专利名称：直接熔炼设备的制作方法
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HIsmdt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(O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。
HIsmdt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己建造了基于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l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；
(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，该固 料供给组件包括多个延伸通过容器侧壁中的开口的固料喷枪；
(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气体输送主管和多 个延伸通过容器侧壁中的开口的气体喷枪，该气体喷枪用来将经由气 体输送主管供给的含氧气体喷射入容器中，该气体输送主管至少基本
绕容器延伸并与容器间隔开；
(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；
(f) 出熔渣组件，用来在熔炼操作期间从熔池中出熔渣；以及
(g) 多个起重机进入区，该多个起重机进入区在气体输送主管外 侧，从而能将固料喷枪从容器侧壁中的开口中移除并将替换喷枪设置 在容器侧壁中的开口中。
优选地，气体输送主管与容器间隔开，从而在容器与气体输送主 管之间具有间隙，这使得通过该间隙能移除气体喷枪，并且所述设备 包括多个在气体输送主管内侧的起重机进入区，从而能将气体喷枪从容器侧壁中的开口中移除并将替换喷枪设置在容器侧壁中的开口中。
优选地，气体输送主管位于气体喷枪与容器的连接的上方。
优选地，气体输送主管是环形主管，所述环形主管限定了用于主 管内的气流的循环路径。
优选地，气体输送主管是马蹄形主管。
优选地，每个气体喷枪被设置为向容器中心孔的下方和外侧引导 气流。
优选地，每个气体喷枪被设置为向容器的侧壁向下和向外地引导 气流。
优选地，每个气体喷枪被定位使得喷枪向下指向容器中，并相对 于容器中的垂直面和径向面成角度，从而来自喷枪的气流的流动方向 具有径向和周向分量。
优选地，固料供给组件包括多个通过容器侧壁中的开口向下和向 内延伸的固料喷枪，并且固料喷枪包括多个用来将含金属材料喷射入 容器中的喷枪以及多个用来将固体含碳材料喷射入容器中的喷枪，含 金属材料喷枪环绕容器侧壁的周界成对设置，而单个固体含碳材料喷 枪被设置在相邻对的含金属材料喷枪之间。
优选地，固料供给组件包括用于每对含金属喷枪的主供给线和一 对从该主线延伸并连接到喷枪的分支线。
优选地，固料供给组件包括热含金属供给材料喷射系统，用于将 预热的含金属供给材料供给到用于每对含金属供给材料喷枪的主供给线中。
优选地，设备包括支撑气体输送主管的上部结构。
优选地，该上部结构还包括使工人能够在容器的不同高度进入容 器的多个平台。
优选地，用于固料喷枪的起重机进入区在上部结构的外周界内侧。 优选地，废气管组件包括两个从容器向外延伸的废气管。 优选地，废气管是匹配直径的。 优选地，废气管是匹配长度的。
优选地，所述设备包括两个用以冷却废气的废气罩，其中一个废 气罩连接到一个废气管。
优选地，每个废气罩适于将废气冷却到900-110(TC量级的温度。
优选地，所述设备包括用来从废气中除去微粒的分离的废气洗涤 器，该废气洗涤器连接到每个废气罩。
优选地，所述设备包括与两个废气洗涤器相连的单个废气冷却器。
优选地，容器的侧壁包括
(a) 下圆柱段，
(b) 上圆柱段，该上圆柱段比该下圆柱段具有更小的直径，以及
(c) 过渡段，该过渡段将上和下段互连。优选地，废气管组件从上圆柱段延伸。
优选地，过渡段包括用于气体喷枪的开口，并且该喷枪延伸通过 开口进入容器中。
优选地，下圆柱段包括用于固料喷枪的开口，并且该喷枪延伸通 过开口进入容器中。
优选地，含金属材料包括铁矿石。
优选地，含碳材料包括煤。
根据本发明，还提供了一种直接熔炼设备，该设备用于使用基于 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；
