CN1307645A - 直接熔炼方法 - Google Patents

Abstract

一直接熔炼工艺,在冶金容器中形成金属层及渣层的熔池;经多支喷枪/喷嘴将含金属原料及固体含碳物料喷入金属层中,在该层中将含金属原料熔炼成金属。使熔融材料抛射到熔池上方的顶部空间中形成过渡区。经1或几支枪/喷嘴将含氧气体喷入容器以使自熔池放出的反应气体后燃烧,借助在过渡区中上升后回落的飞溅物、液滴及液流促进向熔池传热,借助过渡区将容器与过渡区接触的侧壁损失的热减至最少。通过保持渣存有量来控制工艺。

Description

直接熔炼方法

本发明涉及在盛有熔池的冶金容器中，用含金属的原料，如矿石、部分还原矿石及含金属的废物生产熔融金属(该术语包括金属合金)的方法，该熔融金属绝不仅仅是铁。

本发明尤其是涉及以金属熔池为基础的，用含金属原料生产金属液的直接熔炼方法。

应用最广泛的生产金属液的方法建立在应用高炉的基础上。将固体料加在该炉的顶部，再从炉缸放出铁水。固体料包括铁矿石(烧结状、块状或球团状)、焦炭和熔剂，它们形成可透气的向下移动的料柱。将预热过的空气(它可以是富氧的)喷入该炉底部，然后穿过透气的料床向上移动，并因焦炭燃烧而产生一氧化碳和热。这些反应的结果是生成了铁水和渣。

在低于所生成的铁的熔点时使铁还原而产生铁的方法一般归类为“直接还原法”，而其产品则被称为DRJ。

FIOR(流态化铁矿石还原)法是直接还原法的例子。该法在一系列流化床反应器中的各个反应器通过自动供应矿粉将铁矿石粉还原。该矿粉被加压的还原气体还原，该气体经一系列还原器的最下面的一个的底部进入，然后逆着向下移动的精矿流动。

其它的直接还原法包括以移动竖炉为基础的方法、以静置竖炉为基础的方法，以回转炉为基础的方法，以回转窑为基础的方法及以蒸馏炉为基础的方法。

COREX法不用高炉所需的焦炭、直接用煤生产铁水。该法包括如下的2-阶段的作业。

a)在竖炉中用铁矿石(块状或球团状)、煤及熔剂的透气的床生产DRI；

b)不经冷却将此DRI加入相连的熔融气化器中。

煤在熔融气化器的流化床中的部分燃烧产生了用于此竖炉的还原气体。

其它一些生产铁水的方法建立在气旋转换器上，在其中铁矿石因氧和还原气体在上熔融旋风器中的燃烧而熔化，然后在盛有铁熔池的下熔炼器中被熔炼。下熔炼器产生了用于上熔化旋风器的还原气体。

用矿石直接产生金属液的方法通常被称为“直接熔炼法”。

一些已知的直接熔炼法建立在采用电炉的基础上，电是熔炼反应的主要能源。

另一种已知的直接熔炼法通常被称为Romelt法，该法建立在采用作为介质的大体积、高搅动渣池的基础上，该渣池是将自顶部加入的金属氧化物熔炼成金属及使气态的反应产物后燃烧，并在需要时将此热传递，以使金属氧化物的熔炼持续进行。Romelt法包括通过一排下喷嘴将富氧空气或氧喷入渣中以使渣搅动，以及经一排上喷嘴将氧喷入渣中以促进后燃烧。在Romelt法中金属层不是重要的反应介质。

另外一些以渣为基础的直接熔炼法通常被称为“深渣”法。这些方法，如DIOS和AISI法基于形成带有三个区域的深渣层，该三个区域即是使反应气体与喷入的氧后燃烧的上部区；将金属氧化物熔炼成金属的下部区；以及将上、下区分隔开的中间区。就Romelt法而言，渣层下的金属层不是重要的反应介质。

另一种依赖熔融金属层作反应介质，并通常被称为Hlsmelt法的已知直接熔炼法被述于以申请人的名字申请的国际申请PCT/AU 96/00197(WO96/31627)中。

