CN117501059A

CN117501059A - 改进的混合熔炼系统

Info

Publication number: CN117501059A
Application number: CN202280043078.4A
Authority: CN
Inventors: C·D·莱曼; M·J·贝利
Original assignee: Eastec Europe Holdings Ltd
Current assignee: Eastec Europe Holdings Ltd
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2024-02-02
Also published as: GB202108524D0; WO2022264030A1; BR112023026223A2; EP4356057A1; AU2022292184A1; CA3221214A1

Abstract

本发明涉及对感应熔炼工艺的改进。它涉及一种用于超高效连续熔炼工艺的等离子体超感应混合组合；并且涉及熔炼工艺的实时监控和调整。本发明公开了一种混合熔炼系统，该混合熔炼系统包括实时控制器和还原区，其该还原区中，等离子体通过超感应加热连续熔炼供给到该还原区中的进料。炉渣和还原金属(合金)在实时控制器的监控下排出。

Description

改进的混合熔炼系统

技术领域

本发明涉及对感应熔炼工艺的改进。特别地，本发明涉及一种用于超高效连续熔炼过程的控制等离子体超感应混合组合的改进方法。本发明还涉及熔炼过程的实时监控和调整。

本发明的优点包括从矿石、精矿和废渣中去除残余金属；增加金属单位产量；能够熔炼精细粉末材料；实时分析进料，以精确添加熔剂和还原剂；通过反向散射x射线装置实时管理熔炼过程；和连续通量熔炼(continuous throughput smelting)。

本发明的特别优点是，该系统能够显著降低功耗，例如，比当前的熔炼工艺降低至少百分之五十。

背景技术

在熔炼中，金属氧化物、还原剂和熔剂在熔炉中混合，在熔炉中，由热量引起的化学反应产生熔融金属。金属氧化物、还原剂和熔剂作为固体进料供应到熔炉中。金属氧化物进料可以是碎矿石。还原剂进料可以是碳质材料，例如炼焦煤。在化学反应中，还原剂还原金属氧化物，将氧从熔融金属中分离出来。熔剂进料(例如石灰或白云石)用于催化化学反应，并且与不需要的杂质或反应产物化学结合。

化学反应的熔融副产品称为炉渣，炉渣漂浮在熔炉中熔融金属的上方。炉渣上方是熔炉中的一个空间，化学反应产生的气体在此积聚。空气或富氧空气通过喷枪吹入该空间以燃烧掉反应气体。这样所产生的热量有助于保持炉渣和金属在熔炉中熔化。废气导管从该空间引出以带走燃烧掉的反应气体。

采矿和矿物加工行业使用交流/直流电弧炉技术将块状矿石、细矿石和精选矿石冶炼成各种贱金属产品。由于熔炼精矿中氧化铝和/或氧化硅含量高，对于熔炼铬铁矿石，交流/直流电弧炉每吨金属可消耗高达4500kW的电能，对于其它矿石每吨可消耗高达6500KW的能量。

在交流/直流电弧炉中，通过在熔融金属的顶部形成厚的绝缘泥状熔渣来保持熔融金属。石英岩(二氧化硅)的固体进料可以供应到熔炉中以增加炉渣的厚度。炉渣必须保持熔融，这也需要相当多的能量。

交流/直流电弧炉需要大量的电力，并产生大量的碳足迹(carbon footprint)。

高炉也会产生大量的碳足迹。高炉由特定等级的热煤(即低硫、磷和挥发物)和炼焦煤加热，以将金属氧化物还原成金属。一些或所有的煤可以被压碎或粉碎成特定尺寸的块状或粒状材料，并在重力作用下从顶部送入炉子。一些或所有的煤可以是粉煤，并吹入高炉底部。

进料必须保持气体可渗透，以允许废气和空气通过进料向上流动，并从熔炉顶部排出。

如果进料太细或块状材料在熔炉中破碎，将会抑制气体和空气的流动，从而阻碍燃烧过程，并可能导致熔炉底部的熔融物固化，从而停止熔炼过程。如果发生这种情况，必须关闭熔炉并让其冷却。这种冷却需要一周以上的时间。冷却后，必须清除所有固化材料，并在炉子重新启动前修复炉衬。这个过程需要花费相当多的时间和金钱。

感应炉比鼓风炉和电弧炉具有更高的能效。感应炉产生与金属和碳等导电材料耦合的电磁场。这些电磁场通过分流棒包含在炉体内，分流棒放置在感应线圈周围，以将电磁场集中到炉中心待熔炼的材料。与导电材料的电磁耦合使得感应炉能够将能量直接传输到待熔炼的材料中，从而产生快速的熔化速率。

然而，某些限制因素限制了感应炉的广泛使用：感应炉中的磁场只能与金属和碳等导电材料耦合，从而限制了潜在的熔炼应用。例如，来自感应炉的电磁场不与不导电的金属氧化物(如二氧化硅、氧化铝、镁等)耦合；又例如炉渣含量必须小于6％，从而限制了其作为主熔炉的用途；此外，可能需要频繁地从熔融金属的顶部撇去或刮去炉渣材料，因为炉渣冷却后会形成坚硬的外壳，这会干扰熔炼或熔化过程(外壳产生封闭气体，将产生的熔融金属困在其下方，该熔融金属会过热并熔化穿过耐火炉衬，并进入水冷感应线圈，从而导致熔炉爆炸，或者导致气体压力骤增，这也会导致熔炉爆炸)。

为了避免形成硬壳，向熔融物中加入熔剂，以将熔渣熔化温度降低到被处理金属的熔化温度，并撇去熔渣或将熔渣刮出熔炉。然而，熔化炉渣并保持其熔融状态依赖于熔炉中熔融金属的辐射热。这种对来自熔融金属的辐射热的热传递的依赖限制了感应炉能够安全处理的炉渣量。因此，熔炼是在感应炉中预熔金属的顶部小批量进行的(称为热熔炼)，这需要不断撇渣。因此，这种工艺是低效的。

另一个限制涉及到：对于工业尺寸的感应炉(生产能力超过每小时5吨)来说，供电单元的电频率限制在2-20Hz。此外，这种低频磁场需要40mm或更大的块状进料用于耦合，因此不能与由金属回收和/或浓缩过程产生的细金属精矿耦合。

这个限制因素可以通过用其它方法提前利用所需金属生产的“初始”铸锭("starter"ingot)启动熔炉来克服。铸锭熔化，在熔炉中形成金属熔池，该金属熔池将热量辐射到精矿中，并最终熔化精矿。然而，熔炉冻结的高风险仍然存在，因为来自熔融金属的辐射热仅在炉渣金属界面处加热炉渣，而不是通过电磁场加热熔渣，因此熔炉冻结的可能性仍然是关键的触发点条件。

