CN1443246A - 直接熔炼方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可在商业上操作的用于在一种冶炼容器中生产铁和/或铁合金的直接熔炼方法。该方法包括下列步骤：通过多个固体喷射喷管(27)将固体供给材料喷射到熔池中和通过一个或多个喷管(26)将二次燃烧含氧气体喷射到容器中。该方法的特征在于，选择固体和氧气喷管的数量和这些喷管的相对位置以及控制生产操作条件以使：(i)扩展的熔池区(28)包括在氧气喷射区域和侧壁之间的包围容器的氧气喷射区域的升高区域(70)；(ii)熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流从升高区域向上投射并且形成在氧气喷射区域和容器侧壁之间的包围氧气喷射区域的幕(72)，并且使侧壁湿润；以及(iii)在氧气喷管下端周围形成一个自由空间(29)，该自由空间中的熔融材料浓度低于扩展的熔池区中的熔融材料浓度。

Description

直接熔炼方法和设备

技术领域

本发明涉及一种利用含铁材料生产铁和/或铁合金的方法和设备，所述含铁材料包括铁矿石、其它诸如铬铁矿石、部分还原的矿石的含铁矿石以及诸如回炉钢料的含铁废料流。

本发明特别涉及一种基于熔融金属熔池的直接熔炼方法和一种生产熔化的铁和/或铁合金的设备。

背景技术

一种已知的用于生产铁水的基于熔融金属熔池的直接熔炼方法是DIOS方法。DIOS方法包括一个预生产阶段和一个熔炼还原阶段。在DIOS方法中，利用来自于熔炼还原容器的排出气体使矿石(-8mm)在起泡流化床中被预热(750℃)和预还原(10至30％)，该熔炼还原容器装有一个铁和熔渣的熔池，并且熔渣在铁上形成了一个深层。矿石的细小部分(-0.3mm)和粗大部分(-8mm)在该方法的预还原阶段中被分离，-0.3mm的部分被收集在一个旋风分离器中并且随着氮气被喷入到熔炼还原容器中，而粗大的矿石在重力作用下被装填。预干燥的煤直接从熔炼还原容器的顶部被装填到熔炼还原容器中。煤分解成碎焦和熔渣层中的挥发物质，并且矿石溶解在熔渣中并且形成FeO。FeO在熔渣/铁和熔渣/碎焦界面处还原以生产铁。在熔渣/铁和熔渣/碎焦界面处产生的一氧化碳产生了一种泡沫渣。通过一种特别设计的喷管吹入氧，喷管将氧引入到泡沫渣内并且改善二次燃烧。氧气流使随着熔炼还原反应所产生的一氧化碳燃烧，从而产生热量，这些热量在底部吹入的气体的强烈搅动作用下首先被传递到熔渣，接着被传递到熔渣/铁界面。从熔炼还原容器的底部或者侧面被引入到热铁水熔池中的搅动气体能够提高热交换效率并且增大用于还原的熔渣/铁界面，因此提高容器生产率和热效率。但是，由于氧气流和熔渣中的铁熔滴之间的相互反应增强会降低生产率以及增大耐火材料的磨损，因此当强烈的搅动减弱二次燃烧时，喷射速度必须被限制。周期性地排出熔渣和铁。

另一种已知的生产铁水的直接熔炼方法是Romelt方法。Romelt方法基于大容积的充分搅动的熔渣熔池用作在熔炼还原容器中将含金属的供给材料熔炼成铁以及使气态反应产物二次燃烧和传递连续熔炼含金属的供给材料所需的热量的介质。含金属的供给材料、煤和助熔剂在重力作用下通过在容器顶部中的开口被供给到熔渣熔池中。Romelt方法包括通过下排风口将富含氧的空气喷射到熔渣中以形成必需的熔渣搅动以及通过上排风口将富含氧的空气或者氧气喷射到熔渣中以改善二次燃烧。在熔渣中产生的铁水向下移动并且形成一个铁层，通过前炉排出。在Romelt方法中，铁层不是一种重要的反应介质。

