CN101405414A - 前炉 - Google Patents

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CN101405414A CNA2007800100756A CN200780010075A CN101405414A CN 101405414 A CN101405414 A CN 101405414A CN A2007800100756 A CNA2007800100756 A CN A2007800100756A CN 200780010075 A CN200780010075 A CN 200780010075A CN 101405414 A CN101405414 A CN 101405414A
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Abstract

公开了一种用于容纳一定容积的熔融材料的前炉(5)以及包括该前炉的直接熔炼容器(3)。该前炉包括前炉连接部(15)，用于将前炉与熔炼容器(8)的熔炼腔(4)相连，从而熔融材料能从熔炼腔流入前炉中。该前炉连接部形成为使得具有从位于前炉外部的位置通过前炉连接部的未受限制的视线。这使得能够通过伸入前炉连接部中并在前炉外部操作的机械钻或其它设备来疏通前炉连接部。

Description

前炉
技术领域
本发明涉及熔融材料的连续生产。
本发明具体但绝非专门涉及利用含金属给料经由在容器中执行的基于熔池的直接熔炼过程来进行熔融铁的连续生产，该容器包括使熔融铁能从容器中连续流出的前炉。
本发明还涉及包括前炉的直接熔炼容器。
背景技术
虽然熔融铁从直接熔炼容器中经由前炉的连续生产比熔融铁从容器中的批量生产具有很多优点，但是具有与提供多大量到位于直接熔炼容器内部与容器外部之间的开口连接部相关的安全风险。具体地，存在容器中的压力波动导致熔融铁从容器中未预料地涌流出的风险。由此，从安全的角度，优选具有相对小直径的前炉连接部。
使用相对小直径的前炉连接部的一个不利后果是金属在该连接部中凝固的风险增加，由此，在直接熔炼容器中的直接熔炼过程的运行期间，该连接部堵塞的风险增加。堵塞的风险在过程的启动阶段期间比在过程的稳态生产阶段期间往往更高。然而，在过程的任何阶段期间的前炉连接部的堵塞都是不合需要的。
当容器容纳有熔融铁时，疏通相对小直径的前炉连接部对于执行该操作的人来说可能是非常危险的。在这些情况下疏通前炉连接部只能由位于前炉外部的操作者执行。当操作者必须进入前炉疏通前炉连接部时，出于安全的原因，这只有当容器被排空时才能得到许可。在这些情况下，前炉连接部的堵塞需要容器停机，由此造成生产损失，因此是不合需要的。
发明内容
本发明的一个方面提供一种前炉结构，该前炉结构使操作者能够在前炉的外部进入前炉连接部。
本发明的另一方面提供一种前炉结构，该前炉结构将在端部排放情形下前炉连接部的区域中的熔融铁量减到最少。
根据本发明的第一方面，提供一种用于容纳一定容积的熔融材料的前炉，该前炉包括位于前炉的上部中的用于熔融材料从前炉中流出的出口、位于前炉下部中的用于熔融材料例如从直接熔炼容器的熔炼腔流入前炉中的前炉连接部，该前炉连接部包括通道，该通道具有用于熔融材料流入通道中的通道入口以及用于熔融材料从通道流入前炉中的通道出口，其中当前炉是空的时，具有从位于前炉的上部所在位置的外部和上方的位置通过前炉连接部的未受限制的视线。
上述从位于前炉的上部所在位置的外部和上方的位置通过前炉连接部的未受限制的视线使得能够尝试通过伸入通道中并在前炉的外部操作的氧气喷枪或机械钻或其它合适的疏通装置来疏通堵塞的前炉连接部。从安全的角度，这是重要的特征。
优选前炉连接部的通道包括上壁，当从通道入口向通道出口观看时，该上壁是向上倾斜的。
