CN1217753A - 熔融还原装置以及操作该装置的方法 - Google Patents

Abstract

改进了通过向具有矩形水平截面的熔炉内加入金属原料、含碳物料和助熔剂,从在所说的熔炉的侧壁上的风口向所说的熔渣中吹入氧气和/或富氧气体来生产熔渣之下的熔融金属的熔融还原装置及其操作方法。通过安装在所说的熔炉底部的短边方向的中心附近的底部风嘴向所说的熔融金属中吹入惰性气体,以保证在所说的短边方向的中心附近搅拌熔渣。通过安装在所说的下部风嘴之下而不低于渣和熔融金属间的界面处的熔炉侧壁上的最下部风嘴向所说的熔渣中吹入惰性气体,所说的最下部风嘴的安装角度为与水平方向成向下倾斜的0－45°角,于是搅拌了在所说的熔融金属正上方的熔渣,增大了在所说的熔渣和熔融金属之间的相对速度,从而增大了从所说的熔渣向所说的熔融金属的传热量。该下部风嘴沿与垂直于该炉长边的方向成15－45°角指向与原料装料口的方向相反的方向,从而使得所说的熔渣在所说的熔炉的长边方向上流动。

Description

熔融还原装置以及操作该装置的方法

本发明涉及一种通过向熔炉内装入金属原料、含碳物料和助熔剂，并向炉内吹入纯氧和/或富氧气体直接生产熔融金属的熔融还原装置，并涉及操作该装置的方法。

熔融还原是一种通过向熔炉内装入金属原料、含碳物料和助熔剂，并向熔炉内吹入纯氧和/或富氧气体把金属原料中、熔渣中的金属氧化物还原而直接生产熔融金属的方法。在这种方法中，在所说的熔融还原炉中形成一种可燃气体，其温度高达约1,500-1,800℃。

由于在熔融还原法中金属原料，如铁原料在熔融的熔渣中被还原，所以，众所周知，还原速率，即熔融生铁的生产率大致正比于熔渣的体积。因此，通过增大熔渣的水平截面积或其高度可以增大熔融生铁的生产率。

但是，在所说的熔融熔渣的高度增大过多时，增大了所说的熔融还原炉设备的高度，从而增大了向所说的熔融还原炉内装入铁原料、含碳物料和助熔剂的设备的高度以及回收从所说的熔融还原炉中排出的可燃气体的设备高度。因此，增大了容纳这些设备的建筑物的高度，建造成本显著提高。因此，通常采用增大所说的熔渣的水平截面积的方法。

与传统的高炉法相比，熔融还原法具有一些优点：可以非常灵活地确定产量，即可以容易地改变产量；可以容易地停止或重新起动所说的装置；厂房和设备投资低。所以，熔融还原法作为小规模的生产熔融生铁的方法，近来吸引了人们的注意。

这样的熔融还原法一般分成两步法和一步法两类，两步法(例如，日本专利公开No.57-120607,61-96019等)包括把预还原的铁原料、含碳物料和助熔剂装入熔炉内，并用在所说的熔炉中产生的可燃气体中的CO气体和H2预还原铁矿石；一步法(例如，日本专利公开No.1-502276,63-65011,63-65007,61-279608,60-9815等)包括把未还原的铁原料、含碳物料和助熔剂装入熔炉内，还原在所说的铁原料中的氧化物，在废热锅炉中完全燃烧在熔炉内产生的可燃气体中的CO气体和H2，通过产生蒸汽和进行发电回收所说的可燃气体中的显热和潜热。

虽然与一步法相比，两步法具有能量利用率高的优点，但是其中需要堆积床系统、流化床系统等预还原炉。因此，所说的两步法有下列缺点：设备复杂；工厂和设备投资成本大；铁原料的形状受到限制，因为需要维持预还原炉内反应的均匀性(在堆积床系统中只能使用块状的铁原料，在流化床系统中只能使用粉末状的铁原料)。因此，近来注意力集中在简单的一步法上。

众所周知，可以改进能量利用率，即通过增加燃烧熔渣上方的熔炉空间(下文称为二次燃烧区)中的、在熔渣中产生的CO气体和H₂的比例可以减少含碳物料的单位需要量(所说的比例称为炉内二次燃烧率，所说的炉内二次燃烧率定义为(CO₂％+H₂O％)/(CO₂％+CO％+H₂％))，并且有效地向所说的熔渣传递燃烧热。

但是，一步法存在下述的问题。在向上和向下的方向上对熔渣的搅拌不充分时，向所说的熔渣和熔融的铁的下层传递的热量减少，只加热了所说的熔渣的上层。因此，在二次燃烧区和熔渣上层之间的温度差减小，并且从所说的二次燃烧区向所说的熔渣传递的热量减少。因此，即使增大二次燃烧率，仍然不会降低含碳物料单位需要量的幅度。

在一步法中，由于从二次燃烧区向所说的熔渣传递的热量减少，产生下面所述的问题。二次燃烧区的气体温度升高，当二次燃烧区的炉壁用耐火材料作内衬时，耐火材料的损耗量急剧增大。另外，在其炉壁用水冷板作内衬时，被水冷板带走的热量急剧增大。

为了解决这样的问题，日本专利公开No.1-502276提出了一种熔炉结构，其中，通过下部风嘴向所说的熔渣中吹入纯氧和/或富氧气体，所说的下部风嘴的安装方式使所说的风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿过具有矩形水平截面的熔炉的两个长边。

但是，上面提出的熔炉结构存在下面所述的第一个问题。

如上所述，在要增大所说的熔融生铁的生产率时，通常采用的方法是增大熔渣的水平截面积。在通过下部风嘴向所说的熔渣中吹入纯氧和/或富氧气体的熔炉结构中，其中所说的下部风嘴的安装方式使所说的风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿过具有矩形水平截面的熔炉的两个长边，增大所说的熔渣的水平截面积，即增大在底部风嘴高度上的熔炉水平截面积会产生下述的问题。在底部风嘴高度上的水平截面的短边长度L₁增大时，通过上述的下部风嘴向所说的熔渣吹入的纯氧和/或富氧气体不能到达下部风嘴高度上的水平截面的短边方向上的中心部分，因此，不能充分搅拌在所说的水平截面的短边方向上的中心部分附近的熔渣。

也就是说，在把通过所说的下部风嘴向所说的熔渣中吹入的气体在水平方向上的有效距离定义为L₃时，在所说的下部风嘴高度上的水平截面的短边方向上的长度L₁必须确定如下：L₁≤2×L₃。当L₁＞2×L₃时，通过所说的下部风嘴吹入熔渣中的纯氧和/或富氧气体不能到达其短边方向上的中心部分，从而产生了在靠近其短边方向的中心部分的熔渣不能充分搅拌的问题。

因此，为了增大在下部风嘴高度上的水平截面积S(=L₁×L₂)，只有在所说的下部风嘴高度上的水平截面的长边的长度L₂必须增大。

为了增大熔融生铁的生产率，例如，两倍，L₂必须增大两倍，从而产生了下面所述的问题。

*工厂建筑物内熔炉的布置困难。

*难以吸收熔炉和耐火材料的热膨胀。

*在具有矩形水平截面的熔炉的长边方向上难以保证反应的均匀性。

而且，为了解决上述问题，日本专利公开No.60-9815提出了一种熔融还原方法，它包括把熔融的生铁装入熔炼炉中，所说的熔炼炉装有底吹风嘴和一个顶吹氧枪，其炉壁用耐火材料作内衬，控制吹入底部风嘴的气体量同时限制熔渣的组成和含游离碳的物料的量。

但是，在该方法中，为了还原金属原料并保证从二次燃烧区向所说的熔渣传递的热量，必须强烈搅拌所说的熔渣。然而，通过熔融金属的搅拌向所说的熔渣传递搅拌力在精炼操作中是非常困难的。也就是说，由于用于搅拌所说的熔融金属的气体量是非常大的，在使用非氧气体时，降低了熔融金属的温度，另一方面，在所说的搅拌气体中含有氧气以维持所说的熔融金属温度时，所说的熔融金属发生氧化。因此，所说的方法出现了两难问题。

为了解决这些问题，日本专利公开No.61-279608提出了一种使用熔融还原炉的方法，该炉在金属熔池表面之下装有吹入惰性气体以搅拌所说的金属的风嘴，装有位于所说的金属熔池表面之上并在所说的熔渣表面之下的风嘴，通过这些风嘴向所说的熔渣吹入氧气或富氧气体，装有顶部吹入氧气的氧枪并衬有耐火材料。

但是，即使用这种方法，下面所述的这些问题仍然没有解决，因为惰性气体是通过在所说的金属熔池表面之下的风嘴吹入以搅拌所说的金属的。

(1)由于通过在所说的金属熔池表面之下的风嘴吹入的惰性气体把所说的熔融金属的颗粒吹起到所说的熔渣中，所说的熔融金属被通过位于所说的金属熔池表面之上并在熔渣表面之下的风嘴吹入的所说的熔渣中的氧气或富氧气体重新氧化。因此，妨碍了还原速率，即生产率的提高。

(2)由于通过在所说的金属熔池表面之下的风嘴吹入的惰性气体把所说的熔融金属的颗粒吹起并悬浮在熔渣中，所说的熔渣的热含量和导热率增大。因此，与所说的熔渣接触的炉壁不能制成水冷结构，而是必须制成耐火材料结构。因此，由所说的熔渣引起的耐火材料的损耗变得明显，从而需要经常进行修理和修补。

(3)由于所说的熔渣的热含量和导热率增大，位于所说的金属熔池表面之上并在所说的熔渣表面之下的风嘴不能制成水冷结构，也就是说，必须使用消耗式风嘴。因此所说的风嘴必须频繁更换。

(4)由于所说的熔融金属的热含量和导热率大，所以，在金属熔池表面之下的风嘴不能制成水冷结构，也就是说，必须使用消耗式风嘴。因此，必须经常更换所说的风嘴。

(5)由于在金属熔池表面之下的风嘴周围的耐火材料的损耗是显著的，所用必须经常进行修理或修补。

与上述的方法不同，上述的日本专利公开No.1-502276提出了一种熔炉结构，它包括在朝向熔渣的水平方向上穿入所说的熔炉的下部风嘴，通过这些风嘴，向所说的熔渣吹入纯氧和/或富氧气体；朝向二次燃烧区穿入熔炉的上部风嘴，通过这些风嘴，向所说的二次燃烧区吹入纯氧和/或富氧气体；以及衬在朝向所说的二次燃烧区和所说的熔渣的熔炉内表面的区域上的水冷板。由于所说的熔炉结构没有上述的在所说的金属池表面之下吹入惰性气体以搅拌所说的金属的风嘴，所以，上述的问题(1)-(5)都解决了。

但是，上面提出的熔炉结构存在下面所述的第二个问题。

由于所说的熔炉结构没有上述的在所说的金属熔池表面之下的吹入惰性气体以搅拌所说的金属的风嘴，虽然在所说的下部风嘴之上的熔渣部分被强烈搅拌，但是位于所说的下部风嘴之下的熔融金属熔池以及在所说的熔融金属和所说的熔渣之间的界面非常平稳。

因此，从所说的二次燃烧区向所说的熔渣传递热量大，并且所说的还原反应在所说的熔渣中进行。但是，从所说的熔渣向所说的熔融金属传递的热量小，因此，在所说的熔渣和所说的熔融金属之间的温度差增大。

由于在所说的熔融还原装置中的下列步骤中的限制，限定了从所说的熔炉中排出的熔融金属的温度。因此，当在所说的熔渣和所说的熔融的金属之间的温度差大时，根据所说的温度差，所说的熔渣的温度必然升高。而根据所说的高温度，从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度也升高。

因此，例如，当在所说的的熔渣和所说的熔融金属之间的温度差约为100℃时，与以前其间没有温度差的情况相比，需要提供额外的能量以便把所说的熔渣和从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度提高约100℃。因此，必须增加含碳物料和氧气的单位需要量以与所说的额外能量一致。

此外，在如上所述从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度和所说的熔渣温度提高约100℃时，如果朝向所说的二次燃烧区和所说的熔渣的熔炉内壁的区域用水冷板作内衬，则被水冷板吸走的热量增大。因此，含碳物料和氧气的单位需要量进一步增大。

因为朝向所说的二次燃烧区的水冷板部分的传热主要基于辐射传热并且大致正比于(可燃气体的温度)4-(水冷板的温度)4，朝向所说的熔渣的水冷板部分的传热主要基于对流传热并大致正比于(熔渣温度)-(水冷板的温度)，所以所被吸走的热量增大。

此外，在上述的日本专利公开No.1-502276提出的现有技术存在下面所述的第三个问题。图13是表示其中提出的现有技术的熔融还原装置的熔炉结构的垂直截面图。图14是沿图13中A-A线截取的截面图，图15是沿图13中B-B线截取的截面图。

熔炉1固定在基础2上，熔炉的内壁用水冷板3和耐火材料4作内衬。熔炉的顶部装有一个用于装入铁原料、含碳原料和助熔剂的原料装料口5，并且有一个气体出口6，用于排出从所说的熔炉中产生的可燃气体。熔融的生铁汇聚在熔炉1的底部，比重小于熔融生铁7的熔渣(泡沫熔渣)8汇聚在其上。熔融的生铁7和所说的熔渣连续地或间断地分别从出铁口11(与熔融生铁熔池9相通)和从出渣口12(与熔渣池10相通)排出。

在从原料装料口5装入的铁原料中的铁的氧化物(FeO和Fe₂O₃)被熔渣中的从相同的原料装料口5装入的含碳物料中的碳组分还原，按

下列反应被还原：

         (吸热反应)    ………(1)

    (吸热反应)    ………(2)

由于在所说的熔融还原过程中发生反应式(1)、(2)的反应，所以，众所周知，反应速率，即熔融生铁的生产率大致正比于所说的熔渣体积。

而且，在从原料装料口5装入的含碳物料中的部分碳组分与通过下部风嘴13吹入泡沫熔渣8中的氧气反应，所说的风嘴13的安装方式使所说的风嘴朝向熔渣8穿入熔炉1，所说的反应的反应式如下：

    (放热反应)    …………(3)

本发明人已经进行了测试作业等，从而证实了由于在泡沫熔渣8中的泡沫与泡沫熔渣8中通过反应式(1)、(2)和(3)的反应产生的CO气体对流，所以，位于熔炉内的下部风嘴13的泡沫熔渣(8)的部分的比重只为在熔渣池10中受压的熔渣24的比重的1/2-1/3。

此外，在熔渣8中通过反应式(1)-(3)的反应产生的CO气体和含碳物料中的氢组分被通过上部风嘴14吹入二次燃烧区16的氧气氧化，所说的上部风嘴14的安装方式是使所说的风嘴朝向泡沫熔渣8之上的上部空间即所说的二次燃烧区16，穿入熔炉1，所说的反应的反应式如下：

      (放热反应)    ……(4)

      (放热反应)    ……(5)

