CN107636412B - 渣口 - Google Patents

Abstract

用于冶金容器(11)的渣口(21)包括界定用于熔融渣的通道(37)的钢构件(35)和用于冷却钢构件的系统。

Description

渣口

技术领域

本发明涉及容纳熔融渣和熔融金属的熔池(bath)的冶金容器。

更具体地，本发明涉及冶金容器的侧壁中的渣口，该渣口界定通过侧壁的通道，该通道允许熔融渣在容器中的冶金工艺的操作活动期间从冶金容器排出。

本发明具有针对用于冶金工艺的冶金容器的特定的应用，但不是排他性应用，该冶金工艺用于将含金属的材料(例如，铁矿石)直接熔炼成熔融金属。

背景

用于直接熔炼含金属的材料的已知的基于熔融熔池的冶金工艺通常被称为“HIsmelt”工艺，并且以申请人的名义在相当多的专利和专利申请中进行了描述。

HIsmelt工艺通常可应用于熔炼含金属的材料，但特别地与由铁矿石或另外的含铁材料生产熔融铁相关联。

在生产熔融铁的情况下，HIsmelt工艺包括以下步骤：

(a)在直接熔炼的容器的主室中形成熔融铁和渣的熔池；

(b)将以下喷射到熔融熔池中：(i)铁矿石，通常为细粉的形式；和(ii)固体含碳材料，通常为煤，其用作铁矿石供给材料的还原剂和能量源；以及

(c)在熔池中将铁矿石熔炼成铁。

术语“熔炼”在本文中被理解为意指其中减少金属氧化物的化学反应发生以产生熔融金属的热处理。

在HIsmelt工艺中，以含金属的材料(其可以预先加热)和含碳材料以及可选的助熔剂材料的形式的固体供给材料通过多个水冷固体喷射枪与运载气体一起喷射到熔融熔池中，多个水冷固体喷射枪相对于竖直方向倾斜，以便向下和向内延伸穿过熔炼容器的主室的侧壁并且延伸到容器的下部区域中，以将至少部分的固体供给材料输送到主室的底部中的金属层中。固体供给材料和运载气体渗入熔融熔池，并使熔融金属和/或渣喷射到熔池的表面的上方的空间中并且形成过渡区。通过向下延伸的枪，将含氧气体(通常是富氧空气或纯氧)的气流喷射到容器的主室的上部区域中，以在容器的上部区域中促使从熔融熔池中释放的反应气体的后燃烧。在过渡区中，存在熔融金属和/或渣的上升和随后下降的液滴或飞溅物或流的良好的聚集(favourable mass)，其提供有效介质以将通过熔池上方的后燃烧的反应气体产生的热能传递到熔池中。

通常，在生产熔融铁的情况下，当使用富氧空气时，富氧空气在热风炉中产生，并在大约1200℃的温度下被供给到容器的主室的上部区域中。如果使用工业级冷氧，则工业级冷氧通常在环境温度或接近环境温度下被供给到主室的上部区域中。

由熔炼容器内的反应气体的后燃烧产生的废气通过废气管道从熔炼容器的上部区域中取出。

熔炼容器包括经由前炉连接部连接到主室的前炉，该前炉允许连续的金属产品从容器流出。主室在下炉底中包括耐火材料衬里区段，并且在主室的侧壁和顶部包括水冷却面板。水以连续的环路穿过面板连续地循环。前炉作为熔融金属填充的虹吸密封件操作，当产生熔融金属时，从熔炼容器自然地“溢出”多余的熔融金属。这使熔炼容器的主室中的熔融金属水平是已知的并且被控制成在小的公差内——这对于工厂安全是至关重要的。

用于直接熔炼含金属的材料的另一种基于熔融熔池的冶金工艺在下文中被称为“HIsarna”工艺。该工艺在熔炼装置中进行，该熔炼装置包括：(a)熔炼容器，该熔炼容器包括主室，该主室适于容纳熔融铁和渣的熔池；以及延伸到主室中的固体喷射枪和含氧气体喷射枪；以及(b)用于预处理含金属的供给材料的熔炼旋流器(smelt cyclone)，该熔炼旋流器定位于熔炼容器的上方并且与熔炼容器连通。在以申请人的名义的国际申请PCT/AU99/00884(WO 00/022176)中描述了HIsarna工艺和装置。

术语“熔炼旋流器”在本文中被理解为指代通常界定圆柱形室的容器，并且该容器构造成使得供应到室的供给材料以围绕室的竖直中心轴线的路径移动，并且可以经受足够高的操作温度以至少部分熔炼含金属的供给材料。

