CN102851434A - 直接熔炼设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种直接熔炼设备，该直接熔炼设备用于使用基于熔池的直接熔炼工艺由含金属供给材料来生产熔融金属。该设备包括环绕容器的侧壁的周界成对设置的含金属材料喷枪以及设置在相邻对的含金属材料喷枪之间的单个固体含碳材料喷枪。

Description

直接熔炼设备

本申请是申请日为2007年3月1日、国家申请号为200780015859.8且发明名称为“直接熔炼设备”的进入中国国家阶段的PCT发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种直接熔炼设备，该直接熔炼设备用于由诸如矿石、部分还原的矿石和含金属废流的含金属供给材料生产熔融金属。

背景技术

一种已知的直接熔炼工艺在以申请人名义的国际申请PCT/AU96/00197(W096/31627)中进行了描述，该直接熔炼工艺主要依靠熔池作为反应介质，并且通称为HIsmelt工艺。该专利申请的公开通过交叉参引合并于此。

如在关于生产熔融铁的该国际申请中所描述的HIsmelt工艺包括：

（a）在直接熔炼容器中形成熔融铁和熔渣的熔池；

（b）将以下物质喷射入熔池：（i）含金属供给材料，通常为氧化铁；和（ii）固体含碳材料，通常为煤，该固体含碳材料用作氧化铁的还原剂和能量源；以及

（c）在金属层中将含金属供给材料熔炼成铁。

在这里将术语“熔炼”理解为热处理，其中进行还原金属氧化物的化学反应以生产熔融金属。

HIsmelt工艺还包括在熔池上方的具有含氧气体的空间中后燃从熔池释放的诸如CO和H₂的反应气体，并将该后燃产生的热量传递到熔池以贡献熔炼含金属供给材料所需的热能。

HIsmelt工艺还包括在熔池的名义静止表面上方形成过渡区，在该过渡区中，具有熔融金属和/或熔渣的液滴或飞溅或液流的适量上升及随后的下降，这提供了用来将通过在熔池上方后燃反应气体而产生的热量传递到熔池的有效介质。

在HIsmelt工艺中，含金属供给材料和固体含碳材料通过许多喷枪/风口喷射入熔池，这些喷枪/鼓风口相对于竖直方向倾斜以便向下且向内地延伸通过直接熔炼容器的侧壁并进入容器的下部区域，从而将至少部分的固体材料传送到容器底部中的金属层。为了促进容器上部中的反应气体的后燃，通过向下延伸的热空气喷枪将一股可富含氧气的热空气喷射入容器的上部区域中。容器中的反应气体的后燃所产生的废气通过废气管从容器的上部被带走。在容器的侧壁和容器顶上包括有耐火材料衬里的水冷板，并且水通过连续循环回路中的板连续地循环。

HIsmelt工艺使得能在单个小型容器中通过直接熔炼来生产大量的熔融金属，诸如熔融铁。为实现这个目的，必须将大量的热气传输到直接熔炼容器并从直接熔炼容器中传输出来，将大量的含金属供给材料，诸如含铁供给材料传输到容器，将大量在该工艺中产生的熔融金属产品和熔渣从容器传输出来，以及使大量的水循环通过水冷板，所有这些都需要在相对有限的区域内进行。这些功能必须在整个熔炼操作中持续，而该熔炼操作预期持续至少12个月。还必须提供通道和处理设施以便能够在熔炼操作之间进入容器并提升设备。

在西澳大利亚州的Kwinana已建造了基于6m直径容器（耐火炉缸的内径）的商用HIsmelt直接熔炼设备。该设备被设计成运行HIsmetl工艺并且每年在容器中生产800,000吨熔融铁。

