熔炼设备和其冶金制程的制作方法

背景技术：

1、(a)领域

2、本所公开的主题大体涉及熔炼设备和熔炼制程。更特别地，主题涉及用于铁矿石的熔炼设备和用于熔炼铁矿石的制程。

3、(b)相关现有技术

4、熔炼是提取冶金的一种形式。其主要用途是从金属矿石中生产金属。此包括从银、铁、铜和其它贱金属的矿石中生产所述金属。熔炼使用热量和化学还原剂分解矿石，将其它元素作为气体或炉渣驱除，且仅留下金属。还原剂通常为碳源，如焦炭或木炭。碳和/或碳氧化物衍生物与矿石反应以从矿石中去除氧，留下元素金属。因此，碳在两个阶段中氧化，首先产生一氧化碳且随后产生二氧化碳。由于大多数矿石不纯，因此通常需要使用助熔剂，如石灰石，以将伴随的脉石岩作为炉渣去除。

5、用于电解还原铝的设备一般也称为熔炉。这些设备不熔融氧化铝，而是将其溶解在氟化铝中。其通常使用碳电极，但新颖熔炉设计使用在制程中不消耗的电极。最终产品为熔融铝。

6、熔炼不仅仅涉及将金属从其矿石中熔融出来。大多数矿石为金属与其它元素的化合物，如氧(即，氧化物衍生物)、硫(即，硫化物衍生物)或碳和氧一起(即，碳酸盐衍生物)。为了生产金属，这些化合物必须进行化学反应。因此，熔炼由使用将与那些氧化元素组合以释放金属的合适的还原物质组成。

7、当前熔炼炉设计往往是高的竖直圆柱体或矩形箱。因为耐火材料在箱型设计中不稳定，两种设计导致高圆柱形方法的高构建成本，或与矩形箱设计相关的耐火材料的高操作和维护成本。

8、市场上存在许多类型的炉。在一实例中，美国专利第6,537,342号描述一种用于金属还原和熔融制程的设备，其中金属和含碳炉料在包括加热容器的感应炉中加热，在加热容器中，炉料可以至少一个堆漂浮在容器中的液体金属浴上。所述设备的特征在于其包括至少一个位于容器的底部中心线处的感应加热器或感应器，其中纵向入口垂直于容器的入口定向。炉一般通过感应构件从外部电加热。

9、即使美国专利第6,537,342号为其炉提供圆柱形设计，但其导致向炉提供热量的方式低效，因为在加热炉内部之前热量需要朝向炉壁以及通过耐火材料行进。

10、在另一实例中，美国专利第6,146,437号描述一种含金属化合物还原和熔融制程，其需要进料由含金属化合物和呈液体形式的合适金属浴的混合物制成的炉料，使得在炉料中形成含金属化合物被还原的反应区，并且在反应区下方形成还原的金属熔融的熔融区。炉一般通过电气构件从外部电加热。

11、即使美国专利第6,146,437号为其炉提供圆柱形设计，但其导致向炉提供热量的方式低效，因为在加热炉内部之前热量需要朝向炉壁以及通过耐火材料行进。使用电加热既昂贵又低效。

12、在另一实例中，美国专利第5,411,570号描述一种通过在通道型感应炉中加热含铁炉料和碳来制造钢的方法。碳包括于炉料中和/或含于热金属中。通过控制供应到炉的热量和/或炉料添加到炉中的速率，将如此形成的液体产物的温度维持在其液相线温度以上。

13、即使美国专利第5,411,570号为其炉提供圆柱形设计，但其导致向炉提供热量的方式低效，因为在加热炉内部之前热量需要朝向炉壁以及通过耐火材料行进。

14、在另一实例中，加拿大申请ca2934973描述冶金制程和能够用广泛范围的原料和燃料操作的一般正方形或矩形冶金炉。特别地，通过至少一个燃烧器结合至少一行瓣阀将热量提供给炉。然而，正方形或矩形冶金炉的一般正方形设计使得难以按比例放大由此类炉进行的制程。

15、在另一实例中，加拿大申请ca2970818描述冶金制程和能够用广泛范围的原料和燃料操作的冶金炉。特别地，炉包括至少一个位于上部容器中的幕壁，其沿炉纵向往下延伸，以及至少一个位于上部容器中心的增压装载系统，它们共同控制炉中气体的分布。然而，冶金炉的立式设计使得难以按比例放大由此类炉进行的制程。