在HIsarna工艺的一种形式中，含碳的供给材料(通常为煤)和助熔剂(通常为石灰石)经由固体喷射枪喷射到熔炼容器中的熔融熔池中。诸如铁矿石的含金属的供给材料被喷射到熔炼旋流器中且被加热，并且在熔炼旋流器中部分地熔化和部分地还原。这种熔融的部分地还原的含金属的材料从熔炼旋流器向下流动到熔炼容器中的熔融熔池中，并且在熔池中熔炼成熔融金属。在熔融熔池中产生的热的反应气体(通常为CO、CO₂、H₂和H₂O)在熔炼容器的上部部分中通过含氧气体(通常为工业级氧气)部分地燃烧。由后燃烧产生的热量传递到上部区段中的熔融材料中，熔融材料落回到熔融熔池中以保持熔池的温度。热的部分地燃烧的反应气体从熔炼容器向上流动并进入熔炼旋流器的底部。将含氧气体(通常为工业级氧气)经由鼓风口喷射到熔炼旋流器中，所述鼓风口以这样的方式布置，以在水平面中，即围绕熔炼旋流器的室的竖直中心轴线，产生旋流漩涡图案。这种含氧气体的喷射导致熔炼容器气体的进一步燃烧，造成非常热的(旋流)火焰。细分的进入的含金属的供给材料经由熔炼旋流器中的鼓风口气动地喷射到这些火焰中，造成快速加热和部分熔化，伴随部分还原(约10-20％还原)。还原是由于来自熔炼容器的反应气体中的CO和H₂。热的部分地熔炼的含金属的供给材料通过旋流漩涡作用向外抛出到熔炼旋流器的壁上，并且如上所述，向下流动到下面的熔炼容器中，用于在该容器中熔炼。

HIsarna工艺的上述形式的净效果是两步逆流过程。含金属的供给材料通过来自熔炼容器的流出的反应气体(具有含氧气体添加物)被加热并部分还原，并向下流动到熔炼容器中，并在熔炼容器中熔炼成熔融铁。在一般意义上，这种逆流布置提高了生产率和能源效率。

在HIsmelt工艺和HIsarna工艺中，熔炼容器中的渣库存在操作这些工艺的进程期间积累起来，并且通过周期性地从容器的侧壁中的渣口排渣而被减少，从而保持适合于操作这些工艺的库存。

通常，渣口在容器侧壁中定位在延伸到容器的主室中的固体喷射枪的端部的水平上方，使得枪的端部在该工艺的标准操作条件期间总是浸入渣中。

通常，HIsmelt工艺和HIsarna工艺的熔炼活动是至少12个月的连续操作。

在熔融容器中HIsmelt或HIsarna熔炼活动的标准操作条件的进程期间，熔融金属经由前炉连续地排出，并且熔融渣经由渣口周期性地排出。更具体地，允许熔炼容器中的熔融渣的水平高度升高，直到渣水平到达预先选定的高度，并且渣然后经由渣口从容器排出至渣口的水平高度。在熔炼活动的进程期间，重复渣堆积和定期排渣的该过程。

渣口界定用于从熔炼容器排出熔融渣的通道，其中该通道延伸穿过熔炼容器的侧壁。通常，在排渣之间，该通道通过合适的堵塞材料(例如粘土)封闭。当到用于排渣的时间时，钻具组件钻穿堵塞材料并生成用于渣流的打开的通道。在排渣结束时，通过迫使(例如，通过填塞)新的堵塞材料到打开的通道中或以其它方式封闭打开的通道来封闭打开的通道。

从熔炼工艺在容器中的安全操作的角度并且从针对完全熔炼活动来操作工艺的角度，渣口是熔炼容器的重要的结构特征。

渣口中的通道的周期性打开和封闭以及熔融渣穿过渣口的周期性流动需要强健且可靠的渣口结构。

与其它直接熔炼工艺相比，HIsmelt工艺和HIsarna工艺的侵蚀性湍流渣对渣口的要求更为苛刻。

另外，无论熔炼工艺或在其它具有渣口的冶金容器中进行的其它冶金工艺，在排渣期间或在排渣之间，渣口结构都必须能够适应渣，并且在一些情况下适应在通道中固化的金属。

通常，金属是来自悬浮在熔融渣中的非常小的液滴或金属飞溅物。这种金属可以固化为金属舌片，该金属舌片随着时间的推移变得更大，并且可能会妨碍在排渣之后堵塞通道或妨碍打开封闭的通道以开始新的排渣。

如果渣口未正确封闭，例如由于渣口中的固化金属，则会具有热和危险的工艺气体的连续的吹炼(blow)，这将最终导致工艺的中断而出现问题。

如果渣口中的固化金属妨碍打开封闭的通道，则可能需要使用氧气切割，并且这将加速渣口的内部结构的损坏且切割过程的热量可能导致渣口的水冷却结构的严重损坏。

以上描述不应被视为承认澳大利亚或其它地方的公知常识。

本公开的概述

因此，本发明提供了一种用于周期性地从容纳熔融金属和熔融渣的熔池的冶金容器排出熔融渣的渣口，该渣口包括界定用于熔融渣的通道的钢构件和用于冷却钢构件的系统，该通道在通道的一个端部处具有用于熔融渣的进口，并且在通道的另一个端部处具有用于从通道排出熔融渣的出口。

