CN100549186C - 直接熔炼设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及由含金属原料，例如矿石、部分还原矿石以及含金属废料生产熔融金属的直接熔炼设备和直接熔炼方法，所述直接熔炼方法包括如下步骤：(a)在预处理单元中预处理含金属原料并且获得温度至少200℃的预处理原料；(b)在压力下将温度至少200℃的经预处理的含金属原料贮存在热原料贮存装置中；(c)在压力下将热原料传送线中的温度至少200℃的经预处理的含金属原料传送至直接熔炼容器的固体输送装置；(d)将经预处理的含金属原料传送至直接熔炼容器内并且在容器内将含金属原料熔炼成熔融金属。
Description
技术领域
本发明涉及由含金属原料，例如矿石、部分还原矿石以及含金属废料物流制备熔融金属的直接熔炼设备和直接熔炼方法。
术语“熔炼”此处应理解为指的是发生含金属原料被还原的化学反应以制备熔融金属的热加工过程。
一般性地，本发明涉及直接熔炼设备，它包括用于将含金属原料熔炼成金属的直接熔炼容器，预处理单元，该单元用于预处理含金属原料并且生产温度至少200℃的用于在容器中熔炼的经预处理的含金属原料，以及含金属原料传送设备，该设备用于贮存温度至少200℃的经预处理的含金属原料并且在压力下将热的经预处理的含金属原料，即温度至少200℃的原料输送至直接熔炼容器的固体输送装置。
一般地，本发明也涉及在所述直接熔炼设备中由含金属原料生产熔融金属的直接熔炼方法。
本发明尤其涉及(但是绝非意味着仅限于此)含铁原料例如铁矿石粉末的含金属原料。
在Technological Resources Pty.Limited的国际申请PCT/AU96/00197(WO 96/31627)以及其他专利申请，例如最近提交的澳大利亚临时申请2003901693(其重点在于由铁矿石粉末制备熔融铁)中描述了一种已知的制备熔融金属的直接熔炼方法，该方法主要依赖熔池作为反应介质，通常称作Hlsmelt法。
Hlsmelt法包括如下步骤：(a)在直接熔炼容器中形成熔融金属和炉渣的熔池；(b)向熔池喷入：(i)含金属原料，典型地为金属氧化物和(ii)固态碳质材料，典型地为煤，其起含金属原料的还原剂以及能源作用；以及(c)在熔池中将含金属原料熔炼成金属。
在Hlsmelt法中，通过固体输送装置将含金属原料和固态碳质材料喷入熔池中，所述固体输送装置呈喷枪形式，其偏离垂直方向，以便通过直接熔炼容器的侧壁向下、向内延伸并且进入容器下部区域，从而将至少部分固体材料传送到容器底部的金属层中。
Hlsmelt法能够通过在单一紧凑容器中直接熔炼生产大量熔融金属。
Hlsmelt法尤其适合于熔炼铁矿石粉末形式的含铁原料。
实施Hismelt法和其它基于熔池的直接熔炼法的一种可能类型的设备构型包括在向直接熔炼容器提供含金属原料之前对该原料进行预处理的预处理单元。所述预处理可以限制到对含金属原料进行预热。所述预处理可以包括至少部分还原固态原料。作为进一步的例子，预处理可以包括对原料进行焙烧。
文件EP 0 629 708A1(本发明独立权利要求的前序部分以此文件为基础)公开了一种将含金属原料气动传送至直接熔炼设备的方法和设备。铁矿石被预先还原成直接还原铁(DR1)，在热态下排出并且送至排料积聚料仓。由此料仓，将其以规定速度引入输送管，之后送入贮存仓以及熔炼装置，尤其是电弧炉。载体气体优选氮气，其速度为9-35m/s，压力为1-5巴。
本发明提供有效且可靠的设备，该设备能够对含金属原料进行预处理，获得温度至少200℃的经预处理的原料，并且在直接熔炼期间将热的经预处理的含金属原料传送至直接熔炼容器的固体输送装置。
发明内容
一般地，本发明提供由含金属原料例如铁矿石粉末生产熔融金属的直接熔炼设备，包括：(a)预处理单元，该单元用于预处理含金属原料并且获得温度至少200℃的经预处理的原料；(b)用于将经预处理的含金属原料熔炼成熔融金属的直接熔炼容器，该容器适合于包含金属和炉渣的熔池，所述容器包括用于在高于大气压力的压力下接收温度至少200℃的经预处理的含金属原料并且随后将其送入容器内的固体输送装置；(c)用于将经预处理的含金属原料由预处理单元传送至直接熔炼容器的固体输送装置的热原料传送装置，该传送装置包括：(i)在至少200℃和高于大气压力的压力下贮存经预处理的含金属原料的热原料贮存装置；(ii)用于将至少200℃的经预处理的含金属原料加压传送至直接熔炼容器的固体输送装置中的热原料传送线；(iii)加压装置，该装置用于向热原料贮存装置和热原料传送线提供压力高于大气压的气体，以便对所述贮存装置和所述传送线加压，而且，所述气体起将经预处理的含金属原料沿传送线传送至固体输送装置的载体气体作用，
