CN107429305A - 无熔渣排出的固体注入喷枪和输送系统维护 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种维护固体注入喷枪和固体供应管线的方法。具体地，所述方法涉及接取固体注入喷枪和相连的固体供应管线以进行维护，其中所述固体注入喷枪延伸到冶金容器中。所述容器包括：(i)固体注入喷枪；(ii)金属和熔渣的熔融浴，使得在静止条件下，所述喷枪的出口端浸没在所述熔渣中；(iii)气体空间，所述气体空间位于所述熔融浴上方并且被加压成高于大气压力；以及(iv)供应管线，所述供应管线用于将运载气体中的固体进料材料输送到所述固体注入喷枪的入口端。所述方法包括：(a)封闭所述固体注入喷枪的出口端，以便防止熔融熔渣在位于所述出口端的上游的所述供应管线和所述固体注入喷枪中的气体压力减小至低于所述容器中的所述压力的压力时进入所述出口端；并且(b)通过移除所述供应管线的区段来接取所述固体注入喷枪和/或所述供应管线以进行维护。

Description

无熔渣排出的固体注入喷枪和输送系统维护

技术领域

本发明涉及具有将所输送的固体材料气动注入容器中的喷枪或风口的冶金容器。具体地讲，本发明涉及具有带有耐磨衬里的固体注入喷枪的冶金容器。更具体地讲，本发明涉及一种用于维护固体注入喷枪和用于固体材料的输送系统的方法。

本发明具体地但非排他地应用于直接熔炼容器的固体注入喷枪，所述直接熔炼容器诸如用于在直接熔炼工艺中产生熔融金属(诸如铁)的基于熔融浴的直接熔炼容器。

背景技术

已知的基于熔融浴的熔炼工艺通常被称为“HIsmelt”工艺，并且在以本申请人名义的大量专利和专利申请中进行了描述。

HIsmelt工艺总体上适用于熔炼含金属材料，但具体地与从铁矿石或另一种含铁材料生产铁水相关联。

在生产铁水的背景下，HIsmelt工艺包括以下步骤：

(a)在直接熔炼容器的主腔室中形成铁水和熔渣的浴；

(b)将以下材料注入到所述熔融浴中：(i)铁矿石，典型地呈细粉形式；以及(ii)固体含碳材料，典型地为煤，用作铁矿石进料的还原剂和能量源；并且

(c)在所述浴中将铁矿石熔炼成铁。

术语“熔炼”在本文中被理解为意指热处理，其中发生还原金属氧化物的化学反应以产生熔融金属。

在HIsmelt工艺中，呈含金属材料(其可以被预热)和含碳材料以及任选地助熔材料形式的固体进料通过多个水冷式固体注入喷枪与运载气体一起注入到熔融浴中，所述多个水冷式固体注入喷枪相对于竖直面是倾斜的，以便向下并向内延伸穿过熔炼容器的主腔室的侧壁并进入所述容器的下部区域中，以便将固体进料的至少一部分递送到位于所述主腔室底部的金属层中。固体进料和运载气体穿透所述熔融浴，并且使熔融金属和/或熔渣喷射到所述熔融浴表面上方的空间中并形成过渡区。通过向下延伸的喷枪将含氧气体(典型地富氧空气或纯氧)的鼓风注入到容器的主腔室的上部区域中，以致使从熔融浴释放的反应气体在所述容器的上部区域中后燃烧。在过渡区中，存在优选量的熔融金属和/或熔渣的上升且随后下降的液滴或喷溅或串流，所述液滴或喷溅或串流提供用于将由熔融浴上方的后燃烧的反应气体产生的热能传递到熔融浴的有效介质。

典型地，在生产铁水的情况下，当使用富氧空气时，在热风炉中产生富氧空气，并在约1200℃的温度下将其供给到容器的主腔室的上部区域中。如果使用工业级冷氧，那么典型地在或接近环境温度下将工业级冷氧供给到所述主腔室的上部区域中。

由反应气体在熔炼容器中后燃烧产生的废气通过废气管道从熔炼容器的上部区域移出。

熔炼容器包括用于熔炼含金属材料的主腔室和经由前炉连接件连接到主腔室的前炉，所述前炉允许连续的金属制品从容器流出。所述主腔室包括位于下炉床中的带耐火衬里区段和位于侧壁中的水冷式嵌板以及主腔室的顶部。水以连续回路的方式连续地循环通过嵌板。前炉充当熔融金属填充的虹吸式密封件，从而在产生熔融金属时自然地从熔炼容器“溢出”过量的熔融金属。这允许知晓熔炼容器的主腔室中的熔融金属液位并将其控制在小的公差内-这对于设备安全是必不可少的。