另一种已知的生产铁水的直接熔炼方法是AISI方法。AISI方法包括一个预还原阶段和一个熔炼还原阶段。在AISI方法中，预热的和部分预还原的铁矿石团粒、煤焦粉或者助熔剂从顶部被装填到一个加压的熔炼反应器中，加压的熔炼反应器中装有铁和熔渣的熔池。煤除去熔渣层中的挥发性物质，铁矿石团粒溶解在熔渣中，接着被熔渣中的碳(碎焦)还原。该方法操作条件导致熔渣起泡。在该方法中产生的一氧化碳和氢在熔渣层中或者正上方二次燃烧以提供吸热还原反应所需的能量。通过一个中心的水冷喷管从顶部吹入氧气并且通过在反应器底部的风口喷入氮气以确保充分的搅动，从而有助于二次燃烧能量与熔池之间的热交换。该方法的排出气体在被供给到一个竖炉以对团粒预热并且将团粒预还原成FeO或者方铁体之前在一个热旋风分离器中除尘。

在以本申请人的名义申请的国际专利申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)中描述了另一种已知的直接熔炼方法，该直接熔炼方法依赖于一种作为反应介质的铁水层，通常被称为Hismelt方法。

在该国际申请中所描述的Hismelt方法包括：

(a)在一个容器中形成铁水和熔渣的熔池；

(b)将(i)一种含金属的供给材料，通常为铁的氧化物；和(ii)一种固体含碳材料，通常为煤，该固体含碳材料用作铁的氧化物的还原剂以及能量源喷射到熔池中；以及

(c)在铁层中将含金属的供给材料熔炼成金属。

该Hismelt方法还包括将含氧气体喷入熔池上方的空间中，使从熔池中释放的反应气体(诸如一氧化碳和氢气)二次燃烧并且将二次燃烧所产生的热量传递到熔池，以提供熔炼含金属的供给材料所需的热能。

该Hismelt方法还包括在熔池的标称静态表面上方的空间中形成一个过渡区域，其中具有适量的熔融金属的上升的接着下降的液滴或者飞溅物质或者物质流，从而为使在熔池上方的反应气体的二次燃烧所产生的热能传递到熔池提供一种有效的介质。

该国际申请中所描述的Hismelt方法的特征在于，通过与熔池接触的容器侧面的一个部分和/或从熔池上方将一种载体气体、含金属的供给材料和固体含碳材料注入到熔池中，以使载体气体和固体材料透过熔池并且使熔融材料被投射到在熔池表面上方的空间中，从而形成过渡区。

该国际申请中所描述的Hismelt方法相对于更早的Hismelt方法是一种进步，在更早的Hismelt方法中，通过将气体和/或含碳材料从底部喷射到熔池中以从熔池中投射熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流，从而形成过渡区。

发明内容

本申请人对于直接熔炼方法进行了大量的研究和开发工作，包括对于商业操作方法的需求的大量的研究和开发工作，并且已经取得了关于这样的方法的一系列重大的发现。

概括地讲，本发明涉及一种可在商业上操作的用于在一种冶炼容器中生产铁和/或铁合金的直接熔炼方法，所述冶炼容器具有炉膛、侧壁以及一个炉顶，所述炉膛内部的最小宽度尺寸为至少4米，最好至少为6米。

具体地讲，该方法包括下列步骤：

(a)通过三个或者多个向下延伸的固体喷射喷管将固体供给材料和载体气体喷射到一个包括熔融金属和熔渣的熔池中，从而产生一种气流，该气流能够(i)形成一个扩展的熔池区；以及(ii)使熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流从扩展的熔池区向上投射；以及

(b)通过至少一个氧气喷管将含有氧气的气体喷射到容器的一个区域中并且使从熔池释放的可燃气体二次燃烧。

更具体地讲，本发明的特征在于，选择固体喷射和氧气喷管的数量和这些喷管的相对位置，在上述步骤(a)和(b)中控制包括通过喷管的供给材料和含氧气体的喷射率等的生产操作条件以使：

(i)扩展的熔池区包括在氧气喷射区域和侧壁之间的包围容器的氧气喷射区域的升高区域；

(ii)熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流从所述升高区域向上投射，并且形成在氧气喷射区域和侧壁之间的包围氧气喷射区域的幕并且使侧壁湿润；以及

(iii)在氧气喷管下端周围形成一个“自由”空间，该自由空间中的熔融材料浓度低于扩展的熔池区中的熔融材料浓度。

上述方法使固体供给材料和载体气体被喷射到位于容器的氧气喷射区域周围的熔池中的多个区域中。本发明依赖来自于这些喷射固体材料和载体气体的高浓度区域的向上气流，向上气流足以提升位于在该区域上方的熔池并且将一些熔融材料喷射到容器的顶部空间中。