述于该国际申请中的Hlsmelt法包括：

(a)在容器中形成金属液和渣的熔池；

(b)将下述物料喷入该熔池中：

(i)含金属的原料，一般为金属氧化物；

(ii)固体含碳物料，一般为煤，它起着金属氧化物还原剂及能源的作用；

(c)在金属层中将此含金属的原料还原成金属。

Hlsmelt法还包括使自熔池释放出来的反应气体在熔池上方的空间中与含氧气体后燃烧，并将后燃烧所产生的热传给熔池，以便为含金属的原料的熔炼提供所需的热能。

Hlsmelt法还包括在熔池的名义上的静止表面的上方形成过渡区，其中有大量的有用的，上升然后下降的金属液和/或熔渣的液滴或飞溅物或液流，它们为将熔池上方后燃烧所生成的热能传给熔池提供了有效的传热介质。

述于该国际申请中的Hlsmelt法的特征在于：通过在该容器的与熔池接触和/或在其上方的区的侧部将载气和含金属的原料和/或固体含碳物料和/或其它固体原料喷入熔池，从而使载气和固体物料侵入熔池中，并将金属液和/或熔渣抛入熔池表面上方的空间中，结果形成与熔池接触和/或在其上方的过渡区。

该国际申请中所述的Hlsmelt法是对早期类型的Hlsmelt法的一种改进，它通过将气体和/或含碳物料底吹到熔池中形成了过渡区，底吹使得熔融金属和渣的液滴、飞溅物及液流从熔池中被抛射出来。

该申请人对Hlsmelt进行了大量工业实验，并取得了一系列与该法相关的发现。

一般来说，本发明是一种用含金属的原料生产金属的方法，它包括如下步骤：

(a)在冶金容器中形成具有金属层及其上的渣层的熔池；

(b)经由多个喷枪/喷嘴将含金属的原料及固体含碳物料喷入金属层中；

(c)在金属层中将含金属的原料熔炼成金属；

(d)使熔融物料作为飞溅物、熔滴和液流状被抛射到熔池的名义上静止表面上方的空间中，从而形成过渡区；

(e)经由一或多个喷枪/喷嘴将含氧气体喷入该容器中，以使自熔池中释放出来的反应气体后燃烧，从而使在过渡区中上升然后下落的熔融材料的飞溅物、液滴和液流将热有利地传给熔池，借此使自该容器经由其与过渡区相接触的侧壁损失的热减至最少；

该法还包括通过保持高的渣存有量来控制工艺过程的步骤。

本文中的术语“熔炼”应理解为指的是热加工过程，其中发生使含金属的原料还原，从而产生金属液的化学反应。

就熔池而言的术语“静止表面”应理解为指的是在没有气体/固体喷入，因而没有熔池搅动的工艺条件下的熔池表面。

熔池名义上的静止表面上方的空间在下文中被称为“顶部空间”。

该工业实验的主要结论是：为控制自容器损失的热及向金属层传热，在该容器中，尤其是在过渡区中维持大量的渣是重要的。渣对Hlsmelt法的重要性与对Hlsmelt法作的先期实验工作明显不同。按早先的工作，不认为渣量对于该方法是重要的。

“高的渣存有量”的概念可理解为在容器中的渣的深度。

该法包括通过在稳定的操作条件下将渣层控制在0.5-4米的深度来维持高的渣存有量是可取的。

该法包括通过在稳定的操作条件下将渣层控制在1.5-2.5米的深度来维持高的渣存有量是可取的。

该法包括在静止的操作条件下将渣层控制在至少1.5米深来维持高的渣存有量则更好。

“高的渣存有量”的概念还可理解为与在该容器中的金属量相当的渣量。

当该方法在稳定状态下运行时，该法包括通过将金属：渣的重量比控制在4∶1-1∶2之间来维持高的渣存有量则是可取的。

该法包括通过将金属：渣的重量比控制在3∶1-1∶1之间来维持高的渣存有量则更好。

而特别好的是，该法包括通过将金属：渣的重量比控制在3∶1-2∶1之间来维持高的渣存有量。

容器中的渣量，即渣的存有量对过渡区中的渣量有直接的影响。

渣较之金属的相当低的传热特性对于将从过渡区到侧壁，及从容器经由其侧壁损失的热变为最少是重要的。

通过适当的工艺控制，过渡区中的渣可在侧壁上形成渣层，它对自侧壁的热损失增加了阻力。

因此，通过改变渣的存有量，就可增加或减少过渡区中的渣量及侧壁上的渣量，从而控制经由容器侧壁损失的热。

渣可在侧壁上形成“湿”渣层和“干”渣层。“湿”层包括粘附在侧壁上的凝固层、半固化(糊状)层和外液体膜。“干”层是其中的渣几乎全都凝固的层。

容器中的渣量还为后燃烧程度提供了控制措施。

尤其是，若渣的存有量过低，则将加大过渡区中金属的暴露，从而增加了金属及金属中的溶解碳的氧化，加大了后燃烧降低的可能，并因之减少了后燃烧，结果使过渡区中的金属起不到将热传向金属层的积极作用。

