專利名稱：含金屬的化合物的還原和熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有金屬的化合物的還原和熔煉方法。大多數(shù)含金屬化合物的傳統(tǒng)還原方法涉及在存在還原劑，如合適的含碳化合物或類似的物質(zhì)的條件下對所說的含金屬化合物(通常是金屬氧化物)進行加熱。所說的含金屬化合物和還原劑通?？偡Q為爐料。
在上述的已知方法中，所說的加熱速率通常很快，使得至少大部分爐料在完成還原反應(yīng)之前熔化。因此，大量的還原反應(yīng)在液相中進行。
在這樣的爐料熔化時，形成了熔渣，該熔渣除了所說的含金屬化合物的氧化物以外，還含有在爐料中可能存在的其它金屬的氧化物。
為了從熔渣中回收所說的含金屬化合物，在反應(yīng)中需要過量的還原劑，從而導(dǎo)致金屬產(chǎn)品中的碳含量過高。
在產(chǎn)品中的這些高含量的碳通常隨后通過氧化過程來減少，即向所說的產(chǎn)品中加入氣態(tài)的氧氣或空氣形式的氧，或者利用在還原介質(zhì)中存在的合適的金屬氧化物。因此，這樣的氧化反應(yīng)也在液相中進行。
將會理解的是，在所說的方法中，除了需要初始的過量還原劑外，這些過量的還原劑的后續(xù)氧化包括了一個額外的步驟。
由于上述的還原和氧化反應(yīng)的共同作用，在液態(tài)金屬液和熔渣的表面之下形成了大量的不希望產(chǎn)生的氣體，然后這些氣體以氣泡的形式從液態(tài)金屬和熔渣中選出。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種金屬還原和熔煉方法，用這種方法可以克服上述問題或者至少是減少上述的問題。
根據(jù)本發(fā)明，一種含金屬化合物的還原和熔煉方法包括向電加熱容器中裝入爐料，所說的爐料包括顆粒形式的含所說的含金屬化合物和合適的還原劑的混合物，所說的電加熱容器中含有一個所說的液態(tài)金屬浴，從而使得在所說的爐料中形成一個反應(yīng)區(qū)，在該反應(yīng)區(qū)內(nèi)還原所說的含金屬化合物，并在反應(yīng)區(qū)之下形成一個熔煉區(qū)，在該熔煉區(qū)內(nèi)熔煉已還原的金屬；控制該方法進行的方式使得所說的含金屬化合物的所有還原反應(yīng)基本上在固相中進行。
可以理解的是，由于在根據(jù)本發(fā)明的方法進行過程中，基本不發(fā)生液相反應(yīng)，實際上消除了上述的不希望產(chǎn)生的氣體，在實踐中，在形成的液態(tài)金屬浴和熔渣中基本沒有氣泡形成被用來表明本方法得到了正確控制。
將會理解的還有，由于本方法的進行方式使得基本不需要排出任何過量的還原劑，所以，相對于上述已知的方法，減少了本方法中的工序數(shù)目。
此外，根據(jù)本發(fā)明通過可以下列參數(shù)中的至少一個來進行所說的本方法的控制(1)向所說的容器中裝入爐料的方式和速率；(2)爐料的顆粒尺寸；(3)爐料的混合程度；(4)向所說的容器提供熱量的速度。
此外，根據(jù)本發(fā)明，向所說的容器中裝入所說的爐料的方式和速度使得所說的爐料基本分布在所有所說的液態(tài)金屬浴和可能存在的任何熔渣上。
因此，這樣的布置可以防止任何未反應(yīng)的爐料直接與液態(tài)金屬和熔渣接觸。從而基本上消除了可能引起在液相中至少發(fā)生某些反應(yīng)的“短路”。
例如，在通過間隔的喂料口把所說的爐料裝入所說的容器中，在所說的容器中形成相鄰的爐料堆時，本方法包括這樣一個步驟，即保證這樣的喂料的進行方式使得所說的爐料堆的底部相接確定一個爐料的連續(xù)層，所說的爐料連續(xù)層以橋接的方式分布在所說的液態(tài)金屬浴和熔渣上。因此，這樣的橋接防止了爐料從所說的爐料堆上落下而直接與所說的液態(tài)金屬或熔渣接觸。
可以用任何合適的方式確定形成這樣的橋接的事實，例如，目測，和/或通過圖象記錄設(shè)備，如攝像機等。
實踐中，通過以“液位指示棒”的方式從所說的容器的頂部向所說的爐料中插入一個剛性的部件的方式進行這樣的目測記錄。
