[发明专利]具有材料再循环能力的用于生产熔融金属的电炉

说明书

铁本理彦

相关申请的交叉引用

本专利申请/专利要求2010年11月30日提交的，并且名称为“具有材料再循环能力的用于生产熔融金属的电炉(ELECTRIC FURNACE FOR PRODUCING MOLTEN METAL HAVING MATERIAL RECYCLING CAPABILITY)”的美国临时专利申请号61/418,042的优先权权益，该美国临时专利申请的内容通过引用全部结合在此。

发明领域

本发明一般地涉及熔炼操作等，通过所述熔炼操作由金属氧化物在将金属氧化物烧结块在电加热和熔化炉中用含碳材料直接还原并且熔化之后制造熔融金属。更具体地，本发明涉及具有材料再循环能力，尤其是过程中材料再循环能力的用于生产熔融金属的电炉。

发明背景

已经提出了多种新的铁和其他金属制造方法以代替传统的熔炼和高炉还原方法。这些新的铁和其他金属制造方法包括用含碳材料在转底炉中预还原金属氧化物烧结块以形成还原的烧结块，并且之后将还原的烧结块在电弧炉或潜弧电炉中熔化。参见，例如，WO/2000/513411、WO/2001/515138、WO/2001/525487和WO/2003/105415。

然而，在使用电弧炉作为熔化炉的方法中，必须将还原的烧结块的金属化保持在高水平并且必须将细粉比保持在低水平，以确保高熔化效率、耐火保护、过度泡沫炉渣形成抑制等。因而，使用这些方法，难以增加转底炉的产量，同时保持更高的金属化水平和更低的细粉比水平。此外，与这些方法相关的设备必然是巨大的。

相反，在使用潜弧电炉作为熔化炉的方法中，还原的烧结块形成层，以及对耐火材料的损坏以及过度的泡沫炉渣形成的问题较小。此外，对金属化和细粉比水平存在较少的限制，并且与这些方法相关的设备可能显著地更小。然而，在使用潜弧电炉作为熔化炉的方法中，难以有效地使用在还原的烧结块中残留的由还原步骤产生的CO气体的化学能。因而，不能有效地增加产量并且不能充分地降低操作成本。

在使用潜弧电炉作为熔化炉的方法中，可以省略转底炉预还原步骤并且将未还原的金属氧化物烧结块与含碳材料一起直接装入至潜弧电炉，以使得在相同的炉中进行预还原步骤和熔化步骤。然而，当金属氧化物烧结块和含碳材料含有除形成熔融金属的非挥发性金属元素之外，还含有挥发性金属元素时(即当使用炼铁厂粉尘等作为金属氧化物原材料时)，在炉的下部区域中从还原的烧结块中蒸发并且移除的挥发性金属元素在炉的上部区域中的低温区中再冷凝并且通过附着至还原的烧结块和/或在炉的壁上形成结块而在炉中循环。因而，可能的是不能将挥发性金属元素有效地从排放气体回收。此外，不下降的还原的烧结块可能导致操作问题。

因此，在这些方法中，典型地使用两个步骤(使用转底炉的预还原步骤和使用电弧炉或潜弧电炉的熔化步骤)。这些方法需要用于将还原的烧结块从转底炉转移至熔化炉的设备和装置，以及两条排放气体处理管线，即一个用于转底炉并且一个用于熔化炉。因而，设备和装置成本高，热损失高，并且不能充分地最小化总系统能量消耗。

作为结果，在WO/2009/280910中提出了用于使用固定非倾动式电炉生产熔融金属的方法。这些方法包括使用横向设置在炉的一端的原材料装料槽，所述原材料装料槽通过炉的上部连接至炉的内部；电加热器，所述电加热器加热炉的下部并且横向位于原材料装料槽的相对侧；以及二次燃烧喷灯，所述二次燃烧喷灯横向布置在炉的上部在两个末端之前。该方法包括：通过使用具有从炉的一端至另一端延伸的向下倾斜的表面的原材料装料槽，将预定量的含碳材料和/或形成熔融金属的具有含碳材料的含有非挥发性金属元素的金属氧化物烧结块装填至炉中而形成原材料层，随后通过使用原材料装料槽将预定量的具有含碳材料的金属氧化物烧结块装填至炉中在向下倾斜的表面上而形成烧结块层，随后通过用电加热器加热烧结块层的下端，同时通过熔化允许烧结块层沿向下倾斜的表面向炉的下端下降而在炉中形成熔融金属层和熔化的炉渣层，并且同时通过来自通过将含氧气体吹至炉中以燃烧由烧结块层产生的含CO气体的二次燃烧的辐射热而热还原烧结块层。