优选上壁的倾斜角度是在虑及前炉其它部件的情况下选择的，从而氧气喷枪、机械钻等能够从前炉的外部进入前炉连接部的通道。
优选沿前炉连接部的上壁延伸的线与位于与前炉连接部相对定位的前炉壁上的点相交，并且从位于前炉外部的点通向前炉连接部的通路邻近该交点设置。更优选该交点为熔融金属提供出口。
优选前炉连接部的上壁与水平面成20-40°的角度。
更优选前炉连接部的上壁与水平面成25-35°的角度。
优选前炉连接部的通道沿其长度是恒定的横剖面。
优选在侧视图中，前炉是L形的，具有水平臂部和从该水平臂部的一端向上延伸的垂直臂部。
利用这种配置，优选前炉连接部设置在“L”的水平臂部中。
此外，优选前炉包括用于“L”的直立臂部中的熔融材料的主腔以及用于“L”的水平臂部中的熔融材料的进入腔，该进入腔使前炉连接部与主腔互相连接。
优选进入腔包括上壁，当从前炉连接部向外观看时，该上壁是向上倾斜的。
优选进入腔的上壁是前炉连接部的通道的倾斜上壁的直线延伸。
优选进入腔包括侧壁，所述侧壁从与主腔连通的相对宽的开口到与前炉连接部的通道连通的相对窄的开口逐渐变细。
优选主腔、进入腔和前炉连接部衬有耐火材料。
优选前炉出口是从前炉向外和向上延伸的出料口的形式。
优选该出料口设置为使得它与前炉连接部的通道对齐，从而视线延伸通过出料口并通过前炉连接部到达通道入口。
优选视线邻近出料口的上表面并在该出料口的上表面之上延伸。
优选出料口位于前炉端壁的上部中，并在前炉的顶表面之下隔开。利用此配置，前炉在出料口之上延伸的部分在主腔中提供附加的容积，这使得在熔融材料仍能以受控方式从前炉经由出料口流出并且没有来自前炉其它部分的未受控溢流的情况下，能够在前炉内容纳未预料的熔融材料涌流。
优选前炉包括溢流排放组件，用于在流入所述前炉中的熔融材料的流量比所述前炉出口能处理的熔融材料的流量更高的的紧急情形下，熔融材料从前炉中受控地流出。
优选前炉进一步包括位于前炉下部中的端部排放口，用于熔融材料从前炉中流出，该端部排放口在必须端部排放容器的情形下可选择性地打开，并且前炉包括底壁，该底壁背离前炉连接部向端部排放口向下倾斜，以在端部排放的情形下，有助于熔融材料背离前炉连接部向端部排放口的流动。
优选进入腔的下表面从前炉的底壁向下倾斜。
优选进入腔的下表面与底壁是共面的。
根据本发明的第二方面，还提供一种用于容纳一定容积的熔融材料的前炉，该前炉包括位于前炉的上部中的用于熔融材料从前炉中流出的出口、位于前炉下部中的用于熔融材料例如从直接熔炼容器的熔炼腔流入前炉中的前炉连接部、位于前炉下部中的用于熔融金属从前炉中流出的端部排放口，该端部排放口在必须端部排放容器的情形下可选择性地打开，并且前炉包括底壁，该底壁背离前炉连接部向端部排放口向下倾斜，以在端部排放的情形下，有助于熔融材料背离前炉连接部向端部排放口的流动。
前炉本体的上述倾斜底壁将前炉连接部附近的熔融材料的量减到最少。在端部排放容器之后将前炉连接部的区域中凝固的材料量减到最少这方面而言，这是重要的。
根据本发明的第三方面，提供一种直接熔炼容器，用于利用含金属给料经由在该容器中执行的基于熔池的直接熔炼过程来生产熔融材料，该容器包括：固定的立式熔炼容器，该熔炼容器包括熔炼腔；以及用于使熔融材料能够从该熔炼腔中流出的前炉，该前炉从熔炼容器向外延伸并包括本发明的上述第一和第二方面的一个或两个的所述特征。
优选熔炼容器包括大体圆柱形的筒部和大体圆柱形的废气腔，该筒部包括有耐火材料衬里的炉床，并且熔炼容器的熔炼腔适于包含熔池和位于该熔池之上的气体空间。
优选容器进一步包括(a)用于将固体给料供给到熔炼腔中的装置，(b)用于将含氧气体供给到熔炼腔中的装置，(c)用于使在该过程中产生的废气能从熔炼腔中流出的废气管，(d)用于使熔渣能从熔炼腔中流出的装置，以及(e)上述的前炉，用于使熔融材料能从熔炼腔流入前炉中，并在此之后从该前炉中流出，该前炉包括本发明的上述第一和第二方面的一个或两个的所述特征。
