TW450998B - A direct smelting process - Google Patents
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Description
A7 A7 B7 /) ^ QQ q a 五、發明說明() 本發明係有關一種生產金屬(該名詞包含金屬合金) 的方法’其在一含有熔融槽的冶金容器中,自一含有金 屬進給材料,例如礦石、部份還原的礦石以及含有金屬 之廢棄流中生產金屬,特別但非排他性為鐵的方法。 本發明特別有關於一種以熔融金屬槽為基礎之直接 溶煉方法,用以自一冶金進給材料中生產熔融金屬。 一種已知的直接熔煉方法,其依賴一熔融金屬層作 為反應介質,且一般俗稱為高冶煉(Hismelt)方法,其揭 露於國際專利申請案PCT/AU96/00197(WO 96/31627)中, 申請人為本案申請人。 於國際專利申請案中所描述之該高冶煉(Hismelt)的 方法包含: (a)於一容器中形成一熔融鐵以及礦渣槽: (b )於該槽中注入: (ί) 一種含有金屬的進給材料,主要是金 屬氧化物;以及 (ii) 一種固體碳素物質,主要是煤,其可 當成一種金屬氧化物的還原劑及一能 源;以及 (c)熔煉於金屬層中之含金屬的進給材料成為金 屬。 該名詞”熔煉’’在此解釋的意義為熱化學方法,其中 進行還原金屬氧化物的化學反應以產生液態金屬β 該高冶煉(Hismelt)方法也包含後燃燒反應氣艘,諸 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) I I J 丨丨 —II 丨 — — I* . I I I ---—訂—111111_ ^^ 丨丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印- -4- 經濟部智慧財產局員Η消費合作钍印製 A7 _B7 _ 五、發明說明(2 ) 如C0和H2,其自位於槽上空間的槽釋放,且具有含氧 氣體’其可將後燃燒所產生的熱轉移到該槽中,以提供 熔煉該包含金屬進給材料所需的熱能。 該高冶煉(Hismelt)方法也包含於該槽之公稱靜止表 面上方形成一過渡地帶,其中有一熔融金屬以及/或礦 渣的上行以及而後下行之滴液、或灑液、或流體之有助 益的質困’其可提供一有效的介質以將在槽上方由後燃 燒反應氣體所產生的熱能轉移到該槽中。 申請人對高冶煉方法進行徹底試驗工薇研究,而對 該方法已有一系列重大發現* 一重要的發現為’其可藉由以下的方法而達到一驚 人高等級的方法控制之可能性,: (a)經由多數的風口 /風嘴注入固體物質,例如含 金屬的進給材料以及固體碳素物質,到該金屬 層’該注入風口 /風嘴係位在該金屬層表面之 上方,且朝該金屬層延伸;以及 Cb)於各風口 /風嘴的邊端上,形成一固體物質的 導管,該固體物質一般主要地至少是礦渣,且 藉以延伸該風口 /風嘴的長度。 该控制為該導管長度的結果,其自動地隨該炫融金 屬的量變化’且藉以維持於該風口 /風嘴的有效端及該 金屬之間的一實質上固定的空間。 一於風口 /風嘴上之導管的長度是由風口 /風嘴附近 的溶融槽中之熔融金屬的量來決定。特別的是,當該熔 -------------裝-------i訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 450998 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(3 ) 融金屬的量增加時,有一較大的可能性為該潑灑或不同 地自該金屬層射出的熔融金屬將接觸且熔融該導管的邊 端’其起因於該金屬比礦渣具有較高的熱轉移。此外, 當溶融金屬的量降低時,有一溶融金属及該通道接觸之 較差的可能性,且該導管的末端會朝該金屬層漸漸地增 加。該熔融金屬量的變化發現呈連續性以及分批金屬出 鐵方法,且本發明係有關於該兩種型式的方法。 除了提供於注入固體物質到該金屬層中之高等級控 制-其在以金屬為基礎之直接熔煉步驟_,例如該高冶 煉(Hismelt)方法,是相當重要的-本發明也使之可能和 固定的固體物質注入風口 /風嘴一起操作。此為一種優 點,因為可移動的風口 /風嘴需要密封且密封難以設計 到無漏或不失敗》 除了以上的優點外,本發明使之可能置放一風口/ 風嘴而遠離該溶融金屬之喷灑地帶,且藉此可避免因接 觸該溶融金屬而傷害到該風口 /風嘴,同時,域定該風 口 /風嘴的有效端盡可能地接近該金屬層。