CN1067112C - 含金属化合物的还原和熔炼方法及设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种含金属化合物的还原和熔炼方法及其设备，包括向一个管式感应炉的加热容器(11)中喂入炉料(15)，炉料(15)包括一种颗粒形式的含金属化合物和合适的还原剂的混合物，容器(11)含有一个液态的所说的金属的浴(18)，从而使得在所说的金属浴(18)至少形成了至少一个炉料(15)的料堆(16，17)，该方法的特征在于向所说的容器(11)喂入所说的炉料(15)的方式和速度使得所说的炉料形成了一个以桥接的方式分布在所说的液态金属浴(18)和可能存在的熔渣(23)之上的炉料(15)的连续层(19)，结果是在炉料(15)中形成一个反应区，在该反应区中可以还原所有的含金属化合物(15)，并在金属还原区之下形成一个熔化区(22)，在该熔化区内可以熔化所有的还原金属；并且控制该方法进行的方式使得基本在所说的方法的整个过程中可以保持所说的连续层(19)，从而使所说的含金属化合物的所有的还原反应可以在固相中发生。

Description

含金属化合物的还原和熔炼方法及设备

本发明涉及一种含金属化合物的还原和熔炼方法。包括向管式感应炉的加热容器中喂入包括颗粒形式的含金属化合物和合适的还原剂的混合物的炉料，使得在所说的金属浴上形成至少一个炉料堆，所说的管式感应炉的加热容器包括一个液态的所说的金属的浴。

这样的方法从US-A-5,411,570中是已知的。

大多数含金属化合物的传统还原方法涉及在存在还原剂，如合适的含碳化合物或类似的物质的条件下对所说的含有金属的化合物(通常是金属氧化物)进行加热。所说的含金属化合物和还原剂通常总称为炉料。

在上述的已知方法中，所说的加热的速率通常很快，使得至少大部分炉料在完成还原反应之前熔化。因此，大量的还原反应在液相中进行。

在这样的炉料熔化时，形成了熔渣，该熔渣除了含有所说的含金属化合物的氧化物以外，还含有在炉料中可能存在的其它金属的氧化物。

为了从熔渣中回收所说的含金属化合物，在反应中需要过量的还原剂，从而导致金属产品中的碳含量过高。

在产品中的这些高含量的碳通常随后通过氧化过程来减少，即向所说的产品中加入气态的氧气或空气形式的氧，或者利用在还原介质中存在的合适的金属氧化物。因此，这样的氧化反应也在液相中进行。

将会理解的是，在所说的方法中，除了需要初始的过量还原剂外，这些过量的还原剂的后续氧化包括了一个额外的步骤。

由于上述的还原和氧化反应的共同作用，在液态金属液和熔渣的表面之下形成了大量的不希望产生的气体，然后这些气体以气泡的形式从液态金属和熔渣中逸出。

在上述的US-A-5,411,570中，提出了一种炼钢的方法，其中，把炉料以相互之间由熔渣层分开的两个料堆的形式加入到所说的熔炉中，并飘浮在液态金属浴的顶部。在这种布置中，炉料有可能之间进入金属浴或可能存在的熔渣中，使得至少一部分炉料的还原反应在液相中发生，这不仅导致在熔炉中形成不希望产生的气体，而且导致产品的潜在的损失。

因此，本发明的目的是提供一种金属还原和熔炼方法，用这种方法可以克服上述问题或者至少是减少上述的问题。

根据本发明，通过上述类型的方法达到该目的，其中，所说的炉料喂入所说的容器的方式和速度使得所说的炉料形成一个以在所有所说的液态金属浴和可能存在的熔渣上的桥接的方式分布的炉料的连续层，结果是在所说的炉料中形成一个还原区，所有的含金属化合物的还原反应在该还原区内进行，并形成一个熔化区，在该熔化区内可以熔化所有的还原金属；并且控制该方法的进行方式使得基本能在整个过程中保持所说的连续层，使得含金属化合物的所有还原反应能在固相中进行。

