固体注射喷枪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过一种固体注射喷枪注射固态原料。
[0002]本发明具体地，尽管决不排他地涉及通过一种固体注射喷枪注射一种固态含金属材料(典型地热固态含金属材料)和一种固态含碳材料(典型地处于环境温度下的固态含碳材料)。
[0003]本发明具体地，尽管决不排他地涉及通过一种固体注射喷枪将选自以下材料中的一种或多于一种的固态原料注射到一个直接熔炼容器，如用于在直接熔炼方法中生产熔融金属(如铁)的一个基于熔浴的直接熔炼容器中:一种固态含金属材料(典型地热固态含金属材料)和一种固态含碳材料(典型地固态含碳材料)。
【背景技术】
[0004]已知的基于熔浴的熔炼方法通常被称为“HIsmelt ”方法，并且在以本申请人名义的大量专利和专利申请中进行了描述。
[0005]该HIsmelt方法一般可应用于熔炼含金属材料，但是特别与从铁矿石或另一种含铁材料生产熔融铁相关联。
[0006]在生产熔融铁的背景下，该HIsmelt方法包括以下步骤:
[0007](a)在直接熔炼容器的主腔室中形成熔融铁和熔渣的浴；
[0008](b)将以下材料注射到该熔浴中:(i)典型地呈细粉形式的铁矿石；和(ii) 一种固态含碳材料，典型地为煤，该固态含碳材料充当该铁矿石原料的还原剂和能量源；并且
[0009](c)在该浴中将铁矿石熔炼成铁。
[0010]术语“熔炼”在此应理解成意指热加工，其中发生还原金属氧化物的化学反应以生产恪融金属。
[0011]在该HIsmelt方法中，呈含金属材料(可以被预先加热)和含碳材料形式的固态原料以及任选地熔剂材料与载气一起通过多个水冷固体注射喷枪注射到该熔浴中，这些喷枪与竖直方向倾斜，以便向下和向内延伸通过熔炼容器的主腔室的侧壁并延伸进入该容器的下部区域，以便将这些固态原料中的至少部分递送到该主腔室底部的金属层中。这些固态原料和该载气渗入该熔浴并引起熔融金属和/或熔渣喷射到该浴表面上方的空间并形成过渡区。通过向下延伸的喷枪将一股含氧气体(典型地为富氧空气或纯氧)注射到该容器的主腔室的上部区域，从而使该熔浴中释放的反应气体在该容器的上部区域中进行后燃烧。在该过渡区中存在有利量的上升而后下降的熔融金属和/或熔渣的液滴或喷溅物或流，这些提供了有效介质以将在该浴上方通过反应气体后燃烧而产生的热能传递给该浴。
[0012]典型地，在生产熔融铁的情况下，当使用富氧空气时，该富氧空气在热鼓风炉中产生并在大约1200°C的温度下馈送到容器的主腔室的上部区域中。如果使用工业级冷氧，那么典型地将该工业级冷氧于环境温度下或接近环境温度下馈送到主腔室的上部区域中。
[0013]通过废气管道从熔炼容器的上部区域排出由该熔炼容器中的反应气体后燃烧所产生的废气。
[0014]该熔炼容器包括用于熔炼含金属材料的一个主腔室以及通过前炉连接件连接到该主腔室上的一个前炉，该前炉连接件允许金属产物连续地从该容器中流出。该主腔室包括在下部炉床中的带耐火衬里的区段和在该主腔室的侧壁和顶盖中的水冷板。以连续回路使水连续循环通过这些板。该前炉用作熔融金属填充的虹吸密封件，自然地将生产时熔炼容器中的多余熔融金属“溢出”。这便能够已知熔炼容器的主腔室中的熔融金属液位并将其控制在较小的偏差内-这对工厂的安全性来说是至关重要的。
[0015]该HIsmelt方法使得能通过在单个紧凑容器中进行熔炼来生产大量的熔融铁，典型地至少为50万吨/年。
[0016]为了实现这样的生产水平，必须向该容器供应大量的固态含金属材料和固态含碳材料。
[0017]本发明提供一种将固态含金属材料和固态含碳材料以及任选地固态熔剂材料共注射到直接熔炼容器中的有效并可靠的方法。
[0018]本发明还提供一种用于将固态含金属材料和固态含碳材料以及任选地固态熔剂材料共注射到直接熔炼容器中的有效并可靠的固体注射喷枪。
[0019]本发明还提供一种用于将固态含金属材料和固态含碳材料以及任选地固态熔剂材料递送到直接熔炼容器的有效装置和方法。
[0020]以上描述并不旨在认可以上是澳大利亚及其他地方的公知常识。
[0021]披露概述
[0022]本发明是一种用于通过一种固体注射喷枪注射固态原料的方法，该方法包括在该喷枪的注射通道中产生流动条件，从而使得沿着该通道流动的该原料的至少一部分在限定该通道的管道壁与沿着该通道的一个中心区段流动的原料之间形成一个缓冲区。
[0023]本发明还是能够产生以上所述的缓冲区的一种固体注射喷枪。
