CN102365373B - 直接熔炼方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于直接熔炼含金属材料的方法和装置。本发明针对在所述方法的进程期间将包括含金属材料和含碳材料的固体供给材料注射入直接熔炼容器中，使之位于所述容器中的熔池的金属层内相对较小的区域中，以产生进入位于所述容器中熔池上方的区域的来自金属层的熔融材料和气体的大致向上运动。具体来说，本发明通过一对相对的喷枪以足够的动量和/或速度注射固体供给材料，所述一对相对的喷枪在所述容器中被定向并且被布置成用以在熔池中形成所注射的材料形成的重叠的卷流。

Description

直接熔炼方法和装置
技术领域
本发明涉及用于直接熔炼含金属材料的方法和装置。本发明还涉及直接熔炼设备。
背景技术
在以申请人的名义的国际申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)中描述一种已知的用于含金属材料的直接熔炼方法，所述方法主要依赖熔池作为熔炼媒介，且这通常被称为HIsmelt工艺。
如在所述国际申请中、在直接熔炼以氧化铁形式的含金属材料并产生熔融铁的上下文中描述的HIsmelt工艺包括如下步骤：
(a)在容器中形成熔融铁和熔渣的熔池；
(b)将以下材料注射到熔池中：(i)含金属材料，典型地为氧化铁；和(ii)固体含碳材料，典型地为焦炭(coal)，所述固体含碳材料作为氧化铁的还原剂和能量来源；以及
(c)在熔融铁熔池中将含金属材料熔炼成铁。
这里术语“熔炼”被理解为表示其中发生还原金属氧化物的化学反应以产生熔融金属的热处理。
HIsmelt工艺还包括：在熔池的上方空间中利用典型地为空气的含氧气体进行后燃烧从熔池释放出的反应气体，例如CO和H2；以及将通过后燃烧产生的热量传递至熔池，以贡献于熔炼含金属材料所需的热能。
HIsmelt工艺还包括在熔池的标称静态表面上方形成过渡区域，在所述过渡区域中存在适量的上升的并且此后下降的熔融金属和/或熔渣的小滴或飞溅或者流体，所述小滴或飞溅或者流体提供用于将由熔池上方的后燃烧反应气体所产生的热能传递到熔池的有效媒介。
在HIsmelt工艺中，含金属材料和固体含碳材料通过许多固体注射喷枪(有时称为“鼓风口”)被注射进熔池，所述固体注射喷枪相对于竖直方向倾斜以向下且向内延伸穿过直接熔炼容器的侧壁并且伸入容器的较低区域，以便将至少部分固体材料送至位于容器的底部的熔融金属层中。为了促进在容器的上部的反应气体的后燃烧，可能富含氧气的一股热空气通过向下延伸的热空气注射喷枪被注射到容器的上部区域。在容器中由反应气体的后燃烧产生的废气通过废气导管从容器的上部区域被排出。容器包括位于侧壁中的耐火内衬水冷式面板以及容器的顶部，并且水通过水冷板在连续的回路中被连续地循环。
HIsmelt工艺使得通过含金属材料的直接熔炼能生产大量熔融铁。为了达到这样的生产水平，大量的含金属材料和含碳材料必须被供应至容器。
以上描述在澳大利亚或其它地区不能被视为是对公知常识的承认。
发明内容
本发明提供用于直接熔炼含金属材料的有效的方法和装置。具体来说，本发明针对在所述方法的进程期间将包括含金属材料和含碳材料的固体供给材料注射入直接熔炼容器中的位于所述容器中的熔池的金属层中相对较小的区域中，以产生出进入容器中熔池上方的区域的来自金属层的熔融材料和气体的大致向上运动。具体来说，本发明通过一对相对的喷枪以足够的动量和/或速度注射固体供给材料，所述相对的喷枪在容器中被定向并且被布置成在熔池中形成所注射的材料形成的重叠的卷流(plumes)。
本发明提供用于在直接熔炼容器中直接熔炼例如以氧化铁形式的含金属材料并且产生熔融金属的基于熔池的方法，所述方法包括通过向下且向内延伸的至少一对相对的注射喷枪将固体含金属材料和固体含碳材料注射入在所述直接熔炼容器中的熔池，并且在所述至少一对相对的喷枪中的所述喷枪的纵轴线在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交，由此来自所述喷枪的所注射的材料形成的卷流在所述熔池中的金属层的中央区域中重叠，并且在所述金属层中所述含金属材料至少大体上熔融，并且存在从所述金属层的所述中央区域的熔融金属和气体的向上运动。
