DE60131426T2

DE60131426T2 - Verfahren und vorrichtung zur direkterschmelzung

Info

Publication number: DE60131426T2
Application number: DE60131426T
Authority: DE
Inventors: Rodney James City Beach Dry
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd
Current assignee: Technological Resources Pty Ltd
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2021-07-20
Also published as: DE60131426D1; ZA200209781B; CZ2003168A3; CA2411789A1; ATE378430T1; EP1320633B1; KR20030011938A; EP1320633A4; EP1320633A1; KR100792988B1; MXPA03000230A; TW568952B; ES2295181T3; US6626977B1; JP2004503681A; MY127238A; RU2265062C2; AUPQ890700A0; WO2002008471A1; CN100342036C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung von Eisen und/oder Eisenlegierungen aus einem eisenhaltigen Material, wozu Eisenerze, andere eisenhaltige Erze, wie Chromiterze, teilweise reduzierte Erze und eisenhaltige Abfallströme, wie Stahlrücklaufmaterialien, gehören.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein auf einem Schmelzbad basierendes Direktschmelzverfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von geschmolzenem Eisen und/oder geschmolzenen Eisenlegierungen.
Ein bekanntes, auf einem Schmelzbad basierendes Direktschmelzverfahren für die Erzeugung von geschmolzenem Eisen ist der DIOS-Prozeß. Der DIOS-Prozeß schließt eine Vorreduktionsstufe und eine Schmelzreduktionsstufe ein. Beim DIOS-Prozeß wird Erz (-8 mm) in aufwallenden Wirbelbetten vorgewärmt (750°C) und vorreduziert (10 bis 30%), wobei Abgas aus einem Schmelzreduktionsgefäß verwendet wird, das ein Schmelzbad aus Eisen und Schlacke enthält, wobei die Schlacke eine tiefe Schicht auf dem Eisen bildet. Die feinen (-0,3 mm) und groben (-8 mm) Komponenten des Erzes werden in der Vorreduktionsstufe des Verfahrens getrennt, und die Komponente mit -0,3 mm wird in einem Zyklon aufgefangen und mit Stickstoff in das Schmelzreduktionsgefäß eingeblasen, während das grobe Erz aufgrund der Schwerkraft eingeführt wird. Vorgetrocknete Kohle wird von der Oberseite des Gefäßes direkt in das Schmelzreduktionsgefäß gefüllt. Die Kohle zersetzt sich in der Schlackeschicht in verkohltes Material und flüchtiges Material, und das Erz löst sich in der geschmolzenen Schlacke und bildet FeO. Dieses FeO wird an den Grenzflächen von Schlacke/Eisen und Schlacke/verkohltem Material reduziert, wodurch Eisen erzeugt wird. Das an den Grenzflächen von Eisen/Schlacke und Schlacke/verkohltem Material erzeugte Kohlenmonoxid führt zu einer aufschäumenden Schlacke. Sauerstoff wird durch eine speziell gestaltete Lanze geblasen, die den Sauerstoff in das Innere der aufgeschäumten Schlacke einführt und die sekundäre Verbrennung verbessert. Sauerstoffstrahlen verbrennen Kohlenmonoxid, das mit den Schmelzreduktionsreaktionen erzeugt wird, wodurch Wärme entsteht, die zuerst auf die geschmolzene Schlacke und dann durch die starke Rührwirkung des von unten eingeblasenen Gases auf die Grenzfläche von Schlacke/Eisen übertragen wird. Das von unten oder der Seite des Schmelzreduktionsgefäßes in das heiße Eisenbad eingeführte bewegende Gas verbessert die Wärmeübertragungsleistung und vergrößert die Grenzfläche von Schlacke/Eisen für die Reduktion und somit die Produktivität des Gefäßes und den thermischen Wirkungsgrad. Die Einblasraten müssen jedoch begrenzt werden, da ein starkes Rühren die sekundäre Verbrennung aufgrund der stärkeren Wechselwirkung zwischen dem Sauerstoffstrahl und den Eisentropfein in der Schlacke verringert, womit nachfolgend die Produktivität verringert und der Verschleiß des feuerfesten Materials verstärkt werden. Schlacke und Eisen werden periodisch abgestochen.
Ein anderes bekanntes Direktschmelzverfahren für die Erzeugung von geschmolzenem Eisen ist der Romelt-Prozeß. Der Romelt-Prozeß basiert auf der Verwendung eines stark bewegten Schlackebades mit einem großen Volumen als Medium zum Schmelzen von metallhaltigem Beschickungsmaterial in einem Schmelzreduktionsgefäß zu Eisen und für die Nachverbrennung von gasförmigen Reaktionsprodukten und die Übertragung der Wärme je nach Bedarf, damit das Schmelzen von metallhaltigem Beschickungsmaterials andauert. Das metallhaltige Beschickungsmaterial, Kohle und Flußmittel werden durch eine Öffnung im Gewölbe des Gefäßes aufgrund der Schwerkraft in die Schlacke eingebracht. Der Romelt-Prozeß schließt das Einblasen eines primären Heißwindes aus mit Sauerstoff angereicherter Luft durch eine untere Reihe von Düsen in die Schlacke, so daß es zur erforderli chen Bewegung der Schlacke kommt, und das Einblasen von mit Sauerstoff angereicherter Luft oder Sauerstoff durch eine obere Reihe von Düsen in die Schlacke ein, so daß die Nachverbrennung gefördert wird. Das in der Schlacke erzeugte geschmolzene Eisen bewegt sich nach unten und bildet eine Eisenschicht und wird über einen Vorherd abgegeben. Beim Romelt-Prozeß stellt die Eisenschicht kein wichtiges Reaktionsmedium dar.
Eine anderes bekanntes Direktschmelzverfahren für die Erzeugung von geschmolzenem Eisen ist der AISI-Prozeß. Der AISI-Prozeß schließt eine Vorreduktionsstufe und eine Schmelzreduktionsstufe ein. Beim AISI-Prozeß werden vorgewärmte und teilweise reduzierte Eisenerzpellets, Kohle oder Koksgruß und Flußmittel von oben in einen unter Druck stehenden Schmelzreaktor eingeführt, der ein Schmelzbad aus Eisen und Schlacke enthält. Die Kohle wird in der Schlackeschicht von den flüchtigen Bestandteilen befreit, und die Eisenerzpellets lösen sich in der Schlacke und werden dann durch den Kohlenstoff (verkohltes Material) in der Schlacke reduziert. Die Verfahrensbedingungen führen zum Aufschäumen der Schlacke. Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die in diesem Verfahren erzeugt werden, werden in der oder direkt über der Schlackeschicht nachverbrannt, wodurch die Energie bereitgestellt wird, die für die endothermen Reduktionsreaktionen erforderlich ist. Sauerstoff wird durch eine mittige, wassergekühlte Lanze von oben eingeblasen, und Stickstoff wird durch Düsen am Boden des Reaktors eingeblasen, so daß ein ausreichendes Rühren gesichert ist, um die Wärmeübertragung der Nachverbrennungsenergie auf das Bad zu erleichtern. Das Abgas des Verfahrens wird in einem Heißzyklon vom Staub befreit, bevor es einem Ofen vom Schachttyp zum Vorwärmen und Vorreduzieren der Pellets zu FeO oder Wüstit zugeführt wird.
Ein anderes bekanntes Direktschmelzverfahren, das auf einer Schicht aus geschmolzenem Eisen als Reaktionsmedium basiert und allgemein als HIsmelt-Prozeß bezeichnet wird, ist in der Internationalen Anmeldung PCT/AU96/00197 ( WO 96/31627 ) im Namen dieses Anmelders beschrieben.
Der in dieser Internationalen Anmeldung beschriebene HIsmelt-Prozeß schließt folgendes ein:

