CN104093861B - 熔炼旋流器和装有这样熔炼旋流器的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制备预还原的熔融铁氧化物的熔炼旋流器，其中该熔炼旋流器具有第一和第二开口，第一开口充当还原性工艺气体的入口和充当熔融的预还原铁氧化物的出口，第二开口充当工艺气体的出口，具有供应装置以便向熔炼旋流器中供应铁矿石，并具有供氧装置以便向熔炼旋流器中供应氧，其中提供额外的加热装置以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器的出口处凝固。

Description

熔炼旋流器和装有这样熔炼旋流器的设备

本发明涉及熔炼旋流器(cyclone)和装有熔炼旋流器的设备。

在钢制造中，熔炼旋流器可用于铁矿石的预还原和熔融。在该上下文中，铁矿石定义为含有铁氧化物的含金属材料。这样的熔炼旋流器装有从围绕该旋流器的周围的多个位置注射铁矿石的装置和注射氧的装置。以大致切线方向注射铁矿石和氧，由此在旋流器内部产生涡流或旋流。同时，向旋流器中引入还原性工艺气体，其与注射的氧结合而部分燃烧，导致足够的高温以熔融该铁氧化物。旋流器中的涡流或旋流有助于注射的氧与还原性工艺气体的混合以及与铁氧化物的热交换。作为涡流运动的结果，将铁矿石颗粒与熔融的铁矿石从气体中分离并收集在该旋流器壁上，其由此向下流动，从而聚积在发生最终还原的容器中。例如由EP0726326和EP0735146可以获知这样的熔炼旋流器。

在2010-2011年建成了额定生产能力为每年60,000吨的中试设备以测试用于生铁生产的熔炼旋流器与熔炼容器的组合。该中试设备，基于当时最好的认识建造，没有预期在使熔融材料由熔炼旋流器向下流入下方的熔炼容器方面的任何特别的困难。但是，在实践中，存在在该熔炼旋流器的底部形成凝固材料的出乎预料的持续状况。有时，这些凝固的结块限制了熔炼容器与旋流器之间的气体流动，产生了迫使设备停机的工艺紊乱。

随后对这种不曾预料的设备特征的分析表明，在操作中在熔炼旋流器内部的温度是可变的，特别是在熔炼旋流器的下部中有时变得过低，在所述熔炼旋流器的下部中熔融的铁氧化物从该熔炼旋流器流入冶金熔炼容器。这导致了在熔炼旋流器内部较高地形成的熔融材料的冷却和凝固。

本发明的一个目的是提供一种具有足够高以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器中凝固的温度的熔炼旋流器。

本发明的另一目的是提供一种具有额外的加热装置以防止熔炼旋流器中熔融铁氧化物凝固的熔炼旋流器。

本发明的另一目的是提供作为额外的加热装置的氧气注射装置。

本发明的又一目的是提供氧气注射装置，其中对预还原性工艺气体通过该额外的加热装置的燃烧和预还原性工艺气体在熔炼旋流器中的进一步燃烧进行平衡。

本发明的再一目的是提供一种包括具有熔炼旋流器的冶金容器的设备，所述熔炼旋流器具有额外的加热装置以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器中凝固。

根据本发明的第一方面，通过提供用于制备预还原的熔融铁氧化物的熔炼旋流器来实现一个或多个上述目的，其中该熔炼旋流器具有第一和第二开口，第一开口充当还原性工艺气体的入口和充当熔融的预还原铁氧化物的出口，第二开口充当工艺气体的出口，具有铁矿石供应装置以便向熔炼旋流器中供应铁矿石，并具有供氧装置以便向熔炼旋流器中供应氧，其中提供额外的加热装置以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器的第一开口处或在其附近凝固，并且其中该额外的加热装置包含一个或多个氧注射器，所述氧注射器在操作中从低于熔炼旋流器第一开口的位置处在使得注射的氧与进入第一开口的工艺气体接触的方向上注射氧。

