專利名稱：直接熔煉設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接熔煉設(shè)備，用于由含金屬的供給材料，如礦石、部分還原的礦石和含金屬的廢流生產(chǎn)純態(tài)或合金形式的熔融金屬。
一個公知的直接熔煉方法其依靠熔融金屬層作為反應(yīng)介質(zhì)，并且一般被稱為HIsmelt方法，在以申請者的名義的國際申請PCT/AU96/00197(WO96/31627)中進(jìn)行了描述。
在國際申請中所描述的HIsmelt方法包括(a)在容器中形成具有熔融鐵和渣的熔池；(b)將以下物質(zhì)噴入熔池(ⅰ)含金屬的供給材料，一般為金屬氧化物；以及(ⅱ)固態(tài)含碳材料，一般為煤炭，其作為金屬氧化物的還原劑及能量源；以及(c)在金屬層將含金屬供給材料熔煉為金屬。
術(shù)語“熔煉”這里理解為一個熱過程，其中進(jìn)行將金屬氧化物還原的化學(xué)反應(yīng)，以生產(chǎn)液態(tài)金屬。
HIsmelt方法也包括后燃反應(yīng)氣體，如CO和H2，其從熔池釋放到熔池之上的具有含氧氣體的空間，并將由后燃產(chǎn)生的熱量傳給熔池以提供熔煉含金屬供給材料所需的熱能。
HIsmelt方法也包括在熔池名義靜止表面上方形成過渡區(qū)，其中具有上升并然后下降的熔融金屬和/或礦渣的液珠、或飛濺或液流，其提供了將由熔池上方的反應(yīng)氣體后燃產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到熔池的有效的介質(zhì)。
Hismelt工藝方法中，含金屬供給材料和固體含碳材料通過一些噴槍/噴嘴被注入金屬層中，這些噴槍/噴嘴相對于垂直方向傾斜，向下、向內(nèi)通過熔化容器的側(cè)壁而延伸進(jìn)入容器下部區(qū)域，從而將固體材料輸送到容器底部的金屬層中。為了提高容器上部反應(yīng)氣體的后燃燒，一股熱空氣(其可以是富氧的)通過向下延伸的熱空氣噴槍而射入容器的上部區(qū)域。容器中反應(yīng)氣體后燃燒產(chǎn)生的廢氣通過廢氣排放口排出容器的上部。
Hismelt工藝方法可大量通過直接熔煉工藝在一個小型的容器中生產(chǎn)熔融金屬。但是，為了實現(xiàn)這種生產(chǎn)，需要將熱的氣體輸入輸出該容器，將含金屬供給材料輸入該容器，將熔融金屬產(chǎn)品和熔渣輸出該容器，這一切都要在相對有限的空間內(nèi)完成。在整個熔化過程中這些操作要連續(xù)進(jìn)行，這可能要持續(xù)很長時間。還需要提供進(jìn)入和操作的裝置，以便在兩次熔煉工作的間隔時進(jìn)入容器和提升設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)備布置合理，從而實現(xiàn)各種操作的裝置分離地位于不同的區(qū)域，圍繞容器布置，這樣減小了各種操作之間的干擾增強了熔煉工作的安全性。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種直接熔煉設(shè)備，用于由含金屬供給材料生產(chǎn)熔融金屬，其包括固定的熔煉容器，用于容納具有金屬層和在金屬層上的熔渣層的熔融金屬熔池以及位于熔渣之上的氣體空間；固體供給裝置，用于向容器供給含金屬供給材料和含碳材料；氣體噴射裝置，向下延伸進(jìn)入容器中，將氧化氣體噴射到氣體空間和/或容器的渣層中；氣體輸送管道，從不在容器處的氣體供給區(qū)延伸到容器之上的輸送區(qū)，以向氣體噴射裝置輸送氧化氣體；廢氣管道裝置，使得廢氣從容器的上部離開容器；排出金屬裝置，用于在熔煉階段使得熔池中熔融金屬流從容器下部排出；排出金屬液流槽，用于接收排出金屬裝置來的熔融金屬，使得熔融金屬被輸送離開容器；排渣裝置，在容器的