固體注射噴槍的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過(guò)一種固體注射噴槍注射固態(tài)原料。
[0002]本發(fā)明具體地，盡管決不排他地涉及通過(guò)一種固體注射噴槍注射一種固態(tài)含金屬材料(典型地?zé)峁虘B(tài)含金屬材料)和一種固態(tài)含碳材料(典型地處于環(huán)境溫度下的固態(tài)含碳材料)。
[0003]本發(fā)明具體地，盡管決不排他地涉及通過(guò)一種固體注射噴槍將選自以下材料中的一種或多于一種的固態(tài)原料注射到一個(gè)直接熔煉容器，如用于在直接熔煉方法中生產(chǎn)熔融金屬(如鐵)的一個(gè)基于熔浴的直接熔煉容器中:一種固態(tài)含金屬材料(典型地?zé)峁虘B(tài)含金屬材料)和一種固態(tài)含碳材料(典型地固態(tài)含碳材料)。
【背景技術(shù)】
[0004]已知的基于熔浴的熔煉方法通常被稱為“HIsmelt ”方法，并且在以本申請(qǐng)人名義的大量專利和專利申請(qǐng)中進(jìn)行了描述。
[0005]該HIsmelt方法一般可應(yīng)用于熔煉含金屬材料，但是特別與從鐵礦石或另一種含鐵材料生產(chǎn)熔融鐵相關(guān)聯(lián)。
[0006]在生產(chǎn)熔融鐵的背景下，該HIsmelt方法包括以下步驟:
[0007](a)在直接熔煉容器的主腔室中形成熔融鐵和熔渣的浴；
[0008](b)將以下材料注射到該熔浴中:(i)典型地呈細(xì)粉形式的鐵礦石；和(ii) 一種固態(tài)含碳材料，典型地為煤，該固態(tài)含碳材料充當(dāng)該鐵礦石原料的還原劑和能量源；并且
[0009](c)在該浴中將鐵礦石熔煉成鐵。
[0010]術(shù)語(yǔ)“熔煉”在此應(yīng)理解成意指熱加工，其中發(fā)生還原金屬氧化物的化學(xué)反應(yīng)以生產(chǎn)恪融金屬。
[0011]在該HIsmelt方法中，呈含金屬材料(可以被預(yù)先加熱)和含碳材料形式的固態(tài)原料以及任選地熔劑材料與載氣一起通過(guò)多個(gè)水冷固體注射噴槍注射到該熔浴中，這些噴槍與豎直方向傾斜，以便向下和向內(nèi)延伸通過(guò)熔煉容器的主腔室的側(cè)壁并延伸進(jìn)入該容器的下部區(qū)域，以便將這些固態(tài)原料中的至少部分遞送到該主腔室底部的金屬層中。這些固態(tài)原料和該載氣滲入該熔浴并引起熔融金屬和/或熔渣噴射到該浴表面上方的空間并形成過(guò)渡區(qū)。通過(guò)向下延伸的噴槍將一股含氧氣體(典型地為富氧空氣或純氧)注射到該容器的主腔室的上部區(qū)域，從而使該熔浴中釋放的反應(yīng)氣體在該容器的上部區(qū)域中進(jìn)行后燃燒。在該過(guò)渡區(qū)中存在有利量的上升而后下降的熔融金屬和/或熔渣的液滴或噴濺物或流，這些提供了有效介質(zhì)以將在該浴上方通過(guò)反應(yīng)氣體后燃燒而產(chǎn)生的熱能傳遞給該浴。
[0012]典型地，在生產(chǎn)熔融鐵的情況下，當(dāng)使用富氧空氣時(shí)，該富氧空氣在熱鼓風(fēng)爐中產(chǎn)生并在大約1200°C的溫度下饋送到容器的主腔室的上部區(qū)域中。如果使用工業(yè)級(jí)冷氧，那么典型地將該工業(yè)級(jí)冷氧于環(huán)境溫度下或接近環(huán)境溫度下饋送到主腔室的上部區(qū)域中。
[0013]通過(guò)廢氣管道從熔煉容器的上部區(qū)域排出由該熔煉容器中的反應(yīng)氣體后燃燒所產(chǎn)生的廢氣。