在本文中术语“所注射的材料形成的卷流”被理解为描述(a)所注射入的含金属材料和固体含碳材料构成的流以及(b)通过喷枪进入直接熔炼容器的这种注射的所产生的产物构成的流。产物包括，例如，从含碳材料中释放的挥发物以及反应产物例如CO、CO2和H2O。
优选地，所述喷枪的纵轴线在容器的底面的上方相交。
从所述容器的底面起测量，所述喷枪的纵轴线可以在所述熔池中的所述金属层的上部的四分之三范围内相交。换句话说，喷枪的纵轴线不在容器的底面的上方的金属层的首个四分之一范围内相交。因此，来自喷枪的所注射的材料在金属层的上面的四分之三范围内反应。实际上，金属层的首个四分之一作为底面和重叠卷流之间的缓冲。
从所述容器的底面起测量，所述喷枪的纵轴线可以在所述熔池中的所述金属层的上面的二分之一范围内相交。
喷枪可以延伸穿过容器的侧壁。
所述方法可以包括对所注射的材料的动量和/或速度进行选择以穿入熔池到达金属层的中央区域。
所述含金属材料和所述含碳材料可以通过气动方式被注射入所述熔炼容器中，由此所述材料被夹带在载气中。
所述方法可以在通过所述喷枪注射的所述含金属材料进入所述熔池的熔渣区域之前，以重量计，使所述含金属材料的至少75％熔融。
所述方法可以在通过所述喷枪注射的所述含金属材料进入所述熔池的熔渣区域之前，以重量计，使所述含金属材料的至少90％熔融。
以重量计，可以通过所述喷枪将在所述方法期间被供应至所述直接熔炼容器的所述含金属材料和所述含碳材料的至少75％注射入所述容器。
所述方法可以在高于大气压的压力下操作。
所述方法可以在0.5巴表压(bar g)至1.2巴表压之间的压力范围内操作，并且优选在0.6巴表压至1.0巴表压之间的压力范围内操作。
所述方法可以包括通过喷枪注射热的含金属材料。
当含金属材料是铁矿石时，所述方法可以包括通过喷枪注射温度为至少500℃的铁矿石。
所述方法可以包括从所述喷枪向所述直接熔炼容器的竖直中心线注射所述含金属材料和所述含碳材料。
来自金属层的熔融金属和气体的向上运动可以延伸至容器的上部区域，所述上部区域是容器的气体空间。
进入所述容器的上部区域的来自所述金属层的熔融金属和气体的所述向上运动可以足以润湿形成所述直接熔炼容器的侧壁并且可选地形成所述直接熔炼容器的顶部的水冷式面板，润湿程度使得：通过所述面板的热量损失小于面板的3000kW/m2，并且优选小于面板的2000kW/m2。
此外，进入所述容器的上部区域的来自所述金属层的熔融金属和气体的所述向上运动可以足以在所述熔池中引起相当大的搅动并促使热量从所述上部区域传递至所述熔池。
所述方法还包括：在所述方法期间通过至少一个附加的喷枪将所述含碳材料注射至所述直接熔炼容器中。在所述方法的正常操作条件期间可能不需要通过此喷枪注射含碳材料，而可能例如仅仅在开始期间或在进程中存在扰动的情况下需要通过此喷枪注射含碳材料。
容器可以是封闭式的容器，带有顶部、炉底区域以及熔池和顶部之间的气态区域，所述炉底区域在容器的基部，用于容纳熔池。
含金属材料可以是铁矿石，例如铁矿石粉。
含碳材料可以是焦炭。
所述方法可以包括将至少100吨/小时的铁矿石和至少60吨/小时的焦炭注射至所述直接熔炼容器中并且产生至少60吨/小时熔融铁。
本发明还提供用于在直接熔炼容器中直接熔炼例如以氧化铁形式的含金属材料并且产生熔融金属的基于熔池的方法，所述方法包括通过向下且向内延伸的至少一对相对的注射喷枪将固体含金属材料和固体含碳材料以气动方式注射入在所述直接熔炼容器中的熔池中，由此从所述喷枪以气动方式所注射的材料形成的卷流在所述熔池中在处于静态条件下的熔融金属和熔融熔渣的标称交界面的下方聚结(coalesce)，由此产生出从所述熔池的金属层的熔融材料和气体的相当大的向上运动。
