用于將液態(tài)熱金屬例如液態(tài)高爐鐵脫磷的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于將液態(tài)熱金屬例如液態(tài)高爐鐵或具有等價于高爐鐵組成的液態(tài)金屬脫磷的方法，其中熱金屬的澆注流從含有熱金屬的容器排放到精煉設(shè)備中，其中在精煉設(shè)備中將一個或多個用于形成熔渣的添加劑流和一個或多個用于將熱金屬的澆注流破碎成熔融金屬液滴的氣態(tài)流引導(dǎo)到澆注流中，其中一個或多個氣態(tài)流和／或一個或多個添加劑流包含氣體形式或化合物形式的氧，以允許在將熔融液滴收集到位于精煉設(shè)備下面的接收容器之前的下落期間該金屬液滴、氧和熔渣之間的脫磷反應(yīng)，本發(fā)明還涉及進(jìn)行該方法的裝置。
【專利說明】用于將液態(tài)熱金屬例如液態(tài)高爐鐵脫磷的方法和裝置
[0001]本發(fā)明涉及用于將液態(tài)熱金屬，例如液態(tài)高爐鐵或具有等價于高爐鐵組成的液態(tài)金屬(以下簡稱為熱金屬)脫磷的方法和裝置。
[0002]高級的低磷礦石可能隨著日益受限的可獲得性而變得明顯更加昂貴，且在這些情況下，鋼鐵企業(yè)將需要依賴更充裕的更高磷的礦石。為了滿足現(xiàn)在和將來對于鋼中低磷水平產(chǎn)品的復(fù)合要求，將需要通過改變目前的煉鋼操作工藝從而適應(yīng)由較高的磷載量(load)導(dǎo)致的較高的熱金屬磷水平。
[0003]先前的熱金屬磷預(yù)處理生產(chǎn)工藝包括在高爐澆道中的硅去除，之后在魚雷式桶中通過粉末化的和氣態(tài)的脫磷試劑的噴射脫磷。這一工序?qū)е鹿鑿臒峤饘?化學(xué)能)的去除，連同魚雷式桶中溫度的顯著下降(熱能)，且因此導(dǎo)致裝料中高的熱金屬比率(例如>90%)的要求。對于設(shè)計成在它們的輸入材料中使用大量的廢料(scrape)、且因此具有裝料中70%~85%的典型的熱金屬比率的工廠來說，例如大多數(shù)的歐洲鋼鐵廠，這種方法不是實際可行的。
[0004]或者，可將“備用"B0S轉(zhuǎn)爐用于熱金屬的磷預(yù)處理，由此通常或多或少地將熱金屬(無廢料)吹入“脫磷”轉(zhuǎn)爐，用石灰或預(yù)熔渣料處理很短的時間(例如少于8分鐘)。一般地，這對于將很大一部分磷載量轉(zhuǎn)移至渣料是充足的時間。然后通常將該經(jīng)脫磷的金屬轉(zhuǎn)入桶，且隨后連同廢料一起載入除碳轉(zhuǎn)爐。但是，當(dāng)沒有“備用” BOS轉(zhuǎn)爐時，這個工序不是一種選擇。此外，當(dāng)將這個工序改裝到現(xiàn)有的鋼鐵廠時，其帶來后勤挑戰(zhàn)，會要求重大的操作變化，導(dǎo)致鋼鐵廠操作中可能的不靈活。在“未開發(fā)場所”，由于適應(yīng)吹氧管行程所需要的高頂板高度，“脫磷”轉(zhuǎn)爐選項將要求非常高的資金支出。
[0005]本發(fā)明的目的是提供允許使用較高磷的礦石的方法。
[0006]另一個目的是提供可以容易地集成到當(dāng)前的煉鋼操作工藝中的方法。
[0007]本發(fā)明的另一個目的是提供用于實施本發(fā)明的方法的裝置。
[0008]這些目的的一個或多個通過如獨立權(quán)利要求1中所述的將液態(tài)熱金屬例如液態(tài)高爐鐵或具有等價于高爐鐵組成的液態(tài)金屬脫磷的方法實現(xiàn)，在該方法中熱金屬的澆注流從含有熱金屬的容器排放到精煉設(shè)備(又名精煉容器)中，其中在精煉設(shè)備中，將一個或多個用于形成熔渣的添加劑流和一個或多個用于將熱金屬的澆注流破碎成熔融金屬液滴的氣態(tài)流引導(dǎo)到澆注流中，其中一個或多個氣態(tài)流和/或一個或多個添加劑流包含氣態(tài)形式或化合物形式的氧，以在將熔融液滴收集到位于精煉設(shè)備下面的接收容器之前的下落期間允許該金屬液滴、氧和熔渣之間的脫磷反應(yīng)。