优选前炉设置为使得前炉连接部与炉床的下部连通。
优选前炉连接部容纳在炉床的耐火炉衬中。
附图说明
参照附图，通过示例进一步地描述本发明，其中：
图1是前炉的一个实施例以及包括根据本发明的前炉的直接熔炼容器的一个实施例的侧视图；
图2是图1中所示容器的一部分的剖面透视图，显示了容器的内部以及用于使熔融材料能从容器中流出的前炉的内部；
图3是图2中所示容器的部分的侧视图；
图4是沿图1的线A-A的横剖面；
图5是沿图1的线B-B的横剖面；
图6是沿图1的线C-C的横剖面；
图7是沿图1的线D-D的横剖面；以及
图8是图3中的圆形区域C的放大。
具体实施方式
在基于熔池的直接熔炼过程中，利用诸如铁矿粉的含金属给料生产熔融铁的背景下描述了前炉的实施例和包括根据附图中所示本发明的前炉的直接熔炼容器的实施例。这些过程可在压力下运行并且可在密封压力容器中执行。例如，已由申请人研发的通称为Hismelt直接熔炼过程的过程在通常0.8bar表压(1.8bar大气压)下运行。
应当注意的是本发明不限于生产熔融铁。
还应当注意的是前炉不限于在熔融铁的生产中使用，而是可作为生产其它金属和合金的冶金容器的一部分使用。
容器总体通过附图标记3标识。
容器3包括：(a)总体通过附图标记8标识的固定、立式熔炼容器，用于生产熔融铁；和(b)总体通过附图标记5标识的自熔炼容器8向外延伸的上述前炉，用于将熔融铁从熔炼容器8中排出。
容器3可以是任何的直接熔炼容器。容器3为在以申请人的名义公布的国际申请中所示的通用类型，在这些国际申请中的公开通过交叉引用合并于此。
熔炼容器8限定了熔炼腔4并包括大体圆柱形的筒部10、大体圆柱形的废气腔12以及使筒部10与废气腔12互相连接的截头圆锥形顶14。
具体地在容器8的炉床区22，熔炼容器8包括外钢壳6和内耐火炉衬20。
前炉5使得在熔炼容器8的熔炼腔4中执行的基于熔池的直接熔炼过程中生产的熔融铁能够从容器8中经由前炉5连续地排出。
前炉5是大体L形的有耐火材料衬里的结构，具有从熔炼容器8的筒部10向外延伸的水平臂部和从该水平臂部向上延伸的垂直臂部。前炉5的中垂面在筒部10的径向上。
前炉5包括用于垂直臂部中的熔融铁的主腔9以及用于水平臂部中的熔融铁的进入腔11。
前炉5还包括：
(a)前炉上部中的出料口形式的出口13，用于允许熔融铁从前炉5中排出；以及
(b)前炉下部中的总体通过附图标记15标识的前炉连接部，用于允许熔融铁从容器3的熔炼腔4流入前炉5中。
前炉5的主腔9在腔9的整个高度上具有基本恒定的横剖面面积。
参照图7，前炉5的进入腔11至少部分地容纳在熔炼容器8的炉床区22的耐火炉衬20中，并且包括从与主腔9连通的相对宽的开口到与前炉连接部15连通的相对窄的开口彼此相向会聚的侧壁41。
前炉出口13在前炉5的端壁的顶表面45之下隔开(见图3)。利用此配置，前炉5在出口13上方延伸的部分在主腔9中提供附加的容积，这使得在熔融材料仍能以受控方式从前炉5经由出口13流出并且没有(或具有最少的)来自前炉5其它部分的未受控溢流的情况下，能够在前炉5内容纳未预料的熔融材料涌流。
前炉连接部15容纳在熔炼容器8的炉床区22的耐火炉衬20中。
前炉连接部15包括具有恒定横剖面的相对窄的直通道17。
通道17具有位于熔炼容器8的炉床区22的耐火炉衬20内表面处的通道入口19，从而熔融铁能够从熔炼容器8的熔炼腔4的炉床区22流入通道17中。通道17还包括通向前炉5的进入腔11中的通道出口23，从而熔融铁能够通过前炉连接部15流入进入腔11中。以申请人名义的国际申请PCT/AU2006/000545提供了关于前炉连接部的尺寸和构造的补充细节。
