專利名稱：強化冶金反應(yīng)器中反應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強化冶金反應(yīng)器中反應(yīng)的方法，所述反應(yīng)器含有一種熔融浴，反應(yīng)劑從浴表面下方和上方加入該浴中，從金屬浴中逸出的氣體在熔煉體上方空間中被注入這個氣體空間中的氧化性氣體后燃燒，所生成的熱量再傳遞給該熔融浴。
近年來，新冶金工藝的開發(fā)既針對提高生產(chǎn)率，也針對更充分地利用所供給燃料的能量。題為“鋼鐵冶煉新概念和新方法”的《1987年豪紀(jì)念講座》(The Howe Memorial Lecture of 1987)在鐵制品工業(yè)領(lǐng)域中第一次論述能量傳遞密度的概念和工藝氣體后燃燒與所生成熱量再傳遞的重要性。它公開了熔煉1噸廢鋼鐵的煤耗與后燃燒程度的關(guān)系的數(shù)字，以及迄今為止已知的生鐵和鋼的冶煉方法的能量傳遞密度(兆瓦/米3)。
使反應(yīng)氣體尤其CO和CO2后燃燒并利用所生成的燃燒熱提高廢鋼鐵熔煉能力的嘗試曾在鋼精煉廠中進行過，在保護性權(quán)利中也有描述。例如，東德專利0101916涉及電弧爐和煉鋼轉(zhuǎn)爐中的CO后燃燒。據(jù)說對這項發(fā)明至關(guān)重要的是，后燃燒風(fēng)嘴有近似水平的安裝位置，而且這些風(fēng)嘴的供氧量是根據(jù)經(jīng)由底部風(fēng)嘴通入熔煉體中的氧氣量調(diào)控的。然而，自1971年以來這種保護性權(quán)利的內(nèi)容尚未進入實際運行。
只是利用德國專利2755165的方法，才有可能大規(guī)模地使平均大約20%CO后燃燒并使所得到的熱量以大約80%～90%的高效率因子再傳遞給熔煉體。這顯著提高了組合吹轉(zhuǎn)爐煉鋼中廢鋼鐵添加率。這種方法的基本特征是氧氣總量的約20%～80%通過對準(zhǔn)浴表面、起吹入氣體空間的自由射流作用的氣體射流從上面加入精煉工藝中的。通過向熔煉體供給碳素燃料可進一步提高煉鋼中的廢鋼鐵添加比例，而按照德國專利2838983所述使反應(yīng)氣體后燃燒，同樣提高了這些燃料的熱效率。
在諸如鉛銅工業(yè)的有色金屬生產(chǎn)中，也已引進了類似方法來利用反應(yīng)氣體后燃燒產(chǎn)生的熱量。
在鐵浴煤氣化中，通過所產(chǎn)生煤氣的部分燃燒，同樣能提高對氣化過程的能量供給量。這個步驟對于本來會導(dǎo)致鐵浴冷卻的、具有高揮發(fā)成分的煤質(zhì)的氣化特別重要。此外，鐵浴反應(yīng)器中所產(chǎn)生煤氣的部分后燃燒所產(chǎn)生的能量也可利用來諸如使鐵礦石還原。英國專利No.2082624描述了這樣一種方法。
在全世界目前正在開發(fā)的鐵礦石熔煉還原方法中，這些工藝的生產(chǎn)率一方面可以通過使熔化反應(yīng)器與預(yù)還原設(shè)施相結(jié)合，另一方面可以通過提高后燃燒率來提高。這兩個發(fā)展方向特別有利的實施方案詳見目前尚未公開的德國專利申請4206828和美國專利5，051，127。按照這項專利申請的鐵礦石熔煉還原組合工藝中生產(chǎn)率改善的特征在于這種組合工藝包括至少三個工藝單元，且熔化反應(yīng)器構(gòu)成一個工藝單元，而金屬礦石的部分還原是在至少另兩個工藝單元中進行的，這三個工藝單元各自產(chǎn)生不同的廢氣。按照這項美國專利的后燃燒改善，具體地說，是借助于通過一個或多個螺旋形的風(fēng)嘴把一股或多股氧化劑射流吹到反應(yīng)器中的浴表面上得到的。
