CN104039986A - 启动熔炼工艺 - Google Patents

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Abstract

一种启动基于熔池的熔炼工艺的方法，所述方法包括：在完成向熔炼容器中的高温金属填料之后，在最多3个小时内开始向熔炼容器的主腔室中供应低温的含氧气体和低温的含碳物料，并且点燃含碳物料以及加热主腔室和主腔室中的熔融金属。

Description

启动熔炼工艺
技术领域
本发明涉及一种用于熔炼含金属物料的工艺的启动方法。
术语“含金属物料”在本文中应理解为包括固体的进料和熔融的进料。该术语在其范围内也包括部分还原的含金属物料。
背景技术
本发明特别地但绝非排他性地涉及一种基于熔池的熔炼工艺的启动方法，所述基于熔池的熔炼工艺用于在熔炼容器中从含金属的进料生成熔融金属，所述熔炼容器具有通过熔池中的气体析出而产生的加强池(strong bath)/渣料喷泉(slag fountain)，其中气体析出至少部分地是含碳物料在熔池中脱挥发分的结果。
特别地但绝非排他性地，本发明涉及一种用于熔炼含铁物料例如铁矿石并生成铁的工艺的启动方法。
本发明特别地但绝非排他性地涉及一种在熔炼容器中的熔炼工艺的启动方法，所述熔炼容器包括用于熔炼含金属物料的主腔室。
在本申请人名下的大量的专利和专利申请中介绍了一种已知的、通常称作HIsmelt工艺的、基于熔池的熔炼工艺。
在本申请人名下的国际专利申请PCT/AU99/00884(WO00/022176)中介绍了另一种在下文中称作“HIsarna”工艺的、基于熔池的熔炼工艺。
HIsmelt工艺和HIsarna工艺特别地与通过铁矿石或另外的含铁物料生成熔融铁相关联。
HIsarna工艺在熔炼装置中完成，所述熔炼装置包括：(a)熔炼容器，所述熔炼容器包括主熔炼腔室与用于将固体进料和含氧气体注入主腔室中的喷枪，并且适合于包含熔融金属和渣料的熔池，以及(b)熔炼旋风分离器，所述熔炼旋风分离器用于预处理位于熔炼容器上方并与熔炼容器直接连通的含金属进料。
术语“熔炼旋风分离器”在本文中应理解为表示一种容器，该容器通常限定了竖直的柱状腔室并且被构造为使得供应至腔室的进料沿围绕腔室的竖直中心轴线的路径运动且能够承受足以至少部分熔化含金属进料的高操作温度。
在HIsarna工艺的一种形式中，含碳的进料(通常是煤炭)和可选的助熔剂(通常是煅烧石灰石)被注入熔炼容器的主腔室中的熔池中。含碳的物料被提供作为还原剂的来源和能量的来源。可选地与助熔剂混合的含金属进料例如铁矿石被注入熔炼旋风分离器并且在熔炼旋风分离器中被加热、部分熔化和部分还原。该熔融的、部分还原的含金属物料从熔炼旋风分离器向下流入熔炼容器中的熔池中并且被熔炼为熔池中的熔融金属。熔池中生成的高温反应气体(通常是CO、CO2、H2和H2O)借助主腔室的上部中的含氧气体(通常是工业级的氧气)部分燃烧。通过后燃烧产生的热量被传输至回落到熔池中的、位于上段的熔融液滴以保持熔池的温度。高温的、部分燃烧的反应气体从主腔室向上流动并进入熔炼旋风分离器的底部。含氧气体(通常是工业级的氧气)经由鼓风口注入熔炼旋风分离器，所述鼓风口以在水平面内产生气旋涡流模式这样的方式设置，也就是围绕熔炼旋风分离器的腔室的中心轴线设置。含氧气体的这种注入导致熔炼容器中气体的进一步燃烧，得到非常高温的(气旋性)火焰。细分输入的含金属进料通过熔炼旋风分离器中的鼓风口被气动地注入这些火焰中，得到伴有部分还原(约10-20％还原)的快速加热和部分熔炼。还原是由于赤铁矿的热解和来自主腔室的反应气体中的CO/H2的还原反应。高温的、部分熔炼的含金属进料通过气旋涡流作用被向外投放到熔炼旋风分离器的壁上，并且如上所述向下流入熔炼容器的下部以用于在该容器的主腔室中熔炼。
上述形式的HIsarna工艺的实际效果是两步式的逆流工艺。含金属的进料通过从熔炼容器输出的反应气体被加热和部分还原，然后向下流入熔炼容器并在熔炼容器中被熔炼为熔融铁。一般来说，这种逆流设置提高了生产率和能效。
以上的说明内容不应在澳大利亚或其他地方被当作对公知常识的认定。