反应式(4)和(5)的反应称为炉内二次燃烧。众所周知，所说的二次燃烧的程度用由下面所述的公式(6)确定的炉内燃烧率表示，通过增加经上部风嘴14吹入二次燃烧区16的氧气流量可以增大所说的二次燃烧率。

炉内二次燃烧率

=(CO₂％+H₂O％)/(CO₂％+CO％+H₂O％+H₂％)    …(6)

其中，CO₂％、CO％、H₂O％和H₂％分别代表在气体出口(6)中的可燃气体中的体积分额。

当炉内二次燃烧率增大时，在二次燃烧区16中，反应式(4)和(5)的反应的部分反应热传递到熔渣8，因此，由于减少了在熔渣中的反应式(3)的放热反应所必须的碳组分，因而减少了含碳物料的单位需要量。

如上所述，为了在所说的炉内二次燃烧率增加时增大含碳物料单位需要量的减少幅度，增加将在二次燃烧区16中的反应式(4)和(5)的反应热传向熔渣8，即在向上和向下的方向上充分搅拌所说的熔渣是有效的。从二次燃烧区16向熔渣8的传热通过辐射传热和对流传热进行，从二次燃烧区16向熔渣8的传热量也是二次燃烧区的气体温度与熔渣8的温度之间的差值的函数。因此，使熔融生铁7与熔渣8之间的温度差尽可能小并降低熔渣8的温度也是非常有效的。

由于所说的熔炉结构没有如上所述的在所说的熔融生铁熔池表面之下吹入惰性气体以搅拌所说的金属的风嘴，所以上述的所有问题(1)-(5)都得到了解决。

但是，即使示于图13～图15中这样的熔炉结构仍然存在下面的问题。

(a)在通过下部风嘴13向所说的熔渣中吹入纯氧和/或富氧气体的熔炉结构中，其中所说的下部风嘴13的安装方式使得所说的风嘴在垂直于所说的长边18的方向上穿入具有矩形水平截面的熔炉的两个长边18，虽然熔渣8在向上和向下的方向上(图13中的箭头)以及在具有矩形截面的熔炉的短边方向上(图15中的箭头)流动，所说的熔渣在其长边方向18上基本不流动。

(b)因此，在只有一个安装在熔炉1之上的用于装入铁原料、含碳物料和助熔剂的原料装料口5时，所说的铁原料和含碳物料的浓度趋于从直接在所说的原料装料口之下的熔渣内的位置向远离原料装料口5的熔渣内的位置发生变化。在产量增大时，即具有矩形水平截面的熔炉的长边18延长时，必须提供多个装料口5。因此，必须安装多个原料装料设备，从而增大安装成本。

(c)此外，在设置多个原料装料口时，如图13所示，所说的原料装料口与气体出口6之间的距离必须缩短。在金属原料和含碳物料的颗粒尺寸较小时，产生了进入从熔炉1中产生的可燃气流中并直接从原料装料口流失到气体出口6中的金属原料和含碳物料的量增大的问题。

此外，在日本专利公开No.1-502276中提出的现有技术存在第四个问题。图28是表示从另一个位置观察的在日本专利公开No.1-502276中提出的现有技术的熔炉结构的垂直截面图。图29是沿图28中的A-A线截取的截面图。图30是沿图28中的B-B线截取的截面图。在图28～30中，对应于图13～15中的相同部分用相同的标号表示。

如上所述，为了在增大所说的炉内二次燃烧率时增大含碳物料的单位需要量的减少幅度，增大在所说的二次燃烧区中的反应式(4)和(5)的反应热向熔渣8的传热量，即在向上和向下的方向上充分搅拌所说的熔渣是有效的。

另一方面，众所周知，当通过在所说的气体流过在设在所说的熔炉底部的风嘴，以垂直方向、朝着熔融的生铁7和泡沫熔渣8安装吹送气体时，无论气体流量大小，所说的气体都有恒定的分布角2θ(约20°)(铁和钢，61,No.6(1981)等)。本发明人用水代替熔渣8进行了模拟试验，证实了即使将所说的气体通过在垂直于所说的熔炉的侧壁的方向上安装的下部风嘴13吹入熔渣8，即在平行于图29所示的熔炉的底面的方向上吹入时，无论气体流量大小，所说的气体都有恒定的分布角2θ(约20°)。因此，经下部风嘴13吹入的气体在熔渣8的顶面上的分布宽度L₃可以表示如下：L₃=2H×tanθ，其中，H是从下部风嘴13到熔渣8的熔池表面的高度，在所说的气体分散宽度L₃范围内的部分熔渣部被充分搅拌。

因此，在日本专利公开No.1-502276中提出的现有技术中，为了近乎均匀地搅拌除了与所说的矩形熔炉的短边19接触的部分以外的整个区域内的熔渣，即为了产生上升的熔渣流，应该使下部的风嘴13的间距L₁约等于上述的L₃。

另一方面，从“铁和钢”(61,No.4(1975)等)中已经广泛地了解到，在气体在水平方向上流过朝向熔融生铁7和熔渣8的风嘴时，在水平方向上吹入的气体的有效距离L₄正比于Fr准数的1/3次方。

所说的Fr准数从下式推出：

Fr准数={ρg/(ρ1-ρg)}×{Vg²/gd}    ……(7)

其中，ρg是气体密度，ρ1是熔渣密度，Vg是气体的喷射速度，d是所说的风嘴的直径，g是重力加速度。所以，在通过增大气体量或减小风嘴的直径d来增大所说的气体的喷射速度Vg时，可以增大所吹入的气体在水平方向上的有效距离L₄。由于对于吹入气体的量和压力有一些限制，所以自然对所说的方法有限制。

因此，在日本专利公开No.1-502276中提出的现有技术中，为了把所说的熔渣搅拌得近乎均匀，即为了在除了与所说的矩形熔炉的长边接触的部分以外的整个区域内产生上升的流动，应该使在所说的下部风嘴的高度处的，所说的熔炉的水平截面的短边方向上的长度L₅约等于所吹入的气体在水平方向上的有效距离的2倍(2×L₄)。因此，应该使在所说的下部风嘴的高度处的，水平截面的短边方向上的长度比在所说的熔炉上部的长度小，并用图29所示的斜面形成构成所说的熔炉的长边部分的炉壁。

由于这样的熔炉结构没有从所说的熔融生铁的熔池表面之下吹入惰性气体的风嘴，所以，解决了上述的所有问题(1)～(5)。

但是，即使是图28～30所示的熔炉结构仍然有下面所述的问题。

在这样的熔炉结构中，如上所述，所说的金属原料和含碳物料从设在熔炉1上的原料装料口5加入到熔炉1内的熔渣8中。所说的金属原料，即金属氧化物熔化，并与熔渣8中的所说的含碳物料发生还原反应。为了促进所说的还原反应，重要的是渣中含有比熔渣8比重低的含碳物料20并使之悬浮在熔渣8中。

在通过下部风嘴13向所说的熔渣吹入纯氧和/或富氧气体的熔炉结构中，注意如图28所示的熔炉1的长边方向上的截面，其中，所说的下部风嘴13的安装方式使得所说的风嘴在垂直于长边18方向上朝向所说的熔渣穿入具有矩形截面的熔炉的两个长边18。由于下部风嘴13之间的间距L₁大致确定为如上所述的通过下部风嘴13吹入的气体在熔渣8的上表面上的分布宽度L₃，所以，在除了与所说的熔炉的短边19接触的部分以外的整个区域内产生了基本均匀的向上的熔渣流。在熔渣8的熔池表面部分产生从熔炉中心向所说的熔炉的短边的水平方向的流动，在靠近短边19部分产生向上的流动。因此，比熔渣8密度低的含碳物料20被上述的图28所示的水平流动推向所说的熔炉的短边方向。因此，所说的含碳物料20飘浮并保持在靠近所说的熔炉的短边19附近在熔渣8的熔池表面部分中。虽然在靠近所说的熔炉的短边19附近产生了熔渣8的上升流，但是由于熔炉侧壁，即所说的熔炉的短边19的摩擦阻力，阻止了含碳物料20进入熔渣8的下降流中并阻碍其被包含在熔渣8中。

此外，现在注意如图29所示的熔炉1的短边方向的截面。在所说的熔炉的中心部分产生熔渣8的上升流，以及在熔渣8的熔池表面部分产生从所说的熔炉中心向所说的熔炉的长边18的水平方向的流动。而且，在所说的熔炉的长边18附近产生了下降流。因此，比熔融的熔渣8密度低的含碳物料20，如图30所示，被上述的水平流动沿所说的熔炉的长边18的方向被推动。因此，含碳物料20飘浮并保持在靠近所说的熔炉的长边18附近的熔渣8的熔池表面部分中。虽然，在靠近所说的熔炉的长边18附近产生了熔渣8的上升流，但由于所说的熔炉侧壁，即所说的熔炉的长边18的摩擦阻力，阻止了含碳物料20进入熔渣8的下降流并被包含在其中。

如上所述，含碳物料20如图30所示，飘浮并保持在的熔渣表面部分的所说的熔炉的长边18和短边19的整个周边上。而且，由于上述的两种相互作用，特别大量的含碳物料趋于飘浮并保持在熔渣8的熔池表面部分的所说的熔炉的角部21。

此外，在除了与所说的矩形熔炉的短边19接触的部分以外的整个区域内产生了熔渣8的近乎均匀的上升流，在熔渣8的熔池表面部分产生从所说的熔炉中心向所说的熔炉的短边19的水平方向的流动，随后产生靠近所说的熔炉的短边19的上升流。因此，存在一个问题，即与在靠近含碳物料20进入熔渣8的下降流并下降的熔炉的短边19附近部分的悬浮量相比，在长边18方向上的中心部分的熔渣8中悬浮的含碳物料量特别小。

本发明人通过用水代替熔渣8和用比水比重低的软木等材料代替所说的含碳物料进行的模拟试验证实了上述趋势。

如上所述，由于含碳物料20飘浮并保持在熔渣8的熔池表面部分的熔炉的长边18和短边19的整个周边上，于是就产生了一个问题，即包含在并悬浮在熔融的熔渣8中的含碳物料20的量较小，因此，所说的金属物料即金属氧化物与含碳物料20的还原反应速率较低。

此外，由于与靠近含碳物料进入所说的熔渣的下降流并下降的熔炉的短边19附近的部位相比，在所说的熔炉的长边方向的中心部分悬浮在熔渣8中的含碳物料20的量特别小，所以，与所说的熔炉的长边18的方向上的中心部分相比，所说的金属物料即金属氧化物与熔渣8中的含碳物料20的还原反应趋于在靠近所说的熔炉的短边19附近的部分表现出高的速率。如上所述，该还原反应是一个吸热反应，因而在反应过程中必须提供热量。但是，在短边19和长边18衬有水冷板3的熔炉中，靠近所说的熔炉的短边19和长边18的熔渣部分被其冷却。因此，与所说的熔炉的长边19方向的中心部分相比，在靠近所说的熔炉的短边19的部分的还原反应速率高是不好的。

由日本专利公开No.1-502276提出的现有技术存在第五个问题。

图37是表示从另一个方向观察的日本专利公开No.1-502276提出的现有技术的熔炉结构的垂直截面图。图38是沿图37的A-A线截取的截面图。

如上所述，从上部空间16向泡沫熔渣8的传热量是上部空间16的气体温度和熔渣8的温度之间的差值的函数。所以，为了增大所说的传热量，需要使这两者之间的温度差达到一定的程度。

因此，例如，当在上部空间16和泡沫熔渣8之间的温度差约为200℃时，与其间没有温度差的情况相比，为了把从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度提高约200℃，需要额外的能量。因此，为了符合与所说的额外能量的要求，所说的含碳物料和氧气的单位需要量增加。

此外，如上所述，当把从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度提高约200℃时，如果朝向上部空间16的熔炉内壁区域用所说的水冷板作内衬，那么被水冷板3吸走的热量增大。因此，所说的含碳物料和氧气的单位需要量进一步增大。由于朝向二次燃烧区16的水冷板3部分的传热基于辐射传热并且近似正比于(可燃气体的温度)⁴-(水冷板的温度)⁴，所以，被吸走的热量增大。

而且，为了在上部空间16中均匀地进行反应式(1)和(2)的二次燃烧反应，上部空间16的必须具有一定程度的体积，从而使朝向所说的上部空间16的水冷板3的面积不可避免地增大到一定程度。因此，从所说的水冷板3排出的热量增加，因而所说的含碳物料和氧气的单位需要量进一步增加。

此外，在日本专利公开No.1-502276中提出的现有技术存在下面所述的第六个问题。

推断所说的熔融还原反应主要发生在泡沫熔渣8和所说的含碳物料之间的界面上。所以，可以认为该反应正比于两者之间的界面面积。因此，为了改进所说的熔融还原法的生产率，优选使用颗粒尺寸小或粉末形式的含碳物料。而且，使用颗粒尺寸小或粉末形式的金属原料(可能容易熔化)是优选的，因为它更容易熔化和变成熔渣。所说的粉末状的金属原料和含碳物料的价格目前低于块状的金属原料和含碳物料的价格。因此，用这些廉价的粉末形式的物料在降低生产成本方面是非常有效的。

(a)但是，在日本专利公开No.1-502276中提出的现有技术中，所说的金属原料和含碳物料通过在熔融1上面安装的原料装料口5装料。因此，在这些物料处于粉末形式时，在它们从原料装料口5向泡沫熔渣8的下落过程中，这些物料在到达泡沫熔渣8之前被从所说的熔渣中产生的可燃气体的上升气流带走的比例增大。而且，与所说的熔渣相比，粉末状含碳物料具有较低的比重，所以，即使到达泡沫熔渣8以后，仍然飘浮在所说的熔渣的上表面上，所以，被从所说的熔渣中产生的可燃气体的上升气流带走的含碳物料的比例增大。

如上所述，所说的现有技术还有下面的问题(b)、(c)和(d)：

(b)熔渣8在所说的熔炉的长边18方向上基本不流动，

(c)由于所说的铁原料和含碳物料的浓度趋于不均匀，所以，在所说的长边18延长时，需要多个原料装料设备，从而使安装成本增大，

(d)如图13所示，在使用多个原料装料口时，颗粒尺寸小的金属原料和含碳物料趋于被分散并被直接从原料加料口5带走到气体出口6。

另一方面，在日本专利公告No.6-89383、日本专利公开No.62-224619、62-224620和62-228413等中已经提出了熔融还原设备及其操作方法，其中，把熔融的生铁装入熔炉中，所说的熔炉装备有在所说的金属熔池表面下的底部风嘴和顶部的喷枪，炉壁用耐火材料作内衬，氧气等气体和/或粉末状的金属原料和含碳物料等物料通过顶部的喷枪吹入。

由于氧气等气体和/或粉末状的金属原料和含碳物料通过这些设备和操作方法中的顶部喷枪吹入，所以解决了由日本专利公开No.1-502276提出的现有技术的问题(a)。但是，由于通过在所说的金属熔池表面之下的风嘴吹入惰性气体以搅拌所说的金属，所以，如下所述，仍然存在与上述的日本专利公开No.61-279608提出的现有技术类似的问题。