其中，所述热原料传送设备包括用于将经预处理的含金属原料返回预处理单元的装置。
优选地，预处理单元选自于包括预热器、预还原器和焙烧器的一组装置。使用时，作为部分标准操作，预还原器和焙烧器对含金属原料进行加热，以实施其预还原和焙烧含金属原料的主要功能。
优选地，所述设备还包括用于将经预处理的含金属原料由预处理单元传送至热原料传送设备的热原料传送装置。
优选地，热原料传送装置包括盘式输运装置。
优选地，含金属原料是含铁原料，熔池含有熔融铁。含铁原料可以包括在0-100％之间任意还原程度的铁，优选包括还原程度在8-95％的铁，而且，还可以包含其他成分，例如碳等。
优选地，含铁原料为铁矿石粉末形式。
一般地，铁矿石粉末的最大尺寸(top size)范围为6-8mm。优选至少30％铁矿石粉末的颗粒尺寸小于0.5mm，而d_50直径范围为0.8-1.0mm，并具有宽的颗粒尺寸分布范围。因此，例如95％的颗粒尺寸小于6.3mm。
优选地，在热原料贮存装置中的绝对压力至少3巴，更优选至少4巴。
优选地，热原料传送线中在经预处理的含金属原料由热原料贮存装置进入所述传送线的位置处的绝对压力至少3巴，更优选至少4巴。
优选地，固体输送装置是在压力下将经预处理的含金属原料喷入直接熔炼容器中的固体喷射装置。
优选地，该固体输送装置是将预处理的含金属原料喷入熔池中的固体喷射装置。
优选地，所述固体喷射装置是喷枪。
优选地，热原料传送装置包括对经预处理的含金属原料由热原料贮存装置进入热原料传送线的流量进行控制的装置。
优选地，所述贮存流量控制装置是将预定质量流量的经预处理的含金属原料提供到热原料传送线的装置。
优选地，所述贮存流量控制装置是螺旋输送装置，具有经预处理的含金属原料的入口、气体入口以及与热原料传送线相连的经预处理的含金属原料的出口。
优选地，热原料贮存装置包括：(a)上部锁式料斗，该料斗具有经预处理的含金属原料的入口、对锁式料斗加压的气体入口和经预处理的含金属原料的出口，(b)下部锁式料斗，该料斗具有经预处理的含金属原料的入口、对锁式料斗加压的气体入口和经预处理的含金属原料出口，以及(c)将上部锁式料斗的出口与下部锁式料斗的入口相连的连接线。
优选地，热原料贮存装置还包括将下部锁式料斗出口与螺旋输送装置的原料入口相连的连接线。
优选地，热原料传送装置还包括对经预处理的含金属原料沿热原料传送线由热原料贮存装置进入固体输送装置的流量进行控制的装置。
优选地，传送线流量控制装置能够控制经预处理的含金属原料沿着热原料传送线以一定速度流动，该速度能够使经预处理的含金属原料在传送线中保持悬浮在载体气体中。
优选地，传送线流量控制装置控制载体气体进入热原料传送线中的流量，以便控制经预处理的含金属原料沿着热原料传送线的流量。
当含金属原料是最大尺寸范围为6-8mm并且进行预处理由此温度达到最高680℃的铁矿石粉末，而且，载体气体至少基本为N2并且在环境温度下送入传送线时，优选载体气体在传送线中输送经预处理的含金属原料的速度至少为19m/s。
优选地，流量控制装置能够对经预处理的含金属原料沿着热原料传送线的流量进行控制，以便将经预处理的含金属原料输送至固体输送装置，从而固体输送装置能够以预定速度将载体气体和经预处理的含金属原料输送至直接熔炼容器中。
优选载体气体的预定速度为70-120m/s。
更优选载体气体的预定速度为112m/s。
优选固体输送装置上的压力降为约1巴。
优选载体气体至少主要包含惰性气体。
优选惰性气体为N2。
优选用于将热的含金属原料返回预处理单元的装置适于在直接熔炼容器处于待机状态并且不需要经预处理的含金属原料时运转。
优选用于将热的含金属的原料返回预处理单元的装置包括(a)将热原料传送线与预处理单元相连的返回传送线以及(b)所述线中的阀门，所述阀门可选择性工作，以便能够使经预处理的含金属原料沿热原料传送线通过返回传送线返回到预处理单元。
