專利名稱：金屬精煉法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將金屬原料、含碳燃料、造渣劑及O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)以熔化精煉金屬原料的方法。
本發(fā)明可應用于以下兩種精煉法。一種是熔化還原法。熔化還原法是代替高爐法的，高爐法的缺點是需要很多附屬設(shè)備，需要強焦性配煤等昂貴的原料，此外，設(shè)置費用高而且占地面積大等，因此熔化還原法是作為克服這些缺點的技術(shù)而近年開發(fā)的方法。
一般的熔化還原過程的主要設(shè)備有熔化還原爐及預熱、預還原流化床爐。關(guān)于熔化還原過程概述如下。
作為金屬原料的金屬氧化物，在預熱、預還原流化床爐內(nèi)利用來自熔化還原爐的排氣進行預熱、預還原之后，與煤等含碳燃料、造渣劑一同裝入熔化還原爐內(nèi)。O2氣體與攪拌用氣體被吹入熔化還原爐內(nèi)，含碳燃料在熔化還原爐內(nèi)熔化在已生成的金屬熔液內(nèi)的同時，含碳燃料中的碳借助O2氣體(以下稱為“主O2氣體”)進行燃燒，生成CO氣體，同時發(fā)生熱量。金屬原料借此燃燒熱進行熔化的同時，被碳最后還原。然后，上述CO氣體借助從與主O2氣體不同的系統(tǒng)吹入的O2氣體(以下稱為“二次燃燒用O2氣體”)進行二次燃燒，生成CO2氣體，此時發(fā)生的熱量也被金屬熔液回收而用于金屬原料的熔化。
第二種是金屬碎料熔化法。與上述的熔化還原法相同，它是借助O2氣體使含碳燃料中的碳燃燒，利用燃燒時發(fā)生的熱量使碎料熔化的過程。
上述過程中的最大課題是，在爐內(nèi)發(fā)生的熱量之中，如何有效地回收二次燃燒所生成的熱量問題。即加于爐內(nèi)的熱源(煤的燃燒熱)的約80%被CO氣體帶出，因此，為了有效利用CO氣體所具有的巨大的燃燒熱量，必須在二次燃燒法上想辦法。眾所周知與二次燃燒法有關(guān)的已有技術(shù)有如下的方法。
在日本專利申請公開昭和62-280311中公開了關(guān)于熔化還原法的發(fā)明，如圖8所示，其特征在于使通過熔化還原生成的金屬浴31中的熔融金屬借助吹入氣體而發(fā)生飛濺，使其飛濺到二次燃燒區(qū)。(以下稱為“以往技術(shù)Ⅰ”)。
此外，在日本專利申請公開昭和64-68415中公開了關(guān)于利用熔化還原法制造不銹鋼熔液的發(fā)明，如圖9所示，其特征在于在設(shè)置了底吹風口41、側(cè)吹氣口42與頂吹氧槍43的熔化還原爐內(nèi)，與Cr礦石一起，將CO或(及)惰性氣體從底吹風口41吹入，為使至少一部分氣流接觸到由于底吹氣體形成的熔液隆起部(A)上，將CO或(及)惰性氣體由側(cè)吹風口42吹入，并將主O2氣體由頂吹氧槍43吹入熔液中，與此同時，將二次燃燒用O2氣體由頂吹氧槍43的旁側(cè)吹入爐渣中，借此來熔化還原Cr礦石，其后進行規(guī)定的脫碳處理。(以下稱為“以往技術(shù)Ⅱ)。
還有，在日本專利申請公開平成1-205016中公開了關(guān)于下述熔化還原法與裝置的發(fā)明，如
圖10所示，其特征在于它是一種將鐵礦石與煤、造渣劑一起裝入精煉爐51內(nèi)，將隋性氣體、CO、或處理氣體從底吹風口52與側(cè)吹風口53吹入的熔化還原法。將主O2氣體與二次燃燒用O2氣體從頂吹氧槍54吹入，使來自側(cè)吹氣風口53的氣流的至少一部分與由于底吹風口52吹入的氣體而隆起的熔液部分(B)接觸，并吹入煤粉或水蒸氣，以及控制排氣的氧化度。(以下稱為“以往技術(shù)Ⅲ)還有，在日本專利申請公開昭和61-221322中公開了關(guān)于金屬原料熔化精煉方法的發(fā)明，如圖11所示，其特征在于使多量的熔渣61保持在金屬浴62上面，使爐內(nèi)發(fā)生的可燃性氣體的一部分借助含氧氣體而燃燒，將發(fā)生的熱量傳給熔渣61，再用氣體攪拌熔渣，或使其循環(huán)流動，借此，使熔渣保存的熱量有效地傳導給金屬浴62或金屬原料(C)。(以下稱為“以往技術(shù)Ⅳ”)可是，在上述以往技術(shù)Ⅰ-Ⅳ中，存在以下問題在以往技術(shù)Ⅰ中，金屬浴31內(nèi)的金屬熔液由于形成飛濺用風口32吹入的O2氣體的作用，飛濺到熔渣33上方的二次燃燒區(qū)。然后借助從二次燃燒用風口34吹入的O2氣體進行二次燃燒。這時，二次燃燒是在熔渣33之上進行，因此，即使二次燃燒所發(fā)生的熱量的一部分傳導給金屬熔液，但是大部分燃燒熱量被排氣帶走，從而不能有效地被金屬熔液回收。此外，爐側(cè)耐火材料因二次燃燒熱量的輻射熱而溫度升至高溫，因此耐火材料的損耗大。
以往技術(shù)Ⅱ是借助由頂吹氧槍43吹入的二次燃燒用O2氣體，在熔渣44內(nèi)進行二次燃燒的方法，但是二次燃燒用O2氣體的吹入量是有限度的，另外，即便是利用由側(cè)吹風口42吹入的氣體來強制攪拌熔渣，但借助二次燃燒用O2氣體與被燃燒氣體(CO氣體)的完全會合和混合而進行燃燒也是困難的。就是說，未與二次燃燒用O2氣體會合就通過熔渣層從熔液中排出的CO氣體量相當多。在這種狀態(tài)下，為提高二次燃燒率而增加二次燃燒用O2氣體量時，O2氣體的一部分就會不發(fā)生反應，此未反應的O2氣體在熔渣44之上進行燃燒，與以往技術(shù)Ⅰ相同，燃燒熱量被排氣帶走，因此也不能有效利用。此外，由于二次燃燒的輻射熱作用，爐側(cè)耐火材料的損耗大。
以往技術(shù)Ⅲ也是借助由頂吹氧槍54吹入的二次燃燒用O2氣體在熔渣55內(nèi)進行二次燃燒的方法，這時有與以往技術(shù)Ⅱ相同的缺點。
以往技術(shù)Ⅳ，由于大量的渣池61發(fā)揮了作為化學過程緩沖劑或保溫層的效果，具有二次燃燒能穩(wěn)定進行的優(yōu)點，但以往技術(shù)Ⅳ也有與上述以往技術(shù)Ⅱ或Ⅲ相同的缺點。
本發(fā)明是針對以往技術(shù)所具有的這些的問題而完成的，其目的在于提供一種能不損耗裝置，實現(xiàn)穩(wěn)定而且高的二次燃燒率，有效地回收由于二次燃燒所發(fā)生的熱量的金屬精煉法。
在本發(fā)明中，主要是以下述的技術(shù)手段來實現(xiàn)上述目的的。
作為本發(fā)明第一實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在這種方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，而從在底部附近由大直徑風口吹入O2氣體或含有O2氣體的氣體。