歐洲專利申請No.90116879.9，公開號0418627描述了一種用于運行熔煉還原反應(yīng)器的方法，其特征在于以浴表面為基準(zhǔn)計算必須存在至少2000千克/米2爐渣。這種工藝?yán)醚鯕忭敶祰姌尯驮∠嘛L(fēng)嘴把攪拌氣體通入熔融浴中。反應(yīng)氣體的后燃燒在鐵浴中的泡沫狀爐渣層中發(fā)生。按照這項專利申請中所述的攪拌功率計算公式，這個數(shù)值應(yīng)是權(quán)利要求4中所述的1～6千瓦/噸。經(jīng)由浴下風(fēng)嘴通入熔煉體中的攪拌氣體數(shù)量的流量率是每個風(fēng)嘴70～450標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時。根據(jù)所述的加料量為70～110噸和4個浴下風(fēng)嘴，可算出一個比值為0.05～0.3標(biāo)準(zhǔn)立方米/噸·分鐘。如果超過所述的從浴表面以下導(dǎo)入的攪拌氣體的流量率，則這個工藝中頂吹氧和鐵熔煉體之間的接觸就會增加。這又會導(dǎo)致鐵浴氧化，從而造成后燃燒降低。
另一個公開的歐洲專利申請No.0308925涉及鐵礦石熔煉與還原的方法與設(shè)備。這種方法的典型特征是氧氣通過一支頂吹噴槍吹入熔融還原爐，有用于脫碳的風(fēng)嘴，另有用于后燃燒的風(fēng)嘴，而攪拌氣體則通過側(cè)風(fēng)嘴和底風(fēng)嘴通入。惰性攪拌氣體的吹入速率是底風(fēng)嘴為0.5～3標(biāo)準(zhǔn)米3/分鐘，側(cè)壁風(fēng)嘴為0.3～2標(biāo)準(zhǔn)米3/分鐘，均以1噸熔融浴為基準(zhǔn)計。爐渣和爐渣形成劑也是從工藝一開始就以30～100千克/噸金屬的速率加入該熔融浴中。
上述這些已知的、用于煉鋼、鐵浴煤氣化和鐵礦石熔煉還原中提高生產(chǎn)率和改善所供給燃料的能源利用的方法，其共同點在于它們都只在有限程度上進入生產(chǎn)實踐，而且實際、可靠獲得的后燃燒率比預(yù)期的低，只在例外情況下才達(dá)到可高達(dá)30%的數(shù)值及同時實現(xiàn)的約70%的高熱再傳遞。此外，觀察到后燃燒程度越高，反應(yīng)器氣體空間中耐火襯里的損壞越大。
用氧氣頂吹噴槍和用鐵浴上泡沫狀爐渣層作為反應(yīng)介質(zhì)的熔煉還原方法，就其反應(yīng)而言是有限的，因為反應(yīng)劑吹入速率的提高無法不帶來建立和保持這種泡沫狀爐渣層的缺點。
成為本發(fā)明基礎(chǔ)的問題是要設(shè)計一種使煉鋼、鐵浴煤氣化和金屬礦石熔煉還原的無泡沫狀爐渣層冶金反應(yīng)器中的反應(yīng)得以強化的方法，其方式是可靠且可重現(xiàn)地獲得30%以上的高程度后燃燒，同時以70%以上的高效率因子把所生成的熱量傳遞給熔融浴，從而實現(xiàn)工藝的高能量傳遞密度，以期在保持熔煉體中良好的濃度平衡的同時強化冶金反應(yīng)器中的反應(yīng)。因此，本發(fā)明方法的一個目的也就是當(dāng)把它應(yīng)用于一已知給定冶金反應(yīng)器中時提高其生產(chǎn)率。
本發(fā)明方法對這一問題的解決在于，呈熔煉體液滴、濺沫和大顆粒等形式的熔煉體各部分在冶金反應(yīng)器氣體空間內(nèi)沿慣性彈道運動，而且是通過經(jīng)由浴下風(fēng)嘴引進的這部分氣體像噴泉一樣從熔煉體中噴射出來的。本發(fā)明的較好的進一步特征和實施方案詳見從屬權(quán)利要求2～4。
本發(fā)明的目標(biāo)是一種使含有熔融浴的冶金反應(yīng)器中的反應(yīng)強化的方法，反應(yīng)劑從浴表面下方和上方加入該熔融浴中，從該熔融浴中逸出的反應(yīng)氣體大部分在熔煉體上方的氣體空間中后燃燒，氣體空間中存在著由金屬和/或爐渣組成的液滴和濺沫，并向其中注入氧化性氣體，而且以高效率把所生成的熱量再傳遞給該熔融浴。
本發(fā)明的目標(biāo)也是把這種方法用于煉鋼、鐵合金生產(chǎn)、鐵浴煤氣化和金屬礦石的熔煉還原。