申请人已经发现，钢构件使得渣口能够在容器的操作温度下保持结构完整性，并且更具体地，在钢构件被冷却(例如，通过直接或间接的水冷却)时，在经由渣口排出的熔融渣的温度下保持结构完整性。在这种情况下，使用钢构件是有利的，因为其比当前的渣口选项更不容易受到损坏。

对于从通道的进口端部到出口端部的通道的长度，通道可以是恒定直径的。

通道的直径可以在从通道的进口端部到出口端部的通道的长度的不同部分中是不同的。

通道可以包括用于从通道的进口端部的通道的长度的一部分的第一区段，该第一区段具有恒定直径或几乎恒定的直径，其中几乎恒定的直径的第一区段在进口端部处包括略大的直径。通道可以包括用于到通道的出口端部的通道的长度的剩余部的第二区段，第二区段具有比第一区段大的直径。这种布置使得可以使通道的渣进口端部处的直径最小化，以最小化金属侵入通道的可能性，便于在固化之前将沉淀在通道中的任何液态金属排出，或者如果金属固化在通道中，在钻孔或堵塞步骤期间，便于排出任何金属。

通道的第二区段可以是直径朝向通道的出口端部增大的圆锥形形状，以便于定位泥枪或其它合适的装置，从而迫使堵塞材料进入通道以在排渣结束时封闭通道。

第二区段可以是恒定的直径。

第二区段的直径可以在第二区段的长度的不同部分处是不同的。

通道可以包括在通道的第一区段和第二区段之间的过渡部。

该过渡部可以是在通道的第一区段和第二区段之间的肩部或任何其它合适的构造。

钢构件可以包括前端部、后端部和在后端部和前端部之间延伸的内壁(其界定通道)以及外壁。通过这种布置，在内壁和外壁之间存在环形空间。

钢构件的外壁可以是截头圆锥形的，直径从前端部向后端部增大。

钢构件可以是实心构件。

用于冷却钢构件的系统可以适于经由钢构件内的冷却剂流(例如，水流)在内部冷却钢构件。

钢构件可以是水冷却钢构件。

水冷却钢构件的一个但不是唯一的示例是水冷却钢夹套。

水冷却钢夹套可以具有前端部、后端部、在后端部和前端部之间延伸的内壁(其界定通道)和外壁、在前端部处邻近通道的进口端部的圆角部，以及在夹套内的水流通路。

水冷却钢构件的另一个示例但不是唯一的示例是水冷却钢套筒。

钢套筒可以具有前端部、后端部、在后端部和前端部之间延伸的内壁(其界定通道)和外壁，以及在套筒内的水流通路。

用于冷却钢构件的系统可以适于经由钢构件和相对于钢构件定位的热提取元件之间的热交换间接地冷却钢构件。

热提取元件可以围绕钢构件定位，并且以与钢构件成热传递的关系在通道的进口端部和出口端部之间至少大体上沿着钢构件的长度定位。

热提取元件可以由铜或任何其它合适的高导热性材料形成。

热提取元件和钢构件可以是分离的单元。

热提取元件可以是实心元件，并且依赖于热质量，以向钢构件提供足够的冷却。

热提取元件可以是水冷却的。热提取元件可以适于与任何合适的冷却剂一起操作。

热提取元件可以包括夹套，该夹套具有前端部、后端部、在后端部和前端部之间延伸的内壁和外壁、在前端部处邻近通道的进口端部的圆角部，以及在夹套内的水流通路。

热提取元件可以包括用于监测元件上的热负荷的系统。

渣口可以包括保持元件，例如板，用于将钢构件和夹套联接到容器，例如容器的侧壁，并且用于将钢构件保持在由夹套界定的内部空间中，使得夹套的内壁和钢构件的外壁跨越这些壁的整个表面区域在通道的进口端部和出口端部之间至少大体上沿着钢构件的长度紧密接触，以最大化从钢构件到夹套的热传递。

为了将夹套和钢构件组装在一起，钢构件可以插入到由夹套界定的内部空间中，使得构件和夹套处于使夹套围绕钢构件至少大体上沿着钢构件的长度定位的操作位置，并且保持元件被定位成抵靠钢构件且被螺栓连接或以其他方式连接到熔炼容器，以将钢构件和夹套联接到容器的侧壁，并且防止钢构件从内部空间退出，并且由此将钢构件和夹套保持在操作位置。

保持元件可以是与钢构件和夹套分离的构件。

保持元件可以连接到钢构件，例如通过焊接连接到钢构件。

渣口可以包括将元件连接到夹套的多个螺栓或其它联接构件。

钢构件可以是实心钢套筒。

夹套的进口端部可以包括唇部，该唇部向内延伸并且界定环形凹部，其中钢构件延伸到凹部中。该布置界定了用于熔融渣的曲折的流动路径，并使熔融渣流动穿过通道并渗透在钢构件和铜夹套之间的风险最小化。

