CN102428335B - 冶金的熔炼和处理总成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冶金的熔炼和处理总成、尤其一种用于容纳和处理非铁-金属熔融物的大致柱形的容器。

Description

冶金的熔炼和处理总成
技术领域
本发明涉及一种冶金的熔炼和处理总成(Aggregat)，尤其一种用于容纳和处理非铁-金属熔融物的大致柱形的容器。
背景技术
尤其下列属于这些冶金的总成/容器：
Peirce-Smith-转换器、Teniente转换器、Noranda-反应器，铜-精炼炉。
这种用于金属的熔融以及用于金属熔融物的容纳和处理的总成的基本的构造如下：
-该容器/炉具有大致柱体形状，其中，柱体的纵向轴线在容器的功能位置中大致水平地伸延。对于Peirce-Smith-转换器的情况，它在图1中示出。
-该容器具有外部的金属罩壳和内部的耐火的衬套。
-该容器生产有多个喷嘴，其从外面被引导通过炉的金属罩壳和内部的耐火的衬套直至到真正的炉腔中，以便由此可将如空气的处理气体喷入金属熔融物中。
-在此，喷嘴或喷嘴口(Duesenmuendung)在容器的纵向轴线的纵向上彼此相间隔地布置，或者换言之：在此，喷嘴沿着柱体侧面的母线(Mantellinie)布置，其中，母线平行于柱体轴线。喷嘴的轴线大多数处于垂直于柱体轴线的平面中。
-在所谓的总成中的一个中，可布置直至上百个这种工艺喷嘴。
例如通过在喷嘴的区域中熔融物的不利的流动型面(Stroemungsprofil)的构造，或者通过波动的气体压力，熔融物可渗入到喷嘴中。在喷嘴开口/喷嘴口的区域中化学反应可导致固体的沉积，例如磁石(Fe3O4)的沉积物。当自由的喷嘴横截面减小时，就此而言可导致工艺喷嘴的接连的“遮没(Zuwachsen)”。因此，在可支配的气体压力下，每单位时间的气体流量减小。生产率降低。
气体压力不总是可能通过使用压缩机而提高。
就此而论，已知借助于缓冲装置手动地或机械地来清洁喷嘴。在此再次提供了用于气体供给的初始的横截面。但是在此可导致耐火的衬套围绕于喷嘴口的损坏并且因此导致在该区域中的过早的磨损。
发明内容
本发明就此而言目的在于提供一种用于熔融金属、用于容纳和处理金属熔融物(尤其非铁-金属熔融物)的容器，在其中，带有喷嘴的喷嘴区域在更长的时间间隔上保持完全作用有效。在此，应尽可能还可改造现有的设备。
具体实施方式
为了实现该目的，本发明从以下认识出发：
图2显示了在喷嘴区域中通过Peirce-Smith-转换器(根据图1)的壁的一部分的横截面，其中，这里可辨识出喷嘴10，其从外延伸通过金属罩壳12和耐火的衬套14直至转换器的区域中，金属熔融物50位于该区域中。
图1和2显示了在被称为“工作位置”的位置中的转换器。喷嘴10因此在该位置中大致水平地并且在垂直于转换器的同样大致水平地取向的纵向轴线L-L的平面中延伸。嘴口区域10m略微高出耐火的衬套14(在这里示出的示例性的新安装(Neuzustellung)中)。
许多这种喷嘴10彼此以一定的间距沿着所想象的直线布置在转换器的纵侧处，如示意性地在图1中所示出的那样。
