CN101479393B - 用于将粉末加入到火法冶金设备的金属熔液中的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将粉末加入到火法冶金设备的金属熔液中的方法，其中，将包含粉末颗粒的载气导送穿过无电极的等离子燃烧器的加热区，在所述加热区中在所述载气随后被吹入到设备的容纳所述金属熔液的区域中之前通过感应加热将其转化为等离子体。

Description

用于将粉末加入到火法冶金设备的金属熔液中的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于将粉末吹入到火法冶金设备的金属熔液中的一种方法和一种装置。
背景技术
对于粉末尤其是在冶金工业中比如在钢制造业中产生的具有金属的及其它比如氧化的组成部分的粉末。这些粉末部分地存放在垃圾堆放场中，但也经常用在金属制造中。为此在不同的方法中已知，以压成块的形式使用所述粉末。在蒂森克虏伯(Thyssen Krupp)的方法(Oxycup-方法)中，将粉末加工成类似于水泥的石头，所述石头被装入竖炉中。此外，比如在电弧炉中熔化废钢时也吹入粉末。但是这通常导致过程的恶化，尤其导致电弧不稳定。通常所述粉末对炉渣产生冷却作用，由此减少或者完全抑制炉渣的必要的起泡。因此经常可以仅仅以有限的量输入粉末。
发明内容
由此，本发明的任务是，提出用于将粉末加入到火法冶金设备的金属熔液中的一种方法和一种装置，所述方法和所述装置在所描述的问题方面提供了补救办法。
该任务通过一种按权利要求1所述的方法以及一种按权利要求7所述的装置得到解决。
在按本发明的方法中，在包含粉末颗粒的载气随后被吹入到设备的包含金属熔液的区域中之前将该载气导送穿过在无电极的感应耦合的等离子燃烧器的加热区中产生的等离子体。在等离子体中，所述载气本身转化为等离子状态。通过与将粉末颗粒包围的等离子体之间的相互作用，将与所述载气一起加入的粉末颗粒加热到大于或者等于所述金属熔液或炉渣的温度的温度。由于没有用于产生等离子体的电极而实现了较长的使用时间，因为既没有产生电极烧毁，又没有因流经等离子燃烧器的粉末颗粒而对电极产生机械损坏。此外，有利的是，可以吹入反应性的气体如氧气，而不存在对电极产生化学损坏的危险。同样有利的是，通过等离子体的仅仅感应的加热使设备的熔化冶金的区域和等离子火焰在电方面彼此脱耦，从而可以显著改进对各个方法步骤的控制。因为过程气体和包含在过程气体中的粉末颗粒在实际上加热到过程温度，所以避免了炉渣冷却。此外，与电弧方法相反，防止出现电弧不稳定性。
在一种优选的方法变型方案中如此调节所述等离子体，使得所述粉末颗粒逐渐转变为液态的或气态的状态。由此保证与金属熔液的非常均匀的混合。通过氧化的粉末颗粒的液化或者气化可以将所述粉末颗粒通过还原剂如煤粉的添加还原成金属，其中在出现占优势的高温时可以指望良好的反应动力学。因此比如为获得铬的更高的产量出于环保原因可以减少含铬的粉末或者说六价铬(Cr-VI)及Cr2O3。粉末的减少在特种钢制造中也十分有利。另一种应用例子是铝-锌-碎屑的减少，所述铝-锌-碎屑是在相应的制造过程中产生的铝氧化物和锌氧化物。
优选所述含粉末的载气被轴向导送穿过将等离子燃烧器的加热区包围的负载线圈。在一种特别优选的方法变型方案中，通过同轴的注射管向所述加热区输送加载了粉末颗粒的载气并且通过将所述注射管同轴包围的导气管向所述加热区输送为产生等离子体所需要的无粉末的气体。由此可以单独地控制气体流和颗粒流并且通过这种方式产生稳定的等离子体。
在另一种优选的方法变型方案中，所述载气被导送穿过前置于所述加热区的、由具有较弱的功率的预热线圈构成的预热区。在所述预热区中，所述载气被预电离并且在该载气中被输送的粉末颗粒被预热，从而在所述负载线圈的加热区中避免等离子体的过度冷却或者熄灭。通过这种方式来保证，所述充满等离子体的负载线圈的阻抗波动可以保持微小的程度并且在该负载线圈上运行的高功率-高频发生器总是可以在有利的功率范围内运行。在没有预热区的情况下存在着这样的危险，即在所述加热区中存在电离化程度太低的等离子体或者既有的等离子体熄灭，从而在那里具有相应高的功率反映(Leistungsreflektion)的高的终接阻抗占上风，这会导致所述高频回路的不稳定的特性直至其损坏。所提到的高频发生器由此可以为在效率最大时的最佳的范围而设计。由此避免不利的对等离子体点火来说所必需的运行范围。
适合于实施所说明的尤其对钢制造及钢加工来说能够有利地运用的方法的装置包括无电极的等离子燃烧器，该等离子燃烧器具有基本上管状的、用于导送包含粉末颗粒的载气的外壳，所述外壳被构成加热区的感应的负载线圈同轴地包围。如上文早已提到的，不需要用于产生电弧的电极，从而所述装置相应地构造简单并且要求微小的保养开销。
优选存在单侧同轴地伸入所述外壳中的注射管。通过该注射管可以将包含粉末颗粒的载气输送给所述等离子燃烧器的加热区，其中所述输送管可以有利地大致一直延伸到所述加热区。所述注射管被导气管同轴地包围，其中在所述注射管和套管或者说外壳之间相应地存在空心圆筒形的环形通道。通过与注射管邻接的环形通道来导送下面称为等离子气体的气体，在此需要所述气体用于在所述负载线圈的加热区中产生等离子体。向在径向上处于外面的环形通道加载下面称为包层气体的气体，所述气体用于所述外壳的冷却并且同时有助于在所述负载线圈的加热区产生等离子体。
上文早已说明的预热区优选由将所述输送管同轴包围的预热线圈构成。
附图说明
下面参照随附的示意图对本发明进行详细解释。其中：
图1是仅仅具有一个加热区的装置的第一实施例，并且
图2是装置的相应于图1的示意图，该装置具有附加的加热区，也就是预热区。
具体实施方式
在插图中部分示出的装置包括无电极的等离子燃烧器5，所述等离子燃烧器5具有基本上构造为管段的、由陶瓷材料比如氮化硅制成的外壳1。该外壳1具有入口2和出口3。靠近所述出口3，所述外壳1同轴地被负载线圈4所包围，该负载线圈4为产生交变磁场与高功率-高频-发生器(未示出)相连接。所述负载线圈形成加热区6，在该加热区6中包含粉末颗粒的载气以及通过处于注射管7和导气管8之间的环形通道流入的等离子气体以及此外在导气管8和外壳1之间流动的包层气体转化为等离子状态。在这过程中达到至少与传统的等离子燃烧器的电弧的温度相当的温度。通过高功率-高频发生器以典型地处于10kW到50MW的范围内的持续功率及典型地处于100kHz到5MHz范围内的振动频率来进行电功率输入。通过所述负载线圈4的交变磁场在所述加热区6中诱导出具有如此高的场强的电场，从而出现气体击穿以及接下来所述载气、等离子气体及包层气体的电离。一旦向所述加热区6充填具有足够高的传导能力的等离子体，那么等离子体中的高频的交变电场就诱导出高频的电流，而高频的电流则导致所述等离子体剧烈加热。在这过程中可以在功率达到几百kW时为等离子体加热获得超过50％的电效率。所述加热区6中的等离子体按所输入的电功率可以达到能够使高熔性的材料如金属氧化物和氮化物熔化的温度。
在入口侧，一直延伸到所述加热区6的并且汇入到该加热区6中的注射管7在中心伸入所述外壳1中。该注射管7具有比所述外壳1小得多的直径或者说流动横截面。通过该注射管7将包含粉末颗粒的载气输送给所述加热区6的中心区域。该注射管7同轴地且具有径向间距地被导气管8所包围，其中在所述注射管7和导气管8之间留下环形通道9。通过该环形通道9来导送用于产生等离子体的无粉末的气体(等离子体气体)。如此设计所述导气管8的直径的尺寸，从而也在其和所述外壳1之间留下环形通道10。该环形通道10用于输入冷却气体比如空气，用于防止所述陶瓷的外壳1受到太强烈的热影响。
在图2中示意示出的装置与按图1的装置的区别主要在于，在所述加热区6的前面前置了预热区12。该预热区12由预热线圈13构成，该预热线圈13在布置在所述导气管8内部的区域中将所述注射管7同轴地包围。所述预热线圈具有比所述负载线圈4小得多的功率。该预热线圈相应地产生具有较小的离子密度的等离子体，但是该等离子体在其被输送给所述加热区6的中心区域时如上文早已解释的一样防止所述负载线圈4出现较大的阻抗波动。

