CN85109347A

CN85109347A - 对可熔金属和/或其熔渣进行还原处理的方法和装置

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Publication number: CN85109347A
Application number: CN198585109347A
Authority: CN
Inventors: 赫尔曼·希尔布兰斯; 迈克尔·甘罗思; 格哈德·梅尔彻; 弗里德里克·梅格尔
Original assignee: HERMANN HILBRANS MICHAEL GARNROTH GERHARD MELCHER FRIEDRICH MEGERLE
Current assignee: HERMANN HILBRANS MICHAEL GARNROTH GERHARD MELCHER FRIEDRICH MEGERLE
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1986-05-10
Also published as: ZM9185A1; DE3444962A1; AU5041585A; US4639269A; ZA859435B

Abstract

按本发明建议，将粒度细小的煤和/或焦炭颗粒特别是用顶吹煤粉气流的方法，覆盖在顶吹压痕以外的熔液表面上。煤粉气流中的颗粒至少有一部分在落到熔体表面之前就被气化成含一氧化碳的还原气流，另一部分尤其是大的颗粒没有被气化，仅被焦化变成焦炭颗粒。这些焦炭颗粒随还原气流一起吹到熔体表面上，并由气流从顶吹压痕中心向外沿径向的各个方向吹到压痕以外的区域。

Description

本发明涉及通过至少一种还原气流还原处理熔融金属和/或其熔渣的方法，此外还涉及实施本方法的装置。

采用还原气体几乎垂直地顶吹来连续或间歇地还原处理金属熔体或含有金属氧化物的熔融态的熔渣，並通过沉积和/或气化使贵金属和/或其化合物放出的方法是众所周知的。这样，例如由DE-AS2645585可知，还原气体近乎垂直方向以强有力的气流射束形式，以如此强大的喷射力吹向氧化熔渣熔体的表面，以至每个顶吹射流均在熔体表面引起一个使熔体产生近乎环形园纹曲面转动层流的顶吹压痕（Blaseindruck）以及在熔体顶吹压痕和顶吹流之间产生一个具有定义的物质转化的反应单元（Reaktionseinheit）。与此同时，在熔体表面上通过还原气体流产生的顶吹压痕范围内，达到了高的物质转化速度;並且和原方法相比改进了反应动力学效率。

但是通过还原气体向熔体的顶吹，仅在顶吹位置（Aufblass-telle）本身以及在其附近的较小范围内达到了所希望的还原效果。此范围主要由顶吹压痕决定。顶吹压痕通过在液态熔体中的气流引起。通过和熔体的化学反应，还原气体以所希望的方式消耗它的还原剂即其还原势，並在炉室内传插。从实验出发，气体对熔体的直接作用面积和暴露在气室的熔体总面积之比的理论值至少是1比1.4，然而实际上是1比3，1比5或甚至更大。

因此，使用过的还原气体和由不可避免的过剩空气（Falschlu-ft）带入的气体混合后对被处理的熔体表面的绝大部分的还原作用更弱。其后果是，与由于气流引起的顶吹压痕中的还原作用相对比，暴露在处理炉气室间的熔体的较大表面被再氧化是不可避免的。所以在顶吹压痕中消耗大量还原剂所取得的还原功效的一个可观的部分又损失了，而且是通过在顶吹压痕外面进行的氧化过程和由于再氧化了（rückoxidierter）的熔体进入到顶吹压痕中而损失的。由于顶吹气流的冲击作用使再氧化了的熔体混入顶吹压痕中。

在炉内的产品流不能对此过程有重要影响，它的速度是每小时1～3米，比在顶吹压痕范围内作环形园纹曲面转动的熔体速度小2～3个数量级。

因此，位于炉室内的使用过的气体对顶吹压痕外熔体的再氧化是影响还原剂对熔体的顶吹效果的重要问题。至今所有对向熔化顶吹还原气体或其它还原剂的建议都有这种缺陷。至于这些建议的主体例如是用甲烷、丙烷、轻油、黄铁矿还是用煤作为还原剂或作为原料加进去是无关紧要的。用顶吹喷枪对熔体进行还原处理时，迄今为止对于还原作用或者还原势的唯一控制参数是燃烧比例，就是还原剂和氧的比例。此观点对至今在顶吹技术方面的努力是重要的。

本发明的任务在于，开发一种用顶吹技术对可熔金属和/或其熔渣进行还原处理的方法和设备，避免熔体的再氧化和提高还原效率，并通过加入价格便宜的还原剂来达到总体上高的经济效益。