所述喷枪在所述容器中被定向成使得所述注射喷枪的纵轴线在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交。
优选地，喷枪的纵轴线在容器的底面的上方相交。
从所述容器的底面起测量，所述喷枪的纵轴线可以在所述熔池中的所述金属层的上面的四分之三范围内相交。因此，来自喷枪的被注射的材料在该金属层的上面的四分之三范围内聚结。实际上，金属层的此首个四分之一作为底面和重叠卷流之间的缓冲。
从所述容器的底面起测量，所述喷枪的纵轴线可以在所述熔池中的所述金属层的上面的二分之一范围内相交。
所述方法可以包括对所注射的材料的动量和/或速度进行选择，以使所注射的材料穿入所述熔池并在所述熔池中在处于静态条件下的熔融金属和熔融熔渣的所述标称交界面的下方聚结，并由此产生出来自所述熔池的所述金属层的熔融材料和气体的所述相当大的向上运动。
所注射的材料的足够的动量可以是形成所述卷流的气体和/或含金属材料和/或含碳材料的平均动量。
含金属材料的平均动量可以基于含金属材料的平均粒径。
含碳材料的平均动量可以基于含碳材料的平均粒径。
足够的动量和/或足够的速度可以是在卷流中的含金属材料的颗粒的动量或速度。
足够的动量和/或足够的速度可以是在卷流中的含金属材料的颗粒的平均动量或平均速度。
足够的动量和/或足够的速度可以是在卷流中的含碳材料的颗粒的动量或速度。
足够的动量和/或足够的速度可以是在卷流中的含碳材料的颗粒的平均动量或平均速度。
所述方法可以在高于大气压的压力下操作。
所述方法可以在0.5巴表压至1.2巴表压的压力范围内操作，并且优选在0.6至1.0巴表压之间。
来自金属层的熔融材料和气体的向上运动可以延伸至容器的上部区域，该上部区域是容器的气体空间。
进入所述容器的上部区域的来自所述金属层的熔融金属和气体的所述向上运动可以足以润湿形成所述直接熔炼容器的侧壁并且可选地形成所述直接熔炼容器的顶部的水冷式面板，润湿程度使得：通过所述面板的热量损失小于面板的3000kW/m2，并且优选小于面板的2000kW/m2。
此外，进入所述容器的上部区域的来自所述金属层的熔融金属和气体的所述向上运动可以足以在所述熔池中引起相当大的搅动并促使热量从所述上部区域传递至所述熔池。
本发明还提供一种直接熔炼装置，所述直接熔炼装置用于直接熔炼例如以氧化铁形式的含金属材料并且产生熔融金属，所述直接熔炼装置包括：
(a)用于容纳熔池的直接熔炼容器，所述容器包括(i)至少一对相对的喷枪，所述至少一对相对的喷枪用于在直接熔炼方法期间将固体含金属材料和固体含碳材料注射入所述熔池中，并且在所述至少一对相对的喷枪中的所述喷枪的纵轴线在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交，和(ii)至少一个附加的喷枪，所述至少一个附加的喷枪用于在所述方法的开始期间将固体含碳材料注射入所述容器中；以及
(b)材料供应装置，所述材料供应装置用于将固体含金属材料和固体含碳材料供应至所述至少一对喷枪。
优选地，所述相对的喷枪在所述容器的底面的上方相交。
从所述容器的底面起测量，所述相对的喷枪的纵轴线可以在所述熔池中的所述金属层的上面的四分之三范围内相交。换句话说，喷枪的纵轴线不在容器的底面的上方的金属层的首个四分之一范围内相交。因此，来自喷枪的被注射的材料在金属层的上面的四分之三范围内反应。实际上，金属层的首个四分之一作为底面和重叠卷流之间的缓冲。
从所述容器的底面起测量，所述相对的喷枪的纵轴线可以在所述熔池中的所述金属层的上面的二分之一范围内相交。
相对的喷枪延伸穿过容器的侧壁。
用于所述对喷枪的所述材料供应装置包括：
(i)第一固体供应管线，所述第一固体供应管线用于将加热的固体含金属材料从分配/计量单元输送至所述至少一对喷枪中的至少一个喷枪的入口端；以及
(ii)用于供应固体含碳材料的组件，其用于将固体含碳材料从分配/计量单元直接供应至所述喷枪，或供应到位于所述矿石分配/计量单元的下游的所述第一固体供应管线，使得能够从所述喷枪将加热的含金属材料和含碳材料共同注射入所述容器中。