[0024]用于该缓冲区的固态原料的适当选择使该管道的磨损和/或热冲击最小化成为可能，从在延长的炉龄内提供该固体注射喷枪的有效并可靠操作的角度，该管道的磨损和/或热冲击是潜在地严重问题。
[0025]该固态原料可以是任何适合的材料。
[0026]该固态原料可以包括含金属材料。
[0027]该固态原料可以包括含金属材料和含碳材料。
[0028]该固态原料可以包括含金属材料、含碳材料和熔剂材料。
[0029]本发明延伸到存在通过该喷枪注射含金属材料和含碳材料的情况。例如，该缓冲区材料可以是仅含碳材料或含碳材料和含金属材料的混合物。该中心区段材料可以是含金属材料或含碳材料和含金属材料的混合物。典型地，该中心区段材料主要是，即按重量计大于70%的含金属材料。该含碳材料可以处于环境温度下并且该含金属材料可以是热的。当该含金属材料是铁矿石时，该铁矿石可以是至少500°C。该含碳材料和该含金属材料可以处于环境温度下。
[0030]本发明还延伸到存在通过该喷枪仅注射含金属材料的情况。在该缓冲区中的该含金属材料可以不同于在该通道的该中心区段中的该含金属材料。例如，该缓冲区材料可以是细粉材料并且该中心区段材料可以是更大粒度的材料，如粒状材料。该缓冲区材料可以处于环境温度下并且该中心区段材料可以是热材料。当该含金属材料是铁矿石时，该铁矿石可以是至少500°C。该缓冲区材料和该中心区段材料可以处于环境温度下。
[0031]本发明还延伸到熔剂材料与含碳材料一起注射的情况。
[0032]本发明不限于在先前三个段落中描述的这些情况。
[0033]本发明的以下描述集中于含金属材料和含碳材料的共注射，但如将从先前段落理解的是本发明不限于这些材料的共注射。
[0034]在由于与含金属材料接触而引起的该管道磨损是主要考虑并且该管道的热冲击是次要考虑的情况下，在该缓冲区中的含碳材料是优点，因为含碳材料典型地比含金属材料磨损性更小。
[0035]在该管道的热冲击是主要考虑并且该管道的磨损是次要考虑的情况下，关键考虑是在该缓冲区中的原料包括与在该喷枪的该中心区段中的原料的温度相比相对冷的材料或相对冷的材料的混合物(优选地环境温度)。因此，该缓冲区材料的选择可以包括含碳材料、含金属材料和含碳材料和含金属材料的混合物中的任何一种或多于一种，所有都优选地处于环境温度下。
[0036]该缓冲区可以是一个连续区。
[0037]该缓冲区可以是均匀的厚度。
[0038]应注意的是从实际角度，该缓冲区可以不是一个连续区并且可以不是均匀的厚度。然而，即使在此情况下，从比较的观点来看，该缓冲区与不存在缓冲区的情况相比将减少磨损和/或热冲击问题(取决于原料选择)。
[0039]还应注意的是当这些原料沿着该通道流动时，最终将存在该缓冲区和该通道的该中心区段中的原料混合，从而使得最后存在沿着该通道流动的这些原料的均匀混合物。
[0040]该方法可以包括形成该缓冲区，从而使得它至少部分地沿着在该管道的一个区段中的文氏管的锥形区段的长度延伸，该锥形区段使在该通道中流动的材料加速。
[0041]该方法可以包括形成该缓冲区，从而使得它沿着该文氏管的该锥形区段的整个长度延伸。
[0042]该方法可以包括形成该缓冲区，从而使得它沿着该文氏管的该锥形区段的整个长度并且向该锥形区段的前部延伸。
[0043]基本上，该方法可以包括选择操作条件以便形成该缓冲区，从而使得它沿着该管道的所需长度延伸到该管道对于高磨损或热冲击敏感的护罩区段。
[0044]该方法可以包括沿着该通道建立含金属材料的一个流，并且在对于该含金属材料沿着该通道移动的方向横向(典型地垂直)的方向上供应另一种原料的一个流进入该通道中，从而含金属材料的该流使该另一种原料的该流转向进入该通道中以形成该缓冲区。
[0045]另一种原料可以是仅含碳材料、仅含金属材料或包括含碳材料和含金属材料的一种混合物。该混合物可以包括熔剂材料。
[0046]本发明还提供一种用于注射固态含金属材料和固态含碳材料的方法，该方法包括通过一个含金属材料入口将固态含金属材料注射到从喷枪的一个后端延伸到一个前端的一个通道中，并沿着该喷枪产生含金属材料的一个流，并且通过一个含碳材料入口将固态含碳材料注射到该通道的该含金属材料入口下游的该通道中，从而使得该含碳材料的至少一部分在限定该通道的管道壁与沿着该通道流动的含金属材料之间形成一个缓冲区。
[0047]本发明还提供一种固体注喷枪，该固体注射喷枪包括一个管道，该管道为通过该管道注射的固态原料限定一个通道，并且具有在后端处用于固态原料的一个