CN102906280B - 直接熔炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于熔池的直接熔炼方法，所述方法包括控制直接熔炼容器中的过程条件，使得当所述容器中的熔池中的炉渣温度在1400-1550℃范围内时，容器中的金属和炉渣的熔池中的熔融炉渣具有0.5-5泊范围内的粘度。

Description

直接熔炼方法
本发明涉及基于熔池的直接熔炼方法，所述方法用于在直接熔炼容器中从含有氧化铁和氧化钛的含金属进料生产熔融金属。
所述含金属进料可以是含有氧化铁和氧化钛的任何材料。适合的进料的一个实例是含钛磁铁矿（titanium magnetite）。它也被称为钛磁铁矿（titanomagnetite）或“铁矿砂”。另一个实例是钛铁矿。在中国西南部和新西兰发现含钛磁铁矿的适合来源。在澳大利亚西部和马达加斯加发现钛铁矿的适合来源。本发明不限于含钛磁铁矿和钛铁矿，并且不限于来自于这些来源的含钛磁铁矿和钛铁矿。
含金属进料也可以是含有氧化铁和氧化钛以及其他金属氧化物例如氧化钒的任何材料。适合的进料的一个实例是钛钒磁铁矿，例如在中国西南部和新西兰发现的，或作为来自于TiO2颜料进料过程（例如Becher方法）的残渣。
已知的基于熔池的直接熔炼方法一般被称为HIsmelt方法，并被描述在本申请人名下的相当多数量的专利和专利申请中。
HIsmelt方法具体来说与从铁矿石生产熔铁相关。
在生产熔铁的情形中，HIsmelt方法包括以下步骤：
（a）在直接熔炼容器中形成熔铁和炉渣的熔池；
（b）向所述熔池中注入：（i）铁矿石，典型地为细铁矿石的形式；和（ii）固体含碳材料，典型地为煤，其起到铁矿石进料的还原剂和能量来源的作用；以及
（c）在所述熔池中将铁矿石熔炼成铁。
在本文中，术语“熔炼”被理解为是指其中发生了使金属氧化物还原产生熔融金属这样的化学反应的热加工。
在HIsmelt方法中，将含金属材料和固体含碳材料这样的形式的固体进料与载气一起通过多个喷管注入到熔池中，所述喷管向竖直方向倾斜以向下并向内延伸通过直接熔炼容器的侧壁并延伸到容器的下部区域内，以便将至少一部分固体进料递送到容器底部的金属层中。固体进料和载气透过熔池，并引起熔融金属和/或炉渣被喷射到熔池表面上方的空间中并形成过渡区。将一股含氧气体、典型地为富氧空气或纯氧通过向下延伸的喷管注入到容器的上部区域中，以引起从熔池释放的反应气体在容器的上部区域中后燃烧。在过渡区中存在相当大量的熔融金属和/或炉渣的上升并随后下降的液滴或溅液或液流，其提供了有效介质来将熔池上方的反应气体后燃烧所产生的热能转移到熔池中。
典型地，在生产熔铁的情形中，当使用富氧空气时，它在约1200℃的温度下进料，并在热风炉中产生。如果使用工业纯的冷氧气，它典型地在等于或接近室温的温度下进料。
由直接熔炼容器中反应气体的后燃烧产生的废气，通过废气管道从容器的上部区域移走。
直接熔炼容器包括下部炉床中的衬有耐火材料的部分和容器侧壁与顶壁中的水冷式板材，并且水以连续的回路持续循环通过所述板材。
HIsmelt方法使得能够在单个紧凑型容器中通过直接熔炼生产大量熔铁，典型地为至少0.5Mt/a。
然而，到此时为止，本申请人的观点是HIsmelt方法不适用于熔炼含有氧化铁和氧化钛例如钛磁铁矿和钛铁矿并任选还含有其他金属氧化物例如氧化钒的含金属进料。现在，本申请人已对HIsmelt方法进行了研究和开发工作，特别是调查该方法中炉渣的特性的工作，所述工作表明，在HIsmelt方法中，通过适当地控制过程条件，能够熔炼含有氧化铁和氧化钛以及任选的氧化钒的含金属进料。这一发现也适用于具有与HIsmelt方法类似的特征或包含HIsmelt方法的其他基于熔池的方法。