优选热原料传送设备包括用于解除热原料传送线上的阻塞而不需要在所述线上手工介入或者关闭直接熔炼容器的操作的装置。
优选解除热原料传送线阻塞的装置包括在沿传送线长度方向的一系列位置处对热原料传送线进行选择性加压的多个装置，以便在传送线阻塞处的上游和/或下游可对传送线进行选择性加压和减压。
优选解除热原料传送线阻塞的装置包括在沿传送线长度方向一系列位置处用于将的热原料传送线中阻塞处移去的材料排出的多个排出线。
优选返回传送线是这样一种排出线。
优选解除热原料传送线阻塞的装置包括多个探测热原料传送线中阻塞位置的探测器。
优选直接熔炼容器是具有金属和炉渣的熔池以及位于熔池上方的气体空间的固定熔炼容器，而固体输送装置包括2个或更多个排布在容器周围并且伸展至容器内的固体喷枪，每对喷枪相互之间径向相对，其中，至少一对喷枪用于喷射经预处理的含金属原料，以及至少一对其它喷枪用于喷射固态碳质材料，而且，围绕所述容器排布喷枪对使得相邻的喷枪喷射不同的材料。
优选直接熔炼容器包括向下延伸到容器中将含氧气体喷射到容器中的气体空间和/或熔池中的气体喷射装置。
优选直接熔炼容器包括气体输送管装置，该装置从远离容器的供气地点延伸至容器上方用于将含氧气体输送入气体喷射装置中的输送位置。
优选直接熔炼容器包括用于帮助废气从容器流走的废气排放管装置。
优选直接熔炼容器包括使熔融金属从熔池排出并且将所述熔融金属输运离开容器的金属排出装置。
优选直接熔炼容器包括使炉渣从熔池排出并且将炉渣输运离开容器的出渣装置。
优选排列固体喷枪向下延伸并且通过容器侧壁中的孔向内进入到容器中。
优选容器侧壁中的喷枪孔位于与容器相同高度处，并且围绕容器周围等距离分布。
根据本发明，还提供了由含金属原料如铁矿石粉末生产熔融金属的直接熔炼方法，其包括如下步骤：(a)在预处理单元中预处理含金属原料并且获得温度至少200℃的经预处理的原料；(b)在压力下将温度至少200℃的经预处理的含金属原料贮存在热原料贮存装置中；(c)在压力下在热原料传送线中将温度至少200℃的经预处理的含金属原料传送至直接熔炼容器的固体输送装置；(d)将经预处理的含金属原料传送至直接熔炼容器内并且在所述容器内将含金属原料熔炼成熔融金属，
其中，在直接熔炼容器处于待机状态并且不需要预处理的含金属原料时，将预处理的含金属原料送回预处理单元。
优选所述方法包括在直接熔炼容器处于待机状态并且不需要经预处理的含金属原料时，将经预处理的含金属原料返回预处理单元。
优选针对热原料传送线中出现阻塞的情形，所述方法包括通过在热原料传送线阻塞处的上游和/或下游对传送线进行选择性减压，从而在不需要在所述线上手工介入或者关闭直接熔炼容器的操作的情况下解除热原料传送线的阻塞。
优选所述方法包括通过在热原料传送线阻塞处的上游或下游对传送线进行选择性加压并且此后在与传送线加压一侧相对的另一侧对传送线减压，解除热原料传送线的阻塞。
优选所述方法包括对传送线进行突然减压。
优选所述方法包括在阻塞处相对两侧对传送线重复进行上述加压和减压序列。
特别是当含金属原料是含铁材料时，优选步骤(a)包括通过将原料预热到至少400℃，更优选至少600℃的温度来对原料进行预处理。
优选所述温度至少660℃。
更优选所述温度为670-690℃。
优选步骤(b)包括通过向热原料贮存装置中提供加压气体而在压力下将经预处理的含金属原料贮存在热原料贮存装置中。
优选所述加压气体至少主要包含惰性气体。
优选步骤(c)包括通过向热原料传送线供应载体气体从而沿着传送线输送经预处理的含金属原料，在热原料传送线中在压力下传送经预处理的含金属原料。
优选所述载体气体至少主要包含惰性气体。
优选在环境温度下将载体气体送至热原料传送线。
优选步骤(c)包括控制经预处理的含金属原料沿着热原料传送线以一定速度流动，该速度能够使热的含金属的原料在传送线中保持悬浮在载体气体中。
优选步骤(c)包括控制载体气体沿着热原料传送线的流量，以便控制经预处理的含金属原料沿着热原料传送线的流量。
当含金属原料是铁矿石粉末，该铁矿石粉末的最大尺寸范围在6-8mm并且通过预热至680℃进行预处理，而且，载体气体至少基本为N2并且在环境温度下送入传送线时，优选载体气体在传送线中的速度至少为19m/s。