熔融材料的上升导致扩展的熔池区的上述升高区域的形成，并且从该升高区域投射熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流的幕。

熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流也可被称为“fingers”。

熔融材料的上升也可被描述为采用从熔池中的高浓度固体/载体气体喷射区向上延伸的一系列喷泉的形式。

本发明还依赖选择固体和氧气喷管的位置以使扩展的熔池区的升高区域和这些喷泉的投射的熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流形成在容器的氧气喷射区域周围。

上述扩展的熔池区的升高区域和从升高区域投射的上述熔融材料幕形成在氧气喷射区域周围的目的在于：

(a)通过在氧气喷管和升高的区域/幕之间提供一个用于使熔池气体和喷射的含氧气体的夹带和混合的空间，从而能够使二次燃烧达到最佳；

(b)提供一种用于将所产生的燃烧能量传递到熔池的高热交换率的介质；

(c)提供一种介质，即，升高的区域/幕，以降低容器热损耗；以及

(d)使降低二次燃烧效果的铁和熔渣液滴和含氧气体之间的反应达到最小。

最好，向下延伸的固体喷射喷管是这样设置的，即，使从喷管出口端垂直向下划出的线与炉膛的底部在一个圆上的多个位置相交。

最好，步骤(a)包括以足够的动量喷射供给材料以使喷射的固体材料的高浓度区域在该圆内。

最好，该圆的直径大于或者等于炉膛底部直径的2/3。

升高的区域可是连续的或者是不连续的。

所述幕可是连续的或者是不连续的。

最好，氧气喷射区域是所述容器的一个中心区域。

最好，具有至少四个固体喷射喷管。

所述扩展的熔池区的特征在于，在该区的熔融材料中具有高的气体空隙度的体积分数。

最好，气体的体积分数至少为所述扩展的熔池区体积的30％。

在步骤(a)中产生的气流使材料在熔池内充分移动并且导致熔池的剧烈混合。

供给材料的喷射和由于供给材料的喷射所产生的气流以及供给材料在熔池中的反应使材料充分移进和移出扩展的熔池区。

最好，富含金属的区形成在炉膛的下部区域中，并且扩展的熔池区形成在富含金属的区上。

最好，该方法包括周期性或者连续地将熔渣从容器中排出。

最好，该方法还包括周期性或者连续地将铁水和/或熔融铁合金从容器中排出。

在步骤(a)中喷射的供给材料可包括任何适合的含铁材料，包括铁矿石、其它诸如铬铁矿石、部分还原的矿石的含铁矿石以及诸如回炉钢料的含铁废料流。应该注意的是，尽管铁质材料，即其中铁是主要成分的材料，是优选的含铁材料，但是本发明不限于铁质材料的使用。