[0009]在從屬權(quán)利要求2至10中描述了根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方案。 [0010]這些目的的一個或多個通過 用于實施前述權(quán)利要求中任一項的方法的裝置實現(xiàn)，其中該裝置包含用于容納液態(tài)熱金屬例如液態(tài)高爐鐵或具有等價于高爐鐵組成的液態(tài)金屬的容器，該熱金屬優(yōu)選已經(jīng)脫硫，該容器包括:用于將熱金屬的澆注流排放到精煉設(shè)備中的裝置，該精煉設(shè)備具有單一反應(yīng)室，其中該精煉設(shè)備具有至少一個第一噴射裝置，用于向熱金屬的澆注流噴射氣態(tài)流以將澆注流破碎成熔融金屬液滴，且具有至少一個第二噴射裝置，用于將添加劑流噴射到澆注流和/或熔融液滴中，且具有用于工藝廢氣的出口，和允許將熔融液滴收集到接收容器中的出口。
[0011 ] 澆注流優(yōu)選沿基本垂直的方向離開容納液態(tài)熱金屬的容器，并在被來自至少一個第一噴射裝置的氣態(tài)流破碎成熔融金屬液滴之前也沿基本垂直的方向進(jìn)入精煉設(shè)備。
[0012]在從屬權(quán)利要求12至16中描述了根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施方案。
[0013]本發(fā)明還包含一種裝置，其中將至少一個用于噴射氣態(tài)流的噴射裝置和/或至少一個用于將添加劑流噴射到澆注流中的第二噴射裝置安裝在與澆注流成0° (平行于澆注流)~75°的角α上，其中優(yōu)選該角為至少10°和/或最多60°。優(yōu)選的最大值為45°。意圖使氣態(tài)流和添加劑流以其各自的噴射裝置相對于垂直方向安裝的角度接觸澆注流。作出α的選擇以實現(xiàn)徹底將澆注流破碎成具有用于優(yōu)化的脫磷性能所需的平均直徑和尺寸范圍的金屬液滴。該條件應(yīng)是將該流破碎至所需的液滴尺寸，并在可控的、最低水平的脫碳和鐵產(chǎn)量損失下實現(xiàn)最大程度的脫磷所需的氧化水平和渣料堿度。優(yōu)選地，在脫磷期間可以改變第一和/或第二噴射裝置的角度，優(yōu)選的是獨立地進(jìn)行改變，以使?jié)沧⒘鞯钠扑楹?或添加劑流向澆注流中的噴射的優(yōu)化成為可能。
[0014]優(yōu)選將從容器排放到精煉設(shè)備中的熱金屬在根據(jù)本發(fā)明的脫磷前脫硫。
[0015]一個或多個氣態(tài)流可包含氣態(tài)氧或含有氧的氣態(tài)化合物。一個或多個添加劑流可包含化合物形式例如氧化物或碳酸鹽形式的氧。
[0016]優(yōu)選地將根據(jù)本發(fā)明的熱金屬脫磷的方法設(shè)置在熱金屬脫硫裝置和BOS轉(zhuǎn)爐之間的煉鋼工藝路線中。含有熱金屬(優(yōu)選經(jīng)脫硫的，優(yōu)選未扒渣的)的容器例如通過底部澆注，向精煉設(shè)備提供了熱金屬的澆注流。雖然可以用別的方式例如通過傾斜容器并從側(cè)壁中的出鐵口澆注、或者甚至通過像水桶那樣將其澆注來進(jìn)行澆注，但底部澆注在粘稠度和穩(wěn)定性方面給出了穩(wěn)定的澆注流的最佳條件，以及用于保護(hù)澆注流免受周圍大氣的影響的最佳條件。精煉設(shè)備優(yōu)選裝備有幾個單獨的多功能燃燒器模塊或含有一個或多個噴射部件的噴嘴，用于噴射從不連續(xù)的位置或圓環(huán)直接指向澆注流的一種或多種氣態(tài)化合物如氧、氮、天然氣、或其它氣體、或固態(tài)化`合物例如石灰粉末、熔劑粉末或其它粉末，使得澆注流完全破碎成具有優(yōu)化的脫磷性能所需的平均直徑和尺寸范圍的金屬液滴?？