优选步骤(d)包括在高于大气压力的压力下将经预处理的含金属原料传送至直接熔炼容器中。
优选步骤(d)包括在高于200℃，更优选高于400℃，甚至更优选高于600℃的温度下将经预处理的含金属原料输送至直接熔炼容器中。
优选固体输送装置是固体喷枪，而且，步骤(d)包括通过载体气体速度为70-120m/s的固体喷枪喷射经预处理的含金属原料，来将经预处理的含金属原料送入直接熔炼容器。
附图简述
此后，参照附图对本发明的实施方案进行更详细介绍，所述附图中：
图1是以简化形式说明本发明实施方案中的直接熔炼设备主要部分的流程表；
图2说明的是图1所示设备的一个具体实施方案中各主要部分，即预处理单元(预热器形式)、直接熔炼容器和热的含铁原料传送设备的位置；
图3是构成图2所示热的含铁原料传送设备一部分的锁式料斗和螺旋输运装置的侧视图；以及
图4以图表形式说明构成图2所示热的含铁原料传送设备一部分的下部锁式料斗、螺旋输运装置、传送线和返回线。
优选实施方案详述
下面以熔炼铁矿石粉末为例介绍本发明的直接熔炼设备和方法的一个优选实施方案。但是，注意本发明不受这种形式的含铁材料限制，本发明可扩展到其他形式的含铁材料，而且，本发明不受含铁材料本身所限，可以扩展到一般的含金属原料。
参照图1，就本实施方案而言，直接熔炼设备的主要部分是：(a)用于预热铁矿石粉末形式的含铁原料的预热器3形式的预处理单元；(b)用于将预热的铁矿石粉末熔炼成熔融铁的直接熔炼容器5；以及(c)一般用数字7标示的含铁热原料传送设备，该设备用于贮存预热后的铁矿石粉末并且将所述粉末加压传送至直接熔炼容器的固体喷枪。
预热器3可以是能够预热铁矿石粉末，典型地预热至680℃量级的任何合适的预热器，例如竖炉或循环流态化床。
直接熔炼容器5可以是能够实施直接熔炼方法，例如上述Hlsmelt法的任何合适的容器。
本申请人的澳大利亚临时申请2003901693包括对Hlsmelt容器一般结构的描述，在此通过引用并入该澳大利亚临时申请的内容。
基本上，澳大利亚临时申请2003901693中介绍的Hlsmelt容器包括炉床，该炉床包括基底和由耐火砖构成的侧边，侧壁，该侧壁形成由炉床侧边向上延伸的大致圆柱形的筒，并且包括上部圆筒区和由水冷板构成的下部圆筒区，炉顶，废气出口，用于连续输出熔融金属的前炉以及用于排出熔融炉渣的出渣口。
使用时，所述容器中容纳铁与炉渣的熔池，该熔池包括熔融金属层和在金属层上的熔融炉渣层。
所述容器装有向下延伸的气体喷枪，用于将热空气喷流(blast)送入所述容器上部区域。气体喷枪通过热气输送管接收富氧热空气流，所述热气输送管自距还原容器一定距离的热气体供应站延伸过来。
所述容器还装有8个固体喷枪，这些喷枪向下并向内延伸通过侧壁，进入熔池的炉渣层，以便将在贫氧载体气体中携带的预热的铁矿石粉末、固态碳质材料和溶剂喷入金属层中。对固体喷枪的位置加以选择，以使它们的出口端在所述方法的操作期间高于金属层表面。固体喷枪的这些位置降低了因与熔融金属接触发生损坏的危险，而且还能够通过内部强制水冷来对喷枪进行冷却而不存在水与容器中熔融金属接触的显著风险。
固体喷枪分为2组，每组4个喷枪。在熔炼操作期间，其中一组喷枪接收预热后的热铁矿石粉末，另一组喷枪(未示出)接收煤和熔剂(通过碳质材料/熔剂喷射系统-未示出)。2组喷枪围绕容器周围交替排列。接收预热后的热铁矿石粉末的喷枪在图4中用数字27标出。
热含铁原料传送装置7包括：(a)用于在压力下贮存预热的铁矿石粉末的热原料贮存装置，其一般用数字61标示出；(b)用于将预热的铁矿石粉末由贮存装置61加压传送至固体喷枪的一系列热原料传送线11(在图1的流程图中仅仅示出了其中之一)；(c)N2气源13和N2气体管线15，用于提供N2气体对贮存装置61加压以及沿着传送线11输送经预处理的铁矿石粉末；以及(d)返回线17，用于在直接熔炼容器5处于待机状态并且不需要任何铁矿石粉末时，将预热后的铁矿石粉末返回预热器3-当操作具有预热的或其他形式的经预处理的原料的直接熔炼设备时，从安全角度考虑，这是一个重要特征，因为这能够在直接熔炼容器5发生阻塞或空运转时将所述原料限制在预处理单元、返回线17或传送线11。返回线17还能够对传送线11和贮存装置61进行试运转和测试而不需要运行或者将原料送入熔炼容器5。