此使之可能 在不須使該風口 /風嘴太靠近該熔融金屬以致有一嚴重 的安全危險下,使用一水冷式的風口 /風嘴。在一以熔 融金屬為基底的溶煉方法中,例如該高冶練(HiSmelt)方 法中’此為一特別重要的論點。因此,本發明係使之可 能一致該相衝突的需求,(i)安全,其指示盡可能地遠 離該金屬層放置該風口 /風嘴,以及(ii)執行,其指示 靠近該金屬層放置該風口 /風嘴以達最適注入該反應物 ------- I I--I I r . I —-----訂-- - -------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適闬中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) A7 B7 含有金 五、發明說明(4 到該金屬層中。 如本發明’其提供一直接熔煉方法,以自 屬之進給材料生產金屬,其包含的步驟有: (a) 於一冶金容器中,形成一具有一金屬層及一在 該金屬層上之礦渣層的熔融槽: (b) 經由多數的固體物質注入風風嘴注入一載 體氣體、一含有金屬之進給材料’以及一固體碳素物質 至該金屬層,該注入風口/風嘴係位在該金屬層表面之 上方且朝該金屬層的表面延伸,以及使得熔融金屬以灑 液、滴液、及流體方式自該熔融槽射出而至位於該熔融 槽之公稱靜止表面上方的空間,因而形成—過渡地帶; (0在該金屬層中熔煉含有金屬之進給材料成為金 屬; (d)經由一個或多於一個之風口 /風嘴注入一含氧 氣體到該容器中,且後燃燒自該熔融槽中釋放出來之反 應氣體,藉此該過渡地帶中之熔融物質的上行及而後下 行的灑液、滴液、及流體有助於將熱傳至該熔融槽,且 藉此可使該過渡地帶經由邊壁和過渡地帶接觸而造成之 自該容器的熱散失降至最低;且 本方法的特徵在於,其在至少一個風口 /風嘴的邊端上, 形成一固體物質的導管,同時經由該固體物質注入風口 風嘴注入該含有金屬之進給材料及固體碳素物質,且 藉此延伸該風口 /風嘴或該等風口 /風嘴的有效長度。 主要的是,從該金屬層而來之熔融物質的灑液、滴 木紙張適用*國园家標嚷(L'NS)/U規格U1(! X 297公发) I ^ ί I -----Ϊ I II I--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 A7 A7 450998 B7___ 五、發明說明(5 ) 液、以及流體中,該熔融金屬是熔融物質的主要部分而 礦渣為該熔融物質的殘餘部分。主要的是,當溶融物質 的灌液、滴液、以及流體向上移動時,該溶融物質的灑 液、滴液、以及流想夾帶更多溶融物質(特別是碟逢)。 此外’該熔融物質的灑液、滴液、以及流體會漸漸地失 去動力且朝該金屬層向下掉落》由該金屬的密度高於該 礦渣的角度來看,於灑液、滴液 '以及流體之熔融物質 中’金屬的相對量自該金屬層到該點隨著距離下降,該 過渡地帶可能含有任何少量的金屬。 該名詞’’金屬層’’在此被解釋為該槽之主要為金屬的 區域。特別的是’該詞涵蓋一包含於一金屬連讀體積中, 熔融礦石之分散的區域或地帶, 該名詞’’礦渣層’’在此被解釋為該槽之主要是礦渣的 區域。特別的是,該詞涵蓋一包含於一礦渣連績體積中, 熔融金屬之分散的區域或地帶。 該槽之公稱的靜止表面上方的空間此後指稱為,’上 部空間”。 於該炼融槽方面之名詞”靜止表面’’被解釋為在製程 條件下’該熔融槽的表面,其中沒有氣/固的注入且也 沒有槽的攪動。 相同地,於該金屬層方面之名詞,’靜止表面,,被解釋 為在製程條件下’該金屬層的表面,其中沒有氣/固體 的注入且也沒有槽的攪動β 該導管或該等導管一般至少主要地自固化的礦渣形 本紙張尺度適用巾國國家標準(π>Α4規格㈣χ 297公楚) ---------— I — 4^ · ----I--訂· I I I I1 — I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本Κ ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(6 ) 成而來。該或每一導管可包含一些固化的金屬。 該方法較佳地包括每一個固體物質注入風口 /風嘴 的配置,係使得該出口端在該熔融槽表面的下方且在該 金屬層上方。 該方法較佳地包括每一個固體物質注入風口 /風嘴 的配置,係使得該出口端於該金屬層靜止表面上方至少 1 50 mm。 