梢允褂昧Ａ洗媸?、熔劑或其它粉末。噴嘴提供氣態(tài)和/或固態(tài)化合物的超聲速或亞聲速射流。液滴尺寸優(yōu)選至多20毫米，并且優(yōu)選至少I微米。額外的單獨的多功能燃燒器模塊或上述類型和用于上述目的的噴嘴可以根據(jù)需要放置在精煉設(shè)備中的其它位置處。至精煉過程的氧輸入速率和石灰粉末/熔劑粉末/其它粉末的輸入速率與熱金屬澆注速率和所產(chǎn)生的渣料的所需氧化狀態(tài)和化學(xué)組成/性質(zhì)(chemistry)相匹配。渣料中總鐵優(yōu)選為10%~40%，而渣料堿度(CaO / SiO2)優(yōu)選為1.0~4.0。磷以至少50%的高效率水平從金屬液滴轉(zhuǎn)移到渣料，因為該方法的設(shè)計確保了非常高的反應(yīng)表面；相對低的溫度(與在常規(guī)BOS轉(zhuǎn)爐工藝的排出口處的1600°C~1700°C相比，為1200°C~1500°C )，在用于磷的氧化的優(yōu)化條件或接近該優(yōu)化條件下的高氧化狀態(tài)；以及在高磷容量的優(yōu)化條件或接近該優(yōu)化條件下的渣料組成。
[0017]在容器和精煉設(shè)備之間可提供下文中稱之為中間包的較小的密閉容器，以允許精煉設(shè)備中的脫磷過程可以不直接連接到含有熱金屬的容器，并且在該含有熱金屬的容器被清空并被滿的容器代替的同時繼續(xù)。當(dāng)使用中間包時，可以通過將所述中間包中的液態(tài)金屬維持在恒定高度而使該熱金屬的鐵水靜壓頭保持恒定。以這種方式，可以有效地保持澆注流的流動條件。當(dāng)使用中間包時，則待破碎成熔融金屬液滴的熱金屬流從中間包而不是直接從容器排放到精煉設(shè)備中。
[0018]在精煉設(shè)備中，分散的金屬液滴暴露于氧化性和堿性渣料環(huán)境中，確保非常快的硅和磷去除，連同鐵的氧化與溫度的顯著上升。同時，也可以減少分散的熱金屬液滴的碳含量，盡管只減少可變的量并且依賴于它們的平均直徑和尺寸范圍。當(dāng)分散的金屬液滴的平均直徑低且尺寸范圍寬時，可能會出現(xiàn)來自廢氣的煙和FeO和渣料中的金屬丸的高產(chǎn)量損失。因此,金屬液滴的尺寸優(yōu)選為I微米~20毫米。合適的最小液滴尺寸為100微米。合適的最大液滴尺寸為3000微米。
[0019]金屬澆注流的幾何形狀和數(shù)目、流動條件、噴嘴幾何形狀以及來自噴嘴的亞聲速流或超聲速流的相對方向，是平均液滴直徑和尺寸范圍確定的主要因素。因此，噴嘴的數(shù)目優(yōu)選為至少I個且最多8個，更優(yōu)選為至少2個。合適的最大值為四個噴嘴。澆注流的形狀可以是不規(guī)則的，或者可以是圓形或矩形，或兩者的組合；一個或多個流體的超聲速芯長度可以大于，等于或小于噴嘴到流體的距離；添加劑流或氣態(tài)流與澆注流的相對方向可以是0° (平行于澆注流)~75°。優(yōu)選該角度(α，見圖2)是至少10°和/或最多60°。更優(yōu)選的最大角度是45°。在角度α是90°的情況下，將添加劑流或氣態(tài)流垂直地引導(dǎo)到澆注流；在角度在0°和90°之間的情況下，將添加劑流或氣態(tài)流向下傾斜到澆注流。作出α的選擇以實現(xiàn)完全將澆注流破碎成具有用于優(yōu)化脫磷性能所需的平均直徑和尺寸范圍的金屬液滴。該條件應(yīng)是將所述流破碎為所需的液滴尺寸，并在可控的、最低水平的脫碳和鐵產(chǎn)量損失下實現(xiàn)最大程度的脫磷所需的氧化水平和渣料堿度。優(yōu)選地，可以在脫磷期間改變第一和/或第二噴射裝置的角度，優(yōu)選的是獨立地進(jìn)行改變，以使?jié)沧⒘鞯钠扑楹?或添加劑向液滴流中的噴射的優(yōu)化成為可能。
