本申请是申请号为200980136391.7、申请日为2009年9月16日、标题为“材料供应装置及工艺”的中国申请的分案申请。技术领域本发明涉及将含金属材料和含碳材料供应到直接熔炼容器的装置及工艺。
背景技术：
已知的直接熔炼工艺在以本申请人名义的国际申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)中进行了描述，该直接熔炼工艺原理上依赖于熔池作为反应介质，且通常被称为HIsmelt工艺。在国际申请中描述的HIsmelt工艺在生产熔融铁的背景下，其包括：(a)在容器中形成熔融铁和熔渣的熔池；(b)将下列注入熔池中：(i)含金属材料，通常为氧化铁；以及(ii)固体含碳材料，通常为焦碳，其作为氧化铁的还原剂和能量源；以及(c)在熔池中将含金属材料熔炼成铁。术语“熔炼”在此被理解为指的是其中发生了还原金属氧化物以生产熔融金属的化学反应的热处理。HIsmelt工艺还包括：在熔池上方的空间中，利用含氧气体，通常为空气，二次燃烧反应气体，诸如从熔池中释放出来的CO和H2，以及将由二次燃烧产生的热传递到熔池，以贡献熔炼含金属材料所需的热能。HIsmelt工艺还包括：在熔池的名义上静止的表面上方形成过渡区域，其中存在有利的量的熔融金属和/或熔渣的上升和此后下降的微滴或喷溅或流，其提供有效的介质来将在熔池上方由二次燃烧反应气体而产生的热能传递到熔池。在HIsmelt工艺中，含金属材料和固体含碳材料通过多个固体注射喷枪(有时称为“风口”)而被注射到熔池中，以将固体材料的至少部分输送到容器底部的熔融金属层中，所述固体注射喷枪相对于竖直方向倾斜，穿过直接熔炼容器的侧壁向下并向内延伸，进入容器的下部区域。为了促进反应气体在容器上部中的二次燃烧，可能为富含氧的一股热空气通过向下延伸的热空气注射喷枪而被注入容器的上部区域。由容器中的反应气体的二次燃烧产生的废气通过废气管道被带离容器的上部。该容器在容器的侧壁和顶板中包括耐火材料衬里的水冷板，且水在连续的管线中穿过板连续地循环。HIsmelt工艺使得能通过直接熔炼含金属材料来产生大量熔融铁。为了实现这样的生产水平，必须将大量的含金属材料和含碳材料都供应到容器。本发明提供了将含金属材料和含碳材料输送到直接熔炼容器的有效的装置和工艺。上述说明不被认为是对澳大利亚或其它地方的公知常识的承认。
技术实现要素：
本发明提供了一种材料供应装置，该材料供应装置用于将被加热的固体含金属材料和固体含碳材料供应到具有一个或多个固体注射喷枪的直接熔炼容器，其包括：(a)第一固体供应管线，其用于将被加热的固体含金属材料从一分配/计量单元输送到至少一个喷枪的入口端；以及(b)用于供应固体含碳材料的组件，其用于将固体含碳材料从一分配/计量单元直接供应到喷枪内或矿石分配/计量单元下游的第一固体供应管线，使得被加热的含金属材料和含碳材料能从喷枪共同注入容器。许多因素与用于供应固体含碳材料的组件的位置相关。相关因素包括能阻塞管线的焦油的形成以及在材料进入容器之前在被加热的含金属材料和含碳材料之间的不期望的过早反应。由于上述原因，优选地，用于供应固体含碳材料的组件适合于将固体含碳材料直接供应到喷枪或尽可能地靠近喷枪地供应到第一固体供应管线。用于供应固体含碳材料的组件可适合于在管线上的距喷枪的入口端的距离在管线的长度的50％内的位置处将固体含碳材料供应到第一固体供应管线，其中管线的长度是在该位置和喷枪的入口端之间测量的。用于供应固体含碳材料的组件还可适合于在管线上的距喷枪的入口端的距离在管线的长度的20％内的位置处将固体含碳材料供应到第一固体供应管线。在管线中的输送速度小于50米/秒，优选地为20-30米/秒的情形中，用于供应固体含碳材料的组件可适合于在管线上的输送到喷枪的入口端的输送时间少于1秒，优选地少于0.5秒的位置处将固体含碳材料供应到第一固体供应管线。