图2-4说明的是图1所示设备布置的一个具体实施方案。
贮存装置61包括一系列能够加压贮存预热后的铁矿石粉末的贮存容器21，23，25以及用于控制预热后的铁矿石粉末从贮存装置61流入传送线11的螺旋输运装置39。
图2以三角形顶点的方式示出了预热器3、直接熔炼容器5和贮存装置61之间的相对位置。
预热器3包括盘式输运装置71(图3)，该装置将预热后的铁矿石由预热器(优选是循环流态化床)传送至贮存容器9a、9b。
图2也示出了用于将预热后的铁矿石粉末由贮存装置61传送至直接熔炼容器5的固体喷枪的传送线11的布置和用于将预热后的铁矿石粉末返回至预热器3的返回线17的布置。
热的含铁原料传送设备7中的贮存装置61分成9a和9b两组，其中一组通过传送线11与一对固体喷枪27相连，另一组则通过另一个传送线11与另一对固体喷枪27相连。
由图3可以清楚地看出：贮存装置61中的每一组9a，9b包括3个垂直排列的容器21，23，25。容器23是料斗，其被布置用来接收由预热器的盘式输运装置输出并且通过流量分配器29送到料斗上端入口的预热后的铁矿石粉末。容器23和25分别是上、下锁式料斗，它们被布置用来加压贮存预热后的铁矿石粉末。
料斗21的出口通过传送线31a与上锁式料斗23上端的各个入口相连。上锁式料斗23的出口通过传送线31b与下锁式料斗25上端的各个入口相连。预热后的铁矿石粉末在传送线31a，31b中的流动由传送线中的阀门33a，33b控制。
压力平衡线(未示出)也与每组中的上、下锁式料斗23，25相连。气体通过压力平衡线的流动由流量控制阀门(未示出)控制。
贮存装置61中的每一组9a，9b也都包括螺旋输运装置39中的一个，下锁式料斗25的出口通过传送线41与螺旋输运装置39中的预热后的铁矿石粉末入口相连。
使用时，贮存容器9a，9b中的一组的装填顺序包括如下步骤：关闭下锁式料斗25，打开阀门33a，使预热后的铁矿石粉末通过重力自流进料由料斗21向下流动，并且进入上锁式料斗23，对上锁式料斗23进行填充；当预热后的铁矿石粉末在上锁式料斗23中达到预定量时，关闭阀门33a，并且利用由N2气源13通过管线15提供的N2气，使上锁式料斗23中的压力达到与下锁式料斗25中相同的压力，其值典型地为4巴(绝对压力)；当达到要求压力时，打开阀门33b以及在上、下锁式料斗23，25之间平衡管线(未示出)中的阀门，使预热后的铁矿石粉末通过重力自流进料由上锁式料斗23向下流入下锁式料斗25；并且，当预热铁矿石粉末在下锁式料斗25中达到预定量时，关闭阀门33b。
利用由N2气源13通过管线15提供的N2气，使上、下锁式料斗23，25中的压力保持在目标值，典型地为4巴(绝对压力)(图1和4)。
在上述装料顺序期间，下锁式料斗25与螺旋输运装置39之间的管线41保持敞开，预热后的铁矿石粉末由下锁式料斗25向下连续流入螺旋输运装置39，并且以预定质量流量沿着螺旋输运装置39输运，并且通过出口管线43送至传送线11，其中，通过所述传送线11将螺旋输运装置39与传送线11端部的固体喷枪对27相连。
图2和4中可以看到传送线11和返回线17的布置。
参照上述各图，如上所述，热的含铁原料传送设备7的贮存装置61分成9a和9b两组，其中一组通过传送线11与一对固体喷枪27相连，另一组则通过另一传送线11与另一对固体喷枪27相连。使用时，预热后的铁矿石粉末通过螺旋输运装置39送至传送线11的入口端45。N2气体在压力和环境温度下通过管线47由N2气源13也送至传送线11的入口端45，携带预热后的铁矿石粉末并且将其沿着传送线11送至固体喷枪27。
每个传送线11在直接熔炼容器处5分成两支11a，11b，该支线管线将预热后的铁矿石粉末送至径向相对的一对固体喷枪27。
每个传送线11的返回线17由传送线11延伸至预热器3。返回线17包括适当定位的隔离阀门A，该阀门用于控制预热后的铁矿石粉末流入返回线17。
热的含铁原料传送设备7还包括用于控制预热后的铁矿石粉末沿着传送线11由贮存装置61流入固体喷枪27的流量的装置。
该流量控制装置包括在连接N2气源13与传送线11的入口端45的气体管线47中的流量控制阀门57以及一系列沿着管线11和在固体喷枪27上的流量探测器(未示出)。