[0020]在一個實施方案中，在精煉設(shè)備和用于收集經(jīng)脫磷的金屬的接收容器之間提供裝置，其使精煉設(shè)備的連續(xù)使用成為可能，而不必當(dāng)它滿了時必須停工以更換接收容器。這些裝置可以由緩沖容器或緩沖中間包組成，所述緩沖容器或緩沖中間包能夠在用空的接收容器更換滿的接收容器時收集經(jīng)脫磷的金屬。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點是，其可通過在規(guī)定的氧化和堿性環(huán)境下受控的熱金屬液滴的產(chǎn)生，采用相對低的資金和運行成本；最小的后勤影響；高生產(chǎn)率；以及簡單而有效的快速精煉的概念，特別是單位時間內(nèi)具有相對小體積的熱金屬而實施。
[0022]在一個實施方案中，噴射的添加劑可以是已經(jīng)被適當(dāng)加工成可噴射級別的回收的脫碳轉(zhuǎn)爐渣料。因此，將石灰熔劑預(yù)先熔融并因此容易熔化。
[0023]在一個實施方案中，噴射的添加劑可以是合金或鐵合金精粉(fine)。因此，可另外變更環(huán)境條件的化學(xué)組成。這些合金或鐵合金精粉可以是回收的合金或鐵合金精粉。
[0024]現(xiàn)在將通過下面的示意性和非限制性的附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明。[0025]圖1顯示了用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的示意圖。圖3顯示了用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置更真實的圖。
[0026]圖2顯示了澆注流(PS)相對于噴嘴(η)的夾角α。
[0027]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置，具有在含有熱金屬的容器和精煉設(shè)備(圖1中采用精煉容器表示)之間的中間包。在圖1中用氧噴射和石灰噴射表示的入口是本發(fā)明的上下文中的氣態(tài)流和添加劑流。在煉鋼工藝路線中，將該裝置聯(lián)機(jī)(in-line)放置在熱金屬脫硫設(shè)備和BOS轉(zhuǎn)爐之間。包含于底部澆注容器中的熱金屬(未經(jīng)扒渣的)，且優(yōu)選已經(jīng)被脫硫，經(jīng)底部澆注入中間包中，然后從中間包作為澆注流經(jīng)底部澆注入精煉設(shè)備中?？梢酝ㄟ^測力傳感器監(jiān)測和控制澆注流進(jìn)入精煉設(shè)備的流量。將一個或多個超聲速或亞聲速氣體射流作為來自氧/氮/其他氣體/石灰粉末/熔劑粉末/其它粉末/天然氣燃燒器模塊或噴嘴的輸出(可組合成單一的多功能模塊或噴嘴)，或作為單獨的噴射器直接指向來自不連續(xù)的位置或來自圓環(huán)的澆注流。
[0028]可以根據(jù)需要將額外的單個多功能燃燒器模塊或噴嘴放置在精煉設(shè)備的頂部或側(cè)壁中的其它位置處，所述額外的單個多功能燃燒器模塊或噴嘴含有一個或多個噴射部件，用于噴射超聲速或亞聲速氧、氮、其它氣體、石灰粉末、熔劑粉末或其它粉末或天然氣。到精煉過程的氧輸入速率和石灰粉末/熔劑粉末/其它粉末的輸入速率與澆注流的澆注速率是匹配的。
[0029]在精煉設(shè)備內(nèi)，金屬液滴、氧和熔融渣料將在金屬液滴在重力下落入接收容器中所花費的時間期間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。硅和磷的精煉將伴隨鐵的氧化和溫度的迅速上升。進(jìn)一步的精煉反應(yīng)也將在接收桶中的渣料和金屬之間發(fā)生。可對其進(jìn)行氣體攪拌，以保證渣料和金屬接近化學(xué)平衡。也可以預(yù)期一些碳氧化，這可能導(dǎo)致接收桶中明顯的熔渣起泡。因此，接收容器將需要適當(dāng)大的空間(freeboard)以容納它。
