[发明专利]直接熔炼工艺

说明书

本发明涉及一种工艺，该工艺在一个含有熔浴的冶金容器中，由含金属喂入材料如矿石、部分还原过的矿石和含金属的废弃矿来生产熔化金属(该术语包括金属合金)，尽管决不特别指铁，但主要用于炼铁。

本发明特别涉及一个为由含金属喂入材料生产熔化金属而采用的以熔化金属浴为基础的直接熔炼工艺。

最广泛地使用的生产熔化铁的工艺是以采用高炉为基础的。将固体材料加到炉子的顶部，使熔化的铁从炉膛中流出。固体材料包括铁矿石(呈氧化铁皮、块状或团矿形式)、焦炭和助熔剂，它们形成了一种可透气的向下移动的装料。将可以是富氧的预热空气注入炉子底部，并且通过可透气的床向上流动，通过焦炭燃烧产生一氧化碳和热。这种反应的结果是产生熔化的铁和矿渣。

通过在铁的沸点以下对铁矿石进行还原而生产铁的工艺通常被分类为“直接还原工艺”，并且其产品特别称为DRI。

FIOR(流体铁矿石还原)工艺是直接还原工艺的一个实例。当铁矿石小颗粒由重力喂入一连串流化床反应器中的各反应器中时，该工艺将铁矿石小颗粒进行还原，该小颗粒在固态下由压缩还原气体还原，该还原气体从这一串反应器的最下一个反应器的底部进入，并且与小颗粒的向下运动逆向地流动。

其它的直接还原工艺包括移动竖炉工艺、静止竖炉工艺、转炉工艺、转窑工艺和甑炉工艺。

COREX工艺包括一个作为一个步骤的直接还原工艺。COREX工艺直接从煤产生熔化铁，而不是象高炉那样需要焦炭。COREX工艺包括2-步骤的操作，其中：

a在一个竖炉中由一种可透气的铁矿床(以团状或块状的形式)和助熔剂生产DRI；以及

b在不冷却的条件下将DRI装入相连的熔炉煤气发生器，并且将其熔化。

在熔炉煤气发生器的流化床中的煤所发生的部分燃烧产生了需要用于竖炉的还原气体。

另一个已知的生产铁的工艺组是以气旋转炉为基础的，其中铁矿通过氧气和在一个上部熔炉旋风器中的还原气体的燃烧而熔化，并且在一个含有熔化铁浴的下部熔炉中进行熔炼。下部熔炉产生上部熔炉旋风器所需要的还原气体。

直接从矿石(和部分还原的矿石)生产熔化金属的工艺通常称作“直接熔炼工艺”。

一组已知的直接熔炼工艺采用电炉作为熔炼反应的主要能源。

另一种已知的通常称为Romelt工艺的直接熔炼工艺，采用大体积、高度搅拌的矿渣浴作为一种介质，用于将顶部装填的金属氧化物熔炼成金属、使气体反应产物进行后燃烧以及传递连续熔炼金属氧化物所需要的热量。该Romelt工艺包括通过一排下部喷嘴将富氧空气或氧气注入矿渣中，以提供矿渣的搅拌，同时还包括通过一排上部喷嘴将氧气注入矿渣中，以促进后燃烧。在Romelt工艺中金属层不是一种重要的反应介质。

另一组以矿渣为基础的直接熔炼工艺通常称为“深矿渣”工艺。这些工艺如DIOS和AISI工艺，是基于形成深的矿渣层。正如Romelt工艺那样，在矿渣层之下的金属层不是一种重要的反应介质。

另一个已知的直接熔炼工艺依靠一个熔化金属层作为反应介质，这种工艺通常称为HIsmelt工艺，该工艺已以申请人的名义，描述于国际专利申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)中。

在国际专利申请中所描述的HIsmelt工艺包括：

a在容器中形成一个具有一个金属层和在该金属层上的一个矿渣层的熔化浴；

b在该浴中注入：

(i)一种含金属的喂入材料，一般为金属氧化物；和

(ii)一种固体的含碳材料，一般为煤，该种材料作为一种金属氧化物的还原剂和一种能源；和

c将金属层中的含金属喂入材料熔炼成金属。

HIsmelt工艺还包括后燃烧反应气体，如CO和H₂，这些气体带着含氧气体从浴中散发到浴上部的空间中，并且将后燃烧所产生的热量传递给浴，为熔炼含金属喂入材料提供所需的热能。

HIsmelt工艺还包括在浴的标称静止表面上形成一个过渡区域，在此过渡区域中有上升并随后下降的熔化金属和矿渣的熔滴或飞溅或涌流，从而为将在浴之上的后燃烧反应气体所产生的热能传递到浴中提供了一种有效的介质。

一种优选HIsmelt工艺形式的特征是：通过喷管将载体气体、含金属喂入材料、固体含碳材料和可任选的助熔剂注入到浴中而形成一个过渡区域，该喷管向下向内延伸，通过容器的侧壁，这样载体气体和固体材料穿过金属层，并且使得熔化的材料从浴中喷出。