专利名称：具有材料再循环能力的用于生产熔融金属的电炉的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及熔炼操作等，通过所述熔炼操作由金属氧化物在将金属氧化物烧结块在电加热和熔化炉中用含碳材料直接还原并且熔化之后制造熔融金属。更具体地，本发明涉及具有材料再循环能力，尤其是过程中材料再循环能力的用于生产熔融金属的电炉。
背景技术：
已经提出了多种新的铁和其他金属制造方法以代替传统的熔炼和高炉还原方法。这些新的铁和其他金属制造方法包括用含碳材料在转底炉中预还原金属氧化物烧结块以形成还原的烧结块，并且之后将还原的烧结块在电弧炉或潜弧电炉中熔化。参见，例如，TO/2000/513411、W0/2001/515138、W0/2001/525487 和 W0/2003/105415。然而，在使用电弧炉作为熔化炉的方法中，必须将还原的烧结块的金属化保持在高水平并且必须将细粉比保持在低水平，以确保高熔化效率、耐火保护、过度泡沫炉渣形成抑制等。因而，使用这些方法，难以增加转底炉的产量，同时保持更高的金属化水平和更低的细粉比水平。此外，与这些方法相关的设备必然是巨大的。相反，在使用潜弧电炉作为熔化炉的方法中，还原的烧结块形成层，以及对耐火材料的损坏以及过度的泡沫炉渣形成的问题较小。此外，对金属化和细粉比水平存在较少的限制，并且与这些方法相关的设备可能显著地更小。然而，在使用潜弧电炉作为熔化炉的方法中，难以有效地使用在还原的烧结块中残留的由还原步骤产生的CO气体的化学能。因而，不能有效地增加产量并且不能充分地降低操作成本。在使用潜弧电炉作为熔化炉的方法中，可以省略转底炉预还原步骤并且将未还原的金属氧化物烧结块与含碳材料一起直接装入至潜弧电炉，以使得在相同的炉中进行预还原步骤和熔化步骤。然而，当金属氧化物烧结块和含碳材料含有除形成熔融金属的非挥发性金属元素之外，还含有挥发性金属元素时(即当使用炼铁厂粉尘等作为金属氧化物原材料时)，在炉的下部区域中从还原的烧结块中蒸发并且移除的挥发性金属元素在炉的上部区域中的低温区中再冷凝并且通过附着至还原的烧结块和/或在炉的壁上形成结块而在炉中循环。因而，可能的是不能将挥发性金属元素有效地从排放气体回收。此外，不下降的还原的烧结块可能导致操作问题。因此， 在这些方法中，典型地使用两个步骤(使用转底炉的预还原步骤和使用电弧炉或潜弧电炉的熔化步骤)。这些方法需要用于将还原的烧结块从转底炉转移至熔化炉的设备和装置，以及两条排放气体处理管线，即一个用于转底炉并且一个用于熔化炉。因而，设备和装置成本高，热损失高，并且不能充分地最小化总系统能量消耗。作为结果，在W0/2009/280910中提出了用于使用固定非倾动式电炉生产熔融金属的方法。这些方法包括使用横向设置在炉的一端的原材料装料槽，所述原材料装料槽通过炉的上部连接至炉的内部；电加热器，所述电加热器加热炉的下部并且横向位于原材料装料槽的相对侧；以及二次燃烧喷灯，所述二次燃烧喷灯横向布置在炉的上部在两个末端之前。该方法包括:通过使用具有从炉的一端至另一端延伸的向下倾斜的表面的原材料装料槽，将预定量的含碳材料和/或形成熔融金属的具有含碳材料的含有非挥发性金属元素的金属氧化物烧结块装填至炉中而形成原材料层，随后通过使用原材料装料槽将预定量的具有含碳材料的金属氧化物烧结块装填至炉中在向下倾斜的表面上而形成烧结块层，随后通过用电加热器加热烧结块层的下端，同时通过熔化允许烧结块层沿向下倾斜的表面向炉的下端下降而在炉中形成熔融金属层和熔化的炉渣层，并且同时通过来自通过将含氧气体吹至炉中以燃烧由烧结块层产生的含CO气体的二次燃烧的辐射热而热还原烧结块层。这种固定非倾动式电炉在