申请人现已实施了设计更大规模的商用HIsmelt直接熔炼设备的研究和开发工作，以通过HIsmelt工艺每年生产超过1百万吨熔融铁的。

申请人在扩大HIsmelt工艺中面对了许多问题并且已提出了一种用于HIsmelt直接熔炼设备的可选设计。

本发明涉及一种直接熔炼设备，该设备是用于上述的商用HIsmelt直接熔炼设备的一种可选设计。

本发明的直接熔炼设备还能用于实施其他直接熔炼工艺。

发明内容

根据本发明，提供了一种直接熔炼设备，该直接熔炼设备用于使用基于熔池的直接熔炼工艺由含金属供给材料来生产熔融金属，该直接熔炼设备包括：

（a）固定的直接熔炼容器，用来容纳金属和熔渣的熔池以及在该熔池上方的气体空间，该容器包括炉缸和侧壁；

（b）固料供给组件，用来将包括热含金属供给材料和含碳材料的固体供给材料从远离容器的固体供给材料供给位置供给到容器中，该固料供给组件包括多个通过容器的侧壁中的开口向下和向内延伸的固料喷枪，固料喷枪包括多个用来向容器中喷射含金属材料的喷枪以及多个向容器中喷射固体含碳材料的喷枪，含金属材料喷枪环绕容器的侧壁的周界成对设置，而单个固体含碳材料喷枪设置在相邻对的含金属材料喷枪之间，固料供给组件包括用于每对含金属喷枪的主供给线和一对从该主线延伸并连接到喷枪的分支线，并且固料供给组件还包括热含金属供给材料喷射系统，该热含金属供给材料喷射系统用于将预热的含金属供给材料供给到用于每对含金属供给材料喷枪的主供给线中；

（c）含氧气体供给组件，用来将含氧气体从远离容器的含氧气体供给位置供给到容器中；

（d）废气管组件，用来促使废气从容器中流出；

（e）出金属组件，用来在熔炼操作期间从熔池中出熔融金属；以及

（f）出熔渣组件，用来在熔炼操作期间从熔池中出熔渣；

申请人已确定对于将固体供给材料特别是热矿石（该热矿石必须通过远离容器设置的预加热和/或预降低设备生产并运输到容器）输送到直接熔炼容器中以在容器中执行HIsmelt工艺而言，上述的含金属材料喷枪对通过单个含碳材料喷枪分隔的布置是有效果和有效率的配置。

优选地，对于每年生产超过1百万吨金属的容器，固料供给组件包括成4对喷枪布置的8个含金属材料喷枪以及4个固体含碳材料喷枪，所述固体含碳材料喷枪的每一个设置在相邻对的含金属材料喷枪之间。

优选地，含金属材料喷枪和含碳材料喷枪是相同尺寸的。

优选地，设备包括用于支撑每个固料喷枪的组件，从而固料喷枪在通过支撑组件支撑的同时，能从容器中移除并通过替换喷枪替换。

优选地，支撑组件包括从容器的侧壁向上和向外延伸的细长轨道、可沿该轨道移动的车架、以及可操作用于沿轨道移动车架的车架驱动器，其中该车架可连接到固料喷枪，从而使该喷枪可支撑在轨道上并通过车架驱动器的操作而向上和向下移动，并由此从容器中移除。