申请人已经提出通过(从外部来源)经由容器的前料道向容器的主腔室中输送高温金属、开始供应含氧气体(通常是工业级的氧气)和固体的含碳物料(通常是煤炭)、并在主腔室中产生热量而在熔炼容器中启动HIsarna工艺和供氧类型的HIsmelt工艺。这种高温启动方法通过可燃物料在主腔室中的自发点火来产生热量。申请人已经提出在高温启动方法中的这一初始步骤之后加入造渣剂，然后再向主腔室中加入含金属的进料(例如含铁的物料譬如铁矿石)。
在基于低温的工业级氧气用作含氧气体、煤炭用作固体的含碳物料且铁矿石粉用作含金属物料的HIsarna工艺的试点工厂测试中，申请人发现这样的启动在某些条件下可能会失败。通过非故意地允许在充注高温金属和允许氧气/煤炭进入熔炼容器的主腔室之间经历较长的时间段，发现即使是不久前向主腔室中注入了新的高温金属，煤炭-氧气的点火也可能失败。这就导致未燃烧的煤炭和氧气的混合物离开熔炼容器，并且这将相应地在下游的废热锅炉中触发煤尘爆炸。
申请人确信这种类型的情况由于能够导致严重的伤害和/或设备损坏而必须避免。因为这种失败的启动，申请人随后在熔炼容器中安装了摄像头以直接观察造成点火失败的原因。
视频记录显示：在将高温金属注入熔炼容器的主腔室时，存在自发的火花和高温金属的少量飞溅，这就能够轻易地点燃主腔室中的低温氧气-煤炭的混合物。但是，随着时间的流逝，渣料薄层在高温金属表面上累积，并且高温金属的飞溅动作逐渐消失。最终，金属变成完全被渣皮覆盖，并且金属的飞溅动作停止。如果在这些条件下输送氧气和煤炭，那么可以确信点火会失败。
可以确信的是渣料来自两种来源：(1)在熔炼容器的主腔室中遗留的来自于先前操作例如先前的熔炼作业的渣料；以及(2)高温金属中的某些金属品种(特别是硅)的氧化物。后者出现的程度是在填料金属中存在多少硅的函数，并且在硅的逐渐增加成为启动的一部分的情况下，这种影响得到强化。重要的实践结论是渣料层总是能够形成，并且安全的启动方法必须适应这种可能性。
渣料层的形成是容器的几何形状、填料金属的温度/组分和容器状态(例如在容器的侧壁上的现有冻结层的厚度)的函数。在将高温金属注入熔炼容器的主腔室时，通过从相对静态的熔池表面到高温金属上方的主腔室侧壁的辐射而立刻损失热量。这些侧壁可以是耐火壁。在申请人特别关注的熔炼容器的情况下，侧壁包括水冷面板。金属由于在这些条件下具有高密度和相对较低的粘度而倾向于自身循环。这样就抑制了在其顶面上形成固化或高粘性的均匀皮壳的任何初始趋势。另一方面，渣料倾向于漂浮在金属顶部成为几乎均匀的薄层。由于渣料通过辐射而损失热量，因此渣料的粘度增加且变得粘稠。在这些条件下，绝热的渣皮(实际上相当于绝热“包覆层”)有效地形成在高温金属的顶部。这一点被申请人认为是与在启动条件下渣料破坏氧气-煤炭点燃的能力相关联的关键机制。这是一种与时间相关的机制。
应该理解与这种渣皮的形成相关联的时间尺度是用于工厂安全运行的关键。对于本文所述的试点工厂，(金属)熔池的直径约为2.6米且在熔炼容器的侧壁和顶部当中由全水冷面板限定顶部空间。此时在水冷面板上存在临时性的(消耗性的)、浇铸/喷补的耐火层。在涉及失败的启动(导致煤尘爆炸)的测试中，金属被充填到容器的主腔室中并且通过向主腔室加入氧气和煤炭而进行了七次启动工艺的独立尝试。其中有六次尝试是在填料之后的前两小时内进行，并且每一次都可以(根据水冷面板的热负荷和气体组分的数据)表明点火实际上已经发生但是启动的尝试随后由于与点火无关的原因而失败。第七次(也就是最后一次)尝试是在完成高温金属填料之后约2.5小时进行的。正是这一次尝试导致最终的点火失败并且造成了煤尘爆炸。
对于该特定的熔炼设施，在完成高温金属填料之后看起来“安全的”点火时间窗是大约1-2小时(在此期间能够合理地确保氧气和煤炭的自发点火)。除此之外，不能确保安全点火并且需要遵循替代的低温启动方法。在以本申请人的名义与本发明的国际专利申请同日提交的、发明名称为“启动熔炼工艺(Starting a Smelting Process)”的相关国际专利申请中介绍了低温启动方法。
该特定的时间窗转用于其他的熔炼设施必须对上述因素(容器的几何形状、填料金属的状态等)予以适当的考虑才能进行。
发明内容
本发明的熔炼工艺的启动方法可应用于在已经加入高温金属填料以作为从空置容器的状态下启动的一部分时启动任何基于熔池的熔炼工艺。