本申请人已经发现，在高于大气压力的压力下操作容器将有助于熔炼工艺。因为熔炼工艺是依赖于具有熔融材料的浴，所以升高的压力影响容器中的熔融浴的液位，并且还影响前炉中的熔融金属的液位。在调节容器中的压力时，包括在释放容器压力进行维护操作时，必须小心谨慎。

可以通过专门用于煤或铁矿石注入的单独喷枪分别将含金属材料和含碳材料注入熔炼容器中或通过相同的喷枪将含金属材料和含碳材料一起注入熔炼容器中。如图1所示，注入喷枪延伸到容器中，使得它们的出口端延伸到熔融浴的表面下方。在美国专利7722800(Williams)中披露了单独的铁矿石和煤注入喷枪的示例。所述铁矿石呈细粉形式，并且是特别研磨的。因此，Williams的专利中披露的用于注入铁矿石的注入喷枪包括呈中心芯管形式的衬里，中心芯管是耐磨材料诸如硬质陶瓷材料的，用于保护周围环状水冷护套不受铁矿石注入的侵蚀效应影响。

在正常操作条件下，通过中心芯管将铁矿石气动注入导致中心芯管磨损，使得中心芯管需要每隔2至6个月或更频繁地进行更换以与其他常规维护操作一致。相比之下，典型的熔炼活动为约12个月。

用于更换中心芯管的当前工艺涉及从熔炼容器排出熔渣以暴露注入喷枪的出口端，并且还涉及对容器进行减压。将铁矿石供应源连接到注入喷枪的供应管道被移除，并且中心芯管被移除和更换，同时注入喷枪保持在容器中的适当位置处。然而，直接熔炼容器中的熔渣的侵蚀性导致在每次排出熔渣时对排渣口周围的耐火衬里造成损坏。频繁排出熔渣的累积效应是耐火材料腐蚀(如图2所示)，其达到了需要对耐火材料进行修补的程度。耐火材料维护造成额外的容器停工时间，即，生产损失。

对接取紧邻固体注入喷枪的上游的供应管线进行维护也是这样考虑的。

一般来说，需要以减小对生产的影响的方式提供固体注入喷枪和处于喷枪的上游的供应管线的维护通道。

如果这条通道足以使得固体注入喷枪中的衬里能够在这样减小影响的情况下进行更换，那么这将是有利的。

以上讨论并不旨在认可以上是澳大利亚或其他地方的公知常识。

发明内容

在一方面，本发明提供了一种接取固体注入喷枪和相连的固体供应管线以进行维护的方法，其中所述固体注入喷枪延伸到冶金容器中，所述冶金容器包括：(i)金属和熔渣的熔融浴，使得在静止条件下，所述喷枪的出口端浸没在所述熔渣中；(ii)气体空间，所述气体空间位于所述熔融浴上方并且被加压成高于大气压力；以及(iii)供应管线，所述供应管线将运载气体中的固体进料材料输送到所述固体注入喷枪的入口端，所述方法包括：

(a)封闭所述固体注入喷枪的出口端，以便在位于所述出口端的上游的所述供应管线和所述固体注入喷枪中的气体压力减小至低于所述容器中的所述压力的压力时防止熔融熔渣进入所述出口端；并且

(b)通过移除所述供应管线的区段来接取所述固体注入喷枪和/或所述供应管线以进行维护。

为了防止熔渣从容器内流入喷枪的出口端，这种方法避免了从容器排出熔渣的需要，以便在大气压力下对所述固体注入喷枪和所述供应管线进行维护。因此，也避免了在排出熔渣的情况下将对出渣孔造成的任何损坏。因此，所述出渣孔周围的耐火材料的维护不会太频繁，并有助于进行更长时间的熔炼活动。

另外，虽然熔炼工艺在维护过程中停止，但与当所述熔融浴在维护工作开始之前完全或甚至部分排出时相比，其可以在显著更短的时间内重启并上升至全速生产速率。

本发明还可以包括引起所述固体注入喷枪的所述出口端中的堵塞，由此防止来自所述熔融浴的熔渣流入位于所述堵塞的上游的所述固体注入喷枪中。

术语“出口端”是指所述固体注入喷枪的处于所述固体注入喷枪内的衬里(如上所述)的端部处或超出所述端部的区段。所述术语被视为包括从所述固体注入喷枪的实际端延伸的冻结熔渣构造，诸如管道延伸部(也被称为“象鼻管”)。换句话说，预期的是，“封闭所述出口端”包括在所述象鼻管中形成堵塞或密封，使得来自熔融浴的熔渣被防止进入位于堵塞或密封的上游的象鼻管或固体注入喷枪。

堵塞可以通过将物体定位在固体注入喷枪的出口端中而引起。例如，可以将浮石定位在出口端处。作为另一个实例，可以将沙子定位在出口端处，以便使熔渣冻结在出口端处，从而形成堵塞。

