CN107208167A - 用于生产金属合金的冶金炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金工艺和设备，并且，更具体地涉及一种能够用各种各样的原材料和燃料(包括高含量杂质的那些)操作的冶金炉。为此，本发明的冶金炉包括(i)至少一个上部炉身(1)；(ii)至少一个下部炉身(2)；(iii)基本位于至少一个上部炉身(1)和至少一个下部炉身(2)之间的至少一个燃料供给器(5)；(iv)位于至少一个上部炉身(1)和至少一个下部炉身(2)中至少一者中的至少一排风口(3，4)，所述至少一排风口(3，4)使炉内部与外部环境流体连通；和(v)位于上部炉身中的至少一个罩，被称为幕墙，沿炉纵向向下延伸；以及(vi)在上部炉身中心中的至少一个透化燃料装载系统，被称为推进推进加料系统。推进加料系统(8)连同所述幕墙(6)一起使用，允许输送在下部炉身(2)中的燃料与由主风口(3)和辅助风口(4)吹送的空气的燃烧过程中生成的气体，从而更有效地控制炉中的气体分布。

Description

用于生产金属合金的冶金炉

技术领域

本发明涉及冶金工艺和设备。更具体地，本发明涉及用于生产金属合金或非金属合金的冶金工艺和设备。

背景技术

诸如例如在高炉和电还原炉中生产生铁的传统工艺是已知的。用于从经粒度调节之后的氧化铁或铁矿石中、传统球团矿或其他传统团块中生产合金的其他工艺也是已知的，通过在这些炉中的传统操作获得具有某种组成的液体铁或固体铁。

在高炉中，可由分选矿石、球团矿、烧结矿或其他传统团块、焦炭和石灰岩组成的填料通过炉的顶部依次加料，形成连续的柱。在高炉的底部处，通过炉缸上部中的一排风口引入在回热加热器中被预加热的或未被预加热的处于大概300至1200℃的温度下的大气空气。在该位置处，由于由CO₂与焦炭的碳反应形成的一氧化碳的存在，而形成了具有还原性气氛的区域。该CO与来自氧化铁的氧结合，将氧化铁还原为金属铁，并生产生铁。

杂质(即，矿脉石和焦炭灰)与石灰岩形成液态的、密度较低的炉渣，该炉渣浮在铸造生铁的表面上。

形成的气体以与填料逆流的方式对填料进行预热，并从顶部离开。该气体主要由CO、CO₂、H₂和N₂组成，并且被引导至进入炉的助燃空气的回热预加热器和其他加热装置。

还已知，在传统球团矿中，还原是如下进行的：由焦炭的不完全燃烧生成的CO对氧化填料进行还原。CO在团块或矿石颗粒内扩散，并且发生了按照反应MeO+CO→Me+CO₂的还原。该反应中生成的CO₂以与CO相对的方向散布并且并入到从顶部离开炉的气流中。该反应需要一定的时间用于CO在矿石或传统球团矿内的完全扩散，因此需要内部具有填料的高停留时间的炉(高炉典型如此)。

另一方面，自还原球团矿体现出对还原有利得多的条件。被精细分离的矿石或氧化物与含碳材料之间最密切的接触提供了更短的反应时间，因为不需要CO向球团矿中的扩散阶段，还原借助为此目的而在球团矿内部预构建的以下反应发生：

2MeO+C→2Me+CO₂

CO₂+C→2CO

MeO+CO→Me+CO₂

从这层意义来说，实际上团块本身建立了半封闭的系统，该系统中的气氛在当内部存在可供利用的碳的时间段期间是还原性的。替代地，自还原团块(正如该名称本身)在其内部保持还原性气氛，这与外部气氛的特性(即，由上升气体提供的、炉窑内侧的气氛类型)无关。

因此，可以将由燃料的不完全燃烧和球团矿内侧的还原反应产生的、存在于炉气氛中的CO转化为用于加工的能量。

另一方面，在炉窑内的熔融过程中，存在在操作期间从顶部加料的焦炭或其他固体燃料，其与其余填料向下移动，按照布杜阿尔(Boudouard’s)反应CO₂+C₂→2CO与逆流向上移动的CO₂反应，从而增加了含碳材料的消耗但没有在还原熔融过程中导致有效利用。如果可能在该过程本身中燃烧该CO，将会实现更高的效率，结果是节约了化铁炉中的燃料焦炭以及高炉中的燃料和还原剂，正如在用于任何其他合金的还原/熔融或仅熔融的所有其他炉的情况。

同一申请人所著的文献PI9403502-4通过提供包括与填料入口(原材料)分离的燃料供给的炉来解决以上问题。具体地，文献PI9403502-4中描述的炉示出了上部炉身和下部炉身，所述上部炉身接收填料(例如，氧化物/矿石)，燃料大概在两炉身之间的接合部处引入。

来自下部区域的气体，以与填料逆流的方式，向填料运送加热和还原或单纯熔融所需的热能。因为在上部炉身中的填料不含焦炭、木炭或任何其他固体燃料，所以不会发生吸热且额外消耗可观量的碳的布杜阿尔反应(CO₂+C→2CO)。因此，离开设备的排放气体主要由CO₂和N₂组成。

