[发明专利]直接熔炼设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接熔炼设备，该直接熔炼设备用于由诸如矿石、部分还原的矿石和含金属废流的含金属供给材料生产熔融金属。

背景技术

一种已知的直接熔炼工艺在以申请人名义的国际申请PCT/AU96/00197(W096/31627)中进行了描述，该直接熔炼工艺主要依靠熔池作为反应介质，并且通称为HIsmelt工艺。该专利申请的公开通过交叉参引合并于此。

如在关于生产熔融铁的该国际申请中所描述的HIsmelt工艺包括：

(a)在直接熔炼容器中形成熔融铁和熔渣的熔池；

(b)将以下物质喷射入熔池：(i)含金属供给材料，通常为氧化铁；和(ii)固体含碳材料，通常为煤，该固体含碳材料用作氧化铁的还原剂和能量源；以及

(c)在金属层中将含金属供给材料熔炼成铁。

在这里将术语“熔炼”理解为热处理，其中进行还原金属氧化物的化学反应以生产熔融金属。

HIsmelt工艺还包括在熔池上方的具有含氧气体的空间中后燃从熔池释放的诸如CO和H₂的反应气体，并将该后燃产生的热量传递到熔池以贡献熔炼含金属供给材料所需的热能。

HIsmelt工艺还包括在熔池的名义静止表面上方形成过渡区，在该过渡区中，具有熔融金属和/或熔渣的液滴或飞溅或液流的适量上升及随后的下降，这提供了用来将通过在熔池上方后燃反应气体而产生的热量传递到熔池的有效介质。

在HIsmelt工艺中，含金属供给材料和固体含碳材料通过许多喷枪/风口喷射入熔池，这些喷枪/鼓风口相对于竖直方向倾斜以便向下且向内地延伸通过直接熔炼容器的侧壁并进入容器的下部区域，从而将至少部分的固体材料传送到容器底部中的金属层。为了促进容器上部中的反应气体的后燃，通过向下延伸的热空气喷枪将一股可富含氧气的热空气喷射入容器的上部区域中。容器中的反应气体的后燃所产生的废气通过废气管从容器的上部被带走。在容器的侧壁和容器顶上包括有耐火材料衬里的水冷板，并且水通过连续循环回路中的板连续地循环。

HIsmelt工艺使得能在单个小型容器中通过直接熔炼来生产大量的熔融金属，诸如熔融铁。为实现这个目的，必须将大量的热气传输到直接熔炼容器并从直接熔炼容器中传输出来，将大量的含金属供给材料，诸如含铁供给材料传输到容器，将大量在该工艺中产生的熔融金属产品和熔渣从容器传输出来，以及使大量的水循环通过水冷板，所有这些都需要在相对有限的区域内进行。这些功能必须在整个熔炼操作中持续，而该熔炼操作预期持续至少12个月。还必须提供通道和处理设施以便能够在熔炼操作之间进入容器并提升设备。

在西澳大利亚州的Kwinana已建造了基于6m直径容器(耐火炉缸的内径)的商用HIsmelt直接熔炼设备。该设备被设计成运行HIsmetl工艺并且每年在容器中生产800,000吨熔融铁。

申请人现已实施了设计更大规模的商用HIsmelt直接熔炼设备的研究和开发工作，以通过HIsmelt工艺每年生产超过1百万吨熔融铁的。

申请人在扩大HIsmelt工艺中面对了许多问题并且已提出了一种用于HIsmelt直接熔炼设备的可选设计。

本发明涉及一种直接熔炼设备，该设备是用于上述的商用HIsmelt直接熔炼设备的一种可选设计。

本发明的直接熔炼设备还能用于实施其他直接熔炼工艺。

发明内容

根据本发明，提供了一种直接熔炼设备，该直接熔炼设备用于使用基于熔池的直接熔炼工艺由含金属供给材料来生产熔融金属，该直接熔炼设备包括：

(a)固定的直接熔炼容器，用来容纳金属和熔渣的熔池以及在该熔池上方的气体空间，该容器包括炉缸和侧壁，该侧壁包括：(i)下圆柱段，(ii)上圆柱段，该上圆柱段比该下圆柱段具有更小的直径，以及(iii)过渡段，该过渡段将该上和下段互连。

(b)固料供给组件，用来将包括含金属供给材料和含碳材料的固体供给材料从远离容器的固体供给材料供给位置供给到容器中；

(c)含氧气体供给组件，用来将含氧气体从远离容器的含氧气体供给位置供给到容器中，该含氧气体供给组件包括：(i)气体喷射组件，该气体喷射组件包括多个气体喷枪，所述多个气体喷枪用来将含氧气体喷射入容器中并且通过所述容器的侧壁的过渡段中的开口向下延伸，以及(ii)气体输送管组件，该气体输送管组件从远离容器的气体供给位置延伸用来将含氧气体输送到该气体喷射组件；

(d)废气管组件，用来促使废气从容器中流出；

(e)出金属组件，用来在熔炼操作期间从熔池中出熔融金属；以及