注意到，通常，固体含碳材料是以气相输送且此处对“输送速度”的引用被理解为指的是气相的输送速度。一般地，气相为缺氧的气相，如氮气。在管线中的输送速度小于50米/秒的情形中，用于供应固体含碳材料的组件可适合于在管线上的距喷枪的入口端小于30米，优选地小于20米的位置处将固体含碳材料供应到第一固体供应管线，其中管线的长度是在该位置和喷枪的入口端之间测量的。用于供应固体含碳材料的组件可包括用于将固体含碳材料从含碳材料的分配/计量单元输送到第一固体供应管线的第二固体供应管线。第一固体供应管线可包括向上延伸到至少喷枪的入口端的水平高度的向上延伸部分，且第二固体供应管线可在向上延伸部分的下端处连接到第一固体供应管线。第一固体供应管线可以替代地包括向上延伸到至少喷枪的入口端的水平高度的向上延伸部分，且第二固体供应管线可在向上延伸部分的上端处连接到第一固体供应管线。第一固体供应管线可包括相对于容器向下且向内延伸到喷枪的入口端的最后部分，且第二固体供应管线可连接到该最后部分。固体含金属材料可为铁矿石，优选地为铁矿石粉。当固体含金属材料为铁矿石时，优选地，铁矿石在第一固体供应管线中的温度至少为500℃。固体含碳材料可为焦碳。本发明还提供一种直接熔炼设备，包括：(a)直接熔炼容器，其具有用于将被加热的固体含金属材料和固体含碳材料注射到容器内的一个或多个固体注射喷枪；(b)预处理单元，例如预加热器，其用于加热固体含金属材料；(c)用于被加热的固体含金属材料的分配/计量单元；(d)用于固体含碳材料的分配/计量单元；以及(e)上述的材料供应装置。本发明还提供一种用于将固体材料供应到具有一个或多个固体注射喷枪的直接熔炼容器的工艺，该工艺包括：将被加热的固体含金属材料和固体含碳材料供应到延伸到容器内的固体注射喷枪以及经喷枪将被加热的含金属材料和固体含碳材料共同注入容器内。该工艺可包括：将被加热的固体含金属材料和固体含碳材料供应到上述设备的一个固体注射喷枪或多个固体注射喷枪以及经一个喷枪或多个喷枪将被加热的含金属材料和固体含碳材料共同注入容器。固体含金属材料可为铁矿石，优选地为铁矿石粉。当固体含金属材料为铁矿石时，优选地，铁矿石在第一固体供应管线中的温度至少为500℃。固体含碳材料可为焦碳。当固体含金属材料为铁矿石且固体含碳材料为焦碳时，所述工艺可包括将至少160吨/小时的矿石和至少70吨/小时的焦碳的总量供应到直接熔炼容器。所述工艺可包括以1.0至2.0巴(g)的压降，经喷枪将被加热的固体含金属材料和固体含碳材料供应到直接熔炼容器。本发明还提供一种用于直接熔炼固体含金属材料并产生熔融金属的工艺，包括：(a)在直接熔炼容器中形成熔融金属和熔渣的熔池；(b)将被加热的固体含金属材料和固体含碳材料供应到延伸到容器内的固体注射喷枪并经喷枪将被加热的含金属材料和固体含碳材料共同注入容器内；(c)将含氧气体注入容器并二次燃烧在容器中产生的可燃气体；以及(d)在熔池中将固体含金属材料熔炼成熔融金属。固体含金属材料可为铁矿石，优选地为铁矿石粉。当固体含金属材料为铁矿时，优选地，铁矿石在第一固体供应管线中的温度至少为500℃。固体含碳材料可为焦碳。当固体含金属材料为铁矿石且固体含碳材料为焦碳时，所述工艺可包括将至少160吨/小时的矿石和至少70吨/小时的焦碳的总量供应到直接熔炼容器。所述工艺可包括以1.0至2.0巴(g)的压降，经喷枪将被加热的固体含金属材料和固体含碳材料供应到直接熔炼容器。附图说明仅参考附图，通过举例进一步说明本发明，在附图中：图1是通过形成根据本发明的直接熔炼设备的实施例的一部分的直接熔炼容器的竖直截面图；以及图2是示出直接熔炼设备的上述实施例的示意图。具体实施方式图1示出形成设备的一部分的直接熔炼容器11，所述设备特别适合于用于执行国际专利申请PCT/AU96/00197中描述的HIsmelt工艺来熔炼铁矿石粉形式的固体含金属材料。