优选地，用于固料喷枪的喷枪开口位于容器的相同高度并环绕容器的侧壁的周界以等间距设置。

优选地，每对含金属喷枪的分支线具有在400-600mm范围内的相同外径。

优选地，每对含金属喷枪的分支线是相同长度的。

优选地，固料供给组件包括用于每个固体含碳材料喷枪的单个供给线。

优选地，用于每个固体含碳材料喷枪的供给线的外径在100-300mm的范围中。

优选地，用于每个固体含碳材料喷枪的供给线的外径在每对含金属喷枪的分支线的外径的40％与60％之间。

优选地，容器是垂直圆柱容器或包括一个或多于一个的圆柱段的垂直容器，并且多个固料喷枪环绕容器或者容器的一个或多于一个的圆柱段周向间隔。

优选地，含金属材料包括铁矿石。

优选地，含碳材料包括煤。

附图说明

在下文中通过参照附图的实例对本发明进行更详细地描述，其中：

图1和图2是从两个不同方向的透视图，示出了直接熔炼容器以及一部分废气管系统，该废气管系统构成根据本发明的直接熔炼设备的一个实施例的一部分；

图3是容器的透视图；

图4是容器的侧视图；

图5是容器的侧视图，示出了耐火砖在容器内部中的布局；

图6是容器的侧视图，示出了容器的固料喷枪和热空气喷枪的布置；

图7是沿图6中的线A-A的剖面图；

图8是沿图6中的线B-B的剖面图；

图9是示出了固料喷枪在容器中的布置的简图；

图10是容器的所选部件的示意性顶部平面视图，示出了从容器中取出和插入容器中的用于固料喷枪和热空气喷枪的取出和插入外壳；

图11是容器的顶部平面视图；以及

图12是移除了废气管和热空气流输送系统的容器的顶部平面视图。

具体实施方式

附图中所示的直接熔炼设备具体适合于根据如在国际专利申请PCT/AU96/00197(WO96/00197)中描述的HIsmelt工艺来熔炼含金属材料。

该设备不限于根据HIsmelt工艺来熔炼含金属材料。

下文的描述是在根据HIsmelt工艺熔炼铁矿粉以生产熔融铁的背景下。

本发明不限于生产熔融铁，而是扩展到直接熔炼任何含金属材料。

下文的描述集中在直接熔炼设备的直接熔炼容器上以及直接与容器相连的装置，诸如固料和气体喷枪上。

直接熔炼设备还包括其他装置，包括用于处理用于容器的容器上游的供给材料的装置以及用于处理在容器中生产的产品（熔融金属、熔渣和废气）的装置。因为这种其他装置不是本发明的中心，所以不在此处对其进行详细描述，但它仍构成该设备的一部分。在以申请人名义的其他专利申请和专利中对这种其他装置进行了描述，并且在这些专利申请和专利中的公开通过交叉参引合并于此。

参照附图，在本发明的背景中，附图中所示直接熔炼设备的实施例的主要特征是：

（a）固定的直接熔炼容器3，用来容纳金属和熔渣的熔池41和在熔池上方的气体空间43；

（b）固体供给组件，该固体供给组件包括12个固料喷枪5a、5b，该固体供给组件用来将包括含金属供给材料和含碳材料的固体供给材料供给到容器中；

（c）含氧气体供给组件，用来将含氧气体供给到容器中，该含氧气体供给组件包括：

（c）（i）4个气体喷枪7形式的气体喷射组件，用来将含氧气体喷射入容器中的气体空间和/或熔池中；以及

（c）（ii）气体输送管组件，该气体输送管组件包括环形主管9和多个构件49，每个构件49与每个气体喷枪7相连，所述构件49连接环形主管9和气体喷枪7以将通常为空气或富氧空气的含氧气体输送到气体喷枪7；以及

（d）废气管组件，该废气管组件包括两个废气管11，用来促使废气从容器中流出，离开容器；

参照图1、2和10，这里应适当注意地是直接熔炼设备还包括上部结构89，该上部结构89由装配到一起的钢梁形成，从而限定八角形的外周界91、八角形的内周界93以及一系列互连周界梁的横梁95。上部结构89通过吊架（未示出）支撑气体输送管组件的环形主管9。上部结构还包括使工人能够在容器3的不同高度处进入容器3的多个平台（未示出）。

容器3包括：（a）炉缸，该炉缸包括由耐火砖形成的底部21和侧部23，（b）侧壁25，该侧壁25从该炉缸向上延伸，以及（c）准球形的顶部27。为了将容器3的尺寸置于背景之中，设计为每年生产2百万吨熔融铁的容器3需要大约8m的炉缸直径（内部）。

容器3的侧壁25形成为使得该容器包括：（a）下圆柱段29，（b）比下圆柱段29具有更小直径的上圆柱段31，以及（c）互连两个段29、31的截头圆锥段33。

根据下文的描述和附图明显的是容器的侧壁25的3个段29、31、33将侧壁25分成3个独立区。下段29支撑固料喷枪5a、5b。截头圆锥段33支撑气体喷枪7。最后，上段33实际上是废气腔，废气从上段33离开容器。

容器3的侧壁25和顶部27支撑多个水冷板（未示出），并且该设备包括冷却水回路。参照图5，上段33包括单钢板，而下段29包括双钢板。冷却水回路将水供给到水冷板，并将热水从水冷板中移出，然后在将水返回到水冷板之前，将热量从热水中提取出来。

容器3的侧壁25的截头圆锥段33包括用于气体喷枪7的开口35。喷枪7延伸通过开口35。喷枪开口35包括安装凸缘37，喷枪7安装在凸缘37上并通过凸缘37支撑。喷枪开口35位于容器3的相同高度处并绕容器3的侧壁25的周界以等间距设置。

参照图5，在使用容器3来根据HIsmelt工艺熔炼铁矿粉以生产熔融铁中，容器3容纳铁和熔渣的熔池41，熔池41包括容纳在容器3的炉缸中的熔融铁层（未示出）和在金属层22上的熔渣层（未示出）。图5中所示的熔池41处在静止状态下，即处在没有固料和气体喷射入容器3中的状态下。典型地，当HIsmelt工艺在容器3中运行以每年生产2百万吨熔融铁时，容器3容纳500吨的熔融铁和700吨的熔渣。