图1中示出。炉10是具有例如基本上矩形截面形状的电弧炉。原材料装料槽12和排放气体导管14连接至/穿过炉10的顶壁16。起到加热器的功能的电极18穿过炉10的顶壁16插入。原材料装料槽12设置成与炉10的两个侧壁20相邻，例如，其中电极18设置成接近炉10的中心线。多个原材料装料槽12和电极18可以沿炉10的长度分隔。二次燃烧喷灯22也穿过炉10的顶壁16插入。多个排放气体导管14和二次燃烧喷灯22可以沿炉10的长度分隔。优选地，排放气体导管14比电极18布置成更接近于原材料装料槽12，以便防止二次燃烧之后产生的氧化性排放气体流向电极18，从而减轻对电极18的损坏。参考图2，在炉10的侧壁20/底壁24中，接近中心线和远离原材料装料槽12(即远离原材料床30 (图1))，设置金属排出孔26和炉渣排出孔28，以便于熔融金属32(图1)和熔化的炉渣34的排出(图1) 。电极18优选是具有适宜的热效率的三相交流电型，如在炼钢电弧炉中典型使用的。作为一个实例，可以使用六个电极18的阵列，其由各自为单相的三对电极18组成。每个电极18的尖端部分36 (图1)优选埋入在布置于原材料床30上的烧结块层38中(图1)，或埋入在熔化的炉渣34中，同时进行熔化操作。作为结果，熔化可以通过辐射热和电阻热的效果加速，并且可以最小化对未由原材料床30保护的炉10的内表面的损坏。参考图3，在操作中，需要控制炉10中材料流动和熔化区域的位置。因而，原材料装料槽12配备有包括可以伸缩或以其他方式垂直调节的进料口 42的外槽40。每个原材料装料槽12包括用于储存原材料的料斗44，连接至料斗44的内槽43，以及可以在内槽43上伸缩或以其他发生垂直调节的外槽40。依赖于烧结块层38的休止角，可以通过在垂直方向移动外槽40和进料口 42，调节烧结块层38的下部以在所需的位置出现。可能出现的一个问题是:细粉可能堆积在炉10中。细粉与进料材料一起进入炉10和/或归因于层的运动、热应力等在炉10中产生。这些细粉在炉10中分离并且增加烧结块层38的休止角。如果不移除细粉，那么归因于休止角上的改变和不稳定的材料流动不能保持炉10在长期内的连续操作。如上所述，如果过量细粉积累在炉10中，进料腿高度调节不能用于令人满意地定位并控制烧结块层38。因而，提出了处理细粉的其他技术，如:使用锤子等震动烧结块层38，采用空气喷射，或采用其他工具以修正并控制材料流动中断。再一次，如果不将细粉周期性地处理和/或移除，那么连续操作必然受限。为了移除细粉，必须停止炉10的操作并且必须打开炉10的顶壁16 (图1)或侧壁20。该操作是困难的，因为炉10是热的并且材料可能容易地氧化。因而，在本领域中仍需要的是具有材料再循环能力，尤其是过程中材料再循环能力的用于生产熔融金属的电炉，以使得可以将细粉或其他材料周期性地从炉中移除，而不将其长时间关闭以允许冷却等。发明概述在多个示例实施方案中，本发明提供具有材料再循环能力，尤其是过程中材料再循环能力的用于生产熔融金属的电炉，以使得可以将细粉或其他材料周期性地从炉中移除，而不将其长时间关闭以允许冷却等。