JP5421455B2 - Metallurgical melting and processing unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属学的熔融及び処理ユニットに関し、特に非鉄金属を収容するとともに処理する本質的に筒状の容器に関する。 The present invention relates to metallurgical melting and processing units, and more particularly to an essentially cylindrical container for containing and processing non-ferrous metals.
これら金属学的ユニット/容器は特に、ピアス‐スミス転炉(Peirce−Smith converters)、テニエンテ転炉(Teniente converters)、ノランダ反応炉(Noranda reactors)、銅精錬炉を含む。 These metallurgical units / vessels include, among others, Pierce-Smith converters, Teniente converters, Noranda reactors, and copper smelting furnaces.
金属を熔融し、金属溶融物の最終処理に適するこのようなユニットの基本的な設計は、以下の如くである。
‐容器/炉は本質的に筒状形状であり、この筒状体の長手軸は、容器が作動位置にある場合には本質的に水平に延在する。このことは図1に、ピアス‐スミス転炉の場合について図示されている。
‐容器は外側金属ケーシングと、内側耐火ライニングとを有している。
‐容器にはいくつかのノズルが備えられ、これらノズルは外側から、炉の金属ケーシングを通じるとともに内側耐火ライニングを通じて、実際の炉空間に延びて、空気のような処理ガスを金属溶融物中に噴出するのを可能にする。
‐これに関して、複数のノズルはそれぞれノズル開口部を有し、これら開口部は、容器の長手軸の長手方向において所定の距離を離間して互いに隣り合って配置されている。言い換えると、複数のノズルは、筒状ケーシングのラインに沿って配置されており、このラインは筒の軸に平行に延在している。これらノズルの軸は、筒状体の軸に垂直な平面内に延びている。
‐数百までのこのような処理ノズルをユニットの1つに配置することができる。
The basic design of such a unit that melts metal and is suitable for final processing of the metal melt is as follows.
The vessel / furnace is essentially cylindrical in shape, the longitudinal axis of which is essentially horizontal when the vessel is in the operating position. This is illustrated in FIG. 1 for the Pierce-Smith converter.
The container has an outer metal casing and an inner refractory lining;
-The vessel is equipped with several nozzles, which extend from the outside through the furnace metal casing and through the inner refractory lining to the actual furnace space to allow treatment gases such as air into the metal melt. Allows to erupt.
-In this regard, each of the plurality of nozzles has a nozzle opening, and these openings are arranged adjacent to each other at a predetermined distance in the longitudinal direction of the longitudinal axis of the container. In other words, the plurality of nozzles are arranged along a line of the cylindrical casing, and the line extends parallel to the axis of the cylinder. The axes of these nozzles extend in a plane perpendicular to the axis of the cylindrical body.
-Up to several hundred such processing nozzles can be arranged in one of the units.
熔融物の有利ではない流れプロファイルが、ノズルの領域に規定されるか、又は例えば変動するガスの圧力によって規定されている場合には、熔融物がノズルに浸入する場合がある。ノズル口/ノズル開口部の領域においては、化学反応が固体の堆積、例えばマグネタイト(Fe3O4)の堆積をもたらす場合がある。これは続いて生じる、固体が堆積していないノズル断面が小さくなることによる処理ノズルの「詰まり」をもたらす場合がある。一般的なガスの圧力においては、これは時間当たりのガス処理能力を減少させる場合がある。生産性は低下する。 If an unfavorable flow profile of the melt is defined in the region of the nozzle or is defined, for example, by varying gas pressure, the melt may enter the nozzle. In the area of the nozzle mouth / nozzle opening, the chemical reaction may lead to solid deposition, for example deposition of magnetite (Fe 3 O 4 ). This may result in subsequent “clogging” of the processing nozzle due to the smaller nozzle cross-section where no solid is deposited. At typical gas pressures, this may reduce the gas throughput per hour. Productivity decreases.
圧縮機を使用することによってガスの圧力を上げることは常に可能なわけではない。 It is not always possible to increase the gas pressure by using a compressor.