作為本發(fā)明第二實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在這種方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，使N2氣體與空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，使該混合氣體從底部附近的大直徑風口吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增加時，爐內(nèi)上部或爐出氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，利用這樣關(guān)系來控制(CO2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值，借此可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第三實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在這種方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，以大直徑管吹入的O2氣體流為中心，在其外圍通入N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體流而形成內(nèi)外兩層構(gòu)造的氣體流從底部附近吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增加時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，利用這種關(guān)系來控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值，借此可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第四實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在這種方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔流內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，使N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，此混合氣體從底部附近的數(shù)個大直徑風口及數(shù)個小直徑風口分別吹入爐內(nèi)，在熔化精煉金屬原料的同時，進行爐內(nèi)上部或爐出口部氣體中的CO濃度與CO2濃度分析，通過調(diào)節(jié)上述O2氣體流量與其他氣體流量，可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第五實施方案的金屬精煉法，其特征在于在上述本發(fā)明的第一實施方案中，減小吹入的氧氣或含有氧氣的氣體流量時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減少;反之，增加吹入的氧氣或含有氧氣的氣體流量時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加，利用此關(guān)系，通過控制吹入的氧氣或含有氧氣的氣體流量，可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第六實施方案的金屬精煉法，其特征在于在上述本發(fā)明的第一實施方案中，降低爐內(nèi)金屬熔液的液面時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加;反之，升高爐內(nèi)金屬熔液的液面時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，利用此關(guān)系，通過控制爐內(nèi)金屬熔液的液面，可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第七實施方案的金屬精煉法，其特征在于在上述本發(fā)明的第一實施方案中，減小爐內(nèi)壓力時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加;反之，增大爐內(nèi)壓力時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，利用此關(guān)系，通過控制爐內(nèi)壓力，可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第八實施方案的金屬精煉法，其特征在于在上述本發(fā)明的第一實施方案中，從上部或側(cè)部也吹入O2氣體或含有O2氣體的氣體。
作為本發(fā)明第九實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，使N2氣體與空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，使該混合氣體從底部附近由大直徑風口吹入爐內(nèi)，如果減小(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即增加;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增加時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即減小，存在著這樣一種關(guān)系。另外，如果降低爐內(nèi)金屬熔液的液面高度時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即增加;反之，當升高爐內(nèi)金屬熔液的液面高度時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即減小，這又是一種關(guān)系。利用上述兩種關(guān)系，控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值和爐內(nèi)金屬熔液的液面高度，借此可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第十實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔流內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將以大直徑管吹入的O2氣體流為中心，在其外圍通入N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體流而形成內(nèi)外兩層構(gòu)造的氣體流從底部附近吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增加時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系。另外，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大，反之，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這又是一種關(guān)系。