替代性地，堵塞可以通过控制进料材料和运载气体通过固体注入喷枪的注入以便引起堵塞而形成。例如，可以控制固体和运载气体的流动以使熔渣冻结在出口端处。

所述方法可以包括在打开出口端之前，在大气压力条件下从固体注入喷枪内移除衬里并用新的衬里对其进行更换。新的衬里可以在其出口处被封闭。新的衬里可以通过预形成的堵塞来封闭，所述预形成的堵塞在衬里安装之后被清除。

所述方法还可以包括通过将位于所述出口端的上游的压力增大至比所述容器中的气体压力大的压力并钻穿堵塞来打开所述出口端。在所述固体注入喷枪和所述供应管线中的升高的压力将导致气体流过供应管线和喷枪并流入容器中。这样，穿过喷枪和出口端的流动路径被清理，并且同时防止熔融熔渣进入出口端。然后，喷枪准备重新开始注入固体材料。

所述方法允许固体注入喷枪的衬里被移除和更换，而不必从冶金容器中排出熔渣或放出熔融金属。更具体地讲，如果在打开出口时固体注入喷枪在出口端的上游未被加压至比容器中的气体压力大的压力，那么来自熔融浴的熔融材料将通过其出口端进入喷枪并在喷枪内冻结，从而防止随后通过喷枪供应固体材料并且还防止了随后衬里的移除和更换。当前方法在排出熔渣时对排渣口周围的耐火材料造成损坏。上述方法通过维持固体注入喷枪中的加压条件来完全避免这个问题。这意味着熔渣无需排出，并因此意味着由于维持固体注入喷枪而不会对排渣口周围的耐火材料造成损坏。

所述容器可以包括多个固体注入喷枪，并且由此所述方法包括在更换衬里的至少一段时间内通过那些喷枪中的一个或多个继续将固体材料供应到冶金容器。

容器中的气体压力可以在更换衬里的至少一段时间内高于大气压力。

在步骤(a)和(b)过程中所述容器中的气体压力可以处于正常操作压力以在正常生产条件下操作直接熔炼工艺来生产熔融金属。

所述方法可以涉及在步骤(a)和(b)过程中保持容器内的熔融金属和熔渣的全部库存。

术语“全部库存”是指在正常生产条件下操作直接熔炼工艺来生产熔融金属所需的熔融金属和熔渣的量。在这种情况下，固体注入喷枪的出口端在静止条件下浸没在熔融浴的熔渣层中。

移除供应管线的区段的步骤可以包括移除与穿过固体注入喷枪的固体流动路径同轴的肘管区段和向下延伸区段。

所述方法还可以包括通过位于肘管区段的上游的阀将肘管区段和向下延伸区段隔离。

所述方法可以包括重新连接肘管区段和向下延伸区段以将固体供应管线的上游部分连接到固体注入喷枪，对肘管区段、向下延伸区段和固体注入喷枪重新加压并打开出口端，由此重新建立穿过供应管线、流出出口端并流入熔融浴的气流。

直接熔炼工艺可以是HIsmelt工艺。

固体供应管线可以向喷枪的入口端供应含金属材料。

含金属材料可以是铁矿石。

所述方法可以包括通过以下方式来打开出口端：推进工具穿过向下延伸区段并穿过固体注入喷枪而到达出口端，并且当向下延伸区段和固体注入喷枪相对于直接熔炼容器中的气体压力处于升高的压力时操作工具打开出口端。

所述方法还可以包括在重新开始经由固体注入喷枪将固体材料供应至直接熔炼容器之前，从固体注入喷枪和向下延伸区段回缩工具。

工具可以是钻机，并且打开出口端可以包括钻穿堵塞。

冶金容器可以是直接熔炼容器，在正常操作条件下，固体含金属材料和含碳材料由一个或多个固体注入喷枪注入直接熔炼容器中以在熔融浴中进行熔炼而产生熔融金属。

附图说明

仅以举例的方式在下文中参考附图对本发明的实施例进行进一步描述，在附图中：

图1是根据本发明的穿过形成直接熔炼设备的实施例的一部分的直接熔炼容器的竖直截面；

图2是示出了将夹带固体材料供应至直接熔炼容器的固体注入喷枪的含金属材料和含碳材料注入系统的示意图；

图3是穿过直接熔炼容器的侧壁、固体注入喷枪、喷枪移除器材和将含金属材料递送至固体注入喷枪的入口端的部分供应管线部分截面；

图4是图3中的喷枪和直接熔炼容器的部分截面；

图5是图3的部分截面，但示出了经由喷枪移除器材移除热矿石输送线路的部分；

图6是图5的部分截面，但示出了经由喷枪移除器材移除加速筒管；

图7和图8是图6的部分截面，但示出了经由喷枪移除器材移除的固体注入喷枪；

图9是直接熔炼容器、固体注入喷枪、热矿石输送线路和用于移除热矿石输送线路和固体注入喷枪中的堵塞的装置的实施例的部分截面；并且

图10是图4中所示的球形阀和钻壳沿着钻壳的纵向轴线的剖视图；

图11A和图11B是钻头和接长杆的侧平面视图；并且

图12是图9中所示的用于移除堵塞的装置的侧平面视图，其中钻壳被部分地剖切，从而示出钻壳内部的钻头。

具体实施方式

图1示出直接熔炼容器11，所述直接熔炼容器特别适合于执行如在以本申请人名义的国际专利申请PCT/AU 96/00197(WO 1996/031627)中通过举例方式描述的HIsmelt工艺。