本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn)通過從浴表面以下向反應(yīng)器的熔煉體中注入大量氣體，能使反應(yīng)增強。
本發(fā)明還基于如下發(fā)現(xiàn)如果有部分熔煉體通過經(jīng)由浴下風(fēng)嘴引進的那部分氣體像噴泉一樣從該浴中噴射出來，且這些熔煉體部分在氣體空間內(nèi)以熔煉體的液滴、濺沫和大顆粒等形式沿慣性彈道運動，只是當(dāng)這些熔煉體部分碰到器壁或熔煉體本身、與其它熔煉體部分相碰撞或被以自由射流形式吹入該浴中的氧化性氣體吸入時才停下來，則能使冶金反應(yīng)器中的反應(yīng)增強。
按照本發(fā)明的方法已經(jīng)以不可預(yù)見的方式導(dǎo)致冶金反應(yīng)器中反應(yīng)的顯著增強，同時有30%以上的高后燃燒率和以70%以上的效率因子向熔融浴的優(yōu)異的熱的再傳遞。本發(fā)明使得有可能在浴下風(fēng)嘴以上約0.5米的最小浴深按1噸熔融浴計引進0.2～30標(biāo)準(zhǔn)立方米/分鐘的氣體量，從而把熔煉體中呈液滴、濺沫和大顆粒等形式的熔煉體部分像噴泉一樣噴射到冶金反應(yīng)器中無泡沫狀爐渣的氣體空間中。在這個氣體空間中，這些熔煉體部分沿慣性彈道運動，以其大的表面積對提高熱量從氣體空間向熔煉體的再傳遞做出貢獻(xiàn)。這種增大的能量傳輸是本發(fā)明的一個重要特點，而且是浴表面上方和下方氣體與固體的高引進率以及致使冶金反應(yīng)器中反應(yīng)增強的依據(jù)。
關(guān)于本發(fā)明工藝如何在冶金反應(yīng)器中進行的設(shè)想可以按照目前的知識水平解釋如下。在浴表面以下注入或產(chǎn)生的氣體使金屬與爐渣的熔煉體的某些部分以朝上的速度像噴泉一樣從該熔煉體或過渡區(qū)噴射到反應(yīng)器的氣體空間中。熔煉體的這些液滴或類似構(gòu)型按照牛頓原理沿慣性彈道運動。這些熔煉體部分可能碰到其它液滴而且炸裂或熔化，從而改變其運動軌跡，直至它們最終碰到反應(yīng)器氣體空間中的耐火襯里或落入該熔煉體中。在這個高溫氣體空間中，液滴的運動主要決定于它們的初始速度和重力的影響，因為它們不必克服任何顯著的流動阻力，在這些環(huán)境中也不存在泡沫狀爐渣或類似障礙。只有在以高速頂吹的后燃燒氣體射流區(qū)中才會夾帶這些液滴或影響它們的運動軌跡，這種影響因液滴大小而異，要在高于50米/秒的氣流速度才會發(fā)生。這些液滴也有可能破碎成小顆粒，這種比表面積增大有利于增加熱量和質(zhì)量傳輸。
從浴表面以下引進的反應(yīng)劑使熔煉體的液滴和濺沫像噴泉一樣連續(xù)噴射到氣體空間中，并產(chǎn)生一種金屬滴分散相。這種金屬滴分散相有巨額增大的表面積，因而會有利于增大后燃燒熱向金屬浴的直接能量傳輸。為了按照本發(fā)明方法使反應(yīng)增強，這種由于氣體空間中大量液滴而引起的表面積增大是理想的，因為它造成氣體空間和熔煉體之間的高度熱交換，這又會允許浴表面上方和下方的高注入速率。氣體空間中發(fā)現(xiàn)的金屬液滴數(shù)量的粗略估計值已得出每噸熔煉本至少10千克的參照值，液滴直徑為約0.1～約25毫米。就這樣一些估計值的本質(zhì)而言，這些數(shù)值可因操作條件的不同而有成倍的差異。
這些在金屬浴表面以下相對高的氣體注入速率和所形成的在熔煉體中的流動方式的一個進一步有利特征是，在每個底風(fēng)嘴的注入羽上方，浴表面幾乎沒有爐渣，因而金屬液滴主要被吹入氣體空間中。此外，這個幾乎無爐渣的區(qū)域引起反應(yīng)氣體后燃燒產(chǎn)生的熱量高效率地再傳遞給金屬浴。這很可能也解釋了在本發(fā)明方法運行中爐渣數(shù)量的影響很小。這種工藝也可以在浴表面上無爐渣的情況下進行而無任何可公認(rèn)的缺點。