利用上述兩種關(guān)系，控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值和爐內(nèi)金屬熔液的液面高度，借此即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第十一實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再借助O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，使N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，將此混合氣體從底部附近的數(shù)個大直徑風口與數(shù)個小直徑風口吹入爐內(nèi)，在熔化精煉金屬原料的同時，進行爐內(nèi)上部或爐出口部氣體中的CO濃度與CO2濃度分析，并且當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大，反之，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，利用這種關(guān)系，通過控制上述O2氣體流量和其他氣體流量以及爐內(nèi)金屬熔液的液面高度，可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第十二實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，使該混合氣體從底部附近由大直徑的風口吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大。反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增加時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系。另外，當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加，反之，當爐內(nèi)壓力增加時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這又是一種關(guān)系。利用以上兩種關(guān)系，通過控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值和爐內(nèi)壓力，可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第十三實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將以大直徑管吹入的O2氣體流為中心，在其外圍通入N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體流而形成內(nèi)外兩層構(gòu)造的氣體流從底部附近吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加反之，(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在這樣一種關(guān)系。另外，當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大，反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這又是一種關(guān)系。利用上述兩種關(guān)系，通過控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值和爐內(nèi)壓力，可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第十四實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，并將此混合氣體從底部附近的數(shù)個大直徑風口和數(shù)個小直徑風口吹入爐內(nèi)，在熔化精煉金屬原料的同時，進行爐內(nèi)上部或爐出口部氣體中的CO濃度與CO2濃度的分析，并且當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，利用此關(guān)系，通過控制上述O2氣體流量和其他氣體流量以及爐內(nèi)壓力，可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第十五實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，并將該混合氣體從底部附近的大直徑風口吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增加時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2(CO+CO2)的值減小，存在這樣一種關(guān)系。另外，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)金屬熔流的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，還存在著這樣一種關(guān)系。另外，當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這又是一種關(guān)系。利用上述三種關(guān)系，通過控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值和爐內(nèi)金屬熔液的液面高度以及爐內(nèi)壓力，可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第十六實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔流內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將以從底部附近的大直徑管吹入的O2氣體流為中心，在其外圍通入N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體流而形成內(nèi)外兩層構(gòu)造的氣體流從底部附近吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系。另外，當爐內(nèi)金屬熔流的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)金屬熔液有液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系。另外，當爐內(nèi)壓力減小是時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大，反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這又是一種關(guān)系。利用此三種關(guān)系，通過控制(CO2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值和爐內(nèi)金屬熔液的液面高度以及爐內(nèi)壓力，來調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
作為本發(fā)明第十七實施方案的金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃燒狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其它氣體混合在O2氣體內(nèi)，并將該混合氣體從底部附近的數(shù)個大直徑風口與數(shù)個小直徑風口吹入爐內(nèi)，在進行熔化精煉金屬原料的同時，進行爐內(nèi)上部或爐出口氣體中的CO濃度與CO2濃度分析，并且當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系。另外，當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大，反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這又是一種關(guān)系。利用此兩種關(guān)系，通過控制上述O2氣體流量、其它氣體流量、爐內(nèi)金屬熔液的液面高度以及爐內(nèi)壓力，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