該方法較佳地包括每一個固體物質注入風口 /風嘴 的配置,係使得該出口端於該金屬層靜止表面上方不超 過500 mm,較佳是不超過400 mm。 於前兩段中所述,在該金屬層之靜止表面上之該固 體物質注入風口 /風嘴的高度方面,依特點諸如經由該 風口 /風嘴之固體物質的質量流動速率,該申請人於小 規模實驗工廠的工作中發現,該導管或該等導管的長度 可達600 mm’ 一般主要是200 mm。其可輕易地認同該600 mm的導管長度及一垂直30〜60°之風口 /風嘴的角度, 無可避免的是該導管或該等導管可延伸於該金屬層靜止 表面之下。此為該方法之顯著發現,其熔煉至少主要於 該金屬層中,因為其意義為在該金屬層中有一顯著之固 體物質的穿透。 步驟(d)較佳地包括形成該導管或該等導管,係可 經由該固體物質注入風〇/風嘴,注入該含有金屬的進 給材料及該碳素物質,以使得該等物質之吸熱的自然現 象產生一環繞該固體物質注入風口 /風嘴之邊端的區 本紙張尺度適用+國國家標準(CNS)A4規格(210 χ 297公釐) --I I I -----I--裝— II 訂------線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 4 5 09 9 8 B7 五、發明說明(7 ) 域,其溫度低於礦渣凝固的溫度》關於這方面之一重要 的控制因子是注入該含有金屬的物質及帶有不含氧之氣 體的碳素物質。 因此,步驟(b)較佳地包括注入該含有金屬的物質 及帶有不含氧之氣體的碳素物質β 該方法較佳地包括注入該含有金屬的物質以及/或 該碳素物質,以使得該或每一個導管形成為該或每一個 固體物質注入風口 /風嘴的一共軸延伸。關於這方面的 重要控制因子為該含有金屬的物質和該碳素物質的質量 流動速率,以及該載體氣體流、含有金屬的物質和該載 體氣碰的速度" 該方法較佳地包括維持每一固體物質注入風口 /風 嘴的出口端的溫度低於礦渣凝固溫度之下,以支持邊端 上固體物質的初始固化。 較佳的是,每一個固艏物質注入風口 /風嘴的出口 端為水冷式的,且該水冷卻維持該端的溫度在低於礦渣 凝固溫度下。 該方法較佳地如以本案申請人名義申請之國際申請 案PCT/AU99/00537中所描述的,其名稱為”直接熔煉容 器”,且於該申請案中所揭示的内容在此是藉由交互參 照來結合" 如本發明,提供一利用一直接熔煉方法,自一含有 金屬之進給材料中生產金屬的容器’該容器包含一熔融 槽,該熔融槽具有一金屬層及一於該金屬層上之礦渣 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 * *^* — — — — — * — — — — — — I /^1--— — — — —— — — — — — — — — I. -10-
AT AT 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 ____B7_ _ 五、發明說明(8 ) 層,該容器包括: (a) —由耐火材料所形成的爐床,其具有和該炼融 槽相接觸之一基底及侧邊; (b) 該侧壁自該爐床側邊向上延伸,且和該礦渔層 相接觸; (c) 一或多個風口 /風嘴,其朝下延伸入該容器且注 入一含氧氣體到該容器中; ^ (d)多數的固體物質注入風口 /風嘴,其朝下且朝内 延伸到該容器内,且注入一載體氣體、一含有 金屬的進給材料,以及一碳素物質到該金屬層 中,在該容器中,於直接熔煉方法操作期間, 至少一風口 /風嘴的出口端被配置於該金屬層的 表面之上,且其上具有已固化之一固體物質的 導管,該導管形成一風口 /風嘴出口端的延伸; 以及 (e) —自該容器排放該惊融金屬及礦渣的裝置。
J 較佳的熔煉還原容器是如以申請人名義之國際申請 案PCT/AU99/00537中所描述的,其名稱為”直接熔煉容 器”’且於該申請案中所揭示的内容在此是藉由交互參 照來結合。 較佳的是,每一個固體物質注入風口 /風嘴被配置 以便使該出口端位於該熔融槽的表面之下。 較佳的是’每—個固體物質注入風口 /風嘴被配置 裝--------訂--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -Π - A7 -^ 09 98 ____B7_ 五、發明說明(9 ) 以便使該出口端位於該金屬層之靜止表面上方至少15〇 mm β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 較佳的是,每一個固體物質注入風口/風嘴被配置 以便使該出口端位於該金屬層之靜止表面之上不超過 500 mm,更佳是不超過400 mm。 