Claims (11)

1.用于将粉末加入到火法冶金设备的金属熔液中的方法，其中，将包含粉末颗粒的载气导送穿过无电极的等离子燃烧器(5)的加热区(6)，在所述加热区(6)中在将所述载气随后吹入到设备的容纳所述金属熔液的区域中之前通过感应加热将其转化为等离子体。
2.按权利要求1所述的方法，其中，对所述等离子体进行加热，使得所述粉末颗粒的材料逐渐变为熔化的或者蒸汽状的状态。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中，所述包含粉末颗粒的载气被轴向导送穿过构成加热区(6)的负载线圈(4)。
4.按权利要求3所述的方法，其中，通过中心的注射管(7)将加载了粉末颗粒的载气输送给所述加热区并且通过将所述注射管(7)同轴地包围的导气管(8)将不含粉末颗粒的气体输送给所述加热区。
5.按权利要求1所述的方法，其中，所述载气被导送穿过前置于所述加热区(6)的、由具有较弱的功率的预热线圈(13)构成的预热区(12)。
6.按权利要求1所述的方法，应用于钢制造及钢加工。
7.用于吹入有待加入到火法冶金设备的金属熔液中的粉末的装置，包括无电极的等离子燃烧器(5)，该等离子燃烧器(5)具有管状的用于导送包含粉末颗粒的载气的外壳(1)，该外壳(1)被构成加热区(6)的感应的负载线圈(4)同轴地包围，其特征在于，设有前置于所述加热区(6)的感应的预热区(12)。
8.按权利要求7所述的装置，具有在入口侧在中心伸入所述外壳(1)中的注射管(7)。
9.按权利要求8所述的装置，其中，所述注射管(7)大致一直延伸到所述加热区(6)。
10.按权利要求8所述的装置，其中，所述注射管(7)被导气管(8)同轴地包围，其中，在所述注射管(7)和导气管(8)之间存在环形通道(9)，并在导气管(8)和外壳(1)之间存在另一环形通道(10)。
11.按权利要求7所述的装置，其中，所述预热区由将所述注射管(7)同轴地包围的预热线圈(13)构成。
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