(a) Erzeugen eines Bades aus geschmolzenem Eisen und Schlacke in einem Gefäß;
(b) Einblasen in das Bad von: (i) metallhaltigem Beschickungsmaterial, typischerweise Eisenoxide; und (ii) einem festen kohlehaltigem Material, typischerweise Kohle, das als Reduktionsmittel der Eisenoxide und Energiequelle wirkt; und
(c) Schmelzen des eisenhaltigen Beschickungsmaterials in der Eisenschicht zu Metall.

Der HIsmelt-Prozeß schließt auch das Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas in einen Raum über dem Bad und die Nachverbrennungsreaktion von Gasen, wie CO und H₂, die aus dem Bad freigesetzt wurden, und das Übertragen der erzeugten Wärme auf das Bad ein, so daß zu der Wärmeenergie beigetragen wird, die zum Schmelzen der metallhaltigen Beschickungsmaterialien erforderlich ist.
Der HIsmelt-Prozeß schließt auch die Bildung einer Übergangszone im Raum über der nominell ruhigen Oberfläche des Bades ein, in der es eine vorteilhafte Masse von aufsteigenden und danach absinkenden Tropfen oder Spritzern oder Strömen von geschmolzenen Material gibt, die für ein wirksames Medium sorgt, um die Wärmeenergie auf das Bad zu übertragen, die durch die Nachverbrennungsreaktion von Gasen über dem Bad erzeugt worden ist.
Der HIsmelt-Prozeß, wie er in dieser Internationalen Anmeldung beschrieben ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszone durch Einblasen von einem Trägergas, metallhaltigem Beschickungsmaterial und festem kohlehaltigem Material in das Bad durch einen Bereich der Seite des Gefäßes, der mit dem Bad in Kontakt steht, und/oder von oberhalb des Bades erzeugt wird, so daß das Trägergas und das feste Material in das Bad eindringen und dazu führen, daß geschmolzenes Material in den Raum über der Badoberfläche herausgeschleudert wird.
Der HIsmelt-Prozeß, wie er in dieser Internationalen Anmeldung beschrieben ist, stellt eine Verbesserung gegenüber früheren Formen des HIsmelt-Prozesses dar, die die Übergangszone dadurch erzeugen, daß Gas und/oder kohlehaltiges Material von unten in das Bad eingeblasen werden, was dazu führt, daß Tropfen und Spritzer und Ströme von geschmolzenem Material aus dem Bad herausgeschleudert werden.
Der Anmelder hat eine extensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit zu Direktschmelzverfahren, einschließlich Forschungs- und Entwicklungsarbeiten bezüglich der Bedingungen für kommerziell arbeitende Verfahren, durchgeführt und ist im Zusammenhang mit diesen Verfahren zu einer Reihe von signifikanten Erkenntnissen gelangt.
Allgemein ausgedrückt betrifft die vorliegende Erfindung ein Direktschmelzverfahren für die Erzeugung von Eisen und/oder Eisenlegierungen, das in kommerziellem Umfang in einem metallurgischen Gefäß arbeitet, das einen Herd, Seitenwände und ein Gewölbe und eine Mindestbreite des Inneren des Herdes von mindestens 4 m, stärker bevorzugt mindestens 6 m aufweist.
Spezifischer ausgedrückt schließt das Verfahren die folgenden Schritte ein:

(a) Einblasen von Beschickungsmaterialien, die ein festes Material und Trägergas sind, in ein Schmelzbad aus geschmolzenem Metall und geschmolzener Schlacke durch drei oder mehr sich nach unten erstreckende Lanzen zum Einblasen von Feststoffen, wodurch ein Gasstrom erzeugt wird, welcher bewirkt: (i) die Bildung einer erweiterten Schmelzbadzone; und (ii) das Herausschleudern von Spritzern, Tropfen und Strömen des geschmolzenen Materials nach oben aus der erweiterten Schmelzbadzone; und
(b) Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases in einen Bereich des Gefäßes durch zumindest eine Lanze zum Einblasen von Sauerstoffgas und Nachverbrennen von brennbaren Gasen, die aus dem Schmelzbad freigesetzt wurden.

Spezifischer ausgedrückt ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Lanzen zum Einblasen von Feststoffen und der Lanzen zum Einblasen von Sauerstoffgas und die relativen Positionen dieser Lanzen ausgewählt werden und die Betriebsbedingungen des Verfahrens, wozu die Einblasraten der Beschickungsmaterialien und des sauerstoffhaltigen Gases durch die Lanzen in den vorstehend genannten Schritten (a) und (b) gehören, so gesteuert werden, daß:

(i) die erweiterte Schmelzbadzone einen erhöhten Bereich um den Bereich des Gefäßes, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird, zwischen dem Bereich, in den Sauerstoff eingeblasen wird, und den Seitenwänden einschließt;
(ii) Spritzer, Tropfen und Ströme von geschmolzenem Material aus dem erhöhten Bereich nach oben geschleudert werden und um den Bereich, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird, zwischen diesem Bereich und den Seitenwänden einen Vorhang bilden und die Seitenwände benetzen; und
(iii) um das untere Ende der oder jeder Lanze zum Einblasen von Sauerstoffgas ein "freier" Raum entsteht, wobei der freie Raum eine Konzentration des geschmolzenen Materials aufweist, die geringer als die Konzentration des geschmolzenen Materials in der erweiterten Schmelzbadzone ist.