参照图3和图4，容器3还包括2个位于炉缸侧部23中的通道门45，使得能够进入容器11的内部，以在容器内部中进行换衬或其他维修工作。

通道门45是焊接到侧部23的钢板的形式。当需要进入到容器3的内部时，将板从炉缸的侧部23中切掉并在容器3中的工作完成之后，将替换板焊接到适当的位置。通道门45处在容器3的相同高度处。通道门45绕容器3的圆周以至少90°间隔开。此间距使耐火壁拆除设备能够延伸通过门45进入容器中，并当容器热时，拆除有耐火材料衬里的侧壁的耐火材料的很大部分。此外，通道门45足够大，通常为直径2.5m，以使得山猫滑移转向装载机（bob-cat）或类似的设备能够进入容器3的内部。

参照图3，容器3还包括位于容器3的顶部27中的类似的通道门47，使得能够进入到容器11的内部，以在容器3内部中进行换衬或其他维修工作。

在使用中，气体喷射组件的四个气体喷枪7从距还原容器11某一距离设置的热气供给站（未示出）中喷射富氧热空气流。该热气供给站包括一系列热气炉（未示出）和氧气设备（未示出），以使富氧空气流能够通过热气炉并进入连接到环形主管9的热气输送管51（图2和图11）中。可选地，在空气流已通过炉加热之后，可向空气流添加氧气。

气体喷枪7的目的是以足够的流速喷射充足流量的富氧热空气，使得热空气渗入熔融金属和熔渣的喷泉，通常为环形喷泉中，所述喷泉在容器3内作为HIsmelt工艺的一部分向上射出，并且富氧热空气燃烧喷泉中的可燃气体，诸如从熔池中释放的二氧化碳和氢。可燃气体的燃烧产生热量，当熔融金属和熔渣向下移回到熔池中时，该热量被传递到熔池中。

根据基本构造，气体喷枪7是直进的喷枪，并且不包括用于向流过喷枪的富氧空气施加涡旋的涡旋式喷嘴。如上文所指出的，申请人的研究工作发现在无涡旋情况下工作的气体喷枪7能实现与在有涡旋的情况下工作的喷枪相当的性能。

气体喷枪7向下延伸通过容器3的侧壁25的截头圆锥段33进入容器3的上部区域中。喷枪7等间距地环绕截头圆锥段33并处在相同的高度处。喷枪7被设置为向下并向外延伸以朝着侧壁25的下段29喷射热空气。要重点注意的是不希望含氧气体接触容器的侧壁25—从容器寿命的观点来看，通过在侧壁处的燃烧所产生的高温是不合需要的。因此，喷枪7被布置为使得喷枪7的尖端53是水平圆上的点。

从避免诸如CO的反应气体在图5中总体通过附图标记139标识的容器中垂孔中燃烧以及由此产生的来自废气管11的废气的热量损失的观点看，上述含氧废气的向下和向外喷射也是令人满意的。

如在图3中能最好地看到，气体输送管组件的环形主管9是设置在容器3上方的圆形管。如上所述，环形主管9被连接到热气输送管51并接收来自此管51的富氧空气。

环形主管9包括4个出口65。

气体输送管组件的连接构件49将环形主管9与气体喷枪7连接到一起。

用于每个气体喷枪7的热连接构件49包括筒管61和伸缩接头63，该筒管61从喷枪7的进口端延伸，而该伸缩接头63在一端连接到筒管61而在另一端连接到环形主管9的出口65。

在使用中，气体喷枪7接收流经由环形主管9和将喷枪7连接到环形主管9的连接构件49的富氧热空气。环形主管9将相同流量的热空气输送到每个喷枪7。

参照图6和图8，每个气体喷枪7在容器3内的位置在理论上能通过如下确定：

（a）垂直定位喷枪7，使喷枪7的尖端53处在由图6和图8中的圆形图标55所指示的所需位置，然后，

（b）在喷枪尖端53固定的情况下，在垂直面中将喷枪转动35°，该垂直面与喷枪尖端53相交并垂直于与喷枪尖端35相交的径向面，然后，

（c）在喷枪尖端53固定的情况下，朝着该径向面将喷枪向外旋转30°。

气体喷枪7被设置为可从容器3中移除。

具体地，每个喷枪7能通过如下方式取出：将相关的连接构件49的筒管61和伸缩接头63与每个喷枪7和环形主管9分开，之后从位于侧壁25的截头圆锥段33中的喷枪开口35的安装凸缘37处卸下喷枪7，然后，将喷枪7连接到高架起重机（未示出）并从开口35向上提升喷枪7。