根据本发明，提供了一种用于在熔炼装置中熔炼含金属进料的、基于熔池的工艺的启动方法，其中所述熔炼装置包括熔炼容器，所述熔炼容器包括：用于包含熔池的主腔室、用于在熔炼作业期间从所述主腔室排出熔融金属的前料道、以及连接所述主腔室和所述前料道的前料道连接件，并且其中所述方法包括以下步骤：
(a)预加热所述主腔室、所述前料道和所述前料道连接件；
(b)经由所述前料道向所述主腔室中注入高温金属填料；
(c)在完成高温金属的填料之后，在最多3个小时内开始向所述主腔室中供应低温的含氧气体和低温的含碳物料，并且点燃所述含碳物料以及加热所述主腔室和所述主腔室中的熔融金属；
(d)继续向所述主腔室中供应含氧气体和含碳物料、燃烧含碳物料并且加热所述主腔室和所述主腔室中的熔融金属达到至少10分钟的时段；以及
(e)为了引发金属的生成而开始向所述主腔室中输送含金属的物料。
作为在步骤(c)中选择3小时的点火时间上限值的说明，如上所述，根据试点工厂的测试得出的用于安全点火的2小时的时间上限值易受到与试点工厂的规模和操作条件相关联的各种因素的影响。考虑到用于试点工厂的这些因素并且注意到与基于熔池的熔炼设施相关的其他因素，申请人断定在与试点工厂使用的条件不同的条件下，用于安全点火的该时间段在其他的熔炼设施中可以扩展为多达3小时。
在含氧气体的语境中的术语“低温”在本文中应理解为表示的低温含义是气体处于比含碳物料和含氧气体的混合物的自发点火所需的温度更低的温度下(在煤炭-氧气混合物的情况下也就是低于约700-800℃)。
在含碳物料的语境中的术语“低温”在本文中应理解为表示固体物料低于150℃。
所述方法可以包括在主腔室中验证含氧气体和含碳物料的点火。验证可以通过水冷面板的热负荷和/或用于熔炼装置的在线气体分析系统和/或利用摄像头或容器中的适当开口直接观测(如果工艺条件允许这样做的话)来完成。
步骤(a)可以包括例如使用合适的燃料气体预加热容器的料道、前料道和前料道连接件，以使得料道、前料道和前料道连接件的平均表面温度在1000℃以上，优选地在1200℃以上。
步骤(b)中的熔融金属的填料可以包括多种专用的高温金属的添加料。
步骤(b)可以包括选择经由前料道送入主腔室的高温金属填料量，以使得在主腔室中的金属高度比前料道连接件的顶部高出至少100mm。
步骤(b)可以包括选择经由前料道送入主腔室的高温金属填料量，以使得在主腔室中的金属高度比前料道连接件的顶部高出至少200mm。
步骤(c)可以包括在完成向主腔室中的高温金属填料之后，在2个小时内开始向主腔室中供应含氧气体和含碳物料。
步骤(c)可以包括在完成向主腔室中的高温金属填料之后，在1个小时内开始向主腔室中供应含氧气体和含碳物料。
步骤(c)可以包括在开始向主腔室中供应含氧气体之前，开始向主腔室中供应作为含碳物料的煤炭。
步骤(c)可以包括同时开始向主腔室中供应作为含碳物料的煤炭和含氧气体。
步骤(c)可以包括在开始向主腔室中供应含碳物料的煤炭之前，开始向主腔室中供应含氧气体。
步骤(c)可以包括选择固体含碳物料和含氧气体的比例以确保完成固体含碳物料的燃烧。
步骤(d)可以包括提高固体含碳物料和含氧气体的比例。
步骤(d)可以包括通过在主腔室中燃烧含碳物料和含氧气体而在30-60分钟的时段内加热主腔室。
在上述的步骤(c)中向主腔室中输送含氧气体和含碳物料的初始进料速率优选地被计算为使得有足够的氧气用于完全燃烧含碳物料。这通常与最大量的发热和最大概率地实现良好点火相一致。
一旦已完成该初始点火步骤(c)，就在步骤(d)中根据步骤(c)的速率优选地调节含氧气体和含碳物料的速率，以使得优选地有至少40％的氧气量用于完成含碳物料的燃烧。这就使得主腔室的氧气含量基本上处在用于熔炼和避免过度氧化熔融材料的正常范围内。
所述方法在步骤(d)之后以及在步骤(c)之前可以包括向主腔室中输送渣料或造渣剂，目的是建立合适的渣料存量以用于熔炼主腔室中的含金属物料。
熔炼容器可以包括内衬耐火材料的料道。
前料道可以是内衬耐火材料的前料道。
熔炼容器可以包括限定容器主腔室的顶部空间的、局部水冷的侧壁。
熔炼容器可以包括用于向容器主腔室的熔池中注入含碳物料的喷枪/鼓风口。
熔炼容器可以包括用于向容器主腔室的顶部空间中注入含氧气体的喷枪/鼓风口。