一側(cè)壁上，在熔煉階段從熔池中排出熔渣；排渣液流槽，用于接收來自排渣裝置的熔渣，使得熔渣被輸送離開容器；其中，氧化氣體輸送管道裝置和廢氣管道裝置在三個分離的區(qū)域中的第一區(qū)內(nèi)延伸，這三個區(qū)域繞容器周向間隔分布，從容器向外延伸；排出金屬裝置和排出金屬液流槽設(shè)置在該三個區(qū)域中的第二區(qū)；排渣裝置和排渣液流槽位于該三個區(qū)域中的第三區(qū)；優(yōu)選，第二和第三區(qū)位于熔煉容器彼此相對的側(cè)壁，第一區(qū)沿容器的周邊位于第二和第三區(qū)之間。
優(yōu)選，該設(shè)備還包括卸渣裝置，用于在熔煉結(jié)束時從容器的下部排干熔渣；該裝置比排渣裝置低，還包括卸渣液流槽，用于接收卸渣裝置來的熔渣，并將其輸送離開容器。
優(yōu)選，卸渣裝置和卸渣液流槽位于第二和第三區(qū)之間從容器向外延伸的第四分離的區(qū)域。
優(yōu)選，第四區(qū)相對于容器大致與第一區(qū)相對。
排出金屬裝置可包括金屬流前爐，其從容器的下部向外伸出。
該設(shè)備還包括金屬盛放裝置，設(shè)置在離開容器的位置，排出金屬液流槽延伸到該盛放裝置，以將熔融金屬輸送到盛放裝置。
該設(shè)備還包括氣體加熱裝置，位于氣體供給區(qū)，以便向氣體輸送管道提供熱氣體以向容器噴射。
氣體輸送管道可包括一單獨的氣體管道，其從氣體供給區(qū)向輸送區(qū)延伸。
固體供給裝置可包括一個或多個固體噴槍。
可以有多個固體噴槍，它們繞容器周向間隔布置。每個噴槍可向下、向內(nèi)延伸通過容器側(cè)壁進(jìn)入容器。
排渣裝置可包括一對位于容器側(cè)壁的排渣槽口。
容器可繞一中心垂直軸設(shè)置，所述區(qū)域可從該中心軸徑向向外位于容器外側(cè)。
下面，參照附圖，將以實施例形式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。


圖1是根據(jù)本發(fā)明布置的熔煉設(shè)備的直接熔煉容器的垂直截面圖；圖2是容器的草圖，表示出繞容器周向、并徑向向外設(shè)置的四個分離的操作區(qū)；圖3是裝配狀態(tài)的熔煉容器、熔融金屬和熔渣的操作裝置的草圖；圖4是類似于圖3的草圖，但是卸渣部分的熔渣操作裝置稍微有些改動；圖5是稍微改動的金屬操作裝置的草圖；圖6是前爐噴爐圍堵罩(eruption containment hood)；圖7是前爐出鐵口和液流槽；圖8是容器、金屬和熔渣操作裝置的截面圖；圖9卸渣孔裝置的示意圖；圖10是出渣槽和熔渣液流槽的示意圖11是設(shè)備的圍堵裝置示意截面圖。
圖1所示為國際專利申請PCT/AU96/00197中描述的用于HISMELT工藝的直接熔煉容器。該冶金容器由標(biāo)號11表示，其具有爐膛，該爐膛包括一底部12和一側(cè)部13，它們由耐火材料磚形成；側(cè)壁14從爐膛的側(cè)壁13向上延伸形成大致的圓筒形，其包括上筒段和下筒段；頂部17；廢氣出口18；前爐19，用于連續(xù)排出熔融金屬；以及出渣口21，用于排出熔渣。
使用中，該容器容納一鐵和渣的熔池，該熔池包括一熔融金屬層22和金屬層22之上的熔渣層23。箭頭24表示金屬層22名義靜止表面的位置，箭頭25表示渣層23的名義靜止表面位置。術(shù)語“靜止表面”指沒有氣體和固體噴射進(jìn)入容器時的表面。
該容器可安裝向下延伸的氣體噴射噴槍26，用于將熱空氣流輸送到容器的上部區(qū)域，還安裝有8個固體噴射噴槍27，其向下、向內(nèi)延伸通過側(cè)壁14進(jìn)入熔渣層23，用于噴射缺氧載氣中攜帶的鐵礦、固體含碳材料、熔劑進(jìn)入金屬層22。噴槍27的位置這樣選擇，即使得其出口端28在熔煉操縱中位于金屬層22表面的上方。噴槍的這個位置減小了通過與熔融金屬的接觸而造成損壞的危險，而且也可通過強制內(nèi)部水冷而冷卻噴槍，而不太會有水接觸容器中的熔融金屬的危險。