最好，固体材料包括铁质材料和/或含碳的固体材料。

最好，步骤(a)包括通过固体喷射喷管喷射实施该方法所需的占固体材料总重量的至少80％重量的固体材料。

最好，步骤(a)包括通过固体喷射喷管以至少40m/s的速度将供给材料喷射到熔池中。

最好，该速度在80-100m/s的范围内。

最好，步骤(a)包括通过固体喷射喷管以高达2.0t/m²/s的质量流率将供给材料喷射到熔池中，其中m²涉及的是喷管输送管路的横截面积。

最好，步骤(a)包括通过固体喷射喷管以10-18kg/Nm³的固体/气体比将供给材料喷射到熔池中。

最好，含氧气体是空气或者富含氧的空气。

最好，该方法包括通过氧气喷管以800-1400℃的温度和200-600m/s的速度将空气或者富含氧的空气喷射到容器中。

最好，在氧气喷管的下端周围的自由空间中的熔融材料的浓度为该空间体积的5％或者更低。

最好，在氧气喷管的下端周围的自由空间是直径至少为氧气喷管的下端外径的2倍的半球形空间。

最好，在氧气喷管的下端周围的自由空间不大于氧气喷管的下端外径的4倍。

在空气或者富含氧的空气中的体积百分比优选至少为50％，较好至少为60％的氧在氧气喷管的下端周围的自由空间中燃烧。

最好，该方法包括以一种涡流运动的方式将空气或者富含氧的空气喷射到容器中。

在本发明中，术语“熔炼”的含义这里被理解为其中发生使供给材料还原的化学反应以生产铁水和/或熔融铁合金的热处理。

最好，在步骤(a)中在熔池中产生的气流至少为0.35Nm³/s/m²(其中m²涉及的是在炉膛的最小宽度处通过炉膛的水平截面的面积)。

最好，在步骤(a)中在熔池中产生的气流至少为0.5Nm³/s/m²。

最好，在步骤(a)中在熔池中产生的气流小于为2Nm³/s/m²。

在熔池中产生的气流中的一部分可由气体从底部和/或侧壁喷射到熔池中而产生。

熔融材料可在侧壁上形成一个“湿润”层或者“干燥”层。“湿润”层包括附着在侧壁上的凝固层、半固体(糊状物)层和外液态膜。“干燥”层是其中基本上所有熔渣都凝固的层。

可通过改变被供给到容器中的含金属的供给材料、含碳材料和助熔剂的供给率和控制诸如含氧气体喷射率的参数来控制在容器中的熔渣的产生。

在该方法用于生产铁的情况下，该方法最好包括将碳在铁水中的溶解度控制在至少3wt％并且使熔渣保持在剧烈还原状态下，使铁的氧化物含量小于6wt％，最好小于5wt％(被测量作从容器排出的熔渣中的铁的氧化物中的铁的量)。

可通过相同的或者独立的喷管喷射含铁材料和含碳材料。

最好，二次燃烧的水平(level)至少为40％，其中二次燃烧被定义为： $\frac{\left[{\mathrm{CO}}_{\underset{\‾}{2}}\right]+\left[H_{\underset{\‾}{2}}O\right]}{\left[{\mathrm{CO}}_2\right]+\left[H_{2}O\right]+\left[\mathrm{CO}\right]+\left[H_2\right]}$

其中：

[CO₂]＝排出气体中的CO₂的体积百分比

[H₂O]＝排出气体中的H₂O的体积百分比

[CO]＝排出气体中的CO的体积百分比

[H₂]＝排出气体中的H₂的体积百分比

概括地，本发明还提供一种利用直接熔炼方法生产铁和/和或铁合金的设备，所述设备包括一个固定的不可倾斜的容器，所述容器具有炉膛、侧壁以及一个炉顶，所述炉膛内部的最小宽度尺寸为至少4米，最好至少为6米以盛装铁和熔渣的熔池，所述熔池包括一个富含金属的区域和一个在所述富含金属的区域上方的扩展的熔池区域。

具体地，

(a)炉膛是由耐火材料制成的并且具有一个底部和侧部；

(b)从炉膛侧部向上延伸的侧壁并且所述侧壁包括水冷镶板；

(c)向下延伸到容器中的至少一个喷管，所述喷管用于将含氧气体喷射到容器中位于熔池上方的一个区域中；

(d)至少三个用于将包括含铁材料和/或含碳材料以及载体气体的供给材料喷射到熔池中的固体喷射喷管，最好将供给材料喷射到熔池的富含金属的区域中；以及

(e)用于将熔融金属和熔渣从容器中排出的装置。

最好，固体喷射喷管是细长的并且贯穿容器的侧壁中的水冷镶板并且向下且向内延伸到容器的炉膛区域。

最好，炉膛在容器内限定了一个圆柱形区域并且向下延伸的固体喷射喷管是这样设置的，即，使从喷管出口端垂直向下划出的线与炉膛的底部在炉膛内一个圆上的多个位置相交。

最好，该圆的直径大于或者等于炉膛底部直径的2/3。

最好，氧气喷射区域是所述容器的一个中心区域。

最好，所述侧壁包括：

(a)上筒体部分，所述上筒体部分在容器内限定了一个圆柱形区域，该圆柱形区域的直径大于由炉膛所限定的区域的直径；以及

(b)下筒体部分，所述下筒体部分包括由耐火材料制成的内衬并且在容器内限定了一个截锥形区域。

所述截锥形区域在炉膛和上筒体部分之间提供了一个过渡部分。

最好，所述固体喷射喷管伸入到所述容器中的长度至少为1米，最好至少1.5米，并且所述喷管在该长度上是自支撑的。

如果需要的话，可根据炉膛的尺寸改变固体喷射喷管的数量。例如，在炉膛基本上为4米直径的圆柱形的情况下，最好具有至少四个固体喷射喷管。在炉膛直径为6米的情况下，最好具有至少六个固体喷射喷管。在炉膛直径为8米的情况下，最好具有至少八个固体喷射喷管。固体喷射喷管的数量可在实际限制内通过改变它们的尺寸来改变，以提高材料的单独的通过量。