此任务通过向熔体表面喷射细粒状的煤的/或焦炭颗粒以便遮盖顶吹压痕外面的熔体表面的方法得到解决，进一步的优先方案是（1）顶吹至少一种还原气流对熔融金属和/或其溶渣进行还原处理的方法，向熔体表面喷射细粒状的煤和/或焦炭颗粒以便遮盖顶吹压痕外面的熔体表面。顶吹使煤尘和/或焦炭尘以低于化学计量的量和含有氧气的气体相混合而形成的碳流，其颗粒在达到熔体表面之前至少有一部分被汽化成含有CO的还原气流。（2）使碳流的一部分颗粒在达到熔体表面之前脱气并转化成焦炭颗粒，这些颗粒和还原气体流一起被顶吹到熔体表面，并且在那里通过气流的作用从顶吹压痕的中心向顶吹压痕以外的范围径向运动。（3）为了形成碳流应用了不同颗粒的煤粉，特别是从0.01至5毫米的煤粉。（4）为了形成碳流应用了不同煤种的煤粉混合物，特别是使用了容易焦化或容易汽化的煤和难汽化的煤。（5）向碳气流中混入一种碳氢化合物气体，例如天然气，丙烷或成品还原气。（6）顶吹煤粒的焦化或气化，或者将形成的焦炭颗粒的量除通过调节相应的粒度谱和/或煤品种关于易汽化组份和灰份含量的选择进行控制外，还通过调节煤颗粒的顶吹速度，即颗粒从顶吹喷咀飞向熔体表面所提供的反应时间和/或通过调节氧气和煤的比例，必要时还可通过混入惰性气体的办法来进行控制。（7）在熔体表面上方从顶吹喷咀出来的碳流是如此构成的，即在射流中心部位聚集较多的较小尺寸待汽化的煤粒，而在射流外层区域聚集了较多的较大尺寸的颗粒，它们不被汽化。实施本方法的一个装置是带有一个伸入到炉室並与被还原处理的熔体表面有一定距离位于熔体上方的顶吹喷枪。顶吹喷枪（12）装有多个相互同心排列的孔道，其中最内部的中心孔道通过悬浮气体输送煤尘和/或焦炭尘（15），下一层的孔道用于输送气态的碳氢化合物（16）例如天然气、再下一层孔道用于输送氧气（17），最外层的孔道用于输送冷却介质（18）例如冷却水。

按照本发明的方法，一方面应用了还原气流，因此位于熔体顶吹压痕范围内的气体和熔体之间的传热和传质过程以高速度进行，结果在顶吹压痕范围内获得了高的还原效率。同时，按照本发明向熔体表面吹上细小的煤和/或焦炭颗粒，以便遮盖顶吹压痕外面的熔体表面，也就是说压痕周围的表面。在顶吹压痕外面的待顶吹到熔体表面的煤和/或焦炭颗粒可以通过喷枪通道或喷咀加入。喷枪或喷咀装在还原气流入口附近，並对着熔体表面的范围。按照本发明的一个特殊的特征，细颗粒状的煤和/或焦炭颗粒随着还原气流一起吹到熔体表面。还原气流是这样产生的，就是煤尘和/或焦炭尘以低于化学计量的量和含氧气体相混合，形成一个碳流吹入，至少一部份煤颗粒在到达熔体表面之前被气化或转化成含有CO的还原气流。本发明的另一个特征是：顶吹煤流的一部份颗粒在到达熔体表面之前脱气，而转化成焦炭颗粒。这些颗粒和还原气流一起被吹到熔体表面，並且由于顶吹压痕中心的气流作用这些颗粒四面八方地向顶吹压痕外面的范围经向运动。这样，颗粒向熔体表面浮游，並大体遮盖了熔体表面上方的气室。

虽然由于还原气流的吹入引起的射流脉冲会使熔体至少在顶吹压痕范围内发生搅混，但是按照本发明可避免整个还原处理熔体的再氧化，因此从总的熔体表面考虑达到了高的还原效率，並且由于加入了和碳氢化物相比价格便宜的煤，使本发明的还原方法具有高的经济效益。可以说，按照本发明的还原方法其还原效率是如此之高，以致于在作出相同的还原功效的前提下，按照本发明方法的一支喷枪可代替相隔一定距离上下相继安装的多个顶吹喷枪，利用它们总是向熔体表面只吹入还原气体。

按照本发明的方法重要的是：通过喷枪喷咀吹向熔体表面的煤尘和/或焦炭尘的颗粒在到达熔体表面的途中仅部分地被气化，即转化成CO，这就是说，不允许完全气化。气化必须控制到这种程度，使颗粒的一部分仅仅气化或被焦化，以致于产生的焦炭颗粒可在熔体表面上浮游並且能遮盖顶吹压痕外面的熔体。这样它们可以阻止被用过的还原气体的继续作用，以及剩余空气与熔体的接触从而防止所不希望的再氧化。