[0030]在分批精煉過程的完成后，移開接收桶(現(xiàn)在是轉(zhuǎn)移桶或裝料桶)，并采用扒渣器裝置或其它除渣設(shè)備去除渣料。渣料可能需要在扒渣或除渣前進(jìn)行預(yù)處理(pre-conditioning),以減少金屬鐵的產(chǎn)量損失。在米樣和溫度測量以后，然后將一般具有約1250°C~1500°C的溫度的經(jīng)脫磷和部分脫碳的熱金屬轉(zhuǎn)移和裝入已包含其所需的廢料裝料的脫碳轉(zhuǎn)爐。在轉(zhuǎn)爐脫碳過程期間，氧氣流量可以比目前的工藝顯著更高，且具有至多1500Nm3 /分鐘的值。因此 ，預(yù)期該轉(zhuǎn)爐的加工時間會比目前的工藝顯著更短，導(dǎo)致生產(chǎn)率的顯著提高。
[0031]來自接收桶(現(xiàn)在其是用于脫碳過程的裝料桶)的經(jīng)扒渣(即去除)的渣料中的磷含量很可能高得足以確保這些渣料可以用作肥料產(chǎn)品的主要成分。
[0032]該控制系統(tǒng)優(yōu)選包括如下的一個、多個或全部的靈活和獨立控制:噴射劑輸入、澆注流速率、金屬和渣料組成采樣和控制、溫度測量和/或廢氣分析監(jiān)測。
[0033]溫度通過影響渣料的磷容量和金屬液滴尺寸來影響性能。過高的溫度可能導(dǎo)致脫磷反應(yīng)減慢、停止或逆轉(zhuǎn)。另一方面，需要適當(dāng)?shù)仡A(yù)熱反應(yīng)容器，以確保低水平的溫度損失。熱金屬溫度的變化可受化學(xué)熱(硅和Fe (+碳、錳)的氧化)、化學(xué)熱(天然氣燃燒器)和傳導(dǎo)、對流和福射熱損失的組合影響。
[0034]因為在將轉(zhuǎn)爐裝料時的磷載量比常規(guī)操作中顯著較低，且熱金屬硅含量將可以忽略不計，所以可通過利用高吹氧速率來降低在BOS轉(zhuǎn)爐中的脫碳時間。這將有助于提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率?？梢允褂幂^低侵蝕性的渣料，其將降低濺渣和耐火材料維護(hù)的需要，進(jìn)而將降低轉(zhuǎn)爐的熱損失?？蓪⒏吡髁垦鯂婎^用于該轉(zhuǎn)爐。
[0035]可將脫碳渣料回收到脫磷反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中它可作為預(yù)熔熔劑添加劑而噴射。
【權(quán)利要求】
1.用于將液態(tài)熱金屬例如液態(tài)高爐鐵或具有等價于高爐鐵組成的液態(tài)金屬脫磷的方法，其中熱金屬的澆注流從含有熱金屬的容器排放到精煉設(shè)備中，其中在精煉設(shè)備中將一個或多個用于形成熔渣的添加劑流和一個或多個用于將熱金屬的澆注流破碎成熔融金屬液滴的氣態(tài)流引導(dǎo)到澆注流中，其中一個或多個氣態(tài)流和/或一個或多個添加劑流包含氣態(tài)形式或化合物形式的氧，以在將熔融液滴收集到位于精煉設(shè)備下面的接收容器之前的下落期間允許所述金屬液滴、氧和熔渣之間的脫磷反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將所述的液態(tài)熱金屬在根據(jù)權(quán)利要求1的脫磷之前脫硫O