所述装置可以包括：(i)适合于包含熔融金属的熔池的上述熔炼容器，以及(ii)定位在熔炼容器上方并与熔炼容器连通的熔炼旋风分离器。在此情况下，步骤(e)可以包括开始向熔炼旋风分离器中供应含金属的进料和附加的含氧气体，在旋风分离器中产生旋转的物料流，燃烧从容器向上流入旋风分离器中的可燃气体，并且在旋风分离器中部分还原和熔炼含金属的进料，由此部分还原的、熔融的含金属进料从旋风分离器向下流入熔炼容器的主腔室中的金属和渣料的熔池中并被熔炼为熔池中的熔融金属。
本发明的方法可应用于基于熔池的熔炼装置，所述熔炼装置包括：(a)熔炼容器，所述熔炼容器具有主腔室，所述主腔室适合于包含熔融金属和渣料的熔池，(b)用于向熔池中供应含碳物料的喷枪或其他合适的装置，(c)用于向熔池中供应含氧气体的喷枪或其他合适的装置，(d)用于通过熔炼旋风分离器直接或间接地向熔池中供应含金属物料的喷枪或其他合适的装置，并且(e)熔炼容器中在熔池以上的壁部区域中的至少40％、通常是至少50％被具有冻结渣料层的水冷面板覆盖。
在正常的操作条件下，基于熔池的熔炼工艺包括以下步骤：
(a)向熔池中供应含碳物料和(可以是固体或熔融的)含金属物料，并且在熔池中产生反应气体、熔炼含金属物料和生成熔融金属，
(b)向主腔室中供应含氧气体以用于在熔池上方燃烧从熔池释放的可燃气体并产生用于熔池内部的熔炼反应的热量，其中含氧气体通常是“低温的”工业级氧气，“低温”的含义是处于比煤炭-氧气混合物的安全点火所需的温度明显更低的温度下(也就是低于约700-800℃)；以及
(c)通过气体上升生成熔融物料从熔池中有效向上的运动，目的是形成熔融物料的载热液滴和飞溅，所述熔融物料在投入主腔室的顶部空间中的燃烧区域中时被加热且随后回落到所述熔池中，由此液滴和飞溅将热量向下带回到用于熔炼所述含金属物料的所述熔池中。
含氧气体可以是空气、氧气或富氧空气。
根据本发明，提供了一种用于在熔炼装置中熔炼含金属进料的、基于熔池的工艺的启动方法，其中所述熔炼装置包括熔炼容器，所述熔炼容器包括用于包含熔池的主腔室，用于在熔炼作业期间从所述主腔室排出熔融金属的前料道，以及连接所述主腔室和所述前料道的前料道连接件，并且其中所述方法包括以下步骤：
(a)预加热所述主腔室、所述前料道和所述前料道连接件；
(b)经由所述前料道向所述主腔室中注入高温金属填料；
(c)在金属填料上形成的皮壳状渣料的绝热层达到阻止熔融金属点燃含碳物料的程度之前，在一定的时间段内开始向所述主腔室内供应低温的含氧气体和低温的含碳物料，并且点燃含碳物料以及加热所述主腔室和所述主腔室中的熔融金属；
(d)继续向所述主腔室中供应含氧气体和含碳物料、燃烧含碳物料和含氧气体并且加热所述主腔室和所述主腔室中的熔融金属达到至少10分钟的时段；以及
(e)为了引发金属的生成而开始向所述主腔室中输送含金属的物料。
附图说明
参照附图介绍根据本发明在熔炼容器中的熔炼工艺的启动方法的实施例，在附图中：
图1是根据HIsarna工艺的一个实施例用于熔炼含金属物料并生成熔融金属的HIsarna装置的示意图；
图2是图1所示熔炼容器的放大的截面图，图中示出了在向图1所示装置的容量容器的主腔室中供应熔融金属的填料之后不久的熔炼容器的状态，并且在容器中的熔融金属和熔渣层上形成有皮壳层。
具体实施方式
HIsarna工艺熔炼含金属的进料并生成熔融金属、熔渣和废气的工艺输出。HIsarna工艺的下述说明的背景是熔炼铁矿石形式的含金属物料。本发明并不局限于这种类型的含金属物料。
图1所示的HIsarna装置包括熔炼旋风分离器2和基于熔池的熔炼容器4，熔炼容器4具有位于熔炼旋风分离器2正下方的主腔室19，其中在熔炼旋风分离器2的腔室和熔炼容器4之间直接连通。