以下描述是在根据HIsmelt工艺熔炼铁矿石细粉以生产铁水的情况下进行的。

将理解，本发明适用于经由任何适合的基于熔融浴的直接熔炼工艺熔炼任何含金属材料(包括矿石、部分还原的矿石和含金属的废物流)，并且不受HIsmelt工艺的约束。还将理解，矿石可以呈铁矿石细粉的形式。

容器11具有：炉床，所述炉床包括由耐火砖块形成的底座12和侧面13；侧壁14，所述侧壁形成从所述炉床的侧面13向上延伸的大致圆柱形桶体；以及顶部17。提供水冷式嵌板(未示出)用于从侧壁14和顶部17传递热量。容器11还设置有：前炉19，在熔炼期间通过所述前炉连续地排放熔融金属；以及排出孔21，在熔炼期间通过所述排出孔周期性地排放熔融熔渣。顶部17设置有出口18，通过所述出口排放过程废气。

根据HIsmelt工艺使用容器11来熔炼铁矿石细粉以生产铁水时，容器11包含铁和熔渣的熔融浴，所述熔融浴包括熔融金属层22和位于金属层22上的熔融熔渣层23。金属层22的标称静止表面的位置由箭头24指示。熔渣层23的标称静止表面的位置由箭头25指示。术语“静止表面”被理解为意指在没有气体和固体注入到容器11中时的表面。

容器11设置有固体注入喷枪27，所述固体注入喷枪向下并向内延伸穿过所述容器的侧壁14中的开口(未示出)并进入熔渣层23。在图1中示出两个固体注入喷枪27。然而，可以理解，容器11可以具有任何适合数量的此类喷枪27。在使用中，加热的铁矿石细粉和环境温度的煤(以及助熔剂，通常为石灰)被夹带在适合的运载气体(诸如缺乏氧的运载气体，通常为氮气)中，并且被分别供应到喷枪27并通过喷枪27的出口端28共同注入到熔融浴中且优选地进入金属层22。以下描述是在用于铁矿石细粉和煤的运载气体是氮气的情况下进行的。

固体注入喷枪27的出口端28在所述工艺的操作过程中位于金属层22的表面上方并且浸没在熔渣层23中。喷枪27的所述位置降低了通过与熔融金属接触而损坏的风险，并且还使得通过强制的内部水冷却来冷却喷枪变得可能(如下文进一步描述的)，而不存在水与容器11中的熔融金属进行接触的重大风险。

容器11还具有用于将热空气鼓风递送到容器11的上部区域中的气体注入喷枪26。喷枪26向下延伸穿过容器11的顶部17，进入容器11的上部区域中。在使用中，喷枪26接收穿过热气体递送管道(未示出)的富氧热空气流，所述热气体递送管道从热气体供应站(同样未示出)延伸。

图2示意性地示出了根据本发明的直接熔炼设备的一个实施例，只要所述设备是涉及将加热的铁矿石细粉和环境温度的煤供应至一个固体注入喷枪27。

所述设备包括如图1所示的直接熔炼容器11。

所述设备还包括用于加热铁矿石细粉(通常到至少600℃的温度)的呈预热器形式的预处理单元34。所述预热器可以是任何合适类型的预热器。

所述设备还包括用于向喷枪27供应铁矿石细粉的矿石递送系统。

所述矿石递送系统包括：(a)用于储存和分配加热的铁矿石细粉的矿石储存/分配单元32；以及(b)用于将被加热的矿石从矿石储存/分配单元32供应到喷枪27的矿石供应管线36。

矿石储存/分配单元32被构造成用于存储和分配夹带在氮气运载气体中的加热的铁矿石细粉。矿石储存/分配单元32可以呈多个箱的形式，其允许加热的铁矿石细粉从标准大气条件转移到加压运载气体的环境。然而，出于本发明的目的，矿石储存/分配单元32可以被认为是单个单元。

在使用中，铁矿石细粉从储库(未示出)进料到预热器34，并且所述预热器加热细粉。预热器34被安排成用于加热细粉，使得细粉在注入容器11时处于至少500℃的温度、并且典型地处于600℃至700℃的量级的温度。废气可以从出口18供应到预热器34，使得热量可以从废气转移到铁矿石细粉。预热器34被安排成用于将加热的铁矿石细粉供应到矿石储存/分配单元32。