因此，尽管传统的感应炉是用于铸造工业再熔化相对干净的金属的有效工具，但是它们不太适合作为细金属精矿、块状矿石和精矿的主熔炉。这主要是因为它们不能与精细材料电磁耦合，也不能直接加热熔渣或非导电材料。此外，传统的感应炉没有连续排放产生的炉渣和金属以保持连续运行的装置。

诸如反向散射扫描的扫描系统是用于监控进料的已知方法(例如在公开文献WO-A1-2008/142704和WO-A1-2016/124823中所描述的)。其他已知的监测方法包括批量分析或实时连续分析。

公开文献US-A1-2005/0120754描述了混合熔炼系统。该混合熔炼系统包括具有感应线圈的炉、进料口和在炉盖中间隔开的垂直移动的双等离子体电极。在公开文献WO-A1-96/17093中，感应熔炼炉包括线圈和等离子体炬组件，其中，两个成角度且可调节的电极直接放置在入口下方，并且间隔开以在它们之间形成等离子体场。

公开文献WO-A1-2008/142704描述了进料制备系统。在该进料制备系统中，进料(矿石、还原剂和熔剂进料)需要经过混合和造粒阶段。

然而，虽然这些公开文献解决了熔炼过程中某些固有的低效率问题，但是它们没有达到当代不断发展的经济和环境标准所要求的效率：相应的熔炼过程仍然是不连续的，并且消耗大量的能量。

本发明提供了一种超高能效的连续熔炼系统。该连续熔炼系统比传统的熔炉系统消耗至少减少50-70％的功率。在说明性实施例中，本发明功耗减少了58％。

发明内容

根据第一方面，提供一种混合熔炼系统。所述混合熔炼系统包括等离子体超感应的混合组合。所述混合熔炼系统可包括实时控制器和还原区，在还原区中，等离子体通过感应加热连续熔炼送入还原区的进料，并在实时控制器的监控下排出炉渣和还原的金属(合金)。

所述混合熔炼系统实现了超高效的连续熔炼工艺，显著降低了能耗。

根据另一方面，混合熔炼系统包括等离子体超感应的混合组合。所述混合组合包括实时监控和调节所述混合熔炼系统的操作参数的装置。操作参数可以包括：还原区；原材料；精矿、还原剂和熔剂的数量和混合物。为了调整所述操作参数，混合熔炼系统可以包括：成像设备以检查熔炉中正在处理的材料；出料机，所述出料机配置为用于材料的连续出料；和配置为用于成品粒化的破碎机。

根据另一个方面，提供一种混合熔炼系统。所述混合熔炼系统包括等离子体超感应的混合组合，所述混合组合包括残余金属回收装置。通过所述残余金属回收装置可以进行再熔炼步骤，从而几乎所有的残余金属都从炉渣废料中回收。

所述混合熔炼系统可以包括以下技术手段：检测和监控含量水平和/或指示预定水平；当熔炉中的内容物达到预定水平时，在一个或多个出料口处激发熔融炉渣的排放；并接收和连续分析来自传感器和/或扫描系统的信息(例如，用于对精矿、温度、排放速率、至少一个搅拌器的高度和与搅拌器一体的加热元件的温度的控制批量分析)。混合熔炼系统可以包括配置有一个或多个用于搅拌的叶片/基座的装置。

所述混合熔炼系统使用等离子体超感应的混合组合实现了超高效的连续熔炼过程，由此可以使用尺寸范围从超细粉末到40mm或40mm以上的块状物的可变进料，以连续熔炼所有类型的材料(导电或非导电材料)。

在所述混合熔炼系统中，感应线圈和等离子体场可以一起工作。等离子场可以从上方加热内容物，而感应场从下方和内容物周围加热内容物。每种类型的能量源可以以这种方式加热熔炉中的不同材料(也就是说，所述等离子场加热非导电材料，而感应加热导电材料)。非导电材料和导电材料可以一起加热。它们可以同时加热。因此，所述混合熔炼系统克服了受限于非导电材料的电弧炉和鼓风炉的低效率。混合熔炼系统克服了感应炉的低效率，感应炉需要碳坩埚来提供磁耦合并能够熔化非导电材料，而碳坩埚价格昂贵，会氧化或变质，因此需要频繁更换。随着碳坩埚的退化，它们会用碳污染所产生的熔融金属，与所述混合熔炼系统相比，这是一个显著的缺点。

所述混合熔炼系统的效率可以扩展到再熔炼，由此几乎所有的残余金属都可以从炉渣废料中回收，并且能源需求和碳足迹都显著降低。

所述混合熔炼系统可以提供所述操作参数的实时监控和调整。所述混合熔炼系统可以包括传感器，并且可以包括用于分析和测量的电子设备以及传感器反馈，以提供对操作功能和熔炼工艺的实时的、端到端的管理控制。这可以实现最佳还原区的计算和原料的分析。所述进料可以被引导直接通过所述等离子体场。

所述混合熔炼系统可以包括机械操纵器，以操纵所述进料和/或所述还原区。混合熔炼系统可配置成通过控制所述感应线圈或等离子体产生装置来操纵所述进料和/或所述还原区。可以控制磁场或等离子体场以提供对所述进料和/或所述还原区进行定位的磁场和/或电场。

所述混合熔炼系统可以测量并混合精矿、还原剂和熔剂、以及熔炉中正在处理的材料的图像。混合熔炼系统可以测量和控制进入熔炉的熔炼进料、熔炉内的熔融液体水平高度、还原区上方的等离子体电极高度、以及输入等离子体场和感应线圈的功率。这些措施、混合和控制可以维持炉内的设定温度，并提供材料的连续出料和成品的造粒。

所述混合熔炼系统可配置成检测和监控含量水平和/或指示预定水平；当熔炉中的内容物达到预定水平时，在一个或多个出料口处引发熔融炉渣的排放；接收并连续分析来自传感器和/或扫描系统的信息(例如，用于对精矿、温度、排放速率、至少一个搅拌器的高度和与搅拌器一体的加热元件的温度的控制批量分析，和用于搅拌的一个或多个叶片/基座的配置)。

权利要求中进一步公开了所述混合熔炼系统、方法和熔炉。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明，其中：

图1示出了说明混合熔炼系统的操作设备的流程图；和

图2示出了感应熔炼炉的示意性侧面剖视图，所述感应熔炼炉在所述混合熔炼系统的监控下利用进料生产所还原的金属和炉渣。

具体实施方式

图1示出了混合熔炼系统200的混合熔炼工艺的流程图。图2示出了混合熔炼炉100，该混合熔炼炉100是混合熔炼系统200的一部分。

图1中的流程图示出了该混合熔炼系统中的操作设备如何在实时控制器202的监控下一起工作，以转化包括矿石204、石墨/耐火材料206、引发剂金属(initiator metal)208和/或熔剂210的进料，从而产生炉渣228、还原金属230和合成气232。