此外，若渣的存有量过高，则过渡区中的一或多支含氧气体喷枪/喷嘴将被淹没，这使得顶部空间的反应气体向一支或每支喷枪/喷嘴的运动减至最小，结果减小了后燃烧的潜势。

容器中的渣量，即渣存有量(在渣层深度或金属：渣的重量比方面测得的)可用金属和渣的排放速率控制。

容器中渣的产生可通过含金属材料、含碳材料、熔剂的添加速度来控制，及例如含氧气体喷入速度等参数的调整来控制。

本发明方法的特征在于，控制经由过渡区向金属层传热及控制容器经由过渡区损失的热。

如上所述，本发明的特征尤其在于通过维持高渣存有量来控制工艺过程。

此外，本发明的特征还在于，借助于以下的工艺特性，分别地或组合地控制工艺过程：

(a)设置一或多支含氧气体喷枪，并以一定的流量喷射含氧气体，以使：

(i)含氧气体被朝向渣层喷出并穿透过渡区；

(ii)含氧气流使熔融材料的飞溅物、液滴和液流绕该或每支喷枪/喷嘴的下部偏转，从而在该或每支喷枪/喷嘴的周围形成被称为“自由空间”的气体连续空间；

(b)通过调节下述一或多个参数，使渣主要溅射在与过渡区相接触的容器侧壁上来控制容器的热损失：

(i)溶池中的渣量；

(ii)通过一或多支含氧气体喷枪/喷嘴喷射含氧气体的流量；

(iii)通过该喷枪/喷嘴的含金属原料及含碳物料的流量。

在该含金属原料为含铁原料的情况下，本发明的特点还在于：通过将铁水中的溶解碳含量控制为至少3％(重量)，并将渣保持在强还原状态，从而使渣层及过渡区中的FeO含量小于6％(重量)，更好是小于5％(重量)来控制工艺过程。

该冶金容器最好包括：

(a)上述的用于喷射含氧气体的一或多支喷枪/喷嘴及用于将固体材料，如含金属的原料、含碳物料(一般为煤)及熔剂喷入该容器中的喷枪/喷嘴；

(b)将金属液和渣从该容器中排出的出口；

(c)一或多个气体出口。

为操纵此方法，该容器盛有具金属层及其上的渣层的熔池是至关重要的。

术语“金属层”在本文中应理解为指的是金属占主要地位的熔池区。

术语“渣层”在本文中应理解为指的是熔池中渣占主要地位的区域。

本发明方法的一个重要特点在于：含金属的原料至少主要在熔池的金属层中被熔炼成金属。

在实践中，在该容器的其它区域，如渣层中将有一定比例的含金属的原料被熔炼成金属。但本发明方法的目的及该法与现有技术方法工艺间的区别在于在金属层中熔炼最多的含金属的原料。

因此，该方法包括将含金属的原料及起着还原剂来源及能源作用的含碳物料喷入金属层。

一种选择方案是经由位于金属层上方，并向下朝其延伸的喷枪/喷嘴喷射含金属的原料和含碳物料。该喷枪/喷嘴一般穿过容器侧壁并向内成一角度而且向下朝向金属层的表面延伸。

另一种选择方案，虽然决不仅有的一个其它的方案，是经由容器底部中的，或与金属层接触的容器侧壁中的喷嘴喷射含金属的原料及含碳物料。

可通过同一或另外的喷枪/喷嘴喷射含金属的原料及含碳物料。

本发明方法的另一重要特点在于：它使熔融材料，一般呈飞溅、液滴和液流形状的材料从熔池被向上抛射到位于熔池静止表面上方的至少部分顶部空间中，结果形成过渡区。

过渡区与渣层大不一样。在本方法稳定的作业条件下，渣层含有位于连续的液相体积中的气泡，而过渡区则包含位于连续的气相体积中的飞溅物，液滴和液流。

该方法最好包括使熔融材料以飞溅物、液滴和液流状态被抛射到过渡区上方的顶部空间中。

本发明的另一重要性能是，它使产生于熔池中的反应气体，如CO和氢在熔池名义上静止的表面上方的顶部空间(包括过渡区)中后燃烧，然后将后燃烧所产生的热传给金属层以维持熔池温度，就该层中的吸热反应而言，这是必不可少的。