根据本发明的再一方面，提供了如在垂直向下的方向上所见的一个或多个氧注射器位于第一开口的周围外侧。

本说明书中所使用的术语“氧”是指含氧气体以及纯氧。

熔炼旋流器的第一开口附近的温度将足够高以使得至少部分预还原性气体与注射的氧燃烧。为了在第一开口处具有足够高的温度以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器的所述第一开口处凝固，仅需要部分的预还原性气体以其它方式在熔炼旋流器内部燃烧。

在大多数情况下，熔炼旋流器是一种具有圆筒形通道的装置，所述圆筒形通道具有相对的第一和第二开口，其中在该装置的中心部分中以大致切线的方向注射铁矿石和氧以便在熔炼旋流器内部产生涡流或旋流。在操作时，通常定位该熔炼旋流器使得存在从第一开口到第二开口的垂直通道。采用这样的熔炼旋流器定位，部分预还原性气体在熔炼旋流器的第一开口处或在其附近的燃烧也将有助于在将铁矿石注射的位置处使熔炼旋流器内部的温度保持在目标值。

根据再一方面提供的是，布置氧注射器使得在操作中在至少部分与进入熔炼旋流器的工艺气体的流动方向成一致的方向上注射氧。术语“氧注射器”是指一个或多个氧注射器，除非从说明书明确指出是单个注射器或多个注射器。

熔炼旋流器内部的气体流动方向是组合的周围行进与向上行进的运动，其中向上行进的运动由进入熔炼旋流器的预还原性气体和产生的热所产生。取决于向上方向的预还原性气体的流速和注射氧的位置与熔炼旋流器的第一开口之间的距离，可以在从进入第一开口的方向到平行于与第一开口的假想垂直中心轴垂直的平面的方向之间的任意方向上注射氧。优选该注射方向还给出了切向分量，即从所述垂直轴偏移的方向。

通过以这种方式布置氧注射器，在操作中可以实现在该熔炼旋流器的第一开口处或在其附近发生注射的氧与部分预还原性工艺气体的燃烧，导致充分加热熔炼旋流器的该部分。

优选围绕该熔炼旋流器的第一开口的周围使多个氧注射器间隔开以便能够产生熔炼旋流器在其第一开口周围的部分的均匀加热。氧注射器围绕第一开口的间隔还包括定位氧注射器使得它们优选在熔融铁氧化物离开熔炼旋流器的路径之外。熔炼旋流器的垂直定位是指在所述开口周围并在垂直以及水平方向上离第一开口一定距离处使氧注射器间隔开，以避开从熔炼旋流器中滴落或流动的熔融铁氧化物的垂直下落轨迹。

根据本发明的再一方面提供的是，该氧注射器是可调的使得可以调节氧注射的方向。使注射方向可调的最容易的方式是提供：通过旋转氧注射器的至少一部分来改变注射方向。为此进一步提供的是，氧注射器的旋转轴与注射方向相对于彼此成一角度。例如这通过在氧注射器中具有弯头或通过以相对于氧注射器的旋转轴成一角度引导注射的氧的喷嘴来实现。

进一步提供的是，将该氧注射器连接到用于供氧装置的氧供应以便向熔炼旋流器中供应氧。通过具有共用氧供应，容易控制供应到熔炼旋流器的总氧量。此外，采用这样的共用氧供应，可以调节该氧注射器以注射供应到熔炼旋流器的氧的总量的固定百分比。

根据另一个实施方案，提供的是，向熔炼旋流器中供应氧的氧注射器和供氧装置是单独可调的。采用这样的配置，可以通过调节每一单个注射器来控制氧供应，这允许由单个注射器注射不同量的氧或关闭一个或多个注射器。

根据又一个实施方案，该氧注射器具有共用流量计装置和共用调节装置以调节注射的氧的总量。采用这种设置，可以精确监控氧注射器的总流量和通过调节所有氧注射器的共同氧供应来进行调节。

根据再一个实施方案，将该氧注射器连接到氧供应，该氧供应与用于向熔炼旋流器中供应氧的供氧装置的氧供应是分离的。这样的独立设置的优点在于调节氧注射器或调节用于向熔炼旋流器中供应氧的供氧装置的氧供应将不会对其它供应产生任何影响。