用于将加热的铁矿石细粉从储存/分配单元32运送到喷枪27的矿石供应管线36包括：(a)第一区段48，其将细粉运载到靠近容器11的位置；(b)向上延伸区段42，其将细粉从与容器11的基部12近似平齐的位置输送到至少所述喷枪27的高度；以及(c)向下延伸区段46，其将管线连接到喷枪27中的矿石入口。当位于如图2所示的操作位置时，区段46被形成为与喷枪27是同轴的。

所述设备还包括用于向喷枪27供应煤的单独煤递送系统。

煤递送系统的形式与上述矿石递送系统相同，不同之处在于，煤在供应到喷枪27之前不进行预热。另外，煤递送系统通常提供煤和助熔材料，诸如石灰。

煤从储库递送到煤储存/分配单元38，所述储存/分配单元在环境温度下存储煤。助熔剂50单独地供应到煤存储/分配单元38。供应管线40将煤储存/分配单元38连接到矿石供应管线36。在矿石被预热的情况下，供应管线40将煤和助熔剂递送到区段46中。然而，为了简单起见，所述供应管线在图2中被示出为将煤和助熔剂递送到矿石供应管线36的第一区段48中。

在使用中，在环境温度下的煤和助熔剂从煤储存/分配单元38夹带在氮气运载气体中排放，并且经由煤供应管线40转移到矿石供应管线36的第一区段48中，使得矿石和煤一起运载到喷枪27中。

煤储存/分配单元38可以呈多个箱的形式，其允许了煤从标准大气条件转移到加压氮气运载气体环境。然而，出于本发明的目的，煤储存/分配组件38可以被认为是单个单元。

固体注入喷枪27在图3中更详细地示出。具体地讲，固体注入喷枪27延伸穿过容器11的侧壁14进入到熔渣层23中。固体注入喷枪27包括衬里30(以虚线所示)，衬里在其整个长度上被冷却护套31包围。冷却护套31是水冷的，并因此形成一层冻结熔渣32，这层冻结熔渣起作用以使固体注入喷枪与熔融浴的高温隔绝。由于喷射的含金属材料的温度相对于液体熔渣23的温度而言较低，因此冻结熔渣另外在固体注入喷枪27的出口端28处形成熔渣管道29(也被称为“象鼻管”)。

固体注入喷枪27的入口端33容纳用于冷却水(未示出)的入口和出口以及用于联接到向下延伸区段46上的安装凸缘132。肘管44将含金属材料的进料从向上延伸区段42向下和向内重新定向到向下延伸区段46中。然而，伸缩接头63将肘管44连接到向上延伸区段42和向下延伸区段46两者上以便适应每个的热膨胀。

肘管44包括与向下延伸区段46同轴的延伸部49。

喷枪移除器材120位于入口端33、向下延伸区段46和肘管44上方。喷枪移除器材120包括支撑框架122和从支撑框架122悬伸的支撑轨道124。在需要移除喷枪27的情况下或在需要移除向下延伸区段46和肘管44的情况下，它们被连接到轨道124以获得支撑，同时沿轨道124的方向被向上和向外拉动远离侧壁14。这样，部件移除借助于桥式起重机(未示出)而不是在向上延伸区段42延伸穿过的平台上的器材来进行。这降低了在移除操作发生时平台因器材和设备部件而变得拥挤的程度。

在正常生产期间，熔渣通过出渣孔21周期性地放出。然而，在过去，衬里30的更换涉及经由位于熔渣层23与金属层22之间的界面的层面上的熔渣排出口20将熔渣从容器11完全排出。在排出熔渣之后，固体注入喷枪27的出口端28与余留在容器11中的熔融金属22间隔开来。所述方法还涉及使容器减压以允许衬里移除操作在容器外和容器内部的环境压力下发生。在这种情况下，移除肘管44和向下延伸区段46，并且将衬里30从固体注入喷枪27移除并在重新安装向下延伸区段46和肘管44之前进行更换。

如上所述，所述方法导致了在容器停工时间和生产力损失方面的问题，以及在小心管理余留在容器11中的熔融金属的液位方面的问题。另外，如图4所示，熔渣中的高FeO含量导致熔渣排出通道区域的耐火材料的腐蚀。这比损失停工时间和控制熔融金属液位更麻烦，因为它只能通过将熔渣和熔融金属完全排出容器11并更换耐火材料来修正。因此，本申请人已得出了在固体注入喷枪27、肘管44和向下延伸区段46上进行维护工作(包括更换固体注入喷枪27中的衬里30)同时在容器11中保留正常生产所需的熔渣和熔融金属的全部库存的方法。