本发明的另一个特点是：形成碳射流的煤尘的颗粒尺寸不相同，粒度谱从0.01至5毫米，较好是3毫米。可以从例如利用相应的煤磨设备制备的炭尘粒谱中分离出中等大小的颗粒，这样就仅含有很细的能气化的煤粒和粗的不能气化的煤粒。相反，如果作为还原剂加入的煤粒的大小从开始就是相同的，那么在它们到达熔体表面之前就会不气化，而仅仅剩下焦化了的煤粒。按照此发明的另一个特点，可由不同种煤的煤尘混合物形成碳流，特别是用容易焦化或者容易气化的煤和难气化的煤。必要时一方面作为细微的颗粒部分，另一方面作为粗糙的颗粒部分。

如前所述，为了避免发生所不希望的再氧化，必须使熔体表面完全被或疏或密的由细焦炭颗粒形成的膜所遮盖。为此目的所需焦炭颗粒的数量通过以下主要工艺参数进行控制：

-吹入速度，就是颗粒从喷枪喷咀飞向熔体表面所提供的反应时间，

-氮气或其它惰性气体的混入，目的在于阻滞燃烧，特别是当使用空气时，

-用煤尘中的细、粗颗粒控制适当的粒度谱。

-选择煤品种，以保证气化组份和含灰组份的含量。

有可能使在熔体表面上方从顶吹喷咀喷出的碳流这样分布，即在射流中心聚集的是细煤粒，它们将被气化;而在射流外层范围内集中的是粗煤粒，它们不被气化，而仅被焦化。以这种方式可以用焦炭颗粒遮盖熔体表面，顶吹压痕除外。

实施这种方法的装置按照发明在于一个顶吹喷枪。这个顶吹喷枪具有若干个以有利形式同心排列的通道，其中，最里面的中心通道用来以悬浮气体输送煤粉和/或焦炭粉;下一个通道用来输送气态的碳氢化合物，如天然气;再下一个通道用来输送氧气;最外面的通道用来输送冷却介质，如冷却水。

本发明的方法可在多方面应用，例如用于对炉渣的还原处理，如冶炼铜时产生的炉渣、冶炼铅时产生的铅硅炉渣、锌挥发这类情况下产生的炉渣，并且必须对这些炉渣进行还原性后处理。此方法也可用于一般可用无硫炭（如石油焦炭或木炭粉）对金属熔体进行处理的场合。若用多种还原物质的混合物（如黄铁矿和木炭）进行处理，也有可能改善本发明的方法。如已解释过的那样，适于本发明方法的条件是重要的，即顶吹物质的密度要比熔液的密度小，这样就能以小的漂浮粒子的形式防止重新氧化。

下面用附图中表示的实施例对本发明以及它的其它优点和特点进一步加以说明。

附图为对炉渣熔体11进行还原处理的炉腔10的局部视图。炉渣熔体11来自高温金属冶炼特别是有色金属富矿石的冶炼过程，其中以氧化物存在的贵重金属如铜这一类金属是要通过它们的沉积或挥发来获得的。为此，将一个基本上垂直安置的顶吹喷枪12插入炉腔10中，喷枪12的端部为喷咀14，它与进行还原处理的炉渣熔体11的表面13有一定距离。顶吹喷枪12具有若干个同心排列的通道，其中，最里面的中心通道用来输送与悬浮气体如氮气混合的煤粉或焦炭粉15;下一个通道用来输送碳氢化合物16，如天然气;再下一个通道用来输送氧气17;最外面的通道用来输送冷却介质18，如冷却水。由喷咀14的喷口喷出与氧气17以低于化学计算的量混合（λ≈0.5）而成的碳流19。为构成碳流采用粒度范围大约0.01～3毫米的煤粉15。煤粉中的细小颗粒在到达炉渣熔体液面之前就被汽化成含一氧化碳的还原气流20，而大的颗粒没有被汽化，仅被焦化变成焦炭颗粒21，它们与还原气流20一起吹到熔体表面13上，在那又被向外各方向转向的气流20从顶吹压痕22的中心沿径向各方向向外运动或推到压痕以外的区域。漂浮着的炭粒21a、21b将熔液表面13盖住，由此防止来自熔液上面气体空间的重新氧化，并将处理熔液的整个液面上的还原势一直保持在要求的范围内。煤粉颗粒汽化成含一氧化碳的还原气体时剩下的煤灰熔化，并进入待处理熔体的炉渣中。在本发明的方法中，所加入的煤粉15的汽化产物和脱气产物可在下一阶段（statu nascendi）作出还原。漂浮在熔体表面13上的焦炭颗粒21a、21b可用于氧化的炉渣熔液11的还原。