含氧气体最好是空气。

该空气更好是经过预热的。

通常将此空气预热到1200℃。

空气可以是富氧的。后燃烧程度最好为至少40％，后燃烧的定义是： $\frac{\left[{\mathrm{CO}}_2\right]+{[H}_{2}O]}{\left[{\mathrm{CO}}_2\right]+\left[H_{2}O\right]+\left[\mathrm{CO}\right]+\left[H_2\right]}$

其中

[CO₂]＝废气中CO₂所占的体积％；

[H₂O]＝废气中的H₂O所占的体积％；

[CO]＝废气中CO所占的体积％；

[H₂]＝废气中H₂所占的体积％。

出于2种原因，过渡区是重要的。

首先，熔融材料的上升然后回落的飞溅物，液滴和液流是将于熔池静止表面上方的顶部空间中由反应气体后燃烧所产生的热传给熔池的有效手段。

其次，过渡区中的熔融材料，尤其是渣是将容器经由侧壁损失的热减至最少的有效手段。

本发明方法和现有技术方法间的主要区别在于：按本发明方法，主熔炼区是金属层，而主氧化(即生成热)区在上方并在过渡区中，而且这些区域在空间是被明显区分的，传热则是借助金属液和渣在此2区间的物理运动进行的。

过渡区最好经由向下朝着金属层的喷枪/喷嘴用载气喷射含金属的原料及含碳物料而产生的。

如上所述，喷枪/喷嘴更好是穿过容器侧壁，并成一向内的角度及向下朝向金属层延伸。

朝向金属层，然后进入其中的固体材料喷射有如下后果：

(a)固体材料/载气的冲量使此固体材料及气体穿入金属层中；

(b)含碳物料，通常是煤，脱去挥发份，因而在金属层中产生气体；

(c)大部分碳熔于金属中，其余保持固态；

(d)如(c)条所述的被喷入的碳将含金属的原料熔炼成金属，而且该熔炼反应还生成CO气体；

(e)被送入金属层中的、因脱去挥发份及熔炼而产生的气体使来自金属层中的金属液、固体碳及渣(由于喷射固体/气体而被吸入金属层的渣)产生很大的向上浮力，该浮力导致了熔融金属和渣的飞溅、熔滴和液流向上运动，而当这些飞溅、液滴和液流穿过渣层时，它们就夹带了渣。

本发明另一重要特性是，选择喷射含氧气的一或多支喷枪/喷嘴的位置及作业参数及控制过渡区的作业参数，从而使：

(a)含氧气体向着渣层喷射并穿透过渡区；

(b)含氧气体的流股使熔融材料的飞溅、液滴和液流偏转，从而实际上使：

(i)过渡区围绕一或多支喷枪/喷嘴的下部向上延伸；

(ii)在一或多支喷枪/喷嘴端部周围形成被称为“自由空间”的气体连续空间。

形成自由空间是一重要特点，因为它能将容器顶部空间中的反应气体被吸入一或多支含氧气体喷枪/喷嘴端部区域中，并使之在该区中后燃烧。

在此，“自由空间”理解为几乎不含金属和渣的空间。

此外，上述的熔融材料的偏离在一定程度上使容器侧壁与生成于该，或每支喷枪/喷嘴端部的燃烧区屏蔽开来。它还能使更多的能量从顶部空间内的后燃烧气体中返回到熔池中。

该方法最好包括以涡流运动的模式将含氧气体喷入容器中。

参照附图，通过举例进一步描述本发明，其中

图1是穿过冶金容器截取的垂直剖面图，它示意地图示了本发明方法的较佳实施方案。

下面叙述熔炼铁矿石生产铁水，而应理解的是，本发明并不限于这种用途，它可用于任何的适用的金属矿石和/或精矿-这包括部分还原的矿石和返回的废炉料。

图中所示的容器有一炉膛，它包括用耐火砖砌成的基底3和侧帮55；一般为自炉膛的侧帮55向上延伸的圆桶状的侧壁5，它还包括上桶状段51和下桶状段53；炉顶7；废气出口9；用于连续排放金属液的前炉膛57；及用于排放熔渣的出渣口61。