較佳的是,該導管或該等導管在該方法不同的階段 下’至少有200 mm,更佳是至少有300 mm » 較佳的是,每一個固逋物質注入風口 /風嘴包含: (a) —中空的延長元件’其為該進給材料界定出一 中心通道,且具有一入α端及一出口端;以及 (b) —外水冷式護套。 較佳的是,該元件延伸超過在該風口 /風嘴之出口 端的水冷式護套。 較佳的是,該水冷式護套的外表面包括一凹陷的或 其他的表面外觀,其可增加該水冷式護套的暴露面積。 較佳的是,該固想物質之注入風口 /風嘴以垂直30-6〇°的角度,朝下且朝内向該容器延伸》 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較佳的是,每一個固體物質注入風口 /風嘴的出口 端係配置於該礦渣層之内。 利用實施例並參見所附之圖示以更進一步說明本發 明,其中 第1圖是穿過一冶金容器的縱切面,其以示意的形 式說明本發明中該方法之較佳的具艟實施例;以及 第2圈是為注入固體物質的風口 /風嘴之較佳具體實 本紙張尺度適用中國困家標率(CNS)A4規格<210 * 297公釐> •12- 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 ___B7_____ 五、發明說明(ίο) 施例的切割横切面; 第3圖是第2圖中該風口 /風嘴在箭頭標號c方向的端 面囷,以及 第4圖是第2圖中延該線A-A的橫切面》 接下來的描述是有關於直接熔煉鐵礦以生產熔融 鐵,且已知本發明並不限制於該利用,其可應用於可被 預熱之任何適合的金屬礦和/或濃縮物以及其他包含金 屬的進給材料-包食部分還原的金屬礦以及含有金屬的 廢棄物質* 如圖所示之該容器具有一爐床,該爐床包括由耐火 碑形成的一基底3及側邊55 ’側壁5—般形成一從該爐床 側邊5_5向上延伸的圓捅’且其包括一上桶形部分5丨及一 下桶形部分53,一頂7、一供廢氣的出口9、一供連續性 流出該熔融金屬的前爐床57,以及一供熔融礦渣流出的 活嘴孔61。 在使用當中’該容器包含一鐵及礦渣的熔融槽,該 熔融槽包含一溶融金屬層15以及在該金屬層上的一炫融 礦渣層16。以數目17表示的箭頭說明該金屬層丨5之公稱 靜止表面的位置,且以數目19表示的箭頭說明該礦渣層 16之公稱靜止表面的位置》該名詞’’靜止表面”被解釋 為,當沒有氣體及固體注入該容器時的表面。 該容器也包括二個固艘注入風口 /風嘴,其透過該 側壁5向下且向内延伸而進入該碟法層16,以注入該鐵 礦石、固體碳素物質,以及夾帶於不含氧之載體氣體中 本紙張尺度適用中國®家楳準(CNS)A4規格(210x297公釐) ------I------裝---I----訂----I----線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •13- 45 09 9 8 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制<4 _ B7__五、發明說明(11) 的助鎵劑到該金屬層15中〇該風口 /風嘴11的位置是選 擇過的’以使該出口端3 5在該方法操作期間位於該金屬 層15的表面之上。該風口 /風嘴η的位置降低了因和該 溶融金屬接觸而傷害該風口 /風嘴Π的危險。該風口 /風 嘴11的位置也使之可能以水冷卻該風口 /風嘴U,其有 效地降低該結合水冷卻使用之安全的危險 在使用期間,該風口 /風嘴11以水冷卻到_程度而 使之足以維持該其等之端35的溫度在使礦渣凝固的溫度 之下。其支持每一風口 /風嘴11之該端35的固體物質之 初始固化,且該固化的物質為供該固體物質導管81的基 礎’該導管實質上形成一風口 /風嘴U之每一端35的延 伸。該固體物質主要至少是礦渣。 該導管形成的主要機制為經由該風口 /風嘴11而注 入之鐵礦石及碳素物質的吸熱特性,其在礦渣的凝固溫 度之下,產生一圍繞於該風口 /風嘴11邊端35的區域》 該不含氧之載體氣體的使用對促進吸熱反應是重要的。 此外,因子的控制,諸如鐵礦石及碳素物質的質量 流動速率及來自該風口 /風嘴11的載體氣體流動速度, 確定該導管81形成為該風口 /風嘴11的共轴延伸》 該導管81的長度是由金屬層15中該熔融金屬的量自 動地調控。