本發(fā)明的一個特別重要的特征是金屬液滴在反應(yīng)器氣體空間中的分散式分布，因為這引起金屬浴表面的頗大增加，而這種增加又是通過增大浴表面下方和上方注入速率來強化能量和質(zhì)量傳輸所需要的。
與本發(fā)明方法中浴表面下方高氣體注入速率的這些有利特征相比，在利用金屬浴上方的泡沫狀爐渣運行的已知工藝即所謂深爐渣工藝中從浴表面以下加入的大量攪拌氣體對本方法產(chǎn)生不利影響。由于從金屬浴逸出的反應(yīng)氣體的后燃燒在泡沫狀爐渣層中進行，爐渣和金屬浴必須充分混合才能使后燃燒能量從泡沫狀爐渣層傳遞給金屬浴。否則，泡沫狀爐渣會有非常大的過熱，致使?fàn)t渣再氧化，而這兩者又導(dǎo)致增大轉(zhuǎn)爐襯里的損壞及其它問題。
金屬液滴在泡沫狀爐渣中的運動及因此而發(fā)生反應(yīng)和熱交換，均受到湍流速度、爐渣密度及其粘度的限制。本發(fā)明方法關(guān)于強化反應(yīng)、包括反應(yīng)氣體的后燃燒和向金屬浴的高熱再傳遞的技術(shù)內(nèi)容因此而可能不適用于這些已知的深爐渣工藝。
按照本發(fā)明，“反應(yīng)氣體”這一術(shù)語系指參與在反應(yīng)器中發(fā)生的氣體、熔融金屬與熔融爐渣和固體之間的反應(yīng)或從處于浴溫的固體中釋放出來的所有氣體，包括所形成的裂解產(chǎn)物。因此，它們通常包括供給的所有氣體，姑且不說主要用作固體輸送氣的表現(xiàn)惰性或惰性氣體，如氮氣和氬氣。反應(yīng)氣體這一組包括諸如氧氣，空氣，富氧空氣，二氧化碳，和烴類如甲烷、天然氣、丙烷和丁烷。這些氣體當(dāng)然也可以通過浴下風(fēng)嘴以任何所希望的混合物加入熔煉體中，現(xiàn)有產(chǎn)品氣體或來自本發(fā)明方法或其它冶金工藝、經(jīng)純化的廢氣也可以使用。
所述浴下風(fēng)嘴以上的浴水平以理論上假定的靜止浴表面為基準(zhǔn)。在本發(fā)明方法的運行狀態(tài)下，浴表面當(dāng)然不是以一個平面的形式存在的有一個由熔融金屬、熔融爐渣和氣泡或甚至大氣羽的混合物組成的過渡區(qū)，而且在這個區(qū)中熔融金屬/爐渣實際上已化解成小液滴、濺沫、噴發(fā)式涌起和噴射的熔煉體部分。由該熔煉體的波動和晃動引起的重疊也會發(fā)生。這個混合區(qū)或過渡區(qū)隆起成為浴下風(fēng)嘴以上的金屬/爐渣浴和混合區(qū)以上的實際氣體空間之間的一個過渡層。
本發(fā)明的一個基本特征是把通過浴下風(fēng)嘴的氣體流率增大到這樣的數(shù)值，以致熔煉體能像噴泉一樣旋轉(zhuǎn)到氣體空間中并有一部分從那里進一步到達(dá)反應(yīng)器的襯里表面。本發(fā)明這種在熔煉體中、在混合區(qū)中和在其上方的氣體空間中的運動狀態(tài)，是由通過浴下風(fēng)嘴引進熔煉體中的那一部分氣體得到的。每噸熔融浴0.2標(biāo)準(zhǔn)立方米/分鐘和30標(biāo)準(zhǔn)立方米/分鐘之間的流率已證明是一個有利的范圍。然而，本發(fā)明方法在流率為0.5標(biāo)準(zhǔn)立方米/分鐘·噸～10標(biāo)準(zhǔn)立方米/分鐘·噸熔融浴范圍運行時特別有利，尤其對鐵熔煉體而言。反應(yīng)氣體流率的下限是根據(jù)熔煉體的不充分浴運動確定的，在這種情況下，再也不可能實現(xiàn)本發(fā)明的高強度反應(yīng)，包括高能量傳遞密度。
最大反應(yīng)氣體流率主要受本發(fā)明方法中必須防止所謂吹透這一事實的限制?！按低浮?Blow-throughs)系指一種操作狀態(tài)，在這種狀態(tài)下通過底風(fēng)嘴加入熔煉體中的氣體和/或固體尚未完全反應(yīng)便再次離開該熔融浴。采用最低浴水平和較小的噴嘴直徑就可以避免這種吹透。