在使用时，该容器盛有铁和渣的熔池，它包括金属液层15和其上的熔渣层16。标号17所示的箭头指出金属层15的名义上静止表面的位置，而标号19所示的箭头指示渣层16的名义上静止表面的位置。术语“静止”表面应理解为指的是，没有将气体和固体喷射到容器中时的表面。

该容器还包括2支向下延伸并与垂直方向成30°-60°角并穿过侧壁5进入渣层16的喷枪/喷嘴11。选择喷枪/喷嘴11的位置，以使其下端位于金属层15静止表面的上方。

在使用时，将夹带在载气(一般为N₂)中的铁矿石、固体含碳物料(一般是煤)及熔剂(一般是石灰和镁砂)经由喷枪/喷嘴11喷入金属层15中。固体物料/载气的冲量使该物料和气体穿入金属层15。在金属层15中煤被脱去挥发份，从而产生气体。碳部分地溶于金属中，部分仍为固体碳。铁矿石被熔炼成金属，而熔炼反应产生CO气体。传输到金属层15中的、因脱去挥发份和熔炼而生成的气体使金属层15中的金属液、固体碳和渣(因喷射固体/气体而被吸入金属层15中的渣)产生很大的向上浮力。该浮力使熔融的金属和渣的飞溅物、液滴及液流产生向上的运动，而当这些飞溅物、液滴和液流穿过渣层16运动时，它们夹带了渣。

金属液、固体碳和渣的向上浮动在金属层15和渣层16中产生巨大的搅动，结果渣层16体积膨胀，于是就有了箭头30所示的表面。搅动的程度是这样的：它使金属和渣的区域中有了合理的均匀的温度-一般为1450-1550℃，在每区中的温度变化的量级为30℃。

此外，金属液、固体碳和渣的向上浮动所引发的熔融材料的飞溅物、液滴和液流的向上运动延续到该容器中的熔池上方的顶部空间中，因而：

(a)形成了过渡区23；

(b)将一些熔融材料抛射到过渡区以上并落在位于过渡区23上方的侧壁5的部分上桶状段51及炉顶7上。

一般说来，渣层16是其中带有气泡的连续的液体体积，而过渡区23是带有熔融金属和渣的飞溅物、液滴及液流的连续的气体体积。

容器还包括喷射含氧气体(一般是经预热的富氧空气)的喷枪13，它位于中心并垂直地伸入该容器中。要选择喷枪13的位置，以使含氧气体穿过过渡区23的中心区域，并在枪13端部的周围基本上保持一个金属/渣的自由空间25。枪13包括使含氧气体以涡流模式被喷入该容器中的组件。

经由枪13喷射含氧气体使反应气体CO和H₂在过渡区23和枪13端部周围的自由空间25中后燃烧，于是在该气体空间中产生量级为2000℃或更高的高温。此热传给了在气体喷射区中上升和回落的熔融材料的飞溅物、液滴和液流，然后在此金属/渣返回金属层15时，此热被部分地传给了金属层15。

自由空间25的作用是获得高的后燃烧程度，因为它能使得过渡区23上空间中的气体卷入枪13的端部区，增加气体的暴露，以方便后燃烧。

喷枪13的位置，枪13中气体的流速，经过该枪的气体流量及熔融材料的飞溅物、液滴及液流的向上运动的综合效果是在枪13的下端区27的周围形成了过渡区23。所形成的这一区域对于侧壁5提供了局部的防辐射热传递的屏障。

此外，熔料的飞溅物、液滴及液流的上升和回落是从过渡区23向熔池传热的有效措施，结果使侧壁5的该区域内的过渡区23的温度为量级1450-1550℃的温度。

参照该方法运行时的金属层15、渣层16及过渡区23的水平面并参照该方法运行时被抛射到过渡区23的上方的顶部空间中的熔融金属和渣的飞溅物、液滴及液流来构成容器，从而使：

(a)与金属/渣层15/16接触的炉床和侧壁5的下桶状段53用耐火砖构成(在该图中用虚线表示)；

(b)至少部分侧壁5的下桶状段衬有水冷板8；

(c)用水冷板57，59构成与过渡区23和顶部空间31接触的侧壁5的上桶状段51和炉顶7。

侧壁5的上段10中的每块水冷板8、57、59都有平行的上、下沿和平行的侧沿，而且是弯的，从而限定了一个圆桶状段。每块板包括一内水冷管和一外水冷管。将这些管作成蛇状的构形，带有用弯管段相互连通的一些水平段。每个管还包括入水口和出水口。每个管被垂直间隔地放置，从而使外套的水平段不是正在内管水平段的后方(从板的暴露面，即暴露于容器内部的面看)。每块板还包括捣实的耐火材料，它们填充在每块板的相邻水平段的间隙中和管之间的间隙中。