これに関して、既知の解決法は、手動でノズルを洗浄するか、又はラム装置によって機械的に洗浄することである。ガス循環のための最初の断面は、結果として回復される。しかし、これはノズル開口部の周りの耐火ライニングに損傷を生じさせ、これによってこの領域に早すぎる消耗をもたらす。 In this regard, a known solution is to clean the nozzle manually or mechanically with a ram device. The initial cross section for gas circulation is restored as a result. However, this causes damage to the refractory lining around the nozzle opening, thereby causing premature wear in this area.
本発明の目的は、金属を熔錬し、金属溶融物、特に非鉄金属熔融物を収容し処理するための容器であって、その中でノズルを組み込んだノズル領域が長期間完全に機能し続ける容器を提案することである。これに関して、既存のユニットに後付けすることもまた可能である。 The object of the present invention is a container for smelting metal and containing and processing metal melts, in particular non-ferrous metal melts, in which the nozzle region incorporating the nozzles continues to function perfectly for a long period of time. Propose a container. In this regard, it is also possible to retrofit existing units.
この課題を達成するために、本発明は以下の知識に基づいている。 In order to achieve this object, the present invention is based on the following knowledge.
図2は(図1に示す)ピアス‐スミス転炉のノズル領域の壁部の一部を通じた断面を示し、ノズル10が外側から金属ケーシング12と耐火ライニング14とを通じて、金属溶融物50が処理される転炉の領域内に延在していることを見ることができる。
FIG. 2 shows a cross-section through part of the wall of the nozzle area of the Pierce-Smith converter (shown in FIG. 1), where the
図1及び2は作動位置と称される所定の位置にある転炉を示す。したがって、ノズル10は、この位置において本質的に水平に、かつ、同様に本質的に水平に方向付けられた転炉の長手軸L−Lに垂直な平面内に延在する。開口部領域10mは、(ここで例示の方法によって示された新しい設備の場合には)耐火ライニング14をわずかに超えて延在している。
1 and 2 show the converter in a predetermined position called the operating position. Thus, the
複数のこのようなノズル10は、図1に図示されているように、仮想の直線1に沿って互いから所定の距離を隔てて転炉の長手面上に配置されている。
A plurality of
例えば5cmの内径を有するノズル10を介して、処理ガス(この実施形態においては空気)が熔融物50の中に導入され、この熔融物中において空気は比較的大きな泡52の形態でノズル10を出て上昇する。泡はノズルの開口部の頂部領域においてノズルから解放される。処理プロセスの間に、図2において矢印によって示されるように、熔融物50の流れが形成される。ノズル開口部近傍における熔融物の流れの不利な形状、及びノズル開口部に作用する熔融物の圧力は、図2に図示されているように、ノズル中への熔融物の浸入とノズル開口部の底部領域における固体堆積物10aの形成をもたらす。比較的大きなガスの泡の故に、ガスと液相との境界は比較的小さい。さらに、この大きな泡の滞留時間は短い。これら両方の要因は、導入される空気の効率のレベルの低下をもたらす。したがって、実際にはノズルを通じて熔融物中に大量の空気を導入する必要があり、このことは長いプロセス時間と、それによる高い経費とを意味する。高濃度の酸素を有する空気の使用がプロセス時間を短縮するとしても、ノズル開口部の領域には極端な温度がもたらされ、それによって耐火ライニング14の大幅な消耗の増加がもたらされる。これは同時に、耐火ライニング14中への浸入の危険及び/又はノズル10の開口部領域10mにおける堆積物10aの危険を増大させる。
For example, a process gas (air in this embodiment) is introduced into the
これら問題は、図3に図示されているタイプの設計によって回避することができる。ノズル10の形状、位置、及び数は本質的に変化させず維持することができるが、本発明によって提案される金属熔融ユニットは、追加的なガス噴出装置20を備えており、これらガス噴出装置20は、ユニットの作動/動作位置においてはノズル10の下に配置されている。ガス噴出装置20は、金属熔錬物50の中にガスを、ガスが耐火ライニングに近接して上昇するように、かつ、そのガスが続いて1つ以上のノズル開口部10mの周りに噴出するように、導入するために使用される。「〜の周りに噴出する」は、ガス噴出装置20を出るガス(例えば、アルゴンのような不活性ガス)が、ノズル開口部10mに向かって流れ、できる限り漏れることなくノズル開口部10mの前方において又はノズル開口部10mに沿って、ノズル開口部10mを通過するということを意味している。