Das vorstehend beschriebene Verfahren führt zum Einblasen von Beschickungsmaterialien, die ein festes Material sind, und Trägergas in einer Anzahl von Bereichen im Schmelzbad, die sich um den Bereich des Gefäßes herum befinden, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird. Die vorliegende Erfindung beruht auf einem nach oben gerichteten Gasstrom aus diesen Bereichen mit einer hohen Konzentration an eingeblasenem festem Material und Trägergas, der ausreicht, um das Schmelzbad, das sich über diesen Bereichen befindet, anzuheben und einen Teil des geschmolzenen Materials in einem oberen Raum des Gefäßes auszustoßen.
Die Aufwärtsbewegung von geschmolzenem Material führt zur Bildung des vorstehend beschriebenen erhöhten Bereichs der erweiterten Schmelzbadzone und dem vorstehend beschriebenen Vorhang aus Spritzern, Tropfen und Strömen von geschmolzenem Material, die aus diesem erhöhten Bereich herausgeschleudert werden.
Die Spritzer, Tropfen und Ströme von geschmolzenem Material können auch als "Finger" beschrieben werden.
Die Aufwärtsbewegung von geschmolzenem Material kann auch so beschrieben werden, daß sie in Form einer Reihe von Fontänen des geschmolzenen Materials vorliegt, die sich von den Bereichen mit einer hohen Konzentration von eingeblasenen Feststoffen/eingeblasenem Trägergas nach oben in das Schmelzbad erstrecken.
Die vorliegende Erfindung beruht auch auf der Auswahl der Stellen der Lanzen zum Einblasen von Feststoffen und Sauerstoffgas, so daß der erhöhte Bereich der erweiterten Schmelzbadzone und die herausgeschleuderten Spritzer, Tropfen oder Ströme von geschmolzenem Material dieser Fontänen um den Bereich des Gefäßes herum entstehen, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird.
Der Zweck des vorstehend beschriebenen erhöhten Bereichs der erweiterten Schmelzbadzone und des vorstehend beschriebenen Vorhangs aus geschmolzenem Material, das aus dem erhöhten Bereich um den Bereich herum herausgeschleudert wird, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird, besteht darin:

(a) die Nachverbrennung zu optimieren, indem für einen Raum zwischen der oder jeder Lanze zum Einblasen von Sauerstoffgas und dem erhöhten Bereich/Vorhang gesorgt wird, um Gase des Bades und eingeblasenes sauerstoffhaltiges Gas mitzureißen und zu mischen;
(b) für ein Medium für hohe Wärmeübertragungsraten der resultierenden Verbrennungsenergie auf das Schmelzbad zu sorgen;
(c) ein Medium, d.h. den erhöhten Bereich/Vorhang, bereitzustellen, um die Wärmeverluste des Gefäßes zu verringern; und
(d) die Reaktionen zwischen Eisen- und Schlacketropfen und sauerstoffhaltigem Gas zu minimieren, was die Nachverbrennung verringert.