附圖的簡單說明如下下面僅就適用于鐵礦石溶化還原爐的情形，參照附圖來適當說明本發(fā)明的實施例。
圖1是實施本發(fā)明的金屬精煉法所用裝置的剖視圖。
圖2是實施具有頂吹O2槍的本發(fā)明的金屬精煉法所用的裝置的剖視圖。
圖3是實施本發(fā)明的金屬精煉法所用的裝置剖視圖，它示出了由大直徑風口吹入長尾狀氧氣的情形。
圖4示出了為在金屬熔液出來的氣體中，殘留的未燃O2氣體的必須的最大金屬熔液深度、風口直徑、從風口吹入的氣體流速之間的關(guān)系圖。
圖5是實施本發(fā)明的金屬精煉法所用裝置的剖面圖，它示出了吹入O2氣體和惰性氣體的混合氣體的情形。
圖6(a)是實施本發(fā)明的金屬精煉法所用裝置的剖視圖，它示出了用雙層管吹入O2氣體和惰性氣體的情形;(b)是風口部的放大圖。
圖7是實施本發(fā)明的金屬精煉法所用裝置的剖視圖，示出了從數(shù)個大直徑風口和數(shù)個直徑風口吹入O2氣體和惰性氣體的混合氣體的情形。
圖8是以往技術(shù)Ⅰ所用的金屬精煉裝置的剖視圖。
圖10是以往技術(shù)Ⅲ所用的金屬精煉裝置的剖視圖。
圖11是以往技術(shù)Ⅳ所用的金屬精煉裝置的剖視圖。
實施例的詳細說明如下在圖1中，1是在內(nèi)面上鋪設(shè)有耐火磚2的鐵礦石熔化還原爐，在爐底部相對于爐內(nèi)金屬溶液3設(shè)置有可以吹入氣泡狀氧氣(G1)的大直徑底吹風口4與攪拌用氣體的吹入噴嘴5，在其附近設(shè)置有出鐵口6。相對于金屬熔液3上面渣池7的位置，在爐側(cè)壁上設(shè)置有排渣口8和攪拌用氣體側(cè)吹風口9，在爐頂部開口上連接了排氣通道10，在此排氣通道10附近設(shè)置有滑道11和滑道12，滑道11用于將在預熱、預還原流化床爐(圖中未表示出)內(nèi)預熱、預還原過的鐵礦石裝入爐內(nèi)，而滑道12用于裝入含碳燃料、造渣劑。13是檢測爐內(nèi)上部氣體溫度的溫度計，14是氣體取樣裝置，15是CO與CO2的分析計。16是變換調(diào)節(jié)計，17是控制O2吹入量的控制閥。此外，本實施例中的熔化還原爐就是金屬精煉裝置。另外，在本發(fā)明中，所謂在底部附近設(shè)置的風口，是指由爐底部到出鐵口6的位置附近所設(shè)置的風口，在本實施例中，底吹風口4與此相當。
圖2是表示將頂吹氧槍18從爐頂部裝入渣池7內(nèi)的狀態(tài)的圖。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)分別按金屬熔液內(nèi)與渣池內(nèi)說明本發(fā)明的作用。
在金屬熔液內(nèi)的作用如下從爐底的底吹風口4吹入的氣泡狀氧氣直徑小時，此氧氣的總量與熔化在金屬熔液3內(nèi)的碳按下述1式反應生成CO氣體。
量與熔化在金屬熔液3內(nèi)的碳按下述1式反應生成CO氣體。
但是，在本發(fā)明中，由于氣泡狀氧氣的直徑大，所以只有氣泡狀氧氣的表面部分與碳進行反應而生成CO氣體，此CO氣體的一部分在上升的同時，與氣泡中殘留的氧氣進行下述(2)式的反應而生成CO2，進而與C進行反應再次生成CO氣體，但由于氣泡大，所以在通過金屬熔液的時間內(nèi)沒有結(jié)束反應。
就是說，由金屬熔液中出來的氣體成為CO、O2與CO2的共存氣體而浮出到渣池7內(nèi)。此共存氣體在金屬熔液內(nèi)進行上述(1)與(2)式的反應的結(jié)果發(fā)生的熱量傳給金屬溶液。
另一方面，從爐頂部的滑道11裝入爐內(nèi)的礦石，接受了由于上述(1)與(2)式反應所發(fā)生的熱而熔化，借助金屬熔液內(nèi)所含的碳而還原成鐵水。這樣煉出的鐵水，可從爐下部的出鐵口6放出。
這樣一來，金屬熔液中的碳通過上述反應逐漸被消耗而減少，因此，為了補充此碳量，將煤從滑道12適量地裝入爐內(nèi)。
在渣池內(nèi)的作用如下如上所述，從金屬熔液3進入渣池7內(nèi)的CO、O2與CO2的共存氣體，以氣泡狀在渣池7內(nèi)上升，在其上升中隨著時間的推移，內(nèi)部的氣體被混合，氣體中的CO與O2進行反應而生成CO2。也就是說，如以往技術(shù)那樣，二次燃燒用O2氣體與CO氣體不是分開的，而渣中，因此在熔渣中的二次燃燒效率極好。其燃燒熱量傳給渣池7。渣池7借助由爐側(cè)壁的側(cè)吹風口9吹入渣池7內(nèi)的攪拌氣體激烈地攪拌或進行循環(huán)流動，因此，渣池7內(nèi)發(fā)生的上述燃燒熱量通過渣池7與金屬熔液3的界面?zhèn)鲗У浇饘偃垡?內(nèi)。
這樣，將原料(碳)保持的燃燒熱量極其有效地傳導給金屬溶液后的燃燒排氣，從渣池7出來沿著爐內(nèi)上部空間上升，經(jīng)由排氣通道10排放到爐外。
此外，在上述反應過程中，為保持爐內(nèi)的熔渣量為規(guī)定量，要從設(shè)置在爐側(cè)壁上的排渣口8適宜地進行排渣，從爐頂部的滑道12適宜地投入造渣劑。
底吹時的基本過程如上所述，但也可以與頂吹同時使用進行頂一底吹。例如，在作為向金屬熔液3補充碳的補給源的煤中，含有某種程度的揮發(fā)成分，此揮發(fā)成分從金屬熔液3中上升，到達渣池7內(nèi)，上述揮發(fā)成分借助由頂吹氧槍18(參看圖2)或側(cè)吹風口9吹入渣池7內(nèi)的氧氣，進行燃燒而發(fā)熱，由于如上述那樣渣池7被充分地攪拌著，因此在渣池7內(nèi)所發(fā)生的熱量有效地傳導給金屬熔液。象這樣，能有效地回收揮發(fā)成分保持的熱。
不論是進行底吹的情形或進行頂一底吹的情形，在本發(fā)明中所共有的基本特征在于在從金屬熔液3進入渣池7內(nèi)的氣體中殘留著未燃O2氣體，使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒。象這樣的方法，除了上述以外，還可以采用下述的方法
(1)吹入如圖3所示的大直徑的長尾狀氧氣(G2)的方法。
隨著吹入的氧氣量增加而成為長尾狀，在吹入的氧氣直徑小時，長尾狀的氧氣大部分成為CO氣體。因此，通過加大吹入的氧氣直徑，就會只有表面部分變成CO氣體，而在由金屬熔液3進入渣池7內(nèi)的氣體內(nèi)部殘留有未燃氧氣。結(jié)果可以期望有與上述同樣有效的二次燃燒。
(2)如圖7所示，使微小氣泡狀氧與大直徑氣泡氧并存的方法。
微小氣泡狀氧在金屬熔渣3內(nèi)大部分變成CO氣體，但是，由于大直徑氣泡狀氧中的未燃氧在渣池7內(nèi)進行二次燃燒，可以期望提高二次燃燒率。
此外，作為與此方法類似的方法，也可以采取在上述(1)的方法中同時吹入微小氣泡狀氧或小直徑長尾狀氧的方法。
上面是有關(guān)本發(fā)明的二次燃燒方法的基本過程，為了實現(xiàn)作為本發(fā)明的特征“從爐底部附近吹入的O2氣體的一部分能在未燃狀態(tài)下從金屬熔液中出來”，圖4示出了其極限條件例。由該圖可知，本發(fā)明的二次燃燒的進行受到“金屬熔液深度”、“風口直徑”、“從風口吹入的氣體的流速”三個因素的影響。因此，若能將有關(guān)本發(fā)明的方法與這些因素適宜地組合，以便控制二次燃燒時，即能調(diào)節(jié)金屬熔液的產(chǎn)量、降低輔助原料的單位消耗量、保護熔化還原爐設(shè)備等。下面僅就上述因素的效果加以說明。