These problems can be avoided by the type of design illustrated in FIG. Although the shape, position, and number of the
ノズル開口部の領域におけるノズル中の堆積物の発生が、これによって防止されるか、又は大幅に軽減されることが見出された。ノズル開口部の周りにおける継続的な噴出(パージ)は、均一な速度プロファイルがノズル開口部の近傍に生成されることを確実にする。熔融物の流れは、熔融物が全くノズル開口部の中に入っていかないように、又は入ったとしてもほんの僅かであるように、また、ノズル開口部において、もはや堆積物を形成することがないように影響を受ける。さらに、ガス噴出装置20を介して導入される比較的小さいガスの泡は、溶融物‐ガス混合物をもたらし、この混合物の密度は溶融物そのものの密度より小さい。したがって、プロセスガス(空気、又は空気‐酸素混合ガス)は、同じ取入れ圧力において溶融物の中により深く浸入し、プロセスガスのより良好な分散(分配)をもたらす。また、空気の泡が溶融物中に維持される時間が結果として増加し、これによって全体的に大幅に改善された反応挙動が泡52と溶融物との間に確立され、よって結果的により効率的なプロセスガスの使用が可能となる。
It has been found that the generation of deposits in the nozzle in the area of the nozzle opening is thereby prevented or greatly reduced. The continuous ejection (purge) around the nozzle opening ensures that a uniform velocity profile is generated in the vicinity of the nozzle opening. The flow of the melt is such that no melt enters the nozzle opening or only a small amount, if any, and no more deposits form at the nozzle opening. As affected. Furthermore, the relatively small gas bubbles introduced via the gas blowing
その最も一般的な実施形態において、本発明は以下の特徴を有する金属学的熔融及び処理ユニットに関する。
‐ユニットが作動位置にあるときに、本質的に水平に延在する長手軸を有する筒状形状体
‐外側金属ケース
‐内側耐火ライニング
‐プロセスガスを、対応するノズル開口部を介して金属溶融物の中に導入するための、金属ケーシングと耐火ライニングとを通じて外側から延びるいくつかのノズル
‐これら複数のノズルが互いに隣接して、ユニットの長手面に沿って(ユニットの長手軸の方向に)互いに所定の距離を隔てて配置される
‐ユニットの作動位置においては、1つ以上のガス噴出装置がノズルの下に配置され、これらガス噴出装置を通じてガスを金属溶融物中に、このガスが耐火ライニングに近接して上昇し、1つ以上のノズル開口部に沿って流れるように、導入することができる
In its most general embodiment, the present invention relates to a metallurgical melting and processing unit having the following characteristics.
-A cylindrical shape with a longitudinal axis extending essentially horizontally when the unit is in the operating position-Outer metal case-Inner refractory lining-Process gas through a corresponding nozzle opening into the metal melt Several nozzles extending from the outside through a metal casing and a refractory lining for introduction into the plurality of nozzles adjacent to each other and along each other along the longitudinal plane of the unit (in the direction of the longitudinal axis of the unit) Arranged at a predetermined distance-in the operating position of the unit, one or more gas jets are placed under the nozzles, through which the gas is introduced into the metal melt and the gas is refractory lining. Can be introduced so that it rises close to and flows along one or more nozzle openings.
