[发明专利]一种生产金属和金属合金的方法和设备

说明书

本发明涉及一种在一个含有熔池的冶炼容器内从金属氧化物(如矿石和已经部分还原的矿石)中生产金属和金属合金(特别是但不仅仅是铁和铁的合金)的方法及设备。

已知的从铁矿石中生产铁水的方法通常是指HI熔炼法，其基础是在一个熔炼还原容器中形成铁水和渣的熔池，该熔炼还原容器包括：

1.底部喷管，用来向熔池内喷射固体碳素材料和气体载体；

2.顶部喷管，用来从熔池表面的上方向熔池内喷射铁矿石，该铁矿石可能是经过预热的和(或)经过部分还原的；以及

3.顶部喷管，用来向熔池表面的上方空间内喷入空气，以促进从熔池释放出来的反应气体如CO和H₂的二次燃烧或后燃烧。

按照HI熔炼法，这种碳素材料作为还原剂和能源。

HI熔炼法的一个重要特点是在熔池表面上方的气体空间内形成一过渡区，在该区内有先上升然后下降的熔融金属和熔渣的熔滴或溅沫，它们与从熔池释放出来的反应气体、顶部吹入的热空气以及二次燃烧反应气体相混合。过渡区的作用是为了便于将熔池内出来的反应气体经二次燃烧后释放出的热量传递给熔池。按照HI熔炼法，过渡区是通过把碳素材料和气体载体从底部向熔池内强劲的喷射，致使熔融的金属和熔渣的熔滴和溅沫从熔池中被抛射出来而形成的。

HI熔炼法的最新发展在Pty技术资源有限公司提出的名为“一种用于在冶炼反应容器中增强反应的方法”的澳大利亚专利申请48938/93中已有阐述。该澳大利亚专利申请要求德国专利申请4234974号的优先权日1992年10月16日。

该澳大利亚专利申请叙述了一种能够改进HI熔炼法中的热传递效率的方法，即通过控制碳素材料和气体载体从底部的喷射，致使过渡区由铁水和熔渣的熔滴和溅沫造成的“喷泉”来实现。在该澳大利亚专利申请的专利说明书的第五页至第六页内有这样一段叙述：

“本发明也基于这样的发现，即在冶炼反应容器中如果熔融液中的部分通过熔池下面的喷管喷出的一定量的气体象喷泉一样从熔池中喷出，则反应将会加剧。这些熔融液部分以熔滴、溅沫和大颗粒的形式并以抛物线轨迹在气体空间中运动，仅当熔融液部分在射到容器壁或熔融液本身，或与其他熔融液部分发生碰撞，或被以自由射流形式吹在熔池上的氧化性气体带入时才停止运动。”

本发明的目的是提供一种不同的产生一个喷泉状的过渡区的方法。

根据本发明提供了一种在一个容纳熔池的冶炼容器中从金属氧化物中生产金属和金属合金的方法，该熔池有一个金属层和一个附在金属层上的熔渣层，此方法的特征将由下列各步骤表述：

1.通过容器侧面上的与熔池相接触和(或)在熔池上方的部分将气体载体和固体碳素材料和(或)金属氧化物和(或)其他固体材料喷入熔池中，使得这些气体载体和固体碳素材料和(或)金属氧化物和(或)其他固体材料把熔融的金属抛射到熔池表面上方的空间内而形成一过渡区；以及

2.将含氧气体喷入熔池表面上方的空间内以对从熔池释放到过渡区中的反应气体进行二次燃烧。

这里“过渡区”这个词的含意是指熔池上方的一个区域空间，在该空间内熔融金属的熔滴和溅沫先上升然后下降。

本发明基于这样的认识，即通过冶炼容器侧面上的与熔池相接触的和(或)在熔池上方的一个部分将气体载体和固体碳素材料和(或)金属氧化物和(或)其他固体材料喷入熔池中，从而有可能在不损失技术特性和工程效益的情况下形成一个HI熔炼法的过渡区。

因此，本发明可以避免采用从底部喷射碳素材料和气体载体来形成过渡区，从而避免了与这种底部喷射相关联的工程上的困难。工程上的困难是采用底部喷管就必须将冶炼容器安装得能绕一轴线旋转，以便底部喷管能被转动翻倒而离开熔池。此外，如果底部喷管被省略掉，一个非常简单和更为结实的炉底结构就可能实现。

本发明还基于这样的认识，即在上述步骤1中包括喷射碳素材料的情况下，按照建议所述的经喷管进行喷射是达到保证碳素材料穿过熔池，特别是穿过熔池的金属层的理想目标的有效方法。

优选步骤1包括将气体载体和碳素材料和(或)金属氧化物和(或)其他固体材料通过冶炼容器的侧面部分或从熔池表面的上方用足够大的冲量喷射出去以穿过熔池，从而使得熔融的金属被喷射到熔池表面上方的空间内而形成过渡区。

优选步骤1包括将气体载体和碳素材料和(或)金属氧化物和(或)其他固体材料喷入熔池从而使得熔融的金属象喷泉一样被喷射到熔池表面上方的空间内。

碳素材料可以是固体、液体或气体形式的任何合适的碳素材料。