选择N2气体进入传送线11的流速的动力(drivery)之一是在管线中保持充分速度以便使预热后的铁矿石粉末悬浮在气体中并且携带粉末与气体一起运动。由于传送线的磨损随所述速度增大而增加，因此优选尽可能降低流速，但应确保流速足于携带所述粉末。
选择N2气体进入传送线11的流速的另一动力是以充分高的速度输送预热后的铁矿石粉末，以使输送喷射固体由固体喷枪27进入直接熔炼容器5的气体出口速度(tip velocity)为70-120m/s。
在任何给定情况下，送入传送线11的N2气体以及预热后的铁矿石粉末的实际流速将是包括铁矿石粉末颗粒尺寸分布、N2气体和铁矿石粉末的温度以及固体喷枪27处N2气体的目标出口速度在内的一些变量的函数。在本申请人模拟的一个特定实施方案中，N2气体的目标携带(pickup)速度为19m/s，目标出口速度为112m/s，贮存装置61中的每一组9a，9b将123tph的预热后的铁矿石粉末(在680℃)送入相关的传送线11，N2气体13将3100Nm3/hr的N2气体(在20℃)送入传送线11。
热的含铁原料传送设备7还包括解除传送线11中阻塞的装置。
该阻塞解除装置包括一系列沿着传送线11长度方向适当定位的N2气体喷射接头55、一系列在传送线11中适当定位的隔离阀门B，D和G、在螺旋输运装置43与传送线11之间管线43中的隔离阀门E、返回管线17、在传送线11入口端45处的出料管线53、在返回线17中的隔离阀门A、在靠近固体喷枪27的N2气体喷射接头55处的隔离阀门C以及在出料管线53中的隔离阀门F。
N2气体喷射接头55以及隔离阀门A，B，D，E，F和G能够使N2气体沿着传送线11长度方向选择性送到不同位置，从而对传送线11中阻塞处的上游和/或下游的管线进行选择性加压和减压。由于实施了阻塞解除操作，返回管线17和出料管线53促进从由传送线11移除材料的排出。
当在传送线11中的一条的位置″X″处存在阻塞时，采用下述操作顺序通过对阻塞处上游管线加压，之后再对阻塞处下游管线减压来使管线解除阻塞：关闭阀门E，F，B，A和G，打开靠近固体喷枪27的N2气体喷射接头55处的隔离阀门C，提供N2气流(purge)通过喷枪27，以便在喷枪27中保持正压力；打开传送线11入口端处的阀门D，由此，使来自N2气源13的N2气体增大阻塞X处上游的压力；打开返回线17中的阀门A，由此，突然降低阻塞X处下游传送线11中的压力，以便消除阻塞，并且沿着返回线17输运移除的材料；以及，之后，将阀门复位到正常操作设定状态，以便向固体喷枪27恢复提供预热后的铁矿石粉末。
可以重复执行各步骤的上述序列。
操作中，可以在关闭任意阀门E，F，B，A和G之前首先将阀门C打开。这样，就会有连续气流通过喷枪，而与任意上述阀门的位置无关。可以采用阀门H替代阀门A。
当在传送线11中的一条的位置″X″处存在阻塞时，采用下述操作顺序通过对阻塞处下游管线加压，之后再对阻塞处上游管线减压来使管线解除阻塞：关闭阀门B，A，F，D和E，打开靠近固体喷枪27的N2气体喷射接头55处的阀门C，提供N2气流通过喷枪27，以便在喷枪27中保持正压力；打开支线管线11a，11b中的阀门G，由此，使N2气体增大阻塞X处下游的压力；打开排料管线53中的阀门F，由此，突然降低阻塞X处上游传送线中的压力，以便消除阻塞，并且沿着排料管线53输运移除的材料；以及，之后，将阀门复位到正常操作设定状态，以便向固体喷枪27恢复提供预热后的铁矿石粉末。
可以重复执行各步骤的上述序列。
在上述两种操作序列中，关键特点在于对阻塞处上、下游的传送线11的部分进行加压和减压。
上述的设备能够在不同的操作条件(包括意外故障)，在不同的熔炼阶段，向直接熔炼容器提供热的含铁原料。它能够处理必需完全停止向直接熔炼容器提供热的含铁原料的这类情况。此外，该设备能够在长期熔炼操作中可靠运行，而且，这一条件的关键方面在于它能够在不必人工介入管线或者关闭设备的情况下，解除热的含铁原料的传送线的阻塞。
只要不偏离本发明的精神和范围，可以对本发明的上述实施方案进行许多修正。
Claims (32)