参照图1，在熔炼作业的稳态操作期间，基于磁铁矿的、最大尺寸6mm的矿石(或其他铁矿石)和助熔剂例如石灰石的混合物1经由矿石干燥机输送，并且与气动输送的气体1a一起输送到熔炼旋风分离器2中。石灰石在矿石和石灰石的组合料流中占据约8-10％的重量。氧气8经由通风口喷入熔炼旋风分离器2中以预加热、部分熔炼和部分还原矿石。氧气8还使从熔炼容器4向上流入熔炼旋风分离器2中的可燃气体燃烧。部分熔炼和部分还原的矿石从熔炼旋风分离器2向下流入熔炼容器4的主腔室19中的熔池25中。部分熔炼和部分还原的矿石在熔池25中被熔炼以形成熔融铁。煤炭3经由单独的干燥机被输送至熔炼容器4的主腔室19。煤炭3和输送的气体2a经由喷枪35注入主腔室19中的金属和渣料的熔池25中。煤炭提供还原剂的来源和能量的来源。图1和图2将熔池25示出为包括两层，其中层25a是熔融金属层且层25b是熔渣层。附图将各层示出为均匀的深度。这仅仅是为了图示的目的而并不是高度搅拌和良好混合的熔池在HIsarna工艺的操作中的准确表现。熔池25中的混合是由于煤炭在熔池中脱挥发分而产生气体例如CO和H2，并且导致气体和携带的物料从熔池向上运动进入主腔室19中的在熔池25上方的顶部空间中。氧气7经由喷枪37注入主腔室19中以用于通常是CO和H2的这些气体中的一部分的后燃烧，这些气体是从熔池25产生和释放到主腔室19的顶部空间中并提供必要的热量以用于熔池中的熔炼工艺。
HIsarna工艺在熔炼作业期间的正常操作涉及：(a)经由喷枪35向熔炼容器4的主腔室19中的煤炭注入和经由喷枪37向熔炼容器4的主腔室19中的低温氧气注入，以及(b)向熔炼旋风分离器2中的矿石注入7和附加的氧气注入8。
操作条件包括但不限于向熔炼容器4的主腔室19中的煤炭和氧气的进料速率、向熔炼旋风分离器2中的矿石和氧气的进料速率以及来自于主腔室19的热损失，所述操作条件被选择为使得经由废气输出管9离开熔炼旋风分离器2的废气具有至少90％的后燃烧度。
废气从熔炼旋风分离器2经由废气管9输送至废气焚烧炉10，在此注入附加的氧气11以燃烧残留的CO/H2并在完全燃烧的烟道气中提供一定的无氧度(通常是1-2％)。
完全燃烧的废气随后流过热回收段12，在此冷却气体并产生蒸汽。烟道气随后流过湿式除尘器13，在此实现冷却和除尘。得到的浆料14可供用于经由矿石进料流1再循环至熔炼装置。
离开除尘器13的冷却烟道气被输送至烟道气脱硫单元15。
随后清洁的烟道气经由烟囱16排出。该气体主要由CO2构成，并且如果合适的话，该气体可以被压缩并同步隔离(适当地去除残留的不可凝的气体品种)。
特别地参照图2，熔炼容器4包括内衬耐火材料的料道33和主要通过水冷面板限定的侧壁41以限定主腔室19。熔炼容器4还包括经由前料道连接件23连接至主腔室19的前料道21。在HIsarna工艺的熔炼作业的过程期间，主腔室19中生成的熔融金属从主腔室19经由前料道连接件23和前料道21排放。
下面介绍根据本发明用于启动HIsarna工艺以供制铁的方法的一个实施例。
在启动方法开始时，容器4的主腔室19、前料道21和前料道连接件23是空置的。
启动方法包括例如使用合适的燃料气体预加热料道33、前料道21和前料道连接件23，以使得料道33、前料道21和前料道连接件23的平均表面温度在1000℃以上，优选地在1200℃以上。
在完成预加热步骤之后，启动方法包括经由前料道21和前料道连接件23向主腔室19中注入选定量的熔融铁以在容器4的料道33中建立熔融铁的熔池25a。通常，填料的量选择为使得主腔室19中的熔融铁的高度比前料道连接件23的顶部高出至少100mm。
一旦熔融铁被充填到主腔室19中，熔融铁的熔池25a的表面上就开始形成皮壳状的冻结渣料层29。图2示出了在启动方法中处于该阶段的熔炼容器4。如图2所示，(主要)通过向限定主腔室19的上段的侧壁41的水冷面板辐射而从熔融铁的熔池25的顶面上损失热量。
在向主腔室19中充填熔融铁的步骤完成之后，启动方法包括分别经由喷枪35和37向主腔室19中供应煤炭和氧气。
在成功的启动方法中，在主腔室19中点燃煤炭并产生热量。
安全启动HIsarna工艺的关键在于在标称的、“安全”的小于3个小时(在本示例中是1-2小时)的时间段内允许氧气37的注入和煤炭35的注入。
更一般地说，时间窗是在形成的皮壳状冻结渣料层29达到从熔融铁的熔池25a进入主腔室19的、在熔池25a以上的顶部空间中的火花和熔融铁的飞溅不能点燃氧气37和煤炭35的程度并且没有其他的点火源之前的时间段。
在最初允许注入氧气37和煤炭35时，两者之间的比例被计算为使得有足够的氧气用于燃烧所有的煤炭35。在点火之后，该条件仅需保持为足够长(5-10分钟)以验证点火正常即可。然后，煤炭与矿石的比例被随之调节为大约是煤炭35相对于氧气37的量的两倍(用于完全燃烧)。增加煤炭与矿石的比例的目的是提高用作还原剂和能量来源的碳的水平。