氣體噴射噴槍26通過熱氣體輸送管道31接收富氧熱空氣，該管道從位于離開還原容器11一定距離的熱氣體供給工位延伸過來。熱氣體供給工位可帶有一系列熱氣體爐和氧氣設(shè)備，使得富氧空氣流通過熱氣體爐進(jìn)入熱氣體輸送管道31，該管道延伸到與位于還原容器11上部的一個位置處氣體噴射噴槍26連接。另外，氧也可以在空氣流被熱氣體爐加熱之后再加到該氣流中。
廢氣出口18于廢氣管道32連接，該管道將廢氣輸送離開還原容器11并進(jìn)入處理工位，在此，廢氣可被凈化，并通過熱交換器，以預(yù)熱供給還原容器11的物料。
熱氣體輸送管道31和廢氣管道32必須延伸離開容器上部，到達(dá)較遠(yuǎn)的位置，由此它們可能會與頂部吊車或用于容器維護和熔煉期間輸送熱金屬和熱熔渣離開容器的可移動操縱設(shè)備相互干擾。容器的熱金屬通過前爐19被輸送，并且必須通過熱金屬液流槽系統(tǒng)被帶走，該熱金屬液流槽優(yōu)選包括一急流槽和一前爐排出槽。還必須有出渣系統(tǒng)，其包括一或多個出渣口和液流槽，還有一卸渣系統(tǒng)，用于在熔煉操縱結(jié)束時從容器下部清空熔渣。本發(fā)明中整個設(shè)備圍繞該小型還原容器11的布置和操作是這樣的，即將各個操作功能分為繞容器周向間隔的分離的區(qū)域，從而減小不同的操作和不同的操縱設(shè)備的動作之間相互干涉，從而提高了操作的安全性。
圖2和3表示該設(shè)備的布置形式，其圍繞容器11周向間隔、從容器的中心垂直軸徑向向外分成了4個功能區(qū)域，這些區(qū)域是區(qū)域1一般進(jìn)入和工作該區(qū)域包括上部熱空氣輸送管道31和廢氣管道32的影響范圍(footprint)；直接進(jìn)入還原容器11的側(cè)入口門33的通道；區(qū)域2排出金屬該區(qū)域包括前爐19和前爐排出槽34；靜置爐35和出液槽36；端出口63，卸流槽38；靜置爐旁路液流槽39；前爐急流槽41和下流槽42；前爐卸流口43和液流槽44。
區(qū)域3排渣該區(qū)域包括兩個排渣口45和液流槽46；專用水冷塞和觸針(pricker)(見圖9)；共用機械化液流槽罩(見圖9)；區(qū)域4卸渣該區(qū)域包括主卸渣口47，泥炮，穿孔器(drill)，和液流槽48；通向還原容器11的第二側(cè)進(jìn)入門49的通道。
還原容器11和包括靜置容器35的上述的附屬設(shè)備安裝在卸流面51的上方，該卸流面通向噴爐容納坑(break out containment pit)52。還有卸渣坑53，用于接收卸渣槽48來的熔渣。
卸渣坑53也可如圖4布置。該方案優(yōu)選用于在無法接觸到地面的場合。它也具有以下優(yōu)點它提供了緊急卸渣槽54到卸渣坑的更直接的通道。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備布置使得上部的吊車能盡可能多地達(dá)到澆注車間的地面及其設(shè)備?？梢蕴峁﹥蓚€或多個吊車。例如，一個大提升能力的“熱金屬”吊車可安裝成在噴爐容納坑52、前爐19、靜置爐35上方通過，以便進(jìn)行熱金屬容納包的輸送(用于填充容器11)，噴爐容納坑爐渣的處置，液流槽更換、一般的維護?？砂惭b一個分離的容器維護吊車，以便進(jìn)行澆注車間地面和還原容器11的其余部分上的工作。該吊車可用于一般的維護、可消耗品的輸送、液流槽、固定液流槽罩的更換，噴射、熱氣體噴槍的操作和一般提升中小型可移動設(shè)備的移動。容器側(cè)進(jìn)入門33的通道在熱空氣輸送管道31的上部橋的影響范圍和廢氣管道32之間。這使得可在任何時候容器維護吊車都可容易地達(dá)到。要到達(dá)區(qū)域4的側(cè)進(jìn)入門49要求去掉卸渣液流槽和覆蓋在澆注車間的任何相關(guān)口上的臨時罩。