在广义上，所述方法包括：(a)封闭喷枪27的出口端；并且(b)通过移除肘管44和向下延伸区段46来接取固体喷枪27和供应管线以进行维护。虽然维护工作可以在升高的压力、通常是将进料材料注入容器11所需的升高的压力下进行，但是维护工作也可以在大气压力下进行。这大大简化了维护工作，因为器材(诸如喷枪衬里)无需移位穿过压力密封件。然而，应当理解，封闭和打开出口端28将需要在升高的压力条件下进行以确保熔渣不进入喷枪27的出口端28，而另一维护工作可以在大气压力下进行。

矿石供应管线36的区段42和46具有相同内径，用于将夹带的固体材料输送到固体注入喷枪27。肘管44的上端向上并向外延伸超过区段42的管线而延伸到喷枪吹扫系统54，喷枪吹扫系统可操作以从区段42和46内部移除固体和气体。喷枪吹扫系统54包括从区段46的上端开始垂直延伸的引出管线56，并且还包括排气阀58，排气阀控制气体和固体流过引出管线56。延伸部49的最上端终止于喷枪钻孔组件60能够安装到的凸缘59(图9、图10和图12)处。

喷枪钻孔组件60包括具有布置在每个端部处的凸缘64的球形阀62。一个凸缘64被连接到第一区段46的凸缘59上，而另一个凸缘64被连接到钻壳76的端部凸缘78上。如图12所示，钻杆90包含在钻壳76内。钻杆90的主体94包含在钻壳76的套筒区段79中。压盖杆84具有一系列的手柄和与套筒区段79的内螺纹协作的外螺纹。压盖杆84相对于套筒区段79的旋转推进套筒79内的压盖杆84并且压紧石墨压盖80，这使其在套筒区段79的内壁周围和钻杆90的主体94的外壁周围形成气体型密封。锁定杆82设有与螺纹杆84的外螺纹协作的内螺纹。当由压缩石墨压盖80的压盖杆84形成气密密封时，锁定杆82沿压盖杆84上的螺纹推进，直到其牢固地拧紧在套筒区段79上。这防止压盖杆82在钻孔期间松动。当喷枪钻孔组件60不工作时，关闭球形阀62以将喷枪钻孔组件60与矿石供应管线36隔离。

从钻壳76延伸的是支撑框架组件66，其包括Z字形安装臂68、平行于钻壳76延伸的钻机支撑轨道70、以及在安装臂68与钻机支撑轨道70之间延伸的支架72。钻车74被安装到钻机支撑轨道70上以沿轨道70自由行进。钻机77被安装到钻车74上并且具有钻头75，所述钻头具有与区段46和固体注入喷枪27同轴的旋转轴线。

出口端28通过将成形浮石定位在臂的端部上并将臂的端部和浮石放置在钻壳76中而不是钻杆90中而封闭。通过压盖杆84和锁定杆82形成气密密封。停止通过供应管线48、42和46供应进料，但是继续供应运载气体，使得通过喷枪27并通过出口端28的气流防止熔渣进入喷枪27的出口端28。

然后，打开球形阀62，并且推进臂穿过向下延伸区段46并穿过喷枪27而到达出口端28。浮石被成形为具有略小于向下延伸区段46和喷枪27的内径的外径，使得浮石能够从中通过。熔渣管道29的内径小于浮石的外径，使得浮石卡在喷枪27的端部处或附近的熔渣管道29中。由于因浮石阻碍通过所述熔渣管道29的流动路径而导致的气体压力降低，熔融熔渣将流入熔渣管道29中。熔渣冻结在熔渣管道29中，因此封闭喷枪27的出口端28。喷枪27的水冷继续进行，以便确保熔渣管道29保持在适当位置处。

在封闭后(如供应管线48、42和46中增加的背压所指出的)，隔离阀52被致动以使肘管44、向下延伸区段46、和喷枪27与供应管线48隔离。然后，这些区段中的压力可以经由引出管线56和排气阀58降低到大气压力。当达到大气压力时，移除钻壳76处的臂周围的气密密封，并且从向下延伸区段46和喷枪27移除臂。移除钻机组件60，并且经由喷枪移除器材60移除肘管44和向下延伸区段46。然后，可以提供接取固体注入喷枪的通道，用于移除磨损衬里30并用新的衬里对其进行更换，这全都是在大气条件下进行的。

新的衬里在其出口端被预形成的堵塞封闭，预形成的堵塞通常呈浮石形式。所述预成形的堵塞将加强喷枪的出口端28中的初始堵塞。在这种情况下，初始堵塞因安装新的衬里而泄漏或被破坏，预形成的堵塞就将防止熔渣进入，直到喷枪27重新加压。预形成的堵塞可以由除浮石之外的材料形成，条件是由此类材料形成的堵塞可以从衬里移除(例如通过钻孔，如下所述)以将出口端28打开。