验证正常点火可以通过水冷面板的热负荷和/或用于熔炼装置的在线气体分析系统和/或利用摄像头或熔炼容器4中的适当开口直接观测(如果工艺条件允许这样做的话)来完成。
启动方法可以包括在煤炭注入有效时的任意时刻注入助熔剂例如石灰或石灰石。优选的实践做法是如上所述一直等到初始的5-10分钟的点火验证阶段之后。
煤炭和氧气(加上助熔剂)的注入被保持大约30分钟，目的是加热主腔室19和腔室中的熔融金属。此时粉碎的渣料经渣料口6气动地输送到主腔室19中，目的是快速建立合适的、用于正常操作的渣料存量。
一旦完成粉碎渣料的注入，铁矿石和氧气8即被注入熔炼旋风分离器2，煤炭35和氧气37即被注入熔炼容器4，开始在冶炼作业中的金属生成，并且从主腔室19经由前料道21和前料道连接件23排出熔融金属。
可以对上述本发明的工艺实施例进行多种修改而并不背离本发明的实质和保护范围。
上述说明内容关注的是煤炭作为含碳物料和工业级的氧气作为含氧气体。本发明并非如此受限并且可扩展为任意合适的含氧气体和任意合适的固体含碳物料。
上述的实施例关注的是HIsarna工艺。本发明并不局限于HIsarna工艺并且可扩展为任意的在熔炼容器中基于熔池的工艺。作为示例，本发明可扩展为供氧类型的HIsmelt工艺。如上所述，在本申请人名下的大量的专利和专利申请中介绍了HIsmelt工艺。作为示例，在本申请人名下的国际专利申请PCT/AU96/00197中介绍了HIsmelt工艺。通过该国际专利申请提交的专利说明书中的公开内容通过交叉引用并入本文。

Claims (14)

1.一种用于在熔炼装置中熔炼含金属进料的、基于熔池的工艺的启动方法，其中所述熔炼装置包括熔炼容器，所述熔炼容器包括：用于包含熔池的主腔室、用于在熔炼作业期间从所述主腔室排出熔融金属的前料道、以及连接所述主腔室和所述前料道的前料道连接件，并且其中所述方法包括以下步骤：
(a)预加热所述主腔室、所述前料道和所述前料道连接件；
(b)经由所述前料道向所述主腔室中注入高温金属填料；
(c)在完成高温金属的填料之后，在最多3个小时内开始向所述主腔室中供应低温的含氧气体和低温的含碳物料，并且点燃所述含碳物料以及加热所述主腔室和所述主腔室中的熔融金属；
(d)继续向所述主腔室中供应含氧气体和含碳物料、燃烧含碳物料并且加热所述主腔室和所述主腔室中的熔融金属达到至少10分钟的时段；以及
(e)为了引发金属的生成而开始向所述主腔室中输送含金属的物料。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在所述主腔室中验证含氧气体和含碳物料的点火。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，步骤(a)包括预加热所述容器的料道、所述前料道和所述前料道连接件，以使所述料道、所述前料道和所述前料道连接件的平均表面温度在1000℃以上。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(a)包括预加热所述容器的料道、所述前料道和所述前料道连接件，以使所述料道、所述前料道和所述前料道连接件的平均表面温度在1200℃以上。
5.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中，步骤(b)包括选择经由前料道送入所述主腔室的高温金属填料量，以使得在所述主腔室中的金属高度比所述前料道连接件的顶部高出至少100mm。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(b)包括选择经由所述前料道送入所述主腔室的高温金属填料量，以使得在所述主腔室中的金属高度比所述前料道连接件的顶部高出至少200mm。
7.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中，步骤(c)包括在完成向所述主腔室中的高温金属填料之后，在2个小时内开始向所述主腔室中供应含氧气体和含碳物料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤(c)包括在完成向所述主腔室中的高温金属填料之后，在1个小时内开始向所述主腔室中供应含氧气体和含碳物料。