下面描述熔煉期間進(jìn)行的各種操作功能。
排出金屬前爐排出液流槽34直接從前爐19的后半部分(靠近容器)延伸，并在靜置爐36的上方。液流槽入口的位置離開前爐的前部，在此與壓力急流有關(guān)的金屬的突然的上噴最明顯。液流槽34的排出端具有下落孔55，保證液體金屬直接落在靜置爐的熔池中。這避免了下落金屬流對耐火材料襯的沖擊而造成的腐蝕。
液流槽可由吊車從上面直接達(dá)到，這有利于更換，而靜置爐也可由該吊車容易地達(dá)到。
圖3和4表示靜置爐旁路液流槽39，其具有專用的入口57，位于前爐19的前半部分中。這使得整個前爐排出液流槽被轉(zhuǎn)向。
另一個結(jié)構(gòu)表示于圖5。在正常操作期間，通向旁路液流槽的入口被封堵，如圖所示。在旁路操作時，封堵物被一曲折的液流移去。該替代結(jié)構(gòu)的優(yōu)點包括減少前爐出口的數(shù)量；入口保留在前爐后端；改進(jìn)前爐的可達(dá)到性；減少前爐和靜置爐之間的阻塞。
圖3和4表示前爐急流液流槽41和下流槽42。這轉(zhuǎn)向了嚴(yán)重的壓力急流導(dǎo)致的金屬大流，通過傾斜地面51進(jìn)入應(yīng)急噴爐容納坑52?？捎蒙匙雍退榈V渣由下流槽的底部建起一溝槽，引導(dǎo)液流到坑中。
圖3和4也顯示前爐卸流口43和液流槽44。它們位于前爐的一側(cè)，以便最大可能地?zé)o障礙地達(dá)到；減小液流槽的長度；減小液流槽的彎折。
前爐圍堵罩50表示在圖6中。其目的是在前爐劇烈噴爐時，容納飛濺的金屬液滴和熱的氣體/煙。熱氣體和火焰通過該罩的頂部被引導(dǎo)出去。該罩支承在定位銷60上，定位銷固定在容器11的支承結(jié)構(gòu)的側(cè)部上，它可以很容易地由“熱金屬”吊車達(dá)到，這樣它可以很容易地被提升離開定位銷而被移去。
端排出通過使用端排出口63、穿孔器64和液流槽38來進(jìn)行，如圖3、4和7所示。圖7表示稍微改進(jìn)的前爐卸流裝置，其帶有與端排出液流槽38的連接。穿孔器具有固定底座結(jié)構(gòu)，因為它是可靠，耐用的結(jié)構(gòu)。一轉(zhuǎn)向液流槽65使得在應(yīng)急時，如果沒有熱金屬輸送器，容器可被直接卸流到噴爐容納坑52中。
熔渣口排出熔渣口和液流槽結(jié)構(gòu)/定位示于圖3、4、10、11。熔渣口泥塞的定位件66、刺穿器和機械化液流槽罩68示于圖11。所示的布置有以下特征共用的進(jìn)行了液流槽罩布置在液流槽之間，因為它不需要太多的操作裝置達(dá)到。
優(yōu)選液流槽罩安裝在轉(zhuǎn)臺上，以簡化和加快轉(zhuǎn)移到其它的熔渣口的操作。
泥塞和刺穿器(或泥炮和穿孔器)位于液流槽的外側(cè)，加大了操作裝置的無障礙達(dá)到(該操作比液流槽罩更經(jīng)常)。
熔渣泥塞和刺穿器(或泥炮和穿孔器)具有底座“上下”安裝的設(shè)計，位置靠近液流槽的熔渣口端。這減小了它們的交叉“影響區(qū)域”，因此增加了可移動的設(shè)備的無障礙達(dá)到空間(用于液流槽的清潔)。
底座固定的泥塞和刺穿器(或泥炮和穿孔器)優(yōu)選在軌道安裝裝置的上方。因為上述后者設(shè)備的懸吊鏈易于被輻射熱損壞，特別是飛濺的熔渣和金屬液滴。這些是不可避免的，特別是在堵熔渣口時，因為容器有壓力。
液流槽的布置要考慮“熔渣拋物線涉及的范圍”大致為機械化液流槽罩的長度。這限制了液流槽在該區(qū)域的最大斜度，避免罩的耐火材料襯的腐蝕。
液流槽布置的“寬的范圍”提供了滿足分支液流槽和相關(guān)渣坑的要求的更大的空間。