1.一种由含金属原料生产熔融金属的直接熔炼设备，其包括：(a)预处理单元(3)，该单元用于预处理含金属原料并且获得温度至少200℃的经预处理的原料；(b)用于将经预处理的含金属原料熔炼成熔融金属的直接熔炼容器(5)，该容器(5)适合于容纳金属和炉渣的熔池，所述容器(5)包括用于接收在高于大气压力的压力下的温度至少200℃的经预处理的含金属原料并且随后将其送入容器(5)内的固体输送装置；(c)用于将经预处理的含金属原料由预处理单元(3)传送至直接熔炼容器(5)的固体输送装置的热原料传送设备(7)，该传送设备(7)包括：(i)用于在至少200℃和高于大气压力的压力下贮存经预处理的含金属原料的热原料贮存装置(61)；(ii)用于在压力下将至少200℃的经预处理的含金属原料传送至直接熔炼容器(5)的固体输送装置的热原料传送线(11)；(iii)加压装置，该装置用于向热原料贮存装置(61)和热原料传送线(11)提供压力高于大气压的气体，以便对贮存装置(61)和传送线(11)加压，而且，所述气体起沿传送线(11)将经预处理的含金属原料传送至固体输送装置的载体气体作用，
其特征在于：所述热原料传送设备(7)包括用于将经预处理的含金属原料返回预处理单元(3)的装置，所述装置适于在直接熔炼容器(5)处于待机状态并且不需要经预处理的含金属原料时进行运转。
2.根据权利要求1的直接熔炼设备，其中所述金属原料是铁矿石粉末，且所述熔融金属是熔融铁。
3.根据权利要求1的直接熔炼设备，其特征在于：所述预处理单元(3)选自于包括预热器、预还原器和焙烧器的组。
4.根据权利要求1至3中任一项的直接熔炼设备，其特征在于：所述设备还包括用于将经预处理的含金属原料由预处理单元传送至热原料传送设备(7)的热原料传送装置。
5.根据权利要求1的直接熔炼设备，其特征在于：固体输送装置是用于在压力下将经预处理的含金属原料喷入直接熔炼容器(5)中的固体输送装置。
6.根据权利要求1的直接熔炼设备，其特征在于：热原料传送设备(7)包括对经预处理的含金属原料由热原料贮存装置(61)进入热原料传送线(11)的流量进行控制的装置(39)。
7.根据权利要求6的直接熔炼设备，其特征在于：用于控制预处理的含金属原料流量的装置是螺旋传输装置(39)，其具有经预处理的含金属原料的入口、气体入口以及与热原料传送线(11)相连的经预处理的含金属原料的出口。
8.根据权利要求1的直接熔炼设备，其特征在于：热原料贮存装置(61)包括：(a)上部锁式料斗(23)，该料斗具有经预处理的含金属原料的入口、用于对锁式料斗加压的气体入口和经预处理的含金属原料的出口，(b)下部锁式料斗(25)，该料斗具有经预处理的含金属原料的入口、对锁式料斗加压的气体入口和经预处理的含金属原料的出口，以及(c)将上部锁式料斗的出口与下部锁式料斗的入口相连的管线(31b)。
9.根据权利要求8的直接熔炼设备，其特征在于：热原料传送设备(7)还包括对经预处理的含金属原料沿热原料传送线(11)由热原料贮存装置(61)进入固体输送装置的流量进行控制的装置。
10.根据权利要求1的直接熔炼设备，其特征在于：用于将热的含金属的原料返回预处理单元(3)的装置包括(a)将热原料传送线(11)与预处理单元(3)相连的返回传送线(17)以及(b)所述传送线中的阀门(A)，所述阀门(A)可选择性工作，以使沿热原料传送线(11)流动的经预处理的含金属原料通过返回传送线(17)返回到预处理单元(3)。
11.根据权利要求9的直接熔炼设备，其特征在于：热原料传送设备(7)包括用于解除热原料传送线(11)中阻塞而不需要手工介入热原料传送线(11)或者关闭直接熔炼容器(5)的装置。
12.根据权利要求11的直接熔炼设备，其特征在于：解除热原料传送线中阻塞的装置包括在沿热原料传送线(11)长度方向的一系列位置处对热原料传送线(11)进行选择性加压的多个装置，以便在所述线(11)中阻塞处的上游和/或下游对所述线(11)进行选择性加压和减压。
13.根据权利要求12的直接熔炼设备，其特征在于：解除热原料传送线中阻塞的装置还包括多个沿热原料传送线(11)长度方向一系列位置处用于将所述线(11)阻塞处移除的材料排出的排出线(53)。
14.根据权利要求12的直接熔炼设备，其特征在于：返回传送线(17)为所述排出线(53)。