(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，该固 料供给组件包括多个延伸通过容器侧壁中的开口的固料喷枪；
(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气体输送主管和多 个延伸通过容器侧壁中的开口的气体喷枪，该气体喷枪用来将经由气 体输送主管供给的含氧气体喷射入容器中，该气体输送主管至少基本 绕容器延伸并与容器间隔开，从而在容器与气体输送主管之间具有间 隙，这使得通过该间隙能移除气体喷枪；
(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；
(f) 出熔渣组件，用来在熔炼操作期间从熔池中出熔渣；以及
(g) 多个起重机进入区，该多个起重机进入区在气体输送主管内 侧，从而能将气体喷枪从容器侧壁中的开口中移除并将替换喷枪设置在容器侧壁中的开口中。
优选地，所述设备还包括用于向容器供给冷却水的冷却水集管， 该冷却水集管位于气体供给组件的上方，并且多个冷却水供给和返回 管在冷却水集管与容器之间延伸，并被分布在位于在气体输送主管内 侧的起重机进入区中间的冷却水集管附近。
优选地，冷却水供给和返回管被分布在冷却水集管附近，由此以 至少部分地为位于在气体输送主管内侧的起重机进入区提供一个或多 个外周界。
优选地，水供给和返回管被分布在多个彼此间隔开的独立区中的 冷却水集管附近。
优选地，冷却水集管至少基本绕容器延伸。
优选地，冷却水集管垂直设置在气体供给组件的气体输送主管的 上方并与该气体输送主管对齐。
优选地，所述设备还包括多个冷却水集管，所述冷却水集管基本 绕容器延伸，并被定位在不同的垂直高度处，以将水供给到容器的不 同区域，并且集管与气体供给组件的气体输送主管基本对齐。
在下文中通过参照附图的实例对本发明进行更详细地描述，其中
图1和图2是从两个不同方向的透视图，示出了直接熔炼容器以及 一部分废气管系统，该废气管系统构成根据本发明的直接熔炼设备的 一个实施例的一部分；
图3是容器的透视图4是容器的侧视图；图5是容器的侧视图，示出了耐火砖在容器内部中的布局； 图6是容器的侧视图，示出了容器的固料喷枪和热空气喷枪的布
置；
图7是沿图6中的线A-A的剖面图； 图8是沿图6中的线B-B的剖面图9是示出了固料喷枪在容器中的布置的简图10是容器的所选部件的示意性顶部平面视图，示出了从容器中 取出和插入容器中的用于固料喷枪和热空气喷枪的取出和插入外壳； 图ll是容器的顶部平面视图12是移除了废气管和热空气流输送系统的容器的顶部平面视
图13是容器的顶部平面视图，显示了水冷集管和供给管；以及 图14是支撑热空气流输送系统、废气管以及水冷系统的上部结构
的等轴测视图。
具体实施例方式
附图中所示的直接熔炼设备具体适合于根据如在国际专利申请
PCT/AU96/00197(WO96/00197)中描述的HIsmelt工艺来熔炼含金属材 料。
该设备不限于根据HIsmelt工艺来熔炼含金属材料。 下文的描述是在根据HIsmelt工艺熔炼铁矿粉以生产熔融铁的背景下。
本发明不限于生产熔融铁，而是扩展到直接熔炼任何含金属材料。
下文的描述集中在直接熔炼设备的直接熔炼容器上以及直接与容 器相连的装置，诸如固料和气体喷枪上。直接熔炼设备还包括其他装置，包括用于处理用于容器的容器上 游的供给材料的装置以及用于处理在容器中生产的产品(熔融金属、 熔渣和废气)的装置。因为这种其他装置不是本发明的中心，所以不 在此处对其进行详细描述，但它仍构成该设备的一部分。在以申请人 名义的其他专利申请和专利中对这种其他装置进行了描述，并且在这 些专利申请和专利中的公开通过交叉参引合并于此。
参照附图，在本发明的背景中，附图中所示直接熔炼设备的实施 例的主要特征是-
(a) 固定的直接熔炼容器3，用来容纳金属和熔渣的熔池41和在
熔池上方的气体空间43;
(b) 固体供给组件，该固体供给组件包括12个固料喷枪5a、 5b， 该固体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 料供给到容器中；
(c) 含氧气体供给组件，用来将含氧气体供给到容器中，该含氧 气体供给组件包括
(c) (i) 4个气体喷枪7形式的气体喷射组件，用来将含氧气体喷 射入容器中的气体空间和/或熔池中；以及