所述容器在所述容器的炉底区域内具有5m的最小直径。
所述容器在所述容器的炉底区域内具有6m的最小直径。
在所述至少一对喷枪中的每个喷枪可以与竖直方向成小于50°的角度。
用于在所述方法开始期间注射含碳材料的所述附加的喷枪可以与竖直方向成至少50°的角度。
存在许多与用于供应固体含碳材料的组件的位置相关的因素。相关因素包括可能堵塞所述管线的焦油的形成和早于材料进入容器发生在加热的含金属材料和含碳材料之间的过早反应。
在2009年9月16日以申请人的名义提交的国际申请PCT/AU2009/001221中，存在材料供应装置的更详细的描述，并且所述国际申请的说明书的发明内容通过交叉引用并入本文。
本发明还提供直接熔炼设备，所述直接熔炼设备包括：
(a)上文所述的直接熔炼容器；
(b)预处理单元，例如预加热器，所述预处理单元用于加热固体含金属材料；
(c)用于加热的含金属材料的分配/计量单元；
(d)用于固体含碳材料的分配/计量单元；以及
(e)上文所述的材料供应装置。
附图说明
仅通过举例的方式参考附图进一步描述本发明，在附图中：
图1是通过根据本发明的直接熔炼容器的一个实施例的竖直截面视图；
图2是沿图1中的线2-2的截面视图，该图示出根据本发明的直接熔炼方法的一个实施例的所注射材料形成的重叠的卷流，以及
图3是示出根据本发明的直接熔炼设备的一个实施例的示意视图。
具体实施方式
图1示出构成特别适合用于进行如在国际申请PCT/AU96/00197中所描述的HIsmelt工艺的设备的一部分的直接熔炼容器11。主题方法能够被视为如国际申请中所描述的HIsmelt工艺的一种形式。
下文的描述是在根据HIsmelt工艺熔炼以铁矿石粉形式的含金属材料以产生熔融铁的上下文中进行的。然而，应当理解的是本发明不局限于铁矿石，而是适用于熔炼以任何形式的材料的任何含金属材料。矿石是一种形式的含金属材料的例子。本发明还扩展至其它形式，包括例如部分还原的矿石和含金属的废物流。
容器11具有：用于容纳铁和熔渣的熔池的炉底，该炉底包括基底12和由耐火砖形成的侧部13；侧壁14；所述侧壁形成从炉底的侧部13向上延伸的大体柱状的筒；以及顶部17。侧壁14和顶部17包含用于从侧壁14和顶部17传递热量的水冷式面板(未示出)。面板的水冷却是用于控制侧壁14和顶部17的温度并且用于保证温度不升高至影响侧壁14和顶部15的完整性的水平的主要的机构。容器11还设有前炉床19以及出铁口21，在熔炼期间熔融铁通过所述前炉床19被连续地排出，在熔炼期间熔融的熔渣通过所述出铁口21被定期地排出。顶部17设有出口18，废气通过所述出口被排出。
在根据本发明的方法使用容器11来熔炼铁矿石粉以产生熔融铁的过程中，容器11容纳铁和熔渣的熔池，所述铁和熔渣的熔池包括主要是熔融铁的铁层22以及位于铁层22上的主要是熔融的熔渣的熔渣层23。由箭头24表示铁层22的标称静态表面的位置。由箭头25表示熔渣层23的标称静态表面的位置。术语“静态表面”被理解为表示当没有气体和固体注射入容器11中时的表面。在正常操作条件下，所述方法在0.5巴表压(bar g)至1.2巴表压之间的气压范围内操作，并且优选在0.6巴表压至1.0巴表压之间的气压范围内操作。
容器11设有固体注射喷枪27，所述固体注射喷枪27向下且向内延伸穿过位于容器的侧壁14中的开口(未示出)并且进入熔渣层23。
在所述容器内所述喷枪27被定向成使得在所述方法的操作期间喷枪27的出口端28位于铁层22的表面的上方。喷枪27的这个位置减少由于与熔融金属接触而毁坏的风险，并且还可以通过强制的内部水冷却来冷却喷枪而不存在水接触在容器11中的熔融金属的重大风险。