所说的熔融金属的颗粒被通过在所说的金属熔池表面之下的风嘴吹入的气体吹起到所说的熔渣中，并被通过上部喷枪吹入到所说的熔渣中的氧气或富氧气体重新氧化，从而阻碍了还原速率即生产率的提高，并且与可燃气体一起流失的金属组分量增大。

此外，在日本专利公开No.61-279608中提出的现有技术的问题(2)～(5)仍然没有解决。

本发明的第一个目的是提供一种熔融还原设备，用这种设备可以灵活地增大或降低产量，其中，在增大熔融生铁的产量时，在上述的下部风嘴的高度上的水平截面的短边可以延长。

本发明的第二个目的是提供一种熔融还原装置，其中，搅拌在所说的熔融金属和所说的熔渣之间的界面之上的熔渣部分而无需通过在所说的金属熔池表面之下的风嘴吹入气体来搅拌所说的金属，因此增大了在所说的熔渣和所说的熔融金属之间的相对速度，增大了从所说的熔渣向所说的熔融金属的传热量，从而降低了所说的熔渣和所说的熔融金属之间的温度差。

本发明的第三个目的首先是提供一种熔融还原设备，这种设备即使在增大产量时也可以用单个原料装料口操作，也就是说，通过使所说的熔渣在其长边方向上的流动，可以延长具有矩形水平截面的熔炉的长边。

本发明的第三个目的其次是提供一种熔融还原装置，其中，搅拌直接在所说的熔融生铁和所说的熔渣之间的界面之上的熔渣部分而不用在所说的熔融生铁池表面之下的风嘴吹入气体以搅拌所说的金属，因此增大了所说的熔渣和所说的熔融生铁间的相对速度，增大了从所说的熔渣向所说的熔融生铁的传热量，从而减小了在所说的熔渣和所说的熔融生铁之间的温度差。

本发明的第四个目的首先是提供一种熔融还原装置，其中，通过防止所说的含碳物料大量飘浮并保持在靠近所说的熔炉侧壁，即靠近具有矩形水平截面的熔炉的长边和短边附近的熔渣池表面部位，可以促进所说的金属原料即金属氧化物与所说的熔融的熔渣中的含碳物料的还原反应，从而增大了包含在并悬浮在所说的熔渣中的含碳物料的量。

本发明的第四个目的其次是提供一种熔融还原装置，其中，通过增加悬浮在所说的熔炉的长边方向上的中心部分的熔渣中的含碳物料量并使在所说的熔渣中的悬浮的含碳物料浓度均匀，或者通过使在其中心部分的含碳物料的浓度高于靠近所说的熔炉的短边附近的部分中的含碳物料的浓度就可以促进所说的金属原料即金属氧化物与所说的含碳物料的还原反应。

本发明的第五个目的是提供一种操纵熔融还原装置的方法，其中，通过减小在所说的上部空间和所说的泡沫渣间的温度之间的差值减小了所说的可燃气体的显热以及从朝向所说的上部空间的水冷板所排出的热量，因此，可以减小所说的含碳物料和氧气的单位需要量，而且还提供该装置的炉子结构。

本发明的第六个目的是提供一种操纵熔融还原装置的方法以及所说的装置的一种熔炉结构，其中，通过有效地利用低成本高产率的粉末状金属原料和含碳物料降低了生产成本，改进了生产率。

第六个发明的另一个目的是提供一种炉子结构，即使在增大产量时也只有一个或两个原料装料口，也就是说，延长了具有矩形水平截面的熔炉的长边。

为了达到第一个目的，第一个发明提供了一种熔融还原装置的熔炉结构，用于直接生产熔融金属，即把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉，通过下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体来生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式应该使得所说的的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的矩形熔炉的两个长边，这种熔炉结构的特征在于在靠近所说的熔炉底部的短边方向上的中心部分设置了底部风嘴，通过这些风嘴向所说的熔融金属中吹入惰性气体。

在上述的熔融还原装置的熔炉结构中，在所说的下部风嘴的高度上的熔炉的水平截面的短边方向上的长度L₁希望确定如下：

2×L₃＜L₁≤2×(L₃+H×tanθ)

这里，H是所说的熔融金属和熔渣的总高度，L₃是通过所说的下部风嘴吹入所说的熔渣的气体的水平方向上的有效距离，2θ是通过所说的底部风嘴吹入所说的熔渣的气体的分布角。

由于在第一个发明中的熔融还原装置的熔炉结构中，在靠近所说的熔炉底部的短边方向的中心部分提供了所说的底部风嘴并且通过这些底部风嘴向所说的熔融生铁吹入惰性气体，所以可以增大在所说的下部风嘴的高度上的水平截面的短边方向上的长度，即在所说的熔炉的短边方向上的长度，从而可以增大所说的熔融生铁的产量而不增大在所说的下部风嘴的高度上的水平截面的长边方向上的长度，即所说的熔炉的长边方向的长度。因此，可以获得下面所述的优点。

(1)所说的熔炉可以容易地布置在工厂建筑物内。

(2)可以容易地吸收所说的熔炉和耐火材料的热膨胀。

(3)可以容易地保证具有矩形水平截面的熔炉的长边方向上的反应均匀性。

为了达到第二个目的，第二个发明提供了一种熔融还原装置的一种熔炉结构，用于直接生产熔融金属，即把金属原料、含碳物料和助熔剂装入所说的熔炉，通过下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿过所说的熔炉的侧壁，这种熔炉结构的特征在于所说的最下部的风嘴的安装方式使得所说的风嘴位于在所说的下部风嘴之下并且不低于与所说的熔炉内的熔渣和熔融金属之间的界面相对应的部位上的熔炉侧壁部位上，方向为从水平方向向下的角度为0～45°，通过这些风嘴吹入惰性气体。

在第二个发明的熔融还原装置的熔炉结构中，在所说的下部风嘴之下并且不低于与所说的熔炉内的熔渣和熔融金属的界面相对应的位置上的熔炉的侧壁部位安装了所说的最下部的风嘴，方向为与所说的水平方向成向下的0～45°角，通过这些风嘴吹入惰性气体。因此，搅拌了在所说的熔渣和熔融金属之间的界面正上方的熔渣部分而无需通过在所说的金属熔池表面之下的风嘴吹入搅拌金属的气体，增大了所说的熔渣和所说的熔融金属之间的相对速度，从而增大了从所说的熔渣向所说的熔融金属的传热量。因此，可以减小在所说的熔渣和所说的熔融金属之间的温度差。因此可以获得下面所述的优点。

(1)减小了所说的熔渣和所说的熔融生铁之间的温度差，根据所说的温度差的减小，可以降低所说的熔渣和从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度。根据与所说的温度降低相对应的热量，减小了所说的含碳物料和氧气的单位需要量。

(2)可以降低所说的熔渣和从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度，并且朝向所说的二次燃烧区和所说的熔渣的熔炉的内表面区域用水冷板作内衬时，减小了被水冷板带走的热量。因此，根据与所排出热量的减少相对应的热量，减小了含碳物料和氧气的单位需要量。

(3)可以降低从所说的熔炉排出的可燃气体的温度，因而在朝向所说的二次燃烧区的熔炉的内表面区域用耐火材料作内衬时，可以降低所说的耐火材料的损耗速率。因此，可以降低修理和修补的频率。

(4)由于不会把所说的熔融金属的颗粒吹起到所说的熔渣中，所以，所说的熔融金属不会被通过所说的下部风嘴吹入所说的熔渣中的氧气或富氧气体重新氧化。因此，提高了还原速率，也就是说，提高了生产率。

(5)由于所说的熔融金属的颗粒不会被吹起到所说的熔渣中，所说的熔渣的热含量和导热率降低，与所说的熔渣接触的炉壁和下部风嘴可以做成水冷结构，从而可以半永久地使用它们。因此，可以大大降低所说的耐火材料和风嘴的成本，并且可以大大减少停止运行进行修理和更换的频率。

(6)由于不需要在所说的金属熔池表面之下的风嘴，所以可以大大降低所说的耐火材料和风嘴的费用，并且可以大大减少停止运行进行修理和更换的频率。

为了达到第三个目的，第三个发明提供了一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，其中，把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉中，通过下部的风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿过熔炉的长边，所说的熔炉结构特征在于所说的下部风嘴在侧向的方向上从垂直于所说的熔炉的长边方向以15～45°的角度指向与原料装料口相反方向。

在根据第三个发明的熔融还原装置的熔炉结构中，所说的下部风嘴以与垂直于所说的熔炉的长边的方向成15～45°的角度指向与原料装料口相反方向。因此，获得了下面所述的优点。

(1)通过使在所说的下部风嘴之上的部分熔渣沿与所说的原料装料口相反的方向的熔炉长边方向上流动，可以使在所说的熔渣中的铁原料和含碳物料的浓度在具有矩形水平截面的熔炉的长边方向上变得均匀。因此，可以增大产量，也就是说，即使延长了具有矩形截面的熔炉的长边，也可以使所说的原料装料口的数量仅为一个。因此，所说的熔炉可以用单一的原料装料设备运行，并且可以降低所说的设备成本。

(2)通过采用单一的原料装料口可以扩大所说的原料装料口和所说的气体出口之间的间距。因此，即使在所说的的物料的颗粒较小时，也可以防止其进入在所说的熔炉中产生的可燃气体的气流流中并直接流失和带到所说的气体出口处的量的增加。

此外，在所说的下部风嘴之下的部分熔渣沿与所说的下部风嘴之上的部分熔渣相反的方向，即与所说的原料装料口相反的方向流动。因此，使得所说的熔融生铁和熔渣之间的界面正上方的部分熔渣流动，从而增大了在所说的熔渣和所说的熔融生铁之间的相对速度。所以，可以增大从所说的熔渣向所说的熔融生铁的传热量，因此，可以减小所说的熔渣和所说的熔融金属之间的温度差。因此可以获得下面所述的优点。

(3)减小了所说的熔渣和所说的熔融生铁之间的温度差，根据所说的温度差的减小，可以降低所说的熔渣和从所说的熔炉排出的可燃气体的温度。根据与所说的温度降低相对应的热量，减小了所说的含碳物料和氧气的单位需要量。

(4)可以降低所说的熔渣和从所说的熔炉排出的可燃气体的温度，在朝向二次燃烧区和所说的熔渣的熔炉的内表面的区域用水冷板作内衬时，减小了被水冷板带走的热量。因此，根据与所带走的热量的减小相对应的热量，减小了所说的含碳物料和氧气的单位需要量。

(5)可以降低从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度，在朝向所说的二次燃烧区的熔炉的内表面的区域用耐火材料作内衬时，可以降低所说的耐火材料的损耗率。因此，可以减小修理和修补的频率。

(6)由于所说的熔融金属的颗粒不会被吹起进入熔渣中，所说的熔融金属就不会被通过所说的下部风嘴吹入所说的熔渣中的氧气或富氧气体重新氧化。因此，提高了还原速率，也就是说，提高了生产率。

(7)由于所说的熔融金属颗粒不会被吹起到所说的熔渣中，所以所说的熔渣的热含量和热导率降低，与所说的熔渣接触的炉壁和下部风嘴可以做成水冷结构，从而使它们可以半永久地使用。因此，可以大大降低所说的耐火材料和下部风嘴的成本，可以大大减小了停止运行进行修理和更换的频率。

(8)由于不需要在所说的金属熔池表面之下的风嘴，所以，可以大大降低所说的耐火材料和风嘴的成本，并且大大减小停止运行进行修理和更换的频率。

为了达到所说的第四个目的，第四个发明的第一个方面提供了一种用于直接生产熔融金属的熔融还原装置的一种熔炉结构，其中，把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉，通过下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿过所说的熔炉的长边，这种熔炉结构的特征在于在所说的矩形熔炉的长边方向上的中心部位的两对下部风嘴之间的间距L₆确定如下：

2×H×tanθ＜L₆≤6×H×tanθ

这里，H是从所说的下部风嘴到所说的熔渣表面的高度，2θ是通过所说的下部风嘴吹入所说的熔渣中的气体的分布角，从最靠近所说的矩形熔炉的短边的下部风嘴到其短边的距离L₂按下式确定：L₂≤H×tanθ。

可供选择的是，按第四个发明的第二个方面，相邻两个下部风嘴之间的间距L₁确定如下：

2×H×tanθ＜L₁≤4×H×tanθ

而从最靠近所说的矩形熔炉的短边的下部风嘴到其短边的距离L₂确定如下：L₂≤H×tanθ。

可供选择的是，按第四个发明的第三个方面，在所说的下部风嘴的高度上，在所说的熔炉的水平截面的短边方向上的长度L5按下式确定：

2×L₄＜L₅≤4×L₄

这里，L₄是在通过所说的下部风嘴吹入所说的熔渣中的气体的水平方向上的有效距离，并且所说的矩形熔炉的长边用垂直的炉壁构成。

可供选择的是，按第四个发明的第四个方面，在所说的矩形熔炉的长边和/或短边上安装用于在朝向所说的熔渣的水平方向上吹入气体的喷嘴，安装位置在所说的下部风嘴之上最高达到所说的熔炉内的熔渣的上表面。

可供选择的是，按第四个发明的第五个方面，所说的具有矩形水平截面的熔炉的拐角部是斜角的或圆形的。

根据第四个方面的第一个方面，沿所说的矩形熔炉的长边方向的中心部位的两对下部风嘴之间的间距L₆确定如下：

2×H×tanθ＜L₆＜6×H×tanθ

这里，H是从所说的熔渣熔池表面距所说的下部风嘴的高度，2θ是通过所说的下部风嘴吹入的气体的分布角，从最靠近所说的矩形熔炉的短边到其短边的距离L₂确定如下：L₂≤H×tanθ。因此，在所说的熔炉的短边附近产生了所说的熔渣的上升流，在所说的熔炉的长边方向上的中心部位产生所说的熔渣的下降流。在所说的熔渣熔池表面部位，产生了从所说的熔炉的短边朝向所说的熔炉的长边方向的中心部位的水平方向的熔渣流。因此，比所说的熔渣比重低的含碳物料被上述的水平方向的流动推向所说的熔炉的长边方向的中心方向，并飘浮在所说的熔渣熔池表面部分的所说的熔炉的长边方向的中心部分附近。由于所说的飘浮在所说的中心部分的含碳物料没有来自熔炉侧壁的摩擦阻力，所以，比较容易地进入靠近所说的中心部分的熔渣的下降流中，并被包含在所说的熔渣中，结果增加了在所说的熔渣中悬浮的含碳物料的量。