处理气体(这里：空气)通过喷嘴10(其具有例如5cm的内径)被引入到熔融物50中，在那里它以相对大的气泡52的形式离开喷嘴10并且向上升起。气泡从喷嘴中的分离在喷嘴的上部的嘴口区域中实现。在处理工艺的过程中形成熔融物50的流动的构造，如通过箭头在图2中所标明的那样。熔融物在喷嘴口附近的不利的流动过程和作用于喷嘴口的熔融物的压力促进了熔融物渗入到喷嘴中，以及促进了在喷嘴口的下部的区域中的固体的沉淀物10a的形成，如在图2中所示意性标明的那样。由于相对大的气泡，在气相与液相之间的边界层是相对小的。附加地，大的气泡在熔融物中的停留时间较少。两个因素导致了所引入的空气的小的利用率。因此在实践中可将巨大的空气量通过喷嘴引入到熔融物中，不过这意味着长的工艺时间和因此还有更高的成本。在使用带有提高的氧气成分的空气时，虽然造成工艺时间的缩短，但是在喷嘴口的区域中造成极端的温度峰值，由此强烈地增大了耐火的衬套14的磨损。同时，由此增加了渗透到耐火的衬套14中的危险和/或在喷嘴10的喷嘴口区域10m中的沉积物10a。
这些缺点可通过如在图3中所示出的构造来避免。当喷嘴10的形状、布置和数量可保持大致不变时，用于金属熔融物的总成根据本发明被装备有附加的洗气装置20，其在总成的工作/功能位置中布置在喷嘴10下方。洗气装置20用于将气体这样引入到金属熔融物50中，即它邻近耐火的衬套上升，即使得它在进一步的过程中在周围冲刷一个或多个喷嘴口10m。“在周围冲刷”在此意味着，从洗气装置20中出来的气体(例如惰性气体，如氩气)流向(anstroemen)(多个)喷嘴口10m并且在此尽可能贴近地在喷嘴口10m前面或在喷嘴口10m处被引导经过。
在此显示了，避免或强烈地减少喷嘴中的沉积物在喷嘴口的区域中的出现。喷嘴口的连续的在周围冲刷负责在喷嘴口附近的均匀的速度廓线(Geschwindigkeitsprofil)的构造。熔融物流动以有利的方式这样被影响，即熔融物完全不或者仅这以非常小的规模到达喷嘴口中，并且因此在那里不再或仅以小的规模提供用于沉积物的构造。此外，相对小的通过洗气装置20引入的气泡导致了熔融物气体混合物，它的密度小于纯熔融物的密度。因此，工艺气体(空气或空气氧气混合物)在相同的输入压力下可更深地渗入熔融物中，这导致了工艺气体的经改善的分布。由此，气泡在熔融物中的停留时间也增加，使得总体上建立了在气泡52与熔融物之间的明显改善的反应特性并且因此实现了工艺气体的更好的利用。
在它的最普遍的实施形式中，本发明对此涉及一种带有下列特征的冶金的熔炼和处理总成：
-带有在总成的工作位置中大致水平伸延的纵向轴线的柱体形状，
-外部的金属罩壳，
-内部的耐火的衬套，
-多个从外面被引导通过金属罩壳和耐火的衬套的用于将处理气体经由所属的喷嘴口引入金属熔融物中的喷嘴，
-喷嘴彼此相间隔地布置在总成的纵侧处(在总成的纵向轴线的方向上)，
-在总成的工作位置中，在喷嘴下方设置有一个或多个洗气装置，经由洗气装置，气体可这样导入金属熔融物中，使得它邻近耐火的衬套升起并且在此流向一个或多个喷嘴口。
喷嘴以及洗气装置的布置和构造以不同的类型和方式实现。已经指出的是，在所提到的类型的已知的炉中喷嘴口通常沿着所想象的直线彼此相邻地放置。尤其对于这种喷嘴布置，本发明建议在每个喷嘴下方布置有所属的洗气装置。换言之：每个喷嘴关联有自己的洗气装置，使得细小的气泡可被有针对性地从洗气装置引导到所属的喷嘴的嘴口区域中。
替代地，洗气装置也可关联于成组的喷嘴。
如果选择具有这样的排气侧的端面(其延伸通过更大的平面区域，例如具有覆盖了两个或三个彼此相邻布置的喷嘴的长度)的洗气装置，那么这尤其可能。
在图4中，示出了根据图1的转换器的这种实施形式(从内对着耐火的衬套14的视图)，在图4中而在带有在喷嘴10下方的洗气装置20的根据本发明的设计方案中。