Die sich nach unten erstreckenden Lanzen zum Einblasen von Feststoffen sind so angeordnet, daß Linien, die von den Auslaßenden der Lanzen senkrecht nach unten gezogen werden, die Basis des Herdes an einer Anzahl von Stellen auf einem Kreis schneiden.
Der Schritt (a) schließt vorzugsweise das Einblasen von Beschickungsmaterialien mit einem ausreichenden Impuls ein, so daß die Bereiche mit hoher Konzentration der eingeblasenen festen Materialien innerhalb dieses Kreises liegen.
Stärker bevorzugt hat der Kreis einen Durchmesser, der größer als oder gleich 2/3 des Durchmessers der Basis des Herdes ist.
Der erhöhte Bereich kann durchgängig oder nicht durchgängig sein.
Der Vorhang kann durchgängig oder nicht durchgängig sein.
Der Bereich, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird, ist vorzugsweise der mittlere Bereich des Gefäßes.
Vorzugsweise gibt es mindestens vier Lanzen zum Einblasen von Feststoffen.
Die erweiterte Schmelzbadzone ist durch einen großem Volumenanteil von Gashohlräumen innerhalb des geschmolzenen Materials in dieser Zone gekennzeichnet.
Der Volumenanteil der Gases beträgt vorzugsweise mindestens 30 Vol.-% der erweiterten Schmelzbadzone.
Der im Schritt (a) erzeugte Gasstrom führt zu einer wesentlichen Bewegung des Materials innerhalb des Schmelzbades und zu einem starken Vermischen des Schmelzbades.
Das Einblasen von Beschickungsmaterialien und der Gasstrom, der sich durch das Einblasen der Beschickungsmaterialien und die Reaktionen der Beschickungsmaterialien im Schmelzbad ergibt, führt zu einer wesentlichen Bewegung des Materials in die erweiterte Schmelzbadzone und aus dieser heraus.
Vorzugsweise bildet sich in einem unteren Bereich des Herdes eine metallreiche Zone, und die erweiterte Schmelzbadzone entsteht auf der metallreichen Zone.
Das Verfahren schließt vorzugsweise das periodische oder kontinuierliche Abstechen von geschmolzener Schlacke aus dem Gefäß ein.
Das Verfahren schließt vorzugsweise auch das periodische oder kontinuierliche Abstechen von geschmolzenem Eisen und/oder geschmolzenen Eisenlegierungen aus dem Gefäß ein.
Die im Schritt (a) eingeblasenen Beschickungsmaterialien können irgendwelche geeigneten eisenhaltigen Materialien einschließen, dazu gehören Eisenerze, andere eisenhaltige Erze, wie Chromiterze, teilweise reduzierte Erze und eisenhaltige Abfallströme, wie Stahlrücklaufmaterialien. Es wird betont, daß die Erfindung nicht auf die Verwendung von eisenhaltigem Material begrenzt ist, obwohl eisenhaltiges Material, d.h. Material, bei dem Eisen die grundsätzliche Komponente darstellt, das bevorzugte eisenhaltige Material ist.
Das feste Material schließt vorzugsweise Eisenmaterial und/oder festes kohlehaltiges Material ein.
Der Schritt (a) schließt vorzugsweise das Einblasen von mindestens 80 Gew.-% des Gesamtgewichts des festen Materials, das für die Durchführung des Erfahrens erforderlich ist, durch Lanzen zum Einblasen von Feststoffen ein.
Der Schritt (a) schließt vorzugsweise das Einblasen von Beschickungsmaterialien mit einer Geschwindigkeit von mindestens 40 m/s durch die Lanzen zum Einblasen von Feststoffen in das Schmelzbad ein.
Die Geschwindigkeit liegt vorzugsweise im Bereich von 80 bis 100 m/s.
Der Schritt (a) schließt vorzugsweise das Einblasen von Beschickungsmaterialien durch die Lanzen zum Einblasen von Feststoffen mit einem Massedurchsatz von bis zu 2,0 t/m²/s in das Schmelzbad ein, wobei m² die Querschnittsfläche des Förderrohrs der Lanze betrifft.
Der Schritt (a) schließt vorzugsweise das Einblasen von Beschickungsmaterialien durch Lanzen zum Einblasen von Feststoffen bei einem Verhältnis von Feststoffen/Gas von 10 bis 18 kg/Nm³ in das Schmelzbad ein.
Das sauerstoffhaltige Gas ist vorzugsweise Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft.
Das Verfahren schließt vorzugsweise das Einblasen von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft bei einer Temperatur von 800 bis 1400°C und mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 600 m/s durch die Lanze oder Lanzen zum Einblasen von Sauerstoffgas in das Gefäß ein.
Die Konzentration des geschmolzenen Materials im freien Raum um das untere Ende der Lanze zum Einblasen von Sauerstoffgas beträgt vorzugsweise 5% oder weniger, und zwar auf das Volumen des Raums bezogen.
Der freie Raum um das untere Ende der Lanze ist vorzugsweise ein halbkugelförmiges Volumen, das einen Durchmesser aufweist, der mindestens das Zweifache des Außendurchmessers des unteren Endes der Lanze beträgt.
Der freie Raum um das untere Ende der Lanze beträgt vorzugsweise nicht mehr als das Vierfache des Außendurchmessers des unteren Endes der Lanze.
Vorzugsweise werden mindestens 50, stärker bevorzugt mindestens 60 Vol.-% des Sauerstoffs in der Luft oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft im freien Raum um das untere Ende der Lanze verbrannt.
Das Verfahren schließt vorzugsweise das Einblasen von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in einer Wirbelbewegung in das Gefäß ein.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung steht der Begriff "Schmelzen" für eine thermische Verarbeitung, bei der chemische Reaktionen, die die Beschickungsmaterialien reduzieren, stattfinden, so daß flüssiges Eisen und/oder flüssige Eisenlegierungen erzeugt wird.
Der im Schritt (a) im Schmelzbad erzeugte Gasstrom hat vorzugsweise mindestens 0,35 Nm³/s/m² (wobei m² für die Fläche des waagerechten Querschnitts durch den Herd an seiner Mindestbreite steht).
Der im Schritt (a) im Schmelzbad erzeugte Gasstrom hat vorzugsweise mindestens 0,5 Nm³/s/m².
Der im Schritt (a) im Schmelzbad erzeugte Gasstrom hat vorzugsweise weniger als 2 Nm³/s/m².
Der im Schmelzbad hervorgerufene Gasstrom kann teilweise als Ergebnis des Einblasens eines Gases von unten und/oder über die Seitenwände in das Schmelzbad erzeugt werden.
Das geschmolzene Material kann auf den Seitenwänden eine "feuchte" Schicht oder eine "trockene" Schicht bilden. Eine "feuchte" Schicht umfaßt eine erstarrte Schicht, die an den Seitenwänden haftet, eine halbfeste (breiige) Schicht und einen äußeren flüssigen Film. Eine "trockene" Schicht ist eine, bei der im wesentlichen die gesamte Schlacke erstarrt ist.
Die Erzeugung von Schlacke im Gefäß kann gesteuert werden, indem die Beschickungsraten des metallhaltigen Beschickungsmaterials, des kohlehaltigen Materials und der Flußmittel in das Gefäß und die Betriebsparameter, wie die Einblasraten von sauerstoffhaltigem Gas, geändert werden.
In Fällen, bei denen das Verfahren die Erzeugung von Eisen betrifft, schließt das Verfahren vorzugsweise die Regelung der Menge von gelöstem Kohlenstoff im geschmolzenen Eisen bei mindestens 3 Gew.-% und die Beibehaltung der Schlacke in einem stark reduzierenden Zustand ein, was zu Eisenoxidmengen von weniger als 6 Gew.-%, stärker bevorzugt weniger als 5 Gew.-% führt (als Eisenmenge in den Eisenoxiden in der aus dem Gefäß abgestochenen Schlacke gemessen).
Das Einblasen von eisenhaltigem Material und kohlehaltigem Material kann durch die gleiche oder durch getrennte Lanzen erfolgen.
Der Nachverbrennungswert beträgt vorzugsweise mindestens 40%, wobei die Nachverbrennung wie folgt definiert wird:
worin:
[CO₂] = Vol.-% von CO₂ im Abgas,
[H₂O] = Vol.-% von H₂O im Abgas,
[CO] = Vol.-% von CO im Abgas und
[H₂] = Vol.-% von H₂ im Abgas.
Allgemein ausgedrückt stellt die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung für die Erzeugung von Eisen und/oder Eisenlegierungen durch ein Direktschmelzverfahren bereit, wobei die Vorrichtung ein festes bzw. fixiertes, nicht schwenkbares Gefäß einschließt, das einen Herd, Seitenwände und ein Gewölbe und eine Mindestbreite von mindestens 4 m, vorzugsweise mindestens 6 m im Inneren des Herdes für die Aufnahme eines Schmelzbades aus Eisen und Schlacke aufweist, das eine metallreiche Zone und eine erweiterte Schmelzbadzone über der metallreichen Zone einschließt.
Insbesondere:

(a) wird der Herd von feuerfestem Material gebildet und weist eine Basis und Seiten auf;
(b) erstrecken sich die Seitenwände von den Seiten des Herdes nach oben, und die Seitenwände schließen wassergekühlte Platten ein;
(c) erstreckt sich zumindest eine Lanze nach unten in das Gefäß, um sauerstoffhaltiges Gas in einen Bereich des Gefäßes oberhalb des Schmelzbades einzublasen;
(d) mindestens drei Lanzen zum Einblasen von Feststoffen für das Einblasen von Beschickungsmaterialien, die eisenhaltiges Material und/oder kohlehaltiges Material sind, und Trägergas in das Schmelzbad, vorzugsweise in die metallreiche Zone des Schmelzbades; und
(e) eine Einrichtung zum Abstechen von geschmolzenem Metall und Schlacke aus dem Gefäß.