(c) (ii)气体输送管组件，该气体输送管组件包括环形主管9 和多个构件49，每个构件49与每个气体喷枪7相连，所述构件49连接环 形主管9和气体喷枪7以将通常为空气或富氧空气的含氧气体输送到气 体喷枪7;以及
(d) 废气管组件，该废气管组件包括两个废气管ll，用来促使废 气从容器中流出，离开容器；
参照图l、 2和10，这里应适当注意地是直接熔炼设备还包括上部 结构89，该上部结构89由装配到一起的钢梁形成，从而限定八角形的 外周界91、八角形的内周界93以及一系列互连周界梁的横梁95。上部 结构89通过吊架(未示出)支撑气体输送管组件的环形主管9。上部结 构还包括使工人能够在容器3的不同高度处进入容器3的多个平台(未 示出)。容器3包括(a)炉缸，该炉缸包括由耐火砖形成的底部21和侧
部23， (b)侧壁25，该侧壁25从该炉缸向上延伸，以及(c)准球形的 顶部27。为了将容器3的尺寸置于背景之中，设计为每年生产2百万吨 熔融铁的容器3需要大约8m的炉缸直径(内部)。
容器3的侧壁25形成为使得该容器包括(a)下圆柱段29， (b) 比下圆柱段29具有更小直径的上圆柱段31，以及(c)互连两个段29、 31的截头圆锥段33。
根据下文的描述和附图明显的是容器的侧壁25的3个段29、 31、 33 将侧壁25分成3个独立区。下段29支撑固料喷枪5a、 5b。截头圆锥段33 支撑气体喷枪7。最后，上段33实际上是废气腔，废气从上段33离开容器。
容器3的侧壁25和顶部27支撑多个水冷板(未示出)，并且该设备 包括冷却水回路。参照图5，上段33包括单钢板，而下段29包括双钢板。 冷却水回路将水供给到水冷板，并将热水从水冷板中移出，然后在将 水返回到水冷板之前，将热量从热水中提取出来。
容器3的侧壁25的截头圆锥段33包括用于气体喷枪7的开口35。喷 枪7延伸通过开口35。喷枪开口35包括安装凸缘37，喷枪7安装在凸缘 37上并通过凸缘37支撑。喷枪开口35位于容器3的相同高度处并绕容器 3的侧壁25的周界以等间距设置。
参照图5，在使用容器3来根据HIsmelt工艺熔炼铁矿粉以生产熔融 铁中，容器3容纳铁和熔渣的熔池41，熔池41包括容纳在容器3的炉缸 中的熔融铁层(未示出)和在金属层22上的熔渣层(未示出)。图5中 所示的熔池41处在静止状态下，即处在没有固料和气体喷射入容器3中 的状态下。典型地，当HIsmdt工艺在容器3中运行以每年生产2百万吨熔融铁时，容器3容纳500吨的熔融铁和700吨的熔渣。
参照图3和图4，容器3还包括2个位于炉缸侧部23中的通道门45， 使得能够进入容器ll的内部，以在容器内部中进行换衬或其他维修工 作。
通道门45是焊接到侧部23的钢板的形式。当需要进入到容器3的内 部时，将板从炉缸的侧部23中切掉并在容器3中的工作完成之后，将替 换板焊接到适当的位置。通道门45处在容器3的相同高度处。通道门45 绕容器3的圆周以至少90。间隔开。此间距使耐火壁拆除设备能够延伸通 过门45进入容器中，并当容器热时，拆除有耐火材料衬里的侧壁的耐 火材料的很大部分。此外，通道门45足够大，通常为直径2.5m,以使 得山猫滑移转向装载机(bob-cat)或类似的设备能够进入容器3的内部。
参照图3，容器3还包括位于容器3的顶部27中的类似的通道门47， 使得能够进入到容器ll的内部，以在容器3内部中进行换衬或其他维修 工作。
在使用中，气体喷射组件的四个气体喷枪7从距还原容器11某一距 离设置的热气供给站(未示出)中喷射富氧热空气流。该热气供给站 包括一系列热气炉(未示出)和氧气设备(未示出)，以使富氧空气 流能够通过热气炉并进入连接到环形主管9的热气输送管51 (图2和图 11)中。可选地，在空气流已通过炉加热之后，可向空气流添加氧气。
气体喷枪7的目的是以足够的流速喷射充足流量的富氧热空气，使 得热空气渗入熔融金属和熔渣的喷泉，通常为环形喷泉中，所述喷泉 在容器3内作为HIsmelt工艺的一部分向上射出，并且富氧热空气燃烧喷 泉中的可燃气体，诸如从熔池中释放的二氧化碳和氢。可燃气体的燃 烧产生热量，当熔融金属和熔渣向下移回到熔池中时，该热量被传递 到熔池中。根据基本构造，气体喷枪7是直进的喷枪，并且不包括用于向流过 喷枪的富氧空气施加涡旋的涡旋式喷嘴。如上文所指出的，申请人的 研究工作发现在无涡旋情况下工作的气体喷枪7能实现与在有涡旋的 情况下工作的喷枪相当的性能。