可以以任何合適的方式進行所說的橋接的形成。
因此，例如可以通過控制所說的容器內(nèi)的爐料堆的尺寸來做到這一點。
此外，和/或另外，可以通過向所說的容器內(nèi)喂入爐料的喂料口的整體布局和/或通過控制這些喂料口的數(shù)量以及所說的爐料通過這些喂料口的速度來做到這一點。
此外，根據(jù)本發(fā)明，選擇所說的爐料的顆粒尺寸使它可以通過10mm，優(yōu)選的是6mm，更優(yōu)選的是3mm的篩。
本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在使用這樣的小顆粒尺寸的爐料時，基本上每個顆粒的全部都可以在所說的反應(yīng)區(qū)內(nèi)還原成顆粒狀的金屬，從而使得在所說的顆粒的溫度升高到顆粒內(nèi)可能存在的未還原的氧化物的熔化溫度之前保持為固體。
因此，液態(tài)金屬以在低于所說的金屬溫度下熔融的金屬氧化物的形式從這樣的顆粒中進入熔渣的趨勢很小。
因此，例如在鐵的情況下，所說的顆粒的核心通常含有FeO,FeO在1378℃熔化，而所說的顆粒的外殼含有只有在1535℃才能熔化的Fe。因此，如果使用大于上述規(guī)定尺寸的顆粒，這樣的顆粒的核心溫度在顆粒中的所有Fe或FeO被還原之前可以升高到上述的1378℃的溫度，這可能導(dǎo)致液態(tài)的FeO從所說的核心中流出。
將會理解的是，由于所說的固相反應(yīng)是擴散控制的，需要輸入的熱量的最大速率將會是顆粒尺寸和爐料中各組分的混合程度的函數(shù)，這樣的混合程度優(yōu)選的是使得所說的爐料為均勻的混合物。
此外，根據(jù)本發(fā)明，本方法可以包括在所說的爐料之上燃燒CO的步驟，所說的CO是在所說的含金屬化合物的還原過程中形成的并穿過所說的爐料。
例如，通過在所說的容器中位于所說的爐料之上的合適的氧氣和/或空氣燃燒器進行這樣的燃燒。
將會理解的是，這樣產(chǎn)生的熱量也作為提高所說的容器的溫度的熱量，主要通過從所說的容器頂部的輻射進行加熱。
優(yōu)選的是所說的反應(yīng)容器包括管式感應(yīng)爐的加熱室。
本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的布置是特別合適的，因為其容易控制這樣的爐內(nèi)的加熱速率。
此外，根據(jù)本發(fā)明，進行上述過程的設(shè)備包括一個單室管式感應(yīng)爐，安裝至少一個爐料喂料口；至少一個液態(tài)金屬出料口；和至少一個用于在反應(yīng)過程中形成的熔渣的排出口。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的方式中，所說的含金屬化合物優(yōu)選的是包括或含有一種含鐵的化合物。
在本發(fā)明的其它方式中，所說的含金屬化合物的金屬可以含有或包括任何合適的金屬，如鉻和/或錳和/或銅和/或鋅和/或鉛等。
現(xiàn)在通過實施例并參考附圖
來描述本發(fā)明的一個實施方案，所說的附圖是通過根據(jù)本發(fā)明的爐子的橫截面草圖。
在本發(fā)明的這個實施方案中，利用了一種管式感應(yīng)爐10，所說的管式感應(yīng)爐包括一個截面為圓形的長管式室11，沿其底部提供了兩排電感應(yīng)器12，每排包括5個這樣的感應(yīng)器，每個感應(yīng)器的容量是2.2MW。
室11包括兩排平行排列的喂料口，其中只表示出了兩個13和14，沿與室11的縱向壁相對的方向排列。利用這些喂料口向爐10內(nèi)加入爐料15，形成兩個縱向延伸的飄浮在液態(tài)金屬浴18之上的爐料堆16和17。如果需要，起始時可以通過一個喂料口向容器11中引入液態(tài)金屬，未表示出。
爐料15包括顆粒形式的含碳化合物，如煤和氧化鐵的均勻混合物；所說的含碳化合物濃度略小于還原所說的礦石所需的化學(xué)計量的碳量；爐料15的顆粒尺寸為可以通過3mm篩。