根据第四个发明的第二个方面，所说的下部风嘴的间距L₁确定如下：2×H×tanθ＜L₁≤4×H×tanθ，从所说的下部风嘴到所说的熔炉的短边的距离L₂确定如下：L₂≤H×tanθ。因此，在每个下部风嘴正上方的部位附近和所说的熔炉的每个短边附近产生了所说的熔渣的上升流，在每对相邻的下部风嘴之间的中心部位产生了所说的熔渣的下降流。在所说的熔渣的熔池的表面部位，从在每个下部风嘴正上方的部位附近朝向在上述的风嘴与其相邻的下部风嘴之间的中心部位附近沿水平方向上产生了所说的熔渣的流动。因此，比所说的熔渣比重低的含碳物料被上述的水平方向的熔渣流动推向所说的相邻两个下部风嘴之间的中心部位附近，并且飘浮在所说的熔渣熔池表面部分的中心部位附近。由于所说的飘浮的含碳物料没有在所说的熔炉侧壁处的摩擦阻力，所以，可以较容易地进入所说的熔渣的下降流，并被包含在所说的熔渣中，从而增加了悬浮的含碳物料的量。

按第四个发明的第三个方面，在所说的下部风嘴的高度上的熔炉的水平截面的短边方向的长度L₅确定如下：

2×L₄＜L₅≤4×L₄

这里，L₄是在通过所说的下部风嘴向所说的熔渣中吹入的气体的水平方向上的有效距离。因此，产生了在所说的熔炉的长边附近的熔渣的上升流，在所说的熔炉的长边方向的中心部位产生了熔渣的下降流。在所说的熔渣熔池表面部位，产生了从所说的熔炉的长边方向流向在所说的熔炉的短边方向的中心部位的水平方向的流动。因此，比所说的熔渣比重低的含碳物料被上述的水平方向的流动推向所说的熔炉的短边方向的中心方向，并飘浮在所说的熔炉的短边方向的中心部位附近的渣熔池表面部分上。由于飘浮在所说的中心部位附近的含碳物料没有在所说的熔炉侧壁处的摩擦阻力，所以，比较容易进入所说的熔炉的短边方向的中心部位附近的熔渣的下降流中，并且被包含在所说的熔渣中，从而增加了悬浮在所说的熔渣中的含碳物料的量。

根据第四个发明的第四个方面，在所说的矩形熔炉的长边和/或短边，最高到达相当于所说的熔炉内的熔渣上表面的高度上安装在朝向所说的熔渣的水平方向上吹入气体的喷嘴。因此，比所说的熔渣比重低的含碳物料被从所说的熔炉的长边和/或短边推向所说的矩形熔炉的中心。由于所说的含碳物料没有所说的熔炉侧壁的摩擦阻力，所以，比较容易进入所说的熔渣的下降流中，并且被包含在所说的熔渣中，从而增加了在所说的熔渣中悬浮的碳的量。

根据第四个发明的第五个方面，所说的具有矩形水平截面的熔炉的拐角是斜角或圆角。因此，减少了容易存留大量含碳物料的渣熔池表面部位处的熔炉的角部面积。因此，减少了飘浮在所说的渣熔池表面部位的含碳物料量，相对地增加了在所说的熔渣中悬浮的含碳物料量。

从上面所述的内容可以获得下面所述的优点。

(1)防止了含碳物料飘浮并保留在熔炉侧壁附近的渣熔池表面部位处，即在所说的具有矩形水平截面的熔炉的长边和短边附近处，从而增加了被包含并悬浮在所说的熔渣中的含碳物料的量，从而可以促进所说的金属物料，即金属氧化物与所说的熔融的熔渣中的含碳物料的还原反应。

(2)增加了在所说的长边方向上的熔渣的中心部位悬浮的含碳物料的量，并且使得在所说的熔渣中悬浮的含碳物料的浓度均匀，从而使得所说的金属物料，即金属氧化物与在所说的熔渣中的含碳物料的还原反应均匀进行。

(3)可供选择的是，使得在所说的熔炉的长边方向的中心部位悬浮的含碳物料的浓度高于所说的熔炉的短边附近的浓度，从而可以使得在所说的熔炉的长边方向的不用水冷板冷却的中心部位的含碳物料的还原速率高于用水冷板冷却的熔炉的短边17附近的部的还原速率。

为了达到所说的第五个目的，第五个发明的第一个方面提供了一种操纵直接生产熔融金属的熔融还原装置的方法，其中，把金属原料、含碳物料和助熔剂装入用水冷板作内衬的熔炉中，通过下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿过熔炉的侧壁，同时通过上部风嘴和/或上部喷枪吹入氧气和/或富氧气体，所说的上部风嘴和/或上部喷枪的安装方式使得所说的上部风嘴穿入所说的熔炉，这种操作方法特点在于通过包括经所说的上部风嘴和/或上部喷枪的端部向所说的熔炉内的熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，所说的的上部风嘴和/或上部喷枪的端部布置在所说的下部风嘴之上，最高到达与所说的熔炉内的熔渣的上表面对应的高度的位置上。

第五个发明的第二个方面提供了一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，其中，把金属原料、含碳物料和助熔剂装入用水冷板作内衬的熔炉中，通过下部风嘴向熔渣吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿过所说的熔炉的侧壁，同时通过上部风嘴和/或上部喷枪吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的上部风嘴和/或上部喷枪的安装方式使得它们穿入所说的熔炉，这种熔炉结构特征在于从所说的下部风嘴到所说的上部风嘴和/或上部喷枪的尖部的高度H3确定如下：

H₁＜H₃＜3×H₁

这里，H₁是从所说的下部风嘴到出渣口的高度。

在所说的第五个发明中，所说的上部风嘴和/或上部喷枪的端部安在所说的下部风嘴之上，并且在最高到达所说的熔炉内的熔渣的上表面的高度的位置，因此，在所说的泡沫熔渣中产生的CO气体和所说的含碳物料中的氢组分在所说的熔渣中与通过所说的上部风嘴向所说的熔渣中吹入的氧气进行二次燃烧。所以，从所说的上部空间向所说的熔渣的传热变得没有必要。因此，在所说的熔渣和所说的可燃气体之间的温度差可以降低而不通过在所说的金属熔池表面之下的风嘴吹入搅拌所说的金属的气体。因此可以获得下面所述的优点。

(1)所说的熔渣和所说的可燃气体之间的温度差减小，根据这种温度差的减小，可以降低从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度。根据相应于所说的温度降低的热量减少，可以减少所说的含碳物料和氧气的需要量。

(2)可以降低从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度，并减少被朝向所说的熔炉的上部空间的水冷板的区域吸走的热量。根据所说的热量的减少，减少了所说的含碳物料和氧气的需要量。

(3)由于所说的二次燃烧的反应在所说的熔渣中进行，所以可以减小所说的上部空间。因此，减少了被朝向所说的熔炉的上部空间的水冷板的区域带走的热量，根据该热量，可以减少所说的含碳物料和氧气的需要量。而且，可以降低熔炉高度，并且降低设备成本。

(4)由于所说的熔融金属的颗粒没有被吹起到所说的熔渣中，所以，所说的熔融金属不会被通过所说的下部风嘴向所说的熔渣中吹入的氧气和/或富氧气体重新氧化，从而改进提高了还原速率即生产率。

(5)由于所说的熔融金属的颗粒没有被吹起到所说的熔渣中，所以，所说的熔渣的热含量和导热率小，所以，与所说的熔渣接触的炉壁和下部风嘴可以做成水冷结构，并且可以半永久地使用。因此，可以大大降低所说的耐火材料和风嘴的成本，并且大大减小停止运行进行修理和更换的频率。

(6)由于不需要在所说的金属熔池表面之下的风嘴，所以，大大降低了所说的耐火材料和风嘴的成本，大大减小了停止运行进行修理和更换的频率。

为了达到所说的第六个目的，第六个发明的第一个方面提供了一种操纵直接生产熔融金属的熔融还原装置的方法，即把金属原料、含碳物料和助熔剂装入所说的熔炉，其特征在于包括通过下部风嘴向熔渣吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的风嘴朝向所说的熔渣穿过具有矩形水平截面的熔炉的两个长边，并通过喷枪向所说的熔炉内的熔渣中吹入含碳物料和/或金属原料，所说的的喷枪的安装方式使得所说的喷枪的端部布置在所说的下部风嘴之上并且最高到达与所说的熔炉内的熔渣的上表面相对应的高度的位置上。

根据第六个发明的第一个方面的操纵熔融还原装置的方法最好包括了先筛分所说的含碳物料和/或金属原料，把粉末状的含碳物料和/或金属原料通过所说的喷枪吹入，把块状的含碳物料和/或金属原料通过安装在所说的熔炉之上的原料装料口装入。

第六个发明的第二个方面提供了一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，其中，把金属原料、含碳物料和助熔剂装入熔炉，其特征在于下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴朝向所说的熔渣穿过具有矩形水平截面的熔炉的两个长边，喷枪的安装方式使得所说的喷枪的端部布置在所说的下部风嘴之上并且最高到达与所说的熔炉内的熔渣的上表面相对应的高度的位置上，从所说的下部风嘴到所说的上部风嘴和/或所说的上部喷枪的端部的高度H₃确定如下：

H₁＜H₃＜3×H₁

这里，H₁是从所说的下部风嘴到出渣口的高度。

根据第六个发明第二个方面的熔融还原装置的熔炉结构最好有一个设在所说的熔炉的上表面上的，长边方向上的一端的原料装料口，和设在所说的长边方向的另一端的用于吹入粉末状的含碳物料和/或金属原料的一些喷枪。

根据第六个发明的第二个方面的熔融还原装置的熔炉结构最好有设在所说的熔炉的上表面的，长边方向上两端的两个装料口，和设在所说的长边方向中心的用于吹入粉末状的含碳物料和/或金属原料的一些喷枪。

根据第六个发明的用于操纵所说的熔融还原装置的方法和熔炉结构，可以获得下面所述的优点。

(1)提供了用于吹入粉末状的含碳物料和/或铁原料的喷枪，并且所说的喷枪的端部布置在所说的下部风嘴之上且最高到达与所说的熔炉内的熔渣上表面相对应的高度的位置上，从而使得所说的含碳物料和/或铁原料吹被入所说的熔渣。因此，所说的末状的含碳物料和/或铁原料被熔化并在熔渣中反应，而不会飘浮在所说的熔渣的上表面上，从而明显减少了被从所说的熔渣中产生的可燃气体的上升气流带走的部分的比例。因此，明显改进了所说的含碳物料和/或铁原料的利用率。

(2)只在所说的熔炉的上表面的长边方向的一端安装了一个单一的原料装料口，在所说的熔炉的长边方向的另一端安装了用于吹入粉末状含碳物料和/或铁原料的喷枪。因此，使得所说的铁原料和含碳物料在所说的熔渣中的浓度在所说的长边方向上得以均匀，即使在增加产量时，也可以使所说的原料装料口的数量为一个，也就是说，延长了所说的具有矩形水平截面的熔炉的长边。因此，所说的原料装料设备的数量成为一个，减小了安装成本。

(3)由于只安装了一个原料装料口，所以，增大了所说的原料装料口和所说的气体出口之间的距离。因此，即使在所说的金属原料和所说的含碳物料的颗粒尺寸小时，也可以防止进入从所说的熔炉中产生的可燃气体气流中并直接流失的金属原料和含碳物料的量的增大。

(4)通过所说的下部风嘴向所说的熔渣吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿过所说的熔炉的侧壁，而没有通过所说的底部风嘴向所说的熔融生铁吹入含氧气体，所以只搅拌了所说的熔渣。因此，所说的熔融生铁的颗粒既不会被吹入所说的熔渣中或吹到所说的熔渣之上，也不会被通过上部风嘴吹入的氧气或富氧气体再氧化。因此，提高了还原速率，即所说的生产率，并且减少了与所说的可燃气体一起流失的金属组分的量。

(5)由于所说的熔融金属的颗粒没有悬浮在所说的熔渣中，所说的熔渣的热含量和热导率低，因而所说的炉壁可以做成水冷结构。而且，所说的熔炉没有在所说的金属熔池表面之下的风嘴。因此，大大减小了所说的耐火材料的单位需要量和修理的频率。

图1是表示根据第一个发明的熔融还原装置的一种熔炉结构的一个实施方案的横截面图。

图2是图1中的熔炉结构的垂直截面图。

图3是展示日本专利公开No.1-502276所提出的现有技术的一种熔炉结构的横截面图。

图4是通过延长图3中的熔炉结构的短边方向的长度而制成的一种熔炉结构的横截面图。

图5是表示根据第二个发明的熔融还原装置的一种熔炉结构的一个实施方案的横截面图。

图6是图5中的熔炉结构的垂直截面图。

图7是展示根据第二个发明的熔融还原装置的一种熔炉结构的另一个实施方案的横截面图。

图8是通过把图7中的下部风嘴和最下部风嘴结合为一体而制成的风嘴部分的放大的截面图。

图9是展示从另一个视点看到的日本专利公开No.1-502276所提出的现有技术的熔炉结构的横截面图。

图10是表示根据第三个发明的熔融还原装置的熔炉结构的一个实施方案的垂直截面图。

图11是沿图10中A-A线截取的截面图。

图12是沿图10中B-B线截取的截面图。

图13是展示从另一个视点看到的日本专利公开No.1-502276所提出的现有技术的熔炉结构的垂直截面图。

图14是沿图13中A-A线截取的截面图。

图15是沿图13中B-B线截取的截面图。

图16是表示根据第四个发明的第一个方面的熔融还原装置的熔炉结构的一个实施方案的垂直截面图。

图17是沿图16中A-A线截取的截面图。

图18是沿图16中B-B线截取的截面图。

图19是展示根据第四个发明的第二个方面的熔融还原装置的熔炉结构的一个实施方案的垂直截面图。

图20是沿图19中A-A线截取的截面图。

图21是沿图19中B-B线截取的截面图。

图22是表示根据第四个发明的第三个方面的熔融还原装置的熔炉结构的一个实施方案的垂直截面图。

图23是沿图22中A-A线截取的截面图。

图24是沿图22中B-B线截取的截面图。

图25是展示根据第四个发明的第四个和第五个方面的熔融还原装置的熔炉结构的一个实施方案的垂直截面图。

图26是沿图25中A-A线截取的截面图。

图27是沿图25中B-B线截取的截面图。

图28是展示从另一个视点看到的日本专利公开No.1-502276所提出的现有技术的熔炉结构的垂直截面图。

图29是沿图28中A-A线截取的截面图。

图30是沿图28中B-B线截取的截面图。

图31是展示根据第五个发明的熔融还原装置的熔炉结构的一个实施方案的垂直截面图。

图32是沿图31中A-A线截取的截面图。

图33是展示根据第五个发明的熔融还原装置的熔炉结构的另一个实施方案的垂直截面图。

图34是沿图33中A-A线截取的截面图。

图35是表示根据第五个发明的熔融还原装置的熔炉结构的另一个实施方案的垂直截面图。

图36是沿图35中A-A线截取的截面图。

图37是展示从另一个视点看到的日本专利公开No.1-502276所提出的现有技术的熔炉结构的垂直截面图。

图38是沿图37中A-A线截取的截面图。

图39是展示根据第六个发明的熔融还原装置的熔炉结构的一个实施方案的垂直截面图。

图40是沿图39中A-A线截取的截面图。

图41是沿图39中B-B线截取的截面图。

图42是展示根据第六个发明的熔融还原装置的熔炉结构的另一个实施方案的垂直截面图。

图43是沿图42中A-A线截取的截面图。

图44是沿图42中B-B线截取的截面图。

实施例1

下面将解释第一个发明的一个实施方案。

图1是展示根据第一个发明的熔融还原装置的横截面图，图2是图1中的熔炉结构的垂直截面图。图3是展示在日本专利公开No.1-502276中提出的现有技术的熔融还原装置的熔炉结构的横截面图。图4是通过延长图3中的现有技术的熔融还原装置中的下部风嘴的高度上的熔炉的水平截面的短边方向上的长度而制成的熔炉结构的横截面图。