根据又一个实施方案，对每一单个的氧注射器提供单独的供氧系统。这允许进行其中各氧注射器的氧供应可完全独立于每个其它氧注射器的调节。

根据本发明的又一方面，还提供了一种用于制备熔融铁的设备，其包括冶金容器和在该冶金容器的顶部上提供并与该冶金容器的内部开放连接的如上所述的熔炼旋流器，其中一个或多个氧注射器在该熔炼旋流器的第一开口区域中的位置处延伸穿过该冶金容器的壁。

根据又一个实施方案，该氧注射器延伸穿过围绕该熔炼旋流器的第一开口的周围间隔的容器壁。与这样的冶金容器结合，存在足够的空间和支撑以便在相对于该熔炼旋流器的第一开口的恰当位置处安装该氧注射器。

根据另一个实施方案，在该设备中在至少三个区域内提供供氧装置。这至少三个区域包括冶金容器中的区域、低于熔炼旋流器的第一开口的区域和在熔炼旋流器本身中的区域。基于设备中的局部加热需要和/或对工艺气体的还原潜力的需要来确定该分布。

将借助附图中显示的实施例进一步解释本发明，其中：

图1示意性显示了熔炼旋流器，其具有在熔炼旋流器下方的氧注射器；

图2示意性显示了位于熔炼旋流器在其底侧的第一开口下方的多个氧注射器；

图3显示了到熔炼旋流器的供氧系统的图，

图4显示了到熔炼旋流器的另一供氧系统的图，和

图5示意性显示了连接到用于制备熔融铁的冶金容器的熔炼旋流器。

在图1中，示意性显示了熔炼旋流器1，其具有多个铁矿石注射器2形式的铁矿石供应装置和多个氧注射器3形式的供氧装置。这样的注射器的数目将取决于熔炼旋流器的尺寸，但在任何情况下将超过该图中显示的注射器的数目。定位这些注射器使得以尽可能在熔炼旋流器内部产生涡流或旋流运动的切向分量注射氧和铁矿石。

该熔炼旋流器1包含外壁4，朝向其内部安装有多个水冷段5。这些水冷段5具有冷却水入口6和冷却水出口7。该熔炼旋流器1具有横截面为圆形的圆筒形状，并具有在其底侧的第一开口8和在顶侧的第二开口9。除了图中显示的圆筒形状外，该熔炼旋流器还可以具有棱柱形状，例如适当的矩形棱柱形状。在该实例中，由于在熔融区顶端的颈口(collar)36(其也是熔炼旋流器中水冷段5的末端)，第二开口9具有小于第一开口8的直径。

该熔炼旋流器的第一开口8是还原性工艺气体10进入熔炼旋流器的地方。还原性工艺气体与供应的氧的部分燃烧产生了用于熔融该铁矿石的热，剩余部分预还原该铁矿石。所得工艺气体11经第二开口9离开熔炼旋流器1，所述第二开口9连接到附图中未进一步显示的排气系统。熔融铁氧化物12沿着水冷段5向下流动或滴落，并从最后的水冷段5落入容器例如冶金容器中，在那里将发生铁氧化物的最终还原。取决于熔炼旋流器与冶金容器之间的连接，熔融铁氧化物还可以从该熔炼旋流器沿容器的顶板流动并沿该壁向下滴入熔浴。朝向水冷段5，将聚积铁氧化物层，该层在背离该段5的一侧允许温度高于铁氧化物的熔融温度。

将熔炼旋流器1连接到锥形壁13，该锥形壁可以为该熔炼旋流器的支撑，而该锥形壁可安装在冶金容器上，或可以是与熔炼旋流器固定的冶金容器的一部分。如果该锥形壁13安装到冶金容器或是冶金容器的一部分，则将必须冷却该锥形壁13。

尽管在熔炼旋流器中和在通常固定熔炼旋流器的冶金容器中产生热，但是第一开口8处的温度可以低于铁氧化物的熔融温度。这可导致熔融铁氧化物的凝固和导致凝固铁氧化物的结块。