通道17的纵轴位于熔炼容器8的筒部10的径向上，并且从熔炼容器8以相对于水平面成31°的角度向上和向外延伸。如下文进一步讨论的，此角度是在虑及前炉5的其它部件的情况下选择的，从而氧气喷枪、机械钻等能够从前炉5的外部进入通道17。
具体地，通道17、进入腔11、主腔9以及前炉出口13的配置使得当前炉5是空的时，具有从位于前炉5的上部所在位置的外部和上方的位置，通过前炉连接部15到通道入口19的未受限制的视线。
该未受限制的视线通过图2和图3中以附图标记31标记的线指示。
该未受限制的视线使得能够尝试通过伸入前炉连接部15中并在前炉5上部所在位置的外部和上方的比较安全的位置操作的氧气喷枪或机械钻或其它合适的疏通装置来疏通堵塞的前炉连接部15，更具体地疏通堵塞的通道17。
具体地，当在容器3的熔炼腔4中具有熔融材料，诸如熔融铁和熔渣时，该未受限制的视线使得能够尝试疏通堵塞的前炉连接部15，更具体地疏通堵塞的通道17。
该未受限制的视线是形成如下的结果：
(a)通道17，具体是通道17的上壁33(见图8)，从而当从熔炼腔4观看并通过通道17到进入腔11向外看时，上壁33是向上倾斜的(相对于前炉5的其它部件倾斜足够的程度)；
(b)进入腔11的上壁35(见图8)，从而上壁35不在通道17的上壁33之下延伸，而是例如，是上壁33的直线延伸，因此当从熔炼腔4观看时，上壁35也是向上和向外倾斜的；以及
(c)在前炉5的端壁中并位于一高度处的前炉出口13，从而出口13与通道17对齐，由此视线延伸通过出口13，并且氧气喷枪或机械钻或其它合适的疏通装置能够定位以伸入通道17中并在前炉5的外部操作。
根据可选实施例，沿通道17的上壁33延伸的线穿过进入腔11和主腔9，并与位于与前炉连接部相对定位的前炉壁上的点相交。从位于前炉外部的点通向前炉连接部的通路邻近此交点设置。邻近通向前炉的通路所设置位置的该交点可额外地为熔融金属提供出口以使熔融金属从前炉中流出。
前炉5还包括位于前炉5下部中的端部排放口27。
端部排放口27在正常运行状态期间关闭，但是当必须端部排放容器3时，端部排放口27可被打开以使得熔融铁能够从前炉5中流出。
参照图2、3和7，端部排放口27设置在主腔9的侧壁中，与前炉连接部15的通道17对齐。
主腔9和进入腔11的底壁39背离通道17的出口23向端部排放口27向下倾斜，以在端部排放的情形下，有助于熔融铁背离通道出口23向端部排放口27流动。因此，在端部排放情形下，此配置将前炉连接部15区中的熔融铁量减到最少。
前炉5还包括溢流组件，用于在出口13不能处理熔融铁的流量的紧急情形下，允许熔融铁从前炉5中流出。
参照图4、6和7，该溢流组件包括排出管21，排出管21具有与前炉5的上部连通的入口25。
排出管21的管入口25处在前炉5的比前炉出口13更高的高度处。
对于打算在没有明显停机的情况下长炉期、通常至少12个月运行的直接熔炼容器3，上述的前炉5是特别有效的结构。
典型地，熔炼腔4和前炉5构造为独立的部件，并组装到一起形成容器3。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对根据附图中所示以及上文所述本发明的前炉和直接熔炼容器的实施例进行许多修改。

Claims (20)

1.一种用于容纳一定容积的熔融材料的前炉，所述前炉包括位于所述前炉的上部中的用于熔融材料从所述前炉中流出的出口、位于所述前炉下部中的用于熔融材料流入所述前炉中的前炉连接部，所述前炉连接部包括通道，所述通道具有用于熔融材料流入所述通道中的通道入口以及用于熔融材料从所述通道流入所述前炉中的通道出口，其中当所述前炉是空的时，具有从位于所述前炉的所述上部所在位置的外部和上方的位置通过所述前炉连接部的未受限制的视线。