钢可以是任何适合的钢。

作为示例，钢可以选自低碳钢、中碳钢和高碳钢。

根据本发明，还提供了一种冶金容器，该冶金容器包括在容器中的上述渣口。

渣口可以定位在容器的侧壁中。

容器可以包括一个或更多个固体喷射枪，该一个或更多个固体喷射枪向下并向内延伸穿过容器的侧壁，用于将含金属的材料和/或含碳的材料喷射到熔融熔池中。

容器可以包括一个或更多个枪，该一个或更多个枪用于将含氧气体喷射到熔融熔池上方的容器中的气体空间中。

容器可以包括前炉，前炉在正常生产期间从容器经由溢流堰连续地排出熔融金属，并且包括在溢流堰下方的排出孔，以将冶金容器中的金属减少到渣排放的水平高度以下。

容器可以是如上所述的HIsmelt容器或HIsarna容器。

根据本发明，还提供了一种用于在冶金容器中直接熔炼含金属的材料的基于熔融熔池的冶金工艺，该冶金容器包括在容器中的上述渣口，该工艺包括从渣口周期地排出熔融渣，并且冷却渣口，以将渣口的钢构件保持用于排渣的安全操作温度范围内。

该工艺可以包括监测渣口的热提取元件上的热负荷。

附图简述

进一步地仅以示例的方式参照附图描述本发明，在附图中：

图1是通过根据本发明的HIsmelt直接熔炼容器的实施方案的竖直横截面；

图2是通过根据本发明的HIsmelt直接熔炼容器的另一实施方案的竖直横截面，该实施方案类似于图1的实施方案，并且包括与从容器排渣相关的另外的公开内容；

图3是图2中所示的容器的侧壁的区段的更详细的横截面图，该侧壁包括容器的渣口，该渣口是本发明的渣口的一个实施方案；

图4是在没有熔融渣的情况下图3中所示的容器的侧壁的区段和渣口的横截面图；

图5是图3和图4所示的渣口的铜夹套的圆角端部的一部分的详细的横截面图；

图6是示出在图3和图4中的渣口的钢套筒的横截面图；

图7是示出在图3和图4中的渣口在图3和图4中的箭头“A”的方向上的端视图；

图8是示出在图3和图4中的容器的侧壁的区段和渣口的横截面图，其图示了泥枪的操作以将堵塞材料插入渣口的通道来封闭通道；

图9是根据本发明的渣口的另一个但不是唯一的实施方案的横截面图；

图10是示出在图9中的渣口在图9中的箭头“A”的方向上的端视图；

图11是示出在图9和图10中的渣口的透视图；以及

图12是根据本发明的渣口的另一个但不是唯一的实施方案的横截面图。

实施方案的描述

尽管以下描述是在HIsmelt容器的情况下，但是应当理解，本发明可应用于容纳熔融渣和熔融金属的熔池的其它冶金容器，包括HIsarna容器。还应当理解，本发明的容器不限于用于进行直接熔炼工艺的容器。

图1示出了直接熔炼容器11，该直接熔炼容器11特别地适用于实施HIsmelt工艺，如通过以申请人的名义在国际专利申请PCT/AU96/00197(WO 1996/031627)中的示例所描述的。WO 1996/031627中的公开内容通过交叉引用并入本文。

以下描述是在根据HIsmelt工艺的熔炼铁矿石细粉以生产熔融铁的情况下。

应当理解，本发明可应用于通过任何合适的基于熔融熔池的直接熔炼工艺熔炼任何含金属的材料，包括矿石、部分还原的矿石和包含金属的废物流，并且本发明不限于HIsmelt工艺。还应理解，矿石可以是铁矿石细粉的形式。

容器11具有炉底、侧壁14以及顶部17，炉底包括由耐火砖形成的基部12和侧部13，侧壁14形成从炉底的侧部13向上延伸的大致圆柱形的桶形物。水冷却面板(在图1中未示出，但在图3中示出)设置在侧壁14中，用于从侧壁14和顶部17传递热。顶部17设置有出口18，在熔炼工艺的操作期间，容器11中的工艺尾气通过该出口18被排出。容器11还设置有前炉19，在熔炼期间，熔融金属通过前炉19连续排出。前炉19对大气敞开。前炉19经由前炉连接部20连接到容器11的内部，使得熔融金属可以从容器11流入到前炉19中。容器11还包括渣口21，在熔炼活动期间，容器11中的熔融渣从容器11穿过渣口21周期性地排出。

在HIsmelt工艺的情况下，通常，熔炼活动是至少12个月的连续操作，并且在熔炼活动的标准操作条件的进程期间，熔融金属经由前炉19连续地排出，并且熔融渣(实际上，其可能含有一些夹带的金属液滴或飞溅物)经由渣口21周期性地排出。通常，每2-3个小时就有一次排渣。注意，本发明不限于排渣之间的任何特定时间段。

在根据HIsmelt工艺使用容器11熔炼铁矿石细粉以生产熔融铁时，容器11容纳熔融铁和熔融渣的熔池，熔池包括熔融金属层22和在金属层22上的熔融渣层23。金属层22的名义静态表面的位置由箭头24表示。渣层23的名义静态表面的位置由箭头25表示。术语“静态表面”被理解为表示在不将气体和固体注入到容器11中时的表面。