穿过该锥形壁13，氧注射器14突出。在所给实例中，氧注射器具有以大约直角穿过锥形壁13而突出的第一部分15和相对于第一部分15成一角度的第二部分16。定位该氧注射器14，使得注射的氧在第一开口8的区域中接触该还原性工艺气体10，由此防止熔融铁氧化物可在该点处凝固。

该氧注射器14可以绕其第一部分15旋转，导致可以改变注射的氧的方向。

在图2中，示意性显示了一种可能的布置。将氧注射器14围绕并低于熔炼旋流器的第一开口8的周围放置，这可以采用两个相对的注射器、采用以120°的三个注射器、以90°的四个注射器等来实现。为了清楚起见，在图中仅显示了两个注射器14。

该氧注射器14可以如虚线17所示从以相对于熔炼旋流器1的第一开口8成一角度在不具有切向分量的情况下注射氧的位置处旋转至在相对于注射器的第二部分16的位置所示的第一开口8的大致的切线方向上注射氧的位置。

注射器的另一实例显示为18，其包括笔直部分，该部分在该注射器的外部末端处或在其附近装有喷嘴，该喷嘴引导氧以一角度离开该注射器。采用可旋转的注射器，可以如虚线19所示那样用注射的氧覆盖宽区域。当然在注射器18的外部末端处还可以具有喷嘴，并仅在切线方向上注射氧。这样的注射器18不必是可旋转的。

优选该注射器14或18均相对于熔炼旋流器1的第一开口8的周围具有相同的取向。也就是说，将所有的氧引向第一开口8的中心或引离所述中心，例如具有切向分量或仅在切线方向上。此外，由氧注射器14、18各自注射的氧的切向分量或切线方向优选与熔炼旋流器1中的旋转方向一致。

图3显示了到熔炼旋流器1的氧注射器3和其它氧注射器14、18的氧供应的图。具有示意性显示为20的控制系统的氧供应连接到第一组22的注射器3和第二组23的注射器14、18的共用管道21。两组22、23的注射器3、14、18各自具有阀24，通过该阀24可以调节和精细调整供应到熔炼旋流器1的氧与供应到低于熔炼旋流器1的注射器14、18的氧的比例，以及供应的总氧量。这是重要的，因为产生足以熔融铁氧化物的热和防止该熔融铁氧化物可再次凝固所需的预还原性气体的量与预还原该铁氧化物所需的还原性气体的量之间的比例必须保持在一定范围内以便最为有效。

在图4中显示了用于供氧系统的另一种配置，其中具有示意性显示为20的控制系统的氧供应连接到第一组22的注射器3的管道21和第二组23的注射器14、18的管道25。在该配置中，第一组22的注射器3各自装有阀24，第二组23的注射器14、18现在在该管道中具有单一可调节的阀26和流量计27。该具有流量测量的配置允许较容易地调节两组22、23注射器。

其它配置也是可能的，例如用于第一组的注射器3的单一阀和流量计，或对第一组的注射器3的每一注射器均具有单一阀和流量计。

在另一配置中，可以对各组22、23的注射器提供单独的供氧系统，用其它控制装置来控制供应到各组22、23的注射器的氧的比例和量。

最后，可以对组22和23中各单个注射器提供单独的供氧系统。

图5显示了由连接到用于制备熔融铁的冶金容器29的熔炼旋流器1组成的设备30。示意性显示为20的具有控制系统的氧供应经由氧注射器3向熔炼旋流器供应氧，经由喷枪28向冶金容器29供应氧，并向氧注射器14供应氧，所述氧注射器14在熔炼旋流器1的第一开口8下方穿过冶金容器29的顶部31而突出。

该冶金容器29在该容器下部具有耐火材料的衬里32。在该下部中，液体金属33在该设备的操作过程中聚积，在其顶部具有液体熔渣34。此外，提供喷枪35以便在液体熔渣34中注射煤和添加剂。