特別的是,如上所述,當該熔融金屬的量增 加時,該無可避免地潑灑或不同地自該金屬層射出到該 礦渣層之熔融金屬接觸該導管81的邊端,且熔融該端(其 起因於和礦渣相比較之該金屬有較高的熱轉移)。此外, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^---— — — —— 訂·!----線丨 -n I H 1 n n a— n n . 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2KM 297公釐) -14· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印ϊ1\ Λ7 _______B7___ 五、發明說明(12) 當該金屬量降低且該熔融金屬和該導管81邊端有一還原 的接觸時,礦渣凝固且藉以延伸該導管81的邊端。 自上述可很清楚該位於導管81的出口端及熔融金屬 之間的空間決定該導管S 1的長度。該相互關連之重要的 結果是其在該風口 /風嘴11的注入點及該金屬層丨5之間 有一實質上一致的空間,且此重大地有助於該方法的控 制。 該風口 /風嘴11之一較佳具體實施例顯示於第2到第 4圖中。該風口/風嘴11包括一中空元件71,其界定出自 入口 73到一該風口/風嘴Η之出口端35的出口 75,以供 給鐵礦石、固體碳素物質及夾帶於一適當載體氣體中之 助鎔劑的中心通道·該風口 /風嘴丨丨也包含一水冷式護 套77,其包圍該元件71而為該元件71長度的一實質部 份。該元件71的前端延伸超越該護套77的前端。該元件 71的延伸部份78具有一比該元件71的殘餘物較小的直 徑。該元件7]包括一肩部79,其在該元件之較長及較小 的直徑部分之間形成一過渡帶。該肩部79配置於臨近該 水冷式護套77的前端83,以使得該肩部79及該護套77的 前端83界定出環狀的凹室’一般以數字8丨表示。該凹室 81以及該元件71的延伸78幫助以維持在風口 /風嘴〗〗邊 端35的礦渣導管。該水冷式護套77包括一凹陷的表面’ 一般以數字85表示,其增加該護套77的暴露表面區域且 幫助以促進在護套77之上一礦渣層的固化,其可保護該 風口 /風嘴11。 適用 家料(6^·丨“)--- -15- -----------— ·裝--------訂·!!1!線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 460998 BT___ 五、發明說明(13) {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在使用中,於穩定狀態的製程條件下,鐵礦石、固 體碳素物質(一般是煤),及夾帶於載體氣體(一般是n2) 中的助慰劑(一般是石灰及鎂氧),係經由該風口 /風嘴11 注入該金屬層15中。該固體物質/載體氣體的動力造成 該固體物質及氣體進入該金屬層15中。脫揮發該煤且藉 此在該金屬層15中產生氣體。碳部份地溶於該金屬中, 且部份地殘留為固體碳》該鐵礦石熔煉為金屬且該熔練 反應產生·—氧化碳氣想。該氣艘移送入該金屬層15中且 藉由脫揮發作用產生,且該炫煉自該金屬層15產生炫融 金屬、固體碳,及熔融礦渣(因固體/氣體/注入而自該 金屬層的上方拉入到該金屬層中)之有效的浮力上升, 其產生該熔融物質之灑液、滴液、以及流體的向上移動, 且在其通過該礦渣層時’該灑液、滴液、以及流體會夾 帶有礦ί査。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該熔融金屬及固體碳的浮力上升造成在該金屬層15 及該礦渣層16中實質地攪拌,其具有之結果為該礦渣層 16體積的擴大且具有一以箭頭30標示的表面。該攪拌的 程度係使得該金屬層15及該礦渣層16實質上互相均質, 其中在各個完整的區域中,有合理之一致的溫度-一般 是1450-1550°C,且在各個區域中,其溫度變化不超過3〇 °C-且在各個完整的區域中,有合理之一致的組成。 此外’藉由熔融金屬、固體碳及礦渣的浮力所造成 之該熔融金屬及礦渣之灑液、滴液、以及流體的向上移 動延伸至該容器中之熔融物質上方的頂部空間31,且: 本紙張尺度適用中國國家標準(CNSM,〗規恪(210 x 297公笼) -16- A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印. B7___ 五、發明說明(14) (a) 形成一過渡地帶23 ;且 (b) 射出一些熔融物質(主要是礦渣)而超過該過渡 地帶且上達該位於過渡地帶23之上,且上達該 頂部7之側壁5之上桶形區域5 1的部分。 