9.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中，步骤(d)包括通过燃烧所述主腔室中的含碳物料和含氧气体而在30至60分钟的时段内加热所述主腔室。
10.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，其中，在步骤(c)中向所述主腔室中供应含氧气体和含碳物料的初始进料速率被计算为使得有足够的氧气用于完全燃烧所述含碳物料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，一旦完成该初始的点火步骤(c)，就在步骤(d)中根据步骤(c)的速率调节含氧气体和含碳物料的速率，以使得有至少40％的氧气量用于完成所述含碳物料的燃烧。
12.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，在步骤(d)之后以及在步骤(c)之前，向所述主腔室中输送渣料或造渣剂，目的是建立合适的渣料存量以用于熔炼所述主腔室中的含金属物料。
13.根据以上权利要求中的任何一项所述的方法，所述基于熔池的工艺包括以下步骤：
(a)向所述熔池中供应含碳物料和固体或熔融的含金属物料，并且在所述熔池中产生反应气体、熔炼含金属物料和生成熔融金属。
(b)向所述主腔室中供应含氧气体以用于在熔池上方燃烧从所述熔池释放的可燃气体并产生用于熔池内部的熔炼反应的热量；以及
(c)通过气体上升生成熔融物料从所述熔池中有效向上的运动，目的是形成熔融物料的载热液滴和飞溅，所述熔融物料在投入所述主腔室的顶部空间中的燃烧区域中时被加热且随后回落到所述熔池中，由此液滴和飞溅将热量向下带回到用于熔炼所述含金属物料的所述熔池中。
14.一种用于在熔炼装置中熔炼含金属进料的、基于熔池的工艺的启动方法，其中所述熔炼装置包括熔炼容器，所述熔炼容器包括用于包含熔池的主腔室，用于在熔炼作业期间从所述主腔室排出熔融金属的前料道，以及连接所述主腔室和所述前料道的前料道连接件，并且其中所述方法包括以下步骤：
(a)预加热所述主腔室、所述前料道和所述前料道连接件；
(b)经由所述前料道向所述主腔室中注入高温金属填料；
(c)在金属填料上形成的皮壳状渣料的绝热层达到阻止熔融金属点燃含碳物料的程度之前，在一定的时间段内开始向所述主腔室内供应低温的含氧气体和低温的含碳物料，并且点燃含碳物料以及加热所述主腔室和所述主腔室中的熔融金属；
(d)继续向所述主腔室中供应含氧气体和含碳物料、燃烧含碳物料和含氧气体并且加热所述主腔室和所述主腔室中的熔融金属达到至少10分钟的时段；以及
(e)为了引发金属的生成而开始向所述主腔室中输送含金属的物料。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111936642A (zh) * 2018-03-30 2020-11-13 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 利用全燃烧的直接熔炼法
CN113286900A (zh) * 2019-03-22 2021-08-20 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 在冶金容器中制造铁的方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015089563A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Technological Resources Pty. Limited Smelting process and apparatus
JP7496262B2 (ja) 2020-08-20 2024-06-06 シチズン時計株式会社 工作機械