容器11设置有固体喷射枪27，该固体喷射枪27在容器11中进行熔炼过程时，向下和向内延伸穿过容器的侧壁14中的开口(未示出)并且延伸到渣层23中。如下面进一步描述的，熔融渣在工艺的操作期间向上扩展。在图1中示出了两个固体喷射枪27。然而，可以理解，容器11可以具有任何合适数量的这种枪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，通常是石灰)被夹带在合适的运载气体(例如，自由的贫氧的运载气体，通常为氮气)中，并且分别供应到枪27且穿过枪27的出口端部28共同喷射到熔融熔池中，并且优选地喷射到金属层22中。

固体喷射枪27的出口端部28在工艺操作期间处于金属层22的表面的上方。枪27的这种位置通过与熔融金属接触而降低损坏的风险，并且还可能通过强制的内部水冷却来冷却枪，而不会有水与容器11中的熔融金属接触的显著风险。

容器11还具有用于将热空气流传送到容器11的上部区域中的气体喷射枪26。枪26向下延伸穿过容器11的顶部17中的出口18进入容器11的上部区域29中。在使用中，枪26接收穿过热气体输送管道(未示出)的富氧热空气流，热气体输送管道从热气体供应站(也未示出)延伸。

容器11还包括在基部12的侧部13中的端部排渣排泄孔60，在静态条件下，端部排渣排泄孔60处于金属层22和渣层23之间的界面的水平高度处。

容器11还包括位于基部12的侧部13中且邻近容器11的底部的端部排金属排泄孔62。

图2图示了根据本发明的HIsmelt直接熔炼容器11的另一个实施方案，该实施方案类似于图1的实施方案，并且包括与从容器11排渣相关的另外的公开内容。图2中的容器11具有与图1中所示的容器11相同的基本结构特征，并且在两个图中相同的参考标记用于描述相同的特征。

图3至图8示出了图2中所示的渣口21的进一步的细节。

图3是其中渣口21所位于的容器11的侧壁14的区段的放大。该图图示了形成容器11的侧壁14的水冷却面板。这些水冷却面板通常是具有内部水通路31的钢面板。在使用中，水穿过水通路31循环以从面板提取热量并将面板保持在安全的操作温度。图4类似于图3，但是在相反的定向上并且没有熔融渣23。

参照图3至图8，渣口21包括：

(a)以实心钢套筒(通过阴影示出)形式的钢构件35，其限制用于熔融渣的通道37，通道37在通道的一个端部处具有用于熔融渣的进口39并且在通道的另一个端部处具有用于从通道排出熔融渣的出口41；以及

(b)用于冷却钢构件35的系统。

申请人已经发现，钢构件35使得当钢构件冷却时，例如通过直接或间接地水冷却到所需程度，渣口在钢构件经历的操作温度下可以保持结构完整性。

参考图6，钢构件35具有前端部91、较宽的后端部97和在前端部91和后端部97之间延伸的内壁49(其界定通道37)以及外壁63。外壁是截头圆锥形的，直径从前端部91到后端部97增大。

通道37的直径在通道37的从通道的进口端部39到出口端部41的长度的不同部分中是不同的。具体地，通道37包括用于从通道的进口端部39的通道的长度的一部分的第一区段43以及用于到通道的出口端部41的通道37的长度的剩余部的第二区段45，第一区段43具有恒定直径，第二区段45具有比第一区段43大的直径。第二区段45是截头圆锥形的，具有朝向通道的出口端部41增大的直径。通道37包括在通道37的第一区段43和第二区段45之间界定过渡部47的肩部95。

通道37的这种结构使得可以使通道37的进口端部39处的直径最小化，以最小化金属侵入通道37中的可能性，并且便于定位泥枪(见图8)或其它合适的装置来迫使堵塞材料79(见图8)进入通道37中，以在从容器11排渣结束时封闭通道37。

在图3至图8所示的实施方案中，用于冷却钢构件35的系统经由钢构件35与相对于钢构件35定位的热提取元件之间的热交换来间接地冷却钢构件35。

进一步参照图3至图8，热提取元件是铜夹套51的形式，铜夹套51围绕钢构件37定位并容纳钢构件37，以便于将热从钢构件35传递到铜夹套51。

注意，本发明不限于由铜形成夹套51，并且夹套51可以由任何合适的高导热性材料制成。

铜夹套51是水冷却的。水冷却铜夹套51具有前端部、较宽的后端部以及在前端部和后端部之间延伸的内壁55和外壁57，在前端部处邻近通道37的进口端部具有圆角部59。铜夹套51包括一系列水流通路(由图3和图4中的虚线表示)，用于水从夹套51的后端部中的水进口(未示出)流动到夹套51的前端部，并且通过在前端部处的圆角部59并且向后流动到夹套51的后端部处的水出口(未示出)。水流通路可以是任何合适的通路布置。水经由水出口排出。往返于铜夹套51的水流可以是任何合适的水流系统。