最好，固体喷射喷管围绕容器的周边是等间隔设置的。

附图说明

下面将参照附图利用示例对本发明进行描述，所述附图是表示本发明的方法和设备的一个优选实施例的垂直截面图。

具体实施方式

下面的描述有关通过熔炼铁矿石来生产铁水，应该理解的是，本发明不限于这种应用，并且适用于熔炼任何适合的供给材料。

附图中所示的直接熔炼设备包括一种用附图标记11表示的冶炼容器。容器11具有：一个炉膛，所述炉膛包括由耐火材料砖制成的底部12和侧部13；侧壁14，侧壁14形成从炉膛的侧部13向上延伸的基本上为圆柱形筒体并且包括由水冷镶板制成的上筒体部分51和由具有耐火材料砖的内衬的水冷镶板制成的下筒体部分53；炉顶17；废气出口18；用于连续排出铁水的前炉19；以及用于排出熔渣的出渣口21。

炉膛和上筒体部分51在容器内限定了一个圆柱形区域。下筒体部分53在容器内限定了一个大致截锥形区域，截锥形区域在直径较窄的炉膛和直径较宽的上筒体部分51之间提供了一个过渡部分。在商业规模的工厂中，即每年生产至少500,000吨铁水的工厂，炉膛的直径至少为4米，最好至少为6米。

应该注意的是，本发明不限于这种容器的几何形状并且可扩展至任何适合的形状和尺寸的用于在商业规模上生产熔融金属的容器。

在使用中，所述容器容纳具有铁水和渣的熔池。

该容器配装有向下延伸的热空气喷管26，以将热空气流输送到容器的中心的上部区域91中并且与从熔池中释放出来的反应气体二次燃烧。喷管26的下端的外径为D。喷管26是这样设置的，即，使：

(i)喷管26的中心轴线相对于一个水平轴线形成一个20至90度的角(图1中所示的喷管26相对于一个水平轴线形成一个90度的角)；

(ii)喷管26延伸到容器中的距离至少是喷管下端的外径D；

(iii)喷管26下端在熔池的静表面(未示出)上方的距离至少为喷管下端外径D的3倍。

术语“静表面”的含义在这里应该被理解为当没有将气体和固体物质喷射到容器中时的熔池的表面。

应该注意的是，根据包括容器的尺寸和几何形状的相关因素的范围，可具有多于一个喷管26。

该容器还装有六个固体喷射喷管27(图中示出了两个)，所述固体喷射喷管27向下和向内穿过侧壁14并且以相对于水平呈20-70度的角度伸入到熔池中，以将包括铁矿石、含碳的固体材料以及夹杂在缺氧载体气体中的助熔剂的供给材料喷射到熔池中。

喷管27的位置是这样设置的，即，使喷管27的出口端39围绕容器的中心轴线是等间隔分布的。另外，喷管27是这样设置的，即，使从出口端39垂直向下划出的线与炉膛的底部12在一个圆上的位置71相交，该圆的直径大约为炉膛直径的2/3。

应该注意的是，根据氧气喷管26的位置以及至少基本上在喷管26周围以及在容器的侧壁14和喷管26之间形成的熔融材料幕72的目的，选择喷管27的位置，最好采用不同的喷管27的配置形式以在不同的容器/喷管26的结构中达到该目的。特别应该注意的是，本发明不限于喷管26采用中心设置的布置形式。

在使用中，铁矿石、含碳的固体材料(通常为煤)以及夹杂在一种载体气体(通常为氮气)中的助熔剂(通常为氧化钙和氧化镁)通过喷管27以至少40m/s的速度，最好以80-100m/s的速度被注射到熔池中。固体材料/载体气体的动量将固体材料和气体带向炉膛的底部12进入围绕容器的中心轴线间隔的区域中(由附图标记24表示的圆形区域)。这些区域在下面的描述中被称为固体/气体喷射高浓度区域24。煤被去除液体成分并且因此产生气体。碳部分地溶解在金属中并且部分地保持为固体碳。铁矿石被熔炼成金属并且熔炼反应产生一氧化碳气体。被输送到熔池中的气体和通过去除液体成分和熔炼产生的气体使熔融材料(包括金属和熔渣)和固体碳从熔池中显著上浮。