进料器212在实时控制器202的监控下向还原区226供应一个或多个进料。在实时控制器202的监控下，操纵装置216操纵进料器212来供应该一个或多个进料，以使该一个或多个进料直接通过还原区226中的热等离子体。

该热等离子体由等离子体炬220提供，等离子体炬220在实时控制器202的监控下由等离子体炬调节器218调节。热量也由感应线圈224提供，感应线圈224在该还原区和该等离子体的下方提供随时间变化的磁通量。感应电流调节器222在实时控制器202的监控下调节感应线圈224中的时变电流。

温度曲线生成器233与温度计、IR温度传感器以及可能的其他类型的温度传感器通信。温度曲线发生器233读取熔渣238下方的还原金属230、等离子体226下方的熔渣238和等离子体中产生的合成气232的温度(但不一定是在那里感测的温度)。以这种方式，实时控制器202提供闭环控制以监测和/或操作至少一个装置，该至少一个装置包括例如：进料器212、干燥器214、操纵装置216、等离子炬调节器218、等离子炬220、感应电流调节器222、感应线圈224、还原区226、重量传感器和/或温度分布调节器234。这些设备在该实时控制器的监控下被监视和/或控制。

一个或多个重量传感器监控还原区226中的进料204、进料206、进料208、进料210、炉渣228、还原金属230和合成气232的重量、以及从管道流出还原区226的重量。该重量传感器与实时控制器202实时通信，从而能够调节进料器212和该还原区外的导管中的流量调节器。因此，流入/流出质量平衡由实时控制器202控制，以使该混合熔炼系统能够运行。

图1所示的混合熔炼工艺的目标(尤其是该实时控制器的使用)可以包括将熔融金属和合金的温度、漂浮在熔融金属和合金上方的炉渣的温度、以及包含在上方的气体的温度保持在重量、浓度和/或温度的预选范围内。

图2示出了混合熔炼炉100，该混合熔炼炉100在混合熔炼系统200中的实时控制器202的监控下运行。

混合熔炼炉100包括三个区域。区域一25是最低的，并且在使用中主要包含熔融金属和合金。区域一25也可以包含少量的炉渣和气体，该少量的炉渣和气体漂浮到区域二35。区域一25较低，位于区域二35的下方，在区域二35中，较轻的炉渣漂浮在熔融金属和合金上方。在区域二35生产的熔融金属和合金沉入区域一25。在区域二35中产生的气体上升穿过炉渣并进入炉渣上方的被覆盖的空间，即区域3。

区域三主要是还原区。区域三主要是该还原区226，在该还原区226，还原反应在实时控制器202的监控下发生。一些还原和其它化学反应也发生在区域一25和区域二35中。

混合熔炼工艺200的一特征是化学反应(例如诸如矿石204、石墨耐火材料206和熔剂210的进料的还原)发生在区域二35的炉渣上方的区域3中。这是因为当进料被送入区域三的该覆盖空间时，该等离子体炬将进料快速加热至反应和还原所需的温度范围。因此，熔渣和熔融金属和合金在区域3中产生，并沉入下面的区域。

如图2所示，区域一25的容器99位于熔炼炉100的下部。该容器99包括侧壁11、侧壁12和底板13，该侧壁11、侧壁12和底板13形成了区域一25的储槽第一壁。在区域一25的储槽中保存着熔融金属和合金。

靠近底板13处设置有流出口51。流出口51主要用于从区域一25的底部排出熔融金属。排放是在实时控制器202的监控下进行的，实时控制器202调节提升流出口54的阀门或升降机52。

在区域一25的侧壁11、侧壁12的顶部设置有壁架17。区域二35的第二壁21搁置在壁架17上。第二壁21具有内表面39。第二壁21的形状形成了向下到区域一25的漏斗或台阶。区域二35具有由倾斜的和/或阶梯状的内表面39形成的漏斗形或台阶形横截面。

第二壁21的内表面39倾斜或下降到相对狭窄的开口，在该开口处第二壁21搁置在壁架17上。该相对狭窄的开口的宽度或直径由图2中的尺寸D1表示。区域二35在该相对狭窄的开口处通向区域一25。

如图2所示，混合熔炼炉100有进入区域二35的熔渣倾析喷口入口(a slagdecanting spout entrance)40和熔渣倾析喷口出口41。该熔渣倾析喷口是穿过第二壁21的导管，用于将熔渣从区域二35移除。炉渣倾析喷口(茶壶形喷口)从较低的喷口入口40上升到较高的喷口出口41。

熔融炉渣从区域二35的底部或底部附近倒出，其中喷口入口40位于内表面39中。因为该喷口入口靠近底部的区域二35，所以该导管防止进入的漂浮在区域二35的熔渣表面上的熔炼精矿被排放到炉外。与传统的配料方法相比，这是允许混合熔炼炉和混合熔炼系统连续运行的控制特征，实现了更高的吞吐量和更高的能量效率。

从图2中，可以比较区域一25的侧壁11、侧壁12和底板13的厚度与区域二35周围的第二壁21的厚度。围绕区域二35的第二壁21相对于侧壁11、侧壁12具有更大的厚度。

电线圈42围绕和/或靠近第一壁11、第一壁12，以在第一区域25中产生时变磁场。第一壁11、第一壁12必须足够薄，以便对该电线圈产生的磁场基本透明。第一壁11、第一壁12也必须由非磁性材料和非导电材料组成，使得该时变磁场有效地从线圈42穿过该第一壁并进入区域一25。

类似地，在区域一25的底板13下面有第二电线圈43。第二电线圈43也在区域一25中产生变化的磁场。这是为了感应加热区域一25中的还原金属230和/或引发剂金属208。

第一壁11、第一壁12和底板13可包括靠近容器99的外表面15或在容器99的外表面15上的通道或管道，该通道或管道输送水、油或不导电的熔盐。这些液体可以循环以冷却第一壁11、第一壁12和地板13。

区域二25的第二壁21不需要对时变磁场透明，因为区域二35中的炉渣是不导电的，并且没有被感应加热。第二壁21可以包括与第一壁11、第一壁12、第一壁13中的材料不同的材料。第二壁中的材料21可以主要根据高温结构强度和热绝缘来选择。

结合图1和图2，在其它进料矿石204、石墨/耐火材料206和熔剂210装填到熔炉100之前，引发剂金属208可以被供给到该容器中并被该电线圈熔化。混合熔炼系统200的优点是引发剂金属/合金208不是必需的，因为该等离子体在其它进料金属馈送入该等离子体后很快产生还原金属。因此，导电金属可用于加热时变磁场。

盖子31搁置在第二壁21的第二凸缘34上。盖子31关闭容器99。进料器212(图2中未示出)具有穿过盖子31的入口，以将包括矿石204、石墨/耐火材料206、引发剂金属208和/或熔剂210的材料馈送至区域二35上方的区域3中。