爐料15向容器11中的引入方式和速度使得爐料堆16和17的底部相互聯(lián)接形成分布在液態(tài)金屬浴18上的爐料的橋接19。
可以確認形成了所說的橋接19的事實，例如通過從上部插入容器11的“液位指示棒”目測，或借助容器11側(cè)壁上的合適的觀察窗(未表示出)。也可以通過位于容器11之內(nèi)的合適的圖象記錄設(shè)備(未表示出)確認所說的橋接。
還沿容器11的上端提供了多個氧氣燃燒器，圖中只表示了兩個20和21，借助這些氧氣燃燒器可以燃燒在反應(yīng)中形成的穿過爐料15的上層的CO。
在運行中，在料堆16和17的爐料中形成一個反應(yīng)區(qū)，該反應(yīng)區(qū)垂直地從所說的料堆的底部延伸到其上部。同時形成一個熔化區(qū)22，該熔化區(qū)在所說的料堆16和17的底部和液態(tài)金屬浴18的上部之間。在反應(yīng)過程中，還原的爐料15在重力作用下從反應(yīng)區(qū)向熔化區(qū)22移動。
在這樣的熔化過程中形成的熔渣飄浮在浴18的頂部通道23中，通道23也在熔化區(qū)22的底部延伸。通道23通往容器11中的熔渣排出口(未表示出)，并且相對于這樣的熔渣排出口布置爐料喂料口13和14使得在通道23中的熔渣直接朝向所說的熔渣排出口。
在所說的方法的運行過程中，橋接19用于防止任何爐料15直接從料堆16和17落下進入通道23中的熔渣中，或者進入浴18中的液態(tài)金屬中，從而防止了任何“短路”。
通過感應(yīng)器12向浴18提供的熱量擴散到料堆16和17內(nèi)的爐料中，這與來自通過燃燒器20和21的CO燃燒產(chǎn)生的熱量一起使所說的爐料中的氧化鐵和碳反應(yīng)，產(chǎn)生所說的氧化鐵的還原。因此，幾乎所有的這樣的還原反應(yīng)都是在固相中發(fā)生的，并且在料堆16和17的最上部的20mm的層內(nèi)發(fā)生，這主要是由于從燃燒器20和21的CO的燃燒向這樣的層提供了熱量。同時，固態(tài)的還原的鐵在區(qū)域22中熔化，并在重力的作用下從這里進入浴18。
將會理解的是，除了克服了在本說明書的序言中所述的，已知的布置中遇到的問題以外，根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點是，由于可以用這樣的小顆粒尺寸的爐料來運行，可以使用那些不經(jīng)制球和/燒結(jié)就不能使用的爐料。
將會理解的還有，根據(jù)本發(fā)明的含金屬化合物的還原和熔煉方法，以及用于進行該方法的設(shè)備無疑會有許多詳細的變型，而不離開所附的權(quán)利要求的實質(zhì)和/或范圍。
權(quán)利要求
1.一種含金屬化合物的還原和熔煉方法，包括向電加熱的容器中喂入顆粒形式的含有含金屬化合物和合適的還原劑的混合物的爐料，所說的容器中含有一個液態(tài)的所說的金屬浴，使得在所說的爐料中形成一個反應(yīng)區(qū)，所說的含金屬化合物在所說的反應(yīng)區(qū)內(nèi)還原，在所說的反應(yīng)區(qū)之下形成一個熔化區(qū)，在所說的熔化區(qū)內(nèi)熔化還原的金屬；控制該過程的進行方式使得所說的含金屬化合物的所有還原反應(yīng)基本在固相中進行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，通過控制下列因素中的至少一個來進行所說的過程的控制(1)向所說的容器中喂入爐料的方式和速度；(2)所說的爐料的顆粒尺寸；(3)所說的爐料的混合程度；