然而，尽管具有若干优点(诸如上文所提及的那些)，文献PI9403502-4中描述的炉并不具有对上部炉身中的气态流的充分控制，允许气体在炉的某些点中的突然逸出，从而阻碍了对上部炉身中的填料和气体之间的能量交换的控制。

对于自还原团块的使用，对气态流的充分控制是必要的，以允许团块以均质方式的自还原。

发明目的

本发明的目的是提供一种冶金炉，用于通过包含金属氧化物的团块的自还原来获得金属合金。这包括获得铁水(包括生铁和铸铁)以及金属合金。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供了一种冶金炉，包括(i)至少一个上部炉身，(ii)至少一个炉身，(iii)至少一个燃料供给器，大体上位于至少一个上部炉身与至少一个下部炉身之间，和(iv)至少一排风口，位于所述至少一个上部炉身和所述至少一个下部炉身中的至少一者中，该至少一排风口使得炉内部与外部环境流体连通，其中本发明的炉还包括(v)至少一个罩(被称为幕墙)，位于上部炉身中，纵向沿所述炉延伸，和(vi)至少一个透化燃料加料系统，位于上部炉身的中心中，被称为推进加料系统。

附图说明

下文所示的详细描述参照附图，其中：

-图1示出了根据本发明的冶金炉的第一实施例；

-图2示出了根据本发明的冶金炉的第二实施例；

-图3示出了根据本发明的优选实施例的罩；

-图4示出了根据本发明的优选实施例的推进加料系统；

-图5示出了与文献PI9403502-4中描述的炉的气态流相比较，通过安装有推进加料系统的幕墙的安装改进而获得的气态流。

具体实施方式

该描述以本发明的优选实施例入手。然而，本发明不被限制于该具体的实施例，因为其对于本领域技术人员将是明显的。此外，文献PI9403502-4的内容作为参考并入本文。

本发明提供具有创新的冶金炉：允许对气态流的充分控制以便能够实现自还原团块以均质方式的还原，并且控制气体和填料之间的能量交换，自还原过程的基本原则。

本发明的冶金炉示于图1和图2中，主要包括上部炉身1，填料(原料)从该上部炉身处被加料于炉中。可见，图1示出圆柱形的炉身(圆形横截面)，而图2示出平行六面体形的炉身(矩形横截面)。因此，让我们注意，本发明不限于炉的任何具体形状。

在上部炉身1中，存在至少一排辅助风口4的组件，所述辅助风口优选地是孔，该孔允许热的或冷的大气空气的充入，以使存在于上升气体中的CO和其他可燃气体燃烧。所充入的空气可以可选地包括富氧。而且，气体、液体或固体燃料可以与吹送的空气一起注入风口4中。

本发明的炉还包括下部炉身2，优选地具有圆形或矩形的横截面，具有用于固体燃料供料的足够的直径或尺寸。炉身2的横截面的直径或宽度大于炉身1的横截面的直径或宽度，足以放置燃料供给器。在大约位于上部炉身1和下部炉身2的接合部的供给器中，可以耦接燃料供应管道5，以确保将燃料加料于炉床，而避免在使用薄材料时发生填料拖拉。当填料落在供给器上时，对存在于固体燃料和可燃的含碳残留物中的挥发性组分进行预加热、预干燥和蒸馏。

下部炉身2具有一排或更多排主风口3，该主风口3以及上文描述的辅助风口用于吹送热的或冷的空气并且可以富集或不富集O₂。还可能注入液体、气体或液固燃料，用于燃料的不完全燃烧，产生气体并提供用于填料还原和/或熔融所需要的热能。

如果热空气被吹送进主风口和/或辅助风口4中，可以使用如图2中所示的鼓风机组件7，其可与现有技术已知的任何空气加热系统(未示出)连接。

可选地，下部炉身2可以具有耐火炉衬和/或具有冷却板。

此外，上部炉身1包括罩(被称为幕墙6)，如图3所示。该幕墙6包括用于输送所生成的气体的设备，从而控制整个上部炉身1的气体分布。幕墙6位于上部炉身1之上并纵向沿炉延伸，被限制于辅助风口4之上，由一组铸铁、钢或任何其他合金的结构板形成，填充有耐火混凝土，并被固定在炉结构中的焊接板中。幕墙6还可以完全或部分地由冷却板制成。在操作期间，幕墙6的一部分埋在填料中，迫使生成的气体在主风口3的区域和辅助风口4的区域两者中通过，即，幕墙充当气体通道。

基本操作模式提供了透化燃料在中心的加料，这具有确保气体在内聚区11中通过的功能，如图4所示。内聚区11是发生金属填料软化和熔融的地方，因此是具有较低渗透性的区域，使气体通过相当困难。气体通过的这个困难导致气体在上部炉身1的特定点处的优先通过，使得不可能控制气态流并导致填料和气体之间的不规则热交换。通过本发明提出的推进加料系统8，在炉的中心形成了透化燃料柱，所述柱能够在内聚区的中间形成渗透性窗口并且允许气体朝向透化燃料区域(所述区域具有最高的渗透性)被引导。