(1)金屬熔液深度如果金屬熔液的深度變淺，吹入的O2氣體與金屬熔液接觸的時間就變短，因此，從金屬熔液中進入渣池內(nèi)的CO-O2-CO2共存氣體中的未燃氧的量的增加。但是，此金屬熔液的深度過于淺時，未燃氧在渣池內(nèi)就不能被消耗，此未燃氧往往是在渣池上面進行燃燒。因此，會導至輔助原料(煤)的單位消耗量上升與爐內(nèi)耐火材料的損耗。反之，如果金屬熔液的深度變深時，吹入的O2氣體與金屬熔液接觸的時間就會變長，因此，從金屬熔液中進入渣池內(nèi)的CO-O2-CO2共存氣體中的未燃氧的量減少，從而往往會使二次燃燒率降低，金屬熔液的產(chǎn)量降低。
因此，基于上述原因，金屬熔液的深度要有一個適當?shù)姆秶?，為了維持穩(wěn)定的操作，金屬熔液的深度最好不要在300mm以下。另一方面，為使得從金屬熔液中出來的氣體中殘留有未燃O2氣體，根據(jù)圖4，金屬熔液深度的上限最好是1000mm。
此外，由圖4還可以得知，通過改變金屬熔液深度，也可以控制二次燃燒率。
(2)風口直徑(從爐底部吹入金屬熔液內(nèi)的氧的直徑)與從風口吹入的氣體的流速。
如上所述，為了有效地進行二次燃燒，氧的直徑大一些為好，因此需要加大風口直徑，還有，在此風口直徑保持一定時，則二次燃燒率隨著從風口吹入的氣體的流速而變化。例如，根據(jù)圖4，當金屬熔液深度為300mm，風口直徑為30mm，從風口吹入的氣體的流速為液深度為300mm，風口直徑為30mm，從風口吹入的氣體的流速為200m/sec以下時，被吹入的全部O2氣體與金屬熔液中的C進行反應，生成CO氣體，反之，從風口吹入的氣體的流速大于200m/sec時，未燃O2氣體將會混合在從金屬熔液中出來的氣體中，吹入氣體流速越大，未燃O2氣體的量越增加。此未燃O2氣體在金屬熔液之上與CO氣體進行燃燒(即二次燃燒)，生成CO2。二次燃燒率與(未燃O2氣體量)/(吹入O2氣體總量)的比值一致，下面表1列出了金屬熔液深度為300mm時的二次燃燒率的一個實例。
表1
還有，增加或減少風口氣體流速的方法，可舉下述三種方法為例(1)增減吹入氧氣的流量。
(2)如圖5所示，增減混入到吹入氧中的氣體流量。
(3)改變爐內(nèi)壓力，以改變風口進入氣體的實際體積。
用分析計15分析用氣體取樣裝置14采取的爐內(nèi)上部氣體中的CO濃度與CO2濃度，可知改變上述因素對于二次燃燒率有何影響。就是說，“爐內(nèi)上部氣體中的CO2濃度高而CO濃度低”表示“二次高”說明“二次燃燒效率低”。因此，如果知道上述氣體中(CO2濃度)/(CO濃度+CO2濃度)的比值(下面稱為“排氣中CO2的比值”)，就可以用此排氣中CO2的比值作為判斷二次燃燒效率的依據(jù)，并可采取有效行動。其次，把此排氣中CO2的比值分為比當初設(shè)定的范圍小或大兩種情形來說明具體的操作方法。
排氣中CO2的比值比當初設(shè)定的范圍小的情形。
這時，由于二次燃燒率低，因此，可增加從風口吹入的O2氣體的流速(氧流量)。于是，O2氣體與金屬熔液的接觸時間變短，因此，在從金屬熔液出來的氣體中未燃O2同CO、CO2一起殘留很多。此未燃O2在金屬熔液上面與CO進行二次燃燒而生成CO2。結(jié)果排氣中CO2的比值提高。
排氣中CO2的比值比當初的設(shè)定范圍大的情形這時，表示二次燃燒正在非常高效地進行，同時爐內(nèi)氣體溫度有時過度升高，從保護設(shè)備的角度來看，往往需要控制二次燃燒。因此，可減小從風口吹入的氣體的流速(氧流量)。于是，O2氣體與金屬熔液的接觸時間變長，因此，O2氣體在跟金屬熔液內(nèi)的熔化碳的反應上幾乎消耗盡，從金屬出來的共存氣體的主要成分是CO+CO2，未燃O2氣體減少，結(jié)果排氣中CO2的比值下降。
這樣，氧流量是影響二次燃燒率的重要因素，此氧流量在調(diào)節(jié)產(chǎn)量與保護設(shè)備上也是重要的管理項目。就是說，氧量是決定二次燃燒發(fā)生的總熱量的因素，通過吹入氧量的大小可以調(diào)節(jié)金屬熔液的產(chǎn)量。另一方面，氧量從保護設(shè)備的角度來看也是必須考慮的。例如，為了保護爐內(nèi)耐火材料，如果用溫度計13檢測出爐內(nèi)上部的氣體溫度達到了耐火材料的耐熱溫度(約1700-1800℃)時，應調(diào)節(jié)控制閥17，減少吹入爐內(nèi)的氧流量，控制燃燒總熱量，即能降低爐內(nèi)最高溫度。
象以上詳細說明那樣，為了達到本發(fā)明的目的，從爐底部附近的大直徑風口吹入的O2氣體是最大的要點，是以“利用攪拌作用來促進反應”與“由于O2的反應量降低導至的二次燃燒率提高”為目的，還可以利用惰性氣體。因此，下面詳細說明將惰性氣體吹入爐內(nèi)時的方法及其作用。
溶液攪拌(a)金屬熔液的上部有渣池，從冶金效果(例如，為了使金屬熔液中的S吸附在熔渣上等)的角度來看，有必要提高金屬熔液與渣池的接觸性，因此，將惰性氣體吹入金屬熔液與渣池內(nèi)進行攪拌時，可提高兩者的接觸性。
(b)在本發(fā)明中，二次燃燒是在渣池內(nèi)進行，因此，能提高渣池的溫度。于是，為了將此渣池的熱傳給金屬熔液而的效地促進反應，如果將惰性氣體吹入金屬熔液與渣池內(nèi)進行攪拌，就能提高兩者的接觸性，在金屬熔液內(nèi)很好地保持一部分O2跟C進行反應時的發(fā)熱量、氧化鐵被還原時的吸熱量以及從渣池傳導給金屬熔液的熱量之間的平衡，就能有效地進行反應。
為了實現(xiàn)上述(a)、(b)的攪拌，可將N2等惰性氣體由圖1所示的側(cè)吹風口9或底吹噴嘴5吹入爐內(nèi)。
二次燃燒率的提高最終，都是以二次燃燒率的提高為目的，但根據(jù)其反應過程，可以分為下述兩種方法(c)由于將惰性氣體混合到O2氣體內(nèi)導致O2反應量的降低。
這時，還可以分為使吹入爐內(nèi)的氣體總流量增加與不增加兩種情形。
(1)使吹入爐內(nèi)的氣體總流量增加的情形添加與O2氣體量相同量的N2氣體等惰性氣體時，由于吹入爐內(nèi)氣體總流量增加，所以由風口吹入的氣體流速增大，結(jié)果能提高二次燃燒率。例如表1所示，風口直徑50mm，金屬熔液深度300mm，從風口吹入的氣體流速200m/sec，吹入O2氣體時，二次燃燒率為30%，但是，如果將相當于此O2氣體流量的50%的N2添加混合到O2氣體內(nèi)而吹入爐內(nèi)時，從風口吹入的氣體流速就成為300m/sec，二次燃燒率達到45%以上。達到45%以上的問題，還可以從下面的說明來解釋，這是由于添加到O2氣體內(nèi)的是惰性的N2氣體，同時也起到在金屬熔液內(nèi)抑制O2氣體與C反應的效果。
(2)使吹入爐內(nèi)的氣體總流量不增加的情形這時，混合到O2氣體內(nèi)的N2氣體量越多，O2氣體與金屬熔液中的C的反應量越低，相反二次燃燒率卻提高。例如，如上所述，風口直徑30mm，金屬熔液深度300mm，從風口吹入的氣體流速為300m/sec的情況下，吹入氣體只有O2時，二次燃燒率為20%，但吹入氣體中有50%為O2，其余的50%為N2時，二次燃燒率提高到30%。