在使用中，在正常操作条件下，以铁矿石粉形式的固体供给材料、固体含碳材料(例如焦炭或焦炭渣)以及熔剂通过注射喷枪27的出口端28以足以穿入铁层22的动量和/或速度被共同注射入熔池。铁矿石粉、固体含碳材料和熔剂被夹带在例如氮的贫氧载气中。焦炭被除去易挥发性物质并且因此产生气体。碳部分地溶解到金属中，并且部分地保持为固体碳。铁矿石被熔炼为金属并且熔炼反应产生一氧化碳气体。传送至铁层22的气体以及通过挥发和熔炼产生的气体使来自熔池中的熔融材料(包括金属和熔渣)和固体碳以及气体产生显著的浮力上升。浮力上升产生熔融材料和气体的飞溅、小滴和流体的向上运动进入容器的上部区域83，即上部气体空间。在图1中向上运动被示出为由附图标记69表示的区域。浮力上升同样引起熔池中相当大的搅动，并且因此使熔池膨胀。搅动的程度使得熔融材料在熔池中强烈地混合达到存在合理的均匀温度的程度，典型地整个熔池温度为1450℃-1550℃带有大约30℃的温度变化。
参考图2，喷枪27包括一对在直径上相对的喷枪27a，所述一对在直径上相对的喷枪27a典型地以相对于竖直方向45°的角度向下且向内延伸穿过容器11的侧壁14。注射喷枪27a在容器11内被定向成使得：从容器11的基底12的底面83起测量，喷枪27a的纵轴线81在铁层22的中央区域中在铁层22的顶部的四分之三内相交，优选在铁层22的顶部的一半内相交。在使用中，在正常操作条件下，铁矿石粉和固体含碳材料的羽流71通过喷枪27a以足够的动量和/或足够的速度被注射，使得卷流的端部在铁层22的中央区域重叠(即，可以说卷流在中央区域相交或者可以说卷流在中央区域聚结)。
申请人相信，与等量的卷流被注射入熔池但是不重叠的情况相比较，铁矿石粉和含碳材料的两个重叠的卷流在熔池的局部区域产生更强烈的湍流。
来自喷枪27a的每个卷流71包含(a)被注射入的含金属材料和固体含碳材料构成的流以及(b)通过喷枪27a进入直接熔炼容器的这种注射的所产生的产物构成的流。产物包括，例如，从含碳材料中释放的挥发物以及反应产物例如CO、CO2和H2O。如上文所述，被注射入的材料和从注射产生的产物引起熔融材料、固体碳以及气体从金属层22的中央区域向容器11的上部区域83的强烈的向上运动。凭借注射和穿入进入熔融铁层22的浓度的来自铁层22的熔融材料、固体碳以及气体的向上运动足以润湿形成容器11的侧壁14和顶部15的水冷式面板，润湿程度使热量损失最小：即通过面板的热量损失小于面板的3000kW/m2，更优选小于面板的2000kW/m2，并且所述向上运动引起相当大的搅动。此外，来自铁层22的熔融材料和固体碳和气体的该向上运动引起熔池中的相当大的搅动并且促使热量从容器11的上部区域传递至熔池。
典型地，对于带有具有至少5m直径的炉底并且产生至少60吨/小时的熔融铁的容器，重叠的卷流71低于在铁层22和熔渣层23之间的静态界面24至少400mm。典型地，在该容器尺寸和生产速率的条件下，重叠的卷流71在容器的竖直中心线的200mm内。
进一步参考图2，喷枪27还包括一对在直径上相对的喷枪27b，该一对在直径上相对的喷枪典型地以相对于竖直方向50°的角度向下且向内延伸穿过容器11的侧壁14。这些喷枪27b被设置成：在工艺的开始期间，该喷枪27b将固体含碳材料注射入容器，固体含碳材料在工艺期间扰动使得含碳材料的这种注射恰当。在所述方法的正常操作条件期间，仅通过喷枪27a注射铁矿石粉和固体含碳材料。
容器11还具有气体注射喷枪26，用于将热空气的气浪送至容器11的上部区域。喷枪26向下延伸穿过容器11的顶部17并进入容器11的上部区域。在使用中，注射喷枪26通过热空气输送管道(未示出)接收富含氧气的热空气流，所述热空气输送管道延伸自热空气供应站(同样未示出)。
图3示意性地示出根据本发明的直接熔炼设备的一个实施例。
所述设备包括直接熔炼容器11。
所述设备还包括预处理单元34，所述预处理单元34以预加热器形式，所述预处理单元34用于加热铁矿石粉。
所述设备还包括矿石分配/计量单元32，所述矿石分配/计量单元32用于分配来自于预加热器34的加热的矿石粉。
矿石分配/计量单元32被构造为分配带有载气的被加热的铁矿石粉，所述载气典型地是氮气。矿石分配/计量单元32能够以多个储器形式，允许被加热的铁矿石粉从标准大气压条件被转移至加压载气的环境。然而，为了本发明的目的，矿石分配/计量单元32能够被视为单独的单元。