Vorzugsweise sind die Lanzen zum Einblasen von Feststoffen länglich und erstrecken sich durch die wassergekühlten Platten in den Seitenwänden des Gefäßes und nach unten und einwärts zum Herdbereich des Gefäßes.
Der Herd definiert einen zylindrischen Bereich im Inneren des Gefäßes, und die sich nach unten erstreckenden Lanzen zum Einblasen von Feststoffen sind so angeordnet, daß Linien, die von den Auslaßenden der Lanzen senkrecht nach unten gezogen werden, die Basis des Herdes an einer Anzahl von Stellen auf einem Kreis im Inneren des Herdes schneiden.
Stärker bevorzugt hat der Kreis einen Durchmesser, der größer als oder gleich 2/3 des Durchmessers der Basis des Herdes ist.
Der Bereich, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird, ist vorzugsweise der mittlere Bereich des Gefäßes.
Stärker bevorzugt schließen die Seitenwände folgendes ein:

(a) einen oberen Gefäßabschnitt, der einen zylindrischen Bereich im Inneren des Gefäßes mit einem größerem Durchmesser als der des vom Herd definierten Bereichs bestimmt; und
(b) einen unteren Gefäßabschnitt, der eine innere Auskleidung aus feuerfestem Material einschließt und einen kegelstumpfförmigen Bereich im Inneren des Gefäßes definiert.

Der kegelstumpfförmige Bereich sorgt für einen Übergang zwischen dem Herd und dem oberen Gefäßbereichen.
Die Lanze zum Einblasen von Feststoffen erstreckt sich vorzugsweise mindestens 1 m, stärker bevorzugt mindestens 1,5 m in das Gefäß und ist über diese Länge selbsttragend.
Die Anzahl der Lanzen zum Einblasen von Feststoffen kann je nach Bedarf variieren, wobei dies von den Abmessungen des Herdes abhängt. Als Beispiel gibt es in einem Fall, bei dem der Herd im allgemeinen zylindrisch mit einem Durchmesser von 4 m ist, vorzugsweise mindestens vier Lanzen zum Einblasen von Feststoffen. Wenn der Durchmesser des Herdes 6 m beträgt, gibt es vorzugsweise mindestens sechs Lanzen zum Einblasen von Feststoffen. Wenn der Durchmesser des Herdes 8 m beträgt, gibt es vorzugsweise mindestens acht Lanzen zum Einblasen von Feststoffen. Die Anzahl der Lanzen zum Einblasen von Feststoffen kann innerhalb praktischer Grenzwerte auch geändert werden, indem deren Größe verändert wird, so daß der einzelne Durchsatz des Materials erhöht wird.
Die Lanzen zum Einblasen von Feststoffen sind vorzugsweise im gleichen Abstand entlang des Umfanges des Gefäßes angeordnet.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung als Beispiel weiter erläutert, die eine senkrechte Schnittansicht ist, die eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Die folgende Beschreibung steht im Zusammenhang mit dem Schmelzen von Eisenerz, um geschmolzenes Eisen zu erzeugen, und es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Verwendungszweck begrenzt ist und für das Schmelzen irgendwelcher geeigneter Beschickungsmaterialien angewendet werden kann.
Die in der Figur gezeigte Direktschmelzvorrichtung schließt ein metallurgisches Gefäß ein, das allgemein mit 11 bezeichnet wird. Das Gefäß 11 weist folgendes auf: einen Herd, der eine Basis 12 und Seiten 13 aus feuerfesten Ziegeln einschließt; Seitenwände 14, die ein im allgemeinen zylindrisches Gefäß bilden, das sich von den Seiten 13 des Herdes nach oben erstreckt und das einen oberen Gefäßabschnitt 51 aus wassergekühlten Platten und einen unteren Gefäßabschnitt 53 aus wassergekühlten Platten mit einer inneren Auskleidung aus feuerfesten Ziegeln einschließt; ein Gewölbe 17; einen Auslaß 18 für Abgase; einen Vorherd 19 für die kontinuierliche Abgabe von geschmolzenem Eisen; und ein Abstichloch 21 für die Abgabe von geschmolzener Schlacke.
Der Herd und der obere Gefäßabschnitt 51 definieren zylindrische Bereiche im Inneren des Gefäßes. Der untere Gefäßabschnitt 53 definiert einen im allgemeinen kegelstumpfförmigen zylindrischen Bereich im Inneren des Gefäßes, der für einen Übergang zwischen dem Herd mit einem kleineren Durchmesser und dem oberen Gefäßabschnitt 51 mit einem größeren Durchmesser sorgt. Bei einer kommerziellen Anlage, d.h. einer Anlage, die mindestens 500000 t/Jahr an geschmolzenem Eisen erzeugt, beträgt der Durchmesser des Herdes mindestens 4 m, stärker bevorzugt mindestens 6 m.
Es wird betont, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Gefäßgeometrie begrenzt ist und sich auf irgendein anderes geeignet geformtes und bemessenes Gefäß erstreckt, um geschmolzenes Metall in kommerziellen Umfang zu produzieren.
Bei Verwendung enthält das Gefäß ein Schmelzbad aus Eisen und Schlacke.
An das Gefäß ist eine sich nach unten erstreckende Lanzen 26 zum Einblasen von Heißluft angebracht, um in den mittleren oberen Bereich 91 des Gefäßes Heißwind einzuführen und Reaktionsgase nachzuverbrennen, die aus dem Schmelzbad freigesetzt werden. Die Lanze 26 hat am unteren Ende der Lanze einen Außendurchmesser D. Die Lanze 26 ist so angeordnet, daß:

(i) die Mittelachse der Lanze 26 in einem Winkel von 20 bis 90° im Verhältnis zur waagerechten Achse ist (die in 1 gezeigte Lanze 26 ist ein einem Winkel von 90°);
(ii) sich die Lanze 26 über eine Distanz in das Gefäß erstreckt, die mindestens der Außendurchmesser D des unteren Endes der Lanze ist; und
(iii) sich das untere Ende der Lanze 26 mit mindestens dem Dreifachen des Außendurchmessers D des unteren Ende der Lanze über der ruhigen Oberfläche (nicht gezeigt) des Schmelzbades befindet.