在一个示例实施方案中，本发明提供一种用于由包括金属氧化物烧结块的原材料通过在炉中还原和熔化生产熔融金属的方法，所述方法包括:将原材料的一部分从炉中通过布置在其底部中的一个或多个开口选择性移除，以使得原材料床或层随着时间的过去具有预定特性。所述一个或多个开口连接至一个或多个料斗。该方法还包括:将从炉中移除的原材料的所述部分再循环返回至炉中作为原材料床或层的一部分。备选地，该方法包括:将从炉中移除的原材料的所述部分再循环返回至炉中作为附加的原材料床或层的一部分。任选地，该方法包括:将添加剂加入至再循环的材料中，之后再引入至炉中。优选地，炉包括:多个原材料装料槽、多个排放气体导管以及多个电极，它们通过其顶壁伸出，其中原材料装料槽布置成与炉的侧壁相邻，并且电极布置在或接近炉的中心线。炉的顶壁具有阶梯状构造，所述阶梯状构造包括多个基本上水平的踏板和多个基本上垂直的竖板。炉的顶壁包括多个二次燃烧喷灯，所述多个二次燃烧喷灯以基本上水平的构造通过选定的基本上垂直的竖板伸出。备选地，炉的顶壁包括多个二次燃烧喷灯，所述多个二次燃烧喷灯以基本上垂直的构造通过选定的基本上水平的踏板伸出。任选地，在炉处于操作中的同时进行选择性移除。在另一个示例实施方案中，本发明提供用于由包括金属氧化物烧结块原材料生产熔融金属的还原和熔化炉，所述还原和熔化炉包括:一个或多个开口，所述一个或多个开口布置在炉的底部中用于将原材料的一部分从炉中选择性移除，以使得原材料床或层随着时间的过去具有预定特性。所述一个或多个开口连接至一个或多个料斗。该炉还包括:用于将从炉中移除的原材料的所述部分再循环返回至炉中作为原材料床或层的一部分的工具。备选地，该炉包括用于将从炉中移除的原材料的所述部分再循环返回至炉中作为附加的原材料床或层的一部分的工具。任选地，该炉包括用于将添加剂加入至再循环的材料中，之后再引入至炉中的工具。该炉还包括多个原材料装料槽、多个排放气体导管、以及多个电极，它们通过其顶壁伸出，其中原材料装料槽布置成与炉的侧壁相邻，并且电极布置在或接近炉的中心线。炉的顶壁具有阶梯状构造，所述阶梯状构造包括多个基本上水平的踏板和多个基本上垂直的竖板。炉的顶壁包括多个二次燃烧喷灯，所述多个二次燃烧喷灯以基本上水平的构造通过选定 的基本上垂直的竖板伸出。备选地，炉的顶壁还包括多个二次燃烧喷灯，所述多个二次燃烧喷灯以基本上垂直的构造通过选定的基本上水平的踏板伸出。任选地，在炉处于操作中的同时进行选择性移除。
附图简述本文参考多张附图示例并描述本发明，其中适当时，使用相同的附图标记表示相同的系统组件/方法步骤，并且其中:图1是示例用于从金属氧化物烧结块和含碳材料生产熔融金属的固定非倾动式电炉的一个示例性实施方案的示意图(侧视图)，该炉在统一的组合件中包括预还原区和熔化区两者；图2是示例图1的固定非倾动式电炉的另一个示意图(顶视图)；图3是示例图1和2的固定非倾动式电炉的另外的示意图(侧视图)，图3示例在连续操作过程中细粉在炉中的积累所带有的问题；图4是示例本发明的固定非倾动式电炉的一个示例性实施方案的示意图(侧视图)；和图5是示例本发明的固定非倾动式电炉的一个示例性实施方案的示意图(顶视图)。发明详述本发明的方法包括:使用横向设置在炉的一端的原材料装料槽，其通过炉的上部连接至炉的内部；电加热器，所述电加热器加热炉的下部并且横向位于原材料装料槽对面；以及二次燃烧喷灯，所述二次燃烧喷灯横向布置在炉的上部在两端之间。