在图中没有具体示出水供应系统。该系统可以是用于供应水的任何系统。该系统可以是闭环系统，其中水通过系统以及热交换器或其它热提取选项再循环，以从水中去除热量。该系统可以适于提供恒定的水流速度。替代地，该系统可以适于提供可变的水流速度。根据容器11中的操作条件，可能需要水流速度的变化。该系统可以包括温度传感器和其它传感器(例如，监测通过水流除去的热负荷或热通量的传感器)，以监测钢构件35的状况并调节水流速度以维持钢构件35的温度在预定的操作温度范围内。

铜夹套51至少大体上沿着钢构件35的长度在通道37的进口端部39和出口端部41之间接触钢构件35。铜夹套51的内壁55和钢构件35的外壁63被形成为使得钢构件35紧密配合在铜夹套51内，以使跨越两个元件51、35之间的界面的热传递最大化。

铜夹套51和钢构件35是分离的单元，它们通常作为分离的单元定位到渣口开口(其根据附图是明显的，但未用具体的参考标记表示)中，并且联接到容器11的侧壁14，并且由此保持在渣口开口中的适当的位置。铜夹套51和钢构件35的结构使得能够有效地定位渣口21和从渣口开口移除渣口21。

渣口21包括诸如板的保持元件61，保持元件61与钢构件35接触并且迫使钢构件35进入由铜夹套51界定的内部空间中并且将钢构件35保持在该内部空间中，使得铜夹套51的内壁55和钢构件35的外壁63跨越壁55、63的整个表面区域在通道37的进口端部39和出口端部41之间紧密接触。

渣口21包括以多个螺栓65和螺母66或其它合适的联接元件形式的联接构件，该联接构件将保持元件61和铜夹套51联接到容器11的侧壁14，并且由此将钢套筒35和铜夹套51保持在渣口开口中的操作位置。如在图7中可以最佳见到的，保持元件61是环形板，该环形板具有围绕板的周边的多个开口。这些开口接纳螺栓65。参考图3和图4，铜夹套51包括具有用于螺栓65的多个开口的环形凸缘69。此外，容器11的侧壁14包括具有用于螺栓65的多个开口的环形凸缘67。螺栓65定位成延伸穿过保持元件61、铜夹套51和环形凸缘67中的对齐的开口，并将保持元件61和铜夹套51保持到容器11的侧壁14。联接构件包括提供一定程度的柔性的弹簧71。钢构件35的后端部形成有环形肩部53(见图6)，环形肩部53便于将保持元件61抵靠钢构件35定位。

为了将铜夹套51和钢构件35组装在一起，铜夹套51从容器11的外部插入到容器11的侧壁14中的渣口开口中。然后将钢构件35从容器11的外部插入到由铜夹套51界定的内部空间中，使得钢构件35和铜夹套51处于操作位置(如图3和图4中所示)，其中钢构件35至少大体上沿着钢构件35的长度接触铜夹套51。保持元件61然后如图3和图4所示出的那样定位，并且螺栓65穿过保持元件61、夹套51的凸缘69和容器11的侧壁14的凸缘65中的对齐的开口螺纹连接，并且螺母66螺纹连接到螺栓65上且紧固在螺栓65上，并且施加将保持元件61和铜夹套51联接到侧壁14的力且防止钢构件35从由铜夹套51界定的内部空间中退出，并且由此将钢构件35和铜夹套51保持在渣口开口中的这些图中所示的操作位置。

铜夹套51的圆角部59包括唇部73，该唇部73在通道37的内部延伸并且界定环形凹部75。钢构件35的前端部77(见图6)具有与唇部73和凹部75的轮廓互补的轮廓，使得前端部77延伸到凹部75中并且形成从唇部73到钢构件35的内壁的不间断的过渡部。这种布置使熔融渣流动穿过进口39并进入钢构件35和铜夹套51之间的界面中的风险最小化。

图3至图7示出了渣口21，其中通道37处于打开位置，渣可沿着通道37的长度流动穿过通道37的开口进口端部39，并且从通道37的出口端部41排出。

图8示出了处于封闭位置的通道37，其中堵塞材料79阻塞通道37的长度的大部分。该图示出了具有向前延伸的冲头83的泥枪81的一部分，冲头83迫使堵塞材料79进入通道37中。堵塞操作在每次排渣结束时进行。当需要下一次排渣时，使用钻头组件(未示出)钻穿堵塞材料79并打开通道37。

在图8所示的实施方案中，堵塞材料填充通道37的前部区段，使得在排渣之间，通道37中不存在熔融渣。

图9至图11中所示出的实施方案在许多方面与图3至图8中所示出的实施方案非常相似，并且相同的参考标记用于描述相同的特征。

具体地，图9至图11中所示出的渣口21包括以套筒形式的钢构件35，该钢构件35界定了通道37，用于使渣从通道37的进口端部39流入通道37中，并且沿通道37的长度并从通道37的出口端部41排出。渣口21还包括水冷却铜夹套51，水冷却铜夹套51围绕钢构件35定位并且与钢构件35成热传递关系，以从钢构件35移除热量。