上面的讨论并不旨在承认这是澳大利亚和其他地方的公知常识。
本发明提供了基于熔池的直接熔炼方法，所述方法包括控制直接熔炼容器中的过程条件，使得当所述容器中的熔池中的炉渣温度在1400-1550℃范围内时，容器中的金属和炉渣的熔池中的熔融炉渣具有0.5-5泊范围内的粘度。
本发明提供了直接熔炼方法，所述方法包括将（a）含有氧化铁和至少3重量%氧化钛的含金属进料、（b）固体含碳进料、和（c）含氧气体供应到含有铁和炉渣的熔池的直接熔炼容器中，以及在所述容器中直接熔炼所述含金属进料并产生熔铁、含氧化钛的熔融炉渣、和废气的过程输出物，并且所述方法的特征在于如本文中所述控制过程条件，使得当所述直接熔炼容器中的熔池中的炉渣温度在1400-1550℃范围内时，所述熔融炉渣具有0.5-5泊范围内的粘度。
在本文中，术语“熔融炉渣”被理解为是指完全为液体的炉渣。
在本文中，术语“熔融炉渣”也被理解为是指包含固体材料和液体相的浆料的炉渣。
所述熔融炉渣中的固体材料在所述方法中的炉渣温度下可以是固体氧化物相，因此所述炉渣是固体氧化物相在液体炉渣相中的浆料。
在本文中，术语“过程条件”意欲具有宽泛的含义，并扩展到例如（a）直接熔炼容器内的操作条件，例如容器内的温度和压力以及固体进料和含氧气体的注入速率，（b）熔池的组成，特别是炉渣的组成，以及（c）熔池的特性。熔池的组成可以包括选择炉渣的成分，使得所述炉渣在熔池的1400-1550℃的温度范围内是本文中所述的熔融炉渣。正如在上面提出的“熔融炉渣”定义中指出的，熔融炉渣在所述方法的操作温度范围下可以包括固体氧化物相和液体炉渣相。熔融炉渣的特性包括例如上面提到的熔融炉渣的粘度和/或氧势。所述特性还包括例如熔融炉渣的碱性和炉渣的湍流度。这些特性是操作条件和炉渣组成的函数。
本发明是基于本申请人由于上述研究和开发工作而认识到的事实：
（a）在HIsmelt方法以及与HIsmelt方法具有相似特征或包含HIsmelt方法的其他基于熔池的方法中，存在着用于直接熔炼含有氧化铁、氧化钛和任选的氧化钒的含金属进料的操作窗口；以及
（b）与目前用于熔炼钛磁铁矿、包括含有氧化钒的钛磁铁矿的高炉中的情形相比，在这些窗口内操作的基于熔池的方法提供了熔炼这些含钛材料以更有效地生产熔铁的可能性。
具体来说，本申请人认识到，本发明提供了从HIsmelt型方法的基于熔池的熔炼过程来生产两种有价值的产物的可能性，即（a）可能含有钒金属的熔铁产物和（b）具有高浓度例如至少50%的TiO2形式的氧化钛的炉渣产物，所述炉渣产物可以被用作硫酸盐法生产颜料级钛白的进料。具体来说，本申请人认识到，对于基于熔池的方法来说，存在着控制从该过程排出的熔融炉渣的冷却速率以优先形成适合于在硫酸盐法中加工的微观结构的可能性。
所述方法可以包括通过控制炉渣的组成并将熔池的温度控制在低于、典型地为略微低于炉渣的液相线温度以使固体氧化物相从熔融炉渣的液体相中析出从而控制炉渣的粘度来控制过程条件。
当在本文中使用时，术语“粘度”和“液相线温度”被理解为是指通过FactSage软件计算的粘度和液相线温度（对于液相线温度来说，通过FactSage 6.1或更晚的版本，而对于粘度来说，通过FactSageViscosity 6.0或更晚的版本）。鉴于不同的测量和计算技术可能产生非标准结果，因此规定这些术语的含义中暗含了通过FactSage计算合理化。这样的计算在执行时应该完全遵从使用FactSage软件的指南，并且如果需要，应该由FactSage软件的所有者检查并认可。具体来说，（故意或通过其他方式）忽略某些可能的化学物质组合的计算不应被认为与本文中使用的“粘度”和“液相线温度”一致。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣中的固体材料为熔融炉渣的至少5%。