下面通过，重复上面关于现有技术所做的解释，解释所说的熔炉结构和在所说的熔炉内的反应。

熔炉1固定在基础2上，所说的熔炉的内壁用水冷板3和耐火材料4作内衬。所说的熔炉顶部设有一个原料装料口5，用于装入铁原料、含碳物料和助熔剂，及一个气体出口6，用于从所说的熔炉中排出所产生的可燃气体。

熔融的生铁7聚集在熔炉1的底部，比重低于熔融的生铁的泡沫渣8聚集在其上面。熔融的生铁7和所说的熔渣分别连续地通过熔融生铁熔池9从出铁口11排出和通过渣熔池10从排渣口12排出。

在通过原料装料口5装入的铁原料中的铁的氧化物(FeO和Fe₂O₃)被通过同一的原料装料口5装入泡沫渣8中的含碳物料中的碳组分还原，反应式如下：

         (吸热反应)    ……(1)

    (吸热反应)    ……(2)

由于在所说的熔融还原过程中在泡沫渣8中发生反应式(1)、(2)的还原反应，众所周知，还原速率，即所说的熔融生铁的生产率近似地正比于所说的熔渣体积。

此外，通过原料装料口5装入的含碳物料中的部分碳组分与通过下部风嘴13吹入所说的泡沫渣8中的氧气反应，所说的下部风嘴13的安装方式使得所说的风嘴朝向泡沫熔渣8穿入所说的熔炉1，反应式如下：

    (放热反应)    ……(3)

能量利用率，即所说的熔融还原炉中的含碳物料的单位需要量按反应式(1)～(3)的反应所需的碳组分的总量确定。

此外，通过反应式(1)～(3)的反应在泡沫渣8中产生的CO气体和所说的含碳物料中的氢组分被通过上部风嘴14吹入二次燃烧区16的氧气氧化，所说的上部风嘴14的安装方式使得所说的风嘴朝向所说的二次燃烧区16穿入熔炉1，反应式如下：

    (放热反应)    ……(4)

    (放热反应)    ……(5)

反应式(4)和(5)的反应被称为炉内二次燃烧。众所周知，二次燃烧的程度用由下面所述的公式(6)确定的炉内二次燃烧率表示，而且还知通过增大通过上部风嘴14吹入二次燃烧区16的氧气的流量可以增加所说的二次燃烧率。

炉内二次燃烧率

=(CO₂％+H₂O％)/(CO₂％+CO％+H₂O％+H₂％)    …(6)

其中CO₂％、CO％、H₂O％和H₂％表示在气体出口6中的可燃气体中各自的体积份额。

在所说的炉内二次燃烧率增大时，在二次燃烧区16中的反应式(4)和(5)的反应的部分反应热传向泡沫渣8，由于减少了所说的熔渣中的反应式(3)的放热反应所需的碳组分而减少了含碳物料的单位需要量。

为了增大从所说的二次燃烧区向泡沫渣8的传热量，如上所述，必须在向上和向下的方向上充分搅拌泡沫熔渣8。在日本专利公开No.1-502276提出的现有技术的熔融还原装置的熔炉结构中，纯氧和/或富氧气体通过下部风嘴13吹入泡沫渣8中，所说的下部风嘴13的安装方式使得它们在如图3所述的朝向泡沫渣8的水平方向上穿入所说的矩形熔炉的两个长边。因此，在所说的下部风嘴的高度上的熔炉的水平截面的短边方向的长度L₁确定如下：

L₁≤2×L₃

其中，L₃是在水平方向上的，吹入的气体的有效距离。

当L₁被设定为：L₁＞2×L₃时，通过下部风嘴13吹入泡沫渣8的纯氧和/或富氧气体不能到达在所说的下部风嘴的高度上的熔炉的水平截面的短边方向的中心部分。因此，产生了不能充分搅拌在所说的短边方向的中心部分附近的泡沫熔渣8的问题。

另一方面，在气体通过朝向熔融的生铁7和泡沫渣8的垂直方向上安装的底部风嘴15吹入时，众所周知的是，无论气体流量的大小如何，所说的气体总具有恒定的分布角2θ(约20°)(铁和钢，61,No.6(1981)等)。

因此，在熔融生铁7和熔渣8的总高度确定为H时，通过底部风嘴15吹入的气体在熔渣8的上表面上的分布宽度L₄表示如下：L₄=2H×tanθ。在所说的气体分布宽度L₄的范围内的熔渣被充分搅拌。

如在图1所示，根据本发明的熔融还原装置的熔炉结构中，在所说的熔炉底部的短边方向的中心附近安装所说的底部风嘴，并且通过所说的底部风嘴向所说的熔融生铁中吹入惰性气体。因此，即使在上述的L₁确定如下时：2×L₃＜L₁＜2×(L₃+H×tanθ)，也能充分搅拌在上述的下部风嘴的高度上的水平截面的短边方向的中心部分附近的泡沫渣。

下面的表1展示了，在所说的下部风嘴的水平上的必要的水平截面积S、通过下部风嘴13在水平方向上吹入的气体的有效距离L₃，和熔融的生铁7和熔渣8的高度H确定如下时：S=50m²,L₃=1.3m和H=5m时，根据现有技术和根据本发明的熔融还原装置中的熔炉尺寸的实例。

表1

	现有技术	本发明
			在下部风嘴高度上的必须的水平截面的面积：S=L1×L3	50m2	50m2
通过下部风嘴L3吹入的气体的水平方向上有效距离：L3	1.3m	1.3m
			通过底部风嘴15吹入的气体在熔渣8的上表面上的分布宽度：L4=2H×tanθ		1.7m
在下部风嘴高度上的水平截面的短边方向上的长度：L1	2.5m	4.2m
			在下部风嘴高度上的水平截面的长边方向上的长度：L2	20m	12m

此外，在直接生产熔融的铁或熔融的生铁的设备中，其中，通过下部风嘴13向所说的熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴13的安装方式使得它们在朝向熔渣8的水平方向上穿入所说的矩形熔炉1的两个长边，反应式(3)的放热反应所需的氧气仅通过下部风嘴13吹入。因此，通过底部风嘴15吹入的气体仅需要用于熔渣8和熔融的生铁7的搅拌，而不需要含有氧气。

另一方面，当使通过底部风嘴15向所说的熔融生铁吹入的气体含有氧气时，在所说的熔融生铁的金属铁组分可能被重新氧化。因此，通过所说的底部风嘴吹入氮气或氩气等惰性气体。

在如图2所示的本实施例中，在基于虹吸原理的出铁口和排渣系统中，出铁口11距所说的熔炉内的熔融生铁7的上表面的高度H_m1、排渣口12距所说的熔炉中的熔融生铁7的上表面的高度H_s1和熔炉中的泡沫渣8距熔炉内的熔融生铁7的上表面的高度H_s2之间的关系由下列公式表示：

H_s1=H_m1×Y_m/Y_s1    ……(7)

H_s2=H_m1×Y_m/Y_s2    ……(8)

其中，Y_m是熔融生铁7的比重，Y_s1是在渣熔池10中的受压熔渣17的比重，Y_s2是其中的泡沫渣8的比重。

此外，所说的熔炉内的熔融生铁7和熔渣8的总高度H、其中的熔融生铁7的高度H_m2和其中的泡沫渣8距其中的熔融生铁7的上表面的高度H_s2之间的关系按下列公式表示：

H=H_m2+H_s2    ……(9)

因此，当出铁口11距所说的熔炉底部的高度H_m1+H_m2和出渣口12距所说的熔炉底部的高度H_s1+H_m2不变时，在所说的熔炉内的熔融生铁7和泡沫熔渣8的总高度保持恒定。

在本发明的熔融还原装置的熔炉结构中，由于在所说的熔炉底部的短边方向的中心部分附近安装所说的底部风嘴，并且通过所说的底部风嘴向所说的熔融生铁吹入惰性气体，所以在下部风嘴的高度上的水平截面的短边方向的长度，即该炉短边方向上的长度可以增加，并且可以增加所说的熔融生铁的产量而不增加在所说的下部风嘴的高度上的水平截面的长边方向的长度，即不增加在所说的熔炉的长边方向上的长度。

因此，可以获得如下所述的效果。

*可以容易地在工厂建筑物内布置所说的熔炉。

*可以容易地吸收所说的熔炉和耐火材料的热膨胀。

*可以容易地保证在具有矩形的水平截面的熔炉的长边方向上的反应的均匀性。

*通过底部风嘴向其中吹入惰性气体总是可以在所说的熔融生铁内保持还原气氛，因而所说的铁组分不会被重新氧化。

实施例2

下面将解释第二个发明的两个实施方案。

图5是展示根据本发明的熔融还原装置的一个实施方案的熔炉结构的横截面图，图6是图5中的熔炉结构的垂直截面图。图7是展示根据本发明的熔融还原装置的另一个实施方案的熔炉结构的横截面图。图8是图7中的构成一体的下部风嘴和最下部风嘴的风嘴部分的放大的截面图。图9是展示从另一个视点看到的，日本专利公开No.1-502276所提出的现有技术的熔融还原装置的熔炉结构的横截面图。

首先，将用图5和6解释第二个发明的一个实施方案。其中相应于图1和2的部分用相同的数字表示。

如上所述，为在增大所说的炉内二次燃烧率时，增大所说的含碳物料的单位需要量的减小幅度，增加在二次燃烧区16内的反应(4)和(5)的反应热向熔渣8的传热量，即在向上和向下的方向上搅拌所说的熔渣是有效的。由于从所说的二次燃烧区16向熔渣8的传热量也是在二次燃烧区16内的气体温度和熔渣8的温度之间的差值的函数，所以使在熔融金属7和熔渣8之间的温度差尽可能小及降低熔渣8的温度也是非常有效的。

因此，在根据图5所示的第二个发明的熔融还原装置中，最下部的风嘴17安装在低于所说的下部风嘴并且最高到与所说的熔炉内的熔渣和熔融金属的界面相对应的高度上的熔炉侧壁上，安装方向为与水平方向成向下的0～45°角，通过所说的最下部的风嘴17吹入惰性气体。因此，搅拌了在其界面正上方的熔渣部分，增大了在熔渣8和熔融金属7之间的相对速度，从而增大了从熔渣8向熔融金属7的传热量。

通过本发明人进行的关于最下部风嘴17的向下的角度方面的模拟试验已经证实了下面所述的结果。在使所说的角度至少为45°时，在与通过最下部风嘴17吹入的惰性气体接触的熔融金属8的部分上形成了凹下部分，熔融金属7的颗粒被吹入熔渣8中。在从熔渣8和熔融金属7之间的界面距最下部风嘴17的垂直距离小时，即使在向下的角度为0°时，也能充分搅拌在所说的界面正上方的熔渣部分。因此，最下部的风嘴17的向下的角度优选为0～45°。

在图9所示的日本专利公开No.1-502276所提出的现有技术中，下部风嘴13安装在在熔渣8和熔融金属7之间的界面之上约1,000mm处，以避免通过下部风嘴13吹入的氧气和/或富氧气体与熔融金属7的直接接触。

此外，由于最好通过使最下部的风嘴17按水冷结构来半永久地使用，所以，由于熔融金属7的上表面的波动，优选的是将最下部的风嘴17安装在熔渣8和熔融金属7的界面之上约200～1,000mm处。

实施例3

通过参见图7和8将解释第二个发明的另一个实施方案。在本实施例中，下部风嘴13和最下部风嘴17被构成一体。具有被构成一体的和水冷结构的风嘴安装在熔渣8和熔融金属7之间的界面之上约1,000mm处，以避免如上所述的，通过下部风嘴1吹入的氧气与熔融金属7之间的直接接触。

通过下部风嘴13吹入的氧气，即反应式(3)的反应必需的氧气在水平方向上吹入所说的熔渣，以避免如上所述的与熔融金属7的直接接触。另一方面，通过最下部风嘴17吹入的惰性气体从水平方向指向下方，从而使得在熔渣8和熔融金属7之间的界面正上方的熔渣部分被搅拌。

由于从熔渣8和熔融金属7之间的界面到最下部风嘴17的垂直距离大至1,000mm，所以最下部的风嘴17向下的角度优选的是30～45°。

表2展示了在根据日本专利公开No.1-502276所提出的现有技术的熔融还原装置和根据第二个发明的熔融还原装置的实施例中的所说的含碳物料和氧气的单位需要量的实例。

表2

	现有技术	本发明
			熔融金属温度(℃)熔渣温度(℃)在熔融金属和熔渣之间的温度差(℃)	约1400约1500约100	约1400约1400约0
来自熔炉的可燃气体的温度(℃)水冷板带走的热量指数	约1700100	约160083
			含碳物料的单位需要量指数氧气的单位需要量指数	100100	9389

在第二个发明的熔融还原装置的熔炉结构中，最下部风嘴安装在低于所说的下部风嘴之下而不低于与所说的熔炉内的熔渣和熔融金属之间的界面相对应的位置上的熔炉的侧壁部位上，安装方向为与水平方向成向下的0～45°角，通过该风嘴吹入惰性气体。因此，搅拌了在所说的界面正上方的熔渣部分，增大了所说的熔渣和所说的熔融金属之间的相对速度，从而增大了从所说的熔渣向所说的熔融金属的传热量。因此，可以减小在所说的熔渣和所说的熔融金属之间的温度差。

因此可以取得如下所述的效果。

*减小了所说的熔渣和所说的熔融金属之间的温度差，根据所说的温度差的减小，可以降低所说的熔渣和从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度。根据与所说的温度降低相对应的热量，可以降低所说的含碳物料和氧气的单位需要量。

*可以降低所说的熔渣和从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度，而且当朝向所说的二次燃烧区和所说的熔渣的熔炉的内壁的区域用水冷板作内衬时，减少了被水冷板带走的热量。因此，根据与所说的排出热量的减少相对应的热量，可以减少所说的含碳物料和氧气的单位需要量。

*可以降低从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度，当朝向所说的二次燃烧区的熔炉的内表面的区域用耐火材料作内衬时，可以降低所说的耐火材料的损耗速率。因此，可以降低修理和修补的频率。

