在与一对容器模块之间的连接相同的水平面上连接在一起。

至少一些塔模块在它们所围绕延伸的容器模块安装之前安装，所述的容器模块向下放置在已安装的塔模块的内部。

塔结构可以支承供水和回水管，并且构造和安装方法可以包括另一个将所述供水和回水管连接到水冷板的进水口和出水口连接器上的步骤。

附图说明

为了更充分地解释发明，将参照附图详细描述一个特定实施例，其中

图1是直接还原容器的图解透视图；

图2是直接还原容器的正视图；

图3是容器的平面图；

图4是容器的底座模块的正视图；

图5是底座模块的剖视图；

图6是中间容器模块的正视图；

图7是上部容器模块的正视图；

图8显示了衬砌容器的主圆柱筒部分的冷却板的配置；

图9是图8中所示冷却板的展开图；

图10是显示装配到容器上的冷却板的展开图；

图11是装配到容器的圆柱形筒部分上的冷却板之一的正视图；

图12是图11中所示板的平面图；

图13是图11中沿线13-13的截面图；

图14是图11中所示冷却板的前视图；

图15显示了冷却板的细节；

图16和17显示了冷却板与容器壳连接的细节；

图18显示了容器入口塔的下部中心和上部模块；

图19是包围熔炼容器的装配塔的正视图；

图20显示了容器的模块化部件和废气管路和处理系统；并且

图21显示了废气腔模块和废气管路模块在筒模块和塔入口模块上的安装。

具体实施方式

附图显示了适用于国际专利公布WO 96/31627中描述的HIsmelt法的操作的直接熔炼容器11。容器11具有以耐火砖衬砌的炉膛12；形成从炉膛向上延伸的大体上圆柱形筒的侧壁14；上部筒部分15和通向具有用于废气的出口17的废气腔20的顶部16；用于连续地释放熔融金属的前炉18；以及用于释放熔渣的出渣口。

容器11设计成装配向下延伸的注气枪21以将热气流输送到容器的上部区域，并且装配向下和向内延伸通过侧壁的八个固体注入枪(未显示)以将铁矿石、固体含碳材料和夹带在缺氧载气中的熔剂注入容器的底部。

注气枪21接收富氧热空气，富氧热空气流过热气输送管，热气输送管从热气供给站延伸，该热气供给站位于还原容器11附近的厂址中。

废气出口17连接到废气管24上，废气管24输送废气远离还原容器11至位于厂址的处理站，且该厂址与还原容器11相距很短的距离。

热金属连续地从容器11通过前炉18流出并且流经适当的流槽流至铸桶，通过铸桶将它运输到脱硫和铸造站。

从容器11连续地流出的熔渣流经熔渣流槽流到位于容器后面的熔渣坑中。

容器11不在现场以三个模块11A、11B和11C预先制造，然后运输至直接熔化厂址并且由起重机升起并连续地放置在彼此上方并通过焊接连接在一起以形成整体式容器。模块11A制造为钢板壳，包括用于由底板32闭合的容器的圆柱形下部筒31。用于前炉18的外钢板壳33从筒31的下部沿径向向外伸出。筒31具有圆柱形圆周壁34，圆柱形圆周壁34在圆周间隔处装配有提升耳轴35以使整个模块11A能够由起重机提起并且就地放下。筒31的下部和前炉壳33随后衬砌耐火砖以形成容器炉膛和前炉。筒31的下部设置有进入门36以允许接近以用于容器内的砌砖和后续维护。当就地安装时，容器模块11A位于预先形成的混凝土基垫(未显示)上。承载构件位于基垫和模块11A的底座的下表面中间。承载构件留有间隔，这样空气就可以在基垫和模块11A的下表面之间流动。该气流可以辅助容器的冷却。

中间容器模块11B包括形成容器的上部筒37的圆柱形钢板部分。该筒具有圆柱形圆周壁38，圆周壁38上安装有八个沿圆周间隔的向上并向外倾斜的管状插座39以安装固体注入枪。

底座模块11A的筒31的圆柱形壁与模块11B的筒37的圆柱形壁具有相同的直径。底座模块的圆柱形壁的上缘和模块11B的圆柱形壁的下缘被倒角，这样当两个模块装配在一起时，会形成V形凹槽以使两个模块能够通过围绕将被连接的两个壁部分的连续水平的完全熔透焊接连接。