气体喷枪7向下延伸通过容器3的侧壁25的截头圆锥段33进入容器 3的上部区域中。喷枪7等间距地环绕截头圆锥段33并处在相同的高度 处。喷枪7被设置为向下并向外延伸以朝着侧壁25的下段29喷射热空 气。要重点注意的是不希望含氧气体接触容器的侧壁25—从容器寿命 的观点来看，通过在侧壁处的燃烧所产生的高温是不合需要的。因此， 喷枪7被布置为使得喷枪7的尖端53是水平圆上的点。
从避免诸如CO的反应气体在图5中总体通过附图标记139标识的 容器中垂孔中燃烧以及由此产生的来自废气管ll的废气的热量损失的 观点看，上述含氧废气的向下和向外喷射也是令人满意的。
如在图3中能最好地看到，气体输送管组件的环形主管9是设置在 容器3上方的圆形管。如上所述，环形主管9被连接到热气输送管51并 接收来自此管51的富氧空气。
环形主管9包括4个出口65。
气体输送管组件的连接构件49将环形主管9与气体喷枪7连接到一起。
用于每个气体喷枪7的热连接构件49包括筒管61和伸縮接头63，该 筒管61从喷枪7的进口端延伸，而该伸縮接头63在一端连接到筒管61而 在另一端连接到环形主管9的出口65。在使用中，气体喷枪7接收流经由环形主管9和将喷枪7连接到环形 主管9的连接构件49的富氧热空气。环形主管9将相同流量的热空气输 送到每个喷枪7。
参照图6和图8，每个气体喷枪7在容器3内的位置在理论上能通过 如下确定
(a) 垂直定位喷枪7，使喷枪7的尖端53处在由图6和图8中的圆形 图标55所指示的所需位置，然后，
(b) 在喷枪尖端53固定的情况下，在垂直面中将喷枪转动35。， 该垂直面与喷枪尖端53相交并垂直于与喷枪尖端35相交的径向面，然 后，
(c) 在喷枪尖端53固定的情况下，朝着该径向面将喷枪向外旋转
300。
气体喷枪7被设置为可从容器3中移除。
具体地，每个喷枪7能通过如下方式取出将相关的连接构件49的 筒管61和伸縮接头63与每个喷枪7和环形主管9分开，之后从位于侧壁 25的截头圆锥段33中的喷枪开口35的安装凸缘37处卸下喷枪7，然后， 将喷枪7连接到高架起重机(未示出)并从开口35向上提升喷枪7。
通过与前一段中所描述的程序相反的程序能将替换喷枪7插入容 器3中。
固料供给组件的12个固料喷枪5a、 5b向下并向内延伸通过容器3的 侧壁25的下段29的侧壁25中的开口 (未示出)并进入熔池41的熔渣层 (未示出)。喷枪5a、 5b被布置为使得喷枪的尖端是假想的水平圆上的 点。侧壁25包括安装凸缘69，而喷枪5a、 5b安装在凸缘69上并通过凸缘 69支撑。参照图7和图9，固料喷枪5a、 5b包括(a) 8个喷枪5a，用来将 铁矿粉和熔剂喷射入容器3中；和(b) 4个喷枪5b，用来将固体含碳材 料和熔剂喷入容器3中。
固体材料被带入缺乏氧气的运载气体中。所有喷枪5a、 5b的外径 相同并设置在容器3的相同高度处。喷枪5a、 5b等间距地环绕侧壁25下 段29的圆周，并被布置成使得铁矿喷枪5a成对地设置且具有分隔每相邻 对铁矿喷枪5a的煤喷枪5b。用以将热铁矿喷射入容器中的该对铁矿喷枪 5a简化了绕容器的管道接入问题。
在使用中，在熔炼操作期间，铁矿喷枪5a经由热矿喷射系统接收 热铁矿粉和熔剂，而煤喷枪5b经由含碳材料喷射系统接收煤和熔剂。
参照图9，热矿喷射系统包括用以加热铁矿粉的预热器(未示出) 和热矿传送系统，该热矿传送系统包括一系列主供给线73和用于每对 铁矿喷枪5a的多对分支供给线75以及大量运载气体以传输供给线71、73 中的热矿粉并以68(TC量级的温度将热矿粉喷射入容器3中。
参照图9，含碳材料/熔剂喷射系统包括用于每个煤喷枪5b的单一 供给线77。
煤供给线75的外径通常比热矿分支线的外径75小，通常是热矿分 支线75的外径的外径40-60%。尽管喷枪5a、 5b的内径优选相同，但是 使热矿供给线75和热矿分支线77绝热的需求明显增加了喷枪的外径。 典型地，热矿分支线75具有在400-600mm范围内的相同外径，而煤供给 线77具有在100-300mm范围内的相同外径。在一个具体示例中，热矿分 支线75具有500mm的外径，而煤供给线77具有200mm的外径。
固料喷枪5a、 5b被设置为可从容器3中移除。具体地，固体供给组件包括在将喷枪从容器中移除并将替换喷枪
插入容器3中期间用以支撑每个固料喷枪5a、 5b的组件。用于每个喷枪 5a、5b的支撑组件包括从容器3的侧壁25向上和向外延伸的细长轨道(未 示出)、可沿该轨道移动的车架(未示出)、以及可操作的沿轨道移 动车架的车架驱动器(未示出)，其中该车架可连接到喷枪5a、 5b，从 而使喷枪能支撑在轨道上并通过车架驱动器的操作而向上和向下移 动，并由此从容器3中取出。该支撑组件在以申请人名义的国际申请 PCT/2005/001101和PCT/AU2005/01103中进行了描述，并且所述国际申 请中的公开通过交叉参引合并于此。