通过将向下延伸区段46重新连接到喷枪27并且将肘管44重新连接到向下延伸区段46和向上延伸区段42，使喷枪27返回到操作状态。一旦在这些部件之间形成了气密密封，并且在隔离阀52打开之前，钻机组件60被重新连接到球形阀62，并且钻杆90被推进通过向下延伸区段46和喷枪27而到达浮石。然后，围绕位于钻壳76中的接长杆形成气密密封，并且所述接长杆被连接到钻杆90。将隔离阀52打开以使得运载气体将肘管44、向下延伸区段46和喷枪27加压到比容器11中的气体压力大的压力。

钻杆90包括从主体94向前延伸的中空圆柱形头部92，并且具有从头部92延伸的齿部以用于切割喷枪27和熔渣管道29中的浮石和冻结熔渣。

主体94包括在钻杆90的与头部92相对的端部中的连接凹槽96。连接凹槽96具有与接长杆102(图11B)上的连接凸耳104的轮廓相对应的轮廓。钻杆90和接长杆102都包括了邻近相应的连接凹槽96和连接凸耳104的连接孔98。连杆销(未示出)用于链接相邻的接长杆102并且将接长杆102链接到主体94。具体地讲，连杆穿过每个相邻的接长杆102或主体94上的连接孔98。

保持孔100容纳保持销88，使得接长杆102和钻杆90可以相对于壳体76锁定，同时在钻杆90前进或回缩时添加或移除另外的接长杆102。具体地讲，在回缩钻杆90的过程中，区段46中的气体压力将倾向于推动钻杆90和延伸部102离开区段46。因此，当钻机77被连接到接长杆102时，每一个接长杆102通过保持销88与压盖杆84锁定在一起。当进行这样的连接时，移除保持销88，并且钻机77和钻车74控制接长杆102的抽出。然后，穿过壳体76的下一个连续的接长杆102将通过保持销88被锁定到压盖杆84，同时钻机77被进一步回缩，并且暴露的接长杆102脱离锁定的接长杆102。这个过程重复进行，直到移除所有的接长杆并且将钻杆90保持在壳体76中。

通过将连接凸耳104装配到钻杆90上的连接凹槽96中来将接长杆102连接到钻杆90的后端，从而将钻杆90推进作为浮石。将保持销88从钻杆90移除并放置在接长杆102中的连接孔98中。然后，将接长杆102推进到钻壳76中直至到达保持销88邻接压盖杆84的点。连接另外的接长杆102并将它们推进到钻壳76中的过程具有沿区段46推进先前的接长杆102和钻杆90直到钻杆90到达浮石的效果。此时，旋转压盖杆84，使得其在套筒区段79内推进以压紧石墨压盖80并在钻壳76中围绕接长杆102形成气密密封。然后，推进锁定杆82以将压盖杆84锁定在适当位置处。然后，沿钻机支撑轨道70推进钻机77以使得钻头75接合从钻壳76向外延伸的接长杆102上的连接凹槽76。

区段42和46以及固体注入喷枪27中的压力等同于直接熔炼容器内部的气体压力加上至少另外10kPa，使得当钻头92打破堵塞时，位于堵塞的上游的气体压力大于直接熔炼容器内的气体压力加上喷枪27的出口端28处的熔渣23的流体静压力，从而使吹扫气体流过区段46和固体注入喷枪27并进入直接熔炼容器中。因此，在移除堵塞后，并且在将钻杆90和接长杆102从固体喷射喷枪27和区段46回缩的时间内，防止熔渣回流到固体喷射喷枪27中。

钻机77沿钻机支撑轨道70回缩以使得接长杆可以从区段46回缩并顺序地移除，直到钻杆90包含在钻壳76内。保持销88被放置在钻杆90中的保持孔100中以将钻杆90保持在钻壳76中。然后，关闭球形阀62以将喷枪钻孔组件60与区段46隔离。在这个阶段，壳体76中的气体压力仍处于升高的运载气体压力下。因此，套筒区段79包括用于以受控的方式从壳体76排放加压气体的放泄阀81。

浮石适于封闭出口端28，因为它在高温下是稳定的。所述钻孔工艺将打破浮石，并且浮石的相对轻的重量将使其保持在熔渣中，直到通过出渣口从容器11中移除。

然而，应当理解，封闭件可以由其他合适材料形成。一个选项是由沙子和粘合剂或树脂的混合物(诸如用于形成铸造熔融金属的砂模的那种)形成的砂栓。

另外，可以控制固体和运载气体注入的速率以使熔渣进入熔渣管道29并且冻结，从而封闭出口端28。这包括了减小运载气体流量以允许熔渣冻结在出口端28处。

另一个选项包括在将气体输送到喷枪27的过程中供应水以增强熔渣在出口端28处的冻结。水将转变成水蒸气并增强熔渣的冻结。可选地，可以插入固体插塞器件以确保实现初始熔渣堵塞。