2.根据权利要求1所述的前炉，其中所述前炉连接部的所述通道包括上壁，当从所述通道入口朝所述通道出口向外观看时，所述上壁是向上倾斜的。
3.根据权利要求2所述的前炉，其中所述前炉连接部的所述上壁与水平面成20-40°的角度。
4.根据权利要求2所述的前炉，其中所述前炉连接部的所述上壁与水平面成25-35°的角度。
5.根据前述权利要求的任一项所述的前炉，其中所述前炉连接部的所述通道沿其长度是恒定的横剖面。
6.根据前述权利要求的任一项所述的前炉，其中在侧视图中，所述前炉是L形的，具有水平臂部和从所述水平臂部的一端向上延伸的垂直臂部。
7.根据权利要求6所述的前炉，其中所述前炉连接部设置在“L”的所述水平臂部中。
8.根据权利要求6或7所述的前炉，其中所述前炉包括用于“L”的直立臂部中的熔融材料的主腔以及用于“L”的所述水平臂部中的熔融材料的进入腔，所述进入腔使所述前炉连接部与所述主腔互相连接。
9.根据权利要求8所述的前炉，其中所述进入腔包括上壁，当从所述前炉连接部向外观看时，所述上壁是向上倾斜的。
10.根据权利要求9所述的前炉，其中所述进入腔的所述上壁是所述前炉连接部的所述通道的所述倾斜上壁的直线延伸。
11.根据权利要求8到10的任一项所述的前炉，其中所述进入腔包括侧壁，所述侧壁从与所述主腔连通的相对宽的开口到与所述前炉连接部的所述通道连通的相对窄的开口逐渐变细。
12.根据权利要求8到11的任一项所述的前炉，其中所述主腔、所述进入腔和所述前炉连接部衬有耐火材料。
13.根据前述权利要求的任一项所述的前炉，其中所述前炉出口是从所述前炉向外和向上延伸的出料口的形式。
14.根据权利要求13所述的前炉，其中所述出料口设置为使得所述出料口与所述前炉连接部的所述通道对齐，从而所述视线延伸通过所述出料口并通过所述前炉连接部到达所述通道入口。
15.根据权利要求13所述的前炉，其中所述视线邻近所述出料口的上表面并在所述出料口的上表面之上延伸。
16.根据权利要求13所述的前炉，其中所述出料口位于所述前炉的上部中，并在所述前炉的顶表面之下隔开。
17.根据前述权利要求的任一项所述的前炉，其中所述前炉包括溢流排放组件，用于在流入所述前炉中的熔融材料的流量比所述前炉出口能处理的熔融材料的流量更高的紧急情形下，熔融材料从所述前炉中受控地流出。
18.根据前述权利要求的任一项所述的前炉，其中所述前炉进一步包括位于所述前炉下部中的端部排放口，用于熔融材料从所述前炉中流出，所述端部排放口在必须端部排放所述容器的情形下可选择性地打开，并且所述前炉包括底壁，所述底壁背离所述前炉连接部向所述端部排放口向下倾斜，以在端部排放的情形下，有助于熔融材料背离所述前炉连接部向所述端部排放口流动。
19.一种用于容纳一定容积的熔融材料的前炉，所述前炉包括位于所述前炉的上部中的用于熔融材料从所述前炉中流出的出口、位于所述前炉下部中的用于熔融材料流入所述前炉中的前炉连接部、位于所述前炉下部中的用于熔融金属从所述前炉中流出的端部排放口，所述端部排放口在必须端部排放所述容器的情形下可选择性地打开，并且所述前炉包括底壁，所述底壁背离所述前炉连接部向所述端部排放口向下倾斜，以在端部排放的情形下，有助于熔融材料背离所述前炉连接部向所述端部排放口流动。
20.一种直接熔炼容器，用于利用含金属给料经由在所述容器中执行的基于熔池的直接熔炼过程来生产熔融材料，所述容器包括：(a)固定的立式熔炼容器，所述熔炼容器包括熔炼腔；以及(b)在前述权利要求的任一项中限定的前炉，用于使熔融材料能够从所述熔炼腔中流出，所述前炉从所述熔炼容器向外延伸。
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