根据上文的描述将会明显地是，直接熔炼设备适应于包括4个气体 喷枪7和12个固料喷枪5a、 5b的16个喷枪的移除和替换。容器3是相对紧 凑的容器。容器3的这种紧凑性以及环形主管9和气管11相对于容器3的 位置对喷枪7、 5a、 5b的移除和替换设置了紧密的空间约束。
参照图IO，为了便于喷枪7、 5a、 5b的移除和替换，直接熔炼设备 包括多个垂直延伸的高架起重机进入区97a、 97b。
进入区97a在环形主管9外侧并在上部结构89的外周界91内侧。与 12个固料喷枪5a、 5b相应，总共具有12个进入区97a。进入区97a能实现 固料喷枪5a、 5b的移除和替换。
进入区97b在环形主管9的内侧。与4个气体喷枪7相应，总共具有4 个进入区97b。进入区97b能实现气体喷枪7的移除和替换。
废气管组件的该对废气管ll使得在于容器3中运行的HIsmelt工艺 中产生的废气能从容器3中流出，以在释放到大气之前，用于下游的处 理。
参照图13，提供了上部结构89的顶视图，示出了容器3的上圆柱段31、进入区97b、水冷供给集管200、与水冷供给和返回管215—起的水 冷返回集管205。
水冷供给集管200和水冷返回集管分别以环形主管的形式设置。每 个集管200、 205垂直设置在环形主管9 (图中未示)上方并与环形主管 9基本对齐。水冷供给和返回管215在水冷供给和返回集管200、 205与 位于容器3上的水冷板出口之间延伸。四组215a、 215b、 215c、 215d水 冷供给和返回管215绕上部结构89和容器3分布。每组桥接在上部结构 89的不连续区220a、 220b、 220c、 220d中的集管200、 205与容器3之间。 这使得进入区97b在水冷供给和返回管215的每组215a、215b、215c、215d 之间向上延伸。有些水冷供给和返回管215从不连续区220a、220b、220c、 220d的与容器3相邻的区域延伸穿过容器3的面到达位于容器3的侧壁 25与进入区97b之间的各水冷板出口。这样，能够看到水冷供给和返回 管215至少部分地限定了进入区97b的外周界。
参照图14，提供了上部结构89的等轴测视图，示出了进入平台230， 该进入平台230使人能进入位于上部结构上的装置。平台230具有为进 入区97a设置的孔235。 一系列水冷供给和返回集管240 (包括上文关于 图13所涉及的集管200和205)设置在上部结构上的不同高度处。集管 240位于上部结构上，以便与气体输送管组件的环形主管9基本垂直对 齐。每个集管240使冷却水能够供给到位于容器的相邻段中的水冷板并 能够从所述水冷板返回。每个集管240通常是环形主管。
进入区97a从容器3附近在供给集管240之间向上和向外延伸到上 部结构89的位于供给集管240外部的区域。进入区97a从供给集管240外 部的区域向上延伸，通过上部结构的各个平台230。
如上文所述，HIsmelt工艺优选利用空气或富氧空气运行，因此产 生相当大体积的废气，需要相对大直径的废气管ll。废气管11从侧壁25的上段31相对于水平成7。角延伸。
如在图11和图12中能最好地看到，当从容器3上方观看时，废气管 ll呈现V形形状。废气管11的纵轴线X成66.32。的角度。废气管被定位 成使得管11的中心轴线X彼此相交，并且相交在从容器3的中垂轴线105 延伸的射线L上的点lOl。换言之，废气管11的轴线X不是自容器3的中 垂轴线105的射线。
参照图1和图2，直接熔炼设备包括与每个废气管ll相连的分离的 废气罩107，以冷却来自容器3的废气。废气罩107从废气管11的出口端 垂直向上延伸。废气罩107经由与通过罩的水/蒸汽的热交换来将来自容 器3的废气冷却到900-1100。C量级的温度。
进一步参照图1和图2，直接熔炼设备还包括与每个废气罩107相连 的分离的废气洗涤器109，用以从冷却废气中除去微粒。另外，每个废 气罩107连接到流动控制阀(未示出)，该流动控制阀控制来自容器并 通过废气罩107的废气的流动。流动控制阀可与废气洗涤器109合并。
进一步参照图1和图2，直接熔炼设备还包括与两个废气洗涤器109 相连的单个冷却器lll。在使用中，废气冷却器lll接收来自两个废气 洗涤器109的洗涤过的废气流，并将废气冷却到25-4(TC量级的温度。