ノズル及びガス噴出装置の配置及び設計は様々な方法で実現することができる。上述したように、記載したタイプの既知の炉におけるノズル開口部は通常、仮想の直線に沿って互いに対して隣接している。このようなノズル配置の場合においては、本発明は、協働する(対応する)ガス噴出装置がすべてのノズルの下に配置されることを提案している。言い換えると、全てのノズルは別々のガス噴出装置を割り当てられ、よって微細なガスの泡を、ガス噴出装置から協働するノズルの開口部領域に向かって選択的に導くことができる。 The arrangement and design of the nozzle and gas ejection device can be realized in various ways. As mentioned above, the nozzle openings in known furnaces of the type described are usually adjacent to one another along a virtual straight line. In the case of such a nozzle arrangement, the present invention proposes that cooperating (corresponding) gas ejection devices are arranged under all nozzles. In other words, every nozzle is assigned a separate gas ejection device, so that fine gas bubbles can be selectively directed from the gas ejection device towards the opening area of the cooperating nozzle.
また代替的に、ガス噴出装置は複数のノズルのグループと協働することもできる。 Alternatively, the gas ejection device can also cooperate with a plurality of groups of nozzles.
これは、選択されたガス噴出装置がガスの出口端において端面を有し、この出口端が大きな断面積に亘って延在し、例えば2つ又は3つの隣接して配置されたノズルに及ぶ長さを有している場合の特別な選択肢である。 This is because the selected gas ejection device has an end face at the outlet end of the gas, the outlet end extending over a large cross-sectional area, e.g. extending to two or three adjacently arranged nozzles. This is a special option if you have
図4は、図1に図示したタイプの転炉の(内側から耐火ライニングに向かう視点での)このような実施形態を示すが、ノズル10の下にガス噴出装置20を有する、本発明によって提案された設計に基づいている。
FIG. 4 shows such an embodiment of the converter of the type illustrated in FIG. 1 (from the point of view towards the refractory lining from the inside), but proposed by the present invention with a
10個のノズル10が水平な列状に配置され、隣接するノズル10間にはそれぞれ空隙があることが見て取れる。
It can be seen that ten
ほぼノズルの直径だけ離間してノズルの列の下に配置されているのは7つのガス噴出装置20であり、ガス噴出装置20それぞれは、ガス出口端に矩形の端面20mを有している。ガス噴出装置20のサイズは、ガス噴出装置20から排出されたガス、例えば窒素を、上に配置された2つのノズル10に選択的に導くことができるようにされている。
Seven
言うまでもなく、ガス噴出装置20は、特にガス出口端における端面の領域において様々な形状を有することができ、例えば円形状の端面を有することができる。しかし、この実施形態においても、1つのガス噴出装置20を1つのノズル10のために設けることができ、又は代替的に例えば1つの(より大きな)ガス噴出ユニットをいくつかのノズル10のために設けることもできる。
Needless to say, the
ガス噴出装置20のレイアウトは、図1におけるノズルの列と同じであり、これによってガス噴出装置20のガス出口面は、転炉の軸に平行に走る仮想の直線に沿って取り付けられており、同様に、ガス噴出装置20を、耐火ライニング14中の様々な高さにおいて互いからずらして位置付けることも可能である。
The layout of the
図3に図示するように、ガス噴出装置20は、ノズル10と同じように金属ケース12及び耐火ライニング14を通じて延在するように設置されている。
As shown in FIG. 3, the
以上に説明したように、ガス噴出装置20の目的及び機能は、できるだけ微細なガスの泡をノズル10の開口部領域の前部に導いて、そこで溶融物の流れに影響を与え、よって溶融物がノズルに進入し堆積物がノズルの中に形成されるのを防止し、プロセスガスをより良好に使用することである。
As explained above, the purpose and function of the
この点に関し、ノズル及びガス噴出装置は構造及び機能の点で互いに大幅に異なっている。ノズルは大きな自由内部断面(例えば>500mm2)を有し、この内部断面を通じてガスが流れ、ガス噴出装置の場合には、ガスは、均一に延在するそれぞれが非常に小さい内部断面(特に<50mm2)を有する個々の通路に沿って搬送されるか、又は細孔構造を通じて搬送される。 In this regard, the nozzle and the gas ejection device are significantly different from each other in structure and function. The nozzle has a large free internal cross-section (eg> 500 mm 2 ) through which gas flows, and in the case of a gas jetting device, the gas has a very small internal cross-section (in particular < Conveyed along individual passages having 50 mm 2 ) or through the pore structure.