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中一個或多個添加劑流和/或一個或多個氣態(tài)流通過一個或多個含有一個或多個噴射部件的噴嘴或單獨的多功能燃燒器模塊提供，其用于噴射氧、氮、天然氣、其它氣體、石灰粉末或粒料、熔劑粉末或粒料、其它粉末或粒料中的一種或多種。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中在相對于熱金屬流為α的角度下，向下引導(dǎo)所述一個或多個氣態(tài)流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述角度α為向澆注流的0°~90°，且更優(yōu)選10。~45°。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中所述一個或多個添加劑流包含石灰、預(yù)熔渣料、熔劑、鐵合金或合金粉末或粒料中的一種或多種。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中所述金屬液滴具有I微米~20毫米，且更優(yōu)選100微米~3000微米的直徑。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中接收容器是氣體攪拌的。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中該添加劑包含回收的脫碳轉(zhuǎn)爐渣料，或由回收的脫碳轉(zhuǎn)爐渣料組成。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中隨后使該接收容器中的熱金屬在裝入轉(zhuǎn)爐并在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行脫碳操作之前經(jīng)受扒渣或除渣操作，以從熱金屬去除渣料。
11.用于實施前述權(quán)利要求中的任一項的方法的裝置，其中該裝置包含用于容納液態(tài)熱金屬例如液態(tài)高爐鐵或具有等價于高爐鐵組成的液態(tài)金屬的容器，優(yōu)選已將該熱金屬脫硫，該容器包括:用于將熱金屬的澆注流排放到精煉設(shè)備中的裝置，該精煉設(shè)備具有單獨的反應(yīng)室，其中該精煉設(shè)備提供有至少一個第一噴射裝置，用于向熱金屬的澆注流噴射氣態(tài)流，以將澆注流破碎成熔融金屬液滴，和至少一個第二噴射裝置，用于向澆注流和/或熔融液滴噴射添加劑流，以及用于工藝廢氣的出口，和用于將熔融液滴收集到接收容器中的出□。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中將至少一個用于噴射氣態(tài)流的噴射裝置和/或至少一個用于將添加劑流到噴射澆注流中的第二噴射裝置安裝在與澆注流成0° (平行于澆注流)~60°的角度α上，其中優(yōu)選該角度為至少10°和/或最多45°。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的裝置，其中一個、多個或所有的噴射裝置是超聲速射流器。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13的裝置，其中沿著精煉設(shè)備的頂部或側(cè)壁提供額外的噴射裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至143中任一項的裝置，其中接收容器是氣體攪拌的，優(yōu)選底部攪拌的。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中的任一項所述的裝置，其中在使用時含有熱金屬的容器和精煉設(shè)備之間提供中間包，以允許連續(xù)生產(chǎn)和穩(wěn)定且恒定的鐵水靜壓頭，且其中中間包提供有開口，用于將熱 金屬流排放到精煉設(shè)備中。
【文檔編號】C21C7/064GK103814142SQ201280038509
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月5日
【發(fā)明者】M·S·米爾曼 申請人:塔塔鋼鐵英國有限公司