卸渣主要的卸渣口47和液流槽位于第四區(qū)，以減小阻塞和復(fù)雜性。這些部件的結(jié)構(gòu)和布置示于圖3、4、8和9。一個遠(yuǎn)距離第二應(yīng)急卸渣口可獨立于第一卸渣口而被達(dá)到，減小了工作人員在飛濺、熱輻射和煙塵中的暴露。主要卸渣口47與容器側(cè)部進(jìn)入口49中的一個整體形成，這樣有利于有效利用鑄造車間地面面積。
圖9表示專用的泥炮71和穿孔器72。泥炮和穿孔器可以是“上下”安裝固定座設(shè)計，使其安裝在主要卸渣口的熔渣口側(cè)的排出口/液流槽的同側(cè)。這可增加它們和前爐之間的距離，減小在前爐噴爐時暴露的危險。
噴爐容納裝置噴爐容納系統(tǒng)示于圖3、4和11。它包括位于還原容器11、前爐19和靜置爐35下方的傾斜排卸面57。地面51向下傾斜進(jìn)入噴爐容納坑52。排卸面51與上述的單元的影響范圍重疊，由堤壩73和卸渣坑壁74圍成。噴爐裝置的地面可由壓實的土(沙)覆蓋一層碎渣、石、或其它合適的材料。這減小了直接接觸熔渣和金屬廢料，因為泥土中常常含有濕氣。也可提供一透氣的壁壘，在噴爐且漏水時，使水和蒸汽排出。也可安裝一混凝土結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1．一種直接熔煉設(shè)備，用于由含金屬供給材料生產(chǎn)熔融金屬，其包括固定的熔煉容器(11)，用于容納具有金屬層(22)和在金屬層上的熔渣層(23)的熔融金屬熔池以及位于熔渣之上的氣體空間；固體供給裝置(27)，用于向容器(11)供給含金屬供給材料和含碳材料；氣體噴射裝置(26)，向下延伸進(jìn)入容器(26)中，將氧化氣體噴射到氣體空間和/或容器的渣層(23)中；氣體輸送管道(31)，從不在容器(11)處的氣體供給區(qū)延伸到容器(11)之上的輸送區(qū)，以向氣體噴射裝置(26)輸送氧化氣體；廢氣管道裝置(32)，使得廢氣從容器的上部離開容器；排出金屬裝置(19)，用于在熔煉階段使得熔池中熔融金屬流從容器下部排出；排出金屬液流槽(34)，用于接收排出金屬裝置(19)來的熔融金屬，使得熔融金屬被輸送離開容器(11)；排渣裝置(45)，在容器的一側(cè)壁上，在熔煉階段從熔池中排出熔渣；排渣液流槽(46)，用于接收來自排渣裝置(45)的熔渣，使得熔渣被輸送離開容器(11)；其特征在于，氧化氣體輸送管道裝置(31)和廢氣管道裝置(32)在三個分離的區(qū)域(1,2,3)中的第一區(qū)(1)內(nèi)延伸，這三個區(qū)域繞容器周向間隔分布，從容器向外延伸；排出金屬裝置(19)和排出金屬液流槽(34)設(shè)置在該三個區(qū)域中的第二區(qū)(2)；排渣裝置(45)和排渣液流槽(46)位于該三個區(qū)域中的第三區(qū)(3)。
2．如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，第二和第三區(qū)(2,3)位于熔煉容器(11)相對的側(cè)壁，第一區(qū)(1)沿容器周邊位于第二和第三區(qū)(2,3)之間。
3．如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括卸渣裝置(47)，用于在熔煉結(jié)束時從容器的下部排干熔渣；該裝置(47)比排渣裝置(45)低，還包括卸渣液流槽(48)，用于接收卸渣裝置(47)來的熔渣，并將其輸送離開容器。
4．如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，卸渣裝置(47)和卸渣液流槽(48)位于第二和第三區(qū)(2,3)之間從容器(11)向外延伸的第四分離區(qū)域(4)。
5．如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，第四區(qū)(4)相對于容器(11)大致與第一區(qū)(1)相對。