以下说明是在根据HIsmelt工艺熔炼铁矿石粉形式的固体含金属材料以生产熔融铁的背景下。然而，将理解，本发明适用于熔炼任何含金属材料，包括矿石、部分还原矿石和含金属废物流，并且包括含铁材料和其它含金属材料。容器11具有包括由耐火砖形成的基底12和侧面13的炉膛、形成从炉膛的侧面13向上延伸的大致圆柱形筒的侧壁14以及炉顶板17。设置了水冷板(未显示)，用于从侧壁14以及也从顶板17传递热。容器11进一步设置有前炉膛19和出渣口21，熔融铁在熔炼期间穿过所述前炉膛19而被连续地排出，熔渣在熔炼期间穿过所述出渣口21被定期性地排出。顶板17设置有出口18，工艺废气通过所述出口18被排出。在根据HIsmelt工艺使用容器11来熔炼铁矿石粉以生产熔融铁中，容器11包含铁和熔渣的熔池，其包括熔融金属层22和在金属层22上的熔渣层23。箭头24表示了金属层22的名义上静止的表面的位置。熔渣层23的名义上静止的表面的位置由箭头25表示。术语“静止的表面”被理解为指的是当没有气体和固体注入容器11时的表面。容器11设置有固体注射喷枪27，该固体注射喷枪27穿过容器的侧壁14中的开口(未显示)向下并向内延伸且进入熔渣层23中。图1示出了两个固体注射喷枪27。然而，应理解，容器11可具有任何合适数量的这样的喷枪27。在使用时，铁矿石粉、固体含碳材料(如，焦碳或焦炭渣)和熔剂被穿过喷枪27的出口端28共同注入熔融池中且优选地进入金属层22。铁矿石粉、固体含碳材料和熔剂被夹带在运载气体中，通常为缺氧运载气体，如氮气。以下说明是在铁矿石粉和固体含碳材料的载气为氮气的背景下。喷枪27的出口端28在工艺的操作期间位于金属层22的表面之上。喷枪27的位置减少了通过与熔融金属接触而引起破坏的危险并且也使得可能通过强制的内部水冷来冷却喷枪而不会有水与容器11的熔融金属接触的重大危险。容器11还具有用于将热喷气输送到容器11的上部区域的气体注射喷枪26。喷枪26穿过容器11的顶板17向下延伸进入容器11的上部区域。在使用时，喷枪26通过热气输送管道(未显示)接收富含氧的热空气流，所述热气输送管道从热气供应站(也未显示)延伸。图2示意性地示出根据本发明的直接熔炼设备的一个实施例。该设备包括直接熔炼容器11。该设备还包括用于加热铁矿石粉的预加热器形式的预处理单元34。该设备还包括用于分配从预加热器34被加热的铁矿石粉的矿石分配/计量单元32。矿石分配/计量单元32被构造成利用氮运载气体来分配被加热的铁矿石粉。矿石分配/计量单元32可以是允许被加热的铁矿石粉从标准大气条件转移到加压运载气体的环境的多个仓的形式。然而，为了本发明的目的，矿石分配/计量单元32能被认为是单个单元。在使用时，铁矿石粉被从储料堆(未显示)供给到预加热器34并且预加热器加热所述铁矿石粉。预加热器34被设置成加热所述铁矿石粉，使得铁矿粉处于至少500℃的温度且通常在注射到容器11内时为约600℃至700℃。废气能从出口18供应到预加热器34，使得热能从废气传递到铁矿石粉。预加热器34被设置成将被加热的铁矿石粉供应到矿石分配/计量单元32。该设备还包括用于将焦碳形式的固体含碳材料和被加热的铁矿石粉供应到容器11的材料供应装置30。材料供应装置30包括第一供应管线36，所述第一供应管线36用于从矿石分配/计量单元32接收被加热的铁矿石粉并将被加热的铁矿石粉输送到喷枪27的其中之一。因此，在使用时，铁矿石粉从矿石分配/计量单元32排放到供应管线36且被输送到喷枪27，并经喷枪注射到容器11内。材料供应装置30还包括用于将焦碳供应到矿石分配/计量单元32下游的第一供应管线36并且尽可能地靠近喷枪27以方便将焦碳和被加热的铁矿石粉共同注入容器11的组件。该组件为焦碳分配组件38和第二供应管线40的形式，其从储料堆(未显示)接收焦碳。焦碳分配组件38可以是允许焦碳从标准大气条件转移到加压氮运载气体的环境的多个仓的形式。