Der Begriff "ruhige Oberfläche" soll für die Oberfläche des Schmelzbades stehen, wenn in das Gefäß kein Gas und keine Feststoffe eingeblasen werden.
Es wird betont, daß in Abhängigkeit von einem Bereich von miteinander in Zusammenhang stehenden Faktoren, wozu die Größe und Geometrie des Gefäßes gehören, mehr als eine Lanze 26 vorliegen kann.
An das Gefäß sind auch sechs Lanzen 27 zum Einblasen von Feststoffen angebracht (in der Figur sind nur zwei davon gezeigt), die sich in einem Winkel von 20 bis 70° zur Waagerechten nach unten und einwärts durch die Seitenwände 14 und in das Schmelzbad erstrecken, um Beschickungsmaterialien, die Eisenerz, festes kohlehaltiges Material und Flußmittel sind, die in einem Trägergas mit Sauerstoffmangel mitgerissen werden, in das Schmelzbad einzublasen.
Die Lanzen 27 sind so angeordnet, daß sich die Auslaßenden 39 der Lanzen 27 im gleichen Abstand um die Mittelachse des Gefäßes herum befinden. Außerdem sind die Lanzen 27 so angeordnet, daß Linien, die von den Auslaßenden 39 senkrecht nach unten gezogen werden, die Basis 12 des Herdes an Stellen 71 auf einem Kreis schneiden, der einen Durchmesser in der Größenordnung von 2/3 des Durchmessers des Herdes hat.
Es wird betont, daß die Position auf den Lanzen 27 im Zusammenhang mit der Position der Sauerstofflanze 26 und der Aufgabe, zumindest im wesentlichen um die Lanze 26 und zwischen den Seitenwänden 14 des Gefäßes und der Lanze 26 einen Vorhang 72 aus geschmolzenem Material zu bilden, ausgewählt wird, und daß eine andere Anordnung der Lanzen 27 besser geeignet sein kann, um diese Aufgabe bei einer anderen Konfiguration von Gefäß/Lanze 26 zu lösen. Insbesondere wird betont, daß die vorliegende Erfindung nicht auf Anordnungen begrenzt ist, bei denen sich die Lanze 26 in der Mitte befindet.
Bei Verwendung werden Eisenerz, festes kohlehaltiges Material (typischerweise Kohle) und Flußmittel (typischerweise Kalk und Magnesiumoxid), die in einem Trägergas (typischerweise N₂) mitgerissen werden, durch die Lanzen 27 mit einer Geschwindigkeit von mindestens 40 m/s, vorzugsweise 80 bis 100 m/s, in das Schmelzbad eingeblasen. Der Impuls von festem Material/Trägergas befördert das feste Material und das Gas in Richtung der Basis 12 des Herdes in Bereiche (die eingekreisten Bereiche, die mit der Bezugsziffer 24 bezeichnet sind), die in einem Abstand um die Mittelachse des Gefäßes ange ordnet sind. Diese Bereich werden in der folgenden Beschreibung als Bereiche 24 mit einer hoher Konzentration von eingeblasenen Feststoffen/eingeblasenem Gas bezeichnet. Die Kohle wird von flüchtigen Bestandteilen befreit und erzeugt dadurch Gas. Kohlenstoff löst sich teilweise im Metall und bleibt teilweise als feste Kohle zurück. Das Eisenerz wird zu Metall geschmolzen, und die Schmelzreaktion erzeugt gasförmiges Kohlenmonoxid. Die in das Schmelzbad transportierten und durch das Entfernen der flüchtigen Bestandteile und das Schmelzen erzeugten Gase, rufen eine deutliche Auftriebsbewegung von geschmolzenem Material (einschließlich Metall und Schlacke) und fester Kohle aus dem Schmelzbad hervor.
Die Auftriebsbewegung von geschmolzenem Material und fester Kohle führt zu einer wesentlichen Bewegung im Schmelzbad, insbesondere unmittelbar über den und nach außen in einem Abstand von den Bereichen 24 mit einer hohen Konzentration von eingeblasenen Feststoffen/eingeblasenem Gas, als Ergebnis entsteht eine erweiterte Schmelzbadzone 28, die die Oberfläche aufweist, die mit dem Pfeil 30 bezeichnet ist. Insbesondere bildet die Oberfläche der erweiterten Schmelzbadzone 28 einen ringförmig erhöhten Bereich 70 zwischen dem mittleren Bereich 91 und den Seitenwänden 14 des Gefäßes. Das Ausmaß der Bewegung ist derart, daß es eine wesentliche Bewegung von geschmolzenem Material innerhalb der erweiterten Schmelzbadzone 28 und ein starkes Vermischen des geschmolzenen Materials innerhalb dieser Zone bis zu einem solchen Ausmaß gibt, daß eine vernünftige gleichmäßige Temperatur herrscht – typischerweise 1450 bis 1550°C bei einer Temperaturschwankung innerhalb der Zone in der Größenordnung von 30°.