以上述方式將N2氣體混合到吹入爐內(nèi)的O2氣體內(nèi)所用設(shè)備的一側(cè)如圖5所示，與輸送O2用的O2供給管路19平行地設(shè)置輸送N2用的N2供給管路20，根據(jù)用分析計15獲得的爐內(nèi)上部氣體中的CO2濃度與CO濃度的分析值，使變換調(diào)節(jié)計16或21的指示值改變，增減通過控制閥17的O2流量或通過控制閥22的N2流量，用混合器23混合兩種氣體之后，即可從爐底的大直徑底吹風口4將其吹入爐內(nèi)。
此圖5所示的底風口4是大直徑的，但還有如圖7所示，分別與3個大直徑底吹風口4并排設(shè)置的小直徑底吹風口4″，O2供給管路19與N2供給管路20連接在大直徑底吹風口4上，O2供給管路26與N2供給管路27連接在小直徑底吹風口4″上，通過調(diào)節(jié)上述各氣體供給管路的氣體流量，也能改變排氣中的CO2比值，與上述方式相同地調(diào)節(jié)二次燃燒率。這時，作為小直徑底吹風口的效果，除了“由直徑大小所決定的、從金屬熔液到渣池內(nèi)的氣體中的未燃O2量的多少”之外，基本上可以期待與上述大直徑底吹風口的效果相同的效果。另外，28、29分別是變換調(diào)節(jié)計，30是混合器。
(d)由于使O2氣體與金屬熔液隔絕而導致O2氣體的反應量降低，如圖6(a)所示，沿O2供給管路19平行地設(shè)置N2供給管路20的同時，將爐底的三個大直徑底吹風口4分別直接與O2供給管路19、N2供給管路20連接。圖6(b)是風口4的放大圖，它是雙層管結(jié)構(gòu)，O2氣體由內(nèi)管24吹入，如果使N2氣體包圍著O2氣體由外管25吹入時，則在風口附近，O2氣體與金屬熔液被N2氣體所隔絕，結(jié)果O2氣體在金屬熔液內(nèi)的反應量降低，從金屬熔液中出來的氣體中含有大量的未燃O2氣體，二次燃燒率提高。
此外，通過在氧內(nèi)添加N2等惰性氣體，達到降低O2的反應量的效果，能使爐內(nèi)最高溫度降低，保護爐內(nèi)耐火材料。另外，在上述各實施例中，是用N2氣作為惰性氣體，但是除了N2以外，也可使用空氣。由于空氣中也含有O2，所以在這時也可期待減少價格較高的O2的使用量的效果。
本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)具有下述的效果(1)由于二次燃燒用O2氣體與被燃燒氣體(CO氣體)的接觸、反應極其有效地進行，所以可以獲得高的二次燃燒率。
(2)二次燃燒率主要是在渣池內(nèi)進行，由于二次燃燒所發(fā)生的熱量有效地被渣池吸收，此熱量通過與渣池連接的金屬熔液界面有效地傳導給金屬熔液。因此，從爐排放出的氣體中保留的反應熱量少，爐內(nèi)發(fā)生熱量的回收效率極高。
(3)由于二次燃燒是在渣池內(nèi)或金屬熔液內(nèi)均勻地進行，金屬熔液沒有被局部加熱的現(xiàn)象，因此，爐內(nèi)耐火材料的損耗少。
(4)通過控制從爐底部附近吹入的O2氣體流量或是惰性氣體的流量，或者是通過用惰性氣體包圍O2氣體的辦法，能使O2氣體的反應量降低，容易控制二次燃燒率。
(5)通過控制從爐底部附近吹入的O2氣體流量或是惰性氣體流量，可使爐內(nèi)最高溫度降低，保護爐內(nèi)耐火材料。
權(quán)利要求
1.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣引導到金屬熔液內(nèi)，利用O2氣體使從含碳燃料熔化到金屬熔液內(nèi)的碳燃燒而獲得熱量，同時發(fā)生CO氣體，再借助O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量來熔化精煉金屬原料，在上述方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，在末燃狀態(tài)下從金屬熔液中排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，而從底部附近由大直徑風口吹入O2氣體或包含O2氣體的氣體。
2.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體使從含碳燃料熔化到金屬熔液內(nèi)的碳燃燒而獲得熱量，同時發(fā)生CO氣體，再借助O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量來熔化精煉金屬原料，在上述方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，在未燃狀態(tài)下從金屬熔液中排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，從底部附近由大直徑風口將該混合氣體吹入爐內(nèi)，如果減小(O2氣流量)/(其他氣體流量)的比值時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值就增加;反之，增加(O2氣流量)/(其他氣體流量)的比值時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值就減小，利用這種關(guān)系，通過控制(O2氣流量)/(其他氣體流量)的比值，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
3.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體使從含碳燃料熔化到金屬熔液內(nèi)的碳燃燒而獲得熱量，同時發(fā)生CO氣體，再借助O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量來熔化精煉金屬原料，在上述方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，在未燃狀態(tài)下從金屬熔液中排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，從底部附近，將以大直徑的O2氣流為中心而在其外圍有N2氣體和空氣等O2以外的其他氣流的內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)的氣流吹入到爐內(nèi)，如果減小(O2氣流量)/(其他氣體流量)的比值時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值就增加;反之，如果增加(O2氣流量)/(其他氣體流量)的比值時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值就減小，利用這種關(guān)系，通過控制(O2氣流量)/(其他氣體流量)的比值，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2(CO+CO2)的值。
4.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體使從含碳燃料熔化到金屬熔液內(nèi)的碳燃燒而獲得熱量，同時發(fā)生CO氣體，再借助O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量來熔化精煉金屬原料，在上述方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，在未燃狀態(tài)下從金屬熔液中排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，從底部附近的數(shù)個大直徑的風口及數(shù)個小直徑的風口將在O2氣體內(nèi)混合有N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體的混合氣體吹入爐內(nèi)，在熔化精煉金屬的同時，分析爐內(nèi)上部或爐出口部氣體中的CO濃度與CO2濃度，通過調(diào)節(jié)上述O2氣體流量與其他氣體流量，可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