将管的出水口和入水口相连成供水回路(未示)，它使水以高流量在管中循环。

在使用时，要控制作业条件，以便有足够的渣与水冷板57、59接触及有足够的热从板上被带走，从而在板上堆积和保持一层渣。该渣层对于经由过渡区及过渡区上方的顶部空间的其余部分损失的热构成了有效的热屏蔽。

如上所述，本申请人已在工业实验中找出了如下的工艺特点，它们单独地或综合地对工艺过程提供了有效的控制。

(a)控制渣的存有量，即渣层深度和/或渣/金属之比，以便使过渡区23中的金属对传热的正面效果与过渡区23中的金属因在过渡区23中的逆反应对后燃烧所产生的负面效果达到平衡。若渣的存有量过低，则金属暴露于氧过多，从而降低了后燃烧的潜势。另一方面，若渣的存有量过大，则枪13将埋在过渡区23中，从而使带入顶部空间25中的气体量减少，结果降低了后燃烧潜势。

(b)将金属中的熔解碳含量控制为至少3％(重量)，并以强还原态保持渣存有量，以使渣层16和过渡区23中的FeO含量小于6％(重量)。

(c)选择枪13的位置及控制经由枪13和喷枪/喷嘴11喷入的含氧气体及固体的流量，以将金属/渣自由区基本上保持在枪13端的周围及在枪13下段周围形成过渡区23。

(d)通过调整如下的一或多个参数，以控制因渣的飞溅物从容器中损失的热及从与过渡区23或与过渡区23上方接触的容器侧壁损失的热：

(i)渣的存有量；

(ii)经由枪13和喷枪/喷嘴11喷射的流量。

本申请人在其于Kwinana，Western Australia的实验工厂进行了一系列长炉后期的上述工业实验。

该工业实验是用该图所示的及上文所述的容器，并按上述的工艺条件进行的。

该工业实验在下述不同的范围内对容器作了详估，并对该方法进行的实验：

(a)原料；

(b)固体和气体的喷射流量；

(c)渣的存有量-按渣层深度和渣：金属比测得；

(d)运行温度；

(e)设备组成。

表1列出实验工厂的起动和稳定运行状态下的相关数据。

		起动	稳定运行
				熔池温度运行压力	(℃)(bar g)	14500.5	14500.5

HAB空气HAB中的氧HAB温度	(kNm3/h)(％)(C)	26.020.51200	26.020.51200
				DSO矿石煤煅烧熔剂	(t/h)(t/h)(t/h)	5.95.41.0	9.76.11.4
矿石输入温度	(C)	25.0	25.0
				热金属渣	(t/h)(t/h)	3.72.0	6.12.7
后燃烧废气温度	(％)(C)	60.01450	60.01450
				传给熔池的热损失于板的热	(MW)(MW)	11.812.0	17.38.0
耗煤率	(kg/thm)	1453	1003

铁矿石来源于Hamarsley，该矿石是正常的细的直接船运来的矿石，它含64.6％Fe、4.21％SiO₂及2.78Al₂O₃(以干矿为基准计)。

用无烟煤作还原剂及碳和氢的来源，以便燃烧和为该工艺过程供应能量。此煤的发热值为30.7MJ/kg，灰份为10％，挥发份为9.5％。其它的特征包括79.82％的总碳量、1.8％的H₂O、1.59％的N₂、3.09％的O₂及3.09％H₂。

使该工艺运行，用石灰和镁砂的组合熔剂将渣碱度保持为1.3(CaO/SiO₂之比)。镁砂提供MgO，以便通过在渣中保持适度的MgO含量来减少渣对耐火材料的浸蚀性。

在起动条件下，实验工厂这样运行：1200℃的热风流量为26000m³/小时；后燃烧率：60％((CO₂+H₂O)/(CO+H₂+CO₂+H₂O))；铁矿石粉的供料速率：5.9t/小时；煤的供料速率：5.4t/小时；熔剂的供料速率：1.0t/小时，它们均用N₂作载气以固态喷入。在容器中几乎没有或完全没有渣，因而没有机会在侧板上形成凝渣。结果，冷却水的热损失高达12MW。此实验厂以3.7t/小时的金属液(4.5％(重量)的碳)的生产率及1450kg煤/t所产生的金属液的耗煤率进行。