在使用中，铁矿石粉从原料堆(未示出)被输送至预加热器34并且预加热器加热所述铁矿石粉。预加热器34被布置成加热铁矿石粉使得铁矿石粉在注射入容器11的点具有大约600℃至700℃的温度。废气能够被从出口18供应至预加热器34，使得热量能够从废气传递至铁矿石粉。预加热器34被布置成将被加热的铁矿石粉供应至矿石分配/计量单元32。
所述设备还包括材料供应装置30，所述材料供应装置30用于将被加热的铁矿石粉和固体含碳材料(例如以焦炭的形式)供应至喷枪27a。
材料供应装置30包括第一供应管线36，所述第一供应管线36用于从矿石分配/计量单元32接收被加热的铁矿石粉并且用于将被加热的铁矿石粉输送至喷枪27a中的一个。因此，在使用中，铁矿石粉从矿石分配/计量单元32被排出进入供应管线36，被输送至注射喷枪27a并通过喷枪27a被注射入容器11。
材料供应装置30还包括用于将含碳材料供应至第一供应管线36的组件，所述第一供应管线36位于矿石分配/计量单元32的下游并且尽可能接近注射喷枪27a以便于将含碳材料和被加热的铁矿石粉共同注射入容器11。所述组件呈含碳材料分配组件38的形式，所述组件从原料堆(未示出)和第二供应管线40接收含碳材料。
含碳材料分配组件38能够以多个储器的形式，允许含碳材料从标准大气压条件被转移至加压载气的环境。然而，为了本发明的目的，含碳材料分配组件38能够被视为单独的单元。
第一供应管线36位于和容器11的基底12相似的高度。
供应管线36包括向上延伸段42，所述向上延伸段42将热铁矿石粉从与基底12高度相似的位置传送到至少喷枪27a的入口的高度。
供应管线36还包括向下延伸段46，所述向下延伸段46将供应管线与喷枪27a的入口端连接。如在图3中所示，段46被形成为当处于操作位置时与喷枪27a同轴。
供应管线36还包括向上延伸段48，所述向上延伸段48与段46同轴，并且形成用于使焦炭进入管线36的入口段。
第二供应管线40连接供应管线36的段48并且因此靠近喷枪27a的入口与所述管线连接。
在使用中，处于环境温度的含碳材料从含碳材料分配组件38被排出至第二供应管线40，然后进入第一供应管线36的段48和46，并与被输送至管线36的被加热的铁粉混合。相结合的被加热的铁矿石粉和含碳材料随后通过供应管线36的段46被输送至喷枪27的入口端，并且通过喷枪27a被共同注射入容器11中。
因此，能够看到，在使用中，铁矿石粉在预加热器34中被加热至高温。随后铁矿石粉沿着供应管线36被输送至喷枪27a。含碳材料与被加热的铁矿石粉一起尽可能接近注射喷枪27a的入口被注射入供应管线36，以最小化形成焦油以及被加热的铁矿石粉之间的不期望的反应的风险。被加热的铁矿石粉和含碳材料被输送至喷枪27a的入口端然后进入容器11。
在如在图3中所示的位置的上游的的任意位置，含碳材料可以与被加热的铁矿石粉一起被注射入供应管线36，只要该位置充分接近喷枪27a，使得存在形成焦油以及被加热铁矿石粉之间的不期望的反应的最小风险。典型地，所述位置能够被期望是从喷枪27a的入口端部开始的、供应管线36的长度的50％范围内，其中所述管线的长度在所述位置和喷枪27a的入口端之间被测量。典型地，所述位置能够被期望是至注射喷枪27a的入口端小于0.5秒的传输时间。
在不偏离本发明的精神和范围的前提下，能够对上文描述的实施例进行许多修改。
通过举例的方式，虽然参考附图上文所述的直接熔炼容器的实施例包括一对喷枪27a，但是本发明不局限于此并且扩展至包括两对或更多对喷枪27a的布置。
通过进一步举例的方式，虽然上文所述的实施例在0.5巴表压至1.2巴表压之间的压力范围内操作，但是本发明不局限于此压力范围而且此外不局限于在压力下操作而可以在大气压下操作。
通过进一步举例的方式，虽然上文所述的实施例的侧壁14和顶部17包含水冷式面板，但是本发明不局限于使用这些面板。例如，容器壁和顶部可以完全由耐火材料构成。