将会理解的是，由于在根据本发明的方法进行过程中，基本不发生液相反应，实际上消除了上述的不希望产生的气体，在实践中，在形成的液态金属浴和熔渣中基本没有气泡形成被用来表明本方法得到了正确控制。

将会理解的还有，由于本方法的进行方式使得基本不需要后续的排出任何过量的还原剂，所以，相对于上述已知的方法，减少了本方法中的工序数量。

此外，根据本发明通过可以下列参数中的至少一个来进行所说的本方法的控制：

(1)向所说的容器中装入炉料的方式和速率；

(2)炉料的颗粒尺寸；

(3)炉料的混合程度；

(4)向所说的容器提供热量的速度。

由于根据本发明，向所说的容器中喂入炉料的方式和速度使得所说的炉料在整个液态金属浴和可能存在的熔渣上形成炉料的连续层，将会防止任何未反应的炉料直接与液态金属和熔渣接触。从而基本上消除了可能引起在液相中至少发生某些反应的这种“短路”。

例如，在通过间隔的喂料口把所说的炉料装入所说的容器中，在所说的容器中形成相邻的炉料堆时，本方法包括这样一个步骤，即保证这样的喂料的进行方式使得所说的炉料堆的底部相接确定一个炉料的连续层，所说的炉料连续层以桥接的方式分布在所说的液态金属浴和熔渣上。因此，这样的桥接防止了炉料从所说的炉料堆上落下而直接与所说的液态金属或熔渣接触。

可以用任何合适的方式确定形成这样的桥接的事实，例如，目测，和/或通过图象记录设备，如摄像机等。实践中，通过以“液位指示棒”的方式从所说的容器的顶部向所说的炉料中插入一个刚性的部件的方式进行这样的目测记录。

可以通过控制所说的容器内的炉料堆的尺寸来形成所说的桥接。此外和/或另外，可以通过向所说的容器内喂入炉料的喂料口的整体布局和/或通过控制这些喂料口的数量以及所说的炉料通过这些喂料口的速度来形成所说的桥接。

此外，根据本发明，选择所说的炉料的颗粒尺寸使它可以通过10mm，优选的是6mm，更优选的是3mm的筛。

本申请人已经发现，在使用这样的小颗粒尺寸的炉料时，基本上每个颗粒的整体都可以在所说的还原区内还原成颗粒状的金属，从而使得在所说的颗粒的温度升高到颗粒内可能存在的未还原的氧化物的熔化温度之前保持为固体。

因此，液态金属以在低于所说的金属温度下熔融的金属氧化物的形式从这样的颗粒中进入熔渣的趋势很小。

因此，例如在铁的情况下，所说的颗粒的核心通常含有FeO，FeO在1378℃熔化，而所说的颗粒的外壳含有只有在1535℃才能熔化的Fe。因此，如果使用大于上述规定尺寸的颗粒，这样的颗粒的核心温度在颗粒中的所有Fe或FeO被还原之前可以升高到上述的1378℃的温度，这可能导致液态的FeO从所说的核心中流出。

将会理解的是，由于所说的固相反应是扩散控制的，需要输入的热量的最大速率将会是颗粒尺寸和炉料中各组分的混合程度的函数，这样的混合程度优选的是使得所说的炉料由均匀的混合物构成。

此外，根据本发明，本方法可以包括在所说的炉料之上燃烧CO的步骤，所说的CO是在所说的含金属化合物的还原过程中形成的并穿过所说的炉料。

例如，通过在所说的容器中位于所说的炉料之上的合适的氧气和/或空气燃烧器进行这样的燃烧。

将会理解的是，这样产生的热量也作为提高所说的容器的温度的热量，主要通过从所说的容器顶部的辐射进行加热。

优选的是所说的反应容器包括管式感应炉的加热室。

本申请人已经发现这样的布置是特别合适的，因为其容易控制这样的炉内的加热速率。

此外，根据本发明，实施上述过程的设备包括一个单室管式感应炉，在其中进行所说的还原和熔炼，所说的室安装至少一个炉料喂料口；至少一个液态金属和/或在反应过程中形成的熔渣的出料口；所说的至少一个喂料口的定位及其尺寸使得通过它引入的炉料可以以一个连续层的方式分布在所有所说的液态金属浴和在所说的室内可能存在的熔渣上。