熔融金属和固体碳的上浮在熔池中产生剧烈的搅动，特别是在固体/气体喷射高浓度区域24的正上方和向外间隔的区域中，从而形成一个扩展的熔池区28，扩展的熔池区28具有一个由箭头30表示的表面。特别是，扩展的熔池区28的表面在中心区域91和容器侧壁14之间形成一个环形升高区域70。搅动的程度要使得扩展的熔池区28内的熔融材料大幅移动，并且熔融材料在该区域内剧烈混和以使该区域内的温度基本上是均匀的，通常为1450-1550℃，并且整个区域的温度差约为30℃。

尽管熔融材料在扩展的熔池区28内剧烈混和，但是铁水逐渐向着炉膛的下部沉淀并且形成富含金属的区域23并且连续地通过前炉19排出。

扩展的熔池区28和富含金属的区域23之间的界面主要是由固体/气体喷射高浓度区域24限定的。来自于这些区域的熔融材料基本上向上移动被其他供给材料通过喷管27的连续供给和已经熔化的材料的向下移动补偿。

另外，来自于固体/气体喷射高浓度区域24的向上气流以液滴或者飞溅物质或者物质流的形式将一些熔融材料(主要为熔渣)投射到扩展的熔池区28的升高区域70上方并且形成上述幕72。在幕72中的熔融材料接触位于扩展的熔池区28上方的侧壁14的上筒体部分51和炉顶17。

概括地，扩展的熔池区28是其中具有气体空隙的液态连续空间。

熔融材料的上述移动可被认为是从固体/气体喷射高浓度区域产生的一系列喷泉，固体/气体喷射高浓度区域形成了扩展的熔池区28的升高区域70和熔融材料幕72。

除了上述内容以外，在使用中，通过喷管26以800-1400℃的温度和200-600m/s的速度将热空气喷射到容器的中心区域91中，并且热空气使在该区域中被向上投射的熔融材料偏转并且形成基本上围绕喷管26端部的金属/熔渣的自由空间29。热空气的向下吹送有助于使被投射的熔融材料形成上述幕72。

选择喷管27的位置以便在操作过程中使它们的出口端39位于富含金属的区域23的表面的上方。喷管27的该位置能够降低由于与熔融金属接触而损坏的危险并且还能够利用内部强制水冷对喷管进行冷却，而且不会出现水接触到容器中的熔融金属的重大危险。特别是，这样选择喷管27的位置，即，在静态下使出口端39位于富含金属的区域23的表面的上方的距离在150-1500mm的范围内。对此，应该注意的是，尽管图中所示的喷管27延伸到容器中，但是喷管27的出口端也可与侧壁14平齐。

热空气流通过喷管26与在喷管26端部周围的自由空间29中和在周围的熔融材料中的反应气体一氧化碳和氢气二次燃烧并且产生大约2000℃或更高的高温。热量被传递到气体喷射区中的熔融材料中，接着热量通过熔融材料部分地被传递到富含金属的区域23。

自由空间29对于达到高水平的二次燃烧是重要的，这是因为它能够将该空间中在扩展的熔池区28上方的气体带到喷管26的端部区域中，从而有利于增加有效的反应气体的暴露以二次燃烧。

幕72对于提供一个用于阻挡来自于二次燃烧喷射的辐射能量到达侧壁14的局部阻挡层也是重要的。

另外，在幕72内的上升和下降的熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流是用于将由二次燃烧所产生的热量传递到熔池的有效装置。

应该理解的是，本发明不限于以上对所示结构的描述，并且许多改进和变型落在本发明的保护范围内。

Claims (24)

1.一种可在商业上操作的用于在一种冶炼容器中生产铁和/或铁合金的直接熔炼方法，所述冶炼容器具有炉膛、侧壁以及一个炉顶，所述炉膛内部的最小宽度尺寸为至少4米，该方法包括下列步骤：

(a)通过三个或者多个向下延伸的固体喷射喷管将固体供给材料和载体气体喷射到一个包括熔融金属和熔渣的熔池中，从而产生一种气流，该气流能够(i)形成一个扩展的熔池区；以及(ii)使熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流从扩展的熔池区向上投射；以及