通过与前一段中所描述的程序相反的程序能将替换喷枪7插入容器3中。

固料供给组件的12个固料喷枪5a、5b向下并向内延伸通过容器3的侧壁25的下段29的侧壁25中的开口（未示出）并进入熔池41的熔渣层（未示出）。喷枪5a、5b被布置为使得喷枪的尖端是假想的水平圆上的点。侧壁25包括安装凸缘69，而喷枪5a、5b安装在凸缘69上并通过凸缘69支撑。

参照图7和图9，固料喷枪5a、5b包括：（a）8个喷枪5a，用来将铁矿粉和熔剂喷射入容器3中；和（b）4个喷枪5b，用来将固体含碳材料和熔剂喷入容器3中。

固体材料被带入缺乏氧气的运载气体中。所有喷枪5a、5b的外径相同并设置在容器3的相同高度处。喷枪5a、5b等间距地环绕侧壁25下段29的圆周，并被布置成使得铁矿喷枪5a成对地设置且具有分隔每相邻对铁矿喷枪5a的煤喷枪5b。用以将热铁矿喷射入容器中的该对铁矿喷枪5a简化了绕容器的管道接入问题。

在使用中，在熔炼操作期间，铁矿喷枪5a经由热矿喷射系统接收热铁矿粉和熔剂，而煤喷枪5b经由含碳材料喷射系统接收煤和熔剂。

参照图9，热矿喷射系统包括用以加热铁矿粉的预热器（未示出）和热矿传送系统，该热矿传送系统包括一系列主供给线73和用于每对铁矿喷枪5a的多对分支供给线75以及大量运载气体以传输供给线71、73中的热矿粉并以680℃量级的温度将热矿粉喷射入容器3中。

参照图9，含碳材料/熔剂喷射系统包括用于每个煤喷枪5b的单一供给线77。

煤供给线75的外径通常比热矿分支线的外径75小，通常是热矿分支线75的外径的外径40-60％。尽管喷枪5a、5b的内径优选相同，但是使热矿供给线75和热矿分支线77绝热的需求明显增加了喷枪的外径。典型地，热矿分支线75具有在400-600mm范围内的相同外径，而煤供给线77具有在100-300mm范围内的相同外径。在一个具体示例中，热矿分支线75具有500mm的外径，而煤供给线77具有200mm的外径。

固料喷枪5a、5b被设置为可从容器3中移除。

具体地，固体供给组件包括在将喷枪从容器中移除并将替换喷枪插入容器3中期间用以支撑每个固料喷枪5a、5b的组件。用于每个喷枪5a、5b的支撑组件包括从容器3的侧壁25向上和向外延伸的细长轨道（未示出）、可沿该轨道移动的车架（未示出）、以及可操作用于沿轨道移动车架的车架驱动器（未示出），其中该车架可连接到喷枪5a、5b，从而使喷枪能支撑在轨道上并通过车架驱动器的操作而向上和向下移动，并由此从容器3中移除。该支撑组件在以申请人名义的国际申请PCT/2005/001101和PCT/AU2005/01103中进行了描述，并且所述国际申请中的公开通过交叉参引合并于此。

根据上文的描述将会明显地是，直接熔炼设备适应于包括4个气体喷枪7和12个固料喷枪5a、5b的16个喷枪的移除和替换。容器3是相对紧凑的容器。容器3的这种紧凑性以及环形主管9和气管11相对于容器3的位置对喷枪7、5a、5b的移除和替换设置了紧密的空间约束。

参照图10，为了便于喷枪7、5a、5b的移除和替换，直接熔炼设备包括多个垂直延伸的高架起重机进入区97a、97b。

进入区97a在环形主管9外侧并在上部结构89的外周界91内侧。与12个固料喷枪5a、5b相应，总共具有12个进入区97a。进入区97a能实现固料喷枪5a、5b的移除和替换。