可辨识出十个喷嘴10沿着水平的排的布置，其中在相邻的喷嘴10之间相应地存在间距。
在喷嘴排下方近似喷嘴直径处可辨识出七个洗气装置20，其中每个洗气装置20具有矩形的排气侧的端面20m。洗气装置20的尺寸为这样使得从洗气装置排出的气体(例如氮气)可被有针对性地供给给布置在其上方的喷嘴10。
洗气装置20当然可利用其它的几何尺寸(尤其在排气侧的端面的区域中)来构造并且因此例如具有圆形的端面。但是这里也再次适用的是，例如一个喷嘴10那么可关联有一个洗气装置20，但是也可多个喷嘴10关联有一个(更大的)洗气单元。
洗气装置20的布置这样类似于在图1中的喷嘴排，使得洗气装置20的气体排出面沿着所想象的、平行于转换器的轴线放置的直线来安装。同样可能的是在耐火的炉衬14中彼此高度错开地安置洗气装置20。
图3显示，洗气装置20此外类似于喷嘴10地通过金属罩壳12和耐火的衬套14地被安装。
如所已经实施的那样，洗气装置20的意义和目的为在喷嘴10的嘴口区域前面引导尽可能细小的气泡，以便在那里这样影响熔融物流动，使得避免熔融物渗入到喷嘴中和在喷嘴中的沉积物以及实现了工艺气体的更好的利用。
就此而言，喷嘴和洗气装置在结构和功能上明显相区别。喷嘴具有大的自由的内横截面(例如＞500mm2)，气体流动通过该内横截面。在洗气装置中，气体沿着均匀伸延的带有相应地明显更小的内横截面(尤其＜50mm2)的单个通道传输或者通过多孔架(Porengeruest)。
那么提及定向的或非定向的多孔性。一种非定向的多孔性类似于海绵状的结构，其中，气体根据多孔结构寻找通过洗气块(Gasspuelstein)的陶瓷的基体材料的不规则的路径。这种带有非定向的多孔性的洗气装置是已知的，并且所以这里未进一步示出。
在带有定向的多孔性的洗气装置20中，气体经由分离的气体通道以有针对性的流动方向被导引通过冲洗元件。
定向的和非定向的多孔性的组合也可在洗气装置20内部或在成排的洗气装置20内部来构造。
以这种方式还可有针对性地调节工艺气体到熔融物50中的渗入深度。工艺气体为经由喷嘴10来供给的气体。
根据本发明的布置，产生温度峰值的降低和在喷嘴口的周围熔融物的最大程度均匀的温度轮廓。
耐火磨损被明显减少。熔融物到喷嘴口中的渗入和在喷嘴口处的沉积物被明显减少。整个喷嘴横截面在更长的时间上在无清洁费用的情况下保持自由，并且工艺气体的供给比现有技术明显更稳定。总成的停止运转时间被最小化。
成本可平行地降低。这在附加的洗气装置20的布置的背景下同样适用，这是因为它具有可观的使用寿命，并且与现有技术相比，喷嘴10的使用寿命明显被延长。
在喷嘴的已经描述的水平的布置中在总成的工作位置中可能这样布置洗气装置20，即喷嘴10和洗气装置20的纵向轴线在垂直于总成的纵向轴线L-L的平面上的投影彼此间成锐角，如在图3中所示，在那里，对应的角度利用α来标识并且为大约30°。
当总成处于工作位置中时，喷嘴10通常如洗气装置20一样布置在总成的下部中，如从根据图1至3的图示中所得出的那样。
根据图3和4的洗气装置20为洗气块，其连贯地具有非定向的多孔性，其中气体(这里：氮气)经由气体供给管路22和布置在气体供给管路22与多孔的耐火件24之间的气体分配腔26来引导。但是这种洗气块几十年来是用于其它的应用目的的现有技术。
在根据图3的图示中，洗气装置20的排气侧的端面20m齐平于耐火的衬套14的内侧伸延，但是它也可略微突入金属熔融物50中。在各种情况中，排气侧的端面20m在冲洗过程期间处于与熔融物50直接接触。