(b)通过至少一个氧气喷管将含有氧气的气体喷射到容器的一个区域中并且使从熔池释放的可燃气体二次燃烧；以及

其特征在于，选择固体喷射和氧气喷管的数量和这些喷管的相对位置，在上述步骤(a)和(b)中控制包括通过喷管的供给材料和含氧气体的喷射率的生产操作条件以使：

(i)扩展的熔池区包括在氧气喷射区域和侧壁之间的包围容器的氧气喷射区域的升高区域；

(ii)熔融材料的液滴或者飞溅物质或者物质流从所述升高区域向上投射并且形成在氧气喷射区域和侧壁之间的包围氧气喷射区域的幕并且使侧壁湿润；以及

(iii)在氧气喷管下端周围形成一个“自由”空间，该自由空间中的熔融材料浓度低于扩展的熔池区中的熔融材料浓度。

2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中产生的气流使材料在熔池内充分移动并且导致熔池中的剧烈混合。

3.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中产生的供给材料的喷射和由于供给材料的喷射所产生的气流以及供给材料在熔池中的反应使材料充分移进和移出扩展的熔池区。

4.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，该方法包括周期性地将熔渣从容器中排出。

5.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，该方法包括连续地将熔渣从容器中排出。

6.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，该方法还包括周期性地将铁水和/或熔融铁合金从容器中排出。

7.如权利要求1至5中任何一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括连续地将铁水和/或熔融铁合金从容器中排出。

8.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括通过固体喷射喷管喷射占该方法所用固体材料总重量的至少80％重量的固体材料。

9.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括通过固体喷射喷管以至少40m/s的速度将供给材料喷射到熔池中。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该速度在80-100m/s的范围内。

11.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括通过固体喷射喷管以高达2.0t/m²/s的质量流率将供给材料喷射到熔池中，其中m²涉及的是喷管输送管路的横截面积。

12.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括通过固体喷射喷管以10-18kg/Nm³的固体/气体比将供给材料喷射到熔池中。

13.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括通过氧气喷管以800-1400℃的温度和200-600m/s的速度将作为含氧气体的空气或者富含氧的空气喷射到容器中。

14.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，包括在步骤(b)中以一种涡流运动的方式将作为含氧气体的空气或者富含氧的空气喷射到容器中。

15.如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(a)产生的气流至少为0.35m³/s/m²(其中m²涉及的是在炉膛的最小宽度处通过炉膛的水平截面的面积)。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(a)中产生的气流至少为0.5Nm³/s/m²。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(a)中产生的气流小于为2Nm³/s/m²。

18.一种利用直接熔炼方法生产铁和/和或铁合金的设备，所述设备包括：

(a)一个固定的不可倾斜的容器，所述容器用于盛装铁和熔渣的熔池，所述熔池包括一个富含金属的区域和一个在所述富含金属的区域上方的扩展的熔池区域，所述容器包括炉膛和从炉膛向上延伸的侧壁，所述炉膛内部的最小宽度尺寸为至少4米，炉膛是由耐火材料制成的，所述侧壁包括水冷镶板；

(b)向下延伸到容器中的至少一个喷管，所述喷管用于将含氧气体喷射到容器中位于熔池上方的一个区域中；

(c)至少三个用于将供给材料以及载体气体喷射到熔池中的固体喷射喷管；以及

(d)用于将熔融金属和熔渣从容器中排出的装置。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述固体喷射喷管是细长的并且贯穿容器侧壁中的水冷镶板向下且向内延伸到容器的炉膛区域。

20.如权利要求18或19所述的设备，其特征在于，炉膛在容器内限定了一个圆柱形区域并且向下延伸的固体喷射喷管是这样设置的，即，使从喷管出口端垂直向下划出的线与炉膛的底部在炉膛内一个圆上的多个位置相交。

21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，该圆的直径大于或者等于炉膛的直径的2/3。

22.如权利要求18至21中任何一项所述的设备，其特征在于，氧气喷射区域是所述容器的一个中心区域。

23.如权利要求18至22中任何一项所述的设备，其特征在于，所述侧壁包括：

(a)上筒体部分，所述上筒体部分在容器内限定了一个圆柱形区域，该圆柱形区域的直径大于由炉膛所限定的区域的直径；以及

(b)下筒体部分，所述下筒体部分包括由耐火材料制成的内衬并且在容器内限定了一个截锥形区域，所述截锥形区域在上筒体部分和炉膛之间形成一个过渡部分。

24.如权利要求18至23中任何一项所述的设备，其特征在于，所述固体喷射喷管伸入到所述容器中的长度至少为1米并且所述喷管在该长度上是自支撑的。