熔融炉渣中的固体材料可以为熔融炉渣的至少10%。
熔融炉渣中的固体材料可以少于熔融炉渣的30%。
熔融炉渣中的固体材料可以占熔融炉渣的15-25%。
含金属进料可以是含有氧化铁和氧化钛的任何材料。适合的进料的实例是含钛磁铁矿、钛磁铁矿和钛铁矿。
在含金属进料只包含钛磁铁矿的情形中，氧化钛可以少于含金属进料的40重量%。
在含金属进料只包含钛磁铁矿的情形中，氧化钛可以少于含金属进料的30重量%。
在含金属进料包含钛磁铁矿和钛铁矿的情形中，氧化钛可以少于含金属进料的50重量%。
含金属进料也可以是含有氧化铁和氧化钛以及其他金属氧化物例如氧化钒的任何材料。适合的进料的一个实例是钛钒磁铁矿。
在含金属材料含有氧化钒的情形中，所述方法包括生产熔铁和熔钒、含氧化钛和氧化钒的熔融炉渣、以及废气的过程输出物。
取决于过程条件，钒在所述方法的金属与炉渣输出物之间的分配可以是至少50%、典型地为至少65%、更典型地为至少80%分配到金属输出物中。
一般来说，并且不仅仅在含金属材料含有氧化钒的情形中，所述方法可以包括通过将所述炉渣中的铁与所述金属中的碳的浓度比控制在小于2:1、典型地为小于1.5:1、更典型地为1:1至1.3:1来控制过程条件。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣具有高的氧势。
在“氧势”的情形中，术语“高的”在本文中被理解为是指相对于高炉炉渣来说是高的。
所述方法可以包括控制过程条件，使得熔融炉渣的氧势高得足以使炉渣中的氧化钛从+4价态向较低价态的还原最小化。较低价态使炉渣粘度降低并增加形成泡沫状炉渣的风险。由于泡沫状炉渣产生了过程控制问题，因此泡沫状炉渣是不希望的。
所述方法可以包括控制过程条件使得熔融炉渣的FeO含量为至少3重量%，以使熔融炉渣具有高的氧势。
所述方法可以包括控制过程条件使得熔融炉渣的FeO含量为至少4重量%，以使熔融炉渣具有高的氧势。
所述方法可以包括控制过程条件使得熔融炉渣的FeO含量为至少5重量%，以使熔融炉渣具有高的氧势。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣的FeO含量低于6重量%。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣的FeO含量低于10重量%。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣的碳含量为至少3重量%。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣的碳含量为至少4重量%。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣的碳含量低于5重量%。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣的粘度在0.5-4泊的范围内。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣的粘度在0.5-3泊的范围内。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣的粘度高于2.5泊。
所述方法可以包括添加一种或多种添加剂以便于控制熔池中熔融炉渣的特性例如炉渣的组成和/或炉渣的粘度。