一般來說,該礦渣層為一液體連續體積,其中具有 氣泡及金屬(主要是滴液的方式),且該過渡地帶23為其 中具有熔融金屬之灑液、滴液、以及流體(在此階段主 要至少為礦渣)的氣體連續體積。 之上所討論之藉由該浮力上升所造成之該金屬層15 及該礦渣層16的實質攪拌,確定其在該礦渣層16中之金 屬的強烈混合。該固體碳素物質故意的注入到該金屬層 中15 確定在該混合於該礦渣層中的金屬具有高量的溶 解碳。因於該礦渣層中之金屬的溶解碳,以及該礦渣層 中金屬的強烈混合,該礦渣層具有在礦渣中之理想低量 (一般低於5 wt%)的FeO。 該容器更進一步包含一用於注入一含氧氣體之風口 1 3 ’其為中心地配置且垂直地朝下延伸入該容器。該風 口 13的位置及通過該風口 13之氣體流動速率是經選擇 的,係使得在穩定狀態條件下’該含氧氣想伸入該過渡 地帶23的中心區域,且維持於風口 1 3該端周圍之一必須 金屬/礦渣自由空間25。 在使用期間,於穩定狀態製程條件下,該含氧氣體 的注入是經由風口 13,且於過渡地帶23及自由空間25中 的後燃燒反應氣體,(30及H2,圍繞該風口 13之邊端且 表纸張&度適丐由§國家桴罩(CNSi,\l规格UK) > λ-輦) -------------裝--------訂--------.線 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) -17 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*'!<
4 5 09 9 8 AT B7 五、發明說明(l5) 於該氣體空間中產生2000°c等級或更高的高溫。該熱係 轉移到於氣體注入區域中之該炼融物質之上行及下行的 灑液、滴液、以及流體,且當該金屬/礦渣回到該金屬 層15時,該熱而後部分地轉移到該金屬層中。 較佳的是,該後燃燒的量至少是40%,其該後燃燒 被定義為: _[C02] + [H20]_ [co2] + [h2o] + [CO] + [h2] 其中: [C02]=於廢氣中之c〇2的體積?6 ; [H20] =於廢氣中之H20的體積us ; [CO]〒於廢氣中之CO的體積% ;及 [H2]=於廢氣中之H2的體積% 。 該圍繞於風口 13之邊端的自由空間25對於達成後燃 燒之高程度是重要的,因為其可於該過渡地帶23之上的 頂部空間夾帶氣體到該風口 13之邊端區域,且藉其增加 該可用反應氣體對後燃燒反應的暴露。 該風口 13的位置、通過該風口 13的氣想流動速率, 以及熔融金屬及礦渣之灑液、滴液、以及流體的向上移 動之所結合的效果可形成於該風口 13較低區域周圍之過 渡地帶23-—般以數字27表示》該所形成的區域提供一 部分藉由輻射將熱轉移到的該側邊5的屏蔽。 更甚’於穩定狀態製程條件下,溶融痛法之上行及 下行的灑液、滴液、以及流體為一自該過渡地帶23,將 本紙張尺度適用中®國家標革(CNS)A.丨規格Γ2】0 X 297公釐) ---Γ---:--I!^—1— 訂·---I-- (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- ____— B7 五、發明說明(16) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 熱轉移到該炼融槽之一有效裝置,其具有之結果為該側 邊5區域中之該過渡地帶23的溫度在1450-15501的等 級。 該容器於該方法於穩定狀態製程條件下操作時,參 照於該容器令之金屬層15、爐渣層16及過渡區段23於容 器的高度,且參照於該方法於穩定狀態製程條件下操作 時’被注入過渡區段23頂空間31的熔融金屬之灑液、滴 液及流體而構成,因此: (a) 和該金屬/礦渣層15/16相接觸之爐床及該側壁5 之下桶形部分由耐火材料碑所形成(在圖中以交 叉影線表示); (b) 至少側壁5之下桶形部分53的一部分,係由水冷 式面板8所背襯;且 (c) 和該過渡地帶23及該頂部空間相接觸之該側壁5 的上桶形部分51及該頂部7,係由水冷式面板57、 59所形成。 