Trotz des starken Vermischens von geschmolzenem Material in der erweiterten Schmelzbadzone 28 setzt sich geschmolzenes Eisen allmählich in Richtung des unteren Teil des Herdes ab und bildet eine metallreiche Zone 23 und wird über den Vorherd 19 kontinuierlich entfernt.
Die Grenzfläche zwischen der erweiterten Schmelzbadzone 28 und der metallreichen Zone 23 wird weitestgehend von den Bereichen 24 mit einer hohen Konzentration von eingeblasenen Feststoffen/eingeblasenem Gas bestimmt. Die wesentliche Aufwärtsbewegung von geschmolzenem Material aus diesen Bereichen wird durch die kontinuierliche Zufuhr weiterer Beschickungsmaterialien über die Lanzen 27 und die Abwärtsbewegung des bereits geschmolzenen Materials kompensiert.
Außerdem schleudert der nach oben gerichtete Gasstrom aus den Bereichen 24 mit einer hohen Konzentration von eingeblasenen Feststoffen/eingeblasenem Gas etwas geschmolzenes Material (vorwiegend Schlacke) als Spritzer, Tropfen und Ströme über den erhöhten Bereich 70 der erweiterten Schmelzbadzone 28 hinaus und bildet den vorstehend beschriebenen Vorhang 72. Das geschmolzene Material im Vorhang 72 kommt mit dem oberen Gefäßabschnitt 51 der Seitenwände 14, der sich über der erweiterten Schmelzbadzone 28 befindet, und dem Gewölbe 17 in Kontakt.
Allgemein ausgedrückt ist die erweiterte Schmelzbadzone 28 ein durchgängiges Flüssigkeitsvolumen mit Gasblasen im Inneren.
Die vorstehend beschriebene Bewegung von geschmolzenem Material kann als Reihe von Fontänen sichtbar gemacht werden, die den Bereichen mit einer hohen Konzentration von eingeblasenen Feststoffen/eingeblasenem Gas entspringen, wodurch der erhöhte Bereich 70 der erweiterten Schmelzbadzone 28 und der Vorhang 72 aus geschmolzenem Material entsteht.
Zusätzlich dazu wird bei Verwendung Heißluft mit einer Temperatur von 800 bis 1400°C und einer Geschwindigkeit von 200 bis 600 m/s über die Lanze 26 in den mittleren Bereich 91 des Gefäßes eingeblasen und lenkt nach oben geschleudertes geschmolzenes Material in diesem Bereich ab und führt dazu, daß sich um das untere Ende der Lanze 26 ein im wesentlichen von Metall/Schlacke freier Raum 29 bildet. Dieser nach unten gerichtete Heißwind trägt dazu bei, das herausgeschleuderte geschmolzene Material zu dem vorstehend beschriebenen Vorhang 72 zu formen.
Die Position der Lanzen 27 wird so gewählt, daß sich deren Auslaßenden 39 bei der Durchführung des Verfahrens über der Oberfläche der metallreichen Zone 23 befinden. Diese Position der Lanzen 27 verringert die Gefahr einer Beschädigung durch den Kontakt mit geschmolzenem Metall und ermöglicht es auch, die Lanzen durch interne Zwangskühlung mit Wasser zu kühlen, ohne daß die signifikante Gefahr besteht, daß das Wasser mit dem geschmolzenem Metall im Gefäß in Kontakt kommt. Insbesondere wird die Position der Lanzen 27 so gewählt, daß sich die Auslaßenden 28 bei ruhigen Bedingungen in einem Bereich von 150 bis 1500 mm über der Oberfläche der metallreichen Zone 23 befinden. In diesem Zusammenhang wird betont, daß die Auslaßenden der Lanzen 27 mit der Seitenwand 14 bündig sein können, obwohl die Lanzen 27 in der Figur so dargestellt sind, daß sie sich in das Gefäß erstrecken.
Der Heißwind durch die Lanze 26 verbrennt die Reaktionsgase CO und H₂ im freien Raum 29 um das Ende der Lanze 26 und im umgebenden geschmolzenen Material nach und erzeugt hohe Temperaturen in der Größenordnung von 2000°C oder darüber. Die Wärme wird in dem Bereich, in den Gas eingeblasen wird, auf das geschmolzene Materials übertragen, und die Wärme wird dann durch das geschmolzene Material teilweise auf die metallreiche Zone 23 übertragen.
Der freie Raum 29 ist wichtig, um hohe Nachverbrennungswerte zu erzielen, da er das Mitreißen von Gasen im Raum über der erweiterten Schmelzbadzone 28 in den Endbereich der Lanze 26 ermöglicht und dadurch mehr verfügbare Reaktionsgase der Nachverbrennung ausgesetzt werden.
Der Vorhang 72 ist auch bei der Schaffung einer teilweisen Sperre gegenüber der Strahlungsenergie vom Nachverbrennungsstrahl auf die Seitenwände 14 wichtig.
Außerdem stellen die aufsteigenden und absinkenden Tropfen, Spritzer und Ströme von geschmolzenem Material innerhalb des Vorhangs 72 eine wirksame Maßnahme dar, um durch die Nachverbrennung erzeugte Wärme auf das Schmelzbad zu übertragen.