在图9至图11所示的实施方案中，用于冷却钢构件35的系统也适于经由钢构件35内的水流直接冷却钢构件35。

具体地，钢构件35包括一系列内部水流通路91，在该实施方案中，该一系列内部水流通路91以从钢构件35的后端部到前端部的螺旋路径延伸，并且然后以返回路径延伸到钢构件35的后端部。冷却系统包括进水管87和出水管85。在该实施方案中，以钢板形式的保持构件61焊接到钢构件35。在图11中的钢构件35的透视图中可以最佳地看到这种布置。此外，焊缝由图9中的标记93表示。

保持元件可以例如通过焊接连接到钢构件。

在图12所示的实施方案(其不是本发明的仅有的另一种实施方案)中，钢构件35的间接水冷却总体上被钢构件35的直接水冷却替代。在该实施方案中，水冷钢构件35是水冷钢夹套的形式，其具有内壁和外壁105以及邻近通道37的进口端部39的圆角端部107，并且具有内室101和将水供应到室101的水进口113以及从室101中除去水的水出口115。

虽然已经关于附图描述了多个具体装置和方法的实施方案，但是应当理解，这些装置和方法可以以许多其它形式实施。

作为示例，本发明还延伸到这样的实施方案，其中钢构件35是水冷却的，例如如图9至图11的实施方案中所示出的，并且热提取元件以固体外部元件的形式，而不是图2至图8和图9至图11的实施方案的水冷夹套51的形式。只要经由钢构件35的水冷却和固体热提取元件的热质量进行充分的热提取，这些就是有效的实施方案。

作为进一步的示例，尽管关于附图描述的实施方案包括以套筒和夹套形式的钢构件35，但是可以容易地理解，本发明不限于这些元件并且延伸到界定用于熔融渣的通道37的任何合适的钢构件。

作为进一步的示例，尽管关于附图描述的实施方案包括作为冷却剂的水，但是可以容易地理解，本发明不限于使用水并且延伸到使用任何合适的冷却剂。

作为进一步的示例，尽管关于附图描述的实施方案包括以夹套51形式的外部热提取元件，但是可以容易地理解，本发明不限于使用夹套，并且延伸到使用任何合适的外部热提取元件。

作为进一步的示例，尽管关于附图描述的实施方案包括以由铜制成的夹套51的形式外部热提取元件，但是可以容易地理解，本发明不限于使用铜并且延伸到使用任何合适的高导热性材料。

在以下的权利要求中和在前述说明中，除上下文因为明确的语言或必要的含义而另有要求的地方之外，词语“包括(comprise)”和诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变体以包容性意义使用，即以指定所述特征的存在，但是不排除本文公开的装置和方法的各种实施方案中的其它特征的存在或添加。

Claims (34)

1.一种用于从容纳熔融金属和熔融渣的熔池的冶金容器周期性地排出熔融渣的渣口，所述渣口包括：

钢构件，所述钢构件界定用于熔融渣的通道，所述通道在所述通道的一个端部处具有用于熔融渣的进口，并且在所述通道的另一个端部处具有用于从所述通道排出熔融渣的出口，其中所述通道还包括用于从进口端部的所述通道的长度的一部分的第一区段和用于到出口端部的所述通道的剩余长度的第二区段，所述第一区段具有恒定直径，所述第二区段具有比所述第一区段大的直径；

被配置在所述通道中的肩部，所述肩部界定所述第一区段和所述第二区段之间的过渡区域；以及

用于冷却所述钢构件的系统。

2.根据权利要求1所述的渣口，其中，所述通道的直径在从所述通道的进口端部到出口端部的所述通道的长度的不同部分中是不同的。

3.根据权利要求2所述的渣口，其中，所述第二区段是恒定的直径。

4.根据权利要求2所述的渣口，其中，所述第二区段具有在所述第二区段的长度的不同部分处是不同的直径。

5.根据权利要求4所述的渣口，其中，所述第二区段是截头圆锥形的，具有朝向所述通道的所述出口端部增大的直径。

6.根据权利要求1所述的渣口，其中，所述钢构件包括前端部、后端部以及在所述后端部和所述前端部之间延伸的内壁和外壁，并且所述内壁界定所述通道。

7.根据权利要求6所述的渣口，其中，所述钢构件的所述外壁是截头圆锥形的，直径从所述前端部向所述后端部增大。

8.根据权利要求6所述的渣口，其中，所述钢构件是实心构件。

9.根据权利要求1所述的渣口，其中，用于冷却所述钢构件的所述系统适于经由所述钢构件内的冷却剂流在内部冷却所述钢构件。

10.根据权利要求9所述的渣口，其中，所述冷却剂流是水流。

11.根据权利要求9或10所述的渣口，其中，所述钢构件是水冷却钢构件。

12.根据权利要求11所述的渣口，其中，所述水冷却钢构件是水冷却钢夹套。

13.根据权利要求12所述的渣口，其中，所述水冷却钢夹套包括前端部、后端部、在所述后端部和所述前端部之间延伸的内壁和外壁、在所述前端部处邻近所述通道的进口端部的圆角部，以及在所述水冷却钢夹套内的水流通路，并且所述内壁界定所述通道。