该方法包括:通过使用具有从炉的一端至另一端延伸的向下倾斜的表面的原材料装料槽，将预定量的含碳材料和/或形成熔融金属的具有含碳材料的含有非挥发性金属元素的金属氧化物烧结块装填至炉中而形成原材料层，·随后通过使用原材料装料槽将预定量的具有含碳材料的金属氧化物烧结块装填至炉中在向下倾斜的表面上而形成烧结块层，随后通过用电加热器加热烧结块层的下端，同时通过熔化允许烧结块层沿向下倾斜的表面向炉的下端下降而在炉中形成熔融金属层和熔化的炉渣层，并且同时通过来自通过将含氧气体吹至炉中以燃烧由烧结块层产生的含CO气体的二次燃烧的辐射热而热还原烧结块层。该方法还包括:允许一些量的细粉周期性地通过沿炉的下部在原材料和烧结块层下方位于不同位置的出料斗。该方法通过设置穿过其布置二次燃烧喷灯的炉的阶梯状顶部部分而改进。这种固定非倾动式电炉在图4中示出。例如，炉50是从上面/下面看具有基本上矩形截面形状的电弧炉。原材料装料槽12和排放气体导管14连接至/穿过炉50的顶壁52。起到加热器的作用的电极18插入穿过炉50的顶壁52。优选地，这些电极18各自连接至用以将电极18引入至/将电极18拉出炉50的内部的电极提升器件54。原材料装料槽12设置成与炉50的两个侧壁56相邻，其中电极18设置成接近炉50的中心线。如前所述，多个原材料装料槽12和电极18可以沿炉50的长度分隔。二次燃烧喷灯22也插入穿过炉50的顶壁52。多个排放气体导管14和二次燃烧喷灯22可以沿炉50的长度分隔。优选地，排放气体导管14布置成比电极18更接近于原材料装料槽12，以便防止在二次燃烧之后产生的氧化排放气体流向电极18，从而减轻对电极18的损坏。如图4中所示，炉50的顶壁52在任一侧优选具有阶梯状构造或以另外方式从原材料装料槽12至电极18倾斜。该阶梯状构造的每个阶梯包括基本上水平的踏板58和基本上垂直的竖板60。二次燃烧喷灯22布置成以基本上水平的构造通过基本上垂直的竖板60，以使得将含氧气体有效地在烧结块层38附近注入。应注意的是也可以将二次燃烧喷灯22布置成以基本上垂直的构造通过基本上水平的踏板58。如前所述，在炉50的侧壁62/底壁64，接近中心线并远离原材料装料槽12(即远离原材料床66)，设置金属排出孔68和炉渣排出孔70以便于熔融金属32和熔化的炉渣34的排出。应注意的是金属排出孔68和炉渣排出孔70可以在炉50的下部中的任意所需位置。如图5中所示，这些孔68、70可以位于炉50的底部的中心。电极18优选是具有适宜的热效率的三相交流电型的，如在炼钢电弧炉中典型地使用的。作为一个实例，可以使用六个电极18的阵列，其由各自为单相的三对电极18组成。每个电极18的尖端部分36优选埋入在布置于原材料床66上的烧结块层38中，或埋入在熔化的炉渣34中，同时进行熔化操作。作为结果，熔化可以通过辐射热和电阻热的效果加速，并且可以最小化对未由原材料床66保护的炉50的内表面的损坏。根据本发明，炉50的下部包括位于原材料和烧结块层66、38下方的多个位置的多个出料斗80。这些出料斗80选择性地在过程中或离线操作，以将预定量的原材料(包括烧结块和细粉)从炉50中排出，以使得可以控制炉50中的材料流动和熔化区域的位置。排出操作使用布置于出料斗80下方的滑动闸门和螺旋输送机进行。如果对每个出料斗80使用多个滑动闸门，那么可以通过一次打开一个或多个滑动闸门将材料从炉50的特定部分排出。