在使用中，对来自废气冷却器lll的冷却废气根据需要进行处理， 例如通过被用作炉(未示出)或废热锅炉(未示出)中的燃气，以从 废气中重新获得化学能，并在此之后作为清洁废气被释放到大气中。
直接熔炼设备还包括出金属组件，该出金属组件包括前炉13，用 来从容器3中连续地出熔融铁。在熔炼操作期间生产的热金属从容器3 中通过前炉13以及连接到前炉13的热金属流槽(未示出)排出。热金 属流槽的出口端设置在热金属水包站(未示出)之上，以将熔融金属向下地供给到位于站中的水包。
直接熔炼设备还包括最终出金属组件，用来在熔炼操作结束时从 容器3中出熔融铁，使熔融铁离开容器3的下部，并将熔融铁从容器3运
走。最终出金属组件包括位于容器3中的多个最终出金属孔15。
直接熔炼设备还包括出熔渣组件，用来在熔炼操作期间定期地从
容器的下部从容器3中出熔渣，并将熔渣从容器3送走。出熔渣组件包 括多个位于容器3中的熔渣槽17。
直接熔炼设备还包括最终出熔渣组件，用来在熔炼操作结束时从 容器3中出熔渣。最终出熔渣组件包括多个位于容器3中的出熔渣口19。
在根据HIsmelt工艺的熔炼操作中，铁矿粉和合适的运载气体以及 煤和合适的运载气体通过喷枪5a、 5b喷射入熔池中。固体材料和运载气 体的动量使得固体材料渗入熔池41的金属层中。煤被除去挥发成份， 从而在金属层中产生气体。碳部分地溶解在金属中并部分地保持为固 体碳。
铁矿粉被熔炼成熔融铁，并且熔炼反应生成一氧化碳。将熔融铁 经由前炉13从容器3中连续移除。
定期地将熔渣经由熔渣槽17从容器3中移除。
被运送到金属层中以及通过除去挥发作用和熔炼反应所生成的气 体引起熔融金属、固体碳和熔渣(由于固体/气体/喷射的结果而被吸入 金属层中)从金属层中的显著浮升，这导致了熔融金属和熔渣的飞溅、 液滴和液流的向上运动，并且当这些飞溅、液滴和液流移动通过熔渣 层时它们会夹带熔渣。熔融金属、固体碳和熔渣的浮升导致了熔渣层 的明显搅拌，其结果是瑢渣层体积扩大。另外，由熔融金属、固体碳和熔渣的浮升而导致的熔融金属和熔渣的飞溅、液滴和液流的向上运 动延伸到熔池上方的空间中并且形成了上述的喷泉。
含氧气体经由气体喷枪7喷射入喷泉使得在容器3中的诸如一氧化 碳和氢气的反应气体后燃。当熔融材料回落到熔池中时，通过该后燃 产生的热量被传递到熔池。
由容器3中的反应气体后燃所产生的废气通过废气管11从容器3中
被带走。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对上述本发明的实施 例作出许多变形。
作为示例，尽管上述实施例包括2个废气管11，但是本发明不限于
这个数目的废气管ll，而是扩展到任意合适数目的废气管ll。
此外，尽管上述实施例包括用来将含氧气体输送到气体喷枪7的环 形主管9，但是本发明不限于这种设置，而是扩展到任意合适的气体输 送组件。
此外，尽管上述实施例包括4个气体喷枪7，但是本发明不限于这 种喷枪7的数目和设置，而是扩展到喷枪7的任意合适数目和设置。
此外，尽管上述实施例包括12个固料喷枪5a、 5b，其中8个喷枪5a 为成对布置的铁矿喷枪，而其余4个喷枪5b为煤喷枪，但是本发明不限 于这种喷枪5a、 5b的数目和布置。
此外，尽管上述实施例包括用来从容器3中连续出熔融铁的前炉 13，但是本发明不限于前炉的使用以及连续出熔融铁。
权利要求
1. 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，所述直接熔炼设备包括(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所述池上方的气体空间，所述容器包括炉缸和侧壁；(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所述容器的固体供给材料供给位置供给到所述容器中，所述固料供给组件包括多个延伸通过所述容器的侧壁中的开口的固料喷枪；(c)含氧气体供给组件，用来将含氧气体从远离所述容器的含氧气体供给位置供给到所述容器中，所述含氧气体供给组件包括气体输送主管和多个延伸通过所述容器的侧壁中的开口的气体喷枪，该气体喷枪用来将经由所述气体输送主管供给的所述含氧气体喷射入所述容器中，所述气体输送主管至少基本绕所述容器延伸并与所述容器间隔开；(d)废气管组件，用来促使废气从所述容器流出；(e)出金属组件，用来在熔炼操作期间从所述池出熔融金属；(f)出熔渣组件，用来在熔炼操作期间从所述池出熔渣；以及(g)多个起重机进入区，所述多个起重机进入区在所述气体输送主管外侧，从而能将所述固料喷枪从所述容器的侧壁中的所述开口中移除并将替换喷枪设置在所述容器的侧壁中的所述开口中。