細孔は指向性であっても非指向性であってもよい。 The pores may be directional or non-directional.
非指向性を有する細孔は海綿状構造と同様であり、この場合にはガスは、ガス噴出レンガからなるセラミックベースの材料を通じて、細孔構造に応じて不規則な経路を探す。非指向性の細孔を有するこのようなガス噴出装置は既知であり、したがってここにさらに記載することはしない。 The non-directional pores are similar to the spongy structure, in which case the gas looks for an irregular path depending on the pore structure through a ceramic-based material consisting of gas-spouting bricks. Such gas ejection devices with non-directional pores are known and will therefore not be described further here.
指向性の細孔を有するガス噴出装置20の場合には、ガスは、選択的な流れ方向で別々のガスの通路を介して噴出要素を通じて導かれる。
In the case of a
また、ガス噴出装置20の内側、又は複数のガス噴出装置20の列内における指向性及び非指向性の細孔の組み合わせを選択することもできる。
Also, a combination of directional and non-directional pores inside the
また、この場合には、プロセスガスの熔錬物50中への進入深さは選択的に調整することもできる。プロセスガスは、ノズル10を通じて供給されるガスである。
In this case, the depth of penetration of the process gas into the
本発明によって提案されている構造は、温度ピークの低減とノズル開口部の周りの領域の溶融物の非常に均一な温度プロファイルをもたらす。 The structure proposed by the present invention results in a reduced temperature peak and a very uniform temperature profile of the melt in the area around the nozzle opening.
耐火物の消耗は大幅に軽減される。溶融物によるノズル開口部の浸入及びノズル開口部における堆積物は大幅に軽減される。ノズル断面全体は長期間、何らの影響も受けずに維持され、洗浄は必要とされず、プロセスガスは、従来技術の場合よりもより一定に導入される。ユニットの停止時間は最小化される。 The consumption of refractories is greatly reduced. Infiltration of the nozzle openings by the melt and deposits at the nozzle openings are greatly reduced. The entire nozzle cross section is maintained for a long time without any influence, no cleaning is required, and the process gas is introduced more consistently than in the prior art. Unit downtime is minimized.
同時に、経費を削減することができる。追加的なガス噴出装置20がかなり長い耐用年数を有するとともにノズル10の耐用年数もまた従来技術と比べて大幅に長くされるので、経費の節減は追加的なガス噴出装置20が設けられたときにも当てはまる。
At the same time, expenses can be reduced. Since the additional
ユニットが、ノズルが上述のように水平に配置された状態の作動位置にある、動作位置にある場合には、ガス噴出装置20を、ノズル10とガス噴出装置20との長手軸の投影が、図3に図示するように、ユニットの長手軸L−Lに垂直な平面において鋭角を形成するように配置することが可能であり、ここで対応する角度はaで示されるとともに約30°である。
When the unit is in the operating position, where the nozzle is positioned horizontally as described above, the
ノズル10は、作動位置にあるときには、図1〜3の記載からわかるように、ガス噴出装置20と同様に通常はユニットの底部に配置されている。
When the
図3及び4に図示されたガス噴出装置20はガス噴出レンガであり、このガス噴出レンガはその端から端まで非指向性を有する細孔を有し、ガス(この例では窒素)は、ガス取り入れライン22及び、このガス取り入れライン22と有孔の耐火部分24との間に配置されたガス分散チャンバ26を介して導かれる。
The
図3の記載においては、ガス噴出装置20のガス出口における端面20mは、耐火ライニング14の内面と同一平面にあるが、耐火ライニング14を僅かに超えて金属溶融物50中に突出していてもよい。いずれの場合においても、ガス出口端部における端面20mは、噴出動作中には溶融物50に直接接触している。
In the description of FIG. 3, the
本発明の内容中の大きな又は小さなガスの泡に言及すると、これは定量的には以下を具体的に意味する When referring to large or small gas bubbles in the context of the present invention, this quantitatively means specifically:
ガス噴出装置20を介して金属溶融物50中に導入されるガスの泡は通常、<10mmの直径の泡を有する。
The gas bubbles introduced into the
指向性の細孔を有するガス噴出装置20はこの目的のためのガス通路を有し、ガス搬送のための、何ら影響を受けていないガス通路の内部断面は、それぞれ<15mm2、<25mm2、又は<50mm2である。
有孔の耐火材料から作られた非指向性の細孔を有するガス噴出装置20は、ガスの浸透性がEN993−4(1995)に合致する以下の値を有するように設計することができる:>2×1012m2、>15×1012m2、>50×1012m2、<200×1012m2。
A
ノズル10を通じて供給される泡の平均直径と、ガス噴出装置20を通じて供給される泡の平均直径との間の比率は通常、10:1〜200:1である。
The ratio between the average diameter of the bubbles supplied through the
ガス噴出装置20及びノズル10を介して熔錬物中に導入されるガスの量は同様の関係に基づいている。例えば、0.02〜0.5Nm3/minの量のガスが全てのガス噴出要素を通じて導入され、10及び20Nm3/minが全てのノズル10を通じて導入される。
The amount of gas introduced into the smelt through the
(図3に図示されているような)新しく設置されるユニットの場合には、ノズル10と、溶融物に面する耐火ライニングの側における協働するガス噴出装置20との間の最短距離は、2〜100cm、例えば5〜50cmとすることができる。
In the case of a newly installed unit (as illustrated in FIG. 3), the shortest distance between the
ユニットの長手軸L−Lに垂直な平面への、ノズル軸の投影と、協働するガス噴出装置の軸の投影との間の角度は、10°〜80°、好ましくは10°〜40°とすることができる。 The angle between the projection of the nozzle axis on the plane perpendicular to the longitudinal axis LL of the unit and the axis of the cooperating gas jetting device is 10 ° to 80 °, preferably 10 ° to 40 °. It can be.
10・・・ノズル
10m・・・ノズル口
12・・・外側金属シェル
14・・・内側耐火ライニング
20・・・ガス噴出装置(ガス噴出設備)
50・・・金属溶融物
52・・・泡
54・・・比較的小さいガスの泡
DESCRIPTION OF
50 ...
Claims (11)
以下の特徴:
1.1 作動位置において、水平に延在する長手軸(L−L)を有する筒状形状、
1.2 外側金属シェル(12)、
1.3 内側耐火ライニング(14)、
1.4 前記金属シェル(12)及び前記耐火ライニング(14)を通じて外部から延在する、処理ガスを対応するノズル口(10m)を介して金属溶融物(50)中に導入するための複数のノズル(10)、
1.5 前記ノズル(10)は、前記容器の長手側に互いに所定の距離をおいて配置されている、
1.6 前記容器の作動位置においては、1つ以上のガス噴出設備(20)が前記ノズル(10)の下に配置され、該ノズル(10)を通じてガスが前記金属溶融物中に、該ガスが前記耐火ライニングに隣接して上昇するように導入され、よって1つ以上の前記ノズル口(10m)に向かって吹きつけられる、
を有する容器。 A container for metallographic melting and processing,
The following features:
In 1.1 the operating position, a tubular shape having water earnestly extending longitudinal axis (L-L),
1.2 outer metal shell (12),
1.3 Inner fireproof lining (14),
1.4 extending from the outside through the metal shell (12) and the refractory lining (14), process gas corresponding nozzle orifice (10 m) through the metal melt (50) more for introduction into Nozzle (10),
1.5 The nozzle (10) is arranged at a predetermined distance from each other on the longitudinal side of the container,
1.6 In the operating position of the vessel, one or more gas ejection facilities (20) are arranged under the nozzle (10), through which gas is introduced into the metal melt. Is introduced to rise adjacent to the refractory lining and is thus blown toward one or more of the nozzle openings (10 m),
Container that have a.
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