經濟部智"財產局員工消費合竹社印*;^ 每一個在該側壁5之上桶形部分5 1中的水冷式面板 8、57、59(沒有表示)具有平行的上及下邊緣,以及平 行側邊,且被彎曲以界定出—圓桶區域。每一個面板包 含一内水冷式導管以及一外水冷式導管。該導管形成一 具有水平片段之蜿蜓的形狀,其係藉由彎曲片段交互相 接。每一導管更包含一入水口及一出水口。該導管垂直 移置,係使得畲自板子的暴露面看來,例如自暴露於容 器内部的面,該外導管的水平片段不會立刻地置於内導 19- 45 09 9 8 Α7 _____ Β7 五、發明說明(!7) 管的水平片段之後。每一面板更包含一夯實的耐火材 料,其填充於每一導管的鄰近直線片段之間及該導管之 間。每一面板更包含一支持板,其形成該面板的外表面。 該導管的入水口及出水口連接到一供水線路(沒有 顯示),該循環水以高流動速率通過該導管β 該申請人所進行的小規模實驗工廉工作,其已建立 了上述的方法及裝置,對熔煉鐵礦為—可實行且有效的 技術6 很多的改良,如上所述’於本發明的較佳具體實施 例中進行,其不遠離本發明的精神及範疇。 舉例說明,雖然該較佳具體實施例包含藉由各風口 /風嘴11注入鐵礦、固體碳素物質及助鎔劑,其已贊同 本發明並非如此受限,且本發明有重新配置,其中只有 —或二個該等進給材料是經由各個風口 /風嘴11注入 的。 更進一步地,雖然該較佳具體實施例包括經由該前 爐床57之金屬的連續流出’但本發明並非受限的,且本 發明供給熔融金屬的分批出鐵β <請先閱讀背面之江意事項再填寫本頁) ----- - -- 訂·1—1 —— — 1· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*|私 -20· 本紙張尺度適用中囤國家標準(C'NS)/\丨規格⑴公釐) A7 B7
61 ·. ·活嘴孔 71 ‘··中空元件 乃··.入口 75·..出口 77··.水冷式護套 7 8…該中空元件的延伸部份 79…中空元件的肩部 81…環狀的凹室 83…水冷式護套的前端 85...凹陷的表面 五、發明說明(18) 元件標號對照 3…爐床基底 5…爐床側壁 7.. .頂 8 ·. 水冷式面板 9…出口 U ...風口 /風嘴 13.. .風口 15.. •炼融金屬層 16…熔融礦渣層 17.,·金屬層之公稱靜止表面 19··.礦渣層之公稱靜止表面 23···過渡地帶 25··.自由空間 27.·.風口較低區域周圍之過渡地帶 30…礦渣層之擴大體積的表面 31···頂空間 35_..風口 /風嘴的出口端 51.. .上桶形部分 53···下桶形部分 5 5…側壁 57…前爐床 5 9...水冷式面板 (CvS)Ai M :K,7 , --------------裝--------訂---------線 <¾¾開^背面之注音?事項再填寫本頁> 經濟部智«?財產局員工消費合作社印*'?; -21-
Claims (1)
- 450998 A8BSC8D8 一°煩睛委員明示V-年月—曰所提之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 修正^?無變更實'質内容是否准予修1。 六、申請專利範圍 第881 15206號發明專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期:90年6月 1.一種自一含有金屬的進給材料生產金屬之直接熔煉方 法,其包含的步驟有 0) 在一冶金容器中’形成一具有一金屬層以 及一位該金屬層上之礦渣層的熔融槽; (b) 經由多數的固體物質注入風口 /風嘴注入 一載趙氣體、一含有金屬之進給材料,以及 一固體碳素物質至該金屬層,該注入風口 /風 嘴係位在該金屬層表面之上方且朝該金屬層 的表面延伸’以及使得熔融金屬以灑液、滴 液、及流體方式自該熔融槽射出而至位於該 熔融槽之公稱靜止表面上方的空間,因而形 成一過渡地帶; (c) 在該金屬層中熔煉含有金屬之進給材料成 為金屬: (d) 經由一個或多於一個之風口 /風嘴注入一 含氧氣體到該容器中*且後燃燒自該熔融槽 中釋放出來之反應氣體,藉此該過渡地帶中 之熔融物質的上行及而後下行的灑液、滴液、 及流體有助於將熱傳至該熔融槽,且藉此可 使該過渡地帶經由邊壁和過渡地帶接觸而造 成之自該容器的熱散失降至最低;且 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ------------- ^ · ------―訂---------線 (請先閲讀背面之ii意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 450998 六、申請專利範圍 該方法的特徵在於,在至少一個風口 /風嘴的出口嵴 上,形成一固體物質的導管’同時經由該固體物質注 入風口 /風嘴注入該含有金屬之進給材料及固體碳素 物質’且藉此延伸該風口 /風嘴或該風口 /風嘴群的有 效長度β 2_如申請專利範圍第1項之方法,其中該形成該導管或 該等導管之步驟(d)’係包含經由該固體物質注入風口 /風嘴注入該含有金屬之進給材料及/或固體碳素物 質’而使得這些物質之吸熱特性在固體物質注入風口 ’風嘴出口端的周圍產生一區域,其溫度在礦渣凝固 溫度之下。 3. 如申請專利範圍第丨項之方法,其中於步驟(b)中之 載體氣艘包含一缺乏氧的氣趙。 4. 如申請專利範圍第1、2及3項中任一項之方法,其 包含於步驟(b)中注入該含有金屬之進給材料及/或固 體碳素物質,係使得該或每一個導管形成為該或每一 個固體物質注入風口 /風嘴的共軸延伸B 5 ‘如申請專利範圍第4項之方法,其包含控制該含有金 屬之進給材料以及該固體碳素物質的質量流動速率, 以及/或該載體氣體、含有金屬之進給材料以及該固 體碳素物質之速度。 6‘如申請專利範圍第1項之方法,其包含維持該每一個 固體物質注入風口 /風嘴之出口端的溫度在低於該礦 渣凝固溫度之下,以支持該端固體物質的起始固化a 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -------------1 — I-----訂 1 ---一---線 (靖先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 -23- Αδ Β8 C8 D8 450998 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第1項之方法,其包含配置每一個固 體物質注入風口 /風嘴,係使得該出口端位於該溶融 槽的表面之下且在該金屬層之上》 8. —種利用直接溶棟方法而自一含有金屬的進給材料中 生產金屬之容器,該容器包含一具有一金屬層以及位 該金屬層上之一礦渣層的熔融槽,該容器包含: (a) —種由耐火材料所形成之爐床,其具有—和 該熔融相接觸之基底及側邊; (b) 自該爐床的側邊向上延伸且和該碟渣層相接 觸之側壁; (c) 一或超過一個之風口 /風嘴,其係向下延伸至 該容器,且注入一含氧氣艘到該容器中; (d) 多數的固體物質注入風口 /風嘴,其係向下且 向内延伸到該容器中,且注入一載體氣體、含 有金屬之進給材料以及一固體碳素物質到該金 屬層中,於該容器中,於該直接熔煉方法操作 期間,至少一個風口 /風嘴的一出口端置於該 金屬層的表面上方,且其上具有已固化之一固 體物質的一導管,其形成該風口 /風嘴出口端 的延伸;且 (e) _係使熔融金屬及礦渣排出該容器之裝置。 9.如申請專利範圍第8項之容器,其中該每一個固體物 質注入風口 /風嘴的出口端位於該金屬層之一靜止表 面上至少1 50 mm。 本紙張尺度適用t國國家標牟(CNS ) Α4规格(2!0χ297公釐) (靖先閱讀背而之注意事頊再填寫本頁} 訂 味 經濟部智葸时.4.局肖工消費合作社印製 -24- ·- + b Ο 9 9 8 Β8 GS D8 申請專利範圍 ίο.如申請專利範圍第8項或第9項中之容器,其中該每 -個固體物質注入風口 /風嘴的出口端位於該金屬層 之一靜止表面上不超過5〇〇 mm。 11,如申請專利範圍第8項之容器’其中該每一個固體物 質注入風口 /風嘴包含: ⑷-中空延長元件,其界定出一供該進給材料 之中心通道’且具有一入口端及一出口端; 且 (b) —外水冷式護套β 12. 如申請專利範圍第U項中之容器,其中該元件延伸 越過該每一個風口 /風嘴之出口端的水冷式護套。 13. 如申請專利範圍第8項之容器,其中畚_ 卉甲母—個固體物質 注入風口 /風嘴以垂直之3〇〜60。的角度,& ^下且向内 延伸至該容器中。 -----j _,---丄-------訂------味 (請先閲讀背ώ之注意事項再填寫本貫) 經濟部智慧5:是苟負工消費合作社印製 一張 紙 本 準 標 家 國 :NS Λ I釐 公 -25-
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