例如，可以选择添加剂来控制熔融炉渣的碱性，例如通过添加CaO，以降低炉渣的粘度并使泡沫状炉渣的风险最小化。
所述方法可以包括控制过程条件以使熔融炉渣具有在所述范围内的下列成分：
TiO2：至少15重量%，
SiO2：至少15重量%，
CaO：至少15重量%，
Al2O3：至少10重量%，以及
FeO：至少3重量%。
熔融炉渣可以包含至少20重量%的TiO2。
熔融炉渣可以包含至少50重量%的TiO2。
熔融炉渣可以包含15-20重量%的SiO2。
熔融炉渣可以包含15-30重量%的CaO。
熔融炉渣可以包含10-20重量%的Al2O3。
熔融炉渣可以包含4-10重量%的FeO。
炉渣组合物可以包括其他成分例如MnO。
本发明的炉渣组合物的具体实例如下。
化学组成A
  SiO2   18.8重量%
  AL2O3   15.2重量%
  CaO   15.3重量%
  MgO   10.9重量%
  MnO   0
  FeO   4.9重量%
  TiO2   33.1重量%
化学组成B
  SiO2   16.7重量%
  AL2O3   13.0重量%
  CaO   25.1重量%
  MgO   10.2重量%
  MnO
  FeO   4.9重量%
  TiO2   28.8重量%
化学组成C
  SiO2   19.35重量%
  AL2O3   16.46重量%
  CaO   16.17重量%
  MgO   12.1重量%
  MnO   2.16重量%
  FeO   6.0重量%
  TiO2   25.7重量%
化学组成A和B是基于使用100%中国钛磁铁矿形式的进料，化学组成C是基于使用100%新西兰钛磁铁矿形式的进料。
所述方法可以包括在直接熔炼容器中在高于大气压下运行过程。
含氧气体可以是富氧空气或工业级氧气。
所述方法可以包括通过将含金属进料和固体含碳材料以及载气经由向下并向内延伸通过容器侧壁的固体材料注射喷管注入到熔池中以使固体进料至少部分透过熔池的熔铁层来将固体进料供应到容器中。
所述方法可以包括控制所述过程，包括控制固体进料和载气的注入，以产生熔池的显著搅拌。
熔池的搅拌程度可以是使得熔池中存在基本上均匀的温度这样的程度。
所述方法可以包括将过程的熔融金属和熔融炉渣输出物作为分开的过程料流排出。
所述方法可以包括控制从过程排出的熔融炉渣的冷却速率以优先形成适合于在硫酸盐法中加工的微观结构。
所述方法可以是如上所述的HIsmelt方法。
所述方法可以是HIsmelt方法的变体，其包括HIsmelt容器与下列任一项的联合：（a）在直接熔炼容器上的熔炼物旋风分离器，例如在美国专利6,440,195中所描述的，以及（b）在将进料供应至直接熔炼容器之前对含金属进料进行预还原。
本发明还提供了直接熔炼容器，其被用于通过基于熔池的直接熔炼方法熔炼含有氧化铁和至少3重量%氧化钛的含金属进料，其中所述容器含有金属和炉渣的熔池，并且其中所述熔融炉渣具有1400-1550℃的温度范围和0.5-5泊范围内的粘度。
本发明还提供了通过上述直接熔炼方法生产的可能含有钒金属的熔铁产物。
本发明还提供了通过上述直接熔炼方法生产的炉渣产物，其具有高浓度例如至少50%的TiO2形式的氧化钛。
本发明还提供了通过上述直接熔炼方法生产的、用于硫酸盐法生产颜料级钛白的进料。
在下文中参考附图对本发明进行了更详细的描述，在所述附图中：
图1是按照本发明的直接熔炼方法的一个实施方案运行的直接熔炼容器的示意图；
图2是在本发明的直接熔炼方法的一个实施方案中，炉渣中的氧化钙、氧化铝和二氧化硅的三元相图；并且