进入区97b在环形主管9的内侧。与4个气体喷枪7相应，总共具有4个进入区97b。进入区97b能实现气体喷枪7的移除和替换。

废气管组件的该对废气管11使得在于容器3中运行的HIsmelt工艺中产生的废气能从容器3中流出，以在释放到大气之前，用于下游的处理。

如上文所述，HIsmelt工艺优选利用空气或富氧空气运行，因此产生相当大体积的废气，需要相对大直径的废气管11。

废气管11从侧壁25的上段31相对于水平成7°角延伸。

如在图11和图12中能最好地看到，当从容器3上方观看时，废气管11呈现V形形状。废气管11的纵轴线X成66.32°的角度。废气管被定位成使得管11的中心轴线X彼此相交，并且相交在从容器3的中垂轴线105延伸的射线L上的点101。换言之，废气管11的轴线X不是自容器3的中垂轴线105的射线。

参照图1和图2，直接熔炼设备包括与每个废气管11相连的分离的废气罩107，以冷却来自容器3的废气。废气罩107从废气管11的出口端垂直向上延伸。废气罩107经由与通过罩的水/蒸汽的热交换来将来自容器3的废气冷却到900-1100℃量级的温度。

进一步参照图1和图2，直接熔炼设备还包括与每个废气罩107相连的分离的废气洗涤器109，用以从冷却废气中除去微粒。另外，每个废气罩107连接到流动控制阀（未示出），该流动控制阀控制来自容器并通过废气罩107的废气的流动。流动控制阀可与废气洗涤器109合并。

进一步参照图1和图2，直接熔炼设备还包括与两个废气洗涤器109相连的单个冷却器111。在使用中，废气冷却器111接收来自两个废气洗涤器109的洗涤过的废气流，并将废气冷却到25-40℃量级的温度。

在使用中，对来自废气冷却器111的冷却废气根据需要进行处理，例如通过被用作炉（未示出）或废热锅炉（未示出）中的燃气，以从废气中重新获得化学能，并在此之后作为清洁废气被释放到大气中。

直接熔炼设备还包括出金属组件，该出金属组件包括前炉13，用来从容器3中连续地出熔融铁。在熔炼操作期间生产的热金属从容器3中通过前炉13以及连接到前炉13的热金属流槽（未示出）排出。热金属流槽的出口端设置在热金属水包站（未示出）之上，以将熔融金属向下地供给到位于站中的水包。

直接熔炼设备还包括最终出金属组件，用来在熔炼操作结束时从容器3中出熔融铁，使熔融铁离开容器3的下部，并将熔融铁从容器3运走。最终出金属组件包括位于容器3中的多个最终出金属孔15。

直接熔炼设备还包括出熔渣组件，用来在熔炼操作期间定期地从容器的下部从容器3中出熔渣，并将熔渣从容器3送走。出熔渣组件包括多个位于容器3中的熔渣槽17。

直接熔炼设备还包括最终出熔渣组件，用来在熔炼操作结束时从容器3中出熔渣。最终出熔渣组件包括多个位于容器3中的出熔渣口19。

在根据HIsmelt工艺的熔炼操作中，铁矿粉和合适的运载气体以及煤和合适的运载气体通过喷枪5a、5b喷射入熔池中。固体材料和运载气体的动量使得固体材料渗入熔池41的金属层中。煤被除去挥发成份，从而在金属层中产生气体。碳部分地溶解在金属中并部分地保持为固体碳。

铁矿粉被熔炼成熔融铁，并且熔炼反应生成一氧化碳。将熔融铁经由前炉13从容器3中连续移除。

定期地将熔渣经由熔渣槽17从容器3中移除。

被运送到金属层中以及通过除去挥发作用和熔炼反应所生成的气体引起熔融金属、固体碳和熔渣（由于固体/气体/喷射的结果而被吸入金属层中）从金属层中的显著浮升，这导致了熔融金属和熔渣的飞溅、液滴和液流的向上运动，并且当这些飞溅、液滴和液流移动通过熔渣层时它们会夹带熔渣。熔融金属、固体碳和熔渣的浮升导致了熔渣层的明显搅拌，其结果是熔渣层体积扩大。另外，由熔融金属、固体碳和熔渣的浮升而导致的熔融金属和熔渣的飞溅、液滴和液流的向上运动延伸到熔池上方的空间中并且形成了上述的喷泉。

含氧气体经由气体喷枪7喷射入喷泉使得在容器3中的诸如一氧化碳和氢气的反应气体后燃。当熔融材料回落到熔池中时，通过该后燃产生的热量被传递到熔池。

由容器3中的反应气体后燃所产生的废气通过废气管11从容器3中被带走。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对上述本发明的实施例作出许多变形。