*由于所说的熔融金属的颗粒不会被吹起到所说的熔渣中，所说的熔融金属不会被通过所说的下部风嘴吹入的氧气或富氧气体重新氧化。因此，提高了还原速率，即提高了生产率。

*由于所说的熔融金属颗粒不会被吹起到所说的熔渣中，所说的熔渣的热含量和导热率降低，所以，可以把与所说的熔渣接触的炉壁和下部风嘴做成水冷结构，从而使它们可以半永久地使用。因此，大大降低了所说的耐火材料和风嘴的成本，并且大大降低了停止运行进行修理和更换的频率。

*由于不需要在所说的金属熔池表面之下的风嘴，可以大大降低所说的耐火材料和风嘴的成本，并且可以大大降低停止运行进行修理和更换的频率。

实施例4

图10是根据第三个发明的熔融还原装置的一个实施方案的熔炉结构的垂直截面图。图11是沿图10中A-A线截取的截面图，图12是沿图10中B-B线截取的截面图。

在直接生产熔融生铁7的熔融还原装置中，其中，把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔融1中，通过下部风嘴13向熔渣8中吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴13的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的熔炉的长边18，所说的下风嘴13以与垂直于该熔炉长边的方向成15-45°角指向与原料装口5方向相反的方向。

因此，在下部风嘴13之上的熔渣部分在具有矩形水平截面的熔炉的长边18方向上并且在与原料装料口相反的方向上流动。

此外，在下部风嘴13下面的熔渣部分在与所说的下部风嘴之上的熔渣部分的流动方向相反的方向上流动，即在向着原料装料口5的方向上流动。因此，在熔融生铁7和熔渣8之间的截面正上方的熔渣8的部分被搅拌而没有通过在所说的金属熔池表面之下的风嘴吹入气体来搅拌所说的金属，因而增大了熔渣8和熔融生铁7之间的相对速度，从而增大了从熔渣8向熔融生铁7的传热量。

通过本发明人进行的模拟试验已经证实了下面所述的关于下部风嘴13的侧向角度的结果。在使所说的侧向角度θ至少为45°时，通过下部风嘴13向熔渣8吹入的氧气和/富氧气体的气泡不能到达熔炉1的短边19方向上的中心部位，因而不能充分搅拌其中的中心部位。在使所说的侧向角度θ最大为15°时，在下部风嘴13之上的熔渣部分不能在所说的熔炉的长边18的方向上和在与原料装料口5相反的方向上充分流动。因此，下部风嘴13的侧向角度优选的是15～45°。

表3展示了根据在日本专利公开No.1-502276中所提出的现有技术的熔融还原装置和根据第三个发明的熔融还原装置中的含碳物料和氧气的单位需要量的实例。

试验条件如下：

熔炉面积(在下部风嘴13的高度上的水平截面的面积)20m²

下部风嘴13的侧向角度：    30°(本发明)，0°(现有技术)

用于熔融金属的原料：                    铁矿石

含碳物料：                              煤

表3

	现有技术	本发明
			熔融金属温度(℃)熔渣温度(℃)在熔融金属和熔渣之间的温度差(℃)	约1400约1500约100	约1400约1400约0
来自熔炉的可燃气体的温度(℃)水冷板带走的热量指数	约1700100	约160083
			含碳物料的单位需要量指数氧气的单位需要量指数	100100	9389

虽然在本实施例中已经解释了铁的还原，但是不用说，本发明也可以用于通过类似的熔融还原法生产有色金属和铁合金，如Cr、Ni和Mn等的熔融还原装置。

在根据本发明的直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构中，通过下面的过程直接生产熔融金属，即把金属原料、含碳物料和助熔剂装入所说的熔炉中，通过下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴的安装方式使其在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的熔炉的侧壁，所说的下部风嘴以与垂直于所说的熔炉的长边的方向成15-45°角，指向与原料装料口方向相反的方向。因此，取得如下所述的效果。

*通过使在所说的下部风嘴之上的熔渣部分在与所说的原料装料口相反的方向上，沿熔炉的长边方向流动，可以使所说的熔渣中的铁原料和含碳物料的浓度在具有矩形水平截面的熔炉的长边方向上均匀。因此，可以增加产量，也就是说，即使在延长所说的具有矩形水平截面的熔炉的长边时，也可以使所说的的原料装料口为一个。因此，所说的熔炉可以用单一的原料装料设备进行操作，可以降低设备成本。

*通过使用单一的原料装料口，可以增大所说的原料装料口和气体出口之间的间距。因此，即使在所说的物料的颗粒尺寸小时，也可以防止进入在所说的熔炉中产生的可燃气体流中的和直接流失并带到所说的气体出口的金属原料和含碳物料量的增大。

此外，在所说的下部风嘴之下的熔渣部分在与所说的下部风嘴之上的熔渣部分以相反的方向流动，即，沿原料装料口的方向上流动。因此，使得在所说的熔融生铁和所说的熔渣之间的界面正上方的熔渣部分可以流动，从而增大了在所说的熔渣和所说的熔融生铁之间的相对速度。所以，增加了从所说的熔渣向所说的熔融生铁的传热量，因此可以降低在所说的熔渣和所说的熔融金属之间的温度差。因此可以取得如下所述的效果。

*减小了在所说的熔渣和所说的熔融生铁之间的温度差，根据所说的温度差的减小，可以降低所说的熔渣和从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度，根据与所说的温度降低相对应的热量，减少了所说的含碳物料和氧气的单位需要量。

*可以降低所说的熔渣和从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度，而且当朝向所说的二次燃烧区和所说的熔渣的熔炉的内壁的区域用水冷板作内衬时，减少了被水冷板带走的热量。因此，根据与所说的排出热量的减少相对应的热量，可以减少所说的含碳物料和氧气的单位需要量。

*可以降低从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度，当朝向所说的二次燃烧区的熔炉的内表面的区域用耐火材料作内衬时，可以降低所说的耐火材料的损耗速率。因此，可以降低修理和修补的频率。

*由于所说的熔融金属的颗粒不会被吹起到所说的熔渣中，所说的熔融金属不会被通过所说的下部风嘴吹入的氧气或富氧气体重新氧化。因此，提高了还原速率，即提高了生产率。

*由于所说的熔融金属颗粒不会被吹起到所说的熔渣中，因而所说的熔渣的热含量和导热率降低，所以，可以把与所说的熔渣接触的炉壁和下部风嘴做成水冷结构，从而使它们可以半永久地使用。因此，大大降低了所说的耐火材料和风嘴的成本，并且大大降低了停止运行进行修理和更换的频率。

*由于不需要在所说的金属熔池表面之下的风嘴，可以大大降低所说的耐火材料和风嘴的成本，并且可以大大降低停止运行进行修理和更换的频率。

实施例5

图16是展示在根据第四个发明的第一个方面的熔融还原装置的一个实施方案中的一种熔炉结构的垂直截面图。图17是沿图16中的A-A线截取的截面图，图18是沿图16中的B-B线截取的截面图。

在所说的熔融还原装置中，在下部风嘴13之上产生了熔渣8的上升流。

通过所说的下部风嘴吹入的气体在熔渣8的上表面上的分布宽度L₃可以用下式表示：

L₃=2×H×tanθ

其中，H是所说的渣熔池表面距所说的下部风嘴的高度，2θ是所说的气体的分布角。

现在注意沿所说的熔炉的长边方向截取的截面，即图16。通过按下式设定在所说的熔炉的长边方向的中心部位的两对下部风嘴之间的间距L₆:L₃＜L₆≤3×L₃，在所说的熔炉的长边方向上的熔渣8的中心部位中产生了所说的熔渣8的下降流。如上所述确定间距L₆的原因如下所述。在L₆设定如下：L₆≤L₃时，通过上述的两对下部风嘴吹入的气体的分布气流在熔渣8的上表面上相互重叠，因此在所说的熔炉的长边方向的中心部位产生熔渣8的上升流，从而不产生下降流。相反，在L₆确定如下：L₆＞3×L₃时，在所说的熔炉的长边方向的中心部位出现不流动的熔渣部分。

另一方面，从下部风嘴13到所说的矩形熔炉的短边19的距离L₂确定如下：L₂≤L₃/2。因此，从下部风嘴13到其短边19之间的范围在通过所说的下部风嘴吹入的气体在熔渣8的上表面上的分布宽度范围内。所以，在靠近所说的熔炉的每个短边19附近产生了熔渣8的上升流，并且在渣8的熔池表面部位，从其每个短边19产生了朝向所说的熔炉的长边方向的中心部位的水平方向上的熔渣流。

因此，比熔渣8的比重低的含碳物料20被如上所述的水平方向的熔渣流推向所说的熔炉的长边方向的中心方向，并飘浮在渣8熔池表面部位上的所说的熔炉的长边方向的中心部位附近。由于飘浮在所说的熔炉的长边方向的中心部位附近的含碳物料没有所说的熔炉侧壁的摩擦阻力，所以，比较容易进入靠近所说的熔炉的长边方向的中心部位附近的熔渣8的下降流中，并且被包含在熔渣8中。因此，增大了所说的含碳物料在靠近所说的熔炉的长边方向的中心部位附近的悬浮量。

本发明人通过用水代替熔渣8，用软木等比水比重低的物料代替所说的含碳物料进行的模拟试验证实了上述的趋势。

实施例6

图19是展示在根据第四个发明的第二个方面的熔融还原装置的一个实施方案中的一种熔炉结构的垂直截面图。图20是沿图19中的A-A线截取的截面图，图21是沿图19中的B-B线截取的截面图。

在所说的熔融还原装置中，在下部风嘴13之上产生了熔渣8的上升流。

现在注意沿所说的熔炉的长边方向截取的截面，即图19。通过按下式设定每对相邻的下部风嘴之间的间距L₁:L₃＜L₁≤2×L₃，在任何一对相邻的下部风嘴13之间的每个中心部位产生了所说的熔渣8的下降流。如上所述确定间距L₁的原因如下所述。在L₁确定如下：L₁≤L₃时，通过下部风嘴13吹入的气体的分布气流在熔渣8的上表面上相互重叠，因此在所说的相邻的下部风嘴之间的中心部位产生了熔渣8的上升流，从而不产生下降流。相反，在L₁确定如下：L₁＞2×L₃时，在其中心部分出现不流动的熔渣部分。

另一方面，从下部风嘴13到所说的矩形熔炉的短边19的距离L₂设定如下：L₂≤L₃/2。因此，从下部风嘴13到其短边19之间的范围在通过所说的下部风嘴13吹入的气体在熔渣8的上表面上的分布宽度范围内。所以，在靠近所说的熔炉的短边19附近产生了熔渣8的上升流。

因此，在渣8的熔池表面部位，产生了从所说的熔炉的短边19附近朝向所说的相邻的每对风嘴之间的中心部位的水平方向上的流动，并产生了在每个风嘴13正上方的部位附近在水平方向上朝向在所说的下部风嘴与其相邻的下部风嘴之间的中心部位的流动。

因此，在渣8的熔池表面部位，比熔渣8比重低的含碳物料20被如上所述的流动推向在任意一对相邻的下部风嘴之间的中心部位，从而使含碳物料20飘浮在所说的中心部分附近。由于飘浮在如上所述的中心部位附近的含碳物料20没有所说的熔炉侧壁的摩擦阻力，所以，比较容易进入靠近所说的下部风嘴之间的中心部位附近的熔渣8的下降流中，并且被包含在熔渣8中。因此，增大了所说的含碳物料在靠近所说的下部风嘴之间的中心部位附近的悬浮量。

本发明人通过用水代替熔渣8，用软木等比水比重低的物料代替所说的含碳物料进行的模拟试验证实了上述的趋势。

实施例7

图22是展示在根据第四个发明的第三个方面的熔融还原装置的一个实施方案中的一种熔炉结构的垂直截面图。图23是沿图22中的A-A线截取的截面图，图24是沿图22中的B-B线截取的截面图。

在所说的熔融还原装置中在下部风嘴13之上产生了熔渣8的上升流。

现在注意沿所说的熔炉的短边方向上截取的截面，即图23。通过按下式设定在下部风嘴13的高度上的水平截面的短边方向的长度L₅:2×L₄＜L₅≤4×L₄，在所说的熔炉的短边方向上的熔渣8的中心部位产生了所说的熔渣8的下降流，其中，L₄是通过所说的下部风嘴13向熔渣8中吹入的气体的水平方向的有效距离。如上所述确定长度L₅的原因如下所述。在L₅确定如下时：L₅≤2×L₄，通过下部风嘴13吹入的气体的分布气流在熔渣8的上表面上相互重叠，因此在所说的熔炉的短边方向的中心部位产生了熔渣8的上升流，从而不产生下降流。相反，在L₅确定如下时：L₅＞4×L₄，在所说的熔炉的短边方向的中心部位出现了不流动的熔渣部分。

另一方面，由于所说的矩形熔炉的长边由垂直的炉壁构成，在所说的熔炉的长边18附近产生了熔渣8的上升流，在所说的熔炉的短边方向的中心部位产生了熔渣8的下降流。从所说的熔炉的长边18(译者注：原文标号为19)，在所说渣8的熔池表面上产生了在朝向所说的熔炉的短边方向的中心部位的在水平方向上的熔渣流。

因此，在渣8的熔池表面部位，比熔渣8比重低的含碳物料20被如上所述的在渣8的熔池表面部位的水平方向的熔渣流推向在所说的熔炉的短边方向的中心方向，并飘浮在渣8的熔池表面部位的熔炉的短边方向的中心部位附近。由于飘浮在所说的熔炉的短边方向的中心部位附近的含碳物料20没有所说的熔炉侧壁的摩擦阻力，所以，比较容易进入靠近所说的熔炉的短边方向的中心部位附近的熔渣8的下降流中，并且被包含在熔渣8中。因此，增大了所说的含碳物料在熔渣8中的悬浮量。

本发明人通过用水代替熔渣8，用软木等比水比重低的物料代替所说的含碳物料进行的模拟试验证实了上述的趋势。

实施例8

图25是展示在根据第四个发明的第五个方面的熔融还原装置的一个实施方案中的一种熔炉结构的垂直截面图。图26是沿图25中的A-A线截取的截面图，图27是沿图25中的B-B线截取的截面图。

在所说的熔融还原装置中，在上述的风嘴13之上并且最高到达与所说的熔炉内的熔渣8的上表面相对应的高度上的矩形熔炉的长边18和/或短边19上安装了用于沿水平方向向熔渣8吹入气体的喷嘴22。而且，所说的具有矩形水平截面的熔炉的拐角23为斜角的。

因此，在熔渣8的池表面部位，比熔渣8比重低的含碳物料20被通过在朝向熔渣8的水平方向上安装的喷嘴22吹入的气体从长边18和/或短边19推向在所说的渣8的熔池的表面部位上的熔炉1的中心。由于所说的含碳物料没有所说的熔炉侧壁的摩擦阻力，所以，比较容易进入熔渣8的下降流中并被包含在其中，从而增大了悬浮在其中的含碳物料量。