WO2023244479A1 (en) 2022-06-15 2023-12-21 Nucor Corporation A direct bath smelting process with management of peripheral cold zones at the metal-slag interface

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6387153B1 (en) * 1999-10-15 2002-05-14 Technological Resources Pty Ltd Stable idle procedure
US6517605B1 (en) * 1999-07-09 2003-02-11 Technological Resources Pty. Ltd. Start-up procedure for direct smelting process
CN101189349A (zh) * 2005-05-13 2008-05-28 技术资源有限公司 用于直接熔炼工艺的冷启动方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62243707A (ja) * 1986-04-15 1987-10-24 Nippon Steel Corp 傾転式溶融金属製造装置
JPS6479311A (en) * 1987-09-18 1989-03-24 Nippon Steel Corp Method and device for continuous operation type smelting reduction
AUPP647198A0 (en) * 1998-10-14 1998-11-05 Technological Resources Pty Limited A process and an apparatus for producing metals and metal alloys
AUPQ213099A0 (en) * 1999-08-10 1999-09-02 Technological Resources Pty Limited Pressure control
WO2006110949A1 (en) * 2005-04-18 2006-10-26 Technological Resources Pty. Limited Hot metal supply apparatus
CN101473050B (zh) * 2006-04-24 2013-07-03 技术资源有限公司 直接熔炼工艺中的压力控制
JP5123571B2 (ja) * 2007-06-04 2013-01-23 住友重機械工業株式会社 還元処理装置及び還元処理方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6517605B1 (en) * 1999-07-09 2003-02-11 Technological Resources Pty. Ltd. Start-up procedure for direct smelting process
US6387153B1 (en) * 1999-10-15 2002-05-14 Technological Resources Pty Ltd Stable idle procedure
CN101189349A (zh) * 2005-05-13 2008-05-28 技术资源有限公司 用于直接熔炼工艺的冷启动方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111936642A (zh) * 2018-03-30 2020-11-13 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 利用全燃烧的直接熔炼法
CN113286900A (zh) * 2019-03-22 2021-08-20 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 在冶金容器中制造铁的方法

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