在稳定的作业条件下，由于控制了渣存有量及构成侧壁的水冷板上的渣层，达到了相当低的，8MW的热损失。降低了损失于水冷系统中的热，使生产率提高到6.1t/小时金属液。以同于起动时的热风流量及后燃烧率得到了这种提高了的生产率。固体喷射速率为9.7t/小时的矿粉；6.1t/小时的煤及与其一同喷入的1.4t/4时的熔剂。这种提高了的生产率还将耗煤率降到1000kg煤/t所得的金属液。

不违背本发明的精神和范围还可对上述本发明的较佳实施方案作出许多改进。

Claims (14)

1.一种用含金属原料生产金属的直接熔炼方法，该方法包括如下步骤：

(a)在一冶金容器中形成具有金属及其上的渣层的熔池；

(b)经由多支喷枪/喷嘴将含金属原料及固体含碳物料喷入金属层中；

(c)在金属层中将含金属原料熔炼成金属；

(d)使熔融材料以飞溅物、液滴和流股状被抛射到熔池名义静止表面上方的顶部空间中以形成过渡区；

(e)将含氧气体经一或多支喷枪/喷嘴喷入该容器中，以使自熔池中释放出来的反应气体后燃烧，从而借助在过渡区中上升然后回落的熔融材料的飞溅物、液滴和液流促进向熔池传热，并借助该过渡区将该容器经由与该过渡区相接触的侧壁损失的热减至最少；

该方法包括通过保持高渣存有量来控工艺过程的步骤。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，它包括通过将渣层控制为0.5-4m来保持高的渣存有量。

3.如权利要求2的方法，其特征在于，它包括通过将渣层控制为1.5-2.5m的深度来保持高的渣存有量。

4.如权利要求1的方法，其特征在于，它包括通过将渣层控制为至少1.5m的深度来保持高的渣存有量。

5.如权利要求1的方法，其特征在于，它包括将金属：渣的重量比控制在4∶1和1∶2之间。

6.如上述任一项权利要求的方法，其特征在于，它包括在稳定的工艺运行条件下，将金属：渣的重量比控制为3∶1-1∶1之间。

7.如权利要求6的方法，其特征在于，它包括通过在稳定的工艺条件下，将金属：渣的重量比控制在3∶1-2∶1之间以保持高的渣存有量。

8.如上述任一项权利要求的方法，其特征在于，步骤(c)包括至少主要在金属层中将金属原料熔炼成金属。

9.如上述任一项权利要求的方法，其特征在于，它包括设置一或多支含氧气体喷枪/喷嘴，并以如下流量喷射含氧气体：

(a)使含氧气体向渣层喷射，并穿透过渡区；

(b)含氧气体的流股使熔融材料的飞溅物、液滴及液流绕一或多支喷枪/喷嘴的下部偏转，并在该一或多支喷枪/喷嘴的端部形成气体连续空间。

10.如上述任一项权利要求的方法，其特征在于，它包括通过使渣飞溅到容器的与过渡区接触的侧壁上和容器的炉顶上来控制容器的热损失，所述使渣飞溅是通过调整如下的一或多个参数完成的：

(i)熔池中的渣量；

(ii)经由一或多支含氧气体喷枪/喷嘴的含氧气体的喷射流量；

(iii)经由喷枪/喷嘴的含金属原料及含碳物料的流量。

11.上述任一项权利要求的方法，其特征在于，权利要求1的步骤(b)包括在金属层上方设置多支枪/喷嘴，并使之向下朝金属层延伸。

12.上述权利要求1-10中任一项的方法，其特征在于，权利要求1的步骤(b)包括经由多支枪/喷嘴将含金属的原料及含碳物料喷入金属层中，从而引起熔融材料的飞溅物、液滴和液流向上运动，该运动又形成了按权利要求1的步骤(d)定义的过渡区。

13.如权利要求12的方法，其特征在于，它包括喷射载气中的含金属原料及含碳物料。

14.如权利要求13的方法，其特征在于，它包括设置多支位于金属层上方并向下朝其延伸的枪/喷嘴。

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