在操作中，需要的是控制炉50中的材料流动和熔化区域的位置，以使得可以保持炉50的有序的连续操作。因而，除了使用出料斗80之外，原材料装料槽12配备有包括进料口 42的外槽40，其可以伸缩或以其他方式垂直调节。每个原材料装料槽12包括用于储存原材料的料斗44、连接至料斗44的内槽43，以及可以在内槽43上伸缩或以其他方式垂直调节的外槽40。依赖于烧结块层38的休止角，可以通过在垂直方向移动外槽40和进料口 42，调节烧结块层38的下部以在所需位置出现。因而，本发明提供一种用于与原材料床和层归因于细粉的分离和/或堆积的休止角和塌落角改变无关地调节烧结 块层的下部的系统和方法。可以在长期操作中建立并保持从进料点至熔化区域的稳定的材料流动。该操作，尤其是当将细粉从进料点之下移除时，是极其有效的。即使将烧结块刚好在进入进料料斗之前筛选，炉中一些量的细粉也是不可避免的。这些细粉倾向于刚好在进料点分离和/或积累。这种材料在化学性质上与进料材料相似，或被部分地还原。即使它被部分地还原，它典型地具有氧化剂和还原剂之间的良好平衡，并且可以典型地被再循环。再循环回收材料的一种方法是将它与进入烧结设备的新进料材料简单混合，这不需要新设备。再循环回收材料的另一种方法是将回收材料引导至位于与炉的出炉侧相反的新进料料斗和进料槽。再一次，炉的优选形状是矩形，其中耐火材料由在四个侧面中的两个上DRI进料保护。难以通过保持DRI层来保护炉的出炉侧，因为炉的出炉侧必须具有在排出孔的热金属和/或炉渣流动。因此，希望的是通过水冷却保护炉的出炉侧。作为备选，将回收材料进料至炉的该侧也可以保护防火材料并且与水冷却比较减少热损失。如果移除材料的量过大，那么炉将需要例如相同量的预还原区域作为用于材料进料的两侧。然而，移除材料的量比新进料少得多并且可能被部分地还原。所以将再循环的材料熔化可以通过在新再循环料斗下方的炉渣和热金属层上产生料堆获得。这种类型的电熔化炉的一个重要方面是泡沫炉渣的产生，其部分地由从还原反应放出的气体产生。可以将材料再循环至与电极相邻的区域(如一对电极之间)，导致由还原反应所导致的CO气体和泡沫炉渣的产生。可以将CaO加入至再循环的材料以使得获得良好的脱硫性能。如果将石灰石(CaC03)或白云石(CaC03和MgC03)代替CaO加入至再循环的材料，可以使用所得到的C02产生泡沫炉渣。也可以将石灰石或白云石与再循环的材料无关地装入至炉中。虽然本文参考其优选的实施方案和具体实例示例并描述了本发明，本领域技术人员将容易明白的是其他实施方案和实例可以履行类似的功能和/或获得类同的结果。所有这种等价实施方案 和实例在本发明的精神和范围之内，从而被预期，并且意图由以下权利
要求覆盖。
权利要求
1.一种用于由包括金属氧化物烧结块的原材料通过在炉中还原和熔化生产熔融金属的方法，所述方法包括: 将所述原材料的一部分从所述炉中通过布置在其底部中的一个或多个开口选择性移除，以使得原材料床或层随着时间的过去具有预定特性。
2.权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个开口连接至一个或多个料斗。
3.权利要求1所述的方法，所述方法还包括:将从所述炉中移除的所述原材料的所述部分再循环返回至所述炉中作为所述原材料床或层的一部分。
4.权利要求1所述的方法，所述方法还包括:将从所述炉中移除的所述原材料的所述部分再循环返回至所述炉中作为附加的原材料床或层的一部分。
