[发明专利]制备金属及金属合金的方法与设备

说明书

本发明涉及一种制备熔融金属(该术语包括金属合金)的方法，特别是在包含熔池的冶金转炉中，由诸如矿石、部分还原的矿石和含金属的废液等含有金属的原料制备熔融金属(尽管决不排除铁合金)的方法。

本发明具体地涉及由含有金属的原料制备熔融金属的方法与设备，所述的设备基于下列装置的组合：

(a)一种部分还原并至少部分熔化含金属的原料的装置；和

(b)一种使熔融的已部分还原的原料完全还原的装置。

预还原/熔化装置的实例之一是旋风转炉。

还原装置的实例之一是包含熔池的转炉。

Fassbinder等人的美国专利US4,849,015和Den Hartog等人的美国专利US5,800,592，公开了用上述的预还原/熔化装置和还原装置的结合，由铁矿制备熔融铁的具体方案。

本发明的一个目的是提供一种可供选择的由铁矿制备熔融铁的方法/设备，该方法/设备以上述预还原/熔化装置和还原装置的结合为基础。

本发明提供了由含金属的原料制备金属的方法，包括在预还原/熔化装置中部分还原并至少部分熔化含金属的原料，和在还原装置中完全还原已部分还原的原料的步骤，所述的还原装置包括一转炉(vessel)，该转炉包含一熔池(molten bath)，所述的熔池具有金属层和位于金属层之上的炉渣层，而且该方法的特征在于：

(a)将固体的含碳材料随着载气一起注入熔池的金属富集区；

(b)造成材料的溅射物、液滴和液流自金属层向上运动，该运动：

    (ⅰ)促进金属层的材料在炉渣层的混合和炉渣层的材料在金属层的

    混合；并且

    (ⅱ)延伸至熔池上面的空间形成过渡区；

(c)将含氧气体注入转炉中并后燃烧一部分产生产生于熔池的反应气体；

(d)将至少一部分来自还原装置的热反应气体传送至预还原/熔化装置作

   为还原气体，并部分地还原含金属的原料；和

(e)将含氧气体注入预还原/熔化装置中并后燃烧一部分反应气体，从而产生热量，以至少部分地熔化已部分还原的含金属的原料。

在本文中，术语“金属富集区”应理解为具有高浓度金属的熔池区域。举例来说，金属层就是一种金属富集区。

在本文中，术语“金属层”应理解为主要是金属的熔池区。具体地讲，该术语所涵盖了包括金属连续体相中分散了熔融炉渣的区域。

在本文中，术语“炉渣层”应理解为炉渣占优势的熔池区。具体地讲，该术语涵盖了包括炉渣连续体相中分散了熔融金属的区域。

在本文中，术语“过渡区”应理解为其中带有熔融材料(至少主要是炉渣)的溅射物、液滴和液流的气体连续体相。

为了自步骤(b)中的金属层产生熔融材料的溅射物、液滴和液流的向上运动，一种选择是通过一个或一个以上的喷管/风口，注入步骤(b)中的固体含碳材料和载气，所述的喷管/风口向下朝金属层延伸。

更优选该一个或一个以上的喷管/风口沿转炉的侧壁延伸，并以向内和向下的角度对着金属层。

优选的是，向金属层注入的固体含碳材料和载气足以使熔融材料的溅射物、液滴和液流产生喷泉式的向上运动。

通过向下延伸的喷管/风口向金属层注入固体含碳材料和载气具有下列的效果：

(ⅰ)固体含碳材料和载气的动量使其贯穿金属层；

(ⅱ)固体含碳材料，通常为煤，被气脱挥发份，并因此在金属层中产

    生气体；

(ⅲ)碳显著地溶解于金属中，并部分地保持为固体；

(ⅳ)传送至金属层和通过脱挥发份而产生的气体，产生有效的浮力使

    材料自金属层浮起，从而导致材料的溅射物、液滴和液流的上述

    向上运动，而且这些溅射物、液滴和液流在通过炉渣层时，进一

    步带走炉渣。

在(d)段中提到的材料，包括熔融的金属(包括溶解的碳)和熔融的炉渣，所述的熔融炉渣，因固体/气体的注入而由上述的金属层被带到金属层。

产生材料溅射物、液滴和液流的上述向上运动的另一种选择，尽管决不是唯一的其他选择，是通过位于转炉底部或与金属层接触的侧壁中的一个或一个以上的风口，注入固体的含碳材料和载气。

优选地，预还原/熔化装置定位于还原装置之上，并与还原装置相通，以便使至少部分熔融、部分还原的含金属的原料向下排放至还原装置中，而且更优选排放至熔池中剧烈混合的炉渣层中心区。本申请人确信，这会导致预还原材料的更有效的熔炼。