在本发明的一个优选的方式中，所说的含金属化合物优选的是包括或含有一种含铁的化合物。

在本发明的其它方式中，所说的含金属化合物的金属可以含有或包括任何合适的金属，如铬和/或锰和/或铜和/或锌和/或铅等。

现在通过实施例并参考附图来描述本发明的一个实施方案，所说的附图是通过根据本发明的炉子的横截面草图。

在本发明的这个实施方案中，利用了一种管式感应炉10，所说的管式感应炉包括一个截面为圆形的长管式室11，沿其底部提供了两排电感应器12，每排包括5个这样的感应器，每个感应器的容量是2.2MW。

室11包括两排平行排列的喂料口，其中只表示出了两个13和14，沿与室11的纵向壁相对的方向排列。利用这些喂料口向炉10内加入炉料15，形成两个纵向延伸的飘浮在液态金属浴18之上的炉料堆16和17。如果需要，起始时可以通过一个喂料口向容器11中引入液态金属，未表示出。

炉料15包括颗粒形式的含碳化合物，如煤和氧化铁的均匀混合物；所说的含碳化合物浓度略小于还原所说的矿石所需的化学计量的碳量；炉料15的颗粒尺寸为可以通过3mm筛。

炉料15向容器11中的引入方式和速度使得炉料堆16和17的底部相互联接形成分布在液态金属浴18上的炉料的桥接19。

可以确认形成了所说的桥接19的事实，例如通过从上部插入容器11的“液位指示棒”目测，或借助容器11侧壁上的合适的观察窗(未表示出)。也可以通过位于容器11之内的合适的图象记录设备(未表示出)确认所说的桥接。

还沿容器11的上端提供了多个氧气燃烧器，图中只表示了两个20和21，借助这些氧气燃烧器可以燃烧在反应中形成的穿过炉料15的上层的CO。

在运行中，在料堆16和17的炉料中形成一个反应区，该反应区垂直地从所说的料堆的底部延伸到其上部。同时形成一个熔化区22，该熔化区在所说的料堆16和17的底部和液态金属浴18的上部之间。在反应过程中，还原的炉料15在重力作用下从反应区向熔化区22移动。

在这样的熔化过程中形成的熔渣飘浮在浴18的顶部通道23中，通道23也在熔化区22的底部延伸。通道23通往容器11中的熔渣排出口(未表示出)，并且相对于这样的熔渣排出口布置炉料喂料口13和14使得在通道23中的熔渣直接朝向所说的熔渣排出口。

在所说的方法的运行过程中，桥接19用于防止任何炉料15直接从料堆16和17落下进入通道23中的熔渣中，或者进入浴18中的液态金属中，从而防止了任何“短路”。

通过感应器12向浴18提供的热量扩散到料堆16和17内的炉料中，这与来自通过燃烧器20和21的CO燃烧产生的热量一起使所说的炉料中的氧化铁和碳反应，产生所说的氧化铁的还原。因此，几乎所有的这样的还原反应都是在固相中发生的，并且在料堆16和17的最上部的20mm的层内发生，这主要是由于从燃烧器20和21的CO的燃烧向这样的层提供了热量。同时，固态的还原的铁在区域22中熔化，并在重力的作用下从这里进入浴18。

将会理解的是，除了克服了在本说明书的序言中所述的，已知的布置中遇到的问题以外，根据本发明的方法的另一个优点是，由于可以用这样的小颗粒尺寸的炉料来运行，可以使用那些不经制球和/烧结就不能使用的炉料。