图3是在本发明的直接熔炼方法的一个实施方案中，对于高氧化钛进料而言，炉渣的假三元相图和相图的两个标记区段的分开的炉渣液相线图。
下面的描述是在通过HIsmelt方法熔炼钛磁铁矿以生产熔铁的背景下。本发明不限于熔炼钛磁铁矿，并扩展到熔炼含有氧化铁和氧化钛的任何适合的含金属进料。例如，本发明扩展到熔炼钛钒磁铁矿。此外，本发明不限于HIsmelt方法，并扩展到能够产生必需的过程条件的HIsmelt类型方法的任何基于熔池的方法。例如，具体来说，本发明扩展到HIsmelt方法的变体，其包括（a）在直接熔炼容器上的熔炼物旋风分离器，例如在美国专利6,440,195中所描述的，以及（b）在将进料供应至直接熔炼容器之前对含金属进料进行预还原。
正如上面指出的，HIsmelt方法被描述在本申请人名下的相当多数量的专利和专利申请中。例如，HIsmelt方法被描述在本申请人名下的国际申请PCT/AU96/00197中。所述国际申请的专利说明书中的公开内容通过交叉参考结合于此。
所述方法是基于使用直接熔炼容器3。
容器3是在本申请人名下的国际申请PCT/AU2004/000472和PCT/AU2004/000473中详细描述的容器类型。这些申请的专利说明书中的公开内容通过交叉参考结合于此。
容器3具有炉床51，炉床51包括由耐火砖形成的底部和侧部；侧壁53，其形成从炉床的侧部向上延伸的一般为圆柱状的筒，并包括上部筒区段和下部筒区段；顶壁55；在容器3的上部区段中的废气管道9；用于从容器3连续排出熔融金属的前炉67；以及用于定期从容器3排出熔融炉渣的出渣口（未示出）。
在使用时，所述容器含有铁和炉渣的熔池，所述熔池包括熔融金属层15和在金属层15上的熔融炉渣层16。由数字17标记的箭头指示金属层15的标称静态表面的位置，由数字19标记的箭头指示炉渣层16的标称静态表面的位置。术语“静态表面”被理解为是指当没有向容器中注入气体和固体材料时的表面。典型情况下，熔池的温度在1400-1550℃的范围内。
容器3安装有向下延伸并延伸到容器3的顶部空间中的水冷式热空气鼓风（“HAB”）喷管7，以及向下并向内延伸通过侧壁且延伸到炉渣中的多个水冷式固体注射喷管5。喷管5以与竖直方向成30-60°的角度向下并向内延伸通过侧壁，并延伸到熔池中的炉渣层16内。喷管5的位置被选择成使得下部末端高于熔池的金属层15的静态表面17。
在使用时，将被夹带在载气（典型地为N2）中的钛磁铁矿以及煤和炉渣添加剂通过固体注射喷管5直接注入到熔池中。
注入的固体材料/载气的动量造成固体材料和气体穿透金属层15。煤被去除挥发性成分，并由此在金属层15中产生显著体积的气体。碳部分溶解到金属中并部分保留作为固体碳。钛磁铁矿中的氧化铁被熔炼成熔融金属，并且熔炼反应产生一氧化碳气体。被输送到金属层15中的以及通过去除挥发性成分和熔炼产生的气体，产生了来自于金属层15的熔融金属、固体碳、钛磁铁矿中未反应的固体材料（主要为TiO2）和炉渣的显著的浮力上升（在金属层15中被绘成是固体/气体/注入的结果），这产生了熔融金属和炉渣以及夹带的未反应钛磁铁矿的溅液、液滴和液流的向上运动，并且这些溅液、液滴和液流在运动通过炉渣层16时夹带了炉渣。
上述材料的浮力上升在金属层15和炉渣层16中引起显著的搅拌，其结果是炉渣层16的体积膨胀，并具有由箭头30指示的表面。搅拌的程度使得在金属和炉渣区域中存在适度均匀的温度——典型地为1400-1550℃，并且每个区域中的温度变差为约30°。
此外，上述材料的向上运动延伸到容器3的在容器中的熔池之上的顶部空间31中，并且
（a）形成过渡区23；并且
（b）将一些熔融材料（主要为炉渣）喷射到过渡区之外并喷射到容器3侧壁的高于过渡区23的区段上。