容器模块11B的圆周壁37的上部形成为向上和向内倾斜的顶部分40，顶部分40壁外周壁的下部具有更小的直径。上部容器模块11C包括与模块11B的圆周壁的上缘具有相同直径的圆柱形圆周壁44，并且这两种模块的各个压靠边缘被倒角以在两者结合时形成V形凹槽，从而接收连续的圆周焊接，该圆周焊接水平地围绕将被连接的壁延伸。模块11C形成用于容器的上部的废气腔20并且包括带凸缘的管插头的废气出口17以用于连接到废气管24上。废气腔20的上端由圆形盖43闭合，圆形盖43设置有开口以接收用于容器的热空气注入枪。

中间容器模块11B和上部容器模块11C的圆周壁在内部衬砌水冷板51、52、53、54、55。

冷却板包括衬砌底座模块11A的圆柱形筒部分和模块11B的圆柱形筒部分37的上部的一组四十八个板51、衬砌模块11B的锥形顶部40的一组十六个板52和衬砌形成废气腔50的模块11C的那些零件的四个板53、二十个板54和十一个板55。

图11至17中显示了板51的构造和其中它们安装在模块11B的圆柱形筒37上的方式。如图8至10所示，这些板布置在6层沿竖直方向间隔的弓形板中，弓形板沿容器的圆周方向间隔开，在每层中具有八个单独的板31。典型的板51由冷却剂流管56弯曲形成以锯齿形构造的内板和外板部分57、58。冷却剂入口和出口管连接器62从位于适当位置处的内板延伸并且通常位于每个板的一端。板51为具有曲率的细长弓形构造以与模块11B和模块11A的圆柱形筒部分37的曲率匹配。

一组四个安装销63通过连接器带64连接到外板部分58的锯齿形管状构造上从而从板上侧向向外伸出。每个连接器带64在其端部紧固到内板部分的相邻管段上并且在其端部之间向外延伸经过外板部分的管段，且延伸方式最清晰地显示于图15中。连接器带64大体上为V形，且V形的根部弯曲以紧密地围绕外板部分的管段装配。销63焊接到连接器带上，从而从V形的根部向外延伸。连接带通过在整个板上分配的多个位置上以间隔开的关系牢固地保持管段用来支撑板，从而形成坚固但柔性的板构造。

安装销63延伸穿过容器壁中的开口65并且管状凸部66围绕开口65并从壳向外伸出。销63的端部伸出管状凸部66的外端，并且连接到凸部的外端，其方式为通过将环形金属盘67焊接到销和凸部上，因此以密封开口65的方式在壳的外部形成连接。

以类似方式，用于板的入口和出口连接器62穿过容器壁中的开口68向外伸出，通过和超过围绕那些开口并且从容器向外伸出的管状凸部69，并且通过在连接器62和凸部69之间焊接环形盘71而形成连接。这样，每个板51就通过壳外部的各个连接处的四个销63和冷却剂连接器62安装在容器壁上。销和冷却剂连接器活动配合在管状凸部管66、69中并且板可以自由移动以适应热膨胀和收缩运动由压力或与容器内的材料接触导致的运动。

用于每个板的销63和冷却剂入口和出口连接器62定向为由板彼此呈平行关系侧向向外伸出并且与中心面平行，该中心面侧向延伸通过容器径向的板，这样板就可以通过板从容器的圆柱形筒向内或向外的整体运动而插入和移动。

沿圆周间隔开的板51之间的间隙53必须足以能够使板的尾部外缘能够移走，从而在将被移除的板沿着销66和连接器63的方向向容器11的内部撤回时可以清除相邻板的内缘。所需间隙的大小取决于弓形板的长度并因此取决于延伸筒部分37的圆周的板的数目。在所示实施例中，在板51的六层中的每一层中有八个沿圆周间隔开的板。已经发现，这可以允许板之间的最小间隙并且确保耐火材料在间隙处的适当冷却。通常为了令人满意的冷却，需要将每层分成最少六个沿圆周间隔开的板。

耐火保持销70被对接焊到板51的冷却剂管上，从而由板向内伸出并且充当用于喷射到板上的耐火材料的锚。销70可以成组布置，这些销从各个管向外辐射并且沿着遍布板的管以整齐的间距布置。

装配到容器的柱形弯曲部分上的板53和54以与如上所述的板51相同的方式形成和安装，但是一些板54以图10中所示的方式成形，从而围绕废气出口17装配。

装配到容器的锥形部分上的板52和55以图10所示的展开图中所示的方式大体上成圆锥形地弯曲，除了两种板的形状有所不同。然而，这些板还以与板51类似的方式形成和安装到壳上，即均装配有从板侧向向外伸出的安装销和一对位于板的相对端处的入口/出口冷却剂连接器，销和连接器延伸穿过壳中的开口并且连接至从壳侧向向外伸出的管上以形成壳外部的连接，这些连接密封开口并且提供了板的安全的安装而又允许板的一定程度的运动自由度。