本发明的方法在具有下列参数的试验装置中进行了试验：

加入顶吹喷枪12中的煤粉15的分析：

C_固体（碳）＝56.7%

挥发组份＝27.6%

灰份＝15.7%

S（硫）＝0.8%

净热值＝6.313千卡/公斤

此分析中的煤粉15的粒度为0.01～3毫米，它与0.00833米³/秒的输送气体氮气或空气一起输入喷枪12的中心通道。在喷咀14中以0.5～1.0巴压力和低于化学计量的量（λ≈0.5）混入了氧气17。煤粉由高加速的氧气流拖曳加速，产生出喷出速度为330米/秒的碳流19，这样就排除了回火的危险。天然气仅在为了点燃碳气流19时输入。高度可调的顶吹喷枪12外径120毫米时，其长度为1600毫米。喷咀14与熔体液面13之间的距离可在700±200毫米范围内调节。另外，输入喷枪12的其它介质及输入量如下：

点火用天然气16：10～30标准米³/小时;氧气17：100～150标准米³/小时;冷却水18：1.5～2.0米³/小时。为了维持稳定的点火，顶吹气流的温度保持在至少1350～1400℃，特别是保持在～1500℃。尽管比较起来还原剂的比耗小一点，即每吨熔液所耗还原剂（煤粉）的公斤数，但能达到较高的还原效率。

通常用的天然气喷枪本发明的煤粉

喷枪

-每吨熔体还原 190标准米³天然气 216公斤煤

剂的供量（净发热值：9100千（见13页分析）

卡/标准米³）

-每吨熔液的锌 51.4公斤锌 65.4公斤锌

挥发量吨熔体吨熔体

-还原剂的比 3.67标准米³天然气 3.3公斤煤

耗公斤锌挥发公斤锌挥发

-所用还原剂的 33，397千卡 20，850千卡

净热值公斤锌挥发公斤锌挥发

-喷枪数量 4 1

Claims

1、通过顶吹至少一种还原气流对熔融金属和/或其熔渣进行还原处理的方法，其特征在于向熔体表面喷射细粒状的煤和/或焦炭颗粒以便遮盖顶吹压痕外面的熔体表面。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于顶吹使煤尘和/或焦炭尘以低于化学计量的量和含有氧气的气体相混合而形成的碳流，其颗粒在达到熔体表面之前至少有一部分被汽化成含有CO的还原气流。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于，使碳流的一部分颗粒在达到熔体表面之前脱气并转化成焦炭颗粒，这些颗粒和还原气体流一起被顶吹到熔体表面，並且在那里通过气流的作用从顶吹压痕的中心向顶吹压痕以外的范围径向运动。

4、根据权利要求1、2或3其中一项的方法，其特征在于为了形成碳流应用了不同颗粒的煤粉，特别是从0.01至5毫米的煤粉。

5、根据权利要求1、2、3或4中之一的方法，其特征在于为了形成碳流应用了不同煤种的煤粉混合物，特别是使用了容易焦化或容易汽化的煤和难汽化的煤。

6、根据权利要求2、3、4或5中之一的方法，其特征在于向碳气流中混入一种碳氢化物气体，例如天然气、丙烷或成品还原气。

7、根据权利要求1、2、3、4、5或6中之一的方法，其特征在于，顶吹煤粒的焦化或气化，或者将形成的焦炭颗粒的量除通过调节相应的粒度谱和/或煤品种关于易汽化组份和灰份含量的选择进行控制，还通过调节煤颗粒的顶吹速度，即颗粒从顶吹喷咀飞向熔体表面所提供的反应时间和/或通过调节氧气和煤的比例，必要时还可通过混入惰性气体的办法来进行控制。

8、根据上述权利要求中的一项或多项的方法，其特征在于，在熔体表面上方从顶吹喷咀出来的碳流是如此构成的，即在射流中心部位聚集较多的较小尺寸待汽化的煤粒，而在射流外层区域聚集了较多的较大尺寸的颗粒，它们不被汽化。

9、用于实施根据权利要求1至8中一项或多项的方法的设备，它带有一个伸入到炉室並与被还原处理的熔体表面有一定距离位于熔体上方的顶吹喷枪，其特征在于顶吹喷枪（12）装有多个相互同心排列的孔道，其中最内部的中心孔道通过悬浮气体输送煤尘和/或焦炭尘（15），下一层的孔道用于输送气态的碳氢化合物（16）例如天然气，再下一层孔道用于输送氧气（17），最外层的孔道用于输送冷却介质（18）例如冷却水。