另一方面，由于减少了特别容易保留大量的所说的含碳物料的渣熔池表面部位的熔炉的角部23的面积，所以，减少了飘浮在渣8的熔池表面部位的含碳物料20的量，相对地增大了悬浮在熔渣8中的含碳物料20的量。

本发明人通过用水代替熔渣8，用软木等比水比重低的物料代替所说的含碳物料进行的模拟试验证实了上述的趋势。

虽然参照了通过还原法进行的铁的生产解释了上述的实施例，但是不用说，本发明也可以应用于通过与上述类似的熔融还原法生产有色金属和铁合金，如铬、镍和锰等的熔融还原装置。

在根据第四个发明的第一个方面的熔融还原装置的熔炉结构中，在所说的矩形熔炉的长边方向的中心部位的两对下部风嘴之间的间距L6确定如下：

2×H×tanθ＜L₆＜6×H×tanθ

其中，H是渣熔池表面据所说的下部风嘴的高度，2θ是通过所说的下部风嘴吹入的气体的分布角，从最靠近所说的矩形熔炉的短边的下部风嘴到其短边的距离L₂确定如下：L₂≤H×tanθ。因此，在所说的熔炉的短边附近产生了所说的熔渣的上升流，在所说的熔炉的长边方向的中心部位产生了所说的熔渣的下降流。在所说的渣熔池表面部位，产生了从所说的熔炉的短边朝向所说的熔炉的长边方向的中心部位的水平方向上的熔渣流。因此，比所说的熔渣比重低的含碳物料被上述的水平方向的流动推向所说的熔炉的长边方向的中心方向，并飘浮在所说的渣熔池表面部位的熔炉的长边方向的中心部位。由于飘浮在所说的中心部位的含碳物料没有所说的熔炉侧壁的摩擦阻力，所以，它比较容易进入所说的中心部分附近的熔渣的下降流中并被包含在所说的熔渣中从而增大了悬浮在所说的熔渣中的含碳物料量。

按第四个发明的第二个方面，所说的下部风嘴间的间距L₁设定如下：2×H×tanθ＜L₁≤4×H×tanθ，从所说的下部风嘴到所说的熔炉的短边的距离设定如下：L₂≤H×tanθ。因此，在每个下部风嘴正上方的部位附近和所说的熔炉的每个短边附近产生了所说的熔渣的上升流，在每对相邻的下部风嘴之间的中心部位产生了所说的熔渣的下降流。在所说的渣熔池表面部位，从靠近每个下部风嘴正上方的部分附近朝向在上述的风嘴及其相邻的下部风嘴之间的中心部分附近沿水平方向产生了所说的熔渣的流动。因此，比所说的熔渣比重低的含碳物料被上述的熔渣流动沿水平方向推向所说的相邻两个下部风嘴之间的中心部位附近，并且飘浮在所说的渣熔池表面部位的中心部位附近。由于所说的飘浮的含碳物料没有所说的熔炉侧壁处的摩擦阻力，所以，可以较容易地进入所说的熔渣的下降流，并被包含在所说的熔渣中，从而提高了悬浮的含碳物料量。

按第四个发明的第三个方面，在所说的下部风嘴的高度上的熔炉的水平截面的短边方向的长度L₅按下式设定：

2×L₄＜L₅≤4×L₄

这里，L₄是在通过所说的下部风嘴向所说的熔渣中吹入的气体的水平方向上的有效距离。因此，产生了在所说的熔炉的长边附近的所说的熔渣的上升流，在所说的熔炉的长边方向的中心部位产生了所说的熔渣的下降流。在所说的渣熔池表面部位，产生了从所说的熔炉的长边向在所说的熔炉的短边方向的中心部位的沿水平方向的流动。因此，比所说的熔渣比重低的含碳物料被上述的水平方向的流动推向所说的熔炉的短边方向的中心方向，并飘浮在所说的熔炉的短边方向的中心部位附近的渣熔池表面部位上。由于飘浮在所说的中心部位附近的含碳物料没有所说的熔炉侧壁处的摩擦阻力，所以，比较容易进入所说的熔炉的短边方向的中心部位附近的熔渣的下降流中，并且被包含在所说的熔渣中，从而提高了悬浮在所说的熔渣中的含碳物料量。

按第四个发明的第四个方面，在所说的矩形熔炉的长边和/或短边上，在最高到对应于所说的熔炉内的熔渣上表面的高度上沿朝向所说的熔渣的水平方向设置用于吹入气体的喷嘴。因此，比所说的熔渣比重低的含碳物料被从所说的熔炉的长边和/或短边推向所说的矩形熔炉的中心。由于所说的含碳物料没有所说的熔炉侧壁的摩擦阻力，所以，比较容易进入所说的熔渣的下降流中，并且被包含在所说的熔渣中，从而提高了在所说的熔渣中悬浮的碳的量。

按第四个发明的第五个方面，所说的具有矩形水平截面的熔炉的拐角部是斜角或圆角。因此，减少了容易存留大量含碳物料的渣熔池表面部位的，熔炉的角部面积。因此，减少了飘浮在所说的熔渣池表面部位的含碳物料量，相对地增加了在所说的熔渣中悬浮的含碳物料量。

从上面所述的内容可以获得下面的效果。

*防止了含碳物料飘浮并保留在熔炉侧壁附近的渣熔池表面部位上，即保留在所说的具有矩形水平截面的熔炉的长边和短边附近，于是增加了包含并悬浮在所说的熔渣中的含碳物料的量，从而可以促进所说的金属物料，即金属氧化物与所说的熔渣中的含碳物料的还原反应。

*增加了在所说的长边方向上的熔渣的中心部位悬浮的含碳物料量，并且使得在所说的熔渣中悬浮的含碳物料的浓度均匀，从而使得所说的金属物料，即金属氧化物与在所说的熔渣中的含碳物料的还原反应均匀进行。

*可供选择的是，使得在所说的熔炉的长边方向的中心部位的悬浮的含碳物料的浓度高于所说的熔炉的短边附近的这种浓度，从而可以使得在所说的熔炉的长边方向的，不用水冷板冷却的中心部位的含碳物料的还原速率高于用水冷板冷却的熔炉的短边17附近的部位。

实施例9

图31是展示在根据第五个发明的熔融还原装置的一个实施方案中的一种熔炉结构的垂直截面图。图32是沿图31中的A-A线截取的截面图。

如上所述，为在增大所说的炉内二次燃烧率时，为了增大所说的含碳物料的单位需要量的减少量，增大反应式(4)和(5)的反应热向泡沫渣(8)的传热量是有效的。在本实施例中，在所说的下部风嘴之上，最高到与所说的熔炉内的熔渣的上表面相对应的位置上，在熔炉1的侧壁上安装所说的上部风嘴，并通过所说的上部风嘴向所说的熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，从而在泡沫渣8中进行反应式(4)和(5)的二次燃烧反应。由于所说的二次燃烧反应的热量直接加热泡沫渣8，所以在渣中通过在的反应式(4)和(5)的二次燃烧反应产生并释放到上部空间16中的可燃气体与泡沫渣之间基本没有温度差。

下面，通过参见图31和32解释在本实施例中的熔炉内的泡沫渣8的上表面的高度。

在本实施例中，将解释一种熔融还原装置，其中，在不同高度上安装出铁口和出渣口，通过以高度差为基础的虹吸原理控制所说的熔炉内的熔融生铁7和泡沫渣8的体积，超过所控制的体积的熔融生铁和熔渣部分自动排出。但是，不用说，本发明也可以应用于使用其它的出铁和排渣系统的，例如在高炉中的出铁口开口系统的其它熔融还原装置。

在本实施例中的以虹吸原理为基础的出铁和排渣系统中，在从下部风嘴13到出渣口12的高度H₁和从下部风嘴13到泡沫渣8的上表面的高度H₂之间的关系用下式表示：

H₁=H₂×γ₂/γ₁    ……(7)

其中，γ₁是在渣熔池10中的受压熔渣24的比重，γ₂是在所说的熔炉内的泡沫渣8的比重。

由于在泡沫熔渣8中的泡沫与通过反应式(1)、(2)和(3)在其中产生的CO气体进行对流，所以，在所说的熔炉内并且在所说的下部风嘴13之上的泡沫熔渣(8)的比重γ₁成为在渣熔池10中的受压熔渣24的比重γ₂的1/2～1/3。因此，本发明人通过试运行等已经证实了从下部风嘴13到出铁口12的高度H₁为从下部风嘴13到泡沫渣8的上表面的高度H₂的2～3倍。

由于从下部风嘴13到上部风嘴14的端部的高度H₃确定如下：H₁＜H₃＜3×H₁，所以将上风嘴的端部设在下部风嘴13之上且最高到与所说的熔炉内的泡沫渣8的上表面相对应的高度的位置上。

实施例10

图33是展示在根据第五个发明的熔融还原装置的另一个实施方案中的一种熔炉结构的垂直截面图。图34是沿图33中的A-A线截取的截面图。

将参见图33和34解释第五个发明的另一个实施方案。

在本实施例中，上部喷枪25从所说的熔炉内的熔渣的上表面倾斜向下插入熔炉1的侧壁，上部风嘴14的端部位于所说的下部风嘴之上并且最高到与所说的熔炉内的熔渣的上表面相对应的高度的位置上。就这样地向所说的熔炉内的熔渣中吹入氧气和/或富氧气体。

实施例11

图35是展示在根据第五个发明的熔融还原装置的再一个实施方案中的一种熔炉结构的垂直截面图。图36是沿图35中的A-A线截取的截面图。

将参照图35和36解释第五个发明的再一个实施方案。

在本实施例中，上部喷枪25从熔炉1的顶部垂直向下插入，上部风嘴14的端部位于所说的下部风嘴之上并且最高到与所说的熔炉内的熔渣的上表面相对应的高度的位置上。就这样地向所说的熔炉内的熔渣中吹入氧气和/或富氧气体。

由于在实施例10和11中也向的熔炉内的熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，所以在泡沫渣8中进行反应式(4)和(5)的二次燃烧反应，所说的二次燃烧反应的热量直接加热泡沫渣8。因此，在泡沫渣8和通过在熔渣8中的反应式(4)和(5)的二次燃烧反应所产生并释放到上部空间16中的可燃气体之间的温度差基本消失。

由于在实施例10和11中，也把从下部风嘴13到上部喷枪25的端部的高度设定为(1～3)×H₁，所以，上部喷枪25的端部也设在下部风嘴13之上并最高到与所说的熔炉内的泡沫熔渣8的上表面相对应的高度上。

此外，在实施例10和11中，最好可以自由地升高和降低上部风嘴14，以便准备修理上部喷枪25。

表4展示了在根据日本专利公开No.1-502276中提出的现有技术的熔融还原装置和根据本发明的熔融还原装置的含碳物料和氧气的单位需要量的实例。所说的可燃气体的热量和被所说的水冷板带走的热量分别减少了约16％和约38％。因此，所说的含碳物料和氧气的单位需要量分别减少了约14％和约22％。

表4

	现有技术	本发明
			熔渣温度(℃)来自熔炉的可燃气体的温度(℃)在可燃气体和熔渣之间的温度差(℃)	约1500约1700约200	约1500约1500约0
可燃气体的热量指数水冷板带走的热量指数	100100	8462
			含碳物料的单位需要量指数氧气的单位需要量指数	100100	8678

虽然参照用还原法进行的铁的生产解释了本实施例，但是不用说，本发明也可以应用于通过类似于上述的方法的熔融还原法生产有色金属和铁合金，如铬、镍和锰等的熔融还原装置。

此外，虽然通过参考了具有所说的矩形水平截面熔炉的熔融还原装置解释了本实施例，但是不用说，本发明也可以应用于具有圆形水平截面的熔炉的熔融还原装置。

如上所述，在第五个发明中，所说的上部风嘴的端部安装在所说的下部风嘴之上并且最高到所说的熔炉内的熔渣的上表面的高度的位置上，结果，在所说的泡沫渣中产生的CO气体和在所说的含碳物料中的氢组分与通过所说的上部风嘴向所说的熔渣中吹入的氧气进行二次燃烧。所以，从所说的上部空间向所说的熔渣的传热变得没有必要。因此，无需通过在所说的金属熔池的表面之下的风嘴吹入搅拌所说的金属的气体在所说的熔渣和所说的可燃气体之间的温度差就可以减小。因此可以期望得到下面所述的效果。

*在所说的熔渣和所说的的可燃气体之间的温度差减小，根据所说的温度差的减小可以降低从所说的熔炉排出的可燃气体的温度。根据对应于所说的温度降低的热量减少，可以减少所说的含碳物料和氧气的单位需要量。

*可以降低从所说的熔炉中排出的可燃气体的温度，降低了被所说的水冷板的区域带走的热量。根据所说的热量，减少了所说的含碳物料和氧气的单位需要量。

*由于在所说的熔渣中进行了所说的二次燃烧的反应，可以减小所说的上部空间，因此，减少了被朝向所说的熔炉的上部空间的水冷板的区域所带走的热量，根据所说的热量，减少了所说的含碳物料和氧气的单位需要量，而且，可以减小所说的熔炉的高度，于是可以减少所说的设备成本。

*由于所说的熔融金属不会被吹起到所说的熔渣中，因而所说的熔融金属不会被通过所说的下部风嘴向所说的熔渣中吹入的氧气和/或富氧气体重新氧化，从而提高了所说的还原速率，即所说的生产率。

*由于所说的熔融金属不会被吹起到所说的熔渣中，因而所说的熔渣的热含量和导热率小，所以，与所说的熔渣接触的炉壁和下部风嘴可以做成水冷结构，从而使其可以半永久地使用。因此，可以达到降低所说的耐火材料和风嘴的成本，并大大减少停止运行进行修理和更换的频率。

*由于不需要在所说的金属熔池的表面之下的风嘴，所以，大大降低了所说的耐火材料和风嘴的成本，并且大大降低了停止运行进行修理和更换的频率。

实施例12

图39是展示在根据第六个发明的熔融还原装置的一个实施方案中的一种熔炉结构的垂直截面图。图40是沿图39中的A-A线截取的截面图。图40是沿图39中的B-B线截取的截面图。

在所说的熔融还原装置中，其中，把金属原料、含碳物料和助熔剂装入熔炉1，从而直接生产熔融生铁7，通过下部风嘴13向泡沫渣8中吹入氧气和/或富氧气体，所说的的下部风嘴13的安装方式使其在朝向所说的熔渣在水平方向上穿入具有矩形水平截面的熔炉的长边18。在所说的长边方向上的熔炉的上表面的一端安装一个原料装料口。在其另一端安装一个用于排出从所说的熔炉中产生的可燃气体的气体出口6。

在所说的长边方向上，在与气体出口6相同的一端的端部19上安装一个用于吹入粉末形式的含碳物料的喷枪26和一个用于吹入粉末形式的铁原料的喷枪27，它们各自倾斜插入泡沫渣8中。用于吹入含碳物料的喷枪26和用于吹入铁原料的的喷枪27的端部设在下部风嘴13之上并且最高到与泡沫渣8的上表面相对应的高度的位置上。