14.根据权利要求11所述的渣口，其中，所述水冷却钢构件是水冷却钢套筒。

15.根据权利要求14所述的渣口，其中，所述水冷却钢套筒包括前端部、后端部、在所述后端部和所述前端部之间延伸的内壁和外壁，以及在所述水冷却钢套筒内的水流通路，并且所述内壁界定所述通道。

16.根据权利要求9或10所述的渣口，其中，用于冷却所述钢构件的所述系统适于经由在所述钢构件和相对于所述钢构件定位的热提取元件之间的热交换间接地冷却所述钢构件。

17.根据权利要求16所述的渣口，其中，所述热提取元件围绕所述钢构件定位，并且以与所述钢构件成热传递的关系至少大体上沿着所述钢构件的长度在所述通道的进口端部和出口端部之间定位。

18.根据权利要求17所述的渣口，其中，所述热提取元件由铜形成。

19.根据权利要求17所述的渣口，其中，所述热提取元件和所述钢构件是分离的单元。

20.根据权利要求17所述的渣口，其中，所述热提取元件是水冷却的。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的渣口，其中，所述热提取元件包括夹套，所述夹套具有前端部、后端部、在所述后端部和所述前端部之间延伸的内壁和外壁、在所述前端部处邻近所述通道的进口端部的圆角部，以及在所述夹套内的水流通路。

22.根据权利要求21所述的渣口，包括保持元件，用于将所述钢构件和所述夹套联接到所述冶金容器，并且用于将所述钢构件保持在由所述夹套界定的内部空间中，使得所述夹套的所述内壁和所述钢构件的外壁跨越所述夹套的所述内壁和所述钢构件的所述外壁的整个表面区域在所述通道的进口端部和出口端部之间至少大体上沿着所述钢构件的长度紧密接触，以最大化从所述钢构件到所述夹套的热传递。

23.根据权利要求22所述的渣口，其中，所述保持元件是板。

24.根据权利要求22所述的渣口，其中，所述保持元件将所述钢构件和所述夹套联接到所述冶金容器的侧壁。

25.根据权利要求22至24中任一项所述的渣口，其中，所述保持元件是与所述钢构件和所述夹套分离的构件。

26.根据权利要求22至24中任一项所述的渣口，其中，所述保持元件被连接到所述钢构件。

27.根据权利要求26所述的渣口，其中，所述保持元件被焊接到所述钢构件。

28.根据权利要求21所述的渣口，其中，所述夹套的进口端部包括唇部，所述唇部向内延伸并且界定环形凹部，并且所述钢构件延伸到所述环形凹部中，其中该布置使熔融渣在所述钢构件和所述夹套之间渗透的风险最小化。

29.根据权利要求22至24和27中任一项所述的渣口，其中，所述夹套的进口端部包括唇部，所述唇部向内延伸并且界定环形凹部，并且所述钢构件延伸到所述环形凹部中，其中该布置使熔融渣在所述钢构件和所述夹套之间渗透的风险最小化。

30.根据权利要求25所述的渣口，其中，所述夹套的进口端部包括唇部，所述唇部向内延伸并且界定环形凹部，并且所述钢构件延伸到所述环形凹部中，其中该布置使熔融渣在所述钢构件和所述夹套之间渗透的风险最小化。

31.根据权利要求26所述的渣口，其中，所述夹套的进口端部包括唇部，所述唇部向内延伸并且界定环形凹部，并且所述钢构件延伸到所述环形凹部中，其中该布置使熔融渣在所述钢构件和所述夹套之间渗透的风险最小化。

32.一种用于从容纳熔融金属和熔融渣的熔池的冶金容器周期性地排出熔融渣的渣口，所述渣口包括：

钢构件，所述钢构件界定用于熔融渣的通道，所述通道在所述通道的一个端部处具有用于熔融渣的进口，并且在所述通道的另一个端部处具有用于从所述通道排出熔融渣的出口，其中所述通道还包括用于从所述通道的进口端部的所述通道的长度的一部分的第一区段和用于到所述通道的出口端部的所述通道的长度的剩余部的第二区段，所述第一区段具有几乎恒定的直径，其中所述第一区段包括在所述通道的进口端部处的略大的直径，所述第二区段具有比所述第一区段大的直径；

被配置在所述通道中的肩部，所述肩部界定所述第一区段和所述第二区段之间的过渡区域；以及

用于冷却所述钢构件的系统。

33.一种冶金容器，包括所述冶金容器的侧壁中的根据权利要求1至8中任一项所述的渣口。

34.一种用于在冶金容器中直接熔炼含金属的材料的基于熔融熔池的冶金工艺，所述冶金容器包括在所述冶金容器中的根据权利要求1至31中任一项所述的渣口，所述工艺包括从所述渣口周期性地排出熔融渣，以及冷却所述渣口以将所述渣口的所述钢构件保持在用于排渣的安全操作温度范围内。

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