15.根据权利要求11的直接熔炼设备，其特征在于：解除热原料传送线(11)阻塞的装置包括多个探测热原料传送线中阻塞位置的探测器。
16.根据权利要求1的直接熔炼设备，其特征在于：直接熔炼容器(5)是容纳金属与炉渣的熔池以及位于熔池上方的气体空间的固定熔炼容器，固体输送装置包括2对或更多对排布在容器(5)周围并且伸展进入容器(5)内的固体喷枪(27)，每对喷枪(27)相互之间径向相对，其中至少一对喷枪(27)用于喷射经预处理的含金属原料，至少一对其它喷枪(27)用于喷射固态碳质材料，而且，在容器(5)周围排布喷枪对(27)，以使相邻的喷枪喷射不同的材料。
17.一种由含金属原料生产熔融金属的直接熔炼方法，包括如下步骤：(a)在预处理单元(3)中预处理含金属原料并且获得温度至少200℃的经预处理的原料；(b)在压力下将温度至少200℃的经预处理的含金属原料贮存在热原料贮存装置(61)中；(c)在热原料传送线(11)中将温度至少200℃的经预处理的含金属原料在压力下传送至直接熔炼容器(5)的固体输送装置；(d)将经预处理的含金属原料传送至直接熔炼容器(5)内并且在容器内(5)将含金属原料熔炼成熔融金属，
其特征在于：所述方法包括在直接熔炼容器(5)处于待机状态并且不需要经预处理的含金属原料时，将经预处理的含金属原料返回预处理单元(3)。
18.根据权利要求17的方法，其中所述含金属原料是铁矿石粉末。
19.根据权利要求17的方法，其特征在于：含金属原料是含铁原料，熔池含有熔融铁。
20.根据权利要求19的方法，其中所述含铁原料为铁矿石粉末形式。
21.根据权利要求17或19的方法，其特征在于：至少30％的含金属原料的颗粒尺寸小于0.5mm，而原料的d_50直径范围为0.8-1.0mm。
22.根据权利要求17的方法，其特征在于：步骤(a)包括通过将原料预热到至少400℃的温度来对原料进行预处理。
23.根据权利要求17的方法，其特征在于：步骤(b)包括通过向热原料贮存装置(61)中提供加压气体以在压力下将经预处理的含金属原料贮存在热原料贮存装置(61)中。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于：热原料贮存装置(61)中的绝对压力为至少3巴。
25.根据权利要求17的方法，其特征在于：步骤(c)包括通过向热原料传送线(11)供应载体气体，以沿着传送线(11)传输经预处理的含金属原料，在热原料传送线(11)中加压传送经预处理的含金属原料。
26.根据权利要求17的方法，其特征在于：在传送线(11)中输送经预处理的含金属原料的载体气体的速度至少为19m/s。
27.根据权利要求17的方法，其特征在于：步骤(c)包括控制经预处理的含金属原料沿着热原料传送线(11)以一定速度流动，该速度使热的含金属原料在传送线(11)中悬浮在载体气体中和/或步骤(c)包括控制载体气体沿着热原料传送线(11)的流量，以便控制经预处理的含金属原料沿着热原料传送线(11)的流量。
28.根据权利要求17的方法，其特征在于：步骤(d)包括在高于200℃的温度下将经预处理的含金属原料传送进入直接熔炼容器(5)。
29.根据权利要求17的方法，其特征在于：固体输送装置是固体喷枪(27)，而且，步骤(d)包括通过载体气体速度为70-120m/s的固体喷枪(27)喷射经预处理的含金属原料，来将经预处理的含金属原料送入直接熔炼容器(5)。
30.根据权利要求17的方法，其特征在于：针对热原料传送线(11)中出现的阻塞，所述方法包括通过在热原料传送线(11)阻塞处的上游和/或下游对传送线(11)进行选择性减压，从而在不需要手工介入所述线或者关闭直接熔炼容器(5)的情况下解除热原料传送线(11)的阻塞。
31.根据权利要求30的方法，其特征在于：所述方法包括通过在热原料传送线(11)阻塞处的上游或下游对传送线(11)进行选择性加压并且此后在与传送线(11)加压一侧相对的另一侧对传送线(11)减压，解除热原料传送线的阻塞。
32.根据权利要求31的方法，其特征在于：所述方法包括在阻塞处相对侧对传送线(11)重复进行加压和减压的操作序列。
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