按照本發(fā)明，如果風(fēng)嘴以上的浴深除以浴下風(fēng)嘴的內(nèi)徑(其中浴深和直徑當(dāng)然具有相同量綱，例如[米])得到等于或大于20的數(shù)值，則已證明是足夠的。根據(jù)這一關(guān)系可以得知，在同一浴水平上大量有小直徑的風(fēng)嘴傾向于比少量有大直徑的風(fēng)嘴引起更少的吹透。按照本發(fā)明，最好是保持浴下風(fēng)嘴以上約0.5米的最小浴水平，以期以前面所確定的高氣體注入速率調(diào)整所述的本發(fā)明熔煉體運行狀態(tài)，使得在該冶金反應(yīng)器中有一個混合區(qū)且有部分?jǐn)?shù)量像噴泉一樣從該混合區(qū)涌起。
按照本發(fā)明，當(dāng)調(diào)整從浴表面以下加入熔融浴中的反應(yīng)氣體總量時也必須考慮在熔煉體溫度下釋放的、化學(xué)鍵合于固體中的氣體部分。對于從浴表面以下注入的固體，例如所使用的煤質(zhì)量，會有非常不同數(shù)量的氣體，如氣焰煤和無煙煤的分析所示。
氣焰煤 無煙煤C [%] 68.8 84.5H2[%] 4.4 3.6O2[%] 6.4 2.25N2[%] 1.1 1.35H2O [%] 1.6 2.0S [%] 0.6 0.9灰分 [%] 6.9 5.4揮發(fā)性組分 [%] 26.4 9.7從浴表面以下加入的礦石的氧含量也必須計入反應(yīng)氣體的數(shù)量。
本發(fā)明方法的一個進一步有利特征是與已知工藝比較，具有高的攪拌功率。這種攪拌功率大體上決定于反應(yīng)氣體的流率。高的混合或攪拌功率是本工藝中強化反應(yīng)的進一步先決條件?；旌瞎β蔈[瓦]是用一個根據(jù)歐洲專利申請?zhí)?418627中所述公式得出的公式計算的。
E＝Q·R·T1((ρ1·g·hb)/P2)-瓦Q＝氣體流率 [標(biāo)準(zhǔn)米3/秒]R＝氣體常數(shù)T1＝浴溫 [℃]ρ1＝熔煉體密度 [千克/標(biāo)準(zhǔn)米3]g＝重力加速度 [米/秒2]hb＝浴深 [米]P2＝浴表面上的壓力 [帕]用這個公式確定并按噸熔融浴計算的攪拌功率，對于本發(fā)明的工藝應(yīng)是6千瓦/噸以上?？傊?，本發(fā)明方法的攪拌功率范圍為6千瓦/噸～40千瓦/噸，較好的范圍是約10千瓦/噸～25千瓦/噸。
當(dāng)本發(fā)明方法應(yīng)用于現(xiàn)代冶金反應(yīng)器，例如有底部供氧風(fēng)嘴和氧氣頂吹裝置并能從底部風(fēng)嘴供給固體的煉鋼轉(zhuǎn)爐中時，反應(yīng)可以比已知方法有明顯增強。反應(yīng)氣體的流率是1～8標(biāo)準(zhǔn)米3/分鐘·噸生鐵。通過轉(zhuǎn)爐底部風(fēng)嘴加入鐵熔煉體中的主要是作為反應(yīng)氣體的氧氣，作為風(fēng)嘴保護介質(zhì)的天然氣和化學(xué)鍵合于所引進無煙煤中的氣體，尤其是O2和H2。從熔煉體經(jīng)由過渡區(qū)逸出的氣體，主要是CO和H2，在轉(zhuǎn)爐氣體空間中被頂次氧后燃燒成CO2和H2O。后燃燒率是大約32%，即明顯高于已知鋼精煉工藝中得到的近似20%。后燃燒期間產(chǎn)生的熱量向熔煉體再傳遞的效率因子是85%，被非常劇烈湍動的過渡區(qū)以及從這個過渡區(qū)像噴泉一樣噴射的熔煉體濺沫和大小不一的顆粒大大促進。本發(fā)明方法旨在湍動、飛濺的混合與過渡區(qū)，其特征是像噴泉一樣噴發(fā)的熔煉體部分(顆粒)，這與已知工藝中熔融浴的膨脹與發(fā)泡成鮮明對照。如果煉鋼轉(zhuǎn)爐中有形成泡沫狀爐渣的跡象，則通過底部風(fēng)嘴添加細(xì)顆粒碳素固體燃料和/或爐渣形成劑如煤和CaO就可立即消除所不希望的泡沫狀爐渣。