16、因此，需要一种改进的熔炼设备和其操作制程。

技术实现思路

1、根据一态样，提供一种用于熔炼金属矿石的熔炼设备，所述熔炼设备包含圆柱形炉，其具有：较长轴沿水平方向的连续弯曲壁，和接合所述连续弯曲壁且从而在所述水平方向上限定纵向体积的端壁，所述连续弯曲壁具有最下区域，其中所述纵向体积分成至少三个纵向层，包含顶层，气化燃料在所述顶层内燃烧以产生温度足以从所述金属矿石中释放至少熔融金属和炉渣的热气组合物；在所述最下区域处用于容纳熔融金属的最下层；以及在所述最下层上方的中间层，所述炉渣积聚在所述中间层中。

2、根据一态样，所述熔炼设备进一步包含在所述连续弯曲壁内与所述顶层成流体连通以用于将所述金属矿石供应到所述炉的原料入口，以及在所述连续弯曲壁内与所述顶层成流体连通以用于在所述炉中提供用于诱导燃烧的空气的燃烧空气入口。

3、根据一态样，所述熔炼设备进一步包含在所述连续弯曲壁的所述最下区域中与所述最下层成流体连通以用于允许熔融金属连续且选择性地离开所述炉的熔融金属出口。

4、根据一态样，副产物气体从所述金属矿石和热气组合物中释放，并且进一步其中所述连续弯曲壁包含最上区域，其包含流体连接到所述炉为所述副产物气体提供离开所述炉的出口的副产物热气出口。

5、根据一态样，所述熔炼设备进一步包含在所述连续弯曲壁内与所述顶层成流体连通以用于将燃料供应到所述炉的燃料入口；以及在所述连续弯曲壁内与所述顶层成流体连通以用于将热气供应到所述炉以气化所述燃料，从而产生所述气化燃料的热气入口。

6、根据一态样，所述熔炼设备进一步包含用于提供气化燃料的热气产生器，以及在所述连续弯曲壁内与所述顶层成流体连通以用于将气化燃料供应到所述炉的气化燃料入口。

7、根据一态样，所述炉包含内表面，所述内表面内衬有耐火材料。

8、根据一态样，所述熔炼设备进一步包含以操作方式连接到所述炉以用于冷却所述炉的外表面的冷却系统。

9、根据一态样，提供一种用于熔炼金属矿石的制程，其包含：提供通过湿法冶金从所述金属矿石产生的磁铁矿和/或氧化铁；通过气化产生热还原性环境；以及使所述磁铁矿和/或氧化铁与所述热还原性环境接触以产生熔融金属，其中所述接触在熔炼设备中进行，所述熔炼设备包含圆柱形炉，其具有较长轴沿水平方向的连续弯曲壁，和接合所述连续弯曲壁且从而在所述水平方向上限定纵向体积的端壁。

10、根据一实施例，所述磁铁矿在湿法冶金期间通过磁分离、密度或浮选产生。

11、根据一实施例，fe2o3在湿法冶金期间通过溶剂萃取和酸再生产生。

12、根据一实施例，所述氧化铁和/或所述热还原性环境包含除焦炭或煤以外的碳源。

13、根据一实施例，所述热还原性环境通过含碳材料的气化产生。

14、根据一实施例，所述磁铁矿和/或氧化铁与所述热还原性环境的所述接触进一步产生用作所述湿法冶金或生物质脱除挥发份的能量源的副产物气体。

15、根据一实施例，所述能量源用于所述湿法冶金的酸再生。

16、根据一实施例，所述熔融金属为生铁。

17、根据一实施例，所述熔融金属为铁锰合金、铁镍合金和/或铁钒合金。

18、根据一实施例，所述制程用于熔炼含有微量元素的金属矿石，其中所述磁铁矿和/或氧化铁与所述热还原性环境的所述接触进一步产生含有所述微量元素的炉渣。

19、鉴于如附图中所示出的选定实施例的以下详细描述，本发明的主题的特征和优点将变得更显而易见。如将意识到，所公开和要求保护的主题能够在各个态样进行修改，均不脱离权利要求书的范围。因此，图式和描述内容应视为本质上为说明性的，而不是限制性的，且主题的完整范围在权利要求书中阐述。