5.按權(quán)利要求1所記載的金屬精煉法，其特征在于如果減小吹入O2氣體或含有O2氣體的氣體的流量，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即減小;反之，如果增加吹入O2氣體或含有O2氣體的氣體的流量，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即增大，利用此關(guān)系，通過控制吹入O2氣體或含有O2氣體的氣體的流量，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
6.按權(quán)利要求1所記載的金屬精煉法，其特征在于如果降低爐內(nèi)金屬熔液的液面高度，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即增加;反之，如果增加爐內(nèi)金屬熔液有液面高度，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即減小;利用此關(guān)系，通過控制爐內(nèi)金屬熔液有液面高度，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
7.按權(quán)利要求1所記載的金屬精煉法，其特征在于減小爐內(nèi)壓力時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即增加;反之，如果增加爐內(nèi)壓力時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值即減小，利用此關(guān)系，通過控制爐內(nèi)壓力，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
8.按權(quán)利要求1所記載的金屬精煉法，其特征在于從頂部或側(cè)部也吹入O2氣。
9.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔流中排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體與空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，并將該混合氣體從底部附近由大直徑風口吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系;另外，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這又是一種關(guān)系;利用此兩種關(guān)系，通過控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值和爐內(nèi)金屬熔液的液面高度，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
10.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將以大直徑管吹入的O2氣體流為中心，在其外圍通入N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體流而形成內(nèi)外兩層構(gòu)造的氣體流從底部附近吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO 2 /(CO+CO 2 )的值減小，存在著這樣一種關(guān)系;另外，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO 2 /(CO+CO 2 )的值增大;反之，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這又是一種關(guān)系;利用此兩種關(guān)系，通過控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值與爐內(nèi)金屬熔液的液面高度，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
11.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體使從含碳燃料熔化到金屬熔液內(nèi)的碳燃燒而獲得熱量，同時發(fā)生CO氣體，再借助O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量來熔化精煉金屬原料，在上述方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，在未燃狀態(tài)下從金屬熔液中排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，并將此混合氣體從底部附近的數(shù)個大直徑風口與數(shù)個小直徑風口吹入爐內(nèi)，在熔化精煉金屬原料的同時，進行爐內(nèi)上部或爐出口部氣體中的CO濃度與CO2濃度分析，并且當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，利用此關(guān)系，通過控制上述O2氣體流量、其他氣體流量以及爐內(nèi)金屬熔液的液面高度，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
12.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，將該混合氣體從底部附近由大直徑風口吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系;另外，爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這又是一種關(guān)系;利用此兩種關(guān)系，通過控制(CO2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值和爐內(nèi)壓力，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