在本發(fā)明方法進一步有利地應(yīng)用于煉鋼和生產(chǎn)鐵合金時，采用溫度約1300℃的熱空氣使轉(zhuǎn)爐氣體空間中的反應(yīng)氣體后燃燒。得到約50%的高后燃燒率，當(dāng)諸如德國專利No.3903705中所述那樣采用專門開發(fā)的頂吹風(fēng)嘴時則超過60%。這種高后燃燒水平能可靠和可重現(xiàn)地加以調(diào)整，而且至少80%的向金屬浴的良好熱再傳遞開辟了經(jīng)濟地生產(chǎn)鋼和鐵合金的新可能性。例如，不同質(zhì)量和塊度的廢鋼鐵、僅約30%的低程度金屬化或尤其90～100%的高程度金屬化的預(yù)還原礦石以及不同組成的固體生鐵，均可意外地利用少量外部能源例如碳素燃料進行熔煉。因所使用煤的質(zhì)量而異，可以達(dá)到每噸爐料100千克以下量級的消耗值。這些爐料可以按習(xí)慣以份額方式引進轉(zhuǎn)爐，也可以從浴表面以下和/或以上連續(xù)地把它們加入金屬浴中。例如，顆粒狀固體生鐵可以從浴表面以下連續(xù)注入，而適當(dāng)大小的廢鋼鐵，例如經(jīng)撕碎機處理過的廢鋼鐵，可通過適當(dāng)加料裝置從上方連續(xù)加入轉(zhuǎn)爐的熔煉體中。
本發(fā)明方法的一種特別有利的應(yīng)用導(dǎo)致金屬礦石尤其鐵礦石和正亞鐵礦石熔煉還原生產(chǎn)生鐵和鐵合金。一種臥式圓筒狀反應(yīng)器已證明對諸如這種應(yīng)用有益。利用這種形狀的反應(yīng)器，本發(fā)明方法的一些重要特征可以很好地得到實現(xiàn)。所希望的過渡混合區(qū)的強烈湍動以及像噴泉一樣噴射并在氣體空間中沿慣性彈道運動的濺沫和熔煉體顆粒，可以用風(fēng)嘴以上自由注入射流形成的多個注入氣羽獲得。這種運行狀態(tài)可以用多個小直徑風(fēng)嘴和風(fēng)嘴以上相對低但大于0.5米的浴深來實現(xiàn)。這種熔煉還原反應(yīng)器中約1.5米的反應(yīng)器高度也構(gòu)成了對本發(fā)明方法有利的預(yù)期反應(yīng)器幾何形狀。在這種反應(yīng)器中，已無任何麻煩地調(diào)節(jié)了1～10標(biāo)準(zhǔn)米3/分鐘·噸熔融浴的反應(yīng)氣體流率。引進熔融浴中的主要是作為反應(yīng)氣體的氧氣、作為風(fēng)嘴保護介質(zhì)的甲烷和在鐵礦石中化學(xué)鍵合的氣體以及所供給的有高揮發(fā)組分的煤。這個熔煉還原工藝開始時在金屬浴上沒有爐渣層;在工藝時間進程中熔融爐渣逐漸增多，在這種情況下由于通過底部風(fēng)嘴加入石灰，其堿度是大約1.4。
本發(fā)明方法可成功地應(yīng)用于最近提交但尚未公布的、按照DE4206828所開發(fā)的工藝的熔煉還原反應(yīng)器中，以及德國專利3607774和3607776中所述的本領(lǐng)域方法中。在這些熔煉還原工藝中，本發(fā)明方法導(dǎo)致反應(yīng)的進一步增強，且因而導(dǎo)致金屬浴表面下方和上方更高的注入率，它們反映在這些方法的生產(chǎn)率進一步提高。
這些有利效應(yīng)當(dāng)然也導(dǎo)致一些在此沒有說明的、氣體空間中沒有泡沫狀爐渣即可工作的類似熔煉還原方法，而且其技術(shù)內(nèi)容在本發(fā)明范圍內(nèi)也可利用來改善已知工藝，照樣可根據(jù)需要加以修改。具體地說，已經(jīng)證實本發(fā)明方法可成功地用來強化反應(yīng)，從而提高用于熔煉還原的金屬礦石的任何一個預(yù)還原階段、直至全金屬化礦石例如海綿鐵或鐵粒的生產(chǎn)率。例如，可以使用未經(jīng)預(yù)還原或稍經(jīng)預(yù)還原的金屬礦直至鐵礦石的大約方鐵(魏氏)體階段，或提高了金屬化如30%～50%以上的金屬礦石，直至90～100%金屬化的高度金屬化產(chǎn)品。
現(xiàn)在將參照附圖和一個實例更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。


圖1表示鐵礦石和正亞鐵礦石熔煉還原生產(chǎn)生鐵和鐵合金用的鼓型反應(yīng)器的縱剖面視圖。