6．如權(quán)利要求1-5中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，排出金屬裝置(19)包括金屬流前爐，其從容器(11)的下部向外伸出。
7．如權(quán)利要求1-6中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，還包括金屬盛放裝置(35)，設(shè)置在離開容器(11)的位置，排出金屬液流槽(34)延伸到該盛放裝置(35)，以將熔融金屬輸送到盛放裝置。
8．如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，該金屬盛放裝置(35)是靜置爐。
9．如權(quán)利要求1-7中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，還包括氣體加熱裝置，位于氣體供給區(qū)，以便向氣體輸送管道裝置(31)提供熱氣體以向容器(11)噴射。
10．如權(quán)利要求1-9中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，氣體輸送管道裝置(31)包括一單獨的氣體管道，其從氣體供給區(qū)向輸送區(qū)延伸。
11．如權(quán)利要求1-10中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，固體供給裝置(27)包括一個或多個固體噴槍。
12．如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，有多個固體噴槍(27)，它們繞容器(11)周向間隔布置。
13．如權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于，每個噴槍(27)向下、向內(nèi)延伸通過容器側(cè)壁(14)進(jìn)入容器。
14．如權(quán)利要求1-13中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，排渣裝置(45)包括一對位于容器側(cè)壁(14)的排渣槽口。
15．如權(quán)利要求1-14中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，容器(11)繞一中心垂直軸設(shè)置，所述區(qū)域(1,2,3,4)從該中心軸徑向向外位于容器外側(cè)。
16．如權(quán)利要求1-15中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，該還原容器(11)位于傾斜排卸面(51)上方，該傾斜排卸面引向噴爐容納坑(52)。
17．如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，有卸渣坑(53)，用于接收來自卸渣液流槽裝置(48)的熔渣。
全文摘要
一種直接熔煉設(shè)備包括:熔煉容器,固體供給裝置,氣體噴射裝置。該設(shè)備分為4個功能區(qū)域,這些區(qū)域繞容器周向間隔分布,從容器向外延伸;氧化氣體輸送管道裝置和廢氣管道裝置在第一區(qū)內(nèi)延伸,排出金屬裝置和排出金屬液流槽設(shè)置在第二區(qū);排渣裝置和排渣液流槽位于第三區(qū)。卸渣裝置和卸渣液流槽位于第四區(qū)域。這個布置減小了熱氣體、含金屬供給材料和熔融金屬與熔渣之間的干擾。
文檔編號F27D99/00GK1320707SQ0111124
公開日2001年11月7日 申請日期2001年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月16日
發(fā)明者安德魯·C·伯羅 申請人:技術(shù)資源有限公司