[发明专利]熔炼旋流器和装有这样熔炼旋流器的设备

说明书

本发明涉及熔炼旋流器(cyclone)和装有熔炼旋流器的设备。

在钢制造中，熔炼旋流器可用于铁矿石的预还原和熔融。在该上下文中，铁矿石定义为含有铁氧化物的含金属材料。这样的熔炼旋流器装有从围绕该旋流器的周围的多个位置注射铁矿石的装置和注射氧的装置。以大致切线方向注射铁矿石和氧，由此在旋流器内部产生涡流或旋流。同时，向旋流器中引入还原性工艺气体，其与注射的氧结合而部分燃烧，导致足够的高温以熔融该铁氧化物。旋流器中的涡流或旋流有助于注射的氧与还原性工艺气体的混合以及与铁氧化物的热交换。作为涡流运动的结果，将铁矿石颗粒与熔融的铁矿石从气体中分离并收集在该旋流器壁上，其由此向下流动，从而聚积在发生最终还原的容器中。例如由EP0726326和EP0735146可以获知这样的熔炼旋流器。

在2010-2011年建成了额定生产能力为每年60,000吨的中试设备以测试用于生铁生产的熔炼旋流器与熔炼容器的组合。该中试设备，基于当时最好的认识建造，没有预期在使熔融材料由熔炼旋流器向下流入下方的熔炼容器方面的任何特别的困难。但是，在实践中，存在在该熔炼旋流器的底部形成凝固材料的出乎预料的持续状况。有时，这些凝固的结块限制了熔炼容器与旋流器之间的气体流动，产生了迫使设备停机的工艺紊乱。

随后对这种不曾预料的设备特征的分析表明，在操作中在熔炼旋流器内部的温度是可变的，特别是在熔炼旋流器的下部中有时变得过低，在所述熔炼旋流器的下部中熔融的铁氧化物从该熔炼旋流器流入冶金熔炼容器。这导致了在熔炼旋流器内部较高地形成的熔融材料的冷却和凝固。

本发明的一个目的是提供一种具有足够高以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器中凝固的温度的熔炼旋流器。

本发明的另一目的是提供一种具有额外的加热装置以防止熔炼旋流器中熔融铁氧化物凝固的熔炼旋流器。

本发明的另一目的是提供作为额外的加热装置的氧气注射装置。

本发明的又一目的是提供氧气注射装置，其中对预还原性工艺气体通过该额外的加热装置的燃烧和预还原性工艺气体在熔炼旋流器中的进一步燃烧进行平衡。

本发明的再一目的是提供一种包括具有熔炼旋流器的冶金容器的设备，所述熔炼旋流器具有额外的加热装置以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器中凝固。

根据本发明的第一方面，通过提供用于制备预还原的熔融铁氧化物的熔炼旋流器来实现一个或多个上述目的，其中该熔炼旋流器具有第一和第二开口，第一开口充当还原性工艺气体的入口和充当熔融的预还原铁氧化物的出口，第二开口充当工艺气体的出口，具有铁矿石供应装置以便向熔炼旋流器中供应铁矿石，并具有供氧装置以便向熔炼旋流器中供应氧，其中提供额外的加热装置以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器的第一开口处或在其附近凝固，并且其中该额外的加热装置包含一个或多个氧注射器，所述氧注射器在操作中从低于熔炼旋流器第一开口的位置处在使得注射的氧与进入第一开口的工艺气体接触的方向上注射氧。

根据本发明的再一方面，提供了如在垂直向下的方向上所见的一个或多个氧注射器位于第一开口的周围外侧。

本说明书中所使用的术语“氧”是指含氧气体以及纯氧。

熔炼旋流器的第一开口附近的温度将足够高以使得至少部分预还原性气体与注射的氧燃烧。为了在第一开口处具有足够高的温度以防止熔融铁氧化物在熔炼旋流器的所述第一开口处凝固，仅需要部分的预还原性气体以其它方式在熔炼旋流器内部燃烧。

在大多数情况下，熔炼旋流器是一种具有圆筒形通道的装置，所述圆筒形通道具有相对的第一和第二开口，其中在该装置的中心部分中以大致切线的方向注射铁矿石和氧以便在熔炼旋流器内部产生涡流或旋流。在操作时，通常定位该熔炼旋流器使得存在从第一开口到第二开口的垂直通道。采用这样的熔炼旋流器定位，部分预还原性气体在熔炼旋流器的第一开口处或在其附近的燃烧也将有助于在将铁矿石注射的位置处使熔炼旋流器内部的温度保持在目标值。

根据再一方面提供的是，布置氧注射器使得在操作中在至少部分与进入熔炼旋流器的工艺气体的流动方向成一致的方向上注射氧。术语“氧注射器”是指一个或多个氧注射器，除非从说明书明确指出是单个注射器或多个注射器。

熔炼旋流器内部的气体流动方向是组合的周围行进与向上行进的运动，其中向上行进的运动由进入熔炼旋流器的预还原性气体和产生的热所产生。取决于向上方向的预还原性气体的流速和注射氧的位置与熔炼旋流器的第一开口之间的距离，可以在从进入第一开口的方向到平行于与第一开口的假想垂直中心轴垂直的平面的方向之间的任意方向上注射氧。优选该注射方向还给出了切向分量，即从所述垂直轴偏移的方向。