虽然已经描述了多个具体的装置和方法实施例，但是应当理解，所述装置和方法能够以许多其他形式体现。

例如，当在位于隔离阀52的下游的供应管线上(即，在肘管44和向下延伸区段46上)需要维护时，就可以使用封闭喷枪27的出口端28的方法。虽然可以同时在喷枪27上进行维护(诸如更换磨损衬里)，但是这不是在肘管44和向下延伸区段46上进行维护的先决条件。

在所附权利要求书和前述说明中，除了由于明确的语言或必然的暗示，上下文另作要求以外，词语“包括”和变形形式诸如“包括有”或“包括了”是以包含在内的意义来使用的，即指明了所述特征的存在、但并不排除在此披露的装置和方法的不同实施例中另外特征的存在或添加。

Claims (23)

1.一种接取固体注入喷枪和相连的固体供应管线以进行维护的方法，其中所述固体注入喷枪延伸到冶金容器中，所述冶金容器包括：(i)金属和熔渣的熔融浴，使得在静止条件下，所述喷枪的出口端浸没在所述熔渣中；(ii)气体空间，所述气体空间位于所述熔融浴上方并且被加压成高于大气压力；以及(iii)供应管线，所述供应管线用于将运载气体中的固体进料材料输送到所述固体注入喷枪的入口端，所述方法包括：

(a)封闭所述固体注入喷枪的出口端，以便在位于所述出口端的上游的所述供应管线和所述固体注入喷枪中的气体压力减小至低于所述容器中的所述压力的压力时防止熔融熔渣进入所述出口端；并且

(b)通过移除所述供应管线的区段来接取所述固体注入喷枪和/或所述供应管线以进行维护。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括打开所述出口端并且在维护工作完成之后重新开始将运载气体中的固体进料材料供应到所述固体注入喷枪的所述入口端。

3.根据权利要求2所述的方法，其中打开所述出口端包括将位于所述出口端的上游的压力增大至比所述容器中的所述气体压力大的压力。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中封闭所述出口端包括引起所述固体注入喷枪的所述出口端中的堵塞，由此防止来自所述熔融浴的熔渣流入位于所述堵塞的上游的所述固体注入喷枪中。

5.根据权利要求4所述的方法，其中打开所述出口端包括推进工具穿过向下延伸区段并穿过所述固体注入喷枪而到达所述出口端，并且当所述向下延伸区段和所述固体注入喷枪处于相对于直接熔炼容器中的气体压力的升高的压力时操作所述工具以打开所述出口端。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述方法还包括在重新开始经由所述固体注入喷枪将固体材料供应至所述直接熔炼容器之前，从所述固体注入喷枪和所述向下延伸区段回缩所述工具。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述工具是钻机，并且打开所述出口端包括钻穿所述堵塞。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述堵塞是通过将物体定位在所述固体注入喷枪的所述出口端处引起的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述物体是成形浮石。

10.根据权利要求4所述的方法，其中所述堵塞是通过控制进料材料和运载气体通过所述固体注入喷枪的注入以便引起所述堵塞而形成的。

11.根据权利要求4所述的方法，其中所述方法包括控制对所述固体注入喷枪的水冷以协助形成冻结熔渣堵塞。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括在大气压力条件下从所述固体注入喷枪内移除衬里并用新的衬里对其进行更换。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述新的衬里在其出口处被预形成的堵塞封闭，所述预形成的堵塞在所述新的衬里安装之后被移除。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述容器能够包括多个固体注入喷枪，并且由此所述方法包括在更换所述衬里的至少部分时间段内通过那些喷枪中的一个或多个继续将固体材料供应到所述冶金容器。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在进行所述维护工作的至少部分时间段内，所述容器中的所述气体压力高于大气压力。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法涉及在步骤(a)和(b)过程中保持所述容器内的熔融金属和熔渣的全部库存。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中移除所述供应管线的区段的所述步骤包括移除与穿过所述固体注入喷枪的固体流动路径同轴的肘管区段和向下延伸区段。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括经由位于所述肘管区段的上游的阀将所述肘管区段和所述向下延伸区段隔离。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法包括重新连接所述肘管区段和所述向下延伸区段以将所述固体供应管线的上游部分连接到所述固体注入喷枪，对所述肘管区段、所述向下延伸区段和所述固体注入喷枪重新加压并打开所述出口端，由此重新建立穿过所述供应管线、流出所述出口端并流入所述熔融浴的气流。

20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(a)和(b)的过程中所述容器中的所述气体压力处于正常操作压力以在正常生产条件下操作直接熔炼工艺来生产熔融金属。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述直接熔炼工艺是HIsmelt工艺。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述固体供应管线向所述喷枪的所述入口端供应含金属材料。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述含金属材料能够是铁矿石。