CN107208167B - 用于生产金属合金的冶金炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金炉，包括至少一个上部炉身(1)；至少一个下部炉身(2)；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；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)提供炉内部与外部环境之间的流体连通，布置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；并且还包括通过被置于上部炉身(1)、沿该炉纵向延伸的至少一个罩(6)供料的至少一个透化燃料柱。

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的冶金工艺和设备。

背景技术

诸如例如能够在高炉和电还原炉中执行的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，在由传统矿石、球团矿、烧结矿或其他传统团块构成的填料中，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在填料内的完全扩散，因此需要内部具有填料的高停留时间的炉(典型如高炉那样)。

另一方面，自还原团块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向自还原团块中的扩散阶段，为此目的而在自还原团块内部预构建：

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，可以将来自于燃料的不完全燃烧和自还原团块内侧的还原反应而存在于炉气氛中的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，存在在操作期间在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+C→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窑的情况。

同一申请人所著的文献PI9403502-4通过提供包括与货物入口(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。

然而，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。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。

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生产金属合金。这包括生产铁水、生铁和铸铁以及金属合金，允许对气态流的充分控制和能量交换，以允许自还原团块以均质方式的还原。

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)至少一个下部炉身，(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，(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，该至少一排风口提供炉内部与外部环境之间的流体连通，布置在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，并且还包括(v)至少一个透化燃料柱，通过纵向沿所述炉延伸的至少一个罩供料。

附图说明

下文所示的详细描述参照附图，其中：

-图1示出了根据本发明优选实施例的具有罩的冶金炉；

-图2示出了根据本发明优选实施例的推进加料系统；

-图3A和3B示出了与现有技术中描述的炉的气体流相比较，通过本发明而获得的气态流。

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。重要的是要注意到，炉身可具有多种形状，诸如例如圆柱形(具有圆形横截面的形状)，或平行六面体形(具有矩形横截面的形状)等等。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吹入，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，以确保将燃料填料进入炉床，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。还可能注入液体或气固燃料，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，根据本发明的炉包括至少一个透化燃料柱，通过纵向沿所述炉延伸的至少一个罩供料，如图1所示。该罩6由用于以与填料的流逆流的方式输送生成的气体的装置构成，允许更好地控制整个上部炉身1的气体分布，所述罩优选地是位于炉的中心竖直轴线上的竖直管道。因此，本发明提供了对气体和填料之间的能量交换的极好的控制，使得自还原团块能够均质地还原并产生了操作稳定的益处。

罩6置于上部炉身1的顶部上并纵向沿炉延伸，优选地被限制于辅助风口4之上。优选地，罩6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，并被固定在焊接于炉结构中的焊接板中。罩6还可以完全或部分地由冷却板制成。在操作期间，罩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，罩充当气体通道。

应当注意的是，存在被称为内聚区11的区域，在该处，发生金属填料的软化和熔融，并且因此，其是具有较低渗透性的区域，这相当阻碍气体通过。气体通过的这个困难导致上部炉身1的特定点处的气体优先通过，使得不可能控制气态流和导致填料和气体之间不规则的热交换。基本操作模式提供了将作为填料的大量透化燃料放置于中心，其不仅提供热输入，还具有确保气体在内聚区11中通过的功能，如图2所示。

此外，设置推进加料系统8，以使得透化燃料能够被加料至炉内。这种推进加料系统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；可选地，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连同罩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3A和图3B示出了本发明的炉的气态流12相对于现有技术文献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加料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。如上文所提及的，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。

罩6的配置限定了炉12中的填料分布。因此，填料采取了由罩赋予的尺寸，即，罩6的壁之间的宽度即是上部缸中的透化燃料柱的宽度，该宽度将符合所述壁之间的尺寸和距离。在操作期间，罩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，如图3A和图3B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。

此外，因为在炉身顶部处以较小量使用透化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。一般来说，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，自还原团矿中包含有用于使填料还原所需的碳，而不需要如文献PI9403502-4中描述的和传统制造工艺中那样所有气体都通过填料柱。

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 (6)

1.一种冶金炉，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，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；

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；以及

其特征在于， 所述冶金炉还包括至少一个透化燃料柱，通过纵向沿所述炉延伸的罩(6)供料，所述罩(6)的壁之间的宽度是所述透化燃料柱的宽度。

2.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于， 所述至少一个罩(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。

3.根据权利要求1或2所述的冶金炉，其特征在于， 至少一个罩(6)完全或部分地由冷却板制成。

4.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于， 所述冶金炉还包括通过所述罩(6)的、透化燃料的推进加料系统(8)。

5.根据权利要求4所述的冶金炉，其特征在于， 所述推进加料系统(8)包括封闭筒仓(9)和开放筒仓(10)，每个筒仓的排出部中都具有计量阀。

6.根据权利要求4或5所述的冶金炉，其特征在于， 所述推进加料系统(8)包括压力均衡系统。

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