Claims

Direktschmelzverfahren zur Erzeugung von Eisen und/oder Eisenlegierungen, das im kommerziellem Umfang in einem metallurgischen Gefäß arbeitet, das einen Herd, Seitenwände und ein Gewölbe und eine Mindestbreite des Innenraums des Herds von mindestens 4 m aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritt aufweist: (a) Einblasen von Beschickungsmaterialien, die ein festes Material und Trägergas sind, in ein Schmelzbad aus geschmolzenem Metall und geschmolzener Schlacke durch drei oder mehr sich nach unten erstreckende Lanzen zum Einblasen von Feststoffen, wodurch ein Gasstrom erzeugt wird, welcher bewirkt: (i) die Bildung einer erweiterten Schmelzbadzone; und (ii) das Herausschleudern von Spritzern, Tropfen und Strömen des geschmolzenen Materials nach oben aus der erweiterten Schmelzbadzone; und (b) Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases in einen Bereich des Gefäßes durch zumindest eine Lanze zum Einblasen von Sauerstoffgas und Nachverbrennen von brennbaren Gasen, die aus dem Schmelzbad freigesetzt wurden; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Anzahl der Lanzen zum Einblasen von Feststoffen und zum Einblasen von Sauerstoffgas und die relativen Positionen dieser Lanzen ausgewählt werden und die Betriebsbedingungen des Verfahrens, wozu die Einblasraten der Beschickungsmaterialien und des sauerstoffhaltigen Gases durch die Lanzen in den vorstehend genannten Schritten (a) und (b) gehören, gesteuert werden, und wobei der Herd einen zylindrischen Bereich im Inneren des Gefäßes definiert und die sich nach unten erstreckenden Lanzen zum Einblasen von Feststoffen so angeordnet sind, daß Linien, die von den Auslaßenden der Lanze senkrecht nach unten gezogen werden, die Basis des Herds an einer Anzahl von Stellen auf einem Kreis im Inneren des Herds schneiden, so daß: (i) die erweiterte Schmelzbadzone einen erhöhten Bereich um den Bereich des Gefäßes, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird, zwischen diesem Bereich und den Seitenwänden einschließt; (ii) Spritzer, Tropfen und Ströme von geschmolzenem Material aus dem erhöhten Bereich nach oben geschleudert werden und um den Bereich, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird, zwischen diesem Bereich und den Seitenwänden einen Vorhang bilden und die Seitenwände benetzen; und (iii) um das untere Ende der oder jeder Lanze zum Einblasen von Sauerstoffgas ein "freier" Raum entsteht, wobei der freie Raum eine Konzentration des geschmolzenen Materials aufweist, die geringer als die Konzentration des geschmolzenen Materials in der erweiterten Schmelzbadzone ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gasstrom, der im Schritt (a) erzeugt wird, zu einer wesentlichen Bewegung des Materials innerhalb des Schmelzbades und einem starken Vermischen des Schmelzbades führt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einblasen von Beschickungsmaterialien im Schritt (a) und der durch das Einblasen der Beschickungsmaterialien und die Reaktionen der Beschickungsmaterialien im Schmelzbad erzeugte Gasstrom zu einer wesentlichen Bewegung des Materials in die und aus der erweiterten Schmelzbadzone führt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das das periodische Abstechen von geschmolzener Schlacke aus dem Gefäß einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das das kontinuierliche Abstechen von geschmolzener Schlacke aus dem Gefäß einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das das periodische Abstechen von geschmolzenem Eisen und/oder Eisenlegierungen aus dem Gefäß einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das das kontinuierliche Abstechen von geschmolzenem Eisen und/oder Eisenlegierungen aus dem Gefäß einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt (a) das Einblasen von mindestens 80 Gew.-% des Gesamtgewichtes des festen Materials, das in diesem Verfahren verwendet wird, durch die Lanzen zum Einblasen von Feststoffen einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt (a) das Einblasen von Beschickungsmaterialien in das Schmelzbad durch die Lanzen zum Einblasen von Feststoffen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 40 m/s einschließt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Geschwindigkeit im Bereich von 80 bis 100 m/s liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt (a) das Einblasen von Beschickungsmaterialien in das Schmelzbad durch die Lanzen zum Einblasen von Feststoffen bei einem Massedurchsatz von bis zu 2,0 t/m²/s einschließt, wobei m² für die Querschnittsfläche der Förderleitung der Lanze steht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt (a) das Einblasen von Beschickungsmaterialien in das Schmelzbad durch Lanzen zum Einblasen von Feststoffen mit einem Verhältnis von Feststoffen/Gas von 10 bis 18 kg/Nm³ einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt (b) das Einblasen von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft als das sauerstoffhaltige Gas in das Gefäß mit einer Temperatur von 800 bis 1400°C und einer Geschwindigkeit von 200 bis 600 m/s durch die Lanze oder Lanzen zum Einblasen von Sauerstoffgas einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das im Schritt (b) das Einblasen von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft als das sauerstoffhaltige Gas in einer Wirbelbewegung in das Gefäß einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt (a) einen Gasstrom mit mindestens 0,35 Nm³/s/m² erzeugt (wobei m² die Fläche des waagerechten Querschnitts durch den Herd an seiner Mindestbreite betrifft).
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt (a) einen Gasstrom mit mindestens 0,5 Nm³/s/m² erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt (a) einen Gasstrom mit weniger als 2 Nm³/s/m² erzeugt.
Vorrichtung zur Erzeugung von Eisen und/oder Eisenlegierungen durch ein Direktschmelzverfahren, wobei die Vorrichtung umfaßt: (a) ein festes, nicht schwenkbares Gefäß für die Aufnahme eines Schmelzbades aus Metall und Schlacke, das eine metallreiche Zone und eine erweiterte Schmelzbadzone über der metallreichen Zone einschließt, wobei das Gefäß einen Herd mit einer Mindestbreite im Inneren von mindestens 4 m und Seitenwände, die sich vom Herd nach oben erstrecken, wobei der Herd aus einem feuerfesten Material besteht und die Seitenwände wassergekühlte Platten einschließen; und ein Gewölbe einschließt; (b) zumindest eine Lanze, die sich nach unten in das Gefäß erstreckt, um sauerstoffhaltiges Gas in einen Bereich des Gefäßes über dem Schmelzbad einzublasen; (c) zumindest drei Lanzen zum Einblasen von Feststoffen, um Beschickungsmaterialien und Trägergas in das Schmelzbad einzublasen; und (d) eine Einrichtung zum Abstechen von geschmolzenem Metall und Schlacke aus dem Gefäß, und wobei der Herd einen zylindrischen Bereich im Inneren des Gefäßes definiert und die sich nach unten erstreckenden Lanzen zum Einblasen von Feststoffen so angeordnet sind, daß Linien, die von den Auslaßenden der Lanzen senkrecht nach unten gezogen werden, die Basis des Herdes an einer Anzahl von Stellen auf einem Kreis im Inneren des Herdes schneiden.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Lanzen zum Einblasen von Feststoffen länglich sind und sich durch wassergekühlte Platten in den Seitenwänden des Gefäßes und nach unten und einwärts zum Herdbereich des Gefäßes erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Kreis einen Durchmesser aufweist, der größer als oder gleich 2/3 des Durchmessers der Breite des Herdes ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der Bereich, in den Sauerstoffgas eingeblasen wird, der mittlere Bereich des Gefäßes ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Seitenwände folgendes einschließen: (a) einen oberen Gefäßabschnitt, der einen zylindrischen Bereich im Inneren des Gefäßes mit einem größerem Durchmesser als der des vom Herd definierten Bereichs bestimmt; und (b) einen unteren Gefäßabschnitt, der eine innere Auskleidung aus feuerfestem Material einschließt und einen kegelstumpfförmigen Bereich im Inneren des Gefäßes definiert, wobei der kegelstumpfförmige Bereich einen Übergang zwischen dem oberen Gefäßabschnitt und dem Herd bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei sich die Lanzen zum Einblasen von Feststoffen zumindest 1 m in das Gefäß erstrecken und über diese Länge selbsttragend sind.