[0014]該熔煉容器包括用于熔煉含金屬材料的一個(gè)主腔室以及通過(guò)前爐連接件連接到該主腔室上的一個(gè)前爐，該前爐連接件允許金屬產(chǎn)物連續(xù)地從該容器中流出。該主腔室包括在下部爐床中的帶耐火襯里的區(qū)段和在該主腔室的側(cè)壁和頂蓋中的水冷板。以連續(xù)回路使水連續(xù)循環(huán)通過(guò)這些板。該前爐用作熔融金屬填充的虹吸密封件，自然地將生產(chǎn)時(shí)熔煉容器中的多余熔融金屬“溢出”。這便能夠已知熔煉容器的主腔室中的熔融金屬液位并將其控制在較小的偏差內(nèi)-這對(duì)工廠的安全性來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。
[0015]該HIsmelt方法使得能通過(guò)在單個(gè)緊湊容器中進(jìn)行熔煉來(lái)生產(chǎn)大量的熔融鐵，典型地至少為50萬(wàn)噸/年。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)這樣的生產(chǎn)水平，必須向該容器供應(yīng)大量的固態(tài)含金屬材料和固態(tài)含碳材料。
[0017]本發(fā)明提供一種將固態(tài)含金屬材料和固態(tài)含碳材料以及任選地固態(tài)熔劑材料共注射到直接熔煉容器中的有效并可靠的方法。
[0018]本發(fā)明還提供一種用于將固態(tài)含金屬材料和固態(tài)含碳材料以及任選地固態(tài)熔劑材料共注射到直接熔煉容器中的有效并可靠的固體注射噴槍。
[0019]本發(fā)明還提供一種用于將固態(tài)含金屬材料和固態(tài)含碳材料以及任選地固態(tài)熔劑材料遞送到直接熔煉容器的有效裝置和方法。
[0020]以上描述并不旨在認(rèn)可以上是澳大利亞及其他地方的公知常識(shí)。
[0021]披露概述
[0022]本發(fā)明是一種用于通過(guò)一種固體注射噴槍注射固態(tài)原料的方法，該方法包括在該噴槍的注射通道中產(chǎn)生流動(dòng)條件，從而使得沿著該通道流動(dòng)的該原料的至少一部分在限定該通道的管道壁與沿著該通道的一個(gè)中心區(qū)段流動(dòng)的原料之間形成一個(gè)緩沖區(qū)。
[0023]本發(fā)明還是能夠產(chǎn)生以上所述的緩沖區(qū)的一種固體注射噴槍。
[0024]用于該緩沖區(qū)的固態(tài)原料的適當(dāng)選擇使該管道的磨損和/或熱沖擊最小化成為可能，從在延長(zhǎng)的爐齡內(nèi)提供該固體注射噴槍的有效并可靠操作的角度，該管道的磨損和/或熱沖擊是潛在地嚴(yán)重問(wèn)題。
[0025]該固態(tài)原料可以是任何適合的材料。
[0026]該固態(tài)原料可以包括含金屬材料。
[0027]該固態(tài)原料可以包括含金屬材料和含碳材料。
[0028]該固態(tài)原料可以包括含金屬材料、含碳材料和熔劑材料。
[0029]本發(fā)明延伸到存在通過(guò)該噴槍注射含金屬材料和含碳材料的情況。例如，該緩沖區(qū)材料可以是僅含碳材料或含碳材料和含金屬材料的混合物。該中心區(qū)段材料可以是含金屬材料或含碳材料和含金屬材料的混合物。典型地，該中心區(qū)段材料主要是，即按重量計(jì)大于70%的含金屬材料。該含碳材料可以處于環(huán)境溫度下并且該含金屬材料可以是熱的。當(dāng)該含金屬材料是鐵礦石時(shí)，該鐵礦石可以是至少500°C。該含碳材料和該含金屬材料可以處于環(huán)境溫度下。
[0030]本發(fā)明還延伸到存在通過(guò)該噴槍僅注射含金屬材料的情況。在該緩沖區(qū)中的該含金屬材料可以不同于在該通道的該中心區(qū)段中的該含金屬材料。例如，該緩沖區(qū)材料可以是細(xì)粉材料并且該中心區(qū)段材料可以是更大粒度的材料，如粒狀材料。該緩沖區(qū)材料可以處于環(huán)境溫度下并且該中心區(qū)段材料可以是熱材料。當(dāng)該含金屬材料是鐵礦石時(shí)，該鐵礦石可以是至少500°C。該緩沖區(qū)材料和該中心區(qū)段材料可以處于環(huán)境溫度下。
[0031]本發(fā)明還延伸到熔劑材料與含碳材料一起注射的情況。
[0032]本發(fā)明不限于在先前三個(gè)段落中描述的這些情況。