在所附的权利要求以及在本发明之前的描述中，除了内容需要的地方，否则由于语言表达或必然含义，词语“包括”或变型例如“包含”或“含有”以包容性的意思被使用，即表明所述特征的存在，但不排除在本发明的不同的实施例中其他特征的存在或附加。

Claims (28)

1.一种用于在直接熔炼容器中直接熔炼含金属材料并且产生熔融金属的基于熔池的方法，所述方法包括通过向下且向内延伸的至少一对相对的注射喷枪将固体含金属材料和固体含碳材料注射入在所述直接熔炼容器中的熔池，并且在所述至少一对相对的喷枪中的所述喷枪的纵轴线在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交，并且对所注射的材料的动量和/或速度进行选择，以使所注射的材料穿入所述熔池并在所述熔池中在处于静态条件下的熔融金属和熔融熔渣的标称交界面的下方聚结，由此来自所述喷枪的所注射的材料形成的卷流在所述熔池中的金属层的中央区域中重叠，并且在所述金属层中所述含金属材料至少大体上熔融，并且存在从所述金属层的所述中央区域的熔融金属和气体的向上运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含金属材料为氧化铁的形式。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷枪的纵轴线在所述容器的底面的上方相交。
4.根据权利要求3所述的方法，其中从所述容器的底面起测量，所述喷枪的纵轴线在所述熔池中的所述金属层的上部的四分之三范围内相交。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述含金属材料和所述含碳材料以气动方式被注射入所述熔炼容器中，由此所述材料被夹带在载气中。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，在经由所述喷枪注射的所述含金属材料通过进入所述熔池的熔渣区域之前，以重量计，使所述含金属材料的至少75％熔融。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，包括以重量计，通过所述喷枪供应在所述方法期间被供应至所述直接熔炼容器的所述含金属材料和所述含碳材料的至少75％。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，包括在0.5巴表压至1.2巴表压之间的压力范围内操作。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述压力范围在0.6巴表压至1.0巴表压之间。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，包括从所述喷枪向所述直接熔炼容器的竖直中心线注射所述含金属材料和所述含碳材料。
11.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中进入所述容器的上部区域的来自所述金属层的熔融金属和气体的所述向上运动足以润湿形成所述直接熔炼容器的侧壁并且形成所述直接熔炼容器的顶部的水冷式面板，润湿程度使得：通过所述面板的热量损失小于面板的3000kW/m2。
12.根据权利要求11所述的方法，其中通过所述面板的热量损失小于面板的2000kW/m2。
13.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中进入所述容器的上部区域的来自所述金属层的熔融金属和气体的所述向上运动足以在所述熔池中引起相当大的搅动并且促使热量从所述上部区域传递至所述熔池。
14.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，包括在所述方法期间通过至少一个附加的喷枪将所述含碳材料注射至所述直接熔炼容器中。