然而，为了本发明的目的，焦碳分配组件38能被认为是单个单元。第一供应管线36被定位成近似与容器11的基底12同水平高度。供应管线36包括向上延伸部分42，该向上延伸部分42将热铁矿石粉从近似与基底12同水平高度的位置输送到至少喷枪27的入口的高度。供应管线36还包括向下延伸部分46，该向下延伸部分46将管线连接到喷枪27的入口端。部分46被形成为当处于图2所示的操作位置时与喷枪27同轴。供应管线36还包括向上延伸部分48，该向上延伸部分48与部分46同轴并且形成使焦碳进入管线36的入口部分。第二供应管线40连接到供应管线36的部分48，且因此靠近喷枪27的入口连接到该供应管线。在使用中，处于环境温度的焦碳利用氮运载气体从焦碳分配组件38排放到第二供应管线40，然后进入第一供应管线36的部分48和46并且与以20-30米/秒的气体输送速度在管线36中被输送的被加热的铁粉混合。组合的被加热的铁矿石粉和焦碳随后经供应管线36的部分46输送到喷枪27的入口端并经喷枪27共同注入容器。通常，喷枪27两端的压降为1.0至2.0巴(g)。因此，能看到，在使用时，铁矿石粉在预加热器34中被加热到高温，通常约为600℃至700℃。铁矿石粉随后沿供应管线36输送到喷枪27。焦碳尽可能靠近喷枪27的入口来随被加热的铁矿石粉一起被注入供应管线36，使被加热的铁矿石粉之间的不期望的反应和焦油形成的危险最小。被加热的铁矿石粉和焦碳被输送到喷枪27的入口端，且随后沿喷枪的长度输送到出口端28并进入容器11。焦碳可在图中所示的位置的上游的管线36上的任何位置处与被加热的铁矿石粉一起被注入供应管线36，条件是该位置充分靠近喷枪27，以适应各因素，包括：该位置使得被加热的铁矿石粉之间的不期望的反应和焦油形成的危险最小。通常，这样的位置能被描述为距喷枪27的入口端的距离在供应管线36的长度的50％内，管线的长度是在该位置和喷枪27的入口端之间测量的。通常，在管线的输送速度为20-30米/秒的情形下，这样的位置也能被描述为到喷枪27的入口端的输送时间少于1秒，通常少于0.5秒处，其中输送速度为夹带了焦碳的气相的速度。一般地，在管线的气体输送速度为20-30米/秒的情形下，这样的位置也能被描述为距喷枪27的入口端少于30m，优选地少于20m处，其中管线的长度是在该位置和喷枪27的入口端之间测量的。在不偏离本发明的精神和范围的情形下能对上述实施例进行许多修改。将理解，设备可额外地设置有包括用于将熔剂供应到固体注射喷枪27的熔剂供应管线(未显示)的熔剂分配系统(也未显示)。熔剂供应管线可在第二供应管线连接到第一供应管线36之前连接到第二供应管线40。可选地，熔剂供应管线可在第二供应管线40连接到第一供应管线的上游或下游连接到第一供应管线36。还应理解，第一供应管线36可包括一个或多个支路，使得两个或多个喷枪27能从一单个第一供应管线接收矿石和焦碳。可选地或另外地，材料供应装置可包括独立地操作且供应分离开的喷枪27的两个或多个第一供应管线36。还应理解，预处理单元34可以是任何合适的单元且不限于预加热器。例如，预处理单元可以是预还原以及预加热含金属材料的单元。还应理解，矿石分配/计量单元32和预加热器34尽管被描述为分离的单元，但是可以是单个单元。在所附权利要求中以及在本发明的前述说明书中，除了由于表达语或必要的含意而本文需要的地方以外，术语“包括(comprise)”或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变化形式在包括的意义下使用，即，用以指定特征的存在但不排除在本发明的各种实施例中另外的特征的存在或加入。应理解，如果任何现有技术公开文献在此被提到，则这样的引用不构成对形成澳大利亚或任何其它国家本领域公知常识的一部分的公开文献的承认。