在盖子31下面的区域三中设置有炬61。炬61包括电极63，以在区域三中产生电弧，从而产生该等离子体。因为区域二35中的炉渣的高度处于或低于炉渣流出口41的高度，所以等离子体炬61设置在炉渣流出口41的高度上方，并且可以在炉渣流出口41的高度上方移动。

结合图1和图2，炬61可在容器99的内部从炉渣流出口41的下方移动到炉渣流出口41的上方，反之亦然。还有存在一操纵装置216，用于将进料引导至炬61。操纵装置216可以由盖子31支撑。该进料(矿石204、石墨耐火材料205和熔剂210)在区域三中被该等离子体加热，在区域三中，该进料经历化学反应和还原，产生沉入区域二35的炉渣，并产生沉入区域一25的熔融金属和合金。

感应电流将区域一25中的熔融金属保持在其熔化温度以上。

最初，引发剂金属/合金208可以被装载到区域一25中并被感应加热。尽管引发剂金属/合金208不是必需的，因为区域三中的高温等离子炬从进料中产生熔融金属和合金。

在一实施例中，图1所示的混合熔炼系统200控制感应混合熔炼系统，该感应混合熔炼系统包括称为感应熔炼还原炉(IRF(inducto-smelt Reduction Furnace))的感应炉技术，如图2的区域一25和区域二35所示。

IRF配置成接收进料(该术语包括块状矿石、混合粉末、熔炼精矿和粒化精矿)。然而，在混合熔炼系统200中，存在如图2所示的混合熔炼炉。该混合熔炼炉包括进料系统，以通过熔炉入口将进料引入熔炉的区域三。在混合熔炼系统中，在区域三下面是一个上部炉渣区，即区域二35。在区域二35下面是一个下部熔融金属区，即区域一25。

该混合熔炼系统包括感应线圈，以将能量传递到区域一25中的熔融金属中，从而加热该熔融金属，将熔渣保持在与熔融金属相同或相似的温度，避免熔炉“冻结”。因此在初始加热和还原进料204、进料206、进料210之后，可以还原等离子炬61。还存在从区域一25中的熔融金属到区域二35中的炉渣的辐射热传递，从而将炉渣保持在安全、熔融和低粘度的液态。

混合熔炼系统200包括等离子能量源，该等离子能量源通过等离子炬电极63将能量传输到炉渣中。

混合熔炼系统200将在熔炉内对矿石204、石墨/耐火材料206、引发剂金属208和熔剂210的进料进行加热、通过来自靠近区域一25的线圈41、线圈43的电磁感应直接加热进料结合起来。还存在有随后的焦耳加热(例如对于导电内容物)、以及来自金属熔池和等离子体能量源的辐射热传递(例如对于非导电内容物)。

在说明性实施例中，图1和图2所示的混合熔炼系统结合起来包括传感器和电气系统，该传感器和电气系统配置用于监测和调节IRF操作参数，包括：

1i/当粗精矿通过旋转干燥窑时，用干燥器214监控粗精矿的干燥情况。原料可以包括：难熔金属、难熔金属矿石和含有这些难熔金属的合金(该难熔金属和难熔金属矿石选自钛、钒、铬、铌、钼、锆、钌、铑、钽、钨、铼、锇、铱)；选自锆、钛和铍的活性金属以及包含这些金属的合金。该原料还可以包含以亚铬酸盐、富铬尖晶石和铬铁金属形式的回收的细铬单元。该原料可以包括石墨或包括包含被难熔金属渗透或污染的石墨的组分。

1ii/调节旋转干燥窑的温度和速度，以将粗精矿干燥至例如小于1％的水分含量。

2/分析矿石204、石墨/耐火材料206、引发剂金属208的进料精矿。例如，当干燥的粗精矿被输送到配料混合器中时，进行分析。该进料精矿通过传送带上的元素分析系统。该混合熔炼系统接收对该进料精矿的分析(例如，通过诸如瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)的技术)，该分析显示该精矿中关键元素的百分比，包括氧、碳和硫含量。在将矿石204、石墨耐火材料206和/或初始金属208的进料精矿送入如图2所示的混合炉之前，该混合熔炼系统精确地计算要与该精矿矿石一起分配到混合容器中的熔剂210和还原剂的量。

3/从混合容器接收重量测量值，以确定矿石204、石墨/耐火材料206和/或引发剂金属208的精矿的量，并确定排放到该混合容器中的熔剂210和还原剂的量，并控制分配熔剂和还原剂的螺旋进料器。

4/同时监测和控制进料系统214(例如螺杆进料注射系统(SFIS))将熔炼精矿注入IRF装置的速率和其他因素，包括：

4/(i)操作该混合熔炼炉的内部热处理和机械操作：沿着该混合熔炼炉单元的侧面设置的反向散射扫描系统(BSS)从上到下扫描区域一25和区域二35系统，以提供IRF的内部热处理和机械操作的详细实时“x射线”图像。混合熔炼系统200(特别是实时控制器202)使用该信息来计算IRF单元(特别是区域一25和区域二35)内的熔融金属和炉渣水平。该信息还用于控制该等离子体场的高度和功率水平、熔炼精矿的注入速率以及熔融金属的排放速率。该混合熔炼系统还在控制屏幕上显示实时“x射线”图像，以便操作员观察和监控IRF装置中的材料管理和移动。

4/(ii)确认注入的熔炼精矿的量：包括区域一25和区域二35的IRF单元安装在测力传感器上，该测力传感器确认由螺旋进料注入系统注入的熔炼精矿的量，并将该信息报告给混合熔炼系统200(特别是实时控制器202)。

4/(iii)生成温度分布图：嵌入在炉衬中的热电偶提供来自区域一25中IRF底部的液态金属的温度读数、来自区域一25中IRF中部的反应区的温度、以及来自区域三下方IRF顶部的区域二35中炉渣区的温度。混合熔炼系统200(特别是实时控制器202)使用这些信息来产生一个或多个温度曲线，以便调节螺旋进料注射系统的rpm，该螺旋进料注射系统控制熔炼精矿的进料速率。

5/监测和控制由区域三中的等离子体电极63产生的等离子体场和线圈41、线圈43的多个感应线圈区域产生的等离子体场的功率输入。这例如通过从嵌入在炉衬侧壁11、侧壁12、底板13和第二壁21中的热电偶到实时控制器202的温度反馈来完成。排出的熔融金属和熔渣的温度也由靠近倾析喷口入口41和倾析喷口出口41以及熔融金属流出导管53的第二壁中的热电偶监控。混合熔炼系统200参考正在熔炼的材料的处理温度，并使用该信息作为基线控制参数，从而精确控制区域一25、区域二35和区域三的温度。当熔炼进料注入熔炉时，避免了等离子体场和感应线圈的过功率或欠功率。