2. 根据权利要求l所述的设备，其中所述气体输送主管与所述容 器间隔开，从而在所述容器与所述气体输送主管之间具有间隙，这使 得能通过所述间隙移除所述气体喷枪，并且所述设备包括多个在所述 气体输送主管内侧的起重机进入区，从而能将所述气体喷枪从所述容 器的侧壁中的所述开口中移除并将替换喷枪设置在所述容器的侧壁中 的所述开口中。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述气体输送 主管位于所述气体喷枪与所述容器的连接处的上方。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述气体输送 主管是环形主管，该环形主管限定了用于所述主管内的气流的循环路 径。
5. 根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述气体输送 主管是马蹄形主管。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中每个气体喷枪 被布置成向所述容器的中心孔的下方和外侧引导气流。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中每个气体喷枪 被布置成朝向所述容器的所述侧壁向下和向外地引导气流。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中每个气体喷枪 被定位成使得所述喷枪向下指向所述容器中，并相对于所述容器中的 垂直面和径向面成一角度，从而来自所述喷枪的气流的流动方向具有 径向分量和周向分量。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述固料供给 组件包括多个通过所述容器的侧壁中的开口向下和向内延伸的固料喷 枪，并且所述固料喷枪包括多个用来将含金属材料喷射入所述容器中 的喷枪以及多个用来将固体含碳材料喷射入所述容器中的喷枪，含金 属材料喷枪环绕所述容器的侧壁的周界成对设置，且单个固体含碳材 料喷枪位于相邻对的含金属材料喷枪之间。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中所述固料供给组件包括用 于每对含金属喷枪的主供给线和一对从主线延伸并连接到所述喷枪的分支线。
11. 根据权利要求IO所述的设备，其中所述固料供给组件包括热 含金属供给材料喷射系统，用于将预热的含金属供给材料供给到用于 每对含金属供给材料喷枪的所述主供给线中。
12. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，包括支撑所述气 体输送主管的上部结构。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中所述上部结构还包括使工 人能够在所述容器的不同高度处进入所述容器的多个平台。
14. 根据权利要求12或权利要求13所述的设备，其中用于所述 固料喷枪的所述起重机进入区在所述上部结构的外周界内侧。
15. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述废气管 组件包括两个从所述容器向外延伸的废气管。
16. 根据权利要求15所述的设备，其中所述废气管是匹配直径的。
17. 根据权利要求15或权利要求16所述的设备，其中所述废气 管是匹配长度的。
18. 根据权利要求15到17中的任一项所述的设备，包括两个用 于冷却废气的废气罩，其中一个所述废气罩连接到一个所述废气管。
19. 根据权利要求18所述的设备，其中每个废气罩适于将废气冷 却到900-110(TC量级的温度。
20. 根据权利要求18或权利要求19所述的设备，包括用来从废气除去微粒的分离的废气洗涤器，该废气洗涤器连接到每个废气罩。
21. 根据权利要求18或权利要求19所述的设备，包括与两个废 气洗涤器都相连的单个废气冷却器。
22. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述容器的 所述侧壁包括-(a) 下圆柱段，(b) 上圆柱段，该上圆柱段比下段具有更小的直径，以及(c) 过渡段，该过渡段使上段和下段互连。
23. 根据权利要求22所述的设备，其中所述废气管组件从所述上 圆柱段延伸。