13.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料熔化到金屬熔液內(nèi)有碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將以大直徑管吹入的O2氣體流為中心，在其外圍通入N2氣體和空氣等O2氣體以外的其他氣體流而形成內(nèi)外兩層構(gòu)造的氣體流從底部附近吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系;另外，當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體中的CO2/(CO+CO2)的值增加;反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增減小，這是又一種關(guān)系;利用此兩種關(guān)系，通過控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值和爐內(nèi)壓力，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
14.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，在未燃狀態(tài)下從金屬溶液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，并將此混合氣體從底部附近的數(shù)個大直徑風口與數(shù)個小直徑風口吹入爐內(nèi)，在熔化精煉金屬原料的同時，對爐內(nèi)上部或爐出口部氣體中的CO濃度與CO2濃度進行分析，并且當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，利用此關(guān)系，通過控制上述O2氣體流量、其他氣體流量以及爐內(nèi)壓力，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2(CO+CO2)的值，
15.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬溶液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬溶液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬溶液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，并將該混合氣體從底部附近由大直徑風口吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2(CO+CO2)的值增大;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系;另外，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，還存在這樣一種關(guān)系;另外，當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這是又一種關(guān)系;利用此三種關(guān)系，通過控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值、爐內(nèi)金屬熔液的液面高度以及爐內(nèi)壓力，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
16.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬溶液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)出CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，在未燃狀態(tài)下從金屬溶液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將以大直徑管吹入的O2氣體流為中心，在其外圍通入N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體流而形成內(nèi)外兩層構(gòu)造的氣體流從底部附近吹入爐內(nèi)，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加;反之，當(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系;另外，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，還存在這樣的一種關(guān)系;另外，當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大，反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這是又一種關(guān)系;利用此三種關(guān)系，通過控制(O2氣體流量)/(其他氣體流量)的比值、爐內(nèi)金屬熔液的液面高度以及爐內(nèi)壓力，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
17.金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O2氣體引導到金屬熔液內(nèi)，借助O2氣體，使從含碳燃料中熔化到金屬熔液內(nèi)的碳進行燃燒，在獲得熱量的同時發(fā)生CO氣體，再利用O2氣體，使此CO氣體進行二次燃燒而發(fā)生熱量，利用這些熱量熔化精煉金屬原料，在此方法中，一部分O2氣體未在金屬熔液內(nèi)燃燒，而在未燃狀態(tài)下從金屬熔液內(nèi)排出，為使此未燃O2氣體在熔渣內(nèi)進行二次燃燒，將N2氣體和空氣等O2以外的其他氣體混合在O2氣體內(nèi)，并將此混合氣體從底部附近的數(shù)個大直徑風口與數(shù)個小直徑風口吹入爐內(nèi)，在熔化精煉金屬原料的同時，進行爐內(nèi)上部或爐出口部氣體中的CO濃度與CO2濃度分析，并且當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度降低時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增大;反之，當爐內(nèi)金屬熔液的液面高度升高時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，存在著這樣一種關(guān)系;另外，當爐內(nèi)壓力減小時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值增加;反之，當爐內(nèi)壓力增大時，爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值減小，這是又一種關(guān)系;利用此兩種關(guān)系，通過控制上述O2氣體流量、其他氣體流量、爐內(nèi)金屬熔液的液面高度以及爐內(nèi)壓力，即可調(diào)節(jié)爐內(nèi)上部或爐出口氣體的CO2/(CO+CO2)的值。
全文摘要
一種金屬精煉法，其特征在于將金屬原料、含碳燃料、造渣劑與O
文檔編號C21B13/02GK1071203SQ9110943
公開日1993年4月21日 申請日期1991年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月18日
發(fā)明者村上慶吉, 岸本充睛, 內(nèi)山義雄, 矢島建一, 滝浦賢, 辰田聰, 高座幸彥, 佐藤壽美男 申請人:川崎重工業(yè)株式會社