6/控制区域一25和炉渣区域二35中熔融金属的液位。随着熔融金属从熔融金属导管53中移除，熔渣可能暂时沉入区域一25。如果通过熔融金属流出导管53从区域一25中抽出的熔融金属不足以防止熔融金属溢出，熔融金属可以暂时上升到区域二35中。从IRF反向散射扫描系统(BSS)和测力传感器到实时控制器202的反馈确保炉渣和熔融金属的进料和排放速率适合于将熔融金属保持在区域一25中，并将炉渣保持在区域二35中。混合熔炼系统200监控精矿注入速率、炉渣和金属排放速率以及IRF中熔融金属的水平。当熔融金属的水平达到预定的设定点(例如最大设定点)时，混合熔炼系统打开位于区域一25中的IRF单元底部的熔融金属排放阀52，并以受控的速率排放熔融金属，以保持IRF单元中的最佳熔融金属水平。

7/监控熔融金属排入水粒化系统的速度，以便控制该系统中粒化水的温度和流速。该水粒化系统冻结从熔融金属流出导管53的出口54排出的熔融金属的喷射液滴。在该水粒化系统中，存在一水池，可以将水滴快速冷却成颗粒。

8i/监控熔融炉渣通过第二壁出口41排出的速率。

8ii/控制从熔融炉渣出口41倒出的熔融炉渣的气压和向熔融炉渣中的注水速率，以使其流入粒化喷嘴，例如用于生产尖晶石颗粒。

混合熔炼系统200的另一优点是，在监控其中的传感器和设备的操作参数时，混合熔炼系统200确保在系统的设计参数内安全运行。如果任何设定的控制参数被破坏，实时控制器202将触发通信器来警告操作员和/或自动启动受控的关闭程序。

在一实施例中，炉渣区域二35保持与区域一25中的熔融金属相同或相似的温度，以通过使感应线圈将能量传递到熔融金属中并通过将辐射热传递到炉渣来避免熔炉“冻结”，从而将炉渣保持在安全、熔融且低粘度的液态。

等离子体能量源61将能量传输到等离子体电极63下方的区域二35中的炉渣中。通过从实时控制器202到炉渣出口41阀或熔炉倾卸装置的反馈，以及通过从实时控制器202到熔融金属流出阀或倾卸装置52的反馈，炉渣表面的高度保持在一个范围内。

混合熔炼系统200将在熔炉100中加热进料、通过来自线圈41、线圈43的电磁感应直接加热进料、和随后的焦耳加热(例如，对于导电内容物)、以及来自金属熔池和等离子体能量源的辐射热传递(例如，对于非导电内容物)结合起来。

在一优选实施例中，热能传递系统通过在熔炉顶部添加等离子体场来加热并保持熔炼期间产生的熔渣处于熔融状态，使得感应炉技术的高效率能够用于非导电材料的初步熔炼。渣头保持与熔融金属相同的温度，以通过利用等离子场加热不导电的炉渣和利用感应场加热导电的金属来消除危险的熔炉“冻结”情况。

在通过实现能够熔炼非导电材料的超高效主熔炼炉来解决传统感应炉熔炼的缺点的同时，该混合熔炼系统进一步保持该渣头被加热。感应加热产生电磁搅拌作用，从而优化熔炼环境，将金属氧化物还原成金属。

在非导电材料中，有些材料通常难以感应加热，为此，工艺可能依赖于低效率的电弧炉或鼓风炉、或者装有碳坩埚的传统感应炉。

在进一步的实施例中，IRF混合熔炼系统对于熔炼是有效的：从原料中回收铬铁矿、富铬尖晶石和铬铁金属形式的细铬单元。

根据每种期望的产品，该混合熔炼系统确定并调整每种原材料和/或输出金属的还原剂、熔剂、混合比例和反应。原料在被送去与还原剂和熔剂混合之前被干燥成精矿。对该精矿进行分析，以确定其特定的成分或组成(即进料的比例和成分)。然后，利用组合物或成分的特性来确定添加到该精矿中的还原剂和熔剂的量。

所产生的熔融金属可以是纯的(或基本上纯的)单一金属或包括两种或多种金属的合金，这取决于混合/供给材料的成分。

在一个实施例中，IRF混合熔炼系统200包括电极等离子炬组件61、62、63，该电极等离子炬组件61、62、63包括间隔开的两个/双电极63，当该炬被激活时，在该电极之间形成等离子场。该等离子体场形成在该电极的下端或朝向该电极的下端，该双电极的下端以V形彼此相对定位，以在该电极的下端之间形成该等离子体场。

在一个实施例中，该双电极63(穿过炉盖延伸到底部)通过将工作气体电离成等离子体的电弧产生可移动的等离子体场：例如，氮气被供应到该电极的尖端62，以电离穿过该电极之间的电弧，从而产生超高温等离子体场。该氮气还在熔炉中提供惰性气氛(以防止熔炉中产生的熔融金属氧化)。

在优选配置中，混合熔炼系统200的氮消耗可以比典型的等离子体炬(该等离子体炬需要工作气体的加压流来运行)少90％。

该混合熔炼系统向上或向下驱动等离子炬61，以增加或减少物理尺寸和从该等离子场辐射到周围环境的热能的量。

当进料通过该等离子体场时，材料被转换成其熔融形式。超高温还原环境使包裹目标矿石/金属氧化物的矿石基质(例如二氧化硅/氧化铝)破裂，以使该矿石/金属氧化物暴露于进料中的还原剂，从而优化了熔炼精矿的金属产量。

优选配置中的超高温等离子体场能够以两种方式快速熔化进料内容物。首先，当进料通过该等离子体场时，进料被加热并变成熔融状态。熔融内容物积聚在熔渣的表面和该等离子体场正下方的还原区上。第二，等离子体场直接位于炉渣表面上方，向炉渣提供直接的热能以形成高温还原区并将炉渣保持为液态。

熔融金属比熔渣具有更高的比重，并向熔炉的底部下沉，并在熔炉的底部形成与感应场(由感应线圈41、感应线圈43产生)电磁耦合的熔融金属池。该感应场(位于熔融内容物的下方和/或周围)使熔融金属保持高温，并在熔融金属中产生垂直搅拌作用。

由该感应场产生的搅拌作用通过使还原剂和金属氧化物的微单元在金属熔池中循环，以提供颗粒之间的物理接触，从而促进熔炼内容物的还原。

由等离子炬组件61、62、63提供的加热可以在混合熔炼炉100中(特别是在区域一25和/或区域二35中)提供均匀的温度分布。该搅拌有助于使正在熔化的材料均匀化。该均匀的温度分布有助于提高金属产量。IRF系统的极端温度和延长的还原区能够将金属氧化物完全(或至少改进)还原成有价值的金属。此外，当处理诸如铬铁、锰铁等化合物合金时，它还能促进金属合金的均质化。

来自感应线圈41、感应线圈43的双热源和电极63周围的等离子体场协同工作，以有效地熔化导电材料和非导电材料。在一个实施例中，存在有双电极，该双电极包括第一电极63和一对第二电极。该第二电极未在图2中示出。在该双电极之间产生等离子弧，该双电极在实时控制器202的命令下移动(在垂直方向上和/或相对于熔炉成角度的方向上)。可以控制该等离子体场的大小和/或位置，以进一步提高效率和/或有效加热熔融内容物。