24. 根据权利要求22或权利要求23所述的设备，其中所述过渡 段包括用于所述气体喷枪的开口，并且所述喷枪通过所述开口延伸到 所述容器中。
25. 根据权利要求22到24中的任一项所述的设备，其中所述下 圆柱段包括用于所述固料喷枪的开口，并且所述喷枪通过所述开口延 伸到所述容器中。
26. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述含金属 材料包括铁矿石。
27. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述含碳材 料包括煤。
28. —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，所述直接熔炼设备包括(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所 述池上方的气体空间，所述容器包括炉缸和侧壁；(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 体供给材料从远离所述容器的固体供给材料供给位置供给到所述容器 中，所述固料供给组件包括多个延伸通过所述容器的侧壁中的开口的 固料喷枪；(C)含氧气体供给组件，用来将含氧气体从远离所述容器的含氧 气体供给位置供给到所述容器中，所述含氧气体供给组件包括气体输 送主管和多个延伸通过所述容器的侧壁中的开口的气体喷枪，该气体 喷枪用来将经由所述气体输送主管供给的所述含氧气体喷射入所述容 器中，所述气体输送主管至少基本绕所述容器延伸并与所述容器间隔 开，从而在所述容器与所述气体输送主管之间具有间隙，这使得能通 过所述间隙移除所述气体喷枪；(d) 废气管组件，用来促使废气从所述容器流出；(e) 出金属组件，用来在熔炼操作期间从所述池出熔融金属；(f) 出熔渣组件，用来在熔炼操作期间从所述池出熔渣；以及(g) 多个起重机进入区，所述多个起重机进入区在所述气体输送 主管内侧，从而能将所述气体喷枪从所述容器的侧壁中的所述开口中 移除并将替换喷枪设置在所述容器的侧壁中的所述开口中。
29. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，进一步包括用于 向所述容器供给冷却水的冷却水集管，所述冷却水集管位于所述气体 供给组件的上方，并且多个冷却水供给和返回管在所述冷却水集管与 所述容器之间延伸，并在位于所述气体输送主管内侧的所述起重机进 入区中间被分布在所述冷却水集管附近。
30. 根据权利要求29所述的设备，其中所述冷却水供给和返回管 被分布在所述冷却水集管附近，以便至少部分地提供位于所述气体输 送主管内侧的所述起重机进入区的一个或多个外周界。
31. 根据权利要求29或30中的任一项所述的设备，其中所述水 供给和返回管在多个彼此间隔开的分离区中被分布在冷却水集管附 近。
32. 根据权利要求29、 30或31中的任一项所述的设备，其中所 述冷却水集管至少基本绕所述容器延伸。
根据权利要求32所述的设备，其中所述冷却水集管垂直设置 在所述气体供给组件的所述气体输送主管的上方并与所述气体输送主 管基本对齐。
33. 根据权利要求29到32中的任一项所述的设备，进一步包括 多个冷却水集管，所述多个冷却水集管基本绕所述容器延伸，并位于 不同的垂直高度处，以将水供给到所述容器的不同区域，并且所述集 管与所述气体供给组件的所述气体输送主管基本对齐。
34. 根据权利要求29到33中的任一项所述的设备，进一步包括 多个起重机进入区，所述多个起重机进入区在所述气体输送主管外侧， 从而能将所述固料喷枪从所述容器的侧壁中的所述开口中移除并将替 换喷枪设置在所述容器的侧壁中的所述开口中。
全文摘要
公开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。该设备包括多个位于气体输送主管外侧的起重机进入区，从而能将固料喷枪从直接熔炼容器侧壁中的开口中移除并将替换喷枪设置在直接熔炼容器侧壁中的开口中。该设备还包括多个位于气体输送主管内侧的起重机进入区，从而能将气体喷枪从容器侧壁中的开口中移除并将替换喷枪设置在容器侧壁中的开口中。
文档编号C21C5/35GK101432447SQ200780015749
公开日2009年5月13日 申请日期2007年3月1日 优先权日2006年3月1日
发明者罗伯特·洛亚科诺 申请人:技术资源有限公司