就在本发明的框架中谈及大的或小的气泡而言，这可尤其如下定量地来准确表达：
气泡(如它们应经由洗气装置20被导入金属熔融物50中)典型地具有气泡直径＜10mm。
对此，带有定向的多孔性的洗气装置20具有气体通道，它的用于气体通行的自由的内横截面相应地为＜15mm2，＜25mm2或＜50mm2。
由多孔的耐火材料制成的带有非定向的多孔性的洗气装置可被这样构造，即根据文件EN 993-4(1995)的透气性具有下列的值：＞2x10-12m2、＞15x10-12m2、＞50x10-12m2、＜200x10-12m2。
通过喷嘴10供给的气泡的平均直径相对于通过洗气装置20供给的气泡的平均直径通常为10∶1至200∶1。
通过洗气装置20和喷嘴10引入到熔融物中的气体量具有类似的关系。每个洗气元件20例如被喷入0.02至0.5Nm3/min的气体量，每个喷嘴10-20Nm3/min。
对于新安装的总成(如在图3中)，在耐火的衬套的面向熔融物一侧上，在喷嘴10与所属的洗气装置20之间的最短的间距为2至100cm，例如5至50cm。
在垂直于总成的纵向轴线L-L的平面上喷嘴轴线的投影与所属的洗气装置的轴线的投影之间的角度α可以为10°-80°，优选地10°-40°。

Claims (10)

1.一种冶金的熔炼和处理总成，其具有以下特征：
1.1 带有在所述总成的工作位置中大致水平伸延的纵向轴线(L-L)的柱体形状，
1.2 外部的金属罩壳(12)，
1.3 内部的耐火的衬套(14)，
1.4 多个从外面被引导通过所述金属罩壳(12)和所述耐火的衬套(14)的用于将处理气体经由所属的喷嘴口(10m)引入金属熔融物(50)中的喷嘴(10)，
1.5 所述喷嘴(10)彼此相间隔地布置在所述总成的纵向侧处，
1.6 在所述总成的工作位置中，在所述喷嘴(10)的下面设置有一个或多个洗气装置(20)，通过所述洗气装置(20)，气体能够这样导入所述金属熔融物中，即所述气体邻近所述耐火的衬套上升并且在此流向一个或多个喷嘴口(10m)，
1.7 其中，至少一个洗气装置(20)具有非定向的多孔性。
2.根据权利要求1所述的总成，在其中，所述喷嘴口(10m)沿着所想象的直线彼此相邻布置。
3.根据权利要求1所述的总成，在其中，在每个喷嘴(10)下方布置有所属的洗气装置(20)。
4.根据权利要求1所述的总成，在其中，在一组所述喷嘴(10)的下面相应地布置有所属的所述洗气装置(20)。
5.根据权利要求1所述的总成，在其中，至少一个洗气装置(20)至少在它的排气侧的端面(20m)处具有矩形横截面。
6.根据权利要求1所述的总成，在其中，所述洗气装置(20)沿着所想象的直线彼此相邻布置。
7.根据权利要求1所述的总成，在其中，所述洗气装置(20)从外面伸延通过所述金属罩壳(12)和所述耐火的衬套(14)，并且它的排气侧的端面(20m)在所述总成的工作位置中对着所述金属熔融物排列。
8.根据权利要求1所述的总成，在其中，所述喷嘴(10)和洗气装置(20)彼此这样布置，即在它们的相应的纵向轴线之间构造有锐角α。
9.根据权利要求1所述的总成，在其中，所述喷嘴(10)在它的功能位置中大致水平地伸延。
10.根据权利要求1所述的总成，在其中，所述喷嘴(10)在它的功能位置中在容纳和处理容器的下部中伸延。
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