图18和19显示了以三个模块73A、73B和73C形成的容器入口塔73。该塔构成为在最终安装中它可以围绕容器11延伸并且基本上包围容器11。塔模块73A是底座模块，包括钢框架74，钢框架74具有中心开口75以接收容器的底座模块11A。模块73B是中心塔模块，包括大体上为U形构造的框架76以围绕容器的中间模块11B和上部模块11C装配。上部塔模块73C设计成向下装配到塔模块73B的上部以延伸超过容器上部的顶部并且接近热气流管和热气流枪21。

塔模块73A和73B设计成通过以与容器的底座模块11A和中间模块11B之间的连接相同的水平面进行焊接而来到一起并连接。这两个塔模块支承供水和回水管，包括U形供水和回水歧管81和用于与水板入口和出口连接器62的各个连接的竖直供水管和回水管82，这些连接是通过与供水管和回水管的柔性软管连接形成的。

容器模块11A、11B和11C和塔模块73A、73B和73C可以不在现场制造并且带到工厂中以安装为工厂中成铁装置的一部分。通常容器在专门进行重型金属预制件的工厂中预先制造并且使用适当的重型提升和焊接设备。

在制造之后，各个容器和塔模块被运输到直接熔炼厂址进行安装。各个塔和容器模块连续提升到位的次序可以改变。通常塔底座模块73A将作为第一步骤安装。然后容器的底座模块被提起并放入塔的底座模块中的位置内。或者中心塔部分73B可以提升到位并且在安装相继的容器模块11A、11B和11C之前连接到塔模块73A上。上部塔模块73C作为装配中的最后步骤进行安装。

除容器模块11A、11B、11C和塔模块73A、73B和73C之外，废气管路和处理站也可以不在现场构建为一系列模块80A、80B、80C、80D和80E，如图20中所示。

模块80A是从容器模块11C的废气管出口基本上水平(或以与水平成5到15度的范围内的微小倾斜)延伸的废气管，该模块布置成与水平轴线成零度至十五度的倾角。模块80A具有第一出口90，第一出口90的朝向在竖直面内以连接至模块11C的废气出口。模块80A具有第二出口92，第二出口92布置在基本上水平的面中以使之与具有基本上竖直定向的模块连接。

模块11C和模块80A可以在安装之前连接在一起，这样它们就可以作为单个模块设置在适当的位置。换句话说，模块11C可以安装到模块11B上，且模块80A已经连接至其废气出口。

模块80B是竖直定向安装的一段直的管路。它具有第一出口94，第一出口94与模块80A的第二出口92连接。模块80B还具有与模块80D的出口98连接的第二出口96。

模块80C是湿式洗涤器，它大体上为圆柱形，具有位于水平面中的出口102，这样就可以与模块80D的出口100连接。

模块80D具有总体上倒置的U形，具有位于水平面中的出口98并且与模块80B的出口96相连。模块80D还具有出口100，出口100位于水平面中并且与模块80C的出口102相连。

模块80E是气体冷却器，它从湿式洗涤器(模块80C)接收气体并且作用来将废气进一步冷却至湿式洗涤器提供的温度之下以降低废气的湿度含量。管路(未显示)将湿式洗涤器(模块80C)与废气冷却器(模块80E)相连。

图21显示了模块11C和模块80A作为单个装置安装到模块11B的圆周接头42之上。塔模块73A此前已经在模块11C和80A的安装之前安装在模块11A和11B上。安装塔进入模块73A，这样由地板106(以阴影显示)提供的上部水平面就与模块11B上的圆周接头42处于基本上相同的高度。地板106中的孔104允许模块11C连接在模块11B上的圆周接头42上。栏杆108围绕着孔104并且栏杆110围绕着地板106。

所示设备仅仅作为实例提出。该设备的物理构造可以很大地改变，如同各个模块组装的精确次序一样。应当理解，可以在所附权利要求书的范围中做出这种变化。

Claims (21)