将会理解的还有，根据本发明的含金属化合物的还原和熔炼方法，以及用于进行该方法的设备无疑会有许多详细的变型，而不离开所附的权利要求的实质和/或范围。

Claims (13)

1、一种含金属化合物的还原和熔炼方法，包括向一个管式感应炉(10)的加热的容器(11)中喂入颗粒形式的含有所说的含金属化合物和合适的还原剂的混合物的炉料(15)，所说的容器中含有一个液态的所说的金属的浴(18)，使得在所说的液态金属浴之上形成至少一个炉料(15)的料堆(16,17)，其特征在于向所说的容器(11)中喂入所说的炉料(15)的方式和速度使得所说的炉料形成一个以桥接的方式分布在整个所说的液态金属浴和可能存在的熔渣(23)上的炉料(15)的连续层(19)，结果是在所说的炉料(15)中形成一个反应区，所有的含金属化合物可以在所说的反应区内还原，在所说的反应区之下形成一个熔化区(22)，在所说的熔化区内可以熔化还原的金属；控制该过程的进行方式使得在所说的方法进行的整个过程中可以基本保持所说的连续层(19)，从而使所说的含金属化合物的所有还原反应可在固相中进行。

2、根据权利要求1的方法，其中，通过间隔的喂料口(13,14)向所说的容器(11)中喂入所说的炉料(15)，在所说的容器(11)内形成炉料(15)的相邻的料堆(16,17)，所说的料堆的底部确定了所说的炉料(15)的连续层(19)。

3、根据权利要求1或2的方法，其中，通过控制所说的容器(11)内的炉料堆(16,17)的尺寸来形成所说的连续层(19)。

4、根据权利要求1的方法，其中通过向所说的容器(11)喂入所说的炉料(15)的喂料口(13,14)的整体布局和/或通过控制这样的喂料口(13,14)的数量和通过这些喂料口喂入所说的炉料(15)的速度和/或通过控制所说的容器(11)内的液态金属18的液面来形成所说的连续层(19)。

5、根据权利要求1的方法，其中，通过控制下列因素中的至少一个来进行所说的过程的控制：

(1)向所说的容器(11)中喂入炉料(15)的方式和速度；

(2)所说的炉料(15)的颗粒尺寸；

(3)所说的炉料(15)的混合程度；

(4)向所说的容器(11)提供热量的速度。

6、根据权利要求5的方法，其中，所说的炉料(15)的颗粒尺寸为可以通过10mm的筛。

7、根据权利要求6的方法，其中所说的炉料(15)的颗粒尺寸为可以通过6mm的筛。

8、根据权利要求7的方法，其中所说的炉料(15)的颗粒尺寸为可以通过3mm的筛。

9、根据权利要求1的方法，包括在所说的炉料之上燃烧在所说的含金属化合物的还原过程中形成的穿过所说的炉料的任何CO，并利用反应中所产生的热量的步骤。

10、根据权利要求9的方法，其中，通过位于所说的容器(11)内的炉料(15)之上的氧气和/或空气燃烧器(20,21)进行这样的燃烧。

11、根据权利要求1的方法，其中，所说的含金属化合物中的金属含有或包括下列金属中的任意一种或多种：铁、铬、锰、铜、锌、铅。

12、根据权利要求1～10的任一个的方法，其中，所说的含金属化合物中的金属包括铁。

13、实施权利要求1～12的任一个的方法的设备，包括一个单室管式感应炉(10)，在其中进行所说的还原和熔炼，所说的室提供至少一个用于炉料(15)的喂料口(13,14)；至少一个用于液态金属产品和/或反应中形成的熔渣的出料口，其特征在于所说的至少一个喂料口(13,14)的位置和尺寸使得通过其引入的炉料可以以一个连续层(19)的方式分布在整个所说的液态金属浴(18)和在所说的室内可能存在的熔渣(23)上。

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