作为示例，尽管上述实施例包括2个废气管11，但是本发明不限于这个数目的废气管11，而是扩展到任意合适数目的废气管11。

此外，尽管上述实施例包括用来将含氧气体输送到气体喷枪7的环形主管9，但是本发明不限于这种设置，而是扩展到任意合适的气体输送组件。

此外，尽管上述实施例包括4个气体喷枪7，但是本发明不限于这种喷枪7的数目和设置，而是扩展到喷枪7的任意合适数目和设置。

此外，尽管上述实施例包括12个固料喷枪5a、5b，其中8个喷枪5a为成对布置的铁矿喷枪，而其余4个喷枪5b为煤喷枪，但是本发明不限于这种喷枪5a、5b的数目和布置。

此外，尽管上述实施例包括用来从容器3中连续出熔融铁的前炉13，但是本发明不限于前炉的使用以及连续出熔融铁。

Claims (14)

1.一种直接熔炼设备，该直接熔炼设备用于使用基于熔池的直接熔炼工艺由含金属供给材料来生产熔融金属，所述直接熔炼设备包括：

（a）固定的直接熔炼容器，用来容纳金属和熔渣的熔池以及在所述池上方的气体空间，所述容器包括炉缸和侧壁；

（b）固料供给组件，用来将包括热含金属供给材料和含碳材料的固体供给材料从远离所述容器的固体供给材料供给位置供给到所述容器中，所述固料供给组件包括多个通过所述容器的侧壁中的开口向下和向内延伸的固料喷枪，所述固料喷枪包括多个用来向所述容器中喷射含金属材料的喷枪以及多个用来向所述容器中喷射固体含碳材料的喷枪，含金属材料喷枪环绕所述容器的侧壁的周界成对设置，并且单个固体含碳材料喷枪设置在相邻对的含金属材料喷枪之间，所述固料供给组件包括用于每对含金属喷枪的主供给线和一对从主线延伸并连接到所述喷枪的分支线，并且所述固料供给组件还包括热含金属供给材料喷射系统，该热含金属供给材料喷射系统用于将预热的含金属供给材料供给到用于每对含金属供给材料喷枪的所述主供给线中；

（c）含氧气体供给组件，用来将含氧气体从远离所述容器的含氧气体供给位置供给到所述容器中；

（d）废气管组件，用来促使废气从所述容器流出；

（e）出金属组件，用来在熔炼操作期间从所述池出熔融金属；以及

（f）出熔渣组件，用来在熔炼操作期间从所述池出熔渣。

2.根据权利要求1所述的设备，其中对于每年生产超过1百万吨金属的容器，所述固料供给组件包括成4对喷枪布置的8个含金属材料喷枪以及4个固体含碳材料喷枪，所述固体含碳材料喷枪中的每一个设置在相邻对的含金属材料喷枪之间。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述含金属材料喷枪和所述含碳材料喷枪是相同尺寸的。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，包括用于支撑每个固料喷枪的组件，从而所述固料喷枪能够在被支撑组件支撑的同时从所述容器移除并通过替换喷枪替换。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述支撑组件包括从所述容器的侧壁向上和向外延伸的细长轨道、能够沿所述轨道移动的车架、以及可操作用于沿所述轨道移动所述车架的车架驱动器，其中所述车架能连接到所述固料喷枪，用于能使所述喷枪被支撑在所述轨道上并通过所述车架驱动器的操作而向上和向下移动并且由此从所述容器移除。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中用于所述固料喷枪的喷枪开口位于所述容器的相同高度处，并环绕所述容器的侧壁的周界以等间距的间隔设置。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中每对含金属喷枪的分支线具有在400-600mm范围内的相同外径。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中每对含金属喷枪的分支线是相同长度的。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述固料供给组件包括用于每个固体含碳材料喷枪的单个供给线。

10.根据权利要求9所述的设备，其中用于每个固体含碳材料喷枪的供给线的外径在100-300mm的范围内。

11.根据权利要求7到10中的任一项所述的设备，其中用于每个固体含碳材料喷枪的供给线的外径在每对含金属喷枪的分支线的外径的40％与60％之间。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述容器是垂直圆柱形容器或者是包括一个或多于一个的圆柱段的垂直容器，并且多个固料喷枪环绕所述容器或者所述容器的一个或多于一个的所述圆柱段周向间隔开。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述含金属材料包括铁矿石。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述含碳材料包括煤。

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