一般来说，炉渣层16是具有固体材料和气泡的液体连续体，过渡区23是具有熔融金属和炉渣的溅液、液滴和液流的气体连续体。可选地，炉渣层16可以被描述为固体材料在液体相中的浆料，并且在液体相中分散有气泡。
含氧气体喷管7的位置和通过喷管7的气体流速被选择成使得含氧气体穿透过渡区23的中央区域，并在喷管7的末端周围维持基本上无金属/炉渣的空间（未示出）。喷管7包括使含氧气体以旋涡运动方式注入到容器中的组件。
通过喷管7注入含氧气体，使过渡区23和喷管7末端周围的自由空间中的反应气体CO和H2后燃烧，并在气体空间中产生约2000℃或更高的高温。该热量被传递给来自于金属层的材料的上升和下降的溅液、液滴和液流，然后当材料向下落于金属层15时将热量部分传递给金属层15。
所描述的本发明方法的实施方案包括控制过程条件，以使熔融炉渣：（a）在所选的组成范围内，使得炉渣是本文中所描述的熔融炉渣，（b）具有高的氧势，并且（c）当容器3中的熔池中的炉渣温度在1400-1550℃范围内时，具有1-5泊范围内的粘度。
必需的过程条件控制可以通过多种选项中的一种或多种来实现，所述选项包括但不限于控制熔融炉渣的FeO含量以获得所需的高氧势，以及控制熔融炉渣的CaO含量以当容器3中的熔池中的炉渣温度在1400-1550℃范围内时获得所需的在1-5泊范围内的粘度。
更具体来说，在所描述的实施方案中，必需的过程条件控制包括选择进料和操作条件，使得在熔池的所述1400-1550℃范围内，熔融炉渣具有下列成分：
TiO2：至少15重量%，
SiO2：至少15重量%，
CaO：至少15重量%，
Al2O3：至少10重量%，和
FeO：至少3重量%。
更具体来说，在所描述的实施方案中，必需的过程条件控制包括控制炉渣的组成，使得对于该炉渣组成来说，在熔池的所述1400-1550℃范围内，熔融炉渣是低于液相线的，优选略微低于液相线，以使固体氧化物相以炉渣的5-25体积%的量从液体炉渣中析出。得到的熔融炉渣是固体氧化物相在液体炉渣相中的浆料。析出的固体氧化物相有助于控制所描述的方法的实施方案所需的熔融炉渣粘度。此外，粘稠的熔融炉渣非常适合于在与炉渣接触的容器的耐火材料上形成保护涂层。
图2是在本发明的直接熔炼方法的一个实施方案中，氧化钙、氧化铝和二氧化硅三种主要的炉渣成分的三元相图。更具体来说，相图聚焦于两种主要的脉石成分氧化铝和二氧化硅以及熔剂添加剂，即氧化钙。相图源自于FactSage 6.1。相图显示了炉渣的组成对炉渣中的相的影响。具体来说，从图2中可以确定，如果需要较高粘度的炉渣（即具有至少2.5泊的粘度的炉渣），其可以通过控制炉渣的组成例如通过调整氧化钙的添加以及其他过程条件以使黄长石固体相从熔融炉渣析出来实现。
图3是在本发明的直接熔炼方法的一个实施方案中，对于高氧化钛进料来说，炉渣的假三元相图和相图的两个标记区段的分开的炉渣液相线图。相图聚焦于（a）三种主要的脉石成分，即氧化铝、氧化镁和二氧化硅，（b）熔剂添加剂，即氧化钙，以及（c）钛白。相图源自于昆士兰大学（University of Queensland）的研究人员。相图定义了炉渣组成提供过程所需的1-5泊的炉渣粘度的操作窗口。该图突出了相图的两个区段，这些区段在所选组成中显示出液相线温度的显著变化。从这些区段可以特别明显地得到用于使固体相在1400-1550℃的熔池温度范围内析出并由此改变炉渣粘度时可以考虑的范围。
更一般性地说，单独或组合的下述方法特征，是所述方法的相关控制参数：