所说的含碳物料通过筛分设备30-a分为块状形式的含碳物料(至少约2mm)和粉末形式的含碳物料(最大2mm)。所说的块状形式的含碳物料装入料斗31-a，它通过传送带32输送并通过原料装料口5装入熔炉1中。另一方面，所说的粉末形式的含碳物料装入喷吹设备33-a，它通过喷吹管34-a输送，通过用于喷吹所说的含碳物料的喷枪26吹入在熔炉1中泡沫渣8中。

把所说的铁原料分成块状形式的铁原料(至少约2mm)和粉末形式的铁原料(最大2mm)。将所说的块状形式的铁原料装入料斗31-b中，它通过传送带32输送并通过原料装料口5装入熔炉1中。另一方面，将所说的粉末形式的铁原料装入喷吹设备33-b中，它通过喷吹送管34-b输送，通过用于喷吹所说的铁原料的喷枪27吹入在熔炉1中泡沫熔渣8中。

下面将参照图39解释本实施例中的熔炉内的泡沫渣8的上表面的高度。

在本实施例中，将解释一种熔融还原装置，其中，在不同高度上设置出铁口和出渣口，通过以高度差为基础的虹吸原理控制所说的熔炉内的熔融生铁7和泡沫渣8的体积，超过控制体积的熔融生铁和熔渣部分自动排出。但是，不用说，本发明也可以应用于，其中使用其它的出铁和排渣系统的，例如在高炉中的出铁口开口系统的其它熔融还原装置。

在本实施例中的以虹吸原理为基础的出铁和排渣系统中，从下部风嘴13到出渣口12的高度H₁和从下部风嘴13到泡沫渣8的上表面的高度H₂之间的关系用下式表示：

H₁=H₂×γ₂/γ₁    ……(7)

其中，γ₁是在渣熔池10中的被压熔渣24的比重，γ₂是在所说的熔炉内的泡沫渣8的比重。

由于在泡沫渣8中的泡沫与通过反应式(1)、(2)和(3)在其中产生的CO气体进行对流，所以，在所说的熔炉内并且在所说的下部风嘴13之上的泡沫渣(8)的比重γ₁为在渣熔池10中的被压熔渣24的比重γ₂的1/2～1/3。因此，本发明人通过试验运行等已经证实了从下部风嘴13到泡沫熔渣8的上表面的高度H₂为从下部风嘴13到出铁口12的高度H₁的2～3倍。

由于从下部风嘴13到喷枪26和27的端部的高度H₃被设定如下：H₁＜H₃，所以，用于吹入所说的含碳物料的喷枪26和用于吹入所说的的铁原料的喷枪27安装在下部风嘴13之上。而且，由于从下部风嘴到所说的上部风嘴14的端部的距离确定如下：H₃＜3×H₁，即H₃＜H₂，所以，用于吹入所说的含碳物料的喷枪26和用于吹入所说的铁原料的喷枪27的端部设在所说的熔炉内的泡沫渣8的上表面的侧壁上。因此，由于从下部风嘴13到上部风嘴14的端部的高度H₃确定如下：H₁＜H₃＜3×H₁，所以，用于吹入所说的含碳物料的喷枪26和用于吹入所说的铁原料的喷枪27的端部设在下部风嘴13之上并且最高到与所说的熔炉内的泡沫熔渣8的上表面对应的高度的位置上。

实施例13

图42是表示在根据第六个发明的熔融还原装置的另一个实施方案中的一种熔炉结构的垂直截面图。图43是沿图42中的A-A线截取的截面图。图44是沿图42中的B-B线截取的截面图。

在所说的熔融还原装置中，其中，把金属原料、含碳物料和助熔剂装入熔炉1，直接生产熔融生铁7，通过下部风嘴13向泡沫渣8中吹入氧气和/或富氧气体，所说的的下部风嘴13的安装方式使得在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入具有矩形水平截面的熔炉的长边18。在所说的长边方向上的熔炉的上表面的两端分别安装原料装料口5。在所说的熔炉的上表面的长边方向的中心安装用于排出从所说的熔炉中产生的可燃气体的气体出口6。

在所说的长边方向上的中心部分的长边18上安装一个用于吹入粉末形式的含碳物料的喷枪26和一个用于吹入粉末形式的铁原料的喷枪27，它们各自倾斜插入泡沫渣8中。用于吹入含碳物料的喷枪26和用于吹入铁原料的的喷枪27的端部设在下部风嘴13之上并且最高到与泡沫熔渣8的上表面对应的高度的位置上。

由于在本实施例中从下部风嘴13到喷枪26和27的端部的高度H₃也设为：H₁＜H₃＜3×H₁，所以，用于吹入所说的含碳物料的喷枪26和用于吹入所说的铁原料的喷枪27的端部就设在下部风嘴13之上并且最高到与所说的熔炉内的泡沫熔渣8的上表面相对应的高度的位置上。

虽然参照了按还原法进行的铁的生产来解释本实施例，但是不用说，本发明也可以应用于通过类似于上述的方法的熔融还原法生产有色金属和铁合金，如铬、镍和锰等的熔融还原装置。

如上所述，在第六个发明中取得了如下所述的效果。

*安装了用于吹入粉末状含碳物料和/或铁原料的喷枪，并且所说的喷枪布置在所说的下部风嘴之上且最高到与所说的熔炉内的熔渣的上表面对应的高度的位置上，从而使得所说的含碳物料和/或铁原料被吹入到所说的熔渣中。因此，所说的粉末形式的含碳物料和/或铁原料在所说的熔渣中熔化并反应，并且不会飘浮在所说的熔渣的上表面上，于是明显减小了被从所说的熔渣中产生的可燃气体的上升气流带走的比例，因此，明显提高了所说的含碳物料和/或铁原料的利用率。

*仅在所说的熔炉的上表面的长边方向的一端安装了单一的一个原料装料口，用于吹入所说的粉末形式的含碳物料和/或铁原料的喷枪安装在所说的熔炉的上表面的长边方向的另一端上。因此，使得在所说的熔渣中的所说的铁原料和含碳物料的浓度在所说的长边方向上均匀，即使在增大产量时，也可以使所说的原料装料口为一个，也就是说，延长了具有矩形水平截面的熔炉的长边。因此，所说的原料装料设备的数量为一个，降低了所说的安装成本。

*由于仅安装了一个单一的原料装料口，所以，可以增大所说的原料装料口和所说的气体出口之间的距离。因此，即使在所说的金属原料和所说的含碳物料的颗粒尺寸小时，可以防止进入从所说的熔炉中产生的可燃气体流并直接流失的金属原料和含碳物料的量的增加。

*氧气和/或富氧气体通过所说的下部风嘴吹入，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的熔炉的侧壁，而没有通过所说的底部风嘴朝向所说的熔融生铁吹入含氧气体，所以单独搅拌了所说的熔渣。因此，所说的熔融生铁的颗粒既不会并吹入所说的熔渣或吹到所说的熔渣之上，也不会被通过所说的上部风嘴吹入的氧气或富氧气体重新氧化。因此，提高了所说的还原速率，即所说的生产率，并减少了与所说的可燃气体一起流失的金属组分的量。

*由于所说的熔融金属的颗粒不会悬浮在所说的熔渣中，所以，所说的熔渣的热含量和导热率低，所说的炉壁可以做成水冷结构。而且，所说的熔炉没有在所说的金属熔池的表面之下的风嘴。因此，明显减少了所说的耐火材料的单位需要量和修理的频率。

Claims (22)

1、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉中，经下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的矩形熔炉的两个长边，这种熔炉结构的特征在于，底部风嘴安装在所说的熔炉底部的短边方向的中心位置附近，通过该喷嘴向所说的熔融金属吹入惰性气体。

2、根据权利要求1的熔融还原装置的熔炉结构，其特征在于，在所说的下部风嘴的高度上的熔炉的水平截面的短边方向上的长度L₁设定为：

2×L₃＜L₁≤2×(L₃+H×tanθ)

其中，H是所说的熔融金属和所说的熔渣的总高度，L₃是通过所说的下部风嘴向所说的熔渣中吹入的气体在水平方向上的有效距离，2θ是经所说的底部风口向所说的熔渣中吹入的气体的分布角。

3、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入所说的熔炉中，经下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的熔炉的侧壁，这种熔炉结构的特征在于，最下部风嘴的安装方式使得所说的风嘴位于在所说的下部风嘴之下并且不低于与在所说的熔炉中的所说的熔渣和所说的熔融金属之间的界面相对应的位置的熔炉的侧壁部位上，其方向与水平方向成向下的0～45°角，通过所说的喷嘴吹入惰性气体。

4、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉中，通过下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的矩形熔炉的长边，这种熔炉结构的特征在于，所说的下部风嘴以与垂直于所说的熔炉的长边方向成15-45°角朝向与原料装料口相反的方向。

5、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉中，通过下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的矩形熔炉的长边，这种熔炉结构的特征在于，在所说的矩形熔炉的长边方向的中心部分的两对所说的下部风嘴之间的间距L6确定如下：

2×H×tanθ＜L₆≤6×H×tanθ

其中，H是从所说的下部风嘴到所说的渣熔池表面的高度，2θ是经所说的下部风嘴向所说的熔渣中吹入的气体的分布角，从最接近所说的矩形熔炉的短边的下部风嘴到所说的矩形熔炉的短边的的距离L2被设定为：

L₂≤H×tanθ。

6、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉中，经下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的矩形熔炉的长边，这种熔炉结构的特征在于，在相邻的下部风嘴之间的间距被设定为：

2×H×tanθ＜L₁≤4×H×tanθ

其中，H是从所说的下部风嘴到所说的渣熔池表面的高度，2θ是经所说的下部风嘴向所说的熔渣吹入的气体的分布角，从最靠近所说的矩形熔炉的短边到所说的矩形熔炉的短边的距离L₂被设定为：

L₂≤H×tanθ。

7、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉中，经下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的矩形熔炉的长边，这种熔炉结构的特征在于，在所说的下部风嘴的高度上的熔炉的水平截面的短边方向上的长度L₅被设定为：

2×L₄＜L₅≤4×L₄

其中，L₄是经所说的下部风嘴向所说的熔渣中吹入的气体在水平方向上的有效距离，所说的矩形熔炉的长边用垂直的炉壁构成。

8、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉中，经下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的矩形熔炉的长边，这种熔炉结构的特征在于，在水平方向上朝向所说的熔渣吹入气体的喷嘴安装在所说的矩形熔炉的长边和/或短边上，其位置在所说的下部风嘴之上而最高到所说的熔炉内的熔渣的上表面的位置上。

9、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入具有矩形水平截面的熔炉中，经下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的矩形熔炉的长边，其特征在于，所说的具有矩形水平截面的熔炉的拐角部是斜角或圆角。

10、根据权利要求5的熔融还原装置，其特征在于，所说的熔炉结构包括权利要求7的熔炉结构的特点。

11、根据权利要求6的熔融还原装置，其特征在于，所说的熔炉结构包括权利要求7的熔炉结构的特点。

12、根据权利要求8的熔融还原装置，其特征在于，所说的熔炉结构包括权利要求9的熔炉结构的特点。

13、根据权利要求5的熔融还原装置，其特征在于，所说的熔炉结构包括权利要求8或9，或者权利要求8和9两者的熔炉结构的特点。

14、根据权利要求6的熔融还原装置，其特征在于，所说的熔炉结构包括权利要求8或9，或者权利要求8和9两者的熔炉结构的特点。

15、根据权利要求7的熔融还原装置，其特征在于，所说的熔炉结构包括权利要求8或9，或者权利要求8和9两者的熔炉结构的特点。

16、一种操作直接生产熔融金属的熔融还原装置的方法，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入用水冷板作内衬的熔炉中，经下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴在朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的熔炉的侧壁，同时通过上部风嘴和/或上部喷枪吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的上部风嘴和/或上部喷枪的安装方式使得所说的上部风嘴穿入所说的熔炉，其特征在于，包括通过所说的上部风嘴和/或上部喷枪的端部向所说的熔炉内的熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，所说的上部风口和/或上部喷枪的端部布置在所说的下部风嘴之上而最高到与所说的熔炉内的熔渣的上表面相对应的高度上的位置上。

17、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入用水冷板作内衬的熔炉中，经下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴朝向所说的熔渣的水平方向上穿入所说的熔炉的侧壁，同时通过上部风嘴和/或上部喷枪吹入氧气和/或富氧气体直接生产熔融金属，所说的上部风嘴和/或上部喷枪的安装方式使得所说的上部风嘴穿入所说的熔炉，其特征在于，从所说的下部风嘴到所说的上部风嘴和/或所说的上部喷枪的端部的高度H₃确定如下：

H₁＜H₃＜3×H₁

这里，H₁是从所说的下部风嘴到出渣口的高度。

18、一种操作直接生产熔融金属的熔融还原装置的方法，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入所说的熔炉中直接生产熔融金属，其特征在于，包括经下部风嘴向熔渣中吹入氧气和/或富氧气体，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴朝向所说的熔渣穿入所说的具有矩形水平截面的熔炉的两个长边，及经喷枪向所说的熔炉内的熔渣中吹入所说的含碳物料和/或金属原料，所说的喷枪的的安装方式使得所说的喷枪的端部布置在所说的下部风嘴之上而最高到与所说的熔炉内的熔渣的上表面相对应的高度的位置上。

19、根据权利要求18的操作一种熔融还原装置的方法，其特征在于，事先对所说的含碳物料和/或金属原料进行筛分，经所说的喷枪吹入所说的粉末形式的含碳物料和/或金属原料，经设在所说的熔炉上方的原料装料口装入所说的块状含碳物料和/或金属原料。

20、一种直接生产熔融金属的熔融还原装置的熔炉结构，它通过把金属原料、含碳物料和助熔剂装入所说的熔炉中直接生产熔融金属，其特征在于，所说的下部风嘴的安装方式使得所说的下部风嘴朝向所说的熔渣穿入所说的具有矩形水平截面的熔炉的两个长边，所说的喷枪的安装方式使得所说的喷枪的端部布置在所说的下部风嘴之上而最高到与所说的熔融内的熔渣的上表面相对应的高度的位置上，从所说的下部风嘴到所说的上部风嘴和/或所说的上部喷枪的端部的高度H₃被设定为：

H₁＜H₃＜3×H₁

其中，H₁是从所说的下部风嘴到出渣口的高度。

21、根据权利要求20的熔融还原装置的熔炉结构，其特征在于，在所说的熔炉的顶表面上的所说的长边方向的一端安装一个原料装料口，在所说的长边方向的另一端安装用于吹入所说的粉末形式的含碳物料和/或金属原料的喷枪。

22、根据权利要求20的熔融还原装置的熔炉结构，其特征在于，在所说的熔炉的顶表面上的所说的长边方向的两端安装两个原料装料口，在所说的长边方向的中心安装用于吹入所说的粉末形式的含碳物料和/或金属原料的喷枪。

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