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，進行所說的控制使得在液態(tài)金屬浴或可能形成的熔渣中基本沒有氣泡形成，沒有氣泡用來表明基本所有的反應(yīng)在固相中發(fā)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任一個的方法，其中，向所說的容器中喂入所說的爐料的方式和速度使得所說的爐料基本分布在所有所說的液態(tài)金屬浴和可能存在的熔渣上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4的任一個的方法，其中，通過間隔的喂料口向所說的容器中喂入所說的爐料，在所說的容器中形成相鄰的爐料堆，該過程包括這樣一個步驟，即控制這樣的喂料進行的方式使得所說的料堆的底部相連確定一個爐料的連續(xù)層，所說的連續(xù)層以橋接的方式分布在所說的液態(tài)金屬浴和可能存在的任何熔渣上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，通過控制所說的容器內(nèi)的爐料堆的尺寸形成所說的橋接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其中，通過向所說的容器中喂入爐料的喂料口的整體布局，和/或通過控制這些喂料口的數(shù)量以及通過這些喂料口喂入爐料的速度，和/或通過控制所說的容器內(nèi)的液態(tài)金屬的液位來形成所說的橋接。
8.根據(jù)前面的權(quán)利要求的任一個的方法，其中，所說的爐料的顆粒尺寸為可以通過10mm，優(yōu)選的是6mm，更優(yōu)選的是3mm的篩。
9.根據(jù)前面的權(quán)利要求的任一個的方法，包括在所說的爐料之上燃燒在所說的含金屬化合物的還原過程中形成的，穿過所說的爐料的任何CO并利用反應(yīng)中所產(chǎn)生的熱量的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，通過位于所說的容器內(nèi)的爐料之上的氧氣和/或空氣燃燒器進行這樣的燃燒。
11.根據(jù)前面的權(quán)利要求的任一個的方法，其中，所說的反應(yīng)容器包括一個管式感應(yīng)爐的加熱室。
12.根據(jù)前面的權(quán)利要求的任一個的方法，其中，所說的含金屬化合物含有或包括一種含鐵化合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～11的任一個的方法，其中，所說的含金屬化合物中的金屬含有或包括下列金屬中的任意一種或多種鐵、鉻、錳、銅、鋅、鉛。
14.實施權(quán)利要求1～13的任一個的方法的設(shè)備，包括一個單室管式感應(yīng)爐，在其中進行所說的還原和熔化，所說的室提供至少一個用于爐料的喂料口；至少一個用于液態(tài)金屬產(chǎn)品的出料口；和至少一個用于在所說的反應(yīng)中形成的任何熔渣的出料口。
15.一種基本如本文中參考附圖所描述的含金屬化合物的還原和熔煉方法。
16.實施基本如本文中所述的并且由附圖表明的含金屬化合物的還原和熔煉方法的設(shè)備。
全文摘要
一種含金屬化合物的還原和熔煉方法,包括向一個電加熱的容器(11)中喂入爐料(15),爐料(15)包括一種含金屬化合物和合適的顆粒形式的還原劑的混合物,容器(11)含有一個液態(tài)的所說的金屬的浴,從而使得在爐料(15)中形成一個反應(yīng)區(qū),在該反應(yīng)區(qū)中還原含金屬化合物(15),并在反應(yīng)區(qū)之下形成一個熔化區(qū)(23),在該熔化區(qū)內(nèi)熔化還原的金屬;控制該方法進行的方式使得所說的含金屬化合物的所有的還原反應(yīng)基本在固相中發(fā)生。實施該方法的設(shè)備包括一個單室(11)管式感應(yīng)爐(10),在其中進行所說的還原和熔煉,室(11)提供至少一個用于爐料(15)的喂料口(13,14);至少一個用于液態(tài)金屬產(chǎn)品的出料口;和至少一個用于在反應(yīng)中形成的任何熔渣的出料口。
文檔編號C22B7/00GK1219207SQ97194717
公開日1999年6月9日 申請日期1997年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月19日
發(fā)明者L·J·福里 申請人:伊普科公司