[0033]本發(fā)明的以下描述集中于含金屬材料和含碳材料的共注射，但如將從先前段落理解的是本發(fā)明不限于這些材料的共注射。
[0034]在由于與含金屬材料接觸而引起的該管道磨損是主要考慮并且該管道的熱沖擊是次要考慮的情況下，在該緩沖區(qū)中的含碳材料是優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楹疾牧系湫偷乇群饘俨牧夏p性更小。
[0035]在該管道的熱沖擊是主要考慮并且該管道的磨損是次要考慮的情況下，關(guān)鍵考慮是在該緩沖區(qū)中的原料包括與在該噴槍的該中心區(qū)段中的原料的溫度相比相對(duì)冷的材料或相對(duì)冷的材料的混合物(優(yōu)選地環(huán)境溫度)。因此，該緩沖區(qū)材料的選擇可以包括含碳材料、含金屬材料和含碳材料和含金屬材料的混合物中的任何一種或多于一種，所有都優(yōu)選地處于環(huán)境溫度下。
[0036]該緩沖區(qū)可以是一個(gè)連續(xù)區(qū)。
[0037]該緩沖區(qū)可以是均勻的厚度。
[0038]應(yīng)注意的是從實(shí)際角度，該緩沖區(qū)可以不是一個(gè)連續(xù)區(qū)并且可以不是均勻的厚度。然而，即使在此情況下，從比較的觀點(diǎn)來(lái)看，該緩沖區(qū)與不存在緩沖區(qū)的情況相比將減少磨損和/或熱沖擊問(wèn)題(取決于原料選擇)。
[0039]還應(yīng)注意的是當(dāng)這些原料沿著該通道流動(dòng)時(shí)，最終將存在該緩沖區(qū)和該通道的該中心區(qū)段中的原料混合，從而使得最后存在沿著該通道流動(dòng)的這些原料的均勻混合物。
[0040]該方法可以包括形成該緩沖區(qū)，從而使得它至少部分地沿著在該管道的一個(gè)區(qū)段中的文氏管的錐形區(qū)段的長(zhǎng)度延伸，該錐形區(qū)段使在該通道中流動(dòng)的材料加速。
[0041]該方法可以包括形成該緩沖區(qū)，從而使得它沿著該文氏管的該錐形區(qū)段的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。
[0042]該方法可以包括形成該緩沖區(qū)，從而使得它沿著該文氏管的該錐形區(qū)段的整個(gè)長(zhǎng)度并且向該錐形區(qū)段的前部延伸。
[0043]基本上，該方法可以包括選擇操作條件以便形成該緩沖區(qū)，從而使得它沿著該管道的所需長(zhǎng)度延伸到該管道對(duì)于高磨損或熱沖擊敏感的護(hù)罩區(qū)段。
[0044]該方法可以包括沿著該通道建立含金屬材料的一個(gè)流，并且在對(duì)于該含金屬材料沿著該通道移動(dòng)的方向橫向(典型地垂直)的方向上供應(yīng)另一種原料的一個(gè)流進(jìn)入該通道中，從而含金屬材料的該流使該另一種原料的該流轉(zhuǎn)向進(jìn)入該通道中以形成該緩沖區(qū)。
[0045]另一種原料可以是僅含碳材料、僅含金屬材料或包括含碳材料和含金屬材料的一種混合物。該混合物可以包括熔劑材料。
[0046]本發(fā)明還提供一種用于注射固態(tài)含金屬材料和固態(tài)含碳材料的方法，該方法包括通過(guò)一個(gè)含金屬材料入口將固態(tài)含金屬材料注射到從噴槍的一個(gè)后端延伸到一個(gè)前端的一個(gè)通道中，并沿著該噴槍產(chǎn)生含金屬材料的一個(gè)流，并且通過(guò)一個(gè)含碳材料入口將固態(tài)含碳材料注射到該通道的該含金屬材料入口下游的該通道中，從而使得該含碳材料的至少一部分在限定該通道的管道壁與沿著該通道流動(dòng)的含金屬材料之間形成一個(gè)緩沖區(qū)。
[0047]本發(fā)明還提供一種固體注噴槍，該固體注射噴槍包括一個(gè)管道，該管道為通過(guò)該管道注射的固態(tài)原料限定一個(gè)通道，并且具有在后端處用于固態(tài)原料的一個(gè)