（a）控制炉渣的存量，即炉渣层的厚度和/或炉渣/金属比率（典型情况下，金属：炉渣的重量比在3：1至1：1之间），以平衡过渡区23中金属对热传递的正面效应与过渡区23中的金属由于过渡区23中的反向反应造成的对后燃烧的负面效应。如果炉渣的存量过低，则金属过高地暴露于氧，并且后燃烧的可能性降低。另一方面，如果炉渣的存量过高，则喷管7将被埋在过渡区23中，并且被夹带到自由空间25中的气体减少，后燃烧的可能性降低。
（b）选择喷管7的位置并控制含氧气体和固体通过喷管7和喷管5的注入速率，以在喷管7末端周围维持基本上无金属/炉渣的区域，并在喷管7的下部区段周围形成过渡区23。
（c）通过调整下列一种或多种参数，控制因为炉渣溅射容器3侧壁的与过渡区23相接触或高于过渡区23的区段而引起的容器的热损耗：
（i）炉渣的存量；和
（ii）通过喷管7和喷管5的注入流速。
可以对本发明的上述实施方案作出许多修改而不背离本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.直接熔炼方法，所述方法包括将(a)含有氧化铁和至少3重量％氧化钛的含金属进料、(b)固体含碳进料、和(c)含氧气体供应到含有铁和炉渣的熔池的直接熔炼容器中，以及在所述容器中直接熔炼含金属进料，并产生熔铁、含氧化钛的熔融炉渣、和废气的过程输出物，并且所述方法的特征在于控制过程条件，使得当直接熔炼容器中的熔池中的炉渣温度在1400-1550℃范围内时，熔融炉渣是固体材料和液体相的浆料，并且固体材料在所述过程中的炉渣温度下是固体氧化物相，并且具有0.5-5泊范围内的粘度，所述过程条件包括：
(i)直接熔炼容器内的操作条件，所述操作条件包括容器内的温度和压力以及固体进料和含氧气体的注入速率；
(ii)熔池的组成，包括炉渣的组成；以及
(iii)熔池的特性。
2.权利要求1的方法，其包括通过控制炉渣的组成并将熔池的温度控制在低于炉渣的液相线温度以使固体氧化物相从液体相析出从而控制炉渣的粘度来控制过程条件。
3.权利要求1的方法，其包括控制过程条件以使熔融炉渣中的固体材料为熔融炉渣的至少5％。
4.权利要求1的方法，其包括控制过程条件以使熔融炉渣中的固体材料为熔融炉渣的至少10％。
5.权利要求1的方法，其包括控制过程条件以使熔融炉渣中的固体材料少于熔融炉渣的30％。
6.权利要求1的方法，其包括控制过程条件以使熔融炉渣中的固体材料为熔融炉渣的15-25％。
7.前述权利要求任一项的方法，其中含金属进料包含钛磁铁矿和钛铁矿中的任一种或多种。
8.权利要求7的方法，其中当含金属进料只包含钛磁铁矿时，氧化钛少于含金属进料的40重量％。
9.权利要求7的方法，其中当含金属进料只包含钛磁铁矿时，氧化钛少于含金属进料的30重量％。
10.权利要求7的方法，其中当含金属进料包含钛磁铁矿和钛铁矿时，氧化钛少于含金属进料的50重量％。
11.权利要求1至6任一项的方法，其中含金属进料还包含其他金属氧化物。
12.权利要求11的方法，其中在含金属材料含有氧化钒的情况下，所述方法包括生产熔铁和熔钒、含氧化钛和氧化钒的熔融炉渣、以及废气的过程输出物。
13.权利要求1至6任一项的方法，其包括通过将炉渣中的铁与金属中的碳的浓度比控制在小于2:1来控制过程条件。
14.权利要求1至6任一项的方法，其包括通过将炉渣中的铁与金属中的碳的浓度比控制在小于1.5:1来控制过程条件。
15.权利要求1至6任一项的方法，其包括通过将炉渣中的铁与金属中的碳的浓度比控制在1:1至1.3:1来控制过程条件。
16.权利要求1至6任一项的方法，其包括控制过程条件以使熔融炉渣具有高的氧势。
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