推进加料系统8是具有封闭筒仓9和开放筒仓10的简单系统，在每个筒仓的排出部中都具有计量阀；其还具有压力均衡系统，以能够将透化燃料从闭合筒仓加料至炉内部。推进加料系统8连同幕墙6一起能够输送来自下部炉身2的燃料与由主风口3和辅助风口4吹送的空气的燃烧中所生成的气体，更高效地控制了炉中的气体分布。

图5示出了本发明的炉的气态流12相对于文献(PI9403502-4)中描述的炉的气态流13的不同。要注意的是，由于通过由推进加料系统8装载的透化燃料形成的具有增加的渗透性的区域，在本发明的炉中存在所生成的气体的通道。这允许对上部炉身1的渗透性进行更大控制，从而控制气体和填料之间的能量交换，允许自还原团块以均质方式的还原，产生工艺操作稳定的益处。

幕墙6配置限定了炉中的填料分布。因此，填料采取了由幕墙赋予的尺寸，即，幕墙6的墙之间的宽度即是上部炉身中的透化燃料柱的宽度，该宽度将符合所述墙之间的尺寸和距离。在操作期间，幕墙6的一部分埋在装载物(load)中，迫使生成的气体在主风口3的区域和辅助风口4的区域两者中通过，如图5所示。

因此，本发明的炉防止在填料位于炉身顶部处的情况下完全装载燃料，从而与传统制造工艺不同并且使碳气化反应(布杜阿尔反应)以及炉内部热量与燃料消耗两者的增加最小化。

因为在炉身顶部处以较小量使用燃料以便仅获得对上部炉身1的渗透性的控制，所以本发明的炉与文献PI9403502-4中描述的炉不同。使用该透化燃料不会影响填料的还原和熔融，因为在该炉中，使用了自还原团矿，也就是说，自还原团矿中包含有用于填料的还原所需的碳，而不需要如文献PI9403502-4中所描述的和传统制造工艺中的炉中所发生的那样所有气体都通过填料柱。

通过炉身和不同反应区域的改进、炉身形状的灵活性以及辅助风口的存在，根据本发明的炉提高了燃料燃烧热量，降低消耗并提高了性能。这是因为，与传统制造技术(诸如高炉或其他炉窑)不同，由于在辅助风口中注入的空气，形成于炉下部的一氧化碳和其他气体可以在上部中燃烧，向从炉身下来的填料传递能量。换言之，来自下部区的与填料逆流的气体在上部炉身中燃烧，并向填料的加热、还原和/或简单的熔融传递必要的热能。

由于其高热值和效率，本发明提出的冶金炉允许更大的操作灵活性，并且可以被用于废料、生铁、海绵铁、从铸造厂或钢厂返回的金属材料、以及任何合金(诸如，例如，传统化铁炉中使用的那些)的熔融。

允许有影响本申请保护范围的无数变化。因此，要强调的是，本发明不限于上文所描述的具体配置/实施例。

Claims (8)

1.一种冶金炉，其特征在于，所述冶金炉包括：

至少一个上部炉身(1)；

至少一个下部炉身(2)；

至少一个燃料供给器，基本位于所述至少一个上部炉身(1)和所述至少一个下部炉身(2)之间；和

至少一排风口(3，4)，位于所述至少一个上部炉身(1)和所述至少一个下部炉身(2)中的至少一者中，并且至少一排风口(3，4)提供炉内部与外部环境之间的流体连通，位于所述至少一个上部炉身(1)和所述至少一个下部炉身(2)中的至少一者中。

2.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于，位于上部炉身(1)中的至少一个被称为幕墙(6)的罩沿所述炉纵向延伸，被限制于辅助风口(4)之上。

3.根据权利要求2所述的冶金炉，其特征在于，所述至少一个幕墙(6)包括一组结构板，所述结构板由铸铁、钢或任何其他合金制成，填充有耐火混凝土并被固定在焊接至炉结构的片材中，并且所述幕墙还可以是整个冷却板或冷却板的一部分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冶金炉，其特征在于，透化燃料被装载于中心中，这具有确保气体在内聚区中通过的功能。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冶金炉，其特征在于，存在推进加料系统，所述推进加料系统由封闭筒仓(9)和开放筒仓(10)构成，每个筒仓的排出部中都具有计量阀；其还具有压力均衡系统以便使透化燃料能够从封闭筒仓加料至炉内部。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的冶金炉，其特征在于，所述推进加料系统(8)连同所述幕墙(6)一起使得能够输送来自所述下部炉身(2)的燃料与通过主风口(3)和辅助风口(4)吹送的空气的燃烧中所生成的气体，从而更有效地控制所述炉中的气体分布。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的冶金炉，其特征在于，所述冶金炉还包括与至少一个燃料供给器(5)耦接的至少一个燃料供应管线(5)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的冶金炉，其特征在于，所述至少一个上部炉身(1)和所述至少一个下部炉身(2)中的至少一者包括圆形或矩形的横截面。