15.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，包括将至少100吨/小时的铁矿石和至少60吨/小时的焦炭注射至所述直接熔炼容器中并且产生出至少60吨/小时熔融铁。
16.一种用于在直接熔炼容器中直接熔炼含金属材料并且产生熔融金属的基于熔池的方法，所述方法包括通过向下且向内延伸的至少一对相对的注射喷枪将固体含金属材料和固体含碳材料以气动方式注射入在所述直接熔炼容器中的熔池中以及对所注射的材料的动量和/或速度进行选择，以使所注射的材料穿入所述熔池，由此从所述喷枪以气动方式注射的材料形成的卷流在所述熔池中在处于静态条件下的熔融金属和熔融熔渣的标称交界面的下方聚结，由此产生出来自所述熔池的金属层的熔融材料和气体的相当大的向上运动。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述含金属材料为氧化铁的形式。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述喷枪在所述容器中被定向成使得所述喷枪的纵轴线在所述容器的底面的位置、或在所述底面的上方、或在所述底面的下方相交。
19.根据权利要求16所述的方法，其中从所述容器的底面起测量，所述喷枪的纵轴线在所述熔池中的所述金属层的上部的四分之三范围内相交。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的方法，其中所注射的材料的动量是形成所述卷流的气体和/或含金属材料和/或含碳材料的平均动量。
21.一种直接熔炼装置，所述直接熔炼装置用于直接熔炼含金属材料并且产生出熔融金属，所述直接熔炼装置包括：
(a)用于容纳熔池的直接熔炼容器，所述容器包括(i)至少一对相对的喷枪，所述至少一对相对的喷枪用于在直接熔炼方法期间将固体含金属材料和固体含碳材料注射入所述熔池中，并且从所述容器的底面起测量，在所述至少一对相对的喷枪中的所述喷枪的纵轴线在所述熔池中的所述金属层的上部的四分之三范围内相交，和(ii)至少一个附加的喷枪，所述至少一个附加的喷枪用于在所述方法的开始期间将固体含碳材料注射入所述容器中；以及
(b)材料供应装置，所述材料供应装置用于将固体含金属材料和固体含碳材料供应至所述至少一对喷枪。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述含金属材料为氧化铁的形式。
23.根据权利要求21所述的装置，其中用于所述至少一对喷枪的所述材料供应装置包括：
(i)第一固体供应管线，所述第一固体供应管线用于将加热的固体含金属材料从分配/计量单元输送至所述至少一对喷枪中的至少一个喷枪的入口端；以及
(ii)用于供应固体含碳材料的组件，其用于将固体含碳材料从分配/计量单元直接供应至所述喷枪，或供应到位于所述矿石分配/计量单元的下游的所述第一固体供应管线，使得能够从所述喷枪将加热的含金属材料和含碳材料共同注射入所述容器中。
24.根据权利要求21所述的装置，其中所述容器在所述容器的炉底区域内具有5m的最小直径。
25.根据权利要求21所述的装置，其中在所述至少一对喷枪中的每个喷枪与竖直方向成小于50°的角度。
26.根据权利要求21所述的装置，其中用于在所述方法的开始期间注射含碳材料的所述附加的喷枪与竖直方向成至少50°的角度。
27.一种直接熔炼设备，所述直接熔炼设备包括：
(a)根据权利要求21至26中的任一项所述的直接熔炼容器；
(b)预处理单元，所述预处理单元用于加热固体含金属材料；
(c)用于加热的含金属材料的分配/计量单元；
(d)用于固体含碳材料的分配/计量单元；以及
(e)根据权利要求21至26中的任一项所述的材料供应装置。
28.根据权利要求27所述的直接熔炼设备，其中所述预处理单元是预加热器。
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