在优选配置中，可以包括双电极的该等离子炬组件61、62、63形成直径在50mm(例如，在低功率启动期间)和400mm(例如，在高功率满负荷生产时)之间的等离子球。

混合熔炼系统200控制馈送给该电极的电流，从而控制该两个电极之间的等离子体场的大小和强度。例如，大约20kW的启动电流形成大约50mm的最小等离子体场，500kW的启动电流形成直径大约300mm的等离子体场，并且功率增加到700kW则产生直径大约420mm的等离子体场。

混合熔炼系统200控制等离子体炬组件61、62、63(特别是电极63)与区域wo 35中的熔渣表面的距离，也就是说，将熔渣直接保持在该还原区中的等离子体场下方，并使周围的熔渣区域处于安全和低粘度状态。

当在混合熔炼系统200中启动熔炼时，电极63向下延伸到感应炉中，并距离底板13初始距离(例如，200mm)，这样就可以开始熔炼，而无需使用引发剂金属的导电锭与感应炉进行电磁耦合、并产生导电熔融金属和熔渣的起始池。

随着熔渣和金属的熔池在熔炉内上升，电极63上升，并且该等离子体场增加到设计的运行水平，以促进连续生产。

混合熔炼系统200进一步监控电极63的腐蚀速率，并将电极63伸入熔炉中，以在运行过程中保持该等离子体场和区域二35中的炉渣表面之间的距离。

根据启动目的，进料喷射器系统垂直或水平对齐，并且可移动和可调节。

螺旋进料注射系统可进一步配置成压实/压缩进料，以通过限制总表面积来调节热化学还原的速率，然后将压实的进料供给到炉腔中。例如，通过螺旋进料注射系统对进料进行压实，可以减少细精矿、还原剂和熔剂在进入该螺旋进料注射系统之前的团聚。

在优选的配置中，该混合熔炼系统提供粒状进料：均质化熔炼精矿的无粘结剂球团，与熔炼精矿粉末相比，该无粘结剂球团在该混合熔炼系统中还原速度快30％。加速还原是由与还原剂和熔剂紧密和/或直接接触的金属氧化物驱动的。在该混合熔炼系统炉中使用均质化的熔炼球团减少了大约30％的外部功率输入。

将该熔炼精矿制成硬球团后，还能够将该球团直接投入超高温等离子体场中，该等离子体场将该熔炼球团暴露在约10000℃下几毫秒。

将该熔炼精矿制成球粒还避免了以下问题，即如果该熔炼精矿没有制成球粒，它可能不会通过该等离子体场，而是被该等离子体场偏转，并沿着炉腔的边缘和在熔炉内的炉渣区的表面上沉淀。

混合熔炼系统200通过操作致动器52来调节一个或多个熔融内容物的出料口(例如熔融金属排放导管54)，该致动器52通过在升高和降低的排放位置之间升高和降低出口54来调节熔融内容物排放的速率，从而充当流量控制阀。该混合熔炼系统跟踪熔炉中的熔融金属(称为内容物1)水平，并调节内容物1的出料高度，以加快或减慢内容物从熔炉中排出的速率。该特征赋予系统200灵活性，使得能够熔炼大多数矿石和具有不同量炉渣的定制精矿，同时仍然保持还原区(特别是在区域3中)、炉渣区(特别是在区域二35中)和熔融金属区(特别是在区域一25中)之间所需的平衡，以确保混合熔炼系统200的安全和连续运行。

在一实施例中，混合熔炼系统200可以通过打开或关闭位于熔炉底部区域的高温排放阀来控制熔炉中的内容物。

在一实施例中，该混合熔炼系统通过熔炉的质量平衡来控制进料速率。当物料离开炉体时，该螺旋进料器加速并向熔炉内(尤其是区域三)注入更多物料。在测量进料速率(通过安装在炉体上的测力传感器)和出料速率(通过附接到熔融金属造粒机和炉渣造粒机的测力传感器)时，该混合熔炼系统持续产生系统的实时质量平衡，该实时质量平衡还包括还原剂产生的CO和CO2废气。

混合熔炼系统200还从反向散射扫描系统(BSS)计算精矿、还原剂和熔剂如何在该系统内反应和流动，以及计算熔炉内熔融金属区、界面和熔渣区域的密度差，因此该界面保持在进料注入区域的中心。

可以通过实时控制器202实时调节出料口(例如熔融金属排放导管53)的角度，以补偿不同的金属与炉渣的比率。具有出口41的第二熔融内容物出料口位于例如第一熔融内容物出料口53的上方，以允许熔融炉渣在预定水平从炉渣区域二35排出。因此，该熔渣和金属被排放到两个单独的感应加热流槽中，该感应加热流槽将熔融材料输送到粒化系统。

在一实施例中，该混合熔炼系统的功能包括以下一项或多项：

将精矿、还原剂和/或熔剂定量加入混合系统中的干燥器的温度和/或速度；

进料系统的速度；

双电极等离子炬组件的功率输入；

该两个电极的移动；

感应线圈的功率输入；

熔融内容物的出料运动；

进料的注入速度；

一个或多个出料口的高度；

螺旋进料注射系统的水冷；

感应线圈中的水冷；以及

空气压力和向炉渣粒化喷嘴注入水的速度，以产生脊柱颗粒。

混合熔炼系统200从以下一项或多项接收信息以调整控制：

干燥的生精矿的浓缩或化学分析；

温度传感器(例如热电偶、红外传感器)；

重量传感器；

确定熔渣和/或熔融金属水平的水平系统；

反向散射X射线装置，以提供熔渣、金属和等离子炬高度的实时图像；

熔渣排放速度。

优选地，该混合熔炼系统通过控制以下一项或多项来调节该系统的熔炼速率：进料进入熔炉的速率；熔渣排放速率；以及通过感应或等离子体加热。

该干燥的生精矿被输送到混合容器中。当该精矿被输送到混合器时，该精矿通过瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)机器。PGNAA实时分析该精矿以向该混合熔炼系统提供反应物材料以及组成该精矿的其它材料的分析数据。然后，该混合熔炼系统使用该数据来确定组成该精矿的关键元素的百分比(重量、体积和/或比率)，该关键元素包括氧、碳、磷和硫含量中的一种或多种。该混合熔炼系统使用该分析数据来确定添加到该混合容器中的精矿中的熔剂和还原剂的正确数量。熔剂和还原剂的正确数量将导致该精矿特性的理想熔炼条件。