1.一种用于建造包括直接熔炼容器的熔炼装置并且在此之后将它安装在直接熔炼厂址的方法，该方法包括下列步骤：远离用于该直接熔炼容器的厂址的预定位置预先制造底座模块、中间容器模块和上部容器模块，这些模块组装以形成所述容器，每个模块包括由钢板形成的大体上圆柱形的容器壁部分；将预先制造的模块运输至预定位置，并且在彼此上方按顺序放置底座模块、中间容器模块和上部容器模块，其中所述中间容器模块放置到所述底座模块上并且连接到该底座模块的上部，并且所述上部容器模块放置到所述中间容器模块的上部并且连接到该中间容器模块的上部，并且通过这些模块的相继的大体圆柱形的容器壁部分之间的一个或多个连续水平的圆周焊接将各模块连接在一起，以形成整体式直接熔炼容器，

并且所述方法还包括下列步骤：远离所述预定位置预先制造将被组装以形成容器入口塔的多个塔模块，所述容器入口塔在完成安装时围绕所述容器延伸，将这些预先制造的塔模块运输到预定位置，并且将它们按顺序放置在彼此的顶部，并将它们连接在一起，以形成塔，并且其中在安装所述容器的所述上部容器模块之前安装所述容器的底座模块和中间容器模块及相邻塔模块。

2.如权利要求1所述的方法，其中，安装所述容器的上部容器模块之后，邻近所述上部容器模块安装塔模块。

3如权利要求1或2所述的方法，其中，所述上部容器模块和废气管路的一部分作为单个模块安装。

4.如权利要求1所述的方法，其中，混凝土基垫预先形成在预定位置以接纳所述底座模块。

5.如权利要求4所述的方法，其中，一系列承载构件位于所述底座模块的外底面和所述混凝土基垫的上表面的中间，从而使空气能够在该底座模块和基垫之间流动。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述底座模块包括炉膛和用于释放熔融金属的前炉。

7.如权利要求6所述的方法，其中，在安装于熔炼厂址之后，所述炉膛和前炉以耐火砖衬砌。

8.如权利要求5所述的方法，其中，所述中间容器模块包括大体上圆柱形的筒部分，该筒部分设置有用于释放熔渣的出渣口。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述上部容器模块设置有用于废气的出口。

10.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述中间容器模块和上部容器模块中的至少一个被预先制造，从而在其内部衬砌水冷板，这些水冷板连接到该模块的大体上圆柱形的容器壁部分外部上的进水口和出水口连接器上。

11.如权利要求5所述的方法，其中，所述中间容器模块和上部容器模块均被预先制造，从而在其内部衬砌水冷板，这些水冷板连接到这些容器模块的大体上圆柱形的容器壁部分外部上的进水口和出水口连接器上。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述底座模块同样被预先制造，从而在其内部部分地衬砌水冷板，这些水冷板连接到所述底座模块的大体上圆柱形的容器壁部分外部上的进水口和出水口连接器上。

13.如权利要求1所述的方法，其中，至少一对所述塔模块在一水平面上连接在一起，该水平面与一对所述容器模块之间连接的水平面相同。

14.如权利要求1所述的方法，其中，至少一些所述塔模块在它们所围绕延伸的所述容器模块安装之前安装，后安装的容器模块向下放置在已安装的该塔模块的内部。

15.如权利要求1所述的方法，还包括下列步骤：预先制造将被组装以形成废气管路和处理设备的废气管路模块和处理模块，将所述废气管路模块和处理模块运输至现场，并且以预定次序安装它们，以在所述上部容器模块的出口与废气管路和处理设备之间提供连续的气密连接。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述废气管路模块和处理模块中的至少一个模块包括湿式洗涤器，所述湿式洗涤器具有基本上竖直的朝向并且具有出口，该出口布置成接收废气管路的基本上竖直的部分。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述上部容器模块的所述出口布置在基本上竖直的平面中并且与第一废气管路模块相连，所述第一废气管路模块布置成与水平轴线成零度至十五度的倾角。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述上部容器模块在安装之前与所述第一废气管路模块相连，从而两个模块作为一单个模块安装到所述中间容器模块上。

19.如权利要求17所述的方法，其中，所述第一废气管路模块具有出口，该出口远离所述上部容器模块并且布置成接收竖直向上延伸的另一个废气管路模块。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述废气管路包括布置成具有大体上为倒置的U形的废气管路模块，所述大体上为倒置的U形的废气管路模块的每个支腿具有出口，以与竖直延伸的废气管路模块的出口相连。

21.如权利要求20所述的方法，其中，与每个支腿的出口相连的所述竖直延伸的废气管路模块的所述出口之一包括所述湿式洗涤器的出口。

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