這個圓筒形反應(yīng)器包括襯有耐火襯里2的金屬外套1。在這個耐火襯里2中，有通過法蘭4與反應(yīng)器連接的可變底下部分3。底下部分3含有浴下風(fēng)嘴5及其供料接頭6。反應(yīng)器包含熔融浴7和爐渣層8。在風(fēng)嘴5出口上方，可以看到注入羽9。風(fēng)嘴上方的熔煉體化解成過渡/混合區(qū)10及其上方的氣體空間11，熔煉體以小液滴和濺沫13的形式像噴泉12一樣注入該氣體空間。熱空氣風(fēng)嘴15是通過熱鼓風(fēng)管14供給溫度范圍為1100～1500℃的預(yù)熱空氣的，后燃燒射流16使熔煉體逸出的氣體CO和H2燃燒成CO2和H2O。所生成的熱量借助于像噴泉一樣噴射的熔煉體部分12和小液滴與濺沫13再傳遞給熔煉體7。后燃燒的廢氣夾雜著粉塵通過廢氣口17如箭頭18所示那樣離開反應(yīng)器。這個圖也表示出反應(yīng)器孔19，熱的預(yù)還原礦石經(jīng)由這個孔進入反應(yīng)器。排放孔20用于從熔煉還原反應(yīng)器排出金屬和爐渣。箭頭21表示熔煉體對耐火壁表面的潤濕。
在一個非限制性實例中，將對一種類似于圖1中所示的臥式鼓型轉(zhuǎn)爐中鐵礦石的熔煉還原更詳細(xì)地說明使冶金反應(yīng)器中反應(yīng)強化的方法。
一個對應(yīng)于圖1的中試轉(zhuǎn)爐含有一種重8噸、含碳量3%的鐵熔煉體。在具有高強度反應(yīng)的本發(fā)明工藝中，約98千克/分鐘的Hamersley精礦、46千克/分鐘的褐煤焦炭和約60標(biāo)準(zhǔn)米3/小時用于保護風(fēng)嘴的甲烷通過浴下風(fēng)嘴吹入熔煉體中。這些數(shù)值導(dǎo)致反應(yīng)氣體注入率為約8標(biāo)準(zhǔn)米3/分鐘·噸熔融浴。
在熔煉還原開始時，鐵浴上沒有爐渣。由于酸性煤灰分的緣故，同樣通過底部風(fēng)嘴以約3.5千克/分鐘的吹入率把石灰加入熔煉體中，以提高爐渣堿度，從而把爐渣堿度調(diào)節(jié)為近似1.4。風(fēng)嘴出口以上的浴水平hb是0.47米(以靜止浴表面為基準(zhǔn))，從同一平面測量的反應(yīng)器高度hr是1.4米。浴下風(fēng)嘴的內(nèi)徑為12毫米，這座中試轉(zhuǎn)爐配置5個浴下風(fēng)嘴。
攪拌功率計算值為23千瓦/噸熔融浴。通過底部風(fēng)嘴區(qū)上方的一個頂吹風(fēng)嘴，溫度約1200℃的熱空氣成螺旋形吹到熔煉體上，其數(shù)量為6000標(biāo)準(zhǔn)米3/小時加上1200標(biāo)準(zhǔn)米3/小時O2富集氣，以使熔煉體逸出的反應(yīng)氣體后燃燒。所達(dá)到的后燃燒程度是58%，向熔融浴的熱量再傳遞效率因子高達(dá)85%。
在這座熔煉還原中試裝置約2小時運行時間之后，放出7.2噸含碳量3%和溫度1450℃的生鐵。隨后放出的爐渣數(shù)量是1600千克。
按照本發(fā)明的方法已經(jīng)證明它值得用于在組合吹氧轉(zhuǎn)爐中煉鋼和生產(chǎn)鐵合金，用于鐵浴煤氣化，用于正亞鐵礦石的熔煉還原，以及用于生產(chǎn)和精煉有色金屬，尤其用于銅和鉛的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種強化冶金反應(yīng)器中反應(yīng)的方法，所述反應(yīng)器含有一種從浴表面下方和上方加入反應(yīng)劑的熔融浴，從該金屬浴逸出的氣體在熔煉體上方的空間中被注入所述氣體空間中的氧化性氣體后燃燒，所生成的熱量再傳遞給該熔融浴，其特征在于呈熔煉體液滴、濺沫和大顆粒等形式的熔煉體部分在所述冶金反應(yīng)器的氣體空間內(nèi)沿慣性彈道運動，是通過經(jīng)由浴下風(fēng)嘴引進的這一部分氣體像噴泉一樣從熔煉體中噴射出來的。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于這些熔煉體部分在冶金反應(yīng)器的氣體空間中的慣性彈道當(dāng)它們碰到器壁或熔煉體本身、與其它熔煉體部分碰撞和被吹到該熔融浴的氧化性氣體吹入時會改變或停止。