不同粒度的原材料、还原剂和熔剂适用于改进的混合熔炼系统200。应当理解，共混物中各种成分的粒度会影响熔化和/或反应的速率。可以确定合适的尺寸范围。

通过在该精矿将进入或进入该混合器时连续分析该精矿，混合熔炼系统200量化进入该混合器的每种反应材料的量。瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)系统设置有微波水分分析仪，以测定水含量。通过PGNAA的输送机设置有称重传感器，以确定所输送材料的质量流量。PGNAA单元将该信息传输到该混合熔炼系统。

因此，混合熔炼系统200包括用于实现超高效连续熔炼工艺的以下一种或多种手段：

原料/精矿成分的精确近似值和连续读数；

进料的形成；

进料注入熔炉100的速率；

控制输入到由等离子体炬61和金属区感应线圈41、金属区感应线圈43产生的等离子体场中的功率；

控制内容物的熔化水平；

控制进入炉渣粒化喷嘴的熔融炉渣的排放速率、空气压力和水速率；

如果参数被违反，自动调整和/或关闭程序，并向操作员发出警报；

搅拌器配置的管理；和/或

可加热部件的管理。

该原料/精矿成分的精确近似值和连续读数可以包括该精矿的实时分析。这允许混合熔炼系统200精确地确定被输送到熔炉进料斗的精矿的化学成分和重量。这与其他方法相比较，例如偶尔对精矿取样，并推断整批精矿的大致成分。这种批量混合形成混合精矿(进料)，然后可以将该混合精矿送入熔炉进料斗。该熔炉进料斗可以使批量混合过程的流速均匀。因此混合熔炼炉100可以以连续的方式运行。

一旦熔剂、还原剂和精矿混合在一起，就形成了进料。该混合物形成储存在熔炉进料斗中的进料。

对输入该等离子体场和金属区感应线圈的功率的控制还允许混合熔炼系统200在耐火炉衬的整个表面上(例如在熔炉100中的区域一25的底板13和侧壁11、12以及第二壁21中)保持一致的温度分布。这防止了该耐火炉衬由于熔炉不同区域的温度差异而破裂。功率输入的控制是通过从热电偶和备用红外传感器到实时控制器202的温度反馈来完成的，该实时控制器202控制进料器212、熔融金属排放阀52、炉渣出口41或倾卸器、线圈41和线圈43的电流和频率、等离子炬功率等设备。

该内容物一旦熔化，就会形成熔融金属和熔渣。根据熔融金属的水平，混合熔炼系统200调节熔融内容物的出料高度。混合熔炼系统200还监控进料注入的速率和从炉渣出口排出炉渣的速率，以控制熔炉中熔融金属的水平(即体积)。

混合熔炼系统200使得某些矿石和精矿的金属产量提高35％或更多。

混合熔炼系统200能够将初级矿石熔炼的能量需求减少最少58％。这要归功于等离子体场的超高温以及该初级矿石在还原区长时间暴露。

混合熔炼系统200能够提高熔炼速度和从生产的金属单元中分离炉渣的速度。为此，该混合熔炼系统监控并保持炉渣处于低粘度状态，并使其连续地从IRF系统的侧面倒出，同时熔融金属单元收集在IRF系统的感应加热底部。

混合熔炼系统200能够处理高炉渣装载量，而不会抑制金属的有效生产。

混合熔炼系统200能够熔炼超细粉末精矿、结块材料和块状材料(高达40mm或更大)。该混合熔炼系统提供了操作灵活性，使得IRF混合熔炼系统能够有效地在原材料供给的处理或不同尺寸部分的混合之间转换；通过混入还原剂和熔剂来利用细精矿以产生均质混合物，从而提高熔炼工艺的效率。

混合熔炼系统200能够节省大约30％的时间，因为连续出料消除了通常用于熔炉倾斜或出料程序的时间。这样每小时可节省300千瓦时，或者每24小时可节省7200千瓦时。

使用混合熔炼系统200，通常从传统熔炉技术中损失的高达30％的废热能被回收。回收的热能被重新用于预热进料，为熔炼做准备。这进一步减少了能源需求和碳足迹，并显著提高了熔炼工艺的运行效率。

本发明仅以举例的方式进行描述。因此，前述内容被认为仅仅是对本发明原理的说明。此外，由于本领域技术人员将容易想到许多修改和变化方案，所以不希望将本发明限制于所示出和描述的确切构造和操作，因此，所有合适的修改和等同物都可以被认为落入权利要求的范围内。

Claims

1.一种混合熔炼系统(200)，包括：实时控制器(202)和还原区(226)，在所述还原区(226)中，等离子体通过感应加热连续熔炼供给到所述还原区(226)中的进料(204，206，208，210)，并且连续熔炼在所述实时控制器(202)的监控下排出的炉渣和还原的金属和/或合金。

2.根据权利要求1所述的混合熔炼系统(200)，包括在所述实时控制器(202)的监控下运行的进料器(212)，以将碎片、碎屑或浮渣形式的所述进料(204、206、208、210)供应到所述还原区(226)，所述碎片、碎屑或浮渣形式的进料(204、206、208、210)的范围从超细粉末或沙子到40mm或更大的块状物。

3.根据权利要求1或2所述的混合熔炼系统(200)，包括在所述实时控制器(202)的监控下运行的操纵装置(216)，以操纵至少一个进料器(212)来供应所述进料，以直接穿过所述等离子体并进入所述还原区。

4.根据权利要求2或3所述的混合熔炼系统(200)，包括还原金属排放调节器(52)和炉渣排放调节器(33、41)，所述还原金属排放调节器(52)和所述炉渣排放调节器(33、41)都在所述实时控制器(202)的监控下与所述进料器结合进行运行，以将区域一(25)中的所述还原金属/合金的第一水平保持在第一预选范围内，和/或以将区域二(35)中的所述炉渣的第二水平保持在第二预选范围内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的混合熔炼系统(200)，包括在所述实时控制器(202)的监控下运行的材料干燥器(214)，以将所述进料干燥至重量百分比为5％至1％或更低的水分含量范围。

6.根据前述权利要求任一项所述的混合熔炼系统(200)，包括等离子炬位移致动器，所述等离子炬位移致动器在所述实时控制器(202)的监控下运行，以将等离子炬(61)定位成在所述还原区(226)中直接在所述炉渣上方产生所述等离子体，从而将所述炉渣的粘度保持在预选范围内。

7.根据前述权利要求任一项所述的混合熔炼系统(200)，包括在所述实时控制器(202)的监控下运行的成像设备，以对所处理的材料进行观察。

8.根据前述权利要求任一项所述的混合熔炼系统(200)，包括在所述实时控制器(202)的监控下运行的等离子体电流调节器，以控制所述等离子体的尺寸、温度、颗粒密度和/或光强度。

9.根据权利要求8所述的混合熔炼系统(200)，其中，所述等离子体电流调节器可操作为提供启动电流，以向所述等离子体提供大约20kW的功率，并形成直径为45mm至55mm的等离子体场。