5.权利要求3所述的方法，所述方法还包括:将添加剂加入至再循环的材料中，之后再引入至所述炉中。
6.权利要求4所述的方法，所述方法还包括:将添加剂加入至再循环的材料中，之后再引入至所述炉中。
7.权利要求1所述的方法，其中所述炉包括:多个原材料装料槽、多个排放气体导管，以及多个电极，它们通过其顶壁 伸出，其中所述原材料装料槽布置成与所述炉的侧壁相邻，并且所述电极布置在或接近所述炉的中心线。
8.权利要求1所述的方法，其中所述炉的顶壁具有阶梯状构造，所述阶梯状构造包括多个基本上水平的踏板和多个基本上垂直的竖板。
9.权利要求8所述的方法，其中所述炉的所述顶壁还包括多个二次燃烧喷灯，所述多个二次燃烧喷灯以基本上水平的构造通过选定的基本上垂直的竖板伸出。
10.权利要求8所述的方法，其中所述炉的所述顶壁还包括多个二次燃烧喷灯，所述多个二次燃烧喷灯以基本上垂直的构造通过选定的基本上水平的踏板伸出。
11.权利要求1所述的方法，其中在所述炉处于操作中的同时进行所述选择性移除。
12.一种用于由包括金属氧化物烧结块的原材料生产熔融金属的还原和熔化炉，所述还原和熔化炉包括: 一个或多个开口，所述一个或多个开口布置在所述炉的底部中，用于将所述原材料的一部分从所述炉中选择性移除，以使得原材料床或层随着时间的过去具有预定特性。
13.权利要求12所述的炉，其中所述一个或多个开口连接至一个或多个料斗。
14.权利要求12所述的炉，所述炉还包括:用于将从所述炉中移除的所述原材料的所述部分再循环返回至所述炉中作为所述原材料床或层的一部分的工具。
15.权利要求12所述的炉，所述炉还包括:用于将从所述炉中移除的所述原材料的所述部分再循环返回至所述炉中作为附加的原材料床或层的一部分的工具。
16.权利要求14所述的炉，所述炉还包括:用于将添加剂加入至再循环的材料中，之后再引入至所述炉中的工具。
17.权利要求15所述的炉，所述炉还包括:用于将添加剂加入至再循环的材料中，之后再引入至所述炉中的工具。
18.权利要求12所述的炉，所述炉还包括:多个原材料装料槽、多个排放气体导管，以及多个电极，它们通过其顶壁伸出，其中所述原材料装料槽布置成与所述炉的侧壁相邻，并且所述电极布置在或接近所述炉的中心线。
19.权利要求12所述的炉，其中所述炉的顶壁具有阶梯状构造，所述阶梯状构造包括多个基本上水平的踏板和多个基本上垂直的竖板。
20.权利要求19所述的炉，其中所述炉的所述顶壁还包括多个二次燃烧喷灯，所述多个二次燃烧喷灯以基本上水平的构造通过选定的基本上垂直的竖板伸出。
21.权利要求19所述的炉，其中所述炉的所述顶壁还包括多个二次燃烧喷灯，所述多个二次燃烧喷灯以基本上垂直的构造通过选定的基本上水平的踏板伸出。
22.权利要求12 所述的炉，其中在所述炉处于操作中的同时进行所述选择性移除。
全文摘要
本发明一般地涉及熔炼操作等，通过所述熔炼操作由金属氧化物在将金属氧化物烧结块在电加热和熔化炉中用含碳材料直接还原并且熔化之后制造熔融金属。更具体地，本发明涉及具有材料再循环能力，尤其是过程中材料再循环能力的用于生产熔融金属的电炉。
文档编号F03B13/00GK103249848SQ201180057322
公开日2013年8月14日 申请日期2011年11月29日 优先权日2010年11月30日
发明者铁本理彦 申请人:米德雷克斯技术公司