3.權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于反應(yīng)氣體和/或惰性氣體是通過浴下風(fēng)嘴引進該熔煉體中的。
4.權(quán)利要求1至3中一項或多項的方法，其特征在于通過浴下風(fēng)嘴引進的這一部分氣體也包括化學(xué)鍵合于所注入固體中并在浴溫下釋放的氣體。
5.權(quán)利要求1至4中一項或多項的方法，其特征在于通過浴下風(fēng)嘴加入的這一部分氣體的引進與爐渣層(如果存在的話)及熔融浴上的爐渣量無關(guān)。
6.權(quán)利要求1至5中一項或多項的方法，其特征在于當(dāng)這一部分氣體是通過在浴表面以下注入細(xì)小顆粒狀爐渣形成劑和/或固體碳素燃料而從浴表面以下引進時可避免在金屬浴上形成所不希望的泡沫狀爐渣。
7.權(quán)利要求1至6中一項或多項的方法，其特征在于通過浴下風(fēng)嘴引進的這一部分氣體是按1噸熔融浴計以0.2～30標(biāo)準(zhǔn)米3/分鐘、較好0.5～10標(biāo)準(zhǔn)米3/分鐘的流率加入反應(yīng)器內(nèi)的熔融浴中的。
8.權(quán)利要求1至7中一項或多項的方法，其特征在于通過浴下風(fēng)嘴引進的這一部分氣體的流率是相對于所述風(fēng)嘴以上熔融浴的浴深進行調(diào)節(jié)的。
9.權(quán)利要求1至8中一項或多項的方法，其特征在于所引進氣體的流率隨浴下風(fēng)嘴以上的浴深增加而增加。
10.權(quán)利要求1至9中一項或多項的方法，其特征在于氣體注入溶融浴中所通過的浴下風(fēng)嘴有內(nèi)徑d，并設(shè)計得相對于浴深hb而言能滿足關(guān)系hb/d＝20以上的數(shù)值。
11.權(quán)利要求1至10中一項或多項的方法，其特征在于攪拌功率E[瓦/噸]調(diào)整到6～40千瓦/噸之間的數(shù)值。
12.權(quán)利要求1至11中一項或多項的方法，其特征在于攪拌功率E調(diào)整到10～25千瓦/噸之間的數(shù)值。
13.權(quán)利要求1至12中一項或多項的方法，其特征在于適合于在冶金反應(yīng)器中生產(chǎn)金屬的原材料以份額和/或連續(xù)方式從浴表面以上和/或以下加入熔融浴中。
14.權(quán)利要求13的方法，其特征在于所用的原材料是金屬性爐料，適用的廢舊金屬，有高程度金屬化和/或完全金屬化的預(yù)還原礦石。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種強化冶金反應(yīng)器中反應(yīng)的方法，所述反應(yīng)器含有一種從浴表面以下和以上加入反應(yīng)劑的熔融浴，從金屬浴逸出的氣體在熔煉體以上的空間中被注入所述氣體空間中的氧化性氣體后燃燒，且所生成的熱量再傳遞給熔融浴，其中呈熔煉體液滴、濺沫和大顆粒等形式的熔煉體部分在所述冶金反應(yīng)器的氣體空間內(nèi)沿慣性彈道運動，是通過經(jīng)由浴下風(fēng)嘴引進的這一部分氣體象噴泉一樣從該熔煉體噴射出來的。
文檔編號C21B13/00GK1086545SQ9311918
公開日1994年5月11日 申請日期1993年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月16日
發(fā)明者G·J·哈迪, M·P·許瓦茲, P·-G·曼蒂 申請人:技術(shù)資源有限公司