10.根据权利要求8或9所述的混合熔炼系统(200)，其中，所述等离子体电流调节器可操作为提供第二电流，以向所述等离子体提供大约500kW的功率，并形成直径为270mm至330mm的等离子体场；和/或所述等离子体电流调节器可操作为提供第三电流以向所等离子体中提供大约700kW的功率，并形成直径为380mm至460mm的等离子体场。

11.根据前述权利要求任一项所述的混合熔炼系统(200)，包括在所述实时控制器(202)的监控下运行的感应电流调节器，以控制感应线圈(41、43)中的第四电流。

12.所述混合熔炼系统(200)包括至少一个如权利要求1至11所述的装置，以保持所述还原区(226)、炉渣和/或还原金属内的温度，从而提供熔融材料的连续出料和成品的粒化。

13.根据权利要求12所述的混合熔炼系统(200)，所述混合熔炼系统(200)可操作为将所述炉渣和所述还原的金属/合金分别保持在基本相同的温度或预选的温度范围内，或将所述炉渣和所述还原的金属/合金分别保持在各自的预选温度范围内。

14.根据权利要求12或13所述的混合熔炼系统(200)，包括温度曲线发生器(234)，所述温度曲线发生器(234)用于读取所述炉渣下方的区域一(25)中的还原金属的温度、所述等离子体和/或所述还原区(226)下方的区域二(35)中的炉渣的温度、以及所述等离子体的温度，以在所述实时控制器(202)的监控下运行所述至少一个设备，从而将所述温度保持在预选范围内。

15.根据权利要求12、13或14中任一项所述的混合熔炼系统(200)，其中所述还原区(226)中的温度被延长，以将所述进料中包括回收的细铬单元、亚铬酸盐、富铬尖晶石和/或铬铁的金属氧化物还原成包括铁、铬和/或锰的均质金属合金。

16.根据权利要求12、13、14或15中任一项所述的混合熔炼系统(200)，包括嵌入在侧壁11、12、底板13、第二壁21和/或盖31的炉衬中的热电偶，以监控所述还原金属和/或炉渣的温度，从而向所述实时控制器(202)提供温度反馈以保持所述温度。

17.根据前述权利要求中任一项所述的混合熔炼系统(200)，所述混合熔炼系统(200)配置成将所述等离子体的平均温度保持在3500℃至12000℃的范围内，以将所述进料中的有机固体化合物转变成粗合成气。

18.根据前述权利要求任一项所述的混合熔炼系统(200)，所述混合熔炼系统(200)配置为将所述还原的金属和炉渣保持在1700℃和2800℃之间的温度范围内。

19.根据前述权利要求中任一项所述的混合熔炼系统(200)，所述混合熔炼系统(200)配置成熔炼进料，所述进料包括：钛、钒、铬、铌、钼、锆、钌、铑、钽、钨、铼、锇和/或铱，和/或包含这些难熔金属的合金和/或矿石。

20.根据前述权利要求任一项所述的混合熔炼系统(200)，所述混合熔炼系统(200)配置成熔炼进料，所述进料包括：锆、钛和/或铍和/或合金和/或包括这些金属的矿石。

21.一种用于在混合熔炼系统(200)中运行的混合熔炼炉(100)，包括：还原区(226)的容器(99)，所述容器(99)包括：

电场透明的第一壁(11、12)，用于通过所述容器(99)在熔融金属/合金流出口(51)的上方保持和感应加热金属和/或合金；

第二壁(21)，所述第二壁(21)相对于所述第一壁(11、12)具有更大的厚度，以通过所述容器(99)和炉渣流出口(41)将炉渣保持在所述第一壁上方；以及

等离子炬(61)，所述等离子炬(61)设置在所述炉渣流出口(41)的水平上方，以加热和还原进料，从而产生所述金属或合金和所述炉渣。

22.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述容器(99)在所述炉渣流出口处的内部横截面积(D2)大于在所述第一壁与所述第二壁相接处的内部横截面积(D1)。

23.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述容器(99)的内部横截面积从所述第一壁(11)与所述第二壁(21)相接处的内部横截面积(D1)逐渐或间歇地增加，直到达到所述炉渣流出口(41)处的内部横截面积(D2)的水平。

24.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，包括靠近所述第一壁(11)的电线圈(42)，以在由所述第一壁(11)包围的容器(99)的第一区域(25)中产生时变磁场，从而感应加热所述金属。

25.根据权利要求24所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述电线圈(41)布置在所述熔融金属流出口(51)和所述炉渣流出口(41)的中间。

26.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，包括位于所述第一壁(11)的底板(13)下方的电线圈(43)，以在所述底板(13)上方的容器(99)中的第一区域(25)中产生电场，从而感应加热所述金属。

27.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述第一壁(11)和所述第二壁(21)由相同的材料组成。

28.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述第一壁(11)和所述第二壁(21)包括耐火材料。

29.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述第一壁(11)在接头(17)处连接到所述第二壁(21)。

30.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述等离子炬(61)包括电极(63)，以在所述容器(99)中产生电弧。

31.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述等离子炬(61)可在所述容器(99)的内部从所述炉渣流出口(41)的下方移动到所述炉渣流出口(41)的上方，反之亦然。

32.根据权利要求1所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述等离子炬(61)可在所述容器(99)的内部在所述炉渣流出口(41)上方移动到所述容器(99)中由所述第一壁(11、12)界定并在所述第二壁(21)下方的第一区域(25)或从所述第一区域(25)移动到所述炉渣流出口(41)的上方。

33.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，包括连接到所述第二壁(21)以封闭所述容器(99)的盖子(31)。

34.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，包括倾斜所述容器(99)的倾斜器(33)，以通过所述炉渣流出口(41)将炉渣倒出所述内部。

35.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，包括相对于所述等离子炬61的电极63提升和/或降低所述炉渣流出口41的升降机。

36.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述熔融金属流出口(51)穿过所述第一壁(11)。

37.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述熔融金属流出口(51)布置在靠近所述第一壁(11、12)的电线圈(42)的下方，以在由所述第一壁(11)包围的第一区域24中产生电场。

38.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，包括连接到所述熔融金属流出口(51)的熔融金属流出导管(53)，所述熔融金属流出导管(53)具有在所述容器(99)外部的可调节水平出口(54)。

39.根据权利要求38所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述熔融金属流出物导管(53)包括可移动部(52)，以将所述可调节水平出口(54)升高到高于所述炉渣流出口(41)的水平。

40.根据权利要求38所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述熔融金属流出物导管(53)包括可移动部(52)，以将所述可调节水平出口(54)降低到低于所述容器(99)的水平。

41.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中，所述混合熔炼炉(100)包括位于所述炉渣流出口(41)上方的气体注射器(71)，以在炉渣水平上方注射气体。

42.根据权利要求21所述的混合熔炼炉(100)，其中所述等离子炬(61)包括气体喷嘴(62)，以将气体引导到电弧电极(63)上。