如图5中所示的配置允许供应到该设备的全部氧的注射经由熔炼旋流器中的氧注射器3、熔炼旋流器第一开口8下方的氧注射器14和喷枪28分配，其中，基于该设备中的局部加热要求和/或对工艺气体的还原潜力的要求确定该分配。类似于对图3和图4的描述，如图5中所示，到注射器3、14和到喷枪28的氧供应可以来自具有控制系统20的单一氧供应，所述控制系统适当地配置有阀和流量计从而在注射器和喷枪中实现所需的分配。

另一种配置(未显示在图5中)设想了对存在于熔炼旋流器1中的注射器3和在熔炼旋流器1的第一开口8处或在其附近的注射器14具有专用的具有控制系统的氧供应，和对喷枪28具有专用的具有控制系统的氧供应。

在又一种配置中(未显示在图5中)，对氧注射器3、氧注射器14和喷枪28安装具有控制系统的专用供氧系统。

在再一种配置中(未显示在图5中)，对各个单独的注射器3、14和喷枪28安装专用的具有控制系统的供氧系统。

Claims (15)

1.用于制备预还原的熔融铁氧化物的熔炼旋流器，其中该熔炼旋流器具有第一和第二开口，第一开口充当还原性工艺气体的入口和充当熔融的预还原铁氧化物的出口，第二开口充当工艺气体的出口，具有供应装置以便向熔炼旋流器中供应铁矿石，并具有供氧装置以便向向熔炼旋流器中供应氧，其特征在于提供额外的加热装置以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器的第一开口处或在其附近凝固，其中该额外的加热装置包含一个或多个氧注射器，所述氧注射器在操作中从低于熔炼旋流器的第一开口的位置处在使得注射的氧与进入第一开口的工艺气体接触的方向上注射氧。

2.根据权利要求1所述的熔炼旋流器，其中如在垂直向下的方向上所见的一个或多个氧注射器位于第一开口的周围外侧。

3.根据权利要求1或2所述的熔炼旋流器，其中布置该氧注射器，使得在操作中在至少部分与进入熔炼旋流器的工艺气体的流动方向一致的方向上注射氧。

4.根据权利要求1或2所述的熔炼旋流器，其中布置该氧注射器，使得在操作中注射的氧与一部分工艺气体的燃烧在熔炼旋流器的第一开口的区域中发生。

5.根据权利要求1或2所述的熔炼旋流器，其中围绕该熔炼旋流器的第一开口的周围使两个或更多个氧注射器间隔开。

6.根据权利要求5所述的熔炼旋流器，其中该氧注射器是可调的，使得可以调节氧注射的方向。

7.根据权利要求1或2所述的熔炼旋流器，其中将该氧注射器连接到用于供氧装置的氧供应以便向熔炼旋流器中供应氧。

8.根据权利要求7所述的熔炼旋流器，其中向熔炼旋流器中供应氧的氧注射器和供氧装置是单独可调的。

9.根据权利要求8所述的熔炼旋流器，其中该氧注射器具有共用的流量计装置和共用的调节装置以调节注射的氧的总量。

10.根据权利要求1或2所述的熔炼旋流器，其中将该氧注射器连接到氧供应，该氧供应与用于向熔炼旋流器中供应氧的供应装置的氧供应是分离的。

11.用于制备熔融铁的设备，其包括冶金容器和在该冶金容器的顶部上提供并与该冶金容器内部开放连接的前述权利要求的一项或多项所述的熔炼旋流器，其特征在于一个或多个氧注射器在低于该熔炼旋流器的第一开口的位置处延伸穿过该冶金容器的壁。

12.根据权利要求11所述的设备，其中该氧注射器延伸穿过围绕该熔炼旋流器的第一开口的周围分隔开的容器壁。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其中该冶金容器具有用于容纳熔融铁浴的底部部分和水冷耐压的顶部部分，所述底部部分具有耐火衬里。

14.根据权利要求11或12所述的设备，其中该冶金容器具有煤供应装置和其它的供氧装置用于在该冶金容器的底部部分中熔融铁的最终还原过程。

15.根据权利要求11或12所述的设备，其中在至少三个区域内提供供氧装置。